KR20030052341A

KR20030052341A - 단위용적중량이 높은 수쇄슬래그의 제조방법

Info

Publication number: KR20030052341A
Application number: KR1020010082227A
Authority: KR
Inventors: 변태봉; 한기현; 김형석; 이학봉; 배우현
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-06-27
Also published as: KR100805057B1

Abstract

본 발명은 골재로 사용되는 고로수쇄슬래그에 관한 것으로, 그 목적은 고로 용융슬래그가 치밀한 조직을 가지면서 단위용적중량이 높은 수쇄슬래그로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

고로의 용융슬래그 100중량부에 대해 Na₂O와 K₂O 산화물 1종 또는 2종을 5-10중량부 첨가하여 용융시키는 단계,

상기 슬래그의 온도가 1300-1400℃의 범위에서 냉각을 개시하여 수쇄슬래그를 얻는 단계를 포함하여 이루어지는 단위용적중량이 높은 수쇄슬래그의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

단위용적중량이 높은 수쇄슬래그의 제조방법{Preparation method of water granualted slag having high unit weight}

본 발명은 골재로 사용되는 고로수쇄슬래그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위용적중량을 높일 수 있는 수쇄슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

수쇄슬래그는 제철소 고로 공정에서 발생하는 고온의 용융슬래그를 냉각수와 집적 접촉시켜 급냉시킨 것으로, 98% 이상의 비결정질 구조를 하고 있어 화학적으로 불안정하여 반응성이 매우 높은 물질이다. 수쇄슬래그는 이러한 물성을 가지고 있기 때문에 알카리성 물질과 공존하고 있으면 서서히 수화반응을 일으키는 잠재수경성을 나타내므로 강도발현에 필요한 원료, 즉 시멘트 클린커 원료로 주로 사용되고 있다.

고로 수쇄슬래그는 주성분으로서 CaO와 SiO₂로 구성되어 있으며 Al₂O₃, MgO, MnO가 부성분으로 함유되어 있고 인체에 유해한 영향을 미치는 중금속 등의 성분들이 거의 함유되어 있지 않은 제철소의 대표적 부산물이다. 따라서, 환경 친화적인 원료로서 규산석회질 비료 원료를 비롯하여 지반개량제, 요업원료 등으로 활용되고 있다. 특히 최근에는 자연환경 보존에 대한 법률이 강화되면서 골재의 채취 및 석산의 신규개발이 어렵게 되어 도로공사용 및 토목용에 적합한 양질의 골재수급이 매우 어려운 실정이어서 제철소 부산물인 슬래그를 골재로서 활용하고자 하는 연구들이 진행되고 있다.

수쇄슬래그는 용융슬래그의 화학성분 및 용융슬래그내에 함유되어 있는 가스, 그리고 냉각수에 의한 고온의 용융슬래그를 냉각시키는 공정에서 발생되는 수증기 등의 영향에 의해 발포하는 특성을 나타내므로 제조된 고로 수쇄슬래그내에는 무수히 많은 기공들이 존재하고 있다. 따라서, 수쇄슬래그는 치밀한 조직을 나타내지 못하고 매우 연질한 조직을 하고 있어 단위용적 중량 1.0-1.1Kg/L정도의 값을 나타내는 것이 일반적이다. 고로 수쇄슬래그는 입형 및 입도면에서는 천연의 모래와 유사한 물성을 가지고 있으나 단위용적중량이 작다는 문제 때문에 골재로서의 사용에 제한이 되고 있는 실정이다. 천연모래의 경우는 매우 치밀한 조직을 가지고 있어 단위중량 또한 약 1.45-1.60Kg/L정도의 값을 나타내므로 고로 수쇄슬래그를 골재로서 활용하기 위해서는 무엇보다도 단위용적중량의 물성을 개선, 향상시키는 것이 필요하다.

수쇄슬래그의 연질한 조직 및 낮은 단위용적중량에 대한 문제점의 개선 등 고로 슬래그의 물성향상과 관련된 선행기술로는 일본 특개평 7-330399, 일본 특개소 57-106545, 일본특개소 53-123394 등이 있다.

상기 일본 특개평 7-330399호는 수쇄슬래그를 물리적인 마찰에 의해 입자를 가공하는 방법으로, 수쇄슬래그내에 잔존하는 균열 및 기공에 의한 연질한 조직을 세립화하여 보다 치밀한 조직으로 가공하는 기술이다. 그러나, 세립자에 균열이 여전히 잔존하게 되고 가공시 입자간 마찰에 의해 미세립분이 과잉으로 발생하는 문제점을 가지고 있다.

상기 일본 특개소 57-106545호는 용융슬래그를 노즐경이 많은 턴디쉬를 통해 유하, 낙하시켜 제조하는 방법이다. 이 기술은 노즐경이 일정크기 이상이 되어야 할 뿐만 아니라 슬래그에 의한 노즐의 막힘 현상이 자주 발생하게되고 노즐장치 및 온도강하 등에 필요한 냉각장치 등 특별히 고안된 부대설비가 필요하다는 문제점을 가지고 있다.

