KR20070105017A - 스틸슬래그를 이용하는 연마재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스틸슬래그를 이용하여 얻어지는 연마재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 종래의 가공 공정과 달리 스틸슬래그를 연마재로 직접 제조하는 것으로서, 본 발명의 공정은 용융 슬래그를 저장하는 포트와 그 하부에 설치되어 균일하게 용융슬래그를 흘리는 턴디쉬로 이루어지며, 최대 45o 이내의 경사각도로 조절이 가능한 2단 노즐이 장착되고 100 ~1050mmAq 범위의 송풍압으로 변화시킬 수 있는 구상화장치에 의해 턴디쉬로부터 흐르는 슬래그를 분무하여 구상화하여 연마재를 생산하는 것이 특징이다. 또한 물을 미세한 입자로 분무하여 급속냉각을 하는 쿨링펜스; 야드에 모인 슬래그 연마재를 수집 및 이동시키는 수집적재장치; 이동된 연마재를 자동선별하는 버킷엘리베이터와 자동 시브 스크린; 상기 연마재를 추가로 세분화 선별시키는 2차 버킷엘리베이터를 포함하여 입자화된 슬래그 연마재를 자동으로 생산하여 포장하는 공정을 포함한다.
스틸슬래그, 슬래그 포트, 턴디쉬, 구상화장치, 쿨링펜스

Description

스틸슬래그를 이용하는 연마재 및 그 제조방법{The Method of Abrasives Manufacture Using Molten Steel Slag and the Abrasives Manufactured Thereof}
도 1은 본 발명에 의거하여 용융 스틸슬래그를 연마재로 가공하는 제조방법을 설명하는 공정도.
도 2는 본 발명에 의거하여 용융 스틸슬래그를 가공하여 제조한 연마재의 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1. 슬래그 포트 2. 턴디쉬 3. 구상화장치(2단노즐포함) 4. 쿨링펜스
5. 수집적재장치 6. 버킷엘리베이터 7. 시브 스크린 8. 2차 버킷엘리베이터
본 발명은 종래의 산업폐기물인 스틸슬래그를 용융상태에서 '구상화처리(Atomizing)' 의 가공공정을 통해 생산되는 연마재와 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제철소 전로 제강과정 중에 발생하는 용융상태의 스틸슬래그(용 융 제강슬래그라고도 함)를 수평방향으로 송풍기류와 물이 분무되는 지역을 통과하도록 하여 스피넬구조를 갖는 입자형의 슬래그로 생산하여 샌드블라스트나 쇼트 블라스트 처리용 투사연마재로 사용함으로써, 종래 연마재에 비해 강도와 경도가 우수하고, 자성이 있어 회수가 수월하며, 재사용이 가능하고, 블라스팅 후 표면조도가 우수하며, 특히 기존설비의 수정없이 사용이 가능하며, 분진발생량이 현저하게 감소되는 등의 다양한 장점들을 갖는 경제적이며 효율적인 연마재와 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철 공정에서 발생되는 슬래그는 총생산 물량 중에서 대량으로 산출되는 부산물이다. 슬래그 중 고로슬래그는 거의 대부분 재활용되고 있는데 반해 스틸슬래그는 국내에서 연간 600만톤 이상이 발생하고 있음에도 불구하고 그 처리와 재활용 방안에 대한 뚜렷한 대책이 없는 실정이다. 단지 이 발생량 중 극히 일부만을 1-2개월 정도의 숙성기간을 거친 후 활용하며 나머지는 대부분 매립처리를 하고 있는 실정이다.
통상적으로 현재의 스틸슬래그 처리방법은 약 1200-1500oC인 용융슬래그를 대기중에 방냉한 후 응고된 슬래그 덩어리는 대형의 장비에 의해 분쇄하여 지금을 회수하고 크기별로 분리하여 일부 재활용하고 나머지는 거의 매립을 하고 있다. 하지만 이를 재활용하는 경우에도 이를 위해 분쇄기, 마그네틱 콘베이어, 선별기 등의 고가 장비와 회수비용이 소요되고, 또한 선별되어 사용되거나 매립된 슬래그도 CaO성분으로 인해 물과 반응함으로써 팽창, 지반침하, 중금속용출 등의 많은 문제점을 파생시키고 있어 보다 간단하고 효율적인 슬래그 재활용기술이 필요한 실정이다.
