KR100252722B1 - 용광로슬래그를사용하여시멘트클링커를제조하는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파쇄 및 선별된 용광로 슬래그(80)를 시멘트 회전로의 공급 단부 중에 공급되는 원재료에 첨가하여 시멘트 클링커(82)를 생성할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 용광로 슬래그를 파쇄 및 선별하여 주된 입도가 최대 직경 2인치(5.08cm)에 달하는 용광로 슬래그 입자를 공급한다. 본 발명의 장치(10)는 회전로(12)를 포함하고, 그 회전로(12)는 회전로(12)와 함께 회전하는 플랜지(14)에 의해 지지 된다. 회전로(12)는 공급 단부(16) 및 연소 구역(18)을 구비한다. 연료원(20)은 회전로(12)의 가열 단부에서 불꽃(22)을 생성한다. 변속 컨베이어 벨트(24)는 원재료를 회전로로 운반하고, 용광로 슬래그(44)는 이송 장치(46)에 의해 회전로(12)의 공급 단부에서 분진 호퍼(56)를 통해 공급되는 원재료(48)로 운반된다.

Description

용광로 슬래그를 사용하여 시멘트 클링커를 제조하는 방법 및 장치
미국 특허 제5,156,676호는 그 공보에 개시된 바와 같이 시멘트 성분의 배소 처리 및 클링커 생성을 수행할 수 있는 다수의 공정들을 기재하고 있다. 습식 또는 건식 회전로를 사용하는 전형적인 공정은 널리 공지된 것이다. 석회석, 점토 및 모래 등과 같은 시멘트 원재료를 미세하게 분쇄하고 완전히 혼합하여 얻은 실질적으로 균일한 혼합물을 회전로의 투입 단부 또는 공급 단부 중에 공급한다. 회전로는 회전로의 가열 단부가 공급 단부의 아래에 위치하도록 일정한 하향 각도로 기울어진다. 일반적으로, 회전로는 예비 배소 구역, 배소 구역, 클링커 생성 구역 및 냉각 구역을 포함하는 4개의 조업 구역을 구비한다. 통상의 연료는 예열된 공기와 결합되어 가열 단부에서 회전로 중에 주입된다. 통상, 시멘트 제조 공정에는 천연가스, 오일 또는 분탄과 같은 연료가 사용된다.
미세하게 분쇄된 시멘트 원재료가 회전로의 공급 단부에서 회전로 중에 진입함에 따라, 시멘트 원재료는 예비 배소 구역에서 외기 온도에 가까운 온도로부터 약 538℃로 가열된다. 예비 배소 구역에서는, 배소 구역의 연소 가스의 열을 사용하여 원재료의 온도를 상승시킨다. 또한, 회전로에서는, 회전로의 내부에 부착된 체인 시스템 등을 사요하여 가스와 원재료와의 열 교환 효율을 개선시킬 수 있다.
원재료가 배소 구역을 통과함에 따라, 원재료의 온도는 약 538℃(1000℉)로부터 약 1093℃(약 2000℉)로 상승되고, 그 배소 구역에서 CaCO3가 CO2를 방출하면서 분해된다.
이어서, 약 1093℃(2000℉)에서 배소된 원재료는 온도가 약 1500℃(2732℉)까지 상승되는 클링커 생성 구역 또는 연소 구역으로 진입한다. 그러한 클링커 생성 구역은 주요 원재료가 규산삼칼슘(tricalcium silicate), 규산이칼슘(dicalcium silicate), 알루민산삼칼슘(tricalcium aluminate) 및 철알루민산사칼슘(tetracalcium aluminoferrite)과 같은 전형적인 시멘트 화합물로 전환되는 구역이다. 이어서, 시멘트 클링커들은 클링커가 냉각되는 클링커 생성 구역을 떠나고, 이후로 예컨대 분쇄에 의해 후속 처리된다.
한편, 분쇄된 용광로 슬래그를 시멘트질 재료로서 사용하는 방안은 1774년부터 시작되었다. 제철 공정에서는, 산화철 공급원, 플럭스용 석재(fluxing stone) 및 연료가 상단으로부터 용광로 중에 장입된다. 용광로로부터 2가지의 생성물을 얻게 되는데, 1가지 생성물은 용광로의 바닥부에 수집되는 용융 철이고, 다른 1가지 생성물은 철의 용융 풀 상에 부유되는 액체 철의 용광로 슬래그이다. 양자는 주기적으로 약 1500℃(2732℉)의 온도에서 용광로로부터 인출된다. 슬래그의 주성분은 플럭스용 석재로부터 나온 산화칼슘 및 산화마그네슘과 결합된 실리카 및 알루미나이다. 그러한 슬래그를 모르타르 또는 콘크리트에 사용하는 데에 필요로 하는 슬래그의 시멘트질 활성은 그 성분과, 용융 재료가 용광로로부터 나올 때의 냉각 속도에 의해 결정된다.
