KR101010606B1 - 전기로 슬래그 골재 재활용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 공정에서 발생되는 슬래그의 재활용에 관한 것으로, 전기로에서 발생된 슬래그를 수거하여 냉각한 후 이를 파쇄, 비중분리, 자선분리함으로써 자원으로 재활용하는 방법에 있어서, 상기 자선분리된 상태의 슬래그를 다시 한번 비중분리하여 슬래그 골재와 슬래그 슬러지로 분리하는 과정과; 분리된 슬래그 골재는 일정기간 동안의 양생을 거쳐 분급된 후 2mm 이상의 입도를 갖는 골재는 아스콘재나 노반재로 활용되고, 2mm 이하의 입도를 갖는 골재는 벽돌용이나 레미콘용으로 활용되도록 하는 과정을 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면 양생 및 분급하지 않았을 때의 문제점인 아스콘용 골재 활용시 아스팔트 소모량 증가 및 레미콘용 골재로 활용시 문제점인 표면 부분 터짐현상을 방지할 수 있다.

슬래그, 산화슬래그, 환원슬래그, 비중분리, 자선분리, 양생, 분급

Description

전기로 슬래그 골재 재활용방법{METHOD FOR RECYCLING OF ELECTRIC FURNACE SLAG AGGREGATE}

도 1은 본 발명에 따른 슬래그 골재 재활용방법을 보인 플로우챠트.

본 발명은 전기로 공정에서 발생되는 슬래그의 재활용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기로 공정에서 부산물로 배재되는 산화슬래그 혹은 환원스래그를 간단한 처리공정을 통해 함유된 염기도에 상관없이 전량 수거하여 자원으로 재활용할 수 있도록 한 전기로 슬래그 골재 재활용방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로 공정에서 발생되는 슬래그는 산화공정에서 발생되는 산화슬래그(전기로 슬래그)와 환원공정에서 발생되는 환원슬래그(정련로 슬래그)로 구분된다.

이들 슬래그는 각각 또는 혼합되어 분쇄된 후 그 속에 함유된 지금(SKULL) 성분을 분리해 내기 위해 습식 비중분리를 거친 후 자선분리를 거쳐 입자가 약간 굵은 골재와 미세한 슬러지로 분리된다.

이때 발생된 약간 굵은 골재는 대부분 4~5mm 이하의 골재로 제조되며, 건조 된 후 벽돌용 골재나 레미콘용 골재 혹은 시멘트 첨가재 등으로 활용된다.

한편, 전기로 공정에서는 돌로마이트계 염기성 내화물을 내화재로 주로 사용하고 있으며, 슬래그 형성 및 내화물 보호를 위하여 생석회 및 백운석을 전기로에 첨가하고 있다.

뿐만 아니라, 조업시 전력원단위를 절감하기 위하여 전기로나 정련로 공정에서 저온 조업을 하는 경향이 많으며, 업체간 경쟁력 확보를 위하여 저온 조업이 대부분 이루어지고 있는 추세이다.

경우에 따라서는, 페로-크롬 특수강과 같이 고염기도(CaO/SiO₂ 비) 조업이 요구될 때도 있는데 이러한 경우에는 생석회 및 백운석 사용량이 페로-크롬-니켈 특수강 제조시 보다 많게 되므로 이때 만약 저온 조업을 하게 되면 배재되는 슬래그에 미재화된 생석회 및 백운석 입자들이 포함된 슬래그가 배출되게 된다.

이와 같이, 배출된 슬래그도 상술한 처리공정을 거쳐 골재로 제조되게 된다.

그런데, 상기와 같은 형태로 발생되는 슬래그가 생산되는 강종에 따라 구분되어 배출된다면 그 활용범위를 더욱 넓힐 수 있겠으나 부득이하게도 조업 특성상 저염기도 조업과 고염기도 조업에서 발생되는 슬래그가 혼합되어 배재되고 있어 그 활용도가 극히 제한적인 단점을 가진다.

