KR20000033656A

KR20000033656A - 레이들 슬래그를 이용한 시멘트 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20000033656A
Application number: KR1019980050612A
Authority: KR
Inventors: 김진일; 박병곤; 강봉수; 조규용
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR100415659B1

Abstract

본 발명은 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 제철소에서 부산물로 발생되는 전로 슬래그중 특히 레이들 슬래그를 이용하여 공업적으로도 결합강도가 떨어지지 않는 시멘트를 제조함에 그 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명은 전로에서 1차 정련된 용강을 레이들내에 출강하면서 Al탈산 또는 Al-Si 복합탈산처리하여 상기 레이들내의 상부에 부유되는 슬래그의 조성을 중량%로, 전 Fe 3%이내, Al₂O₃20-35%, MgO 4-8%, 염기도(CaO/SiO₂) 3-8이고, 기타 불가피한 산화물을 포함하도록 조성되도록 노외정련한 다음, 탈산처리된 레이들내의 슬래그를 적어도 50분 이상 레이들내에 유지한 후 레이들 슬래그를 상온에서 배재하여 1mm이하로 분급하므로써 결합강도가 적어도 80Kg/㎠이상되는 시멘트 원료 조성물을 제조함을 그 기술적 요지로 한다.

Description

레이들 슬래그를 이용한 시멘트 조성물 및 그 제조방법

본 발명은 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전로정련후 배재되는 레이들 슬래그를 이용하여 제조되는 시멘트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 제철소에서 부산물로 발생되는 각종 폐자원을 활용한 대체 재료의 개발이 활발히 진행되면서 제강공정에서 발생되는 슬래그에 대한 활용기술도 급격히 발전되고 있다.

상기 슬래그를 이용한 기술에 대한 일례로서, 대한민국 공개특허 제97-43098호에는 30-50%의 CaO와 30-40%의 Al₂O₃를 포함한 레이들 슬래그에 CaO, CaF₂와 탄소를 혼합한 용선 탈황제가 제시되어 있다.

그러나, 이러한 슬래그를 이용한 대체 재료 개발기술들은 아직까지는 용선 탈황제 등에 국한되어 있을 뿐이고, 레이들 슬래그를 시멘트 원료로 사용하기에는 아직까지 그 활용기술에 문제점이 남아 있는 실정이다.

즉, 시멘트는 석회석과 철계 원료를 소성한 후 응고 지연제인 석고 등을 첨가하여 제조되며, 표1은 일반 시멘트의 대표적인 조성을 보이고 있다.

성분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	SO₃
조성(중량%)	62~65	21~23	5.0~6.5	2.5~3.5	1.1~2.2

성분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	T.Fe	MnO	MgO	TiO₂	S	P₂O₅
중량%	37.0	12.2	2.5	23.2	3.85	5.9	0.2	0.07	1.76

이러한 시멘트의 조성은 표2와 같이, 전로 정련된 전로 슬래그의 조성과 어느 정도 유사함을 알 수 있다. 다시 말하면, 전로 슬래그에는 시멘트와 유사한 성분을 다량 함유하고 있지만, 반면에 슬래그에는 전 Fe(T.Fe)가 다량 함유되어 있어 이 금속 성분에 의해 시멘트의 결합력이 크게 떨어져 슬래그를 재활용을 하는데 크게 제한을 받고 있다. 따라서, 최근 석회석 채굴에 따른 자연 고갈과 환경 파괴 등을 고려해 볼 때 시멘트를 제조함에 있어 제철소에서 부산물로 발생되는 슬래그를 이용할 수 있다면 자원재활용 측면에서도 유리할 것이다.

본 발명은 제철소에서 부산물로 발생되는 전로슬래그중 특히 레이들 슬래그를 이용하여 공업적으로도 결합강도가 떨어지지 않는 시멘트를 제조함에 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, 전 Fe 3%이내, Al₂O₃20-35%, MgO 4-8%, 염기도(CaO/SiO₂) 3-8이고, 기타 불가피한 산화물을 포함하여 조성되며, 입자크기가 1mm이하인 시멘트 조성물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 전로에서 1차 정련된 용강을 레이들내에 출강하면서 탈산처리하여 상기 레이들내의 상부에 부유되는 슬래그의 조성을 상기한 조성이 되도록 노외정련하는 단계;

상기와 같이 탈산처리된 레이들내의 슬래그를 적어도 50분이상 레이들내에 유지하는 단계;

상기 용강을 연속주조한 다음, 레이들 슬래그를 상온에서 배재하는 단계; 및

배재된 슬래그를 1mm이하로 분급하는 단계; 를 포함하여 구성되는 시멘트 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 기존의 레이들 슬래그를 무엇보다도 정련에 적합한 조성을 조장하면서 동시에 공업적으로 약 80Kg/㎠이상의 강도를 발현할 수 있는 시멘트 조성을 조장함에 그 특징이 있다.

