KR100398414B1

KR100398414B1 - 폐내화물을이용한전로슬래그의팽창성저감방법

Info

Publication number: KR100398414B1
Application number: KR10-1998-0057617A
Authority: KR
Inventors: 김형석; 조용말; 변태봉; 배우현; 한기현
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2003-12-18
Also published as: KR20000041663A

Abstract

폐내화물을 이용한 전로 슬래그의 팽창성 저감방법이 제공된다.

폐내화물내의 알루미나를 이용하여 전로 슬래그를 개질시켜 융점 및 점성을 낮추어 응고 및 불균질화를 최소화하고 슬래그내의 유리석회 함량을 저감시켜 슬래그자체의 팽창성을 크게 저하시켜 슬래그를 토목용 골재등으로 사용하기 쉽게 한다.

Description

폐내화물을 이용한 전로슬래그의 팽창성 저감방법{A METHOD OF REDUCING EXPANSIBILITY OF LD SLAG BY USING WASTE REFRACTORY}

본 발명은 전로슬래그의 팽창성 저감방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 제철소에서 발생되는 부산물의 일종인 전로슬래그에 알루미나계 폐내화물을 첨가하여 전로슬래그의 부피 팽창성을 저감시켜 토목용 골재 등으로 사용시 그 활용성을 개선시키는 것에 관한 것이다.

전로 슬래그는 제철소내 제강공정에서 발생되는 부산물로서 하기 표1의 성분으로 조성되어 있으며, 용융상태로 발생한 후 냉각 고화되면 검은색의 암석과 같은 괴상형태를 갖는다.

전로슬래그의 화학조성(중량 %)

구 분	FeO	CaO	SiO₂	MgO	MnO	Al₂O₃	P₂O₅	TiO₂
전로슬래그	13∼28	37∼48	7∼14	5∼11	3∼5	2∼6	1∼3	1∼2

상기 표1에서 알 수 있는 바와 같이, 전로슬래그를 조성하고 있는 주요성분은 CaO,SiO₂및 Fe 산화물이며, 그중 가장많은 함량을 표시하고 있는 것은 CaO 이다. CaO는 SiO₂, Al₂O₃, FeO 등의 타성분들과 결합하여 안정한 화합물을 형성하기도 하지만, 타성분에 비하여 그 함량이 많기 때문에 타성분과 화합물을 형성하지 못하는 잔류 CaO로 남기도 한다. 이들 잔류 CaO는 유리석회(free CaO) 상태로 남아 있을 수 있으며, 고온상태에서 타성분과 화합물을 형성하고 있었던 CaO중에서도 냉각됨에 따라 그 일부가 유리 석회로 석출되기도 한다.

이같은 경로를 통해 전로 슬래그내에 잔존하는 유리석회는 다음과 같이 수분과 반응하여 수산화칼슘을 형성한다.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

상기 수화반응은 약 2배의 부피팽창을 수반하는 바, 유리석회가 포함되어 있는 전로슬래그를 골재로 사용하는 경우 유리석회의 부피팽창으로 인해 전로슬래그를 골재로 사용한 구조물의 균열이나 붕괴를 가져올 수 있는 것이다.

따라서 전로 슬래그를 골재로 사용하기 위해서는 이같은 팽창성을 안정화시키거나, 사전에 시효처리(aging)을 하여 미리 팽창시킨 후 사용해야 하는 것이다.

이를 위해 통상 전로슬래그는 전로취련후 슬래그 포트에 옮겨져 슬래그 배재장으로 이동되어 배재되고 용융상태로 배재된 전로슬래그는 대기중에 그대로 방치되어 자연 냉각과정을 거쳐 고화된 다음 최종적으로 냉각수살포에 의해 강제 냉각된다. 냉각된 슬래그는 슬래그 파쇄설비로 옮겨져 파쇄 및 입도분리공정을 거친 후 각입도 별로 각각의 활용처로 운송되며, 골재로 활용시에는 6개월 이상의 자연시효처리과정을거친 후 사용하게 되어 재활용까시는 장시간의 기간이 소요되는 것이다.

