KR101159938B1 - 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 내로 배출하고 환원제를 투입하여 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수하는 단계와, 상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 냉각하여 다공성 구조의 고상 슬래그로 형성하는 단계와, 상기 다공성 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 노 외로 배출된 슬래그의 포밍과 제어냉각을 통해 다기능 골재를 제조함으로써 고품질 시멘트, 경량 골재, 혼화재료로의 활용이 가능하므로 건설 자재의 수급 불안정 해소에 기여할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의하면 노 외로 배출된 슬래그의 포밍과 제어냉각을 통해 다기능 골재를 제조함으로써 고품질 시멘트, 경량 골재, 혼화재료로의 활용이 가능하므로 건설 자재의 수급 불안정 해소에 기여할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전로, 전기로 등 제강공정에서 발생하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법에 관한 것이다.
슬래그는 철강제련공정에서 필연적으로 발생하는 생성물이다. 슬래그는 제선과정에서 철광석이나 코크스의 맥석 성분에서, 제강과정에서는 용선 또는 용강의 산화와 탈산시 생성되는 산화물 또는 정련을 목적으로 첨가되는 부원료 등에 의해 필연적으로 생성된다.
슬래그는 SiO2와 CaO를 기본계로 하여 정련반응의 종류에 따라 Al2O3, FeO, MgO, P2O5 및 CaS 등을 포함한다.
제선 슬래그는 CaO-SiO2-Al2O3를 기본계로 하고 있고, 용선 또는 용강의 산화반응에 기초하는 제강슬래그는 CaO-SiO2-FeO를 기본계로 하고 있다.
본 발명의 목적은 제강 용융 슬래그의 개질을 통해 시멘트 및 혼화재료 및 특수용도 재료로 활용할 수 있도록 한 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 내로 배출하고 환원제를 투입하여 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수하는 단계와, 상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 냉각하여 다공성 구조의 고상 슬래그로 형성하는 단계와, 상기 다공성 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형하는 단계를 포함한다.
상기 환원제는 탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, CO가스 중 선택된 1종 이상이다.
상기 환원제는 상기 용융 슬래그의 온도가 1300~1600℃ 범위로 유지되도록 투입한다.
상기 냉각은 상기 용융 슬래그 내로 스팀과 가스를 주입하여 이루어진다.
상기 가스는 공기(air), 질소 또는 아르곤 가스 중 선택된 1종 이상이다.
상기 스팀과 가스는 상기 용융 슬래그의 냉각속도가 5~50℃/sec가 되도록 주입한다.
상기 스팀과 가스는 상기 용융 슬래그의 중량과 온도에 따라 주입량과 압력이 조절되어 공급된다.
상기 스팀과 가스에 의해 냉각된 슬래그 입도가 50mm 이하로 형성된다.
상기 용융 슬래그의 냉각 전에 융점과 비중을 낮추고 슬래그의 성상을 변화시키기 위해 접종제를 투입한다.
상기 접종제는 알루미늄, 실리콘, 생석회 중 선택된 1종 이상이다.
상기 용융 슬래그의 유가 금속 환원 후 포밍과 제어 냉각에 의해 생성된 냉각슬래그가 0.6~3.0 g/cm3의 용적밀도(Bulk Density)를 갖는다.
상기 용융 슬래그의 냉각 전 시멘트 성분 제조를 위한 첨가제를 투입한다.
상기 냉각 슬래그는 부유비중선별법을 통해 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별된다.
본 발명에 의하면 환원 후 포밍과 제어냉각을 통해 저 비중의 슬래그를 확보한 후 다기능 골재로 제조한다. 이 다기능 골재는 성분 자체가 천연골재, 시멘트 등과 성분이 유사하고 팽창성이 낮아 건물 층간 소음 방지재 등의 특수 용도로 제조되는 다기능성 경량골재를 대체하기에 적합하고 조성을 시멘트(Cement) 조성으로 변경하여 시멘트를 제조하는데 적합하다.
또한, 이 다기능 골재는 별도의 소성과정을 요구하지 않으므로 시멘트 제조시 사용되는 연료의 사용량을 감소시킬 뿐 아니라 전력 소비량도 감소시킨다.
또한, 이 다기능 골재를 사용한 시멘트는 기존 시멘트를 생산 할 시와 비교하면 이산화탄소 배출량을 약 40%정도 낮춘다.
