[go: up one dir, main page]

KR20250001065A - 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법 - Google Patents

전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20250001065A
KR20250001065A KR1020230083147A KR20230083147A KR20250001065A KR 20250001065 A KR20250001065 A KR 20250001065A KR 1020230083147 A KR1020230083147 A KR 1020230083147A KR 20230083147 A KR20230083147 A KR 20230083147A KR 20250001065 A KR20250001065 A KR 20250001065A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coke
paste
manufacturing
coal
petroleum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020230083147A
Other languages
English (en)
Inventor
이강호
박세민
박선종
윤종훈
김용중
안정철
배일준
김장열
양인찬
김태훈
황민혁
서제호
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020230083147A priority Critical patent/KR20250001065A/ko
Publication of KR20250001065A publication Critical patent/KR20250001065A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/06—Electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/205—Preparation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면은 미분 석탄계 코크스와 거분 석유계 코크스를 적절한 조성으로 배합하여 흑연화 단계에서의 비가역적 팽창을 제어할 수 있으며, 낮은 열팽창 계수 및 고강도 특성을 가지는 전극봉을 제조할 수 있는 페이스트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법{GRAPHITE ELECTRODE PASTE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 전극봉 제조용 페이스트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 석유계 코크스 및 석탄계 코크스의 배합물을 가공함으로써 형성된, 전극봉 제조용 페이스트에 관한 것이다.
철강은 대개 BOF(basic oxygen furnace) 방식 또는 EAF (electric arc furnace) 방식으로 제조된다. BOF 방식이란, 용광로에서 야금 코크스(metallurgical coke)를 사용해서 산화철을 환원시켜서 얻은 높은 탄소 함량의 용선을 BOF에서 탈탄시켜 철강을 얻는 방법이고, EAF 방식이란 철 스크랩을 회수한 후 전기로를 이용해 녹여 철강을 제조하는 방법이다.
1920년대에 제안된 EAF 방식은 1950년대 들어서 산업계에서 큰 규모의 재활용 공정이 되었다. 또한, 현재 철강 시장 규모가 커짐에 따라 EAF 방식을 활용한 철강 제조는 지속적으로 증가하고 있으며, 앞으로도 증가할 것으로 기대된다.
상기 EAF 방식에 이용되는 전기로와 그 밖에 제강의 2차 정련과정에서 사용되는 래들 퍼니스(Ladle furnace) 등은 전극봉을 필요로 하는데, 이러한 전극봉의 소재로 침상코크스(Needle cokes)가 일반적으로 사용된다.
전극봉에 사용되는 침상코크스는 일반적으로 석유계로부터 유래된 침상코크스였으나, 최근 시장 수요를 충족시키기 위해 석탄계로부터 유래된 침상코크스를 이용한 전극봉 제조도 점차 확대되고 있다. 이 경우 원료가 되는 석탄계 코크스는 제철사에서 철강용 코크스 제조 시 부산물로서 생성되는 콜타르를 프리커서로 하여 확보될 수 있다.
이처럼 석유계 및 석탄계 코크스를 이용하여 전극봉을 제조하는 경우 퍼핑(Puffing)이라는 문제가 발생할 수 있다. 퍼핑이란 흑연화 단계에서 석유계 및 석탄계 침상코크스에 함유된 황, 질소 화합물이 원인이 되어 발생하는 전극봉의 비가역적인 열팽창을 의미한다.
구체적으로, 석유계 코크스의 경우 흑연화 중 전극봉에 함유된 황으로부터 H2S, CS2 등 가스가 생성될 수 있고, 석탄계 코크스의 경우 전극봉 내 질소로부터 N2, NH3 등 가스가 생성될 수 있다. 이와 같은 황 또는 질소 유래 가스의 발생으로 인해 전극봉 내 미세공이 생길 수 있고, 심한 경우 전극봉이 변형될 수도 있다. 즉, 흑연화가 주로 이루어지는 1400~1700℃의 온도범위에서 황 또는 질소 유래 가스들이 방출되면서 가소 상태의 탄소 소재가 비가역적으로 팽창하게 되어 퍼핑이 발생한다.
