KR20250038388A - Composition for self baking electrode, briquet, manufacturing method for electrode part and electrode part - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 전기로에 사용될 수 있는 자소성 전극용 조성물로서, 탄소를 함유하는 탄소질 재료 및 콜타르 피치를 포함하고, 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연을 X선 회절 분석하여 측정되는 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3이다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 콜타르 피치를 적게 함유시키더라도 전기 비저항이 낮고 전기 전도도가 높은 브리켓을 제조할 수 있다. 이에, 콜타르 피치의 사용량 및 콜타르 피치의 액화 공정으로 인한 비용을 절감할 수 있다.An embodiment of the present invention provides a composition for a self-igniting electrode that can be used in an electric furnace, comprising a carbonaceous material containing carbon and coal tar pitch, wherein the coal tar pitch has an a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm, as measured by X-ray diffraction analysis of graphite formed when carbonized, and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) of 2 to 3.
Therefore, according to the embodiments of the present invention, briquettes having low electrical resistivity and high electrical conductivity can be manufactured even if the coal tar pitch content is small. Accordingly, the amount of coal tar pitch used and the cost due to the coal tar pitch liquefaction process can be reduced.
Description
본 발명은 자소성 전극용 조성물, 브리켓, 전극부의 제조 방법 및 전극부에 관한 것으로, 전기 비저항이 낮은 자소성 전극을 제조할 수 있는 자소성 전극용 조성물, 브리켓, 전극부의 제조 방법 및 전극부에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a self-igniting electrode, a briquette, a method for manufacturing an electrode part, and an electrode part, and more particularly, to a composition for a self-igniting electrode, a briquette, a method for manufacturing an electrode part, and an electrode part capable of manufacturing a self-igniting electrode having low electrical resistivity.
전기로는 전극부로 전력을 가하여 전극부에서 발생되는 열 및 아크를 이용하여 환원철이나 스크랩 등과 같은 철원료를 용해시키는 장치이다. 그리고, 전극부로 자소성 전극을 사용하는 전기로가 있다. 자소성 전극은, 전기로로 삽입되게 설치된 원통형의 케이스의 내부로 브리켓을 투입하고, 전기로 내부의 열과 케이스로 인가되는 전력을 이용하여 브리켓을 용융 및 소성시켜서 마련되는 전극이다. 브리켓은 무연탄과 바인더를 혼합한 조성물을 성형하여 제조하며, 바인더로는 콜타르 피치를 사용한다.An electric furnace is a device that melts iron raw materials such as reduced iron or scrap by applying electricity to the electrode section and utilizing the heat and arc generated from the electrode section. In addition, there is an electric furnace that uses a self-firing electrode as the electrode section. A self-firing electrode is an electrode that is prepared by inserting briquettes into a cylindrical case installed to be inserted into the electric furnace and melting and sintering the briquettes using the heat inside the electric furnace and the electricity applied to the case. The briquettes are manufactured by molding a composition mixed with anthracite coal and a binder, and coal tar pitch is used as the binder.
자소성 전극은 인가되는 전력에 의해 열 및 아크를 발생시킨다. 이에, 자소성 전극은 작은 전력으로도 원하는 열 및 아크를 발생시킬 수 있도록, 전기 비저항이 낮아야 한다. 그리고 자소성 전극의 전기적 특성을 확보하기 위해서는 브리켓의 전기 비저항이 낮아야 한다.The self-igniting electrode generates heat and arc by the applied electric power. Therefore, the self-igniting electrode must have low electrical resistance so that it can generate the desired heat and arc even with a small electric power. In addition, in order to secure the electrical characteristics of the self-igniting electrode, the electrical resistance of the briquette must be low.
이를 위해, 무연탄과 콜타르 피치를 혼합하는데 있어서 콜타르 피치를 다량 함유시킨다. 즉, 무연탄 입자들 간의 접합력을 향상시키고, 브리켓의 밀도를 증가시키기 위해 다량의 콜타르 피치를 혼합한다. 이에 콜타르 피치의 사용량 증가에 따른 비용이 상승하는 문제가 있다. To this end, a large amount of coal tar pitch is included when mixing anthracite coal and coal tar pitch. That is, a large amount of coal tar pitch is mixed in order to improve the bonding strength between anthracite coal particles and increase the density of the briquette. However, there is a problem that the cost increases due to the increased use of coal tar pitch.
또한, 무연탄과 콜타르 피치를 혼합하기 전에 상기 콜타르 피치를 액화시킨다. 그런데 콜타르 피치의 사용량이 많을 수록 액화시킬 콜타르 피치의 양이 증가하므로, 액화에 소비되는 시간 및 비용이 증가하는 문제가 있다.In addition, before mixing anthracite coal and coal tar pitch, the coal tar pitch is liquefied. However, as the amount of coal tar pitch used increases, the amount of coal tar pitch to be liquefied increases, which causes a problem in that the time and cost consumed for liquefaction increase.
본 발명은 전기 비저항이 낮은 자소성 전극을 제조할 수 있는 자소성 전극용 조성물, 브리켓, 전극부의 제조 방법 및 전극부를 제공한다.The present invention provides a composition for a self-igniting electrode, a briquette, a method for manufacturing an electrode part, and an electrode part capable of manufacturing a self-igniting electrode having low electrical resistivity.
본 발명은 콜타르 피치의 함량을 감소시키면서도 전기 비저항을 낮추고 전기 전도도를 향상시킬 수 있는 자소성 전극용 조성물, 브리켓, 전극부의 제조 방법 및 전극부를 제공한다.The present invention provides a composition for a self-igniting electrode, a briquette, a method for manufacturing an electrode part, and an electrode part capable of lowering electrical resistivity and improving electrical conductivity while reducing the content of coal tar pitch.
본 발명은 제조 비용을 절감시킬 수 있는 자소성 전극용 조성물, 브리켓, 전극부의 제조 방법 및 전극부를 제공한다.The present invention provides a composition for a self-igniting electrode, a briquette, a method for manufacturing an electrode portion, and an electrode portion capable of reducing manufacturing costs.
본 발명의 실시예는 전기로에 사용될 수 있는 자소성 전극용 조성물로서, 탄소를 함유하는 탄소질 재료 및 콜타르 피치를 포함하고, 상기 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연을 X선 회절 분석하여 측정되는 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3일 수 있다.An embodiment of the present invention provides a composition for a self-igniting electrode that can be used in an electric furnace, comprising a carbonaceous material containing carbon and coal tar pitch, wherein the coal tar pitch has an a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm as measured by X-ray diffraction analysis of graphite formed when carbonized, and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) can be 2 to 3.
상기 탄소질 재료의 100 중량부에 대해서 상기 콜타르 피치의 함량이 20 중량부 내지 40 중량부일 수 있다.The content of the coal tar pitch may be 20 to 40 parts by weight for 100 parts by weight of the carbonaceous material.
상기 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때의 탄화율이 35% 내지 50%일 수 있다.The above-mentioned coal tar pitch may have a carbonization rate of 35% to 50% when carbonized.
상기 탄소질 재료 100 중량% 중 회분(ash)의 함량이 0 중량% 이상 5 중량% 이하일 수 있다.The ash content among 100 wt% of the above carbonaceous material may be 0 wt% or more and 5 wt% or less.
상기 탄소질 재료 100 중량% 중 휘발분의 함량이 0 중량% 이상 3 중량% 이하일 수 있다.The content of volatile matter among 100 wt% of the above carbonaceous material may be 0 wt% or more and 3 wt% or less.
상기 탄소질 재료는 무연탄 및 코크스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The above carbonaceous material may include at least one of anthracite coal and coke.
상기 코크스는 침상코크스 및 피치코크스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The above coke may include at least one of needle coke and pitch coke.
상기 침상코크스 및 피치코크스 중 적어도 하나는 석탄계 코크스 및 석유계 코크스 중 적어도 하나일 수 있다.At least one of the above bed coke and pitch coke may be at least one of coal-based coke and petroleum-based coke.
브리켓은 상기 자소성 전극용 조성물을 성형하여 제조된다.Briquettes are manufactured by molding the composition for the above-mentioned self-igniting electrode.
상기 브리켓은 전기 비저항이 0μΩm 초과 120μΩm 이하이고, 상기 브리켓은, 가열 전 브리켓의 지름(D1)에 대한 가열 후 브리켓의 지름(D2) 증가량의 비율인 퍼짐성이 10% 내지 35%일 수 있다.The briquette may have an electrical resistivity of more than 0 μΩm and less than or equal to 120 μΩm, and the briquette may have a spreadability, which is a ratio of an increase in the diameter (D 2 ) of the briquette after heating to the diameter (D 1 ) of the briquette before heating, of 10% to 35%.
본 발명의 실시예에 따른 전극부의 제조 방법은, 탄소질 재료를 준비하는 과정; 탄화시켰을 때 형성되는 흑연을 X선 회절 분석하여 측정되는 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3이 될 수 있는 콜타르 피치를 준비하는 과정; 상기 준비된 탄소질 재료와 콜타르 피치를 포함하는 브리켓을 제조하는 과정; 전기로의 본체부에 삽입되게 설치된 전극부의 케이스의 내부로 상기 브리켓을 투입하는 과정; 및 상기 케이스로 전력을 인가하여 상기 브리켓을 용융 및 소성시켜 상기 케이스의 외부로 돌출될 수 있는 자소성 전극을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.A method for manufacturing an electrode part according to an embodiment of the present invention may include: a process for preparing a carbonaceous material; a process for preparing coal tar pitch, wherein the a-axis crystallite length (L a ) measured by X-ray diffraction analysis of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) can be 2 to 3; a process for manufacturing a briquette including the prepared carbonaceous material and coal tar pitch; a process for introducing the briquette into the interior of a case of the electrode part installed to be inserted into a main body of an electric furnace; and a process for applying electric power to the case to melt and sinter the briquette, thereby forming a self-extinguishing electrode capable of protruding out of the case.
상기 준비되는 콜타르 피치는 고상이며, 상기 브리켓을 제조하기 전에, 준비된 상기 탄소질 재료를 가열하는 과정 및 준비된 고상의 콜타르 피치를 연화점 이상의 온도로 가열하여 액화시키는 과정을 포함하고, 상기 브리켓을 제조하는 과정은, 상기 가열된 탄소질 재료와 액화된 콜타르 피치를 혼합시키는 과정; 상기 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합된 혼합물을 성형하는 과정;을 포함할 수 있다.The above-mentioned prepared coal tar pitch is solid, and before manufacturing the briquette, a process of heating the prepared carbonaceous material and a process of heating the prepared solid coal tar pitch to a temperature higher than its softening point to liquefy it, and the process of manufacturing the briquette may include a process of mixing the heated carbonaceous material and the liquefied coal tar pitch; and a process of forming a mixture in which the carbonaceous material and the coal tar pitch are mixed.
상기 준비된 탄소질 재료를 가열하는데 있어서, 상기 탄소질 재료의 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 높은 온도가 되도록 가열할 수 있다.When heating the prepared carbonaceous material, the carbonaceous material can be heated so that the temperature of the carbonaceous material becomes higher than the softening point of the coal tar pitch.
상기 탄소질 재료의 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 높은 온도가 되도록 가열하는데 있어서, 상기 탄소질 재료의 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 10℃ 내지 30℃ 높은 온도가 되도록 가열할 수 있다.In heating the carbonaceous material so that the temperature thereof is higher than the softening point of the coal tar pitch, the carbonaceous material may be heated so that the temperature thereof is 10°C to 30°C higher than the softening point of the coal tar pitch.
상기 탄소질 재료를 준비하는데 있어서, 상기 탄소질 재료 100 중량% 중 회분(ash)의 함량이 0 중량% 이상 5 중량% 이하이고, 휘발분의 함량이 0 중량% 이상 3 중량% 이하인 탄소질 재료를 준비할 수 있다.In preparing the above carbonaceous material, a carbonaceous material can be prepared in which the ash content is 0 wt% or more and 5 wt% or less among 100 wt% of the carbonaceous material, and the volatile matter content is 0 wt% or more and 3 wt% or less.
상기 탄소질 재료와 액화된 콜타르 피치를 혼합하는데 있어서, 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 높은 온도로 상기 탄소질 재료와 액화된 콜타르 피치를 가열하면서 혼합할 수 있다.In mixing the above carbonaceous material and the liquefied coal tar pitch, the carbonaceous material and the liquefied coal tar pitch can be mixed while heating them at a temperature higher than the softening point of the coal tar pitch.
본 발명의 실시예는 일부가 전기로의 본체부로 삽입되게 설치되는 전극부로서, 일 방향으로 연장 형성된 내부공간을 가지는 케이스; 및 청구항 9에 기재된 브리켓을 소성시켜 형성되며, 일부가 상기 케이스 내부에 위치하고 나머지가 케이스의 하측 외부로 돌출되게 형성된 자소성 전극;을 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention may include a case having an internal space formed to extend in one direction as an electrode part, a portion of which is installed to be inserted into a main body of an electric furnace; and a self-firing electrode formed by firing the briquette described in claim 9, a portion of which is positioned inside the case and the remainder of which is formed to protrude outside the lower side of the case.
본 발명의 실시예들에 의하면, 콜타르 피치를 적게 함유시키더라도 전기 비저항이 낮고 전기 전도도가 높은 브리켓을 제조할 수 있다. 이에, 콜타르 피치의 사용량 및 콜타르 피치의 액화 공정으로 인한 비용을 절감할 수 있다.According to embodiments of the present invention, briquettes having low electrical resistivity and high electrical conductivity can be manufactured even with a small content of coal tar pitch. Accordingly, the amount of coal tar pitch used and the cost due to the liquefaction process of coal tar pitch can be reduced.
또한, 브리켓을 이용하여 제조되는 자소성 전극의 전기 비저항을 감소시키고, 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 자소성 전극으로 전력을 인가하여 발생되는 열 및 아크로 원료를 용융시켜 용융 금속을 제조하는데 있어서, 인가된 전력에 의해 자소성 전극에서 열 및 아크가 발생되는 효율을 증가시킬 수 있다.In addition, the electrical resistivity of the self-igniting electrode manufactured using briquettes can be reduced and the electrical conductivity can be improved. Therefore, in manufacturing molten metal by melting raw materials with heat and arc generated by applying electric power to the self-igniting electrode, the efficiency of heat and arc generated in the self-igniting electrode by the applied electric power can be increased.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극부를 구비하는 전기로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극부가 전기로의 본체부로 삽입되게 설치된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 브리켓의 제조 방법을 도시한 순서도이다.FIG. 1 is a schematic drawing of an electric furnace having an electrode section according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which an electrode part according to an embodiment of the present invention is installed to be inserted into the main body of an electric furnace.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing briquettes according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and these embodiments are provided only to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and to fully inform a person having ordinary skill in the art of the scope of the invention. In order to explain the embodiments of the present invention, the drawings may be exaggerated, and the same reference numerals in the drawings represent the same components.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극부를 구비하는 전기로를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic drawing of an electric furnace having an electrode section according to an embodiment of the present invention.
전기로(Electric Smelting Furnace apparatus)는 내부로 투입된 원료(M)를 용해시켜 용융물 즉, 용융 금속(L)을 제조하는 장치이다. 도 1을 참조하면, 전기로는 원료(M)를 처리할 수 있는 내부공간을 가지는 본체부(100), 원료(M)를 용융시키기 위한 열을 발생시킬 수 있도록 적어도 일부가 본체부(100)의 내부에 위치되게 설치된 전극부(200), 전력을 인가할 수 있도록 전극부(200)에 연결된 전력 공급부(300)를 포함할 수 있다. 또한, 전기로는 원료(M)를 투입할 수 있도록 본체부(100)에 연결되게 설치된 원료 공급부(400)를 포함할 수 있다.An electric smelting furnace apparatus is a device that melts raw material (M) introduced into it to produce a molten material, that is, molten metal (L). Referring to FIG. 1, the electric furnace may include a main body (100) having an internal space capable of processing raw material (M), an electrode part (200) at least partially installed to be positioned inside the main body (100) so as to generate heat for melting the raw material (M), and a power supply part (300) connected to the electrode part (200) so as to be able to apply power. In addition, the electric furnace may include a raw material supply part (400) connected to the main body (100) so as to be able to introduce raw material (M).
본체부(100)의 내부공간으로 투입되는 원료(M)는 제1원료(M1)와 제2원료(M2)를 포함할 수 있다. 그리고 제1원료(M1)는 예를 들어 환원철을 포함할 수 있고, 보다 구체적인 예로 제1원료(M1)는 직접 환원철(Direct Reduced Iron; DRI)을 포함할 수 있다. 제2원료(M2)는 환원제를 포함할 수 있고, 보다 구체적인 예로 제2원료(M2)는 코크스를 포함할 수 있다. 본체부(100)의 내부에서는 전극부(200)로부터 발생된 열에 의해 제1원료(M1) 및 제2원료(M2)가 용해되고 제2원료(M2)에 의해 제1원료(M1)가 환원되며, 이로 인해 용융 금속(L)이 제조된다.The raw material (M) introduced into the internal space of the main body (100) may include a first raw material (M1) and a second raw material (M2). The first raw material (M1) may include, for example, reduced iron, and as a more specific example, the first raw material (M1) may include direct reduced iron (DRI). The second raw material (M2) may include a reducing agent, and as a more specific example, the second raw material (M2) may include coke. Inside the main body (100), the first raw material (M1) and the second raw material (M2) are melted by the heat generated from the electrode part (200), and the first raw material (M1) is reduced by the second raw material (M2), thereby producing a molten metal (L).
직접 환원철은 환원 전 철(Fe)의 함량이 65 중량% 미만인 광석을 이용하여 제조된 저품위의 직접 환원철 및 환원 전 철(Fe)의 함량이 65 중량% 이상인 광석을 이용하여 제조된 고품위 직접 환원철 중 적어도 하나일 수 있다. 그리고, 제1원료(M1)인 직접 환원철(DRI)은 수소를 이용하여 환원된 직접 환원철 즉 '수소 직접 환원철'일 수 있다. 따라서, 제1원료(M1)인 수소 직접 환원철을 용융 및 환원시켜 용융 금속을 제조하는 전기로는, '수소 환원 직접 환원철 용해용 전기로'로 명명될 수 있다.The direct reduced iron may be at least one of low-grade direct reduced iron manufactured using ore having an iron (Fe) content of less than 65 wt% before reduction and high-grade direct reduced iron manufactured using ore having an iron (Fe) content of 65 wt% or more before reduction. In addition, the first raw material (M1) direct reduced iron (DRI) may be direct reduced iron reduced using hydrogen, that is, 'hydrogen direct reduced iron'. Accordingly, an electric furnace for melting and reducing the first raw material (M1) hydrogen direct reduced iron to manufacture molten metal may be named an 'electric furnace for melting hydrogen-reduced direct reduced iron'.
