KR101189503B1

KR101189503B1 - 순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법

Info

Publication number: KR101189503B1
Application number: KR20087004943A
Authority: KR
Inventors: 에스. 케이. 타쿠르; 산제이 찬드라; 알. 케이. 프라드한; 티. 무케르제; 아미트 차트테르제
Original assignee: 타타 스틸 리미티드
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2012-10-10
Also published as: WO2007013087A8; WO2007013087A1; EP1919839A1; EP1919839A4; JP5205262B2; KR20080065585A; EP1919839B1; CN101466650A; JP2009502712A

Abstract

본 발명은 순산소 전로 슬래그를 조적용 블록, 플랫 시트, 벽돌 또는 타일에 사용되는 수경성 바인더, 시멘트 제조상의 혼화재 또는 다양한 응용 분야들을 위한 모르타르와 같은 건설 재료로 변환하기 위한 방법을 제공한다. 소정량의 플루오라이트가 유동성을 증가시키기 위해 용융 슬래그에 추가되고, 상기 혼합물은 냉각된다. 상기 슬래그는 이후 ~3㎜ 크기로 파쇄되고, 상기 슬래그의 금속 부분은 모두 자기 분리기를 이용하여 분리된다. 그 요구되는 응용 분야에 따라 상기 ~3㎜ 크기의 비금속 슬래그는 약 3000~4000 블레인까지 분쇄된다. 분쇄하기 전에 소정량의 석고가 상기 ~3㎜ 슬래그의 비금속 부분과 혼합될 수 있다.

순산소 전로 슬래그, 플루오라이트, 슬래그, 자기 분리기, 석고

Description

순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법{A PROCESS FOR CONVERSION OF BASIC OXYGEN FURNACE SLAG INTO CONSTRUCTION MATERIALS}

본 발명은 순산소 전로 슬래그를 조적용 블록(masonry block), 플랫 시트(flat sheet) 또는 타일(tile)에 사용되는 수경성 바인더(hydraulic binder), 시멘트 제조상의 혼화재(blend), 또는 다양한 다른 응용 분야들을 위한 모르타르(mortar)와 같은 건설 재료로 변환하기 위한 방법에 관한 것이다.

제강 과정 동안에 슬래그 형태의 폐기물이 생성된다. 생성된 슬래그의 톤수는 제강 공정에 따라 다르다. 통상적으로, 이는 생산된 강철(steel)의 10~20%이다. 세계적으로 매년 거의 1억톤의 제강 슬래그가 생산된다. 용선(hot metal) 및/또는 채택된 제강 공정에 따라, 아래와 같은 화합물들이 순산소 전로 슬래그 내에 존재할 수 있다.

CaO - 45~55%

Fe - 16~20%

SiO₂ - 14~16%

P₂O₅ - 2.5~3.5% 등등

이러한 슬래그는 일반적으로 직접 또는 다소의 처리를 수반하여 매립(land filling), 도로 건설, 밸러스트(ballast) 등과 같은 저급 용도로 사용된다. 제강 슬래그는 상당한 양의 CaO, 산화규소 및 철을 함유하고 있기 때문에, 이러한 저급 응용은 그 잠재적 유용성을 제대로 평가하지 못한 것이다.

이러한 슬래그를 제철 공정에 재활용하는 것은, P₂O₅의 높은 비율로 인해 제한된다. 순산소 전로 슬래그의 P₂O₅ 함유량은 제강 경험에 근거할 때 2~3.5%의 범위 내에 있을 수 있다.

만약 이러한 슬래그가 고로(blast furnace) 내에서의 융제(flux)로 재활용된다면, 상기 P₂O₅ 함유량은 상기 고로 용선에 실질적으로 나타날 것이다. 즉, 상기 용선의 인(phosphorus) 함유량이 증가할 것이다. 동시에, 상기 슬래그의 거의 절반이 CaO 및 약 1/5의 산화철로 이루어진다는 사실은, 상기 슬래그가 지금까지보다 더 유용하게 사용될 수 있음을 의미한다.

따라서, 본 발명의 주요 목적은, 순산소 전로 슬래그를 지금까지보다 더 유용하게 사용함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 제강 과정 동안에 생성된 폐기 물질인 액체 순산소 전로 슬래그를 다양한 건설 응용 분야들에 적합한 접합 특성(cementitious properties)을 얻도록 처리함에 있다.

