KR20090090115A

KR20090090115A - 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법 및전기로 슬래그를 포함하는 바인더

Info

Publication number: KR20090090115A
Application number: KR1020080015396A
Authority: KR
Inventors: 임목; 김인호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-08-25
Also published as: KR101008095B1

Abstract

본 발명은 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법 및 전기로 슬래그를 포함하는 바인더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과도한 분화 팽창성으로 인하여 종래 골재로 활용하기에는 곤란하였던 전기로 슬래그를 간단한 방법으로 바인더로 제조하는 방법 및 상기 전기로 슬래그가 포함된 바인더에 관한 것이다.

본 발명의 바인더 제조방법은 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 준비하는 단계; 상기 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 건조하는 단계; 상기 건조된 스테인레스 전기로 슬래그를 분말로 추가 분쇄하는 단계; 및 분쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 첨가제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

스테인레스, 전기로 슬래그, 바인더, 분화

Description

스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법 및 전기로 슬래그를 포함하는 바인더{MANUFACTURING METHOD OF BINDER USING ELECTRO ARC FURNCACE SLAG OF STAINLESS STEEL}

스테인레스 강은 첨가되는 합금원소가 다량이고 탄소강과 성분계가 상이하여 탄소강과는 별도의 과정에 의해 제조되는 것이 일반적이다. 따라서, 고로에서 용선을 공급받아 전로에서 취련하는 방식으로 제조되는 것이 일반적인 탄소강과는 달리 스테인레스 강은 전기로에서 제조되는 경우가 많다.

전기로는 단상 또는 3상의 전원을 용강을 매개로 하여 통전시킬 때 발생하는 아크열을 이용하여 고철을 용해시키고 용강을 가열하는데 이용되는 설비이다. 상기 전기로에서 고철을 용해하는 동안 전기로내에서는 산화성 분위기가 유지되기 때문에 전기로 공정은 통상 산화성 공정으로 분류되며 상기 전기로 공정에서 배출되는 슬래그는 산화 슬래그로 분류된다. 상기 전기로 공정 이후에는 용강의 추가적인 산화를 방지하고 슬래그 중에 포함된 Cr 등과 같은 유가 금속 성분의 회수를 위하여 환원성 분위기로 유지한 상태에서 정련 공정이 실시된다. 따라서, 정련로 슬래그는 통상 환원 슬래그로 분류된다.

도 1에 상술한 스테인레스 제강과정에서 발생되는 슬래그에 대한 종래의 처리 공정을 플로우 챠트로 나타내었다.

상기 슬래그들은 정련이 끝난 후 각각 또는 혼합되어 냉각(S1)되고 파쇄(SC2)되는 과정을 겪게된다. 이후, 내부에 함유된 지금(skull) 성분을 분리하기 위해 자력선별(SC3)과 비중선별(SC4) 과정을 거친 후 건조(SC5)되어 대부분 크기 6.7mm 이하의 골재 형태를 가지게 된다. 상기 골재 형태의 슬래그는 그 크기에 따라 2mm 초과인 경우에는 콘크리트용 골재로 사용되며, 2mm 이하인 경우에는 아스콘용 잔골재로 사용되는 것이 일반적이다.

그런데, 상기 슬래그를 골재로 사용할 때에는 몇가지 문제가 있을 수 있는데, 그 중 가장 큰 것이 슬래그의 분화(粉化)로 빚어지는 문제이다. 즉, 슬래그의 정련 효과를 향상시키기 위해서 대부분 슬래그들은 고 염기도 조업, 다시 말하면 슬래그 중 CaO/SiO 함량 비가 높게 유지되는 조업, 환경에서 사용되게 되는데, 이러할 경우에는 슬래그 중에 CaO 등 염기성 성분의 함량이 높아지게 된다. 슬래그 중 염기성 성분이 높아지게 되면, 상기 염기성 성분 중 일부가 슬래그에 완전히 용해되지 못하고 유리된 상태인 소위 미재화 상태로 존재하게 되는데, 이러한 미재화된 성분들(예를 들면, free CaO, free MgO 등)은 향후 골재로 사용될 때 수분과 반응하여 수산화물을 형성하게 되는데, 상기 수산화물 형성 반응시에 부피가 팽창하면서 분화되게 되는 현상으로 인하여 골재내에 존재하던 미재화된 성분들의 부피가 팽창하여 골재 및 골재가 포함된 콘크리트의 파손이 일어나게 되므로 슬래그 중의 미재화된 성분의 함량은 엄격히 제한된다.