상기에서는 전기로로 투입되는 제1원료(M1)가 수소 직접 환원철을 포함하는 것을 설명하였다. 하지만, 제1원료(M1)는 수소를 이용하여 환원된 직접 환원철 외에 다양한 방법으로 환원되어 제조된 직접 환원철을 포함할 수 있다.In the above, it was explained that the first raw material (M1) fed into the electric furnace includes hydrogen-directly reduced iron. However, the first raw material (M1) may include direct reduced iron manufactured by reduction using various methods in addition to direct reduced iron reduced using hydrogen.
또한, 제1원료(M1)는 직접 환원철에 한정되지 않고, 상기 직접 환원철에 비해 철(Fe)의 함량이 많은 스크랩을 포함할 수 있다. 스크랩은 철(Fe)의 함량이 70 중량%를 초과하는 철 스크랩, 보다 바람직하게는 철(Fe)의 함량이 85 중량% 내지 99 중량%인 철 스크랩일 수 있다.In addition, the first raw material (M1) is not limited to direct reduced iron, and may include scrap having a higher iron (Fe) content than the direct reduced iron. The scrap may be iron scrap having an iron (Fe) content exceeding 70 wt%, more preferably iron scrap having an iron (Fe) content of 85 wt% to 99 wt%.
본체부(100)는 내부공간을 가지는 노체(110) 및 노체(110)의 상측에 마련된 개구를 덮는 덮개(120)를 포함할 수 있다.The main body (100) may include a body (110) having an internal space and a cover (120) covering an opening provided on the upper side of the body (110).
노체(110)는 내부공간을 가지고 상측이 개방된 통 형상일 수 있다. 이러한 노체(110)는 철피 또는 금속으로 마련된 외벽체(110a) 및 외벽체(110a)의 내벽을 둘러싸도록 내화물 재료로 축조된 내벽체(110b)를 포함할 수 있다.The furnace body (110) may be a barrel-shaped body with an inner space and an open upper side. The furnace body (110) may include an outer wall body (110a) made of iron or metal and an inner wall body (110b) constructed of a refractory material to surround the inner wall of the outer wall body (110a).
노체(110)에는 용융 금속(L)을 배출시키는 제1배출구(111) 및 용융 금속(L)의 상부에 부유하고 있는 슬래그(S)를 배출시키는 제2배출구(112)가 마련될 수 있다. 제1 및 제2배출구(112) 각각은 노체(110)의 측벽에 마련되거나 노체(110)의 하부 바닥에 마련될 수 있다. 도 1을 예를 들어 설명하면, 제1배출구(111)는 노체(110)의 일측 측벽에 마련되고, 제2배출구(112)는 노체(110)의 타측 측벽에 마련될 수 있다. 물론, 제1 및 제2배출구(111, 112)는 상술한 위치에 한정되지 않고 용융 금속(L) 및 슬래그(S)를 외부로 배출시킬 수 있는 다양한 위치에 마련될 수 있다.The furnace body (110) may be provided with a first discharge port (111) for discharging molten metal (L) and a second discharge port (112) for discharging slag (S) floating on top of the molten metal (L). Each of the first and second discharge ports (112) may be provided on a side wall of the furnace body (110) or on a lower floor of the furnace body (110). Taking Fig. 1 as an example, the first discharge port (111) may be provided on one side wall of the furnace body (110), and the second discharge port (112) may be provided on the other side wall of the furnace body (110). Of course, the first and second discharge ports (111, 112) are not limited to the above-described positions and may be provided at various positions that can discharge the molten metal (L) and the slag (S) to the outside.
노체(110)의 외부에는 용융 금속(L) 및 슬래그(S) 각각을 수용할 수 있는 용기(10a, 10b)가 배치될 수 있다. 즉, 노체(110)의 외측에서 제1배출구(111)의 하측에 제1용기(10a)가 배치되고, 제2배출구(112)의 하측에 제2용기(10b)가 배치될 수 있다. 여기서 제1배출구(111)로부터 배출된 용융 금속(L)이 수용되는 제1용기(10a)는 예를 들어 래들일 수 있고, 제2배출구(112)로부터 배출된 슬래그(S)가 수용되는 제2용기(10b)는 슬래그 포트일 수 있다.Outside the furnace body (110), containers (10a, 10b) capable of accommodating molten metal (L) and slag (S), respectively, may be arranged. That is, a first container (10a) may be arranged below a first discharge port (111) on the outside of the furnace body (110), and a second container (10b) may be arranged below a second discharge port (112). Here, the first container (10a) that accommodates the molten metal (L) discharged from the first discharge port (111) may be, for example, a ladle, and the second container (10b) that accommodates the slag (S) discharged from the second discharge port (112) may be a slag pot.
덮개(120)는 노체(110)의 상측 개구를 폐쇄할 수 있도록 노체(110)의 상부에 설치된다. 이때 덮개(120)는 내화물로 마련될 수 있다. 또한, 덮개(120)에는 전극부(200)의 일부가 관통할 수 있는 홀과 원료 공급부(400)의 일부가 관통할 수 홀이 마련될 수 있다. 또한 덮개(120)에는 원료(M)가 투입될 수 있는 투입구가 더 마련될 수 있다.The cover (120) is installed on the upper part of the body (110) so as to close the upper opening of the body (110). At this time, the cover (120) may be made of a refractory material. In addition, the cover (120) may be provided with a hole through which a part of the electrode part (200) may pass and a hole through which a part of the raw material supply part (400) may pass. In addition, the cover (120) may further be provided with an inlet through which the raw material (M) may be introduced.
원료 공급부(400)는 전기로의 본체부(100)로 원료(M)를 공급하기 위한 수단이다. 이러한 원료 공급부(400)는 예를 들어 제1원료(M1)가 저장된 제1호퍼(410), 제2원료(M2)가 저장된 제2호퍼(420), 제1 및 제2원료(M1, M2)를 본체부(100)의 내부로 투입할 수 있도록 제1 및 제2호퍼(410, 420)와 연결된 공급기(430)를 포함할 수 있다.The raw material supply unit (400) is a means for supplying raw material (M) to the main body (100) of the electric furnace. This raw material supply unit (400) may include, for example, a first hopper (410) in which a first raw material (M1) is stored, a second hopper (420) in which a second raw material (M2) is stored, and a feeder (430) connected to the first and second hoppers (410, 420) so that the first and second raw materials (M1, M2) can be fed into the interior of the main body (100).
공급기(430)는 예를 들어 제1호퍼(410)에 연결된 제1이송관(431), 제2호퍼(420)에 연결된 제2이송관(432) 및 일단부가 제1 및 제2이송관(431, 432)과 연결되고 타단부는 본체부(100)의 내부공간에 위치되게 덮개(120)를 관통하여 설치된 제3이송관(433)을 포함할 수 있다. 또한, 제1이송관(431), 제2이송관(432) 및 제3이송관(433) 중 적어도 하나에는 밸브가 설치될 수 있다.The feeder (430) may include, for example, a first transfer pipe (431) connected to the first hopper (410), a second transfer pipe (432) connected to the second hopper (420), and a third transfer pipe (433) installed through the cover (120) so that one end is connected to the first and second transfer pipes (431, 432) and the other end is positioned in the internal space of the main body (100). In addition, a valve may be installed in at least one of the first transfer pipe (431), the second transfer pipe (432), and the third transfer pipe (433).
상기에서는 원료 공급부(400)가 제1 및 제2호퍼(410, 420)를 포함하는 것을 설명하였다 그러나, 이에 한정되지 않고 제1 및 제2원료(M1, M2)와 다른 원료가 저장된 호퍼를 더 구비할 수 있다.In the above, it has been described that the raw material supply unit (400) includes first and second hoppers (410, 420). However, it is not limited thereto, and a hopper in which raw materials other than the first and second raw materials (M1, M2) are stored may be additionally provided.
또한, 원료(M)는 상술한 바와 같은 원료 공급부(400)를 이용하여 투입되는 것에 한정되지 않고, 덮개(120)에 마련된 투입구를 통해 본체부(100)의 내부로 투입될 수도 있다.In addition, the raw material (M) is not limited to being fed using the raw material supply unit (400) as described above, and may also be fed into the interior of the main body (100) through the feeding port provided in the cover (120).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극부가 전기로의 본체부로 삽입되게 설치된 상태를 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which an electrode part according to an embodiment of the present invention is installed to be inserted into the main body of an electric furnace.
전극부(200)는 인가된 전력에 의해 열 및 아크를 발생시켜 본체부(100)의 내부로 열을 공급한다. 여기서, 전력은 전압 또는 전류를 의미할 수 있고, 전극부(200)에서 발생되는 열은 인가되는 전력에 의한 저항열을 포함할 수 있다. 그리고, 전극부(200)에 의해 본체부(100) 내부로 공급된 열 및 아크는 원료(M)를 용융 또는 용해시키며, 이에 용융물 즉 용융 금속이 제조된다.The electrode part (200) generates heat and an arc by the applied power and supplies heat to the interior of the main body part (100). Here, the power may mean voltage or current, and the heat generated in the electrode part (200) may include resistive heat due to the applied power. In addition, the heat and arc supplied to the interior of the main body part (100) by the electrode part (200) melt or dissolve the raw material (M), and thus a molten material, i.e., molten metal, is produced.
전극부(200)는 복수개로 마련될 수 있고, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 3 개의 전극부(200a, 200b, 200c)가 마련될 수 있다. 그리고, 복수의 전극부(200a, 200b, 200c)는 하나의 전력 공급부(300)에 연결될 수 있다.The electrode unit (200) may be provided in multiple pieces, and for example, as shown in Fig. 1, three electrode units (200a, 200b, 200c) may be provided. In addition, the multiple electrode units (200a, 200b, 200c) may be connected to one power supply unit (300).
상기에서는 복수의 전극부(200a, 200b, 200c)가 하나의 전력 공급부(300)에 연결되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 전력 공급부(300)는 복수의 전극부(200a, 200b, 200c)와 일대일로 연결될 수 있도록 복수개로 마련될 수 있다. 또한, 전극부의 개수는 상술한 예에 한정되지 않으며, 하나로 마련되거나 3개 이상의 개수로 마련될 수 있다.In the above, it has been described that a plurality of electrode parts (200a, 200b, 200c) are connected to a single power supply part (300). However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of power supply parts (300) may be provided so that they can be connected one-to-one with a plurality of electrode parts (200a, 200b, 200c). In addition, the number of electrode parts is not limited to the above-described example, and may be provided as one or as three or more.
이하, 전극부(200)의 구성에 대해 설명한다. 이때, 복수의 전극부(200a, 200b, 200c)는 동일한 구성 및 형상으로 마련된다. 이에 하나의 전극부를 예를 들어 설명하며, 설명의 편의를 위하여 전극부의 도면부호를 '200'으로 지칭하여 설명한다.Hereinafter, the configuration of the electrode part (200) will be described. At this time, a plurality of electrode parts (200a, 200b, 200c) are provided with the same configuration and shape. Here, one electrode part will be described as an example, and for the convenience of explanation, the drawing symbol of the electrode part will be referred to as '200'.
도 2를 참조하면, 전극부(200)는 내부공간을 가지는 케이스(210), 전력에 의해 열을 발생시킬 수 있도록 일부가 케이스(210) 내부에 삽입되고 나머지가 케이스(210)의 외부로 돌출되게 형성된 자소성 전극(220) 및 케이스(210)로 전력을 공급할 수 있도록 케이스(210)에 장착된 전력 공급부재(230)를 포함할 수 있다. 또한, 전극부(200)는 케이스(210)의 하강 또는 상승시킬 수 있도록 케이스(210)에 연결된 승하강기(미도시)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the electrode unit (200) may include a case (210) having an internal space, a self-igniting electrode (220) formed so that a portion thereof is inserted into the case (210) and the remainder thereof protrudes outside the case (210) so as to generate heat by electric power, and a power supply member (230) mounted on the case (210) so as to supply electric power to the case (210). In addition, the electrode unit (200) may include a lifter (not shown) connected to the case (210) so as to lower or raise the case (210).
전극부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 일부가 본체부(100)의 내부에 위치하고, 나머지가 본체부(100)의 밖에 위치하도록 설치된다. 즉, 전극부(200)는 덮개(120)를 상하방향으로 관통하여 일부가 노체(110)의 내부에 위치되게 설치될 수 있다. 이에, 전극부(200) 중 일부는 덮개(120)의 하측에 위치되어 노체(110)의 내부에 수용되고, 다른 일부는 덮개(120)의 상측으로 돌출되어 노체(110)의 외부에 위치된다. 그리고 전극부(200)는 그 하부가 용융 금속 상부에 부유하고 있는 슬래그(S)로 침지되거나, 슬래그(S)의 상부에 쌓여있는 원료(M)에 파묻히도록 그 높이를 조절한다.The electrode part (200) is installed so that a part is located inside the main body part (100) and the rest is located outside the main body part (100), as illustrated in FIG. 1. That is, the electrode part (200) can be installed so that a part penetrates the cover (120) in the vertical direction and is located inside the furnace body (110). Accordingly, a part of the electrode part (200) is located on the lower side of the cover (120) and accommodated inside the furnace body (110), and another part protrudes above the cover (120) and is located outside the furnace body (110). In addition, the height of the electrode part (200) is adjusted so that the lower part thereof is immersed in the slag (S) floating on top of the molten metal or buried in the raw material (M) piled on top of the slag (S).
케이스(210)는 내부공간을 가지는 통 형상일 수 있다. 즉, 케이스(210)는 상하방향으로 연장된 내부공간을 가지고, 상측 및 하측이 개구된 튜브(tube) 형상일 수 있다. 케이스(210)의 형상은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 그 횡단면의 형상이 원형인 원통형의 형상일 수 있다. 그리고 케이스(210)는 금속으로 마련될 수 있다.The case (210) may be a tubular shape having an internal space. That is, the case (210) may have an internal space extending in the vertical direction and may be a tube shape with the upper and lower sides open. The shape of the case (210) is not particularly limited, but may be, for example, a cylindrical shape whose cross-section is circular. In addition, the case (210) may be made of metal.
상술한 바와 같이 전극부(200)는 일부가 노체(110)의 내부에 위치되고 나머지가 노체(110)의 밖에 위치하도록 설치된다. 이를 위해, 케이스(210)는 일부가 노체(110)의 내부에 위치하고 나머지가 노체(110)의 밖에 위치할 수 있게, 덮개(120)를 상하방향으로 관통하여 설치한다.As described above, the electrode part (200) is installed so that a part is located inside the body (110) and the rest is located outside the body (110). To this end, the case (210) is installed so that a part is located inside the body (110) and the rest is located outside the body (110) by penetrating the cover (120) in the vertical direction.
전력 공급부재(230)는 전력 공급부(300)로부터 전달된 전력을 케이스(210)로 전달하는 수단이다. 이러한 전력 공급부재(230)는 도 2와 같이 본체부(100)의 외부 즉, 덮개(120)의 상측에 위치하도록 케이스(210)에 설치될 수 있다. 전력 공급부재(230)의 재료는 전력을 전달할 수 있는 전도체라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 구리(Cu)를 포함하는 재료로 마련될 수 있다.The power supply member (230) is a means for transmitting power transmitted from the power supply unit (300) to the case (210). The power supply member (230) may be installed in the case (210) so as to be located outside the main body (100), that is, on the upper side of the cover (120), as shown in FIG. 2. The material of the power supply member (230) is not particularly limited as long as it is a conductor capable of transmitting power, but may be prepared using, for example, a material including copper (Cu).
그리고, 전력 공급부(300)와 전력 공급부재(230) 사이에는 전력 공급 라인(310)이 연결될 수 있다. 이에, 전력 공급부(300)로부터 출력된 전력은 전력 공급 라인(310)을 거쳐 전력 공급부재(230)로 전달될 수 있다. 또한, 전력 공급부재(230)로 전달된 전력은 케이스(210)로 전달된 후 자소성 전극(220)으로 전달될 수 있다.In addition, a power supply line (310) may be connected between the power supply unit (300) and the power supply member (230). Accordingly, power output from the power supply unit (300) may be transmitted to the power supply member (230) via the power supply line (310). In addition, power transmitted to the power supply member (230) may be transmitted to the case (210) and then to the self-storing electrode (220).
자소성 전극(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 일부가 케이스(210)의 하측 외부로 돌출될 수 있게 상기 케이스(210)에 연결된다. 즉, 자소성 전극(220)은 일부가 케이스(210)의 내부에 위치하고, 나머지가 케이스(210) 밖으로 돌출되게 연결된다. 이러한 자소성 전극(220)은 탄소(C)를 포함하는 재료로 마련되며, 전력이 인가되면 저항열을 발생시킨다. 또한, 이때 자소성 전극(220) 주위에 아크(arc)가 발생될 수 있다.The self-sparking electrode (220) is connected to the case (210) so that a portion thereof can protrude outside the lower side of the case (210), as shown in FIG. 2. That is, the self-sparking electrode (220) is connected so that a portion thereof is located inside the case (210) and the remainder thereof protrudes outside the case (210). This self-sparking electrode (220) is made of a material including carbon (C), and generates resistive heat when power is applied. In addition, an arc may be generated around the self-sparking electrode (220) at this time.
자소성 전극(220)은, 케이스(210)의 내부로 탄소를 포함하는 재료를 투입하고 케이스(210)에서 발생되는 열에 의해 상기 재료가 자가소성(SELF BAKING) 또는 자소성(SELF BAKING, 自燒成)되어 형성되는 전극이다. 여기서, 케이스(210)의 내부로 투입하는 상기 재료는 브리켓(B)일 수 있다. 그리고, 브리켓(B)이 소성되면 흑연화될 수 있으며, 이에 자소성 전극(220)은 흑연을 포함하는 전극 또는 흑연질의 전극일 수 있다.The self-firing electrode (220) is an electrode formed by introducing a material containing carbon into the interior of the case (210) and self-firing or self-baking the material by heat generated in the case (210). Here, the material introduced into the interior of the case (210) may be a briquette (B). In addition, when the briquette (B) is sintered, it may be graphitized, and thus the self-firing electrode (220) may be an electrode including graphite or a graphite electrode.
또한, 자소성 전극(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 봉의 형상으로 형성될 수 있으며, 그 하부가 케이스(210)의 하측으로 돌출될 수 있다. 이때, 자소성 전극(220)은 봉의 형상으로 제조가 완료된 상태로 케이스(210)에 연결되는 것이 아니며, 상술한 바와 같이 케이스(210)의 내부로 브리켓(B)을 투입하고, 투입된 브리켓(B)을 소성시켜 마련되는 것이다.In addition, the self-igniting electrode (220) may be formed in the shape of a rod as illustrated in FIG. 2, and its lower part may protrude toward the lower side of the case (210). At this time, the self-igniting electrode (220) is not connected to the case (210) in a state in which it is manufactured in the shape of a rod, but is prepared by introducing a briquette (B) into the interior of the case (210) as described above and firing the introduced briquette (B).
