Study on the optical characteristics of graphite discharged from steel manufacturing process using lidar chamber system

Abstract

철강 공정에서 발생하는 다양한 원료 및 부산물 중, 그라파이트 입자는 크기와 형태 면에서 미세먼지와 다른 특성을 보인다. 일반 대기 입자들과 그라파이트 입자의 확산 경로 및 농도를 정확하게 파악하기 위해서는 비산먼지와의 명확한 구분이 필요하다. 비구형의 입자로 추정되는 그라파이트 입자의 확산 모니터링을 위해서 라이다(LiDAR)를 이용한 능동형 원격감시 시스템이 제시되었다. 라이다는 대기 중 에어로졸의 발생원, 시공간 분포 및 이동 경로를 파악하는 데 있어 강력한 도구이다. 그러나 라이다는 원격 탐사 장비의 특성상, 입자의 특성을 대략적으로만 파악이 가능하다는 한계를 가지므로, 챔버 실험을 통해 일반 대기 입자와 구분하여 광학 특성을 살펴보고자 하였다. 본 연구에서는 그라파이트 입자만의 광학 파라미터를 산출하고, 이를 통해 철강 공정에서 발생하는 비산먼지와 그라파이트 입자를 효과적으로 구분하기 위한 방법론을 제시한다. 챔버 기반의 라이다 시스템의 효율을 증가시키기 위하여 근거리에서도 정밀한 측정이 가능하도록 설계하였기 때문에 입자 하나하나의 특성을 면밀히 분석할 수 있었다. 실험 결과, 그라파이트의 옹스트롬 지수와 편광소멸도는 각각 -0.7890 ± 0.4397 및 0.1202 ± 0.0173 으로 산출되었다. 낮은 옹스트롬 지수는 대형 입자들이 빛을 파장에 관계없이 산란시키는 경향을 보임을 의미하며, 편광소멸도는 빛의 편광 상태에 따라 강하게 산란하는 특성을 나타낸다. 챔버 내부에서 실험 환경은 제철 공정에서 발생하는 실제 비산먼지의 조건을 완전히 재현하기에는 한계가 있었으나, 그라파이트 입자의 광산란 특성을 최초로 정밀하게 확인하였다는 점에서 의의가 크다. 본 연구는 그라파이트와 같은 단일 입자의 특성 분석을 통해 향후 스캐닝 라이다 관측에서 보다 정확한 데이터 베이스를 구축할 수 있는 기초 자료를 제공한다.