KR101517099B1 - Method for making cement material from steelmaking slag - Google Patents

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Abstract

본 발명은 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재에 산화칼슘과 코크스를 첨가하여 마이크로웨이브를 조사하여 산화철의 환원율을 높여 시멘트 원료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 산화철의 환원율은 마이크로웨이브의 조사 시간과 코크스의 첨가량에 따라 변하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for producing a cement raw material by adding calcium oxide and coke to coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 mm to 40 mm and increasing the reduction ratio of iron oxide by irradiating microwave. The reduction ratio of the iron oxide is characterized by being varied depending on the irradiation time of the microwave and the addition amount of the coke.

Description

제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료 제조 방법{Method for making cement material from steelmaking slag}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for producing a cement raw material using steel slag,

본 발명은 제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료 제조 방법에 관한 것으로좀 더 자세하게는 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재를 이용하여 시멘트 원료를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cement raw material using steelmaking slag, and more particularly, to a method for producing a cement raw material using steelmaking slag coarse aggregate having a size of 10 mm to 40 mm.

제강 슬래그는 철강 제련공정에서 발생하는 부산물로 철의 생산량이 늘어날수록 발생하는 제강 슬래그의 양도 증가한다. 2009년에는 7831kt의 제강 슬래그가 발생되었으며 대부분 매립되거나 도로 공사의 재료로 쓰였고, 27.1%의 제강 슬래그만이 재활용되었다. 한편, 제강 슬래그에 함유된 산화철을 환원시켜 밀도를 낮추어 주고, 산화칼슘을 첨가하여 화합물을 만들어 포틀랜드 시멘트 조성으로 변화시키면, 재활용을 용이하게 할 수 있어 제강 슬래그의 부가가치가 높아질 것으로 전망된다. Steelmaking slag is a by-product generated in the steel smelting process, and the amount of steel slag generated as the amount of iron production increases increases. In 2009, 7831 kt of steelmaking slag was generated, mostly used for landfill or road construction, and only 27.1% of steelmaking slag was recycled. On the other hand, reducing iron oxide contained in steelmaking slag to reduce the density, and adding calcium oxide to make a compound to make the Portland cement composition can facilitate recycling, which is expected to increase the value added of steelmaking slag.

최근에는 건식야금 공정에서 빠르게 열 전달을 할 수 있는 마이크로웨이브 조사 방법을 사용하는 기술이 제안되었다. 이 방법을 통하여 플라이애쉬, 슬러지, 밀스캐일 등으로부터 금속을 환원 시킬 수 있다. 일본 도쿄 대학의 Morita 교수 연구진은 마이크로웨이브를 이용하여 제강 슬래그의 산화철과 인을 환원하는 것에 성공하였다. 그 후에 다른 연구 그룹에서도 탄소비율과 반응 시간을 조절하여 환원 반응이 효과적으로 일어나는 방법을 고안하였다. 하지만, 현재까지는 환원제로 그라파이트만이 사용되었고, 사용되는 슬래그는 1차 파쇄를 거친 슬래그가 사용되었고, 첨가제 투입을 통한 슬래그의 조성 변화는 시도되지 않아 제강 슬래그가 시멘트로 용이하게 제조되지 못하는 문제점을 지니고 있다.Recently, a technique using a microwave irradiation method capable of rapid heat transfer in a dry metallurgy process has been proposed. Through this method, metals can be reduced from fly ash, sludge, mill scale, and the like. Professor Morita of the University of Tokyo, Japan, succeeded in reducing iron oxide and phosphorus in steelmaking slag using microwaves. After that, another research group devised a method in which the reduction ratio is effectively controlled by controlling the carbon ratio and the reaction time. However, to date, only graphite has been used as a reducing agent, slag used for primary slag has been used, and the composition of the slag has not been changed through the addition of additives, so that the steel slag can not be easily manufactured into cement .