또한, 제강 공정에서도, 액체 강의 슬래그가 강의 용융 풀 상에 부유되는 유사한 과정이 일어난다. 그러한 강 슬래그의 주성분도 역시 산화칼슘 및 산화마그네슘과 결합된 실리카 및 알루미나이다. 강 슬래그 및 용광로 슬래그의 처분은 관련재료의 양으로 인헤 제조업자들에게 처리 상의 심각한 문제점이 되고 있다.
강 슬래그 및 용광로 슬래그는 모두 매우 경질의 입자로 이루어진다. 용광로 슬래그는 항상 미세한 분말 또는 입상물의 형태로 사용되어 왔는데, 이는 슬래그를 미세한 분말 형태로 분쇄 및 미분쇄하거나 입상화하는 데에 상당한 에너지가 사용되어야 함을 의미한다. 그와 같은 공정은 미국 특허 제2,600,515호에 개시되어 있다. 그 공정에서는, 용광로 슬래그를 석회석과 혼합된 미세한 분말 혼합물로 시멘트 회전로에 공급하여 직접 회전로의 불꽃 중에 도입한다. 슬래그 분말은 연료, 즉 분탄, 중유 또는 가스와 함께 동시에 동일한 채널에 의해 취입된다. 그러한 공정에는 몇 가지 단점이 있다. 가장 심각한 단점 중의 하나는 재료를 회전로 중에 취입될 수 있도록 분쇄하고 건조시키는 데에 막대한 에너지가 소요되어야 한다는 것이다.
강 슬래그 및 용광로 슬래그 중의 다수의 화학 화합물들은 시멘트의 화학 화합물들과 공통된 것이고, 그들의 새성 열은 그 각각의 공정에서 이미 수득되어 있다. 미국 콘크리트 협회(The America Concrete Institute)는 용광로 슬래그를 다음과 같이 정의하고 있다:
용광로 슬래그는 용광로 중에서 철과 동시에 용융된 상태에서 형성되고, 칼슘 및 다른 염기의 규산염 및 규산 알루미늄염을 주성분으로 하는 비금속 생성물임.
1. 공냉 슬래그는 대기압 조건 하에서의 용융 슬래그의 응고에 의해 생성되는 재료로서, 응고면에 물을 도포함에 의해 후속되는 냉각을 촉진시킬 수 있음.
2. 팽창 슬래그는 용융 슬래그를 물, 또는 물과 다른 처리제, 예컨대 증기나 압축 공기, 또는 그 양자로 제어된 처리를 하여 수득되는 경량의 세포형 재료임.
3. 입상 슬래그는 용융 슬래그를 물 속에 침지하는 것 등에 의해 급냉시켰을 때에 생성되는 유리질의 입상 재료임.
본 발명의 경우, "용광로 슬래그"란 이후로 달리 언급하지 않는 한 팽창 슬래그 또는 입사화 슬래그가 아닌 "공냉 슬래그"를 지시하는 데에 사용된다.
CaO가 첨가되면, 그러한 생성물들은 회전로의 연소 구역에서 3CaO·SiO2(C3S), 2CaO·SiO2(C2S), 2CaO·Fe2O3(C2F), 4CaO·Al2O2·Fe2O3(C4AF) 및 3CaO·Al2O3(C3A)로 전환될 수 있다.
실제로 경험한 결과, 용광로 슬래그는 시멘트 회전로의 조업에 유해한 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 슬래그는 이미 열처리되어 그 대부분의 휘발성 물질, 즉 이산화탄소, 탄소, 휘발성 유기물 등이 제거된 것이기 때문에, 회전로로부터의 휘발성 물질의 방출이 개선된다. 그러나, 선행 기술에 언급된 바와 같이, 슬래그의 미분쇄, 세분 또는 분말화가 요구되기 때문에, 시멘트 제조 공정에 고비용의 단계가 부가된다. 또한, 입상 슬래그를 생성하는 데에는 매우 많은 비용이 든다.
