철스크랩 연탄 바인더 공급 사업을 운영하는 저는 주로 파이프 제조업체, 스크랩 가공업자, 야금학자 등 일관되지 않은 원자재와 상승하는 생산 비용을 처리하는 데 지쳐 있는 이들로부터 이런 질문을 항상 받습니다. 처음 시작할 때는 대답이 "아니요"라고 간단하게 생각했습니다. 그러나 이 업계에서 지난 12년 동안 저는 스크랩 연탄과 강관 생산 사이의 경계가 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 모호하다는 것을 알게 되었습니다. 진실은 단지 예 또는 아니오의 문제가 아니라 해당 바인더를 어떻게 사용하는지, 올바른 바인더를 선택하면 실제로 파이프 작업을 더 효율적으로 만들 수 있는 이유에 관한 것이기 때문에 이를 분석해 보겠습니다.
먼저, 철스크랩 연탄이 무엇인지, 강관 생산에 필요한 것은 무엇인지 알아보겠습니다. 이 분야에 처음 입문하는 사람들을 위한 철 스크랩 연탄 제작은 기계적 압력과 결합제를 사용하여 느슨하고 고르지 않은 철 스크랩(오래된 자동차 부품, 건축 잔해, 산업용 부스러기 등)을 조밀하고 균일한 연탄으로 바꾸는 과정입니다. 목표는 운반하기 쉽고, 금속 함량이 높으며, 느슨한 스크랩보다 산화되기 쉬운 재료를 만드는 것입니다. 반면에 강관 생산에는 원료(스크랩, 선철, 합금 등)를 녹여 용강으로 만든 다음 심리스 압연, ERW(전기 저항 용접) 또는 SAW(액중 아크 용접)와 같은 공정을 통해 해당 강철을 파이프로 성형하는 과정이 포함됩니다. 최종 제품에는 석유 및 가스, 배관, 인프라 등 용도에 따라 높은 인장 강도, 내식성, 균일한 벽 두께 등 특정한 기계적 특성이 필요합니다.
나와 대화를 나누는 많은 파이프 제조업체는 일반 바인더에 대해 나쁜 경험을 했기 때문에 회의적입니다. 그들은 연탄에 사용되는 값싼 바인더를 테스트하지만, 파이프 생산을 위해 연탄을 녹일 때 바인더가 원치 않는 잔류물(과량의 황, 질소 또는 강철의 화학적 성질을 엉망으로 만드는 재)을 남긴다는 사실을 발견할 것입니다. 그것은 타당한 우려입니다. 파이프 강철은 종종 불순물 사양이 엄격한 저합금강 또는 탄소강입니다. 예를 들어 석유 및 가스용 API 5L 파이프에는 각각 0.03% 미만의 인 및 황 수준이 필요합니다. 황을 1%도 첨가하지 않는 바인더는 용융된 강철 배치를 스크랩 더미로 바로 보낼 수 있습니다.
그러나 내 경험이 필요한 부분은 다음과 같습니다. 모든 바인더가 동일하게 생성되는 것은 아닙니다. 나는 그 문제를 정확히 피하기 위해 철 스크랩 연탄 바인더를 개선하는 데 수년을 보냈습니다. 분명히 말씀드리자면, 잘못된 바인더는 파이프 생산을 망칠 수 있지만, 올바른 바인더는 파이프 생산을 향상시킬 수 있습니다. 핵심은 바인더가 용해 과정에서 유해한 잔류물을 남기지 않고 깨끗하게 연소되도록 제조되는 동시에 연탄을 강화하여 보관 및 파이프 밀로 운송하는 동안 모양을 유지한다는 것입니다.
이것이 어떻게 작동하는지 단계별로 프로세스를 살펴보겠습니다. 예를 들어 ERW 파이프 제조업체를 생각해 보십시오. 그들은 고철을 조달하고 이를 처리하여 비금속 오염물질(예: 플라스틱, 고무 또는 구리)을 제거한 다음 합금(규소철, 망간 등)을 혼합하여 올바른 화학 성분을 얻습니다. 많은 경우 여전히 느슨한 스크랩을 사용하는데, 이는 느슨한 스크랩에 공극이 있기 때문에 동일한 금속 함량을 얻기 위해 더 많은 재료를 용광로에 로드해야 함을 의미합니다. 연탄 스크랩으로 전환하면 동일한 용광로 공간에 20~30% 더 많은 금속을 적재할 수 있어 효율성이 향상됩니다. 하지만 연탄은 녹을 때까지 함께 있어야 합니다. 바인더가 들어오는 곳입니다.