한편, 블라스트 크리닝(blast cleaning)이란 모래나 스틸볼 등의 연마재를 피가공면에 강하게 분사시켜 그 충돌에 의해 금속표면을 연마하거나 청정화하는 것을 말하며 단순히 블라스팅이라고도 칭한다. 분사방식에 따라 1)파워 블라스트(고압공기 사용) 2) 습식 블라스트(물과 연마재를 액상으로 사용하며 액체호닝이라고도 함) 3) 원심블라스트(급속회전 차륜 원심력을 이용) 4) 진공 블라스트(분사와 동시에 연마재, 분진을 진공으로 회수) 방식 등이 있다. 또한 사용하는 연마재 종류에 따라 금속류를 사용하는 쇼트 블라스트가 있고 여기에 이용되는 재질로는 스틸 볼, 스틸 그릿, 스틸 컷와이어, SUS 쇼트, SUS 컷와이어, 알루미늄 컷와이어 등이 있으며 비금속류는 샌드 블라스트를 사용하여 대부분 광물류을 사용하는데 샌딩사, 가넷(석류석), 동(Cu)슬래그, 금강사, 플라스틱 쇼트, Glass Bead, Ceramic Bead, 탄화규소, 실리콘카바이드 등이 있다. 이들 중 금속류 투사연마재는 내구성이나 연마효율면에서 비금속류에 비해 매우 우수하나 제조원가가 광물류에 비해 수십 내지 백배 정도로 상당히 높으며 또한 재료에 맞는 블라스트 기계를 특별히 제작하여야 한다는 단점도 있어서 금속류 투사연마재는 대부분 특수 표면가공이 필요한 연마제품에 사용한다.
금속류 투사연마재 개발 특허에는 스틸쇼트(한국 특허: 등록 10-0420127), 스틸볼(한국 특허: 공개 1983-0001153) 형상조절 스틸쇼트(한국 특허: 공개 2001-0020307) 등이 있으나 이들은 장치 제작에 상당한 비용이 소요되며, 회토류 금속(한국 특허: 공개 2003-0048032), 세륨계 금속(한국 특허: 공개 2004-0002949), 알 파 알루미늄 금속(한국 특허: 공개 1997-0707253) 등이 있으나 생산에 소모되는 재료비용이 고가이므로 특수용도 연마에 한정하여 적용이 가능한 실정이다.
이에 비해 비금속류 투사연마재 개발 특허에는 가네트(한국 특허: 공개 2004-0050607), 실리콘 카바이드(한국 특허: 공개 1999-0007593), 다용성 모래(한국 특허: 공개 2000-0060632) 플라스틱 재질(한국 특허: 공개 1980-0001577) 등이 있으나 광물성 재료의 활용에는 자연보호 차원에서 제한적인 면이 많다. 그러므로 동슬래그(한국 특허: 공개 2003-00080270)를 이용한 다양한 용도개발중 연마재 활용은 폐기물 재자원화 측면에서 상당히 고무적인 기술이지만 고가의 제품단가, 낮은 경도, 낮은 조도, 동슬래그의 부식성, 블라스팅 후 다량의 분진발생, 재사용 불가능성 등은 동슬래그의 연마재 사용에 근본적인 문제점으로 대두되고 있다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점들을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 슬래그 포트, 턴디쉬, 구상화장치, 쿨링펜스, 수집적재장치, 버킷엘리베이터, 시브스크린, 및 2차 버킷엘리베이터 등을 포함하며, 용융 스틸슬래그가 담긴 슬래그 포트를 하부로 기울여 슬래그를 배출하고, 상기 포트의 하부에 설치된 턴디쉬는 10o~60o 범위의 각도로 조절되면서 균일한 흐름으로 상기 