상술한 퍼핑이 발생하는 경우, 전극봉 내 크랙이 발생하여 전극의 전기전도도가 저하될 수 있으므로, 상술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 코크스를 기반으로 한 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 흑연화 단계에서의 비가역적 팽창을 제어할 수 있으며, 낮은 열팽창 계수 및 고강도 특성을 가지는 전극봉을 제조할 수 있는 페이스트 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제는 상술한 내용으로 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하인 석탄계 코크스를 50중량% 이상 포함하고, 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 10중량% 이상 포함하며, 석유계 코크스의 전체 함량을 기준으로 0.5중량% 이상의 산화철을 포함하고, 하기의 [관계식 1]에 의해 산출되는 P 값이 83 이상인 전극봉 제조용 페이스트를 제공하는 것이다.
[관계식 1]
P = (2a+10b)2
([관계식 1]에서 a는 1~2mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비이며, b는 2~7mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비를 뜻한다.)
상기 석탄계 코크스는 침상 코크스 또는 피치 등방성 코크스 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 석탄계 코크스 및 석유계 코크스는 1000℃ 이상에서 하소된 것일 수 있다.
상기 석유계 코크스는 3중량% 미만의 질소(N)와 3중량% 미만의 황(S)를 포함할 수 있으며, 상기 석탄계 코크스는 3중량% 미만의 질소(N)와 3중량% 미만의 황(S)를 포함할 수 있다.
상기 침상 코크스 및 피치 등방성 코크스는 석탄계 중질유, 콜타르(Coaltar) 또는 콜타르 피치 중 어느 하나 이상으로부터 유래된 것일 수 있다.
상기 침상 코크스 및 피치 등방성 코크스의 열팽창계수는 40(×10-7/℃) 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일측면은 전술한 전극봉 제조용 페이스트로부터 제조된 전극봉을 제공하는 것이다.
마지막으로, 본 발명의 또다른 일측면은 제1항 내지 제7항의 전극봉 제조용 페이스트를 준비하는 단계; 상기 전극봉 제조용 페이스트를 5~20℃/min의 승온속도로 110~180℃의 온도범위까지 승온하여 15~50분간 열처리하는 단계; 상기 열처리된 페이스트와 바인더 피치를 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가압하여 성형체를 제조하는 단계; 상기 성형체를 800℃ 이상의 온도 범위에서 탄화시키는 단계; 및 상기 탄화된 성형체를 2900℃ 이상의 온도범위에서 흑연화시키는 단계를 포함하는 전극봉의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면 석탄계 코크스에 석유계 코크스를 적절히 조합하여 흑연화 단계에서의 퍼핑을 방지하면서도, 높은 강도를 갖는 전극봉을 제조하기 위한 전극봉 제조용 페이스트를 제조할 수 있다.
도 1은 전극봉의 비가역적 열팽창으로 인해 전극봉 내 크랙이 발생한 사진을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "포함"이라는 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 나타내도록 사용된다.
또한, 본 발명의 명세서에서 특별히 달리 규정하지 아니하는 한, % 단위는 중량%를 의미한다.
최근 시장 수요를 충족시키키 위해 철강용 코크스 제조 시 부산물로부터 비교적 용이하게 얻을 수 있는 석탄계 코크스를 기존 석유계 코크스에 섞어서 전극봉 제조용 페이스트를 제조하는 것이 추세이며, 이처럼 석유계 코크스 및 석탄계 코크스를 섞어서 페이스트를 제조할 시 전술한 바와 같이 퍼핑 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명자들의 연구결과에 따르면, 퍼핑 문제는 석유계 코크스와 석탄계 코크스에 모두 발생하나, 석유계 코크스의 경우 전극봉 내 황이 원인이 되어 퍼핑이 발생하는 한편, 석탄계 코크스의 경우 전극봉 내 질소가 원인이 되어 퍼핑이 발생한다. 그러므로, 각각의 코크스에 대해 개별적인 대책을 동시에 적용하는 것이 필요하다.