대한민국 공개 특허 10-2009-0070404Korean Patent Publication No. 10-2009-0070404 대한민국 공개 특허 10-2011-0091580Korean Patent Publication No. 10-2011-0091580

본 발명에서는 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재에 코크스와 산화칼슘을 첨가한 후, 마이크로웨이브를 이용한 고온 반응을 통하여 상기 제강 슬래그에 함유된 산화철을 환원하여 시멘트의 원료를 제조하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to prepare a cement raw material by adding coke and calcium oxide to a coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 mm to 40 mm and reducing iron oxide contained in the steelmaking slag through a high temperature reaction using a microwave .

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재와, 상기 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재 100 중량부에 대하여 산화칼슘 15 내지 18 중량부 및 75μm 이하의 크기를 가지는 코크스 9.6 내지 11 중량부를 혼합하는 단계; 및 b)상기 혼합물에 마이크로웨이브를 15 내지 40분 동안 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a steel slag, comprising the steps of: a) mixing 15 to 18 parts by weight of calcium oxide with 100 parts by weight of coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 mm to 40 mm and steelmaking slag coarse aggregate having a size of 10 to 40 mm, Mixing 9.6 to 11 parts by weight of coke having a size of 10 to 30 parts by weight; And b) irradiating the mixture with microwaves for 15 to 40 minutes. The present invention also provides a method for producing cement raw materials using steelmaking slag.

또한, 본 발명은 상기 a) 및 b)단계로 제조된 제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료에 석고를 추가하여 제조된 시멘트를 제공한다.The present invention also provides a cement prepared by adding gypsum to a cement raw material using the steel making slag produced in steps a) and b).

본 발명은 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재에 산화칼슘과 코크스를 첨가하고, 마이크로웨이브를 조사하여 산화철의 환원율을 높여 시멘트 원료를 제조할 수 있다. 본 발명을 통하여 제강 과정에서 생성된 제강 슬래그 굵은 골재를 처리하고, 과도한 탄재 사용을 억제하여 자원의 재활용을 극대화할 수 있다.The present invention can produce a cement raw material by adding calcium oxide and coke to coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 mm to 40 mm and increasing the reduction ratio of iron oxide by irradiating microwave. Through the present invention, it is possible to maximize the recycling of resources by treating the coarse aggregate of steelmaking slag produced in the steelmaking process and suppressing excessive use of carbonaceous material.

도 1은 본 발명에서 사용한 제강 슬래그 굵은 골재의 사진이다.
도 2는 코크스 크기에 따른 승온 속도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 마이크로웨이브 조사 시간에 따른 산화철의 환원율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 b)단계 후 알루미나 도가니와 알루미나 도가니의 단면 사진이다.
도 5는 56 내지 75 μm크기의 코크스 첨가량에 따른 산화철의 환원율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 a) 및 b)단계 후 시멘트 원료의 XRD 그래프이다.1 is a photograph of coarse aggregate of steelmaking slag used in the present invention.
2 is a graph showing the rate of temperature rise according to the coke size.
3 is a graph showing the reduction ratio of iron oxide with respect to microwave irradiation time.
4 is a cross-sectional photograph of an alumina crucible and an alumina crucible after step b);
5 is a graph showing the reduction ratio of iron oxide according to the addition amount of coke of 56 to 75 μm in size.
6 is an XRD graph of the cement raw material after steps a) and b).

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 제강 슬래그 굵은 골재를 이용하여 시멘트 원료를 제조하는 방법에 대한 것으로, a) 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재와, 상기 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재 100 중량부에 대하여 산화칼슘 15 내지 18 중량부 및 75μm 이하의 크기를 가지는 코크스 9.6 내지 11 중량부를 혼합하는 단계; 및 b)상기 혼합물에 마이크로웨이브를 15 내지 40분 동안 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cement raw material using steelmaking slag coarse aggregate, comprising the steps of: a) mixing 100% by weight of a coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 to 40 mm and a coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 to 40 mm, 15 to 18 parts by weight and 9.6 to 11 parts by weight of coke having a size of 75 탆 or less; And b) irradiating the mixture with a microwave for 15 to 40 minutes. The present invention also relates to a method for producing a cement raw material using steelmaking slag.

