KR101166276B1 - 이산화탄소 배출이 감소된 복합 시멘트 물질 제조용 공정시스템 - Google Patents

이산화탄소 배출이 감소된 복합 시멘트 물질 제조용 공정시스템 Download PDF

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Abstract

포틀랜드 시멘트용 사일로, 비산회 또는 다른 타입의 보충 물질용 사일로, 및 시멘트 킬른 더스트 또는 다른 타입의 세팅시간 조절제용 사일로, 중합체 첨가제용 보관 유니트, 조절 수단, 혼합 수단, 그라인딩 장치 및 유출 수단을 포함하여 구성되는, 포틀랜드 클링커 광물 함량이 현저히 감소되고, 대응하여 콘크리트 내에서 포틀랜드 시멘트를 직접 대체하는 보충 시멘트 물질, 예컨대 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영, 화강암 광산 미립자 등, 및 고반응성 포졸란 또는 광물 충진제, 예컨대 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영, 화강암 광산 미립자 등의 양이 증가된 수력 배합된 시멘트와 같은 복합 시멘트 물질 제조용 공정 어레인지먼트. 본 발명은, 상기 어레인지먼트가 보충 물질의 예비 그라인딩용 밀링 유니트(6) 및 포틀랜드 시멘트의 예비 그라인딩용 밀링 장치(9)를 갖추고 있고, 예비 그라인딩 장치(6,9) 뒤에 예비 그라인딩된 성분의 그라인딩을 위한 그라인딩 장치(13)가 있고, 상기 예비 그라인딩 장치(6,9)는 그라인딩될 물질용 개방회로 또는 폐쇄회로로 작동되는 것을 특징으로 한다.

Description

이산화탄소 배출이 감소된 복합 시멘트 물질 제조용 공정 시스템 {PROCESSING SYSTEM FOR MANUFACTURING OF COMPOSITE CEMENTITIOUS MATERIALS WITH REDUCED CARBON DIOXIDE EMISSIONS}
본 발명은 포틀랜드 클링커 광물(Portland clinker mineral) 함량이 현저히 감소되고, 대응하여 콘크리트 혼합물 내에서 포틀랜드 시멘트 일부를 직접 대체하는 보충적 시멘트 물질, 예컨대 비산회, 용광로 슬래그(blast furnace slag), 미세 석영, 화강암 광산 미립자 등, 및 고반응성 포졸란 또는 광물 충진제, 예컨대 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영, 화강암 광산 미립자 등의 양이 증가되어, 결과적으로 환경 프로파일이 현저히 향상된 것을 특징으로 하는 수력(hydraulic) 배합된 시멘트와 같은 복합 시멘트 물질 제조용 공정 시스템에 관한 것이다.
표준 포틀랜드 시멘트 1톤 제조는 약 1톤의 이산화탄소를 방출함으로써 수행되며, 이것의 약 반은 가마 중의 석회석의 탈탄소화로부터 유래하는 것이며, 나머지 반은 주로 가마 내에서 에너지 소비로부터 유래한다는 것은 잘 알려져 있다.
시멘트 산업에서 이산화탄소 배출의 의미 있는 감소를 달성할 수 있는 유일한 방법은 포틀랜드 클링커 제조의 감소 및 충진제의 증가된 사용을 통해서다.
배합 시멘트의 종래의 제조 방법은 주로 회전 볼 밀에서 상이한 유형의 미세 충진제, 예컨대 용광로 슬래그, 비산회, 석회석 등과 함께 포틀랜드 시멘트 클링커를 인터그라인딩(intergrinding)하는 것을 포함한다. 그러한 방법은 비산회에 의해 20-25% 이상, 그리고 용광로 슬래그에 의해 약 30-50%의 포틀랜드 클링커 대체를 제공하지 않으며, 예컨대 세팅 시간의 급격한 증가, 경화 기간 0-28일 동안 매우 낮은 강도의 발현 등과 같은 시멘트 성능에 대한 현저한 마이너스 효과를 수반하지 않는다. 통상적으로 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 28-일 강도를 얻기 위해서는 3배 더 긴 시간(2-3개월)이 소요된다.
