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KR20250041217A - Manufacturing method of Ti briquettes for melting for Ti scrap recycling - Google Patents

Manufacturing method of Ti briquettes for melting for Ti scrap recycling Download PDF

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KR20250041217A
KR20250041217A KR1020230123657A KR20230123657A KR20250041217A KR 20250041217 A KR20250041217 A KR 20250041217A KR 1020230123657 A KR1020230123657 A KR 1020230123657A KR 20230123657 A KR20230123657 A KR 20230123657A KR 20250041217 A KR20250041217 A KR 20250041217A
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KR
South Korea
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titanium
melting
manufacturing
scrap
briquettes
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020230123657A
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Korean (ko)
Inventor
박광석
박형기
박창수
나태욱
서보성
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

타이타늄 스크랩을 재활용하는 데 있어서, 가장 중요한 산소 정련과 함께 보다 재활용을 용이하게 하기 위해 브리켓 형상으로 동시에 구현하며, 이 브리켓을 사용하여 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말을 제조할 수 있는 Ti 브리켓의 제조 방법에 관한 것으로, (a) 타이타늄 가공 후 발생한 부산물로서의 타이타늄 스크랩을 마련하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 마련된 타이타늄 스크랩을 세척하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 세척된 타이타늄 스크랩을 수소화 열처리하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 수소화된 타이타늄을 탈수소화하여 타이타늄의 내부에 존재하는 산소를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (c)와 (d)는 연속하여 실행되는 구성을 마련하여, 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위한 산소 정련과 함께 브리켓 형상으로 동시에 구현할 수 있다.In recycling titanium scrap, the most important oxygen refining is implemented simultaneously in a briquette shape to facilitate recycling, and a method for manufacturing Ti briquettes capable of manufacturing titanium ingots or titanium powders using the briquettes is provided, comprising the steps of (a) providing titanium scrap as a by-product generated after titanium processing, (b) washing the titanium scrap provided in the step (a), (c) performing a hydrogenation heat treatment on the titanium scrap washed in the step (b), and (d) dehydrogenating the titanium hydrogenated in the step (c) to remove oxygen present inside the titanium, wherein the steps (c) and (d) are configured to be performed continuously, so that oxygen refining for recycling titanium scrap can be implemented simultaneously in a briquette shape.

Description

Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법{Manufacturing method of Ti briquettes for melting for Ti scrap recycling} {Manufacturing method of Ti briquettes for melting for Ti scrap recycling}

본 발명은 타이타늄(Ti) 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓(Briquette)의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 타이타늄 스크랩을 재활용하는 데 있어서, 가장 중요한 산소 정련과 함께 보다 재활용을 용이하게 하기 위해 브리켓 형상으로 동시에 구현하며, 이 브리켓을 사용하여 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말을 제조할 수 있는 Ti 브리켓의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a Ti briquette for melting titanium (Ti) scrap recycling, and more particularly, to a method for manufacturing a Ti briquette which simultaneously implements oxygen refining, which is the most important process in recycling titanium scrap, in a briquette shape to facilitate recycling, and which can manufacture a titanium ingot or titanium powder using the briquette.

일반적으로, 타이타늄(Titanium)은 원자 번호 22, 원자 기호 'Ti'로서, '티탄' 또는 '티타늄'이라고도 하며, 고강도, 고경량, 고래식성 등의 특징을 가지고 있어 항공우주 산업, 석유화학장치 산업 등에 주로 이용되어 왔다. In general, titanium has an atomic number of 22 and an atomic symbol of 'Ti', and is also called 'titanium' or 'titanium'. It has the characteristics of high strength, high lightness, and whale-eating, so it has been mainly used in the aerospace industry, petrochemical equipment industry, etc.

또한, 구조용 재료로서 용도가 넓어져 가고 있다. 즉 내식재료로서 비료 공장의 합성탑, 각종 밸브와 배관, 계측기류, 열 교환기 등에 이용되고 있으며, 타이타늄의 생체적합성이 우수하여 가볍고, 견고한 특성 때문에 의료용 부품, 안경테, 손목시계, 골프 클럽 등에도 용도가 급속히 넓어지고 있다. 비용적인 측면에서 고가금속으로 인식되기도 했었으나 타이타늄은 적용 후에 긴 수명을 유지할 수 있어 현재는 궁극적으로 판단할 때 경제적인 소재로서 인식되고 있다.In addition, its use as a structural material is expanding. That is, as a corrosion-resistant material, it is used in synthetic towers, various valves and pipes, measuring instruments, heat exchangers, etc. in fertilizer plants, and because titanium has excellent biocompatibility, it is light and strong, so its use is rapidly expanding to medical parts, eyeglass frames, wristwatches, golf clubs, etc. In terms of cost, it was also recognized as an expensive metal, but since titanium can maintain a long lifespan after application, it is currently recognized as an economical material when ultimately judged.

이러한 타이타늄의 경우 광석으로부터 추출하여 가공하는 공정에 많은 비용이 소요되어 소재가 고가인 단점이 있기 때문에, 최근에는 이러한 타이타늄 소재의 단점을 해결하기 위하여 타이타늄 스크랩이나 스펀지와 같은 타이타늄 원료를 정련하여 재활용하는 기술이 개발되고 있다.In the case of titanium, the process of extracting and processing it from ore requires a lot of cost, so there is a disadvantage in that the material is expensive. Therefore, recently, in order to solve the disadvantages of this titanium material, a technology is being developed to refine and recycle titanium raw materials such as titanium scrap or sponge.

즉, 타이타늄 소재는 대표적인 난성형 재료로써 부품 제조시 많은 양의 스크랩이 발생한다. 따라서 제품 가격 경쟁력을 확보하기 위해서는 타이타늄 스크랩을 재활용하는 것이 필수적이다. 실제 미국, EU 등 타이타늄 소재를 생산할 수 있는 선진국에서는 타이타늄 소재 제조시 약 60~70%의 스크랩이 사용되고 있다. 타이타늄 스크랩은 제품 제조 후 발생되는 소재이기 때문에 원소재 대비 오염될 가능성이 높고, 특히 타이타늄은 산소와의 반응이 매우 높기 때문에 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위해서는 산소 정련 방안이 매우 중요하다. In other words, titanium is a typical difficult-to-form material, and a large amount of scrap is generated when manufacturing parts. Therefore, recycling titanium scrap is essential to secure product price competitiveness. In fact, in advanced countries such as the US and EU that can produce titanium materials, about 60-70% of scrap is used when manufacturing titanium materials. Since titanium scrap is a material generated after product manufacturing, it is more likely to be contaminated than raw materials, and in particular, titanium reacts very highly with oxygen, so an oxygen refining method is very important in recycling titanium scrap.

