KR19980063560A

KR19980063560A - 소각회로부터 콘크리트용 인공골재의 제조방법 및 그 제조장치

Info

Publication number: KR19980063560A
Application number: KR1019970056976A
Authority: KR
Inventors: 다카이기요시
Original assignee: 히로오카다카시; 라사쇼지가부시키가이샤; 고이케신키치; 다이헤이요긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1998-10-07
Also published as: DE19755118A1; JPH10167783A; JP3717018B2; KR100227003B1; DE19755118B4

Abstract

본 발명에 따르면, 소각회와 비회(fly ash)를 환원용융하기 전에, 용융슬랙중 MgO이 5%내지 20%의 범위에 있는 목표함유량 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록 MgO를 함유하는 슬랙 생성을 촉진하는 플럭스를 첨가한다. 조합된 원료에 미분탄(23)을첨가함으로써, 분말 콕크를 생성시키는 동시에, 원료를 예열 및 탈가스시키고, 원료의 일부를 환원한다. 사전처리된 원료(7)를 환원용융함으로써, 원료중의 Fe계 산화물은 환원하여 용융선철(5)이 된다. 다른 중금속류 및 환원가능한 산화물을 환원하여 생긴 원소가, 용융선철에 용해한다. 동시에, 가스함유율이 낮고 중금속류등을 포함하지 않는 용융슬랙(6)이 생성된다. 용융슬랙을 응고하여 열처리하면, 재결정화한 치밀한 조직의 인공사리(64)가 된다. 따라서, 쓰레기소각회나 비회(fly ash)의 용융슬랙으로부터, 무해화되고 또한 치밀하게 재결정화한 콘크리트용 인공골재를 제조할 수 있다.

Description

소각회로부터 콘크리트용 인공골재의 제조방법 및 그 제조장치

본 발명은, 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이며, 상세하게는 생활쓰레기, 하수구정물, 산업폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나 하수 구정물 건조분을 용융하여, 이들의 소각회등으로 포함되는 중금속류나 환원가능한 산화물을 용융환원하여 제거함과 동시에, SiO₂등의 광물질을 주성분으로 하는 용융슬랙을 생성하고_,이 용융슬랙에서 유해물질이나 중금속류를 가급적으로 포함하지 않는 천연사리(gravel)나 천연사(sand)에 극히 가까운 조성의 콘크리트용 인공골재를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다_.

가정에서 나오는 쓰레기나 산업폐기물은 소각하는 것에 의하여 감용화(減容化)되고, 하수 구정물등은 건조분으로 된다. 쓰레기 소각회나 건조분은, 통상 매립지등에 폐기된다. 그러나 투기지의 용량에도 한계가 있어, 한층 더 감용화시키거나 재자원화하려는 노력을 들이게 되었다. 최근에는, 자원의 리싸이클화의 관점에 선 연구가 진행되어, 예를 들어 퇴비화나 유가물의 회수라는 것이 행해지고 있다. 또한, 쓰레기나 산업폐기물의 소각회 내지 하수 구정물 건조분인 용융슬랙으로부터, 건축토목자재를 재생하는 것도 주목을 받고 있다. 이와 같은 재자원화에는, 무해화처리(innocuitization)가 중요하다.

소각회나 건조분(이하, 통틀어 소각회라고 한다)을 1,500℃이상으로 융용하면, 소각회안의 가연물이 연소하여 다이옥신은 완전히 분해하는 점, 중금속류는 유리질의 슬랙중에 갇힌다는 점, 소각회를 1/3이하로 감용할 수 있는 점등의 이점을 들 수 있다. 이와 같은 용융처리에 의하면, 소각회중의 무기분도 융액이 되어, 이 융액을 냉각하면 응고된슬랙이라고 할 수 있다.

슬랙은 노반재(路盤材)나 건축토목용골재로서 사용되거나, 타일이나 장식품으로 가공된다. 이들 재생품에는, 무해화나 화학적물리적 안정성이 요구된다. 근년에서는 용융슬랙을 생성히켜 무해화한 인공골재를 제조하는 방법이나 장치가 여러 종류 제안되고 있다. 소각회의 대표적인 용융법으로서는, 전기용융방식, 연료연소용융방식 및 직접용융방식이 있다. 후자의 두가지는 산화성분위기에서 용융시키므로 설명을 생략한다. 전자에서는, 전기저항로, 저주파유도로, 아크로, 플라즈마로등이 사용된다.

전기저항식용융로에서는, 소각회에 전류를 흘려서 발생한 쥬르열에 의하여 소각회가 용융된다. 저주파유도식 용융로에서는, 유도코일의 전자유도작용에 의하여 가열된 용융선철에 접촉시켜, 소각회가 용융된다. 아크식용융로에서는, 전극간의 하전에 의하여 발생된 아크열로, 소각회가 용융된다. 플라즈마식 용융로에서는 방전에 의하여 발생된 고온 플라즈마와 고압가스로부터 이루어지는 플라즈마제트로 소각회가 용융된다.

그런데, 소각회를 용융한 때의 슬랙의 주성분은, CaO, SiO₂, Al₂O₃, FeO, MgO이다. FeO 및 MgO는 비교적 적으므로, 슬랙을 CaO-SiO₂-Al₂O₃의 3원계로 간주할 수가 있다. Al₂O₃이 많은 슬랙은, 융점이 매우 높고, 점성도 크다. 이와 같은 슬랙은 유동성이 낮고 화로로부터의 출재는 곤란하며, 또한 재결정화도 쉽지않다. 슬랙융점이 높아지지 않는 범위의 양의 석회석을 슬랙에 첨가하면, 슬랙의 유동성은 개선된다. 그러나 CaO의 함유량이 많은 슬랙은 소화하기 쉬우며, 오랜 기간에 걸친 화학적 물리적 안정성을 갖지 않는다. 그렇기 때문에, CaO를 많이 포함하는 슬랙은, 높은 기계적 강도가 요구되는 콘크리트용 인공골재로서는 부적절하다.

한편, 슬랙의 염기도(CaO와 SiO₂의 중량비)가 낮으며, 용융슬랙의 점성은 높아지고 재결정화가 진행되기 어렵다. 염기도가 낮으면, 슬랙융점은 높아지고, 융점을 위한 에너지소비량이 증대한다. 따라서 용융로안의 슬랙의 염기도가 낮을 때에는 CaO를 첨가하고, 염기도가 높을 때에는 SiO₂를 첨가하여 염기도가 0.6내지는 1.5가 되도록 조정된다_.

전기용융로내의 슬랙 융점을 저하시키며 또한 유동성을 개선한 기술이_,특개 평4-354575호 공보나 특개 평4-358584호 공보에 기술되어 있다. 전자는, 금속용탕위에 투입된 소각회를 아크열에 의하여 용융할 때, 용융슬랙의 점성이 높아지지 않도록 용융슬랙에 FeO를 첨가하는 것을 개시하고 있다. 후자는, 금속용탕의 표면 및 용융슬랙의 표면을 산화성 분위기로 함으로써, 용융슬랙중에 FeO를 생성시키는 것을 개시하고 있다.

상기 두 조작에 의하면, 슬랙에 잔존하는 5% 내지 20%의 FeO에 의해, CaO-SiO₂-Al₂O₃-FeO게를 형성시킬 수 있다. 이러한 슬랙의 융점은 낮고 슬랙의 유동성도 개선된다. 그러나, FeO 를 포함하는 4원계로 개질된 용융 슬랙을 수쇄하면 비정상적으로 취약한 비정질 입상 슬랙이 된다. 한편, 그 용융 슬랙을 제거한 경우는, 용융슬랙중에 FeO 슬랙의 재결정화를 저지하고, 슬랙이 천연석과는 크게 다른 성질이나 조직의 응고물이 된다. 물론 FeO가 많은 슬랙은, 콘크리트용 골재의 인성을 확보하기 위해 요구되는 FeO가 3%이하라는 규정을 만족할 수가 없다.

Fe등의 중금속을 많이 포함하는 슬랙은, 그 중금속이 언젠가는 용출하므로 불안정하다. 이와 같은 슬랙은 유해할 뿐만 아니라, 슬랙중 금속류의 재자원화를 도모할 수가 없다. 또한, 용융슬랙중에 FeO가 많으면, 전기용융로의 노상부가 출재고근방의 라이닝이 슬랙에 의하여 침시되어, 화로의 수명이 짧아진다.

이하 소각회의 용융슬랙에 대하여 보다 상세히 설명한다. 스토커식 쓰레기소각로나 유동상식 쓰레기소각로에서는, 소각회가 과잉한 산소가 존재하는 분위기에서 연소되므로, 산화반응이 지배적이 된다. 따라서, 생성된 소각회는, 산화물(SiO₂, CaO, Al₂O_3,MgO, FeO, 중금속류의 산화물, 유해불순물 As, Bi등의 산화물)이 잔류하는 재의 집합이다. 이 소각회에는 통상 Cl의 화합물류도 포함된다. 이와같은 소각회를 버너로, 전기아크로, 플라즈마용융로등에 있어서 산화성분위기로 용융하면, 용융슬랙도 산화물의 형태를 유지한다.

물론, 소각회중 중금속류나 유해불순물류는, 생성된 슬랙에 녹아들어가 잔류한다. 이것을 〔중금속류나 유해불순물류를 슬랙에 봉해버렸다〕고 일반적으로 칭한다. 용융슬랙중에 존재하는 산화력이 강한 FeO, Fe₂O₃는 슬랙중에서도 가장 강력한 산화제로서 작용하므로_,슬랙은 중금속류나 유해불순물류의 산화물을 포함한 더러운 것이 된다_.그러나 중금속류나 유해불순물류는 슬랙에서 언젠가는 용출하여 환경파괴를 초래한다_.중금속류로서는 Cu, Cr, Ni, Zn, Pb가 있으며, 유해불순물류로서는 P, As, Bi, Cd, Hg등을 들 수 있다.

직류저항식용융로를 이용하여 FeO를 소각회로부터 분리하는 시도가 있다. 이 용융로는, 전극봉이 플라스극이며, 화로밑바닥이 마이너스극이 되어 있는 구조이다. 소각회중의 FeO가 전해되어 생긴 Fe⁺는 마이너스극으로 이동하므로, 환원제를 사용하지 않아도 용융슬랙에서 FeO를 제거할 수 있다는 원리에 바탕을 두고 있다.

그러나 화로내가 완전한 환원성분위기가 아니므로, 전해되지 않았던 FeO가 소각회중에 잔존하여, 용융슬랙에 3%내지 4%의 FeO가 포함된다. 한편, 용융철은 0.03%내지 0.05%C의 순철이 되므로, 출탕을 위하여 1,650℃이상의 가열이 요구된다. 이와 같은 용융로에서는 대전류가 필요하며, 두꺼운 전극이 구비되어 있어야한다. 또한 라이닝의 손상이 빠르고, 연속운전이나 용량이 큰 대형로의 실현은 불가능하다.

그런데, 융용슬랙을 응고시키는 종래기술에 있어서는, 슬랙조성을 가급적 완전히 재결정화시키는 처리가 실시되고 있지 않다. 그 응고슬랙은, 천연석과는 다른 비정질부분을 많이 포함한다. 이것은 융용슬랙의 유동성을 개선하기 위하여 FeO나 CaO를 첨가하거나, 슬랙융점의 저하를 촉진하기 위하여 SiO₂를 배합하고 있기 때문이다. 따라서, 다원계상 평형상태에 있어서의 공정(共晶)응고현상을 고려한 열처리가 불가능하다. 비정질(유리질)인 슬랙은, 건축자재로서의 양질인 콘크리트용 인공골재에 적용할 수가 없고, 노반재나 녹농지화의 자재로서 이용할 수 있는 것에 지나지 않는다.

덧붙이면, 특개 평4-139040호 공보에는, 금형에 주입된 용융슬랙을 콘베어로 반송하면서 공냉함으로 인하여, 슬랙브록을 주조하는 장치가 개시되어 있다. 그러나 용융슬랙이 금형의 메탈면에 접촉할 때의 초기냉각속도의 제어가 곤란하므로, 급격이 냉각시킨 슬랙은 비정질화하여, 방향성이 있는 취약한 조직이 된다.

용융슬랙을 생성하기 위하여 용융로에 장입된 소각회는, 미세한 재가 응집한 다공물질이며, 또한 가스, 수분, 휘발물질로부터 일제히 방출되어, 또한 휘발물질도 연소한다. 그 결과, 용융하고 있지 않은 소각회를 교란하는 돌비현상이 발생한다. 소각회의 차근차근한 용융뿐만이 아니라 소각회의 연속장입도 방해를 받아, 용융로의 연속적인 자동조업이나 자동제어가 저해된다.

그런데, 쓰레기소각이나 금속정련등에 있어서는, 비가스의 처리공정에서 비회가 포집된다. 쓰레기를 소각한 경우, 소각회의 발생량/비회의 발생량=3/1이며, 비회의 양은 무시할 수가 없다. 비회는, Pb, Zn의 저비점중금속과, NaCl, KCl등의 염류와, 비가스처리에 이용된 건식석회 및 석회생성물과, 더스트와의 혼합물이다. 통상, 비회는 폐기처리를 위하여 용융된다. 킬레트제로 처리된 용융비회는, 시멘트로 고화된 후 매립처분된다. 비회로부터의 유용금속이나 염류의 회수가 가능성임에도 불구하고, 폐기되어 있는 것이 현상이다.

쓰레기나 산업폐기물의 처리에 있어서, 다량의 플라스틱 폐재도 발생한다. 폐플라스틱에는 휘발성분이 포함되므로, 폐기처리는 용이하지 않는다.

비회의 단체처리는 어려우나, 소각회에 섞어서 용융처리할 수 있는 것은 알려져 있다. 소각회를 용융할 때애 비회를 가한 경우, 비회는 알카리염류를 포함하여 소각회보다 융점이 낮으므로, 소각회보다 빨리 비회가 용융하여 응집한다. 소각회에서 분리된 용융비회층은 화로내 발생가스의 부상을 방해하므로, 층아래에 고인 가스가 돌비현상을 조장한다. 비회를 용융로에 장입하는 것은, 슬랙생성 플랜트의 자동화운전을 점차 저해한다.