이러한 2가지 기능을 동시에 발현할 수 있는 레이들 슬래그 조성을 얻기 위해 본 발명에서는 전로에서 용강을 정련에 따라 부원료를 투입하여 먼저 용강 정련을 목적으로 한 다음, 레이들내에 출강된 용강중에 부유되는 슬래그를 시멘트 조성에 적합하도록 한다. 보통 정련후 용강을 출강함에 있어 Si 탈산제만을 단독으로 사용하지 않고, Al 또는 Al-Si 혹은 Fe-Mn 등의 탈산제로 탈산한 강종에서 부유되는 레이들 슬래그라면 본 발명에서 원하는 시멘트로 조장하는데는 어려움이 없다.

따라서, 본 발명에서는 먼저 전로에서 1차 정련된 용강을 레이들내에 출강하면서 Al탈산 또는 Al-Si 복합탈산처리하여 정련과 동시에 상기 레이들내의 상부에 부유되는 슬래그의 조성을 전 Fe 3%이내, Al₂O₃20-35%, MgO 4-8%, 및 염기도(CaO/SiO₂) 3-8의 범위로 조장한다. 물론 이러한 슬래그 조성을 조장함에 있어 슬래그중에는 MnO, TiO₂, P₂O₅등 각종 불순 산화물이 내재되어 있으나 이는 시멘트 조성물로 사용하기에는 문제가 없다. 중요한 점은 슬래그중 T.Fe를 3% 이내로 관리해야 최종 시멘트 조성을 만들었을 때 원하는 시멘트의 강도가 발현될 수 있다.

슬래그를 상기한 조성으로 조장하기 위해서는 Al 및 생석회 등 각 부원료들은 용강중 산소농도나 슬래그의 양 및 초기 T.Fe의 수준에 따라 달라지나. Al 탈산제의 경우 대체로 용강 톤당 1~2.5Kg 정도 투입하면 슬래그중의 T.Fe 함량을 3% 이내로 관리할 수 있다. 또한, 슬래그의 염기도는 생석회를 투입하므로써 간단히 제어될 수 있다.

그 다음, 슬래그를 상기한 조성으로 만든 상태에서 버블링에 의해 노외정련하고, 탈산처리된 레이들내의 슬래그를 적어도 50분이상, 바람직하게는 50~150분간 레이들내에 유지한다. 슬래그를 레이들내에서 장시간 유지하는 것은 고온상태의 용강의 헌열에 의해 레이들 슬래그를 용융 소성시키기 위함이다.

이렇게 레이들 슬래그의 용융 소성을 마친 다음에는 레이들내의 용강을 연속주조한 후, 레이들 슬래그를 상온에서 배재한다. 슬래그를 배재하면 자연분화가 일어나 대부분은 1mm이하의 입도크기를 갖게 되나, 그외 큰 입자들은 파쇄와 스크린을 통해 1mm이하로 분급함이 필요하다.

이렇게 조장되어 1mm이하로 분급된 슬래그에 의해 성형되면 공업적으로 충분히 이용 가능한, 적어도 80Kg/㎠이상의 강도가 발현될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

300톤의 전로에서 용선을 취련한 다음, 정련된 용강을 레이들내로 출강하였다. 이때 출강과정에서 생석회, 형석, 및 Al을 투입하여 레이들내의 슬래그 조성을 표3과 같이 여러 가지 패턴으로 조성하였다. 표3에서 종래예는 슬래그의 조성을 조정하지 않은 종래의 레이들 슬래그이며, 발명예와 비교예는 T.Fe와 염기도를 조정한 경우이다.

상기 Al투입량은 용강중의 산소 농도, 슬래그량 및 초기 T.Fe수준에 따라 용강 톤당 1~2.5Kg의 범위내에서 투입하였으며, 염기도 조정은 생석회의 투입으로 조절하였다.

이후 레이들내에 용강을 버블링하면서 약 50~150분간 유지하여 약 1600℃인 용강의 헌열에 의해 슬래그를 용융소성한 다음, 연속주조후 잔탕 표면에 존재하는 슬래그를 상온에서 배재하여 자연 분화, 파쇄 및 스크린을 통해 입자를 1mm이하(-1), 1~3mm, 및 3~10mm로 분급하였다.