동시에 큰 부피의 비산회(HVFA) 시멘트가 종래의 포틀랜드 시멘트에 비해 현저한 장점을 가진다.
콘크리트 믹서에서 직접적으로 포틀랜드 시멘트를 대체하기 위하여 15-20% 이상의 양으로 비산회 또는 다른 종류의 충진제, 예컨대 화강암 광산 미립자 또는 미세 석영 모래를 도입하는 것은 효율적이지 못하며, 콘크리트 성능에 대한 마이너스 효과(강도 저하 등)를 미칠 수 있다.
미국특허 6,630,022에 기재된 바와 같이, 상기한 충진제의 그라인딩 및 기계적 활성화의 기존의 방법은 약간의 향상을 가져올 수 있으나, 경제적으로 비효율적으로 보이며, 콘크리트 압축강도의 감소 없이 포틀랜드 시멘트의 20% 대체만을 허용한다.
PCT/SE2003/001009 출원에는 배합 시멘트의 제조방법이 기재되어 있으며, 이 경우 시멘트는 건조 시멘트 혼합물 및 용광로 슬래그, 비산회, 석영, 실리카 및 무정형 이산화규소로부터 선택되는 미세 보충 시멘트 물질에 미세충진제 및 임의로 감수제(water reducing agent)가 완전히 혼합된 포틀랜드 시멘트를 함유한다. 상기 출원에 따르면, 보충 물질은 건조 상태로 그라인딩 처리된 후, 상기 그라인딩된 보충 물질이 총 그라인딩 중량의 20 중량% 이상의 반응성이 높은 시멘트 혼합물과 함께 건조 상태로 그라인딩 처리된다. 분말형 중합체 감수제도 첨가된다.
이와 같은 시멘트 혼합물의 제조에 있어서 문제점은, 바람직한 결과를 얻기 위하여 상기 성분들의 미세도가 엄격히 제어되어야 한다는 것이다. 이것은 시멘트 혼합물이 연속적으로 제조되는 설비에서 특히 그러하다.
본 발명은 이러한 설비를 제공한다.
본 발명은 포틀랜드 클링커 광물 함량이 현저히 감소되고, 대응하여 콘크리트 내에서 포틀랜드 시멘트를 직접 대체하는 보충 시멘트 물질, 예컨대 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영, 화강암 광산 미립자 등, 및 고반응성 포졸란 또는 광물 충진제, 예컨대 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영, 화강암 광산 미립자 등의 양이 증가된 수력 배합된 시멘트와 같은 복합 시멘트 물질 제조용 공정 어레인지먼트에 관한 것으로서, 포틀랜드 시멘트용 사일로(silo), 비산회 또는 다른 타입의 보충 물질용 사일로, 및 시멘트 킬른 더스트 또는 다른 타입의 세팅시간 조절제용 사일로, 중합체 첨가제용 보관 유니트, 조절 수단, 혼합 수단, 그라인딩 장치 및 유출 수단을 포함하여 구성되고, 상기 어레인지먼트는 보충 물질의 예비 그라인딩용 밀링 유니트 및 포틀랜드 시멘트의 예비 그라인딩용 밀링 장치를 갖추고 있고, 예비 그라인딩 장치 뒤에 예비 그라인딩된 성분의 그라인딩을 위한 그라인딩 장치가 있고, 상기 예비 그라인딩 장치는 그라인딩될 물질용 개방회로 또는 폐쇄회로로 작동되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 예시하는 구체예와 관련하여 더욱 상세히 기재한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정 시스템을 도식적으로 나타낸다.