구체적으로, 석유계 코크스에 산화철(Fe2O3)을 첨가하는 경우 황 유래 가스인 H2S, CS2 가스의 발생속도를 늦출 수 있으며, 결국 석유계 코크스의 퍼핑을 2500℃ 이후로 지연시킬 수 있다. 다시 말해, 석유계 코크스에 산화철이 첨가되면 황은 설파이드(sulfide) 형태로 잔존할 수 있게 되고, 이렇게 형성된 설파이드는 높은 온도에서 천천히 분해 또는 제거될 수 있으므로, 결국 산화철의 첨가는 황 유래 가스의 발생을 현저하게 줄일 수 있다. 따라서, 석유계 코크스는 거분으로 남겨두더라도 퍼핑 문제가 발생하지 않으며, 오히려 거분의 석유계 코크스를 사용하는 경우 벌크(bulk)한 메조페이스(mesophase)의 페이스트를 제조할 수 있다는 점에서 이점이 있다.
다만, 산화철을 이용한 상기 비가역적 열팽창 억제 방식은 질소 함량이 상대적으로 높은 석탄계 코크스에는 적용되기 다소 어려운 측면이 있다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 석유계 코크스와 혼합되는 석탄계 코크스를 미분으로 제어함으로써 석탄계 코크스에 의한 가스 발생을 전극봉 전반에 분산시킬 수 있고, 그로 인하여 퍼핑을 최소화할 수 있음을 알았다.
이러한 견지에서, 본 발명의 한가지 구현례에 의한 전극봉 제조용 페이스트는 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하인 석탄계 코크스를 50중량% 이상 포함하고, 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 10중량% 이상 포함하며, 석유계 코크스의 전체 중량을 기준으로 산화철을 0.5중량% 이상으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 페이스트는 하기의 [관계식 1]에 의해 산출되는 P 값이 83 이상일 수 있다.
[관계식 1]
P = (2a+10b)2
([관계식 1]에서 a는 1~2mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비이며, b는 2~7mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비를 뜻한다.)
상기 전극봉 제조용 페이스트는 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하인 석탄계 코크스를 50중량% 이상 포함하고, 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 10중량% 이상 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 석탄계 코크스의 퍼핑 문제 해결을 위해 석탄계 코크스는 미분으로 남겨놓되, 벌크(bulk)한 메조페이스(mesophase)의 페이스트 형성을 위해 석유계 코크스는 거분으로 남겨놓는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 일 구현례에 의한 페이스트는 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하의 석탄계 코크스를 50중량% 이상 포함하고, 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 10중량% 이상을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하의 석탄계 코크스를 80중량% 이상 포함하고, 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 25중량% 이상 포함할 수 있다. 한편, 미분 석탄계 코크스가 많으면 많을수록 본 발명의 목적 달성이 용이해지는 바, 입도가 1mm 이하의 석탄계 코크스 함량의 상한은 따로 제한하지는 않는다.
특히, 본 발명의 전극봉 제조용 페이스트는 하기 [관계식 1]에 의해 산출되는 P 값이 83 이상일 수 있다.
[관계식 1]
P = (2a+10b)2
([관계식 1]에서 a는 1~2mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비이며, b는 2~7mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비를 뜻한다.)
상기 [관계식 1]은 입도에 따른 석유계 코크스의 상대적인 중량 범위를 제어하기 위함이다. 만일 상기 [관계식 1]에 따른 P 값이 83 미만인 경우, 2~7mm의 입도를 가지는 석유계 코크스의 함량이 감소함에 따라 석탄계 코크스의 거분 함량이 상대적으로 증가하게 되고, 이 경우 흑연화 단계에서 N2, NH3 등의 가스가 국부적으로 발생하여 전극봉 내 크랙이 발생할 수 있다. 이처럼 크랙이 발생할 경우 전극봉의 전기전도도가 저하될 수 있다. 보다 바람직한 P 값의 하한은 84일 수 있고, 보다 더 바람직한 하한은 90일 수 있다.
