KR101839667B1

KR101839667B1 - 응고 슬래그의 제조 방법, 응고 슬래그, 콘크리트용 조골재의 제조 방법, 콘크리트용 조골재

Info

Publication number: KR101839667B1
Application number: KR1020157036662A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 도보; 야스타카 다; 유키 하기오; 게이지 와타나베; 미치히로 구와야마; 다이스케 이마니시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2018-03-16
Also published as: TW201512147A; JP6184476B2; CN105452187A; CN105452187B; JPWO2015025501A1; KR20160013180A; TWI659005B; TWI613178B; TW201802057A; WO2015025501A1

Abstract

품질이 양호한 콘크리트용 조골재의 원료가 될 수 있는 응고 슬래그의 제조 방법, 그 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조되는 응고 슬래그, 그 응고 슬래그를 이용한 콘크리트용 조골재의 제조 방법, 그 콘크리트용 조골재의 제조 방법에 의해 제조되는 콘크리트용 조골재를 제공한다. 본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법은, 용융 상태의 고로 슬래그 (3) 를, 이동하는 금속제의 주형 (5) 에 흘려 넣어 냉각시키고, 상기 주형 내에서 판상이 되도록 응고시키는 슬래그 응고 공정과, 상기 주형 내에서 내부까지 응고시킨 슬래그를, 상기 주형을 반전시켜 주형으로부터 낙하시키는 슬래그 낙하 공정과, 낙하한 슬래그의 슬래그 표면의 일부 또는 전체면의 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 슬래그 온도 유지 공정을 갖는다.

Description

응고 슬래그의 제조 방법, 응고 슬래그, 콘크리트용 조골재의 제조 방법, 콘크리트용 조골재{METHOD FOR PRODUCING SOLIDIFIED SLAG, SOLIDIFIED SLAG, METHOD FOR PRODUCING COARSE AGGREGATE FOR CONCRETE, AND COARSE AGGREGATE FOR CONCRETE}

본 발명은, 용융 상태의 고로 (高爐) 슬래그 (blast furnace slag) 를 금속제의 주형 (鑄型) 상에서 응고시키고, 응고시킨 응고 슬래그 (solidified slag) 를 주형으로부터 낙하시켜 판상의 응고 슬래그를 제조하는 응고 슬래그의 제조 방법, 그 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조되는 응고 슬래그, 그 응고 슬래그를 이용한 콘크리트용 조골재 (coarse aggregate for concrete) 의 제조 방법, 그 콘크리트용 조골재의 제조 방법에 의해 제조되는 콘크리트용 조골재에 관한 것이다.

금속의 정련 공정 등에서 발생하는 용융 슬래그 (molten slag) 를 응고시키는 방법으로는, 고압의 냉각수를 용융 슬래그에 분사하여 급랭하는 방법, 혹은, 용융 슬래그를 드라이 피트 (dry pit) 나 슬래그 냉각 야드 (slag cooling yard) 에 배출하여 대기 중에서 서랭하는 방법이 널리 사용되고 있다.

용융 슬래그를 급랭하는 방법에 있어서는, 고압의 냉각수를 대량으로 분사하므로, 다수의 기공 (pore) 을 갖는 입경 5 ㎜ 이하의 사상 (砂狀) 의 응고 슬래그 (이른바 수쇄 슬래그 (water granulated slag)) 가 된다. 한편, 용융 슬래그를 드라이 피트나 슬래그 냉각 야드 등에 흘려 응고시켜 서랭하는 방법에서는, 수 m 크기의 덩어리가 되고, 이것을 파쇄하여 괴상의 응고 슬래그 (이른바 서랭 슬래그 (air-cooled slag)) 로 하고 있다.

최근, 자갈 (gravel) 등을 대신하는 콘크리트용 조골재에 고로 서랭 슬래그의 적용이 도모되고 있다. 고로 슬래그를 콘크리트용 조골재에 적용하기 위해서는, 슬래그 중의 기공을 저감시키고, 또한 슬래그 입경의 최대치를 20 ㎜ 정도로 조정할 필요가 있다.

따라서, 수쇄 슬래그는, 그대로로는, 기공이 많고, 또한 입경이 작으므로, 콘크리트용 조골재에는 적용할 수 없다. 한편, 서랭 슬래그는, 기공의 문제는 없기는 하지만, 수 m 크기의 덩어리를 20 ㎜ 정도의 입경으로 파쇄할 필요가 있어, 이 파쇄에 방대한 시간을 필요로 하여, 효율적이지 않다.

그래서, 콘크리트용 조골재로서, 기공이 적고 파쇄가 용이한 응고 슬래그를 얻기 위해서, 금속제의 주형을 사용하여 용융 슬래그를 응고시키는 기술이 여러 가지 제안되어 있다. 금속제 주형 속에서 용융 슬래그를 응고시키면, 수쇄 슬래그보다 크고, 또한, 서랭 슬래그보다 작은 사이즈의 응고 슬래그가 얻어지고, 이것을 파쇄함으로써 원하는 사이즈의 슬래그를 용이하게 얻을 수 있어, 서랭 슬래그와 비교하여 파쇄 시간을 단축할 수 있어, 입경 20 ㎜ 정도의 원하는 응고 슬래그를 용이하게 얻을 수 있다.

금속제 주형을 이용하여 용융 슬래그를 응고시키는 예로서, 예를 들어 특허문헌 1 에 기재된 아스팔트 포장용 골재 (aggregate for asphalt pavement) 및 그 제조 방법 그리고 아스팔트 포장이 있다. 특허문헌 1 의 용융 슬래그의 응고 방법은, 용융 상태의 고로 슬래그를 층 두께가 10 ∼ 30 ㎜ 의 판상이 되도록 금속제의 이동 주형 상에 단층으로 흘리고 냉각 응고시켜, 단층 판상의 응고 슬래그로 하는 것이다. 이 단층 판상의 슬래그를 파쇄하여, 흡수율 (water absorption percentage) 이 1.5 ％ 이하, 마모 감량 (abrasion loss percentage) 이 20 ％ 이하인 아스팔트 포장용 골재를 제조하는 것이다.

또, 금속제의 주형을 이용하여 고로 슬래그를 응고시켜 콘크리트용 조골재를 제조하는 방법으로는, 특허문헌 2 에 개시된 콘크리트용 조골재가 있다. 특허문헌 2 에 개시된 슬래그로 이루어지는 콘크리트용 조골재는, 금속제 주형에 용융 슬래그를 흘려 넣어 응고시키고, 응고 후 얻어진 슬래그를 파쇄하여, 흡수율 1.5 ％ 이하 및 입경이 5 ∼ 20 ㎜ 로 조정한다는 것이다.

일본 특허공보 제3855706호 일본 공개특허공보 2004-277191호

특허문헌 1 에 기재된 용융 슬래그의 응고 방법은, 용융 상태의 고로 슬래그를 응고 두께가 10 ∼ 30 ㎜ 인 판상이 되도록 금속제의 이동 주형 상에 단층으로 흘려 넣어 냉각 응고시키는 것이고, 급속히 냉각 응고시킴으로써, 응고 슬래그 내부에서 생성되는 기공의 성장을 억제하여, 저기공율이고 흡수율이 낮으며, 내마모성 (abrasion resistance) 이 높은 골재를 제조하는 것이다.

