KR101088183B1 - Synthetic method of portland cement by using the heat and elements of the fused blast furnace slag and portland cement manufactured with this - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트에 관한 것으로서, 이는 고로(용광로)에서 용선을 제조하는 과정에서 배출되는 고온의 용융 고로슬래그에 함유된 포틀랜드 시멘트 클링커 주요 구성 성분(CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 등)과 용융 고로슬래그의 고온 현열을 활용하여 포틀랜드 시멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 용선 제조시 발생된 1,400℃ 이상의 용융 고로슬래그에 부족한 Ca 성분(석회질 원료) 공급물질로 석회석, 폐석회, 시멘트 킬른 더스트 등과 Fe 성분(철질 원료) 공급물질로 제강슬래그와 철광석 등을 추가로 첨가하고, 포틀랜드 시멘트 클링커 광물 합성을 위한 에너지는 용융 고로슬래그 현열 및 외부 공급 에너지를 활용하여 1,400℃ 이상의 온도로 유지하면서 5~60분 동안 반응시켜 C3S, C2S, C3A, C4AF 등의 포틀랜드 시멘트 클링커 주요 광물을 합성하는 방법이다. 또한 클링커를 냉각할 때 회수되는 현열은 철광석 건조 등 철강공정에 재활용하며, 냉각된 포틀랜드 시멘트 클링커에 인산부산석고, 티탄석고, 탈황석고, 천연석고 등에서 선정된 적어도 1종 이상의 석고(CaSO2H2O)를 첨가하여 파분쇄하는 공정으로 구성된다.The present invention relates to a portland cement manufacturing method using molten blast furnace slag and a portland cement produced by the same, which is a main component of the portland cement clinker contained in the hot molten blast furnace slag discharged in the process of manufacturing molten iron in a blast furnace (blast furnace). The present invention relates to a method for producing portland cement using components (CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3, etc.) and hot sensible heat of molten blast furnace slag. To this end, the present invention is a Ca component (lime raw material) feed material that is insufficient in molten blast furnace slag generated in the molten iron manufacture of limestone, waste lime, cement kiln dust and Fe components (iron raw material) as a feed material such as steelmaking slag and iron ore Is added, and the energy for Portland cement clinker mineral synthesis is reacted for 5 ~ 60 minutes while maintaining the temperature above 1,400 ℃ by utilizing molten blast furnace slag sensible heat and external supply energy.C 3 S, C 2 S, C 3 This is a method for synthesizing the main minerals of Portland cement clinker such as A, C 4 AF. In addition, the sensible heat recovered when cooling the clinker is recycled to steel processes such as iron ore drying, and at least one gypsum selected from phosphate, titanium, desulfurized, and natural gypsum (CaSO 4 · 2H) in the cooled Portland cement clinker. It is comprised by the process of crushing by adding 2O).

용융 고로슬래그, 포틀랜드 시멘트, 클링커 광물, 석회석, 제강슬래그 Molten Blast Furnace Slag, Portland Cement, Clinker Minerals, Limestone, Steelmaking Slag

Description

용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법{SYNTHETIC METHOD OF PORTLAND CEMENT BY USING THE HEAT AND ELEMENTS OF THE FUSED BLAST FURNACE SLAG AND PORTLAND CEMENT MANUFACTURED WITH THIS}Portland cement manufacturing method using molten blast furnace slag {SYNTHETIC METHOD OF PORTLAND CEMENT BY USING THE HEAT AND ELEMENTS OF THE FUSED BLAST FURNACE SLAG AND PORTLAND CEMENT MANUFACTURED WITH THIS}

본 발명은 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고로에서 용선을 제조하는 과정에서 배출되는 고온의 용융 고로슬래그에 함유된 포틀랜드 시멘트 클링커의 주요 구성 성분(CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 등)과 고온의 현열을 활용함으로서 에너지 및 원료의 절감을 통해 포틀랜드 시멘트 제조비용을 절감하고 온실가스 CO2(g) 배출량을 억제하는 효과를 갖는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing portland cement using molten blast furnace slag and to a portland cement produced therefrom. More specifically, the present invention relates to a portland cement clinker contained in a high temperature molten blast furnace slag discharged in the process of manufacturing molten iron in a blast furnace. constituents (CaO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 , etc.) and reduce the Portland cement manufacturing costs through reduction of by utilizing sensible heat energy and raw material for the high temperature and suppress the greenhouse gas CO 2 (g) emission It relates to a portland cement manufacturing method using a molten blast furnace slag having an effect to and a portland cement produced through the same.

철강산업은 그 제조 공정의 특성상 다량의 원료와 에너지를 사용할 뿐만 아 니라 다양한 종류의 폐·부산자원을 필연적으로 발생시키고 있다. Due to the nature of the manufacturing process, the steel industry not only uses a large amount of raw materials and energy, but also generates various kinds of waste and Busan resources.

즉 철강공정은 원료, 제선, 제강, 압연 및 스테인리스 등 복잡한 공정의 연결생산체제를 거치면서 수 많은 종류의 부산물 및 폐기물을 다량으로 발생시키고 있으며, 그 중에서 가장 많은 양을 차지하는 부산물이 슬래그이다. In other words, the steel process generates a large amount of by-products and wastes through a complex production system of raw materials, steelmaking, steelmaking, rolling and stainless steel, and slag is the most by-product.

철강슬래그는 철광석, 코크스, 석회석을 원료로 하여 고로에서 선철을 만들어 내는 제선 공정에서 발생하는 고로슬래그와 전로에서 철강을 제조하는 제강공정에서 발생하는 전로슬래그, 그리고 고철을 주원료로 사용하는 전기로에서 발생하는 전기로슬래그 등으로 나눌 수 있다. Steel slag is generated from blast furnace slag generated from the iron making process of iron ore, coke and limestone in the blast furnace to produce pig iron, converter slag generated from the steelmaking process to produce steel from the converter and electric furnace using scrap iron as the main raw material. It can be divided into electric furnace slag and the like.

철강산업에서는 원료가격과 함께 에너지 가격이 생산원가에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 세계 각국에서는 철강산업에서의 합리적인 에너지 관리를 위해 노력하고 있으며, 그 하나로 각종 공정에서 배출되는 에너지를 회수하기 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. In the steel industry, raw material prices and energy prices have a huge impact on production costs. Many countries are making efforts to manage energy rationally in the steel industry. One of them is research and development to recover energy emitted from various processes. It is actively underway.

철강산업에서 배출되는 에너지라 함은 각 단위 공정의 생산물이나 부산물이 가지는 열에너지나 압력에너지 중 공정에 재이용되지 않는 에너지를 말하고, 현재 많은 부분의 배출 에너지는 그 회수기술이 개발되어 경제적인 효과를 상당히 나타내고 있으나, 아직도 회수하여 재활용할 수 있는 많은 에너지가 버려 지고 있다. The energy emitted from the steel industry refers to the energy that is not reused in the thermal energy or pressure energy of each product or by-product of each unit process. However, much of the energy that can be recovered and recycled is being thrown away.

에너지 회수기술 분야에서 아직 실용화 단계까지 개발되지 않은 대표적인 분야가 고로(blast furnace)나 전로(converter) 슬래그의 현열을 회수하는 기술이다.In the field of energy recovery technology, a representative field which has not been developed until the practical use stage is a technology for recovering sensible heat of blast furnace or converter slag.

고로에서 1ton의 용선(pig iron)을 생산할 때 약 300kg의 고로슬래그가 발생한다. 이의 배출온도는 약 1,400℃ 이상으로 고로슬래그 1kg 당 약 374(고체)∼ 455kcal(액체)의 막대한 현열을 가지고 있다. 그러나 현재는 용융된 고로슬래그를 서냉시켜 결정화된 고로서냉슬래그를 파쇄하여 골재 등으로 활용하거나, 또는 물로 급냉시켜 유리질화 된 고로수쇄슬래그는 분쇄하여 시멘트 혼화재, 시멘트 원료, 비료 등으로 사용하게 되는 이유로 용융 고로슬래그에 함유된 막대한 양의 현열(약 374kcal/kg)이 실제 재활용되고 있지 못하고 버려지고 있는 실정이다. When producing 1 ton of pig iron in the blast furnace, about 300 kg of blast furnace slag is generated. Its discharge temperature is about 1,400 ℃ and above, and it has enormous sensible heat of about 374 (solid) to 455 kcal (liquid) per kg of blast furnace slag. However, at present, molten blast furnace slag is slowly cooled to crystallize the blast furnace slag, which is crystallized and used as aggregate, or quenched slag quenched with water to be used as cement admixture, cement raw material, fertilizer, etc. For this reason, the enormous amount of sensible heat (about 374 kcal / kg) contained in the molten blast furnace slag is not recycled and is being discarded.

