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KR20090045306A - 티타늄-함유 첨가제 - Google Patents

티타늄-함유 첨가제 Download PDF

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KR20090045306A
KR20090045306A KR1020097004400A KR20097004400A KR20090045306A KR 20090045306 A KR20090045306 A KR 20090045306A KR 1020097004400 A KR1020097004400 A KR 1020097004400A KR 20097004400 A KR20097004400 A KR 20097004400A KR 20090045306 A KR20090045306 A KR 20090045306A
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드잠쉬트 아미르차데흐-아슬
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작스트레벤 케미 게젤샤후트밋트베슈렝크테르하후트웅
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Abstract

본 발명의 목적은 티타늄-함유 첨가제, 이의 생산 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

티타늄-함유 첨가제{TITANIUM-CONTAINING ADDITIVE}
본 발명은 티타늄-함유 첨가제, 이의 생산 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.
야금 공정에서의 티타늄-함유 첨가제의 용도는 오랜 시간 동안 알려져 왔다. 여기서, 티타늄-함유 첨가제의 역할은 천연 철에서 온도-의존적 용해도를 가지는 고온 저항성 및 마모 저항성 Ti(C,N) 화합물의 형성에 기초한다. 특히 외부로의 증가된 열 분산의 결과로서 결점 있는 화로 영역에 있는 경우인, 이 용해도 제한 아래로 떨어지는 경우에, 미정제 철로부터의 Ti(C,N) 화합물의 분리, 더 큰 정도로 마모되어 있는 브릭작업 영역에서 이의 침작 및 그에 따른 타고난 "열-손상 효과"가 일어난다.
이 목적을 위해, 여러 티타늄-함유 물질은 야금 공정에서 또는 제품 생산을 위해 사용된다. 종래 기술에서 사용되는 티타늄-함유 첨가제는 일반적으로 티타늄-함유 물질이다.
따라서, 예를 들어, 티타늄-함유 첨가제로서, TiO2 생성물로부터의 잔여물(TiO2 잔여물)의 사용은 이 야금 산업에서 알려져 있다. TiO2 잔여물을 및 추가 물질로 구성되는 티타늄-함유 첨가제는 DE-C-4419816에 기재되어 있다.
DE-C-19705996는 TiO2-함유 첨가제를 생산하는 방법을 기재하고 있다. 이 경우에, TiO2 잔여물과 철 또는 철 화화물의 혼합물은 200℃ 내지 1300℃에서 열 처리된다. 이 기술적 교시의 단점은 복잡한 계량 및 TiO2 잔여물의 첨가제의 다른 개별적 첨가제 구성 성분과의 혼합이다.
EP-A-0 611 740는 화로의 내화재 벽돌 라이닝의 내구성을 증진시키기 위해 티타늄-함유 첨가제로서 다른 구성 성분을 가진 TiO2 생성물(TiO2 잔여물)로부터의 잔여물의 용도를 기재하고 있다. 여기서, TiO2-함유 성형된 바디, 예를 들어 연탄(briquettes), 펠렛 또는 그래뉼 물질은 이 잔여물로부터 복잡한(elaborate) 방법으로 제조된다. 그러나, 야금 공정에서 그리고 제품을 생산하기 위해, 이 제품들은 매우 덩어리져(lumpy)있고, 사용될 수 없거나, 열악한 결과물로 단지 사용될 수 있을 뿐이다.
더구나, 이 노상(hearth)의 영역으로의 직접적으로 미세하게 분할된 티타늄-함유 첨가제를 주입하는 것은 알려져 있다. 노상의 영역에서의 티타늄-함유 첨가제의 주입은 여러 이점이 있다:
- 도입은 손상 지점의 바로 가까이에서 또는 보호되어야 하는 벽돌 라이닝 영역에서 이뤄지고; 따라서 티타늄-함유 물질은 표적 방식으로 그리고 더 낮은 농도로 사용될 수 있다.
- 작용 시간, 특히 과열점(hot spot)이 화로의 벽에서 발생되는 때는 더 짧아진다.
