자동차/카본블랙

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카본블랙 (Carbon black)

카본 블랙은 일차 입자가 10~500nm정도의 탄소의 초 미립자로써, 고무의보강재와 안료, 도전재 등에도 사용되지만, 특히 타이어의 수요가 높아 전체 수요의 70%를 차지하고 있습니다.

카본블랙은 오일이나 타르와 같은 석유제품을 불완전연소 시켜 제조하며, 입자경, 스트럭처(구조), 표면성상을 제어 함으로써 제품의 요구사항에 맞도록 생산됩니다.

카본블랙은 입자가 매우 곱고 밀도 또한 낮기 때문에 주로 1mm 정도로 조립(Granulated)되어 출하됩니다. 

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그리트(Grit)

카본 블랙은 매우 고운 입자이지만, 그 속에는 그리트라고 하는 입자가 이물질로 극 미량 존재합니다.(그림 1). 그리트는 제조시에 생성하는 미세 코크스 분말이나 내화로 자재 부스러기 금속 녹 등으로 이루어집니다. 이러한 그리트의 양이 많으면 강도의 저하 등 품질에 영향이 있기 때문에 일정량 이하로 억제할 필요가 있습니다. 따라서 카본블랙 제조 후 Micro Pulverizer 등으로 분쇄해 Grit의 양을 줄여서 출하하는 것이 일반적입니다.

grit_distribution

그림 1. 카본블랙과 Grit의 입도분포

2-1. 기존 프로세스

기존에 카본블랙의 분쇄에는 MicroPulverizer AP가 사용되었습니다. AP는 보통 스크루피더로 원료를 기내에 투입하는데, 카본블랙의 경우는 상당히 비싸기때문에 Air-swept 또는 Free-gravity 방식에 의해 투입되는 경우가 대부분입니다. 사용되는 Screen은 Herring bone 타입을사용하는 경우가 많지만 능력을 우선할 경우에는 롱 갭 스크린이라는 개구가 큰 특수한 스크린을 사용하기도 합니다. 1라인의 능력은 1~5t/h이며 능력에 따른 모델이 사용됩니다.

최근에는 용도에 따라 고준위 그리트의 제거가 요구되고 있습니다.  이에 대응하여 크게 두 가지 방법으로 그리트를 제거 하고 있습니다.

  1. 분급기를 사용해 그리드 자체를 제거
  2. 한층 더 고성능의 분쇄기를 이용해 그리트를 분쇄함으로써 저준위 그리트의 제품을 생산하는 방법

<분급기를 사용하는 경우>
Grit 제거에 분급기를 이용하는 경우는 보통 Micron Seperator MS를 이용합니다. 카본블랙은 마모성과 부착성이 매우 강하기 때문에 분체와의 접촉부에는 재질, 부착방지 등의 충분한 대책이 필요합니다. 또한, 밀도가 낮기 때문에, 투입 방법도 통상의 Bottom-inlet식이 아닌, Top-inlet 방식을 사용합니다. 분급기를 거친 미분은 초고급 카본블랙으로 출하됩니다. 분급 후 그리드분이 많은 Coarse powder는 그대로 낮은 Grade의 제품으로 출하되거나 재분쇄 처리합니다.

<분쇄기를 사용하는 경우>
분쇄기를 이용할 경우에는 1) 스크린을 사용하지 않고 2) 입자경 조정이 용이하며 3) 부착·마모에도 대응할 수 있는 충격형 분급기 내장 미분쇄기 ACM  Pulverizer가 이용됩니다. 구체적인 사용 예로는 MS로부터의 분급된 조분을 분쇄하는 경우와 분급 없이 원료를 직접 분쇄하는 경우가 있습니다.

그림 2. MicroPulverizer AP-1

그림 3. AP의 Jump gap screen

그림 4. AP의 단면도

그림 5. Micro Separator MS

그림 6. ACM Pulverizer ACM-300

그림 7. 일반적인 Grit 제조 공정

2-2 최신 Process

당사에서는 Low-grit, 고품질의 카본블랙 수요 증가에 따라 Mikro E-ACM을 개발하였습니다. E-ACM은 카본블랙만을 위해 특별히 설계된 장비로써, Grit의 탁월한 감소 효과가 있습니다. 기존의 ACM은 일반적인 분쇄 공정에는 적합합니다만, 가볍고 부착성이 심한데다가 연마성이 있는 카본블랙의 분쇄에는 적합하지 않습니다.

그림 8. E-ACM

E-ACM System

분쇄기는 통상적으로 카본블랙 제조설비 내에 In-line 장치로 구성됩니다. 분쇄기에 의한 압력손실을 보상하기 위해 Blower는 분쇄기 바로 후단에 설치됩니다.

그림 9. 카본블랙 분쇄 Process

E-ACM의 분쇄성능

일반적인 2종류의 그레이드의 카본 블랙에 대해서 E-ACM의 분쇄 성능을 표1에 나타냈습니다.
제품 내부의 그리트 양은 원료중의 그리트 양에 의한 영향을 받습니다.
E-ACM은 저투자 비용, 저운전 비용을 실현하면서 최신 품질 요구를 충족시키는 카본블랙을 제조할 수 있습니다.
원료 중의 그리트량에 따라 재활용량을 조정하기 때문에 성능표의 처리량이 기준이 됩니다.

표 1. E-ACM 성능표

그림 10. E-ACM 구조

표 2. E-ACM 모델 및 참고 Capacity