KR101038790B1 - Steelmaking Slag with Reduced Fluorine Dissolution and pH and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융제강슬래그를 냉각시켜 제강슬래그를 제조시, 슬래그 내부의 산소 분압을 조절하면서 냉각 가스 또는 냉각 용액을 분사 또는 분무함으로써 제강슬래그 내부에 불소(F)가 농축되며, 표면에는 2CaO·Fe2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution 또는 2CaO·Fe2O3 및 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution의 혼합상에 의한 캡슐층이 형성된 제강슬래그 및 그 제조방법을 제공한다. 이 경우, 불소(F)는 2CaO·SiO2의 결정립계에 형성되어 제강슬래그 내부에 농축되며 표면은 캡슐층으로 보호되어 불소 용출이 억제되고 자체 pH도 낮아 친환경적인 제강슬래그의 제공이 가능하다.In the present invention, when manufacturing the steelmaking slag by cooling the molten steelmaking slag, fluorine (F) is concentrated in the steelmaking slag by spraying or spraying a cooling gas or a cooling solution while adjusting the oxygen partial pressure inside the slag, and 2CaO · Fe on the surface thereof. Steelmaking slag with capsule layer formed by mixing phase of 2 O 3 , 4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution or 2CaO · Fe 2 O 3 and 4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution It provides a manufacturing method. In this case, fluorine (F) is formed in the grain boundary of 2CaO.SiO 2 and concentrated inside the steelmaking slag, and the surface is protected by the capsule layer, so that fluorine elution is suppressed and its own pH is low, thereby providing environment-friendly steelmaking slag.

본 발명에 의할 경우, 친환경적 제강슬래그를 경제적이고 안정적으로 공급할 수 있어 토목 관련 분야에서 제강슬래그를 효과적으로 재활용할 수 있다According to the present invention, it is possible to supply eco-friendly steelmaking slag economically and stably so that steelmaking slag can be effectively recycled in the field of civil engineering.

제강슬래그, 불소, pH, 친환경, 캡슐층 Steelmaking slag, fluorine, pH, eco-friendly, capsule layer

Description

불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그 및 그 제조 방법 {Steelmaking Slag with Reduced Fluorine Dissolution and pH and Manufacturing Method Thereof}Steelmaking slag with reduced pH of fluorine elution and eluate and its manufacturing method {of Steelmaking Slag with Reduced Fluorine Dissolution and pH and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 도로용 로반재, 성토재, 매립장 복토재, 기타 토목용으로 제강슬래그를 안정적으로 재활용하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토목용 재료로 사용된 제강슬래그로부터 불소(F) 성분이 용출되는 것을 저감하여 친환경적인 제강슬래그의 사용 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention relates to a method for stably recycling steelmaking slag for road slab, landfill, landfill cover, and other civil works, and more specifically, fluorine (F) component is eluted from steelmaking slag used as a civil engineering material. It is to provide a method of using environmentally friendly steelmaking slag by reducing the amount.

종래에는 슬래그로부터 불소의 용출을 방지하기 위하여 응고된 슬래그를 고온의 탄산가스와 지속적으로 반응시켜 슬래그 표면에 탄산칼슘의 피복층을 생성시키는 방법이 제안된 바 있으나, 고체의 산화 특성상 탄산칼슘 피복층 형성이 느릴 수 밖에 없어 형성되는 피복층의 두께는 수 ㎛ 이하 수준으로 얇아 토목용 등으로 슬래그를 사용하기에는 피복층이 쉽게 파괴될 수 있다는 문제점이 존재한다. 또한 탄산칼슘 피복층을 생성시키기 위하여 120시간 이상의 장시간 동안 탄산가스를 취입해야 하므로 매우 비경제적이다. Conventionally, a method of forming a coating layer of calcium carbonate on the surface of the slag by continuously reacting the solidified slag with a high temperature carbon dioxide gas in order to prevent elution of fluorine from the slag has been proposed. There is a problem that the coating layer is formed to be slow to a thickness of several micrometers or less, so that the coating layer can be easily broken to use slag for civil engineering. In addition, carbon dioxide gas must be blown for a long time of 120 hours or more in order to produce a calcium carbonate coating layer, which is very uneconomical.