또한, 이 다기능 골재는 화학저항성이 우수하고 염화물 이온에 대한 침투저항성이 우수하다. 또한, 내알칼리-실리카 반응(ASR, Alkali Silica Reaction)에 대한 억제효과가 있어 내구성이 높은 콘크리트 구조물의 시멘트 원료로 활용가능하다.
이와 같이, 본 발명은 고품질 시멘트, 경량 골재, 혼화재료로의 활용이 가능하고 친환경적이므로 건설 자재의 수급 불안정 해소에 기여할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 슬래그에 포함된 유가금속을 회수할 수 있으므로 비용 측면에서 효율적인 효과가 있다.
도 1은 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법을 보인 작업 과정도.
도 2는 다기능성 골재의 활용예를 보인 도.
도 2는 다기능성 골재의 활용예를 보인 도.
이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법은, 환원기 조업전 전로, 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 내로 배출하고 환원제를 투입하여 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수한 후, 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 냉각하여 다공성 구조의 고상 슬래그로 형성하고, 다공성 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형한다.
이러한 다기능성 골재는 성분 자체가 천연골재, 시멘트와 유사하여 고품질 시멘트, 경량골재, 혼화재료로 활용이 가능하며, 특히 비중이 낮고 흡습성이 적어 다양한 용도의 특수 골재로 활용가능하다.
전기로 제강공정 중 분석한 제강 슬래그의 화학조성은 아래의 표 1과 같다.
| 구분 | SiO2 | AL2O3 | T.Fe | CaO | MgO | MnO | P2O5 | T/S | CaO/SiO2 |
| 전기로 용락 |
18.30 | 11.11 | 22.36 | 20.12 | 8.41 | 5.81 | 0.241 | 0.123 | 1.11 |
| 전기로 산화정련 말기 |
19.29 | 11.39 | 19.02 | 22.12 | 8.61 | 6.28 | 0.213 | 0.100 | 1.14 |
| LF도착 | 26.59 | 8.03 | 1.88 | 37.95 | 16.18 | 4.64 | 0.033 | 0.332 | 1.44 |
| LF출강 | 26.44 | 6.92 | 0.58 | 48.05 | 13.18 | 0.84 | 0.024 | 0.785 | 1.83 |
전로, 전기로에서 발생되는 제강 슬래그에는 20% 이상의 유가금속 산화물이 함유되어 있고, 그 중에서도 전기로의 초기 슬래그에는 30% 이상의 유가금속 산화물이 함유되어 있다.
제강 슬래그에 함유된 유가금속 산화물은 FeO가 대표적이며, FeO의 함량이 높으면 슬래그를 골재로 제조시 파쇄가 어렵고 시멘트 원료로 활용시 제약이 크다. 따라서, 슬래그에 포함된 유가금속을 회수한 후 제어 냉각을 통해 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형상을 변경한다.
설명의 편의를 위해 전기로에서 생성되는 슬래그를 예로 들어 설명하기로 한다.
전기로 슬래그의 배출은 산화정련이 완료되고 환원정련이 진행되기 전 즉, 산화정련 중반 이후부터 시행한다. 슬래그는 전기로를 기울이거나, 도어(Door)가 있는 경우 도어를 개방하여 슬래그 포트 내로 배출한다.
산화 정련 말기로 진행되면 슬래그 중 금속 산화물이 감소되면서 슬래그의 유동성이 악화되므로 슬래그 배출이 곤란하다. 따라서 슬래그 배출시기의 선택이 중요하다.
슬래그 포트 내로 배출된 용융 슬래그에 환원제를 투입한다. 환원제는 용융 슬래그의 유가금속 산화물 중 특히 FeO를 Fe로 환원시키기 위한 것이다.
환원제로는 산소와의 친화력이 큰 C와 Al 등의 산소 친화력이 큰 물질이 사용된다. 구체적으로, 환원제는 탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, CO가스 중 선택된 1종 이상일 수 있다.
환원제로 C와 Al을 투입하는 경우, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, C, Al 등의 환원제는 슬래그 포트로 공급된다. 이때, 교반력을 높여 반응 속도를 증가시키기 위해 가스와 함께 투입될 수도 있다.
가스는 공기(air), 질소 또는 아르곤 가스일 수 있다. 그리고 슬래그 포트의 내피는 열전도율이 높은 동판이나 철판으로 구성한다.
Al은 Fe의 강력한 환원을 위해 투입된다.