여기에서는 파이프 제조업체가 철 스크랩 연탄 바인더를 성공적으로 사용하는 것을 본 적이 있지만, 이는 용해 공정을 약간 조정한 경우에만 가능합니다. 바인더는 일반적으로 강철이 녹기 시작하는 온도(약 1500°C) 바로 아래인 약 800~1000°C에서 분해되는 유기 또는 변형된 유기 화합물입니다. 따라서 용광로의 예열 단계에서 바인더는 완전히 연소되어 재나 잔류물이 남지 않습니다. 핵심은 바인더가 유해한 요소(추가 황, 염소, 중금속)를 추가하지 않는다는 것입니다. 이것이 바로 우리가 바인더의 모든 배치에서 불순물 수준을 테스트하는 이유입니다. 황이 0.1%만 증가해도 파이프 용접 영역에 고온 균열이 발생할 수 있으며, 이는 주요 실패 지점입니다.
물론, 표준 철 스크랩 연탄 바인더가 올바른 선택이 아닌 경우가 있으며, 바로 이러한 경우에 특수 야금 바인더가 사용됩니다. 예를 들어, 파이프 제조업체가 실리콘 함량을 정밀하게 제어해야 하는 합금강 파이프를 작업하는 경우 당사의 철분말용 특수 바인더가 더 적합합니다. 잠깐, 금속의 철 함량을 조정하기 위해 스크랩을 철분과 혼합할 때 결합제는 미세한 철 입자와 함께 작용하여 철의 화학적 성질을 변경하지 않고 더 강한 연탄을 생성하도록 제조되었습니다. 철분만을 위한 것이 아닙니다. 이는 합금 균형을 깨뜨릴 수 있는 추가 요소를 도입하지 않기 때문에 파이프 생산을 위해 스크랩을 철분과 혼합할 때 잘 작동합니다. 다음으로는 형석과 혼합된 스크랩을 사용하여 용융 중 슬래그 유동성을 개선하는 경우에 유용한 형석 분말 바인더가 있습니다. 이는 중부하 작업용 파이프 생산에서 흔히 볼 수 있는 일입니다. 형석은 슬래그가 용강에서 분리되도록 돕고, 바인더는 형석과 스크랩이 연탄에 혼합되어 운송 중에 이점이 손실되지 않도록 합니다.
또 다른 시나리오: 파이프 생산 시 합금제로 페로실리콘을 많이 사용하는 경우, 페로실리콘 분말을 스크랩과 혼합하여 연탄을 만드는 것이 판도를 바꿀 수 있습니다. 용융 시 별도의 성분으로 페로실리콘을 첨가하는 대신 연탄에 포함시킬 수 있습니다. 이는 용광로에 들어갈 때 이미 균일하게 분포되어 있음을 의미합니다. 당사의 페로실리콘 분말 바인더는 이를 위해 특별히 설계되었습니다. 이는 용융 중에 뭉치지 않고 미세한 페로실리콘 입자를 스크랩과 함께 유지하며 페로실리콘과 반응하여 원치 않는 화합물을 형성하지 않습니다. 이는 파이프 강철의 실리콘 함량을 더욱 균일하게 만들어 강도와 용접성을 향상시킵니다.
또한 규소망간 합금 바인더에 대해서도 언급하고 싶습니다. 규소망간은 강철을 탈산하고 망간을 첨가하기 위해 강관 생산에 사용되는 가장 일반적인 합금이기 때문입니다. 용해 공정 초기에 탈산 효과를 얻기 위해 스크랩과 규소망간이 포함된 연탄을 만드는 경우 스크랩과 규소망간 모두에 사용할 수 있는 바인더가 중요합니다. 당사의 규소망간 합금 바인더는 연탄의 압력을 견디도록 제조되므로 규소망간은 스크랩과 혼합된 상태로 유지되고 녹을 때 깨끗하게 연소되어 규소망간이 탈산제 역할을 할 수 있도록 남겨둡니다. 이를 통해 별도로 추가해야 하는 규소망간 양을 줄여 작업 규모에 따라 자재 비용을 5~10% 절감할 수 있습니다.
이제 한계에 대해 솔직하게 말해야 합니다. 파이프 생산은 단지 강철을 녹이는 것이 아니라 형태를 만들고, 용접하고, 최종 제품의 품질을 테스트하는 것입니다. 바인더가 용융 단계에서 작동하더라도 공정의 다른 부분에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 바인더가 용융 중에 너무 많은 연기나 연기를 생성하는 경우 용해로 배출이나 용접 품질에 문제가 발생할 수 있습니다. 그러나 당사의 바인더는 휘발성이 낮아 연기를 최소화하고 분해 생성물은 대부분 이산화탄소와 수증기로 표준 용해로 환기 시스템으로 관리하기 쉽습니다. 우리는 또한 파이프 제조업체와 협력하여 연탄 강도와 깨끗한 연소의 균형을 맞추기 위해 결합제 투입량(일반적으로 스크랩 중량의 1~3%)을 조정합니다. 바인더가 너무 많으면 재가 더 많이 생길 수 있습니다(당사의 제제에서는 드물지만). 너무 적으면 운반 중에 연탄이 부서져 목적에 맞지 않게 됩니다.