단, 특허문헌 1 의 실시예에도 기재되어 있는 바와 같이, 고로 슬래그를 금속제 주형 상에서 판상으로 응고시켰을 경우, 금속제 주형에 접하고 있던 하면으로부터 1 ㎜ 정도는 유리상 (glassy state) 이 되어 버린다. 이것은, 용융 슬래그에 있어서는, 금속제 주형과의 접촉면이 가장 급속히 냉각되어 유리질 (glassy state) 이 되지만, 용융 슬래그의 열 전도율이 매우 작기 때문에, 용융 슬래그 내부의 냉각 속도는 커지지 않아 결정질의 상태 (crystalline state) 에서 응고되는 것에 의한다.

상기와 같이, 특허문헌 1 의 방법에서는, 편면이 유리질인 판상 응고 슬래그가 생성되는데, 이와 같은 판상 응고 슬래그를 파쇄하여 골재를 제조했을 경우, 표면의 일부가 유리질인 조골재가 생성되어 버린다. 표면이 유리질인 조골재를 콘크리트용 조골재로서 사용했을 경우, 프레시 콘크리트 (fresh concrete) 가 굳어질 때에 블리딩 (bleeding) 되기 쉽다는 문제가 있다. 블리딩이란, 프레시 콘크리트에 있어서 고체 재료의 침강 또는 분리에 의해, 혼련수의 일부가 유리되어 표면까지 상승하는 현상이다.

또, 금속제 주형과 접촉하고 있던 면으로부터 1 ㎜ 정도의 유리질 부분과 결정질 부분의 경계면에서 균열되기 쉬워진다. 그 때문에, 파쇄하여 조골재 입도로 조정할 때에 유리질 부분은 세립이 되기 쉬워, 조골재의 수율이 저하된다는 문제도 있다.

특허문헌 2 의 콘크리트용 조골재는, 특허문헌 1 과 마찬가지로, 금속제의 주형 상에서 응고시킨 고로 슬래그를 이용하는 것이고, 이 고로 슬래그를 파쇄하여, 흡수율 1.5 ％ 이하, 입경 5 ∼ 20 ㎜ 의 조골재로 하는 것이다. 용융 슬래그를 금속제 주형에 흘려 넣어 20 ∼ 30 ㎜ 의 두께로 응고시키고 있어, 특허문헌 1 과 마찬가지로 금속제 주형과의 접촉면은 유리화되어 있을 가능성이 높다. 특허문헌 2 의 콘크리트용 조골재를 배합한 콘크리트의 배합 조건 (mix proportion), 양생 기간 (curing period) 이 7 일, 28 일의 압축 강도는 분명하지만, 블리딩에 대해서는 분명하지 않다.

본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 품질이 양호한 콘크리트용 조골재의 원료가 될 수 있는 응고 슬래그의 제조 방법, 그 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조되는 응고 슬래그, 그 응고 슬래그를 이용한 콘크리트용 조골재의 제조 방법, 그 콘크리트용 조골재의 제조 방법에 의해 제조되는 콘크리트용 조골재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 용융 상태의 고로 슬래그를, 이동하는 금속제의 주형에 흘려 넣어 냉각시키고, 상기 주형 내에서 판상이 되도록 응고시키는 슬래그 응고 공정과, 상기 주형 내에서 내부까지 응고시킨 슬래그를, 상기 주형을 반전시켜 주형으로부터 낙하시키는 슬래그 낙하 공정과, 낙하한 슬래그의 슬래그 표면의 일부 또는 전체면의 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 슬래그 온도 유지 공정을 갖는 응고 슬래그의 제조 방법.

[2] 상기 주형 내에서 판상이 되도록 응고시킨 고로 슬래그의 두께가 20 ㎜ 이상 30 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법.

[3] 상기 슬래그 온도 유지 공정은, 상기 주형으로부터 낙하시킨 응고 슬래그의 표면 중, 응고시에 있어서의 주형 접촉면의 80 면적％ 이상에 대해, 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 상기 [2] 에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법.

[4] 상기 슬래그 온도 유지 공정은, 상기 주형으로부터 낙하시킨 응고 슬래그를, 슬래그 두께 방향 평균 온도가 900 ℃ 초과에서 적층시키는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 상기 [3] 중 어느 한 항에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법.

[5] 상기 슬래그 온도 유지 공정은, 상기 주형으로부터 낙하시킨 응고 슬래그를, 그 낙하 위치로부터 반출 가능한 유지 용기 내에 적층시키는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 상기 [4] 중 어느 한 항에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법.

[6] 상기 [1] 내지 상기 [5] 중 어느 한 항에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조한 응고 슬래그로서, 메시 100 ㎜ 의 체를 통과시키고, 메시 40 ㎜ 의 체를 통과하지 않는 슬래그 시료를, 2 m 의 높이로부터 4 회 낙하시키는 낙하 시험 후에, 메시 40 ㎜ 의 체를 통과하지 않는 시료의 낙하 시험 전의 시료에 대한 질량 비율로 평가하는 낙하 강도 (Shatter Index) 가 70 ％ 이상인 응고 슬래그.

[7] 상기 [1] 내지 상기 [5] 중 어느 한 항에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법을 포함하는 응고 슬래그 제조 공정과, 제조된 응고 슬래그를 파쇄하는 응고 슬래그 파쇄 공정과, 파쇄된 응고 슬래그를 분급하는 분급 공정을 구비하는 콘크리트용 조골재의 제조 방법.

[8] 상기 [7] 에 기재된 콘크리트용 조골재의 제조 방법에 의해 제조한 콘크리트용 조골재로서, 평균 압축 강도가 100 N/㎟ 이상인 콘크리트용 조골재.

본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에 의하면, 응고 슬래그의 금속제 주형에 대한 접촉면에 생성된 유리질의 부분이, 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 동안에 결정질로 변화됨으로써, 낙하 강도가 높은 응고 슬래그가 얻어진다. 또, 본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조한 응고 슬래그를, 추가로 파쇄, 분급 (screening) 하여 제조한 콘크리트용 조골재는, 표면에 유리질의 부분을 갖는 비율이 작은 점에서, 안정적으로 높은 강도가 얻어져, 고강도의 콘크리트를 제조하는 데에 있어서 바람직한 조골재가 얻어진다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 응고 슬래그 제조 방법을 실현하는 응고 슬래그 제조 장치의 일 실시형태의 구성을 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 응고 슬래그 제조 장치에 있어서의 응고 슬래그 유지 용기를 모식적으로 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 금속제의 주형 상에서 슬래그를 냉각시키는 경우의 각 측정 위치에 있어서의 온도 추이를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 슬래그 및 주형의 일차원 전열 해석 모델을 나타내는 모식도이다.
도 5 는, 슬래그의 표면 온도 900 ℃ 이상에서의 유지 시간과 응고시의 주형 접촉면에서 차지하는 유리질 면적 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 응고 슬래그의 두께 방향의 온도 분포의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 슬래그 수용 3 분 후의, 응고 슬래그 유지 용기 내에 퇴적된, 표층의 응고 슬래그 아래의 슬래그의 표면 온도 측정치, 및 응고 슬래그의 주형 접촉면에서의, 주형으로부터 배출 직후 및 응고 슬래그 유지 용기 내에서 표층 하의 응고 슬래그로서 3 분 유지한 후의 슬래그 온도의 계산치와 슬래그 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 응고시의 주형 접촉면이 결정질인 경우에 있어서의 낙하 강도 시험 전후의 슬래그의 외관을 나타내는 사진이다.
도 9 는, 응고시의 주형 접촉면이 유리질인 경우에 있어서의 낙하 강도 시험 전후의 슬래그의 외관을 나타내는 사진이다.
도 10 은, 낙하 강도와 응고시의 주형 접촉면에서 차지하는 유리질 부분 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11 은, 20 ∼ 5 ㎜ 조골재 제조시의 제품 수율을 본 발명예와 비교예로 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 본 발명예 및 비교예의 각각의 조골재를 사용한 콘크리트에서의 블리딩량을 비교하여 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.