자소성 전극(220)의 형상은 상술한 봉 형상에 한정되지 않고, 케이스(210)의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다.The shape of the self-emitting electrode (220) is not limited to the rod shape described above, and may be changed in various ways depending on the shape of the case (210).
전기로의 동작시에 케이스(210)로 전달된 전력이 자소성 전극(220)으로 전달되면 상기 자소성 전극(220)에서 열이 발생되고, 자소성 전극(220) 주위에 아크(arc)가 발생된다. 이에 본체부(100) 내부에 있는 제1 및 제2원료(M1, M2)가 용융되어 용융 금속(L)이 제조된다. 이렇게 자소성 전극(220)에서 열 및 아크가 발생됨에 따라, 케이스(210)의 하측으로 돌출된 자소성 전극(220)의 하부가 소모되며, 이에 자소성 전극(220)의 길이 및 직경 중 적어도 하나가 감소한다. 또한, 자소성 전극(220)은 본체부(100) 내부로 유입된 공기 및 본체부(100) 내부에서 발생된 산화성 금속에 의해 산화되어 소모될 수도 있다. 이처럼 자소성 전극(220)은 아크, 열 및 산화 반응에 의해 길이 및 직경 중 적어도 하나가 감소하는 소모성 전극이다.When the electric power transmitted to the case (210) is transmitted to the self-extinguishing electrode (220) during the operation of the electric furnace, heat is generated in the self-extinguishing electrode (220) and an arc is generated around the self-extinguishing electrode (220). Accordingly, the first and second raw materials (M1, M2) inside the main body (100) are melted, and a molten metal (L) is produced. As the heat and arc are generated in the self-extinguishing electrode (220), the lower part of the self-extinguishing electrode (220) protruding toward the lower side of the case (210) is consumed, and thus at least one of the length and diameter of the self-extinguishing electrode (220) is reduced. In addition, the self-extinguishing electrode (220) may be oxidized and consumed by air introduced into the main body (100) and by oxidizable metal generated inside the main body (100). In this way, the self-consumable electrode (220) is a consumable electrode in which at least one of the length and diameter is reduced by an arc, heat, and oxidation reaction.
따라서, 전기로를 동작시키는 동안 자소성 전극(220)이 지속적으로 또는 연속적으로 형성될 수 있도록, 케이스(210)의 내부로 자소성 전극(220)을 형성하기 위한 브리켓(B)을 투입한다. 투입된 브리켓(B) 케이스(210) 내부에서 연화, 용융, 소성 반응을 거쳐서 고상의 자소성 전극(220)이 된다.Therefore, to enable the self-igniting electrode (220) to be formed continuously or continuously while operating the electric furnace, briquettes (B) for forming the self-igniting electrode (220) are introduced into the case (210). The introduced briquettes (B) undergo softening, melting, and sintering reactions inside the case (210) to become solid self-igniting electrodes (220).
자소성 전극(220)은 인가되는 전력에 의해 열 및 아크를 발생시키므로, 자소성 전극(220)은 전기 비저항이 낮고, 전기 전도도가 높을 필요가 있다. 즉, 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 낮고 전기 전도도가 높아야, 원하는 크기의 열 및 아크를 발생시키기 위해 자소성 전극(220)으로 인가되는 전력을 줄일 수 있다. 즉, 본체부(100)의 내부에 있는 원료(M)를 용융시키기 위해 자소성 전극(220)으로 인가되어야 하는 소비 전력을 줄일 수 있다.Since the self-igniting electrode (220) generates heat and arc by the applied power, the self-igniting electrode (220) needs to have low electrical resistivity and high electrical conductivity. That is, the self-igniting electrode (220) needs to have low electrical resistivity and high electrical conductivity so that the power applied to the self-igniting electrode (220) to generate heat and arc of a desired size can be reduced. That is, the power consumption that needs to be applied to the self-igniting electrode (220) to melt the raw material (M) inside the main body (100) can be reduced.
또한, 자소성 전극(220)의 전기 비저항 및 전기 전도도가 균일할 필요가 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 자소성 전극(220)의 전기 비저항 또는 전기 전도도가 균일하지 않고, 위치 별로 다른 경우, 자소성 전극(220)으로부터 발생되는 열 및 아크가 위치 별로 상이하다. 이러한 경우, 본체부(100)의 내부에 수용된 원료가 균일하게 가열되지 않을 수 있다. 즉, 본체부(100)의 내부에 수용된 원료(M)들 중 일부는 용융되지만 다른 일부는 용융되지 못할 수 있다. 따라서, 자소성 전극(220)의 전기 비저항 및 전기 전도도가 균일할 필요가 있다.In addition, the electrical resistivity and electrical conductivity of the self-sparking electrode (220) need to be uniform. More specifically, if the electrical resistivity or electrical conductivity of the self-sparking electrode (220) is not uniform and differs depending on the location, the heat and arc generated from the self-sparking electrode (220) differ depending on the location. In this case, the raw material accommodated inside the main body (100) may not be heated uniformly. That is, some of the raw materials (M) accommodated inside the main body (100) may melt, but others may not melt. Therefore, the electrical resistivity and electrical conductivity of the self-sparking electrode (220) need to be uniform.
실시예에 따른 브리켓(B)은 탄소(C)를 함유하는 재료(이하, 탄소질 재료) 및 콜타르 피치(coal tar pitch)를 포함하는 조성물을 성형하여 제조된다.A briquette (B) according to an embodiment is manufactured by molding a composition including a material containing carbon (C) (hereinafter, “carbonaceous material”) and coal tar pitch.
탄소질 재료는 무연탄 및 코크스(cokes) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 코크스는 침상코크스(Needle cokes), 피치코크스(Pitch Cokes) 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 코크스는 석탄으로부터 획득된 석탄계 코크스 및 석유로부터 획득된 석유계 코크스 중 적어도 하나일 수 있다. 즉, 탄소질 재료로 사용되는 침상코크스 및 피치코크스 중 적어도 하나는 석탄계 코크스 및 석유계 코크스 중 적어도 하나일 수 있다.The carbonaceous material may include at least one of anthracite coal and coke. And the coke may be at least one of needle coke and pitch coke. In addition, the coke may be at least one of coal-based coke obtained from coal and petroleum-based coke obtained from petroleum. That is, at least one of the needle coke and the pitch coke used as the carbonaceous material may be at least one of the coal-based coke and the petroleum-based coke.
또한, 탄소질 재료 100 중량% 중 회분(ash)의 함량이 5 중량% 이하(0 중량% 이상)인 탄소질 재료를 사용한다. 그리고, 탄소질 재료는, 상기 탄소질 재료 100 중량% 중 휘발분(Volatile matter)의 함량이 3 중량% 이하(0 중량% 이상)인 것이 바람직하다. 이를 위해서, 탄소질 재료가 준비되면 이를 800℃ 이상으로 가열하여 상기 탄소질 재료에 함유된 휘발분을 기화시켜, 휘발분이 3 중량% 이하가 되도록 한다.In addition, a carbonaceous material having an ash content of 5 wt% or less (0 wt% or more) among 100 wt% of the carbonaceous material is used. In addition, it is preferable that the carbonaceous material have a volatile matter content of 3 wt% or less (0 wt% or more) among 100 wt% of the carbonaceous material. To this end, when the carbonaceous material is prepared, it is heated to 800°C or higher to vaporize the volatile matter contained in the carbonaceous material so that the volatile matter becomes 3 wt% or less.
브리켓(B)의 제조에 사용되는 또는 브리켓(B)에 포함되는 포함되는 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연을 X선 회절 분석하여 측정한 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3가 될 수 있는 콜타르 피치이다. 여기서, a축 결정자 길이(La) 및 c축 결정자 길이(Lc) 각각은 흑연에 대한 것이다.The coal tar pitch used in the manufacture of the briquette (B) or included in the briquette (B) is a coal tar pitch having an a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm, as measured by X-ray diffraction analysis of graphite formed when carbonized, and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) of 2 to 3. Here, each of the a-axis crystallite length (L a ) and the c-axis crystallite length (L c ) is with respect to graphite.
물론, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 흑연의 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)은 2 내지 3의 범위에서 다양하게 변경될 수 있고, 흑연의 a축 결정자 길이(La)는 40nm 내지 80nm의 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 흑연의 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)은 2.3 내지 2.7(2.3 이상 2.7 이하)이거나, 2 이상 2.3 미만이거나, 2.7 초과 3 이하일 수 있다. 또한, 흑연의 a축 결정자 길이(La)는 50nm 내지 70nm(50nm 이상 70nm 이하)이거나, 40nm 이상 50nm 미만이거나, 70nm 초과 80nm 이하일 수 있다.Of course, the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) of graphite to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) can be variously changed in the range of 2 to 3, and the a-axis crystallite length (L a ) of graphite can be variously changed in the range of 40 nm to 80 nm. That is, the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) of graphite to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) can be 2.3 to 2.7 (2.3 or more and 2.7 or less), 2 or more and less than 2.3, or more than 2.7 and 3 or less. In addition, the a-axis crystallite length (L a ) of graphite can be 50 nm to 70 nm (50 nm or more and 70 nm or less), 40 nm or more and less than 50 nm, or more than 70 nm and 80 nm or less.
또한, 브리켓(B) 제조에 사용되는 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때 그 탄화율(또는 탄화수율)이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치이다. 이때, 콜타르 피치의 탄화율은 35% 내지 50% 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 콜타르 피치의 탄화율은 40% 내지 45%(40% 이상 45% 이하)이거나, 35% 이상 40% 미만이거나, 45% 초과 50% 이하일 수 있다.In addition, the coal tar pitch used in the manufacture of briquettes (B) is a coal tar pitch which, when carbonized, can have a carbonization rate (or carbonization yield) of 35% to 50%. At this time, the carbonization rate of the coal tar pitch can be variously changed within the range of 35% to 50%. That is, the carbonization rate of the coal tar pitch can be 40% to 45% (40% or more and 45% or less), 35% or more and less than 40%, or more than 45% and 50% or less.
그리고, 브리켓(B)의 제조에 사용되는 콜타르 피치는, 탄화시킨 후에 X선 회절 분석에 의해 측정되는 면간격 d(002)가 0.3354nm 내지 0.3364nm가 될 수 있는 콜타르 피치이다.And, the coal tar pitch used in the manufacture of briquettes (B) is a coal tar pitch whose interplanar spacing d(002) measured by X-ray diffraction analysis after carbonization can be 0.3354 nm to 0.3364 nm.
또한, 브리켓(B) 제조에 사용되는 콜타르 피치는 그 연화점이 80℃ 내지 120℃이다. 콜타르 피치의 연화점은 80℃ 내지 120℃ 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 콜타르 피치의 연화점은 90℃ 내지 110℃(90℃ 이상 110℃ 이하), 80℃ 이상 90℃ 미만, 110℃ 초과 120℃ 이하일 수 있다.In addition, the coal tar pitch used in the production of briquettes (B) has a softening point of 80°C to 120°C. The softening point of the coal tar pitch can be varied within a range of 80°C to 120°C. That is, the softening point of the coal tar pitch can be 90°C to 110°C (90°C or more and 110°C or less), 80°C or more and less than 90°C, or more than 110°C and 120°C or less.
브리켓(B)의 제조에 사용되는 콜타르 피치는 탄화시킨 콜타르 피치가 아니다. 즉, 전극부(200)의 케이스(210)로 브리켓(B)을 장입한 후, 케이스(210)로 전력을 인가하여 발생되는 열에 의해 브리켓(B)이 가열될 때, 상기 브리켓(B)에 포함된 콜타르 피치가 탄화된다.The coal tar pitch used in the manufacture of the briquette (B) is not a carbonized coal tar pitch. That is, when the briquette (B) is charged into the case (210) of the electrode part (200) and the briquette (B) is heated by the heat generated by applying electricity to the case (210), the coal tar pitch contained in the briquette (B) is carbonized.
실시예에서는 브리켓(B)을 제조하는데 있어서, 탄화되지 않은 콜타르 피치를 사용한다. 그리고 탄화시키지 않은 콜타르 피치를 이용하여 브리켓(B)을 제조하는데 있어서, 탄화시켰을 때 상술한 조건을 만족할 수 있는 콜타르 피치를 이용하여 브리켓(B)을 제조하는 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 콜타르 피치를 소정 온도 이상으로 가열하면 탄화되며, 이에 흑연이 생성된다. 그리고 흑연에 대해 X선 회절 분석을 실시하면, 흑연의 a축 결정자 길이(La) 및 c축 결정자 길이(Lc)를 측정할 수 있다. 실시예에서는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 것을 조건으로 한다. 즉, 여러 종류의 콜타르 피치 중에서, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3이 될 수 있는 콜타르 피치를 이용하여 브리켓(B)을 제조한다.In the embodiment, when manufacturing a briquette (B), uncarbonized coal tar pitch is used. And, when manufacturing a briquette (B) using uncarbonized coal tar pitch, the briquette (B) is manufactured using coal tar pitch that can satisfy the above-described conditions when carbonized. More specifically, when coal tar pitch is heated to a predetermined temperature or higher, it is carbonized, thereby generating graphite. And, when X-ray diffraction analysis is performed on the graphite, the a-axis crystallite length (L a ) and the c-axis crystallite length (L c ) of the graphite can be measured. In the embodiment, it is conditional that the a-axis crystallite length (L a ) of the graphite is 40 nm to 80 nm, and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) is 2 to 3. That is, among various types of coal tar pitches, a coal tar pitch is used to manufacture briquettes ( B ) in which the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) can be 2 to 3.
또한, 탄화시켰을 때 그 탄화율(또는 탄화수율)이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 효과적일 수 있다. 그리고, 탄화시킨 후에 X선 회절 분석에 의해 측정되는 면간격 d(002)가 0.3354nm 내지 0.3364nm가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 효과적일 수 있다.In addition, it may be more effective to use coal tar pitch whose carbonization rate (or carbonization yield) can be 35% to 50% when carbonized. And, it may be more effective to use coal tar pitch whose interplanar spacing d(002) measured by X-ray diffraction analysis after carbonization can be 0.3354 nm to 0.3364 nm.
콜타르 피치는 바인더(접합재 또는 결합재)의 역할을 한다. 자소성 전극용 조성물 또는 브리켓(B)은 탄소질 재료와 상술한 바와 같은 콜타르 피치를 포함한다. 이때, 콜타르 피치는 탄소질 재료의 100 중량부에 대하여 20 중량부 내지 40 중량부로 포함되는 것이 효과적이다. 콜타르 피치의 함량은 탄소질 재료의 100 중량부에 대한 20 중량부 내지 40 중량부의 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 콜타르 피치의 함량은 탄소질 재료의 100 중량부에 대해 25 중량부 내지 35 중량부(25 중량부 이상 35 중량부 이하)이거나, 20 중량부 이상 25 중량부 미만이거나, 35 중량부 초과 40 중량부 이하일 수 있다.Coal tar pitch acts as a binder (bonding material or joining material). The composition or briquette (B) for a self-igniting electrode contains a carbonaceous material and the coal tar pitch as described above. At this time, it is effective that the coal tar pitch is contained in an amount of 20 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material. The content of the coal tar pitch can be variously changed in the range of 20 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material. That is, the content of the coal tar pitch can be 25 to 35 parts by weight (25 to 35 parts by weight) with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material, or 20 to 25 parts by weight, or more than 35 to 40 parts by weight.
브리켓(B)은 탄소질 재료와 콜타르 피치를 포함하는 혼합물인 자소성 전극용 조성물을 성형 또는 조립하여 제조한 것이다. 제조된 브리켓(B)은 전기 비저항이 낮으며, 적절한 퍼짐성을 가진다. 예를 들어, 브리켓(B)의 전기 비저항은 120μΩm 이하일 수 있고, 퍼짐성은 10% 내지 35%일 수 있다. 이때, 브리켓(B)의 전기 비저항은 100μΩm 이하인 것이 보다 더 효과적일 수 있고, 퍼짐성은 15% 내지 25%인 것이 보다 더 효과적일 수 있다. 퍼짐성에 대한 의미는 이후에 다시 구체적으로 설명한다.The briquette (B) is manufactured by molding or assembling a composition for a self-igniting electrode, which is a mixture containing a carbonaceous material and coal tar pitch. The manufactured briquette (B) has low electrical resistivity and appropriate spreadability. For example, the electrical resistivity of the briquette (B) may be 120 μΩm or less, and the spreadability may be 10% to 35%. At this time, it may be more effective when the electrical resistivity of the briquette (B) is 100 μΩm or less, and it may be more effective when the spreadability is 15% to 25%. The meaning of spreadability will be specifically explained later.
브리켓(B)을 케이스(210)의 내부로 투입하여 가열하면, 연화, 용융 및 소성 과정을 거쳐 고체의 전극(220)이 제조된다. 즉, 전력 공급부(300) 및 전력 공급부재(230)를 통해 케이스(210)로 전력이 공급되면, 케이스(210)의 내부로 투입된 브리켓(B)으로 전력이 전달된다. 이에, 브리켓(B)에서 저항열이 발생되며 이에 브리켓(B)이 연화된다. 그리고 지속적으로 공급되는 전력에 의한 저항열 발생으로 연화된 브리켓(B)이 용해 또는 용융되며, 이후 소성 반응을 거쳐 고체 상태의 전극(220)으로 제조되며, 이렇게 제조된 전극을 자소성 전극이라고 한다.When the briquette (B) is introduced into the case (210) and heated, a solid electrode (220) is manufactured through a softening, melting, and firing process. That is, when power is supplied to the case (210) through the power supply unit (300) and the power supply member (230), the power is transmitted to the briquette (B) introduced into the case (210). Accordingly, resistive heat is generated in the briquette (B), and the briquette (B) is softened. Then, the softened briquette (B) is melted or melted by the resistive heat generated by the continuously supplied power, and is then manufactured into a solid electrode (220) through a firing reaction, and the electrode manufactured in this way is called a self-firing electrode.
케이스(210) 중 본체부(100)의 내부에 있는 영역은 그 온도가 높아 시간이 경과할 수록 용융되어 소멸될 수 있다. 즉, 본체부(100) 내부로 삽입된 케이스(210) 중 본체부(100)의 바닥과 인접한 케이스(210)의 하부가 용융되어 소멸된다. 이에, 전기로를 동작시키는 동안 시간 경과에 따라 케이스(210)를 하강시킨다.The area inside the main body (100) of the case (210) may melt and disappear over time due to its high temperature. That is, the lower part of the case (210) inserted into the main body (100) adjacent to the bottom of the main body (100) melts and disappears. Accordingly, the case (210) is lowered over time while the electric furnace is in operation.