이때 상기 석탄계 코크스는 침상코크스 또는 피치 등방성 코크스 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 침상코크스 및 피치 등방성 코크스는 석탄계 중질유, 콜타르(Coaltar) 또는 콜타르 피치 중 어느 하나 이상으로부터 유래된 것 일 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자들은 석탄계 유래 코크스로서 일반적으로 전극봉에 사용되던 침상 코크스 외에도 일정 수준 이하의 열팽창 계수를 가지는 피치 등방 코크스 또한 고품질 전극봉 제조에 사용할 수 있음을 알았다.
즉, 본 발명의 페이스트는 기존 침상 코크스 외에도 열팽창계수가 40(×10-7/℃) 이하인 피치 등방성 코크스를 포함함으로써, 낮은 열팽창계수 등 우수한 특성을 갖는 전극봉을 제조할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 구현례에 의한 페이스트에 포함된 석탄계 유래 침상 코크스 및 피치 등방성 코크스의 열팽창계수는 40(×10-7/℃) 이하일 수 있다.
만일 상기 침상 코크스 및 등방성 코크스의 열팽창계수가 40(×10-7/℃)을 초과하는 경우, 완제품인 전극봉의 열팽창의 계수가 과도하게 높아질 수 있다. 이처럼 열팽창계수가 과도하게 높은 경우 선단이 소모될 수 있으며, 고온에 노출된 전극의 표면이 박리되거나 비산하여 단면결손이 발생하는 스폴링(spalling) 현상 또는 크랙킹(cracking) 현상 등이 발생할 수 있다. 이 경우 전극봉의 수명이 짧아지는 문제가 생길 수 있다. 더욱 바람직한 열팽창계수의 상한은 상기 침상 코크스의 경우 5(×10-7/℃)이며, 피치 등방성 코크스의 경우 38(×10-7/℃)이다.
상기 석탄계 코크스 및 석유계 코크스는 1000℃ 이상에서 하소된 것일 수 있다. 코크스의 하소 온도가 1000℃ 미만일 경우, 전기비저항이 크게 높아져 전극 내 전류가 잘 흐르지 못하는 문제가 생길 수 있다. 아울러, 실제 ESF(Electric Smelting Furnace) 내에서 사용하는 경우, 스폴링(spalling) 현상이 발생할 수 있다.
또한, 상기 석유계 코크스는 3중량% 미만의 질소(N)와 3중량% 미만의 황(S)를 포함할 수 있고, 상기 석탄계 코크스 또한 3중량% 미만의 질소(N)와 3중량% 미만의 황(S)을 포함할 수 있다.
흑연화 단계에서의 황 또는 질소 유래 가스 방출을 저감하기 위해 본 발명은 석유계 코크스 및 석탄계 코크스의 황과 질소 함량의 상한을 3중량%로 제한할 수 있다.
본 발명은 상술한 페이스트를 통해 흑연화 단계에서의 퍼핑을 방지하면서도 낮은 열팽창계수를 가지는 전극봉을 제조할 수 있다.
나아가, 전술한 바와 같이 본 발명은 퍼핑을 억제함으로써 단시간 내에 적은 원료로도 우수한 물성을 가지는 전극봉을 제조할 수 있다. 특히 해당 발명은 콜타르 기반의 석탄계 원료 물질을 기반으로 한 침상 코크스 공정에 적합하다. 다만, 이러한 용도에 제한되는 것은 아니다.
이하 본 발명의 전극봉 제조용 페이스트의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 전극봉 제조용 페이스트의 제조방법은 석탄계 및 석유계 코크스를 준비하는 단계; 상기 석탄계 및 석유계 코크스를 분쇄 및 분급하는 단계; 상기 분쇄된 석탄계 및 석유계에 산화철을 첨가하여 혼합하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 분쇄는 볼 밀링(ball milling) 또는 조 크러셔(jaw crusher) 공정을 통하여 행해질 수 있다.