상용의 순수 타이타늄 소재는 질소, 탄소, 수소, 산소, 철의 함량에 따라 Grade 1~ Grade 4로 구분되어 지고 있다. 또한, 타이타늄 스크랩의 재활용은 주로 용해를 통해 이루어지는데, 용해시 작업을 용이하게 진행하기 위해서는 타이타늄 스크랩은 일정 크기를 갖는 브리켓 형태로 제조하는 것이 좋다. Commercial pure titanium materials are classified into Grade 1 to Grade 4 according to the content of nitrogen, carbon, hydrogen, oxygen, and iron. In addition, recycling of titanium scrap is mainly done through melting, and in order to facilitate the melting process, it is recommended that titanium scrap be manufactured in the form of briquettes of a certain size.

타이타늄 스크랩의 재활용을 위한 기본적이 처리는 세척, 산 처리 같은 전처리 공정을 통해 타이타늄 표면 오염부를 제거하는 것이다. 이 방법은 타이타늄 스크랩의 오염부를 제거하는 데 효과적이나, 스크랩 내부에 들어가 있는 산소까지 제거하지 못하는 단점이 있다. The basic treatment for recycling titanium scrap is to remove titanium surface contamination through pretreatment processes such as washing and acid treatment. This method is effective in removing contamination from titanium scrap, but has the disadvantage of not being able to remove oxygen contained within the scrap.

또한, 타이타늄 스크랩 재활용은 주로 용해 방식을 통해 이루어지는데, 이때 타이타늄 스크랩을 원료 형태로 사용하기 위해서는 브리켓같이 특정 크기로 가공하여 투입하는 것이 일반적이다. 즉, Ti 스크랩 재활용시, 화학적 전처리와 함께 용해시에는 특정 크기의 브리켓을 마련하기 위한 기계적 공정 및 시간이 소요되었다.In addition, titanium scrap recycling is mainly done through the melting method, and in this case, in order to use titanium scrap as a raw material, it is common to process it into a specific size, such as briquettes, and then input it. That is, when recycling Ti scrap, a mechanical process and time were required to prepare briquettes of a specific size along with chemical pretreatment during melting.

상술한 바와 같은 타이타늄 스크랩 재활용을 위한 기술의 일 예가 하기 특허 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.Examples of technologies for recycling titanium scrap as described above are disclosed in patent documents 1 to 3, etc.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 티타늄 분말 표면의 산화물의 제거 효율을 향상시키기 위해, 분말 제조용 티타늄을 수집하는 단계, 수집된 상기 분말 제조용 티타늄을 산세 및 세척하는 단계, 상기 산세 및 세척된 분말 제조용 티타늄을 수소분위기에서 수소화 열처리를 수행하는 단계, 상기 수소화 열처리된 상기 분말 제조용 티타늄을 분쇄하는 단계, 상기 티타늄 분말 중 원하는 입도의 티타늄 분말을 분급하여 선별하는 단계 및 상기 분말 제조용 티타늄 분말을 수소 분위기에서 열처리하여 탈수소화 하는 단계를 포함하는 고순도 티타늄 분말 제조 방법에 대해 개시되어 있다.For example, the following Patent Document 1 discloses a method for producing high-purity titanium powder, including the steps of collecting titanium for powder production, acid-washing and washing the collected titanium for powder production, performing hydrogenation heat treatment on the acid-washed and washed titanium for powder production in a hydrogen atmosphere, pulverizing the titanium for powder production that has undergone the hydrogenation heat treatment, classifying and selecting titanium powder having a desired particle size among the titanium powders, and dehydrogenating the titanium powder for powder production by heat-treating it in a hydrogen atmosphere, in order to improve the removal efficiency of oxides on the surface of the titanium powder.

또 하기 특허문헌 2에는 티타늄 스크랩 내의 유기물 및 황화물을 제거하고, 상기 티타늄 스크랩을 산화시켜 티타늄 산화물을 제조하는 단계(단계 1), 상기 제조된 티타늄 산화물을 분쇄하고, 탄소 분말과 혼합하는 단계(단계 2) 및 상기 혼합된 티타늄 산화물을 탄질화 반응시켜 티타늄 탄질화물을 형성하는 단계(단계 3)를 포함하되, 상기 단계 1의 산화는 750℃ 내지 1600℃의 온도에서 열처리를 통해 수행되고, 상기 단계 2의 탄소 분말 혼합은 상기 제조된 티타늄 산화물 100 중량부 대비 탄소 분말 43 내지 47 중량부가 혼합되는 티타늄 스크랩 재활용 방법에 대해 개시되어 있다.In addition, the following patent document 2 discloses a method for recycling titanium scrap, including the steps of removing organic substances and sulfides in titanium scrap, oxidizing the titanium scrap to produce titanium oxide (step 1), pulverizing the produced titanium oxide and mixing it with carbon powder (step 2), and performing a carbonitriding reaction on the mixed titanium oxide to form titanium carbonitride (step 3), wherein the oxidation in step 1 is performed through heat treatment at a temperature of 750°C to 1600°C, and the mixing of the carbon powder in step 2 is performed in an amount of 43 to 47 parts by weight of carbon powder relative to 100 parts by weight of the produced titanium oxide.