한편, 현재와 같은 로타리 킬른에 의한 포틀랜드 시멘트는 1824년 Joseph Aspidin에 의해 발명되었고, 제 2차 세계대전 후에는 국토의 재건과 경제가 급성장함에 따라 시멘트의 수요가 급증하고 이에 대응하기 위해 포틀랜드 시멘트의 제조방식도 여러 가지로 변화되어 오늘에 이르렀다.On the other hand, Portland cement by Rotary Kiln was invented by Joseph Aspidin in 1824, and after World War II, as the reconstruction of the land and the economy grew rapidly, the demand for cement increased rapidly. Manufacturing methods have also changed in many ways to this day.

처음에는 여열발전설비를 부착한 건식 short kiln이 주력이었지만, 습식 long kiln 및 Lepol kiln을 거쳐, 현재에는 열소비가 적고 양산효과가 큰 건식 SP(suspension preheater) kiln의 시대가 되었고, 열효율을 더 높이기 위해 하소로를 덧붙인 NSP(new suspension preheater) kiln으로 전환되고 있다. At first, dry short kilns equipped with thermal power generation facilities were the mainstream, but through wet long kilns and Lepol kilns, it has now become the era of dry SP (kip-spension preheater) kilns, which have low heat consumption and have high mass production effects. It is being converted to a new suspension preheater (NSP) kiln with a calciner.

포틀랜드 시멘트의 제조는 원료공정, 소성공정, 분쇄공정의 3 공정으로 대별된다. 원료공정은 석회석, 점토, 규석, 산화철 원료 등을 건조한 후 적당한 비율로 배합, 원료 분쇄기에서 미분쇄하여 균일하게 혼합하는 공정이다. 다음의 소성공정은 원료 배합물을 suspension preheater를 거쳐 로타리 킬른에 공급하여 1,400℃ 이상의 고온에서 소성한 후 cooler에서 급냉하여 포틀랜드 시멘트 클링커를 제조하는 공정이다. 분쇄공정은 포틀랜드 시멘트 클링커에 응결지연제로서 적당량의 석고를 가하여 시멘트 분쇄기로 미분쇄하여 포틀랜드 시멘트를 제조하는 공정이다. 이 때 시멘트 공장에서는 시멘트 제조비용의 약 70% 이상이 에너지 비용이므로 고로와 마찬가지로 전형적인 에너지 다소비형 공업이다. The manufacture of Portland cement is roughly divided into three processes: raw material process, firing process and grinding process. The raw material process is a process in which limestone, clay, silica, iron oxide raw materials, etc. are dried, mixed at an appropriate ratio, finely pulverized in a raw material mill, and mixed uniformly. In the following firing process, the raw material mixture is supplied to a rotary kiln via a suspension preheater, fired at a high temperature of 1,400 ° C. or higher, and then quenched in a cooler to produce a portland cement clinker. The crushing process is a process for producing portland cement by pulverizing with a cement mill by adding an appropriate amount of gypsum to the Portland cement clinker as a coagulation delay agent. At this time, about 70% or more of the cement manufacturing cost is an energy cost in a cement plant, which is a typical energy-consuming industry like a blast furnace.

표 1은 포틀랜드 시멘트 클링커 1kg 제조에 필요한 생성과정에서의 이론적 열량을 나타낸 것으로, 포틀랜드 시멘트 클링커 1kg을 생성하는데 필요한 열량은 계산상 약 420kcal/kg·clinker이다. Table 1 shows the theoretical calories produced during the production of 1 kg of Portland cement clinker. The calories required to produce 1 kg of Portland cement clinker is about 420 kcal / kg clinker.

그러나 실제 포틀랜드 시멘트 제조에서는 배출 가스를 통한 열손실, 노체로부터의 방열도 있어 이론치 보다는 큰 값을 갖는다. 실제로 소비되는 열원단위(THC, Total Heat Consumption)는 과거의 습식 로타리 킬른에서는 약 1,300∼1,400kcal/kg·clinker였으나, 현재의 NSP 킬른에서는 배출되는 열을 원료의 건조 및 석회석의 하소에 이용하여 열원단위를 약 700kcal/kg·clinker 정도까지 낮추고 있다. In actual Portland cement production, however, there are also heat losses through the exhaust gas and heat dissipation from the furnace, which is higher than the theoretical value. Total heat consumption (THC) actually consumed was about 1,300 to 1,400 kcal / kg · clinker in wet rotary kilns in the past, but in the current NSP kiln, heat is released by drying the raw materials and calcining limestone. The unit is being lowered to about 700kcal / kgclinker.

(표 1) 포틀랜드 시멘트 클링커 생성반응의 열수지Table 1 Heat Balance of Portland Cement Clinker Formation Reaction

Figure 112009014871048-pat00001
Figure 112009014871048-pat00001

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 상술한 포틀랜드 시멘트의 제조에 관한 종래의 기술의 문제점 즉, 막대한 양의 석회석, 점토, 규석, 산화철 등의 사용에 따른 천연자원의 고갈 및 자연의 훼손, 석회석의 하소에 따른 CO2(g)의 발생, 그리고 원료공정, 소성공정, 분쇄공정 등의 시멘트 제조공정에 소요되는 막대한 양의 에너지 사용 및 이에 따른 CO2(g)의 발생 등의 문제점을 개선하고자 용선을 제조할 때 고로에서 부산물로 발생되는 고온의 용융 고로슬래그의 성분과 열을 포틀랜드시멘트의 제조에 활용함으로서 포틀랜드 시멘트 제조 공정에서 소요되는 원료 수급 비용, 에너지 비용의 절감 방안을 모색하기 위한 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the problem of the prior art with respect to the production of the above-mentioned portland cement, namely the use of natural resources according to the use of enormous amounts of limestone, clay, silica, iron oxide, etc. Depletion and deterioration of nature, generation of CO 2 (g) due to calcination of limestone, and the enormous amount of energy used in cement manufacturing processes such as raw material process, firing process, and grinding process, and thus CO 2 (g) In order to improve the production of molten iron, by using the components and heat of the hot molten blast furnace slag generated as a by-product from the blast furnace in the production of portland cement, the raw material supply cost and energy cost of the Portland cement manufacturing process are reduced. Portland cement manufacturing method using molten blast furnace slag to find a solution and Portland cement manufactured therefrom Its purpose is to.

특히 석회석 사용량의 절감과 에너지 사용량의 절감, 회수 및 재활용을 통해 현재 세계적으로 지구온난화의 가장 큰 요소 중의 하나로 지목되고 있는 CO2(g)의 발생을 억제하기 위한 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트를 제공하는데 그 목적이 있다.In particular, the manufacturing method of portland cement using molten blast furnace slag to reduce the generation of CO 2 (g), which is currently considered as one of the biggest factors of global warming, through the reduction of limestone consumption, energy consumption reduction, recovery and recycling. And it is an object to provide a portland cement manufactured through this.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 철강 제조공정 중 고로(용광로)에서 용선을 제조하는 과정에서 배출되는 용융상태의 고로슬래그와, Ca 및 Fe의 공급물질을 석회포화도 78~100이 되도록 배합하는 배합단계와; 상기 배합단계를 거친 배합물을 반응기에 투입하여 1,400℃ 이상의 온도에서 5~60분 동안 반응시킴으로써 시멘트 클링커를 취하는 클링커획득단계와; 상기 클링커획득단계를 통해 얻어진 시멘트 클링커에 인산부산석고, 티탄석고, 탈황석고, 천연석고 중 하나 이상을 첨가하여 파쇄 및 분쇄하는 파분쇄단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the molten blast furnace slag discharged in the process of manufacturing molten iron in the blast furnace (blast furnace) of the steel manufacturing process, and the feed material of Ca and Fe blended so that the saturation degree 78 ~ 100 A compounding step; A clinker acquisition step of taking a cement clinker by injecting a compound that has undergone the blending step into a reactor and reacting at a temperature of 1,400 ° C. or more for 5 to 60 minutes; Characterized in that it comprises a crushing step of crushing and pulverizing by adding one or more of the phosphate gypsum, titanium gypsum, desulfurized gypsum, natural gypsum to the cement clinker obtained through the clinker acquisition step.

상기 Ca 및 Fe의 공급물질 중 Ca 공급물질은 석회석, 폐석회 또는 시멘트 킬른 더스트이고, Fe 공급물질은 제강슬래그, 전기로슬래그 또는 철광석이고, 상기 클링커획득단계 및 파분쇄단계 사이에는 획득된 고온의 시멘트 클링커를 현열회수부를 통해 냉각시키는 현열회수단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.Ca feed material of the Ca and Fe feed material is limestone, waste lime or cement kiln dust, Fe feed material is steel slag, electric furnace slag or iron ore, the high temperature cement obtained between the clinker acquisition step and crushing step It is characterized in that it further comprises a sensible heat recovery step of cooling the clinker through the sensible heat recovery.