본 실시형태에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법은, 용융 상태의 고로 슬래그를, 이동하는 금속제의 주형에 흘려 넣어 냉각시키고, 상기 주형 내에서 판상이 되도록 응고시키는 슬래그 응고 공정과, 상기 주형 내에서 내부까지 응고시킨 슬래그를, 상기 주형을 반전시켜 주형으로부터 낙하시키는 슬래그 낙하 공정과, 낙하한 슬래그의 슬래그 표면의 일부 또는 전체면의 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 슬래그 온도 유지 공정을 갖는다.

상기와 같은 응고 슬래그의 제조 방법을 실현할 수 있는 응고 슬래그 제조 장치의 일례를 도 1 에 나타낸다. 도 1 에 나타낸 응고 슬래그 제조 장치 (1) (도 1) 는, 슬래그 레이들 (23) 에 수용된 용융 상태의 고로 슬래그, 요컨대, 용융 슬래그 (3) 가 흘러 들어가는 오목부 (5a) (recessed part) 를 갖는 복수의 금속제의 주형 (5) 을 주회 (周回) 이동 가능하게 지지하고, 주형 (5) 이 주회하는 동안에 오목부 (5a) 에 용융 슬래그 (3) 를 흘려 넣어 응고 슬래그 (18) 를 연속적으로 제조한다.

이와 같은 동작을 실시하는 응고 슬래그 제조 장치 (1) 는, 복수의 주형 (5) 을 근접시켜 지지한 상태에서 수평 방향으로 주회 이동시키는 주회 이동 기구 (7) 를 구비하고 있다. 이 주회 이동 기구 (7) 는, 주형이 1 주회하는 동안에, 흘러 들어간 용융 슬래그 (3) 를 상기 오목부 (5a) 에 유지한 상태에서 주형 (5) 을 주회 방향으로 이동시키고, 용융 슬래그 (3) 를 공랭하여 응고시키는 공랭 이동부 (9) 와, 주형 (5) 을 그 오목부 (5a) 가 하방을 향하도록 반전시켜 응고 슬래그 (18) 를 배출하는 반전 배출부 (11) 와, 반전된 주형 (5) 을 반전시킨 상태인 채로 이동시키는 반전 이동부 (13) 와, 반전 상태에 있는 주형 (5) 을 오목부 (5a) 가 상방을 향하도록 재반전시키는 재반전부 (15) 와, 재반전시킨 주형 (5) 을 용융 슬래그 (3) 가 흘러 들어가는 부위까지 이동시키는 재반전 이동부 (17) 와, 반전된 주형 (5) 을 냉각시키는 냉각 장치 (21) 를 구비하고 있다. 재반전 이동부 (17) 는 생략해도 된다. 또한, 응고 슬래그 제조 장치 (1) 는, 주형 (5) 에 용융 슬래그 (3) 를 흘려 넣기 쉽게 하기 위해서, 통 (20) 이 설치되어 있다.

또, 응고 슬래그 제조 장치 (1) 는, 반전 배출부 (11) 의 주회하는 주형 (5) 의 하방에 형성된 피트 (19) 를 갖고, 피트 (19) 에는 배출되는 응고 슬래그 (18) 를 수용 가능한 응고 슬래그 유지 용기 (22) 가 배치되어 있다.

응고 슬래그 유지 용기 (22) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 슬래그 레이들 (23) 의 한 용기분의 용융 슬래그 (3) 에 상당하는 양의 응고 슬래그 (18) 를 유지할 수 있는 용량을 갖고, 슬래그 레이들 (23) 의 한 용기분의 응고 슬래그 (18) 를 수용한 후, 슬래그 낙하 위치로부터 반출시켜, 빈 응고 슬래그 유지 용기 (22) 와 교환하도록 해도 된다. 이와 같이 하면, 응고 슬래그 유지 용기 (22) 내에서 어느 정도 장시간 슬래그를 유지해도, 대기 시간이 생겨 생산성을 저하시키지 않고, 계속해서 다음의 슬래그 레이들 (23) 의 용융 슬래그 (3) 를 처리할 수 있다.

응고 슬래그 유지 용기 (22) 의 바닥면 및 측면은, 보온성의 관점에서, 각 면의 법선 방향을 따라 적어도 일부가, 열 전도율이 5 W/(m·k) 정도 이하와 같은 저열 전도율의 내화물로 구성되는 것이 바람직하다. 또, 응고 슬래그 (18) 를 수용한 후에 응고 슬래그 유지 용기 (22) 에 덮개를 설치하는 양태나, 버너 등의 간이한 가열원을 응고 슬래그 유지 용기 (22) 에 부가하여 구비하는 양태, 혹은 슬래그 낙하 위치의 피트 (19) 그 자체를 응고 슬래그 유지 용기로서 사용하고, 응고 슬래그를 수용한 후에 커버를 설치하여 유지하는 양태 등을 선택할 수도 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시형태의 응고 슬래그 제조 장치 (1) 를 이용하여 응고 슬래그 (18) 를 제조하는 방법의 일례를, 응고 슬래그 제조 장치 (1) 의 동작 과 함께 설명한다.

주회 이동 기구 (7) 를 소정의 속도로 회전시켜, 용융 슬래그 유입 부위에서, 주회하고 있는 주형 (5) 에 통 (20) 을 통하여 용융 슬래그 (3) 를 흘려 넣는다. 용융 슬래그 (3) 가 흘러 들어간 주형 (5) 은 공랭 이동부 (9) 를 이동하여, 용융 슬래그 (3) 는 공랭되어 응고 슬래그 (18) 가 된다 (슬래그 응고 공정).

여기서, 응고 슬래그 (18) 의 두께가 20 ㎜ 이상 30 ㎜ 이하가 되도록, 주형 (5) 의 주회 이동 속도 및/또는 용융 슬래그 (3) 의 유입 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 응고 슬래그의 두께가 20 ㎜ 이상이면, 이 응고 슬래그 (18) 를 분쇄함으로써, 널리 사용되고 있는, 일반적인 조골재 사이즈인 5 ∼ 20 ㎜ 의 조골재 제품에 적합한 입도 분포를 얻는 것이 가능해진다. 또, 응고 슬래그 (18) 의 두께가 20 ㎜ 이상이면, 후술하는 바와 같이, 응고 슬래그 (18) 가 응고 슬래그 유지 용기 (22) 내에 장입될 때에, 평균 함열량 (average amount of heat) 을 충분히 크게 할 수 있기 때문에, 가열원을 추가하지 않고 응고 슬래그 (18) 를 보온하는 것만으로, 주형 접촉면의 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상까지 상승시켜 5 분간 이상 유지하는 것이 가능해진다.

한편, 응고 슬래그 (18) 의 두께가 30 ㎜ 이하이면, 슬래그의 냉각 속도가 적정한 범위가 되어, 슬래그 내부의 기공 생성이 억제되므로, 조골재 제품의 흡수율을 1.5 ％ 이하로 저감시키는 것이 가능하게 됨과 함께, 예를 들어 압축 강도가 100 N/㎟ 이상과 같은 고강도의 조골재 입자를 얻는 데에 있어서도 바람직하다.

