KR100537345B1 - 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전로에서 발생되는 제강슬래그를 40mm 이하로 분쇄하는 단계; 탄산가스를 물에 용해시켜 pH 3.6~4.2의 탄산용액을 제조하는 단계; 및 상기 탄산용액의 pH가 6.5~7.0이 될때까지 상기 분쇄된 제강슬래그와 반응시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 제강슬래그 내의 프리 CaO를 안정화시켜 제강슬래그의 팽창을 억제시킬 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 일반 콘크리트에 비하여 해조류의 부착이 용이한 해양 구조물용 골재를 제공하는 추가적인 효과가 있다.
Description
본 발명은 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강슬래그에 탄산가스가 용해된 탄산용액을 반응시킴에 의하여 제강슬래그 내의 프리(free) CaO를 안정화시켜 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법에 관한 것이다.
용광로에서 생산된 용선에 산소를 취련하여 강을 만드는 전로제강 공정에서는 슬래그가 발생된다. 상기 슬래그는 용선중의 규소 및 인이 산화되어 SiO2, P2O5가 되고 이것을 제거하기 위하여 생석회를 투입함으로써 생성된다. 상기와 같이, 취련이 진행됨에 따라 생성된 SiO2, P2O5, Fe2O3 등의 산성산화물과 생석회가 반응하여 슬래그가 형성되는데, 이때 투입된 생석회의 일부는 슬래그가 되지않고 미용해 상태로 남는 경우가 있으며, 이것이 프리 CaO이다. 한편, 완전히 슬래그로 되어도 슬래그 구성광물 중의 3 CaOㆍSiO2 등은 상전이과정에서 CaO를 석출하게 된다.
이와 같이 생성된 프리 CaO는 제강슬래그를 골재, 로반재 등으로 활용할때 물과 반응하여 Ca(OH)2로 되면서 제강슬래그의 부피팽창을 야기하게 된다. 따라서, 제강슬래그를 활용하기 위해서는 상기 프리 CaO를 안정화시켜 슬래그의 팽창율을 저감시켜야 한다.
제강슬래그의 팽창율을 저감시키기 위한 종래기술은 크게 자연 에이징 처리방법, 수증기 에이징 처리방법, 온수 에이징 처리방법, 적토첨가 처리방법, 슬래그 개질방법으로 구분된다.
먼저, 상기 자연 에이징 처리방법은 소정의 입도로 파쇄한 제강슬래그를 쌓아두고 대기 중의 수분, 우수 등에 의해서 프리 CaO를 Ca(OH)2로 안정화시키는 방법이다. 그러나, 상기 자연 에이징 처리방법은 통상 1년 이상의 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
상기 수증기 에이징 처리방법의 대표적인 기술로는 일본 공개특허공보 소61-101441호가 있다. 상기 종래기술은 소정 입도로 분쇄된 제강슬래그를 쌓아두고 고온의 증기를 48시간 이상 불어 넣으면서 프리 CaO를 Ca(OH)2로 안정화시키는 방법이다. 그러나, 이러한 방법도 48시간 이상의 처리가 필요하다는 문제점이 있다.
상기 온수 에이징 처리방법의 대표적인 기술로는 일본 공개특허공보 평3-13517호가 있다. 상기 종래기술은 소정입도로 분쇄된 제강슬래그를 온수에 침적시켜서 자유 CaO를 Ca(OH)2로 안정화시키는 방법이다. 그러나, 이 방법도 48시간 이상의 처리시간이 필요하다는 문제점이 있다.
상기 적토 첨가 처리방법의 대표적인 기술로는 일본 공개특허공보 소57-2768호가 있다. 상기 종래기술은 용융상태의 전로슬래그 또는 전기로 슬래그에 적토를 첨가하여 자유 CaO를 소실시켜 슬래그의 팽창성을 안정화시키는 방법이다. 그러나, 상기 적토는 용융상태에서 첨가하여야 하므로 슬래그의 염기도를 저하시키게 되고, 이에 따라 전로 등의 내화물을 손상시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
상기 슬래그 개질방법의 대표적인 기술로는 일본 공개특허공보 평9-157765호, 평10-121121호, 평10-88220호, 평6-256045호, 평8-12385호 및 평5-271740호가 있다.