상기 클링커획득단계에서 배합물을 자체발열 가능한 상기 반응기 내에서 반응시킬 시에 배출되는 고온 가스는 가스 가열기로 공급되고, 그 가스 가열기에 의해 더 가열된 고온 공기는 상기 Ca 및 Fe의 공급물질의 예열을 위해 사용되거나 상기 반응기의 자체발열부하 감소를 위해 사용되되, 상기 가스 가열기는 상기 반응기가 가열되지 않은 경우에 외부의 공기를 가열하여 그 반응기에 공급하고 상기 반응기가 가열된 경우에 상기 고온 공기만을 상기 반응기에 공급함으로써 상기 배합물이 버블링(bubbling)되도록 하는 것을 특징하며, 상기 고온 가스는 축열부로 공급되고 이 축열부에 저장된 열에너지는 철강제조 공정에 사용되는 것을 특징으로 한다.In the clinker acquisition step, the hot gas discharged when the compound is reacted in the reactor capable of self-heating is supplied to a gas heater, and the hot air further heated by the gas heater prevents preheating of the Ca and Fe feed materials. Used to reduce the self-heating load of the reactor, wherein the gas heater heats the outside air to supply the reactor when the reactor is not heated and only the hot air when the reactor is heated. It is characterized in that the mixture is bubbling by feeding to the reactor, wherein the hot gas is supplied to the heat accumulator and the heat energy stored in the heat accumulator is used in the steel manufacturing process.

한편으로 상기 클링커획득단계에서 배합물을 상기 반응기 내에서 반응시킬 시에 배출되는 고온 가스는 상기 Ca 및 Fe의 공급물질이 투입된 예비가열로로 공급되어 예열된 상기 Ca 및 Fe의 공급물질이 상기 반응기로 투입되도록 하고, 상기 예비가열로에서 배출되는 배가스는 가스 가열기를 거쳐 더 고온으로 재가열되어 상기 반응기의 하부에 투입되되, 상기 가스 가열기는 상기 반응기가 가열되지 않은 경우에 외부의 공기를 가열하여 그 반응기에 공급하고 상기 반응기가 가열된 경우에 배가스만을 상기 반응기에 공급하여 상기 배합물이 버블링되도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 배가스는 축열부로 공급되고 이 축열부에 저장된 열에너지는 철강제조 공정에 사용되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the hot gas discharged when the compound is reacted in the reactor in the clinker acquisition step is supplied to a preheating furnace into which the Ca and Fe feed materials are fed, and thus the preheated Ca and Fe feed materials are supplied to the reactor. And the exhaust gas discharged from the preheating furnace is reheated to a higher temperature through a gas heater to be introduced into a lower portion of the reactor, wherein the gas heater heats external air when the reactor is not heated to the reactor. It is characterized in that for supplying to the reactor and when the reactor is heated to supply only the exhaust gas to the reactor so that the compound is bubbled, the exhaust gas is supplied to the heat accumulator and the heat energy stored in the heat accumulator is used in the steel manufacturing process It features.

추가적으로 상기 현열회수부를 통해 회수된 현열은 축열부로 공급되고 이 축열부에 저장된 열에너지는 철강제조 공정에 사용되는 것을 특징으로In addition, the sensible heat recovered through the sensible heat recovery unit is supplied to the heat storage unit and the heat energy stored in the heat storage unit is used in the steel manufacturing process.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트는 제강용 용선을 제조할 때 부산물로 발생되는 1,400℃이상의 용융된 고온 고로슬래그의 높은 열 함유량(약 455kcal/kg)과 성분을 이용함으로서 기존의 포틀랜드 시멘트와 비교하여 천연자원인 석회석, 규석, 점토, 철광석 등의 원료 절감 효과, 이들의 파분쇄 및 건조, 가열, 탈수, 석회석의 열분해, 분해 생성물의 가열 등에 소요되는 에너지를 절감하도록 한다. As described above, the Portland cement manufacturing method using the molten blast furnace slag according to the present invention and the Portland cement produced through the high heat content of the molten hot blast furnace slag of 1,400 ℃ or more generated as a by-product when producing molten iron for steelmaking ( 455 kcal / kg) and its components to reduce raw materials, such as limestone, silica, clay and iron ore, natural resources compared to conventional portland cement, and their crushing and drying, heating, dehydration, pyrolysis and decomposition products of limestone To reduce the energy required for heating.

또한 천연자원인 석회석 및 에너지의 사용량 감소에 따른 온실가스인 CO2(g) 발생량 저감 등의 효과와 용융 포틀랜드 시멘트 클링커를 냉각하는 과정에서 함유된 열을 회수하여 철강공정에 재활용함에 따른 에너지의 절감 등의 다양한 효과까지 기대할 수 있고, 기존의 포틀랜드 시멘트 제조 공정과 비교하여 용융 고로슬래그에 함유된 열에너지의 사용에 따른 에너지 비용 감소 및 CO2(g)의 발생 억제 효과, 석회질 원료 사용량 감소에 따른 온실가스인 CO2(g) 배출량의 감소, 고로슬래그 사용에 따른 제조 원료 수급 비용 및 원료 분쇄비 절감 등 다양한 효과를 획득할 수 있다. In addition, the reduction of the amount of CO 2 (g) which is a greenhouse gas caused by the reduction of the use of natural resources limestone and energy and the reduction of energy by recovering the heat contained in cooling the molten Portland cement clinker and recycling it in the steel process It can be expected to have various effects, such as the reduction of energy costs, the suppression of CO 2 (g) generation, and the reduction of the amount of calcareous raw materials, due to the use of thermal energy contained in molten blast furnace slag, compared to the conventional Portland cement manufacturing process. Various effects can be achieved, including the reduction of CO 2 (g), a gas, the supply and demand for manufacturing raw materials, and the cost of crushing raw materials.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 이를 통해 제조된 포틀랜드 시멘트를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a portland cement manufacturing method using the blast furnace slag according to the present invention and the portland cement produced through this.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법을 도시한 공정도이다. 1 is a process chart showing a portland cement manufacturing method using a molten blast furnace slag according to the first embodiment of the present invention, Figure 2 is a portland cement manufacturing method using a molten blast furnace slag according to a second embodiment of the present invention One process chart.

본 발명에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법은 기본적으로 철강 제조공정 중 고로(용광로)에서 용선을 제조하는 과정에서 배출되는 용융상태의 고로슬래그와, Ca 및 Fe의 공급물질을 석회포화도 78~100이 되도록 배합하는 배합단계와, 상기 배합단계를 거친 배합물을 반응기에 투입하여 1,400℃ 이상의 온도에서 5분 이상 반응시킴으로써 시멘트 클링커를 취하는 클링커획득단계와, 상기 클링커획득단계를 통해 얻어진 시멘트 클링커에 인산부산석고, 티탄석고, 탈황석고, 천연석고 중 하나 이상을 첨가하여 파쇄 및 분쇄하는 파분쇄단계로 구성되며, 상기 클링커획득단계 및 파분쇄단계 사이에는 획득된 고온의 시멘트 클링커를 현열회수부를 통해 냉각시키는 현열회수단계가 더 포함된다.Portland cement manufacturing method using molten blast furnace slag according to the present invention is basically the blast furnace slag of the molten state discharged during the manufacturing of molten iron in the blast furnace (blast furnace) of the steel manufacturing process, and the supply material of Ca and Fe lime saturation degree 78 To a clinker obtaining step of mixing the compounding step to obtain a cement clinker by incorporating the compounding step, the compound having undergone the compounding step into the reactor and reacting at a temperature of 1,400 ° C. or more for 5 minutes or more, and the cement clinker obtained through the clinker obtaining step. It consists of a crushing step of crushing and pulverizing by adding at least one of phosphate, titanium, desulfurized gypsum, natural gypsum, and between the clinker acquisition step and the crushing step through the sensible heat recovery unit A sensible heat recovery step of cooling is further included.

일반적으로 포틀랜드 시멘트는 석회석, 점토, 규석, 철광석 등을 분쇄하여 혼합한 후 로타리 킬른에서 혼합 원료 광물을 최고온도 1,450℃ 수준에서 소성하여 클링커 광물을 생성한 후 응결지연제로 석고를 첨가하여 분쇄하여 제조한다. In general, Portland cement is manufactured by grinding limestone, clay, silica, iron ore, and then pulverizing mixed raw minerals in the rotary kiln at the maximum temperature of 1,450 ℃ to produce clinker minerals, and then grinding by adding gypsum as a coagulant retardant. do.