최근에는 이같은 장기간의 시효처리기간을 단축시키기 위하여 증기에 의한 강제 시효처리를 하는 방안이 제시되어 실시되고 있기도 하며, 보다 기간을 단축하기 위하여 오토크래브(autoclave)에서 고압의 증기를 사용하여 시효처리를 하기도 한다. 그러나 이같은 강제시효처리는 별도의 설비가 필요할 뿐만 아니라 이로 인한 원가상승의 문제점도 있는 것이다.

따라서 보다 간단하고도 저렴한 방법으로 전로슬래그를 처리하는 방안이 요구되는 것이다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 전로슬래그 시효처리에 있어서의 문제점을 해결한 보다 개선된 전로슬래그 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 시효처리과정을 거치지 않고도 전로슬래그를 골재로서 활용하기에 적합하도록 그 팽창성을 저감시키는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 전로슬래그 팽창성 저감방법은, 용융상태의 전로슬래그에 알루미나성분의 량이 전로슬래그 중량비로 5%이상 30%이하가 되도록, 입도 1∼10mm인, 알루미나계 폐내화물을 투입함을 포함한다.

본 발명자는 용융상태의 전로슬래그를 슬래그포트에 배재하기 전에 포트내에 미리 적접입도의 알루미나계 폐내화물을 투입해 두고, 그 위에 용융전로슬래그를 배재하면 알루미나계 폐내화물이 통용슬래그 내부로 녹아들어가 개질과정을 거침으로써 유리석회량을 감소시켜 부피 팽창성이 적은 슬래그골재를 제조할수 있다는 것에 착안하여 연구를 계속한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 발명에 의하면, 전로슬래그의 냉각시 유리석회 결정의 석출을 억제하여 부피팽창을 저감시켜 안정화시킴으로써 전로슬래그의 골재로서의 활용성을 높이고자 하는 바, 그 방법으로서 알루미나계 폐내화물을 개질재로서 사용하는 것이다.

사용되는 개질재는 용융슬래그내에서 완전히 용융되어 균질화됨으로써 전로슬래그중의 CaO와 화합물을 형성하여 냉각중에도 유리석회가 보다 적게 석출되게 함으로써 전로 슬래그를 안정화시켜야 한다.

그러나, 상온의 차가운 개질제를 용융슬래그에 어느량 이상 투입하게 되면 슬래그의 온도가 저하되거나, 혹은 개질재의 특성에 의해 슬래그의 융점이 높아지게 되면 개질재가 슬래그내부에 균질하게 용융되기 전에 점성이 커져 응고를 일으키게 되면 개질재로서의 특성을 발휘하지 못하게 된다. 따라서 투입되는 개질재는 가능한 소량을 사용하더라도 효과가 있는 것이 좋으며, 개질재의 투입에 따라 슬래그의 융점이 하강하면서 점성이 적어져야 하며, 제철소의 부산물인 슬래그의 안정화를 위해 사용하는 것이기 때문에 그 값이 저렴하여야 하는 것이다.

이같은 관점에서 본 발명자는 알루미나계 폐내화물이 이같은 개질재로서 가장 적합하다는 것을 발견하였다.

일반적으로 알루미나계 폐내화물은 그 종류가 매우 많으나 그중에 한 예에 대한 구성 성분 및 함량을 나타내었다.

단위: 중량%

성 분	Al₂O₃	SiO₂	Fe₂O₃	CaO	MgO
함량(%)	88.07	9.27	2.24	0.30	0.70

상기 표2에 의한 바와 같이 알루미나계 폐내화물중에는 알루미나가 가장 많이 함유되어 있으며, 이같은 알루미나성분이 용융상태의 전로슬래그와 혼합되게 되면 3CaOㆍAl₂O₃, 4CaOㆍAl₂O₃ㆍFe₂O₃등과 같은 알루미나계 화합물이 형성되면서 슬래그에 함유되어 있는 유리 석회분을 소진하게 되는 것으로 사료된다.

상기와 같은 반응에 의해 전로 슬래그가 개질되고 유리석회량을 감소시켜 슬래그의 부피팽창율이 적어지게 되는 것이다.

본 발명에 사용되는 폐내화물은 그 입도가 1∼10mm범위인 것이 좋으며, 1mm보다 작을 경우에는 분진이 발생하여 작업 환경이 나빠지며, 10mm이상일 경우에는 용해 속도가 느려 반응성이 떨어지게 되므로 바람직하지 않다.

