KR101419403B1 - 타일 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타일 및 이의 제조 방법으로서, 강 제조 공정에서 부생되는 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하여 각종 건축재료에 사용되는 고강도 타일 및 이의 제조 방법이다. 본 발명의 실시 형태는 타일로서, 타일 몸체는 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그와 폐 내화물이 배합되어 제조되며, 상기 타일 몸체는 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유한다.

Description

타일 및 이의 제조 방법{Method for producing high strength tile of slag}
본 발명은 강 제조 공정에서 부생되는 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하여 각종 건축재료에 사용되는 타일을 제조하는 것에 관한 것이다.
제철산업은 대량의 원료와 에너지를 소비하여 철강을 생산하는 것과 더불어 원료, 제선, 제강, 압연 등의 복잡한 연결생산체제를 거치면서, 여러 가지 종류의 부산물과 폐기물을 다량 발생시키고 있다. 이들 부산물과 폐기물은 양적으로 주제품인 철강의 65%에 이르고 있다. 이중 고체상태의 부산물과 폐기물의 약 80% 정도가 슬래그(Slag)이고, 나머지는 폐 내화물, 더스트, 슬러지 등의 형태로 발생하는데 유용한 철분함량이 높아 대부분 자원으로서의 활용이 가능하다. 통상적으로, 철강재 1톤을 생산하는 과정에서 100 내지 500kg의 제강 슬래그(slag)가 발생된다. 예컨대 페로니켈(Fe-Ni) 슬래그(Slag)는 년간 100만톤이 넘게 발생한다. 발생 된 슬래그(slag)는 야드에 덤핑되어, 대량의 방수와 함께 대기 중에서 냉각되어 응고되고, 응고된 슬래그 덩어리는 시멘트 원료 등으로 재활용된다. 하지만 시장상황에 따라 매립되기도 하며, 고부가화 또는 소재로서의 용도창출이 잘 되지 않는 실정이다.
한편, 고강도 타일은 고온에서 현무암을 녹여 만든 바잘트(Basalt) 제품이 통상적으로 사용된다. 현무암을 1280도의 용융로에서 완전용융하고, 1200도 상태에서 주형(mold) 내부로 주입하여 타일 형상 제품으로 성형하여 타일을 제작한다. 이와 같은 바잘트(Basalt) 타일은 고강도 특성이 우수하여 건축물의 내, 외장재로 널리 사용되고 있다. 현재 국내에서 사용 중인 바잘트 제품은 고가의 제품이지만 대부분 체코, 중국 등으로부터 수입되는 상황이다. 이러한 고가의 제품을 대체하기 위해 강 제조 공정에서 부생되는 슬래그를 활용하여 타일을 제조하는 방법이 사용되었으나, 바잘트 제품의 특성과 유사하지 못하여 최종 타일이 쉽게 변형되는 문제점이 있다.
KR 1986-0011717 A
본 발명은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하여 기존 바잘트 타일과 유사한 고강도의 타일 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 휘석 계통의 결정상 즉, 오우가이트(augite) 결정상을 갖는 고강도 타일 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 타일은, 타일로서, 타일 몸체는 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그와 폐 내화물이 배합되어 제조되며, 상기 타일 몸체는 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유한다.
또한, 상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그, 고로 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 폐 내화물은 이산화규소(SiO2) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 타일 몸체는 상기 슬래그의 량이 전체 량에 대하여 70 중량% 이상인 것을 포함한다.
또한, 상기 타일 몸체는 결정 핵 생성을 촉진하는 접종제를 더 포함한다.
또한, 상기 접종제는 티타늄 산화물(TiO2), 철 산화물(Fe2O3), 나트륨 산화물(Na2O) 및 칼륨 산화물(K2O) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 타일 몸체는 휘석 계통의 결정질 상을 포함한다.