또한, 상기 혼합 단계는 10분 이상 1시간 이하의 시간동안 행해질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기의 제조방법에 의해 제조된 페이스트는 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하인 석탄계 코크스를 50중량% 이상 포함하고, 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 10중량% 이상 포함할 수 있으며, 석유계 코크스의 전체 함량을 기준으로 0.5중량% 이상의 산화철을 포함하고, 하기 [관계식 1]에 의해 산출되는 P 값이 83 이상일 수 있다.
[관계식 1]
P = (2a+10b)2
([관계식 1]에서 a는 1~2mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비이며, b는 2~7mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비를 뜻한다.)
이에 대해서는 본 발명의 페이스트와 관련하여 상술한 내용과 동일하므로 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 전극봉은 상술한 페이스트를 5~20℃/min의 승온속도로 110~180℃의 온도범위까지 승온하여 15~50분간 열처리하는 단계; 상기 열처리된 페이스트와 바인더 피치를 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 가압하여 성형체를 제조하는 단계; 상기 성형체를 800℃ 이상의 온도 범위에서 탄화시키는 단계; 및 상기 탄화된 성형체를 2900℃ 이상의 온도범위에서 흑연화시키는 단계를 통해 제조될 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 상술한 페이스트를 5~20℃/min의 승온속도로 110~180℃의 온도범위까지 승온하여 15~50분간 열처리할 수 있다.
본 발명은 승온속도가 20℃/min를 초과하는 경우 급격하게 온도가 상승하여 휘발분(volatile matter)이 원활히 배출되지 않거나, 페이스트의 조직 구조가 붕괴되는 문제가 생길 수 있다. 한편, 승온속도가 5℃/min 미만인 경우, 본 발명에 의한 전극봉의 생산 효율이 낮아질 수 있으므로, 승온속도의 하한을 5℃/min로 할 수 있다.
그 후, 110~180℃의 온도범위에서 15~50분간 열처리한다. 이때 열처리 온도가 110℃ 미만이거나 15분 미만으로 열처리하는 경우, 분체 내 기공이 효과적으로 확보될 수 없어 피치 혼련 시 피치가 분체 내부에 제대로 침투하지 못하는 문제가 생길 수 있다. 반면, 열처리 온도가 180℃ 초과이거나 50분을 초과하여 열처리하는 경우, 과도한 열충격으로 전극 구조가 붕괴되거나 필요한 에너지 비용이 상승할 수 있다.
상기 열처리된 페이스트에 바인더 피치를 혼련하여 혼합물을 제조할 수 있으며, 상기 혼합물을 가압하여 성형체를 제조할 수 있다. 그 후 가압된 성형체를 800℃ 이상의 온도 범위에서 탄화시킬 수 있다. 만일 800℃ 미만의 온도 범위에서 탄화시킬 경우 휘발분이 효과적으로 배출되지 않는 문제가 생길 수 있다.
상기 탄화된 성형체를 2900℃ 이상의 온도범위에서 흑연화시킬 수 있으며, 이는 전극봉의 탄소 망상 구조(network structure)를 발달시켜 높은 전기전도도를 확보하기 위함이다.
본 발명의 페이스트 및 상술한 제조방법에 의해 제조된 전극봉은 흑연화 단계에서의 퍼핑 억제로 크랙 발생 위험이 적을 뿐만 아니라, 낮은 열팽창계수를 가지기 때문에 사용주기가 긴 장점이 있다.