이 때 포틀랜드 시멘트 클링커 제조 공정의 소성공정에 투입되는 열원단위는 클링커 1kg 당 약 700kcal/kg·clinker가 필요하며 이러한 열원단위는 포틀랜드 시 멘트 제조비용의 약 70% 이상을 차지한다. 또한 포틀랜드 시멘트 제조용 원료로 사용되는 대량의 석회석, 점토, 규석, 철광석 등은 자연에서 얻을 수밖에 없기 때문에 천연자원의 소모 및 환경 파괴가 수반되고, 원료의 파분쇄, 건조, 혼합, 소성에 따른 다량의 에너지가 소모되며, 석회석의 하소 및 에너지 사용에 따른 다량의 온실가스 CO2(g)가 필연적으로 발생될 수밖에 없다. At this time, the heat source unit input to the firing process of the Portland cement clinker manufacturing process requires about 700 kcal / kg clinker per kg of clinker, and this heat source unit accounts for about 70% of the cost of manufacturing Portland cement. In addition, a large amount of limestone, clay, silica, iron ore, which are used as raw materials for portland cement manufacturing, are inherently obtained from nature, and thus consume natural resources and destroy the environment. Energy is consumed, and large amounts of greenhouse gas CO 2 (g) are inevitably generated due to calcination of limestone and energy use.

그러나 본 발명은 고로에서 용선 제조시 발생된 1,400℃ 이상의 용융 고로슬래그에 부족한 Ca 성분(석회질 원료) 공급물질로 석회석, 폐석회, 시멘트 킬른 더스트 등과 Fe 성분(철질 원료) 공급물질로 제강슬래그, 전기로슬래그, 철광석 등을 추가로 첨가하고, 포틀랜드 시멘트 클링커 광물 합성을 위한 에너지는 용융 고로슬래그 현열 및 외부 공급 에너지를 활용하여 1,400℃ 이상의 온도로 유지하면서 5~60분 동안 반응시켜 C3S, C2S, C3A, C4AF 등의 포틀랜드 시멘트 클링커 주요 광물을 합성한 다음으로, 클링커를 냉각할 때 회수되는 현열을 철광석 건조 등의 철강공정에 재활용하고 냉각된 포틀랜드 시멘트 클링커에 인산부산석고, 티탄석고, 탈황석고, 천연석고 등에서 선정된 적어도 1종 이상의 석고(CaSO4·2H2O)를 첨가하여 파분쇄하는 공정으로 구성된다.However, the present invention is a Ca component (lime raw material) feed material lacking in molten blast furnace slag of 1,400 ℃ or more generated in the manufacturing of molten iron in the blast furnace, such as limestone, waste lime, cement kiln dust and Fe (iron raw material) feed steelmaking slag, electric furnace further added to the slag, iron ore, etc., and energy for the Portland cement clinker minerals synthesized by reacting for 5 to 60 minutes while utilizing the molten slag sensible heat and the external supply of energy remains above 1,400 ℃ temperature of C 3 S, C 2 After synthesizing the main minerals of Portland cement clinker such as S, C 3 A and C 4 AF, the sensible heat recovered when cooling the clinker is recycled to steel process such as iron ore drying and phosphate gypsum is transferred to the cooled Portland cement clinker. It consists of a process of crushing by adding at least one gypsum (CaSO 4 · 2H 2 O) selected from titanium gypsum, desulfurized gypsum, natural gypsum, etc. All.

철강산업에서 2006년도에 발생된 슬래그의 양은 표 2와 같다. 표 2에서와 같이 연간 약 2,000만톤의 슬래그가 발생되었으며, 이중 고로슬래그는 연간 약 900만톤 정도, 제강슬래그는 약 600만톤 정도 발생되었다.The amount of slag generated in 2006 in the steel industry is shown in Table 2. As shown in Table 2, about 20 million tons of slag was generated annually, among which blast furnace slag generated about 9 million tons per year and steelmaking slag generated about 6 million tons.

표 3은 철강산업 슬래그의 화학조성을 나타낸 것으로, 포틀랜드 시멘트 클링 커 광물의 주요 성분인 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 등으로 구성되어 있다. Table 3 shows the chemical composition of the slag of the steel industry, and consists of CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3, etc., which are the main components of the Portland cement clinker mineral.

이들 4가지 성분의 양이 고로슬래그의 경우는 약 89%, 제강슬래그는 강을 제조하는 공정에 따라 다소 차이가 있지만 71∼91%에 이른다. The amount of these four components is about 89% in the case of blast furnace slag, and steelmaking slag is 71-91%, although it varies slightly depending on the steel manufacturing process.

(표 2) 철강산업 슬래그의 발생량(2006년도)(Table 2) Generation of Slag in the Steel Industry (2006)

Figure 112009014871048-pat00002
Figure 112009014871048-pat00002

(표 3) 철강산업 슬래그의 화학조성(Table 3) Chemical composition of steel industry slag

Figure 112009014871048-pat00003
Figure 112009014871048-pat00003

또한, 고로슬래그는 반응성이 좋은 비정질 형태로 존재하며, 전로슬래그의 경우는 Metal Fe, FeO, 2CaO·Fe2O3, 3CaO·SiO2, 2CaO·SiO2, CaO 등의 광물상으로, 전기로슬래그는 Metal Fe, Wustite(FeO), Magnetite(Fe3O4) Gehlenite(2CaO·Al2O3·SiO2) Monticellite (CaO·MgO·SiO2) 등으로 존재한다. In addition, blast furnace slag exists in a highly reactive amorphous form, and in the case of converter slag, it is a mineral phase such as Metal Fe, FeO, 2CaO · Fe 2 O 3 , 3CaO · SiO 2 , 2CaOSiO 2 , CaO, present in Metal Fe, Wustite (FeO), Magnetite (Fe 3 O 4) Gehlenite (2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2) Monticellite (CaO · MgO · SiO 2) or the like.

표 3을 참조로 하면, 고로슬래그에서 최적의 포틀랜드 시멘트 클링커 화합물을 만들기 위한 알루미나 성분은 많은 것으로 확인되지만 산화칼슘과 산화철 성분은 다소 부족한 것을 알 수 있다. 그러나 기존 금속철을 회수하고 골재로 재활용되고 있는 제강슬래그에는 잔존하는 다량의 산화철 성분과 시멘트 클링커 화합물로 구성되어 있기 때문에 이들을 고로슬래그에 부족한 철분 공급원뿐만 아니라 Ca 및 Si 성분의 공급원으로 활용할 수 있는 장점이 있어 비교적 소량의 석회석과 제강공정 부산물인 제강슬래그를 사용하면 충분히 포틀랜드 시멘트 클링커를 제조할 수 있다.Referring to Table 3, the alumina component for making the optimum Portland cement clinker compound in the blast furnace slag was found to be large, but the calcium oxide and iron oxide components were found to be somewhat insufficient. However, steel slag that is recovered from existing iron and recycled as aggregate is composed of a large amount of remaining iron oxide component and cement clinker compound, so it can be used as a source of Ca and Si components as well as iron source lacking in blast furnace slag. Therefore, using a relatively small amount of limestone and steelmaking slag as a by-product of the steelmaking process makes it possible to produce Portland cement clinker sufficiently.

1톤의 고로슬래그로 약 1.56톤의 포틀랜드 시멘트 클링커를 생산할 수 있기 때문에 현재 국내 철강산업에서 발생되는 900만톤의 고로슬래그로 약 1,500만톤의 포틀랜드 시멘트를 생산할 수 있다. 이러한 양은 국내 시멘트 연간 생산량 약 5,000만톤의 30%를 대체할 수 있는 양이다. Since 1 ton blast furnace slag can produce about 1.56 tons of Portland cement clinker, it is possible to produce about 15 million tons of Portland cement with 9 million tons of blast furnace slag generated in the domestic steel industry. This amount can replace 30% of the annual production of about 50 million tons of domestic cement.

따라서 본 발명을 통해 포틀랜드 시멘트를 제조하여 생산하게 된다면 시멘트 회사에서 발생되는 여러 가지 문제점 즉, 대량의 천연자원 및 에너지의 사용과 CO2(g) 발생 문제를 획기적으로 저감시킬 수 있을 것이다.Therefore, if the production and production of Portland cement through the present invention will be able to significantly reduce the various problems that occur in the cement company, that is, the use of large amounts of natural resources and energy and the generation of CO 2 (g).

