KR101590992B1 - 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재 - Google Patents

부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재 Download PDF

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KR101590992B1 KR1020140105824A KR20140105824A KR101590992B1 KR 101590992 B1 KR101590992 B1 KR 101590992B1 KR 1020140105824 A KR1020140105824 A KR 1020140105824A KR 20140105824 A KR20140105824 A KR 20140105824A KR 101590992 B1 KR101590992 B1 KR 101590992B1
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Abstract

본 발명은 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재에 관한 것으로, 제철공정에서 발생하는 철 함유 부산물을 마련하는 과정; 상기 철 함유 부산물에 흡습재를 혼합하여 상기 철 함유 부산물에 함유되는 수분을 제거하는 전처리과정; 상기 철 함유 부산물과 흡습재의 혼합물에 무기물을 포함하는 분상 결합재와 유기물을 포함하는 액상 결합재를 투입하여 혼합하는 과정;을 포함하고, 제철공정에서 발생하는 부산물을 이용하여 제조되는 성형체의 강도를 향상시켜 고소 공정을 적용할 수 있다.

Description

부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재{A manufacturing method of body using by-products, the body and the binder}
본 발명은 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생하는 부산물을 이용하여 제조되는 성형체의 강도를 향상시킬 수 있는 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재에 관한 것이다.
밀 스케일은 철강제조공정, 특히 열간압연 또는 냉각작업 중에 강표면에 생기는 산화철 피막을 말한다. 이러한 밀 스케일은 철강공장에서 나오는 주된 폐기물이며 철의 함량이 보통 70% 이상이 되기 때문에 재활용이 가능한 물질이다. 다만, 입자가 작고 산화철이 많은 이유로 인하여 전기로 및 제철소에서는 저급용도로서 단순 재활용되고 있는 실정이다.
이와 같은 밀 스케일을 특별 처리할 경우에는 처리 비용이 커서 단광으로 제조하여 원료로 재활용하는 방법이 강구되고 있다.
제철부산물을 이용하여 제철원료를 제조하는 방법에는 석회소성슬러지 단독으로 건조하여 펠렛화(pellet)하여 제강 부원료로 재활용하거나, 더스트, 압연 스케일 등에 탄재를 첨가하고 결합재로서 전분을 사용하여 펠렛으로 제조하여 제철 공정에 재사용하는 방법 등이 있다. 그러나, 전분만을 결합재로 사용할 경우에는 성형체의 강도가 약하여 제철공장에서 재사용시 또는 트럭 등으로 운반시 파쇄되거나 분진의 발생량이 많아 작업환경을 악화시킬 수 있다.
또한, 일정한 크기 이하의 밀 스케일로는 고로 공정에서의 원료로 재활용이 힘들어 이를 사용하기 위해서는 단광(Briquette)의 형태로 압축 성형하는 것이 좋은데, 종래에는 결합재(binder)로 벤토나이트를 사용하는 경우가 있었다. 이는 결합재로서 벤토나이트(SiO2, CaO, MgO의 주성분)를 사용함으로써 금속 입자 간 공간에 Ca과 Mg이 물에 의해 팽윤되어 공간을 충진시킨다. 그러나 단광 내에 함유되는 수분이 증발하는데 장시간이 소요되기 때문에 물질 간의 결합력이 약해서 단광의 강도가 낮아 취급 시 잘 부서지는 문제가 있었다.
즉, 이와 같은 광은 주로 압축강도를 높이기 위한 결합재를 이용하여 제조되는데, 고로 공정이나 용융환원제철공정(파이넥스) 등과 같은 고소 공정은 가혹조건의 낙하강도를 필요로 하고 있다. 따라서 이와 같은 결합재를 이용하여 제조된 단광은 조업을 위해 고로나 용융로에 투입하는 경우 쉽게 부서져 조업을 원활하게 수행할 수 없고, 이에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
KR 1008095B KR 1996-23107A KR 2004-59948A
본 발명은 강도를 향상시켜 고소 공정에 적용할 수 있는 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재를 제공한다.
본 발명은 제철공정에서 발생하는 다양한 부산물을 효율적으로 재활용할 수 있고, 생산비용을 절감할 수 있는 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 부산물을 이용한 성형체 제조방법은, 제철공정에서 발생하는 철 함유 부산물을 마련하는 과정; 상기 철 함유 부산물에 흡습재를 혼합하여 상기 철 함유 부산물에 함유되는 수분을 제거하는 전처리과정; 상기 철 함유 부산물과 흡습재의 혼합물에 무기물을 포함하는 분상 결합재와 유기물을 포함하는 액상 결합재를 투입하여 혼합하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 철 함유 부산물을 마련하는 과정에서, 0.02 내지 0.06중량%의 크롬을 포함하고, 0㎜ 초과 7㎜ 이하의 입도를 갖는 스케일을 마련할 수 있다.
