현재 타이타늄 스크랩을 재용해하는 방법은 타이타늄 광석에서 추출된 타이타늄 스폰지를 용해하는 진공 아크 재용해(VAR, Vacuum Arc Remelting)법, 전자 빔 용해(EBM, Electro Beam Melting)법, 플라즈마 아크 용해(PAM, Plasma Arc Remelting)법 등의 방법으로서 이러한 방법들을 이용하여 스크랩을 재활용할 경우, 고정비용 부분인 장치가 고가여서 타이타늄 재활용 시장으로의 접근이 어렵다는 문제점을 지니고 있다. 또한, 양질의 타이타늄 스크랩의 경우 재용해를 통한 잉곳 생산이 가능하지만
현재 타이타늄 스크랩을 재용해하는 방법은 타이타늄 광석에서 추출된 타이타늄 스폰지를 용해하는 진공 아크 재용해(VAR, Vacuum Arc Remelting)법, 전자 빔 용해(EBM, Electro Beam Melting)법, 플라즈마 아크 용해(PAM, Plasma Arc Remelting)법 등의 방법으로서 이러한 방법들을 이용하여 스크랩을 재활용할 경우, 고정비용 부분인 장치가 고가여서 타이타늄 재활용 시장으로의 접근이 어렵다는 문제점을 지니고 있다. 또한, 양질의 타이타늄 스크랩의 경우 재용해를 통한 잉곳 생산이 가능하지만 판재, 선재 등의 가공 시에 주로 발생되는 불순물(산소, 질소 등) 함유량이 높은 타이타늄 스크랩은 별도의 정련 공정이 없기 때문에 고순도의 타이타늄을 얻기가 곤란하다. 또한 국내 타이타늄 제련 산업은 전무하며 제강과정의 탈산제로 사용하는 일부 스크랩을 제외하고는 전량 수출되어 완제품 형태로써 다시 역수입되고 있는 실정이다. 한편 ESR(Electro-slag Remelting)법은 고급강의 공업적 용제법으로 사용되는 방법으로써 소모전극을 슬래그의 저항 가열에 의해 용해하는 방법이다. 철강산업에서 ESR을 이용하는 장점은 적층응고에 의해 편석이 적은 치밀한 조직을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 슬래그에 의한 정련 기능에 의해 비금속 개재물의 절감 등에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 1. 1차년도 기술개발내용 본 연구팀에서는 1차년도 기술개발내용으로서 연구계획수립 및 문헌조사를 우선하였다. 이를 바탕으로 제강정련용 ESR 특성을 파악하고 타이타늄 재용해 선행기술을 조사하였다. 또한 DC 전류에 의한 용융염 전해기술을 조사 하였으며, 자료를 바탕으로 B/scale ESR 장치를 설계하고 제작하였다. 그리고 열수지 계산에 의해 타이타늄 스크랩의 용융 가능성을 검토하고, Ti 보다 융점이 낮은 steel 스크랩을 용융시켜서 계산 결과를 실증하였으며, 전해 정련 가능성에 대해서 검토하였다. Ti 용해 및 TiO2를 전해 환원을 위한 예비실험을 하였고, 슬래그 조성에 따른 Ti scrap용해거동에 대해 조사하였다. 그리고 적정 슬래그 조건을 조사하였다. 2. 2차년도 기술개발내용 본 연구팀에서는 2차년도 기술개발내용으로서 1차년도의 연구 결과와 선행기술 조사 및 용융염 전해기술조사를 바탕으로 실험에 대한 계획을 수립하였다. 우선적으로 1차년도 실험결과와 선행기술을 바탕으로 적정 슬래그 조성을 수립하였다. 또 한 실험 시 발생하는 실험변수를 최소화하기위해 슬래그를 pre-melting한 후 실험에 사용하였으며, power supply에서 발생하는 전류를 정전류로 개선하였다. 이에 타이타늄 스크랩을 재용해하여 슬래그 조성에 따른 타이타늄 잉곳 생성여부 및 건전성을 조사하였고, 산소농도를 분석하여 기존 스크랩의 산소농도와 비교해 보았다. 3. 3차년도 기술개발내용 본 연구팀에서는 1, 2차년도 기술개발내용을 바탕으로 3차년도 기술개발내용으로 기존의 CaF2-TiO2계 슬래그에 CaO만 첨가하였으나, Al2O3, MgO, Fe3O4 등을 첨가하여 최적의 슬래그 조성을 도출하고자 하였다. 또한 실험에 사용되는 수냉식 몰드의 크기를 100 mmφ에서 150 mmφ로 크게 하여 타이타늄 스크랩의 용해여부를 확인하였다.
Abstract▼
In the traditional titanium re-melting processes, there are vacuum arc remelting (VAR), plasma arc melting (PAM) and electro beam melting (EBM) processes, etc. These processes can treat the high quality titanium scraps, but they require high vacuum equipments and two or three refining steps. The
In the traditional titanium re-melting processes, there are vacuum arc remelting (VAR), plasma arc melting (PAM) and electro beam melting (EBM) processes, etc. These processes can treat the high quality titanium scraps, but they require high vacuum equipments and two or three refining steps. The Electro-slag Remelting (ESR) process is a secondary refining technique, yielding high grade steel. In the present work, the molten slag electro-winning and the DC-ESR using inconsumable electrode were investigated, and the possibility for re-melting and refining the titanium scraps has been examined with the aid of the small scale DC-ESR unit.
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