KR101225259B1 - 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법 - Google Patents

제철부산물을 이용한 블럭 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법에 관한 것으로, 제철공정에서 발생한 분진과 슬러지를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합단계와(S10), 상기 혼합물에 시멘트, 잔골재, 수분을 추가하고 혼합한 후 압축 성형하여 블럭형상으로 성형하는 성형단계와(S20), 상기 블럭형상을 스팀양생하는 스팀양생단계(S30), 및 상기 스팀양생한 블럭형상을 자연양생하는 자연양생단계(S40)를 포함한다.
본 발명은 제철공장에서 발생하는 부산물의 폐기 처리시 발생하는 비용을 절감할 뿐 아니라, 공유수면 매립용 골재로 재활용할 수 있어 환경 개선적인 이점이 있다.

Description

제철부산물을 이용한 블럭 제조방법{A production method of brick using waste materials of steel making}
본 발명은 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생한 분진과 슬러지 등을 이용하여 매립용 블럭을 제조하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 제철공정은 제선공정, 제강공정, 연속주조공정, 압연공정을 포함한다.
제선공정은 고로에 철광석을 넣고 코크스를 태워서 철광석 중의 산소를 제거하고 용해시켜 용선을 만드는 공정이고, 제강공정은 용선을 전로에 장입한 후 산소를 불어넣어 용선중의 불순물을 제거하고 필요한 성분을 첨가하여 원하는 성분과 적정 온도의 용강을 생산하는 공정이다.
연속주조공정은 생산된 용강을 주형에 주입하고 연속적으로 인발하고 냉각시켜 반제품의 슬래브, 블롬, 빌릿을 제조하는 공정이며, 압연공정은 연속주조에서 생산된 반제품을 열연, 후판, 선재, 형강, 봉강 공장으로 이송시켜 재가열한 후 열연 압연기에서 소정의 형상 및 치수를 갖는 제품을 생산하는 공정이다.
본 발명의 목적은 제철공정 중에 발생하는 분진과 슬러지를 이용하여 압축강도 80kg/㎠ 이상, 흡수율 7% 이하를 만족하고 유해물질이 용출되지 않는 블럭을 제조하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 제철공정에서 발생한 분진과 슬러지를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합단계와;상기 혼합물에 시멘트, 잔골재, 수분을 추가하고 혼합한 후 압축 성형하여 블럭형상으로 성형하는 성형단계와; 상기 블럭형상을 스팀양생하는 스팀양생단계; 및 상기 스팀양생한 블럭형상을 자연양생하는 자연양생단계를 포함한다.
상기 분진과 슬러지의 중량부의 혼합비는 2:1 ~ 8:1이다.
상기 분진은 원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진, 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 소결EP분진 및 소결백필터분진은 상기 혼합물 전체 함량 대비 30 중량부 미만으로 포함한다.
상기 슬러지는 고로슬러지,연주슬러지, 후판슬러지, 열연슬러지, 급배수슬러지, 배수종말슬러지 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 시멘트는, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 15~21 중량부가 추가된다.
상기 잔골재는, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 6~8 중량부가 추가된다.
상기 수분은, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 4~8 중량부가 추가된다.
상기 스팀양생단계는 상기 성형된 블럭형상을 70~85℃의 온도에서 15~28시간 유지한다.
제철공정에서 발생한 분진, 슬러지, 시멘트, 잔골재를 포함하여 이루어지고,압축강도가 100~140kgf/㎠, 흡수율이 3~5%이다.
상기 분진은 원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진, 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 슬러지는 고로슬러지,연주슬러지, 후판슬러지, 열연슬러지, 급배수슬러지, 배수종말슬러지 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
본 발명은 제철공장에서 발생하는 분진과 슬러지에 시멘트, 잔골재, 수분을 혼합하고 성형한 후 양생하여 블럭을 제조한다. 제조된 블럭은 압축강도가 100~140kg/㎠, 흡수율이 3~5%로 일반 벽돌 규격 이상의 물성을 나타내고 폐기물공정시험 결과 유해물질이 용출되지 않거나 용출되더라도 환경 기준치를 만족하였다.