상기 흡습재는 래들 슬래그와 무수 석고(CaSO4)를 포함할 수 있다.
상기 래들 슬래그와 상기 무수 석고는 상기 래들 슬래그와 상기 무수 석고의 총 중량에 대하여 1.5 내지 2.5 : 1의 중량비로 사용될 수 있다.
상기 래들 슬래그는 용융상태에서 냉각수를 이용하여 500℃까지 1차 냉각시킨 후, 상기 1차 냉각된 래들 슬래그를 공냉으로 2차 냉각시켜 분말도가 1000cm2/g 이상이 되도록 제조될 수 있다.
상기 혼합물은 상기 혼합물 100중량%에 대하여 3.1 내지 3.6중량%의 수분을 함유할 수 있다.
상기 분상 결합재와 상기 액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 6.4 내지 7.9중량% 포함될 수 있다.
상기 분상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 5.4 내지 5.8중량% 포함될 수 있다.
상기 분상 결합재는 상기 분상 결합재 100중량%에 대하여 46 내지 50중량%의 소석회(CaOH2), 17 내지 19중량%의 시멘트(포틀랜드 시멘트), 13 내지 15중량%의 CSA, 3 내지 5중량% 의 증점재 및 무수 석고를 포함하고, 상기 무수 석고는 상기 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%를 제외한 나머지를 포함할 수 있다. 이때, 상기 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%의 무수 석고는 상기 흡습재로 사용될 수 있다.
상기 액상 결합재는 천연수지를 포함하는 제1액상 결합재와 당밀을 포함하는 제2액상 결합재를 포함할 수 있다.
상기 제1액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.1중량%, 상기 제2액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.0중량% 포함될 수 있다.
상기 성형체는 용융환원제철 공정에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 성형체는 전술한 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 결합재는, 제철공정에서 발생하는 철 함유 부산물을 포함하는 혼합물을 이용하여 제조되는 성형체에 포함되는 결합재로서, 무기물을 포함하는 분상 결합재와 유기물을 포함하는 적어도 2가지의 액상 결합재를 포함할 수 있다.
상기 분상 결합재는 상기 분상 결합재 100중량%에 대하여 46 내지 50중량%의 소석회(CaOH2), 17 내지 19중량%의 시멘트(포틀랜드 시멘트), 13 내지 15중량%의 CSA, 3 내지 5중량% 의 증점재 및 무수 석고를 포함하고, 상기 무수 석고는 상기 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%를 제외한 나머지를 포함할 수 있다.
상기 액상 결합재는 천연수지를 포함하는 제1액상 결합재와, 당밀을 포함하는 제2액상 결합재를 포함할 수 있다.
상기 혼합물 100wt%에 대하여 상기 혼합물에 3.2 내지 3.6wt%의 수분이 포함될 때, 상기 분상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 5.4 내지 5.8중량% 포함되고, 제1액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.1중량%, 상기 제2액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.0중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 부산물을 이용한 성형체 제조방법, 그 성형체 및 결합재에 의하면, 성형체는 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되어, 각종 조업 공정에 원료로 활용될 수 있다. 즉, 고로 공정, 파이넥스 공정 등과 같은 고소 공정에서 철광석 대체용으로 사용되거나, 제강 공정에서 스크랩 대체용으로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고가의 결합재를 사용하지 않고 제조될 수 있고, 결합재의 재료 및 함량을 조절하여 일정 수준 이상의 강도, 특히 낙하강도를 확보할 수 있다. 결합재로 저가의 재료를 사용할 수 있어, 펠렛, 단광 등의 성형체를 용이하게 하게 제조할 수 있고 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
이처럼 제철 조업 중 발생된 부산물의 활용성을 높임에 의하여, 저가 원료의 사용 기회를 증대시키게 되고, 강의 제조 원가 절감에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 성형체의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 2는 종래 및 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 성형체들의 배합비 및 물리적 특성(낙하강도)을 보여주는 표.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 성형체의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 성형체 제조방법은, 다양한 제철조업에서 발생하는 철 함유 부산물을 사용하여 성형체를 제조하는 방법으로서, 원료를 마련, 즉 제철공정에서 발생하는 철 함유 부산물, 흡습재 및 결합재를 마련하는 과정(S100)과, 철 함유 부산물에 흡습재를 혼합하여 철 함유 부산물에 함유되는 수분을 제거하는 전처리 과정(S110) 및 철 함유 부산물과 흡습재의 혼합물에 분상 결합재와 액상 결합재를 투입하여 혼합하는 과정(S120), 결합재가 혼합된 혼합물을 성형기를 이용하여 단광이나 펠렛 등의 괴성체로 성형하는 과정(S130), 제조된 성형체를 일정 기간 동안 양생하는 과정(140) 및 각종 조업에 활용하는 과정(S150)을 포함한다. 이때, 흡습재는 래들 슬래그 및 무수 석고를 포함할 수 있고, 결합재는 분상과 액상을 포함할 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조되는 성형체는 낙하강도가 향상되어 일명 파이넥스(FINEX)공법으로 불리우는 용융환원제철법이나 고로 공정에서 철광석을 대체하는 원료로 사용될 수 있고, 또는 철 함량을 증가시켜 전로 조업 등과 같은 제강공정에서 스크랩 대체용으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 성형체 제조방법에 사용되는 각 성분을 살펴보면 다음과 같다.