돌비(突沸)현상의 규모는, 화로용량이 크게 되면 될수록 크게 된다. 전기로에 장입된 원료가 방출가스에 의하여 교란되면, 원료중의 산화물과 반응하여 전극의 소모가 격심하게 된다. 전극의 선단근방이 소손하여 국부적으로 가늘어지고, 전극의 하단부가 원료내에 떨어지면, 아크가 탈락전극과 단결한다. 국부가열이 발생하면, 화로조업은 불가능해진다.

장입원료가 심하게 교란되면, 용융슬랙의 생성으로 소비되는 전력량이 증대함과 동시에 조업시간도 길게 된다. 원료에서 방출된 가스가 용융슬랙에 혼입하므로, 응고슬랙에도 기포가 잔류하여, 치밀한 인공골재가 얻어질 수 없다.

덧붙이면, 일반적인 생콘용 골재의 입도배분은, 25mm가 70%, 10mm가 30%이다. 토목용 생콘으로는, 40mm가 40%, 20mm가 30%, 10mm가 30%이다. 그때문에 건축토목용 생콘에 제공하는 인공골재로 하기 위해서는, 4mm내지 40mm 바람직하게는 5mm내지 25mm지름의 슬랙을 제조하는 것이 좋다.

건축토목에는, 천연모래에 가까운 인공골재가 요구되는 일도 있다. 특개 소64-52637호 공보에는, 회전우근에 의하여 로타리프드안으로 받아나가떨어진 용융슬랙에, 물미스트를 산포하는 입화법이 개시되어 있다. 특개 소63-50351호 공보에는, 압축공기로 비산시킨 용융슬랙을 분사공기로 냉각하는 입화법이 개시되어 있다. 특개 평8-133800호 공보에는, 물로 식힌 회전 드럼내에 용융슬랙을 분사하는 입화법이 개시되어 있다.

어느 입화법에도, 재결정화가 용이한 무해화가 도모된 용융슬랙을 생성하는 방법이 개시되어 있지 않다. 따라서 입화된 슬랙은 냉각시에 비정질화하여, 또한 중금속류나 유해물질을 포함한 채 있게 된다. 이 인공골재는, 천연모래와는 현저히 틀린 화학적 물리적성질을 가지며, 기계적 강도가 요구되는 콘크리트용 인공골재로서는 부적절하다.

본 발명의 제1목적은, 가급적이면 저융점이며 공정응고하는 조성을 가진 SiO₂등을 주성분으로 하는 용융슬랙을 생성함으로써_,콘크리트용 인공골재의 조건인 FeO의 함유율 3%이하가 달성됨과 동시에, 가스함유율이 극히 낮은 조직의 치밀한 재결정화한 콘크리트용 인공골재를 제조할 수 있도록 하는 것이다.

제2의 목적은, 인공골재에 있어서의 유해물질의 함유율을 가급적 적게하고, 화학적 안전성을 높인 크린한 슬랙을 얻는 것이다. 덧붙여서, 용융슬랙중의 환원용이한 금속성분을 분리하는 것에 의하여, 금속자원의 재이용을 가능하게 하는 것이다.

제3의 목적은, 소각회의 용유에 투립한 에너지의 방산을 적게 하는 것에 의하여, 용융슬랙의 재결정화에 요하는 에너지의 절감을 도모하는 것이다.

제4의 목적은, 산업폐기물로서의 비회의 재이용을 가능하게 하는 것이다. 덧붙이면, 용융로에 있어서의 폭발적인 돌비현상의 발생을 억제함으로써, 장입원료의 차근차근한 환원반응의 진행을 실현하고, 로체로 원료를 연속장입할 수 있는 인공골재 제조 플랜트의 자동화를 가능하게 하는 것이다.

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소각회로부터 콘크리트용 인공골재를 제조하는 방법의 전체 순서도,

제 2 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 콘크리트용 인공골재 제조방법의 후반부의 순서도,

제 3 도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조장치의 전반부의 계통도,

제 4 도는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 제조장치의 후반부의 계통도,

제 5 도는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 콘크리트용 인공골재의 제조장치의 후반부의 계통도,

제 6 도는 본 발명에 따른 EK식 로타리킬른의 종단면도,

제 7 도는 제6도의 Ⅶ-Ⅶ선 실시 단면도,

제 8 도는 서브머지드-아크(Submerged-arc) 직류저항로의 단면도,

제 9(a)도는 플러스전극의 전면도,

제 9(b)도는 플러스전극의 사시도,

제 10(a)도는 화로밑바닥에 배치된 플러스전극의 평면도,

제 10(b)도는 전기공급체와 플렉시블 도선의 접속도,

제 11 도는 전로를 구비한 서브머지드아트 직류저항로의 단면도,

제 12 도는 슬랙주조장치의 제1컨베이어의 정면도,

제 13 도는 제1컨베이어에 배열된 금형의 사시도,

제 14 도는 슬랙주조장치의 제2컨베이어의 정면도,

제 15(a)도는 제1컨베이어의 단면도,

제 15(b)도는 제2컨베이어의 단면도,

제 15(c)도는 응고슬랙이 놓여있는 아우터쓰루우(outer through)만으로 이루어지는 금형의 단면도,

제 16도는 서클형상의 컨베이어를 채용한 슬랙주조장치의 단면도,

제 17도는 제 16 도의 ⅩⅦ-ⅩⅦ선실시단면도,

제 18도는 인공사리 제조장치에 있어서의 슬랙 응고설비 이후, 각 장치의 배치도,

제 19 도는 인공사(artificial sand)제조장치에 있어서의 주요장치의 배치도,

제 20 도는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO계의 15%Al₂O₃면의 상평형 다이어그램,

제 21 도는 제 20 도의 요부 확대도,

제 22 도는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO계의 10%Al₂O₃면의 상평형 다이어그램,

제 23 도는 제 22 도의 요부 확대도,

제 24 도는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO계의 20%Al₂O₃면의 상평형 다이어그램,

제 25 도는 제 24 도의 요부 확대도,

제 26 도는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO계의 25%Al₂O₃면의 상평형 다이어그램

제 27 도는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO계의 30%Al₂O₃면의 상평형 다이어그램이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1A…건조장치 1C…평량장치

1D₁…EK식로타리킬른 2A…환원용융로

3A…슬랙주조장치 3B…파쇄장치

3S…풍쇄식응고장치 3a…금형

4A…회전식열처리로 5…용융선철

6…용융슬랙 6s…주조슬랙

6u…주조슬랙입자 6w…사상슬랙

7…원료, 23…미분회 24…폐플라스틱

64…인공사리 76…인공사

본 발명은, 생활쓰레기,하수구정물, 산업폐기물을 소각하여 생긴 소각회나 하수구정물건조분의 용융슬랙에서 인공골재를 제조하는 방법에 적용된다. 그 특징이라 할 점은, 제1도를 참조하여,

(1)소각회나 비회를 120℃내지 250℃로 가열하는 건조공정,

(2)건조된 소각회나 비회 내지 MgO를 포함하는 플럭스를 평량하는 것에 의하여, 이들 원료로부터 생성되는 용융슬랙중 MgO가 5% 내지 20%의 범위에 있어서 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록 원료를 소정배합비율로 하는 혼합공정,

(3)혼합된 원료에 미분회(23)을 첨가함으로 인하여 로체의 약전영역을 700℃ 내지 1,000℃로 유지한 상태에서 미분회로부터 코크분말을 생성시킴과 동시에, 원료의 예열이나 탈가스, 원료의 일부를 환원하는 가열공정,

(4)예열된 원료(7)중의 Fe계산화물을 용융환원하여 용융선철(5)을 생성하고, 이 용융선철(5)에 다른 중금속류 및 환원가능한 산화물을 환원하여 생긴 원소를 용융시킴과 동시에, 가스함유율이 극히 낮고 중금속류등을 가급적으로 포함하지 않는 용융슬랙(6)을 생성하여 용융선철(5)의 상부에 체류시키는 환원용융공정,

(5)용융선철(5)와는 독립하여 출재된 용융슬랙(6)을 금형으로 흘려서 판형상으로 함과 동시에, 그 반송사이에 주조슬랙(6s)을 성형하는 주조공정,

(6)주조슬랙(6s)을 금형으로부터 이형한 후에, 4mm 내지 40mm 바람직하게는 5mm 내지 25mm로 부수는 파쇄공정,

(7)파쇄에 의하여 생긴 주조슬랙입자(6u)을 850℃내지 1,200℃의 분위기 아래에서 전동시켜, 주조슬랙입자중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시킴과 동시에 주조슬랙입자의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 열처리공정을 가지고, 조직의 치밀한 재결정화한 인공사리(64)를 생성시키도록 한 점이다.

청구항2의 발명은, 제2도를 참조하여, 청구항1에 기재한 건조공정, 혼합공정, 가열공정, 환원용융공정에 이어,

(1)용융선철(5)과는 독립하여 출재된 용융슬랙(6)을 기류에 태워 수냉벽에 충돌시켜, 그 수냉벽과의 접촉에 의하여 용융슬랙을 응고시켜 사상슬랙(6w)을 생성하는 응고공정,

(2)사상슬랙(6w)을 850℃내지 1,200℃의 분위기아래에서 전동시켜, 그 사상슬랙중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시킴과 동시에 사상슬랙의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 열처리공정을 가지고, 조직의 치밀한 재결정화한 인공사(76)를 생성하도록 한 점이다.

청구항3의 발명은, 생활쓰레기, 하수구정물, 산염폐기물등을 소각하여 생긴소각회나, 하수구정물 건조분의 용융슬랙으로부터 인공골재를 제조하기 위하여, 소각회에 포함되는 환원이 용이한 Fe, Cr, P등의 산화물을 용융환원하여 용융선철을 생성하고, 가급적으로 저융점이며 또한 고정응고하는 조성을 가진 SiO₂등을 주성분으로하는 용융슬랙을 생성하고 그 용융슬랙으로부터 가스함유율이 극히 낮은 조직의 치밀한 재결정화한 콘크리트용 인공골재를 제조하는 방법에 적용된다^.그 특징으로하는 점은 제1도를 참조하여,

(1)소각회나 비회를, 120℃ 내지 250℃로 가열하는 건조공정,

(2)건조된 소각회나 비회 내지 MgO를 포함하는 플럭스를 평량하는 것에 의하여, 이들 원료로부터 생성된 용융슬랙중의 MgO가 5%내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록, 원료를 소정배합비율로 하는 (1C),

(3)혼합된 원료에 비분회(23)을 첨가하는 것에 의하여 로체의 약전영역을 700℃내지 1000℃으로 유지한 상태에서, 미분회로부터 코크분말을 생성시킴과 동시에, 원료의 예열이나 탈가스, 원료의 일부를 환원하는 가열공정을 가지고, 환원용융할 원료를 사전처리하도록 한 점이다.EK (1D₁)

청구항4의 장치 발명은, 생활쓰레기, 하수구정물, 산업폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나 하수구정물건조분의 용융슬랙으로부터 인공골재를 제조하는 장치에 적용된다. 그 특징으로 하는 점은, 제3도 및 제4도를 참조하여,

(1)소각회나 비회를 120℃ 내지 250℃로 가열하는 건조장치(1A),

(2)건조된 소각회나 비회 내지 MgO를 포함하는 플럭스를 혼합하는 것에 의하여, 이들 원료로부터 생성되는 용융슬랙중 MgO가 5% 내지 20%의 범위에 있어서 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록 원료를 소정배합비율로 하는 평량장치(1C),

(3)혼합된 원료가 장입되어 로체중간위치에서 미분회를 첨가하는 것에 의하여 로체의 약전영역을 700℃ 내지 1,000℃로 유지한 상태에서, 미분회로부터 코크분말을 생성시킴과 동시에, 원료의 예열이나 탈가스, 원료의 일부를 환원하는 EK식 로타리킬른(1D₁),

(4)예열된 원료(7)를 환원용융함으로 인하여, 그 원료(7)안의 Fe계산화물을 환원하여 용융선철(5)을 생성하고, 이 용융선철(5)에 다른 중금속류 및 환원가능한 산화물을 환원하여 생긴 원소를 용융시킴과 동시에, 가스함유율이 극히 낮고 중금속류등을 가급적으로 포함하지 않는 용융슬랙(6)을 생성하여 용융선철(5)의 상부에 체류시키는 환원용융화로(2A),

(5)용융선철(5)와는 독립하여 출재된 용융슬랙(6)을 금형으로 흘려서 판형상으로 함과 동시에 반송하고, 그 반송사이에 주조슬랙(6s)을 응고시키는 슬랙주조장치(3A),

(6)응고한 주조슬랙(6s)을 금형으로부터 이형한 직후에, 4mm 내지 40mm 바람직하게는 5mm 내지 25mm로 파쇄하는 파쇄장치(3B),

(7)파쇄에 의하여 생긴 주조슬랙입자(6u)를 850℃내지 1,200℃의 분위기 아래에서 전동시켜, 주조슬랙입자중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시킴과 동시에 주조슬랙입자의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 회전식열처리화로(4A)를 구비하는 점이다.

청구항5의 발명은, 제3도 및 제5도를 참조하여, 청구항4에 기재한 건조장치(1A), 평량장치(1C), EK식 로타리킬른(1D₁)및 환원용융화로(2A)를 구비함과 동시에,

(1)용융선철(5)과는 독립하여 찌거기가 배출된 용융슬랙(6)을 기류에 태워 수냉벽으로 충돌시켜, 그 수냉벽과의 접촉에 의하여 용융슬랙에서 사상슬랙(6w)을생성하는 풍쇄식응고장치(3S),

(2)사상슬랙(6w)을 850℃내지 1,200℃의 분위기아래에서 전동시켜, 그 사상슬랙중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시킴과 동시에 사상슬랙의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 회전식 열처리화로(4A)를 구비하는 점이다.