본 발명은 전반적으로 긴 회전로(rotary kiln)에서 시멘트 클링커를 제조하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 회전로의 투입 단부에서 석회를 함유한 공급 원재료의 흐름에 용광로 슬래그를 첨가하여 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그를 회전로의 가열 단부의 열이 있는 쪽으로 이동시키고, 용광로 슬래그를 용융하고 원재료 중으로 확산시켜 시멘트 클링커를 생성하는 형식의 종래의 긴 습식 또는 건식 회전로에서 시멘트 클링커를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 전술한 목적 및 기타의 목적과 상세한 사항은 이후의 첨부 도면에 관한 상세한 설명에서 더욱 구체적으로 개시될 것이다. 첨부 도면들 중에서, 제1도는 원재료 및 용광로 슬래그가 함께 회전로의 투입 단부 중에 공급되는 본 발명에 따른 시멘트 클링커 새성용 회전로 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 제2도는 원재료 및 용광로 슬래그가 별개로 회전로의 투입 단부 중에 공급되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이며, 제3도는 원재료 및 용광로 슬래그를 결합된 혼합물로 회전로의 투입 단부 중에 공급하는 공정의 흐름도이고, 제4도는 원재료 및 용광로 슬래그를 회전로의 투입 단부 또는 공급 단부 중에 공급하는 또 다른 공정의 흐름도이다.
용광로 슬래그 중의 다수의 화학 성분 및 화학 화합물이 시멘트 제조 재료와 공통된 것이라는 사실은 오래전부터 인식되어 왔기 때문에, 그리고 용광로 슬래그는 대량으로 입수가 가능하기 때문에, 용광로 슬래그가 현재 요구되고 있는 분말 또는 입상물의 상태보다 훨씬 조대한 상태로 사용될 수 있다면, 그리고 용광로 슬래그가 회전로의 가열 단부 대신에 회전로의 공급 단부 중에 공급되는 원재료에 첨가될 수 있다면, 그러한 용광로 슬래그는 시멘트 제조 공정에 매우 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명은 그와 같은 용광로 슬래그의 용도와, 파쇄 및 선별되어 주된 입도가 실질저으로 직경 2 인치(5.08cm)에 달하는 조대한 샹태로 공급되는 각종의 용광로 처리 슬래그를 사용하는 방법 및 장치를 제공하는데, 그러한 본 발명에서는 조대한 용광로 슬래그가 회전로의 투입 단부 중에 원재료와 함께 공급됨에 의해, 슬래그의 입상화, 미분쇄, 분말화 또는 세분과, 회전로의 가열 단부로의 미세한 용광로 슬래그의 도입을 필요로 하는 데에 다른 단점을 감수하지 않고서도 선행 기술의 용광로 슬래그의 사용에 따른 제반 장점을 얻게 된다.
전술한 바와 같이, 본 출원인이 실제로 경험한 결과, 용광로 슬래그는 시멘트 회전로의 조업에 유해한 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 용광로 슬래그는 이미 열처리되어 그 대두분의 휘발성 물질, 즉 이산화탄소, 탄소, 휘발성 유기물 등이 제거된 것이기 때문에, 회전로로부터의 휘발성 물질의 방출이 개선된다. 그러한 용광로 슬래그의 선행 이력으로 인해, 요구되는 용광로 슬래그의 화학적 특성이 이미 제철 공정에서 수득되고, 그에 따라 시멘트 제조 공정에서의 에너지가 그대로 보존된다. 따라서, 그와 같은 슬래그를 사용하는 것은 여러 가지 면에서 유리하다.
첫째로, 전술한 바와 같이, 슬래그의 분쇄, 분말화 또는 세분이 불필요하다. 회전로에 공급되는 통상의 고급 재료에 대한 단지 미세한 화학 변화만을 수반한 채, 다량의 조대한 슬래그(본 명세서는, 주된 입도가 실질적으로 직경 2인치(5.08cm)에 달하는 용광로 슬래그로 정의됨)가 시멘트 클링커 조성물 중에 혼입될 수 있다. 단지, 2인치(5.08cm)를 넘는 슬래그 입자를 파쇄하여 선별하는 것만이 필요하다.
둘째로, 슬래그의 건조가 불필요하다. 고유 수분은 통상 1% 내지 6%의 범위이다. 습식법의 회전로 시스템에서는, 상당한 수분의 감소 및 절감이 실현된다.