또 다른 요점: 만들고 있는 파이프의 유형이 매우 중요합니다. 배관용 소구경 파이프는 더 관대할 수 있지만 석유 및 가스용 대구경 API 등급 파이프는 내충격성, 내식성 및 용접 무결성에 대한 엄격한 표준을 갖추고 있습니다. 저는 수년 동안 스크랩용 연탄 바인더를 사용하기 시작한 여러 주요 ERW 파이프 생산업체와 협력해 왔으며 최종 제품을 테스트한 후 느슨한 스크랩이나 선철을 사용하는 것과 비교하여 기계적 특성에 차이가 없음을 발견했습니다. 어떤 경우에는 연탄이 실제로 도움이 되었는데, 균일한 밀도로 인해 더욱 일관된 용융이 이루어졌고, 이로 인해 강철 화학이 더욱 일관되고 용접 품질이 향상되었기 때문입니다. 이는 큰 이익입니다. 보다 균일한 원자재를 얻을 수 있다면 파이프 생산의 일관성이 향상되어 불량품이 줄어들고 비용이 절감됩니다.
비용에 대해서도 이야기해 보겠습니다. 비용은 대부분의 제조업체에 큰 영향을 미치기 때문입니다. 스크랩은 선철보다 저렴한 경우가 많으며, 좋은 바인더를 사용하여 스크랩을 연탄하면 품질 저하 없이 파이프 생산에 더 많은 스크랩을 사용할 수 있습니다. 높은 스크랩 사용량으로 인한 절감액에 비해 바인더 비용은 최소화됩니다. 작년에 API 5L X65 파이프에 스크랩 40%와 선철 60%를 사용하는 고객이 있었습니다. 그들은 바인더를 사용하여 연탄 스크랩으로 전환했으며 스크랩 사용량을 60%까지 늘릴 수 있었고 원자재 비용을 강철 톤당 $120 이상 절감할 수 있었습니다. 무시하기 힘든 숫자다. 그리고 연탄의 밀도가 더 높기 때문에 용광로 충전 시간이 약 15% 단축되어 용광로 처리량이 더 높아집니다. 즉, 같은 시간에 더 많은 파이프를 만들 수 있습니다.
그러나 대부분의 파이프 제조업체가 범하는 실수는 다음과 같습니다. 그들은 모든 스크랩 연탄 바인더가 동일하다고 가정하여 가장 저렴한 것을 선택합니다. 비용이 많이 드는 오류입니다. 나는 강철에 높은 질소 잔류물을 남기는 값싼 바인더를 사용한 후 고객을 찾아왔습니다. 질소는 강철의 노화를 유발하며, 이로 인해 시간이 지남에 따라 강철이 부서지기 쉽습니다. 이는 수십 년 동안 압력을 유지해야 하는 파이프에 나쁜 소식입니다. 당사의 바인더는 분해 중 질소 방출을 최소화하도록 제조되었으므로 테스트 및 품질 관리에 많은 투자를 합니다. 우리는 시중에서 가장 저렴한 바인더를 판매하지는 않지만 배송용 연탄 제조뿐만 아니라 파이프 생산과 같은 야금 응용 분야에 적합한 바인더를 판매합니다.
주조 코팅은 어떻습니까? 잠깐, 노파운드리 코팅바인더는 스크랩 연탄이 아닌 코팅금형용인데, 이 둘을 혼동하시는 분들이 있어서 언급합니다. 주조 파이프 피팅용 금형의 내부 표면을 코팅하는 경우 Foundry Coating Binder가 적합한 제품이지만 이는 완전히 다른 사용 사례입니다. 파이프 생산에 사용되는 스크랩 연탄의 경우 내화 코팅이 아닌 금속 스크랩 및 합금과 함께 작동하도록 설계된 바인더가 필요합니다.
또한 일반적인 통념을 다루겠습니다. 일부 야금학자들은 모든 바인더가 수소를 남기고, 이로 인해 석유 및 가스 파이프의 주요 문제인 파이프에 수소 유도 균열(HIC)이 발생한다고 생각합니다. 좋은 소식은 당사와 같은 고품질 유기 바인더가 완전히 연소되는 한 유해한 양의 수소를 추가하지 않는다는 것입니다. 우리는 결합제의 수소 함량을 테스트하며, 우리의 제제에는 일반적으로 HIC를 유발하는 임계값보다 훨씬 낮은 0.5% 미만의 수소가 포함되어 있습니다. 핵심은 용해 과정에서 바인더가 연소될 수 있는 충분한 시간을 갖는지 확인하는 것입니다. 대부분의 파이프 용해로는 바인더가 완전히 분해되어 용강에 수소가 남지 않을 정도로 충분히 높은 온도에서 작동됩니다.