제강 슬래그는 냉각 후 파쇄 과정을 거쳐 5mm 체에 거의 다 남는 골재를 굵은 골재, 5mm 체를 통과하는 골재를 잔골재라고 한다. 굵은 골재의 경우 철의 농도가 높아 철의 회수에는 유리하나, 산화칼슘이 낮은 농도로 포함되어 있어 시멘트를 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 굵은 골재의 크기가 너무 조대하면 마이크로웨이브를 이용한 가열에 불리하다. 반면, 잔골재의 경우 철의 농도가 낮아 철의 회수에 불리하며 승온에 따른 슬래그의 균질화에 어려움이 있다.Steelmaking slag is crushed after cooling, and aggregate remaining in 5mm sieve is called coarse aggregate and aggregate passing through 5mm sieve is called fine aggregate. In case of coarse aggregate, the concentration of iron is high, which is favorable for recovery of iron, but calcium oxide is contained at a low concentration, making it difficult to produce cement. In addition, if the size of the coarse aggregate is too large, it is disadvantageous in heating using a microwave. On the other hand, in case of fine aggregate, the concentration of iron is low, which is disadvantageous to the recovery of iron, and it is difficult to homogenize the slag according to the elevated temperature.

따라서, 본 발명에서는 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재를 선별하여 산화칼슘을 첨가하여 시멘트 원료의 제조를 용이하게 하였다. 일반적으로 상기 제강 슬래그 굵은 골재 100 중량부에는 산화칼슘이 15 내지 18 중량부 포함되어 있는데, 여기에 산화칼슘을 첨가하여 최종적으로 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 산화칼슘을 63 중량부까지 함량을 높일 수 있다. 상기 산화칼슘은 탄산칼슘을 열처리하여 얻을 수 있다.Accordingly, in the present invention, coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 mm to 40 mm is selected and calcium oxide is added to facilitate the production of the cement raw material. In general, 100 parts by weight of the steelmaking slag coarse aggregate contains 15 to 18 parts by weight of calcium oxide, and calcium oxide is added thereto to finally increase the content of calcium oxide to 63 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the Portland cement have. The calcium oxide can be obtained by heat-treating calcium carbonate.

본 발명은 제강 슬래그 중의 금속을 환원시키기 위하여 환원제 존재 하에서 제강 슬래그를 가열한다. 본 발명은 가열 방법으로 마이크로웨이브 가열법을 사용한다. 마이크로웨이브 가열법을 사용함으로써 본 발명은 천연가스 연소 등 종래의 연소 기술에 의한 탄재와 산화칼슘 분말의 분진이 비산함으로 발생하는 2차 폐기물 발생을 억제하였으며, 종래의 연소 기술이 복사 열전달을 이용하여 반응물에 에너지를 공급하는 것에 비하여, 마이크로웨이브가 반응물 내부로 침투하여 직접 가열시켜 반응 효율을 높일 수 있다.The present invention heats the steel making slag in the presence of a reducing agent to reduce the metal in the steelmaking slag. The present invention uses a microwave heating method as a heating method. By using the microwave heating method, the present invention suppresses the generation of secondary wastes generated by the scattering of the dust of the carbonaceous powder and the carbonaceous material by the conventional combustion technology such as natural gas combustion, and the conventional combustion technology uses the radiative heat transfer Compared with the supply of energy to the reactant, the microwave penetrates into the reactant and can be directly heated to increase the reaction efficiency.

본 발명은 환원제로 코크스를 사용하였다. 코크스는 휘발성 물질이 적고, 공업적으로 사용 안정성과 경제성이 확보된 탄재로, 코크스의 물리적 특징에 따른 최적 가열 입자 크기는 보고된 바 없다. 본 발명에서는 상기 코크스 입자의 크기를 75μm 이하로 제어하였을 때, 가열에 따른 높은 최대 온도와 빠른 승온 속도를 확인하였다.The present invention uses coke as a reducing agent. Coke is a carbonaceous material with few volatile substances, which is industrially safe and economical to use. The optimum heating particle size according to the physical characteristics of coke has not been reported. In the present invention, when the size of the coke particles is controlled to be 75 탆 or less, a high maximum temperature and a fast heating rate are confirmed by heating.