따라서, 제철공장에서 발생하는 부산물의 폐기 처리시 발생하는 비용을 절감하고, 또 공유수면 매립용 골재로 재활용할 수 있어 환경 개선적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법을 보인 과정도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법은, 제철공정에서 발생한 분진과 슬러지를 혼합하여 혼합물을 형성하고(S10), 상기 혼합물에 시멘트, 잔골재, 수분을 추가하고 혼합한 후 압축 성형하여 블럭형상으로 성형한다(S20). 이후, 상기 블럭형상을 스팀양생(S30), 자연양생(S40)하여 최종 블럭을 제조한다.
제조된 블럭은 공유수면 매립용 골재로 사용한다. 제조된 블럭은 압축강도가 100~140kgf/㎠, 흡수율이 3~5%이며, 유해물질 용출 안정성 시험 기준을 만족한다.
혼합물은 분진과 슬러지를 2:1~8:1[중량부] 비율로 혼합한 것이다.
분진은 원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진, 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
원료분진은 고로 연료에서 날리는 분진이고, 주상분진은 고로 주상(출선 부분)에서 발생되는 분진이며, 소결EP분진은 전기로 집진기에서 포집되는 분진이다. 또한 소결백필터분진은 소결기의 백필터에서 포집되는 분진이고, 연주분진은 연주과정에서 발생하는 분진이며, 운송하역분진은 운송하고 하역하는 과정에서 발생되는 분진이다.
슬러지는 고로슬러지, 연주슬러지, 후판슬러지, 열연슬러지, 급배수슬러지, 배수종말슬러지 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 분진 및 슬러지는 미량의 철을 함유하고 S, Zn, K 등 제철공정 설비 및 제품 품질에 악영향을 미치는 성분을 함유하고 있어 재활용되지 못하고 매립 또는 위탁처리 되고 있다.
매립의 경우 2차 환경오염을 유발하고, 매립시 분진 및 슬러지의 중량 감량을 위해 건조과정이 수행되므로 에너지 소모도 크다.
이에 제철공정의 부산물인 분진 및 슬러지를 재활용하되 유해물질을 고정화하고 고형화하는 작업을 통해 블럭으로 제조하여 공유수면 매립용 골재로 사용하는 것이다.
혼합물에서 분진과 슬러지의 비율은 수분함량을 적절하게 조절하기 위한 범위이다. 분진이 혼합물의 수분함량을 조절하며 슬러지의 비율이 높아지면 혼합물의 수분함량이 증가하게 된다.
혼합물은 분진과 슬러지의 비율이 2:1 미만이면 슬러지의 비율이 높아져 수분함량이 증가하게 되므로 성형 중 흐름 현상이 발생되고 작업성이 저하된다. 반면 분진과 슬러지의 비율이 8:1을 초과하면 분진의 비율이 높아져 수분함량이 감소하게 되므로 혼합효율이 저하되고 양생이 지연된다.
분진 중 소결EP분진 및 소결백필터분진은 혼합물 전체 함량 대비 30 중량부 미만으로 포함한다. 소결EP분진 및 소결백필터분진은 다량의 Ca화합물을 포함하므로 혼합물 전체 함량 대비 30 중량부를 초과하면 다량 함유된 Ca화합물 성분에 의해 팽창이 발생하고 그에 따라 균열이 발생되며 강도가 저하된다.
시멘트, 잔골재, 수분은 혼합물을 고형화하기 위한 것이다.
구체적으로, 시멘트는 유해물질을 고정하고 혼합물을 고형화하기 위해 추가된다. 시멘트는 혼합물 100 중량부에 대하여, 15~21 중량부가 추가된다. 예를 들어, 혼합물이 100g일 경우 15~21g의 시멘트가 혼합되는 것이다.
시멘트는 혼합물 100 중량부에 대하여 15 중량부 미만으로 추가되면 성형된 블럭의 강도가 저하되고 철강 부산물인 분진과 슬러지의 특성상 미량 함유된 유해 중금속의 고정화능이 저하된다. 고정화능이 저하되면 제조된 블럭을 공유수면 매립에 활용시 해수로 중금속이 유출될 가능성이 있다. 반면, 시멘트는 혼합물 100 중량부에 대하여 21 중량부를 초과하여 추가되면 상대적인 혼합물의 함량 부족으로 공극량이 늘어나 강도가 저하되고 또한 다량의 시멘트 첨가로 경제성이 저하된다.