한편, 하기 특허문헌 3에는 메인 챔버의 내부에 수용된 도가니부에 타이타늄 원료를 공급하는 제1단계, 상기 도가니부의 상부에 설치된 플라즈마 가열부에 불활성 기체와 수소를 공급하여 고온의 수소 플라즈마를 발생시켜 상기 타이타늄 원료를 용해하여 용탕을 형성하는 제2단계, 상기 메인 챔버 내부의 수소 농도와 수증기 농도를 검출하는 제3단계 및 상기 검출된 수소와 수증기의 농도에 따라 상기 플라즈마 가열부에 공급되는 수소량 또는 상기 메인 챔버 내부를 배기시키는 배기 장치부에 의한 배기량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제4단계를 포함하는 고순도 타이타늄 소재 제조 방법에 대해 개시되어 있다.Meanwhile, the following patent document 3 discloses a method for manufacturing a high-purity titanium material, including a first step of supplying a titanium raw material to a crucible accommodated inside a main chamber, a second step of supplying an inert gas and hydrogen to a plasma heating unit installed at an upper portion of the crucible unit to generate high-temperature hydrogen plasma to melt the titanium raw material and form a molten metal, a third step of detecting a hydrogen concentration and a water vapor concentration inside the main chamber, and a fourth step of controlling at least one of the amount of hydrogen supplied to the plasma heating unit or the amount of exhaust by an exhaust device unit that exhausts the inside of the main chamber based on the detected concentrations of hydrogen and water vapor.

대한민국 등록특허공보 제10-2246722호(2021.04.26 등록)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2246722 (registered on April 26, 2021) 대한민국 등록특허공보 제10-1705174호(2017.02.03 등록)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1705174 (registered on February 3, 2017) 대한민국 등록특허공보 제10-2282577호(2021.07.22 등록)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2282577 (registered on July 22, 2021)

상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 수소화 열처리를 수행하고, 기계적 분쇄 후 타이타늄 분말에 탈수소화 공정을 수행하는 구조로서, 제조 과정이 복잡하고, 이에 따라 제조 비용이 상승한다는 문제가 있었다.The technology disclosed in Patent Document 1, as described above, has a structure in which hydrogenation heat treatment is performed, a dehydrogenation process is performed on titanium powder after mechanical pulverization, and there is a problem in that the manufacturing process is complicated, and thus the manufacturing cost increases.

또 특허문헌 2에서는 물리적 방법으로 스크랩을 분쇄하므로, 고순도의 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말을 제조하기 위해 원하는 크기로 브리켓을 형성하기가 곤란하다는 문제가 있었고, 특허문헌 3에는 폐 Ti 스크랩을 원하는 크기로 가공하는 기술에 대해 개시되어 있지 않았다.In addition, since Patent Document 2 crushes scrap by a physical method, there was a problem that it was difficult to form briquettes of a desired size for producing high-purity titanium ingots or titanium powder, and Patent Document 3 did not disclose a technology for processing waste Ti scrap into a desired size.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, Ti 수소화 시 취성이 생기는 것을 활용하여 원하는 크기로 가공한 후, 탈수소화시 산소 제거도 가능한 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems described above, and to provide a method for manufacturing Ti briquettes for dissolution for recycling Ti scrap, which can be processed into a desired size by utilizing the brittleness that occurs during hydrogenation of Ti, and then oxygen can be removed during dehydrogenation.

본 발명의 다른 목적은 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위한 산소 정련과 함께 브리켓 형상으로 동시에 구현하여 제조 비용을 절감할 수 있는 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing Ti briquettes for melting Ti scrap recycling, which can reduce manufacturing costs by simultaneously implementing oxygen refining for recycling titanium scrap into a briquette shape.

본 발명의 또 다른 목적은 폐 Ti 스크랩을 재활용하여 Ti 소재화 산업, 즉 Ti 원료 및 Ti 금속 제품을 제공할 수 있는 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing Ti briquettes for melting for recycling Ti scrap, which can provide Ti material industry, i.e. Ti raw material and Ti metal products, by recycling waste Ti scrap.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 타이타늄(Ti) 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법은 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위해 용해용 Ti 브리켓(Briquette)을 제조하는 방법으로서, (a) 타이타늄 가공 후 발생한 부산물로서의 타이타늄 스크랩을 마련하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 마련된 타이타늄 스크랩을 세척하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 세척된 타이타늄 스크랩을 수소화 열처리하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 수소화된 타이타늄을 탈수소화하여 타이타늄의 내부에 존재하는 산소를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (c)와 (d)는 연속하여 실행되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a Ti briquette for melting for recycling titanium (Ti) scrap, which method comprises the steps of: (a) providing titanium scrap as a by-product generated after titanium processing; (b) washing the titanium scrap provided in the step (a); (c) performing a hydrogenation heat treatment on the titanium scrap washed in the step (b); and (d) dehydrogenating the titanium hydrogenated in the step (c) to remove oxygen present inside the titanium. The method comprises the steps of: (a) and (d) being performed sequentially.

또 본 발명에 따른 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에서, 상기 단계 (c)에서의 열처리는 챔버의 수소 분위기하의 온도 550~650℃에서 10~120분 동안 실행되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a Ti briquette for melting according to the present invention, the heat treatment in step (c) is characterized in that it is performed at a temperature of 550 to 650°C for 10 to 120 minutes under a hydrogen atmosphere in the chamber.

또 본 발명에 따른 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에서, 상기 단계 (d)에서의 탈수소화는 챔버의 진공 분위기하의 온도 600~650℃에서 실행되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a Ti briquette for melting according to the present invention, the dehydrogenation in step (d) is characterized in that it is performed at a temperature of 600 to 650°C under a vacuum atmosphere in the chamber.

또 본 발명에 따른 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에서, 상기 단계 (c)에서의 열처리는 챔버의 수소 분위기하의 온도 650℃에서 60분 동안 실행되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a Ti briquette for melting according to the present invention, the heat treatment in step (c) is characterized in that it is performed at a temperature of 650°C for 60 minutes under a hydrogen atmosphere in the chamber.