[철 함유 부산물; 밀 스케일]
본 발명에서 사용한 철 함유 부산물은 일반탄소강 철강공정(강편, 선재, 열연, 후판, 연주 등)에서 발생되는 밀 스케일 중 비교적 [Cr] 함량이 낮고, 입도가 7㎜ 이하이며, 수분함량이 2.4 내지 4.2wt% 정도인 밀 스케일을 사용하였다. 일반적으로 밀 스케일은 스케일 처리설비에 투입되기 전 특정 성분, 예컨대 [Cr]의 함량에 따라 보관 야드에 분리되어 적치된다. 이때, 강편, 선재 공정에서는 [Cr] 함량이 비교적 높은 밀 스케일이 발생되고, 열연, 후판, 연주 등의 공정에서는 [Cr] 함량이 0.02 내지 0.06wt% 정도로 비교적 낮은 밀 스케일이 발생된다. 본 발명의 실시 예에서는 후자의 밀 스케일, 즉 [Cr] 함량이 비교적 낮은 밀 스케일을 성형체의 원료로 사용한다. 전자의 경우에는 [Cr] 함량이 0.2 내지 0.6wt% 정도로 매우 높아 용융환원제철법에 적용이 불가능하다.
철 함유 부산물, 즉 [Cr] 함유량이 0.02 내지 0.06wt% 정도의 밀 스케일은 1차로 이물질을 제거하고 입도 0 초과 내지 10㎜이하로 분리된 후, 2차로 성형체, 예컨대 단광 제조설비의 투입 호퍼에서 스크린을 통해 입도 7㎜ 이하로 분리된 것일 수 있다. 이때, 밀 스케일의 입도가 제시된 범위보다 큰 경우에는 단광 제조 시 밀 밀 스케일 입자 간 결합력 저하로 인해 성형성이 저하되고, 강도도 저하될 수 있다. 또한, 밀 스케일은 2.4 내지 4.2wt%의 수분 함량을 가질 수 있다. 밀 스케일의 수분 함량이 제시된 범위보다 작은 경우에는 결합재와의 반응 시간이 감소하여 경화성이 약해져 강도가 저하될 수 있고, 수분 함량이 제시된 범위보다 큰 경우에는 수분이 증발하면서 스케일 입자 간 공극이 형성되어 강도가 저하될 수 있으며 성형 후 양생하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
[흡습재]: 래들 슬래그, 무수 석고(CaSO4)
흡습재는 밀 스케일과 혼합되어 밀 스케일 중 함유되는 수분을 저감시키는 역할을 한다.
먼저, 래들 슬래그는 2차 정련 시 용강을 보온하고 강중의 불순물을 흡착하기 위해 사용된 플럭스에 의해 쇳물 위에 생성되는 슬래그로서, 냉각 중 수화팽창 붕괴하여 일부가 분말화되는 특징이 있다.
본 발명에서는 래들 슬래그의 분화 특성을 활용한다. 즉, 래들 슬래그를 용융상태에서 500℃까지는 물로서 급냉하고, 500℃부터는 공냉시켜 분말도가 1000cm2/g 이상이 되도록 분쇄하여 사용될 수 있다. 이때, 분말도가 1000cm2/g 보다 낮은 경우에는 래들 슬래그의 속경성을 발휘하는 특성이 약하기 때문에 밀 스케일에 함유되는 수분을 신속하게 감소시키기 어려운 문제점이 있다. 여기서, 래들 슬래그의 분말도는 래들 슬래그를 분쇄하였을 때 분말 입자의 고운 정도를 나타내며, 분말 1g 당 표면적을 나타낸다. 예컨대, 표면적이 클수록 고운 입자를 나타낸다.