또한, 종래에는 용융슬래그에 산소를 취입하여 슬래그의 산화 상태를 높임으로서 제강슬래그에 별도의 외부 물질을 첨가하거나 표면 개질없이 슬래그의 불소 용출량을 저감하는 방법이 제안된 바 있다. 하지만, 이러한 방법은 슬래그중 불소의 존재 형태를 고려해 볼 때 불소 용출 억제 효과가 미미할 것으로 예상되며, 또한 용융제강슬래그에 산소를 취입하면 제강슬래그 구성 결정상 중 2CaO·Fe2O3(이하 C2F라 칭함)상의 비율이 증가하는 현상이 일어나지만 이로 인한 불소용출 억제 기구나 슬래그의 산소분압 및 냉각방법에 관한 구체적 기구에 대한 설명이 부족하다는 문제점이 있다. In addition, conventionally, a method of reducing the fluorine leaching amount of the slag without adding a foreign material or surface modification by adding oxygen to the molten slag to increase the oxidation state of the slag by increasing the slag oxidation state. However, considering the form of fluorine in the slag, this method is expected to have a minimal effect of inhibiting fluorine elution. Also, when oxygen is injected into the molten steel slag, 2CaO · Fe 2 O 3 (hereinafter referred to as C 2 F) in the crystal phase of steelmaking slag There is a problem that the ratio of the phase increases, but there is a lack of a description of the mechanism for suppressing the fluorine elution or the oxygen partial pressure and cooling method of the slag.

나아가 제강계 슬래그를 실제로 이용되는 크기로 파쇄 후 제강계 슬래그에 온수를 뿌려 사전에 불소를 녹여냄으로써 제강계 슬래그의 불소함량을 저감시키는 기술이 나타난 바 있으나, 이것은 불소를 저감하는 방법에 관한 것이지 기본적으로 불소 용출을 저감시키는 방법과는 차이가 있다.    Furthermore, the technology to reduce the fluorine content of steelmaking slag by smelting fluorine in advance by sprinkling hot water on steelmaking slag after crushing steelmaking slag to the size actually used, but this is about the method of reducing fluorine and basically This is different from the method for reducing fluorine elution.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하고 슬래그에 대한 파쇄 기타 공정없이 슬래그 자체로부터 용출되는 불소의 양을 저감하여 안정적으로 제강슬래그를 재활용할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to improve the above problems and to provide a method for stably recycling the steelmaking slag by reducing the amount of fluorine eluted from the slag itself without the crushing and other processes for the slag.

본 발명은 용융제강슬래그를 냉각시켜 제강슬래그를 제조시, 슬래그 내부의 산소 분압을 조절하면서 냉각 가스 또는 냉각 용액을 분사 또는 분무하는 제강슬래그의 제조방법을 제공한다. 이 경우, 상기 냉각 가스는 산소, 공기 및 CO2 가스로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 가스일 수 있으며, 상기 냉각 용액은 산소, 공기 및 CO2 가스로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 가스가 용해된 용액을 사용할 수 있다.The present invention provides a method for manufacturing steelmaking slag that cools the molten steelmaking slag and injects or sprays a cooling gas or a cooling solution while adjusting the oxygen partial pressure inside the slag. In this case, one kind of the cooling gas may be oxygen, air, and one or two or more kinds of gas selected from the group consisting of CO 2 gas, the cooled solution is selected from the group consisting of oxygen, air or CO 2 gas Alternatively, a solution in which two or more gases are dissolved may be used.

나아가 본 발명은 제강슬래그 내부에 불소(F)가 농축되어 있으며, 표면에는 2CaO·Fe2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution 또는 2CaO·Fe2O3 및 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution의 혼합상에 의한 캡슐층이 형성된 제강슬래그를 제공한다. 이 경우, 불소(F)는 2CaO·SiO2의 결정립계에 형성되어 제강슬래그 내부에 농축되며, 상기 제강슬래그의 입도는 40mm 이하일 수 있다. 본 발명에 의한 제강슬래그의 불소 용출량은 0.6mg/L 이하이며, pH는 11.7 이하임이 바람직하다.Furthermore, in the present invention, fluorine (F) is concentrated in the steelmaking slag, and 2CaO · Fe 2 O 3 , 4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution or 2CaO · Fe 2 O 3 and 4CaO · Al on the surface thereof. Steelmaking slag with a capsule layer formed by a mixed phase of a 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution is provided. In this case, fluorine (F) is formed at the grain boundaries of 2CaOSiO 2 and concentrated inside the steelmaking slag, and the grain size of the steelmaking slag may be 40 mm or less. It is preferable that the fluorine elution amount of the steelmaking slag which concerns on this invention is 0.6 mg / L or less, and pH is 11.7 or less.

본 발명에 의할 경우, 친환경적 제강슬래그를 경제적이고 안정적으로 공급할 수 있어 토목 관련 분야에서 제강슬래그를 효과적으로 재활용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to supply eco-friendly steelmaking slag economically and stably to effectively recycle steelmaking slag in the field related to civil engineering.