- 티타늄-함유 물질에 의한 어떠한 퇴적(incrustation)이 용광로(blast furnace shaft)에서 발생되지 않는다;
- 사용되는 다 작은 양 및 Ti(C,N) 화합물로의 더 높은 정도의 전환은 더 낮은 TiO2 함량의 결과로서 개선된 슬래그(slag) 특성의 결과를 가져오며, 따라서, 그리고 슬래그 샌드(slag sand)의 시장에서의 문제점을 더 줄인다.
또한, 덩어리 티탄철석(ilmenite structure: FeTiO3)이 용광로에 마모를 줄이기 위해 요구되는 티타늄의 천연 공급원으로서 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다.
화학식 FeTiO3를 가지는 미네랄인, 티타늄 광석 티탄철석은 티타늄 디옥사이드의 생성을 위한 출발 물질로서 사용된다. 티탄철석는 또한 티타늄 광석 금홍석(TiO2)와의 조합으로 이 목적을 위해 사용된다.
티탄철석 광석의 추출은 노천채광(open-cast mining)으로 이뤄진다. 여기서, 광석는 우선 약 12mm의 크기를 가지는 작은 조각으로 파괴되고, 그 다음에 미세 파우더로 연마된다. 광석에 함유된 불순물은 매우 복잡한 방법으로 분리된다. 맥석가 분리된 후, 티탄철석 농축물은 (전체 티타늄 함량으로부터 계산되어) 약 50중량%의 티타늄 디옥사이드의 비율로, 이 광석로부터 수득된다. (다음에서 티타늄 디옥사이드의 비율이 중량%의 비율로 제시되는 때에는, 달리 특정되지 않는다면, 본 발명의 의미 내에서, 이것이 의미하는 것은 전체 티타늄 함량으로부터 계산된 비율이다).
더구나, 티타늄-디옥사이드-풍부한 슬래그는 티타늄 디옥사이드를 얻기 위해 원재료로서 사용된다. 이 경우에, 티탄철석 광석 가공되고 심(seam)에서 분쇄된다. 후속하여, 이 분쇄된 광석는 석탄과 혼합되고 아크 화로(arc furnace)에서 용융된다. 질좋은 철이 이에 의해 생산된다. 이 방법에 의해 생산되는 티타늄-디옥사이드-풍부한 슬래그, 예를 들어 Sorel 슬래그로 불리는 슬래그는 (전체 티타늄 함량으로부터 계산하여) 90중량% 이하의 티타늄 디옥사이드를 함유할 수 있다.
합성 티타늄-함유 물질과 대조적으로, 천연 티타늄-함유 물질은 이의 덩어리성(lumpiness) 또는 미세한 그래뉼성의 부족 때문에, 야금 공정에서의 사용에 내화재의 사용에, 화로 벽돌 라이닝의 내구성을 증진하기 위한 야금술의 화로로의 주입에, 스틸 생산에서의 슬래그 폼으로의 주입에, 탭-홀 화합물에서의 사용에, 탄소/흑연 전극에서의 사용에, 빌딩 재료를 위한 첨가제로서의 사용에, 탄소/흑연 브릭에서, 탄소/흑연 탬핑 화합물에, 탄소-결합된 생성물에, 촉매로서, 적합하지 않거나 단지 부분적으로 그리고 열악한 결과로 적합할 뿐이다. 미세 그래뉼성의 부족 및 이 천연 원재료의 입자의 각진 구조는 사용시의 이의 마찰 특성의 결과로서, 예를 들어 블래스트(blast) 화로 속으로 취입되는 때에, 심한 침식(부식; 마모 등)이 블로 금형(blow mould)에서 발생되며, 그래서 오랜 시간 지속적 사용은 가능하지 않다. 생성물의 생산의 경우에, 반응 속도는 이의 덩어리성 또는 미세한 그래뉼성의 부족 때문에 천연 티타늄-함유 물질이 사용되고 불만족스러운 결과를 야기할 때 불충분하다. 결과적으로, 이 폼에서 존재하는 이 천연 티타늄-함유 물질은 본 발명의 의미 내에서 티타늄-함유 첨가제로서 사용될 수 없다.