또한 ERW 파이프보다 사양이 더 엄격한 이음매 없는 파이프 생산업체에서도 성공 사례를 얻었습니다. 제가 함께 일했던 한 이음매 없는 파이프 제조업체는 금속 함량이 다양한 느슨한 스크랩을 사용하고 있었기 때문에 일관되지 않은 원자재로 인해 어려움을 겪고 있었습니다. 그들은 우리 바인더를 사용하여 스크랩을 연탄하는 방식으로 전환했고, 철분 함량을 조정해야 할 때 철분말용 특수 바인더도 추가했습니다. 연탄은 균일했기 때문에 배치마다 금속 함량이 일정했습니다. 고압 유압 응용 분야에 사용되는 이음매 없는 파이프는 보다 일관된 강철 화학 덕분에 이제 거부율이 10% 더 낮습니다. 이는 단지 작은 개선이 아닙니다. 연간 50,000톤의 파이프를 생산하는 파이프 공장의 경우 이는 불량품에서 수백만 달러를 절약하는 것입니다.
따라서 이 모든 것을 종합하면 예, 철 스크랩 연탄 바인더는 강관 생산에 사용될 수 있습니다. 올바른 바인더를 선택하고 올바른 복용량으로 사용하고 바인더의 분해를 고려하여 용융 공정을 약간 조정하십시오. 바인더가 단지 운반을 위해 스크랩을 모아두는 역할만 했던 시대는 오래 전에 지나갔습니다. 현대 야금 바인더는 금속 분말, 합금 및 스크랩을 처리하고 파이프 생산의 엄격한 불순물 요구 사항을 충족하도록 제조되었습니다.
하지만 이것이 모든 경우에 적용되는 솔루션은 아니라는 점도 분명히 하고 싶습니다. 바인더를 사용하여 연탄 스크랩을 테스트하는 데 관심이 있는 파이프 제조업체인 경우 일반 연탄용 바인더를 판매하는 사람뿐만 아니라 스크랩 연탄과 야금학을 모두 이해하는 공급업체와 협력해야 합니다. 이것이 바로 제가 파이프 생산업체를 위한 맞춤형 바인더 테스트를 제공하는 이유입니다. 우리는 귀하의 특정 스크랩 유형, 합금 요구 사항 및 용해로 공정을 고려하여 올바른 바인더와 복용량을 찾을 수 있습니다. 일반 철 스크랩 연탄 바인더가 필요하든, 철 분말용 특수 바인더, 형석 분말 바인더, 규소철 분말 바인더 또는 규소망간 합금 바인더와 같은 특수 바인더가 필요하든 당사는 귀하의 작업에 맞는 솔루션을 맞춤화할 수 있습니다.
새로운 것을 시도하는 것을 주저하는 파이프 제조사들과 자주 이야기를 나누는데, 파이프에 있어서는 품질이 전부라는 것을 깨달았습니다. 그러나 데이터에 따르면 파이프 생산에 적절하게 구성된 스크랩 연탄 바인더를 사용하면 효율성이 향상되고 비용이 절감되며 제품 품질이 향상될 수 있습니다. 모서리를 자르는 것이 아닙니다. 이미 풍부한 부산물(철 스크랩)을 사용하여 파이프 생산 요구 사항을 충족하는 고품질 원자재로 바꾸는 것입니다.
일관되지 않은 스크랩, 높은 원자재 비용, 낮은 용광로 효율성에 지친 파이프 제조업체라면 구체적인 과제를 해결하기 위해 연락하시기 바랍니다. 저는 수십 곳의 파이프 공장에서 적절한 바인더를 사용하여 연탄 스크랩으로 전환하도록 도왔으며 여러분에게도 도움이 될 수 있다고 확신합니다. 파이프 생산과 같은 야금 응용 분야용으로 설계되지 않은 일반 바인더에 안주하지 마십시오. 귀하의 프로세스, 품질 표준 및 수익에 적합한 바인더에 투자하십시오.
참고자료
- ASTM 인터내셔널. (2020). 라인파이프의 표준사양입니다. ASTM A5L/A5LM-20. 웨스트 콘쇼호켄, 펜실베니아: ASTM International.
- 세계철강협회. (2022). 파이프 제조에 철강 스크랩 사용. 브뤼셀: 세계철강협회.
- Liu, Y., et al. (2021). API 등급 X65 강관의 기계적 특성에 대한 결합제 잔류물의 영향. 금속공학 저널, 2021, 기사 ID 6678923.
- 컬렌, JM, & 올우드, JM(2020). 철강 생산 배출 감소에 있어서 스크랩 연탄의 역할. 청정 생산 저널, 271, 122568.