먼저 본 명세서에서 물질을 지칭하는데 사용되는 약어에 관하여 설명한다.First, an abbreviation used to refer to a substance in the present specification will be described.

본 명세서에서 사용된 C2F는 2CaO·Fe2O3를 의미하며, C4AF s.s는 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution을 의미한다. 그리고 C2S는 2CaO·SiO2를 의미한다. 참고로 C2F 및 C4AF s.s의 'F'는 불소(F)를 의미하는 것이 아니다.As used herein, C 2 F means 2CaO · Fe 2 O 3 , and C 4 AF ss means 4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution. And C 2 S means 2CaO.SiO 2 . For reference, 'F' in C 2 F and C 4 AF ss does not mean fluorine (F).

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

제강공정에서는 제강슬래그의 융점 저하 및 점도 저하를 위하여 전로 제강공정에 형석(CaF2)을 사용하는 경우가 많다. 따라서 이러한 경우에는 제강슬래그 중에는 소량의 불소(F)가 존재하게 되며, 이들 슬래그를 토목용 등으로 사용시 불소가 용출될 우려가 있다. 불소의 용출은 환경 오염 등의 심각한 문제로 이어질 수 있어 일본의 경우 슬래그에서의 불소 용출량 기준을 0.8mg/L 이하로 규정하고 있고, 한국에서도 로반재 등으로 사용시 불소 용출에 의한 도로 주변의 토양 오염 우려가 없도록 권고하고 있는 실정이다. In the steelmaking process, fluorite (CaF 2 ) is often used in the converter steelmaking process to reduce the melting point and viscosity of the steelmaking slag. Therefore, in such a case, a small amount of fluorine (F) is present in the steelmaking slag, and there is a fear that fluorine will be eluted when the slag is used for civil engineering. Fluoride elution can lead to serious problems such as environmental pollution. In Japan, fluoride leaching standards for slag are less than 0.8 mg / L, and in Korea, when used as rovan ash, soil contamination around roads due to fluoride leaching It is recommended that there is no concern.

본 발명자들이 전자현미경 분석을 통해 관찰해본 결과, 제강슬래그 내에 존재하는 불소의 존재 위치는 제강슬래그의 주요 구성 결정상인 2CaO·SiO2 (이하 C2S)와 C2F 또는 C4AF s.s 상의 결정립계(grain boundary)이다. 따라서, 본 발명자들은 이러한 제강슬래그를 구성하는 주요 결정상인 C2S와 C2F 또는 C4AF s.s 상을 이용하여 슬래그 냉각시 나타나는 C2F 또는 C4AF s.s 상과 C2F 또는 C4AF s.s 상 및 C2S 혼합상 간의 응고속도 차이를 이용하여 불소의 용출을 억제하는 방법을 제안하기에 이르렀다.The inventors observed through electron microscopic analysis that the position of fluorine present in the steelmaking slag was determined by the grain boundaries of 2CaOSiO 2 (hereinafter referred to as C 2 S) and C 2 F or C 4 AF ss, which are the major crystalline phases of steelmaking slag. (grain boundary). Therefore, the inventors of the present invention use the C 2 S and C 2 F or C 4 AF ss phases, which are the main crystalline phases of the steelmaking slag, to show the C 2 F or C 4 AF ss phase and C 2 F or C 4 which appear during slag cooling. A method of suppressing the dissolution of fluorine has been proposed using the difference in the solidification rate between the AF ss phase and the C 2 S mixed phase.

제강 공정에 투입되는 형석 사용량을 줄이거나 또는 대체하기 위하여 Al2O3 성분 함유량이 높은 2차 정련슬래그를 전로 제강공정에 사용하는 경우도 있으나, 이러한 경우에 있어서도 2차 정련슬래그에 형석이 함유되어 있으며, 이 2차 정련슬래그를 전로 제강공정에 재사용할 경우에 소량이지만 결국 불소성분이 제강슬래그에 함유되게 되므로 큰 의미가 없다.In order to reduce or replace the use of fluorspar in the steelmaking process, secondary refining slag with high Al 2 O 3 content may be used in the converter steelmaking process, but even in this case, fluorspar is contained in the secondary refining slag. This secondary refining slag is a small amount when reused in the converter steelmaking process, but the fluorine component is eventually contained in the steelmaking slag.