또 본 발명에 따른 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에서, 상기 단계 (d)에서 산소의 제거는 산화된 타이타늄으로부터 수소 분자에서 해리된 수소 원자(H)에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for manufacturing a Ti briquette for melting according to the present invention, the removal of oxygen in step (d) is characterized in that it is performed by hydrogen atoms (H) dissociated from hydrogen molecules from oxidized titanium.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이타늄 잉곳은 상술한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의해 제조된 브리켓을 용해하여 제조된 것을 특징으로 한다.In addition, the titanium ingot of the present invention for achieving the above purpose is characterized in that it is manufactured by melting a briquette manufactured by the above-described method for manufacturing a Ti briquette for melting.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이타늄 분말은 상술한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의해 제조된 브리켓을 용해하여 제조된 것을 특징으로 한다.In addition, the titanium powder of the present invention for achieving the above purpose is characterized in that it is manufactured by melting briquettes manufactured by the above-described method for manufacturing Ti briquettes for melting.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의하면, 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위한 산소 정련과 함께 브리켓 형상으로 동시에 구현하여 고순도의 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말의 제조 공정을 단순화 할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the method for manufacturing a Ti briquette for melting for recycling Ti scrap according to the present invention, the effect of simplifying the manufacturing process of a high-purity titanium ingot or titanium powder can be obtained by simultaneously implementing oxygen refining for recycling titanium scrap into a briquette shape.

또 본 발명에 따른 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의하면, Ti 스크랩을 재활용하는 방법으로서 보다 손쉽게 브리켓을 제조할 뿐 아니라, 제고 과정에서 산소 저감도 가능하다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the method for manufacturing Ti briquettes for melting Ti scrap recycling according to the present invention, not only is briquettes manufactured more easily as a method for recycling Ti scrap, but also oxygen reduction during the refining process is possible.

또 본 발명에 따른 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의하면, 국내에서 재활용되지 않는 Ti 스크랩을 재활용할 수 있는 방안을 제공할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the method for manufacturing a Ti briquette for melting for recycling Ti scrap according to the present invention, it is possible to obtain the effect of providing a method for recycling Ti scrap that is not recycled domestically.

도 1은 본 발명에 따라 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도,
도 2는 도 1에 도시된 수소화 열처리에 따른 타이타늄의 수소 흡수 거동을 나타내는 그래프,
도 3은 수소화 후 타이타늄의 자체 파쇄된 모습을 설명하기 위한 사진,
도 4는 수소 상태에 따른 타이타늄의 환원 가능성을 설명하기 위한 그래프,
도 5는 탈수소화시 수소 원자 및 분자 거동을 설명하기 위한 도면,
도 6은 TG-MS 측정을 통한 탈수소화시 산소 제거 거동 확인을 위한 그래프,
도 7은 본 발명에 따라 제조된 Ti 브리켓을 적용하여 타이타늄 잉곳을 제조하는 제조 장치의 일 예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따라 제조된 Ti 브리켓을 적용하여 타이타늄 분말을 제조하는 제조 장치의 일 예를 나타낸 도면.
Figure 1 is a process diagram for explaining the manufacturing process of Ti briquettes for melting Ti scrap recycling according to the present invention.
Figure 2 is a graph showing the hydrogen absorption behavior of titanium according to the hydrogenation heat treatment illustrated in Figure 1.
Figure 3 is a photograph to explain the self-fractured appearance of titanium after hydrogenation.
Figure 4 is a graph to explain the reducibility of titanium according to the hydrogen state.
Figure 5 is a drawing for explaining the behavior of hydrogen atoms and molecules during dehydrogenation.
Figure 6 is a graph for confirming the oxygen removal behavior during dehydrogenation through TG-MS measurement.
FIG. 7 is a drawing showing an example of a manufacturing device for manufacturing a titanium ingot by applying a Ti briquette manufactured according to the present invention.
FIG. 8 is a drawing showing an example of a manufacturing device for manufacturing titanium powder by applying Ti briquettes manufactured according to the present invention.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and novel features of the present invention will become more apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따라 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도 이다.Figure 1 is a process diagram for explaining a process for manufacturing Ti briquettes for melting Ti scrap recycling according to the present invention.

본 발명에 따라 제조되는 용해용 Ti 브리켓은 타이타늄(Ti) 스크랩을 재활용하기 위해 용해용으로 마련되며, Ti 브리켓을 제조하기 위해 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 제품 제조 후의 타이타늄 스크랩을 마련한다(S10). 상기 타이타늄 스크랩은 타이타늄 가공 후 발생한 부산물로서, Ti, Ti-6Al-4V, Ti-Mo 또는 Ti-Ni으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 또, 이러한 타이타늄 스크랩으로서는 타이타늄 스펀지를 적용할 수도 있고, 칩 형태로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 타이타늄 스크랩은 타이타늄 가공시 사용되는 윤활제 등의 유기물, 산화물 및 황화물을 포함할 수 있다.The Ti briquette for melting manufactured according to the present invention is provided for melting in order to recycle titanium (Ti) scrap, and in order to manufacture the Ti briquette, first, as shown in Fig. 1, titanium scrap after product manufacturing is prepared (S10). The titanium scrap is a by-product generated after titanium processing, and may include one or more metals selected from the group consisting of Ti, Ti-6Al-4V, Ti-Mo, and Ti-Ni. In addition, the titanium scrap may use a titanium sponge, or may be formed in the form of chips. In addition, the titanium scrap may include organic substances, oxides, and sulfides, such as lubricants, used during titanium processing.

다음에, 상기 단계 S10에서 마련된 타이타늄 스크랩을 세척한다(S20). 상기 단계 S20에서의 세척은 타이타늄 스크랩의 표면에 부착된 오일 등의 유기물, 산화물 및 황화물 등의 불순물의 제거를 위해 산용액을 이용하여 세척할 수도 있다.Next, the titanium scrap prepared in the step S10 is washed (S20). The washing in the step S20 may be performed using an acid solution to remove impurities such as organic substances such as oil, oxides, and sulfides attached to the surface of the titanium scrap.

이어서, 상기 단계 S20에서 세척된 타이타늄 스크랩을 수소화 열처리한다(S30).Next, the titanium scrap washed in step S20 is subjected to hydrogenation heat treatment (S30).

