KR20060023079A - 제강슬래그의 에이징 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제강슬래그의 에이징 방법에 관한 것으로서, 특히, 제강슬래그의 팽창을 저감시키기 위하여 에이징하고자 하는 제강슬래그 부근에 탄산가스와 아황산가스가 함유된 배가스와 물을 반응시켜 제조된 저농도 탄산 및 황산이 함유된 용수로 슬래그 내의 free CaO를 안정화시켜 팽창을 저감시키는 제강슬래그의 에이징 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전로슬래그상부에 빗물 또는 인공수를 분사함과 동시에 배가스를 분사하여 배가스와 인공수 또는 빗물이 반응토록 하는 단계와, 상기 배가스와 인공수 또는 빗물을 반응시켜 전로슬래그에 분사하는 단계와, 상기 배가스와 반응한 인공수 또는 빗물을 전로슬래그와 반응시켜 슬래그 중의 free CaO를 안정화하는 제강슬래그의 에이징 방법을 요지로 한다.
제강슬래그

Description

제강슬래그의 에이징 방법{The method for aging a steel making slag}
본 발명은 제강슬래그의 에이징 방법에 관한 것으로서, 특히, 제강슬래그의 팽창을 저감시키기 위하여 에이징하고자 하는 제강슬래그 부근에 탄산가스와 아황산가스가 함유된 배가스와 물을 반응시켜 제조된 저농도 탄산 및 황산이 함유된 용수로 슬래그 내의 free CaO를 안정화시켜 팽창을 저감시키는 제강슬래그의 에이징 방법에 관한 것이다.
일반적으로 용광로에서 생산된 용선에 산소를 취련하여 강을 만드는 전로제강 공정에서는 슬래그가 발생된다. 용선 중의 규소 및 인이 산화되어 SiO2, P2O5 가 되고 이것을 제거하기 위하여 생석회를 투입함으로써 슬래그가 생성된다. 취련이 진행됨으로서 생성된 SiO2, P2O5, Fe2O3 등의 산성산화물과 생석회가 반응하여 슬래그가 형성되는데 이때 투입생석회의 일부는 슬래그가 되지않고 미용해 상태로 남는 경우가 있는데 이것이 free CaO 이다. 한편 완전히 슬래그로 되어도 슬래그 구성광물 중의 3CaO·SiO2 등은 상전이과정에서 CaO를 석출하게 된다.
이와 같이 하여 생성된 free CaO 는 제강슬래그를 해양구조물용 골재 등으로 활용할 때 물과 반응하여 Ca(OH)2로 되어서 제강슬래그의 부피팽창을 일으켜 균열을 발생시키거나 구조물을 파손시키게 된다. 따라서 제강슬래그를 해양구조물용 골재로 활용하기 위해서는 이 free CaO를 안정화 시켜 슬래그의 팽창율을 저감시켜야 한다.
제강슬래그의 팽창율을 저감시키기 위해서 개발된 기술을 분류하면,
자연 에이징 처리방법
소정의 입도로 파쇄한 제강슬래그를 쌓아두고 대기 중의 수분, 우수 등에 의해서 free CaO 를 Ca(OH)2로서 안정화시키는 방법인데 통상 1년 이상 장시간이 소요되고 최종품질도 편차가 큰 것이 단점이다.
수증기 에이징 처리방법
일본 특개소 61-101441에 기재된 것처럼 소정 입도로 분쇄된 제강슬래그를 쌓아두고 고온의 증기를 48시간 이상 불어 넣으면서 free CaO를 Ca(OH)2로 안정화 시키는 방법인데, 48시간 이상 처리하여야 하는 문제가 있다.
온수 에이징 처리방법
일본 특개평 3-13517에 기재된 것처럼 소정입도로 분쇄된 제강슬래그를 온수 에 침적시켜서 free CaO를 Ca(OH)2로 안정화 시키는 방법인데 이 방법도 48시간 처리하여야 하는 문제가 있다.
적토 첨가 처리방법
일본 특공소 57-2768에 기재된 것처럼 용융상태의 전로슬래그 또는 전기로 슬래그에 적토를 첨가하여 free CaO를 소실시켜 슬래그의 팽창성을 안정화시키는 방법이나 용융상태에서 첨가하므로 슬래그의 염기도가 저하하여 전로 등의 내화물을 손상시키는 원인이 되는 문제가 있다.
슬래그 개질방법
일본 특개평 9-157765는 용융슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 0.7 이상 1.2 이하의 범위에서 MgO 함유량이 30% 이상이 되도록 마그네시아질 원료를 첨가하는 방법이나 이 조성슬래그는 free MgO를 다량 함유하므로 비록 반응속도는 느리나 이 free MgO가 Mg(OH)2로 되면서 팽창하는 문제점이 있다.