슬래그를 분사하고, 0~45o의 다양한 경사각도로 조절이 가능한 2단 노즐이 입구에 장착된 구상화장치가 상기 슬래그를 분무하여 구상화하고, 상기 구상화장치의 송풍압은 100-1050mmAq의 범위로 변화 되도록 조절이 가능하며, 쿨링펜스는 물을 미세한 입자로 분무함으로써 입자화된 슬래그 표면을 냉각시키고, 수집적재장치에 의해 상기 입자화된 슬래그를 수집하고 이동시켜서, 버킷엘리베이터(6)와 시브스크린(7)을 통해 0.01mm-5.0mm 범위의 크기로 1차 선별하고, 보다 세분화된 2차 선별은 2차 버킷엘리베이터(8)에 의해 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 연마재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 제조된 슬래그 연마재가 대체로 CaO 9-18wt%, Fe2O3 38-62wt%, SiO2 17-28wt%, MgO 6-10wt%, Al2O3 5-9wt%의 비율로 함유되는 스피넬구조를 갖고, 대체로 40-50 범위의 로크웰 경도(HRC)값과 60-145㎛의 표면조도를 갖는 것을 특징으로 하는 연마재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 기존 사용하는 고가의 금속류 투사연마재에 상응하는 연마효율을 나타내면서도 제품단가는 1/10 내지 1/70 정도로 저가이며 기존 광물 연마재보다 경도가 높고 조도가 양호하며 재사용이 가능한 매우 경제적이고 효율적인 연마재를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 폐기물로서 환경오염의 주요인이 되고 있는 기존 스틸슬래그를 특수가공해서 재활용하기 때문에 환경오염을 방지하고, 날로 심화되고 있는 천연광물채취로 인해 발생하는 무분별한 자연훼손을 방지하는 것이다.
본 발명의 목적은 스틸슬래그를'아토마이징'이라는 특수가공공정을 통해 스피넬구조를 갖는 새로운 물질로 만들어 종래 기술의 문제점인 중금속 용출과 팽창이 없는 경도가 높고 내구성이 매우 강한 광물로 전환시켜서, 이것으로 투사 연마 공정을 행한 후 표면조도가 매우 양호하고 분진이 거의 발생치 않으며 고유성분에 기인한 자성이 존재하여 회수가 쉽고 균일한 입도로 연마효율 역시 향상되며 특히 종래의 어떠한 블라스팅 장비에서도 사용이 가능하다는 장점을 제공하는 것이다.
본 발명은 스틸슬래그를 용융상태에서 포트(1)를 기울이며 턴디쉬(2)에 수평기준 10~60O의 각도 범위 내에서 다양하게 조절을 하여 주입하고 이를 통해 균일하게 분사되는 용융슬래그 흐름에 대해 수평기준 0~45o의 각도로 조절 가능한 2단 노즐을 포함한 구상화장치(송풍기)(3)를 사용하여 송풍압 100~1050mmAq의 공기, 산소, 공기+수증기 등을 분무하여 입자화된 연마재를 생산하는 것에 관한 것이다. 또한 상부에 설치된 쿨링펜스(4)를 통해 스프레이 형태로 물을 분사하여 입자화된 슬래그에 대해 급속냉각을 시키며 수집적재장치(5)를 사용하여 생산된 연마재들은 수집 및 이동하며, 버킷엘리베이터(6)와 자동 시브스크린(7)을 통해 크기별로 1차 선별이 이루어지며 더 세분화된 2차 선별은 2차 버킷엘리베이터(8)을 사용한 것까지 포함하여 구성된다.