상기 단계 S30에서 수소화 열처리는 챔버의 수소 분위기하의 온도 550~650℃에서 10~120분 동안 실행될 수 있다. 이와 같은 수소화 열처리에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 수소화 열처리에 따른 타이타늄의 수소 흡수 거동을 나타내는 그래프이다.In the above step S30, the hydrogenation heat treatment can be performed at a temperature of 550 to 650° C. under a hydrogen atmosphere in the chamber for 10 to 120 minutes. Such hydrogenation heat treatment is described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a graph showing the hydrogen absorption behavior of titanium according to the hydrogenation heat treatment illustrated in Fig. 1.

도 2에 도시된 바와 같이, 타이타늄은 수소 분위기하에서 온도를 올리면 약 420~510℃ 부근에서 수소를 흡수하여 수소화가 된다(Ti → TiH2). 타이타늄은 수소화가 되면 취성(brittleness)이 높아짐과 동시에 수소화 시 부피가 팽창하여 스스로 파쇄가 된다. 즉, 수소화 공정을 잘 활용하면, 금속 상태의 타이타늄에서 많은 작업이 필요로 하는 브리켓 형태의 가공이 특별한 공정 추가 없이 브리켓 형태로 만들 수 있다. 이때 공정 조건은 수소화가 완료되는 온도인 510℃보다 높은 550~650℃ 부근에서 수소화 열처리를 진행함과 동시에 최고 온도에서의 유지 시간은 10~120분 이내로 하면 된다. 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이, 승온 속도 5℃/min으로 진행하여 챔버의 수소 분위기하의 온도 650℃에서 60분 동안 열처리될 수 있다. 그러나 상술한 공정 조건에 한정되는 것은 아니고, 타이타늄 스크랩 크기 및 최종 수소화 후, 파쇄된 크기 등에 따라 결정될 수 있다. As illustrated in Fig. 2, titanium absorbs hydrogen at around 420 to 510°C when the temperature is raised in a hydrogen atmosphere and is hydrogenated (Ti → TiH 2 ). When titanium is hydrogenated, its brittleness increases and its volume expands during hydrogenation, causing it to fracture on its own. In other words, if the hydrogenation process is well utilized, titanium in a metallic state can be processed into briquettes, which requires a lot of work, without any special process addition. At this time, the process conditions are such that the hydrogenation heat treatment is performed at around 550 to 650°C, which is higher than 510°C, the temperature at which hydrogenation is completed, and the holding time at the highest temperature is within 10 to 120 minutes. Preferably, as illustrated in Fig. 2, the heating rate is 5°C/min, and the heat treatment can be performed at a temperature of 650°C in a hydrogen atmosphere in the chamber for 60 minutes. However, it is not limited to the process conditions described above, and can be determined depending on the size of the titanium scrap and the crushed size after final hydrogenation.

도 3은 수소화 후 타이타늄의 자체 파쇄된 모습을 설명하기 위한 사진으로서, 도 3의 (a)는 수소화 처리 전 타이타늄의 상태를 나타내는 사진이고, 도 3의 (b)는 수소화 처리 후 파쇄된 타이타늄의 상태를 나타내는 사진이다.Figure 3 is a photograph to explain the self-crushed appearance of titanium after hydrogenation. Figure 3 (a) is a photograph showing the state of titanium before hydrogenation, and Figure 3 (b) is a photograph showing the state of crushed titanium after hydrogenation.

상술한 바와 같은 타이타늄의 수소화 열처리는 물리적인 파쇄와 함께 타이타늄 내부에 있는 산소 정련에도 영향을 미친다. 수소화된 타이타늄 스크랩을 진공 분위기에 넣으면 수소가 빠져나오게 된다. 열역학적으로 외부 환경에 있는 수소 분자(H2)는 산화된 타이타늄(TiO2)으로부터 산소를 제거할 수 없다. 즉 수소는 산화된 철(Fe2O3)을 열역학적으로 환원시킬 수 있으나, 산화된 타이타늄은 환원시킬 수 없다. 하지만, 수소 분자에서 해리된 수소 원자(H)는 산화된 타이타늄으로부터 산소를 제거할 수 있음을 도 4와 같이 열역학적으로 확인하였다. 도 4는 수소 상태에 따른 타이타늄의 환원 가능성을 설명하기 위한 그래프이다.The hydrogenation heat treatment of titanium as described above affects not only physical crushing but also oxygen refining inside the titanium. When the hydrogenated titanium scrap is placed in a vacuum atmosphere, hydrogen escapes. Thermodynamically, hydrogen molecules (H 2 ) in the external environment cannot remove oxygen from oxidized titanium (TiO 2 ). That is, hydrogen can thermodynamically reduce oxidized iron (Fe 2 O 3 ), but cannot reduce oxidized titanium. However, it was confirmed thermodynamically that hydrogen atoms (H) dissociated from hydrogen molecules can remove oxygen from oxidized titanium, as shown in Fig. 4. Fig. 4 is a graph explaining the reducibility of titanium according to the hydrogen state.

다음에, 상기 단계 S30에서 수소화된 타이타늄을 탈수소화하여 타이타늄의 내부에 존재하는 산소를 제거한다(S40). 상기 단계 S40에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 탈수소화시 수소 원자 및 분자 거동을 설명하기 위한 도면이다. 상술한 단계 S30과 S40은 연속하여 실행될 수 있다. Next, in the step S30, the hydrogenated titanium is dehydrogenated to remove oxygen present inside the titanium (S40). The step S40 is described with reference to FIG. 5. FIG. 5 is a drawing for explaining the behavior of hydrogen atoms and molecules during dehydrogenation. The above-described steps S30 and S40 can be performed sequentially.