본 발명의 목적은 자연적 기초에서(on natural basis) 티타늄-함유 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 TiO2-풍부한 슬래그에 기초한 티타늄-함유 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명의 의미에서 "티타늄-함유 첨가제"가 의미하는 것은, 이 공정에 포함되어 있는 공반응물(co-reactant)을 가지고, 또는 생성물의 생산 중에 존재하는 적합한 공생성물을 가지고, 생성물의 생산 중에 또는 공정에서, 예를 들어, 알루미늄 티타네이트, 마그네슘 티타네이트, Ti(C,N) 화합물 또는 이러한 화합물의 혼합물과 같은, 고온 저항성 그리고 내마모성 티타늄 화합물을 형성할 수 있는 결이 고운(fine-grained) 티타늄-함유 첨가제이다. 본 발명의 의미에서 "자연적 기초에서(On a natural basis)"는 티타늄-함유 첨가제의 티타늄-함유 부분이 100%이하의 천연 티타늄-함유 물질로 구성되어 있는 것을 의미한다.
특히, 본 발명의 목적은:
- 야금 공정에서의 사용을 위해,
- 내화재에서의 사용을 위해,
?- 화로 브릭 라이닝의 내구성을 증가시키기 위해 야금술의 화로를 위한 주입을 위해,
?- 스틸 생산에서의 사용을 위해,
- 스틸 생산에서 슬래그 폼의 형성을 위해,
- 탭-홀(tap-hole) 화합물에서의 사용을 위해,
- 채널 및/또는 보수재(repair compounds)를 사출 성형하기 위해,
- 탄소/흑연 전극에서의 사용을 위해,
- 빌딩 재료를 위한 첨가제로서의 사용을 위해,
- 탄소/흑연 브릭에서의 사용을 위해, 탄소/흑연 탬핑 화합물(tamping compounds)에서의 사용을 위해, 탄소-결합 생성물에서의 사용을 위해, 그리고
- 촉매로서, 이러한 티타늄-함유 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이 목적은 주 청구항의 특징들에 의해 달성된다. 바람직하게, 하부 청구항들은 이의 더 발전된 것을 청구한다.
본 발명에 따라, 티타늄-함유 물질은 이를 위한 적합한 방식으로 미분화된다. 그 다음에 이 미분화는 예를 들어 핀으로 고정된-디스크(pinned-disk) 밀(mill), Coloplex 밀, Circoplex 밀, 스팀 또는 공기-제트 밀 또는 볼 밀에서, 또는 그라인딩 건조기(grinding dryer)에서 이뤄질 수 있다. 이러한 방식으로 얻어지는 티타늄-함유 물질은 5mm 미만, 바람직하게 2mm 미만, 특히 바람직하게 0.5mm 미만 및 특별히 바람직하게 0.2mm 미만의 100% 분말도(fineness)를 가진다. 본 발명에 따른 평균 입자 크기는 바람직하게 0.01㎛ 내지 2,000㎛, 특별히 바람직하게 0.1㎛ 내지 1,000㎛이다. 따라서, 달성되는 이 물질은 본 발명의 의미에서 티타늄-함유 첨가제로서 적합하다.
임의의 조성물을 지닌 티타늄 광석, 티타늄-디옥사이드-풍부한 슬래그 또는 이 물질의 혼합물이 티타늄-함유 출발 물질로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 티타늄-함유 첨가제를 생산하기 위해 사용되는 이 티타늄 광석 및 티타늄-디옥사이드-풍부한 슬래그는 (전체 티타늄 함량으로부터 계산하여) 15 내지 95중량%, 바람직하게 25 내지 90중량%의 TiO2을 함유한다. 이 티타늄 광석는 티타늄-함유 첨가제를 생산하기 위해, 미정제된 폼으로 또는 불순물 및 또한 맥석의 분리 후 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 첨가제는 (전체 티타늄 함량으로부터 계산하여) 20 내지　98, 바람직하게 25 내지 95, 특히 바람직하게 30 내지　95, 특별히 바람직하게 40 내지 90중량%의 TiO2를 포함한다.
본 발명에 따른 첨가제는 티타늄 광석 및/또는 티타늄-디옥사이드-풍부한 슬래그로부터 선택되는, 티타늄-함유 물질에 부가하여, 추가로, 합성 티타늄-디옥사이드-함유 물질를 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 (전체 티타늄 함량으로부터 계산하여) 합성 티타늄-디옥사이드-함유 물질은 20 내지 100, 바람직하게 30 내지 100중량%의 TiO2을 포함한다.