또한, 이러한 래들 슬래그는 주결정상으로서 12CaO·7Al203·2CaO·SiO2 로 구성되어 있으며, 밀 스케일과 흡습재의 혼합물 100wt%에 대해서 1 중량% 내지 5 중량% 함유될 수 있다. 이때, 래들 슬래그는 자력선별을 통해 자성을 띠는 철분을 제거한 것을 사용하였다. 만약, 래들 슬래그가 1 중량% 이하로 함유되면 래들 슬래그의 속경성을 발휘하기 어려워 수분 저감 효과가 미미하고, 무수 석고와의 반응에 의한 경화속도가 증진되지 않는 문제점이 있다. 반면, 래들 슬래그의 함량이 5 중량%를 초과할 경우 조성물의 상태가 매우 끈적이기 때문에 성형체의 성형성이 저하되며, 성형체의 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.
흡습재로 사용되는 래들 슬래그는 아래의 표 1 및 2에 기재된 바와 같은 조성 및 물리적 특성을 갖는다.
T-Fe(wt%) CaO(wt%) Al2O3(wt%) SiO2(wt%) MgO(wt%) MnO(wt%) S(wt%)
1-3 43-47 22-30 8-12 4-7 0.6-1.0 0.1-0.3
결정상 구성 12CaO·7Al203[40 내지 60wt%]
2CaO·SiO2 [30 내지 50wt%]
기타 잔부[10wt% 이하]
평균 입경 21㎛
또한, 흡습재 중 무수 석고(CaSO4)는 래들 슬래그의 수화를 촉진하여 철 함유 부산물, 즉 밀 스케일에 함유되는 수분을 단시간 내에 저감시킬 수 있다. 또한, 무수 석고는 결합재에 함유되는 포틀랜트 시멘트의 초기 수화를 촉진시키는 동시에 응결 지연제로 사용될 수 있다.
래들 슬래그(분말)의 수화반응식은 다음과 같다.
[반응식 1]
12CaO·7Al2O3+nH2O=3CaO·Al2O3·Ca(OH)2·18H2O
[반응식 2]
3CaO·Al2O3·xH2O(x=8~10)
[반응식 3]
2CaO·Al2O3·8H2O
[반응식 4]
2CaO·SiO2+nH2O=C-S-H(겔)
래들 슬래그 100wt%에 대하여 무수 석고(CaSO4)를 25중량%만 넣으면 에트린자이트(Ettringite)성(침상 조직의 수축)이 형성되나, 무수 석고가 수화되어 CaSO4·2H2O가 되는 것과 12CaO·7Al2O3가 CaSO4·2H2O와 결합하여 에트린자이트성이 생성되는 속도를 고려하면 CaSO4를 래들 슬래그 100wt%에 대하여 50wt% 정도로 혼합할 수 있다. 바람직하게는 래들 슬래그와 무수 석고는 1.5 내지 2.5 : 1 정도의 조성비(중량비)를 갖도록 사용될 수 있다. (상기 반응식 1 내지 3은 래들 슬래그의 반응 경과에 따라 변화하는 형태를 보여줌)
상기한 바와 같이 무수 석고(CaSO4·2H2O)가 존재하면 이 수화 반응을 적당히 조절할 수 있다.
에트린자이트의 분자량(1254) 중에 무수 석고(3CaSO4)의 분자량은 408로 래들 슬래그 (12CaO·7Al2O3)가 2/3 정도 차지하고, 래들 슬래그 중에는 12CaO·7Al2O3가 50%를 차지하므로, 래들 슬래그는 무수 석고의 1.5 내지 2.5, 바람직하게는 2배를 넣는 것이 좋다.
무수 석고는 래들 슬래그 중 3CaO·Al2O3와 반응하여, 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(에트린자이트)를 생성하게 된다.
[결합재]
결합재는 분상 결합재와 서로 다른 2종의 액상 결합재, 예컨대 제1액상 결합재 및 제2액상 결합재를 포함할 수 있다. 결합재는 밀 스케일과 흡습재 혼합물 100wt%에 대하여 6.4 내지 7.9wt% 사용될 수 있다.
