KR100428840B1 - 수쇄슬래그의 물성 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 용융슬래그로부터 급냉에 의해 수쇄슬래그를 제조할 경우 이에 적량의 Ca0를 첨가하고 용융슬래그의 온도를 조절함에 따라 슬래그의 단위중량을 높일 수 있는 수쇄슬래그의 물성 향상방법에 관한 것으로,

즉, 고온의 용융슬래그에 Ca0를 첨가하되 슬래그의 중량비로 3.0 ~ 5.0% 범위내로 첨가하고, 용융 슬래그의 온도를 1370 ~ 1420℃ 범위로 조절한 후 냉각수와의 접촉에 의해 급냉시켜 미립상의 수쇄슬래그를 취제하는 것이다.

Description

수쇄슬래그의 물성 향상방법{Improvement Method of Properties of Water-Granulated Slag}

본 발명은 수쇄슬래그의 물성 향상방법, 보다 상세하게는 고로 용융슬래그로부터 급냉에 의해 수쇄슬래그를 제조할 경우 이에 적량의 Ca0를 첨가하고 용융슬래그의 온도를 조절함에 따라 슬래그의 단위중량을 높일 수 있는 수쇄슬래그의 물성 향상방법에 관한 것이다.

수쇄슬래그는 고로에서 용강을 제조할 때 고로의 주원료인 철광석과 부원료인 코크스중에 함유되어 있는 Si0₂와 Al₂0₃등의 산성산화물이 석회와 반응하여 생성된 고온의 용융 슬래그를 냉각수와 집적 접촉시켜 급냉시킨 것으로서, 그 구성요소가 98% 이상의 유리질 구조로 되어 있기 때문에 화학적으로 불안정하여 반응성이 매우 높은 물질이다.

이와같은 물성을 가지고 있기 때문에 알카리성 물질과 공존시키면 수화반응을 일으키는 잠재수경성(Latent hydrulic property)을 나타내므로, 강도 발생에 필요한 원료, 즉 시멘트 클린커의 주원료로 사용되고 있는 제철소의 대표적인 부산물이며, 수쇄슬래그의 성분은 Ca0와 Si0₂등의 주성분과 Mg0 와 MnO 등의 부성분으로 되어 있으므로 인체에 해로운 영향을 미치는 중금속 성분들을 거의 함유하고 있지 않고 있다.

이러한 물성을 가진 고로 수쇄슬래그는 상기 시멘트 클린커의 원료 이외에 규산석회질 비료 원료, 콘크리트용 잔골재 및 지반 개량제 등으로 활용되고 있다.

일반적으로 제철소 고로 공정에서 제조되는 고로 수쇄슬래그는 용융슬래그의 화학성분 및 용융슬래그 내에 함유되어 있는 가스, 그리고 취제시 사용하는 냉각수에 의한 수증기 영향 등에 의해 발포하는 특성을 나타내므로, 제조된 수쇄슬래그 내에 다량의 기공들이 생성하여 잔존하기 때문에 치밀한 조직을 나타내지 못하고 매우 연질한 조직을 하고 있다.

근래에 고로 슬래그의 용도로서 특히 관심을 모으고 있는 분야는 콘크리트 잔골재로서 천연모래를 대체할 수 있는 재료로서 활용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.

천연모래의 경우는 매우 치밀한 조직으로 되어있고, 단위중량 또한 1.60Kg/L 정도의 값을 나태내므로, 단위중량 당 1.0 ~ 1.2Kg/L의 값을 나타내는 수쇄슬래그를 천연모래를 대체할 수 있는 잔골재로 활용하기 위해서는 천연모래가 가지고 있는 치밀한 조직 및 높은 단위중량을 가지도록 물성을 개질할 필요성이 있는 것이다.

고로 수쇄슬래그를 천연모래 대체용의 잔골재로서 사용하기 위해 고로 수쇄슬래그가 가지고 있는 연질한 구조 및 단위중량에 대한 문제점을 해결하기 위하여제안되고 또는 실시되고 있는 종래의 방법으로 물리적인 마찰작용에 의해 입자를 가공하여 구형화 및 미립화하는 방법(일본 특개평7-330399), 용융 슬래그를 노즐경이 많은 턴디쉬를 통해 낙하시키는 방법(일본 특개소57-106545), 슬래그의 낙하 두께와 취제수의 압력을 조절하는 방법(일본 특개 2000-44297)등이 있다.