따라서 본 발명자들은 제강슬래그의 불소 용출량을 저감시키기 위하여 다음과 같은 방법을 적용하였다. 즉, ① 용융슬래그 내에 냉각 가스, 바람직하게는 산소, 공기 또는 CO2 가스를 취입하여 용융슬래그 중의 산소 분압을 logPo2= -2.0 Pa 이상 되도록 직접 분사하여 냉각하거나, ② 냉각 용액, 바람직하게는 산소, 공기 또는 CO2 가스를 용해한 용액(수용액으로 사용하는 것이 경제적이다)을 분무하여 급냉 응고시키는 공정을 통하여 용융슬래그 응고시 냉각 속도를 빠르게 하여 냉각 후 슬래그 입도를 40mm 이하, 바람직하게는 10mm 이하가 되도록 입도를 조절한다(도 1 참고). Therefore, the present inventors applied the following method to reduce the fluorine leaching amount of steelmaking slag. That is, 1) cooling gas, preferably oxygen, air, or CO 2 gas is injected into the molten slag to directly cool by spraying the oxygen partial pressure in the molten slag to be at least logPo 2 = -2.0 Pa, or ② cooling solution, preferably oxygen , By cooling and solidifying by spraying a solution in which air or CO 2 gas is dissolved (it is economical to use as an aqueous solution), the cooling rate is increased during solidification of molten slag and the slag particle size after cooling is 40 mm or less, preferably 10 mm or less. Adjust the particle size as much as possible (see Figure 1).

용융 제강슬래그에 산소, 공기 또는 CO2 가스와 같은 냉각 가스를 취입하면 용융슬래그 중의 평형 산소 분압이 상승한다. 이 경우, 슬래그 중 Fe3+ 함량이 증가하며, 용융슬래그 냉각시 가스 등을 직접 분사하거나 산소, 공기 또는 CO2 가스와 같은 냉각 가스를 용해한 냉각 용액을 분무하여 용융슬래그를 응고시킴으로서 슬래그의 입도를 작게 제조할 수 있다. 만일 냉각시 산소 분압이 logPo2= -2.0 Pa 보다 낮으면 Fe3+의 형성이 충분치 못하여 슬래그 내에 Fe 및 FeO상이 다량으로 존재하게 되어 CaO가 화합물을 형성하지 못하게 된다. 따라서 슬래그 내부의 CaO가 free CaO로 존재하여 제강슬래그의 pH가 환경 오염을 일으킬 수 있는 수준으로 상승할 수 있으므로 산소 분압을 적절히 유지할 수 있는 수준에 맞춰 냉각 속도를 조절해야 한다. Injecting a cooling gas such as oxygen, air, or CO 2 gas into the molten steel slag increases the equilibrium oxygen partial pressure in the molten slag. In this case, the content of Fe 3+ in the slag increases, and the particle size of the slag is solidified by directly injecting a gas or the like during cooling the molten slag or by spraying a cooling solution containing a cooling gas such as oxygen, air, or CO 2 gas to solidify the molten slag. It can manufacture small. If the oxygen partial pressure during cooling is lower than logPo 2 = -2.0 Pa, Fe 3+ is not sufficiently formed, and a large amount of Fe and FeO phases are present in the slag, thereby preventing CaO from forming a compound. Therefore, since CaO inside the slag is present as free CaO, the pH of the steelmaking slag may rise to a level that may cause environmental pollution. Therefore, the cooling rate should be adjusted to a level capable of appropriately maintaining the oxygen partial pressure.

또한 냉각 속도가 지나치게 빠르면 공정의 경제성이 떨어지고, 서냉시키면 제강슬래그를 구성하는 주요 결정상인 C2S와 C2F 및/또는 C4AF s.s 의 결정립 크기는 급냉 처리시 보다 커지지만 불소가 슬래그의 표면에 노출될 확률이 높아져 슬래그 내부와 외부가 거의 동일하게 된다는 문제점이 나타난다.In addition, if the cooling rate is too fast, the process economy is inferior. If the cooling rate is slow, the grain size of C 2 S and C 2 F and / or C 4 AF ss, which constitute the steel slag, becomes larger than that of the quenching treatment, but the fluorine There is a problem that the inside of the slag and the outside of the slag are almost the same as the probability of exposure to the surface increases.

상기 냉각 공정을 거치면 제강슬래그 내부에 불소가 농축되며 C2F 및/또는 C4AF s.s가 단시간에 슬래그 표면에 캡슐을 형성시키게 된다. 이 때, C2F 및/또는 C4AF s.s는 다음과 같은 원리에 의해 캡슐을 형성하게 된다.Through the cooling process, fluorine is concentrated in the steelmaking slag, and C 2 F and / or C 4 AF ss forms capsules on the slag surface in a short time. At this time, C 2 F and / or C 4 AF ss is to form a capsule by the following principle.