분상 결합재
분상 결합재는 소석회, 포틀랜트 시멘트, CSA, 증점재, 무수 석고를 포함할 수 있다. 분상 결합재는 철 함유 부산물과 흡습재의 혼합물 100wt%에 대하여 5.4 내지 5.8wt% 정도 사용될 수 있다. 이때, 분상 결합재 5.4 내지 5.8wt%를 100wt%로 보았을 때, 46 내지 50중량%의 소석회(CaOH2), 17 내지 19중량%의 시멘트(포틀랜드 시멘트), 13 내지 15중량%의 CSA(Calcium SulfoAluminate), 3 내지 5중량% 의 증점재 및 무수 석고를 포함할 수 있다. 이때, 무수 석고는 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%를 흡습재로 사용하고 그 나머지를 포함할 수 있다. 여기에서 포틀랜트 시멘트의 정제된 것으로 사용될 수 있으며, 분말도는 4,200~ 7,200㎠/g일 수 있고, 증점재로는 메틸 셀룰로우즈 등과 같은 분상(powder) 천연수지를 사용할 수 있다. 증점재는 밀 스케일과 흡습재의 혼합물의 점도를 향상시켜 결과적으로는 이후 제조되는 성형체의 강도를 향상시킬 수 있다.
제1액상 결합재
제1액상 결합재는 액상 천연수지가 사용될 수 있으며, 예컨대 고형분을 함유하는 메틸 셀룰로우즈 등이 사용될 수 있다. 제1액상 결합재는 분상 결합재, 제1 및 제2액상 결합재를 합한 결합재 100wt%에 대하여 0.5 내지 1.1wt% 정도 사용될 수 있다. 제1액상 결합재는 혼합물의 점도를 향상시켜 성형체의 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서 제1액상 결합재는 제시된 범위보다 적은 양이 사용되는 경우 성형체의 강도를 높이는 효과가 미미하고, 제시된 범위보다 많은 양이 사용되는 경우에는 밀 스케일 및 흡습재 혼합물의 반죽이 질어져 성형성이 저하될 수 있다.
제2액상 결합재
제2액상 결합재는 당밀이 사용될 수 있으며, 분상 결합재, 제1 및 제2액상 결합재를 합한 결합재 100wt%에 대하여 0.5 내지 1.0wt% 정도 사용될 수 있다. 제2액상 결합재는 실질적인 결합재로 사용될 수 있으며, 분상 결합재에 의해 경화가 촉진되어 성형체의 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서 제2액상 결합재는 제시된 범위보다 적은 양이 사용되는 경우 성형체의 강도를 높이는 효과가 미미하고, 제시된 범위보다 많은 양이 사용되는 경우에는 수분 함량이 증가하여 밀 스케일 및 흡습재 혼합물의 반죽이 질어지므로 성형성이 저하될 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 비교적 저가인 무기질 및 유기질을 혼합한 결합재를 사용함으로써 성형체의 성형성을 향상시키며 강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 무기질인 분상 결합재와, 유기질인 액상 결합재(제1 및 제2액상 결합재)를 적절하게 배합비로 혼합하여 사용함으로써 철 함유 부산물과 흡습재 혼합물 간의 반응 및 결합력에 의해 성형체의 경화 속도가 증가하여 성형체의 초기 강도 뿐만 아니라 장기 강도를 증가시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 성형체 제조방법에 의해 제조되는 성형체의 물리적인 특성을 실험을 통해 살펴보기로 한다.
도 2는 종래 및 본 발명의 실시 예에 따라 제조되는 성형체들의 배합비 및 물리적 특성(낙하강도)을 보여주는 표이다.
먼저, 전술한 원료들을 이용하여 성형체, 예컨대 단광을 제조한 후, 단광의 물성 향상 정도를 평가하기 위하여 단광의 낙하강도를 측정하였다. 낙하강도의 측정은 다음과 같이 수행되었다.
밀 스케일과 흡습재 혼합물의 함 수분 측정은 건조기에서 105℃의 온도로 12시간 건조시킨 후 시료의 함 수분을 측정하였다.
그리고 제조된 단광이 고로 공정이나 파이넥스 공정에 활용 가능한 물성 향상 과정을 평가하기 위하여 단광의 낙하강도를 측정하였다.
단광의 낙하강도는 단광 제조 후 7일차 및 14일차 경과 후 측정하였고, 측정방법은 제조된 단광 600g을 5m 높이의 파이프관(50A)으로 된 시험기를 이용하여 8회 낙하시킨 후 6.5본 발명에서는 14일 이하기준으로 측정하였고 측정방법은 제조된 단광 600g을 5m 높이의 파이프관(50A)으로 된 시험기를 이용하여 8회 낙하시킨후 6.5㎜ 체 분리를 실시한 후 그 잔재물인 6.5㎜ 이하가 10% 이내일 경우를 낙하강도로 정의하였다. 회수율 기준으로는 90% 이상이다. 이하에 흡습재의 함량은 밀 스케일, 흡습재 및 수분을 100wt%에 대한 함량을 나타내고, 분상 결합재, 제1 및 제2액상 결합재의 함량은 분상 결합재, 제1 및 제2액상 결합재 총합 100wt%에 대한 함량을 나타낸다.