본 발명의 공정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 제철소에서 발생하는 스틸슬래그를 용융상태에서 급속냉각을 통해 입자화된 연마재를 생산하는 방법으로, 종래의 처리법의 여러공정이나 긴 처리시간이 소요되지 않고 한번에 용융슬래그를 입자화된 연마재로 처리하면서도 CaO 성분의 석출을 극소화시켜 안정적이면서 중금속 용출이 전혀없는 무해한 재료를 생성하는 것을 특징으로 한다. 주입된 용융슬래그는 얇고 넓게 펼치는 턴디쉬에 의해서 고루 퍼지며 이것을 수평에서 소정의 각도로 분무하는 공기나 산소에 의해 분사기류가 생성되어 자연스럽게 구형입자화가 되는 것이다. 또한 공기와 물에 의해 급속냉각되면서 결정체는 구상화 처리가 되어 슬래그에 포함되어 있던 이온들(Ca2+,Fe2+,Si2+,Mg2+)이 급격히 응고되면서 복합산화물 형태로 고정화되어 CaO·Fe2O3, SiO2·Fe2O3, MgO·Fe2O3의 결정형태를 이루는데 이것은 가장 안정적인 구조로 평가하고 있는 스피넬(Spinel) 결정구조형태로 2개의 산화물과 3가의 산화물의 복합체로 결합되어 있어서 물리적, 화학적으로 매우 안정적인 특성을 나타낸다. 그러므로 기존 슬래그에서는 Free CaO가 다량 존재하여 물과 반응하여 Ca(OH)2를 형성하여 수침팽창을 하거나 해수(NaCl)와 반응하여 CaCl2를 생성하여 백탁현상을 나타내며 탄산염이 녹아 있는 물속에서 반응하여 CaCO3를 만들어 백화현상을 유발하기도 하나, 스피넬 구조로 되어 있는 안정적인 복합산화물에서는 CaO 용출이 거의 나타나지 않으므로 이러한 문제점은 발생치 않는 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 용융 스틸슬래그를 연마재로 제조하는 방법을 설명하는 공정도를 도시한 것이다. 우선 용융슬래그가 담긴 포트(1)를 포트캐리어나 파워크레인으로 이동시키고 생산여건에 맞는 턴디쉬(2)를 선택하여 설치하고 소정 위치에 고정시킨다. 이때 사용된 턴디쉬(2)는 상기 포트(1)에서 용융슬래그를 직접 떨어뜨리면 매우 빠르고 가늘게 낙하되는 슬래그를 턴디쉬(2)의 모든 계면에 고르게 퍼뜨려서 적당한 속도로 떨어지게 한다. 이때 턴디쉬(2)의 경사각도는 수평기준 10~60O로 조절이 가능하며 슬래그의 용융상태와 요구하는 크기에 따라 다양하게 변화시켜 생산할 수 있다.
턴디쉬(2)에서 떨어지는 용융슬래그에 대해 최적의 분사속도로 분무하여 구상화(Atomizing)를 시키는 것이 구상화장치(3)이고, 분사기류를 형성하는 송풍구 노즐이 상부와 하부에 2단으로 구성되어 있어서 기존 송풍기가 1개의 노즐만으로는 효과적인 분무를 할 수 없는 단점을 보완하여 상부에서 미처 분사되지 못한 용융슬래그를 하부 노즐의 송풍기류로 분무할 수 있게 구성되어 있다. 이때 송풍각도는 수평기준 0~45o의 각도 범위 내에서 조절이 가능하며 송풍압은 100~1050mmAq의 범위 내에서 변화시킬 수 있는데 이러한 송풍량의 변화는 댐퍼의 개폐비율에 따라 조절할 수 있다. 또한 송풍구 노즐 측면에는 물을 스프레이 형태로 분사할 수 있는 노즐이 추가로 장착되어 있어 가스와 수증기로 동시에 급속냉각이 가능한 것이며, 구상화장치에서는 공기외에 산소, 질소 등의 가스를 사용하여 분무할 수 있으므로 보다 급속하게 억제된 산화반응을 수행할 수도 있다.
또한, 보다 효과적인 급속냉각을 위해 입자화된 슬래그 연마재가 낙하되는 야드 측면상부에 수증기를 스프레이상태로 분사할 수 있는 쿨링펜스(4)를 설치하여 보다 신속하게 급속냉각 처리를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명 제조방법으로 생산된 구형형태의 연마재는 야드에 모이게 되 며 이것은 수집 및 이동장치인 수집적재장치(5)를 사용하여 버킷엘리베이터(6) 저장소로 보내어지며 이곳에 모인 연마재들은 벨트 콘베어와 같은 이송 수단에 의해 자동으로 시브 스크린(7)으로 이동하여 시브 쉐이킹을 통한 크기별 1차 선별이 이루어져 각 크기별 포장까지 완성이 된다. 이후 보다 세밀한 크기 선별이 필요하면 미분까지 분리가 가능한 2차 버킷엘리베이터(8)에서 2차 선별되어 포장된다.