따라서, 이들 슬래그를 처리하여 골재로 재활용할 경우 고염기도 조업시나 저온 조업 등에서 발생되는 전기로 슬래그를 분쇄하여 지금 및 자선 분리후 발생되는 슬래그를 벽돌용 골재나 레미콘용 골재로 이용할 때 상기에 언급한 미재화된 CaO나 MgO 성분으로 인하여 벽돌에 크랙이 발생하여 쪼개지는 현상이나 레미콘 콘크리트 타설후 벽면에서 부분 터짐현상(국부적 부피팽창)이 발생하여 재활용될 수 있는 슬래그양이 극히 줄어들게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 파쇄, 습식 분급된 슬래그 골재를 가능한 짧게 양생시킨 후 2mm 체분급을 실시하여 2mm 이하의 골재는 부분적인 팽창이 문제되는 레미콘용 골재로 재활용하도록 하고, 2mm 이상의 골재는 부분적인 팽창이 크게 문제되지 않고 전체적인 팽창비가 규격에 합당할 경우 아스콘 골재 또는 도로용 로반재로 재활용함으로써 수거된 슬래그 전량을 자원으로 재활용할 수 있도록 한 전기로 슬래그 골재 재활용방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 전기로에서 발생된 슬래그를 수거하여 냉각한 후 이를 파쇄, 비중분리, 자선분리함으로써 자원으로 재활용하는 방법에 있어서, 상기 자선분리된 상태의 슬래그를 다시 한번 비중분리하여 슬래그 골재와 슬래그 슬러지로 분리하는 과정과; 분리된 슬래그 골재는 일정기간 동안의 양생을 거쳐 분급된 후 2mm 이상의 입도를 갖는 골재는 아스콘재나 노반재로 활용되고, 2mm 이하의 입도를 갖는 골재는 벽돌용이나 레미콘용으로 활용되도록 하는 과정을 더 포함하여 구성되는 전기로 슬래그 골재 재활용방법을 제공함에 그 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 슬래그 골재 재활용방법을 보인 플로우챠트이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬래그 재활용을 위해 먼저, 전기로 공정에서 생산되는 모든 슬래그를 수거한 후 냉각하고, 체질을 위해 냉각된 슬래그를 파쇄하는 과정을 거친다(S100,S101).

이때, 수거되어 냉각되는 슬래그에는 저온 조업시 혹은 고염기도 조업시 사용된 생석회나 백운석이 완전히 재화되지 않고, 즉 생석회의 표면만 재화되고 안쪽 내부는 미재화된 상태의 것도 포함되어 있다.

슬래그가 파쇄되면 습식 비중분리, 즉 무게비를 나타내는 비중(SPECIFIC GRAVITY)에 따라 슬래그를 비중별로 분리하며, 분리가 완료되면 각 비중별 슬래그를 자선분리하는 과정을 거치게 된다(S102,S103).

여기에서, 자선분리란 자력선별법을 일컫는 것으로 이는 각 광물이 가지는 자성의 차를 이용하여 두가지 이상의 광물을 분리선별하는 방법을 말한다.

자선분리가 완료되면 재차 비중분리를 통하여 슬래그 골재와 슬래그 슬러지로 분리하는 과정을 거치게 된다(S104).

상기 과정을 거쳐 분리된 슬래그 골재는 1개월 이상, 바람직하기로는 1~2개월 동안 자연양생되거나 혹은 스팀, 온수, 물을 뿌리면서 인위적으로 양생되도록 하는 과정을 거치게 된다(S106).

이는, 슬래그 골재중에 함유되어 있는 f-CaO, f-MgO(여기에서, f는 'free'를 의미한다) 등이 습식처리시 함유된 대략 10%의 수분 및 양생을 통한 수준과 미리 충분히 수화반응되도록 함으로써 재활용하여 사용할 때 외부에서 공급되는 수분과 반응하여 표면이 부분적으로 터지는 현상을 미연에 방지하기 위함이다.

양생이 완료되면, 체질하여 입도 2 mm 이상의 것과 그 이하의 것으로 분급하며, 분급된 것중 2 mm 이상의 것은 아스콘용이나 노반재로 활용토록 하고, 2 mm 이하의 것은 벽돌용이나 레미콘용으로 활용토록 한다(S107,S108,S110).

한편, 상기 S104 과정을 통해 분리된 슬래그 슬러지는 슬래그 케이크로 제조된 후 용도에 맞게 활용된다(S120,S121).

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

[실시예 1]

본 발명 실시를 위하여 전기로 공정에서 발생되는 모든 슬래그중 일정량을 채취하여 그 성분을 분석한 결과 다음과 같았다.

즉, 중량%로, T-Fe:8.1%, Cr₂SO₃:10.5%, SiO₂:26.3%, CaO:34.9%, MgO:5.6%, Al₂O₃:4.4%, MnO:3.1%, TiO₂:1.5%, NiO:1.4%, 잔부 불순물로 이루어져 있음을 확인하였다.

이와 같은 성분조성을 갖는 슬래그를 상술한 본 발명의 방법에 따라 습식 분리 및 분급한 결과 그 입도별 슬래그 골재 분포는 중량%로,

0.25mm 미만:13.7%, 0.50mm 미만:23.3%, 0.85mm 미만:37.4%, 1.00mm 미만:82.5%, 2.00mm 미만:91.57%, 4.75mm 미만:99.85%, 6.70mm 미만:100% 였는 바, 이 를테면 입도 6.70mm를 이상의 입도를 갖는 슬래그 골재는 없었다.