즉, C2F 또는 C4AF s.s상의 융점은 C2F 또는 C4AF s.s상과 C2S상의 공융점(eutectic temperature)보다 높으며, 이로 인하여 용융슬래그 급냉 응고시 제강슬래그를 구성하는 주요 결정상 중 상대적으로 함량이 높은 C2F 또는 C4AF s.s상이 먼저 응고되어 슬래그 표면에 캡슐층이 형성된다. 이후 응고되지 않은 나머지 C2F 또는 C4AF s.s 성분과 C2S 성분이 혼재된 성분이 슬래그 내부로 이동하고, 냉각 온도가 두 상의 공융점에 도달할 때 슬래그 내부에서 두 상이 동시에 응고(도 3 참고)되는 것이다.That is, C 2 F or C 4 melting point on the AF ss is C 2 F or C 4 AF ss-phase and C higher than the 2 S eutectic melting point (eutectic temperature) on, which results main crystal phase constituting the steel-making slag when solidified molten slag quench The relatively high content of C 2 F or C 4 AF ss phase is first solidified to form a capsule layer on the surface of the slag. The remaining non-solidified C 2 F or C 4 AF ss and C 2 S components are then moved into the slag and both phases solidify simultaneously within the slag when the cooling temperature reaches the eutectic point of the two phases. See 3).

결국 C2F 또는 C4AF s.s상이 먼저 고상화 되는 원리를 이용하여 슬래그 표면에 캡슐을 형성할 수 있으며, C2S 결정립이 생성된 슬래그 입자의 중심 방향으로 농축되므로 결정립계에 농축되는 특징을 갖는 제강슬래그 중 불소 성분 역시 C2S 결정립이 위치하는 슬래그 중심부로 자연스럽게 농축되는 것이다. 슬래그 표면에 형성된 캡슐층에 의하여 불소의 용출이 억제될 수 있다. As a result, a capsule can be formed on the surface of the slag by using the principle that the C 2 F or C 4 AF ss phase is first solidified, and the C 2 S grains are concentrated in the direction of the center of the produced slag particles. Fluorine in steelmaking slag is naturally concentrated to the center of slag where C 2 S grains are located. Elution of fluorine can be suppressed by the capsule layer formed on the slag surface.

나아가 본 발명에서는 표면에 소량의 불소가 노출되는 경우라도 C4AF s.s의 수화 반응에 의해 수화체의 OH- site에 불소 이온이 치환되므로 불소의 고정화 및 안정화가 이루어질 수 있고 슬래그에서의 불소 용출량을 저감시킬 수 있다는 장점을 갖는다. Furthermore, in the present invention, even when a small amount of fluorine is exposed to the surface, fluorine ions are substituted in the OH - site of the hydride by the hydration reaction of C 4 AF ss, so that the fluorine can be immobilized and stabilized, and the amount of fluorine released from the slag is increased. It has the advantage that it can be reduced.

(실시예)(Example)

이하 본 발명을 하기 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

본 실시예를 수행하기 위하여 하기 표 1에 나타낸 성분을 혼합하여 합성 제강슬래그를 제조하였다.Synthetic steel slag was prepared by mixing the components shown in Table 1 to carry out this example.

성분ingredient CaOCaO Fe2O3 Fe 2 O 3 Al2O3 Al 2 O 3 CaF2 CaF 2 FeOFeO SiO2 SiO 2 P2O5 P 2 O 5 MgOMgO 함량(wt%)Content (wt%) 46.646.6 23.023.0 6.26.2 2.02.0 4.74.7 14.214.2 0.30.3 3.03.0

상기 표 1과 같이 합성슬래그를 제조하기 위한 원료로서 고순도의 CaCO3, Al2O3, Fe2O3, FeO, CaF2, SiO2, P2O5 및 MgO를 사용하였다. 상기 CaCO3는 1000℃에서 24시간 열처리한 것을 사용하였으며, 다른 시료들은 충분히 건조된 상태의 것을 사용하였다. 이들 시료를 상기 표 1에 나타낸 혼합비로 균일하게 혼합하고 성형한 후 치밀질의 MgO 도가니에 넣어 1550℃에서 1시간 동안 용해시킨 후 용융 제강슬래그를 하기 표 2에 나타난 바와 같이 다양한 방법으로 냉각 처리한 후 각각의 불소 용출량 및 pH를 측정하였다. As a raw material for preparing the synthetic slag as shown in Table 1, high purity CaCO 3 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , FeO, CaF 2 , SiO 2, P 2 O 5 and MgO were used. The CaCO 3 was used for 24 hours heat treatment at 1000 ℃, other samples were used in a sufficiently dry state. These samples were uniformly mixed and molded at the mixing ratio shown in Table 1 above, placed in a dense MgO crucible and dissolved at 1550 ° C. for 1 hour, followed by cooling the molten steel slag by various methods as shown in Table 2 below. Each fluorine elution amount and pH were measured.