건식법의 회전로 시스템에서는, 용광로 슬래그를 건조시킬 필요가 없다.
셋째로, 머드 링(mud ring) 또는 클링커 축적물로 인한 회전로의 폐색을 겪지 않는다. 습식법 회전로 및 건식법 회전로의 모두에서, 조대한 용광로 슬래그는 회전로를 통과하여 이동하면서 재료 축적물을 세척하는 효과를 발휘한다.
넷째로, 조대한 용광로 슬래그는 초기 원재료의 일부로서 사용되어 회전로의 공급 단부에서 회전로 중에 도입될 수 있다. 용광로 슬래그 및 습윤되거나 건조된 원재료는 별개의 재료로서 회전로의 공급 단부 중에 주입될 수 있고, 미리 배합되지 않고 함께 회전로의 공급 단부 중에 주입될 수도 있다.
다섯째로, 용광로 슬래그를 수용하기 위해 통상의 원재료에 대해서는 원재료 조성상의 단지 미세한 화학 변화만을 필요로 한다. 대체로, 이는 원재료의 석회 성분이 더욱 농후해야 함을 의미한다.
여섯째로, 조대한 용광로 슬래그의 화합물의 조직은 회전로 내에서의 열처리 중에 확산에 의해 시멘트 클링커의 조직으로 변하게 된다.
일곱째로, 용광로 슬래그를 사용할 경우, 용광로 슬래그의 융점이 낮고 용광로 슬래그의 분쇄 또는 분말화가 불필요하기 때문에, 상당한 에너지의 절감이 실현된다.
여덟째로, 시멘트 클링커 생산 증가율이 사용된 용광로 슬래그의 양에 거의 비례한다.
아홉째로, 용광로 슬래그의 휘발성 성분의 함량이 낮기 때문에, 회전로 공정의 환경 조건이 개선된다.
열번째로, 대량의 가용 용광로 슬래그의 주요한 용도를 제공하여 소위 용광로 슬래그의 처분에 따른 문제점을 피하게 되기 때문에, 용광로 슬래그의 재생에 의해 화경이 개선된다.
열한번째로, 에너지 절감 및 저가의 용광로 슬래그의 대량 공급으로 인해, 시멘트의 제조비가 실질적으로 감소된다.
따라서, 본 발명의 목적은 제철 공정의 부산물인 용광로 슬래그를 사용하여 시멘트 클링커를 제조하기 위한 개선된 회전로 조업 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조대한 용광로 슬래그를 시멘트 제조용 회전로의 공급 단부에서 그 회전로 중에 도입하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주된 입도가 실질적으로 직경 2인치(5.08cm) 이하인 조대한 용광로 슬래그를 사용하는 것이다.
즉, 본 발명은 공급 단부 및 가열 단부를 구비하고, 그 가열 단부가 공급 단부에 대해 하향으로 경사진 긴 시멘트 회전로를 사용하여 시멘트 클링커를 제조하는 방법으로서, 열원으로부터의 열을 회전로의 가열 단부로 유도하는 단계, 석회를 함유한 원재료의 흐름을 회전로이 공급 단부 중에 도입하여 회전로의 가열 단부의 열이 있는 쪽으로 이동시키는 단계, 및 파쇄되고 선별된 예정된 양의 용광로 슬래그를 회전로의 공급 단부에서 원재료의 흐름에 첨가하여, 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그가 회전로의 가열 단부 쪽으로 이동함에 따라, 용광로 슬래그가 용융되고 원재료 중으로 확산되어 시멘트 클링커를 생성하도록 하는 단계를 포함하는 시멘트 클링커 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 공급 단부 및 가열 단부를 구비하고 그 가열 단부가 공급 단부에 대해 하향으로 경사지는 시멘트 회전로, 회전로의 가열 단부에 배치되어 회전로의 내부를 가열하는 열원, 및 석회를 함유한 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그를 회전로의 공급 단부 중에 도입하여, 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그가 회전로의 가열 단부 쪽으로 이동함에 따라, 용광로 슬래그가 용융되고 원재료 중으로 확산되어 시멘트 클링커를 생성하도록 하는 이송 수단을 포함하는 시멘트 클링커 생성 장치에 관한 것이다.