상술한 단계 S30에서의 타이타늄의 수소화는 도 5와 같이, 외부에서 수소 분자(H2)가 타이타늄 표면에 흡착된 후, 수소 원자(H)로 해리되어 타이타늄 내부로 들어간다. 반대로 상기 단계 S40과 같은 탈수소화시 수소가 타이타늄으로부터 나올 때는 타이타늄 내부에 있던 수소 원자가 표면에서 확산되어 온 후, 표면에서 분자로 된 후, 빠져나오게 된다. 즉 내부에 존재하던 산소는 탈수소화시 내부에 있던 수소 원자로 인해 제거될 수 있다. 이때 실제 수소와 산소가 반응하여 반응물인 물(H2O)이 발생하는 온도는 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 약 600℃로 나타났다. 즉 탈수소화시 챔버의 진공 분위기하의 온도 600~650℃에서 상기 단계 S30에 따라 수소화된 타이타늄에서 수소를 제거하면, 내부에 존재하던 산소를 제거할 수 있다. 도 6은 TG-MS(열중량 분석기(Thermo Gravimetry)-질량분석기(Mass Spectrometer)) 측정을 통한 탈수소화시 산소 제거 거동 확인을 위한 그래프이다.In the hydrogenation of titanium in the step S30 described above, as shown in FIG. 5, hydrogen molecules (H 2 ) are adsorbed from the outside onto the titanium surface, then dissociate into hydrogen atoms (H) and enter the titanium. On the contrary, when hydrogen comes out of titanium in the dehydrogenation such as in the step S40, the hydrogen atoms inside the titanium diffuse to the surface, become molecules on the surface, and then come out. In other words, the oxygen existing inside can be removed due to the hydrogen atoms inside during the dehydrogenation. At this time, the temperature at which hydrogen and oxygen actually react to generate the reactant water (H 2 O) was approximately 600°C, as can be seen in FIG. 6. In other words, when hydrogen is removed from the titanium hydrogenated according to the step S30 at a temperature of 600 to 650°C under a vacuum atmosphere of the chamber during the dehydrogenation, the oxygen existing inside can be removed. Figure 6 is a graph for confirming the oxygen removal behavior during dehydrogenation using TG-MS (Thermo Gravimetry-Mass Spectrometer) measurement.

상기 단계 S40에서 산소는 탈수소화시 한 번에 완전히 제거되는 것이 아니라 탈수소화에 따라 점차적으로 진행되기 때문에, 필요시 수소화-탈수소화를 반복적으로 진행할 필요가 있다. 이때 수소화와 탈수소화 공정을 온도 변화없이 진행하기 위한 온도 조건은 600~650 ℃가 적절하다. In the above step S40, since oxygen is not completely removed at once during dehydrogenation but progresses gradually as dehydrogenation proceeds, it is necessary to repeatedly perform hydrogenation-dehydrogenation as necessary. At this time, the temperature condition for performing the hydrogenation and dehydrogenation processes without temperature change is appropriately 600 to 650°C.

따라서, 본 발명은 수소화를 통해 타이타늄 스크랩을 브리켓 형태로 제조한 후, 진공 용해 방식을 통한 용해시, 수소화된 타이타늄 스크랩 브리켓을 장입한 후, 용해 전 진공 분위기에서 온도 600~650℃ 구간에서 탈수소화를 진행을 통해 산소를 제거함으로써, 최종 용해 및 잉곳 제작을 통해 타이타늄 스크랩으로부터 고순도의 재활용된 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말을 제작할 수 있다. Accordingly, the present invention manufactures titanium scrap in the form of briquettes through hydrogenation, then, when melting through a vacuum melting method, charges the hydrogenated titanium scrap briquettes, and, before melting, removes oxygen through dehydrogenation at a temperature of 600 to 650° C. in a vacuum atmosphere, thereby producing a high-purity recycled titanium ingot or titanium powder from the titanium scrap through the final melting and production of the ingot.

상술한 바와 같이, 상기 단계 S40에 의해 마련된 용해용 Ti 브리켓은 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말로 제조될 수 있다. 또한, 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위한 산소 정련과 함께 브리켓 형상으로 동시에 구현할 수 있다.As described above, the Ti briquette for melting prepared by the step S40 can be manufactured from a titanium ingot or titanium powder. In addition, it can be simultaneously implemented in a briquette shape together with oxygen refining for recycling titanium scrap.

상술한 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말의 제조에 대해서는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. The production of the above-described titanium ingot or titanium powder is described with reference to FIGS. 7 and 8.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 Ti 브리켓을 적용하여 타이타늄 잉곳을 제조하는 제조 장치의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따라 제조된 Ti 브리켓을 적용하여 타이타늄 분말을 제조하는 제조 장치의 일 예를 나타낸 도면이다. 또, 도 7 및 도 8에 도시된 구성은 본 발명자가 출원하여 등록된 제조 장치의 구성으로서 상술한 특허문헌 3에 개시되어 있으므로, 그 구성의 특징만 개략적으로 설명한다.FIG. 7 is a drawing showing an example of a manufacturing device for manufacturing a titanium ingot by applying a Ti briquette manufactured according to the present invention, and FIG. 8 is a drawing showing an example of a manufacturing device for manufacturing a titanium powder by applying a Ti briquette manufactured according to the present invention. In addition, since the configuration shown in FIGS. 7 and 8 is a configuration of a manufacturing device applied for and registered by the inventor of the present invention and is disclosed in the above-mentioned patent document 3, only the features of the configuration will be roughly described.

본 발명에 따라 제조된 Ti 브리켓은 도 7에 도시된 원료 공급부(70)를 통해 도가니부(10)의 내부에 공급될 수 있다. 도가니부(10)는 메인 챔버(20)에 수용되며, 제조 장치는 고온의 수소 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 가열부(40)를 포함하여 구성된다. 도가니부(10)는 내부에 충진되는 Ti 브리켓을 용해시켜 용탕(13)을 형성하기 위해 통상의 구리 재질의 도가니(11)를 구비할 수 있다. 상기 도가니부(10)의 하부면에는 용탕(13)을 외부로 인출할 수 있도록 관형의 개구가 형성되며, 이 개구에는 고순도의 타이타늄 시드 잉곳(12)이 개구를 폐쇄하도록 배치된다.The Ti briquettes manufactured according to the present invention can be supplied into the interior of the crucible part (10) through the raw material supply part (70) illustrated in FIG. 7. The crucible part (10) is accommodated in the main chamber (20), and the manufacturing device is configured to include a plasma heating part (40) that generates high-temperature hydrogen plasma. The crucible part (10) can be equipped with a crucible (11) made of a conventional copper material to melt the Ti briquettes filled therein to form a molten metal (13). A tubular opening is formed on the lower surface of the crucible part (10) so that the molten metal (13) can be withdrawn to the outside, and a high-purity titanium seed ingot (12) is placed in this opening to close the opening.

