[논문]주물 주강 공정에서 발생되는 분진의 물리화학적 특성에 관한 연구

안정언; 전기준; 박영옥; 정용원

주물 주강 공정에서 발생되는 분진의 물리화학적 특성에 관한 연구
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안정언 (인하대학교 환경공학과) , 전기준 (인하대학교 서해연안환경연구센) , 박영옥 (한국에너지기술연구) , 정용원 (인하대학교 환경공학과)

주물작업은 용융된 금속을 미리 준비한 주형에 부어 원하는 형태의 주물을 만드는 금속성형작업으로서, 철(iron)만을 이용한 주철주물, 강(steel)을 이용한 주강주물 여러 가지 비철금속을 이용한 비철주물으로 대별할 수 있다 주물공업은 경공업, 중공업 분야를 막론하고 전 산업분야의 기초가 되는 소재산업으로서 기계 덴 재료공업 등 산업 전반에 미치는 영향은 지대하다. (중략)

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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 주물공장에서 발생되는 비산분진을 채취하여 분진의 물리화학적 특성을 파악 하고, 총분진(TSP), PMio 및 분진입경분포를 작업공정별로 측정하여 공정별 분진의 발생 실태와 분진 크기 분포를 파악하는데 있으며, 최종적으로 주물공장 내에서 발생하는 분진의 입경별 물리·화학적 특성을 파악하여 공장내 주오염원을 밝혀내고, 이를 제어하는데 있다.

제안 방법

Figure 1. Finishing process at cast-iron factory (CASELLA)을 사용하여 24시간 관찰하였다.
주물공장의 작업 공정은 용해작업공정 (melting), 주입 작업 공정 (molding), 형해 체 작업 공정 (shakeout), 후처리작업공정 (finishing)으로 분류하여 각 공정별로 TSP, PMio 및 PMio이하의 분진에 대한 입경별 특성분석을 행호]" 였다. TSP 분석 은 High Volume Air Sampler(Wedding)# 사용하여 직경 100 /血이 하의 금속, 유기입 자 등을 유리섬유여지에 포집 측정하였다. PM10 이하의 부유분진을 측정하기 위해 공기역학적 입경분포에 의해 분진을 포집하는 Cascade Impactor(Anderson)fi- 사용하였다.
시료의 포집은 작업시간 동안의 포집을 기초로 10 시간 이상 측정하였으며, 측정에 사용도] 여지는 Cascade Impactor용 81mm 유리섬유여지를 사용하였다. 포집된 분진의 정성분석을 위해 SEM, 박막 XRDfPhilips X'pert MPD)을 사용하였고, 정 량적인 화학적 성분분석을 위해 SEM-EDS(Hitach) 및 AAS(Thermo Jarrell Ash Corporation)H 사용하여 입 경별로 측성하였다. 또한 대 상작업 공정의 부 유분진의 변화를 실시간으로 측정하기 위해 광산란 을 이용한 Microdust Aerosol Monitoring System

대상 데이터

3 t /min) 으로 조정되었고, 통과된 유속은 매번 측정시 보정하였다. 시료의 포집은 작업시간 동안의 포집을 기초로 10 시간 이상 측정하였으며, 측정에 사용도] 여지는 Cascade Impactor용 81mm 유리섬유여지를 사용하였다. 포집된 분진의 정성분석을 위해 SEM, 박막 XRDfPhilips X'pert MPD)을 사용하였고, 정 량적인 화학적 성분분석을 위해 SEM-EDS(Hitach) 및 AAS(Thermo Jarrell Ash Corporation)H 사용하여 입 경별로 측성하였다.

성능/효과

유리섬유에 포집된 분진을 분석한 결과 주 peak로 SiC)2, Fe3O₄(Magnetite), MgF&04로 나타나며, MnNizQi, ZmTisCK 등의 존재를 확인할 수 있다. SEM-EDS를 통한 원소의 정성 및 정량분석에서는 그림 5와 같이 질량 %로 측정한 결과 Si, O가 각각 29.26 %, 19.92 %로 측정되었고, Fe 16.00 %, Al 13.07 %의 측정값을 가졌다. 또한 Pb, Mn, S, Cl, Ti, K, Cr등이 미량 측정되었다.
X-선 회절분석 결과는 그림 4에 나타내었다. 유리섬유에 포집된 분진을 분석한 결과 주 peak로 SiC)2, Fe3O₄(Magnetite), MgF&04로 나타나며, MnNizQi, ZmTisCK 등의 존재를 확인할 수 있다. SEM-EDS를 통한 원소의 정성 및 정량분석에서는 그림 5와 같이 질량 %로 측정한 결과 Si, O가 각각 29.
또한 Pb, Mn, S, Cl, Ti, K, Cr등이 미량 측정되었다. 이를 입경별로 분석해 본 결과 PMio이하의 8단 분류 측정에서 입경이 낮아질수록 Zn, Mn, Pb등의 질량% 비율이 증가함을 보였다.
주물공장에서의 부유분진의 변화를 Aerosol Monitoring(CASELLA)을 사용하여 실시간으로 측정해 본 결과 그림 2과 같이 작업시간 내 분진의 농도는 평균 923.3 /zg/m; 비 작업시간 농도평균 423.1 陽/의 결과를 보였다. High Volume Air Sampler 및 Cascade Impactor를 사용한 측정에서는 TSP는 1239.

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