본 발명은 파쇄되고 선별된 다양한 입도의 용광로 슬래그 원료가 회전로의 공급 단부에서 별개의 성분으로서 회전로 공급물에 첨가될 수 있도록 하는데, 용광로 슬래그 원료의 주된 입도는 최대 직경 2인치(5.08cm)에 달한다. 본 명세서에서 사용되는 "원료"용광로 슬래그라는 용어는 고체 상태의 용광로 슬래그를 파쇄하고 선별한다는 것 이외에는 전혀 다른 처리가 이루어지지 않은 용광로 슬래그를 의미한다. 용광로 슬래그의 대부분의 입자는 직경 2인치(5.08cm) 이하이다. 그러나, 입자 중의 일부는 직경 2인치(5.08cm)를 넘기 때문에, 주된 입도가 실질적으로 직경 2인치(5.08cm) 이하로만 되도록 하기 위해 파쇄 및 선별 공정이 필요하다. 본 발명에 의하면, 용광로 슬래그의 미분쇄, 분말화 또는 세분은 불필요하다.
본 발명은 이전의 시멘트 회전로 공정에서 인식되었던 것보다 더욱 조대한 상태의 각종의 용광로 슬래그를 사용하여, 용광로 슬래그의 화학 화합물, 즉 칼슘 등의 규산염 및 규산 알루미늄염의 원소등이 시멘트 클링커의 조성 부분으로 되도록 할 수 있는 방법을 제공한다. 당업자들이 이해하고 있는 바와 같이, 슬래그의 화학 특성은 시멘트의 전체 성분의 일부로서 받아들여질 수 있도록 제어되어야 하고, 그에 따라 원재료에 첨가되는 용광로 슬래그의 양은 원재료 및 그 화학 화합물에 맞춰 조절되어야 한다.
100% 용광로 슬래그의 실험로 연소 시험에서 용광로 슬래그의 융점을 측정 하였는데, 그 융점은 용광로 슬래그를 시멘트 회전로에 사용하는 데에 있어서의 핵심 요소이다. 표 1a 및 표 1b에 나타낸 바와 같이, 주된 입도가 2인치(5.08cm)에 달하는 상당히 큰 입도로 회전로의 공급 단부에 첨가될 수 있는 용광로 슬래그의 융점은 1400℃(2552℉)로 측정되었다.
표 1a 및 표 1b는 여러 온도로 가열되었을 때에 그러한 가열이 슬래그에 미치는 영향을 나타내고 있다. 표 1a 및 표 1b에 기재된 시험은 입도가 약 3/8인치(0.953cm)인 슬래그를 사용하여 각각의 온도에서 15분 동안 진행되었다. 그러한 시험 결과, 용광로 슬래그는 그 입도로 인해 회전로의 체인 부분에서의 슬러리의 축적, 머드 링의 생성 또는 분진 손실의 증가 등을 일으키지 않는다는 것을 알아냈다. 또한, 용광로 슬래그는 그 양에 의존하면서 수분 함량을 2.2% 이하 정도로 감소시킨다. 용광로 슬래그는 회전로의 배소 구역과 연소 구역과의 사이이 어느 지점에서 용융되기 시작하여 다른 원재료와 결합된다. 융점이 낮기 때문에, 다른 성분과의 화학 결합을 위해 그러한 재료의 80%가 200메쉬 스크린을 통과할 것을 요구하는 선행기술에서와 같은 재료의 분쇄, 분말화 도는 세분은 불필요하다. 비록 동일하지는 않지만 시멘트 클링커의 화합물과 유사한 칼슘 또는 다른 염기의 규산염 및 규산 알루미늄염은 이미 제철 공정 중에 용광로 슬래그에서 수득된다. CaO가 첨가되면, 그러한 화합물은 매우 적은 추가의 열에 의해 2CaO·SiO2(C2S), 3CaO·SiO2(C3S), 2CaO·Fe2O(C2F), 3CaO·Al2O3(C3A) 및 4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)로 전환될 수 있다. 이들은 시멘트 클링커의 주요 화학 화합물들이다.