(실시예)
우선, 1200℃에서 하소된 석탄계 및 석유계 코크스를 준비하였다. 그 다음, 상기 석탄계 및 석유계 코크스를 조크러셔 공정을 통해 분쇄한 후, 입도에 따라 분급하였다. 그 후, 전체 코크스의 함량을 기준으로 하기 표에 따른 입도 및 중량비를 갖는 석탄계 및 석유계 코크스를 혼합하여 코크스 분체 500kg을 제조하였다. 그 후, 상기 코크스 분체에 산화철을 첨가하였는데, 이때 석유계 코크스의 전체 함량을 기준으로 한 산화철의 중량비를 하기 표에 기재하였다. 이후에는 코크스 분체와 산화철의 혼합물을 아이리히(EIRICH) 사의 수직형 혼련기에 투입한 후 30분간 125rpm의 속도로 수직식 상온 믹싱을 행하였다. 이때, 외부 팬 속도는 12rpm에 해당하였다. 그 후 상기 혼련기를 20℃/min의 승온속도로 170℃까지 승온하여 20분간 프리히팅(preheating)을 행하였다. 이후 120℃로 온도 유지하였다.
87℃의 연화점을 가지는 바인더 피치 135kg를 90℃에서 액화시켰고, 제조된 액화 피치를 코크스 분체가 삽입된 혼련기 내에 스프레이식으로 투입하였다.
그 후 120℃에서 25분간 137rpm 속도로 수직식 블레이드 방식으로 혼련을 진행한 후, 혼련된 분체를 수거하였다. 상기 혼련 시 외부 팬 속도는 14rpm에 해당하였다.
혼련된 분체를 120℃의 압출 프레스를 통해 원통형 실린더 모양의 성형체로 제조하였다. 상기 성형체의 직경은 20mm이었고, 높이는 100mm이었다. 성형체를 제조할 때 압력의 크기는 90MPa이었다. 그 후, 제조된 성형체를 830℃에서 6시간동안 유지하여 성형체를 탄화시킨 다음, 아르곤 분위기 하에서 상기 탄화된 성형체를 2900℃에서 흑연화하였다. 흑연화 과정 중 비가역적 팽창률(%)(irreversible expansion rate)은 1500~2500℃의 온도범위에서 push-rod-type diatometer을 이용하여 하기의 식에 의해 측정되었다.
비가역적 팽창률(%) = {(2500℃에서의 성형체의 길이-1500℃에서의 성형체의 길이)/(1500℃에서의 성형체의 길이)}×100(%)
또한, 하기 표의 석탄계 및 석유계 코크스의 입도는 실라스(CILAS)사의 입도분석기 중 1080 모델로 측정하였다.
한편, 하기의 실시예 1 내지 11의 석탄계 및 석유계 코크스의 질소 함량 및 황 함량은 각각 1% 미만으로 제어되었다. 또한, 실시예 1 내지 11의 석탄계 침상코크스 및 석유계 코크스의 열팽창계수는 5×10-7/℃ 이하였다. 피치 등방 코크스의 열팽창계수는 실시예 6 내지 10의 경우는 35×10-7/℃였으나, 실시예 11의 경우는 42×10-7/℃였다.
(실시예 1)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 50% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 1 144.0 0.6
석유계 0% 10% 8% 16% 16% 0% 0%
(실시예 2)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 50% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0.44 144.0 1.7
석유계 0% 9% 9% 16% 16% 0% 0%
(실시예 3)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 50% 5% 5% 0% 0% 0% 0% 1 93.5 0.4
석유계 0% 4% 4% 14% 10% 4% 4%
(실시예 4)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 50% 7% 3% 0% 0% 0% 0% 0.95 94.3 1.3
석유계 0% 2% 10% 12% 8% 4% 4%
(실시예 5)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 50% 8% 4% 6% 0% 0% 0% 1.1 63.7 1.7
석유계 0% 3% 7% 6% 8% 4% 4%
(실시예 6)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 침상코크스 30% 5% 3% 0% 0% 0% 0% 1 84.6 0.9
피치 등방성 코크스 30% 4% 0% 0% 0% 0% 0%
석유계 0 1% 9% 8% 6% 2% 2%
(실시예 7)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 침상코크스 30% 5% 3% 0% 0% 0% 0% 1.7 84.6 1.1
피치 등방성 코크스 30% 4% 0% 0% 0% 0% 0%
석유계 0 1% 9% 8% 6% 2% 2%
(실시예 8)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 침상코크스 30% 5% 3% 0% 0% 0% 0% 0.43 84.6 1.7