이와 같은 가공공정을 통해 생산되는 슬래그 연마재는 입경이 0.001-5.0mm까지 다양한 크기로 생성되는데 각 치수범위별 입도분포와 입도의 균일함을 나타내는 균등계수를 [표 1]에 나타내었다. 입도분포는 0.1-2.5mm 범위의 시료가 90%를 점유하고 있는 것으로 나타났고 특히 균등계수의 경우'1'에 가까울수록 입도가 균일함을 의미하는데 투사재로 사용되는 규사가 일반적으로 1.78 정도인 것을 비교하면 본 연마재는 매우 균일함을 확인할 수 있었다.
[표 2]에 나타낸 바와 같이 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 크롬, 시안 등 유해한 중금속의 용출실험 결과 안전하고 무해한 청정재료임을 다시 한번 확인할 수 있었다.
표 1. 가공공정을 통해 생산된 연마재 입도분포 및 균등계수
체의 호칭 치수 (mm) 체를 통과하는 무게 입도 백분율 (%) 균등계수(U)
>5 2.5-5.0 1.2-2.5 0.6-1.2 0.3-0.6 0.1-0.3 0.01-0.1 <0.01 0% 5% 15% 28% 35% 12% 3% 2% 1.22 ※균등계수(U)=P60/P10
※ P60:시료 60%를 통과시킨 체눈의 크기, P10:시료 10%를 통과시킨 체눈의 크기
표 2. 가공된 슬래그 연마재의 용출시험
규제물질 Pb Cu As Hg Cd Cr CN
허용기준치 (ppm) 3.0이하 3.0이하 1.5이하 0.005이하 0.3이하 1.5이하 1.0이하
연마재 (ppm) ND ND ND ND ND ND ND
※ ND: Not Detected(불검출)
본 발명으로 생산되는 연마재의 주요 화학적성분은 Fe2O3, SiO2, Al2O3, CaO 인데 이들 성분은 연마재의 높은 경도발현에 중요한 인자이며 특히 Fe2O3는 자성을 갖고 있으므로 용이하게 회수할 수 있다. 또한 부식을 유발하는 FeO 성분이 1% 이하이므로 거의 녹이 슬지 않는 등 효과적인 연마재 조성을 포함하고 있음을 확인할 수 있었다. 전체 화학성분과 분율은 [표 3]에 나타내었다.
물리적 특성으로는 비중은 규사(모래)에 비해 무거우며 연마재에서 가장 중요한 경도는 규사에 비해 2-5배까지 높게 나타났다. 특히 로크웰경도(HRC)의 경우는 스틸볼, 스틸그릿의 일반적인 허용 범위값인 40-50에 근접하는 매우 높은 값을 나타내어 본 슬래그 연마재가 다른 광물재보다 연마효율이 높은 이유를 확인하게 하였으며 이것은 연마 표면조도값인 60-145㎛로 확인할 수 있었다. 또한 흡수율은 기존 모래에 비해 1/6 정도로 낮게 나타나 수분에 대한 문제가 거의 없음을 알 수 있었고 또한 투사시 매우 균일한 입도의 연마재로 넓은 안식각으로 연마를 할 수 있으므로 극대화된 연마효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 이와같은 다양한 특성을 아래 [표 4]에 나타내었다.
표 3. 가공된 슬래그 연마재의 화학적 성분
조성(wt%) CaO Fe2O3 SiO2 MgO FeO Al2O3
연마재 9-18% 38-62% 17-28% 6-10% ≤1 4.5-9.4%
표 4. 가공된 슬래그 연마재의 물리적 특성
항목 진비중 겉보기 비중 경도(HVC) 경도(HRC) 경도(모스)
연마재 3.54 2.12 600-700 40-45 6.5-8.0
항목 강도(kg/cm2) 흡수율(%) 균등계수 연마 표면조도 안식각
연마재 190-270 0.1 1.22 60-145㎛ 14-18o
앞에서 설명한 다양한 투사연마재들에 대한 특징을 객관적으로 비교하여 평가해보기 위해 [표 5]에 이들 연마재로써의 특성을 나타내었다. 이때 슬래그 연마재는 광물이기에 금속성 투사재는 스틸볼만을 비교하였고 나머지는 상용화된 광물 연마재를 비교하였다.