또한 폐내화물의 투입량은 내부에 함유된 알루미나에 따라 달라지는데, 알루미나 첨가량이 전로슬래그의 중량기준으로 5%이상 30%이하가 되도록 투입되는 것이 좋다. 5%이하로 투입되면 개질 효과가 미미하게 되는 문제점이 있으며, 30%이상 투입되게 되면 용융 슬래그가 함유된 열만으로 첨가재를 균질하게 용융시키지 못하게 되는 문제가 생길 우려가 있다.

상기와 같이 전로슬래그에 알루미나계 폐내화물을 투입하게 되면 전로 슬래그가 개실되어 융점 및 유동전이 예를 들어 약 50℃정도 하강되며, 보다 낮은 온도에서 유동성이 확보되어 개질재의 용융균질화에도 기여하는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명한다.

<실시예 1>

본 실시예에서는 개질재로서 폐내화물 대신 각각 5, 10, 15%의 시약급(98%) 알루미나분말을 상기 표1의 조성을 갖는 전로 슬래그에 혼합시켜 그 융점 및 유동점 변화를 관찰하였으며, 그 결과를 하기표3에 나타내었다.

구분	전로슬래그	전로슬래그 +5% 개질재	전로슬래그 +10% 개질재	전로슬래그 +15% 개질재
융점(℃)	1354	1334	1313	1305
유동점(℃)	1355	1335	1320	1310

상기와 같이 개질제가 투입되지 않은 전로슬래그의 경우 그 융점이 1354℃로 관찰된 반면, 알루미나 투입량이 증대됨에 따라 융점은 하강하여 알루미나량을 15% 투입시 약 1305℃까지 융점이 떨어져 개질재를 투입하지 않은 경우에 비하여 약 50℃가 하강됨을 알 수 있다. 유동점 역시 이같은 경향을 보이면서 약 1335℃에서 1310℃까지 하강되었다.

따라서 개질재로서 알루미나계 폐내화물을 사용할 경우 용융슬래그 자체의 융점이 낮아져서 열보상 문제를 일으킬 가능성이 적고, 또한 보다 낮은 온도에서의 유동성을 확보할 수 있기 때문에 개질재의 용융균질화 가능성이 큰 것으로 사료되는 것이다.

<실시예 2>

실시예 1에서 사용된 혼합비로 전로슬래그와 알루미나 분말을 혼합하여 회전용융로를 사용하여 용융시킨후 자연냉각시켜, 시료별로 열중량분석을 실시하여 375∼475℃사이에서의 감량과 이를 토대로 하여 유리석회 함량을 산출하였다. 이때 열중량분석 결과는 각시료별로 2번씩 분석을 실시하여 그 산술평균값을 취하였다. 그리고, 같은 시료를 써서 KS F 2320의 방법에 의해 80℃ 온수에서 수침팽창율을 측정하였다. 그 결과를 하기표4에 나타내었다.

구 분	알 루 미 나 첨 가 량 (%)
구 분	0 %	5 %	10 %	15 %
유리석회(%)	3.2	1.1	0.6	0.5
팽창율(%)	2,3	0.5	0.3	0.2

표3 및 4의 결과에서 알 수 있는 바와 같이 용융상태의 전로슬래그에 알루미나계 폐내화물을 사용하여 개질하면 슬래그 자체의 융점 및 점성을 낮추어서, 개질재 투입시 부분적인 응고현상 및 불균질화를 최소화시켜 슬래그내의 유리석회 함량의 저감을 용이하게 하여 결국은 슬래그 자체의 팽창성을 상당히 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본발명의 방법에 대한 폐내화물을 활용하여 전로슬래그를 개질하게 되면 전로슬래그를 안정화시켜 활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 시효처리를 위한 별도의 설비투자도 필요없으며 발생된 부산물인 전로 슬래그를 단시간내에 골재 등으로 사용가능하다는 잇점이 있는 것이다.

Claims

전로슬래그를 슬래그포트에 배재하기전에, 알루미나 성분의 량이 전로슬래그의 중량기준으로 5%이상 30%이하되는 량으로 입도 1~10mm인 알루미나계 폐내화물을 포트내에 미리 투입해 두고, 그 위에 용융상태의 전로슬래그를 배재하여 알루미나계 폐내화물을 투입함을 포함하는 폐내화물을 이용한 전로슬래그의 팽창성 저감방법.