피치 등방성 코크스 30% 4% 0% 0% 0% 0% 0%
석유계 0% 1% 9% 8% 6% 2% 2%
(실시예 9)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 침상코크스 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0.57 84.6 1.4
피치 등방성 코크스 60% 9% 3% 0% 0% 0% 0%
석유계 0% 1% 9% 8% 6% 2% 2%
(실시예 10)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 침상코크스 31% 4% 0% 0% 0% 0% 0% 1 81 2.1
피치 등방성 코크스 30% 5% 3% 0% 0% 0% 0%
석유계 0 0 9% 8% 6% 2% 2%
(실시예 11)
코크스 입도 (mm, 중량%) 산화철 중량(중량%) P 값 비가역적 팽창률 (%)
1이하 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7
석탄계 침상코크스 60% 9% 3% 0% 0% 0% 0% 0.57 84.6 2.5
피치 등방성 코크스 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
석유계 0% 1% 9% 8% 6% 2% 2%
실시예 2 및 8의 경우, 산화철을 석유계 코크스의 전체 함량을 기준으로 0.5중량% 미만으로 포함하고 있어, 석유계 코크스의 퍼핑 문제를 억제할 수 없었다. 이로써, 비가역적 팽창률이 1.5%를 초과하였다.
실시예 5 및 10의 경우, [관계식 1]에 의해 산출되는 P 값이 83에 미달함에 따라 거분 중에서 석탄계 코크스가 차지하는 양이 상대적으로 많아졌고, 이로써 산화철을 통한 퍼핑 억제가 효과적으로 이루어지지 않았다. 그 결과, 비가역적 팽창률이 1.5%를 초과하였다.
실시예 11은 열팽창계수가 40(×10-7/℃) 초과인 피치 등방 코크스를 사용함에 따라 열위한 퍼핑 특성을 보여주었다.
그 외에, 본 발명에서 제시하는 석탄계 및 석유계 코크스의 조성과 제조방법 상의 조건을 만족하는 실시예 1, 3, 4, 6, 7 및 9는 전극 사용 시 낮은 열팽창계수를 보여줌과 동시에, 1.5% 이하의 비가역적 팽창률을 보여주며 흑연화 단계에서의 비가역적 팽창이 억제되는 양상을 보여주었다. 특히, 실시예 6, 7 및 9는 기존 전극봉에서 주로 이용되던 침상 코크스 대신 일부를 석탄계 유래 피치 등방 코크스로 대체하였음에도 불구하고, 등방 코크스의 열팽창계수를 일정 수준 이하로 하여 퍼핑이 억제되고 열팽창계수가 낮은 고품질의 전극봉을 생산할 수 있었다.

Claims (9)

  1. 전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이하인 석탄계 코크스를 50중량% 이상 포함하고,
    전체 코크스의 중량을 기준으로 입도가 1mm 이상인 석유계 코크스를 10중량% 이상 포함하며,
    석유계 코크스의 전체 함량을 기준으로 0.5중량% 이상의 산화철을 포함하고,
    하기의 [관계식 1]에 의해 산출되는 P 값이 83 이상인 전극봉 제조용 페이스트.

    [관계식 1]
    P = (2a+10b)2
    ([관계식 1]에서 a는 1~2mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비이며, b는 2~7mm의 입도를 가지는 코크스 중 석유계 코크스가 차지하는 비를 뜻한다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석탄계 코크스는 침상 코크스 또는 피치 등방성 코크스 중 어느 하나 이상인 전극봉 제조용 페이스트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석탄계 코크스 및 석유계 코크스는 1000℃ 이상에서 하소된 것인 전극봉 제조용 페이스트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 코크스는 3중량% 미만의 질소(N)와 3중량% 미만의 황(S)을 포함하는 전극봉 제조용 페이스트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석탄계 코크스는 3중량% 미만의 질소(N)와 3중량% 미만의 황(S)을 포함하는 전극봉 제조용 페이스트.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 침상 코크스 및 상기 피치 등방성 코크스는 석탄계 중질유, 콜타르(Coaltar) 또는 콜타르 피치 중 어느 하나 이상으로부터 유래된 것인 전극봉 페이스트.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 침상 코크스 및 상기 피치 등방성 코크스의 열팽창계수는 40(×10-7/℃) 이하인 전극봉 제조용 페이스트.
