밀 스케일: 발생, 수송 및 제강 분야 실용적 용도

밀 스케일의 발생, 수송 및 용도

밀 스케일은 열간 가공된 강철의 플레이크 표면으로, 재가열, 컨디셔닝, 열간압연, 열간 성형 조업 중 강철 표면 산화에 의해 형성된다. 제철소에서 발생하는 폐기물 중 하나로 생산 강재의 약 2%를 차지한다. 강철 가공 중 형성되는 여러 층의 산화철로 된 단단하고 부서지기 쉬운 코팅으로, 주로 산화철로 구성되며 다른 산화물, 스피넬, 원소, 미량 화합물을 다양한 양으로 포함할 수 있다. 강철 표면에서 쉽게 벗겨진다.

밀 스케일 특성

밀 스케일은 보통 압연 강재에 존재하며 파란색 프라이머로 오인되기 쉽다. 매우 높은 표면 온도와 높은 압연 압력이 결합되어 매끄럽고 푸르스름한 회색 표면을 만든다.

육안 검사 시 밀 스케일은 작은 입자와 칩으로 구성된 검은 금속 분말처럼 보인다. 물리적 상태는 고체 분말. 밀 스케일의 비중은 5.7~6.2 범위. 융점 약 1370℃, 비등점 약 2760℃. 안정 상태이며 물과 알칼리에 불용성이지만 대부분의 강산에 용해. 일반적으로 비위험 폐기물로 분류. 그림 1은 작은 밀 스케일 더미.

그림 1 작은 밀 스케일 더미

밀 스케일 크기는 보통 마이크론 단위 먼지 크기에서 최대 6mm까지 다양. 열간 가공 중 얻는 평균 밀 스케일 철 함량은 68~72% 범위. 밀 스케일 내 철은 다음과 같은 화학 형태로 존재.

• 자철석(Fe₃O₄): 특징적인 청회색 '강철' 색상
• 극히 얇은 외층 적철석(Fe₂O₃)
• 자철석 내부 부분: 미세 금속 입자와 잔류 제1산화철(FeO) 포함, 전형적으로 흑색

밀 스케일에는 C, Si, Ca, Na, Al, Mn 및 기타 금속 산화물 포함 가능. 밀 스케일 내 오일 함량 허용 한계는 배터리와 용해 전하용 최대 3% 제외 모든 용도에서 1% 미만. 표 1에 대표적 밀 스케일 화학 분석 예시.

밀 스케일 제거 및 수집

밀 스케일은 보통 탈스케일링, 롤 및 소재 냉각 등 용도로 사용되는 공정수에 의해 제거된다. 냉각수 및 윤활유와 함께 수집되어 일반적으로 집수/침전 탱크에 보관. 이후 중력 분리 기술로 회수.

밀 스케일 분석

밀 스케일 벌크 화학 조성 분석은 보통 X선 형광(XRF) 분광법으로 융합 비드법 또는 원물질로 수행. 융합 비드법: 미세 분쇄 및 점화된 밀 스케일 0.5~1g을 알칼리 붕산염(예: 리튬 메타붕산염)과 1:10 비율(시료:붕산염)로 혼합, 융합하여 원형 유리 비드로 주조. 원물질 사용 시 미세 분쇄 후 결합제와 혼합. 결과 시료를 확립된 캘리브레이션으로 XRF 분광법 다원소 분석.

FeO 함량은 별도 습식 화학 절차로 결정. 미세 분쇄된 밀 스케일 일부를 비산화 조건에서 염산에 용해, 생성된 용액 중 2가 철을 산화-환원 적정(예: 중크롬산칼륨)으로 결정. 금속 철 함량은 브로민 메탄올에 금속 철 용해, 용매 혼합물 증발 후 잔여물 황산에 용해, 3가 철을 2가 철로 환원 후 산화-환원 적정으로 결정. 밀 스케일 XRF 다원소 분석이나 FeO 산화-환원 적정 결정에 대한 기존 EN 표준 없음. 그러나 직접환원철 금속 철 결정 관련 ISO 표준[ISO 5416:2006]이 밀 스케일에 적용 가능.

밀 스케일 다원소 분석은 제품 주성분 전체 농도 제공하지만 개별 화합물이나 화학상(밀 스케일 광물학) 정체성은 나타내지 않음. 밀 스케일에 존재하는 모든 주요 화학상의 정량적 상 분석은 X선 회절(XRD) 분석과 리트벨트(Rietveld) 데이터 분석 결합으로만 달성 가능. 밀 스케일에서 확인된 광물학적 상: 적철석(Fe₂O₃), 자철석(Fe₃O₄), 뷔스티트(FeO). 밀 스케일 광물학의 주요 변화는 적철석, 자철석, 뷔스티트 철 산화물 상의 상대적 비율. 상대 농도는 강철 기판의 열 이력(보유 시간, 가열 속도, 최종 온도, 산소 포텐셜 등)에 따라 달라질 수 있음. 밀 스케일 내 타 원소 농도는 합금 원소에 대한 강철 기판 조성에 의존.

밀 스케일과 부식

압연기에서 나온 압연 제품에서 밀 스케일은 보통 1mm 미만 두께로 초기에는 강철 표면에 부착되어 코팅에 파손이 없으면 대기 부식으로부터 보호. 밀 스케일이 강철 단면에 균일하게 잘 부착된 덮개라면 이상적 보호 장벽이 될 것. 불행히도 밀 스케일은 균일하지도 않고 잘 부착되지도 않음.

