KR20080011725A - 고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법에 관한 것으로서 철광석을 고로를 통하여 조강을 생산할 때 발생하는 다량의 고로수제슬래그를 건설용 자재로 사용되는 세사 즉 모래로 효과적으로 사용하기 위하여 개발된 것으로서;

제강 또는 제철 공정에서 배출되는 용융된 상태의 고로슬래그에 취제수를 분사하여 급격한 온도의 저하에 의하여 상기 고로슬래그가 분쇄되도록 하는 일차 분쇄과정과;

분쇄된 고로슬래그를 기준 직경 이상의 크기를 가진 입자와 이하의 크기를 가진 입자로 구분하여 선별하는 선별과정과;

기준 직경 이상의 입자를 분쇄하여 다시 선별과정을 거치도록 하는 이차 분쇄과정과;

상기 선별과정에서 선별된 기준 직경 이하의 크기를 가진 입자에 다량의 물을 투입하고 혼합하여 필요한 직경 이하의 미세분진 및 잔류 세척수를 배출하는 세척과정의 일련과 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 하는 고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법에 관한 것이다.

슬래그, 모래

Description

고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법{The manufacturing method of construction sand for use of a slag}

본 발명은 고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 보통 시멘트의 연료로 사용되는 제강 또는 제철 공정작업에서 배출되는 다량의 고로슬래그를 건설에 사용되는 세사 즉 모래로 사용하기 위하여 개발된 것이다.

일반적으로 알려져 있는 제강공법은 고로에 철광석·코크스·석회석을 번갈아 넣고, 노(爐)의 옆부분에 설치한 통풍구로부터 열풍로를 통해서 2000℃ 정도로 예열한 공기를 불어넣으면, 이에 의해서 코크스를 태워서 일산화탄소를 만들고, 철광석을 환원시켜 철을 만드는 간접 제강법이다.

이때 석회석이 연소한 산화칼슘과 광석 속의 실리카분은 결합하여 슬래그(slag)가 되어 용융된 금속의 상층부에 위치하고, 철은 탄소를 충분히 흡수하여 선철이 되어서 함께 녹아 용선(鎔銑)이 되어 노의 바닥에 고인다.

CaO, SiO 2 , AL2O3 등을 주성분으로 하는 슬래그는 구성성분상 농자재인 규산질 비료에 적합하여 규산질 비료회사에서 이용하고 있고, 선진국에서는 고로 시 멘트 제조 원자재로 사용하고 있으며, 또한 시멘트 제조회사 혹은 유사업체에서 원자재 혹은 부자재로 이용하여 오고 있다.

본래 이러한 리싸이크린 산업은 일반폐기물을 산업화에 재유도하므로 일석이조(一石二鳥) 이상의 원료취득난해결, 원가절감, 가격경제력제고, 기존공해저감 등 친환경산업으로 더욱 권장되는 산업이기도 하다.

하지만, 이러한 방법 중 건설용 자재의 제조방법은 탈철선광과 같은 환원공정을 통해 고로슬래그 내부의 광물 결정상을 비정질로 바꾸어주는 공정이 추가되므로 많은 비용이 들며 시멘트로 활용하는 방법 또한 일반 포틀렌트 시멘트와 비교하여 그 원자재가격이 낮은 장점을 가지고 있으나 이 역시 효과적인 활용이라고 보기에는 무리가 있다.

이때 레미콘산업은 건설분야의 핵심으로서 기초와 몸통, 지붕 제에 이르기까지 필요한 규격의 생콘크리트를 현장에 바로 타설시켜 공사기간과 건설원가를 절감시키는 생콘크리트의 기본 원자재는 시멘트, 중골재(자갈), 세골재(모래), 물이다.

상기 4가지 원자재중 세골재(모래)가 품질관리에 많은 변수를 주지만 현재까지는 강상류의 양질의 세골재를 주로 사용하여 왔으나 환경문제가 야기됨과 강사의 고갈로 하류에 산재하는 입도가 맞지 않은 세사로 인하여 여러 가지 가공사를 사용하고 있는 실정이다.

K.S규격은 입도와 강도 외 혼합비를 명시하고 있으나 수요와 공급의 균형이 맞지 않으며, 규격에 맞는 세골재를 찾는다는 것은 더욱 어려운 난제로 되어 있다.

또한 건설골재(중골재, 세골재)는 시장경제원리상 40km를 넘으면 운송료와 유통이 불가함도 난제 중의 하나이다.