또한, 상기 타일 몸체는 오우가이트(augite) 결정질 상을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 타일 제조 방법은, 타일 제조 방법으로서, 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그 및 폐 내화물을 마련하는 과정과 상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 측량하고 조성비를 제어하는 과정과 상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 배합하는 과정과 배합물을 용융시키는 과정과 용융물을 타일 형상으로 성형하는 과정 및 성형물을 열처리하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그 및 고로 슬래그를 준비하고, 이들 중 적어도 2가지 이상의 슬래그를 배합하여 사용하는 것을 포함한다.
또한, 상기 조성비를 제어하는 과정은 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO), 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 가지도록 제어하는 것을 포함한다.
또한, 상기 배합물에 접종제를 추가로 배합하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 성형 과정은 몰드에 상기 용융물을 주입하는 과정을 포함하며, 상기 용융물 주입 전에 상기 몰드를 예열하는 하는 것을 포함한다.
또한, 상기 성형물을 열처리하는 과정은 상기 성형물을 결정화 온도 부근 온도에서 유지하는 어닐링 단계를 포함한다.
또한, 상기 열처리 과정은 어닐링 단계 전에 상기 성형물을 유리 천이 온도 이하의 온도에서 유지하는 서브 어닐링 단계를 포함한다.
또한, 상기 열처리 과정은 상기 성형물의 두께에 비례하여 유지 시간을 제어하며, 상기 열처리 후 분당 1도 이하의 속도로 냉각하는 하는 것을 포함한다.
또한, 상기 어닐링 온도는 상기 결정화 온도보다 100도 낮은 온도에서부터 상기 결정화 온도보다 50도 높은 온도까지의 범위 내이며, 상기 서브 어닐링 온도는 상기 유리 천이 온도보다 100도 낮은 온도에서부터 상기 유리 천이 온도까지의 범위 내인 하는 것을 포함한다.
또한, 상기 열처리 온도를 제어하여 타일의 색상을 조절하는 하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하는 조성물을 이용하여 각종 건축재료에 사용되는 고강도 타일을 제조한다. 이러한 조성물로 만들어진 타일은 바잘트 타일의 조성과 유사한 휘석 계통의 결정상 즉, 오우가이트(augite) 결정상을 갖는다. 이에, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 원료로하는 조성물을 이용하여 제작된 타일은 종래의 현무암으로 만들어진 고가의 바잘트 타일을 대체할 수 있다. 따라서, 천연광석인 현무암을 보호할 수 있으며, 수입되는 고강도 타일의 원자재의 부담도 줄일 수 있다.
또한, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 종래와 같이 매립 용도, 시멘트 원료 등으로 사용되는 것 이외에 각종 건축 재료로 사용되는 타일로 확대 적용될 수 있다. 따라서, 년간 100만톤 이상 매립되는 각종 슬래그와 폐 내화물을 활용하여 부가가치가 높은 고 수익성의 신규 용도 창출이 가능하다.
또한, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 폐기 또는 매립하기 위한 비용을 절약할 수 있으며, 각종 슬래그 생산량이 풍부하기 때문에 낮은 가격에 고강도 타일의 대량생산이 가능하다. 또한, 유해 물질을 방출하지 않아 인체에 무해하며, 휘발성의 물질이 없어, 친환경적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타일 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타일 조성물의 TG-DTA 패턴을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 패턴을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타일의 압축강도를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 타일의 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 타일은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 함유하는 조성물로 제작되며, 각종 건축물의 내 외장재로 사용되기 위한 타일로 제작된다. 여기서, 조성물은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 분말 형태로 만들고, 설정된 성분비로 원료를 배합하여 제작한다. 이는 조성물의 조성비를 제조되는 타일이 휘석 계통의 결정질의 상 즉, 오우가이트(augite) 결정질의 상을 갖도록 설정하기 때문이다. 또한, 실시 예에 따른 조성물은 핵 생성을 위해 접종제가 추가로 첨가될 수 있다. 여기서 휘석 계통은 화학조성이 다양한 규산염의 주요 조암광물을 의미하며 오우가이트는 단사정계에 속하는 광물로 조흔색은 백색이며 색은 암속색 또는 흑색을 띤다. 화학조성은 (Ca, Mg, Fe2 +, Ti, Al)2 (Si, Al)2O6 로, 단주상이다.