용융 슬래그에 함유된 Fe의 환원은 용융 슬래그의 온도가 높고 반응속도가 높을수록 유리하다. 그런데, C에 의한 Fe의 환원반응은 흡열반응이므로 용융 슬래그의 온도를 낮춘다.
용융 슬래그는 배출시 온도가 1600℃ 정도이나 C에 의한 Fe의 환원반응과 외적인 요인 등에 의해 배출된 후에는 용융 슬래그의 온도가 1시간당 200~300℃정도 떨어진다.
용융 슬래그를 고온으로 유지하기 위해 별도의 열원이 필요하나 환원제로 Al을 사용하면 Al 산화에너지가 발생한다. Al에 의한 Fe의 환원반응식은 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3---187.1kcal로 발열반응이다. 이 반응은 환원되면서 열을 발생하므로 테르밋 반응(Thermit reaction)이라고 한다.
Al의 투입량은 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하는 범위로 제어한다. 용융 슬래그의 온도는 고온일수록 Fe의 환원에 유리하나 1600℃를 초과하면 슬래그 포트의 과도한 침식이 발생할 수 있고, 1300℃ 미만이면 환원반응이 급격히 저하된다.
구체적으로 그 과정을 살펴보면, 전기로의 용융 슬래그가 슬래그 포트 내로 배출되면 투입된 C가 환원제 역할을 하여 FeO + C → Fe + CO의 환원반응이 진행된다.
이 과정에서 용융 슬래그의 온도가 낮아질 수 있으나 이후, Al을 투입하면 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3---187.1kcal의 발열반응에 의해 용융 슬래그의 온도가 고온으로 유지되어 환원반응이 촉진된다. 여기서, 환원반응에 의해 생성된 Al2O3는 슬래그의 조성 변화를 일으키고, 융점을 낮춘다.
용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하기 위한 Al의 투입량은 슬래그 1ton당 10~50kg이다.
Al의 투입량은 조업 조건에 따라 Al 실수율을 50~100%로 설정한 값이다.
Al의 투입량은 아래의 반응식 및 발열량 공식에 의해 산출한다.
<반응식> 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3---187.1kcal
<발열량> Q=CMT
여기서, Q:발열량, C:슬래그 열용량, M:슬래그 중량, T:승온온도이다.
예를 들어, 슬래그 중량이 10ton, 슬래그 중 FeO함량이 1ton이라 가정하면 Al의 투입량은 251kg이 된다.
계산과정은 아래와 같다.
FeO 1mole과 반응하는 Al은 2/3mole
FeO 1mole=71.8g
FeO 1ton=1000000/71.8=13928mole
FeO 13928mole과 반응하는 Al은 9285mole
Al 9285mole → 9285mole×27g/mole=251kg
용융 슬래그 중 FeO의 함량 측정은 분광계(spectro meter)를 이용하거나 습식 등의 방법을 이용할 수 있다.
환원은 Al 투입후 1~2시간 후면 완료된다.
환원이 완료되면 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 비중이 높은 Fe이 슬래그 포트(11) 하부로 분리되고 그 상부에 용융 슬래그가 위치된다. 그러면 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 상부의 용융 슬래그를 슬래그 개질 처리 포트(13)로 배출하고 슬래그 포트(11)에 남은 Fe은 회수한다.
슬래그 개질 처리 포트(13)는 유가금속이 회수된 용융 슬래그의 제어 냉각을 위한 장치이다. 슬래그 개질 처리 포트(13)는 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성하기 위한 냉각수단을 구비한다.
냉각수단은 슬래그 개질 처리 포트(13)의 내벽과 바닥에 내부로 기체와 스팀을 분사하는 복수의 분사구(15)와 이 분사구에 연통되게 구비되어 가스와 스팀이 주입된 후 혼합되도록 된 기체 및 스팀 유입관(17)을 포함한다.
기체 및 스팀 유입관(17)은 가스와 스팀이 주입된 후 혼합되어 분사구(15)를 통해 분사될 수 있도록 하나의 라인으로 연결될 수 있다.
그리고, 도시되지는 않았지만 기체 및 스팀 유입관(17)에는 스팀의 열 손실로 인해 생성된 응축수를 배출하는 배출관 및 가스 및 스팀의 주입량과 주입 압력을 조절하기 위한 유량조절기가 구비될 수 있다.