구분division 슬래그 용융온도 및 시간Slag Melting Temperature and Time 산소분압Oxygen partial pressure
logPologPo 22 (Pa)(Pa)
냉각방법 Cooling method
비교예1Comparative Example 1 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -2.5-2.5 서냉
(공기)
Slow cooling
(air)
비교예2Comparative Example 2 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -4.1-4.1 급냉
(공기)
Quench
(air)
발명예1Inventive Example 1 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -1.8-1.8 급냉
(CO2 가스)
Quench
(CO 2 gas)
발명예2Inventive Example 2 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -1.8-1.8 급냉
(CO2 포화용액)
Quench
(CO 2 saturated solution)
발명예3Inventive Example 3 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -1.0-1.0 급냉
(공기)
Quench
(air)
발명예4Honorable 4 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -1.0-1.0 급냉
(산소 가스)
Quench
(Oxygen gas)
비교예3Comparative Example 3 1550℃, 1hr1550 ℃, 1hr -1.8-1.8 서냉
(공기)
Slow cooling
(air)

본 실시예에서는 분위기 조절용 가스로서 CO2/CO 비율 조절을 이용하였으며, 이를 통하여 합성슬래그의 용융상태에서의 평형 산소 분압을 제어하였다. 이는 산소분압을 정확히 제어하기 위해 취한 방법으로 산소분압을 제어하기 위한 방안으로써 CO2 가스 취입 방법만으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.In this embodiment, the CO 2 / CO ratio control was used as the gas for controlling the atmosphere, thereby controlling the equilibrium oxygen partial pressure in the molten state of the synthetic slag. This is a method for controlling the oxygen partial pressure by the method taken to accurately control the oxygen partial pressure, and does not limit the scope of the present invention only by the CO 2 gas blowing method.

제강슬래그 중 불소 용출량 시험은 슬래그를 파쇄하거나 분쇄하지 않고 냉각된 형태 그대로의 크기로 슬래그를 이용하였으며, 용출시험은 고체/액체 비를 1/10으로 하고 200rpm에서 6시간 진탕하여 용출시험 후 여과한 액을 이온 크로마티그래피로 분석하는 방법을 사용하였다. Fluorine elution test of steelmaking slag was used as the size of the cooled form without crushing or crushing the slag. For dissolution test, the solid / liquid ratio was 1/10 and the mixture was shaken at 200rpm for 6 hours and filtered. A method of analyzing the solution by ion chromatography was used.

그리고 제강슬래그의 pH 측정방법은 고체/액체 비를 1/10으로 하고 200rpm에서 6시간 진탕하여 용출시험 후 여과한 액을 pH meter를 사용하여 분석하였다. In the method of measuring the pH of steelmaking slag, the solid / liquid ratio was set to 1/10 and the mixture was shaken at 200 rpm for 6 hours, and the filtered solution was analyzed using a pH meter.

이러한 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The measurement results are shown in Table 3 below.

구분division F 용출량F elution amount
(mg/L)(mg / L)
슬래그 pHSlag pH 비고Remarks
비교예1Comparative Example 1 3.23.2 12.312.3 고F용출,
고pH
High F Elution,
High pH
비교예2Comparative Example 2 1.61.6 12.012.0 고F용출,
고pH
High F Elution,
High pH
실시예1Example 1 0.60.6 11.211.2 저F용출,
저pH
Low f,
Low pH
실시예2Example 2 0.50.5 11.011.0 저F용출,
저pH
Low F Elution,
Low pH
실시예3Example 3 0.60.6 11.711.7 저F용출,
저pH
Low F Elution,
Low pH
실시예4Example 4 0.50.5 11.511.5 저F용출,
저pH
Low F Elution,
Low pH
비교예3Comparative Example 3 0.90.9 12.112.1 고F용출,
고pH
High F Elution,
High pH