반전 배출부 (11) 에 도착한 주형 (5) 은, 반전 배출부 (11) 에 있어서 주회 방향을 향하여 회전하여 반전하고, 응고 슬래그 (18) 는, 피트 (19) 또는 피트 (19) 내의 응고 슬래그 유지 용기 (22) 에 배출된다 (슬래그 낙하 공정).

응고 슬래그 (18) 를 배출한 주형 (5) 은 반전 상태에서 반전 이동부 (13) 를 이동하고, 그 이동 도중에 있어서 냉각 장치 (21) 에 의해 냉각된다.

반전 이동부 (13) 를 통과한 주형 (5) 은 재반전부 (15) 에 있어서 둘레 방향을 향하여 회전하여 오목부 (5a) 가 상방을 향하도록 재반전한다. 재반전된 주형 (5) 에는 재반전 직후 또는 재반전 이동부 (17) 를 이동한 후, 다시 슬래그 유입 부위에서 용융 슬래그 (3) 가 흘러 들어간다.

피트 (19) 에 배출되어 응고 슬래그 유지 용기 (22) 에 장입된 응고 슬래그 (18) 는, 응고 슬래그 유지 용기 (22) 내에 적층되고, 응고 슬래그 (18) 자체가 보유하는 열량에 의해, 응고시에 저하된 응고 슬래그 (18) 의 주형 접촉면의 온도가 상승한다. 이 때, 낙하된 응고 슬래그 (18) 의 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지함으로써, 응고 슬래그 (18) 에 있어서의 주형 접촉면의 유리질을 결정질로 개질할 수 있다 (슬래그 온도 유지 공정). 이와 같이 하여, 유리질이 결정질로 개질된 후, 응고 슬래그 유지 용기 (22) 로부터 응고 슬래그 (18) 를 슬래그 냉각 플로어 (24) 에 배출한다.

이상과 같이, 본 발명의 응고 슬래그 제조 방법은, 슬래그 응고 공정, 슬래그 낙하 공정 및 슬래그 온도 유지 공정이라는 3 공정을 가지고 있지만, 이들 3 공정 중에서, 특히 슬래그 온도 유지 공정에 특징이 있으므로, 이것에 대해 이하 상세하게 설명한다.

＜슬래그 온도 유지 공정이 필요한 이유＞

주형 (5) 으로부터 낙하한 판상의 응고 슬래그 (18) 의 단면을 관찰하면, 주형 접촉면으로부터 약 1 ㎜ 정도까지의 범위가 유리화되고 있다. 주형 접촉면으로부터 1 ㎜ 정도의 범위만 유리화되어 있는 이유는, 냉각 속도가 이 부분만 빠르기 때문이다. 응고 슬래그 (18) 의 응고 두께가 변화되어도, 유리질의 부분은 주형 접촉면으로부터 약 1 ㎜ 로 변함없었다.

응고 슬래그 (18) 의 대기측의 표면 온도를 방사 온도계를 사용하여 측정함과 함께, 주형 배면에 열전쌍을 설치하여, 주형 상에 흘린 용융 슬래그 (3) 가 냉각되어 응고되는 과정까지의 온도 추이를, 응고 슬래그 (18) 의 두께 23 ㎜ 의 경우에 대해 측정하였다. 측정 결과를 도 3 에 나타낸다. 도 3 에는 후술하는 전열 해석에 의해 구한, 슬래그의 두께 방향 중심 위치 및 주형 (5) 에 접하는 위치에서의 슬래그 온도의 추이도 함께 나타내었다. 주형 (5) 에 접하는 위치의 슬래그는, 주형에 대한 열 전달에 의해 초기의 냉각 속도가 현저하게 커, 약 15 초 동안 400 ℃ 까지 저하되고, 그 후 거의 일정한 온도가 된다. 슬래그의 중심부는 온도의 저하가 느려, 2 분 후에 1150 ℃ 정도, 대기측의 표면도 2 분 후에 900 ℃ 정도까지밖에 저하되지 않는다.

이와 같이, 주로 주형 (5) 으로의 열 전달에 의해 용융 슬래그 (3) 를 냉각시키는 본 방식에서는, 주형 접촉면은 급냉각되지만, 슬래그의 열 전도율이 2 W/(m·k) 이하로 작기 때문에, 슬래그 내부의 열전도가 느려, 주형 접촉면 이외의 냉각 속도는 작다. 그 때문에, 주형 접촉면의 슬래그만이 급랭되어 유리화된다. 주형 (5) 을 반전시켜, 주형 (5) 으로부터 낙하한 후의 응고 슬래그 (18) 는, 1 장 1 장 따로따로 반송되면 반송 중에 표면으로부터 냉각이 진행되기 때문에, 표면의 유리질이 그대로 잔류한다.

유리질이 잔류하면, 전술한 바와 같이, 콘크리트용 조골재로서 사용했을 경우에 블리딩되기 쉽다는 문제나 조골재의 수율이 저하된다는 문제가 발생하므로, 유리질 부분을 결정질로 개질할 필요가 있다. 그래서, 유리질 부분을 결정질로 개질하는 온도 유지 공정이 필요하게 된다.

＜해석에 의한 냉각 속도의 검토＞

유리질 부분을 결정질로 개질하기 위해서는 어떻게 해야 하는가에 대해 검토하였다. 검토시에, 전열 해석에 의해 슬래그 내부의 냉각 속도를 검토하였다. 본 프로세스는 슬래그를 판상으로 응고하므로, 냉각·응고 과정에서의 온도 추이는 단순한 평판의 비정상 일차원 열전도 (unsteady one-dimension heat conduction) 로 생각해도 된다. 이 기초식은 하기의 (1) 식이 된다.

여기서, λ 는, 열 전도도 (W/(m·K)), ρ 는, 밀도 (㎏/㎥), Cp 는 비열 (J/(㎏·K)), T 는 슬래그 또는 주형의 온도 (K), X 는 두께 방향의 길이 (m), t 는 시간 (s) 이다.

도 4 는 해석 모델을 나타내는 것이고, 도 4 의 (a) 는 주형에 슬래그가 수용되어 있는 상태이며, 도 4 의 (b) 는 주형으로부터 낙하한 응고 슬래그를 나타내고 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 슬래그, 주형의 두께 방향을, 슬래그를 10 분할, 주형을 10 분할하여 계산을 실시하였다. 주형으로부터 낙하 후에 대해서는 응고 슬래그만을 계산하였다.

여기서, 대기-슬래그의 계면 (interface) 의 열 전달 계수 hs, 주형-대기 계면의 열 전달 계수 hm, 슬래그-주형 계면의 열 저항 R 을 파라미터로 하고, 온도 계산치가 도 3 의 실측치에 맞도록 파라미터의 값을 결정하였다. 대기-슬래그 계면은, 초기에는 1300K 이상의 고온의 온도차이기 때문에, 열 방사를 고려하였다. 분위기 온도 Ta 는 293K 로 일정하게 하여, 온도 상승은 없는 것으로 하였다. 주형으로부터 낙하 후에는, 단열 상태로 가정하여, 슬래그 외부와의 열 이동은 없는 것으로 하였다. Δt = 0.5 sec 로 하여, 양해법 (陽解法) (explicit solution technique) 에 의해 계산하였다.

슬래그의 열 전도율 λ (W/(m·K)) 는, 하기의 (2) 식, (3) 식으로부터 계산한 값을 사용하였다.