따라서 건설현장에서 40km이내에 세골재의 입도가 지름 6mm - 150메쉬까지 균형있게 분포(分布)되어 있는 화학성이 안정되어 있고 불순물이 없는 세골재를 사용하여야 최고품질의 콘크리트를 얻을 수 있다는 공식이 나온다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 고로슬래그를 이용하여 건설용으로 사용할 수 있는 양질의 세사로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 기존 자연산 모래 또는 폐자재를 이용한 재활용 모래 보다 고로슬래그를 이용한 세사는 건축 자재로 사용시 강도에 악영향을 주는 미분의 비율이 적으나 이를 더욱 줄여 최고 품질을 가진 양질의 세사를 제조하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제강 또는 제철 공정에서 배출되는 용융된 상태의 고로슬래그에 취제수를 분사하여 급격한 온도의 저하에 의하여 상기 고로슬래그가 분쇄되도록 하는 일차 분쇄과정과;

분쇄된 고로슬래그를 기준 직경 이상의 크기를 가진 입자와 이하의 크기를 가진 입자로 구분하여 선별하는 선별과정과;

기준 직경 이상의 입자를 분쇄하여 다시 선별과정을 거치도록 하는 이차 분쇄과정과;

상기 선별과정에서 선별된 기준 직경 이하의 크기를 가진 입자에 다량의 물을 투입하고 혼합하여 필요한 직경 이하의 미세분진 및 잔류 세척수를 배출하는 세척과정의 일련과 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 한다.

아울러, 상기 세척과정 이전에는 분류된 입자를 나선컨베이어를 통하여 인접한 입자 간에 상호 충돌 연마하면서 이송시키는 연마과정이 추가로 형성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 제강공정에서 발생하는 다량의 고로슬래그를 건설 자재인 세사(모래)로 제조하여 자원의 재활용을 하는 효과가 있다.

또한, 기존 자연 모래나 재생모래의 경우에는 입자의 표면에 많은 미세 알갱이 또는 분진 등으로 인하여 콘크리트의 원료로 사용시 강도가 저하되는 문제점을 해결하여 고강도 건설 시공이 가능한 효과가 있다.

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 세사와 일반 모래의 화학적 성분을 나타낸 도면이며, 도 2는 사용되는 세사의 물리적 입도분포를 나타낸 도면으로서, 일반모래와 화학 성분을 비교해보면 SLAG는 항상 일정하고 기타 세가지의 원자재간 혼화성(화학성PH 등등)혼합성도 아주 좋다.

일반 모래는 화학성도 불규칙하고 역으로 입도성의 배분도 비합리적이다.

레미콘산업에서 혼합 미분은 접착률 저하를 가져오고 DATA에 변수를 많이 주기 때문에 아주 금물이고 세척을 시키는 이유도 토분과 미분 등 불순물제거가 주목적이다.

하지만, 고로수제슬래그를 세사로 사용할 경우 토분은 일체 없고 미분도 전혀없고 입도분포는 이상적이다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시 예로는 중골재(자갈)의 하부 cutline을 10m/m∼8m/m까지 권장하여 중간 공간의 입도 균형치를 맞추면 일반 배합비로도 20％ 이상의 강도 증감을 가져오며 같은 공정에 세사(모래)만 고로수제슬래그로 대체하고, 중골재의 하부 커트라인(cut line)을 보완하는 것만으로 콘크리트의 구속력(vinding) 즉 접착력을 20％이상 증가할 수 있는 것은 획기적인 일이며 제한된 체적에서 같은 원가 범위 내에서 20％이상의 강화된 콘크리트 제품을 얻을 수 있다는 것은 본 발명의 최대 장점이라고 할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록도로서, 일차 분쇄과정과, 선별과정과, 이차 분쇄과정과, 세척과정의 일련과 과정으로 이루어진다.

상기 일차 분쇄과정은 제강 또는 제철 공정에서 배출되는 용융된 상태의 고로슬래그에 취제수를 분사하여 급격한 온도의 저하에 의하여 상기 고로슬래그가 분쇄되도록 하는 것으로 기존의 슬러지 재활용에도 많이 적용되는 기술이다.

다만, 고온의 슬러지에 취제수를 어느 정도의 온도에서 얼마만큼을 분사하느냐에 따라서 분쇄되는 효과와 또 입자가 유리결정화되는지의 차이가 발생하고 있다.