잔골재는 슬러지의 공극을 줄여 블럭의 강도를 확보한다. 혼합물이 분진과 슬러지로 이루어져 대부분이 미분이므로 잔골재를 추가하지 않을 경우 블럭의 강도 확보가 어렵다. 잔골재는 혼합물 100 중량부에 대하여, 6~8 중량부가 추가된다.
잔골재는 혼합물 100 중량부에 대하여 6 중량부 미만으로 추가되면 제조된 블럭의 강도 확보가 어렵고, 8 중량부를 초과하면 운영비용 증가로 효율적이지 못하다.
수분은 시멘트 양생을 위해 추가된다. 수분은 혼합물 100 중량부에 대하여, 4~8 중량부가 추가된다.
수분은 혼합물 100 중량부에 대하여 4 중량부 미만으로 추가되면 시멘트 양생 즉, 시멘트와 물의 수화반응이 현저히 저하되어 강도 발현이 늦을뿐 아니라 제조된 블럭에 표면 크랙이 발생한다. 반면, 수분은 혼합물 100 중량부에 대하여 8 중량부를 초과하여 추가되면 혼합 효율이 저하되고 작업성이 저하되며 강도 발현이 어려울 수 있다.
한편, 혼합물에 시멘트, 잔골재, 수분을 추가한 원료는 원료혼합기에서 혼합된다. 원료혼합기에서 혼합된 원료는 블럭성형기로 공급되고, 블럭성형기에서 육면체의 블럭 형태로 성형된다. 블럭성형기는 진동브리케이트일 수 있다.
진동브리케이트는 공기가 빠지면서 원료가 다져지는 것을 원리로 한다.
블럭형상은 80×80×60mm ~ 240×240×150mm의 크기의 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 성형된 블럭형상은 스팀양생과 자연양생을 순차적으로 수행한다.
스팀양생은 성형된 블럭형상을 스팀 양생실에 장입하고 스팀증기를 공급하면서 70~85℃의 온도로 15~28시간 유지하는 것이다. 스팀양생은 블럭의 강도 발현을 위해 수행된다. 자연양생만으로는 원하는 강도를 확보하기 어렵고 내구성에도 문제가 있다.
스팀양생시 온도가 70℃ 미만이면 이후에 진행되는 자연양생 시간이 길어지고 강도가 저하되며, 85℃를 초과하면 높은 온도로 인해 균열이 발생할 수 있다.
스팀양생 시간은 15시간 미만이면 원하는 강도 확보가 어렵고, 28시간을 초과하면 그 효과가 포화되므로 에너지 절감차원에서 바람직하지 않다. 스팀양생이 완료되면 강도 향상을 위해 10~15일 동안 자연양생한다.
이와 같이 제조된 블럭(m)은 제철공정에서 발생한 분진, 슬러지, 시멘트, 잔골재를 포함하여 이루어지고, 압축강도가 100~140kgf/㎠, 흡수율이 3~5%이다.
분진은 원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진, 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함하고, 슬러지는 고로슬러지,연주슬러지, 후판슬러지, 열연슬러지, 급배수슬러지, 배수종말슬러지 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기에 기재된 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 이들에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
<실시예>
제철공정에서 발생한 분진과 슬러지가 5:1[중량부] 비율로 혼합되게 원료혼합기에 장입한다. 이 과정에서 분진 중 소결EP분진 및 소결백필터분진은 원료혼합기에 장입되는 분진과 슬러지 전체 함량 대비 30 중량부 미만으로 포함되게 한다.
이 후, 원료장입기에 시멘트, 잔골재, 수분을 추가로 장입하고 7분동안 혼합한다.
이때, 시멘트는 분진과 슬러지의 혼합물 100 중량부에 대하여, 18 중량부 추가하고, 잔골재는 7 중량부 추가하며, 수분은 6 중량부 추가한다.