상기와 같은 화학성분 및 입도분포를 가진 슬래그 골재를 이용하여 레미콘 골재로 활용시 문제되는 부분 팽창현상을 관찰하기 위하여 KS F 2403에 정해진 콘크리트 강도시험 공시체 제조방법으로 공시체를 제조한 후 15일 후 탈형을 실시하고 부피팽창을 가속화시키기 위하여 공시체를 60℃ 온수에 넣고 1개월 이후에 표면 부분 터짐 현상을 육안 관찰하였다.

또한, 도로 노반용 골재 및 아스콘용 골재로서의 활용 가능성을 판단하기 위하여 KS F 2535에 정해진 방법으로 단입도 슬래그 골재의 수침 팽창성 시험을 실시하였으며, 시험 시작 10일 경과후의 부피팽창비를 측정하였다.

비교를 위해 몇개의 비교재를 선택하였으며, 이들의 시험결과는 표 1에 나타내었다.

구분	양생 및 분급시 체눈금 크기	수침 팽창성 시험 (단입도 시험)	표면 부분 터짐 현상
비교예1	양생 안함, 분급 안함	0.71%	◎
비교예2	양생 안함, 분급 1mm 실시	0.74%	○
비교예3	양생안함, 분급 2mm 실시	0.75%	△
발명예	양생 1개월, 분급 2mm 실시	0.59%	×
비교예4	양생 6개월, 분급 안함	0.57%	△

(부분 표면 터짐현상 정도: ◎-많음, ○-조금많음, △-조금적음, ×-없음)

상기 표 1에서와 같이, 비교예1에서는 전기로 슬래그 골재를 양생 및 분급하지 않고 수침 팽창성 시험과 부분 표면 터짐현상을 관찰한 결과, 수침 팽창비는 0.71%를 나타내어 아스콘용 골재로서의 단입도 부피 팽창비인 2.0% 이하를 나타내므로 사용하는 있어 문제는 없으며, 도로 노반용 슬래그의 수침 팽창비 규격인 1.5% 이내로 판단되므로 아스콘용 골재 및 도로 노반용 골재로서의 활용은 가능하다고 판단되었다.

하지만, 전기로 슬래그 골재를 분급하지 않고 아스콘용 골재로 사용할 경우 아스팔트 투입량을 증가(아스팔트 투입량;기존 천연골재 60kg → 전기로 슬래그 골재 70kg)시켜야 하므로 경제성이 나쁘고, 콘크리트용 골재로서는 표면 부분 터짐현상이 많이 발생하므로 레미콘용 골재로서의 사용은 바람직하지 않은 것으로 확인되었다.

또한, 비교예2에서는 전기로 슬래그 골재를 양생하지 않았지만 발생된 슬래그 골재를 1mm 체로 분급한 후 1mm 이상의 골재에 대하여 단입도 수침 팽창비를 측정한 결과 0.74%를 나타내어 아스콘용 및 도로 노반용 골재로서는 바람직하지만 아스팔트 투입량을 증가(아스팔트 투입량;기존 천연골재 60kg → 전기로 슬래그 골재 65kg)시켜야 하므로 경제성이 나쁘고, 표면 터짐현상이 조금 많은 상태이므로 바람직하지 않은 것으로 확인되었다.

아울러, 비교예3은 비교예2와 동일하나 분급시 체눈금을 2mm로 실시한 것인데, 수침 팽창비를 측정한 결과 0.75%를 나타내어 아스콘용 및 도로 노반용 골재로서 바람직하고 아스팔트 투입량을 증가(아스팔트 투입량;기존 천연골재 60kg → 전 기로 슬래그 골재 60kg)키지 않아도 되었으나 이때에도 비교예2와 같이 표면 부분 터짐현상이 완전히 사라지지 않아 바람직하지 않음을 알 수 있었다.

마지막으로, 비교예4는 전기로 슬래그 골재를 6개월간 자연 양생을 실시한 후 분급을 실시하지 않고 수침 팽창비 시험 및 표면 부분 터짐현상을 관찰한 것인데, 수침 팽창비 경우는 상기 비교예들과 같이 아스콘용 골재 및 도로 노반용 골재로서는 바람직하나 레미콘용 골재로서는 골재 속에 함유된 MgO 성분의 느린 수화반응으로 표면 부분 터짐현상이 간혹 발견되었기에 적합하지 않았다.

하지만, 발명예에서는 1개월 간의 양생을 실시하고 2mm 체로써 분급을 실시한 골재에 대하여 상기 비교예들과 같이 수침 팽창비 시험 및 표면 부분 터짐현상을 관찰한 결과 골재로서의 수침 팽창비 조건을 만족하였고 콘크리트 강도시험 공시체의 표면 부분 터짐 현상도 발견되지 않았다.

또한, 아스콘용 골재로서의 활용 시 아스팔트 소모량도 기존 천연골재 대비 증가하지 않았다.