T ＞ 1400K 일 때,

λ = -5.0 × 10^-3T ＋ 9.20…(2)

T = 1400K 일 때,

λ = 7.78 × 10^-4T ＋ 1.11…(3)

슬래그의 비열 Cp 는, Ogino 들의 고로 슬래그의 열용량 측정 결과 (K.Ogino and J.Nishiwaki, 철강 물성치 편람 제철편 (2006) p.350, (사) 일본 철강 협회, (독) 일본 학술 진흥회 제철 제 54 위원회) 에 기초하여, T ＜ 1443K 일 때 Cp = 1039 J/(㎏·K), 1443K = T ＜ 1673K 일 때 Cp = 2242.5 J/(㎏·K), 1673K = T ＜ 1773K 일 때 Cp = 1326 J/(㎏·K) 로 하였다.

슬래그 표면의 열 전달률 및 주형 배면의 열 전달률을 각각 hs = 30 W/(㎡·K), hm = 10 W/(㎡·K), 슬래그-주형 계면의 열 저항을 R = 9 × 10^-4㎡·K/W 로 설정함으로써, 도 3 의 온도의 실측치와 거의 일치시킬 수 있었다.

이로써, 슬래그의 온도 변화를 계산 가능하게 되고, 이것에 기초하여 슬래그 온도 유지 공정에 있어서의 온도 조건 및 유지 시간에 대해 검토하였다.

＜온도 조건＞

유리질 부분을 결정화하기 위해서 필요한 표면 온도에 대해 검토하였다. 슬래그 낙하 공정 직후의 응고 슬래그의 표면 온도는, 슬래그 응고 두께와, 주형을 반전시켜 슬래그를 박리할 때까지의 슬래그의 냉각 시간에 따라 변화된다. 그래서, 슬래그 응고 두께와 상기 냉각 시간을 여러 가지로 변경시킴으로써 응고 슬래그 표면 온도를 변화시켜, 표면 온도를 여러 가지 변화시킨 응고 슬래그를 응고 슬래그 유지 용기에 24 시간 유지하고, 응고 슬래그의 주형 접촉면의 최고 온도와 유리질 부분의 면적 비율의 관계를 조사하였다. 그 결과, 유리질 부분을 결정화하기 위해서는 표면 온도를 900 ℃ 이상으로 상승시키는 것이 유효한 것을 확인하였다.

＜유지 시간＞

다음으로, 슬래그의 응고 두께와, 주형을 반전시켜 슬래그를 박리할 때까지의 슬래그의 냉각 시간을 일정하게 한 조건에서, 응고 슬래그 유지 용기 내에서의 유지 시간을 변경하여, 응고 슬래그의 주형 접촉면측의 표면 온도가 900 ℃ 로 상승한 시점으로부터의 유지 시간, 즉, 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상으로 유지한 시간과, 응고 슬래그의 주형 접촉면의 유리질 부분의 면적 비율의 관계를 조사하였다.

구체적으로는, 후술하는 실시예에 나타낸 응고 슬래그 제조 장치에 있어서, 금속제 주형 (5) 의 주회를 2 주 (周) 반복하여 6 분간 동안 12 톤의 용융 슬래그 (3) 를 연속하여 처리하고, 주형 (5) 을 반전시킬 때의 슬래그 낙하 위치에 배치한 응고 슬래그 유지 용기 (22) 에 대한 응고 슬래그 (18) 의 수용을 완료한 후에 소정 시간 유지하고, 소정의 유지 시간이 된 시점에서 즉시 응고 슬래그 (18) 를 슬래그 냉각 플로어 (24) 에 배출하여 펼치고, 대기 중에서 냉각시켰다.

900 ℃ 이상에서의 유지 시간을 계산하기 위해서는, 슬래그의 주형 접촉면측의 표면 온도가 900 ℃ 로 상승한 시점과, 900 ℃ 미만으로 저하된 시점을 특정할 필요가 있다. 그래서, 슬래그의 주형 접촉면측의 표면 온도가 900 ℃ 로 상승한 시점은, 최후의 응고 슬래그의 응고 슬래그 유지 용기에 대한 수용이 종료되고, 당해 슬래그의 주형 접촉면측의 표면 온도가 900 ℃ 에 이르는 시점으로 하고, 이 시점을 상기의 전열 해석에서 응고 슬래그 유지 용기 내에서는 슬래그 표면이 단열 경계 조건 (adiabatic boundary condition) 인 것으로 가정하여 구하였다. 또, 표면 온도가 900 ℃ 미만으로 저하된 시점은, 응고 슬래그를 응고 슬래그 유지 용기로부터 슬래그 냉각 플로어에 배출하여 펼친 시점으로 하였다. 이것은, 응고 슬래그를 응고 슬래그 유지 용기로부터 슬래그 냉각 플로어에 배출하여 펼친 시점에서 즉시 응고 슬래그의 표면 온도는 900 ℃ 미만으로 저하된다는 가정에 기초하는 것이다.

도 5 는, 유리질 면적 비율 (％) 과, 900 ℃ 이상에서 유지한 시간 (min) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5 의 그래프에 나타내는 바와 같이, 900 ℃ 이상에서 5 분간 유지함으로써 주형 접촉면의 유리질 부분의 면적 비율은 거의 10 ％ 정도까지 저하되고, 추가로 유지 시간을 늘려도 유리질 부분의 면적 비율은 크게 변화되지 않는 것을 알 수 있다. 이 점에서, 주형 접촉면의 유리질 부분을 결정화하기 위해서는, 응고 슬래그의 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 것이 유효한 것을 확인하였다.

또한, 도 5 에서 900 ℃ 이상에서의 유지 시간을 5 분간보다 연장해도 유리질 부분의 면적 비율이 10 ％ 정도로부터 크게 저하되지 않는 이유는, 슬래그 유지 용기 내에 적층하여 퇴적시킨 응고 슬래그의 최표층 부분에서 주형 접촉면이 위를 향한 응고 슬래그에 대해서는, 유지 시간을 길게 해도 900 ℃ 이상으로 온도가 오르지 않고 결정화되지 않은 것에 의한 것으로 생각된다. 따라서, 슬래그 유지 용기에 슬래그 수용 후에 덮개를 설치하거나, 버너 등의 간이한 가열원을 이용하여 재가열하거나 하도록 하면, 더욱 유리질 부분의 면적 비율을 저하시킬 수 있다.

또, 도 5 에서 900 ℃ 이상에서의 유지 시간의 계산치가 제로여도 일부의 유리질 슬래그가 결정화되어 있는 이유는, 슬래그 처리의 초기에 슬래그 유지 용기 내에 수용된 퇴적층 내 하부의 응고 슬래그에서는, 최종의 응고 슬래그가 수용될 때까지의 시간 내에 표면 온도의 상승이 진행되고, 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지되고 있던 것에 의한 것으로 생각된다. 요컨대, 슬래그 처리의 초기에 슬래그 유지 용기 내에 수용된 응고 슬래그는, 결정화의 조건이 만족되어 결정화가 진행된 것으로 생각된다.

다음으로, 슬래그 낙하 공정에 의해 낙하한 응고 슬래그를 적층시킴으로써 상기의 온도 조건과 유지 시간을 확보할 수 있는지에 대해 검토하였다.

