KR101185916B1 - 방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐블럭 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 시멘트 31~40중량부, 플라이애쉬 30~35중량부, 고로슬래그분말 15~20중량부, 주물사분말 10~15중량부, 석회석분말 5~8중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 따른 차폐블럭 제조용 응고제 조성물은 차폐블럭의 강도 및 내구성을 증진시키는 한편, 유동성이 증진되는 효과가 있고, 이로 인해 시멘트의 중량비를 최소화시켜 방사선 차폐블럭의 비중 값 하락을 방지하고, 차폐블럭을 이루는 조성물 간의 분리억제의 효과가 있고, 시멘트와 무기질계 포졸란 재료인 플라이 애쉬, 슬래그분말, 주물사분말을 사용함으로써, 내화학성을 향상시켜 수화열에 의해 발생되는 균열발생, 체적변화를 억제시켜 방사선 차폐블럭의 품질을 향상시키는 효과가 있고, 주물공정에 사용되고 나서 폐기되는 폐주물사로부터 철성분과 실리카성분을 분리시켜 방사선 차폐블럭의 원료로 재활용함으로써, 자원절약 및 이를 통한 비용절감의 효과가 있고, 폐기물 처리에 따른 환경오염을 예방하는 효과가 있다.

Description

방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭 {Radioactive Ray Shield Block}

본 발명은 폐주물사에 함유되어 있는 철성분 및 실리카 성분을 분리시켜 방사선 차폐블럭의 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐블럭 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 주조법은 금속을 용융점 온도까지 가열시켜 용융금속을 형성시킨 다음, 제조하고자 하는 제품의 모양과 동일하게 제작된 주형(鑄型; 거푸집)속에 용융금속을 부어 넣고, 주형의 내부에서 용융금속을 냉각 및 응고시키므로서 주물제품을 제조하는 방법으로, 소성가공과 분말야금 및 용접 등과 함께 금속가공법의 중요한 분야를 차지하고 있다.

상기와 같은 주조법에서 성형틀의 역할을 하는 주형의 재료로 가장 널리 사용되는 것은 내화성이 우수한 규사를 주성분으로 하는 주물사로서, 20～70메시 안팎의 입도(粒度)를 가지는 모래에 공지의 점결제로서 점토를 4～8%, 수분을 2～6% 가량 첨가하여 생형용 주물사를 제작하게 되며, 이와 같이 제작된 생형용 주물사를 원형(原型; pattern)이 놓인 주조틀의 내부로 넣어 잘 다져 굳히므로서 하나의 분할된 주형이 완성되는 것이다.

상기와 같이 제작된 주형을 사용하여 주물제품을 주조하게 되면, 용융금속의 높은 온도에 의하여 각 주물사의 표면에 점결제가 탄화 경화되어 부착되고, 이와 같이 탄화 경화된 점결제가 부착된 폐주물사를 별도의 처리없이 다음의 주조에 바로 사용하게 되면, 주물사간의 결합력 저하와 주형의 통기성 저하와 같이 주물제품에 좋지 못한 영향을 미치는 요인이 발생하기 때문에, 폐주물사의 표면에 부착된 점결제를 제거하여 일정한 순도를 가지는 주물사로 재생처리시키거나, 폐기처분 후 새로운 주물사를 사용하게 된다.

오늘날 산업의 발달 등으로 인해 주물의 생산량이 급증함에 따라 단순히 폐기처분되던 폐주물사를 산업적으로 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

특히, 이와 같은 폐주물사를 건축용 자재로 이용하기 위한 시도가 꾸준히 진행되고 있는데, 콘크리트용 골재로 사용될 경우, 주물사에 함유된 철성분으로 인해 녹이 발생하거나, 콘크리트 구조물의 백화현상 및 산화현상 등이 발생되는 문제가 있었다.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 차폐블럭의 강도 및 내구성을 증진시키는 한편, 유동성이 증진되는 효과가 있고, 이로 인해 시멘트의 중량비를 최소화시켜 방사선 차폐블럭의 비중 값 하락을 방지시키고, 차폐블럭을 이루는 조성물 간의 분리억제 및 저항성이 증진되도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 시멘트와 무기질계 포졸란 재료인 플라이 애쉬, 슬래그분말, 주물사분말을 사용함으로써, 내화학성을 향상시켜 수화열에 의해 발생되는 균열발생, 체적변화를 억제시켜 방사선 차폐블럭의 품질을 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 주물공정에 사용되고 나서 폐기되는 폐주물사로부터 철성분과 실리카성분을 분리시켜 방사선 차폐블럭의 원료로 재활용함으로써, 자원절약 및 이를 통한 비용절감의 효과가 있고, 폐기물 처리에 따른 환경오염을 예방하는데 있다.