[표 1a]
실험로 연소 실험
Figure kpo00001
[표 1b]
Figure kpo00002
본 발명의 장치는 제1도에 도시되어 있다. 그 장치(10)는 회전로(12)를 포함하고, 그 회전로(12)는 회전로(12)와 함께 회전하는 플랜지(14)에 의해 공지의 방식으로 지지되다. 회전로(12)는 공급 단부(16)와, 가열 단부 또는 연소 구역(18)을 구비한다. 가열 단부(18)는 당해 기술 분야에 널리 공지된 바와 같이 공급단부(16)에 대해 하향으로 경사진다. 연료원(20)은 회전로(12)의 가열 단부(18)에서 불꽃(22)을 생성하여 약 1500℃(2732℉)의 온도를 제공한다. 석회석, 점토, 모래 등과 같은 시멘트 원재료는 변속 컨베이어 벨트(24)에 의해 회전로(12)로 운반된다. 습윤 슬러리를 사용할 경우, 변속 컨베이어 벨트(24)는 원재료를 분쇄기(26)으로 이송하고, 다시 분쇄기(26)로부터 회전로(12)의 공급 단부(16)로 이송한다. 원재료는 회전로(12)를 통과하는 흐름(28)으로 불꽃(22)쪽으로 이동한다. 회전로(12) 내에서는 공지의 화학 공정이 일어나고, 시멘트 클링커(30)는 회전로(12)의 가열 단부(18)로부터 배출되어 후속 처리된다. 당해 기술 분야에 공지된 오염 제어 장치(32,34)가 회전로(12)의 가열 단부(18) 및 공급 단부(16)에 각각 배치된다. 가열 단부(18)에서는, 오염 제어 장치(32)로부터 폐가스(38)가 대기중으로 방출되고, 재생 폐기 생성물(40)의 회수된다.
공급 단부(16)에서는, 오염 제어 장치(34)가 방출될 폐가스를 제거하고, 도면 부호 42로 지시된 폐기 생성물을 재생한다.
본 발명에 있어서, 용광로 슬래그(44)는 변속 컨베이어 벨트와 같은 이송 장치(46)에 의해 회전로(12)의 공급 단부(16)에서 분진 호퍼(56)를 통해 공급되는 원재료(48)로 운반된다. 제어 장치(25)는 컨베이어 벨트(24,46)의 속도를 제어하여, 용광로 슬래그(44)를 그 화학 조성에 의존하여 원재료에 대한 적절한 비율로 공급한다. 그러한 제어 방식은 당해 기술 분야에 널리 주지된 것이므로, 본 명세서에서 상세히 설명하지는 않겠다.
제2도는 용과로 슬래그 및 원재료의 별개의 공급물을 회전로(12)의 공급 단부(16) 중에 공급하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 제2도에 있어서, 용광로 슬래그(50)는 호퍼(52)로 떨어져서 다시 이송 시스템(54)에 의해 상향으로 운반되고, 그 이송 시스템(54)에서 도면 부호 55로 지시된 바와 같이 분진 호퍼(56)를 통과하여 회전로(12)의 투입 단부(16)로 투입된다. 회전로의 투입 단부로의 재료 공급은 임의의 공지의 방식으로 수행될 수 있다. 마찬가지로, 원재료(58)는 호퍼(60)로 떨어져서 그 호퍼(60)에서 컨베이어 수단(62)에 의해 상향으로 운반되고 다시 도면 부호 64로 지시된 바와 같이 그 원재료를 회전로(12) 중에 공급하는 호퍼(56)로 떨어진다. 제1도의 장치나 제2도의 장치는 모두 원하는 결과를 가져온다.
표 2는 용광로 슬래그 더미로부터 임의로 추출한 용광로 슬래그 시료의 화학분석 결과를 기재하고 있다. 물론, 용광로 슬래그의 화학 분석은 슬래그에 따라 표 2의 값과는 다를 수 있다.
[표 2]
용광로 슬래그의 화학 분석 결과
Figure kpo00003
표 2로부터, 용광로 슬래그의 조성이 시멘트의 제조에 적합한 것을 알 수 있다.
표 3a 및 표 3b는 용광로 슬래그 0%, 석회석 89.67%, 셰일 4.42%, 모래 4.92% 및 광석 0.99%를 함유하는 원재료의 전형적인 혼합 조성의 산출 결과를 나타내고 있다.
[표 3a ]
용광로 슬래그 0%인 유형 1LA의 혼합 조성 산출 결과
Figure kpo00004
[표 3b]
Figure kpo00005
표 4a 및 표 4b는 용광로 슬래그 5%, 석회석 86.11%, 세일 4.14%, 모래 3.76% 및 밀 스케일(mill scale) 0.97%를 함유하는 시료의 혼합 조성의 산출 결과를 나타내고 있다.
[표 4a]
용광로 슬래그 5%가 첨가된 유형 1의 혼합 조성 산출 결과
Figure kpo00006
[표 4b]
Figure kpo00007
표 5a 및 표 5b는 용광로 슬래그 10%, 석회석 82.66%, 셰일 2.94%, 모래 3.32% 및 밀 스케일 1.08%를 함유하는 시료의 혼합 조성의 산출 결과를 나타내고 있다.