또한, 상술한 바와 같이 케이스(210)의 하측으로 돌출되어 있는 자소성 전극(220)이 소모된다. 이에 시간 경과에 따라 케이스(210)를 하강시키면서 케이스(210)의 내부로 브리켓(B)을 투입한다. 이에 전기로가 동작하는 동안 자소성 전극(220)이 계속하여 형성될 수 있고, 형성된 자소성 전극은 케이스(210)의 하측으로 돌출될 수 있다.In addition, as described above, the self-igniting electrode (220) protruding from the lower side of the case (210) is consumed. Accordingly, as the case (210) is lowered over time, a briquette (B) is introduced into the interior of the case (210). Accordingly, the self-igniting electrode (220) can be continuously formed while the electric furnace is operating, and the formed self-igniting electrode can protrude from the lower side of the case (210).
이하에서는 케이스(210)로 투입된 브리켓(B)이 자소성 전극(220)이 되는 과정을 보다 구체적으로 설명한다. 케이스(210)의 내부로 브리켓(B)을 지속적으로 투입하므로, 상기 케이스(210)의 내부공간은 브리켓(B)이 투입되는 상측에서부터 하측으로 브리켓 영역(briquet zone)(Zbr), 연화영역(softing zone)(Zs), 용융영역(melting zone)(Zm), 소성영역(baking zone)(Zba)으로 나누어질 수 있다. 즉, 케이스(210)의 내부에서 자소성 전극(220)의 상측공간은, 투입된 브리켓(B) 및 이 고상의 상태를 유지하고 있는 브리켓 영역(Zbr), 열에 의해 브리켓(B)이 연화(軟化)되는 연화영역(Zs), 연화된 브리켓이 용융되는 용융영역(Zm), 용융된 브리켓이 소성되는 소성영역(Zba)으로 나누어질 수 있다. 다시 말해, 케이스(210)의 내부공간은 브리켓 영역(Zbr), 연화영역(Zs), 용융영역(Zm) 및 소성영역(Zba)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 이때, 브리켓(B)이 연화, 용융을 거쳐 소성까지 종료되면 자소성 전극(220)이 마련되므로, 소성영역(Zba)의 하부에 자소성 전극(220)이 연결되는 것으로 설명될 수 있다.Hereinafter, the process in which the briquettes (B) fed into the case (210) become the self-igniting electrode (220) will be described in more detail. Since the briquettes (B) are continuously fed into the interior of the case (210), the interior space of the case (210) can be divided into a briquette zone (Z br ), a softening zone (Z s ), a melting zone (Z m ), and a baking zone (Z ba ) from the upper side where the briquettes (B) are fed to the lower side. That is, the upper space of the self-sintering electrode (220) inside the case (210) can be divided into a briquette region (Z br ) where the injected briquette (B) is maintained in a solid state, a softening region (Z s ) where the briquette (B) is softened by heat, a melting region (Z m ) where the softened briquette is melted, and a firing region (Z ba ) where the molten briquette is fired. In other words, the internal space of the case (210) can be described as including a briquette region (Z br ), a softening region (Z s ), a melting region (Z m ), and a firing region (Z ba ). At this time, since the self-sintering electrode (220) is provided when the briquette (B) is softened, melted, and fired, it can be described that the self-sintering electrode (220) is connected to the lower part of the firing region (Z ba ).
그리고, 브리켓(B)이 케이스(210)의 내부에서 연화, 용융 및 소성되는 과정에서, 브리켓(B)에 포함되어 있는 콜타르 피치 및 탄소질 재료가 탄화될 수 있고, 탄화에 의해 흑연이 생성될 수 있다. And, during the process in which the briquette (B) is softened, melted and fired inside the case (210), the coal tar pitch and carbonaceous material contained in the briquette (B) may be carbonized, and graphite may be generated by the carbonization.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 브리켓의 제조 방법을 도시한 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing briquettes according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 3을 참조하여 자소성 전극을 제조하기 위한 브리켓을 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing briquettes for manufacturing a self-igniting electrode will be described with reference to FIG. 3.
도 3을 참조하면, 브리켓을 제조하는 방법은 탄소질 재료와 콜타르 피치를 포함하는 자소성 전극용 조성물을 제조하는 과정(S100) 및 자소성 전극용 조성물을 이용하여 브리켓(B)을 제조하는 과정(S200)을 포함한다.Referring to FIG. 3, a method for manufacturing a briquette includes a process (S100) of manufacturing a composition for a self-firing electrode including a carbonaceous material and coal tar pitch, and a process (S200) of manufacturing a briquette (B) using the composition for a self-firing electrode.
자소성 전극용 조성물을 제조하는 과정은, 탄소질 재료를 준비하는 과정(S110), 액상의 콜타르 피치를 준비하는 과정(S120), 준비된 탄소질 재료와 액상의 콜타르 피치를 혼합하는 과정(S130)을 포함한다. 이하, 각 과정에 대해 보다 구체적으로 설명한다. The process for manufacturing a composition for a self-igniting electrode includes a process of preparing a carbonaceous material (S110), a process of preparing a liquid coal tar pitch (S120), and a process of mixing the prepared carbonaceous material and the liquid coal tar pitch (S130). Each process is described in more detail below.
탄소질 재료를 준비하는 과정(S110)은, 탄소질 재료를 분쇄하는 과정(S111), 분쇄된 탄소질 재료를 입경에 따라 분급하여 선별하는 과정(S112) 및 선별된 탄소질 재료를 가열하는 과정(S113)을 포함할 수 있다.The process for preparing a carbonaceous material (S110) may include a process for pulverizing a carbonaceous material (S111), a process for classifying and selecting the pulverized carbonaceous material according to particle size (S112), and a process for heating the selected carbonaceous material (S113).
탄소질 재료는 무연탄 및 코크스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 코크스는 침상 코크스 및 피치 코크스 중 적어도 하나일 수 있다. 그리고 침상 코크스 및 피치 코크스 중 적어도 하나는 석탄계 코크스 및 석유계 코크스 중 적어도 하나일 수 있다.The carbonaceous material may include at least one of anthracite coal and coke. In this case, the coke may be at least one of needle coke and pitch coke. And at least one of the needle coke and pitch coke may be at least one of coal-based coke and petroleum-based coke.
또한, 탄소질 재료는, 상기 탄소질 재료에 함유된 회분(Ash)의 함량이 5 중량% 이하(0 중량% 이상)인 것이 효과적일 수 있다. 즉, 무연탄 및 코크스 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 탄소질 재료로 사용하는데, 이때 회분(Ash)의 함량이 5 중량% 이하인 것이 효과적이고, 3 중량% 이하인 것이 보다 더 효과적일 수 있다.In addition, it may be effective for the carbonaceous material to have an ash content of 5 wt% or less (0 wt% or more) contained in the carbonaceous material. That is, when a material including at least one of anthracite coal and coke is used as the carbonaceous material, it is effective for the ash content to be 5 wt% or less, and it may be more effective for it to be 3 wt% or less.
탄소질 재료가 준비되면, 먼저 탄소질 재료에 함유된 휘발분(Volatile matter)을 제거하는 것이 효과적이다. 즉, 탄소질 재료를 800℃ 이상의 온도로 가열하여 상기 탄소질 재료에 함유된 휘발분의 함량이 3 중량% 이하가 되도록 하는 것이 효과적이다.When the carbonaceous material is prepared, it is effective to first remove the volatile matter contained in the carbonaceous material. That is, it is effective to heat the carbonaceous material to a temperature of 800°C or higher so that the content of the volatile matter contained in the carbonaceous material becomes 3 wt% or less.
탄소질 재료 무연탄 및 코크스는 고체 상태이며, 입경이 큰 덩어리 상태일 수 있다. 이에, 탄소질 재료를 분쇄한다(S111). 그리고 분쇄된 탄소질 재료를 입경에 따라 분급하고, 입경이 1mm 내지 20mm(1mm 이상 20mm 이하)인 것을 선별하여 사용하는 것이 효과적이다(S112). 이때, 5mm 내지 15mm(5mm 이상 15mm 이하)인 것을 선별하여 사용하는 것이 보다 더 효과적이다.Carbonaceous materials, such as anthracite and coke, are solid and may be in the form of large lumps. Accordingly, the carbonaceous materials are pulverized (S111). Then, the pulverized carbonaceous materials are classified according to particle size, and it is effective to select and use those with a particle size of 1 mm to 20 mm (1 mm or more and 20 mm or less) (S112). At this time, it is more effective to select and use those with a particle size of 5 mm to 15 mm (5 mm or more and 15 mm or less).
물론, 분쇄 시에 탄소질 재료의 입경이 1mm 내지 20mm 또는 5mm 내지 15mm가 되도록 분쇄 할 수 있다. 이러한 경우, 탄소질 재료를 입경에 따라 분급하여 선별하는 공정을 생략할 수도 있다.Of course, the carbonaceous material may be pulverized to have a particle size of 1 mm to 20 mm or 5 mm to 15 mm during pulverization. In this case, the process of classifying and selecting the carbonaceous material according to particle size may be omitted.
한편, 탄소질 재료의 입경이 20mm를 초과하는 경우, 이러한 탄소질 재료를 이용하여 제조되는 자소성 전극(220)의 밀도가 낮아질 수 있다. 그리고 자소성 전극(220)의 밀도가 낮은 경우 상기 자소성 전극(220)의 전기 전도도가 저하될 수 있다. 반대로, 탄소질 재료의 입경이 1mm 미만인 경우, 탄소질 재료 전체에 대한 비표면적이 증가할 수 있다. 탄소질 재료의 비표면적이 증가한다는 것은 접합 또는 결합시킬 탄소질 재료의 표면적이 증가한다는 의미이다. 이에 탄소질 재료의 비표면적이 증가하면 바인더로 사용되는 콜타르 피치가 다량 필요하게 될 수 있다. 따라서, 콜타르 피치와 혼합할 탄소질 재료의 입경을 1mm 내지 20mm으로 조절하는 것이 효과적일 수 있다.Meanwhile, when the particle size of the carbonaceous material exceeds 20 mm, the density of the self-igniting electrode (220) manufactured using the carbonaceous material may be low. And when the density of the self-igniting electrode (220) is low, the electrical conductivity of the self-igniting electrode (220) may be reduced. On the other hand, when the particle size of the carbonaceous material is less than 1 mm, the specific surface area of the entire carbonaceous material may increase. An increase in the specific surface area of the carbonaceous material means an increase in the surface area of the carbonaceous material to be bonded or combined. Accordingly, when the specific surface area of the carbonaceous material increases, a large amount of coal tar pitch used as a binder may be required. Therefore, it may be effective to adjust the particle size of the carbonaceous material to be mixed with coal tar pitch to 1 mm to 20 mm.
입경이 1mm 내지 20mm인 탄소질 재료가 마련되면, 상온에서 탄소질 재료를 혼합할 수 있다. 즉, 탄소질 재료는 1mm 내지 20mm의 범위에서 다양하므로, 이들을 상온의 온도에서 혼합하여 서로 다른 입경을 가지는 입자들을 균일하게 혼합시키는 것이 효과적이다.When carbonaceous materials having particle sizes of 1 mm to 20 mm are prepared, the carbonaceous materials can be mixed at room temperature. That is, since the carbonaceous materials vary in the range of 1 mm to 20 mm, it is effective to mix them at room temperature to uniformly mix particles having different particle sizes.
다음으로, 탄소질 재료를 가열한다(S113). 즉, 액상의 콜타르 피치와 혼합하기 전에 탄소질 재료를 먼저 가열하며, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 높은 온도로 탄소질 재료를 가열한다. 이때, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 10℃ 내지 30℃ 높은 온도로 탄소질 재료를 가열하는 것이 효과적이며, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 15℃ 내지 20℃ 높은 온도로 가열하는 것이 보다 더 효과적이다.Next, the carbonaceous material is heated (S113). That is, the carbonaceous material is first heated before mixing with the liquid coal tar pitch, and the carbonaceous material is heated to a temperature higher than the softening point temperature of the coal tar pitch. At this time, it is effective to heat the carbonaceous material to a temperature 10°C to 30°C higher than the softening point temperature of the coal tar pitch, and it is more effective to heat it to a temperature 15°C to 20°C higher than the softening point temperature of the coal tar pitch.
콜타르 피치와 혼합하기 전에 탄소질 재료를 가열하는 이유는, 이후 공정에서 콜타르 피치와 혼합될 때 상기 콜타르 피치의 온도가 하락하는 것을 억제 또는 방지하기 위함이다. 보다 구체적으로 설명하면, 고체 상태인 콜타르 피치를 연화점 이상의 온도로 가열하여 액상으로 제조한 다음, 액상의 콜타르 피치를 탄소질 재료와 혼합시킨다. 그런데, 탄소질 재료의 온도가 낮은 경우, 액상의 콜타르 피치와 혼합될 때 상기 콜타르 피치의 온도가 하락하여 응고될 수 있다. 즉, 액상의 콜타르 피치가 탄소질 재료에 의해 응고되어 고체가 되거나 점도가 낮아질 수 있다. 이러한 경우 탄소질 재료와 콜타르 피치가 용이하게 혼합되지 않을 수 있다. 즉, 콜타르 피치가 균일하게 분산되지 못하거나, 탄소질 재료의 입자 표면에 콜타르 피치가 잘 부착되지 못하거나, 탄소질 재료의 입자로 콜타르 피치가 잘 침투하지 못할 수 있다. 이로 인해, 탄소질 재료의 입자들 간의 접합력이 부족하게 되고, 이는 브리켓의 강도를 저하시키는 요인이 된다. 그리고 브리켓(B)의 강도가 낮으면 운송 또는 운반할 때 브리켓(B)이 쉽게 부서질 수 있다.The reason for heating the carbonaceous material before mixing with coal tar pitch is to suppress or prevent the temperature of the coal tar pitch from decreasing when mixed with the coal tar pitch in a subsequent process. More specifically, the coal tar pitch in a solid state is heated to a temperature higher than its softening point to make it a liquid, and then the liquid coal tar pitch is mixed with the carbonaceous material. However, if the temperature of the carbonaceous material is low, the temperature of the coal tar pitch may decrease and solidify when mixed with the liquid coal tar pitch. That is, the liquid coal tar pitch may be solidified by the carbonaceous material to become a solid or its viscosity may be reduced. In this case, the carbonaceous material and the coal tar pitch may not be easily mixed. That is, the coal tar pitch may not be uniformly dispersed, the coal tar pitch may not be well attached to the particle surface of the carbonaceous material, or the coal tar pitch may not be well penetrated into the particles of the carbonaceous material. As a result, the bonding force between the particles of the carbonaceous material becomes insufficient, which becomes a factor in reducing the strength of the briquette. And if the strength of the briquette (B) is low, the briquette (B) can easily break during transportation or transport.
따라서, 브리켓(B)의 사이즈가 작아져 케이스로 투입되지 못하고 폐기될 수 있다. 만약, 분쇄된 브리켓을 그대로 케이스로 투입하는 경우, 브리켓이 용융되어 형성된 용융물의 점도가 너무 낮아, 용융물 중 일부가 고체화되지 못할 수 있다. 이에, 자소성 전극(220)에 액상이 공존할 수 있으며, 이로 인해 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 높아질 수 있다.Therefore, the size of the briquette (B) may become small and may not be fed into the case and may be discarded. If the crushed briquette is fed into the case as is, the viscosity of the molten material formed by melting the briquette may be too low, so that some of the molten material may not be solidified. Accordingly, a liquid phase may coexist in the self-igniting electrode (220), and as a result, the electrical resistivity of the self-igniting electrode (220) may increase.
이에, 콜타르 피치와 혼합하기 전에 탄소질 재료를 가열하는 것이 효과적이다. 이때, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 높은 온도로 탄소질 재료를 가열하는 것이 효과적이며, 10℃ 내지 30℃ 높은 온도로 가열하는 것이 보다 더 효과적일 수 있다.Accordingly, it is effective to heat the carbonaceous material before mixing with coal tar pitch. At this time, it is effective to heat the carbonaceous material at a temperature higher than the softening point temperature of coal tar pitch, and heating it at a temperature 10℃ to 30℃ higher may be more effective.
한편, 탄소질 재료를 가열하는데 있어서, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 낮은 온도로 가열하거나, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 10℃ 미만으로 높은 온도로 가열하는 경우, 앞에서 설명한 바와 같이 액상의 콜타르 피치와 혼합시에 상기 콜타르 피치가 응고되는 문제가 발생될 수 있다. 반대로, 탄소질 재료를 가열하는데 있어서 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 30℃를 초과하는 높은 온도로 가열하는 경우, 콜타르 피치의 접합력이 저하될 수 있다. 즉, 콜타르 피치는 접합력을 부여할 수 있는 휘발분 성분을 함유하는데, 탄소질 재료를 너무 높은 온도로 가열하게 되면 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합될 때 콜타르 피치에 함유된 휘발분 성분이 다량 기화되어 제거될 수 있다. 그리고 이로 인해 콜타르 피치의 접합력이 떨어질 수 있고, 이로 인해 탄소질 재료의 입자들 간의 접합력이 부족하게 되어, 브리켓(B)의 강도가 저하될 수 있다.Meanwhile, when heating the carbonaceous material, if it is heated at a temperature lower than the softening point temperature of the coal tar pitch, or if it is heated at a temperature lower than 10℃ higher than the softening point temperature of the coal tar pitch, as described above, the coal tar pitch may solidify when mixed with the liquid coal tar pitch. On the other hand, when heating the carbonaceous material, if it is heated at a temperature higher than 30℃ higher than the softening point temperature of the coal tar pitch, the bonding strength of the coal tar pitch may be reduced. That is, coal tar pitch contains a volatile component that can provide bonding strength, but if the carbonaceous material is heated at too high a temperature, a large amount of the volatile component contained in the coal tar pitch may be vaporized and removed when the carbonaceous material and coal tar pitch are mixed. As a result, the bonding strength of the coal tar pitch may be reduced, and as a result, the bonding strength between the particles of the carbonaceous material may be insufficient, and the strength of the briquette (B) may be reduced.
따라서, 탄소질 재료를 가열하는데 있어서, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 10℃ 내지 30℃ 높은 온도로 가열하는 것이 보다 더 효과적일 수 있다.Therefore, when heating a carbonaceous material, it may be more effective to heat it at a temperature 10°C to 30°C higher than the softening point temperature of coal tar pitch.
이와 같은 방법으로 탄소질 재료를 마련하는 동안에(S110), 탄소질 재료와 혼합시킬 액상의 콜타르 피치를 준비한다(S120). 액상의 콜타르 피치를 준비하는 과정(S120)은, 콜타르 피치를 분쇄하는 과정(S121), 분쇄된 콜타르 피치를 입경에 따라 분급하여 선별하는 과정(S122), 선별된 콜타르 피치를 가열하여 액화시키는 과정(S123)을 포함할 수 있다.During the process of preparing the carbonaceous material in this manner (S110), liquid coal tar pitch to be mixed with the carbonaceous material is prepared (S120). The process of preparing the liquid coal tar pitch (S120) may include a process of crushing coal tar pitch (S121), a process of classifying and selecting the crushed coal tar pitch according to particle size (S122), and a process of heating and liquefying the selected coal tar pitch (S123).