청구항1의 발명에 의하면, 소각회나 비회의 환원용융에 의하여, Fe계 산화물 내지 다른 중금속류나 환원가능한 산화물을 포함하지 않고, 가스함유율이 아주 낮은 용융슬랙을 얻을 수 있다. MgO의 첨가에 의하여 용융슬랙의 유동성은 개선되고, 찌꺼기배출이나 주조조작이 용이하게 된다. 덧붙이면, CaO를 과잉하게 첨가하는 일 없이 슬랙융점의 저하를 실현한다. CaO-SiO₂-Al₂O₃의 3원계슬랙이 MgO가 첨가된 4원계로 개질됨으로 인하여, 3원계슬랙의 한정된 공정점의 발생영역이 확대된다. 따라서, 가급적으로 낮은 온도에서 공정응고가능한 용융슬랙을 생성할 수 있다.

4mm내지 40mm 바람직하게는 5mm내지 25mm로 파쇄된 응고슬랙을 열처리하므로, 비정질부분이 완전히 재결정화한 슬랙은 천연사리에 아주 근사한 콘크리트용 인공사리가 된다. 이 인공사리는, 소화성을 동반하는 일없이 화학적으로도 물리적으로도 안정되어 있으며, 중금속류가 용출하지 않는 무해화가 도모되어 인공골재에 필요한 높은 기계적강도를 갖는다.

예열, 건조, 일부환원된 원료를 환원용융하는 점, 용융슬랙이 금방 응고처리되는 점, 고온의 슬랙이 열처리되는 점으로부터, 재결정화슬랙을 제조하기 위해서 소비되는 에너지의 저감이 도모된다. 용융로에 원료의 연속장입이 가능해지므로, 인공골재제조 플랜트의 자동화를 도모할 수 있다.

산업폐기물인 비회가 용융슬랙의 원료나 열원으로서 사용할 수 있다. 비회를 소각회에 첨가하는 경우 생기는 돌비현상은, 건조후의 가열에 의하여 방지해둘 수 있다.

원료는 환원성분위기아래서 용융되므로, 용융슬랙중의 FeO는 극히 적으며, 용융슬랙이 노상부나 찌꺼기 배출구 근방의 라이닝을 침지하는 일없이, 화로의 장기가동을 실현한다. 환원에 의하여 생성된 용융선철은, 금속자원으로서 재이용할 수 있다.

청구항2의 발명에 의하면, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO인 4원계 상평형상태에 있어서의 공정응고가능한 용융슬랙을 기류에 태워서 수냉벽으로충돌시키므로, 수냉벽과의 접촉에 의하여 응고한 사상슬랙을 생성할 수가 있다. 이 사상슬랙은 열처리되면, 청구항 1의 경우와 마찬가지로 효과를 발휘할 수 있는 인공사가 된다.

청구항3의 발명에 있어서는, 소각회나 비회로부터 콘크리트용 인공골재를 제조하는 경우, 원료의 건조나 예열, 원료의 일부환원을 해둘 수 있다. 이와 같은 사전처리가 원료에 실시되고 있으면, 소각회에 비회를 혼입하여도 화로내에서의 차근차근한 환원용융이 가능하게 된다. 또한 산업폐기물인 비회가 용융슬랙의 원료나 열원으로허 사용가능하게 된다.

청구항4의 장치의 발명에 의하면, 청구항1의 발명과 마찬가지로 효과가 발휘된다. 청구항5의 장치의 발명인 경우에는, 청구항2와 같은 효과를 얻을 수 있다.

발명의 실시형태

이하로 본 발명에 관련된 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조방법 및 장치를 그 실시 형태를 나타낸 도면을 바탕으로 상세히 설명한다. 제3도 및 제4도는 생활쓰레기, 하수구정물, 산엽폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나 하수구정물 건조분의 용융슬랙으로부터 인공골재를 제조하는 장치의 계통에 대한 한 예를 나타낸다.

이 장치의 주된 구성은, 소망하는 용융슬랙을 얻을 수 있도록 인공골재용 원료를 조정해두는 사전처리설비(1), 원료를 환원용융하여 용융슬랙을 생성하는 용융설비(2), 용융슬랙을 고화시키는 슬랙응고설비(3)및 응고슬랙을 열처리하여 재결정화시키는 열처리설비(4)를 갖는다.

사전처리설비(1)는, 인공골재용의 원료를 건조시키는 건조장치(1A), 건조한 원료로부터 일정입도의 원료를 선별하는 체장치(1B), 선별된 각 원료를 평량하여 성분조절하는 평량장치(1C), 성분조절된 원료를 재건조함과 동시에 일부환원하는 가열장치(1D)를 포함하고 있다. 이 처리설비에는 건조가스의 탈취장치(1E), 이 탈취장치의 배가스 및 용융설비로부터의 배가스를 정화하는 배가스처리장치(1F)가 부대되어 있다.

제4도의 용융설비(2)에는 원료를 환원용융하는 것에 의하여 선철을 생성킴과 동시에 슬랙을 생성하는 전기용융방식이 채용된다. 이 용융방식설비는, 환원용융로(2A)와, 가열장치(1D)로부터 배출된 원료를 저장하고 또한 연속정으로 용융로에 장입하는 원료공급장치(2B)를 구비한다. 원료의 환원은 천천히 진행시킬 필요가 있으므로 전기로가 가장 적합하다. 그러나 플라즈머제트에 의하여 원료가 크게 저어 섞일 수 있는 플라즈마로에서는, 원료에 카본을 첨가해 두어도 원료의 환원이 충분히 진행되지 않는다. 또한 플라즈마로는 대용량화가 어렵다. 환원용융로로서 전기저항로, 저주파유도로 또는 아크로중 어느 하나를 채용하는 것이 바람직하다.

환원용융로(2A)에 있어서는, 원료가 용융될 때에 원료에 포함되는 환원용이한 Fe, Cr, P등의 산화물이 환원되어, 용융선철과 용융슬랙이 생성된다. 용융슬랙은, 가급적으로 저융점이며, 가스함유율이 아주 낮고, 유해물질이나 중금속류를 포함하지 않고, 공정응고할 수 있는 SiO₂등을 주성분으로 한 조성을 가지고 있다.

슬랙응고설비(3)는 응고슬랙을 판상으로 응고시키는 슬랙주조장치(3A)와, 주조슬랙을 인공골재에 맞는 사이즈로 부수는 파쇄장치(3B)와, 파쇄에 의하여 생긴 미분슬랙을 제거하는 체나눔장치(3C)를 포함하고 있다.

열처리설비(4)는, 파쇄된 주조슬랙을 가열함고 동시에 전동시켜, 주조슬랙중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시키는 회전식열처리로(4A)와, 열처리된 슬랙에서 슬랙분을 제거하는 체기구(4B)와, 생성된 인공사리의 보유에너지를 회수하는 열회수장치(4C)를 포함하고 있다. 회전식열처리로(4A)에서는 주조슬랙이 재결정화되넝, 유해물질이나 중금속류를 포함하지 않는 천연사리에 가까운 조직의 치밀한 콘크리드용 인공골재가 제조된다.

일반적으로 환원용융로에 장입된 원료로서의 소각회는, 물을 뿌려서 소화되고 있다. 그때문에, 소각회는 미세한 재가 응집한 다공질이며, 다량의 수분, 가스 및 휘발물질을 포함한다. 한편, 매진 즉 소각로 배가스로부터 보족된 비회는 아주 미세하다. 비회는 운반등을 용이하게 하기 위하여 물이 뿌려져, 발진이 억제된다.

비회에는 배가스중의 Cl가 HCl, KCl, NaCl로서, 및 저비점 염화물인 PbCl₂(비점950℃), CdCl₂(비점960℃), ZnCl₂(비점732℃)로서 존재한다. 또한, 황화물도 비회에 포함된다. 그때문에 비회의 알칼리물질 함유량은 약1.5% 내지 2.5%이며, 소각회가 그의 3배내지 5배가 되어 있다. 일반적으로는, 비회의 알칼리도는 소각회이 그것보다 높고, 비회의 용융온도는 소각회의 그것보다 낮다.

상기와 같이 수분을 포함한 원료를 환원용융로(2A)에 장입하면, 종래기술에 대한 페이지부분에서 서술한 바와 같이, 원료가 용융하기 시작하기 전에, 가열된 원료로부터 가스나 수분이 방출되어 또 원료중의 발휘물질이 연소한다. 그 가스나 수증기의 상승과 발휘물질의 연소에 의하여 원료가 심하게 유동하므로, 원료의 일정한 환원용융이 저해된다. 따라서, 장입원료를 사전에 탈가스 및 탈수하여, 또 휘발물질을 제거해 둘 필요가 있다.

덧붙여서, 공정응고현상에 근거하여 용융슬랙의 재결정화를 용이하게 해두기 위하여, 용융슬랙중의 MgO가 5중량%(이하 간단히 %로 표시한다)내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록, 원료의 배합조정을 해두는 것이 중요하다.

본 발명자는 원료를 용융하는 것에 앞서 원료의 탈가스, 탈수, 발휘분제법 및 소각회, 비회, 플럭스를 미리 적절하게 배합해 둘 필요성을 발견하였다. 또한 배합원료를 고온으로 예열해둠과 동시에 한층의 탈가스를 도모하는 것, 및 원료의 일부를 사전에 환원해 두는 것이 환원용융로에서의 용융슬랙의 생성이 확실하게 또한 쾌속하게 된다는 것을 발견하였다. 상기한 사전처리설비(1)는, 이들 식견에 바탕을 두고 원료에 관한 상기의 처리를 실시하기 위하여 설치된 것이다.

그 사전처리설비(1)을 이하에 상세히 서술한다. 소화된 소각회는 제1호퍼(11)에, 비회는 제2호퍼(12)에 대비되어 있다. 또한 비회는 쓰레기의 소각에 의하여 발생한 것만이 아니라, 금속정련등의 다른 플랜트에서 발생한 폐기처분의 용이하지 않은 비회여도 좋다. 본 발명에 있어서는, 후술하는 바와 같이 MgO를 포함하는 플럭스로서, 드로마이트, 석회, 감람석 혹은 페로니켈제련재등이 사용된다. 이들 플럭스를 건조할 필요가 있는 경우에는, 제3호퍼(13)에 투입된다.

상기 각 호퍼에 대응하여, 각 원료를 건조하는 로타리드라이어(1A₁),(1A₂), (1A₃)가 설치된다. 이 건조장치(1A)는, 후술할 EK식 로타리킬른(1D₁)및 회전식열처리로(4A)로부터의 500℃이상의 배가스를 도입하는 것에 의하여, 원료를 120℃내지 250℃로 가열한다.

각 드라이어에 의하여 건조된 원료는, 체장치 (1B₁), (1B₂), (1B₃)로 보낸다. 이 체장치를 통과한 미세한 원료는, 각 사일로(14), (15), (16)에 저장된다. 플럭스로서 경소 드로마이어가 사용될 때는 드라이어(1A₃)가 필요하지 않고, 그 경우에는, 경소 드로마이트가 직접 사일로(16)에 쌓인다. 각 드라이어의 배가스는 악취를 동반하기 때문에, 그 배가스는 탈취장치(1E)에 있어서 600℃내지 900℃으로 가열된다. 악취성분이 소각된 탈취장치(1E)의 배가스는, 배가스처리장치(1F)로 정화된다.

각 체장치(1B₁), (1B₂), (1B₃)를 통과하지 않는 원료는 체(1B₄)로 보내어져, 이 체를 통과한 것은 파쇄기(17)에서 부서져 사일로(18)에 쌓인다. 체(1B₄)를 통과할 수 없는 회괴는, 다시 도시하지 않는 쓰레기소각로에서 소각된다.

각 사일로아래에서는, 건조된 각 원료를 평량하는 평량기(1C₁), (1C₂), (1C₃), (1C₄)가 설치되어 있다. 각 평량기는, 원료로부터 용융슬랙을 생성할 때에, 용융슬랙중의 MgO가 5%내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 가까운 함유율이 되도록, 각 원료를 컨베이어(19)에 내보낸다. 이 혼합원료는, 환원용융로에 장입하기위해 필요한 소요배합비율이 된다. 즉, 이 혼합공정에 의하여, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO의 4원계상평형상태에서의 공정응고현상에 의거하여 재결정화를 가능하게 한 용융슬랙을 얻기 위한 준비가 된다.

컨베이어(19)의 하류측에는, 혼합된 원료를 가열하는 EK식 로타리킬른(1D₁)이 설치된다. 이 킬른은, 원료를 건조, 예열, 탈가스하여, 원료의 일부를 환원하는 화로이다. EK식 로타리킬른(1D₁)은, 제6도에 나타낸 바와 같이, 원료의 장입구 (1D_1i) 근처 및 로체의 약중앙에 스크프공급기(20)와 공기공급파이프(21)를 구비한다.

이 EK식 로타리킬른(1D₁) 근방에는, 미분회 공급기(1D₂)나 폐플라스틱공급기 (1D₃)가 설치된다(제3도를 참조). 미분회는 원료를 가열하기 위한 연료이며, 또 원료의 일부를 환원한다. 그 환원반응시에 EK식 로타리킬른내에서는 다음 환원용융공정에 있어서 필요하게 된 코크분말도 스스로 생성된다.

휘발물질을 포함하는 폐플라스틱는, 원료를 가열하기 위한 연료가 된다. 폐플라스틱을 사전에 미세하게 해놓으면, EK식 로타리킬른에서 간단하게 소각할 수가 있으며, 산업폐기물의 처리도 병행하여 실현된다. 또한 사일로(16)안에 드로마이트가 혼입되어 있는 경우에는, 경소드로마이트도 EK식 로타리킬른 (1D₁)으로 생성된다.