플라즈마 가열부(40)는 도가니부(10)의 상부에 설치되어 고온의 수소 플라즈마를 발생시켜 상기 타이타늄 원료를 용해하여 용탕(13)을 형성하기 위해 마련되고, 상기 플라즈마 가열부(40)에는 기체 공급부(50, 60)를 통해 불활성 기체와 수소 기체가 공급된다. 상기 제1 기체 공급부(50)는 아르곤 저장탱크(51), 상기 아르곤 저장탱크(51)와 플라즈마 가열부를 연결하는 제1 기체 공급관(52) 및 상기 제1 기체 공급관(52)의 중도에 설치된 제1 공급 제어밸브(53)를 포함하여 구성되며, 상기 제2 기체 공급부(60)는 수소 저장탱크(61), 상기 수소 저장탱크(61)와 플라즈마 가열부를 연결하는 제2 기체 공급관(62) 및 상기 제2 기체 공급관(62)의 중도에 설치된 제2 공급 제어밸브(63)를 포함하여 구성된다.The plasma heating unit (40) is installed on the upper part of the crucible unit (10) to generate high-temperature hydrogen plasma to melt the titanium raw material and form the molten metal (13), and an inert gas and hydrogen gas are supplied to the plasma heating unit (40) through gas supply units (50, 60). The first gas supply unit (50) includes an argon storage tank (51), a first gas supply pipe (52) connecting the argon storage tank (51) and the plasma heating unit, and a first supply control valve (53) installed in the middle of the first gas supply pipe (52), and the second gas supply unit (60) includes a hydrogen storage tank (61), a second gas supply pipe (62) connecting the hydrogen storage tank (61) and the plasma heating unit, and a second supply control valve (63) installed in the middle of the second gas supply pipe (62).

또한, 메인 챔버(20) 내부에는 수소 농도를 검출하는 수소 센서부(14), 수증기 농도를 검출하는 수증기 센서부(15)가 마련되고, 원료 공급부(70)는 메인 챔버(20)의 일측에 연결된 원료 공급관(71)을 통하여 본 발명에 따른 Ti 브리켓(72)을 도가니(11)의 내부로 공급하기 위해 마련되며, 메인 챔버(20)의 내부를 배기시키는 배기 장치부(80)를 포함하도록 구성된다. 상기 배기 장치부(80)는 로터리 펌프 등으로 구성되는 배기펌프(81), 상기 배기펌프(81)와 메인 챔버(20)의 내부를 연결하는 배기관(82) 및 상기 배기관(82)의 중도에 설치된 배기제어밸브(83)를 포함하여 구성된다.In addition, a hydrogen sensor unit (14) for detecting hydrogen concentration and a steam sensor unit (15) for detecting steam concentration are provided inside the main chamber (20), and a raw material supply unit (70) is provided to supply Ti briquettes (72) according to the present invention into the interior of the crucible (11) through a raw material supply pipe (71) connected to one side of the main chamber (20), and is configured to include an exhaust device unit (80) for exhausting the interior of the main chamber (20). The exhaust device unit (80) is configured to include an exhaust pump (81) configured as a rotary pump or the like, an exhaust pipe (82) connecting the exhaust pump (81) and the interior of the main chamber (20), and an exhaust control valve (83) installed in the middle of the exhaust pipe (82).

도 8에 도시된 고순도 타이타늄 소재 제조 장치는 용탕 인출부의 잉곳 풀러(91)를 포함하며, 잉곳 풀러(91)의 작동에 따라 도가니부(10)의 하부로부터 용탕(13)을 인출하여 고순도 타이타늄 잉곳(12')을 제조할 수 있다.The high-purity titanium material manufacturing device illustrated in Fig. 8 includes an ingot puller (91) of a molten metal withdrawal section, and according to the operation of the ingot puller (91), the molten metal (13) can be withdrawn from the lower part of the crucible section (10) to manufacture a high-purity titanium ingot (12').

다음에 도 8을 참조하여 본 발명에 따라 제조된 Ti 브리켓을 적용하여 타이타늄 분말을 제조하는 구성에 대해 설명한다. 또 도 8에 도시된 구성은 도 7에 도시된 구성과 대비시 도가니부(10)의 구성 및 용탕 인출부(190)의 구성에 있어서만 차이가 있으므로, 이에 대한 설명만 기술하고, 도 7에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.Next, referring to FIG. 8, a description will be given of a configuration for manufacturing titanium powder by applying Ti briquettes manufactured according to the present invention. In addition, since the configuration illustrated in FIG. 8 differs from the configuration illustrated in FIG. 7 only in the configuration of the crucible portion (10) and the configuration of the molten metal withdrawal portion (190), only a description of these will be given, and the same drawing reference numerals will be given to the same configuration as that illustrated in FIG. 7, and duplicate descriptions will be omitted.

도 8에 도시된 타이타늄 분말을 제조하는 구성에서는 도가니부(10)의 하부면에 용탕(13)을 배출하기 위한 노즐(16), 노즐(16)의 외주면을 둘러싸는 형태로 노즐(16)의 출구 방향으로 개구된 중공부(17)가 형성되고, 도가니부(10)의 외측면에 유도 가열 방식에 의하여 도가니부(10)의 내부를 가열하는 유도 가열부(30)가 마련되며, 상기 유도 가열부(30)는 도가니부(10)의 외벽에 설치된 유도 코일과 상기 유도 코일에 고주파 교류 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.In the configuration for manufacturing titanium powder illustrated in FIG. 8, a nozzle (16) for discharging molten metal (13) is formed on the lower surface of a crucible part (10), a hollow portion (17) is formed that surrounds the outer surface of the nozzle (16) and is opened toward the outlet of the nozzle (16), and an induction heating part (30) for heating the interior of the crucible part (10) by an induction heating method is provided on the outer surface of the crucible part (10). The induction heating part (30) may include an induction coil installed on the outer wall of the crucible part (10) and a power supply part for applying high-frequency AC power to the induction coil.