도 1에서 하기 도면부호는 하기의 장치를 나타낸다: 1은 건조 유니트로의 주입 스테이션을 나타내고, 2는 건조 유니트(로터리 건조기 또는 유체상 건조기)를 나타내고, 3은 슬래그 및/또는 비산회용 사일로를 나타내고, 4는 첨가제용 사일로를 나타내고, 5는 건조된 모래용 중간 사일로를 나타내고, 6은 석영 모래의 예비 그라인딩용 밀링 유니트를 나타내고, 7은 사이클론 및 집진장치를 갖춘 공기 분급기를 나타내고, 8은 포틀랜드 시멘트용 사일로를 나타내고, 9는 공정 전에 다른 성분과 혼합하기 전에, 포틀랜드 시멘트의 일부를 예비 그라인딩하기 위한 밀링 유니트를 나타내고, 10은 그라인딩 되지 않은 일부 포틀랜드 시멘트 및 예비 그라인딩된 모래, 슬래그 및 첨가제용 중간 사일로를 나타내고, 11은 사이클론 및 집진장치를 갖춘 공기 분급기를 나타내고, 12는 로터리 믹서를 나타내고, 13은 원료 물질 주입 공정용 진동 밀(병렬 또는 연속적으로 장착됨)을 나타내고, 14는 최종 생산품, 배합된 시멘트용 사일로를 나타내고, 15는 예비 그라인딩된 시멘트용 중간 사일로를 나타내고, 16은 예비 그라인딩된 석영용 사일로를 나타내고, 17은 최종 밀링 전 물질 혼합물용 사일로를 나타낸다.
바람직한 구체예에 따르면 비산회로부터 탄소를 제거하기 위한 유니트(21)가 제공되며, 상기 유니트는 비산회 내의 탄소 함량을 4중량% 이하로 낮춘다. 상기 유니트는 탄소 제거용으로 알려진 적절한 임의의 기법으로 작동할 수 있다.
본 출원으로부터 명백한 바와 같이, 상기 예에서 석영은 다른 적절한 보충 물질이어도 된다.
상기한 바에 따라, 모래, 슬래그, 예컨대 감수제 형태의 첨가제 및 포틀랜드 시멘트가 본 어레인지먼트 내로 주입된다.
석영 또는 모래의 경우, 모래는 주입 스테이션(1)으로부터 건조 유니트(2)로 일차 주입되어 건조된다. 그 후 사일로(5)로 주입된다. 슬래그 또는 기타 적절한 첨가제는 사일로(3)로부터 모래용 사일로(5)로부터의 도관과 합쳐지는 도관으로 주입된다. 모래와 슬래그의 혼합물은 밀링 유니트(6)로 주입된다. 모래와 슬래그가 예비 그라인딩된 후, 상기 물질은 사일로(16), 나아가 사일로(10)로 주입된다.
포틀랜드 시멘트의 경우, 시멘트는 사일로(8)에서 사일로(10)로 주입된다. 밀링 장치(6)에서 예비 그라인딩된 모래 및 슬래그 뿐 아니라, 감수제와 같은 첨가제도 마지막으로 언급된 사일로(10)로 주입된다. 포틀랜드 시멘트도 사일로(8)에서 밀링 장치(9)로 주입된다. 시멘트는 밀링 장치(9)로부터 예비 그라인딩된 시멘트용 사일로(15)로 주입된다. 사일로(10 및 15)의 물질들은 로터리 믹서(12), 나아가 사일로(17)로 주입된다.
상기 물질 혼합물은 사일로(17)로부터 최종 밀링 장치(13)로 주입된다. 장치(13) 내에서 밀링된 후, 최종 물질은 사일로(14)로 주입된다.
본 발명에 따르면, 본 어레인지먼트는 보충 물질의 예비 그라인딩용 밀링 유니트(6) 및 포틀랜드 시멘트의 예비 그라인딩용 밀링 장치(11)를 갖추고 있고, 예비 그라인딩 장치 뒤에 상기 예비 그라인딩된 성분의 그라인딩을 위한 그라인딩 장치(13)가 위치한다.
본 발명의 매우 중요한 특성에 따르면, 상기 예비 그라인딩 장치(6,9)는 그라인딩될 물질용 개방회로 또는 폐쇄회로로 작동된다. 밀링 장치(6)내의 폐쇄회로는 상기 밀링 장치로부터 물질의 큰 파편을 도관(20)을 통해 상기 밀로 되돌려 그라인딩 되도록 분류할 수 있는 공기 분급기(19)까지의 도관(18)을 포함하여 구성된다.