  8. 제1항 내지 제7항의 전극봉 제조용 페이스트로부터 제조된 전극봉.
  9. 제1항 내지 제7항의 전극봉 제조용 페이스트를 준비하는 단계;
    상기 전극봉 제조용 페이스트를 5~20℃/min의 승온속도로 110~180℃의 온도범위까지 승온하여 15~50분간 열처리하는 단계;
    상기 열처리된 페이스트와 바인더 피치를 혼련하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 가압하여 성형체를 제조하는 단계;
    상기 성형체를 800℃ 이상의 온도 범위에서 탄화시키는 단계; 및
    상기 탄화된 성형체를 2900℃ 이상의 온도범위에서 흑연화시키는 단계를 포함하는 전극봉 제조방법.
KR1020230083147A 2023-06-28 2023-06-28 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법 Pending KR20250001065A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230083147A KR20250001065A (ko) 2023-06-28 2023-06-28 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230083147A KR20250001065A (ko) 2023-06-28 2023-06-28 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20250001065A true KR20250001065A (ko) 2025-01-06

Family

ID=94237125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230083147A Pending KR20250001065A (ko) 2023-06-28 2023-06-28 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20250001065A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110590363A (zh) 一种超高功率石墨电极及其制造方法
KR20050035284A (ko) 흑연 제품의 제조 방법
JP3093015B2 (ja) ニードルコークスの製造方法
JP3765840B2 (ja) 炭素材の製造方法
KR20250001065A (ko) 전극봉 제조용 페이스트 및 그 제조방법
KR102508856B1 (ko) 바인더 조성물, 이를 이용해 제조된 전극봉 및 그 제조방법
JPH0645505B2 (ja) 高固有抵抗化等方性黒鉛材の製造法
JP2910002B2 (ja) 特殊炭素材の混練方法
JP3278190B2 (ja) 等方性高密度黒鉛材の製造方法
KR102634867B1 (ko) 코크스 조성물 및 전극봉
KR102792667B1 (ko) 전극봉 제조용 조성물, 이를 이용해 제조된 전극봉 및 그 제조방법
KR20250097180A (ko) 석유계 저급 페트콕 및 중질유 기반 탄소 페이스트 제조방법, 그 방법으로 제조된 탄소 페이스트 및 이를 이용한 자소성 전극
KR20240130355A (ko) 자가소성전극 제조용 페이스트 및 그 제조방법
JPS6259511A (ja) 人造黒鉛電極の製造方法
KR100903636B1 (ko) 폐타이어 분말을 이용한 탄소 성형체의 제조 방법
JPH04321560A (ja) 等方性高強度黒鉛材料の製造方法
KR20240126112A (ko) 자가소성전극 제조용 페이스트 및 그 제조방법
KR20240072737A (ko) 전극봉용 코크스 조성물 및 이를 포함하는 전극봉
JP3296011B2 (ja) ニードルコークスの製造方法
JP3094502B2 (ja) 炭素材の製造方法
KR100419619B1 (ko) 카본질 내화물용 점결재의 제조방법 및 카본질 내화물 제조방법
KR20240176648A (ko) 전극 페이스트 및 그 제조방법
JP2697482B2 (ja) ピッチ系素材の製造方法及びそれを原料とした炭素材の製造方法
KR20250000999A (ko) 전극봉 제조용 조성물, 이를 이용해 제조된 전극봉 및 그 제조방법
KR100530046B1 (ko) 고강도 야금용 코크스 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20230628

PG1501 Laying open of application