슬래그는 철광석, 석탄, 석회석 등의 천연자원으로부터 철강 제품을 제조하면서 부산물로 생성된 물질이다.
본 발명의 실시 예에 사용되는 각종 슬래그는 다음과 같다.
철과 니켈의 합금 제조 공정에서 부생되는 페로니켈 슬래그, 전로에 쇳물을 강철로 정련하는 제강공정에서 부생되는 전로 슬래그, 고급강의 일종인 극저탄소강을 제조하기 위해 탈인 및 탈탄 기능을 수행하는 탈린로 제조 공정에서 부생되는 탈린로 슬래그, 고로, 파이넥스(Finex) 융용로 등 용광로에 쇳물을 제조하면서 부생되는 고로 슬래그이다.
다음은 표 1을 참조하여 각종 슬래그와 바잘트 제품의 주요 화학 조성을 예시적으로 설명한다.
구분 SiO2 (wt%) Fe2O3 (wt%) Al2O3 (wt%) CaO (wt%) MgO (wt%)
페로니켈
슬래그		 55.53 11.71 2.21 0.29 31.09
전로
슬래그		 8.91 29.95 1.68 46.09 9.80
탈린
슬래그		 20.07 50.38 3.91 13.24 2.35
고로
슬래그		 34.91 1.96 14.01 41.99 5.15
바잘트
제품		 46.38 12.25 11.19 11.15 11.47
표 1에 표현된 바와 같이 각종 슬래그의 주요 화학 조성과 바잘트 제품의 화학 조성은 각 성분의 함유량에 차이가 있을 뿐 각 구성 성분이 유사한 것을 확인할 수 있다. 즉, 각 슬래그 모두 바잘트 제품이 다른 성분에 비해서 다량 함유하고 있는 주요 성분 이산화규소(SiO2), 철 산화물(Fe2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3), 칼슘 산화물(CaO), 마그네슘 산화물(MgO)의 5가지 주요 성분을 포함하며, 슬래그에 따라 각 주요 성분의 함유량에 차이가 있다.
각종 슬래그 화학 조성이 중요한 이유는 바잘트 제품의 조성과 유사한 휘석 계통의 결정질 상 즉, 오우가이트 결정질 상을 갖는 타일이 제조되도록 조성물의 조성비를 설정하여 각종 슬래그와 하기 설명될 폐 내화물을 배합하여야하기 때문이다. 조성비에 대해서는 하기에 자세히 설명한다. 각종 슬래그의 주요 화학 조성은 다음과 같은 범위를 갖는다.
일반적으로 페로니켈 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 45 내지 55 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 7 내지 15 중량%, 알루미늄 산화물(Al2O3)이 1 내지 5 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 0 내지 5 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 25 내지 35 중량%을 포함한다. 전로 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 5 내지 15 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 25 내지 35 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 0 내지 5 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 40 내지 50 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 5 내지 15 중량%을 포함한다.
탈린로 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 15 내지 25 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 45 내지 55 중량%, 알루미늄 산화물(Al2O3)이 0 내지 10 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 5 내지 20 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 1 내지 5 중량%을 포함한다. 고로 슬래그의 성분은 이산화규소(SiO2)가 30 내지 40 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 1 내지 5 중량%, 알루미늄 산화물(Al2O3)이 10 내지 20 중량%, 칼슘산화물(CaO)이 5 내지 20 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 5 내지 20 중량%을 포함한다.
또한, 각종 슬래그는 주요 성분 이외에 기타 성분 혹은 불순물 등 불가피하게 함유되는 성분으로 플루오르(F), 오산화인(P2O5), 크롬오커(Cr2O3), 산화니켈(NiO), 산화구리(CuO), 산화아연(ZnO), 산화스트론튬(SrO), 산화지르코늄(ZrO2),오산화니오(Nb2O5), 황(P), 탄소(C) 등을 포함할 수 있다.