상기 일본 특개소 53-123394호는 용융슬래그에 더스트류나 슬러지류를 첨가하여 용융슬래그의 온도를 강화하는 방법이다.

이에 본 발명자는 상기한 방법들의 문제점을 해결하기 위해 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고로 용융슬래그가 치밀한 조직을 가지면서 단위용적중량이 높은 고로 수쇄슬래그를 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수쇄슬래그 제조방법은,

고로 용융슬래그 100중량부에 대해 Na₂O와 K₂O 산화물 1종 또는 2종을 5-10중량부 첨가하여 용융시키는 단계,

상기와 같이 용융한 다음 슬래그의 온도가 1300-1400℃의 범위에서 냉각을 개시하여 냉각하는 단계를 포함하여 구성한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 고로 용융슬래그내에 Na₂O와 K₂O산화물을 투입하여 냉각하는 경우에 단위용적중량을 증진되는 현상에 주목하여 본 발명을 완성한 것으로, 이들 산화물의 투입량 그리고, 냉각개시온도를 조절하는데 특징이 있다.

본 발명에서 용융슬래그에 Na₂O와 K₂O산화물의 1종 또는 2종을 슬래그 100중량부에 대해 5-10중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 Na₂O 나 K₂O의 첨가량이 5중량부 미만이 되면 슬래그의 단위용적중량 향상이 미약하여 골재로서의 사용에 적합한 물성을 기대할 수 없으며 10중량부 보다 많으면 용융슬래그 점도의 온도구배 의존성이 매우 커서 슬래그 온도 조절이 용이하지 않을 뿐만 아니라 과잉의 첨가성분에 의한 용융슬래그의 온도저하로 인한 부가적인 열원의 제공이 필요하므로 경제적으로 불리하게 된다.

상기와 같이 Na₂O와 K₂O산화물을 첨가하여 용융시킨 다음에 슬래그의 온도를 1300-1400℃범위로 조절하고 이 온도범위에서 냉각을 개시한다. 만일 Na₂O와 K₂O산화물을 첨가하여 용융한 다음에 슬래그 온도가 1300℃ 보다 낮은 경우에는 슬래그를 재가열하여 1300~1400℃의 범위로 가열한다. 또한, 1400℃ 보다 높다면 1300~1400℃의 범위가 될 때까지 기다렸다가 이 온도범위에서 냉각을 개시한다.

냉각개시온도가 1400℃ 보다 높은 경우에는 슬래그의 성상이 거의 대부분 비결정질로 생성될 뿐만 아니라 급냉시 냉각수에 의한 발포성이 증대되어 슬래그 내부에 다수의 기공으로 인한 단위용적중량이 원하는 수준보다 낮아진다. 냉각개시온도가 1300℃ 보다 낮으면 슬래그의 급격한 점도상승으로 인해 슬래그의 유동성이 급격히 저하되므로 미립의 슬래그 제조에 적합하지 못하기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

(발명예 1-9)

회전 용융로에서 용해한 고로 수쇄슬래그 2Kg에 Na₂O 및 K₂O를 각각 100g, 130g, 160g, 200g을 첨가하여 슬래그 100중량부에 대해 각각 5중량부, 6.5중량부, 8중량부, 10중량부로 조절하였다. 또한 Na₂O 와 K₂O를 각각 50g씩 혼합하여 슬래그 중량비로 5중량부가 되게 조절한 2원계 혼합성분을 첨가하였다.

상기 첨가성분을 첨가한 후 재가열하여 첨가물을 완전히 용해한 후 각각 슬래그의 온도를 1320℃로 조절한 후 냉각하여 수쇄슬래그를 제조하였다. 제조한 수쇄슬래그의 단위용적중량은 단위용적중량 측정기를 이용하여 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(비교예1-8)

Na₂O 및 K₂O산화물을 각각 30g, 60g, 250g, 300g 씩을 첨가하여 슬래그 중량비로 1.5중량부, 3중량부, 12.5중량부, 15중량부로 조절한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고 그 결과를 하기표1에 나타내었다.

(종래예1)

회전 용융로에서 고로슬래그를 2Kg을 가열하여 용융시키고 슬래그 온도를 1410℃로 조절한 후 냉각하여 수쇄슬래그를 제조하였다. 제조한 수쇄슬래그의 단위용적중량을 단위용적중량 측정기를 이용하여 측정하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

	제조 조건	슬래그 물성
	첨가성분	첨가량(슬래그중량%)	슬래그 온도(℃)	단위용적중량(Kg/L)
발명예	1	Na₂O	5	1320	1.47
	2	"	6.5	"	1.53
	3	"	8	"	1.46
	4	"	10	"	1.46
	5	K₂O	5	"	1.46
	6	"	6.5	"	1.47
	7	"	8	"	1.47
	8	"	10	"	1.45
	9	Na₂O + K₂O	5	"	1.48
	1	Na₂O	1.5	"	1.20
	2	"	3	"	1.31
	3	"	12.5	"	1.39
	4	"	15	"	1.41
	5	K₂O	1.5	"	1.23
	6	"	3	"	1.27
	7	"	12.5	"	1.34
	8	"	15	"	1.39
종래예	1	-	-	1410	1.07