＜보온 상태의 슬래그 온도＞

슬래그 두께 25 ㎜ 의 응고 슬래그에 대해, 주형으로부터 낙하하기 직전의 온도 분포를 계산하였다. 일례로서, 용융 슬래그 (3) 를 주형에 주입하고 나서 120 초 후의 응고 슬래그 (18) 내부의 온도 분포의 계산 결과를 도 6 에 나타낸다. 응고 슬래그 내부의 온도 분포는, 예를 들어, 도 6 의 실선의 그래프와 같이 된다. 주형으로부터 배출 직후의 응고 슬래그의 온도는, 주형으로부터 낙하하기 직전의 응고 슬래그의 온도와 거의 동일한 것으로 생각되므로, 도 6 중에 있어서는 「주형으로부터 배출 직후」라고 표기하고 있다.

주형으로부터 배출 직후의 응고 슬래그에서는, 주형 접촉면, 대기면의 온도는 저하되지만, 내부의 온도는 높은 상태가 되어 있다. 이 상태에서 응고 슬래그를 유지 용기 내에 낙하시키고, 차례차례로 적층하여 퇴적시키면, 퇴적층 내부의 슬래그는 보온 상태가 되므로, 시간 경과에 수반하여 슬래그 내부의 열이 응고시의 주형 접촉면측 및 대기측으로 전도되어, 슬래그 전체가 균일한 온도 분포에 가까워진다. 3 분 후의 온도 분포 계산 결과를 도 6 의 파선으로 나타내었다. 본 조건에서는, 한 번 저하된 주형 접촉면의 온도도 상승하여 1000 ℃ 정도의 온도가 되고 있다.

본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에서는, 응고 슬래그를 주형으로부터 낙하·배출시킨 후에, 주형 접촉면을 포함한 응고 슬래그의 슬래그 표면의 일부 또는 전체면의 표면 온도를 900 ℃ 이상으로 상승시켜 5 분간 이상 유지하는 것을 필수로 한다. 이것은, 주형으로부터 배출시키는 응고 슬래그의 슬래그 두께 방향 평균 온도를 900 ℃ 초과로 하고, 이 응고 슬래그를 피트 (19) 또는 응고 슬래그 유지 용기 내에서 적층시킴으로써, 새로운 가열원을 사용하지 않고 실시 가능한 것을 확인하였다.

＜슬래그 적층에 의한 온도＞

응고 슬래그 자체의 함열량에 의해 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상으로 상승시키는 것은, 응고 슬래그의 응고 두께, 주형을 반전시켜 응고 슬래그를 낙하시킬 때까지의 슬래그의 냉각 시간, 및 응고 슬래그 유지 용기 내에서의 유지 시간 등의 조건을 적절히 선택함으로써 실현된다. 이 점을 이하에 구체적으로 설명한다.

예를 들어, 용융 슬래그의 주형 주입후의 냉각 시간을 2 분간, 최후의 응고 슬래그가 낙하하여 수용되고 나서의 응고 슬래그 유지 용기 내에서의 유지 시간을 3 분간 (180 초) 으로 했을 경우에 대해, 슬래그 두께의 평균치와 응고 슬래그 유지 용기 내의 슬래그 퇴적층 내의 슬래그 표면 온도의 관계를 도 7 에 나타낸다.

적외선 서모그래피를 이용하여, 응고 슬래그 유지 용기 상부로부터 응고 슬래그의 온도를 측정하고, 표층의 응고 슬래그가 아니라, 표층의 응고 슬래그의 간극으로부터 측정되는, 표층의 응고 슬래그 아래에 있는 응고 슬래그 (이하, 「표층 하의 응고 슬래그」라고 칭하는 경우도 있다) 의 표면 온도를 도 7 에 플롯하였다. 이 표층 하에 존재하는, 시험한 평균 두께가 22 ㎜ 이상인 응고 슬래그의 표면 온도는 어느 측정치도 900 ℃ 를 초과하고 있었다. 도 7 의 가로축의 슬래그 두께는 표층 부근의 슬래그의 두께를 냉각 후에 측정한 값의 평균치이다.

한편, 실선으로 나타낸 것은, 응고 슬래그의 주형 접촉면에서의 온도의 계산치이고, 주형으로부터 배출 직후의 온도와, 응고 슬래그 유지 용기 내에서 표층 하의 응고 슬래그로서 3 분 (180 초) 유지한 후의 온도이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 3 분 유지한 후의 응고 슬래그의 주형 접촉면에서의 온도 계산치는, 평균 두께가 20 ㎜ 이상이면, 900 ℃ 를 초과하고 있고, 평균 두께가 커질수록, 주형 접촉면에서의 온도는 높아지는 것을 알 수 있었다.

유지 용기 내에서 적층된 표층 하의 응고 슬래그의 표면 온도의 측정치는, 계산 결과와 마찬가지로 슬래그 두께가 클수록 높아지는 경향이고, 시험한 평균 두께가 22 ㎜ 이상인 응고 슬래그는 모두 3 분 후에는 900 ℃ 이상이 되어 있었다. 즉, 표층 하의 응고 슬래그의 표면 온도 측정치는 계산 결과와 잘 일치하고 있고, 계산 결과 및 실측치로부터, 평균 두께가 20 ㎜ 이상인 응고 슬래그를 적층시킴으로써, 3 분 후에는 응고 슬래그의 표면 온도를 900 ℃ 이상으로 할 수 있는 것을 확인하였다.

또한, 응고 슬래그의 표면 온도를 상승시키기 위한 열원을 응고 슬래그 자체의 함열량만으로 하는 경우에는, 외부에 대한 방열의 영향을 작게 하기 위해서, 응고 슬래그 유지 용기 내에 적층하여 수용하는 응고 슬래그의 양은 어느 정도의 양을 확보할 필요가 있다. 구체적으로는, 5 톤 이상, 보다 바람직하게는 10 톤 이상의 응고 슬래그를 1 m 이상의 두께로 적층하여 수용하는 것이 바람직하다.

금속제의 주형으로 주조한 판상 응고 슬래그는, 서랭 슬래그에 비해, 평균적인 응고 속도가 큰 점에서, 결정립이 작은 경향이 있고, 또, 후술과 같이, 주형 접촉면 근방의 잔류 응력 (residual stress) 이 완화·해소됨으로써, 서랭 슬래그보다 강도 특성이 우수한 재질이 얻어진다.

또, 본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조한 응고 슬래그는, 후술하는 정의의 낙하 강도 (Shatter Index) 가 70 ％ 이상이고, 본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해, 낙하 강도 (Shatter Index) 가 70 ％ 이상인 고강도의 판상의 응고 슬래그가 얻어진다. 또, 낙하 강도가 70 ％ 이상인, 금속제 주형으로 주조한 판상의 응고 슬래그를 이용함으로써, 이것을 파쇄, 분급하여 콘크리트용 조골재 등의 슬래그 제품을 제조하는 경우의 제품 수율이 향상된다.

또한, 본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조한 응고 슬래그를 파쇄, 분급하여 얻은 조골재에서는, 후술하는 방법으로 측정한 평균 압축 강도가 100 N/㎟ 이상인 콘크리트용 조골재가 얻어져, 고강도 콘크리트를 제조하는 경우의 조골재 원료로서 적합하다.