이렇게 얻어진 레이들 슬래그 시멘트에 골재를 중량비로 1:8의 비율로 혼합하고 여기에 물을 10~15% 첨가하여 성형하고, 제조된 성형체에 대하여 강도실험을 하였다. 이때, 강도실험은 KS F 4004의 규정에 따라 5회의 평균실적으로 측정하고, 그 결과를 표3에 나타내었다.

구분	화학조성(중량%): 나머지는 기타 산화물임.	입자크기(mm)	강도(Kg/㎟)
구분	CaO	입자크기(mm)	강도(Kg/㎟)	SiO₂	Al₂O₃	MgO	T.Fe	염기도
종래예1	41.9	12.7	28.1	4.5	5.8	3.3	-1	18
종래예2	49.6	8.7	22.5	6.8	6.3	5.7	1~3	15
종래예3	47.1	6.2	24.3	7.2	4.2	7.6	3~10	7
비교예1	36.4	12.3	37.2	6.7	0.9	2.9	-1	54
비교예2	51.2	11.7	18.8	7.9	3.9	4.4	-1	48
비교예3	46.6	11.1	25.0	7.6	1.4	4.2	1~3	29
비교예4	47.4	9.3	29.2	5.4	2.8	5.1	1~3	25
비교예5	48.2	6.1	20.4	6.2	3.9	7.9	1~3	21
비교예6	48.8	14.8	25.6	5.6	1.0	3.3	3~10	15
비교예7	42.1	8.1	29.2	7.5	2.3	5.2	3~10	5
발명예1	52.1	8.1	28.0	4.1	1.1	6.4	-1	89
발명예2	52.3	9.1	25.4	5.6	2.3	5.8	-1	85
발명예3	53.3	7.5	22.7	7.2	2.9	7.1	-1	88

표3에서와 같이, 종래의 슬래그를 그대로 시멘트화하였을 경우에는 레이들 슬래그중 T.Fe 함량이 높아 강도 확보에 유리한 광물상이 적어 성형이 제대로 되지 않거나 전반적으로 시멘트로서 이용 가능한 강도인 80Kg/㎠ 수준이 확보되지 못하였다.

그리고, 비교예1의 경우 입자크기가 1mm이하인 미분이었지만 Al투입량이 과다하여 레이들 슬래그의 조성중 Al₂O₃의 함량이 35%이상이고 염기도가 낮아 강도 확보에 유리한 광물상을 저하시켰으며, 또한 비교예2의 경우 Al투입량이 적어 철 산화물을 충분히 환원시키지 못하여 T.Fe가 3%이상으로 조성되어 모두 성형후 강도가 크게 감소하였다. 또한, 비교예(3-7)의 경우 입자크기가 1mm를 초과하여 결합 계면적의 감소로 인해 시멘트로서의 강도 확보가 어려웠다.

반면, 발명예의 경우 레이들 슬래그의 입자크기는 물론 슬래그중의 철함량과 Al₂O₃의 함량이 본 발명의 조건범위를 만족하여 공업용 시멘트의 결합강도인 80Kg/㎠를 충분히 상회하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 제철소에서 부산물로 발생되는 전로 슬래그중 특히 레이들 슬래그를 이용하여 공업적으로도 결합강도가 적어도 80Kg/㎠이상을 유지하는 시멘트를 원료를 제공하며, 이러한 본 발명은 폐자원 활용에 크게 기여하여 환경 보호에도 일조하는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로, 전 Fe 3%이내, Al₂O₃20-35%, MgO 4-8%, 염기도(CaO/SiO₂) 3-8이고, 기타 불가피한 산화물을 포함하여 조성되며, 입자크기가 1mm이하인 것을 특징으로 하는 시멘트 조성물
전로에서 1차 정련된 용강을 레이들내에 출강하면서 탈산처리리하여 상기 레이들내의 상부에 부유되는 슬래그의 조성을 중량%로, 전 Fe 3%이내, Al₂O₃20-35%, MgO 4-8%, 염기도(CaO/SiO₂) 3-8이고, 기타 불가피한 산화물을 포함하도록 조성되도록 노외정련하는 단계;

상기와 같이 탈산처리된 레이들내의 슬래그를 적어도 50분이상 레이들내에 유지하는 단계;

상기 용강을 연속주조한 다음, 레이들 슬래그를 상온에서 배재하는 단계; 및

배재된 슬래그를 1mm이하로 분급하는 단계; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 시멘트 조성물의 제조방법
제2항에 있어서, 탈산처리는 Al 또는 Al-Si 혹은 Fe-Mn 탈산제로 처리함을 특징으로 하는 제조방법