또한, 상기 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재로부터 시멘트 원료를 제조하기 위해서는 제강 슬래그 중 산화철의 농도를 낮추어야 하는데 본 발명은 마이크로웨이브의 조사 시간과 코크스 첨가량을 조절하여 제강 슬래그 중 산화철의 농도를 낮추고 철의 환원율을 높일 수 있었다. In order to produce the cement raw material from the coarse aggregate of steelmaking slag having the size of 10 mm to 40 mm, the concentration of iron oxide in steelmaking slag should be lowered. In the present invention, the iron oxide concentration in steelmaking slag is lowered by adjusting the irradiation time of microwave and the amount of coke added The reduction rate of iron could be increased.

즉, 상기 b)단계에서 마이크로웨이브 조사 시간을 조절하여 산화철의 환원율을 최대로 얻을 수 있다. 조사 시간이 길어질수록 산화철의 환원율은 증가하지만, 일정 시간 경과 후에는 다시 산화철의 환원율이 감소하였다. 본 발명에서 마이크로웨이브의 조사시간은 15 내지 40분이며, 바람직하게는 20내지 35분이다.That is, the reduction rate of iron oxide can be maximized by adjusting the microwave irradiation time in the step b). As the irradiation time became longer, the reduction rate of iron oxide increased, but after a lapse of time, the reduction rate of iron oxide decreased again. In the present invention, the irradiation time of the microwave is 15 to 40 minutes, preferably 20 to 35 minutes.

또한, 코크스의 첨가량을 다르게 하여 동일한 시간으로 마이크로웨이브를 조사하면 코크스의 양이 많을수록 산화철의 환원율도 증가하지만, 일정량 이상 첨가하면 환원율은 감소하였다. 본 발명에서는 산화철의 높은 환원율을 얻기 위해 제강 슬래그 100중량부에 대해 코크스 9.6 내지 11 중량부를 첨가하였으며, 바람직하게는 10 내지 10.7중량부를 첨가하였다. In addition, when microwave irradiation was performed at the same time with different amounts of coke added, the reduction rate of iron oxide was increased as the amount of coke was increased. In the present invention, 9.6 to 11 parts by weight, preferably 10 to 10.7 parts by weight, of coke was added to 100 parts by weight of steelmaking slag in order to obtain a high reduction ratio of iron oxide.

마이크로웨이브 조사 시간과 코크스 첨가량을 다르게 하였을 때, 산화철의 환원율이 증가하다 다시 감소하는 이유는 환원된 철이 공기 중 산소와 반응하여 다시 산화가 되기 때문이다.When the microwave irradiation time and the amount of coke added are different, the reduction rate of iron oxide is increased again because the reduced iron reacts with oxygen in air and is oxidized again.

기존의 마이크로웨이브 처리법에서는 시료와 탄재 모두 미분으로 분쇄하여 에너지 흡수율을 높이려 하였으나, 본 발명에서는 마이크로웨이브 에너지 흡수율이 높은 탄재만을 미분으로 처리하고, 제강슬래그는 괴상의 슬래그 굵은 골재를 직접 사용할 수 있어서 파쇄 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.In the conventional microwave treatment method, both of the sample and the carbonaceous material were pulverized into fine powder to increase the energy absorption rate. However, in the present invention, only the carbonaceous material having a high microwave energy absorption rate is treated with the fine powder, and the steelmaking slag can directly use the coarse aggregate of the massive slag The breaking energy can be reduced.

상기 방법으로 제조된 제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료에 추가로 석고를 사용하여 시멘트를 제조할 수 있다.
The cement can be manufactured using the gypsum in addition to the cement raw material using the steel slag produced by the above method.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following Examples and Experimental Examples.