상기 본 발명의 목적은 시멘트 31~40중량부, 플라이애쉬 30~35중량부, 고로슬래그분말 15~20중량부, 주물사분말 10~15중량부, 석회석분말 5~8중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물에 의해 달성될 수 있다.

이때, 상기 시멘트의 분말도는 4,000 ㎠/g 이상이며, 상기 플라이애쉬, 고로슬래그분말, 주물사분말의 분말도는 각각 6,000 ㎠/g 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 목적은 철성분 80~86중량부; 시멘트 31~40중량부, 플라이애쉬 30~35중량부, 고로슬래그분말 15~20중량부, 주물사분말 10~15중량부, 석회석분말 5~8중량부로 이루어진 응고제조성물 13.7~19.5중량부; 혼화제 0.3~0.5중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 혼화제는 고유동화제, 공기연행제 및 점증제가 포함되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 본 발명의 목적은 (a)주물사로부터 차폐용 철성분을 분리하는 단계; (b)응고제조성물을 제조하는 단계; (c)상기 철성분과 응고제조성물을 믹싱하는 단계; (d)상기 믹싱된 혼합물을 형틀에 주입하는 단계; (e)상기 형틀 내의 혼합물을 바이브레이터를 이용해 기포제거 및 압축하는 단계; 및 (f)상기 (e)단계를 거친 혼합물을 건조,양생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭 제조방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 (a)단계는 (a-1)주물사에 포함된 이물질을 제거하는 단계; (a-2)상기 정제된 주물사를 호퍼에 투입하는 단계; (a-3)상기 호퍼에 투입된 주물사를 콘베이어로 이송하는 단계; (a-4)상기 이송되는 주물사를 건조기를 통과시켜 수분을 제거하는 단계; (a-5)상기 건조된 주물사로부터 철성분을 자력을 이용해 1차선별하는 단계; (a-6)상기 1차자력선별되고 남은 주물사를 볼밀에 투입하여 분쇄하는 단계; 및 (a-7)상기 볼밀에 의해 분쇄된 주물사분말을 사이클론으로 집진시켜 사이로에 저장함으로써, 주물사분말과 철성분을 2차비중선별하는 단계;를 포함한다.

그리고, 상기 (a-4)단계의 건조온도는 80~100℃인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a-7)단계의 사이클론 집진된 주물사분말의 분말도는 6,000 ㎠/g이상인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 (a-7)단계의 2차비중선별된 철성분의 입도규격은 3mm이하 인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 (b)단계는 시멘트 31~40중량부, 플라이애쉬 30~35중량부, 고로슬래그분말 15~20중량부, 주물사분말 10~15중량부, 석회석분말 5~8중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (c)단계는 철성분 80~86중량부, 응고제조성물 13.7~19.5중량부, 혼화제 0.3~0.5중량부로 혼합 믹싱하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 혼화제는 고유동화제, 공기연행제 및 점증제가 포함되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에 따른 차폐블럭 제조용 응고제 조성물은 차폐블럭의 강도 및 내구성을 증진시키는 한편, 유동성이 증진되는 효과가 있고, 이로 인해 시멘트의 중량비를 최소화시켜 방사선 차폐블럭의 비중 값 하락을 방지하고, 차폐블럭을 이루는 조성물 간의 분리억제의 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 차폐블럭 제조용 응고제 조성물은 시멘트와 무기질계 포졸란 재료인 플라이 애쉬, 슬래그분말, 주물사분말을 사용함으로써, 내화학성을 향상시켜 수화열에 의해 발생되는 균열발생, 체적변화를 억제시켜 방사선 차폐블럭의 품질을 향상시키는 효과를 갖는다.

또한, 상기한 본 발명은 주물공정에 사용되고 나서 폐기되는 폐주물사로부터 철성분과 실리카성분을 분리시켜 방사선 차폐블럭의 원료로 재활용함으로써, 자원절약 및 이를 통한 비용절감의 효과가 있고, 폐기물 처리에 따른 환경오염을 예방하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭의 제조공정을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 주물사의 분리공정을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 차폐블럭을 예시한 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 방사선 차폐블럭 제조용 응고제 조성물 및 이를 이용한 방사선 차폐블럭 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 방사선 차폐블럭은 주물공정에 사용되고 난 후 폐기되는 폐주물사로부터 추출시킨 철성분과 응고제조성물, 혼화제의 조합으로 제조된다.

이때, 상기 주물사는 주조공장 등의 용광로에서 1,500℃ 이상의 온도로 용융시킨 선철을 부어 형상을 주조하기 위한 주형을 형성하는 것으로서, 주물작업시 선철의 잔재물이 잔류하게 된다.