밀 스케일은 그 아래 강철보다 반응성이 낮음(더 귀금속적). 두 이종 금속 접촉 시 거동과 일치하게 더 반응성 금속(강철)이 덜 반응성 금속(밀 스케일) 희생으로 산화(녹).

전기화학적으로 강철에 대해 음극적이므로, 밀 스케일 코팅의 어떤 파손도 파손부 노출 강철의 가속 부식 유발. 밀 스케일은 강철 제품 취급이나 기타 기계적 이유로 코팅이 파손될 때까지 잠시 동안은 이점. 밀 스케일이 기판 강철 표면에서 튀어 오르면 코팅에 균열 발생, 수분 침투 허용. 이는 갈바닉 반응 유발로 기판 강철에 피팅 부식(녹) 초래. 이는 스케일 하부 부식 성장, 추가 코팅 균열, 더 넓은 영역 노출, 더 많은 부식으로 이어짐. 밀 스케일 유도 부식 메커니즘은 그림 2에 표시.

그림 2 밀 스케일 유도 부식 메커니즘

강철 가공 시 밀 스케일은 골칫거리. 그 위에 도포된 코팅은 수분 함유 공기가 그 아래로 들어가면 스케일과 함께 벗겨지므로 낭비. 강철 기판의 균일하고 깨끗한 표면을 제시하기 위해 모든 밀 스케일 제거 필요.

밀 스케일 수작업 제거 사실상 불가능. 전동 공구 세정 방법으로도 극히 지루하고 시간 많이 소요. 두 방법 모두 좋은 베이스 제공 못함. 열간압연기에서 나온 강철은 표면 프로파일 없음(코팅 시스템 전반적 부착 강도와 무결성에 가장 중요). 밀 스케일은 보통 화염 세정, 산세, 연마 블라스팅으로 강철 표면에서 제거. 이 방법들은 밀 스케일 제거하고 코팅 시스템 설계 요구사항 주는 표면 프로파일 제공. 밀 스케일 위 코팅은 아무리 유혹적이어도 헛수고. 강철 표면 밀 스케일 존재는 기판 강철 부식 가속화.

밀 스케일 용도 및 재활용

밀 스케일은 강철 성형 공정용 냉각수 등 물과 혼합된 부산물 형태. 철 함량 68~72%로 높지만 산업 폐기물 형태인 산화철로 매우 저렴하게 판매되며 재활용 공정으로 수집되지 않음. 제철소 밀 스케일 대부분은 철광석 소결 또는 펠릿 생산에 재활용되어 제선로 환원용 또는 제강로 쿨란트로 사용. 브리켓팅 후 바인더와 혼합하여 재활용하기도 함. 이 외 여러 용도 개발됨. 주요 용도:

• 소결 배합 혼합용
• 펠릿 원료용
• 전기로 제강용 브리켓 형태
• 알칼리 축전지 음극
• 촉매 제조 및 사용
• 시멘트 클링커 생산
• 중량 콘크리트 및 중량 골재 제조
• 세탁기용 복합 균형추
• 인철 및 몰리브덴철 생산
• 강철 주조 및 주물 열처리
• 용접봉 코팅용 플럭스 제조
• 복합 비료용 시너지제 및 인산비료 재료
• 분말야금용 철분 생산
• 마찰재 생산
• 유리 착색제 제조
• 산화철 안료 생산
• 광물울 제조 공정
• 산화철 도료 안료 전구체
• 전자기파 차폐 재료
• 도로 건설 자재 성분
• 내화물 배합 제조
• 수처리 및 토양 처리
• 발열 분말 생산

밀 스케일 해상 운송 관련 이슈

밀 스케일은 점점 벌크 화물로 거래됨. 그러나 해상 운송 적합 밀 스케일을 위해 스톡파일은 보통 항만에서 다양한 소스로부터 축적되며, 이전 취급 방식에 따라 입자 크기가 달라 개별 스톡파일이 균질하지 않음. 즉, 같은 항만이나 선적자라도 두 콘사인먼트가 같은 특성 공유 안 함. 또한 물 잘 빠지는 화물로 스톡파일 바닥에 '습윤 베이스(wet base)' 형성 축적됨.

밀 스케일은 물리적 성질이 일차 채광 철광석 미분과 유사하여 사실상 같은 방식으로 거래됨. 그러나 밀 스케일은 IMSBC(국제 해상 고체 벌크 화물) 코드 하에서 적절한 '벌크 화물 운송 이름'(BCSN)이 아님. IMSBC 코드에 등재되지 않은 화물. IMO(국제해사기구) 회람 DSC.1/Circ.63(2010.10.12)에 따르면 철광석 미분은 액화될 수 있는 화물로 '그룹 A' 화물. IMSBC 코드 하 '그룹 A' 화물은 수송 가능 함수 한계(TML) 초과 함수로 운송 시 액화될 수 있는 화물. 이 회람 조건은 밀 스케일이 보통 TML 아래 함수로 건조 상태 운반되더라도 밀 스케일에도 적용됨.

밀 스케일 화물이 IMSBC 코드에 등재되지 않았으나, 코드 섹션 1.3은 미등재 화물(밀 스케일 등)은 선적국 관할 당국 발행 증명서(해상 운송 적합성 명시) 동반 시에만 선적 수락 가능 규정.