<코크스 크기에 따른 승온속도><Temperature increase rate according to coke size>

실시예Example 1. 56 내지 75μm크기의 코크스  1. Coke 승온Heating 속도 speed

본 발명에서 사용한 코크스의 구성 성분은 하기 표 1과 같다.The components of the coke used in the present invention are shown in Table 1 below.

Figure 112013059687520-pat00001
Figure 112013059687520-pat00001

크기가 56 내지 75μm인 코크스 4g과 알루미나(Al2O3) 3g을 혼합하여 알루미나 도가니에 넣었다. 상기 알루미나 도가니를 마이크로 로(1.7kW, 2.45GHz)의 중앙에 위치시킨 후, 560초 동안 마이크로웨이브를 조사하였다.
4 g of coke having a size of 56 to 75 μm and 3 g of alumina (Al 2 O 3 ) were mixed and placed in an alumina crucible. The alumina crucible was placed in the center of the micro furnace (1.7 kW, 2.45 GHz), and then microwave was irradiated for 560 seconds.

실시예Example 2. 56μm 미만 크기의 코크스  2. Coke of size less than 56μm 승온Heating 속도 speed

크기가 56μm미만인 코크스를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
The coke having a size of less than 56 탆 was used in the same manner as in Example 1 above.

비교예Comparative Example 1. 1000 초과 2000μm이하 크기의 코크스  1. Coke of size exceeding 1000 and less than 2000μm 승온Heating 속도 speed

크기가 1000 초과 2000μm이하인 코크스를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
The coke having a size exceeding 1000 占 퐉 and a thickness of 2000 占 퐉 or less was used in the same manner as in Example 1 above.

비교예Comparative Example 2. 100 초과 1000μm이하 크기의 코크스  2. Coke of size exceeding 100 and less than 1000μm 승온Heating 속도 speed

크기가 100 초과 1000μm이하인 코크스를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
The coke having a size of more than 100 but not more than 1000 탆 was used in the same manner as in Example 1 above.

비교예Comparative Example 3. 75 초과 100μm이하 크기의 코크스  3. Coke of size exceeding 75 and less than 100μm 승온Heating 속도 speed

크기가 75 초과 100μm이하인 코크스를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
The coke having a size of 75 to 100 mu m or less was used in the same manner as in Example 1 above.

<마이크로웨이브 조사 시간에 따른 철 환원율><Iron reduction rate with microwave irradiation time>

실시예Example 3. 3.

10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재 15g, 산화칼슘 5.9g(제강 슬래그 100중량부 대비 39.3중량부) 및 56 내지 75μm크기의 코크스 1.55g(제강 슬래그 100중량부 대비 10.3중량부)을 혼합하여 알루미나 도가니에 넣는다. 상기 알루미나 도가니를 마이크로 로(1.7kW, 2.45GHz)의 중앙에 위치시킨 후, 15분 동안 마이크로웨이브를 조사하였다.
15 g of steelmaking slag coarse aggregate having a size of 10 mm to 40 mm, 5.9 g of calcium oxide (39.3 parts by weight based on 100 parts by weight of steelmaking slag) and 1.55 g of coke of 56 to 75 μm (10.3 parts by weight based on 100 parts by weight of steelmaking slag) Put in the crucible. The alumina crucible was placed in the center of the micro furnace (1.7 kW, 2.45 GHz), and then the microwave was irradiated for 15 minutes.

실시예Example 4. 4.

상기 실시예 3과 동일한 방법으로, 20분 동안 마이크로웨이브를 조사하였다.
In the same manner as in Example 3, microwaves were irradiated for 20 minutes.

실시예Example 5. 5.

상기 실시예 3과 동일한 방법으로, 25분 동안 마이크로웨이브를 조사하였다.
In the same manner as in Example 3, the microwave was irradiated for 25 minutes.

실시예Example 6. 6.

상기 실시예 3과 동일한 방법으로, 30분 동안 마이크로웨이브를 조사하였다.
In the same manner as in Example 3, microwaves were irradiated for 30 minutes.

실시예Example 7. 7.