본 발명의 이와 같은 목적들은, 강철 전로(steel converter)로부터 슬래그를 제거(slag-off)하는 동안에 용융 슬래그(molten slag)의 유동성(fluidity)을 증가시키고, 캐리오버(carry over) 강철이 바닥에 침전되도록 함으로써 실현된다. 이는 플루오라이트(fluorspar)(플루오르화 칼슘)를 용융 슬래그에 추가함으로써 이루어진다.

이후, 상기 액체 슬래그는 입상화(granulation) 또는 수조에서의 직접 담금질(direct quenching)에 의해 냉각될 수 있다. 급속 담금질에 의해 상기 슬래그가 더 나은 접합 특성을 가질 수 있도록 상기 슬래그의 상(phase) 및 형태(morphology)가 관리될 수 있다.

따라서, 본 발명은 순산소 전로 슬래그를 조적용 블록, 플랫 시트, 벽돌(brick) 또는 타일에 사용되는 수경성 바인더, 시멘트 제조상의 혼화재 또는 다양한 응용 분야들을 위한 모르타르와 같은 건설 재료로 변환하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은, 용융 슬래그의 유동성을 증가시키기 위해 소정량의 플루오라이트를 추가하는 과정과; 상기 액체 슬래그를 냉각시키는 과정과; 상기 슬래그를 ~3㎜ 크기(즉, 3㎜ 이하의 크기)로 파쇄(crushing)하는 과정과; 자기 분리기(magnetic separator)를 이용하여 상기 슬래그의 금속 부분을 분리하는 과정과; 그 응용 분야에 따라 상기 슬래그의 비금속 부분을 약 3000~4000 블레인(blain 또는 blaine)(cm²/g)까지 분쇄하는 과정을 포함한다.

강철이 스틸 래들(steel ladle)로 출강(tapping)된 후, 슬래그는 슬래그 포 트(slag pot) 내의 제강 용기(steelmaking vessel)로부터 제거된다. 슬래그가 상기 제강 용기로부터 제거되는 동안에, 상기 슬래그 포트 내에 충분한 양의 플루오라이트(플루오르화 칼슘)를 추가함으로써 상기 슬래그는 유동화된다. 이는 미혼합된 석회, 그리고 또한 어느 정도의 캐리오버 금속의 융화(assimilation)나 슬래그 포트의 바닥으로의 침전(settlement)을 가능하게 한다. 상기 포트는 상기 슬래그를 담금질하기 위해 최근접한 담금질 피트(quenching pit)로 이송된다.

또한, 상기 슬래그는 입상화 피트(granulation pit)로 이송될 수 있고, 여기에서 상기 용융 슬래그는 탕도(runner)를 통해 입상화된다.

담금질 또는 입상화 이후, 상기 슬래그는 ~3㎜ 크기로 파쇄되고, 상기 슬래그는 상기 슬래그의 금속 부분을 분리하기 위해 자기 분리기를 통과한다.

상기 슬래그의 나머지 비금속 부분은 이후 그 응용 분야에 따라 3500 블레인까지 파쇄된다. 상기 자기 분리된 금속 부분은 제철 및 제강 공정들에서 함철 장입 재료(iron bearing charge material)로서 적합하다. 슬래그 분말(ground slag)은 조적용 블록, 플랫 시트 또는 타일에 사용되는 수경성 바인더, 시멘트 제조상의 혼화재 또는 다양한 응용 분야들을 위한 모르타르를 포함하는 다양한 분야들에 적합하다.

수화(hydration) 반응 동안에 규산칼슘 네트워크(calcium silicate network)를 향상시키기 위해, ~3㎜ 비금속 슬래그는 촉매(catalyst)로 작용하는 석고(gypsum)와 함께 파쇄될 수 있다.

가동 공장(running plant)에서 수행된 파일럿 스케일(pilot scale) 실험을 통해 제어 냉각(controlled cooling)에 의한 접합성 상들(cementitious phases)을 얻는데 필요한 공정 인자들(process parameters)이 도출되었다. 처리된 슬래그의 즉각적 플레이킹(instant flaking)을 유도하는 공정의 다양한 측면들이 확인되었다. 공정 인자들의 범위들은 아래의 <표 1>에 나열된다. 정확한 온도 범위들과 냉각 방법은 아래와 같다.