콜타르 피치는 여러 종류 또는 복수 종류의 콜타르 피치 중에서 아래와 같은 특성을 가지는 것을 사용한다. 콜타르 피치를 가열하여 탄화시켰을 때, 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용한다. 이때, 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm인 콜타르 피치를 사용하는데 있어서, 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 50nm 내지 70nm(50nm 이상 70nm 이하)이거나, 40nm 이상 50nm 미만이거나, 70nm 초과 80nm 이하인 콜타르 피치를 사용할 수 있다. 또한, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용하는데 있어서, 그 비율(La/Lc)이 2.3 내지 2.7(2.3 이상 2.7 이하)이거나, 2 이상 2.3 미만이거나, 2.7 초과 3 이하인 콜타르 피치를 사용할 수 있다.Among several types or multiple types of coal tar pitch, coal tar pitch having the following characteristics is used. When coal tar pitch is heated and carbonized, coal tar pitch having a graphite a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) of 2 to 3 is used. At this time, in using coal tar pitch having a graphite a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm, coal tar pitch having a graphite a-axis crystallite length (L a ) of 50 nm to 70 nm (50 nm or more and 70 nm or less), 40 nm or more and less than 50 nm, or more than 70 nm and 80 nm or less can be used. In addition, when using a coal tar pitch having a ratio (L a /L c ) of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite of 2 to 3, a coal tar pitch having a ratio (L a /L c ) of 2.3 to 2.7 (2.3 or more and 2.7 or less), 2 or more and less than 2.3, or more than 2.7 and 3 or less can be used.
실시예에서는 콜타르 피치를 800℃ 내지 1100℃에서 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용한다. 보다 더 구체적으로는 950℃ 내지 1050℃, 더 구체적으로는 1000℃에서 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용한다.In the embodiment, coal tar pitch is used, in which the graphite formed when carbonized at 800°C to 1100°C has an a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) of 2 to 3. More specifically, coal tar pitch is used, in which the graphite formed when carbonized at 950°C to 1050°C, more specifically at 1000°C, has an a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) of 2 to 3.
여기서, 흑연의 a축 결정자 길이(La) 및 c축 결정자 길이(Lc)는 X선 회절 분석에 의해 측정될 수 있다. 즉, 콜타르 피치를 가열하여 탄화시키면 흑연이 생성되는데, 흑연에 대해 X선 회절(X-ray diffraction) 분석을 실시하여 a축 방향의 결정자 길이(La) 및 c축 방향의 결정자 길이(La)를 측정할 수 있다. 그리고 흑연의 a축 방향의 결정자 길이 및 c축 방향의 결정자 길이가 측정되면, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)을 산출할 수 있다. 흑연의 a축 결장자 길이(La)는 결장자의 가로 방향의 길이를 의미할 수 있다. 그리고, 흑연의 c축 결장자 길이(Lc)는 결정자의 세로 방향의 길이를 의미할 수 있으며, 다른 말로 설명하면 La면이 상하방향으로 적층된(stacking) 두께를 의미할 수 있다.Here, the a-axis crystallite length (L a ) and the c-axis crystallite length (L c ) of the graphite can be measured by X-ray diffraction analysis. That is, when coal tar pitch is heated and carbonized, graphite is generated, and X-ray diffraction analysis is performed on the graphite to measure the a-axis crystallite length (L a ) and the c-axis crystallite length (L a ). Then, when the a-axis crystallite length and the c-axis crystallite length of the graphite are measured, the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of the graphite (L a /L c ) can be calculated. The a-axis crystallite length (L a ) of graphite can mean the length of the crystal in the transverse direction. Also, the c-axis crystallite length (L c ) of graphite can mean the length of the crystallite in the vertical direction, or in other words, it can mean the thickness of the L a plane stacked in the vertical direction.
또한, 상술한 바와 같은 흑연의 a축 결정자 길이(La)의 조건과, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)을 만족하면서, 탄화율(탄화수율)이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 효과적일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 콜타르 피치를 800℃ 내지 1100℃에서 가열하였을 때의 탄화율이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 효과적일 수 있다. 보다 구체적으로는 950℃ 내지 1050℃, 더 구체적으로는 1000℃에서 가열하였을 때의 탄화율이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 효과적일 수 있다. 이때, 탄화율은 40% 내지 45%(40% 이상 45% 이하)이거나, 35% 이상 40% 미만이거나, 45% 초과 50% 이하인 콜타르 피치를 사용할 수 있다. In addition, it may be more effective to use a coal tar pitch having a carbonization rate of 35% to 50% while satisfying the conditions of the a-axis crystallite length (L a ) of graphite as described above and the ratio (L a /L c ) of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite. More specifically, it may be more effective to use a coal tar pitch having a carbonization rate of 35% to 50% when heated at 800° C. to 1100° C. More specifically, it may be more effective to use a coal tar pitch having a carbonization rate of 35% to 50% when heated at 950° C. to 1050° C., and even more specifically, at 1000° C. At this time, coal tar pitch having a carbonization rate of 40% to 45% (40% or more and 45% or less), 35% or more and less than 40%, or more than 45% and 50% or less can be used.
또한, 연화점이 80℃내지 120℃인 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 더 효과적일 수 있다. 이때, 연화점이 80℃내지 120℃인 콜타르 피치를 사용하는데 있어서, 연화점이 90℃ 내지 110℃(90℃ 이상 110℃이하), 80℃이상 90℃미만, 110℃초과 120℃이하인 콜타르 피치를 선택할 수 있다.In addition, it may be more effective to use coal tar pitch having a softening point of 80℃ to 120℃. At this time, when using coal tar pitch having a softening point of 80℃ to 120℃, coal tar pitch having a softening point of 90℃ to 110℃ (90℃ or more and 110℃ or less), 80℃ or more and less than 90℃, or more than 110℃ and 120℃ or less can be selected.
그리고, 콜타르 피치를 탄화시켰을 때 면간격 d(002)가 0.3354nm 내지 0.3364nm인 콜타르 피치를 사용하는 것이 효과적이다. 보다 구체적으로, 콜타르 피치를 800℃ 내지 1100℃에서 가열하여 탄화시킨 후에 탄화된 콜타르 피치에 대해 X선 회절(X-ray diffraction) 분석을 실시하여 측정한 면간격 d(002)가 0.3354nm 내지 0.3364nm가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 효과적이다. 보다 구체적으로는, 콜타르 피치를 950℃ 내지 1050℃, 더 구체적으로는 1000℃에서 가열하여 탄화시킨 후에 X선 회절(X-ray diffraction) 분석을 실시하여 측정한 면간격 d(002)가 0.3354nm 내지 0.3364nm가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 것이 효과적이다.And, it is effective to use coal tar pitch having an interplanar spacing d(002) of 0.3354 nm to 0.3364 nm when carbonized coal tar pitch. More specifically, it is effective to use coal tar pitch having an interplanar spacing d(002) of 0.3354 nm to 0.3364 nm when carbonized by heating at 800°C to 1100°C and then performing X-ray diffraction analysis on the carbonized coal tar pitch. More specifically, it is effective to use coal tar pitch having an interplanar spacing d(002) of 0.3354 nm to 0.3364 nm when carbonized by heating at 950°C to 1050°C, more specifically at 1000°C and then performing X-ray diffraction analysis.
실시예에 따른 브리켓(B)을 제조하는데 사용되는 콜타르 피치는 상술한 바와 같은 방법으로 측정된 흑연의 a축 방향의 결정자 길이가 40nm 내지 80nm이고, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3이다. 이에, 상술한 바와 같은 콜타르 피치 및 탄소질 재료를 포함하는 브리켓(B)은 전기 비저항이 낮고 적절한 퍼짐성을 가질 수 있다. 이에, 전기 비저항이 낮고 전기 전도도가 높은 자소성 전극(220)을 제조할 수 있다.The coal tar pitch used in manufacturing the briquette (B) according to the embodiment has a crystallite length of 40 nm to 80 nm in the a-axis direction of graphite as measured by the method described above, and a ratio (L a /L c ) of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite is 2 to 3. Accordingly, the briquette (B) including the coal tar pitch and carbonaceous material as described above can have low electrical resistivity and appropriate spreadability. Accordingly, a self-igniting electrode (220) having low electrical resistivity and high electrical conductivity can be manufactured.
흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 미만이라는 것은, 흑연의 c축의 결정자 길이(Lc)가 크고 a축 결정자의 길이(La)가 작다는 의미일 수 있다. 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 미만이거나, 흑연의 a축 결정자의 길이(La)가 40nm 미만인 경우, 브리켓(B)의 전기 비저항이 증가하고 전기 전도도가 저하될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 미만이거나, 흑연의 a축 결정자의 길이(La)가 40nm 미만인 경우, 작은 a축 결정자의 길이(La)로 인해 전자가 이동할 수 있는 통로(path)의 길이가 짧을 수 있다. 그리고 흑연의 a축 결정자의 길이(La)가 짧은 경우 그레인 바운더리(grain boundary)가 많거나 그레인 바운더리가 촘촘하게 배치되는데, 이러한 경우 전자가 이동할 때 그레인 바운더리에 의해 그 이동이 저지되는 일이 많다. 이에, 브리켓(B) 및 브리켓(B)을 이용하여 제조되는 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 증가하고 전기 전도도가 저하된다.A ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) of less than 2 may mean that the c-axis crystallite length (L c ) of graphite is large and the a-axis crystallite length (L a ) is small. When the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) is less than 2 or the a-axis crystallite length (L a ) of graphite is less than 40 nm, the electrical resistivity of briquettes (B) may increase and the electrical conductivity may decrease. To explain more specifically, when the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) is less than 2 or the a-axis crystallite length (L a ) of graphite is less than 40 nm, the length of the path through which electrons can move may be short due to the small a-axis crystallite length (L a ). In addition, when the a-axis crystallite length (L a ) of graphite is short, there are many grain boundaries or the grain boundaries are arranged closely together, and in such cases, when electrons move, the movement is often impeded by the grain boundaries. Accordingly, the electrical resistivity of the briquette (B) and the self-igniting electrode (220) manufactured using the briquette (B) increases and the electrical conductivity decreases.
반대로, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 3을 초과하는 경우에도 전기 전도도가 저하될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 3을 초과한다는 것은, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc) 또는 c축 방향으로 적층된 길이가 짧고, 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 크다는 것을 의미한다. 이때, 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 3을 초과하거나, 흑연의 a축 결정자의 길이(La)가 80nm를 초과하는 경우, 브리켓(B)의 표면의 전기 전도도는 높으나(skin effect), 브리켓(B) 내부의 전기 전도도가 낮다. 이러한 경우 브리켓에 있어서 내부와 외부의 전기 전도도가 다를 수 있고, 이는 브리켓 및 이를 이용하여 제조되는 자소성 전극에 결함을 발생시킬 수 있다. 또한 결과적으로는 브리켓(B) 및 자소성 전극(220)의 전기 전도도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다.In contrast, when the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) exceeds 3, the electrical conductivity may also be reduced. More specifically, when the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) exceeds 3, it means that the c-axis crystallite length (L c ) of graphite or the length stacked in the c-axis direction is short, and the a-axis crystallite length (L a ) of graphite is large. At this time, when the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite (L a /L c ) exceeds 3 or the length of the a-axis crystallite of graphite (L a ) exceeds 80 nm, the electrical conductivity of the surface of the briquette (B) is high (skin effect), but the electrical conductivity inside the briquette (B) is low. In such a case, the electrical conductivity of the inside and outside of the briquette may be different, which may cause defects in the briquette and the self-igniting electrode manufactured using the briquette. In addition, as a result, the electrical conductivity of the briquette (B) and the self-igniting electrode (220) may be reduced, which may cause a problem.
콜타르 피치를 함유하는 브리켓(B)을 전극부(200)의 케이스(210)로 장입하고, 케이스(210)로 전력을 인가하면 브리켓(B)이 가열되어 연화, 용융 및 소성을 거쳐 자소성 전극(220)이 제조된다. 이렇게 브리켓(B)이 가열되는 동안 상기 브리켓(B)에 함유된 콜타르 피치가 열분해된다. 그리고 콜타르 피치의 열분해에 의해 탄소가 풍부한 무정형 탄소가 생성되는데, 이 반응을 탄화 반응이라고 하며, 탄화 반응에 의해 흑연이 생성될 수 있다.When a briquette (B) containing coal tar pitch is loaded into a case (210) of an electrode part (200) and electricity is applied to the case (210), the briquette (B) is heated and softened, melted, and sintered to manufacture a self-sintering electrode (220). While the briquette (B) is heated in this manner, the coal tar pitch contained in the briquette (B) is thermally decomposed. Then, carbon-rich amorphous carbon is generated by the thermal decomposition of the coal tar pitch, and this reaction is called a carbonization reaction, and graphite can be generated by the carbonization reaction.
그리고, 탄화 반응을 거쳐 남은 탄소(C)의 함량에 따라 탄화율(%)이 결정된다. 즉, 탄화 반응시키기 전 콜타르 피치에 함유된 탄소의 함량에 대한 탄화 반응 종료 후 콜타르 피치에 함유된 탄소의 량의 비율을 탄화율로 정의한다. 이때, 탄화 반응 종료 후 콜타르 피치에 함유된 탄소의 함량이 많을 수록 탄화율이 높은 것으로 정의한다.And, the carbonization rate (%) is determined according to the content of carbon (C) remaining after the carbonization reaction. In other words, the carbonization rate is defined as the ratio of the amount of carbon contained in the coal tar pitch after the carbonization reaction to the content of carbon contained in the coal tar pitch before the carbonization reaction. At this time, the higher the carbon content contained in the coal tar pitch after the carbonization reaction, the higher the carbonization rate is defined.
브리켓(B)을 제조하는데 사용되는 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때의 탄화율이 35% 내지 50%인 콜타르 피치를 사용하는 것이 효과적이다. 즉, 콜타르 피치를 선택하는데 800℃ 이상의 온도 보다 구체적으로는 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 탄화 반응시킨 후의 탄화율이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치를 선택하여 사용하는 것이 효과적이다. 보다 구체적으로는 950℃ 내지 1050℃의 온도, 더 구체적으로는 1000℃의 온도에서 탄화 반응시킨 후의 탄화율이 35% 내지 50%가 될 수 있는 콜타르 피치를 선택하여 사용하는 것이 효과적이다. 이에, 강도가 높고 밀도가 균일한 브리켓(B)을 제조할 수 있다.It is effective to use a coal tar pitch used in manufacturing briquettes (B) that has a carbonization rate of 35% to 50% when carbonized. That is, when selecting a coal tar pitch, it is effective to select and use a coal tar pitch that can have a carbonization rate of 35% to 50% after carbonization at a temperature of 800°C or higher, specifically at a temperature of 800°C to 1100°C. More specifically, it is effective to select and use a coal tar pitch that can have a carbonization rate of 35% to 50% after carbonization at a temperature of 950°C to 1050°C, more specifically at a temperature of 1000°C. Accordingly, a briquette (B) having high strength and uniform density can be manufactured.
콜타르 피치의 연화점이 80℃ 미만인 경우, 액상의 콜타르 피치가 탄소질 재료의 입자에 잘 침투하지 못할 수 있다. 이러한 경우 탄소질 재료의 입자들간의 접합력이 좋지 않아 브리켓의 강도가 저하될 수 있다. 반대로, 콜타르 피치의 연화점이 120℃를 초과하는 경우 고상의 콜타르 피치를 액화시키기 위해 소비되는 열에너지 또는 전기 에너지가 큰 문제가 있다. 또한, 콜타르 피치의 연화점이 120℃를 초과하는 경우, 액화된 콜타르 피치의 점도가 높아 유동성이 낮을 수 있다. 콜타르 피치의 유동성이 낮으면 탄소질 재료와 콜타르 피치가 균일하게 혼합되지 않으며, 이는 브리켓의 강도 저하시키는 요인이 될 수 있다.When the softening point of the coal tar pitch is less than 80℃, the liquid coal tar pitch may not penetrate well into the particles of the carbonaceous material. In this case, the bonding force between the particles of the carbonaceous material may be poor, which may reduce the strength of the briquette. On the other hand, when the softening point of the coal tar pitch exceeds 120℃, the thermal energy or electrical energy consumed to liquefy the solid coal tar pitch may be a major problem. In addition, when the softening point of the coal tar pitch exceeds 120℃, the viscosity of the liquefied coal tar pitch may be high and the fluidity may be low. When the fluidity of the coal tar pitch is low, the carbonaceous material and the coal tar pitch are not uniformly mixed, which may be a factor in reducing the strength of the briquette.
콜타르 피치를 선택하는데 있어서, 콜타르 피치의 종류 별로 800℃ 내지 1100℃의 온도에서 탄화시킨 후 X선 회절 분석을 실시하여 흑연의 c축 결정자 길이(Lc) 및 a축 결정자 길이(La)를 측정하고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율을 산출한 후에, 측정 및 산출 결과를 이용하여 사용할 콜타르 피치를 선택할 수 있다.In selecting a coal tar pitch, depending on the type of coal tar pitch, carbonization is performed at a temperature of 800°C to 1100°C, and then X-ray diffraction analysis is performed to measure the c-axis crystallite length (L c ) and the a-axis crystallite length (L a ) of graphite, and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) is calculated. Then, the coal tar pitch to be used can be selected using the measurement and calculation results.
선택된 콜타르 피치는 고체 상태이며, 입경이 큰 덩어리 상태일 수 있다. 이에 사용할 콜타르 피치가 선택되면, 선택된 콜타르 피치를 분쇄한다(S121). 그리고, 분쇄된 콜타르 피치를 입경에 따라 분급하고, 10mm 이하(0mm 초과)인 것을 선별하여 사용하는 것이 효과적이며, 5mm 이하(0mm 초과)인 것을 선별하여 사용하는 것이 보다 더 효과적이다(S122). 즉, 입경이 10mm 이하인 콜타르 피치를 사용하는 것이 효과적이며, 입경이 5mm 이하인 콜타르 피치를 사용하는 것이 보다 더 효과적 이다.The selected coal tar pitch is in a solid state and may be in the form of large lumps. When the coal tar pitch to be used is selected, the selected coal tar pitch is pulverized (S121). Then, the pulverized coal tar pitch is classified according to particle size, and it is effective to select and use those having a particle size of 10 mm or less (exceeding 0 mm), and it is more effective to select and use those having a particle size of 5 mm or less (exceeding 0 mm) (S122). That is, it is effective to use coal tar pitch having a particle size of 10 mm or less, and it is more effective to use coal tar pitch having a particle size of 5 mm or less.