다음은 폐 내화물의 화학 조성을 설명한다. 폐 내화물은 제강공정, 연주공정 및 기타 공정에서 발생하는 폐 내화물을 의미한다. 예컨대 폐 내화물은 소각로 및 각종 내화벽돌 및 석탄재, 소각로의 잔재, 기타 소각 잔사 등을 모두 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 각종 슬래그와 배합되는 폐 내화물은 화학 조성으로 이산화규소(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3)를 갖는다. 배합 시에는 이산화규소(SiO2) , 알루미늄 산화물 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 두 가지를 배합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 내화벽돌로 사용되는 실리카벽돌의 경우 전체 함량 중 이산화규소의 함량은 95% 이상이며, 알루미늄 산화물의 함량은 1%이하이다. 점토질 벽돌의 경우 전체 함량 중 알루미늄 산화물의 함량은 25 내지 40% 이다.
다음은 각종 슬래그 및 폐 내화물을 배합하여 제조되는 조성물에 관해 설명한다.
본 발명의 타일 제조에 사용되는 조성물의 중량비는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그, 고로 슬래그 중 적어도 어느 하나가 70 중량% 이상, 폐 내화물로 이산화규소(SiO2) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 30 중량% 이하로 가진다.
또한, 위에 설명된 각종 슬래그 중 적어도 두 가지 이상의 슬래그를 혼합 하여 조성물의 총 중량의 70 중량% 이상으로 사용할 수 있다.
또한, 각종 슬래그 및 폐 내화물을 혼합한 조성물 이외에도 필요에 따라 기핵물질인 접종제가 추가로 혼합되어 조성물을 제조할 수 있다.
접종제는 핵 생성 물질로 용융되어있는 물질이 냉각되어서 결정을 형성할 때에 결정핵 생성을 촉진한다. 접종제로 티타늄 산화물(TiO2), 철 산화물(Fe2O3), 나트륨 산화물(Na2O), 칼륨 산화물(K2O) 중 적어도 어느 하나를 추가할 수 있다. 여기서 접종제가 추가되는 조성물의 중량비는 각종 슬래그가 70 중량% 이상, 폐 내화물이 25 내지 28 중량%, 접종제가 2 내지 5 중량%를 가진다. 접종제가 2 내지 5 중량%의 범위를 가지는 이유는 제품의 강도와 관련이 깊다. 2 중량% 미만으로 포함되면, 핵 생성이 미미하고, 5 중량% 초과하여 포함되면, 제조 과정 중 제품에 크랙이 발생한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 접종제는 2 내지 5 중량%를 함유하는 것이 좋다.
각 원료가 배합된 조성물의 성분비는 이산화규소(SiO2)가 40 내지 50 중량%, 철 산화물(Fe2O3)이 7 내지 15 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 7 내지 15 중량%, 칼슘 산화물(CaO)이 7 내지 15 중량%, 마그네슘 산화물(MgO) 7 내지 15 중량%을 가진다.
조성물의 각 성분은 소정 범위를 가진다. 각 성분 범위의 의미는 다음과 같다. 이산화규소(SiO2)가 40 중량% 미만으로 포함되면, 열처리 과정 혹은 후 제품에 크랙이 발생하고, 50 중량%를 초과하여 포함되면, 제품에 유리질이 다량 함유되어 강도가 저하된다. 따라서 바람직하게는 40 내지 50 중량%를 함유하는 것이 좋다.
산화알루미늄(Al2O3)은 조성물의 용융점을 저감하는 기능과 조성물이 융용 상태일 때 점도와 관련이 깊다. 7 중량% 미만으로 포함되면, 조성물의 융용점을 저감시키기 어려워 조성물 용융이 어려워지고, 15 중량% 초과하여 포함되면, 점도가 상승하여 제품에 변형이 발생한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 산화알루미늄(Al2O3)은 7 내지 15 중량%를 함유하는 것이 좋다.