[종래예1]
종래예1은 기존의 밀 스케일 제조 시 래들 슬래그와 무수 석고를 첨가하여 수분이 함유된 원료와 결합재의 배합비로서 실시한 것이며, 제조된 단광의 7일차, 14일차 경과 후 낙하강도를 나타낸 것이다.
도 2에서 나타나는 바와 같이, 종래예1에 의한 성형체는 밀 스케일 89.8wt%와, 흡습재로서 래들 슬래그 4wt% 및 무수 석고 2wt%를 사용하였고, 밀 스케일과 흡습재의 혼합물 중에는 4.2wt%의 수분이 포함된다. 여기에 결합재로서 밀 스케일, 래들 슬래그, 무수 석고 및 수분 100wt%에 대하여 전분 4wt%와 고분자화합물 0.3wt%를 혼합한 것이다.
7일차, 14일차 낙하 강도가 10%이상을 초과하여 강도가 낮아 바람직하지 않다. 즉, 양생 기간이 경과 할수록 낙하강도가 저하되어 양생에 따른 장기 강도를 기대할 수 없다. 이는 결합재로 사용되는 전분의 부피 팽창에 의해 입자간 결합력이 저하되어 낙하강도가 저하된 것으로, 단광 제품 취급시 미분 발생량이 과다하게 발생될 수 있다.
[종래예2]
종래예2는 밀 스케일의 함량을 90.5wt%로 증가시키고, 혼합물 중 함유되는 수분을 3.5wt%로 낮추고, 결합재로 사용되는 전분의 함량을 1wt% 증가시켜 5wt%를 혼합한 것이다. 제조된 단광의 7일차, 14일차 낙하강도를 살펴보면, 양생 기간이 경과 할수록 낙하강도는 향상되었으나, 향상된 정도가 2.3% 정도로 미미한 것을 알 수 있다. 이는 결합재로 사용한 전분의 함량을 증가시켜 속경성을 발휘하더라도 이 역시 전분의 부피팽창에 의해 낙하강도가 그리 향상되지 않는다.
[종래예3]
종래예3은 종래예2에서 밀 스케일의 함량과 전분의 양을 90.7wt%과 6wt%로 증가시키고, 혼합물 중 수분을 3.3wt%로 낮추었다. 도 2에 의하면 낙하강도가 종래예1, 2의 7일차 낙하강도보다 향상되었으나, 14일차 낙하강도는 7일차 낙하강도와 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 이와 같이 전분과 고분자 화합물을 결합재로 사용할 경우 단광의 경화에 미치는 영향이 미미하여 고소 공정에 필요한 정도의 낙하 강도를 얻기 어려움을 알 수 있다.
[실험예1]
실험예1은 결합재의 종류에 따른 단광의 낙하강도를 평가하기 위하여 종래예1 내지 3과는 다른 결합재를 이용하여 단광을 제조하였다. 이때, 종래예3에서 밀 스케일은 91.4wt%로 0.7wt% 증량하였고, 밀 스케일과 흡습재의 혼합물에 함유되는 수분은 2.6wt%로 감량하였다. 그리고 결합재로서 분상 결합재 4.8wt%, 제1액상 결합재 0.4wt%, 제2액상 결합재 0.4wt%를 혼합하였다. 여기에서 분상 결합재, 제1액상 결합재 및 제2액상 결합재는 전술한 본 발명의 실시예에 사용되는 물질이 동일하게 사용되었다. 도 2를 살펴보면, 수분 함량이 낮아지게 되면, 분상 결합재와의 반응 시간이 짧아 결합력이 저하되고, 낙하강도가 현저하게 나빠진 것을 알 수 있다. 다만, 수분이 적어 점도가 낮기 때문에 단광 제조 시 성형성은 좋게 나타난다.
[실험예2]
실험예2는 실험예1과 동일한 성질의 결합재를 사용하였다. 밀 스케일의 함량은 91.6wt%로 증가시키고, 수분을 2.4wt%로 낮추었다. 결합재는 분상 결합재 5.4wt%, 제1액상 결합재 0.4wt%, 제2액상 결합재 0.5wt% 사용하였다. 도 2를 참조하면, 수분의 함량이 낮아짐에 따라 단광의 낙하강도는 더욱 나빠진 것을 알 수 있다. 이는 수분 함량과 분상 결합재와 액상 결합재 간의 반응성 정도를 나타내고 있으며, 이는 단광의 낙하강도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다
[실험예3]
실험예3은 밀 스케일 90.8wt%에 흡습재로서 래들 슬래그 4wt%와 무수 석고 2wt%를 혼합하고, 이때 혼합물에 함유된 수분은 3.2wt%이다. 이후, 밀 스케일, 래들 슬래그 및 무수 석고의 혼합물에 결합재로서 혼합물 100wt%에 대하여 분상 결합재 5.4wt%, 제1액상 결합재 0.6wt%, 제2액상 결합재 0.6wt%를 혼합하여 단광을 제조하였다. 이는 실험예 2에 비해 수분을 증가시키고, 분상 결합재의 함량을 동일하게 하고, 제1 및 제2액상 결합재의 함량을 증가시킨 것이다.