진비중의 경우 스틸볼이 가장 무거웠으며 가네트, 슬래그 연마재 순이었고 연마재 특성중 가장 중요한 경도의 경우는 로크웰경도(HRC)가 스틸볼이 가장 높았으나 슬래그 연마재 역시 43으로 기존 금속류 연마재의 허용범위값인 40-50에 드는 매우 양호한 결과값을 보였고 다른 광물 연마재는 모두 40 이하의 값을 나타내었다. 또한 연마효과를 나타내는 조도 역시 스틸볼과 같은 매우 양호한 특성을 보였는데 이는 균일한 입도분포를 갖는 입자들로 연마를 하기 때문이라고 사료된다. 그 리고 가장 중요한 제품단가의 비교에 있어, 가장 비싼 스틸볼을 '100'으로 기준하여 나타낸 것인데 가장 많이 사용되는 가네트는 '35' 이며 동슬래그는 '6' 인데 비해 연마효율이 스틸볼과 유사한 슬래그 연마재가 가장 저렴한 '3'으로 나타나 매우 효율적이며 경제적인 연마재임을 확인할 수 있었다. 또한 슬래그 연마재는 강도가 비교적 강하므로 파쇄된 후에도 재회수해서 2-3회를 재사용할 수 있으며 블라스트 장치의 설비변경이 용이하다는 장점을 갖고 있다. 특히 본 발명의 연마재는 폐기물이 아닌 무공해 청정재료로서 이미 관련기관의 인증을 받았기에 일반 폐기물로 처리가 가능하다는 매우 중요한 장점을 가지고 있다.
표 5. 투사 연마재별 특성비교 및 평가
슬래그 연마재 동슬래그 규사 (모래) 가네트 (석류석) Glass Bead 스틸볼
진비중 3.54 3.65 2.62 4.20 2.60 7.20
모스경도 7.5 6.5 5.5 7.5 5.0 8.5
로크웰경도(HRC) 43 37 30 40 28 50
조도(품질상태) 매우양호 양호 보통 양호 보통 매우양호
제품단가(톤당) 3 6 4.5 35 20 100
재사용가능성 2-3회 불가 불가 3-4회 불가 10-12회
설비변경용이 용이 용이 용이 용이 보통 어려움
폐기물 적용성 일반 지정 지정 지정 지정 지정
※ 제품단가(톤당): 가장 비싼 스틸볼의 가격을 '100' 으로 기준함.
실제적으로 블라스트 장치를 사용하여 다양한 투사연마재별로 크기에 따른 연마처리 특성을 평가해보고자 하였다. 이를 위해 투사연마재인 모래, 슬래그 연마재, 스틸볼에 대해 각각 크기별로 0.1-0.4mm, 0.4-1.0mm, 1.0-2.0mm인 입도분포의 시료를 분리해 사용하였다. 실험을 위해 E社 샌드 에어블라스트 시험장치(Model ASP-20)를 사용하였고 부식이 진행된 동일한 강판을 대상으로 해서 분사거리 30cm에서 분사속도 70-80m/sec로 한번에 1000g 씩을 분사하여 나타난 측정결과를 [표 6]에 나타내었다. 그 결과, 표면조도는 세가지 종류 모두 작은 입자보다 큰 입자가 더 좋게 나타났지만 투사연마재 종류별로는 스틸볼, 슬래그 연마재, 모래 순으로 나타나서 기존에 사용되는 모래보다 슬래그 연마재가 보다 효과적이며 스틸볼에 근접한 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한 연마처리면적은 역시 세가지 모두 작은 입자가 큰 입자보다 훨씬 많은 면적을 처리함을 알 수 있었는데 연마재별로는 그 효과도 차이가 있어서 동일한 크기의 모래보다 슬래그 연마재가 더 많은 면적을 연마할 수 있는 것으로 측정되었다. 특히 연마작업동안 발생하는 분진은 공해물질로 작업자의 건강에도 큰 문제를 일으킬 수 있는데 이러한 분진 발생량은 블라스팅 작업장소로부터 5m 떨어진 지점에 분진계를 설치하여 측정하였다. 그 결과, 연마면에서 충돌을 통해 쪼개어져 많은 분진을 일으키는 모래의 경우 상당한 분진이 발생하였으나 경도가 보다 강한 슬래그 연마재의 경우는 동일한 크기의 모래에 비해 단지 1/3 정도만 발생하는 것으로 확인되었다. 하지만 깨지지 않는 스틸볼의 경우는 미세한 분진이 많이 발생하였다.