도 1을 참조로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 포틀랜드 시멘트 제조과정을 설명하면, 고로에서 발생된 용융 고로슬래그에 Ca 및 Fe 성분이 포함된 원료 또는 산업부산물을 공급물질로 하여 시멘트 클링커 화합물이 생성되는 성분비를 갖도록 혼합한 다음, 자체발열 또는 외부 공급 열에너지를 클링커 반응에 이용할 수 있는 반응기(1-1)에서 포틀랜드 시멘트 클링커를 제조하고, 이 때 발생되는 현열을 회수하여 제철공정에 활용하게 되는데, 클링커획득단계에서 용융 고로슬래그와 Ca 및 Fe 공급물질의 배합물을 반응기(1-1) 내에서 반응시킬 때 배출되는 고온 가스는 자체발열 가능한 가스 가열기(3)로 공급되고 그 가스 가열기(3)에 의해 더 가열된 고온 공기가 Ca 및 Fe의 공급물질 예열을 위해 사용되거나 반응기(1-1)의 자체발열부하 감소를 위해 사용되며 고온 가스는 축열부(4)로 공급되어 이 축열부(4)에 저장된 열에너지가 철강제조공정에 재사용된다. 또한 현열회수부(2)를 통해 회수된 현열은 축열부(4)로 공급되어 이 축열부(4)에 저장된 열에너지도 철강제조 공정에 사용된다. 다시 말해서 고로에서 발생되는 용융 고로슬래그를 Ca 및 Fe 성분이 포함된 원료 또는 산업부산물과 함께 자체 발열가능한 반응기(1-1)에 투입하고, 반응기(1-1) 내 배합물의 균질한 혼합 및 이로부터 발생되는 열을 재활용하기 위하여 반응기(1-1)에서 발생되는 고온의 가스를 포집하여 다시 반응기(1-1)로 유입시켜 피반응물, 즉 반응기(1-1) 내 배합물을 버블링(bubbling)하여 유동시키며, 이 때 가스 가열기(3)를 이용하여 포집 가스를 추가적으로 가열함으로써 반응기(1-1) 내로 투입되는 공기의 온도를 보다 더 고온으로 유지함으로써 반응기(1-1)의 자체발열부하를 감소시킬 수도 있다. 반응기(1-1)의 발열부하를 경감하기 위한 또 다른 방법으로 가스 가열기(3)로부터 추가되는 고온의 가스에 Ca, Fe 함유 원료를 접속시켜 원료를 예열한 후 예열된 원료와 가스를 반응기에 동시 혼합하여 투입하는 방식도 가능하다(A). 또한 최초 공정 개시 단계에서는 외부공기를 가스 가열기(3)로 공급하여 가열한 후 반응기(1-1)로 투입하고 반응기(1-1)에서 반응이 완료된 포틀랜드 시멘트 클링커는 현열회수부(2)를 통과하여 냉각되고 현열회수부(2)를 통하여 회수된 고온의 공기는 축열부(4)로 공급되어 축열되었다가 철강공정에 재활용되며, 냉각된 포틀랜드 시멘트 클링커를 파쇄하고 이에 석고를 첨가하여 분쇄함으로써 최종적으로 포틀랜드 시멘트가 된다. 본 발명의 포틀랜드 시멘트 제조공정에서 Steady State로 공정이 운전될 때 반응기(1-1)로부터 발생되는 고온의 가스 중 물질의 유동을 위하여 가스 가열기(3)를 거쳐 다시 반응기(1-1)로 투입되고 남은 과잉의 가스(석회질 원료의 탈탄산 반응 등에 의해 획득되는 잉여 가스)는 축열부(4)로 이송되어 철강공정에 재활용된다.Referring to Figure 1 portland cement manufacturing process according to a first embodiment of the present invention will be described, the cement clinker compound using a raw material or industrial by-products containing Ca and Fe components in the molten blast furnace slag generated in the blast furnace After mixing so as to generate the component ratio, the Portland cement clinker is manufactured in a reactor (1-1) capable of using self-heating or externally supplied thermal energy for the clinker reaction, and recovers the sensible heat generated at this time for use in the steelmaking process. In the clinker acquisition step, the hot gas discharged when the mixture of molten blast furnace slag and Ca and Fe feed material is reacted in the reactor 1-1 is supplied to the self-heating gas heater 3 and the gas heater 3 Hot air further heated by) is used to preheat Ca and Fe feedstock or to reduce the self-heating load of reactor (1-1). The hot gas is supplied to the heat storage unit 4 and the thermal energy stored in the heat storage unit 4 is reused in the steel manufacturing process. In addition, the sensible heat recovered through the sensible heat recovery unit 2 is supplied to the heat storage unit 4 and the thermal energy stored in the heat storage unit 4 is also used in the steel manufacturing process. In other words, the molten blast furnace slag generated in the blast furnace is introduced into a self-heating reactor (1-1) together with raw materials or industrial by-products containing Ca and Fe components, and homogeneous mixing of the compound in the reactor (1-1) and this In order to recycle the heat generated from the reactor, the hot gas generated in the reactor 1-1 is collected and flowed back into the reactor 1-1 to bubbling the reactants, that is, the compound in the reactor 1-1. In this case, the heating gas is additionally heated by using the gas heater 3 to maintain the temperature of the air introduced into the reactor 1-1 at a higher temperature, thereby causing the self-heating load of the reactor 1-1. May be reduced. As another method for reducing the exothermic load of the reactor 1-1, Ca and Fe-containing raw materials are connected to the hot gas added from the gas heater 3 to preheat the raw materials, and then the preheated raw materials and gases are transferred to the reactor. It is also possible to add a mixture at the same time (A). In addition, at the beginning of the process, the external air is supplied to the gas heater (3), heated, and then introduced into the reactor (1-1). The hot air that has been cooled and recovered through the sensible heat recovery unit 2 is supplied to the heat storage unit 4 to be regenerated and recycled to the steel process. By crushing the cooled Portland cement clinker and adding gypsum thereto, it is crushed. Finally it becomes Portland cement. In the Portland cement manufacturing process of the present invention, when the process is operated in the Steady State, the gas is introduced into the reactor 1-1 through the gas heater 3 for the flow of material in the hot gas generated from the reactor 1-1. The remaining excess gas (excess gas obtained by the decarbonation reaction of the calcined raw material, etc.) is transferred to the heat storage unit 4 and recycled in the steel process.

한편으로 도 2를 참조로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 포틀랜드 시멘트 제조과정을 살펴보면, 첨가되는 Ca 및 Fe 성분이 포함된 원료 또는 산업부산물을 공정 중에 회수된 현열로 예열하고 이 때 발생된 배가스를 고온으로 가열하여 용융 고로슬래그 클링커 반응기에 투입함으로써 반응기(1-2) 내의 반응온도를 유지시키고, 투입되는 원료를 균일하게 혼합시키는데, 클링커획득단계에서 배합물을 반응기(1-2) 내에서 반응시킬 때 배출되는 고온 가스는 Ca 및 Fe의 공급물질이 투입된 예비가열로(5)로 공급되어 예열된 Ca 및 Fe의 공급물질이 반응기로 투입되고 예비가열로(5)로 배출되는 배가스는 외부공기를 가열하기 위한 가스 가열기(3)를 거쳐 더욱 고온으로 재가열되어 반응기(1-2)의 하부에 투입되며 배가스는 축열부(4)로 공급되어 이 축열부(4)에 저장된 열에너지가 철강제조 공정에서 재사용된다. 또한 현열회수부(2)를 통해 회수된 현열은 축열부(4)로 공급되어 이 축열부(4)에 저장된 열에너지가 철강제조 공정에 사용된다. 다시 말해서, 고로에서 발생되는 용융 고로슬래그를 반응기(1-2)에 투입하고 원료 예비가열로(5)를 통하여 고온으로 예열된 Ca 및 Fe 성분이 포함된 원료 또는 산업부산물을 반응기(1-2)에 첨가하고, 이 때 원료 예비가열로(5)에는 반응기(1-2)에서 발생되는 고온 가스를 투입하고 원료 예열 중 발생되는 배가스는 포집되어 그 중 일부는 가스 가열기(3)에서 보다 더 고온으로 재가열됨으로써 반응기(1-2)에 하부로부터 투입되어 상기된 바와 같이 반응기 내부의 피반응물을 버블링하여 유동시킴으로써 배합물을 균일하게 혼합하여 주고 반응기(1-2) 내부의 온도를 적정 반응온도로 유지시켜주게 된다. 또한 최초 공정 개시 단계에서는 외부공기를 가스 가열기(3)로 공급하여 가열한 후 반응기(1-2)로 투입한다. 반응기(1-2)에서 반응이 완료된 포틀랜드 시멘트 클링커는 현열회수부(2)를 통과하며 급냉되고, 현열회수부(2)를 통하여 회수된 고온의 현열은 축열부(4)로 공급되어 축열되었다가 철강공정에 재활용된다. 급냉된 포틀랜드 시멘트 클링커는 파쇄되고, 석고를 첨가하여 분쇄됨으로써 최종적으로 포틀랜드 시멘트가 된다. 본 발명에 따른 포틀랜드 시멘트 제조공정에 따라 원료 예비가열로(5)로부터 발생되는 고온의 배가스 일부는 물질의 유동을 위하여 가스 가열기(3)에서 재가열되어 다시 반응기(1-2)로 투입되고 남은 과잉의 가스(석회질 원료의 탈탄산 반응 등에 의해 획득되는 잉여 가스)는 축열부(4)로 이송되어 철강공정에 재활용된다. 본 발명의 포틀랜드 시멘트 제조공정에서 고온으로 예열된 원료와 고온 가스는 혼 합된 상태로 함께 반응기(1-2)에 투입하는 방식도 가능하다(B).On the other hand, referring to Figure 2 portland cement manufacturing process according to a second embodiment of the present invention, pre-heating the raw materials or industrial by-products containing the added Ca and Fe components with sensible heat recovered in the process and generated The exhaust gas is heated to a high temperature to be introduced into the molten blast furnace slag clinker reactor to maintain the reaction temperature in the reactor 1-2 and to mix the input raw materials uniformly. In the clinker acquisition step, the compound is mixed in the reactor 1-2. The hot gas discharged during the reaction is supplied to the preheating furnace 5 into which the Ca and Fe feed materials are added, and the exhaust gas discharged to the preheating furnace 5 is fed into the reactor and the preheated Ca and Fe feed materials are supplied to the reactor. Reheated to a higher temperature via a gas heater (3) for heating the air and introduced into the lower part of the reactor (1-2), the exhaust gas is supplied to the heat storage unit (4) and stored in this heat storage unit (4) The thermal energy is reused in the steel making process. In addition, the sensible heat recovered through the sensible heat recovery unit 2 is supplied to the heat storage unit 4, the thermal energy stored in the heat storage unit 4 is used in the steel manufacturing process. In other words, the molten blast furnace slag generated in the blast furnace is introduced into the reactor (1-2) and the raw material or industrial by-products containing Ca and Fe components preheated to high temperature through the raw material preheating furnace (5). ), And at this time, the hot gas generated from the reactor (1-2) is introduced into the raw material preheating furnace (5), and the flue gas generated during the raw material preheating is collected, and some of them are more than that of the gas heater (3). By reheating to a high temperature, the reactor is introduced from the lower part into the reactor 1-2, and the mixtures are uniformly mixed by bubbling and flowing the reactants inside the reactor as described above, and the temperature inside the reactor 1-2 is adjusted to an appropriate reaction temperature. Will be maintained. In addition, in the initial process start step, the external air is supplied to the gas heater (3), heated and then introduced into the reactor (1-2). The Portland cement clinker in which the reaction was completed in the reactor (1-2) was quenched through the sensible heat recovery unit (2), and the high temperature sensible heat recovered through the sensible heat recovery unit (2) was supplied to the heat storage unit (4) and regenerated. Is recycled to the steel process. The quenched Portland cement clinker is crushed and crushed with the addition of gypsum to finally become Portland cement. According to the Portland cement manufacturing process according to the present invention, a part of the hot exhaust gas generated from the raw material preheating furnace 5 is reheated in the gas heater 3 for the flow of the material, and is introduced into the reactor 1-2, and the remaining excess gas is supplied to the reactor 1-2. Gas (excess gas obtained by decarbonation reaction of the calcined raw material, etc.) is transferred to the heat storage unit 4 and recycled to the steel process. In the Portland cement manufacturing process of the present invention, a raw material preheated to a high temperature and a high temperature gas may be added to the reactor 1-2 in a mixed state (B).