칼슘 산화물(CaO)과 마그네슘 산화물(MgO)의 중량의 범위는 조성물의 산도를 제어한다. 산도 SiO2/(CaO+MgO) 가 0.5 내지 0.6 범위인 것이 바람직하다. 산도 값이 0.5의 미만 값을 가지면 즉, 15 중량%를 초과하여 다량 함유되면 제조 공정 혹은 후에 제품에 크랙이 발생하거나 파괴되고, 0.6의 초과 값을 가지면 즉, 7 중량% 미만으로 함유되면 제품에 변형을 초래한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 칼슘 산화물(CaO)은 7 내지 15 중량%, 마그네슘 산화물(MgO)은 7 내지 15 중량%를 함유하는 것이 좋다.
철 산화물(Fe2O3)은 핵생성을 위한 접종제로서 기능을 하며, 제품의 강도와 관련이 깊다. 7 중량% 미만으로 포함되면, 핵 생성이 미미하고, 15 중량% 초과하여 포함되면, 제조 과정 혹은 후 제품에 크랙이 발생한다. 따라서 바람직하게는 조성물의 전체 조성 중 철 산화물(Fe2O3)은 7 내지 15 중량%를 함유하는 것이 좋다.
조성물은 강 제조 공정에서 부생되는 각종 슬래그 및 폐 내화물을 분말 형태로 만들어 설정된 중량비 및 조성비가 되도록 배합되어 제작되고, 최종적으로 제작되는 타일은 현무암 조성과 유사한 휘석 계통의 결정질 상 즉, 오우가이트 결정질 상을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 타일 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 타일 조성물의 TG-DTA 패턴을 도시한 그래프이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 패턴을 도시한 그래프이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 타일의 압축강도를 도시한 그래프이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 타일의 사진이다.
다음은 도 1을 참조하여 타일제조 방법을 설명한다.
먼저, 강의 제조 공정 중 발생 된 슬래그 및 폐 내화물을 100도 이상에서 충분히 건조한 후 분쇄기를 사용하여 각각 분말 형태로 분쇄하여 각종 원료를 마련한다(S100). 예컨대 각종 슬래그 , 폐 내화물을 자기질볼밀(Ball mill)에서 소정 입도(예: 5m/m 이내)까지 분쇄하여 각각 분말 형태를 가지도록 마련할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 핵 생성 물질인 접종제(TiO2, Fe2O3, Na2O, K2O)도 소정 입도(예: 5m/m)까지 분쇄하여 분말 형태로 마련할 수 있다.
그 후, 분말 형태로 마련된 각종 원료를 측정하고 조성비를 제어한다(S200). 예컨대 전체 조성물의 중량비 중 각종 슬래그의 분말이 70% 이상, 폐 내화물 분말이 30% 이하를 갖도록 준비하며, 동시에 위에 자세히 설명된 조성비를 갖도록 각 원료를 제어한다.
그 후, 조성비 제어가 완료된 각종 원료를 배합한다(S300). 예컨대 분말 형태로 각각 마련된 각종 슬래그와 폐 내화물을 함께 혼련기 내부로 투입하여 위에서 설명된 기본적인 배합 비율로 배합할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 분말 형태로 마련된 각종 슬래그, 폐 내화물, 접종제를 함께 혼련기 내부로 투입하여 배합할 수 있다.
배합된 조성물이 마련되면, 조성물을 용해로에 장입하고, 조성물의 완전 융용 온도까지 용해로를 승온하여 완전 용융시킨다(S400). 예컨대 본 발명의 실시 예에 따른 조성물의 융용점은 1200도 내지 1400도이며, 완전 융용을 위한 온도는 조성물의 융용점보다 50 내지 300도의 높으면 된다. 여기서 완전 융용 온도를 결정하기 위해 조성물의 구성을 이루는 각종 슬래그의 융용점 기반으로 유출할 수 있다. 예컨대 페로니켈 슬래그의 용융점은 1412도, 전로 슬래그의 용융점은 1382도, 고로 슬래그의 용융점은 1364도이다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 완전 용융 온도로 1250 내지 1600도가 사용되었다.