결론적으로 투사연마재는 크기가 클수록 표면조도는 높게 나오나 처리면적은 작으며 발생하는 분진은 더 많이 발생하는 것으로 나타났고 연마효율은 모래에 비해 슬래그 연마재가 보다 좋은 결과를 나타내었다.
표 6. 에어블라스트 표면처리시 연마재별 입자크기와 연마처리 특성비교
입도분포(mm) 표면조도 (㎛) 연마처리면적 (m2/hr) 생성 분진량 (mg/m3)
모래-1. 0.1-0.4 35 9.0 250
모래-2. 0.4-1.0 50 5.5 350
모래-3. 1.0-2.0 70 2.0 460
슬래그-연마재 1. 0.1-0.4 60 13 85
슬래그-연마재 2. 0.4-1.0 80 8.0 110
슬래그-연마재 3. 1.0-2.0 145 3.5 145
스틸볼-1. 0.1-0.4 75 19 13
스틸볼-2. 0.4-1.0 90 11 15
스틸볼-3. 1.0-2.0 220 5.0 20
※ 사용된 에어 블라스트 장치: E社 Model ASP-20
전술한 바와 같이 본 발명의 스틸슬래그를 이용하여 얻어지는 연마재와 그 제조방법에 의하면 종래의 슬래그 사용법에서 필수적인 파쇄과정이 전혀 필요없고 단지 구상화 공정으로 생산된 슬래그 연마재를 직접 샌드 블라스팅이나 쇼트 블라스팅 공정에 사용하면 기존에 비해 경도가 우수하고 균일한 입도로 연마효율이 향상되고 자성이 있어 회수가 수월하며 재사용이 가능하고 블라스팅 후 표면조도가 우수하며 특히 기존설비를 수정없이 사용이 가능하며 분진발생량이 현저하게 작다는 다양한 장점들을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 산업폐기물인 스틸슬래그를 친환경 소재로 전환하여 연마재로 재활용할 수 있으므로 슬래그 처리비용 전액절감, 환경오염의 최소화, 매립지부지난 해소, 수입되는 연마재를 국산화하여 수입대체로 인한 외화절감 등의 많은 장점들이 있다.

Claims (3)

  1. 용융 스틸슬래그를 용융상태에서 가공처리하기 위한 제조방법에 있어서,
    슬래그 포트(1), 턴디쉬(2), 구상화장치(3), 쿨링펜스(4), 수집적재장치(5), 버킷엘리베이터(6), 시브스크린(7), 및 2차 버킷엘리베이터(8) 등을 포함하며,
    용융 스틸슬래그가 담긴 슬래그 포트(1)를 하부로 기울여 슬래그를 배출하고, 상기 포트(1)의 하부에 설치된 턴디쉬(2)는 10o~60o 범위의 각도로 조절되면서 균일한 흐름으로 상기 슬래그를 분사하고, 0~45o의 다양한 경사각도로 조절이 가능한 2단 노즐이 입구에 장착된 구상화장치(3)가 상기 슬래그를 분무하여 구상화하고, 상기 구상화장치(3)의 송풍압은 100-1050mmAq의 범위로 변화되도록 조절이 가능하며, 쿨링펜스(4)는 물을 미세한 입자로 분무함으로써 입자화된 슬래그 표면을 냉각시키고, 수집적재장치(5)에 의해 상기 입자화된 슬래그를 수집하고 이동시켜서, 버킷엘리베이터(6)와 시브스크린(7)을 통해 0.01mm-5.0mm 범위의 크기로 1차 선별하고, 보다 세분화된 2차 선별은 2차 버킷엘리베이터(8)에 의해 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스틸슬래그 연마재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 제조된 슬래그 연마재가 CaO 9-18wt%, Fe2O3 38-62wt%, SiO2 17-28wt%, MgO 6-10wt%, Al2O3 5-9wt%의 비율로 함유되는 스피넬구조를 갖고, 40-50 범위의 로크웰 경도(HRC)값과 60-145㎛의 표면조도를 갖는 것을 특징으로 하는 스틸슬래그 연마재 제조방법.
  3. 제1항에 따른 제조방법에 의해 제조된 스틸슬래그 연마재.
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