EK식 로타리킬른(1D₁)는, 통상 로타리킬른과 마찬가지로 버너(22)(제6도를 참조)를 이용하여 원료를 가열한다. 그러나 이 킬른은 일점쇄선으로 나타낸 것과 같은 저온도역의 넓은 통상의 로타리킬른과는 다르다. 로체와 함께 회전하는 스크프공급기(20)로부터 공급된 미분회(23)나 폐플라스틱(24)가 연소하므로, 로체온도분포는 2점쇄선과 같이 약일정이 된다.

스크프공급기(20)는 제7도에 나타낸 바와 같이 파이프구조이며, 로체의 반경방향으로 연장되고 있다. 로체의 파반부를 덮듯이 설치된 트래프(25)내의 미분회(23)및 폐플라스틱(24)를, 로체측의 개구부(20a)로부터 퍼내르 수가 있다. 그 개구부(20a)의 근방에 설치된 벌브(20v)의 개폐시기를 제저하는 것에 의하여, 미분회등은 단시간에 로체로 장입된다. 이 벌브(20v)를 폐지하면, 화로내부측의 개구부(20b)로부터 진입하는 증기에 의하여 스크프공급기(20)내에 부착하는 연료의 연소가 방지된다.

공기공급파이프(21)은 대기개방되어 있으므로, 화로내의 압력이 낮으면 자연송기가 가능하게 된다. 제6도와 같이, 압입송풍기(21a)에 의하여 적극적으로 외기를 공급할 수도 있다. 이 공기공급 파이프(21)에 설치된 도시하지 않은 벌브와 스크프피저(20)의 벌브(20v)이 개도를 조정하면, 장입구(1D_1i)로부터 배출구(1D_l0)의 사이의 공간을, 700℃내지 1,000℃의 분위기에 용이하게 조정할 수가 있다.

다음으로, 용융설비(2)의 환원용융(2A)에 대하여 상세하게 서술한다. 이것은 코크분말이 혼재하는 고온의 건조한 원료를 환원용융한다. 소각회중의 Fe계 산화물이 환원되어, 용융선철이 생성된다. 다른 중금속류 및 환원가능한 산화물류를 환원하여 생긴 원소는 용융선철중에 용해된다. 이 용융선철이 생성함과 동시에, 가스함유율이 아주 낮은 중금속류등을 가급적으로 포함하지 않는 용융슬랙이 생성된다. 용융슬랙은 가벼우므로, 용융선철의 상부에 체류한다.

환원용융로(2A)의 일예로서의 서브머지드아크 직류저항로(2A₁)를, 제8도에 의거하여 설명한다. 서브머지드아크 저항로는, 3상 또는 단상교류형 또는 직류형의 전기로에서 실현할 수 있다. 그러나 3상교류전기로에서는, 전극간에서 발생하는 아크의 방향이 한쪽으로 치우치므로, 원료의 퇴적표층만이 가열된 경향이 있다. 비중이 적은 전기전도도가 낮은 분입상원료를 환원용융하는 경우로 요구되는 차근차근하고 균일한 용융존의 발생이 방해받는다. 한편, 단상교류전기로에서는 항상 교류전력이 왕복하므로 원료의 가열이 국부적이 되는 경향이 있다. 그 결과, 화로의 구조가 가장 간단하며 전기적제어가 용이한 직류전기로를 환원용융로에 적용하는 것이 최적인다. 직류전기로는, 후술하는 화로밑바박 전극의 채용에 의하여, 전기적 에너지를 원료로 가장 안정되게 공급할 수 있다.

서브머지드아크 직류저항로(2A₁)는, 화로벽 및 화로밑바닥의 내부에 복수의 후술할 플라스전극(27)을 묻은 로체(2a)와 원료공급장치(2B)에 접속된 로개(2b)로 이루어진다. 로체(2a)는, 비중이 큰 용융선철(5)을 정류하는 용탕을 담는부(5A)와, 생성된 용융슬랙(6)을 용융선철(5)위에 체류시키는 용융슬랙을 담는부(6A)와, 용융슬랙(6)위쪽에 원료(7)를 퇴적시키는 원료수용부(7A)를 확보한 그릇이다. 그리고 원료(7)은, 서브머지드아크 전기용융법에 의하여, 시간을 들여서 천천히 또한 균질로 환원용융된다.

로 뚜껑(2b)에는, 그 중앙에서 승강하는 한개의 마이너스극의 가동전극(8)이 배치된다. 로체(2a)에는, 용탕을 담는 부(5A)의 용융선철(5)를 의도적으로 조금 남겨 배출하는 출선구(5a)와, 출재구(6a)를 빼내는 것에 의하여용융선철(5)의 상부에 체류한 용융슬랙(6)을 배출하는 출재구(6b)가 설치된다.

간헐적으로 출재(出滓)하는 경우에는 출재 마개(6a)에 가스공급구(6c)가 설치된다. 가스공급구로부터 용융슬랙(6)을 교반하기 위한 불황성가스를 보내는 것에 의하여, 출재구(6b)의 근방에서 환원용융중에 슬랙폐색이 발생하는 것을 방지 할 수 있다. 화로내에서는 용융슬랙(6)과 용융선철(5)이 완전히 분리하고 있기때문에 출재구(6b)에는 도시하지 않은 금속제의 수냉게이트나 수냉쟈켓을 채용할 수 있다.

로에 투입되는 원료(7)는, Fe계산화물등이 환원할 산화물의 함유량이 적은 것이 일반적이다. 가동전극(8)의 소모량은 적어지므로, 인조흑연적극에 의해서도 조작이 용이하며 값이 싼 재더벨그전극을 채용할 수 있다. 제더벨그전극은 페로아로이등의 생성에 사용되는 공지의 전극이며, 얇은 철제의 원통체에 카본페스트가 내장되어 있다. 그러나 서브마지드아크용융을 위한 직류저항로에서는, 이 종류의 전극이 사용된 예는 없다.

로체(2a)의 원통형상의 철피(2s)의 내면은 라이닝(2m)으로 덮혀있어, 로밑바닥에는 라이닝 2m위에 카본스탠핑층(28)이 형성된다. 로벽의 내면과 카본스탠핑층의 윗면에는 다수의 흑연블록(29)이 배치된다. 로개(2a)는 중앙에 가동전극(8)이 승강하는 구멍을 갖추고, 그 가동전극(8)으로부터 반경방향의 다른 위치에서 개구하는 복수의 원료장입공(30), (30)이 설치된다. 이 원료장입공에서 스크류공급기(31)에 의하여, 원료(7)을 로운전중에 기밀적 또한 연속적으로 장입할 수 있다.

로체(2a)에 설치된 플라스전극(27)은, 제9도(a)에 나타낸 바와 같이 로측쪽에서 보면 L형이다. 이 플라스전극은, 로벽에 매설되는 수직인 전기공급체(27A)와 로밑바닥에 배치된 수평한 로밑바닥전극(27B)으로 이루진다. 전기공급체(27A)중에는, 냉각수를 유통시키는 왕로(27m)와 그 안쪽에 형성된 복로(27n)가 형성된다.

로밑바닥부에 직류전력을 공급하는 로밑바닥 전극(27B)는, 제9도의 (b)와 같이, 로체의 철피에 따라 순철제의 반링부(27a)와, 그 반일부의 안쪽으로 넓어지는 철판제의 웨이브부(27b)를 구비한다. 웨이브부는 평판실시로 양간원형이므로, 제10도의 (a)와 같이 두개의 플라스전극(27), (27)에 의하여, 카본스탠딩층과 흑연블록으로 덮힌 로상 전체에 도전성부분을 형성할 수 있다.

상기한 웨이브부(27b)의 중심에는, 가상선으로 나타내는 가동전극(8)의 직경과 동등하게 아니면, 그것보다 큰 실선 혹은 파선으로 나타낸 반원형상 인 수로에서 물막는 판자의 잘라낸 부분(27r)이 형성되어 있다. 웨이브부(27b)의 윗면에 다수의 짧은 철봉(27p)이 용접되어 있으면, 웨이브부(27b)와 카본스탠딩층(28)(제8도를 참조)과의 일체성이 높아져 로체의 도전성이 향상한다. 반원형상인 판자(27r)는 플라스전극(27)으로부터 가동전극(8)으로의 전류의 단결을 억제하므로, 넓은 영역으로 원료가 균일하게 가열된다.

전기공급체(27A)는, 제9도의 (b)에 나타낸 바와 같이, 로체전극(27B)의 일단에 설치된다. 제10도의 (a)와 같이 로밑바닥전극(27B), (27B)을 배치했을 때, 두가지의 전기공급체(27A), (27A)가 근접해 있으면, 출선조작이나 출재조작, 로체의 보수작업을 방해하지 않도록, 급전용의 플렉시블 도선(32), (32)을 로벽의 일개소에 모을 수가 있다(제8도를 참조). 로체가 큰 경우에는, 같은 모양의 도전역을 얻기 쉽게 하기 위해, 도시하지 않은 3분의 1원형상이나 4분의 1원형상의 로밑바닥전극이 채용된다.

제8도를 참조하여, 로밑바닥전극(27B)을 채용하면, 로상에 체류하는 용융선철(5)와 흑연블록(29)과 카본스탠핑층(28)에 의하여, 로상에 넓은 도전역이 형성된다. 원료층을 관통하는 가동전극(8)의 선단이 용융슬랙층으로 침지하고 있는 상태에서, 로상면에 약일정한 전위레벨이 형성되면, 전융의 흐름이 원추형상이 된다. 그 원추형상영역의 근방에 있는 원료가 쥬르열에 의하여 용해된다. 원추영역내의 용융슬랙(6)은 가열되어, 슬랙의 탈가스도 도모된다. 가동전극(8)을 상승시켜 전압을 올리면 전력공급이 증대하므로, 원추형상의 전류분포는 한층 더 확대된다.

원료(7)중의 코크분말에 의한 도전작용 및 전기전도도가 낮은 원료의 가열용융작용에 의하여, 비중이 작은 원료가 열효율이 좋고 또한 균일하게 환원용융된다. 환원반응에 의하여 발생한 가스에 의하여, 영융체의 표층부에 포밍슬랙층(33)이 형성된다. 전극간에 발생한는 아크는, 원료(7)이나 포밍슬랙(33)에 항기 덮혀있는 상태(서브머지드상태)가 된다. 포밍슬랙의 생성에 의하여 아크가 극히 적어지므로, 아크에 의한 용융체의 교란은 억제된다.

포밍슬랙층(33)의 표면에 집적된 작열콕스에 전류가 흐르므로, 원료(7)로 덮힌 포밍슬랙층의 표면에서 환원작용이 천천히 그리고 크게 진행된다. FeO로부터 환원된 철은, 액적이 되어 로상에 떨어진다. 이와 같은 용융방식은, 가동전극이 플러스이며 로밑바닥전극이 마이너스인 〔금속전해〕방식과는 다르므로, 가동전극은 미세해도 좋다. 더욱이 전력전달 효율이 향상하고, 전력소비도 현저하게 경감된다. 본 발명에 의한 용융방식은, 금속용해나 산화설분위시에서의 연소가열만이 아니라, 전기저항가열인 것에 주목해야 한다.

덧붙여서, 플렉시블 도선(32)과 접속되는 수직인 전기공급체(27A)는, 로밑바닥의 환원성분위기를 유지하는 것에 기여한다. 수직인 전기공급체(27A)를 대신하여 설치한 수평인 전기공급체가 로밑바닥 전극(27B)으로부터 밖으로 뻗어나와 로벽을 관통하고 있다고 한다면, 수평한 전기공급체는 수직인 전기공급체(27A)보다도 짧아진다. 수평한 전기공급체와 라이닝 2m와의 사이를 통하여 외기가 침입하면, 로밑바닥의 환원성분위기를 잃게 된다. 수직인 전기공급체(27A)와 라이닝 2m사이에 공기가 침입했다고 하더라도, 로체의 열로 침입공기는 상승하고, 로밑바닥으로의 외기의 침입이 가급적으로 방지된다.

로벽의 라이닝 2m에 묻힌 긴 전기공급체(27A)는 로밑바닥전극(25B)의 산화를 방지하고, 플러스전극(27)의 수명을 길게 유지시킨다. 카본스탠핑층(28)의 소손도 회피되어, 로의 장기에 걸친 연속운전이 실현된다. 플러스전극(27)은 완전한 L자형상일 필요는 없지만, 로밑바닥전극(27B)에서 수직 또는 경사하여 라이닝 2m내를 가능하면 길게 뻗어있는 것이 바람직하다.

로상은 카본물질로 덮혀 있으므로 환원성분위기에 유지되어, 그 결과, 용융슬랙이 로상이나 출재구근방의 라이닝을 침식하는 일이 없다. 로밑바닥전극(27B)는 고온이 되어도 산화하는 일이 없다. 한편, 전기공급체(27A)는 로안의 온도가 높아지면 산화할 우려가 있으므로, 상기에서 한 것과 같이 물로 식힌다. 플라스전극(27)은 플렉시블도선(32)을 개재시켜 로주변에 배치된 코벨동판(34)과 접속되므로, 로체의 열팽창의 영향을 받는 일없이 급전회로를 형성해 둘 수 있다.

통상의 직류전기로의 운전제어는, 교류전기로의 그것보다도 용이한 것은 이미 서술하였다. 그러나 직류전기로에서는 잔상교류전기로의 경우와 마찬가지로, 아크는 국부적으로 발생한다. 로밑바닥(27B)을 채용한 직류전기로는, 운전의 제어성이 양호함과, 로밑바닥의 광범위한 영역을 커버하는 급전효과에 의하여, 로내에서의 균일한 환원용융처리를 실현할 수 있다.

상기한 전기공급체(27A)와 플렉시블도선(32)과의 접속은, 제10도의 (b)와 같이 해두면 좋다. 전기공급체(27A)의 상단부에 용접된 철상(35)에 용융 땜납(35a)을 모은 상태에서, 플렉시블 도선(32)에 접속된 동판(35a)의 한변을 매몰시킨다. 땜납이 응고하면, 땜납(35a)과 전기공급체(27A)가 완전히 밀착하여, 플러스전극(27)의 통전성이 고양된다.

