KR20010055179A - 높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 기계적 가공 및 취제설비의 구조 개선이 아닌 용융 슬래그의 구조 개질에 착안하여 용융슬래그에 괴재슬래그 분말을 일정량 첨가한 후 용융슬래그의 온도를 조절하므로서, 치밀한 조직을 가지는 수쇄슬래그를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고로에서 발생되는 용융슬래그를 취제수와 접촉시켜 수쇄슬래그를 제조하는 방법에 있어서, 평균 8mm이하의 입도를 갖는 고로 괴재슬래그 분말을, 상기 용융슬래그에 중량비로 5∼10% 첨가한 후, 용융 슬래그의 온도를 1350∼1400℃ 범위로 조절하여 취제하는 것을 특징으로 하는 높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법{A Method for Manufacturing Water-Granulated Slag Having High Crystallization Rate}

본 발명은 높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융슬래그에 고로 괴재슬래그 분말을 첨가, 용해한 후 슬래그의 온도를 조절하여 취제하므로서 수쇄슬래그의 결정화률을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

고로 수쇄슬래그는 제철소의 고로(Blast furnace)에서 철을 제조할 때 고로의 주원료 및 부원료인 철광석과 코크스중에 함유되어 있는 SiO₂, Al₂O₃, MgO등의 산화성 및 염기성 산화물들이 석회와 반응하여 생성된 고온의 용융 슬래그를 냉각수로 급냉시켜 미립화 시킨 것으로 취제조건에 따라 약간의 차이는 있지만 일반적으로 98%이상의 유리질을 함유하는 구조로 제조되고 있다. 이와같은 수쇄슬래그의 유리질 구조는 고온 용융상태의 구조, 즉 분자들이 무질서하게 배열되어 있는 구조를 상온상태로 급냉시켰으므로 고온상태의 불규칙한 분자 배열을 하고 있는 매우 불안정한 구조로 되어 있기 때문에 화학적으로 매우 불안정한 특성을 나타내는 반응성이 매우높은 물질이다. 이러한 화학적인 불안정성 및 높은 반응성에 의해 알카리성 물질이 공존하면 Si, Ca, Mg등의 물질이 물속으로 용해되어 결국 CaO-SiO₂-H₂O계의 수화물울 형성하게 된다. 이러한 수화물은 시멘트 클린커가 물과 접촉하면 서서히 경화하는 특성을 나타내는 것과 동일한 것이다. 수쇄슬래그가 이러한 특성, 즉 잠재수경성 (Latent hydrulic property)을 가지고 있기 때문에 현재 시멘트 클린커 원료등과 같은 강도 발현과 관계있는 원료로서 활용되고 있는 것이다.

수쇄슬래그의 또다른 용도로서는 최근 자연 환경 보존차원에서 천연골재의 채취제한이 대두되고, 천연골재의 고갈현상이 나타나기 시작하여 천연모래를 대체하는 콘크리트 1차 및 2차 제품에 필수 불가결한 잔골재로서의 활용이 시도되고 있는 상태이다. 그러나, 일반적으로 제철소 고로공정에서 제조되는 수쇄슬래그는 용융 슬래그의 성분 및 슬래그내에 함유되어 있는 유황분 및 기타 가스, 그리고 취제시 사용하는 냉각수에 의한 수증기 발생 영향으로 내부에 무수히 많은 기공을 생성시키는 발포현상을 나타내기 때문에 치밀하지 못한 조직을 나타내게 된다. 이와같은 특성을 나타내는 수쇄슬래그를 모래 대용의 잔골재로서 사용하기 위해서는 치밀한 조직을 가지도록 구조를 개질할 필요가 있는 것이다.

고로 수쇄슬래그의 구조 개질을 위해 제안 또는 실시되고 있는 방법으로서는 제조된 수쇄슬래그를 기계적으로 가공하여 입자를 세립화하는 방법(일본 특개평 7-330399), 냉각수의 수량을 조절하여 입자크기와 입경분포를 제어하는 방법(일본 특개평 7-315894), 회전드럼에 용융 슬래그를 낙하시켜 미립화하는 방법(일본 특개소 54-31097)등이 제안되어 있다.