물론, 분쇄 시에 콜타르 피치의 입경이 10mm 이하 또는 5mm 이하가 되도록 분쇄할 수 있다. 이러한 경우, 탄소질 재료를 입경에 따라 분급하여 선별하는 공정을 생략할 수도 있다.Of course, the coal tar pitch may be pulverized to have a particle size of 10 mm or less or 5 mm or less during pulverization. In this case, the process of classifying and selecting carbonaceous materials according to particle size may be omitted.
한편, 콜타르 피치의 입경이 10mm를 초과하는 경우, 이후 액화 공정을 실시할 때 콜타르 피치를 액화시키기 위해 소비되는 열에너지 또는 전기 에너지가 클 수 있다. 또한, 콜타르 피치의 입경이 작을 수록 액화시키기가 용이하다. 이에, 실시예에서는 입경이 10mm 이하로 작은 콜타르 피치를 사용하는 것이 효과적일 수 있다.Meanwhile, if the particle size of the coal tar pitch exceeds 10 mm, the thermal energy or electrical energy consumed to liquefy the coal tar pitch may be large when the subsequent liquefaction process is performed. In addition, the smaller the particle size of the coal tar pitch, the easier it is to liquefy it. Accordingly, in the embodiment, it may be effective to use coal tar pitch having a particle size of 10 mm or less.
다음으로, 콜타르 피치를 가열하여 액화시킨다(S123). 즉, 연화점 온도에 비해 높은 온도로 콜타르 피치를 가열하여 액화시킨다. 이때, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 10℃ 내지 30℃ 높은 온도로 가열하는 것이 효과적이다.Next, the coal tar pitch is heated to liquefy (S123). That is, the coal tar pitch is heated to a temperature higher than the softening point temperature to liquefy it. At this time, it is effective to heat to a temperature 10℃ to 30℃ higher than the softening point temperature of the coal tar pitch.
한편, 콜타르 피치를 가열하는데 있어서, 연화점 온도에 비해 낮은 온도로 가열하는 경우 콜타르 피치가 액화되지 않거나, 액화되지 않은 콜타르 피치가 잔류할 수 있다. 또한, 연화점 온도에 비해 높은 온도로 가열하되, 연화점 온도에 비해 10℃ 미만으로 높은 온도로 가열하는 경우에 액화되지 않은 콜타르 피치가 잔류할 수 있다. 여기서 액화되지 않은 콜타르 피치가 잔류한다는 것은, 열처리가 종료되었을 때 액상이 되지 못한 고상의 콜타르 피치가 잔류한다는 의미일 수 있다. 반대로, 콜타르 피치를 가열하는데 있어서 연화점 온도에 비해 30℃를 초과하는 높은 온도로 가열하는 경우, 콜타르 피치가 열화될 수 있다. 즉, 콜타르 피치에 함유된 휘발분이 다량 기화되어 콜타르 피치의 접합력이 떨어질 수 있다.Meanwhile, when heating coal tar pitch, if heated at a temperature lower than the softening point temperature, the coal tar pitch may not be liquefied or non-liquefied coal tar pitch may remain. In addition, if heated at a temperature higher than the softening point temperature, but lower than 10℃ higher than the softening point temperature, non-liquefied coal tar pitch may remain. Here, the remaining non-liquefied coal tar pitch may mean that solid coal tar pitch that has not become liquid remains when the heat treatment is completed. Conversely, when heating coal tar pitch at a high temperature exceeding 30℃ compared to the softening point temperature, the coal tar pitch may deteriorate. That is, a large amount of volatile matter contained in the coal tar pitch may be vaporized, which may reduce the bonding strength of the coal tar pitch.
따라서, 연화점 온도에 비해 높은 온도로 콜타르 피치를 가열하는데 있어서, 연화점 온도에 비해 10℃ 내지 30℃ 높은 온도로 가열하는 것이 효과적이다.Therefore, in heating coal tar pitch to a temperature higher than the softening point temperature, it is effective to heat to a temperature 10℃ to 30℃ higher than the softening point temperature.
탄소질 재료와 액상의 콜타르 피치가 준비되면(S110, S120), 이들을 혼합한다(S130). 여기서 탄소질 재료는 고상의 입자 상태이고, 콜타르 피치는 액상이므로, 액상이 콜트리 피치가 탄소질 재료의 입자 표면에 코팅되거나, 입자의 내부로 침투되게 혼합될 수 있다. 이에, 탄소질 재료와 액상의 콜타르 피치를 혼합하는 공정을 다른 말로 설명하면 혼련 공정일 수 있다.When the carbonaceous material and the liquid coal tar pitch are prepared (S110, S120), they are mixed (S130). Here, the carbonaceous material is in a solid particle state and the coal tar pitch is in a liquid state, so the liquid coal tar pitch can be mixed so that it coats the surface of the carbonaceous material particle or penetrates into the interior of the particle. Accordingly, the process of mixing the carbonaceous material and the liquid coal tar pitch can be described in another way as a kneading process.
탄소질 재료와 액상의 콜타르 피치를 혼합하는데 있어서, 탄소질 재료의 100 중량부에 대하여 콜타르 피치가 20 중량부 내지 40 중량부로 함유되도록 혼합하는 것이 효과적이다. 즉, 탄소질 재료의 100 중량부에 대하여 콜타르 피치가 20 중량부 내지 40 중량부로 함유되도록 혼합함으로써, 적절한 퍼짐성을 가지고, 낮은 비저항을 가지는 브리켓을 제조하는데 있어서 효과적이다. 이때, 콜타르 피치의 함량은 탄소질 재료의 100 중량부에 대한 20 중량부 내지 40 중량부의 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 콜타르 피치의 함량은 탄소질 재료의 100 중량부에 대해 25 중량부 내지 35 중량부(25 중량부 이상 35 중량부 이하)이거나, 20 중량부 이상 25 중량부 미만이거나, 35 중량부 초과 40 중량부 이하일 수 있다.When mixing a carbonaceous material and liquid coal tar pitch, it is effective to mix so that the coal tar pitch is contained in an amount of 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the carbonaceous material. That is, by mixing so that the coal tar pitch is contained in an amount of 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the carbonaceous material, it is effective to manufacture briquettes having appropriate spreadability and low resistivity. At this time, the content of the coal tar pitch can be variously changed within the range of 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the carbonaceous material. That is, the content of the coal tar pitch can be 25 to 35 parts by weight (25 to 35 parts by weight) per 100 parts by weight of the carbonaceous material, or 20 to 25 parts by weight, or more than 35 to 40 parts by weight.
이처럼, 탄소질 재료의 100 중량부에 대하여 콜타르 피치가 20 중량부 내지 40 중량부로 함유되는 것을 다른 말로 설명하면, 탄소질 재료의 함량이 100 중량%에 대하여 콜타르 피치가 외삽으로 20 중량% 내지 40 중량%로 함유되는 것을 의미할 수 있다. 이때, 콜타르 피치의 함량은 탄소질 재료의 100 중량%에 대한 외삽으로 25 중량% 내지 35 중량%(25 중량% 이상 35 중량% 이하)이거나, 20 중량% 이상 25 중량% 미만이거나, 35 중량% 초과 40 중량% 이하일 수 있다.In other words, the fact that coal tar pitch is contained in an amount of 20 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material may mean that coal tar pitch is contained in an amount of 20 to 40 parts by weight with respect to 100% by weight of the carbonaceous material. In this case, the content of coal tar pitch may be 25 to 35% by weight (25 to 35% by weight) with respect to 100% by weight of the carbonaceous material, or 20 to 25% by weight, or more than 35% by weight and less than 40% by weight.
외삽의 의미에 대해 보다 구체적인 예를 들어 설명하면, 100kg의 탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합할 때, 100kg의 25% 내지 40%인 25kg 내지 40kg의 콜타르 피치를 혼합한다. 이러한 경우 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합된 혼합물의 무게는 125kg 내지 140kg이다.To give a more specific example of what extrapolation means, when mixing 100 kg of carbonaceous material and coal tar pitch, 25 kg to 40 kg of coal tar pitch, which is 25% to 40% of 100 kg, is mixed. In this case, the weight of the mixture of carbonaceous material and coal tar pitch is 125 kg to 140 kg.
이처럼 탄소질 재료의 100 중량부에 대하여 콜타르 피치가 20 중량부 내지 40 중량부로 함유되도록 함으로써, 적절한 퍼짐성을 가지고, 낮은 비저항을 가지는 브리켓을 제조할 수 있다.In this way, by containing 20 to 40 parts by weight of coal tar pitch per 100 parts by weight of carbonaceous material, it is possible to manufacture briquettes having appropriate spreadability and low resistivity.
한편, 탄소질 재료의 100 중량부에 대한 콜타르 피치의 함량이 20 중량부 내지 40 중량부(20 중량부 이상 40 중량부 이하) 범위를 벗어나는 경우, 브리켓의 퍼짐성이 낮거나 높을 수 있고, 전기 비저항이 증가할 수 있다. 보다 구체적인 예로, 브리켓(B)의 퍼짐성이 10% 미만으로 낮거나 35%를 초과하도록 높거나, 전기 비저항이 120μΩm을 초과하게 높을 수 있다. 그리고, 브리켓(B)의 퍼짐성이 10% 미만으로 낮은 경우, 케이스(210)에 전력을 인가하여 브리켓(B)을 용융시킬 때 브리켓(B)의 용융이 어려워 큰 전력을 인가해야 하는 문제가 발생될 수 있다. 반대로 브리켓(B)의 퍼짐성이 35%를 초과하도록 높은 경우, 브리켓(B)이 용융되어 형성된 용융물의 점도가 너무 낮아, 용융물 중 일부가 고체화되지 못할 수 있다. 이에, 자소성 전극(220)에 액상이 공존할 수 있으며, 이로 인해 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 높아질 수 있다. 그리고 브리켓(B)의 전기 비저항이 120μΩm을 초과하는 경우, 브리켓(B)에 의해 제조되는 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 높고 전기 전도도가 낮은 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, when the content of coal tar pitch with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material is out of the range of 20 parts by weight to 40 parts by weight (20 parts by weight or more and 40 parts by weight or less), the spreadability of the briquette may be low or high, and the electrical resistivity may increase. For a more specific example, the spreadability of the briquette (B) may be low as less than 10% or high as more than 35%, or the electrical resistivity may be high as more than 120 μΩm. In addition, when the spreadability of the briquette (B) is low as less than 10%, when power is applied to the case (210) to melt the briquette (B), there may occur a problem that it is difficult to melt the briquette (B) and a large amount of power must be applied. On the other hand, when the spreadability of the briquette (B) is high as more than 35%, the viscosity of the melt formed by melting the briquette (B) may be too low, so that some of the melt may not be solidified. Accordingly, a liquid phase may coexist in the self-igniting electrode (220), which may increase the electrical resistivity of the self-igniting electrode (220). In addition, when the electrical resistivity of the briquette (B) exceeds 120 μΩm, a problem may occur in which the electrical resistivity of the self-igniting electrode (220) manufactured by the briquette (B) is high and the electrical conductivity is low.
따라서, 탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합하는데 있어서, 탄소질 재료의 100 중량부에 대하여 콜타르 피치가 20 중량부 내지 40 중량부로 함유되도록 혼합하는 것이 효과적이다.Therefore, when mixing carbonaceous material and coal tar pitch, it is effective to mix so that the coal tar pitch is contained in an amount of 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the carbonaceous material.
탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합할 때, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 높은 온도에서 혼합하는 것이 효과적이다. 보다 구체적으로 설명하면, 탄소질 재료와 콜타르 피치가 수용된 용기 내부의 온도를 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 높은 온도가 되도록 유지시킨 상태에서, 상기 탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합한다. 이때, 콜타르 피치의 연화점 온도에 비해 10℃ 내지 30℃ 높은 온도에서 혼합하는 것이 보다 더 효과적이다. 따라서, 탄소질 재료의 입자들 간의 접합 또는 결합을 용이하게 할 수 있으며, 콜타르 피치에 함유된 휘발분이 기화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. When mixing carbonaceous material and coal tar pitch, it is effective to mix at a temperature higher than the softening point temperature of the coal tar pitch. More specifically, the carbonaceous material and coal tar pitch are mixed while maintaining the temperature inside a container containing the carbonaceous material and coal tar pitch at a temperature higher than the softening point temperature of the coal tar pitch. At this time, it is more effective to mix at a temperature 10°C to 30°C higher than the softening point temperature of the coal tar pitch. Accordingly, it is possible to facilitate bonding or coupling between particles of the carbonaceous material, and to suppress or prevent vaporization of volatile components contained in the coal tar pitch.
한편, 탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합할 때 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점보다 낮거나, 연화점에 비해 10℃ 미만의 높은 온도에서 혼합하는 경우, 탄소질 재료의 입자들 간의 접합 또는 결합이 잘 되지 않을 수 있다. 이러한 경우 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합된 혼합물(자소성 전극용 조성물)을 성형하여 제조된 브리켓의 밀도가 낮거나 강도가 낮을 수 있다. 또한, 탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합할 때 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점에 비해 30℃를 초과하는 온도로 높은 경우, 콜타르 피치에 함유된 휘발분이 다량 기화되어 제거될 수 있다. 이러한 경우 콜타르 피치의 접합력이 저하될 수 있다. 이에, 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합된 혼합물을 성형하여 제조한 브리켓의 강도가 낮을 수 있다.Meanwhile, when mixing carbonaceous material and coal tar pitch, if the temperature is lower than the softening point of the coal tar pitch or is mixed at a high temperature of less than 10℃ compared to the softening point, the bonding or coupling between the particles of the carbonaceous material may not be good. In this case, the density or strength of the briquette manufactured by molding the mixture (composition for self-extinguishing electrode) in which the carbonaceous material and coal tar pitch are mixed may be low. In addition, when mixing the carbonaceous material and coal tar pitch, if the temperature is higher than 30℃ compared to the softening point of the coal tar pitch, a large amount of volatile matter contained in the coal tar pitch may be vaporized and removed. In this case, the bonding strength of the coal tar pitch may be reduced. Accordingly, the strength of the briquette manufactured by molding the mixture in which the carbonaceous material and coal tar pitch are mixed may be low.
탄소질 재료와 액상의 콜타르 피치의 혼합(혼련)이 종료되면, 브리켓을 제조하기 위한 조성물의 제조가 완료된다. 이하에서는 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합된 혼합물을 '자소성 전극용 조성물'로 명명한다.When the mixing (kneading) of the carbonaceous material and the liquid coal tar pitch is completed, the production of the composition for producing briquettes is completed. Hereinafter, the mixture of the carbonaceous material and the coal tar pitch is referred to as a 'composition for self-igniting electrode'.
다음으로, 자소성 전극용 조성물을 성형하여 소정의 크기를 가지는 브리켓(B)을 제조한다(S200). 이때 브리켓(B)의 형상은 특별히 한정되지 않으며 조개탄 형상, 실린더 형상(cylinder type), 사디리꼴 형상 등 다양한 형상으로 제조할 수 있다.Next, the composition for the self-igniting electrode is molded to manufacture a briquette (B) having a predetermined size (S200). At this time, the shape of the briquette (B) is not particularly limited and can be manufactured in various shapes such as a shell shape, a cylinder type, and a saddle-shaped shape.
실시예에 따른 방법으로 제조된 브리켓(B)은 적절한 퍼짐성을 가지며, 전기 비저항이 낮다. 예를 들어 브리켓(B)은 퍼짐성이 10% 내지 35%이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하(0μΩm 초과)일 수 있다.The briquette (B) manufactured by the method according to the embodiment has an appropriate spreadability and a low electrical resistivity. For example, the briquette (B) may have a spreadability of 10% to 35% and an electrical resistivity of 120 μΩm or less (more than 0 μΩm).
브리켓(B)의 퍼짐성은 아래와 같은 방법으로 측정 또는 산출한 결과이다. 브리켓(B)을 가압하여 지름 50mm 내지 두께 50mm인 디스크(disk) 형상의 시편을 제조한다. 그리고, 시편을 10℃/min의 승온 속도로 450℃까지 승온시킨 후, 450℃의 온도에서 15분 동안 유지시켰다. 그 다음 시편을 상온으로 냉각시킨 후에 상온으로 냉각된 시편의 지름을 측정하였다. 이때, 가열하기 전의 시편의 지름(D1)과, 450℃의 온도에서 15분 동안 가열한 후 상온으로 냉각된 시편의 지름(D2)의 차이를 이용하여 퍼짐성을 산출한다. 보다 구체적으로는 아래 수식 1과 같은 방법으로 산출할 수 있다. 즉, 가열 전 시편의 지름 대비 가열 후 늘어난 시편의 지름을 이용하여 퍼짐성을 산출한다. 이러한 퍼짐성을 다른 말로 설명하면 가소성 지수(plasticity index)일 수 있다.The spreadability of the briquette (B) is the result measured or calculated by the following method. The briquette (B) is pressurized to produce a disk-shaped specimen with a diameter of 50 mm and a thickness of 50 mm. Then, the specimen is heated to 450°C at a heating rate of 10°C/min, and maintained at 450°C for 15 minutes. Then, the specimen is cooled to room temperature, and the diameter of the specimen cooled to room temperature is measured. At this time, the spreadability is calculated using the difference between the diameter of the specimen before heating (D 1 ) and the diameter of the specimen after heating at 450°C for 15 minutes and then cooled to room temperature (D 2 ). More specifically, it can be calculated using the method of Equation 1 below. That is, the spreadability is calculated using the diameter of the specimen that has increased after heating compared to the diameter of the specimen before heating. Another word for this spreadability may be the plasticity index.
[수식 1][Formula 1]
이와 같은 방법으로 측정된 브리켓(B)의 퍼짐성은 10% 내지 35%일 수 있고, 보다 바람직하게는 15% 내지 25%일 수 있다. 이처럼 브리켓(B)의 퍼짐성을 10% 내지 35%로 조절함으로써, 브리켓(B)을 케이스(210)로 장입하여 용융시킬 때 적절한 속도로 용이하게 용융시킬 수 있고, 브리켓(B)이 용융된 용융물의 점도를 적절하게 조절할 수 있다. 즉, 용융물의 점도가 너무 낮거나 너무 높지 않고 적절한 점도가 될 수 있다. 이에 따라, 브리켓(B)이 용융 및 소성되어 형성되는 자소성 전극(220)의 전기 비저항을 낮출 수 있고 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.The spreadability of the briquette (B) measured in this manner may be 10% to 35%, more preferably 15% to 25%. By adjusting the spreadability of the briquette (B) to 10% to 35%, the briquette (B) can be easily melted at an appropriate speed when charged into the case (210) and melted, and the viscosity of the melted material in which the briquette (B) is melted can be appropriately adjusted. That is, the viscosity of the melt can be an appropriate viscosity without being too low or too high. Accordingly, the electrical resistivity of the self-sintering electrode (220) formed by melting and firing the briquette (B) can be lowered and the electrical conductivity can be improved.