상기 비교예 1은 일반적인 제강슬래그 제조방법에 의하여 형성된 것으로 용융시 산소분압이 logPo2 = -2.0 Pa보다 낮아 슬래그 결정구조 중 Fe 또는 FeO상이 소량 존재하고 서냉에 의해 제조되었기 때문에 C2F 및/또는 C4AF s.s 상의 결정립이 슬래그 전체에 균일하게 존재한다(도 3 참고). 따라서 슬래그 표면에 CaF2가 존재할 확률이 높아지고 예상대로 불소 용출량은 3.2mg/L로 높게 나타났다. 또한, 산소 분압이 낮아 Fe 및 FeO상이 다량 잔존하게 되므로 슬래그중 CaO 일부가 화합물을 형성하지 못하고 free CaO로 존재하게 된다. 따라서 제강슬래그의 pH도 12.3으로 높아 환경적으로도 바람직하지 못하다. Comparative Example 1 is formed by a general steelmaking slag manufacturing method, the oxygen partial pressure during melting is lower than logPo 2 = -2.0 Pa Fe 2 or FeO phase in the slag crystal structure is present by C 2 F and / or Grains on the C 4 AF ss are uniformly present throughout the slag (see FIG. 3). Therefore, the probability of CaF 2 on the surface of slag increases, and as expected, the fluorine elution rate is 3.2 mg / L. In addition, since the oxygen partial pressure is low and a large amount of Fe and FeO phase remains, a portion of CaO in the slag does not form a compound and exists as free CaO. Therefore, the pH of steelmaking slag is 12.3, which is undesirable for the environment.

상기 비교예 2는 산소 분압이 logPo2 = -4.1 Pa로 역시 낮으며 공기를 분사하여 풍쇄 급냉 처리한 시료이다. 상기 비교예 2의 불소 용출량은 1.6mg/L이었고 슬래그의 pH는 12.0으로 여전히 높게 나타났다. 이것은 용융슬래그 제조시 산소 분압이 낮아 슬래그 중 Fe 및 FeO가 충분히 산화되지 않은 상태에서 급냉 처리되어 슬래그 표면에서의 C2F 및/또는 C4AF s.s 피복층인 캡슐층이 충분히 형성되지 못했기 때문으로 판단된다. Comparative Example 2 is a sample in which the oxygen partial pressure is also low as logPo 2 = −4.1 Pa and is air-quenched by spraying air. The fluorine elution amount of Comparative Example 2 was 1.6 mg / L and the slag pH was still high at 12.0. This is because the partial pressure of oxygen in the production of molten slag is low and the quenching process is not sufficiently oxidized in Fe and FeO, so that the capsule layer, which is a C 2 F and / or C 4 AF ss coating layer on the surface of the slag, was not sufficiently formed. do.

상기 비교예 3은 용융 제강슬래그 제조시 산소 분압을 logPo2 = -1.8 Pa으로 높게 유지하였으나 냉각 방법을 공기 중 서냉 방식으로 실시하여 제조한 것으로, 제강슬래그 제조시 산소 분압이 높더라도 냉각 조건이 갖추어지지 않으면 슬래그 중 불소 함량이 높아지고 냉각 속도가 낮을 경우 슬래그 중 불소가 균일하게 분포하여 제강슬래그를 파쇄할 경우 슬래그 표면에 불소가 노출될 우려가 많아 불소 용출량이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.In Comparative Example 3, the oxygen partial pressure was maintained at logPo 2 = -1.8 Pa while the molten steelmaking slag was manufactured, but the cooling method was performed by slow cooling in air. If not, the fluorine content in the slag is high and the cooling rate is low, so the fluorine is uniformly distributed in the slag.

반면 상기 실시예 1 및 2는 본 발명의 방법에 의하여 용융 제강슬래그를 제조한 것으로, 불소 용출량은 0.6mg/L 및 0.5mg/L로 관찰되었다. 이는 비교예 1의 기존 제강슬래그에 비하여 현저하게 저감된 결과이며 슬래그의 pH도 11.2와 11.0으로 충분히 감소하였음을 알 수 있었다. 이는 용융 제강슬래그 제조시 높은 산소 분압으로 제강슬래그 중에 Fe 및 FeO가 대부분 산화되어 C2F 또는 C4AF s.s 생성에 사용되었으며 이를 통해 불소 성분은 결정립 내부에 밀집되고 C2F 및/또는 C4AF s.s상이 캡슐층을 형성하는 슬래그 단면 구조(도 3(1))를 형성하는 것으로 예상된다. On the other hand, Examples 1 and 2 produced molten steel slag by the method of the present invention, the fluorine elution amount was observed to 0.6mg / L and 0.5mg / L. This result was significantly reduced compared to the existing steelmaking slag of Comparative Example 1 and the pH of the slag was found to be sufficiently reduced to 11.2 and 11.0. It is used for the production of C 2 F or C 4 AF ss due to the large oxidation of Fe and FeO in the steelmaking slag with high oxygen partial pressure in the production of molten steel slag, through which the fluorine component is concentrated inside the grains and C 2 F and / or C 4 It is expected that the AF ss phase forms a slag cross-sectional structure (Fig. 3 (1)) that forms a capsule layer.