상기 일본 공개특허공보 평9-157765호는 용융슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.7 이상 1.2 이하의 범위에서 MgO 함유량이 30% 이상이 되도록 마그네시아질 원료를 첨가하는 방법이다, 그러나, 이 조성슬래그는 자유 MgO를 다량 함유하므로써, 비록 반응속도는 느리나 상기 자유 MgO가 Mg(OH)2로 바뀌면서 팽창하는 문제점이 있다.
상기 일본 공개특허공보 평10-121121호는 정련 처리중에 CaO, SiO2, Al2O3 소스(source)를 투입하여 (CaO[%]/SiO2[%])≥2.2,{CaO[%]/(SiO2[%]+Al2O3
[%])≤2.0이 되도록 성분을 조정하여 자유 CaO에 의한 팽창을 저감하는 방법에 관한 것이다. 그러나, 상기 종래기술도 Al2O3 농도가 낮으면 자유 CaO 가 생성되고 MgO가 높을 경우에는 자유 MgO가 생성되는 문제점이 있다.
상기 일본 공개특허공보 평10-88220호는 슬래그 중의 (CaO[%]/SiO2[%]) ≥3.0, (Al2O3[%]/MgO[%])≥1.3로 하여 팽창을 저감하는 방법에 관한 것이다. 그러나, (Al2O3[%]/MgO[%])≥1.3이 되지 않으면 안되므로 슬래그 융점이 저하하여 내화물을 침식시키는 문제점이 있다.
상기 일본 공개특허공보 평6-256045호는 슬래그중 MnO농도를 6% 이상 또는 T-Fe 농도를 20% 이상으로 하여 팽창을 억제하는 방법에 관한 것이다. 그러나, MnO 함유원료는 고가이므로 현실성이 없고, T-Fe 20% 이상도 전로 취련중 소프트 블로잉(soft blowing)하여 용철을 산화시킨 것이므로 결국 철분 손실로 인하여 경제성이 없는 문제점이 있다.
상기 일본 공개특허공보 평8-12385호 및 평5-271740호는 전로내에 SiO2 소스(source)를 투입하여 개질하는 방법에 관한 것이다. 그러나, 상기 종래기술 역시 SiO2가 염기성 마그네시아 연와와 접촉할 경우 내화물이 심하게 침식되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술이 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제강슬래그에 탄산가스가 용해된 탄산용액을 반응시킴에 의하여 제강슬래그 내의 프리(free) CaO 를 안정화시켜 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
전로에서 발생되는 제강슬래그를 40mm 이하로 분쇄하는 단계;
탄산가스를 물에 용해시켜 pH 3.6~4.2의 탄산용액을 제조하는 단계; 및
상기 탄산용액의 pH가 6.5~7.0이 될때까지 상기 분쇄된 제강슬래그와 반응시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 분쇄된 제강슬래그에 탄산가스가 용해된 탄산용액을 반응시켜 제강슬래그내의 프리 CaO를 중탄산칼슘으로 제거하거나, Ca(OH)2로 안정화시켜 전로슬래그의 팽창을 획기적으로 저감하는데 특징이 있다.
먼저, 전로에서 발생되는 제강슬래그를 분쇄한다. 이때 분쇄는 이후의 탄산용액과의 반응을 용이하게 하기 위한 것으로, 그 입도는 따로 제한되지는 않는다. 다만, 상기 분쇄시 제강슬래그의 입도를 40mm 이하로 제한하면, 이후에 재분쇄하는 공정이 추가되어야 하므로, 상기 제강슬래그의 입도는 40mm 이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.