상기 표1에서 알 수 있는 바와같이 본 발명의 Na₂O 및 K₂O를 단일성분 또는 2원계 혼합성분으로 5-10중량부 범위로 첨가하여 제조한 발명예(1-9)의 경우는 종래예(1)과 비교해 볼 때 단위용적 중량이 현저하게 향상되어 모든 조건하에서 1.45Kg/L-1.50Kg/L범위의 값을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또한, 비교예(1-8)의 경우, 즉 첨가성분의 첨가량이 본 발명예의 범위보다 적거나 과잉으로 첨가된 경우와 비교해 볼 때 상당한 차이를 나타내고 있음을 알 수 있다. 특히 Na2O 성분을 슬래그 중량비로 6.5중량부 첨가한 경우는 슬래그의 단위중량 향상에 가장 큰 효과를 나타내었으며 Na₂O 및 K₂O를 혼합한 2원계 혼합성분을 첨가한 경우(발명예9)도 양호한 단위용적중량 특성의 향상을 기대할 수 있었다. 따라서 고로 수쇄슬래그의 단위용적중량을 향상시키기 위한 방법으로서 용융슬래그에 Na₂O 및 K₂O와 같은 산화물을 일정량 범위로 첨가해주는 것이 매우 효과가 있다는 사실을 알 수 있으며 이때 산화물의 첨가량은 슬래그 100중량부에 대해 5-10중량부범위로 조절, 첨가해 주는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

[실시예 2]

(발명예 10-15)

회전 용융로에서 용해한 고로 수쇄슬래그 2Kg에 Na₂O 및 K₂O를 각각 130g을 첨가하여 슬래그 100중량부에 대해 6.5중량부로 조절한후 재가열하여 첨가물을 완전히 용해한 후 슬래그의 온도를 1310℃, 1350℃, 1390℃로 각각 조절하여 냉각시키므로서 수쇄슬래그를 제조하였다. 제조한 수쇄슬래그의 단위용적중량은 단위용적중량 측정기를 이용하여 측정하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

(비교예9-12)

용융슬래그의 온도를 1280℃와 1420℃로 각각 조절한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

	제조 조건	슬래그 물성
	첨가성분	첨가량(슬래그 wt%)	슬래그 온도(℃)	단위용적중량(Kg/L)
발명예	10	Na₂O	6.5	1310	1.55
	11	"	"	1350	1.50
	12	"	"	1390	1.49
	13	K₂O	"	1310	1.49
	14	"	"	1350	1.46
	15	"	"	1390	1.45
비교예	9	Na₂O	"	1280	미립상제조불가
	10	"	"	1420	1.42
	11	K₂O	"	1280	미립상제조불가
	12	"	"	1420	1.41

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 Na₂O 및 K₂O산화물을 슬래그 중량비로 일정량 첨가하여 용융슬래그의 온도를 1300-1400℃범위내로 조절하여 제조한 발명예(10-15)의 경우는 용융슬래그의 온도를 본 발명의 범위보다 낮게 또는 높게 하였을 경우의 비교예(9-12)의 경우와 비교해 볼 때 슬래그의 단위용적중량에 현저한 상승효과가 있음을 알 수 있다. 그러나 상기 발명예의 온도범위 이외의 조건으로 제조된 경우, 특히 1300℃ 미만의 경우에는 온도저하에 따른 용융슬래그의 급격한 점도상승으로 인한 유동성의 저하로 미립상의 수쇄슬래그 제조가 곤란하다는 사실을 확인할 수 있다. 또한 용융슬래그의 온도를 1400℃이상으로 한 경우에는 냉각시 냉각수와 고온의 용융슬래그 접촉에 의한 수증기 발생에 의한 발포촉진효과가 작용하여 슬래그 입자내부에 다수의 기공이 혼입되어 단위용적중량이 본 발명의 범위조건에서 제조된 슬래그보다 낮은값을 나타내었던 것으로 사료된다.

따라서 슬래그의 단위용적중량을 효과적으로 향상시키기 위해서는 용융슬래그의온도를 1300-1400℃범위로 조절하여 제조하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 단위용적중량이 높은 슬래그를 제조하므로서 모래 대용의 골재로서 활용이 가능한 고로 수쇄슬래그를 제공할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

고로의 용융슬래그 100중량부에 대해 Na₂O와 K₂O 산화물 1종 또는 2종을 5-10중량부 첨가하여 용융시키는 단계,

상기 슬래그의 온도가 1300-1400℃의 범위에서 냉각을 개시하여 수쇄슬래그를 얻는 단계를 포함하여 이루어지는 단위용적량이 높은 수쇄슬래그의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수쇄슬래그는 단위용적중량이 1.45kg/L이상임을 특징으로 하는 수쇄슬래그의 제조방법.