[표 5a]
용광로 슬래그 10%가 첨가된 유형 1의 혼합 조성 산출 결과
Figure kpo00008
[표 5b]
Figure kpo00009
표 6은 용광로 슬래그 15%, 석회석 74.22%, 셰일 1.68%, 모래 2.93% 및 밀 스케일 1.16%를 함유하는 시료의 혼합 조성의 산출 결과를 나타내고 있다.
[표 6]
용광로 슬래그 15%가 첨가된 유형 1의 혼합 조성 산출 결과
Figure kpo00010
표 7a 및 표 7b는 용광로 슬래그 30%, 밀 스케일 1.81%, 모래 0.33% 및 석회석 67.86%를 함유하는 시료의 혼합 조성의 산출 결과를 나타내고 있다.
[표 7a]
용광로 슬래그 30%가 첨가된 유형 1의 혼합 조성 산출 결과
Figure kpo00011
[표 7b]
Figure kpo00012
표 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6, 7a 및 7b는 용광로 슬래그(공냉 슬래그)가 시멘트 클링커 제조용 원재료로서 적합하다는 것을 명백히 확인해 주고 있다.
제3도는 원재료 및 요광로 슬래그가 회저로의 공급 단부에서 회전로 중에 들어가기 전에 제1도에 도시된 바와 같이 결합되는 본 발명의 방법을 나타내고 있다. 단계 76에서 원재료를 공급하고, 그 원재료를 단계 80에서 파쇄 및 선별되어 주된 입도가 실질적으로 최대 직경 2인치(5.08cm) 이하인 입자를 얻은 용광로 슬래그와 단계 78에서 결합한다. 이어서, 결합된 재료를 단계 82에서 회전로의 공급 단부 중에 공급한다.
제4도는 용광로 슬래그 및 원재료를 제2도에 도시된 바와 같이 별개로 회전로의 공급 단부 중에 공급하는 방법을 나타내고 있다. 그 경우, 단계 66에서 원재료를 공급하고, 단계 68에서 이송 수단에 의해 회전로의 투입 단부 또는 공급 단부로 이송한다. 용광로 슬래그는 단계 72에서 파쇄 및 선별되어 주된 입도가 최대 직경 2인치(5.08cm) 이하인 입도를 얻게 되고, 결과적으로 얻어진 최종 생성물을 단계 74에서 회전로의 투입 단부 또는 공급 단부로 이송한다. 단계 70에서 원재료 및 용광로 슬래그를 시멘트 클링커가 생성될 때까지 회전로 중에 가열한다.
전술한 바와 같이, 원재료와 함께 회전로의 공급 단부 중에 공급되는 조대한 용광로 슬래그를 첨가하여 시멘트 클링커를 생성하는 방법 및 장치를 개시하였다.
본 명세서에서, 조대한 용광로 슬래그는 주된 입도가 최대 직경 2인치(5.08cm)에 달하는 입자로 파쇄 및 선별된 용광로 슬래그로서 정의된다. 본 발명에 의해 여러 장점이 얻어진다. 슬래그의 분쇄, 분말화 또는 세분은 불필요하다. 회전로에 공급되는 통상의 공급 재료에 대한 단지 미세한 화학 변화만을 수반한 채, 주된 입도가 2인치(5.08cm)에 달하는 다량의 조대한 슬래그가 시멘트 클링커 조성물 중에 혼입될 수 있다.
슬래그의 건조는 불필요하다. 고유 수분은 통상 1% 내지 6% 범위이다.
습식법의 회전로 시스템에서는, 상당한 수분의 감소 및 절감이 실현된다. 건식법의 회전로 시스템에서는, 용광로 슬래그를 건조시킬 수 있지만, 그것이 필수적인 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 조대한 용광로 슬래그는 초기 원재료의 일부로서 회전로에 의한 시멘트 클링커 제조에 사용될 수 있다. 용광로 슬래그 및 습윤되거나 건조된 원재료는 별개의 재료로서 회전로의 공급 단부 중에 주입된다. 용광로 슬래그 및 원재료는 미리 배합되어 함께 회전로의 공급 단부 중에 주입될 수도 있다. 머드링 또는 클링커 축적물로 인한 회전로의 폐색을 겪지 않는다. 습식법 회전로 및 건식법 회전로의 모두에서, 조대한 용광로 슬래그는 회전로를 통과하여 이동하면서 재료 축적물을 세척하는 효과를 발휘한다.