합성 티타늄-디옥사이드-함유 물질은 그 다음에 아래의 나열된 물질로부터 또는 이의 혼합물로부터 선택될 수 있다:
- 티타늄 디옥사이드의 생산으로부터의 중간, 커플링된 및/또는 마무리된 제품. 이 물질은 그 다음에 설페이트 공정에 따라 티타늄 디옥사이드의 생산으로부터 및 염화물 공정에 따른 티타늄의 생산으로부터 비롯될 수 있다. 이 중간 및 커플링된 생성물은 현재의 TiO2-생산으로부터 빼내어질 수 있다.
- 티타늄 디옥사이드의 생성물로부터의 잔여물. 그 다음에 이 물질은 설페이트 공정에 따른 티타늄 디옥사이드의 생산으로부터 그리고 염화 공정에 따른 티타늄 디옥사이드의 생성물로부터 비롯될 수 있다. 필요하다면, 이 물질은 티타늄-함유 첨가제의 생산을 위한 사용 전에 사전 처리, 예를 들어, 중화, 세척 및/또는 사전 건조에 의해 사전 처리된다.
- 화학 산업으로부터, 예를 들어 TiO2-함유 촉매로부터, 또한, 예를 들어 DENOX 촉매로부터의 잔여물.
합성 티타늄-디옥사이드-함유 물질은 파우더, 필터 케이크, 페이스트 또는 현탁물의 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 첨가제의 생산은 티타늄-함유 물질을 혼합함에 의해 이뤄진다.
추가로, 티타늄-함유 물질이 열-처리될 수 있다.
건조가 바람직하게 열-처리로서 사용되고, 특히 바람직하게는 100 내지 1200℃ 온도에서 건조된다.
본 발명의 범위 내에서, 티타늄-함유 물질이 우선 별도로 미소화되고 그 다음에 용도에 따라 요구된 비율로 혼합기에서 혼합되는 것이 또한 제공된다. 더구나, 본 발명에 따라 티타늄-함유 물질이 우선 혼합되고 용도에 따라 열-처리 후에 미소화되는 것이 제공된다.
의도된 사용에 따라, 본 발명에 따른 티타늄-함유 첨가제는 보조 물질 및/또는 첨가제, 예를 들어, 석탄, 환원성 탄소, 및/또는 금속 산화물, 다시 예를 들어 철 산화물을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 첨가제는 본 발명에 따라:
- 야금 공정에서,
- 내화재에서,
- 화로 브릭 라이닝의 내구성을 증가시키기 위해 야금술의 화로를 위한 주입을 위해,
- 스틸 생산에서,
- 스틸 생산에서 슬래그 폼의 형성을 위해,
- 탭-홀(tap-hole) 화합물에서,
- 사출 성형, 채널 및/또는 보수재(repair compounds)에서,
- 탄소/흑연 전극에서,
- 빌딩 재료를 위한 첨가제로서,
- 탄소/흑연 브릭, 탄소/흑연 탬핑 화합물(tamping compounds), 탄소-결합 생성물을 위해, 그리고
- 촉매로서, 사용된다.

Claims (20)

  1. 공정에서 또는 이 공정에 포함되어 있는 공반응물(co-reactant)로, 또는 생성물의 생산 중에 존재하는 적합한 공반응물로, 생성물의 생산 중에, 예를 들어, 알루미늄 티타네이트, 마그네슘 티타네이트, Ti(C,N) 화합물 또는 이러한 화합물의 혼합물과 같은, 고온 저항성 그리고 내마모성 티타늄 화합물을 형성할 수 있는 티타늄-함유 물질을 포함하고, 여기서, 상기 티타늄-함유 물질이 부분적으로 또는 전체적으로 결이 고운(fine-grained) 천연 티타늄-함유 물질을 및/또는 결이 고운 TiO2-풍부한 슬래그를 구성하는, 티타늄-함유 첨가제.