다시 제8도에서, 서브머지드아크 직류저항로(2A₁)에서는 원료(7)이 용융된 것에 의하여, 용융슬랙(6)이 생성된다. 동시에, 원료(7)안의 Fe계산화물이 포밍슬랙층에 있어서 환원되어, C가 3.0%이상 Si가 4% 내지 8%의 용융선철(5)도 생성된다. 원료에 포함된는 다른 중금속류 Cr, Ni, Co, Cu, Mu, Mo등 및 환원가능한 P₂O₅나 As산화물등을 환원하여 생긴 원소 P, As등은 용선적에 녹아든다. 용선적이 포밍슬랙층이나 용융슬랙층안을 낙하하여, 용융선철(5)이 용탕을 담은부(5A)에 저류(低溜)된다. 이 용융선출은 예를 들면 주물용원료선등으로서 이용할 수가 있으며, 소각회로부터의 금속자원의 회수가 실현된다. 또한 선철안의 Si가 늘어나면 C를 석출시키는 성질이 있으므로, 고Si의 용융선철(5)은 로 밑바닥의 흑연블록(29)을 침식하는 일도 없다.

용융슬랙(6)은 중금속류등을 가급적으로 포함하지 않고, 1,500℃전후로 유지시켜 용탕을 담은 부(5A)의 상부에 체류한다. 그 체류시간을 충분하게 확보한다면, 용융슬랙(6)이 탈포되어, 가스 함유율이 극히 낮아진다. 이 용융슬랙은 순수한 슬랙이므로, 이 슬랙을 응고시키면, 중금속이나 유해물질이 용출하는 일 없이 인공사리를 얻을 수 있다.

상기의 환원용융작용에 있어서, SiO_2,CaO, Al₂O₃을 주성분으로 하고_,또한 MgO가 5% 내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율의 용융슬랙이 생성된다. 이 용융슬랙은, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO의 4원계상평형상태에 있어서의 공정점에 가급적 근사한 성분조성을 구비한다. 슬랙융점은 가장 낮아지므로, 용융슬랙의 공정응고현상이 발현되기 쉽게 된다. 이것은, 공정점발생영역이 좁은 CaO-SiO₂-Al₂O₃의₃원계슬랙을 공정점발생영역이 넓은 4원계의 슬랙으로 개질한 것을 의미한다. 즉 MgO을 소정양 집어넣는 것으로 인하여, 서냉응고에 의해서도 용융슬랙의 재결전화가 용이하게 된다.

그런데, 쓰레기소각로의 규모에 따라 환원용융로의 용량도 달라진다. 예를 들면 100톤/일의 용융슬랙을 생성하는 대형플랜트가 요구되는 일도 있는 반면, 100톤/일의 소형플랜트로도 좋은 경우도 있다. 용융슬랙은 그 층고헤드를 이용하여 출재되므로, 석회등의 부자재를 투입할 필요도 없다. 소형로로부터 연속적으로 출재하는 경우는, 출재량이 적다. 그러나 대형로로부터 연속적으로 혹은 간헐적으로 출재하는 경우나, 소형로로부터 간헐적으로 출재하는 경우에는 1분당 출재양이 많아진다. 이와 같은 경우에는, 용융슬랙을 슬랙응고설비로 옮길 때의 강온을 방지해 둘 필요가 있다. 한편, 효율이 좋은 환원용융작용을 유지하기 위해서는, 환원용융로내의 슬랙레벨을 유지해두는 것이 바람직하다. 또한 보다 한층 순수한 슬랙을 출재하기 위해서는, 용융슬랙층의 최하부로부터 슬랙을 빼내는 것이 바람직하다.

상기 요구를 만족항 필요가 있는 경우에는, 제11도에 나타낸 바와 같이 출재구(6b)에 이어지는 전로(36)을 설치한다. 이 전로기 (36a)의 높이는, 환원용융로(2A)내에 유지해돌 용융슬랙층의 소망높이와 동등하게 설정된다. 환원용융로(2A)내의 용융슬랙(6)이 증대하면, 전로(36)내의 용융슬랙(6B)을 넘쳐나게 할 수 있다. 출재구(6b)는 통상 용융슬랙층의 최하부에 설치되므로, 전로(36)에는 가스를 가급적으로 포함하지 않는 순수한 슬랙이 도출된다. 그리고, 기(36a)에는 가열용전극으로서 2개의 몰리브덴봉(37), (37)이 삽입되어, 용융슬랙(6B)의 보온이 도모된다.

전로(36)에서 간헐출재하는 경우는, 가상선에서 나타낸 출재전(6a)을 출재구(6b)로부터, 예컨대 3시간마다 빼면 좋다. 전로(36)으로부터 넘쳐나는 슬랙양이 너무 많은 경우에는, 기(36a)의 유출구에 설치된 게이트(38)가 잠긴다. 전로(36)은 수냉벽을 갖추고 있으면 되므로, 환원용융로(2A)의 철피(2s)에 간단하게 부착시킬 수가 있다. 그 수냉벽에는 용융슬랙(6B)의 일부가 응고하여, 라이닝이 자연스럽게 형성된다. 또한 도면중의 8a는, 전극에코노마이저이다.

그런데, 환원용융로(2A)에 장입되는 원료(7)는, 사전에 건조 및 가열되어 있으나, 원료중에 아주 적은 휘발물질이나 가스가 잔존한다. 원료를 환원용융하면, 원료중의 잔류가스, 휘발물질의 연소가스, 그위에 환원반응에서 생성된 CO₂가 로배가스로서 배출된다_.이 배가스양은 EK식 로타리킬른의 그것보다 아주 적다. 그리고, 배가스는 악취를 갖지 않으므로, 배가스처리장치(1F)에 직접 보내어진다. 배가스처리장치에서 보족된 용융비회는 농도가 높고, 유가광산물을 경제적으로 회수할 수 있는 최저품위를 갖는 컷오프그레이드 수준에 달하고 있는 경우가 많다. 이 용융비회는 사적처리설비의 제2호퍼(12)(제3도참조)에 되돌려지는 일없이, 그에 포함되는 유가광산물이 별도회수된다.

환원용융로(2A)의 가까이에는, 출재구(6b)에서 연속적 혹은 2시간 내지 3시간마다 간헐적으로 배출된 용융슬랙(6)을, 제12도에 나타내는 슬랙응고설비(3)의 슬랙주조장치(3A)로 바로 안내하는 슬랙받이통(41)이 설치된다. 슬랙주조장치는, 용융슬랙(6)을 반송하는 사이에 재결정화하기 쉬운 조성이 되고 있는 용융슬랙을 응고시키는 것이며, 제1콘베어(3A₁)와 제14도에 나타내는 제2컨베이어(3A₂)으로 이루어진다.

제1컨베이어(3A₁)는 제12도와 같이 연속하여 나열된 금형(3a), (3a)을 구비하여 판형상의 연속한 응고슬랙(6p)을 성형하는 팬콘베어이다. 제14도의 제2컨베이어(3A₂)는, 응고슬랙(6p)을 서냉하여 공정응고현상에 근거한 부분적인 1차재결정화를 촉진하는 롤러컨베이어 또는 팬컨베이어이다. 또한 제2컨베이어(3A₂)상에서 응고슬랙이 급냉될 우려가 있는 경우에는, 보온용버너(42)를 설치함으로써, 응고슬랙의 내부보유열의 소산이 방지된다.

도시하지 않지만, 제1컨베이어(3A₁)와 제2컨베이어(3A₂)와의 혼합에 대신하여, 전반부분에서 용융슬랙을 응고시켜 후반부분에서 서냉하는 긴 일기의 팬컨베이어를 채용해도 좋다. 어느 슬랙주조장치도, 응고슬랙의 성형과 서냉아래서의 부분적인 공정응고가 완료한 직후에, 주조슬랙을 다음의 파쇄공정으로 내보낼 수 있는 길이와 속도로 선정된다.

제1컨베이어(3A₁)의 금형(3a)은, 제13도에 나타내는 것과 같은 주형용 드래프(43)이며, 이 주형용 트래프는, 라이닝(43a)이 실시된 내열강 또는 내열주조강제의 아우터쓰루우(43A)와, 불장강제인 인너쓰루우(43B)로 이루어진다. 슬랙이 라이닝(43a)에 부착하면 원활하게 탈형할 수 없게 되므로, 손상시의 교환이 간단하며 표면의 부드러운 인너쓰루우(43B)가, 아우터쓰루우(43A)에 놓여져 있다.

인너쓰루우(inner through)(43B)는, 제15도의 (a)와 같이, 폭이 500mm 내지 700mm의 연속된 판형상의 응고슬랙(6p)을 성형한다. 조형트래프(43)은 이동하며 또한 연속하고 있으므로, MgO를 첨가함으로써 유동성이 개선되고 있는 용융슬랙이 인너쓰루우(43B)위에서 물과 같이 확산되어, 응고슬랙(6p)은 자연스럽게 25mm 내지 30mm의 두께가 된다.

제12도의 제1컨베이어(3A₁)인 주형용트래프(43)는, 스프로켓(44)의 발톱(44a)에 의해서 아우터레일(45a)에 안내되어 있는 차바퀴(43m)를 밀어내는 것에 의하여 전진한다. 주형용트래프(43)은 후속의 주형용 트래프와 밀착하여, 용융슬랙(6)이 공급되는 인너쓰루우(43B), (43B)사이에 간격은 생기지 않는다. 각 주령용 트래프(43)는 측면에 부착된 바퀴(43m)에 의하여 인너레일(45b)위를 이동하고, 컨베이어의 끝단에 도달했을 때, 주형용 트래프(43)는 아우터레일(45a)에 안내되어 전도한다. 응고슬랙(6p)이 제2컨베이어(3A₂)(제14도를 참조)로 바뀌어놓이거나, 또는 제18도에 나타내는 포크형상 스크린(53)위에 떨어뜨리게 된다.

제15도의 (b)는, 제2컨베이어(3A₂)에 바뀌어놓여진 응고슬랙(6p)을 나타낸다. 제15도의 (c)는, 제2컨베이어로서 채용된 팬컨베이어위의 응고슬랙(6p)을 나타낸다. 응고슬랙(6p)을 공정응고한 주형슬랙(6s)으로 하는 제2컨베이어는 슬랙의 부착이 없으므로, 알몸인 롤러(46)이나 아우터쓰루우(43A)만이 사용된다.

슬랙출재량이 50톤/일이하인 경우에는, 제16도에 나타낸 것과 같은 써클형상인 컨베이어(3A₃)를 채용하면 좋다. 시회(施回)하는 써클형상 테이블(47)에 의하여 이동되는 금형(3a)은, 소망하는 사이즈가 판형상의 주조슬랙을 성형할 수 있는 트레이이다. 불장강제의 트레이가 반시계방향으로 돌면서 반주이동하면, 제17도에 나타낸 바와 같이, 에어실링(48)에 의하여 힌지(3b)를 중심으로 하여 전도되어, 주조슬랙(6s)이 시트(49) 또는 제18도의 포크형상 스크린(53)에 내보내어 진다.

용융슬랙이 많은 트레이에 공급하기 위하여 시간을 요하는 경우, 컨베이어(3A₃)는 주조슬랙을 길게 유지하게 된다. 그 결과, 내보내어진 주조슬랙의 온도가 너무 내려가는 것을 방지할 필요가 있을 때는, 이동의 후반부분에 제14도와 같은 버너를 설치해두면 좋다. 빈 트레이는 같은 방향으로 이동되어, 환원용융로(2A)의 출재구 또는 전로(36)로 되돌려진다. 또한 제16중의 (3c)는 써클형상의 테이블(47)을 시회시키는 전동기 및 감속기이다.

이와 같은 컨베이어(3A₃)에서는, 하루에 한번 배출되는 용융선철을 응고시킬 수도 있다. 출선구(5a)로부터 용융선철을 받은 취과(5C)는, 가상선 위치에 운반된다. 팬이 반주를 이동하는 사이에 성형된 주선은, 피트(50)로 배출된다. 용융슬랙에서 공정응고시킬 필요가 없는 노반재를 제조하는 경우는, 응고슬랙을 전로(36)에서 1/4주한 시점에서 피트(50)으로 배출하면 좋다. 이것으로부터 알 수 있듯이, 써클상 컨베이어는, 환원용융로로부터의 배출물 처리나 운반의 조작이 유연하게 된다.

제18도에서 나타낸 바와 같이, 슬랙주조장치(3A)가 내보낸 측으로 설치되는 파쇄장치(3B)는, 고온의 주조슬랙(6s)을 4mm 내지 40mm 바람직하게는 5mm 내지 25mm로 파쇄한다. 본 예에서는 굵게 부수는 데 이용되는 스파이더클러셔(3B₁)와 미세하게 부수는데 이용되는 오타리클러셔(3B₂)를 구비한다.

스파이더클러셔(3B₁)는 동축에 부착된 다수매의 로타리호일(3m)을 갖추고 있다. 포크형상 스크린(53)위의 주조슬랙(6s)은 로타리호일(3m)의 클러싱비트에서 주조슬랙조각(6t)으로 부서진다. 주조슬랙(6s)은 완전히 재결정화되어 있지 않고 비교적 취약하므로, 주조슬랙은 쾌속 또한 소동력으로 파쇄된다.

로타리클러셔(3B₂)는, 작은 울퉁불퉁한 면을 가지는 한쌍의 롤(3n), (3n)을 갖춘다. 롤의 축간거리를 조정함으로써, 주조슬랙조각(6t)은 소망하는 5mm 내지 25mm의 주조슬랙입(6u)에 효율 좋게 정입된다. 따라서 후술하는 열처리후에 슬랙을 천연사리의 사이즈가 되도록 파쇄할 필요가 없다.