그러나, 상기 방법들은 제조된 수쇄슬래그의 기계적인 가공 및 제조시 취제설비의 구조 개선에 따른 입자크기와 입도분포를 제어하는 방법이기 때문에 가공에 의한 미립분의 과다 발생 및 구조 개선에 따른 부대설비의 비용이 많이 소요 된다는 문제점을 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 기계적 가공 및 취제설비의 구조 개선이 아닌 용융 슬래그의 구조 개질에 착안하여 용융슬래그에 괴재슬래그 분말을 일정량 첨가한 후 용융슬래그의 온도를 조절하므로서, 치밀한 조직을 가지는 수쇄슬래그를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고로에서 발생되는 용융슬래그를 취제수와 접촉시켜 수쇄슬래그를 제조하는 방법에 있어서, 평균 8mm이하의 입도를 갖는 고로 괴재슬래그 분말을, 상기 용융슬래그에 중량비로 5∼10% 첨가한 후, 용융 슬래그의 온도를 1350∼1400℃ 범위로 조절하여 취제하는 것을 특징으로 하는 높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 용융 슬래그에 첨가, 혼합하는 괴재슬래그 분말은 용융 슬래그 중량비로 5∼10% 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

상기 첨가하는 슬래그의 양이 5%미만이면 불균일 핵 발생원으로 작용하는데 충분한 역할을 기대할 수 없어 제조되는 수쇄슬래그의 결정화율을 향상시킬 수 없다. 또한, 첨가하는 슬래그의 양이 10%를 초과하여 과잉으로 첨가되면 슬래그의 유동성이 급격히 저하되므로 슬래그의 온도 조절이 용이하지 않다는 문제점을 초래하게 된다.

상기 첨가하는 괴재슬래그 분말은 결정질로서, 용융시간을 고려하여 평균 8mm이하인 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본발명에서는 용융 슬래그의 온도를 1350∼1400℃ 범위내로 조절하여 취제하는 것이 바람직하다.

상기 용융 슬래그의 온도가 1400℃를 초과하면 제조되는 슬래그의 성상이 거의 대부분 유리질로 형성되므로 불균일 핵 발생원으로 첨가하는 슬래그 분말의 역할을 기대할 수 없기 때문이다. 한편, 용융슬래그의 온도를 1350℃미만으로 조절하면 슬래그의 점도가 급격히 상승하여 유동성을 기대할 수 없으므로 미립상의 수쇄슬래그를 제조하는 것이 곤란해지기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

(발명예1∼3)

회전 용융로에서 용해한 고로 슬래그 1Kg에 200메시체를 100%통과하는 고로 괴재슬래그 분말을 50g, 70g, 100g을 각각 첨가하여 슬래그 분말의 첨가량을 용융 슬래그의 중량비로 5%, 7%, 10%로 각각 조절하였다. 그후 슬래그를 재가열하여 첨가한 슬래그 분말을 완전히 용해시킨 후 슬래그의 온도를 1357℃로 조절하여 취제하므로서 수쇄슬래그를 각각 제조하였다.

제조한 수쇄슬래그의 결정화율은 편광현미경을 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기표1에 나타내었다.

(비교예1∼3)

용융슬래그에 고로 괴재슬래그 분말을 10g, 30g, 150g을 첨가하여 슬래그 분말의 첨가량을 1%, 3%, 15%로 조절한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 수쇄슬래그를 제조하였다.

제조한 수쇄슬래그의 결정화율은 편광현미경을 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기표1에 나타내었다.

(종래예1)

고로 수쇄슬래그1Kg을 회전 용융로에 투입하여 완전히 용해시킨 후 슬래그의 온도를 1352℃로 조절하여 취제하므로서 수쇄슬래그를 제조하였다. 제조한 수쇄슬래그의 결정화율을 편광현미경을 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기표1에 나타내었다.