밀링 장치(9)내의 폐쇄회로는 대응되는 방식으로, 상기 밀링 장치로부터 물질의 큰 파편을 도관(23)을 통해 상기 밀로 되돌려 그라인딩 되도록 분류할 수 있는 공기 분급기(22)까지의 도관을 포함하여 구성된다.
두 밀링 장치에는 사이클론 및 집진장치가 연결되어 있다. 이곳에 모여진 물질은 메인 플로우 내의 각 하류 사일로로 주입된다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 보충 물질용 밀링 장치(6)는 상기 보충 물질을 100-300 마이크론의 미세도로 예비 그라인딩하도록 마련된다.
본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따르면, 포틀랜드 시멘트용 밀링 장치는 상기 포틀랜드 시멘트를 평균입자크기 10-30 마이크론의 미세도로 예비 그라인딩하도록 마련된다.
매우 큰 물질 파편만 공기 분급기에서 분류되므로, 상기 회로는 각 밀링 장치(6,9)에서 나가는 이러한 물질이 없을 때 개방된다.
또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 본 어레인지먼트는 보충 물질 및 충진제를 0.2 중량% 미만의 수분함량으로 건조시키는 유니트를 포함하여 구성되며, 상기 유니트는 밀링 장치의 상류에 위치한다.
따라서, 본 발명은 본 출원의 도입부에 언급된 시멘트 물질의 제조가 연속적으로 수행될 수 있는 제조 설비 또는 어레인지먼트를 제공한다.
본 발명의 범위는 도면에 나타낸 예에 의해 한정되지 않으며, 하기 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (8)

  1. 포틀랜드 시멘트용 사일로, 비산회 또는 다른 타입의 보충 물질용 사일로, 및 시멘트 킬른 더스트 또는 다른 타입의 세팅시간 조절제용 사일로, 중합체 첨가제용 보관 유니트, 조절 수단, 혼합 수단, 그라인딩 장치 및 유출 수단을 포함하는, 포틀랜드 클링커 광물 함량이 현저히 감소되고, 대응하여 콘크리트 내에서 포틀랜드 시멘트를 직접 대체하는 보충 시멘트 물질의 양 및 고반응성 포졸란 또는 광물 충진제의 양이 증가된 수력 배합된 시멘트와 같은 복합 시멘트 물질 제조용 제조 설비로서,
    보충 물질의 예비 그라인딩용 밀링 유니트(6) 및 포틀랜드 시멘트의 예비 그라인딩용 밀링 장치(9)를 갖추고 있고, 예비 그라인딩 장치(6,9) 뒤에 예비 그라인딩된 성분의 그라인딩을 위한 그라인딩 장치(13)가 있고, 상기 예비 그라인딩 장치(6,9)는 그라인딩될 물질용 개방회로 또는 폐쇄회로로 작동되는 것을 특징으로 하는 복합 시멘트 물질 제조용 제조 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폐쇄회로는 그라인딩되는 물질의 큰 파편을 분류할 수 있는 공기 분급기(19;22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보충 물질용 밀링 장치(6)는 상기 보충 물질을 100-300 마이크론의 미세도로 예비 그라인딩하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 제조 설비.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포틀랜드 시멘트용 밀링 장치(9)는 상기 포틀랜드 시멘트를 평균입자크기 10-30 마이크론의 미세도로 예비 그라인딩하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 제조 설비.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조 설비가 상기 보충 물질 및 충진제를 0.2 중량% 미만의 수분함량으로 건조시키는 유니트(2)를 포함하여 구성되며, 상기 유니트는 상기 밀링 장치(6)의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 제조 설비.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제조 설비가 비산회로부터 탄소를 제거하기 위한 유니트(21)를 포함하여 구성되며, 상기 유니트는 비산회 내의 탄소 함량을 4중량% 이하로 낮추도록 적용된 것을 특징으로 하는 제조 설비.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보충 시멘트 물질은 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영 및 화강암 광산 미립자로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조 설비.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고반응성 포졸란 또는 광물 충진제는 비산회, 용광로 슬래그, 미세 석영 및 화강암 광산 미립자로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조 설비.
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