로타리클러셔(3A₂)의 아래쪽에는, 5mm직경이하의 슬랙을 제거하는 체분장치(3C)가 설치된다. 진동식 핫스크린을 통과할 수 없는 5mm이상의 주조슬랙입자(6u)은, 열처리설비의 어느 하나의 회전식 열처리로(4A) 에 장입되기까지 사일로(54)에 쌓여져, 필요하면 열처리배가스등을 이용하여 보온된다. 5mm이상의 슬랙은 호퍼(55)에서 원료공급장치(2B)에 되돌려져, 환원용융로에서 다시 용융된다.

로타리클러셔(3B₂)이 아래쪽에는, 내림경사인 목부분이 흔들리는 식의 슈트(61)가 설치된다. 이 슈트로부터 고온의 주조슬랙입자(6u)이 회전식열처리로(4A)에 보내어진다. 이 회전식열처리로는 예를 들면 2기 설치되어, 사일로(54)내의 주조슬랙입자(6u)의 대기시간의 단축이 도모된다. 주조슬랙입자(6u)은, 회전식 열처리로(4A)에서 2시간 내지 3시간 850℃내지 1,200℃의 분위기에 노출된다.

이 회전식 열처리로(4A)는 라이닝(4a)가 실시된 직경이 2m내지 3m인 드럼이며, 퇴적하는 주조슬랙입자(6u)의 표층에 화염을 쪼이는 버너(4b)를 갖추고 있다. 타이어(4t), (4t)에 의하여 지지된 드럼은, 기어(4g), 링기어(4r)를 개재시켜 3rpm내지 4rpm로 회전한다. 주조슬랙입자(6u)의 전동이 촉진됨과 동시에, 가열된 라이닝(4a)와의 접촉에 의하여 보온이 도모된다. 주조슬랙입자(6u)이 균일하게 가열됨과 동시에, 파쇄시에 형성된 주조슬랙입자의 예리한 각은 연화하여 환미를 띤다.

주조슬랙입자(6u)이 회전식열처리로(4A)내에 체류하는 사이에, 주조슬랙입자에 잔류하는 비정질부분이 재결정화된다. 주조슬랙입자(6u)은, CaO-SiO₂-Al₂O₃-

MgO의 4원계상평형상태에 있어서의 공정점에 가급적으로 근사한 조성을 구비사고 있다. 또한 주조슬랙입자의 싸이즈는, 이미 열처리가 용이한 5mm내지 25mm가 되어 있다. 따라서, 비교적 낮은 온도에서 공정응고현상이 발현하고, 천연사리에 가까운 조직의 치밀한 인공사리가 생성된다. 이 열처리에 있어서는, 주조슬랙입자(6u)의 잔류내부의 찌그러짐도 제거되므로, FeO를 거의 포함하지 않는 슬랙은 아주 높은 인성을 갖는다.

또한, 이 회전식 열처리로(4A)의 배가스는, EK식 로타리킬른(1D₁)의 배가스와 함께 원료를 건조하는 로타리드라이어(1A₁), (1A₂), (1A₃)(제3도 및 제4도를 참조)로 공급된다. 회전식 열처리로(4A)의 측개(4c)가 아래가 되도록 드럼을 정지시키면, 슬랙이 피트(62)로 배출된다. 로내에서의 전동시에 슬랙분이 아주 조금 발생하고 있으므로, 배출된 슬랙에서 체기(4B)에 의하여 5mm이하의 슬랙분이 분리된다. 이 슬랙분은, 호퍼(63)으로부터 원료공급장치(2B)로 되돌려진다.

체기(4B)에서 선별된 인공사리(64)는 800℃이상의 열을 보유하므로, 셰프트형의 열회수장치(4C)에 투입된다. 열회수장치(4C)에 도입된 신선한 공기(65)는 열교환되어 500℃이상이 되고, 회전식열처리로(4A) 및 EK식 로타리킬른(1D₁)의 버너용 공기로서 사용된다. (제3도 및 제4도 참조).

이와 같은 장치에 의하면, 이하의 순서에 의하여, 소각회 및 비회의 환원용융과 공저응고현상의 발현에 의하여, 비정질부분, 중금속류, 유해물질, 가스를 가급적으로 포함하지 않는 조직의 치밀한 인공사리를 생성할 수 있다.

제1도, 제3도 및 제4도를 참조하여, 생활쓰레기, 하수구정물, 산업폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나 비회를 제1 호퍼(11), 제2호퍼(12)에 축적해 둔다.

〔제1공정〕소각회는 드라이어(1A₁)는 투입되어, 비회는 드라이어(1A₂)에 투입된다. 이들 원료는, EK식 로타리킬른(1D₁)과 회전식열처리로(4A)의 배가스로 건조된다. 소각회에 포함되는 소화용의 물이나 비회의 발진방지용 물은 증발하고, 소각회중의 저온휘발분은 소각된다. 소각회 및 비회의 가열에 의하여 발생하는 악취를 동반하는 배가스는 탈취장치(1E)에 도입되어, 악취성분이 650℃내지 800℃의 분위기 아래에서 분해된다. 회괴가 체장치(1B₁), (1B₂)에 의하여 제거되고, 건조한 소각회와 비회가 사일로(14), (15)에 저장된다.

〔제2공정〕 건조된 소각회나 비회, 사일로(16)에 쌓인 경소 드로마이트, 사일로(18)에 쌓인 평량기(1C)에 의하여 평량되어, 컨베이어(19)에서 내보내진다. 또 제3도에서는 나타나있지 않으나, 하수구정물건조분등도 용융하는 경우에는, 그것이 평량되어 보내어진다. 이때, 이들 원료로부터 생성되는 용융슬랙중의 MgO가 5% 내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록 원료가 소유배합비율에 혼합된다.

〔제3공정〕 혼합된 원료는, 로체중간위치에서 미분회 및 폐플라스틱이 첨가되는 EK식 로타리킬른(1D₁)에 장입된다. 원료는 미분회의 연소에 의하여 가열되어, 마지막으로 버너의 화염으로 가열된다. 폐플라스틱 및 원료중의 휘발분은 소각된다. 원료는 2차적으로 건조됨과 동시에 탈가스되어, 원료의 일부가 미분회에 의하여 환원된다. 동시에 미분회로부터 코크분말이 생성된다. MgO함유물로서 드로카이트나 석회등이 원료에 첨가되어 있는 경우에는, 킬른내에서 경소 드로마이트도 생성된다. 이와 같이 하여 사전처리된 원료는 거친 사상이 되어, 콘테이너(26)으로 수용된다.

이 EK식 로타리킬른(1D₁)에서는, 미분회의 연소존과 버너연소존의 온도제어가 극히 용이하다. 로내 전체가 700℃내지 1,000℃로 유지되어, 소각회를 균일하게 가열할 수 있다. 소각회에 비회가 혼합되어 있어도, 비회안의 저융점 물질은 소각되어, 다이옥신도 분해된다.

〔제4공정〕 2차건조된 원료가 환원용융로(2A)로 장입된다. 원료중의 수분이나 휘발분은 이미 제거되어 또한 원료는 예열되어 있으므로, 환원용융로(2A)에 있어서의 가열에너지의 공급량은 저감된다. 원료중에는 EK식 로타리킬른(1D₁)에서 생성된 코크분말이 혼재되어 있으므로, 특별한 경우를 제외하고 환원제를 첨가할 필요는 없다.

혼재하는 코크분말에 의하여 도전성이 향상된 원료의 용융은 촉진되어 원료중의 Fe계산화물이 환원되어, 용융선철(5)이 생성된다. 원료중의 다른 주금속류 및 환원가능한 산화물류를 환원하여 생긴 원소는, 용융선철(5)에 용융한다. 동시에, 가스함유율이 아주 낮은 중근속류등을 가급적으로 포함하지 않는 용융 슬랙(6)이 생성되어, 용융선철(5)위에 체류한다. 또한 용융슬랙중의 FeO는 아주 적게 되지만, 조재중의 MgO가 슬랙의 유동성저하를 방지한다.

원료가 환원용융되어도 서브머지드아크 상태를 유지시켜야하며, 원료가 로개(2b)(제8도를 참조)를 통하여 가동전극(8)의 주변에 차례차례 추가장입된다. 로상에 고인 용용선철(5)는 의도적으로 소량을 남기고, 출선구(5a)에서 1일 또는 2일마다 취과(5C)(제16도를 참조)에 출탕된다.

환원용융로(2A)에 장입된 원료는 거의 휘발분이나 수분을 포함하지 않고, 환원용융시에 다량의 수증기가 발생하는 일 없이, 휘발물질의 연소에 의하여 다량의 연소가스가 발생하는 일도 없다. 비회등의 저비점염화물이 저온도영역에서 응집하는 일도 없으므로, 원료층중에 각상층이 형성되는 일도 없다. 따라서, 천천히 환원용융이 실현되는 점, 분입상의 원료는 650℃내지 850℃으로 예열되어 있으므로 유동성이 좋은 점으로부터 지금까지 불가능하다고 해왔던 로조업의 무인화, 자연운동화가 실현된다. 또한 로체의 대용량화도 가능해진다.

〔제5공정〕 용융선철(5)와는 독립하여 출재된 용융슬랙(6)을 슬랙주조장치(3A)의 금형에 흘려보내어, 25mm정도의 약균일 두께인 판형상으로 한다. 슴형을 반송하는 사이에 용융슬랙의 표충을 응고시킨다. 응고슬랙내의 용융부로부터의 복열을 이용하여, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO의 4원계상평형상태에 있어서의 공정점 혹은 그에 가급적으로 근사한 상태에서 공정응고한 슬랙이 주조된다.

예를 들어, 용융슬랙(6)중의 CaO가 5% 내지 36%, SiO₂가 38%내지 55%, Al₂O₃가 10%내지 25%, MgO가 5% 내지 20%이라면, 그 용융슬랙의 공정점은 1.320℃이하인 경우가 많다. 1,500℃이상인 용융슬랙은 금형내에 있어서 1,320℃이하까지 액상으로 강온하는데, 공정점의 온도가 되면 일제히 석출을 개시한다. 그리고, 〔상율〕에 의거하여 전조성이 재결정화되기까지 온도가 자연스럽게 유지된다. 그러나 슬랙조주장치(3A)에 있어서는 반드시 완전한 재결정화가 달성되는 것은 아니다.

〔제6공정〕 1차 재결정화된 주조슬랙(6s)은 탈형되어, 파쇄장치(3B)에 의하여 파쇄하고, 정입된다. 슬랙에는 비정질부분이 많이 남아 있으므로, 비교젓 작은 힘으로 5mm 내지 25mm로 부술 수 있다. 그 주조슬랙입자(6u)은 샤프한 각을 가진 것이 많으나, 열처리후에 파쇄할 필요는 없다. 또한 파쇄시 생기는 미분은 적다.

〔제7공정〕 회전식열처리로(4A)로 장입되는 주조슬랙입자(6u)은, 버너에 의하여 로체가 850℃ 내지 1,200℃의 분위기아래에 노출된다. 주조슬랙입자은, 버너화염과의 접촉 및 로체의 회전에 의한 가열라이닝과의 접촉에 의하여 균일하게 가열된다. 2시간 내지 3시간 체류한 주조슬랙입자은, 로체의 회전에 의한 내벽상승과 폭류낙하의 반복에 의하여 전동되어, 둥그스름하게 된다. 4원계상평형상태에 있어서의 공정점에서의 재결정화가 촉징되고, 주조슬랙입자은 비정질부분을 남기지 않고, 잔류내부의 찌그러짐도 제거한다.

생성된 인공사리(64)는 중금속류나 유해물질을 포함하지 않는 순수한 것이며, 가스함유량이 아주 적다. 천연사리와 유사한 조직의 치밀한 인공골재를 얻을 수 있다. 〔상율〕에 의한 온도유지작용도 있으므로, 재결정화에 이르기까지 공급되는 열에너지의 소비량도 대폭 저감된다.

이상의 설명에서 알 수 있듯이, CaO-SiO₂-Al₂O₃의₃원계의 한정된 공정점의 범위가_,MgO를 첨가한 4원계로 개질되는 것에 의하여 확대되어, 4원계상평형상태에서 공정응고가능한 용융슬랙을 생성할 수 있다. MgO를 첨가함으로 인하여 용융슬랙의 유동성도 개선되어, CaO를 과잉으로 첨가할 필요도 없이 슬랙융점의 저하에도 기여할 수 있다. 따라서 용융슬랙에서 인공사리를 생성하기 위한 후속공정에 있어서의 취급이 용이해진다. 생성된 인공사리는 소화성을 동반하는 일없이 장기간의 화학적, 물리적 안정성이나 기계적 강도가 확보된다.

다음으로, 무해화가 도모되어 또한 공정응고할 수 있는 용융슬랙으로부터, 하사(河砂)에 아주 가까운 인공사를 제조하는 장치를, 제19도에 의거하여 설명한다. 이 장치에 있어서도, 제3도에 나타낸 사전처리설비(1)가 채용되지만, 제19도에는 나타나있지 않다. 환원용융로(2A)는 제8도나 제11도에 의하여 설명한 로와 같으며, 회전식 열처리(4A)도 제18도에 의하여 설명한 로와 같다. 환원용융로(2A)와 회전식열처리로(4A)와의 사이에 설치된 스럭응고설비가 제4도나 제18도와 다르다.

제5도 및 제19도를 참조하여, 슬랙응고설비로서 풍쇄식응고장치(3S)가 채용된다. 이 응고장치는, 용융슬랙비산장치(3S₁)와 사상슬랙생성장치(3S₂)로부터 이루어진다. 용융슬랙비산장치는, 환원용융로(2A)로부터 출재된 용융슬랙(6)을 받는 슬랙받이통(71)과, 그 슬랙받이 통으로부터 유출되는 용융슬랙을 압축공기에 의하여 불어날라가는 공기분출기(72)를 갖는다.