조성물이 완전 용융되면, 제조하고자 하는 형상의 성형 틀인 각종 형상의 몰드(mold) 내로 유입시켜 타일을 성형한다(S500). 예컨대 몰드는 금속 또는 카본 등의 재질로 만들어진 것을 사용할 수 있으며 몰드 성형시 온도는 1250 내지 1400도 범위가 유지되면서 소정의 시간(예: 1시간) 동안 성형과정이 진행된다.
또한, 몰드 내로 완전 용융된 조성물을 유입하기 전에 소정의 시간(예: 20분 ) 동안 가스 청정 과정 즉 가스 배출을 시키는 단계가 포함될 수 있다.
또한, 몰드에 의해 성형되는 타일의 형상은 한정되지 않고 타일의 몸체는 소정 면적을 가지는 다양한 다각형 또는 원형으로 제작될 수 있으며, 타일 몸체의 일측의 일부분이 돌출되는 형상으로 제작되어 시각 장애인의 보행을 안내할 수 있는 형상으로 제작될 수 있다.
또한, 타일을 성형하는 과정에서 몰드 내로 완전 용융된 조성물을 유입하기 전에 각종 형상의 몰드를 소정 온도(예: 250 내지 1000도)로 예열하여 마련하는 단계가 포함될 수 있다. 이는 각종 형상의 몰드 내로 유입되는 완전 용융된 조성물의 온도와 각종 형상의 몰드의 표면 온도의 차이에 의해 각종 형상의 몰드에서 성형되는 타일이 급냉되어 크랙 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그 후, 성형물은 열처리로에서 열처리 과정이 진행된다(S600). 여기서 열처리 과정은 성형물을 결정화 온도 이상의 온도에서 유지하는 어닐링 단계를 포함할수 있다. 또한, 어닐링 단계 전에 상기 성형물을 유리 천이 온도 이하의 온도에서 유지하는 서브 어닐링 단계를 포함할 수 있다. 여기서 유지 시간은 상기 성형물의 두께에 비례하며, 열처리 후 분당 1도 이하의 속도로 냉각된다.
어닐링 온도는 결정화 온도보다 100도 낮은 온도에서부터 상기 결정화 온도보다 50도 높은 온도까지의 범위 내이며, 서브 어닐링 온도는 상기 유리 천이 온도보다 100도 낮은 온도에서부터 상기 유리 천이 온도까지의 범위 내이다. 예를 들어 어닐링 단계의 열처리 방법으로 Fusion-CAST 방법이 사용될 수 있고, 서브 어닐링 단계와 어닐링 단계의 열처리 방법으로 Glass ceramics 방법이 사용될 수 있다.
한편 타일 제조 조성물로 열분석을 도 2와 같이 실험하였다. 열분석법으로 TG(thermorgravimetre)와 DTA(differential thermeral analylsis)을 진행하였다. 즉, 조성물에 온도를 측정하면서 온도의 시간적인 변화를 관찰하며 도 2에 도시된 바와 같은 유리 천이 온도와 결정화 온도를 관찰할 수 있었다.
도 2를 참조하면, 예시적으로 조성물의 유리 천이 온도는 700도 부근이며, 결정화 온도는 863도 부근이다. 유리 천이 온도(유리 전이 온도)는 비정질의 고체가 유리와 같은 무른 상태에서 점성이 있는 상태로 변화하는 온도 영역의 중심을 의미하며, 결정화 온도(Tc)는 결정이 생성되는 속도가 최대가 되는 피크의 극점에서의 온도를 의미한다.