이는 상기 실시예 1 및 2와 달리 공기와 산소 가스를 사용한 실시예 3 및 4에서도 같은 원리에 의해 낮은 불소 용출과 pH 수준을 얻을 수 있다는 점에서 적용될 수 있을 것이다.This may be applied to the fact that low fluorine elution and pH levels can be obtained by the same principle in Examples 3 and 4 using air and oxygen gas, unlike Examples 1 and 2.

본 실시예에 의할 때, 본 발명의 방법과 같이 산소 분압을 일정 수준 이상으로 유지하며, 아울러 냉각 속도를 관리함으로써 친환경적이고 경제적인 제강슬래그를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.According to this embodiment, it is expected to provide an environment-friendly and economical steelmaking slag by maintaining the oxygen partial pressure above a certain level as in the method of the present invention and managing the cooling rate.

도 1은 본 발명의 일련의 공정을 나타낸 flow-chart.1 is a flow-chart showing a series of processes of the present invention.

도 2는 C2F 또는 C4AF s.s상의 융점이 C2F 또는 C4AF s.s상과 C2S상의 공융점(eutectic temperature)보다 높음을 나타내는 상태도.Figure 2 is a state showing a higher than C 2 F or C 4 AF ss melting point of C 2 F or C 4 AF phase ss and C 2 S eutectic melting point (eutectic temperature) on the on the.

도 3은 본 발명에 의하여 제조된 슬래그층의 구조(1) 및 서냉시 나타나는 슬래그층의 구조(2)를 나타낸 모식도.Figure 3 is a schematic diagram showing the structure (1) of the slag layer produced by the present invention and the structure (2) of the slag layer which appears during slow cooling.

Claims (7)

용융제강슬래그를 냉각시켜 제강슬래그를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing the steelmaking slag by cooling the molten steelmaking slag, 상기 냉각 단계는 슬래그 내부의 산소 분압 logPo2이 -2.0 Pa 이상이 되도록 냉각 가스 또는 냉각 용액을 분사 또는 분무하는 것을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그의 제조방법.The cooling step is a method of manufacturing a steelmaking slag with a reduced pH of fluorine elution and eluate characterized in that the spraying or spraying a cooling gas or a cooling solution so that the oxygen partial pressure logPo 2 in the slag is more than -2.0 Pa. 제1항에 있어서, 상기 냉각 가스는 산소, 공기 및 CO2 가스로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 가스임을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그의 제조방법.The method of claim 1, wherein the cooling gas is one or two or more gases selected from the group consisting of oxygen, air, and CO 2 gas. 제1항에 있어서, 상기 냉각 용액은 산소, 공기 및 CO2 가스로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 가스를 용해시킨 용액임을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그의 제조방법.The method of claim 1, wherein the cooling solution is a solution of one or two or more gases selected from the group consisting of oxygen, air and CO 2 gas dissolved fluorine elution and the pH of the steelmaking slag is reduced Manufacturing method. 제강슬래그 내부에 불소(F)가 농축되며, Fluorine (F) is concentrated inside the steelmaking slag, 상기 제강슬래그의 표면에는 2CaO·Fe2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution 또는 2CaO·Fe2O3 및 4CaO·Al2O3·Fe2O3 solid solution의 혼합상에 의한 캡슐층이 형성된 것을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그.On the surface of the steelmaking slag, a mixed phase of 2CaO · Fe 2 O 3 , 4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution or 2CaO · Fe 2 O 3 and 4CaO · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 solid solution Steelmaking slag, the pH of the fluorine elution and eluate is reduced, characterized in that the capsule layer formed by. 제4항에 있어서, 상기 불소(F)는 2CaO·SiO2의 결정립계에 형성된 것을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그.The steelmaking slag of claim 4, wherein the fluorine (F) is formed at a grain boundary of 2CaO.SiO 2 . 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제강슬래그의 입도는 40mm 이하임을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그.The steelmaking slag according to claim 4 or 5, wherein the grain size of the steelmaking slag is 40 mm or less. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제강슬래그의 불소용출량은 0.6mg/L 이하이며, pH는 11.7 이하임을 특징으로 하는 불소 용출 및 용출액의 pH가 저감된 제강슬래그.The steelmaking slag according to claim 4 or 5, wherein the fluorine elution amount of the steelmaking slag is 0.6 mg / L or less and the pH is 11.7 or less.
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WO2007145384A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-21 Ecomaister Co., Ltd. A method for stabilizing slag and novel materials produced thereby

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