또한, 본 발명에서는 분쇄된 고로슬래그를 기준 직경 이상의 크기를 가진 입자와 이하의 크기를 가진 입자로 구분하여 선별하는 선별과정을 거치며 상기 선별과정에서는 일반적으로 사용하는 망과 같은 수단을 다용하여 선별하는 것으로 망을 통과하는 입자와 통과하지 못하는 입자를 분리하는 과정이다.

이러한 선별과정을 마친 입자 중 망을 통과하지 못한 입자 즉 기준 직경 이상의 입자를 분쇄하여 다시 선별과정을 거치도록 하는 이차 분쇄과정을 거친다.

이상의 공정으로 상기 슬러지를 모래의 용도로 사용하기 위한 기본적인 준비가 완료된다.

이 상태만 하더라도 기존의 모래의 경우 강 모래는 그 양이 적고 고가이며 바닷모래의 경우에도 자연환경의 파괴와 잔류염분으로 인한 문제점을 가지고 있으며, 폐 건축자재를 파쇄하여 제조하는 재생모래의 경우에는 단가는 저렴하나 미세분진이 모래표면에 많이 묻어있어 콘크리트로 반죽하여 양생하면 강도가 저하되는 문제점을 가지고 있다.

즉 가장 근본적인 문제점은 지금까지 사용되는 세사 즉 모래는 불순물을 많이 함유하고 있으며, 입자의 크기가 고르지 못하여 미세 분진 같은 입자가 많이 포함되어 시멘트와 모래 입자 간이 잘 융합되지 않는 것이다.

본 발명에서는 상기 선별과정만을 통과하더라도 불순물이 거의 없는 CaO, SiO 2 , AL2O3로 구성된 혼합물이며 또한 분진과 같은 미세 입자가 거의 존재하지 않아 건설용 세사로 적합하다고 하겠다.

하지만, 본 발명에서는 상기 선별과정에서 선별된 기준 직경 이하의 크기를 가진 입자에 다량의 물을 투입하고 혼합하여 필요한 직경 이하의 미세분진 및 잔류 세척수를 배출하는 세척과정을 추가로 구성하여 보다 입자의 크기를 고르게 하고 극히 미소량의 분진도 제거할 수 있도록 하였다.

이러한 공정은 상기 이차 분쇄과정에서 기계적인 파쇄로 인하여 발생하는 분진의 우려가 있기에 이를 고려한 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 블록도로서, 상기 세척과정 이전에는 분류된 입자를 나선컨베이어를 통하여 인접한 입자 간에 상호 충돌 연마하면서 이송시키는 연마과정이 추가로 형성되는 실시 예를 나타내었다.

나선컨베이어는 일반 산업에서 많이 쓰이는 것이나 이에 의하여 이송되는 물질이 입자일 경우 이송과정 중 교반되고 인접한 입자와 충돌을 한다는 점을 고려하여 입자가 돌출되어 약한 부분 등이 이송 과정 중에 깨져나가고 일부 마모가 되도록 함으로서 그른 입자분포를 이를 수 있도록 한 것이다.

이를 위한 이송경로 이송에 필요한 토크(Torque) 등은 필요한 입자의 크기 입자의 형태에 따라서 적절하게 조정하면 바람직한 형태의 입자를 얻을 수 있을 것이다.

도 1은 세사와 일반 모래의 화학적 성분을 나타낸 도면.

도 2는 사용되는 세사의 물리적 입도분포를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록도.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 블록도.

Claims (2)

1. 제강 또는 제철 공정에서 배출되는 용융된 상태의 고로슬래그에 취제수를 분사하여 급격한 온도의 저하에 의하여 상기 고로슬래그가 분쇄되도록 하는 일차 분쇄과정과;

   분쇄된 고로슬래그를 기준 직경 이상의 크기를 가진 입자와 이하의 크기를 가진 입자로 구분하여 선별하는 선별과정과;

   기준 직경 이상의 입자를 분쇄하여 다시 선별과정을 거치도록 하는 이차 분쇄과정과;

   상기 선별과정에서 선별된 기준 직경 이하의 크기를 가진 입자에 다량의 물을 투입하고 혼합하여 필요한 직경 이하의 미세분진 및 잔류 세척수를 배출하는 세척과정의 일련과 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 하는 고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 세척과정 이전에는 분류된 입자를 나선컨베이어를 통하여 인접한 입자 간에 상호 충돌 연마하면서 이송시키는 연마과정이 추가로 형성됨을 특징으로 하는 고로수제슬래그를 이용한 건설용 세사 제조방법.

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