열처리 과정은 도 3과 도 4를 참조하여 자세히 설명한다. 도 3을 참조하면, Glass ceramics 방법과 Fusion-CAST 방법의 각각의 그래프가 도시되어있다.
Fusion-CAST 방법은 완전 용융된 조성물과 각종 형상의 몰드는 함께 열처리로에서 결정화 온도 부근의 온도로 1 내지 6시간 동안 유지한 후, 1분당 1도 이하로 200도까지 냉각되는 열처리 과정으로 진행된다. 예를 들어 열처리로에서 790 내지 840도 온도로 1 내지 6시간 동안 유지한 후, 1분당 1도 이하로 200도까지 냉각되는 열처리 과정으로 진행할 수 있다. 즉, 서브 어닐링 온도는 없고 어닐링 온도만으로 열처리 과정이 진행된다.
Glass ceramics 방법은 완전 용융된 조성물과 각종 형상의 몰드는 함께 열처리로에서 유리 천이 온도 이하에서 1시간을 유지한 후 다시 결정화 온도 부근의 온도로 승온하여 1 내지 6시간 유지 후, 1분당 1도 이하로 200도까지 냉각되는 열처리 과정으로 진행된다. 예를 들어 600도에서 1시간을 유지한 후 다시 790 내지 840도의 온도로 승온하여 1 내지 6시간 유지 후, 1분당 1도 이하로 200도까지 냉각되는 열처리 과정으로 진행할 수 있다. 즉, 서브 어닐링 온도와 어닐링 온도로 열처리 과정이 진행된다.
또한, 결정화 온도 부근 온도에서 유지되는 시간은 제작되는 타일의 두께에 따라 비례한다. 예컨대 20mm의 두께의 경우 약 3시간으로 유지 시간을 결정할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 몰드의 형상에 따라 다양한 형상의 타일을 얻을 수 있으며 열처리 온도에 따라 다양한 색상의 타일을 얻을 수 있다. 880도 온도에서 열처리한 타일(a)는 짙은 황색 색상을 나타내며, 950도 온도에서 열처리한 타일(b)는 짙은 청색 색상을 나타낸다.
열처리가 완료되면 다이아몬드 연마기로 표면가공 한다. 도 4를 참조하면, 최종 생산된 타일의 강도를 비교한 그래프를 볼 수 있는데, 보통 고강도 타일은 300 MPa의 압축강도를 가진다. 본 발명의 실시 예에 따른 타일은 Fusion-CAST 방법과 Glass ceramics 방법으로 제작된 타일 두 가지의 압축강도를 살펴보면, 두 가지다 300 MPa 이상의 압축강도를 보여주고 있으며, Glass ceramics 방법으로 제작된 타일이 압축강도 면에서 Fusion-CAST 방법을 사용한 타일보다 우수한 것을 알 수 있다.
이상 설명된 실시 예와 실시 방법은 타일 외에 다양한 블록 변형에 적용이 가능하다. 이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예, 변형 예, 실시 방법 및 변형 방법들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예, 변형 예, 실시 방법 및 변형 방법들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 실시 예 및 변형 예들 간의 다양한 조합이 가능하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (18)

  1. 타일로서,
    타일 몸체는 강의 제조 공정 중 발생된 슬래그와 폐 내화물이 배합되어 제조되며,
    상기 타일 몸체는 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO) 및 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 함유하는 타일.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그, 고로 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함하는 타일.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐 내화물은 이산화규소(SiO2) 및 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 타일.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 타일 몸체는 상기 슬래그의 량이 전체 량에 대하여 70 중량% 이상인 타일.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 타일 몸체는 결정 핵 생성을 촉진하는 접종제를 더 포함하는 타일.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 접종제는 티타늄 산화물(TiO2), 나트륨 산화물(Na2O) 및 칼륨 산화물(K2O) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 타일.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타일 몸체는 휘석 계통의 결정질 상을 포함하는 타일.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 타일 몸체는 오우가이트(augite) 결정질 상을 포함하는 타일.