이하 실시예를 통해 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

포틀랜드 시멘트 클링커의 주요 원료 성분(CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3)이 고온에서 반응하여 일정한 함량의 포틀랜드 시멘트 구성 광물(C3S, C2S, C3A, C4AF)이 생성되도록 원료의 종류 및 품위에 따라 Modulus (LSF, SM, IM) 값을 설계하여 배합한다.Portland cement component minerals (C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 ) are reacted at high temperature by the main raw materials (CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 ) of Portland cement clinker Design and mix Modulus (LSF, SM, IM) values according to the type and grade of raw materials to produce AF).

여기에서, LSF(Lime Saturation Factor, 석회포화도)는 CaO 성분이 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3 성분과의 반응성을 나타내며, SM(Silica Modulus, 규산율)은 SiO2 성분이 Al2O3 및 Fe2O3 성분과의 반응성을, IM(Iron Modulus, 철율)은 Al2O3 성분과 Fe2O3 성분의 비로서 융액상의 특성을 나타내는 기준이다.Here, LSF (Lime Saturation Factor) shows the reactivity of CaO component with SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 component, and SM (Silica Modulus, silicic acid rate) shows that SiO 2 component is Al 2 Reactivity with O 3 and Fe 2 O 3 components, IM (Iron Modulus, iron ratio) is a criterion that represents the melt phase characteristics as the ratio of the Al 2 O 3 component and Fe 2 O 3 component.

도 3은 표 1과 같은 화학조성을 갖는 고로슬래그와 석회석의 2성분계 원료에서 석회포화도(LSF) 변화에 따른 고로슬래그와 석회석의 원료 배합비를 나타낸 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the raw material mixture ratio of blast furnace slag and limestone according to the change of lime saturation (LSF) in the two-component raw material of blast furnace slag and limestone having the chemical composition as shown in Table 1.

도 4는 고로슬래그 와 석회석의 2성분계 원료에서 석회포화도(LSF) 변화에 따른 C3S 및 C2S 광물 함량 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the change of C 3 S and C 2 S mineral content according to the change of lime saturation (LSF) in the two-component raw material of blast furnace slag and limestone.

도 3 및 도 4를 참조로 하면, 석회포화도의 값이 78~100 범위에서 고로슬래그는 47~35%, 석회석은 53~65% 범위에서 원료 배합이 가능하고, 이 범위 내에서 포 틀랜드 시멘트 클링커의 주요 구성 광물인 칼슘 실리케이트 광물(C3S 및 C2S) 함량을 조정할 수 있으며, 바람직하게는 석회포화도의 값이 84~96 수준이다. Referring to Figures 3 and 4, the value of lime saturation is in the range of 78 ~ 100 blast furnace slag 47 ~ 35%, limestone can be blended raw materials in the range of 53 ~ 65%, within this range Portland cement The content of calcium silicate minerals (C 3 S and C 2 S), which are the main constituent minerals of the clinker, can be adjusted, and the value of the degree of lime saturation is 84 to 96.

석회포화도의 값이 84 미만의 경우는 C3S 함량이 22% 수준 이하로 적어지고, C2S 함량이 49% 수준으로 많아져, 초기 강도발현이 지연될 수 있으며, 반대로 석회포화도의 값이 96를 초과하게 되면 C3S 함량이 55% 이상으로 증가되어 포틀랜드 시멘트 클링커의 소성성 저하를 초래한다.If the value of lime saturation is less than 84, the C 3 S content is less than 22% level, the C 2 S content is increased to 49% level, the initial strength expression may be delayed, and conversely, Exceeding 96 increases the C 3 S content by more than 55%, leading to a decrease in plasticity of the Portland cement clinker.

한편 고로슬래그와 석회석의 2성분계 원료에서는 고로슬래그의 알루미나(Al2O3) 성분이 높아 포틀랜드 시멘트 클링커의 C3A 함량이 높아지기 때문에, 일부 간극질(C3A 및 C4AF) 함량을 조절하기 위해서는 철질 원료의 사용이 필요하다.On the other hand the two-component material of blast furnace slag and limestone, alumina of blast furnace slag (Al 2 O 3) because the components are increased to rise the C 3 A content of Portland cement clinker, part of the gap to be (C 3 A and C 4 AF) adjusting the content In order to do so, the use of iron raw materials is required.

도 5는 고로슬래그, 석회석 및 철질 원료로서 제강슬래그를 사용한 3성분계 원료에서 석회포화도의 값이 94인 경우 제강슬래그의 함량에 따른 C3A 및 C4AF 광물 함량 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the change of C 3 A and C 4 AF mineral content according to the content of steelmaking slag when the value of saturation degree of 94 in the three-component raw material using steelmaking slag as blast furnace slag, limestone and iron raw material.

도 5에서 보면, 제강슬래그의 함량의 범위는 포틀랜드 시멘트 클링커의 융액상에서의 클링커링 반응을 원활하게 하기 위해서는 5~20% 수준이 바람직하다. 5, the range of the content of steelmaking slag is preferably 5 to 20% in order to smooth the clinker reaction in the melt phase of the Portland cement clinker.

제강슬래그의 함량이 5% 미만의 경우는 C3A 함량이 16% 이상으로 증가되어 융액의 점성이 증가되며, 반대로 20%를 초과하면 C4AF 함량이 26% 이상, C3A 함량이 5% 이하로 되어 융액의 함량 증가 및 포틀랜드 시멘트의 초기강도 발현이 지연된 다.If the steel slag content is less than 5%, the C 3 A content is increased to 16% or more, and the viscosity of the melt increases, whereas if it exceeds 20%, the C 4 AF content is 26% or more and the C 3 A content is 5%. Less than% will increase the melt content and delay the development of initial strength of Portland cement.

(실시예 1)(Example 1)

고로슬래그와 석회석의 2성분계 원료에서 석회포화도 값이 88.0이 되게 원료배합설계한 후 먼저 고로슬래그를 탄소 용기에 투입하였다.The raw material mixture was designed to have a lime saturation value of 88.0 in the two-component raw material of blast furnace slag and limestone.