	제조조건	슬래그결정화율(%)
	슬래그분말 첨가량(중량%)(슬래그분말/용융슬래그)		슬래그온도(℃)
발명예	1	5	1357	8.0
	2	7	1357	9.2
	3	10	1357	12.4
비교예	1	1	1357	2
	2	3	1357	2.8
	3	15	1357	4
종래예	1	-	1352	0.8

상기 표1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건에 맞게 슬래그 분말을 5∼10% 범위내로 조절하여 첨가한 발명예(1∼3)의 경우는 종래예(1)과 비교해 볼 때 슬래그의 결정화율이 현저히 향상됨을 알 수 있다. 그러나, 슬래그 분말의 첨가량이 상기 발명예의 범위 보다 적게 또는 과잉으로 첨가된 비교예 (1∼3)의 경우는 슬래그의 결정화율이 약간 향상되는 경향은 나타내었으나 발명예(1-3)과 같은 현저한 상승 효과는 기대할 수 없었다.

따라서, 슬래그의 결정화율을 현저히 향상시키기 위한 방법으로서는 용융 슬래그에 슬래그 분말을 일정량 첨가해주는 것이 매우 효과가 있다는 사실을 알 수 있으며, 슬래그 분말의 첨가량은 용융 슬래그의 중량비로 5∼10%범위내로 제한하여 첨가하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

실시예 2

(발명예4∼5)

회전 용융로에서 용해한 고로 슬래그 1Kg에 200메시체를 100%통과하는 고로 괴재슬래그 분말 70g을 첨가하여 슬래그 분말의 첨가량을 용융 슬래그의 중량비로 7%로 조절하였다. 그후 슬래그를 재가열하여 첨가한 슬래그 분말을 완전히 용해시킨 후 슬래그의 온도를 1373℃, 1396℃로 조절하여 취제하므로서 수쇄슬래그를 각각 제조하였다.

제조한 수쇄슬래그의 결정화율은 편광현미경을 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기표2에 나타내었다.

(비교예4∼5)

슬래그 온도를 1341℃, 1409℃로 각각 조절하여 취제한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 조건으로 수쇄슬래그를 제조하였다.

제조한 수쇄슬래그의 결정화율은 편광현미경을 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기표2에 나타내었다.

	제조조건	슬래그결정화율(%)
	슬래그분말첨가량(중량%)(슬래그분말/용융슬래그)		슬래그온도(℃)
발명예	4	7	1373	8.6
	5	7	1396	8.4
비교예	4	7	1341	3.2
	5	7	1409	2.2

상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 용융 슬래그 온도 조건인 1350∼1400℃범위 내로 제어하여 제조한 발명예(4∼5)의 경우는 슬래그 온도가 상기 범위보다 저온 또는 고온상태로 제조된 비교예(4∼5)의 경우와 비교해 볼 때 슬래그의 결정화율이 현저히 상승되는 효과를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

이는 슬래그의 온도가 본 발명에 대비해 높은 경우에는 첨가한 슬래그 분말의 불균일 핵 생성제로서 작용한 효과보다 고온의 슬래그 온도에 의한 냉각효과가 더 크게 작용하였기 때문에 결정화율이 저하한 것으로 판단된다.

따라서, 슬래그의 결정화율을 향상시키기 위해서는 용융 슬래그의 온도를 1350∼1400℃범위로 조절하여 제조하는 것이 바람직하다는 사실을 알 수 있다

상술한 바와 같,이 본 발명은 용융 슬래그에 결정질의 슬래그 분말을 첨가하여 불균일 핵생성이 조장 되도록 하므로서 수쇄슬래그의 결정화율을 향상시킬 수 있다는 효과를 가지고 있다.

Claims (1)

1. 고로에서 발생되는 용융슬래그를 취제수와 접촉시켜 수쇄슬래그를 제조하는 방법에 있어서,

   평균 8mm이하의 입도를 갖는 괴재슬래그 분말을, 상기 용융슬래그에 중량비로 5∼10% 첨가한 후, 용융 슬래그의 온도를 1350∼1400℃ 범위로 조절하여 취제하는 것을 특징으로 하는 높은 결정화율을 갖는 수쇄슬래그의 제조방법