일본 특개평 10-121121에서는 정련 처리중에 CaO, SiO2, Al2O3 source를 투입하여 (CaO%/SiO2%)≥2.2 또{CaO%/(SiO2%+Al2O3%)≤2.0이 되도록 성분 조정하여 free CaO에 의한 팽창을 저감하는 방법을 기재하고 있다. 이 경우도 Al2O3 농도가 낮으면 free CaO 가 생성되고 MgO 가 높을 경우에는 Free MgO 가 생성되는 문제가 있다.
일본 특개평 10-88220에서는 슬래그 중의 (CaO%/SiO2%)≥3.0 또 (Al2O3%/MgO%)≥1.3로 하여 팽창을 저감하고 있으나, (Al2O3%/MgO%)≥1.3이 되지 않으면 안되므로 슬래그 융점이 저하하여 내화물을 침식시키는 문제가 있다.
일본 특개평 6-256045에서는 슬래그 중 MnO농도를 6% 이상 또는 T·Fe 농도를 20% 이상으로 하여 팽창을 억제하고 있으나 MnO 함유원료는 고가이므로 현실성이 없고 T·Fe 20% 이상도 전로 취련 중 소프트 브로잉(soft blowing)하여 용철을 산화시킨 것이므로 결국 철분 손실로 인하여 경제성이 없는 방법이다.
일본 특개평 8-12385와 특개평 5-271740에서는 전로내에 SiO2 source를 투입하여 개질하고 있는데 이것 역시 SiO2가 염기성 마그네시아 연와와 접촉할 경우는 내화물 침식이 심하게 되어 문제가 있는 방법이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전로 슬래그 내의 free CaO 를 안정화시켜 팽창되지 않는 해양구조물용 전로슬래그를 만드는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적은 전로슬래그상부에 빗물 또는 인공수를 분사함과 동시에 배가스를 분사하여 배가스와 인공수 또는 빗물이 반응토록 하는 단계와, 상기 배가스와 인공수 또는 빗물을 반응시켜 전로슬래그에 분사하는 단계와, 상기 배가스와 반응한 인공수 또는 빗물을 전로슬래그와 반응시켜 슬래그 중의 free CaO를 안정화하는 제강슬래그의 에이징 방법에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
위에서 설명한 종래 기술에 의한 전로슬래그의 팽창방지 기술에는 기술적 또는 경제적 문제가 있다. 그러므로 제강슬래그는 건축물, 댐, 교량과 같은 대형 구조물을 만드는 경우에는 거의 사용되지 않았다. 한편 해양용 TTP, 피복석, 사석, 어초, 용승초 등의 비교적 크기가 작은 구조물에 제강슬래그를 적용하기 위한 연구를 최근 본 발명자들이 수행하여왔다. 따라서 종래 기술보다 간편하고 경제성이 높으며 해양용 목적에 적합한 새로운 기술도 개발하였다. 그러나 에이징 처리장이 넓고 시간여유가 많은 회사에서는 아직도 자연에이징 방법을 사용하고 있으므로 본 발명에서는 이 자연 에이징 방법을 개선하는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 분쇄된 전로슬래그에 비가 와서 자연에이징 반응이 일어날 때 탄산가스와 아황산 가스가 포함된 배가스를 이 빗물 속에 용해시켜, 전로슬래그 위에 빗물이 떨어지게 하여 free CaO를 중탄산 칼슘, Ca(OH)2 또는 석고로 안정화시켜 전 로슬래그의 팽창을 저감하는 방법에 관한 것이다. 즉 기존 자연에이징 방법을 개선한 새로운 자연에이징 방법이다. 한편, 상기 빗물을 대신하여 인공수를 사용할수도 있다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 구현에 있어서, 제강슬래그 중의 free CaO를 안정화 시키기 위하여 탄산가스와 아황산가스가 용해되어 있는 빗물과 반응시켜 free CaO를 제거하거나 Ca(OH)2 또는 석고로 변화시켜 안정화시킨다.
통상 자연에이징이란 최소 6개월 이상 평균 일년 동안 제강슬래그가 빗물과 반응하여 free CaO를 안정화 시키는 방법인데, 이때 강우량에 따라서 free CaO의 안정화 정도는 차이가 나고, 그 결과 품질편차가 심한 것이 자연 에이징의 단점이다. 그러나 에이징 처리 장소가 넓을 경우에는 비용절감을 목적으로 본 방법을 사용하여 제강슬래그를 에이징 처리하고 주로 도로용 로반재 재료로 사용하여 왔다. 본 발명에서는 자연 에이징의 문제점을 해결하기 위하여 빗물 속에 배가스를 용해시켜 동일한 강우량이라조 에이징이 촉진되도록 하였다. 즉 배가스 중의 탄산가스와 아황산가스를 빗물에 용해시켜 빗물의 산성도를 강하게 만들고 이 산성도가 높은 빗물과 알칼리성의 free CaO가 반응케 하여 중탄산칼슘, Ca(OH)2로 용해 제거하거나, 고체 Ca(OH)2 또는 석고가 되어 안정화가 촉진되도록 하였다.