그리고 용융로에서 1,300℃에서 1,450℃까지 50℃ 간격으로 변화시켜 용융된 고로슬래그로 만든 후 용융된 고로슬래그에 석회석을 투입하여 5~60분 동안 용융온도를 유지하면서 반응시킨 후 대기 중에서 급냉하였다.The molten blast furnace slag was changed from 1,300 ° C. to 1,450 ° C. at 50 ° C., and then limestone was added to the molten blast furnace slag, followed by reacting while maintaining the melting temperature for 5 to 60 minutes.

도 6은 상기 반응에 의해 각각 1,300, 1,350, 1,400 및 1,450℃에서 용융하여 생성된 포틀랜드 시멘트 클링커의 X선회절도이다.FIG. 6 is an X-ray diffractogram of the Portland cement clinker produced by melting at 1,300, 1,350, 1,400 and 1,450 ° C. by the reaction.

1,300℃에서도 주요 포틀랜드 시멘트 클링커의 주요 광물인 C3S, C2S, C3A, C4AF 등이 생성되었지만, 소성온도가 낮기 때문에 미반응 CaO(Free-CaO)가 남아있는 것으로 나타났다.Even at 1,300 ℃, C 3 S, C 2 S, C 3 A and C 4 AF, which are the main minerals of the main Portland cement clinker, were produced, but unreacted CaO (Free-CaO) remained due to the low firing temperature.

그러나 융액의 온도가 1,400℃ 이상으로 높아짐에 따라 미반응 CaO도 C2S와 반응하여 C3S를 형성하므로 전형적인 포틀랜드 시멘트 클링커의 주요 광물인 C3S, C2S, C3A, C4AF 등으로만 존재하는 것으로 나타났다.However, non-reacted, depending on the temperature of the melt is increased to more than 1,400 ℃ CaO FIG C 2 S reacts with the main mineral of a typical Portland cement clinker forms a C 3 S C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 It appeared only with AF and the like.

도 7은 도 6과 같은 원료배합 및 반응조건의 1,450℃의 반응로에서 합성한 포틀랜드 시멘트 클링커의 광물 함량을 Q-XRD로 정량 분석한 결과이다. 7 is a result of quantitative analysis of the mineral content of the Portland cement clinker synthesized in the reactor at 1,450 ℃ of the raw material mixture and reaction conditions as shown in FIG.

도 7에서와 같이 포틀랜드 시멘트 클링커의 구성 광물을 정량 분석한 결과, C3S : 38.5%, C2S : 40.0%, C3A : 14.6%, C4AF : 0.3%, MgO(Periclase): 2.8% 등으로 구성된 것으로 계산되어, C3S와 C2S의 성분비를 보면 4종 시멘트인 저열시멘트와 유사한 포틀랜드 시멘트 클링커 구성비를 보였다. 그러나 C3A의 함량이 다소 많고, C4AF의 함량은 매우 적은 것으로 나타났다.As a result of quantitative analysis of the constituent minerals of the Portland cement clinker as shown in Figure 7, C 3 S: 38.5%, C 2 S: 40.0%, C 3 A: 14.6%, C 4 AF: 0.3%, MgO (Periclase): The composition ratio of C 3 S and C 2 S showed that the composition ratio of Portland cement clinker was similar to that of the four cements. However, the content of C 3 A was rather high and the content of C 4 AF was very small.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1과 동일한 방법으로 용융 고로슬래그와 석회석의 2성분계 원료에서 석회포화도의 값이 각각 92.0 및 94.0 및 96.0이 되도록 배합설계한 후 먼저 고로슬래그를 탄소 용기에 투입하고, 용융로에서 1,450℃에서 용융된 고로슬래그로 만든 후 용융된 고로슬래그에 석회석을 투입하여 5~60분 동안 용융온도를 유지하면서 반응시킨 후 대기 중에서 급냉하였다. In the same manner as in Example 1, in the two-component raw material of molten blast furnace slag and limestone, the composition was designed so that the values of lime saturation were 92.0, 94.0, and 96.0, respectively, and then the blast furnace slag was put into a carbon container and melted at 1,450 ° C. in the melting furnace. After the blast furnace slag was prepared, limestone was added to the molten blast furnace slag and reacted while maintaining the melting temperature for 5 to 60 minutes, followed by quenching in air.

도 8은 상기 반응에 의해 석회포화도 값이 각각 92.0, 94.0 및 96.0으로 원료배합하여 1,450℃에서 용융하여 생성된 포틀랜드 시멘트 클링커의 X선회절도이다. 8 is an X-ray diffractogram of a Portland cement clinker produced by mixing raw materials with lime saturation values of 92.0, 94.0 and 96.0 by melting at 1,450 ° C. by the above reaction.

도 8에서 보면 포틀랜드 시멘트 클링커 주요 구성 광물(C3S, C2S, C3A, C4AF)이 잘 발달되어 있는 것을 알 수 있으며, 이 때 생성된 칼슘 실리케이트 광물(C3S 및 C2S) 함량이 73% 수준, 간극질 광물(C3A 및 C4AF) 함량이 22% 수준을 나타내었 다.In Figure 8 it can be seen that the main components of Portland cement clinker (C 3 S, C 2 S, C 3 A, C 4 AF) is well developed, the calcium silicate minerals (C 3 S and C) produced at this time 2 S) content was 73%, and interstitial minerals (C 3 A and C 4 AF) were 22%.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1과 동일한 방법으로 용융 고로슬래그, 석회석 및 제강슬래그의 3성분계 원료에서 제강슬래그의 배합량은 각각 5.0% 및 15.0%로 고정하고, 석회포화도의 값이 94.0이 되도록 배합설계한 후 먼저 고로슬래그를 탄소 용기에 투입하고, 용융로에서 1,450℃에서 용융된 고로슬래그로 만든 후 용융된 고로슬래그에 석회석 및 제강슬래그를 투입하여 5~60분 동안 용융온도를 유지하면서 반응시킨 후 대기 중에서 급냉하였다. In the same manner as in Example 1, the mixing amount of steelmaking slag in the three-component raw material of molten blast furnace slag, limestone and steelmaking slag was fixed at 5.0% and 15.0%, respectively, and the mixing design was made so that the value of lime saturation was 94.0. Was added to a carbon container, made of blast furnace slag melted at 1,450 ° C. in a melting furnace, and then added limestone and steelmaking slag to the molten blast furnace slag and reacted while maintaining the melting temperature for 5 to 60 minutes, followed by quenching in air.

도 9 및 10은 상기 반응에 의해 제강슬래그의 배합량이 각각 5.0% 및 15.0% 인 경우의 원료배합 및 용융조건에서 생성된 포틀랜드 시멘트 클링커의 구성 광물 함량을 Q-XRD로 정량 분석한 결과이다. 9 and 10 show the results of quantitative analysis of the constituent mineral content of the Portland cement clinker produced under the raw material blending and melting conditions when the blending amount of steelmaking slag was 5.0% and 15.0%, respectively, by the above reaction.

도 9 및 10에서와 같이 포틀랜드 시멘트 클링커의 구성 광물을 Q-XRD로 정량 분석한 결과, 제강슬래그 5.0% 배합한 경우는 C3S : 55.0%, C2S : 20.8%, C3A : 7.3%, C4AF : 8.7%로 구성되어 있으며, 제강슬래그 15.0% 배합한 경우는 C3S : 53.5%, C2S : 24.9%, C3A : 1.4%, C4AF : 12.5%로 구성되어 있어 전형적인 보통 포틀랜드 시멘트 클링커 화합물의 구성비를 보였다.As a result of quantitative analysis of the constituent minerals of the Portland cement clinker by Q-XRD as shown in FIGS. 9 and 10, when 5.0% of steelmaking slag was mixed, C 3 S: 55.0%, C 2 S: 20.8%, and C 3 A: 7.3 %, C 4 AF: 8.7%, 15.0% of steelmaking slag C 3 S: 53.5%, C 2 S: 24.9%, C 3 A: 1.4%, C 4 AF: 12.5% It shows the composition ratio of typical ordinary Portland cement clinker compound.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법을 도시한 공정도.1 is a process chart showing a portland cement manufacturing method using a molten blast furnace slag according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법을 도시한 공정도. Figure 2 is a process diagram showing a portland cement manufacturing method using a molten blast furnace slag according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 고로슬래그와 석회석의 2성분계 원료에서 석회포화도(LSF) 변화에 따른 고로슬래그와 석회석의 원료배합비를 나타낸 그래프도. Figure 3 is a graph showing the raw material mixture ratio of blast furnace slag and limestone according to the change of lime saturation (LSF) in the two-component raw material of blast furnace slag and limestone according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 고로슬래그 와 석회석의 2성분계 원료에서 석회포화도(LSF) 변화에 따른 C3S 및 C2S 광물 함량 변화를 나타낸 그래프도.Figure 4 is a graph showing the change of C 3 S and C 2 S mineral content according to the lime saturation (LSF) change in the two-component raw material of blast furnace slag and limestone according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 고로슬래그, 석회석 및 철질 원료로서 제강슬래그를 사용한 3성분계 원료에서 석회포화도의 값이 94인 경우 제강슬래그의 함량에 따른 C3A 및 C4AF 광물 함량 변화를 나타낸 그래프도.Figure 5 is a graph showing the change of C 3 A and C 4 AF mineral content according to the content of steelmaking slag when the value of saturation degree of 94 in the three-component raw material using the steelmaking slag as blast furnace slag, limestone and iron raw material according to the present invention Degree.