이때, 주형의 역할을 다하고 폐기처분되는 주물사의 함유성분을 살펴보면 SiO2 84%, Al2O3 3%, Fe 12.6%, CaO 0.29%, MgO 0.05%로 이루어지는 것을 아래 표1을 통해 확인할 수 있다.

<표1>

이와 같은 주물사를 재활용하여 방사선 차폐블럭을 제조하는 방법에 대해 도2, 도3을 참조하여 설명한다.

본 발명의 차폐블럭 제조공정은 먼저, 도 2에서와 같이 (a)주물사로부터 차폐용 철성분을 분리하는 단계를 수행한다.(S10)

또한, (b)방사선 차폐블럭의 혼합물을 결합시켜 내구성 및 강도를 향상시키기 위한 응고제 조성물을 제조한다.(S10')

이때, 상기 응고제조성물은 시멘트 31~40중량부, 플라이애쉬 30~35중량부, 고로슬래그 15~20중량부, 주물사분말 10~15중량부, 석회석분말 5~8중량부로 이루어질 수 있다.

<표2>

<표3>

상기 표2, 표3은 응고재조성물의 화학성분표 및 물리적 특성을 나타내는 표이다. 이와 같은 특성을 갖는 응고제 조성물은 다음 표4에서 보는 바와 같은 배합조건을 이용해 제작될 수 있다.

<표4>

표4에서 보는 바와 같은 배합1은 리그닌계 일반 감수재를 사용하는 배합조건을 나타내고 있고, 배합2 내지 배합4는 다양한 감수재를 적용한 예를 나타내고 있다.

상기한 바와 같은 본 발명은 클링커 광물조성과 시멘트 임도특성을 변화시켜 유동성과 저발열 특성을 갖는 고강도 응고재를 제조할 수 있게 된다.

현재 시멘트 및 콘크리트 제품은 강도 특성 등은 우수하지만 유동성저하, 수화열 발생 등으로 제품의 크랙발생, 다짐시 성형불량으로 인한 제품표면의 곰보 형성 등의 문제가 발생될 수 있다.

이러한, 시멘트의 문제점을 개선하기 위해 실리카분말(주물사 분말)을 첨가하게 된다. 이러한 실리카 분말은 차폐체 구조물을 고강도화, 고유동성화, 저발열화시켜 제품의 강도를 개선하는 것은 물론 제품의 크랙발생을 억제시켜 품질을 개선시키게 된다.

표 4를 통해 고입도의 실리카분말을 첨가한 배합조건에서 20%정도 강도가 증진된 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같은 응고제 조성물을 제조하고 난 다음, (c)주물사로부터 분리된 철성분과 응고제 조성물을 믹싱하는 단계를 수행한다.(S20)

이때, 믹싱단계는 응고재를 계량하여 믹싱하는 1단계와 1단계 믹싱 후 물을 계량하여 믹싱하는 2단계로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 믹싱 혼합물은 철성분 80~86중량부, 응고제조성물 13.7~19.5중량부, 혼화제 0.3~0.5중량부로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 혼화제는 고유동화제, 공기연행제 및 점증제가 포함될 수 있다.

다음, (d)상기 믹싱된 혼합물을 형틀에 주입하는 단계를 수행(S30)한 후, (e)상기 형틀 내의 혼합물을 바이브레이터를 이용해 기포제거 및 압축하는 단계를 수행한다.(S40)

(f)상기 기포제거 및 압축단계를 거친 혼합물은 건조,양생하는 단계(S50)를 수행함으로써, 방사선 차폐블럭(100)을 완성할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 방사선 차폐블럭(100)을 제조함에 있어 가장 중요한 공정이 주물사에서 철성분과 실리카 성분을 분리시키는 공정이다. 첨부된 도 2를 참조하여 주물사로부터 철성분과 실리카 성분을 분리시키는 공정에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 주물사의 분리공정을 설명하기 위한 순서도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명의 주물사 분리공정을 위해 먼저, (a-1)주물사에 포함된 이물질을 제거하는 단계를 수행한다.(S11) 이때 이물질은 작업자가 직접 육안으로 보고 선별 제거할 수 있다.

그런 다음, (a-2)상기 정제된 주물사를 호퍼에 투입한다.(S11)

이후, (a-3)상기 호퍼에 투입된 주물사는 콘베이어를 통해 건조기로 이송한다.(S12)

이때, 호퍼에는 정량 공급장치가 설치됨으로써, 콘베이어에 투입되는 주물사를 정량 계량한 후 투입되도록 할 수 있다.

그런 다음, (a-4)상기 콘베이어에 투입된 주물사는 건조기로 이송된 후 건조단계를 거쳐 수분이 제거되도록 한다.(S13) 이때, 건조온도는 80~100℃가 바람직하다. 이때, 건조기는 정제유를 사용하는 버너를 포함하는 구성으로 이루어지게 되는데, 이러한 건조기는 주물사의 수분함량을 1% 이내로 건조시키게 된다.