이후, 탄산가스를 물에 용해시켜 pH 3.6~4.2의 탄산용액을 제조한다. 상기 탄산용액의 pH는 3.6이 되면 거의 포화가 된 것이고, 4.2를 초과하면 반응에 필요한 탄산용액의 양이 많아지므로, 상기 탄산용액의 pH는 3.8~4.2로 제한하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 탄산용액을 분쇄된 제강슬래그와 반응시킨다. 이때, 탄산용액을 제강슬래그에 분사하여 반응시키면 제강슬래그 표면에 발생될 수 있는 탄산화막의 생성을 억제할 수 있어 보다 바람직하다.
상기와 같이 탄산용액과 제강슬래그가 반응하면, 중화반응에 의하여 pH가 계속적으로 상승하게 된다. 상기 탄산용액의 pH가 6.5~7.0이 되면 상기 반응이 완료된 것이므로, 반응을 중단시키면 된다. 상기 반응중단시 탄산용액의 pH가 6.5 미만이면 반응이 완료되지 않은 것이고, 7.0을 초과하면 알카리성 용액이 되는 것이므로, 상기 반응중단시 탄산용액의 pH는 6.5~7.0으로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명을 통하여 안정화된 제강슬래그는 일반적인 콘크리트 등의 골재로 사용이 가능하다. 특히, 본 발명의 제강슬래그는 해양용 구조물의 골재로 이용되면 보다 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
일반적으로, 해조류는 고 pH인 일반콘크리트에는 빨리 부착되지 않고 적어도 6개월 내지 1년이 지나야 부착되게 된다. 본 발명의 제강슬래그는 탄산용액으로 안정화시킴에 의하여 pH가 낮게 관리가 되며, 따라서 해조류 등의 부착이 일반적인 콘크리트에 비하여 용이하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
40mm 이하의 입도로 분쇄된 제강슬래그와 하기 표 1의 pH를 갖는 탄산용액을 반응시켰다. 반응후의 탄산용액의 pH가 하기 표 1의 pH가 되었을때, 상기 반응을 중단시켰다. 이후, 상기와 같이 안정화된 제강슬래그를 수침팽창시험하여, 팽창정도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
이때, 탄산용액과 제강슬래그를 반응시키는 방법으로는 탄산용액에 제강슬래그를 침적시키는 방법과 제강슬래그에 탄산용액을 분사하는 방법을 사용하였다.
이때, 제강슬래그에 탄산용액을 분사시키는 방법에서는, 분사가 끝난 탄산용액을 처리장 주위에 설치된 측구를 통하여 수집한 후에 다시 탄산가스를 주입하여 탄산가스를 포화시킨 다음 분사하는 방법을 사용하였다.
| 구분 | 반응전탄산용액의 pH | 반응후탄산용액의 pH | 반응방법 | 팽창정도 | 비고 |
| 발명예1 | 3.6 | 6.5 | 침적 | ◎ | - |
| 발명예2 | 4.2 | 6.9 | 분사 | ◎ | - |
| 비교예1 | 4.4 | 6.2 | 분사 | △ | 반응이 완료되지 않음 |
| 종래예 | - | - | - | × | - |
| -◎: 팽창이 거의 발생하지 않음-△: 팽창이 약간 발생함-×: 팽창이 많이 발생함 | |||||
상기 표 1에서, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예1 및 발명예2는 팽창이 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있었다.
그러나, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예1의 경우 팽창이 약간 발생하였으며, 반응도 완료가 되지 않았다.
또한, 탄산용액으로 처리하지 않은 종래예의 경우 많은 팽창이 발생하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 제강슬래그 내의 프리 CaO를 안정화시켜 제강슬래그의 팽창을 억제시킬 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면 일반 콘크리트에 비하여 해조류의 부착이 용이한 해양 구조물용 골재를 제공하는 추가적인 효과가 있다.
Claims (3)
- 전로에서 발생되는 제강슬래그를 40mm 이하로 분쇄하는 단계;탄산가스를 물에 용해시켜 pH 3.6~4.2의 탄산용액을 제조하는 단계; 및상기 탄산용액의 pH가 6.5~7.0이 될때까지 상기 분쇄된 제강슬래그와 반응시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 탄산용액을 제강슬래그에 반응시킬때, 탄산용액을 제강슬래그에 분사하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 제강슬래그의 팽창을 저감시키는 방법.
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