상기 실시예 3과 동일한 방법으로, 35분 동안 마이크로웨이브를 조사하였다.
In the same manner as in Example 3, the microwave was irradiated for 35 minutes.

<코크스 <Coke 첨가 양에In addition amount 따른 철 환원율> The iron reduction rate>

실시예Example 8. 8.

실시예 1의 코크스 1.45g(제강 슬래그 100중량부 대비 9.6중량부)을 사용하여 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.
The same procedure as in Example 5 was carried out using 1.45 g of coke of Example 1 (9.6 parts by weight based on 100 parts by weight of steelmaking slag).

실시예Example 9. 9.

실시예 1의 코크스 1.61g(제강 슬래그 100중량부 대비 10.7중량부)을 사용하여 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.
The same procedure as in Example 5 was carried out using 1.61 g of coke of Example 1 (10.7 parts by weight relative to 100 parts by weight of steelmaking slag).

실시예Example 10. 10.

실시예 1의 코크스 1.65g(제강 슬래그 100 중량부 11중량부)을 사용하여 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.
The same procedure as in Example 5 was carried out using 1.65 g of the coke of Example 1 (100 parts by weight of steel-making slag, 11 parts by weight).

실험예Experimental Example 1. 코크스 크기에 따른  1. Depending on coke size 승온Heating 속도 speed

비교예 1과 비교예 2는 유사한 승온 속도를 보였다. 온도가 계속해서 증가하고 540초에서 1193~1263K로 최대 온도가 되었다. 비교예 3은 초기 온도는 급격하게 상승하였으나, 그 이후 온도가 천천히 증가하여 210초에서 최대온도 1433K이었다. 실시예 1과 실시예 2는 유사한 경향을 보였다. 입자 크기가 작은 실시예 1의 초기 승온 속도는 비교예 3과 비슷하지만 최대온도는 1783K로 430초에서 나타났다. 입자 크기가 작아질수록 최대온도는 더 이상 변하지 않았다. 또한, 실시예 1의 승온 속도는 550K/min으로 나타났다. 이는 산업용 가열로를 이용할 경우 얻을 수 있는 슬래그의 승온 속도 8K/min보다 훨씬 높은 수치이다. 본 결과를 통하여 코크스의 마이크로웨이브 흡수 능력은 산화철을 포함하는 슬래그보다 높은 것을 알 수 있었다. 따라서, 코크스와 제강 슬래그의 혼합물에서 열적 특성은 코크스의 크기에 따라 결정된다고 할 수 있다(도 2).
Comparative Example 1 and Comparative Example 2 showed similar heating rates. The temperature continued to increase and reached a maximum temperature of 1193 to 1263 K at 540 seconds. In Comparative Example 3, the initial temperature rapidly increased, but the temperature gradually increased from 210 seconds to 1433 K at the maximum. Example 1 and Example 2 showed similar tendencies. The initial temperature raising rate of Example 1 having a small particle size was similar to that of Comparative Example 3, but the maximum temperature was found at 4303 seconds at 1783K. As the particle size decreased, the maximum temperature remained unchanged. In addition, the rate of temperature rise of Example 1 was 550 K / min. This is much higher than the rate of temperature rise of slag obtained with an industrial furnace of 8 K / min. From these results, it was found that the microwave absorption capacity of coke was higher than that of iron oxide - containing slag. Therefore, it can be said that the thermal properties of the mixture of coke and steel slag are determined by the size of the coke (Fig. 2).

실험예Experimental Example 2. 마이크로웨이브 조사 시간에 따른 철 환원율 2. Iron reduction rate with microwave irradiation time

산화철의 환원율은 하기와 같이 나타낼 수 있다.The reduction ratio of iron oxide can be expressed as follows.