인자	값
슬래그의 온도	1650~1400℃
플루오라이트	0~3%
냉각	입상화 공정 또는 박막 슬래그층 상의 살수 처리를 통한 1500~1200℃ 온도 범위의 급속 담금질
건조	최소한도
자기 분리	금속 슬래그 및 비금속 슬래그로의 자기 분리
석고의 혼합 여부에 따른 분쇄	3000~4000 블레인

통상적인 화학 조성은 아래의 <표 2>와 같다.

전체 Fe Fe(t)	CaO	SiO₂	P₂O₅	MgO	MnO	Al₂O₃	TiO₂	Cr₂O₃	유리(free) 석회
16~20	45~55	14~16	2.5~3.5	1~1.5	0.4~0.6	1~2	0.5~0.9	0.4~0.3	0~4

존재하는 상들(phases present) :

. α'-2CaO.SiO₂ 0~25%

. β-2CaO.SiO₂ 20~50%

. 3CaO.SiO₂ 0~15%

. 2CaO.Fe₂O₃ 20~40%

. Ca(H₂PO₄)₂H₂O 소량(minor)

. Fe₂O₃ 소량

. CaO, MgO, SiO₂, FeO 및 Al₂O₃의 복합 상들(complex phases) - 소량

물리적 특성들 :

. 분말도(fineness) - 3000~3500 블레인

. IST(initial setting time) - 35분

. FST(final setting time) - 45분

IS-4031에 의한 강도

. 7일 강도 : 5~10 MPa

. 28일 강도 : 15~30 MPa

본 발명에 따른 슬래그 분말은 강도 및 응용 조건들에 따라 시멘트의 부분적/완전 대체물로서 적합하다. 슬래그 분말은 조적용 블록, 섬유 시멘트 보드(fiber cement board) 또는 타일에 사용되는 수경성 바인더, 또는 다양한 응용 분야를 위한 모르타르로서 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 솔리드 타입 벽돌들(solid bricks)은 기계 몰딩(machine molding)을 이용하여 처리된 순산소 전로 슬래그로부터 만들어질 수 있다. 다양한 부하들(loads)에서 상기 벽돌들을 테스트한 결과들은 아래의 <표 3>에 보여진다.

벽돌의 조성					압축 강도[MPa]
F	S	HB	G	L	9.5톤의 부하	19톤의 부하	28.5톤의 부하
47	30	20	3	0	11.8	15.6	16.7
37	30	30	3	0	15.8	19.6	18.8
50	17	20	10	3	17.5	24.9	32.1

상기 <표 3>에서, F는 석탄회(fly ash), S는 모래, HB는 처리된 슬래그, G는 석고, L은 석회(lime)를 나타낸다.

Claims

순산소 전로(BOF) 슬래그를 조적용 블록, 플랫 시트, 벽돌 또는 타일에 사용되는 수경성 바인더, 시멘트 제조상의 혼화재, 또는 다양한 응용 분야들을 위한 모르타르와 같은 건설 재료로 변환하기 위한 방법에 있어서,

용융 슬래그의 유동성을 증가시키기 위해 3중량%의 플루오라이트를 상기 용융 슬래그에 추가하는 과정과;

상기 액체 슬래그를 냉각시킴으로써 고화(solidifying)하는 과정과;

상기 슬래그를 3㎜ 이하의 크기로 파쇄하는 과정과;

자기 분리기를 이용하여 상기 슬래그의 금속 부분을 분리하는 과정과;

그 응용 분야에 따라 상기 슬래그의 비금속 부분을 약 3000~4000 cm²/g까지 분쇄하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법.
삭제
제1항에 있어서, 분쇄 이전에 석고 형태의 촉매가 상기 3㎜ 이하로 파쇄된 슬래그의 비금속 부분과 혼합됨을 특징으로 하는 순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 석고가 혼합된 슬래그 또는 석고가 혼합되지 않은 슬래그 각각의 분쇄는 약 3500 cm²/g까지 수행됨을 특징으로 하는 순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 유동화된 슬래그의 냉각은 1500~1200℃의 온도 범위에서 탕도를 통한 입상화에 의해 수행됨을 특징으로 하는 순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 유동화된 슬래그의 냉각은 1500~1200℃의 온도 범위에서 살수(water spray)를 이용한 담금질에 의해 수행됨을 특징으로 하는 순산소 전로 슬래그를 건설 재료로 변환하는 방법.