제어 냉각은 용융 슬래그를 다공성 구조의 고상 슬래그로 만들어 큰 힘을 가하지 않고도 쉽게 파쇄될 수 있도록 한다.
용융 슬래그를 일반적인 수냉 또는 공냉 처리하면 Fe함량이 높아 파쇄가 어렵고, 3.5 g/cm3 이상의 높은 비중과 f-CaO와 f-MgO에 의한 팽창성으로 인해 시멘트 원료로 사용이 불가능하다.
제어 냉각 전 용융 슬래그의 융점과 비중을 낮추기 위한 접종제를 투입할 수 있다. 접종제는 1300℃이상인 용융 슬래그의 포밍을 유도하여 융점과 비중을 낮추는 방향으로 용융 슬래그의 물리?화학적 조성을 변화시킨다.
용융 슬래그의 비중은 3.0 g/cm3 이하를 만족한다. 이때, 용융 슬래그의 비중은 접종제의 투입과 FeO가 Fe로 회수되는 요인이 복합적으로 작용하여 낮아진다.
원리는, 접종제를 투입하면 산화반응에 의해 저융점 산화물이 형성되며 또한 스팀과 가스에 의해 냉각되면서 용융 슬래그의 부피가 팽창되어 슬래그의 비중이 낮아진다. 그리고 저융점 산화물에 의해 용융 슬래그의 융점도 낮아진다.
접종제는 알루미늄, 실리콘, 생석회 등에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
알루미늄, 실리콘, 생석회 등은 슬래그 1ton당 400kg 이하로 투입된다. 알루미늄과 실리콘은 첨가량이 증가하면 용융 슬래그의 비중과 융점을 낮추는 역할을 한다. 하지만 과도하게 첨가되면 반응전 용융 슬래그의 열을 빼앗아 슬래그를 응고시키므로 슬래그 1ton당 400kg을 초과하지 않도록 한다. 왜냐하면 융점과 비중을 낮추기 위한 반응은 용융 슬래그 상태에서만 가능하기 때문이다.
용융 슬래그의 냉각 전 첨가제가 더 투입될 수 있다. 첨가제는 용융 슬래그를 시멘트 성분으로 제조하기 위한 첨가제일 수 있다.
제어 냉각은 용융 슬래그 내로 스팀과 가스의 혼합기체를 분사하여 이루어진다. 가스는 공기(Air), 질소 또는 아르곤 가스가 사용될 수 있다.
비중과 융점이 낮아진 슬래그 내로 스팀과 가스의 혼합기체를 분사하면 용융 슬래그는 내부에 기포가 생성된 상태에서 냉각되어 다공성 구조의 고상 슬래그로 된다. 스팀과 가스는 상기 용융 슬래그의 중량과 온도에 따라 주입량과 압력이 조절되어 공급된다.
환원 후 포밍과 제어 냉각에 의해 제조된 다공성 구조의 고상 슬래그는 0.6~3.0 g/cm3의 용적밀도(Bulk Density)를 갖는다. 용적밀도는 물질과 물질 사이의 부피(빈공간)를 의미한다.
용적밀도는 0.6 g/cm3 미만이면 건축물의 경량골재로 적용시 층간소음을 방지하는 효과가 미비하고, 3.0 g/cm3을 초과하면 시멘트 원료로 사용이 어렵다.
스팀은 슬래그의 냉각을 위해 주입되고 가스는 스팀의 슬래그 내에 분사를 위해 주입된다. 스팀은 슬래그의 온도를 낮추면서 팽창력이 적어 냉각효율이 우수하다. 참고로 물은 팽창력이 커 폭발의 위험이 있으므로 고온의 용융 슬래그 냉각에 적용하지 않도록 한다.
냉각은 상온까지 1~50℃/sec의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각속도는 상온의 가스 및 스팀의 주입양과 압력조절에 따라 최대 최소값을 가지게 되며, 이 냉각속도에 따라 고상 슬래그의 형상, 강도, 조직 치밀도에 차이가 난다.
따라서, 냉각속도가 5~50℃/sec로 유지되게 상온의 가스 및 스팀의 주입양과 압력조절을 조절한다. 이는 고상 슬래그의 파쇄효율을 높이기 위한 것으로 냉각속도가 5℃/sec 이상일 경우 슬래그 입도가 50mm 이하로 파쇄효율이 높다. 그리고, 냉각속도의 상한값은 상온의 가스 및 스팀의 주입량과 압력조절에 따른 최대값을 적용하기로 한다.