한편, 브리켓(B)의 퍼짐성이 10% 미만인 경우 브리켓을 케이스로 장입하여 가열할 때, 브리켓(B)이 잘 용융되지 않을 수 있다. 이로 인해 브리켓이 소성이 부족하여 자소성 전극(220)의 밀도가 떨어지거나 전기 전도도가 저하될 수 있다. 또한, 브리켓(B)을 용융시키기 위해 소비 전력이 큰 문제가 있다. 반대로, 브리켓(B)의 퍼짐성이 35%를 초과하는 경우 브리켓(B)이 용융되어 형성된 용융물의 점도가 너무 낮아, 용융물 중 일부가 고체화되지 못할 수 있다. 이에, 자소성 전극(220)에 액상이 공존할 수 있으며, 이로 인해 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 높아질 수 있다. 그리고 브리켓(B)의 전기 비저항이 120μΩm을 초과하는 경우, 브리켓(B)에 의해 제조되는 자소성 전극(220)의 전기 비저항이 높고 전기 전도도가 낮은 문제가 있다.Meanwhile, when the spreadability of the briquette (B) is less than 10%, the briquette (B) may not melt well when the briquette is loaded into the case and heated. As a result, the briquette may have insufficient plasticity, which may lower the density of the self-sintering electrode (220) or lower the electrical conductivity. In addition, there is a problem of high power consumption to melt the briquette (B). On the other hand, when the spreadability of the briquette (B) exceeds 35%, the viscosity of the melt formed by melting the briquette (B) may be too low, so that some of the melt may not solidify. Accordingly, a liquid phase may coexist in the self-sintering electrode (220), which may increase the electrical resistivity of the self-sintering electrode (220). In addition, when the electrical resistivity of the briquette (B) exceeds 120 μΩm, there is a problem of high electrical resistivity and low electrical conductivity of the self-sintering electrode (220) manufactured by the briquette (B).
그리고, 실시예에 따른 브리켓(B)은 전기 비저항이 120μΩm 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 100μΩm 이하일 수 있다. 이에 브리켓(B)을 케이스(210)로 장입하고 전력을 인가하여 상기 브리켓(B)을 용융 및 소성시키는데 있어서, 소비되는 전력을 감소시킬 수 있다. 또한, 브리켓(B)이 용융 및 소성되어 제조되는 자소성 전극(220)의 전기 비저항을 낮추고 전기 전도도를 증가시킬 수 있다. 이에, 자소성 전극(220)로 작은 전력을 인가하더라도 목표하는 열에너지 또는 아크를 발생시킬 수 있다.And, the briquette (B) according to the embodiment may have an electric resistivity of 120 μΩm or less, more preferably 100 μΩm or less. Accordingly, when loading the briquette (B) into the case (210) and applying power to melt and sinter the briquette (B), the power consumed can be reduced. In addition, the electric resistivity of the self-sintering electrode (220) manufactured by melting and sintering the briquette (B) can be lowered and the electric conductivity can be increased. Accordingly, even if a small amount of power is applied to the self-sintering electrode (220), the target thermal energy or arc can be generated.
한편, 브리켓(B)의 전기 비저항이 120μΩm를 초과하는 경우, 상기 브리켓(B)을 이용하여 제조되는 자소성 전극(220)의 비저항이 높고 전기 전도도가 낮을 수 있다. 이러한 경우 자소성 전극(220)로 전력을 인가하여 목표하는 열에너지 또는 아크를 발생시키는데 있어서, 다량의 전력이 소비되는 문제가 있다.Meanwhile, if the electrical resistivity of the briquette (B) exceeds 120 μΩm, the resistivity of the self-igniting electrode (220) manufactured using the briquette (B) may be high and the electrical conductivity may be low. In this case, there is a problem that a large amount of power is consumed when applying power to the self-igniting electrode (220) to generate the target heat energy or arc.
표 1은 제1 내지 제5실시예 및 제1 내지 제5비교예에 따른 방법으로 제조된 브리켓의 품질 특성이다.Table 1 shows the quality characteristics of briquettes manufactured by the methods according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5.
제1 내지 제5실시예 및 제1 내지 제5비교예는 탄소질 재료와 콜타르 피치를 포함하는 자소성 전극용 조성물을 성형하여 제조한 브리켓이다. 이때, 제1 내지 제5실시예 및 제1 내지 제5비교예는 탄소질 재료 100 중량부에 대한 콜타르 피치의 함량이 25 중량부로 동일하다. 그리고, 제1 내지 제5실시예 및 제1 내지 제5비교예들은 콜타르 피치의 종류, 탄소질 재료의 종류, 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량 중 적어도 하나가 다르다.Embodiments 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 are briquettes manufactured by molding a composition for a self-igniting electrode including a carbonaceous material and coal tar pitch. At this time, Embodiments 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 have the same content of coal tar pitch of 25 parts by weight per 100 parts by weight of the carbonaceous material. In addition, Embodiments 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 differ in at least one of the type of coal tar pitch, the type of the carbonaceous material, and the content of ash contained in the carbonaceous material.
여기서, 제1실시예, 제3실시예, 제4실시예는 동일한 콜타르 피치를 사용하였다. 즉, 제1실시예, 제3실시예, 제4실시예에서 사용한 콜타르 피치는 1000℃에서 탄화시켰을 때 형성된 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 45nm, c축 결정자 길이(Lc)가 22nm, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2.05가 되는 콜타르 피치를 사용하였다. 그리고 제1실시예, 제3실시예, 제4실시예에서 사용한 콜타르 피치는, 1000℃에서 탄화시켰을 때의 탄화율은 38%이고, 연화점이 84℃이다. 이때, 제1실시예, 제3실시예, 제4실시예는 탄소질 재료의 종류 및 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량 중 적어도 하나가 상이하다.Here, the first, third, and fourth embodiments used the same coal tar pitch. That is, the coal tar pitch used in the first, third, and fourth embodiments used a coal tar pitch in which, when carbonized at 1000°C, the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed was 45 nm, the c-axis crystallite length (L c ) was 22 nm, and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) was 2.05. In addition, the coal tar pitch used in the first, third, and fourth embodiments had a carbonization ratio of 38% and a softening point of 84°C when carbonized at 1000°C. At this time, the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment differ in at least one of the type of carbonaceous material and the content of ash contained in the carbonaceous material.
제2실시예, 제5실시예 및 제4비교예는 서로 동일한 콜타르 피치를 사용하였으며, 제1실시예, 제3실시예, 제4실시예에서 사용한 콜타르 피치와는 다르다. 즉, 제2실시예, 제5실시예 및 제4비교예에서 사용한 콜타르 피치는 1000℃에서 탄화시켰을 때 형성된 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 48nm, c축 결정자 길이(Lc)가 17nm, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2.82이다. 그리고, 제2실시예, 제5실시예 및 제4비교예에서 사용한 콜타르 피치는, 1000℃에서 탄화시켰을 때의 탄화율이 46%이고, 연화점은 92℃이다. 이때, 제2실시예, 제5실시예 및 제4비교예는 탄소질 재료의 종류 및 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량 중 적어도 하나가 상이하다.The second embodiment, the fifth embodiment, and the fourth comparative example used the same coal tar pitch, and were different from the coal tar pitches used in the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment. That is, the coal tar pitches used in the second embodiment, the fifth embodiment, and the fourth comparative example had an a-axis crystallite length (L a ) of 48 nm, a c-axis crystallite length (L c ) of 17 nm, and a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) of 2.82 when carbonized at 1000°C. In addition, the coal tar pitches used in the second embodiment, the fifth embodiment, and the fourth comparative example had a carbonization rate of 46% when carbonized at 1000°C, and a softening point of 92°C. At this time, the second embodiment, the fifth embodiment and the fourth comparative example are different in at least one of the type of carbonaceous material and the content of ash contained in the carbonaceous material.
또한, 제1 내지 제3비교예, 제5비교예는 서로 콜타르 피치의 종류, 탄소질 재료의 종류 및 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량 중 적어도 하나가 다르다.In addition, Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Example 5 differ from each other in at least one of the type of coal tar pitch, the type of carbonaceous material, and the content of ash contained in the carbonaceous material.
제4 및 제5실시예, 제4비교예 각각은 2 종류의 탄소질 재료를 혼합하여 사용한 경우이다. 즉, 제4실시예는 무연탄과 피치코크스가 혼합된 혼합물을 탄소질 재료로 사용하였으며, 이때 혼합물 중 무연탄과 피치코크스의 중량% 비율이 '무연탄의 함량 : 피치코크스의 함량 = 1 : 1'이다. 제5실시예는 무연탄과 침상코크스가 혼합된 혼합물을 탄소질 재료로 사용하였으며, 이때 혼합물 중 무연탄과 침상코크스의 중량% 비율이 '무연탄의 함량 : 침상코크스의 함량 = 1 : 1'이다. 제4비교예는 침상코크스와 피치코크스가 혼합된 혼합물을 탄소질 재료로 사용하였으며, 이때 혼합물 중 침상코크스와 피치코크스의 중량% 비율이 '침상코크스의 함량 :; 피치코크스의 함량 = 1 : 1'이다.The fourth and fifth embodiments and the fourth comparative example each use a mixture of two types of carbonaceous materials. That is, the fourth embodiment uses a mixture of anthracite coal and pitch coke as the carbonaceous material, and the weight % ratio of the anthracite coal and pitch coke in the mixture is 'anthracite coal content: pitch coke content = 1: 1'. The fifth embodiment uses a mixture of anthracite coal and needle coke as the carbonaceous material, and the weight % ratio of the anthracite coal and needle coke in the mixture is 'anthracite coal content: needle coke content = 1: 1'. The fourth comparative example uses a mixture of needle coke and pitch coke as the carbonaceous material, and the weight % ratio of the needle coke and pitch coke in the mixture is 'needle coke content: pitch coke content = 1: 1'.
상술한 바와 같은 제1 내지 제5실시예 및 제1 내지 제5비교예에 따른 조건의 자소성 전극용 조성물을 이용하여 브리켓을 제조하였으며, 각 브리켓에 대하여 퍼짐성을 산출하고, 전기 비저항을 측정하였다. 그리고 브리켓의 퍼짐성 및 전기 비저항의 결과를 이용하여 브리켓의 품질을 평가하였다. 이때, 브리켓의 퍼짐성이 10% 내지 35% 이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하인 경우 브리켓의 품질에 대해 '우수'로 평가하였다.Briquettes were manufactured using the compositions for self-igniting electrodes according to the conditions of the first to fifth embodiments and the first to fifth comparative examples as described above, and the spreadability was calculated and the electrical resistivity was measured for each briquette. Then, the quality of the briquettes was evaluated using the results of the spreadability and electrical resistivity of the briquettes. At this time, when the spreadability of the briquettes was 10% to 35% and the electrical resistivity was 120 μΩm or less, the quality of the briquettes was evaluated as 'excellent'.
(중량부)Content
(weight)
실시예1st
Example
실시예2nd
Example
실시예3rd
Example
비교예1st
Comparative example
비교예2nd
Comparative example
비교예3rd
Comparative example
실시예4th
Example
실시예5th
Example
비교예4th
Comparative example
비교예5th
Comparative example
표 1을 참조하면, 제1 내지 제5실시예는 퍼짐성이 10% 내지 35%이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하로 낮다. 즉, 제1 내지 제5실시예는 브리켓의 품질이 우수하다.Referring to Table 1, the first to fifth embodiments have a spreadability of 10% to 35% and a low electrical resistivity of 120 μΩm or less. That is, the first to fifth embodiments have excellent briquette quality.
그러나, 제1 내지 제5비교예는 퍼짐성이 제1 내지 제5실시예에 비해 좋지 않거나, 전기 비저항이 제1 내지 제5실시예에 비해 높다. 즉, 제1비교예, 제4비교예 및 제5비교예는 퍼짐성이 10% 내지 35%의 범위를 벗어나고, 전기 비저항이 120μΩm를 초과한다. 이에, 제1 내지 제5실시예는 제1비교예, 제4비교예 및 제5비교예에 비해 퍼짐성 및 전기 비저항이 우수하다. 또한, 제2비교예는 전기 비저항이 120μΩm를 초과하고, 제3비교예는 퍼짐성이 10% 미만이다. 이에, 제1 내지 제5실시예는 제2비교예에 비해 전기 비저항이 우수하고, 제3비교예에 비해 퍼짐성이 우수하다.However, Comparative Examples 1 to 5 have worse spreadability than Embodiments 1 to 5, or higher electrical resistivity than Embodiments 1 to 5. That is, Comparative Examples 1, 4, and 5 have spreadability exceeding the range of 10% to 35%, and electrical resistivity exceeding 120 μΩm. Accordingly, Embodiments 1 to 5 have better spreadability and electrical resistivity than Comparative Examples 1, 4, and 5. In addition, Comparative Example 2 has an electrical resistivity exceeding 120 μΩm, and Comparative Example 3 has a spreadability of less than 10%. Accordingly, Embodiments 1 to 5 have better electrical resistivity than Comparative Example 2, and better spreadability than Comparative Example 3.
이는, 제1 내지 제5실시예의 경우, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3가 되는 콜타르 피치를 사용하였고, 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량이 5 중량% 이하이지만, 제1 내지 제5비교예의 경우는 그렇지 않기 때문이다. 즉, 제1비교예에서는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 미만인 콜타르 피치를 사용하였고, 제2비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 미만인 콜타르 피치를 사용하였다. 또한, 제3비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 80nm를 초과하는 콜타르 피치를 사용하였다. 제4비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3이다. 그러나, 제4비교예는 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량이 5 중량%를 초과한다. 또한, 제5비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 3을 초과하는 콜타르 피치를 사용하였다.This is because, in the cases of the first to fifth embodiments, coal tar pitch was used in which the a-axis crystallite length (L a ) of the graphite formed upon carbonization was 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c - axis crystallite length (L c ) was 2 to 3, and the content of ash contained in the carbonaceous material was 5 wt% or less, but this was not the case in the cases of the first to fifth comparative examples. That is, in the first comparative example, coal tar pitch in which the a-axis crystallite length (L a ) of the graphite formed upon carbonization was less than 40 nm was used, and in the second comparative example , coal tar pitch in which the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of the graphite formed upon carbonization was less than 2 was used. In addition, the third comparative example used a coal tar pitch in which the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed when carbonized exceeds 80 nm. In the fourth comparative example, the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm, and the ratio of the a-axis crystallite length ( L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) is 2 to 3. However, in the fourth comparative example, the content of ash contained in the carbonaceous material exceeds 5 wt%. In addition, the fifth comparative example used a coal tar pitch in which the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of graphite formed when carbonized exceeds 3.
이러한 실험 결과로부터, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 경우, 퍼짐성 및 전기 전도도가 우수한 브리켓을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 보다 구체적으로는, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용함으로써, 퍼짐성이 10% 내지 35%로이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하로 낮은 브리켓을 제조할 수 있음을 알 수 있다.From these experimental results, it can be seen that when coal tar pitch is used in which the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) can be 2 to 3, briquettes having excellent spreadability and electrical conductivity can be manufactured. More specifically, it can be seen that when coal tar pitch is used in which the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) can be 2 to 3, briquettes having a spreadability of 10% to 35% and a low electrical resistivity of 120 μΩm or less can be manufactured.
다음으로, 제1 내지 제5실시예, 제1 내지 제5비교예들 중 동일한 탄소질 재료를 사용한 실험예들끼리 비교하여 설명한다. 제1 및 제2실시예, 제1비교예 및 제5비교예를 비교하면, 이들은 탄소질 재료로 무연탄을 동일하게 사용하였고, 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량이 3 중량%로 동일하다. 그러나 제1 및 제2실시예, 제1비교예 및 제5비교예는 콜타르 피치의 종류가 다르다. 제1실시예, 제2실시예, 제1비교예 및 제5비교예를 비교하면, 제1비교예는 퍼짐성이 35%보다 크고, 전기 비저항이 120μΩm을 초과하도록 높으며, 제5비교예는 퍼짐성이 10% 미만으로 작고, 전기 비저항이 120μΩm을 초과하도록 높다. 반면, 제1 및 제2실시예는 퍼짐성이 10% 내지 35%이고, 전기 비저항이 100μΩm 이하로 낮다. 즉, 제1 및 제5비교예에 비해 제1 및 제2실시예의 퍼짐성 및 전기 비저항이 우수한다.Next, experimental examples using the same carbonaceous material among Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 will be described by comparison. When Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 and Comparative Example 5 are compared, they use anthracite coal as the carbonaceous material in the same way, and the content of ash contained in the carbonaceous material is the same at 3 wt%. However, Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 and Comparative Example 5 use different types of coal tar pitch. When Embodiment 1, Embodiment 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 5 are compared, Comparative Example 1 has a spreadability of greater than 35% and a high electrical resistivity exceeding 120 μΩm, while Comparative Example 5 has a small spreadability of less than 10% and a high electrical resistivity exceeding 120 μΩm. On the other hand, the first and second embodiments have a spreadability of 10% to 35% and a low electrical resistivity of 100 μΩm or less. That is, the spreadability and electrical resistivity of the first and second embodiments are superior to those of the first and fifth comparative examples.
이는, 제1 및 제2실시예의 경우, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용하였으나, 제1 및 제5비교예는 그렇지 않기 때문이다. 즉, 제1비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 미만인 콜타르 피치를 사용하고, 제5비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 3을 초과하는 콜타르 피치를 사용하였다.This is because, in the case of the first and second embodiments, a coal tar pitch was used in which the a-axis crystallite length (L a ) of the graphite formed upon carbonization was 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) was 2 to 3, but this was not the case in the first and fifth comparative examples. That is, the first comparative example used a coal tar pitch in which the a-axis crystallite length (L a ) of the graphite formed upon carbonization was less than 40 nm, and the fifth comparative example used a coal tar pitch in which the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c- axis crystallite length (L c ) of the graphite formed upon carbonization was more than 3.
다른 예로, 제3실시예 및 제2비교예는 탄소질 재료로 피치코크스를 동일하게 사용하였고, 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량이 2 중량%로 동일하다. 그러나 제3실시예 및 제2비교예는 콜타르 피치의 종류가 다르다. 제3실시예 및 제2비교예는 모두 퍼짐성이 10% 내지 35%이다. 그러나, 제2비교예는 전기 비저항이 120μΩm을 초과하는 반면, 제3실시예는 전기 비저항이 120μΩm 이하로 낮다. 즉, 제2비교예에 비해 제3실시예의 전기 비저항이 우수하다.As another example, the third embodiment and the second comparative example used pitch coke as the same carbonaceous material, and the content of ash contained in the carbonaceous material was the same at 2 wt%. However, the third embodiment and the second comparative example used different types of coal tar pitch. The third embodiment and the second comparative example both had spreadability of 10% to 35%. However, the second comparative example had an electrical resistivity exceeding 120 μΩm, while the third embodiment had a low electrical resistivity of 120 μΩm or less. That is, the electrical resistivity of the third embodiment is superior to that of the second comparative example.