그러나 상기와 같이 기계적인 마찰작용에 의해 물리적으로 입자를 구형화, 미립화하는 방법은 수쇄슬래그내에 잔존하는 균열 및 가공에 의한 연질조직을 세립화하므로 보다 치밀한 조직으로 가공해야 될 필요성이 있었고, 마찰가공에 의해 미립분이 과다하게 발생되는 문제점이 있었다.

또한 슬래그를 노즐경이 많은 턴디쉬를 통해 낙하시키거나 두께를 제어하는 방법에는 이에 적합하도록 특별히 제작된 부대설비를 갖추어야 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 수쇄슬래그의 활용시에 발생된 문제점을 감안하여 고안된 것으로, 그 목적은 수쇄슬래그에 치밀한 조직을 부여하면서 단위중량을 높일 수 있는 수쇄슬래그의 물성 향상방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수쇄슬래그의 물성을 개질하는 방법에 있어서 고온의 용융슬래그에 Ca0를 첨가하되 슬래그의 중량비로 3.0 ~ 5.0% 범위내로 첨가하고, 용융 슬래그의 온도를 1370 ~ 1420℃ 범위로 조절한 후 냉각수와의 접촉에 의해 급냉시켜 미립상의 수쇄슬래그를 취제하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 수쇄슬래그의 물성 향상방법을 상세히 설명한다.

본 발명에서 용융슬래그에 첨가하는 Ca0의 양은 슬래그 중량비로 3.0 ~ 5.0% 범위로 첨가하고, 용융 슬래그의 온도를 1370 ~ 1420℃ 범위로 조절한 후 약 25℃의 냉각수와 접촉시켜 급냉시키므로서 미립상의 수쇄슬래그로 취제하는 것이다.

상기 Ca0의 첨가량이 3.0% 미만이 되면, 슬래그의 물성을 치밀하고 단위중량이 높은 슬래그로 제조할 수 없으며, 상기 5.0% 를 초과하여 과다로 첨가하면 용융슬래그의 점도가 온도에 따라 급격하게 변화하기 때문에 용융슬래그의 온도 조절이 용이하지 않게 되어 슬래그의 물성 개질, 즉 치밀한 조직을 가지면서 단위중량이 높은 슬래그로 제조할 수 없게 된다.

또한 본 발명에서는 용융슬래그의 온도를 1420℃ 이상으로 조절하여 제조할 경우에는 슬래그의 성상이 대부분 유리질로 생성하게 될 뿐만 아니라 치밀한 조직의 단위중량이 높은 슬래그로 제조할 수 없기 때문이다.

한편, 용융슬래그의 온도를 1370℃ 미만으로 조절하여 제조하면 슬래그의 급격한 점도 상승으로 인하여 슬래그의 유동성이 급격히 저하됨으로서 잔골재 입도에 적합한 미립상의 슬래그의 제조가 곤란하기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1 :

(본 발명예 1~5)

회전 용융로에서 용해한 고로 수쇄슬래그 1Kg에 Ca0를 각각 30g, 40g, 45g, 50g을 첨가하여 Ca0 첨가량을 슬래그 중량비로 각각 3.0%, 3.5%, 4.0%, 4.5%, 5.0%로 조절하였다. 그후 슬래그를 재가열하여 첨가성분을 완전히 용해시킨 후 슬래그 온도를 1401℃로 조절하여 약 25℃의 냉각수와 접촉시켜 급냉시키므로서 미립상의 수쇄슬래그를 각각 제조하였다.

상기 조건으로 제조한 수쇄슬래그의 물성은 단위중량 측정기를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(비교예 1~4)

1Kg의 용융 슬래그에 첨가하는 Ca0를 각각 10g, 20g, 60g, 70g씩을 첨가하여 Ca0의 첨가량을 슬래그 중량비로 1.0%, 2.0%, 6.0%, 7.0%로 각각 조절한 후 상기 본 발명예와 동일한 조건과 방법으로 실시하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(종래예 1)

회전 용융로에서 용해한 고로 수쇄슬래그 1Kg을 가열하여 용융시키고, 슬래그 온도를 1400℃로 조절한후 25℃의 냉각수와 집적 접촉시켜 급냉시키므로서 미립상의 수쇄슬래그를 제조하였다.