다음, (a-5)상기 건조된 주물사로부터 철성분을 자력을 이용해 1차선별하게된다.(S14) 이때, 자력선별을 위해 콘베이어 끝단에 자석을 설치한다. 상기 자석은 주물사의 낙하시 철성분만을 흡착시켜 분리하게 된다.

그런 다음, (a-6)상기 1차자력선별되고 남은 주물사를 볼밀에 투입하여 분쇄하는 단계를 수행한다.(S15)

그리고, (a-7)상기 볼밀에 의해 분쇄된 주물사분말을 사이클론으로 집진시켜 사이로에 저장함으로써, 주물사분말과 철성분이 2차비중선별되도록 한다.(S16)

이때, 상기 사이클론 집진된 주물사분말의 분말도는 6,000㎠/g이상이 바람직하다.

또한, 상기 2차비중선별된 철성분의 입도규격은 3mm이하 인 것이 바람직하다.

상기 사이클론은 주물사를 6,000㎠/g이상으로 분쇄하기 위한 분쇄기와, 분쇄된 주물사 미분말을 흡인하기 위한 집진기로 구성될 수 있다.

이때, 주물사 미분말을 집진기를 통해 상부로 배출시키고 비중이 높고 평균입도 이하의 분말은 하부를 통해 정제기로 재순환시킬 수 있다.

상기 정제기는 재차 분쇄된 주물사 미분말은 집진기를 통해 배출되도록 하는 한편, 흡입되지 않고 남은 분말은 콘베이어에 투입시켜 자력선별이 이루어지도록 할 수 있다.

<표5>, <표6>은 1차선별 및 2차선별시의 철성분의 성분 측정결과와 철성분의 입도 측정결과를 표를 통해 나타내고 있다.

<표5>

<표6>

상기 표5 와 표6에서 보는 바와 같이 자력선별된 것보다도 볼밀 분쇄하여 리사이클링으로 선별된 철성분의 함량이 높게 나타나고 있고, 입도 또한 미세분임을 알 수 있다.

<표7>은 철성분의 입도별 배합비와 양생기간에 따른 방사선 차폐블럭 시편 제작시 강도시험결과를 나타낸 표이다.

<표7>

상기 표7에서 보는 바와 같이 본 발명의 차폐블럭은 철성분의 입도별 배합비와 양생기간에 따른 차폐블럭의 강도값의 차이를 나타내게 되는데, 낮은 입도값의 분포도가 높고, 양생기간이 길수록 강도가 높아지는 것을 볼 수 있다.

여기서, 도 3을 통해 도시된 본 발명의 차폐블럭(100)은 상하부에 암수 결합구조를 형성함으로써, 벽을 쌓아 올리는데 적합한 구조로 제작될 수 있다. 물론 그 형상이나 크기는 특정되지 않으며, 얼마든지 자유롭게 변경이 가능한 것이다.

상기한 본 발명에 따른 차폐블럭 제조용 응고제 조성물은 차폐블럭의 강도 및 내구성을 증진시키는 한편, 유동성이 증진되는 효과가 있고, 이로 인해 시멘트의 중량비를 최소화시켜 방사선 차폐블럭의 비중 값 하락을 방지하고, 차폐블럭을 이루는 조성물 간의 분리억제 및 저항성이 증진된다.

또한, 본 발명에 따른 차폐블럭 제조용 응고제 조성물은 시멘트와 무기질계 포졸란 재료인 플라이 애쉬, 슬래그분말, 주물사분말을 사용함으로써, 내화학성을 향상시켜 수화열에 의해 발생되는 균열발생, 체적변화를 억제시켜 방사선 차폐블럭의 품질을 향상시키게 된다.

또한, 본 발명은 주물공정에 사용되고 나서 폐기되는 폐주물사로부터 철성분과 실리카성분을 분리시켜 방사선 차폐블럭의 원료로 재활용함으로써, 자원절약 및 이를 통한 비용절감의 효과가 있고, 폐기물 처리에 따른 환경오염을 예방하게 된다.

100: 차폐블럭

Claims (2)

1. 철성분 80~86중량부;
   응고제조성물 13.7~19.5중량부; 및
   혼화제 0.3~0.5중량부;를 포함하며,
   상기 응고제조성물은 시멘트 31~40중량부, 플라이애쉬 30~35중량부, 고로슬래그분말 15~20중량부, 주물사분말 10~15중량부, 석회석분말 5~8중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼화제는 고유동화제, 공기연행제 및 점증제가 포함되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 응고제 조성물을 이용한 방사선 차폐블럭.

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