원료혼합기에서 혼합이 7분이 되면 혼합된 원료를 블럭성형기로 유입시켜 80×80×60mm 크기의 육면체 블럭형태로 성형한다.
성형된 블럭은 80℃로 유지되는 스팀 양생실에서 20시간 유지하는 스팀양생을 실시한 후 15일 동안 자연양생한다.
표 1은 실시예의 방법으로 제조된 블럭의 성분을 분석한 것이다.
(단위: 중량부)
T.Fe M-Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO Mn P ZnO C S
52.19 28.12 2.68 0.54 11.44 1.04 0.46 0.09 1.35 1.97 0.12
표 1에 의하면 블럭의 성분이 천연골재, 시멘트와 유사함을 알 수 있다.
표 2는 실시예의 방법으로 제조된 블럭의 물리적 특성을 측정한 것이다.
압축강도 100~140kgf/㎠
흡수율 3~5%
표 1과 표 2에 의하면, 본 발명의 블럭이 벽돌 규격 이상의 물리적 조건을 만족함을 알 수 있다. (통상적인 벽돌의 규격은 압축강도 80kg/㎠ 이상, 흡수율 7% 이하이다.)
표 3은 실시예의 방법으로 제조된 블럭을 폐기물공정시험방법의 용출시험법을 활용하여 평가한 것이다.
(단위:mg/L)
구분 Pb Cu As Hg CN 6가 크롬 Cd 유기인 PCB TCE PCE
실시예 0.07 0.4 N.D N.D 0.8 N.D 0.01 N.D N.D N.D N.D
환경
기준치		 3
미만		 3
미만		 1.5
미만		 0.005
미만		 1
미만		 1.5
미만		 0.3
미만		 1
미만		 0.1
미만		 0.3
미만		 0.1
미만
[CN:코페르니움, PCB:폴리크로리네이티드비페닐, TCE:트리클로로에틸렌, PCE:테트라클로로에틸렌]
여기서, 환경 기준치는 <폐기물관리법 시행규칙 별표1>에 의거한 것임.
표 3에 의하면, 제조된 블럭은 환경 기준치를 만족하고 As, Hg, 6가 크롬, 유기인, PCB, TCE, PCE의 경우 전혀 용출되지 않았다.
이를 통해, 제철공정에서 발생한 분진과 슬러지를 블럭으로 형성하는 경우, 압축강도와 흡수율이 벽돌 이상의 기준치를 만족하고 공유수면 매립용 골재로 사용이 가능하며, 유해물질이 용출되지 않아 환경적으로도 무해함을 알 수 있다.
또한, 상기 방법은 매립과 달리 2차 환경오염을 유발하지 않고, 분진 및 슬러지의 중량 감량을 위한 건조과정이 요구되지 않으므로 친환경적이고 에너지 절감 효과도 크다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
S10:혼합단계 S20:성형단계
S30:스팀양생단계 S40:자연양생단계
m:블럭

Claims (12)

  1. 제철공정에서 발생한 분진과 슬러지를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합단계와;
    상기 혼합물에 시멘트, 잔골재, 수분을 추가하고 혼합한 후 압축 성형하여 블럭형상으로 성형하는 성형단계와;
    상기 블럭형상을 스팀양생하는 스팀양생단계; 및
    상기 스팀양생한 블럭형상을 자연양생하는 자연양생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합단계에서
    상기 분진과 슬러지의 중량부의 혼합비는 2:1 ~ 8:1인 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분진은
    원료분진, 주상분진, 소결EP분진, 소결백필터분진, 연주분진, 운송하역분진 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 소결EP분진 및 소결백필터분진은 상기 혼합물 전체 함량 대비 30 중량부 미만으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러지는
    고로슬러지,연주슬러지, 후판슬러지, 열연슬러지, 급배수슬러지, 배수종말슬러지 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시멘트는,
    상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 15~21 중량부가 추가되는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔골재는,
    상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 6~8 중량부가 추가되는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 수분은,
    상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 4~8 중량부가 추가되는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스팀양생단계는
    상기 성형된 블럭형상을 70~85℃의 온도에서 15~28시간 유지하는 것임을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 블럭 제조방법.
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