도 6은 본 발명에 따른 1,300, 1,350, 1,400 및 1,450℃에서 용융하여 생성된 포틀랜드 시멘트 클링커의 X선회절도.6 is an X-ray diffractogram of a Portland cement clinker produced by melting at 1,300, 1,350, 1,400 and 1,450 ° C. in accordance with the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 원료배합 및 반응조건의 1,450℃의 용융로에서 합성한 포틀랜드 시멘트 클링커의 광물 함량을 Q-XRD로 정량 분석한 결과. Figure 7 is the result of quantitative analysis of the mineral content of the Portland cement clinker synthesized in the melting furnace of 1,450 ℃ of the raw material mixture and reaction conditions according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 석회포화도 값이 각각 92.0, 94.0 및 96.0으로 원료배합하여 1,450℃에서 용융하여 생성된 포틀랜드 시멘트 클링커의 X선회절도. 8 is an X-ray diffraction diagram of the Portland cement clinker produced by melting at 1,450 ° C. by mixing raw materials with lime saturation values of 92.0, 94.0 and 96.0, respectively.

도 9는 본 발명에 따른 제강슬래그를 5.0% 원료배합한 경우의 포틀랜드 시멘 트 클링커의 구성 광물을 Q-XRD로 정량 분석한 결과. Figure 9 is the result of quantitative analysis of the constituent minerals of Portland cement clinker in the case of mixing 5.0% raw steel slag according to the present invention by Q-XRD.

도 10은 본 발명에 따른 제강슬래그를 15.0% 원료배합한 경우의 포틀랜드 시멘트 클링커의 구성 광물을 Q-XRD로 정량 분석한 결과. 10 is a result of quantitative analysis of the constituent minerals of Portland cement clinker in the case of mixing 15.0% of steelmaking slag according to the present invention with Q-XRD.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 철강 제조공정 중 고로(용광로)에서 용선을 제조하는 과정에서 배출되는 용융상태의 고로슬래그와, Ca 및 Fe의 공급물질을 석회포화도 78~100이 되도록 배합하는 배합단계와;A blending step of blending the molten blast furnace slag discharged in the process of manufacturing molten iron in a blast furnace (blast furnace) and a feed material of Ca and Fe so as to have a saturation degree of 78 to 100; 상기 배합단계를 거친 배합물을 반응기(1-1, 1-2)에 투입하여 1,400℃ 이상의 온도에서 5~60분 동안 반응시킴으로써 시멘트 클링커를 취하는 클링커획득단계와;A clinker acquisition step of taking a cement clinker by injecting a compound that has undergone the blending step into a reactor (1-1, 1-2) for 5 to 60 minutes at a temperature of 1,400 ° C. or more; 상기 클링커획득단계를 통해 얻어진 시멘트 클링커에 인산부산석고, 티탄석고, 탈황석고, 천연석고 중 하나 이상을 첨가하여 파쇄 및 분쇄하는 파분쇄단계;로 구성되되,Consists of crushing and grinding by adding one or more of phosphate, gypsum, titanium gypsum, desulfurized gypsum, natural gypsum to the cement clinker obtained through the clinker acquisition step; 상기 Ca 및 Fe의 공급물질 중 Ca 공급물질은 석회석, 폐석회 또는 시멘트 킬른 더스트이고, Fe 공급물질은 제강슬래그, 전기로슬래그 또는 철광석이고,Ca feed material of the Ca and Fe feed material is limestone, waste lime or cement kiln dust, Fe feed material is steel slag, electric furnace slag or iron ore, 상기 클링커획득단계 및 파분쇄단계 사이에는 획득된 고온의 시멘트 클링커를 현열회수부(2)를 통해 냉각시키는 현열회수단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법.Between the clinker acquisition step and crushing step Portland cement manufacturing method using a molten blast furnace slag characterized in that it further comprises a sensible heat recovery step of cooling the obtained high temperature cement clinker through the sensible heat recovery unit (2). 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 클링커획득단계에서 배합물을 자체발열 가능한 상기 반응기(1-1) 내에서 반응시킬 시에 배출되는 고온 가스는 가스 가열기(3)로 공급되고, 그 가스 가열기(3)에 의해 더 가열된 고온 공기는 상기 Ca 및 Fe의 공급물질의 예열을 위해 사용되거나 상기 반응기(1-1)의 자체발열부하 감소를 위해 사용되되, 상기 가스 가열기(3)는 상기 반응기(1-1)가 가열되지 않은 경우에 외부의 공기를 가열하여 그 반응기(1-1)에 공급하고 상기 반응기(1-1)가 가열된 경우에 상기 가스 가열기(3)를 거친 고온 공기만을 상기 반응기(1-1)에 공급함으로써 상기 배합물이 버블링(bubbling)되도록 하는 것을 특징으로 하는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법.The hot gas discharged when the compound is reacted in the reactor 1-1 capable of self-heating in the clinker acquiring step is supplied to the gas heater 3, and the hot air further heated by the gas heater 3. Is used to preheat the feed of Ca and Fe or to reduce the self-heating load of the reactor (1-1), the gas heater (3) when the reactor (1-1) is not heated The outside air is heated to the reactor 1-1, and when the reactor 1-1 is heated, only the hot air passing through the gas heater 3 is supplied to the reactor 1-1. Portland cement manufacturing method using a blast furnace slag characterized in that the compound is bubbling (bubbling). 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 클링커획득단계에서 배합물을 상기 반응기(1-2) 내에서 반응시킬 시에 배출되는 고온 가스는 상기 Ca 및 Fe의 공급물질이 투입된 예비가열로로 공급되어 예열된 상기 Ca 및 Fe의 공급물질이 상기 반응기(1-2)로 투입되도록 하고, 상기 예비가열로(5)에서 배출되는 배가스는 가스 가열기(3)를 거쳐 더 고온으로 재가열되어 상기 반응기(1-2)의 하부에 투입되되, 상기 가스 가열기(3)는 상기 반응기(1-2) 가 가열되지 않은 경우에 외부의 공기를 가열하여 그 반응기(1-2)에 공급하고 상기 반응기(1-2)가 가열된 경우에 배가스만을 상기 반응기(1-2)에 공급하여 상기 배합물이 버블링되도록 하는 것을 특징으로 하는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법.In the clinker acquisition step, the hot gas discharged when the compound is reacted in the reactor (1-2) is supplied to a preheating furnace into which the Ca and Fe feed material is added, thereby preheating the Ca and Fe feed material. The exhaust gas discharged from the preheating furnace (5) is reheated to a higher temperature through the gas heater (3) and introduced into the lower portion of the reactor (1-2). The gas heater 3 heats external air to supply the reactor 1-2 when the reactor 1-2 is not heated, and only exhaust gas when the reactor 1-2 is heated. Method for producing a portland cement using a molten blast furnace slag characterized in that the feed to the reactor (1-2) so that the compound is bubbled. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 고온 가스는 축열부(4)로 공급되고, 이 축열부(4)에 저장된 열에너지는 철강제조 공정에 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법.The hot gas is supplied to the heat accumulator (4), the thermal energy stored in the heat accumulator (4) is used in the steel manufacturing process Portland cement manufacturing method using molten blast furnace slag. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 예비가열로(5)에서 배출되는 배가스 중 일부는 축열부(4)로 공급되고, 이 축열부(4)에 저장된 열에너지는 철강제조 공정에 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법.Part of the exhaust gas discharged from the preliminary heating furnace (5) is supplied to the heat storage unit (4), the heat energy stored in the heat storage unit (4) Portland cement using molten blast furnace slag, characterized in that used in the steel manufacturing process Manufacturing method. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 현열회수부(2)를 통해 회수된 현열은 축열부(4)로 공급되고 이 축열부(4)에 저장된 열에너지는 철강제조 공정에 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 고로슬래그를 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법.The sensible heat recovered through the sensible heat recovery unit 2 is supplied to the heat storage unit 4 and the thermal energy stored in the heat storage unit 4 is used in the steel manufacturing process Portland cement manufacturing method using molten blast furnace slag . 삭제delete
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