상기 유도 가열부(30)는 시드 잉곳(12)의 초기 용융이나 용탕(13)의 출탕 온도 제어 등을 위하여 동작되며, 용탕 인출부(190)는 중공부(17)에 고압의 가스를 분사하는 가스분사 장치와 상기 가스분사 장치에 의하여 도가니부(10)의 하부로 인출되는 구형의 타이타늄 분말(13')을 수집하는 분말 수집장치(194)를 포함할 수 있다. The above induction heating unit (30) is operated for the purpose of controlling the initial melting of the seed ingot (12) or the discharge temperature of the molten metal (13), and the molten metal withdrawal unit (190) may include a gas injection device that injects high-pressure gas into the hollow portion (17) and a powder collection device (194) that collects spherical titanium powder (13') that is drawn to the lower portion of the crucible portion (10) by the gas injection device.

상기 가스분사 장치는 고압의 가스가 충진된 가스 저장탱크(191), 상기 가스 저장탱크(191)와 중공부(17)를 연결하는 연결관(192) 및 상기 연결관(192)의 중도에 설치된 분사 제어밸브(193)를 포함하며, 상기 용탕(13)의 온도가 타이타늄의 용융점 이상인 경우 제어부가 가스분사 장치를 동작시켜 고압가스의 분사력에 의하여 용탕(13)을 도 8에 도시된 바와 같이 구형의 분말 형태로 인출할 수 있다.The above gas injection device includes a gas storage tank (191) filled with high-pressure gas, a connecting pipe (192) connecting the gas storage tank (191) and the hollow portion (17), and an injection control valve (193) installed in the middle of the connecting pipe (192). When the temperature of the molten metal (13) is higher than the melting point of titanium, the control unit operates the gas injection device so that the molten metal (13) can be extracted in the form of a spherical powder as illustrated in FIG. 8 by the injection force of the high-pressure gas.

상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 용해용 Ti 브리켓을 적용하는 것에 의해 고순도 타이타늄 잉곳 또는 타이타늄 분말를 제조할 수 있다. As described above, a high-purity titanium ingot or titanium powder can be manufactured by applying the Ti briquette for melting manufactured according to the present invention.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventor has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various ways without departing from the spirit thereof.

본 발명에 따른 Ti 스크랩 재활용을 위한 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법을 사용하는 것에 의해 타이타늄 스크랩을 재활용하기 위한 산소 정련과 함께 브리켓 형상으로 동시에 구현할 수 있다.By using the method for manufacturing a Ti briquette for melting for recycling Ti scrap according to the present invention, it is possible to simultaneously implement oxygen refining for recycling titanium scrap into a briquette shape.

Claims (7)

타이타늄(Ti) 스크랩을 재활용하기 위해 용해용 Ti 브리켓(Briquette)을 제조하는 방법으로서,
(a) 타이타늄 가공 후 발생한 부산물로서의 타이타늄 스크랩을 마련하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 마련된 타이타늄 스크랩을 세척하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 세척된 타이타늄 스크랩을 수소화 열처리하는 단계,
(d) 상기 단계 (c)에서 수소화된 타이타늄을 탈수소화하여 타이타늄의 내부에 존재하는 산소를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (c)와 (d)는 연속하여 실행되는 것을 특징으로 하는 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법.
A method for manufacturing Ti briquettes for melting to recycle titanium (Ti) scrap,
(a) a step for preparing titanium scrap as a by-product generated after titanium processing;
(b) a step of washing the titanium scrap prepared in step (a);
(c) a step of hydrogenating and heat treating the titanium scrap washed in the above step (b);
(d) a step of dehydrogenating the hydrogenated titanium in the step (c) to remove oxygen present inside the titanium;
A method for manufacturing Ti briquettes for melting, characterized in that the above steps (c) and (d) are performed sequentially.
제1항에서,
상기 단계 (c)에서의 열처리는 챔버의 수소 분위기하의 온도 550~650℃에서 10~120분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing Ti briquettes for melting, characterized in that the heat treatment in the above step (c) is performed at a temperature of 550 to 650°C for 10 to 120 minutes under a hydrogen atmosphere in a chamber.
제1항에서,
상기 단계 (d)에서의 탈수소화는 챔버의 진공 분위기하의 온도 600~650℃에서 실행되는 것을 특징으로 하는 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법.
In paragraph 1,
A method for manufacturing Ti briquettes for melting, characterized in that the dehydrogenation in the above step (d) is performed at a temperature of 600 to 650°C under a vacuum atmosphere in a chamber.
제2항에서,
상기 단계 (c)에서의 열처리는 챔버의 수소 분위기하의 온도 650℃에서 60분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법.
In paragraph 2,
A method for manufacturing Ti briquettes for melting, characterized in that the heat treatment in the above step (c) is performed at a temperature of 650°C for 60 minutes under a hydrogen atmosphere in a chamber.
제3항에서,
상기 단계 (d)에서 산소의 제거는 산화된 타이타늄으로부터 수소 분자에서 해리된 수소 원자(H)에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법.
In paragraph 3,
A method for producing Ti briquettes for melting, characterized in that in the above step (d), the removal of oxygen is performed by hydrogen atoms (H) dissociated from hydrogen molecules from oxidized titanium.
청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의해 제조된 브리켓을 용해하여 제조된 것을 특징으로 하는 타이타늄 잉곳. A titanium ingot characterized in that it is manufactured by melting a briquette manufactured by the method for manufacturing a Ti briquette for melting according to any one of claims 1 to 5. 청구항 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 용해용 Ti 브리켓의 제조 방법에 의해 제조된 브리켓을 용해하여 제조된 것을 특징으로 하는 타이타늄 분말. A titanium powder characterized in that it is manufactured by melting a briquette manufactured by the method for manufacturing a Ti briquette for melting according to any one of claims 1 to 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101705174B1 (en) 2016-08-30 2017-02-10 한국지질자원연구원 Recycling method of titanium scrap and titanium carbonitride manufactured thereby
KR102246722B1 (en) 2018-11-30 2021-04-30 한국생산기술연구원 High Purity titanium powder Manufacturing Method Using Dehydrogenation
KR102282577B1 (en) 2019-10-21 2021-07-28 한국생산기술연구원 An Apparatus and Method for Manufacturing High Purity Titanium Material

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