따라서, 전기로 슬래그 골재를 1개월 이상 양생함으로 인하여 입자가 적은 f-CaO나 f-MgO 같은 경우는 함유된 수분 및 양생에 의해 충분히 수화반응이 진행되며, 반면 입자가 2mm 이상인 것은 수화반응이 느리게 진행되므로 이 골재가 레미콘용 골재로 사용될 경우 수화반응이 계속 진행되어 표면 부분 터짐 현상이 발생하는 것임을 알 수 있었다.

본 발명은 이러한 현상을 방지하기 위하여 전기로 슬래그골재를 1개월 이상 자연 양생하고 2mm 체로 분급을 실시하여 2mm 이상의 골재는 아스콘용 및 도로 노 반용 골재로서 활용하고, 2mm 이하의 골재는 레미콘용으로 활용함으로써 양생되지 않고 분급되지 않은 전기로 슬래그 골재의 단점을 해결할 수 있음을 알 수 있었다.

이는, 전기로 조업에서 발생되는 슬래그를 파쇄하여 비중분리에 의해 지금 성분을 분리해 내고 습식 분급에 의해 분리된 슬래그 골재의 재활용에 있어서 제조된 슬래그 골재는 습식상태에서 처리되므로 약 10% 이상의 함수분을 함유하고 있고, 또한 1개월 이상 기간 동안 자연 양생을 하거나 스팀 양생 또는 온수 또는 물을 뿌리면서 양생을 실시함으로 인하여 골재 중에 함유되어 있는 f-CaO, f-MgO 및 수경성이 있는 CaO-Al₂O₃ 계 광재 화합물, CaO-Al₂O₃-SiO₂ 계 광재 화합물 또는 CaO-SiO₂ 계 광재 화합물은 수화반응이 일어나는데 골재의 입자가 작을수록 상기 수화반응은 완전히 일어나나 입자가 굵을 경우에는 양생시간이 길게 걸리거나 보다 강한 양생조건을 요하게 된다.

그러나, 본 발명과 같이 2mm 정도의 체 분리를 통하여 골재의 입도를 분리하고 분리된 입도의 골재 용도를 달리함으로써 슬래그 골재의 단점을 보완할 수 있으며 재활용이 가능하다는 것을 확인하였다.

즉, 슬래그 골재 중에 포함되어 있는 f-CaO, f-MgO 및 수경성이 있는 CaO-Al₂O₃ 계 광재 화합물, CaO-Al₂O₃-SiO₂계 광재 화합물 또는 CaO-SiO₂ 계 광재 화합물들이 입자가 굵을 경우에는 골재 표면 부근에만 수화반응이 진행되고 골재 내부는 수화반응의 진행이 느리므로 이들 골재가 레미콘용 골재로 사용시 콘크리트 표면에서의 부분 터짐 현상이 발생한다.

따라서, 입도 분급에 의해 상기와 같은 굵은 골재는 아스콘용 및 도로용 골재 등의 용도로 활용하고 입도가 작은 골재는 레미콘용 골재로 사용함으로써 슬래그 골재의 레미콘용 골재로 활용시 표면 부분 터짐현상을 해결할 수 있고, 또한 분급하지 않았을 경우 아스콘용 골재로 활용시 미분이 많아 아스팔트 소모량이 높은 문제도 해결할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 양생 및 분급하지 않았을 때의 문제점인 아스콘용 골재 활용시 아스팔트 소모량 증가 및 레미콘용 골재로 활용시 문제점인 표면 부분 터짐현상을 방지할 수 있다.

그에 따라, 자원 재활용 효율이 우수하고, 슬래그를 더욱 효율적으로 처리할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 전기로에서 발생된 슬래그를 수거하여 냉각한 후 이를 파쇄, 비중분리, 자선분리함으로써 자원으로 재활용하는 방법에 있어서,

   상기 자선분리된 상태의 슬래그를 다시 한번 비중분리하여 슬래그 골재와 슬래그 슬러지로 분리하는 과정과;

   분리된 슬래그 골재는 일정기간 동안의 양생을 거쳐 분급된 후 2mm 이상의 입도를 갖는 골재는 아스콘재나 노반재로 활용되고, 2mm 이하의 입도를 갖는 골재는 벽돌용이나 레미콘용으로 활용되도록 하는 과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기로 슬래그 골재 재활용방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 비중분리에 의해 분리된 슬래그 슬러지는 슬러지 케이크로 제조되는 것을 특징으로 하는 전기로 슬래그 골재 재활용방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 슬래그 골재의 양생과정은 1~2개월 동안 자연양생인 것을 특징으로 하는 전기로 슬래그 골재 재활용방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 슬래그 골재의 양생과정은 스팀양생, 온수 및 물을 뿌리면서 하는 양생인 인위적 양생에 의해 양생기간을 단축시키는 것을 특징으로 하는 전기로 슬래그 골재 재활용방법.

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