실시예

본 발명의 작용 효과에 대해, 구체적인 실시예에 기초하여 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 도 1 에 나타낸 장치를 이용하여 응고 슬래그를 제조하였다. 주형 (5) 은 평면에서 볼 때 사다리꼴 형상의 주강제 (鑄鋼製) 로, 그 두께를 45 ㎜ 로 하고, 사다리꼴의 윗변에 상당하는 주형의 외법 치수 (outer dimension) 를 0.7 m, 사다리꼴의 아랫변에 상당하는 주형의 외법 치수를 1.0 m 로 하고, 사다리꼴의 높이에 상당하는 주형의 외법 치수를 2.7 m 로 하였다. 또, 용융 슬래그를 흘려 넣는 주형 (5) 의 오목부 (5a) 의 깊이를 100 ㎜ 로 하였다. 주형 (5) 을 주회 이동 기구 (7) 에 의해 주회 반송하고, 주회 반송하는 반송 속도는 주형 중심에서 14 m/min 로 하였다.

슬래그가 유입된 부위에 있어서, 주형 (5) 에는, 1360 ℃ 이상 1410 ℃ 이하의 용융 상태의 고로 슬래그를 약 2 ton/min 으로 유입시켰다. 용융 슬래그 (3) 가 흘러 들어간 주형 (5) 은 공랭 이동부 (9) 를 약 120 초간｛공랭 이동부의 길이가 전체 둘레의 2/3 (240 도)｝반송하고, 용융 슬래그 (3) 를 공랭에 의해 응고 슬래그 (18) 로 하였다.

반전 배출부 (11) 에서는 주형 (5) 을 반전시켜, 주형으로부터 박리시킨 응고 슬래그 (18) 를 피트 (19) 에 배치한 응고 슬래그 유지 용기 (22) 에 낙하시켰다. 응고 슬래그 (18) 가 배출된 주형 (5) 을, 반전 이동부 (13) 를 반전 상태인 채로 이동시켜, 냉각 장치 (21) 가 설치되어 있는 부위에서 상하 양면으로부터 냉각수를 분사하여 급랭하였다.

계속해서, 반전 상태인 주형 (5) 을, 재반전부 (15) 에 의해 재반전하여, 다시 원래의 오목부 (5a) 가 상방을 향한 상태로 되돌렸다. 그 후, 되돌려진 주형에 다시 용융 슬래그를 흘려 넣었다. 이상의 공정을 1 회의 슬래그 레이들에 대해 5 주 (周) 반복하여, 15 분간 30 톤의 용융 슬래그를 연속하여 처리하였다.

모든 응고 슬래그가 주형으로부터 낙하한 후, 응고 슬래그 유지 용기 내에서 소정 시간 유지하고, 그 후, 응고 슬래그를 응고 슬래그 유지 용기로부터 슬래그 냉각 플로어에 배출하여 펼치고, 대기 중에서 냉각시켰다.

본 발명예에서는, 용융 슬래그 온도가 1385 ℃, 응고 슬래그 유지 용기 내에서의 슬래그 수용 완료 후의 유지 시간이 10 분, 응고 슬래그의 평균 두께가 25 ㎜ 인 조건으로 하고, 소정의 유지 시간 후 즉시 응고 슬래그 유지 용기로부터 응고 슬래그를 슬래그 냉각 플로어에 배출하여 펼치고, 대기 중에서 냉각시켰다.

비교예에서는, 용융 슬래그 온도가 1380 ℃, 응고 슬래그의 평균 두께가 23 ㎜ 인 조건으로 하고, 주형으로부터 피트에 응고 슬래그를 낙하시켜, 모든 응고 슬래그가 주형으로부터 낙하한 후, 즉시 셔블카로 응고 슬래그를 피트로부터 반출시켜 슬래그 냉각 플로어에서 냉각시키고, 다음의 슬래그 레이들 내의 용융 슬래그의 처리에 대비하였다. 비교예에 있어서, 냉각 후에 응고 슬래그의 응고 두께를 측정하면 20 ∼ 26 ㎜ 이고, 평균 두께는 23 ㎜ 였다. 주형 접촉면의 유리질의 존재율에 대한 응고 두께의 영향은 20 ∼ 26 ㎜ 의 범위는 아니었다.

냉각 후의 응고 슬래그에 있어서, 응고시의 주형 접촉면의 유리질 부분의 비율을 평가함과 함께, 슬래그의 낙하 강도를 평가하였다.

먼저, 본 발명예에 의해 제조된 응고 슬래그 중에서 주형 접촉면에 유리질이 없는 것 (결정질인 것) 을 육안에 의해 선별하고, 한편, 비교예에 의해 제조된 응고 슬래그 중에서 주형 접촉면이 유리질인 것을 육안에 의해 선별하여, 낙하 시험을 실시하였다.

도 8, 도 9 가 시험 결과를 나타내는 사진이고, 도 8 의 (a) 는 본 발명예의 시험 전, 도 8 의 (b) 은 본 발명예의 낙하 시험 후의 상태를 각각 나타내고, 도 9 의 (a) 는 비교예의 시험 전, 도 9 의 (b) 는 비교예의 낙하 시험 후의 상태를 각각 나타내고 있다.

응고 슬래그의 주형 접촉면 부분이 유리질이 되어 있는 비교예의 응고 슬래그에서는, 도 9 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 낙하에 의해 전체가 잘게 부서졌다. 이것은, 응고시에 큰 온도 구배로 되어 있는 표면 근방에 큰 잔류 응력이 발생하고 있는 점에서, 1 m 낙하 정도의 비교적 작은 충격으로도 파괴되기 쉽기 때문이다.

한편, 본 발명에 관련된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조한 응고 슬래그에서는, 도 8 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 낙하에 의해 단부가 이지러질 정도로 전체가 부서지는 경우는 거의 없어, 고강도의 판상의 응고 슬래그가 되어 있었다. 이것은, 주형 접촉면의 유리질 부분이 결정화될 때에, 표면 근방의 잔류 응력이 완화 혹은 해소되기 때문이다.

낙하 강도 (Shatter Index) 는, 이하에 설명하는 방법으로 측정하였다. 낙하 강도 시험의 장치는, JIS M 8711 철광석 소결광-낙하 강도 시험 방법에 기재되는 장치를 사용하였다. 40 ∼ 100 ㎜ 의 판상 응고 슬래그의 샘플 (메시 (sieve opening) 이 100 ㎜ 인 체를 통과하고, 메시가 40 ㎜ 인 체를 통과하지 않는 판상 응고 슬래그의 시료；약 3 ㎏) 을 사용하여, 2 m 의 높이로부터 4 회 낙하시키는 낙하 시험을 실시하였다. 낙하 시험 후에, 40 ㎜ 이하로 부서지지 않은 비율 (메시 40 ㎜ 인 체를 통과하지 않는 시료의 질량 비율) 을 구하고, 이 비율을 낙하 강도 (Shatter Index) 로 하였다. 그 밖의 시험 조건에 대해서는, 소결광의 시험 방법인 JIS M 8711 철광석 소결광-낙하 강도 측정 방법에 준하였다.

판상 슬래그의 낙하 강도 (Shatter Index) 는, 하기의 (4) 식에 의해 산출하였다.

S (％) = A/B × 100…(4)

S；40 ㎜ 이상으로 판정된 판상 슬래그의 낙하 강도 (Shatter Index)

A；시험 후의 40 ㎜ 이상의 질량 (㎏)

B；시험 전의 40 ∼ 100 ㎜ 의 시료의 질량 (㎏)

주형 접촉면의 유리질 부분의 비율과 낙하 강도 S 의 관계를, 본 발명예와 비교예로 비교한 결과를 도 10 에 나타내었다. 본 발명예에서는, 유리질 부분의 비율이 비교예의 52 면적％ 에서 9 면적％ 로 저하되고, 낙하 강도 S 는 비교예의 46 ％ 에서 89 ％ 로 향상되었다.