그런데, 전기로 슬래그의 경우는 냉각시 액체에서 고체상태로 응고한 후 α형(고온형)→α형(저온형)→β형→γ형으로 상전이하면서 약 14%의 부피 팽창이 일어나 냉각과정에서 분화가 일어나는 정련로 슬래그와는 달리 미재화된 슬래그가 냉각후에도 그대로 잔존하고 이후 장기적인 관점에서 분화 및 팽창현상이 발생하기 때문에 그 문제는 더욱 심각하다.

그리고, 전기로 조업의 경우에는 조업의 특성상 슬래그 조성 제어 뿐만 아니라, 전기로 내화물 보호를 위하여 생석회(CaO) 또는 돌로마이트(CaMg(CO₃)₂)가 노내 에 다량 투입되게 되는데, 이렇게 다량 투입된 생석회 또는 돌로마이트 중 일부는 슬래그에 완전히 용해되지 못하고 미재화된 상태로 존재하게 되며 그 결과 free CaO나 free MgO 등의 원인이 된다. 특히, 이러한 현상은 전력사용량 절감을 위하여 저온에서 전기로 작업을 하는 경우에 더욱 심각하게 되는데, 용해도는 슬래그의 온도에 영향을 받게 되고 그에 따라 저온조업시 슬래그에 용해되는 부원료가 감소하고 상대적으로 미재화된 채로 존재하는 부원료의 양이 증가하게 되는 것이다.

그 뿐만 아니라, 페로-크롬(Fe-Cr) 특수강의 제강 조업과 같이 슬래그의 염기도가 극히 높을 것이 요구되는 경우에도 슬래그 중 free-CaO 또는 free-MgO 함량을 높이는 원인이 된다.

전기로 슬래그를 골재로 활용하기 위해서는 슬래그에 존재하는 free-CaO 또는 free-MgO의 함량을 감소시키는 것이 필수적이므로 골재로 사용하는 슬래그 중에서 이들 미재화된 성분을 최소화시키는 별도의 작업이 필요할 뿐만 아니라, 상기 저온 조업된 강종의 슬래그 또는 고 염기도 조업 슬래그 등과 같이 특히 미재화된 성분이 많은 슬래그를 별도로 분리하는 등의 특별한 작업이 필요하다.

그러나, 슬래그에 존재하는 미재화된 성분을 제거하는 종래 방법으로는 냉각된 슬래그를 2mm 이하의 입도로 미분쇄하여 미재화된 성분이 제거되도록 하는 방법 정도가 있을 뿐 그 밖의 적절한 방법이 제안되지는 못하였던 실정이다. 슬래그를 미분쇄할 경우에는 슬래그 중에 포함된 미재화된 성분이 상대적으로 쉽게 분화되고 슬래그로부터 쉽게 분리될 수 있다는 효과를 얻을 수는 있으나, 그 효과에는 한계가 있다는 문제가 있다.

또한, 미재화된 성분의 함량이 높은 슬래그만 따로 선별하여 분리한 후 나머지 슬래그를 처리하여 골재로 사용하는 방법 역시 현실적으로는 그 가능성이 높지 않다. 즉, 매회 배출되는 슬래그를 따로 분리하여 보관하는 것 자체가 곤란할 뿐만 아니라 공간상의 제약이 크기 때문이다. 그러므로, 미재화된 성분의 함량이 높은 슬래그와 반대로 그 함량이 낮은 슬래그는 혼재할 수 밖에 없는 것이 현실이다.

그러므로, 전기로 슬래그를 골재로 이용할 때 발생하는 콘크리트 등의 깨짐 문제는 종래기술로는 해결하기 어려웠으며, 그로 인하여 전기로 슬래그의 재활용은 요원하였다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 재활용이 곤란하였던 전기로 슬래그를 이용하여 바인더로 제조하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 일측면에 따르면 상기 전기로 슬래그를 포함하는 신규한 바인더 조성물이 제공된다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 바인더 제조방법은 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 준비하는 단계; 상기 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 건조하는 단계; 상기 건조된 스테인레스 전기로 슬래그를 분말로 추가 분쇄하는 단계; 및 분쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 첨가제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 파쇄된 슬래그는 입도가 2mm 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 분말로 추가 분쇄된 전기로 슬래그의 브레인은 3,500 cm ^2/ /g이 상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합물은 플라이 애쉬, 전기로 슬래그 분말 및 시멘트를 혼합한 것을 특징으로 하는 것으로서, 상기 플라이 애쉬 : 전기로 슬래그 분말의 비율이 9:1 ~ 6:4인 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합물은 시멘트, 시멘트 100 중량부에 대한 전기로 슬래그 분말과 고로 슬래그 분말의 혼합물(슬래그 혼합물) 10내지 25 중량부, 상기 슬래그 혼합물 100 중량부에 대한 석고 5 내지 15 중량부를 포함하는 것이 효과적이다.