도 2를 살펴보면, 실험예3에 의한 단광은 실험예2에 의한 단광에 비해 7일차 낙하강도가 현저하게 향상된 것을 알 수 있다. 또한, 14일차에 측정된 낙하강도도 7일차에 측정된 낙하강도에 비해 현저하게 향상된 것을 알 수 있다. 이는 래들 슬래그가 속경성을 발휘하여 혼합물 중의 수분을 빠르게 저감시키며, 래들 슬래그의 속경성은 CaO의 용해도를 증가시켜 당밀과의 반응을 촉진시키는 작용을 하여 단광의 경화 속도를 증진시킨 것으로 판단된다. 또한, 분상 결합재 및 제1 및 제2액상 결합재의 비율을 제시된 조건 내에서 조절하여도 수분이 일정 수준, 예컨대 3.1wt% 이상이 되어야 낙하강도가 발현되는 것을 알 수 있다. 또한, 두 개의 액상 결합재의 양이 낙하 강도에 영향, 즉 비례하는 것으로 나타난다. 반면에, 혼합물에 함유된 수분이 제시된 범위보다 많은 경우에는 혼합물 반죽이 질어져 성형성이 저하되고, 결합재의 양을 증가시키면 낙하강도를 높일 수는 있으나 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
[실험예4]
실험예 4는 밀 스케일 90.7wt%, 래들 슬래그 4wt%, 무수 석고 2wt%, 수분 3.3wt%으로 단광을 제조한 경우이다. 또한, 결합재로서 분상 결합재 5.4wt%, 제1액상 결합재 0.5wt%, 제2액상 결합재 0.5wt%를 사용하였다. 이는 실험예3과 비교하여 수분의 양을 0.1wt% 증가시키고, 제1 및 제2액상 결합재의 양을 감소시킨 경우이다. 도 2를 살펴보면, 실험예 4에 의해 제조된 단광의 낙하강도는 실험예3에 의해 제조된 단광의 낙하강도보다 우수하게 나타난다. 이를 통해 액상 결합재의 양이 제시되는 범위 내에서 감소하더라도 낙하강도의 증진 효과는 크게 변화 없는 것으로 판단할 수 있다.
[실험예5]
실험예5는 실험예4에 비하여 흡습재의 양을 감소시킨 경우 단광의 낙하강도를 평가하기 위한 것이다. 여기에서는 흡습재로서 래들 슬래그를 2wt%, 무수 석고를 1wt% 사용하고, 혼합물 중 함유되는 수분은 3.5wt%이며, 결합재는 실험예4와 동일하게 사용하였다. 이는 실험예4에 비해 흡습재의 양을 감소시킨 경우인데, 도 2를 살펴보면 단광의 낙하강도가 실험예4에 의한 단광의 낙하강도와 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 이를 통해 밀 스케일에 혼합되는 흡습재에 양보다는 결합재의 종류와 양이 단광의 낙하강도에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
전술한 바에 의하면 철 함유 부산물, 예컨대 밀 스케일을 이용하여 단광이나 펠렛 등과 같은 성형체를 제조할 때 성형체의 낙하강도를 향상시키기 위해 다음과 같은 조건을 필요로 함을 알 수 있다.
밀 스케일, 래들 슬래그 및 무수 석고에 함유되는 수분의 양과, 결합재의 양이 단광의 낙하강도에 많은 영향을 미치며, 실험예3 내지 5와 같은 조건하에서 단광의 낙하강도가 향상됨을 알 수 있다.