따라서 단순한 빗물과의 반응보다는 에이징 반응도 빠르고 품질편차도 거의 없어졌다. 이때 배가스를 많이 방류하면 빗물의 pH는 낮아지고 산성도는 높아지지만 미반응의 배가스가 방류되면 주변 공기가 오염되게 되므로 빗물의 pH가 5.0~5.6이 되도록 비교적 가볍게 방류하였다. 또한 처리기간이 일년 정도이므로 배가스를 지나치게 많이 방류할 필요는 없는 상태이다.
한편 해조류가 고pH인 일반콘크리트에는 빨리 부착되지 않고 적어도 6개월 내지 1년이 지나야 부착되는 점을 고려하여 전로슬래그의 팽창저감과 안정화는 물론 전로슬래그를 골재로 사용하는 해양구조물용 콘크리트의 pH가 저감되는 방향을 목적으로 하여, 본 발명에서는 탄산가스와 아황산가스가 용해하여 있는 빗물로 자연 에이징하여 전로슬래그의 팽창을 저감시켰다.
제강슬래그는 자연석과 달리 해조류 부착이 대단히 용이한 재료임이 본 발명자의 연구결과 밝혀졌지만 해조류부착이 보다 더 용이한 방향이 되어 전로슬래그가 해양구조물용 재료로 사용되게 하고자 배가스 첨가 자연 에이징 방법을 개발하였다. 최근 본 발명자들은 전로슬래그를 이용한 해양구조물 즉 TTP, 어초, 피복석, 사석, 용승초, 해조초, 해저복토재의 제조와 전로슬래그 및 슬래그 용출수의 탄산화 등을 중점적으로 연구해 왔던 바 본 발명과 같이 해양목적에 맞는 전로슬래그 자연에이징 처리법을 개발하게 되었다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
실시예 1
소정의 입도로 분쇄된 전로슬래그를 에이징 처리장에 쌓아두고 자연에이징 처리하였다. 자연에이징이란 비가 올 때 빗물과 슬래그가 반응하여 free CaO가 안정화되는 것인데, 본 실시예에서는 전로슬래그를 야적한 상단에 탄산가스와 아황산가스가 포함된 배가스 배출구를 설치하고 비가 올 때만 배가스를 방류하여 낙하하는 빗물 속에 배가스 성분이 용해되어 pH가 5.0~5.6이 된 빗물과 전로슬래그가 반응하도록 하였다. 이와 같이하여 일년간 에이징 처리한 시료를 채취하여 수침팽창률을 측정하였다.
비교예 1
배가스를 사용하지 않고 실시예 1과 동일한 방법으로 에이징 처리하였다. 시료 채취장소에 따른 오차를 없애기 위해서 실시예 1의 배가스 함유 에이징 처리장 바로 옆에서 시료를 채취하여 수침팽창률을 측정하였다.
실시예 2
실시예 1과 비교예 1에서 제작한 전로슬래그를 사용하여 수침팽창 시험을 하였다. 측정결과는 다음 표와 같았다.
실시예 1 비교예 1
전로슬래그 팽창율 0.1~0.3 0.2~0.7
이 표를 보면 배가스를 사용한 실시예 1의 경우는 팽창율이 낮은 것은 물론 그 범위도 좁은 것을 알 수 있다. 반면 비교예에서는 팽창율도 높고 범위가 넓은 것을 알 수 있다. 즉 이는 배가스가 free CaO 안정화 반응을 촉진시켜 팽창율을 낮 추고 안정화 반응도 슬래그 입자별로 균일하게 진행시켰음을 나타내고 있다 하겠다.
본 발명에 의하여 해양활용목적에 적합한 전로슬래그의 팽창저감 자연에이징 처리방법이 제공된다. 즉 배가스가 용해된 빗물과 전로슬래그를 반응시키므로 해서 free CaO를 중탄산칼슘으로 제거하거나 또는 Ca(OH)2 및 석고로 안정화 시켜 팽창을 저감하는 간단한 슬래그 팽창 저감법이다. 특히 배기가스를 사용하므로 온난화가스 저감에도 도움이 되는 전로슬래그 자연 에이징 팽창저감법이다.

Claims (3)

  1. 전로슬래그상부에 빗물 또는 인공수를 분사함과 동시에 배가스를 분사하여 배가스와 인공수 또는 빗물이 반응토록 하는 단계와,
    상기 배가스와 인공수 또는 빗물을 반응시켜 전로슬래그에 분사하는 단계와,
    상기 배가스와 반응한 인공수 또는 빗물을 전로슬래그와 반응시켜 슬래그 중의 free CaO를 안정화하는 제강슬래그의 에이징 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 빗물 또는 인공수의 pH는 5.0~5.6 이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 제강슬래그의 에이징 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배가스는 탄산가스와 아황산가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 제강슬래그의 에이징 방법.
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