이때, 상기 전기로 슬래그 분말 100 중량부에 대하여 고로 슬래그가 10 내지 25 중량부 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 또하나의 일측면에 따른 스테인레스 전기로 슬래그를 포함하는 바인더는 플라이 애쉬, 전기로 슬래그 분말 및 시멘트를 혼합한 것을 특징으로 하는 것으로서, 상기 플라이 애쉬 : 전기로 슬래그 분말의 비율이 9:1 ~ 6:4인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 하나의 일측면에 따른 전기로 슬래그를 포함하는 바인더는 시멘트, 시멘트 100 중량부에 대한 전기로 슬래그 분말과 고로 슬래그 분말의 혼합 물(슬래그 혼합물) 10 내지 25 중량부, 상기 슬래그 혼합물 100 중량부에 대한 석고 5 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전기로 슬래그 분말 100 중량부에 대하여 고로 슬래그가 10 내지 25 중량부 포함되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전기로 슬래그의 브레인은 3,500cm²/g이상인 것이 좋다.

또한, 상기 고로 슬래그의 브레인은 4000 cm² /g이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 그 용도를 찾기 어려웠던 전기로 슬래그를 바인더로 제조함에 따라 슬래그의 용도를 확보할 수 있음은 물론이고 강도가 우수한 바인더를 제공할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 상기 스테인레스 전기로 슬래그의 용처를 확보하기 위 하여 깊이 연구한 결과 미재화된 스테인레스 전기로 슬래그(이하, 설명의 간편화를 위하여 명세서 중에서는 단순히 「전기로 슬래그」라고도 표현함) 일지라도 분말 상태로 시멘트에 포함될 경우에는 플라이애쉬 대용품으로 훌륭한 역할을 할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명의 스테인레스 전기로 슬래그는 통상의 스테인레스 전기로 정련시에 발생되는 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 별다른 어려움 없이 이를 판별할 수 있으므로 특별히 그 조성을 본 발명에서 한정하지는 않는다. 다만, 보다 명확한 이해를 위해서 상기 스테인레스 전기로 슬래그 조성에 대한 비제한적인 예를 들면 표 1에 중량% 단위(Dry base 기준)로 기재한 바와 같다. 다만, 하기 표 1에 기재한 슬래그 조성은 주로 분석되는 성분을 위주로 기재한 것이며, 강종과 조건에 따라 일부 성분이 빠지거나 추가적인 성분이 더 포함될 수 있으며, 기타 불가피한 불순성분으로서 분석되지 못한 성분도 포함될 수 있다는 것에 유의할 필요가 있다.

CaO	MgO	SiO₂	T-Fe	Al₂O₃	NiO	Cr₂O₃	P₂O₅	TiO₂	MnO	Na₂O	K₂O
35~42	4~8	20~25	6~10	2~4	0.5~0.8	3~9	0.01~0.08	1~2	1~3	0.1~0.2	0.01~0.06

도 2를 참고하여 본 발명의 바인더 제조방법을 설명한다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 바인더를 제조하기 위해서는 파쇄된 슬래그를 준비하는 단계(SI1)가 필요하다. 상기 파쇄된 슬래그는 종래의 슬래그 준비과정에서 준비되는 슬래그라면 어떠한 것도 가능하나, 보다 바람직하게는 입도 2mm 이하의 것이 효과적이다(즉, 냉각, 지금 제거 등의 처리 등을 거칠 수도 있음).

상기 파쇄된 슬래그는 냉각 또는 파쇄과정에서 수분을 함유하고 있기 때문에 건조하는 단계(SI2)를 거치게 된다. 건조 방법으로는 열풍 건조, 고온 건조 또는 자연 건조 등과 같은 종래의 어떠한 방법도 사용가능하다.