라이닝이 실시된 슬랙받이통(71)는, 용융슬랙(6)의 방열을 억제해야하는 단시간동안, 용융슬랙을 사상슬랙생성장치(3S₂)의 입자측개구내로 공급한다. 공기분출기(72)는, 슬랙받이통(71)의 하부로부터 위쪽을 향하여 압축공기를 분출하는 파이프(72a)와, 도시하지 않은 에어컨플럭서로 이루어진다. 그 파이프의 공기분출압력은, 용융슬랙(6)을 다음에 서술할 회전드럼내면으로 심하게 충돌시키기에 충분할 정도 높게 설정된다.

사상슬랙생성장치는(3S₂)는, 옆으로 놓는 식의 회전드럼(73)과 드럼냉각기(74)으로 이루어진다. 회전드럼(73)은, 라이닝이 실시되지 않은 양단개방형의 선제드럼이며, 롤러(73r), (73r)에 의하여 회전가능하게 지지되어 있다. 도시하지 않은 구동기에 의하여 회전되는 드럼은, 슬랙의 이동방향에 대하여 아래쪽으로 향하여 경사가 져있다. 드럼냉각기(74)는, 회전드럼(73)을 냉각하기 위하여, 항시 냉각수를 들럼의 선피외면에 산포한다. 냉각수는 드럼외면으로 세운 물기를 빼는 핀(73a)으로 저지되어, 회전드럼(73)으로 진입하는 일이 없다.

예를 들면 30rpm정도로 회전하는 회전드럼(73)의 일끝단개구에서 스며들어온 용융슬랙(6)은, 분사공기와 함께 수냉드럼의 내벽에 닿는다. 용융슬랙은 분사공기에 의한 비산력과 드럼내벽과의 충돌에 의한 충돌력에 의하여 미제화함과 동시에, 물로 식힌 선피의 냉각작용에 의하여 표면이 응고한다. 생성된 사살슬랙(6w)은 상호 부착하는 일없이, 드럼내를 다른 개구를 향하여 이동한다. 드럼(73)의 회전에 의한 사상슬랙의 내벽상승과 폭류낙하의 반복에 의하여, 사상슬랙은 전동하고, 둥그스름해진 외각을 형성한다.

사상슬랙(6w)은, 회전드럼(73)으로부터 배출될 때까지 서냉된다. 회전드럼(73)에는 슬랙내부 보유열의 소산을 억제하기 충분한 길이가 확보되어 있으므로, 서냉하는 동안, 슬랙은, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO의 4원계상평상태에 있어서의 공정응고현상에 의거한 부분적인 1차재결정화가 촉진된다. 또한 드럼(73)에 산포된 냉각수는, 드럼의 주위를 흐르는 동안에 일부 증발하고, 잔부는 물담는 통 (3w)으로 떨어진다.

사상슬랙(6w)은 슈트(75)위에 배출되어, 바로 회전식열처리로(4A)에 장입된다. 회전식열처리로에서 완전히 재결정된 인공사(76)은, 금속분이나 유해물질을 포함하지 않고, 하가에 아주 가까운 치밀한 조직의 화학적 물리적으로 안정된 콘크리트용 인공골재가 된다.

이상의 설명에 있어서는, 소각회에 비회를 가한 원료를 환원용융하여, 인공골재를 제조하고 있다. 물론, 소각회만, 하수구정물건보분만, 소각회와 하수구정물전고분과의 혼합물, 또는 소각회와 비회와 하수구정물건조분과의 혼합물을 원료로 할 수도 있다. 어느 것이나, 환원용융로에 장입된 원료의 조성을 사전에 파악해두고, 그것을 공정응고시키는데 적합하게 MgO를 첨가하면 된다.

실시예

본 발명은, SiO_2,CaO, Al₂O₃을 주성분으로 하는 용융슬랙을 생성할 때에_,용융슬랙중의 MgO가 5% 내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그게 아주 근사한 함유율이 되도록 MgO를 함유하는 플럭스를 원료에 첨가하는 것이다. 이에 따라, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO의 4원계상평형상태에 있어서의 공정점 혹은 그에 가급적으로 근사한 상태에서 공정응고하는 조성을 가진 용융슬랙을 얻을 수 있도록 하고 있다. 거기에 이하의 몇가지 실예를 들었다.

제20도는, CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO계의 15% Al₂O₃면의 액상온도에 있어서의 상관계이다. 변(81)의 숫자는 CaO의 함유%, 변(82)의 숫자는 SiO₂의 함유%_,변(83)은 MgO의 함유%를 나타낸다. 도면중의 실선이나 두꺼운 파선은 암석질의 경계를 나타내고, 가는 파선상의 숫자는 응고온도를 나타낸다.

점A는 공정점이며, 점A에서 점(a₁), (a₂), (a₃)(제20도의 요부를 확대한 제21도를 참조)까지의 부분은, 응고시에 재결정화를 유발하기 쉬운 영역에 있는 공점선이다. 또 제20도를 비롯하여 후술하는 제22도, 제24도, 제26도, 제27도는, E.F.오즈본, R.C.데브리즈, K.H.기이, H.M.클래너 공저 〔CaO-MgO -Al₂O₃-SiO₂4원계액상데이터에서 추론한 고로슬랙의 최적조성〕 AIEM기요 제200권 33항 내지 45항에 기재된 4원계상평형상태도이다.

응고한 슬랙을 재결정화하기 위해서는_,그 공정응고온도가 1,300℃이하인 점이나, 용융슬랙이 높은 유동성에 근거한 결정분자의 이동이 용이한 점이 불가결하다. 그렇기위해서는, SiO₂가 약55%이하일 것, 및 인공골재로서 사용한 경우에 알칼리골재반응이 일어나기 쉽게 되는 폴스텔라이트결정이 나오지 않게 하는 것이 중요하다. 따라서 아놀사이트, 파이록센, 메릴라이트 3원공정점의 근방인 제21도중에 표시한 선(Aa₁), (Aa₂), (Aa₃)위의 조성이 되도록, MgO를 포함한 플럭스를 배합조절할 필요가 있다.

상기한 점 A,(a₁), (a₂), (a₃)을 포함하는 몇가지의 검은 점 및 다른 점B등은, 응고온도가 최저의 1,300℃이하를 나타낸 공정점 혹은 그에 아주 근사한 점이며, 각각의 조성은 표1과 같다. 또한 표중의 점A, B에 있어서의 MgO란은 상술한 목표함유율이며, 점(a₁), (a₂), (a₃), (b₁), (b₂)등은, 목표함유율에 아주 가까운 함유율에 상당한다.

점	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO
Aa₁a₂a₃a₁₁a₂₁a₃₁Bb₁b₂	46.550.144.945.348.445.546.245.050.041.2	31.427.634.429.729.633.030.026.620.729.5	15.015.015.015.015.015.015.015.015.015.0	7.17.35.710.07.06.58.813.414.314.3

(중량%)

제22도는 10% Al₂O₃의 경우이며, 같은 조건으로 하여 통합하면, 표2와 같이 된다. 어느점도 4원계상평형상태에 있어서의 공정점 혹은 그에 아주 근사한 점이며, 응고온도 즉 융점의 최저온도는 1,300℃이하이다. 또한 제23도는 제22도중 점의 근방을 확대한 것이다.

점	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO
Dd₁d₂d₃d₁₁Ee₁e₂e₃	49.053.548.547.951.342.045.143.739.0	32.930.034.132.131.429.826.731.832.2	10.010.010.010.010.010.010.010.010.0	8.16.57.410.07.318.218.214.518.8

(중량%)

마찬가지로 20% AlO의 경우가 제24도 및 제25도에 표시되어 있다. 이것을 통합하면, 표3과 같이 된다. 어느 점도 4원계상평형상태에 있어서의 공정점 또는 그에 아주 가까운 점이며, 응고온도는 1,300℃이하이다. 또한 점g₂도 4원계상평형상태에 있어서의 공정점에 아주 가까운 점이지만, 이 경우의 응고온도는 1,330℃내지 1,350℃이라고 되어 있다.

점	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO
Ff₁f₂f₃f₁₁f₂₁f₃₁Gg₁g₂g₃₁	41.943.241.438.642.641.740.244.749.344.347.0	28.125.232.931.126.630.529.620.716.118.418.4	20.020.020.020.020.020.020.020.020.020.020.0	10.011.65.710.310.87.810.214.614.617.314.6

(중량%)

같은 식으로 25% Al₂O₃의 경우가 제26도에 표시되어 있다. 이것을 통합하면 표4와 같이 된다. 어느 점도 4원계상평형상태에 있어서의 공정점 혹은 그에 아주 근사한 점이며, 응고온도는 1,400℃이하이다.

점	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO
Jj₁j₂j₃	38.940.238.736.3	31.326.833.832.1	25.025.025.025.0	4.88.02.56.6

(중량%)

이상을 정리하면, CaO가 16% 내지 36%, SiO₂가 36%내지 54%, Al₂O₃가 10% 내지 25%, MgO가 5% 내지 20%이면, 4원계상평형상태에 있어서의 공정점에 가급적으로 근사한 상태로 공정응고하는 조성을 나타낸 용융슬랙을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 Al₂O₃의 함유율은 너무 적거나 너무 많아도 용융슬랙의 융전이 올라간다는 것은 잘 알려져 있으며, 5%이하이거나 30%를 넘으면 응고점의 최저온도는 약1,400℃이상이 된다. 그와 같은 경우에는 소각회의 용해온도를 높일 필요가 있으며, 열에너지의 소비가 증대하게 되므로 피해야한다.

그런데, 상기한 제20도 내지 제26도에 있어서, 그외에도 4원계상형평상태에 있어서의 공정점 혹은 그에 아주 근사한 점이 존재한다. 제20도 및 제21도의 15% Al₂O₃인 경우, 공정점C 및 점(c₁), (c₁₁)을 표5와 같이 집어낼 수가 있으며, 그 응고온도는 1,300℃이하이다.

점	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO
Cc₁c₂	62.251.257.3	17.425.720.6	15.015.015.0	5.48.17.3

(중량%)

마찬가지로 제24도 및 제25도의 20% Al₂O₃인 경우, 공정점H를 표6과 같이 집어낼 수가 있으며, 그 응고온도도 1,300℃이하이다.

점	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO
H	54.0	11.4	20.0	14.6

(중량%)

마찬가지로 제26도의 25% Al₂O₃인 경우, 공정점K를 표7과 같이 집어낼 수가 있으며, 그 응고온도도 1,400℃보다 낮다.

점	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO
K	52.3	8.6	25.0	14.1

(중량%)

그러나 어느 것도 SiO의 함유율이 높은 거에 기인하여, 용융슬랙의 점성도높아지고, 환원용융로에서 용융슬랙을 유출시키는 조작이 불편하다. 따라서 4원계상평형상태에 있어서의 공정점 혹은 그에 아주 근사한 점이라 할지라도, 바람직하지 않은 공정점이 존재한다는 것에 주의해야 할 것이다.

덧붙여서, 소각회의 조성은 일정하지 않지만, 예를 들면 표8과 같은 조성이다. 실시예1 및 실시예2는 종래기술의 전기용융법 등에 의하여 얻어진 공표되어 있는 슬랙의 조성 데이타이다. 실시예3은 본 발명자들의 테스트에 제공된 소각회의 조성이다.

	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	Fe₂O₃	그외
실시예1	33.60	13.50	13.06	5.4	7.44	29.38
실시예2	33.20	16.80	16.80	8.1	6.20	22.90
실시예3	32.80	15.60	15.60	7.3	7.50	25.30

(중량%)

상기한 소각회를 용융하여 슬랙화하면, 표9와 같은 조성이 된다. 또, 실시예1 및 실시예2은 약간 성분조성되어 있는 듯하며, 공표치를 그대로 들고 있다.

	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	Fe₂O₃	그외
실시예1	48.10	14.42	14.78	2.59	6.16	13.95
실시예2	39.10	20.90	21.10	2.31	6.17	10.42
실시예3	47.77	21.26	22.72	6.12	1.64	0.49

(중량%)

이들 슬랙을 다시 용융함과 동시에 환원하여 슬랙의 주요 성분을 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO로 하면, 그 슬랙의 조성은 표10과 같이 다시 바꿔쓸 수 있다.

	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO
실시예1(S)	60.22	18.05	18.50	3.23
실시예2(T)	46.88	25.06	25.29	2.77
실시예3(U)	48.81	21.72	23.22	6.25

(중량%)

실시예1의 Al₂O₃의 함유율을 20%로 간주하면 제24도중의 점S가 되어 실시예2의 Al₂O₃의 함유율을 25%로 간주하면 제26도중 점T가 된다. 실시예3의 Al₂O₃의 함유율을 25%로 간주하면, 제26도중 점U가 된다. 점S는 공정점F 및 G로부터 크게 떨어져 있어, 점T 및 U는 공정점J로부터 크게 떨어져 있다. 어느것이나 응고하면 알노사이트가 되어, 슬랙응고온도는 높다.

상기의 실시예3의 소각회에 비회를 섞어서, MgO의 함유량이 상태도면중의 공정점이 되도록 경소드로마이트를 첨가할 경우에 대하여 서술한다. 우선, 소각회, 비회, 경소드로마이트의 성분은, 표11과 같다.

	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	Fe₂O₃	CI	Na₂O	K₂O
소각회	32.8	14.6	15.6	4.2	7.5	-	1.8	1.6
비회	15.8	21.5	10.3	5.5	3.3	14.9	5.8	5.1
경소드로마이트	0.42	65.54	0.09	32.62	0.1	-	-	-

(중량%)

	5.6이상	5.6∼2.0	2.0∼1.0	1.0∼0.5	0.5∼0.25	0.25∼0.125	0.125∼0.063	0.063이하
A	3.85	20.24	16.80	13.56	14.98	10.73	7.69	12.15
B	0	0.42	4.04	12.58	26.58	56.38

	5이상	5∼3	3∼2	2∼1	1∼0.5	0.5∼0.25	0.25∼0.125	0.125이하
C	0	2.6	36.0	18.6	13.7	11.2	7.8	10.1

(상단의단위,하단중량%)

쓰레기소각에 대해서는 소각회와 비회가 약 3:1 발생하므로, 소각회/비회=70/30의 혼합물에 경소드로마이트를 7.9% 첨가한다. 이 원료를 환원용융하면, 슬랙은 표13과 같은 조성이 된다.

SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	합계
37.50	30.50	19.50	10.00	97.50

(중량%)

이 용융슬랙의 Al₂O₃의 함유율을 20%로 간주하면, 제24도중의 점u가 되어 공정점F에 근사한 f₃에 일치한다_.

다음으로, 다른 성분조성의 소각회나 비회를 원료로 하는 경우에 대하여 서술한다. 그 소각회(K)와 비회(L)의 성분을, 드로마이트(M)의 이론치 및 소각드로마이트(N)의 그것과 함께 표14에 나타낸다.

	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	C	Na	Ka	Pb	CI
K	26.82	17.32	16.59	4.69	13.64	0.56	0.77	0.79	-
L	13.41	18.09	6.95	6.04	1.15	3.92	3.06	0.554	15.28
M	-	30.4	-	21.9	-	-
N	0.42	65.54	0.09	32.62	-	-	-

(중량%)

소각회/비회=70/30의 혼합물에 소성 드로마이트를 4.0%첨가한 경우 용융슬랙의 성분을 표15의 실시예11의 난에, 소각회/비회=80/20의 혼합물에 소성드로마이트를 5.5%첨가한 경우를 실시예12의 난에, 소각회/비회=70/30의 혼합물에 드로마이트를 5.4%첨가한 경우를 실시예13의 난에, 소각회/비회=80/20의 혼합물에 드로마이트를 7.5%첨가한 경우를 실시예14이 난에 각각 든다. 어느경우도, 제24도중의 공정근사점 f₃에 거의 동등하게 된다.

	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	합계
실시예11	34.58	31.52	21.41	10.00	97.51
실시예12	34.64	31.18	21.68	10.00	97.50
실시예13	35.17	30.54	21.79	10.00	97.50
실시예14	35.42	29.90	22.18	10.00	97.50

(중량%)

표16은, 소각회/비회=70/30의 혼합물에 소성드로마이트를 첨가하는 것에 의하여, 용융슬랙중의 MgO함유량이 9%, 10%, 15%가 되도록 한 경우의 원료 배합비율과 용융슬랙의 성분조성을 나타낸다.

배합비율	슬 랙 성 분 (중량%)
소각회	비회	소성드로마이트	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	합계
〔케이스1〕	0	36.88	29.27	22.85	8.50	97.50
70	0	30	37.83	30.02	23.43	8.72	100%환산시
〔케이스2〕	4.0	34.58	31.52	21.41	10.00	97.51
70	4.0	30	35.46	32.33	21.96	10.25	100%환산시
〔케이스3〕	22.35	26.89	39.00	16.61	15.00	97.50
70 30	22.35	27.58	40.00	17.04	15.38	100%환산시

케이스1의 경우, Al₂O₃을 20%로 간주하면, 그 조성은 제24도중의 공정점 F로부터 매우 떨어진다. 케이스2의 경우, Al₂O₃의 함유율을 20%로 보면, 그 조성은 제24도중의 점f₃에 가깝다. 이것은 표15의 실시예11에서 서술한 바와 같다.케이스3의 경우, Al₂O₃의 함유율을 15%로 간주하면, 그 조성은 제20도중의 공정점A, B에서 매우 떨어진다. 따라서, 표14에 나타낸 조성의 소각회와 비회를, 소각회/비회=70/30으로 사용하는 경우에는 소성드로마이트를 4.0%첨가해야한다는 것을 알 수 있다. 반대로 말하면, 소성드로마이드의 첨가량이 0%나 22.35%인 경우, 다원계상평형상태에 있어서의 공정점에 가급적 근사한 상태에서의 공정점은 불가능해진다.

표17은, 소각회/비회=80/20인 혼합물에 소성드로마이트를 첨가함으로 인하여, 용융슬랙중의 MgO 함유량이 8%, 10%, 15%가 되도록 한 경우의 원료 배합비율과 용융슬랙의 성분조성을 나타낸다.

배합비율	슬 랙 성 분 (중량%)
소각회	비회	소성드로마이트	SiO₂	CaO	AI₂O₃	MgO	합계
〔케이스4〕	0	37.73	28.16	23.62	7.99	97.50
80	0	20	38.69	28.88	24.23	8.20	100%환산시
〔케이스5〕	5.53	34.64	31.18	21.68	10.00	97.50
80	5.53	20	35.53	31.98	22.23	10.26	100%환산시
〔케이스6〕	24.92	26.94	38.73	16.83	15.00	97.50
80 20	24.92	27.63	39.73	17.26	15.38	100%환산시

케이스4의 경우, Al₂O₃을 25%로 간주하면, 그 조성은 제26도중의 공정점 J로부터 떨어진다. 케이스5의 경우, Al₂O₃의 함유율을 20%로 보면, 그 조성은 제24도중의 점f₃에 가깝다. 이것은 표15의 실시예12에서 서술한 바와 같다. 케이스6의 경우, Al₂O₃의 함유율을 15%로 간주하면, 그 조성은 제20도중의 공정점A, B에서 매우 떨어진다. 따라서, 표14에 나타낸 조성의 소각회와 비회를, 소각회/비회=80/20으로 사용하는 경우에는 소성드로마이트를 5.53%첨가해야한다는 것을 알 수 있다. 소성드로마이트의 첨가량이 0%나 24.92%인 경우, 슬랙의 응고온도가 높아져서 가열에너지가 다량으로 요구된다. 덧붙여서, 출재후에 냉각이 급속하게 진행되고, 비정질을 많이 남긴 재결정화의 불충분한 슬랙이 된다.

덧붙이면, 제20도에 있어서는 MgO가 약 6% 내지 약14%이며, 제22도에서는 약7%내지 약20%이다. 제24도에 있어서는 약6%내지 17%이며, 또한 제26도에 있어서 약3% 내지 8%인 것을 알 수 있다. 참고에는 제27도에서 Al₂O₃가 30%인 경우인 상관계를 나타낸다. Al₂O₃가 많은 경우의 슬랙의 융점은, Al₂O₃2매우 높으며 또한 점성도 크므로, 인공골재의 제조에는 부적절하다.

Al₂O₃을 2을 약10%내지 약25%의 범위에 한정시켜둔다면, 용융슬랙을 공정응고시킬 수 있는 MgO은 3%내지 20%이다. 앞에서 든 제20도 내지 제26도는 예시에 지나지 않는다. MgO가 5%이하라면 MgO를 첨가할 여지가 적으므로, 성분조정의 범위가 좁하진다. 성분조정이 용이한 범위를 고려하면, 용융슬랙의 MgO의 목표함유율을 5%내지 20%까지의 범위에 있어서 어느 것의 %라고 하면 좋다는 것을 알 수 있다.

Claims

생활 쓰레기, 하수구의 구정물, 산업폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나, 하수구정물 건조분인 용융슬랙으로부터 인공골재를 제조하는 방법에 있어서,

상기 소각회(燒却灰)나 비회(飛灰)를, 120℃내지 250℃로 가열하는 건조공정과,

건조된 소각회나 비회 내지 MgO를 포함하는 플럭스(flux)를 칭량(秤量)함으로써, 이들 원료로부터 생성되는 용융 슬랙내의 MgO가 5%내지 20%의 범위의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록, 원료를 소정배합비율로 하는 혼합공정과,

혼합된 원료에 미분탄을 첨가함으로 인하여 로체(爐體)의 대략 전영역을 700℃내지 1,000℃로 유지한 상태에서, 상기 원료의 예열이나 탈가스, 원료의 일부의 환원을 하는 가열공정과,

상기 예열된 원료중의 Fe계 산화물을 용융환원하여 용융선철을 생성하고, 이 용융선철에 다른 중금속류 및 환원가능한 산화물을 환원하여 생긴 원소를 용해시킴과 동시에 가스함유율이 극히 낮아서 상기 중금속유등을 가급적으로 포함하지 않는 용융슬랙을 생성하여 상기 용융선철의 상부에 체류시키는 환원용융공정과,

상기 주조슬랙을 금형에서 이형한 후에, 4mm 내지 40mm 바람직하게는 5mm내지 25mm로 부수는 파쇄공정과,

파쇄에 의하여 생긴 주조 슬랙 입자를 850℃내지 1,200℃의 분위기아래에서 전동시켜, 이 주조슬랙입자중에 잔류하는 비정질부분을 재결정시킴과 동시에 주조슬랙입자의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 열처리공정을 가지고, 조직의 치밀한 재결정화한 인공사리를 생성시키는 것을 특징으로 하는 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조방법.
청구항1에 기재된 건조공정, 혼합공정, 가열공정, 환원용융공정에 이어,

상기 용융선철과는 독립하여 출재된 용융슬랙을, 기류에 태워 수냉벽에 충돌시켜, 이 수냉벽과의 접촉에 의하여 용융슬랙에서 사상슬랙을 생성하는 응고공정과,

사상슬랙을 850℃내지 1,200℃의 분위기아래 전동시켜, 이 사상슬랙중에 잔류하는 비정질부분을 재결정시킴과 동시에 사상슬랙의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 열처리공정을 가지고, 조직이 치밀한 재결정화된 인공사를 생성시키는 것을 특징으로 하는 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조방법.
생활 쓰레기, 하수구의 구정물, 산업폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나, 하수구정물 건조분인 용융슬랙으로부터 인공골재를 제조하기 위하여, 소각회에 포함되는 환원이 용이한 Fe, Cr, P등의 산화물을 용융환원하여 용융선철을 생성하여, 가급적으로 저융점이며 또한 공정(共晶)응고하는 조성을 가지는SiO₂등을 주성분으로 하는 용융슬랙을 생성하고, 그 용융슬랙으로부터 가스함유율이 극히 낮은 치밀한 재결정화한 콘크리트용 인공골재를 제조하는 방법에 있어서,

상기 소각회나 비회를, 120℃내지 250℃로 가열하는 건조공정과,

건조된 소각회나 비회 내지 MgO를 포함하는 플럭스를 칭량(秤量)함으로써, 이들 원료로부터 생성되는 용융슬랙안의 MgO가 5%내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록, 원료를 소정배합비율로 하는 혼합공정과,

혼합된 원료에 미분탄을 첨가함으로 인하여 로체(爐體)의 약전영역을 700℃내지 1,000℃로 유지한 상태에서, 상기 미분탄에서 코크분말을 생성시킴과 동시에, 상기 원료의 예열이나 탈가스, 원료의 일부의 환원을 하는 가열공정을 가지고 환원용융해야할 원료를 사전처리하는 것을 특징으로 하는 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조방법.
생활 쓰레기, 하수구의 구정물, 산업폐기물등을 소각하여 생긴 소각회나, 하수구정물 건조분인 용융슬랙으로부터 인공골재를 제조하는 장치에 있어서,

상기 소각회나 비회를, 120℃내지 250℃로 가열하는 건조공정과,

건조된 소각회나 비회 내지 MgO를 포함하는 슬랙 생성을 촉진하는 플럭스를 혼합하는 것에 의하여, 이들 원료로부터 생성되는 용융슬랙안의 MgO가 5%내지 20%의 범위에 있어서의 목표함유율 혹은 그에 아주 근사한 함유율이 되도록, 원료를 소요배합비율로 하는 평량장치와,

조합된 원료가 장입되어, 로체중간위치에서 미분탄 및 플라스틱 폐재를 첨가함으로 인하여 로체(爐體)의 약전영역을 700℃내지 1,000℃로 유지한 상태에서, 상기 미분탄으로부터 분콕스를 생성시킴과 동시에, 상기 원료의 예열이나 탈가스, 원료 일부의 환원을 하는 EK식 로타리킬른과,

상기 예열된 원료를 환원용융함으로써, 이 원료안의 Fe계산화물을 환원하여 용융선철을 생성하고, 이 용융선철에 다른 중금속류 및 환원가능한 산화물을 환원하여 생긴 원소를 용해시킴과 동시에, 가스함유율이 극히 낮아서 상기 중금속류등을 가급적으로 포함하지 않는 용융슬랙을 생성하여 상기 용융선철의 상부에 체류시키는 환원용융로와,

상기 용융선철과는 독립되게 출재된 용융슬랙을 금형으로 흘려서 판형상으로 함과 동시에 반송하고, 그 반송 사이에 슬랙을 응고시키는 슬랙주조장치와,

응고한 주조 슬랙을 금형에서 이형한 직후에, 4mm내지 40mm 바람직하게는 5mm내지 25mm로 파쇄하는 파쇄장치와,

파쇄에 의하여 생긴 주조슬랙입자를 850℃내지 1,200℃의 분위기아래에서 전동시켜, 그 주조슬랙입중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시킴과 동시에 주조슬랙입의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 회전식열처리로를 구비하여, 조직의 치밀한 재결정화한 인공사리를 생성시키는 것을 특징으로 하는 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조장치.
청구항4에 기재의 전조장치, 평량장치, EK식 로타리킬른 및 환원용융로를 갖춤과 동시에,

상기 용융선철과는 독립하여 출재된 용융슬랙을 기류에 태원 수냉벽에 충돌시켜, 이 수냉벽과의 접촉에 의하여 용융슬랙에서 사상슬랙을 생성하는 풍쇄식응고장치와,

사상슬랙을 850℃내지 1,200℃의 분위기아래에서 전동시켜, 이 사상슬랙입자중에 잔류하는 비정질부분을 재결정화시킴과 동시에 사상슬랙입자의 잔류내부의 찌그러짐을 제거하는 회전식열처리로를 구비하여, 조직의 치밀한 재결정화한 인공사를 생성시키는 것을 특징으로 하는 소각회로부터의 콘크리트용 인공골재의 제조장치.