상기의 결과로부터, 유리질 부분의 결정화에 의한 응고 슬래그의 강도 개선을 효과적으로 실시하기 위해서는, 응고 슬래그의 표면 중, 응고시에서의 주형 접촉면의 80 면적％ 이상, 보다 바람직하게는 90 면적％ 이상에 대해, 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 즉, 응고 슬래그의 응고시에서의 주형 접촉면의 80 면적％ 이상, 보다 바람직하게는 90 면적％ 이상을 결정질로 하는 것, 바꾸어 말하면, 응고 슬래그의 주형 접촉면의 유리질 부분의 면적 비율을 20 면적％ 미만, 보다 바람직하게는 10 면적％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기와 같이 하여 제조된 본 발명예 및 비교예의 응고 슬래그를 콘크리트 조골재로 하기 위해서, 판상의 응고 슬래그 10 톤을, 임펙트 크러셔를 이용하여 파쇄하였다. 그리고, 파쇄한 슬래그를 20 ㎜, 5 ㎜ 의 체로 분급하였다. 이로써, 20 ∼ 5 ㎜ 의 콘크리트용 조골재를 제조하였다.

원료로 한 응고 슬래그에 대한 20 ∼ 5 ㎜ 의 조골재 제품의 수율의 결과를, 본 발명예와 비교예로 비교하여 도 11 에 나타낸다. 본 발명예의 조골재 제품의 수율은 71 ％ 이며, 비교예는 65 ％ 였다. 요컨대, 본 발명예는 비교예의 조골재 제품의 수율보다 6 ％ 높았다.

본 발명예의 조골재의 흡수율을 측정하면 0.9 ％ 로, 종래의 고로 서랭 슬래그 조골재의 흡수율인 3 ∼ 4 ％ 에 비해 현저하게 작아, 천연 골재와 동등한 것이 얻어졌다.

또, 본 발명예 및 비교예의 슬래그 조골재의 압축 강도를 비교하였다. 압축 강도 측정용의 샘플은, 평탄면을 포함한 큰 조골재 입자로부터, 이 평탄면을 바닥면으로 하여 다이아몬드 커터로 10 ㎜ × 10 ㎜ × 10 ㎜ 의 사이즈로 잘라내고, 암슬러식 압축 시험기 (universal testing machine) 를 이용하여 각 6 개의 시료에 대해 압축 강도를 측정하였다.

비교예의 조골재로부터 채취한 시료의 압축 강도는, 평균치가 50 N/㎟, 최저치가 10 N/㎟ 으로, 매우 편차가 커, 매우 강도가 낮은 조골재 시료가 존재하였다. 이에 대하여, 본 발명예의 조골재로부터 채취한 시료의 압축 강도는, 평균치가 167 N/㎟, 최저치가 80 N/㎟ 으로, 안정적이고 높은 압축 강도가 얻어졌다.

본 발명예 및 비교예의 슬래그 조골재를 사용하여 콘크리트를 배합하여 특성을 평가하였다. 본 발명예의 조골재를 배합한 프레시 콘크리트와 비교예의 조골재를 배합한 프레시 콘크리트에서 블리딩량을 비교하였다. 조사 결과를 도 12 에 나타낸다. 유리질 표면이 적은 본 발명예에서는, 유리질 표면이 많은 비교예보다 블리딩량이 작아졌다.

다음으로, 각각의 조골재를 사용하여, 고강도를 지향한 물시멘트비 (water-cement ratio) 가 35 ％ 인 배합으로 콘크리트를 반죽하고, 압축 강도 측정용의 공시체를 제조하여, 28 일 강도를 비교하였다. 비교를 위해서, 시판되는 천연 석회석을 조골재에 사용한 공시체도 동일하게 제조하여 평가하였다.

비교예의 조골재를 사용한 콘크리트에서는 28 일 강도가 53 N/㎟ 인 것에 대해, 본 발명예의 조골재를 사용한 콘크리트에서는 75 N/㎟ 였다. 천연 석회석의 조골재를 사용한 콘크리트의 28 일 강도가 72 N/㎟ 로, 본 발명예의 조골재를 사용한 콘크리트는 천연의 석회석의 조골재를 사용한 콘크리트보다 높은 압축 강도가 얻어졌다. 따라서, 본 발명예의 조골재는, 고강도 콘크리트용의 조골재로서 적합한 재료라고 할 수 있다.

1 : 응고 슬래그 제조 장치
3 : 용융 슬래그
5 : 주형
5a : 오목부
7 : 주회 이동 기구
9 : 공랭 이동부
11 : 반전 배출부
13 : 반전 이동부
15 : 재반전부
17 : 재반전 이동부
18 : 응고 슬래그
19 : 피트
20 : 통
21 : 냉각 장치
22 : 응고 슬래그 유지 용기
23 : 슬래그 레이들
24 : 슬래그 냉각 플로어

Claims

용융 상태의 고로 슬래그를, 이동하는 금속제의 주형에 흘려 넣어 냉각시키고, 상기 주형 내에서 판상이 되도록 응고시키는 슬래그 응고 공정과, 상기 주형 내에서 내부까지 응고시킨 슬래그를, 상기 주형을 반전시켜 주형으로부터 낙하시키는 슬래그 낙하 공정과, 표면 온도가 900 ℃ 미만으로 저하된 낙하한 슬래그의 슬래그 표면의 일부 또는 전체면의 표면 온도를 가열원을 추가하지 않고, 낙하한 슬래그 자체가 보유하는 열량에 의해 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 슬래그 온도 유지 공정을 갖는 응고 슬래그의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 주형 내에서 판상이 되도록 응고시킨 고로 슬래그의 두께가 20 ㎜ 이상 30 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 응고 슬래그의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 슬래그 온도 유지 공정은, 상기 주형으로부터 낙하시킨 응고 슬래그의 표면 중, 응고시에 있어서의 주형 접촉면의 80 면적％ 이상에 대해, 슬래그 표면 온도를 900 ℃ 이상에서 5 분간 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 응고 슬래그의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 슬래그 온도 유지 공정은, 상기 주형으로부터 낙하시킨 응고 슬래그를, 슬래그 두께 방향 평균 온도가 900 ℃ 초과에서 적층시키는 것을 특징으로 하는 응고 슬래그의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 슬래그 온도 유지 공정은, 상기 주형으로부터 낙하시킨 응고 슬래그를, 그 낙하 위치로부터 반출 가능한 유지 용기 내에 적층시키는 것을 특징으로 하는 응고 슬래그의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법에 의해 제조한 응고 슬래그로서, 메시 100 ㎜ 의 체를 통과하고, 메시 40 ㎜ 의 체를 통과하지 않는 슬래그 시료를, 2 m 의 높이로부터 4 회 낙하시키는 낙하 시험 후에, 메시 40 ㎜ 의 체를 통과하지 않는 시료의 낙하 시험 전의 시료에 대한 질량 비율로 평가하는 낙하 강도 (Shatter Index) 가 70 ％ 이상인 응고 슬래그.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 응고 슬래그의 제조 방법을 포함하는 응고 슬래그 제조 공정과, 제조된 응고 슬래그를 파쇄하는 응고 슬래그 파쇄 공정과, 파쇄된 응고 슬래그를 분급하는 분급 공정을 구비하는 콘크리트용 조골재의 제조 방법.
제 7 항에 기재된 콘크리트용 조골재의 제조 방법에 의해 제조한 콘크리트용 조골재로서, 평균 압축 강도가 100 N/㎟ 이상인 콘크리트용 조골재.