밀 스케일, 래들 슬래그, 무수 석고 및 수분 100wt%에 대하여 수분은 3.1 내지 3.6wt%일 때, 흡습재로서 2 내지 4wt%의 래들 슬래그와 1 내지 2wt%의 무수 석고를 사용할 수 있고, 결합재로서 5.4 내지 5.8wt%의 분상 결합재, 0.5 내지 1.1wt%의 제1액상 결합재 및 0.5 내지 1.0wt%의 제2액상 결합재를 사용하여 성형체, 즉 단광을 제조하는 것이 바람직하다. 이는 수분이 제시된 범위 이하인 경우 분상 결합재의 반응시간이 짧고, 제시된 범위 이상인 경에는 성형성이 저하되고 분상 결합재의 강도 발현이 어려워 장기 강도를 기대하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 결합재 중 분상 결합재가 제시된 범위보다 적게 사용되는 경우 강도 발현을 위한 반응성이 저하된다. 또한, 제1 및 제2액상 결합재가 제시된 범위 이하로 사용되는 경우 단광의 초기강도 발현이 어려워 성형성이 저하되고, 단광 제조 후에도 분발생량이 많아 단광 제품을 취급하기가 어려운 문제점이 있다. 반면에 제1 및 제2액상 결합재가 제시된 범위보다 많이 사용되는 경우에는 혼합물의 반죽 상태가 질어져 성형성이 저하되고, 양생 기간이 길어져 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 0.02 내지 0.06중량%의 크롬을 포함하는 스케일을 마련하는 과정;
    상기 스케일에 래들 슬래그와 무수 석고(CaSO4)를 포함하는 흡습재를 혼합하여 철 함유 부산물에 함유되는 수분을 제거하는 전처리과정;
    상기 철 함유 부산물과 흡습재의 혼합물에 무기물을 포함하는 분상 결합재와 유기물을 포함하는 액상 결합재를 투입하여 혼합하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 분상 결합재는 소석회(CaOH2), 시멘트(포틀랜드 시멘트), CSA, 증점재 및 무수 석고를 포함하고,
    상기 액상 결합재는 천연수지를 포함하는 제1액상 결합재와 당밀을 포함하는 제2액상 결합재를 포함하는 성형체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스케일은 0㎜ 초과 7㎜ 이하의 입도를 갖는 성형체 제조방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 래들 슬래그와 상기 무수 석고는 상기 래들 슬래그와 상기 무수 석고의 총 중량에 대하여 1.5 내지 2.5 : 1의 중량비로 사용되는 성형체 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 래들 슬래그는 용융상태에서 냉각수를 이용하여 500℃까지 1차 냉각시킨 후, 상기 1차 냉각된 래들 슬래그를 공냉으로 2차 냉각시켜 분말도가 1000cm2/g 이상이 되도록 제조되는 성형체 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 혼합물 100중량%에 대하여 3.1 내지 3.6중량%의 수분을 함유하는 성형체 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분상 결합재와 상기 액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 6.4 내지 7.9중량% 포함되는 성형체 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 분상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 5.4 내지 5.8중량% 포함되는 성형체 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 분상 결합재는 상기 분상 결합재 100중량%에 대하여 46 내지 50중량%의 소석회(CaOH2), 17 내지 19중량%의 시멘트(포틀랜드 시멘트), 13 내지 15중량%의 CSA, 3 내지 5중량% 의 증점재 및 무수 석고를 포함하고,
    상기 무수 석고는 상기 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%를 제외한 나머지를 포함하는 성형체 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%의 무수 석고는 상기 흡습재로 사용되는 성형체 제조방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.1중량%, 상기 제2액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.0중량% 포함되는 성형체 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 성형체는 용융환원제철 공정에 사용되는 성형체 제조방법.
  14. 청구항 1,2,4 내지 청구항 10,12 및 13 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조되는 성형체.
  15. 제철공정에서 발생하는 철 함유 부산물을 포함하는 혼합물을 이용하여 제조되는 성형체에 포함되는 결합재로서,
    무기물을 포함하는 분상 결합재와 유기물을 포함하는 적어도 2가지의 액상 결합재를 포함하고,
    상기 분상 결합재는 상기 분상 결합재 100중량%에 대하여 46 내지 50중량%의 소석회(CaOH2), 17 내지 19중량%의 시멘트(포틀랜드 시멘트), 13 내지 15중량%의 CSA, 3 내지 5중량% 의 증점재 및 무수 석고를 포함하고,
    상기 무수 석고는 상기 분상 결합재 100중량% 중 1 내지 3중량%를 제외한 나머지를 포함하며,
    상기 액상 결합재는 천연수지를 포함하는 제1액상 결합재와, 당밀을 포함하는 제2액상 결합재를 포함하는 결합재.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 혼합물 100wt%에 대하여 상기 혼합물에 3.2 내지 3.6wt%의 수분이 포함될 때,
    상기 분상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 5.4 내지 5.8중량% 포함되고, 제1액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.1중량%, 상기 제2액상 결합재는 상기 혼합물 100중량%에 대하여 0.5 내지 1.0중량% 포함되는 결합재.
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