제어 냉각에 의해 용융 슬래그가 다공성 구조의 고상 슬래그로 되면 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 파쇄, 분쇄한다. 다공성 구조의 고상 슬래그는 유가금속인 Fe의 함량이 낮고 다공성 구조로 인해 파쇄 및 분쇄가 용이하다.
파쇄 및 분쇄된 고상 슬래그의 입도는 50mm 이하로 균일하다.
파쇄 및 분쇄한 슬래그는 부유비중선별기(19)를 통해 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별할 수 있다. 고비중 슬래그는 FeO, MnO가 많은 슬래그이며 자력 반발력, 자력 선별법 또는 부유선별법을 이용하여 선별할 수 있다. .
여기서, 파쇄 및 분쇄한 슬래그를 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별하는 작업이 이루어지는 것은 유가금속의 회수율을 높이면서도 비중을 낮춰 경량 골재로의 이용이 가능하도록 하기 위함이다.
참고로, 부유비중선별기는 도 1의 (e)형상이 채용될 수 있다.
부유비중선별기는 파쇄 및 분쇄한 슬래그가 투입구를 통해 투입되면 입도가 50mm 이하인 슬래그가 메시망을 통과하면서 입도가 50mm를 초과하는 슬래그는 배출구를 통해 배출된다.
메시망을 통과한 슬래그는 부유비중선별기의 하부로 낙하하고 낙하한 슬래그는 공급되는 물의 파동에 의해 FeO, MnO가 적게 포함된 저비중 슬래그는 물 위에 뜨고 FeO, MnO가 많이 포함된 고비중 슬래그는 물 아래로 가라앉게 된다. 물 위에 뜬 저비중 슬래그는 수평으로 형성된 물넘이턱을 넘어 외부로 배출된다.
배출된 저비중 슬래그는 건조 처리 후 다기능 골재로 성형한다. 그리고 고비중 슬래그와 입도가 50mm를 초과하는 슬래그는 환원제를 투입하여 유가금속을 회수한 후 다기능 골재로 성형할 수 있다.
이와 같이 제조된 다기능 골재는 주성분은 CaO, Al2O3, SiO2로, 시멘트 원료로 활용시 별도의 소성과정을 요구하지 않는다. 따라서 시멘트 제조시 사용되는 연료의 사용량을 감소시킬 뿐아니라 전력 소비량도 감소시킨다.
또한, 다기능 골재는 시멘트를 생산할 시와 비교하면 소성과정이 요구되지 않음에 따라 이산화탄소 배출량을 약 40%정도 낮춘다.
또한, 다기능 골재는 화학저항성이 우수하고 염화물 이온에 대한 침투저항성이 우수하다. 또한, 내알칼리-실리카 반응(ASR, Alkali Silica Reaction)에 대한 억제효과가 있어 내구성이 높은 콘크리트 구조물에 활용가능하다.
상술한 방법은 전로에서 배출된 슬래그에도 동일하게 적용될 수 있다.
아래의 표 2는 Al투입량에 대한 슬래그 회수율을 나타낸 것이다.
| 구분 | 슬래그 함량 |
슬래그 중 FeO함량 |
환원제 | 슬래그 온도 (1시간 후) |
Fe 회수율 |
비고 | |
| C | Al | ||||||
| 1 | 1ton | 100kg | 외부로 부터 공급 |
6kg | 1250~1350℃ | 1~3% | 비교예 |
| 2 | 1ton | 100kg | 9kg | 1270~1370℃ | 3~5% | 비교예 | |
| 3 | 1ton | 100kg | 25kg | 1300~1400℃ | 18~21% | 발명예 | |
| 4 | 1ton | 100kg | 45kg | 1400~1500℃ | 19~22% | 발명예 | |
표 2에 도시된 바에 의하면, 유가금속인 Fe의 회수율이 20% 수준으로 높다.
표 3은 가스 및 스팀의 주입량과 압력조절에 따른 냉각속도의 최대값과 최소값을 나타낸 것이다.
| 구분 | 용융 슬래그 온도 (℃) |
냉각된 슬래그 온도 (℃) |
냉각소요 시간 (s) |
냉각속도 (℃/sec) |
| 1 | 1400 | 100 | 26 | 50(최대값) |
| 2 | 1400 | 100 | 1800 | 1(최소값) |
표 3에 도시된 바에 의하면, 냉각속도는 상온의 가스 및 스팀의 주입양과 압력조절에 따라 최대 최소값을 가지게 됨을 알 수 있다.