Figure 112013059687520-pat00002
Figure 112013059687520-pat00002

EDX 분석 결과(Fe: 98.58%, Si: 0.05%, Al: 0.35%, S: 1.02%) 환원된 금속에서 철이 차지하는 비율은 98.58 중량%였으며, 불순물로 규소, 알루미나 및 황 등이 있었다. 마이크로웨이브를 조사하였을 때 25분까지 산화철의 환원율이 증가하다가 그 이후부터 감소하였다. 따라서, 마이크로웨이브를 25분 동안 조사한 실시예 5에서 산화철의 환원율이 0.87로 가장 높았다. 마이크로 웨이브를 15분, 20분 동안 조사한 실시예 3과 4에서는 산화철의 환원율이 0.46과 0.69였다. 또한, 마이크로웨이브를 30분, 35분 조사한 실시예 6와 7에서는 산화철의 환원율이 모두 0.74로 나타났다. 25분을 경과할수록 산화철의 환원율이 감소하는 이유는 탄소를 소비한 후 환원된 철이 다시 산화되기 때문이다. 따라서, 산화철의 환원율을 최대로 얻을 수 있는 25분이 가장 적절하다(도 3). As a result of EDX analysis (Fe: 98.58%, Si: 0.05%, Al: 0.35%, S: 1.02%), the proportion of iron in the reduced metal was 98.58% by weight and impurities were silicon, alumina and sulfur. When the microwave was irradiated, the reduction rate of iron oxide increased until 25 minutes, and then decreased. Therefore, the reduction rate of iron oxide was the highest at 0.87 in Example 5 in which the microwave was irradiated for 25 minutes. In Examples 3 and 4 in which the microwave was irradiated for 15 minutes and 20 minutes, the reduction rates of iron oxide were 0.46 and 0.69, respectively. In Examples 6 and 7 in which the microwave was irradiated for 30 minutes and 35 minutes, the reduction ratio of iron oxide was 0.74. The reason why the reduction rate of iron oxide decreases with the lapse of 25 minutes is because the reduced iron is oxidized again after consuming carbon. Therefore, 25 minutes is the most suitable for obtaining the maximum reduction rate of iron oxide (Fig. 3).

10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재에서 CaO/SiO2 비율은 0.78이었으나 산화칼슘의 첨가로 실시예 5에서 CaO/SiO2 비율은 2.56으로 증가하였다. 또한, 알루미나(Al2O3)의 함량도 증가하였으며, 이는 알루미나 도가니의 용해가 일어난 것으로 볼 수 있다. 알루미나 도가니의 밑부분에는 빈 공간이 발생하였다. 이는 산화철의 환원으로 인하여 일산화탄소의 기포가 생성되었기 때문이다(도 4).The ratio of CaO / SiO 2 in coarse aggregate of steelmaking slag from 10 mm to 40 mm was 0.78, but the CaO / SiO 2 ratio in Example 5 was increased to 2.56 by addition of calcium oxide. In addition, the content of alumina (Al 2 O 3 ) also increased, indicating that the melting of the alumina crucible occurred. An empty space occurred at the bottom of the alumina crucible. This is because bubbles of carbon monoxide were generated due to the reduction of iron oxide (FIG. 4).

Figure 112013059687520-pat00003
Figure 112013059687520-pat00003

실험예Experimental Example 3. 첨가한 코크스 양에 따른 산화철 환원율 3. Reduction rate of iron oxide according to the amount of coke added

마이크로웨이브를 25분간 조사하였을 때, 첨가한 코크스의 양이 많아질수록 산화철의 환원율이 증가하지만, 일정 값 이상에서는 환원율의 감소가 보였다. 코크스 1.45g을 첨가한 실시예 8에서는 산화철의 환원율이 0.47로 나타났다. 코크스 1.55g을 첨가한 실시예 5에서는 산화철의 환원율이 0.87로 가장 높은 값을 보였다. 그러나 코크스의 양을 더 많이 첨가한 실시예 9와 10에서는 산화철의 환원율이 0.74와 0.57로 감소하였다. 이는 환원된 철이 공기 중 산소와 다시 산화가 일어나기 때문이다. 따라서, 산화철을 환원하기 위해서는 실시예 5의 방법이 가장 적절하다고 할 수 있다(도 5).
When the microwave was irradiated for 25 minutes, the reduction rate of iron oxide was increased as the amount of added coke increased, but the reduction rate was decreased above a certain value. In Example 8 in which 1.45 g of coke was added, the reduction ratio of iron oxide was 0.47. In Example 5 in which 1.55 g of coke was added, the reduction ratio of iron oxide was the highest at 0.87. However, in Examples 9 and 10 in which the amount of coke was added in a larger amount, the reduction rate of iron oxide was reduced to 0.74 and 0.57. This is because the reduced iron is oxidized again with oxygen in the air. Therefore, the method of Example 5 is most suitable for reducing iron oxide (Fig. 5).