이는, 제3실시예의 경우, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 콜타르 피치를 사용하였으나, 제2비교예는 그렇지 않기 때문이다. 즉, 제2비교예는 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 미만인 콜타르 피치를 사용하였다.This is because, in the case of the third embodiment, a coal tar pitch was used in which the a-axis crystallite length (L a ) of the graphite formed upon carbonization was 40 nm to 80 nm, and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) was 2 to 3, but this was not the case in the second comparative example. That is, the second comparative example used a coal tar pitch in which the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of the graphite formed upon carbonization (L a /L c ) was less than 2.
제1 및 제2실시예, 제1비교예, 제5비교예를 비교한 결과 및 제3실시예, 제2비교예를 비교한 결과로부터, 탄소질 재료의 종류에 상관없이 콜타르 피치에 따라 퍼짐성 및 전기 전도도 중 적어도 하나가 다름을 알 수 있다. 즉, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용하는 경우, 퍼짐성 및 전기 전도도가 우수한 브리켓을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 퍼짐성이 10% 내지 35%로이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하로 낮은 브리켓을 제조할 수 있음을 알 수 있다.From the results of comparing the first and second embodiments, the first comparative example, and the fifth comparative example, and the results of comparing the third embodiment and the second comparative example, it can be seen that at least one of the spreadability and the electrical conductivity is different depending on the coal tar pitch regardless of the type of the carbonaceous material. That is, when using a coal tar pitch in which the a-axis crystallite length (L a ) of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm and the ratio of the a-axis crystallite length ( L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) can be 2 to 3, it can be seen that briquettes having excellent spreadability and electrical conductivity can be manufactured. That is, it can be seen that briquettes having a spreadability of 10% to 35% and a low electrical resistivity of 120 μΩm or less can be manufactured.
표 2는 제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예에 따른 방법으로 제조된 브리켓의 품질 특성이다.Table 2 shows the quality characteristics of briquettes manufactured by the methods according to the first embodiment, the sixth to eighth embodiments, and the sixth and seventh comparative examples.
제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예는 탄소질 재료와 콜타르 피치를 포함하는 자소성 전극용 조성물을 성형하여 제조한 브리켓이다. 여기서 제1실시예는 표 1에서 설명한 제1실시예와 동일한 것이다. 그리고, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예는 동일한 탄소질 재료와 동일한 콜타르 피치를 사용하였다. 즉, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예는 탄소질 재료로 무연탄을 사용하였으며, 탄소질 재료에 함유된 회분의 함량은 3 중량%로 동일하다. 또한, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예는 1000℃에서 탄화시켰을 때 형성되는 흑연의 a축 결정자 길이(La)가 45nm, c축 결정자 길이(Lc)가 22nm, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2.05이고, 탄화율이 38%인 콜타르 피치를 사용하였다. 또한 연화점이 84℃인 콜타르 피치를 사용하였다. Embodiment 1, Embodiments 6 to 8, and Comparative Examples 6 and 7 are briquettes manufactured by molding a composition for a self-igniting electrode including a carbonaceous material and coal tar pitch. Here, Embodiment 1 is the same as Embodiment 1 described in Table 1. And, Embodiment 1, Embodiments 6 to 8, and Comparative Examples 6 and 7 used the same carbonaceous material and the same coal tar pitch. That is, Embodiment 1, Embodiments 6 to 8, and Comparative Examples 6 and 7 used anthracite as the carbonaceous material, and the content of ash contained in the carbonaceous material was the same at 3 wt%. In addition, the first embodiment, the sixth to eighth embodiments, and the sixth and seventh comparative examples used coal tar pitch having an a-axis crystallite length (L a ) of 45 nm, a c-axis crystallite length (L c ) of 22 nm, a ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of 2.05, and a carbonization rate of 38% when carbonized at 1000 ° C . In addition, coal tar pitch having a softening point of 84°C was used.
그러나, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예는 콜타르 피치의 함량이 서로 다르다. 즉, 탄소질 재료의 100 중량부에 대한 콜타르 피치의 함량에 있어서, 제1실시예, 제6 내지 8실시예는 20 중량부 내지 40 중량부이고, 제6비교예는 15 중량부, 제7비교예는 45 중량부이다.However, the contents of coal tar pitch in the first embodiment, the sixth to eighth embodiments, and the sixth and seventh comparative examples are different from each other. That is, in terms of the content of coal tar pitch with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material, the first embodiment, the sixth to eighth embodiments have 20 parts by weight to 40 parts by weight, the sixth comparative example has 15 parts by weight, and the seventh comparative example has 45 parts by weight.
상술한 바와 같은 제1실시예, 제6 내지 제8실시예, 제6 및 제7비교예에 따른 조건의 자소성 전극용 조성물을 이용하여 브리켓을 제조하였으며, 각 브리켓에 대하여 퍼짐성을 산출하고, 전기 비저항을 측정하였다. 그리고 브리켓의 퍼짐성 및 전기 비저항의 결과를 이용하여 브리켓의 품질을 평가하였다. 이때, 브리켓의 퍼짐성이 10% 내지 35% 이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하인 경우 브리켓의 품질에 대해 '우수'로 평가하였다.Briquettes were manufactured using the compositions for self-igniting electrodes according to the conditions of the first embodiment, the sixth to eighth embodiments, and the sixth and seventh comparative examples as described above, and the spreadability was calculated and the electrical resistivity was measured for each briquette. Then, the quality of the briquettes was evaluated using the results of the spreadability and electrical resistivity of the briquettes. At this time, when the spreadability of the briquette was 10% to 35% and the electrical resistivity was 120 μΩm or less, the quality of the briquettes was evaluated as 'excellent'.
(중량부)Content
(weight)
실시예1st
Example
비교예6th
Comparative example
실시예6th
Example
실시예7th
Example
실시예8th
Example
비교예7th
Comparative example
표 2를 참조하면, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예는 퍼짐성이 10% 내지 35% 이고, 전기 비저항이 120μΩm 이하이다. 그러나, 제6비교예는 퍼짐성이 35%를 초과하고 전기 비저항이 120μΩm를 초과하며, 제7비교예는 퍼짐성이 10% 미만이다. 즉, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예는 제6비교예에 비해 퍼짐성이 우수하고 전기 비저항이 우수하며, 제7비교예에 비해 퍼짐성이 우수하다.Referring to Table 2, Embodiments 1 and 6 to 8 have a spreadability of 10% to 35% and an electrical resistivity of 120 μΩm or less. However, Comparative Example 6 has a spreadability of over 35% and an electrical resistivity of over 120 μΩm, and Comparative Example 7 has a spreadability of less than 10%. That is, Embodiments 1 and 6 to 8 have a better spreadability and electrical resistivity than Comparative Example 6, and a better spreadability than Comparative Example 7.
이는, 제1실시예, 제6 내지 제8실시예의 경우 탄소질 재료의 100 중량부에 대한 콜타르 피치의 함량이 20 중량부 내지 40 중량부 이지만, 제6 및 제7비교예는 그렇지 않기 때문이다. 즉, 탄소질 재료의 100 중량부에 대한 콜타르 피치의 함량에 있어서, 제6비교예는 20 중량부 미만이고, 제7비교예는 40 중량부를 초과하기 때문이다.This is because, in the case of the first embodiment and the sixth to eighth embodiments, the content of coal tar pitch with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material is 20 parts by weight to 40 parts by weight, but this is not the case with the sixth and seventh comparative examples. That is, in the content of coal tar pitch with respect to 100 parts by weight of the carbonaceous material, the sixth comparative example is less than 20 parts by weight, and the seventh comparative example is more than 40 parts by weight.
이러한 실험 결과로부터 탄소질 재료와 콜타르 피치를 혼합하는데 있어서, 탄소질 재료 100 중량부에 대한 콜타르 피치의 함량이 20 중량부 내지 40 중량부가 되도록 혼합하는 것이 보다 효과적임을 알 수 있다.From these experimental results, it can be seen that when mixing carbonaceous material and coal tar pitch, it is more effective to mix so that the content of coal tar pitch is 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of carbonaceous material.
본 발명의 실시예들에 의하면, 콜타르 피치를 바인더로 사용한다. 이때, 탄화시켰을 때 흑연의 X선 회절 분석에 의한 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3가 될 수 있는 콜타르 피치를 사용한다. 이에, 콜타르 피치가 적은 함량으로 함유된 조성물로 브리켓(B)을 제조하더라도, 브리켓(B)의 전기 비저항을 낮출 수 있고 적절한 퍼짐성을 확보할 수 있다. 따라서, 브리켓(B)을 용융 및 소성시켜 제조되는 자소성 전극(220)의 전기 비저항을 감소시키고, 전기 전도도를 향상시킬 수 있다. 또한, 자소성 전극(220)으로 전력을 인가하여 발생되는 열 및 아크로 원료를 용융시켜 용융 금속을 제조하는데 있어서, 인가된 전력에 의해 자소성 전극(220)에서 열 및 아크가 발생되는 효율을 증가시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, coal tar pitch is used as a binder. At this time, coal tar pitch is used which, when carbonized, has an a-axis crystallite length (L a ) of 40 nm to 80 nm as determined by X-ray diffraction analysis of graphite, and a ratio (L a /L c ) of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) of 2 to 3. Accordingly, even if a briquette (B) is manufactured with a composition containing a small amount of coal tar pitch, the electrical resistivity of the briquette (B) can be lowered and appropriate spreadability can be secured. Accordingly, the electrical resistivity of a self-firing electrode (220) manufactured by melting and firing the briquette (B) can be reduced, and the electrical conductivity can be improved. In addition, in manufacturing molten metal by melting raw materials with heat and arc generated by applying power to the self-igniting electrode (220), the efficiency of heat and arc generated from the self-igniting electrode (220) by the applied power can be increased.
그리고, 브리켓(B) 또는 자소성 전극(220)을 제조하기 위한 콜타르 피치의 사용량 및 이로 인한 비용을 줄일 수 있다. 그리고, 액화시킬 콜타르 피치의 양이 감소함에 따라, 액화에 소요되는 비용 및 시간을 줄일 수 있다.In addition, the amount of coal tar pitch used for manufacturing briquettes (B) or self-igniting electrodes (220) and the resulting cost can be reduced. In addition, as the amount of coal tar pitch to be liquefied is reduced, the cost and time required for liquefaction can be reduced.
100: 본체부
200: 전극부
210: 케이스
220: 자소성 전극
B: 브리켓100: Body 200: Electrode
210: Case 220: Self-charging electrode
B: Briquette
Claims (17)
탄소를 함유하는 탄소질 재료 및 콜타르 피치를 포함하고,
상기 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때 형성되는 흑연을 X선 회절 분석하여 측정되는 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3인 자소성 전극용 조성물.A composition for a self-igniting electrode that can be used in an electric furnace,
Containing carbonaceous material containing carbon and coal tar pitch,
The above-mentioned coal tar pitch is a composition for a self-igniting electrode, wherein the a-axis crystallite length (L a ) measured by X-ray diffraction analysis of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm, and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) is 2 to 3.
상기 탄소질 재료의 100 중량부에 대해서 상기 콜타르 피치의 함량이 20 중량부 내지 40 중량부인 자소성 전극용 조성물.In claim 1,
A composition for a self-igniting electrode, wherein the content of the coal tar pitch is 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the carbonaceous material.
상기 콜타르 피치는, 탄화시켰을 때의 탄화율이 35% 내지 50%인 자소성 전극용 조성물.In claim 1,
The above-mentioned coal tar pitch is a composition for a self-igniting electrode having a carbonization rate of 35% to 50% when carbonized.
상기 탄소질 재료 100 중량% 중 회분(ash)의 함량이 0 중량% 이상 5 중량% 이하인 자소성 전극용 조성물.In claim 1,
A composition for a self-igniting electrode, wherein the ash content among 100 wt% of the above carbonaceous material is 0 wt% or more and 5 wt% or less.
상기 탄소질 재료 100 중량% 중 휘발분의 함량이 0 중량% 이상 3 중량% 이하인 자소성 전극용 조성물.In claim 4,
A composition for a self-igniting electrode, wherein the content of volatile matter among 100 wt% of the above carbonaceous material is 0 wt% or more and 3 wt% or less.
상기 탄소질 재료는 무연탄 및 코크스 중 적어도 하나를 포함하는 자소성 전극용 조성물.In claim 4,
A composition for a self-igniting electrode, wherein the carbonaceous material comprises at least one of anthracite coal and coke.
상기 코크스는 침상코크스 및 피치코크스 중 적어도 하나를 포함하는 자소성 전극용 조성물.In claim 6,
A composition for a self-firing electrode, wherein the coke comprises at least one of needle coke and pitch coke.
상기 침상코크스 및 피치코크스 중 적어도 하나는 석탄계 코크스 및 석유계 코크스 중 적어도 하나인 자소성 전극용 조성물.In claim 7,
A composition for a self-firing electrode, wherein at least one of the above-mentioned needle coke and pitch coke is at least one of coal-based coke and petroleum-based coke.
상기 브리켓은 전기 비저항이 0μΩm 초과 120μΩm 이하이고,
상기 브리켓은, 가열 전 브리켓의 지름(D1)에 대한 가열 후 브리켓의 지름(D2) 증가량의 비율인 퍼짐성이 10% 내지 35%인 브리켓.In claim 9,
The above briquette has an electrical resistivity of more than 0μΩm and less than or equal to 120μΩm,
The above briquette is a briquette having a spreadability, which is a ratio of the increase in the diameter (D 2 ) of the briquette after heating to the diameter (D 1 ) of the briquette before heating, of 10% to 35%.
탄화시켰을 때 형성되는 흑연을 X선 회절 분석하여 측정되는 a축 결정자 길이(La)가 40nm 내지 80nm이고, c축 결정자 길이(Lc)에 대한 a축 결정자 길이(La)의 비율(La/Lc)이 2 내지 3이 될 수 있는 콜타르 피치를 준비하는 과정;
상기 준비된 탄소질 재료와 콜타르 피치를 포함하는 브리켓을 제조하는 과정;
전기로의 본체부에 삽입되게 설치된 전극부의 케이스의 내부로 상기 브리켓을 투입하는 과정; 및
상기 케이스로 전력을 인가하여 상기 브리켓을 용융 및 소성시켜 상기 케이스의 외부로 돌출될 수 있는 자소성 전극을 형성하는 과정;을 포함하는 전극부의 제조 방법.Process of preparing carbonaceous materials;
A process for preparing coal tar pitch, wherein the a-axis crystallite length (L a ) measured by X-ray diffraction analysis of graphite formed when carbonized is 40 nm to 80 nm, and the ratio of the a-axis crystallite length (L a ) to the c-axis crystallite length (L c ) (L a /L c ) can be 2 to 3;
A process for manufacturing briquettes comprising the above-mentioned prepared carbonaceous material and coal tar pitch;
The process of inserting the briquette into the interior of the case of the electrode part installed to be inserted into the main body of the electric furnace; and
A method for manufacturing an electrode part, comprising: a process of applying power to the case to melt and sinter the briquette to form a self-igniting electrode that can protrude outside the case.
상기 준비되는 콜타르 피치는 고상이며,
상기 브리켓을 제조하기 전에, 준비된 상기 탄소질 재료를 가열하는 과정 및 준비된 고상의 콜타르 피치를 연화점 이상의 온도로 가열하여 액화시키는 과정을 포함하고,
상기 브리켓을 제조하는 과정은,
상기 가열된 탄소질 재료와 액화된 콜타르 피치를 혼합시키는 과정;
상기 탄소질 재료와 콜타르 피치가 혼합된 혼합물을 성형하는 과정;을 포함하는 전극부의 제조 방법.In claim 11,
The above-mentioned prepared coal tar pitch is high-grade,
Before manufacturing the above briquette, a process of heating the prepared carbonaceous material and a process of liquefying the prepared solid coal tar pitch by heating it to a temperature higher than the softening point,
The process of manufacturing the above briquettes is as follows:
A process of mixing the above heated carbonaceous material and liquefied coal tar pitch;
A method for manufacturing an electrode part, comprising: a process of molding a mixture of the above carbonaceous material and coal tar pitch.
상기 준비된 탄소질 재료를 가열하는데 있어서, 상기 탄소질 재료의 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 높은 온도가 되도록 가열하는 전극부의 제조 방법.In claim 12,
A method for manufacturing an electrode part, wherein the prepared carbonaceous material is heated so that the temperature of the carbonaceous material becomes higher than the softening point of the coal tar pitch.
상기 탄소질 재료의 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 높은 온도가 되도록 가열하는데 있어서,
상기 탄소질 재료의 온도가 상기 콜타르 피치의 연화점 보다 10℃ 내지 30℃ 높은 온도가 되도록 가열하는 전극부의 제조 방법.In claim 13,
In heating the above carbonaceous material so that the temperature is higher than the softening point of the coal tar pitch,
A method for manufacturing an electrode part, wherein the temperature of the carbonaceous material is heated to a temperature 10°C to 30°C higher than the softening point of the coal tar pitch.
상기 탄소질 재료를 준비하는데 있어서, 상기 탄소질 재료 100 중량% 중 회분(ash)의 함량이 0 중량% 이상 5 중량% 이하이고, 휘발분의 함량이 0 중량% 이상 3 중량% 이하인 탄소질 재료를 준비하는 전극부의 제조 방법.In claim 11,
A method for manufacturing an electrode part, wherein the carbonaceous material is prepared by preparing the carbonaceous material, wherein the ash content is 0 wt% or more and 5 wt% or less among 100 wt% of the carbonaceous material, and the volatile matter content is 0 wt% or more and 3 wt% or less.
상기 탄소질 재료와 액화된 콜타르 피치를 혼합하는데 있어서,
상기 콜타르 피치의 연화점 보다 높은 온도로 상기 탄소질 재료와 액화된 콜타르 피치를 가열하면서 혼합하는 전극부의 제조 방법.In claim 12,
In mixing the above carbonaceous material and liquefied coal tar pitch,
A method for manufacturing an electrode part by mixing the carbonaceous material and liquefied coal tar pitch while heating them at a temperature higher than the softening point of the coal tar pitch.
일 방향으로 연장 형성된 내부공간을 가지는 케이스; 및
청구항 9에 기재된 브리켓을 소성시켜 형성되며, 일부가 상기 케이스 내부에 위치하고 나머지가 케이스의 하측 외부로 돌출되게 형성된 자소성 전극;을 포함하는 전극부.As an electrode part that is installed so that a part is inserted into the main body of the electric furnace,
A case having an internal space formed to extend in one direction; and
An electrode part including a self-firing electrode formed by firing the briquette described in claim 9, with a part positioned inside the case and the remainder protruding outside the lower side of the case.
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JP2007537565A (en) | 2004-05-12 | 2007-12-20 | エスゲーエル カーボン アクチエンゲゼルシャフト | Graphite electrode for electrothermal reduction furnace and manufacturing method thereof |
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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230912 |
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PG1501 | Laying open of application |