  2. 제 1 항에 있어서, 티타늄-함유 광석, 티타늄-함유 슬래그가, 단독 또는 혼합물로서 천연 티타늄-함유 물질로서 사용되고, 상기 티타늄-함유 첨가제가, 적용가능하다면, 합성 티타늄-함유 물질을 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 티타늄-함유 광석 및 합성 티타늄-함유 물질을 티타늄-함유 물질로서 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, TiO2-풍부한 슬래그 및 합성 티타늄-함유 물질을 티타늄-함유 물질로서 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 티타늄-함유 광석, TiO2-풍부한 슬래그 및 합성 티타늄-함유 물질을 티타늄-함유 물질로서 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 티타늄-함유 광석이 티탄철석, 금홍석이고, 상기 티타늄-함유 슬래그가 Sorel 슬래그임을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 티타늄-함유 물질이 (전체 티타늄 함량으로부터 계산하여) 15 내지 95, 바람직하게 25 내지 90중량%의 TiO2을 포함하고, 상기 합성 티타늄-함유 물질이 20 내지 100, 바람직하게 30 내지 100중량%의 TiO2을 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, (전체 티타늄 함량으로부터 계산하여) 20 내지　98, 바람직하게 25 내지 95, 특히 바람직하게 30 내지 95, 특별히 바람직하게 40 내지 90중량%의 TiO2 을 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 티타늄-함유 물질이 아래 열거된 하나 이상의 물질 또는 이의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제:
    - 티타늄 디옥사이드의 생산으로부터의 중간, 커플링된 및/또는 마무리된 생성물으로서, 이 경우에, 이 물질이 그 다음에 설페이트 공정에 따라 티타늄 디옥사이드의 생산으로부터 그리고 염화물 공정에 따른 티타늄 옥사이드의 생산으로부터 비롯될 수 있으며, 이 중간 및 커플링된 생성물은 현재의 TiO2-생산으로부터 빼내어질 수 있는 생성물;
    - 티타늄 디옥사이드 또는 이의 혼합물의 생성물로부터의 잔여물로서, 이 경우에, 그 다음에 이 물질은 설페이트 공정에 따른 티타늄 디옥사이드의 생산으로부터 그리고 염화 공정에 따른 티타늄 디옥사이드의 생성물로부터 비롯될 수 있는, 잔여물;
    - 화학 산업으로부터의 티타늄-함유 잔여물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 석탄 물질, 환원성 탄소, 및/또는 금속 산화물로부터 선택되는 추가 첨가제를 함유하고, 철 산화물이 상기 금속 산화물로서 바람직함을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 5mm 미만, 바람직하게 2mm 미만, 특히 바람직하게 0.5mm 미만 및 특별히 바람직하게 0.2mm 미만의 100% 분말도(fineness)를 가짐을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 이 구성 성분의 평균 입자 크기가 바람직하게 0.01㎛ 내지 2,000㎛, 특별히 바람직하게 0.1㎛ 내지 1,000㎛임을 특징으로 하는 티타늄-함유 첨가제.
  13. 티타늄-함유 물질 및 적용가능하다면, 부가된 물질이 적합한 방식으로 혼합되고 미소화됨을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 티타늄 함유 첨가제를 제조하는 방법.
  14. 티타늄-함유 물질이 별도로 미소화되고 그 다음에 용도에 따라 요구되는 비율로, 믹서기에서, 적용가능하다면 첨가된 물질의 첨가물과 혼합됨을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 티타늄 함유 첨가제를 제조하는 방법.
  15. 티타늄-함유 물질이 우선 혼합되고, 적용가능하다면 첨가된 물질의 첨가 후에, 용도에 따라 미소화됨을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 티타늄 함유 첨가제를 제조하는 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 티타늄-함유 물질이 혼합 전 또는 후에 열처리되고, 바람직하게 건조됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리가 100 내지 1200℃의 온도에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 티타늄 광석이 미정제된 형태로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 전에 티타늄 광석이 불순물 및/또는 맥석이 없음을 특징으로 하는 방법.
  20. 야금 공정에서, 내화재에서, 화로 브릭 라이닝의 내구성을 증가시키기 위한 야금술의 화로에서의 주입을 위해, 스틸 생산에서, 스틸 생산에서 슬래그 폼의 형성을 위해, 탭-홀(tap-hole) 화합물에서, 채널 및/또는 보수재(repair compound)의 사출 성형에서, 탄소/흑연 전극에서, 빌딩 물질을 위한 첨가제로서, 탄소/흑연 브릭의 생산을 위해, 탄소/흑연 탬핑 화합물의 생산을 위해, 탄소-결합된 생성물의 생산을 위해, 그리고 촉매로서, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 티타늄-함유 첨가제의 용도.
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