실험예Experimental Example 4. 제조된 시멘트의  4. Manufacture of cement XRDXRD 분석 analysis

제강 슬래그를 이용하여 시멘트 원료를 제조하기 위하여 Ca2SiO4, Ca3SiO3 및 Ca3Al2O6과 같은 화합물을 만들 수 있는 산화칼슘이 첨가제로서 사용된다. XRD를 이용하여 상기 a) 및 b) 단계로 제조된 시멘트 원료를 분석하였다. 슬래그 상의 주성분은 Ca2SiO4, Ca3SiO3 및 Ca3Al2O6였다. 산화칼슘의 peak은 2θ=37.36° 나타났으며, 코크스의 첨가량이 많아질수록 산화칼슘의 peak이 작아지는 경향을 보였다. 또한, 실시예 9와 10과 같이 코크스의 양이 많아질수록 혼합물의 상은 유리상으로 변하였다. 마이크로웨이브를 조사하는 과정에서 제강 슬래그가 용융되고, 산화철이 환원되며, 산화칼슘이 용해되었다. 적은 양의 코크스를 첨가했을 경우 가열 속도가 느려 산화칼슘의 용해가 빠르게 일어나지 않으며, 코크스의 양이 증가할수록 산화칼슘의 용해가 일어나며 액체상으로 변하게 되었다(도 6).For the production of cement by using a steel-making slag Ca 2 SiO 4, Ca 3 SiO 3 , and Ca 3 Al is used the calcium oxide to make compounds such as 2 O 6 as an additive. The cement raw materials prepared in steps a) and b) above were analyzed using XRD. A main component on the slag was Ca 2 SiO 4, Ca 3 SiO 3 , and Ca 3 Al 2 O 6. The peak of calcium oxide was 2θ = 37.36 °. The peak of calcium oxide tended to decrease as the amount of coke added increased. Further, as in Examples 9 and 10, the amount of the coke was changed to a glass phase as the amount of coke increased. During the irradiation of the microwave, the steelmaking slag was melted, the iron oxide was reduced, and the calcium oxide was dissolved. When a small amount of coke was added, the heating rate was slow and the dissolution of calcium oxide did not occur rapidly. As the amount of coke was increased, the calcium oxide was dissolved and changed into a liquid phase (FIG. 6).

Claims (4)

a) 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재와, 상기 10mm 내지 40mm 크기의 제강 슬래그 굵은 골재 100 중량부 대하여 산화칼슘 15 내지 18 중량부 및 75μm 이하의 크기를 가진 코크스 10 내지 10.7 중량부를 혼합하는 단계; 및
b)상기 혼합물에 마이크로웨이브를 20 내지 35분 동안 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그를 이용한 시멘트 원료 제조 방법.
a) mixing 15 to 18 parts by weight of calcium oxide with 10 to 10.7 parts by weight of coke having a size of 75 mu m or less with respect to 100 parts by weight of coarse aggregate of steelmaking slag having a size of 10 mm to 40 mm and steelmaking slag coarse aggregate having a size of 10 to 40 mm, ; And
b) irradiating the mixture with microwaves for 20 to 35 minutes.
삭제delete 삭제delete 청구항 1의 방법으로 제조된 제강 슬래그를 사용한 시멘트 원료에 석고를 추가하여 제조된 시멘트.A cement produced by adding gypsum to a cement raw material using steel slag produced by the method of claim 1.
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