표 4는 냉각속도에 따른 다공성 구조의 고상 슬래그를 파쇄한 후 입도를 나타낸 것이다.
| 구분 | 냉각속도 (℃/sec) |
냉각된 고상 슬래그 입도 (mm) |
| 1 | 1~5 | 40~70 |
| 2 | 5~20 | 15~50 |
| 3 | 20~35 | 5~20 |
| 4 | 15~50 | 1~10 |
표 4에 도시된 바에 의하면, 냉각속도가 5~50℃/sec로 유지된 경우 고상 슬래그의 입도는 50mm 이하로 형성된다. 여기서, 입도는 파쇄 후 초기 입자사이즈를 의미한다.
표 2 내지 표 4를 통해, 환원후 포밍과 제어냉각에 파쇄 후 입도가 50mm이고 비중이 낮은 슬래그를 확보할 수 있음을 알 수 있다.
표 5는 슬래그를 활용한 이산화탄소(CO2)절감효과를 나타낸 것이다.
| 구분 | 보통 시멘트 |
다기능 골재(슬래그) 30%이상 함유 시멘트 |
절감량 | 절감율(%) |
| CO2배출량(kg/ton) | 472.5 | 272.1 | 200.4 | 42 |
| 전력?에너지(원/ton) | 311.1 | 190.4 | 120.7 | 39 |
표 5에 도시된 바에 의하면, 슬래그를 이용한 다기능 골재는 시멘트를 생산할시와 비교하면 이산화탄소 배출량을 약 40%정도 저감한다.
이는 기후변화협의 발족과 더불어 온실가스 감축목표가 발효됨에 따라, 시멘트 산업계가 당면하고 있는 CO2 배출량 절감에 기여할 것으로 판단된다.
참고로, 본 발명의 실시예는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트(11) 내로 배출하고 비중이 높은 유가금속을 슬래그 포트(11)의 하부로 분리한 후, 상부의 용융 슬래그를 슬래그 개질 처리 포트(13)로 배출하여 제어냉각을 실시한다.
그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트(11)가 아닌 슬래그 개질 처리 포트(13)로 직접 배출하고 환원제를 투입하여 비중이 높은 유가금속을 슬래그 개질 처리 포트(13)의 하부로 분리한 후 유가금속을 배출하고 제어냉각을 실시할 수도 있다.
이 경우 유가금속은 슬래그 개질 처리 포트(13) 하부에 형성한 출강구를 통해 배출될 수 있으며, 하나의 슬래그 개질 처리 포트에서 유가금속 회수와 제어냉각이 가능하므로 더 효율적일 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
11:슬래그 포트 13:슬래그 개질 처리 포트
15:분사구 17:기체 및 스팀 유입관
19:부유비중선별기
15:분사구 17:기체 및 스팀 유입관
19:부유비중선별기
Claims (13)
- 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 내로 배출하고 환원제를 투입하여 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수하는 단계와,
상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 냉각하여 다공성 구조의 고상 슬래그로 형성하는 단계와,
상기 다공성 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형하는 단계를 포함하며,
상기 환원제는 상기 용융 슬래그의 온도가 1300~1600℃ 범위로 유지되도록 투입하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 환원제는 탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, CO가스 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉각은 상기 용융 슬래그 내로 스팀과 가스를 주입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 가스는 공기(air), 질소 또는 아르곤 가스 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 스팀과 가스는 상기 용융 슬래그의 냉각속도가 5~50℃/sec가 되도록 주입하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 삭제
- 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 스팀과 가스에 의해 냉각된 슬래그 입도가 50mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 용융 슬래그의 냉각 전에 융점과 비중을 낮추고 슬래그의 성상을 변화시키기 위해 접종제를 투입하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 접종제는 알루미늄, 실리콘, 생석회 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 용융 슬래그의 유가 금속 환원 후 포밍과 제어 냉각에 의해 생성된 냉각슬래그가 0.6~3.0 g/cm3의 용적밀도(Bulk Density)를 갖는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 용융 슬래그의 냉각 전 시멘트 성분 제조를 위한 첨가제를 투입하는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 냉각 슬래그는 부유비중선별법을 통해 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별되는 것을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 다기능성 골재의 제조방법.
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