  9. 타일 제조 방법으로서,
    강의 제조 공정 중 발생된 슬래그 및 폐 내화물을 마련하는 과정;
    상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 측량하고 조성비를 제어하는 과정;
    상기 슬래그와 상기 폐 내화물을 배합하는 과정;
    배합물을 용융시키는 과정;
    용융물을 타일 형상으로 성형하는 과정; 및
    성형물을 열처리하는 과정;을 포함하고,
    상기 조성비를 제어하는 과정은 40 내지 50 중량%의 이산화규소(SiO2), 7 내지 15 중량%의 철 산화물(Fe2O3), 7 내지 15 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 7 내지 15 중량%의 칼슘 산화물(CaO), 7 내지 15 중량%의 마그네슘 산화물(MgO)을 가지도록 제어하는 타일 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬래그는 페로니켈 슬래그, 전로 슬래그, 탈린로 슬래그 및 고로 슬래그를 준비하고, 이들 중 적어도 2가지 이상의 슬래그를 배합하여 사용하는 타일 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 배합물에 접종제를 추가로 배합하는 과정을 포함하는 타일 제조 방법.
  13. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 성형 과정은 몰드에 상기 용융물을 주입하는 과정을 포함하며, 상기 용융물 주입 전에 상기 몰드를 예열하는 타일 제조 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 성형물을 열처리하는 과정은 상기 성형물을 결정화 온도 부근 온도에서 유지하는 어닐링 단계를 포함하는 타일 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 열처리 과정은 어닐링 단계 전에 상기 성형물을 유리 천이 온도 이하의 온도에서 유지하는 서브 어닐링 단계를 포함하는 타일 제조 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 열처리 과정은 상기 성형물의 두께에 비례하여 유지 시간을 제어하며,
    상기 열처리 후 분당 1도 이하의 속도로 냉각하는 타일 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 어닐링 온도는 상기 결정화 온도보다 100도 낮은 온도에서부터 상기 결정화 온도보다 50도 높은 온도까지의 범위 내이며,
    상기 서브 어닐링 온도는 상기 유리 천이 온도보다 100도 낮은 온도에서부터 상기 유리 천이 온도까지의 범위 내인 타일 제조 방법.
  18. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 열처리 온도를 제어하여 타일의 색상을 조절하는 타일 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101532667B1 (ko) * 2013-06-18 2015-06-30 주식회사 포스코 타일 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106927787A (zh) * 2017-03-02 2017-07-07 福州外语外贸学院 一种高强度建筑瓷砖及其制备方法
KR102073284B1 (ko) * 2019-04-09 2020-02-05 한국지질자원연구원 제련 부산물과 광산 폐기물을 이용한 용융 주조물의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990007639A (ko) * 1998-10-15 1999-01-25 이기강 고상폐기물을 원료로 하는 세라믹 조성물 및 이의 제조방법
KR20000042142A (ko) * 1998-12-24 2000-07-15 신현준 폐내화물을 이용한 글래스 세라믹 소재의 제조방법
JP2004143034A (ja) * 2002-08-29 2004-05-20 Nippon Steel Corp 製鋼スラグの改質方法および改質製鋼スラグ
JP2007320827A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Nippon Yakin Kogyo Co Ltd 骨材の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990007639A (ko) * 1998-10-15 1999-01-25 이기강 고상폐기물을 원료로 하는 세라믹 조성물 및 이의 제조방법
KR20000042142A (ko) * 1998-12-24 2000-07-15 신현준 폐내화물을 이용한 글래스 세라믹 소재의 제조방법
JP2004143034A (ja) * 2002-08-29 2004-05-20 Nippon Steel Corp 製鋼スラグの改質方法および改質製鋼スラグ
JP2007320827A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Nippon Yakin Kogyo Co Ltd 骨材の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101532667B1 (ko) * 2013-06-18 2015-06-30 주식회사 포스코 타일 및 이의 제조 방법

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