제조한 수쇄슬래그의 물성은 단위중량 측정기를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	슬래그 제조 조건	물성
	Ca0첨가량(슬래그 중량비%)	용융 슬래그온도(℃)	슬래그 단위중량(Kg/L)
발명예	1	3.0	1401	1.45
	2	3.5	〃	1.47
	3	4.0	〃	1.46
	4	4.5	〃	1.59
	5	5.0	〃	1.60
비교예	1	1.0	〃	1.24
	2	2.0	〃	1.35
	3	6.0	〃	1.34
	4	7.0	〃	1.36
종래예	1	-	1400	1.20

따라서, 상기 표 1에서 알수 있는 바와 같이 슬래그에 대한 Ca0 첨가량이 중량비로 3.0 ~ 5.0% 범위내로 조절하여 제조한 본 발명예 1~5의 경우는 종래예 1과 비교해 볼 때 단위중량값이 현저히 향상되었음을 알 수 있었으며, 또한 비교예(1~4)의 경우와 비교해 볼 때도 단위중량값이 현저히 개선 되었다.

특히 Ca0 첨가량을 4.5 ~ 5.0% 범위로 조절하여 제조한 경우에는 천연모래와 대등한 단위중량값을 나타내는 치밀한 조직의 수쇄슬래그로 물성을 개질할 수 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 수쇄슬래그의 물성, 특히 단위 중량값을 개질하기 위한 방법으로는 용융 슬래그에 Ca0 성분을 일정량 첨가해주는 것이 매우 효과가 있다는 사실을 알 수 있으며, Ca0의 첨가량을 슬래그 중량비로 3.0 ~ 5.0%범위, 보다 효과적으로는 4.50 ~ 5.0%범위로 조절하여 첨가하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

실시예 2 :

(본 발명예 6~8)

회전 용융로에서 용해한 고로 수쇄슬래그 1Kg에 Ca0를 45g 첨가하여 Ca0 첨가량을 슬래그 중량비로 4.5%가 되게 조절한 후 재가열 하여 첨가성분을 완전히 용해시킨 후 슬래그 온도를 1374℃, 1401℃, 1417℃로 각각 조절하여 25℃의 냉각수와 접촉시켜 급냉시키므로서 미립상의 수쇄슬래그를 각각 제조하였다.

제조한 수쇄슬래그의 물성은 단위중량 측정기를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

(비교예 5~7)

용융 슬래그의 온도를 1340℃, 1360℃, 1440℃로 각각 조절한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	슬래그 제조 조건	물성
	Ca0첨가량(슬래그 중량%)	용융 슬래그온도(℃)	슬래그 단위중량(Kg/L)
				발명예	6	4.50	1374	1.62
7	〃	1404	1.59
8	〃	1417	1.54
비교예	5	〃	1340	괴상형태
	6	〃	1360	괴상형태
	7	〃	1440	1.34

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 용융슬래그 온도를 1370 ~ 1420℃ 범위로 조절하여 제조한 본 발명예 6~8의 경우는 비교예 5~7과 비교해 볼 때 슬래그의 단위중량값이 현저히 향상되는 효과를 나타내고 있으며, Ca0 첨가량이 동일한 경우에는 용융 슬래그의 온도가 높아질수록 단위중량값은 점차 저하하는 경향을 나타내고 있다. 이는 용융 슬래그와 냉각수와의 온도차에 기인하는 것으로 추축되며 온도차가 커지면 발포현상이 촉진되는 사실에 기인하는 것으로 사료된다.

상기 발명예의 온도 범위이외의 조건에서 제조된 경우, 특히 1360℃이하인 경우에는 슬래그의 점도가 급격히 상승되어 냉각수와의 접촉에도 불구하고 미립상의 수쇄슬래그로 제조되지 못하고 큰덩어리 형태로 제조되어 진다는 사실을 확인할 수 있다.

따라서 슬래그의 물성을 개질하기 위해서는 용융 슬래그의 온도를 1370℃ ~ 1420℃ 범위로 조절하여 제조하는 것이 바람직 하다는 사실을 확인 할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 수쇄슬래그의 물성 향상방법은 고로에서 용강을 제조할 때 부산물로 얻게되는 수쇄슬래그를 조직이 치밀하고 단위중량이 높게 제조하므로써 천연모래를 대용하여 잔골재로 활용할 수 있는 효과가 있으며, 제조공정이 간단하여 생산비용을 절감함과 아울러 폐기물의 재활용으로 인하여 환경보호에 기여할 수 있는 장점도 있다.

Claims (1)

1. 고로에서 용강을 제조할 때 얻어지는 고온의 용융 슬래그에 Ca0를 첨가하되 슬래그의 중량비로 3.0 ~ 5.0% 범위로 첨가하고, 상기 용융 슬래그의 온도를 1370 ~ 1420℃범위로 조절하여 냉각수와의 접촉에 의해 급냉시켜 미립상의 수쇄슬래그를 취제함을 특징으로 하는 수쇄슬래그의 물성 향상방법.