용광로 슬래그를 수용하기 위해 통상의 원재료에 대해서는 원재료 조성상의 단지 미세한 화학 변화만을 필요로 한다. 대체로, 이는 원재료의 석회 성분이 더욱 농후해야 함을 의미한다. 조대한 용광로 화합물의 구조는 회전로 내에서의 열처리 중에 확산에 의해 시멘트 클링커의 구조로 변하게 된다. 용광로 슬래그의 분쇄, 분말화 또는 세분이 불필요하기 때문에, 본 발명을 사용하여 시멘트 클링커를 제조할 경우에 상당한 에너지의 절감이 실현된다. 시멘트 클링커 생산 증가율은 사용된 용광로 슬래그의 양에 거의 비례한다. 또한, 용광로 슬래그의 휘발성 성분의 함량이 낮기 때문에, 회전로 공정의 환경 조건이 개선된다. 또한, 용광로 슬래그의 재생에 의해, 환경이 개선될 뿐만 아니라, 용광로 슬래그가 저장을 위한 광대한 면적을 차지하기 보다는 오히려 용광로 슬래그의 유용한 활로가 제공된다. 그와 같은 용광로의 재생은 환경을 개선하고, 시멘트의 제조비를 실질적으로 감소시킨다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예와 연관하여 설명하였지만, 그러한 실시예는 본 발명의 범위를 전술된 특정의 형태로 한정하려는 것이 아니고, 오히려 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 규정된 본 발명의 사상 및 범위 내에 속할 수 있는 변형물, 수정물 및 균등물을 망라하는 것이다.

Claims (9)

  1. 공급 단부 및 가열 단부를 구비하고, 그 가열 단부가 공급 단부에 대해 하향으로 경사진 긴 시멘트 회전로를 사용하여 시멘트 클커를 제조하는 방법으로서,
    열원으로부터의 열을 상기 회전로의 가열 단부로 유도하는 단계;
    석회를 함유한 원재료의 흐름을 회전로의 공급 단부 중에 도입하여 회전로의 가열 단부의 열이 있는 쪽으로 이동시키는 단계;
    용광로 슬래그(공냉 슬래그)를 파쇄하고 선별하여 주된 입도가 최대 직경 2인치(5.08cm)에 달하는 입자를 얻는 단계; 및
    상기 파쇄 및 선별된 다량의 용광로 슬래그를 회전로의 공급 단부에서 원재료의 흐름에 첨가하여, 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그가 회전로의 가열 단부 쪽으로 이동함에 따라, 용광로 슬래그가 상기 열에 의해 용융되고 원재료 중으로 확산되어 시멘트 클링커를 생성하도록 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용광롤 슬래그를 원재료와는 별개의 재료로서 회전로의 공급 단부에 첨가하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용광로 슬래그 및 원재료를 회전로의 공급 단부 중에 도입하기 전에 배합하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    습식법 회전로를 사용하여 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그를 공급 받는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    건식법 회전로를 사용하여 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그를 공급 받는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용광로 슬래그는 칼슘의 규산염 및 규산 알루미늄염을 함유하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 제조 방법.
  7. 공급 단부 및 가열 단부를 구비하고 그 가열 단부가 공급 단부에 대해 하향으로 경사지는 시멘트 회전로;
    회전로의 가열 단부에 배치되어 회전로의 내부를 가열하는 열원; 및
    석회를 함유한 원재료의 흐름과, 주된 입도가 최대 직경 2인치(5.08cm)에 달하는 공냉 용광로 슬래그를 회전로의 공급 단부 중에 도입하여, 원재료의 흐름 및 용광로 슬래그가 회전로의 가열 단부 쪽으로 이동함에 따라, 용광로 슬래그가 상기 열에 의해 용융되고 원재료 중으로 확산되어 시멘트 클링커를 생성하도록 하는 이송 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이송수단은 상기 원재료를 상기 회전로의 공급 단부 중에 도입하는 제1이송 수단, 및 상기 용광로 슬래그를 원재료와는 별개로 상기 회전로의 공급 단부 중에 도입하는 제2이송 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2이송 수단에 결합되어, 선결된 화학 조성을 갖는 시멘트 클링커가 수득되도록 원재료에 대한 용광로 슬래그의 비율을 제어하는 제어 장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커 생성 장치.
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