이후, 건조된 슬래그는 바인더로 사용하기에 적합한 입도(분말)로 분쇄(SI3)되는 것이 바람직하다. 슬래그의 입도가 클 경우에는 바인더로 사용될 때 충분한 비표면적을 가지지 못하므로 결합에 필요한 표면을 충분히 제공하지 못하여, 사용된 제품의 강도가 저하된다는 문제가 있다. 따라서, 상기 분쇄시의 슬래그의 비표면적은 일정 수준이상일 필요가 있다. 따라서, 충분한 강도를 얻기 위해서는 상기 전기로 슬래그의 비표면적은 브레인 기준으로 3,500g/cm² 이상인 것이 바람직하며, 6,000g/cm²인 것이 보다 바람직하다. 다만, 상기 비표면적은 크면 클수록 표면이 활성화되어 바인더로서의 역할이 증가하므로 비표면적의 상한을 특별히 정할 필요는 없으며, 공업적으로 생산가능한 범위에서 그 입도를 조정하여 사용하면 무방하다.

이후, 상기 분쇄된 슬래그를 다른 첨가제와 함께 적절한 조성비율로 혼합하여 바인더 조성물을 제조하는 단계(SI4)가 후속된다. 이때, 상기 분쇄된 슬래그는 중간 저장 단계(SI4')을 거친 후 적절한 분량으로 불출되어 바인더 조성물의 제조에 이용될 수도 있다.

상기 SI4 단계를 통하여 본 발명에서 제공하고자 하는 바인더 조성물은 상술한 과정에 의해 준비된 슬래그(슬래그 미분말)를 포함하는 바인더 조성물로서, 크게 나누어 종래의 시멘트 조성물의 플라이 애쉬를 슬래그 미분말로 일부 대체한 바인더 조성물과 상기 슬래그 미분말, 고로 슬래그, 플라이 애쉬 및 종래의 시멘트 조성물을 적절한 비율로 혼합된 바인더 조성물이다. 따라서, 상기 SI4 단계에서는 하기하는 조성물의 비율대로 각 원료를 혼합하는 것이 바람직하다.

우선, 시멘트 조성물의 플라이 애쉬를 슬래그 미분말로 일부 대체한 바인더 조성물에 대하여 설명한다. 시멘트 조성물의 플라이 애쉬는 화력 발전소 등에서 배출되는 재 성분으로서 시멘트에서 워커빌리티(workability)나 강도 등을 향상시키기 위한 혼화재로 사용되는 성분이다. 본 발명에서는 중량 기준으로 시멘트에 또는 시멘트와 함께 첨가되는 상기 플라이 애쉬의 40%까지를 전기로 슬래그 미분말로 대체하는 것이 바람직하다. 상기 전기로 슬래그 미분말이 플라이 애쉬를 일부 대체할 경우 시멘트의 압축 강도는 더욱 증가될 수 있다. 다만, 슬래그 미분말의 대체량이 과다할 경우에는 오히려 압축강도가 저하할 수 있기 때문에 상기 전기로 슬래그 미분말의 대체율은 40%까지로 정하는 것이 바람직하다.

다만, 전기로 슬래그 미분말을 전혀 첨가하지 않아도 통상의 시멘트 조성물로 사용할 수 있기 때문에 큰 문제는 되지 않으므로 상기 슬래그 미분말의 대체량은 0%를 포함하지 않는 조건하에서 특별히 그 하한을 정할 필요가 없다. 다만, 본 발명에서 의도하는 전기로 슬래그의 사용효과와 그에 따른 시멘트 압축강도 향상효과를 얻기 위해서는 상기 전기로 슬래그 미분말의 플라이 애쉬 대체량은 대체전 플라이 애쉬의 중량에 비하여 10% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 전기로 슬래그에 의해 대체되는 플라이 애쉬는 통상 시멘트 원료로 사용되는 플라이 애쉬라면 본 발명에서 충분히 사용가능하다. 다만, 보다 넓은 비표면적을 확보하기 위해서는 그 브레인을 3,700cm²/g 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

이때, 상기 전기로 슬래그와 플라이 애쉬의 함량을 시멘트 절대량에 대한 비율 또는 전체 혼합물내에서의 절대 함량으로 표시하는 것은 곤란하다. 아주 다양한 조성의 시멘트가 현재 개발되어 시판되고 있으며, 상기 다양한 조성의 시멘트 내에 포함된 플라이 애쉬의 함량도 각기 상이하기 때문이다. 다만, 상기 플라이 애쉬와 스테인레스 전기로 슬래그의 총합은 시멘트를 100 중량부로 하였을 때, 10~40 중량부 포함되는 것이 일반적이다. 따라서, 본 명세서에서는 본 발명의 권리범위를 보다 명확하게 표현하기 위해 플라이 애쉬 : 전기로 슬래그 미분말의 비율이 9:1 ~ 6:4 범위에 해당되면 전기로 슬래그 미분말이 플라이 애쉬를 중량 비율로 10~40% 대체한 것으로 정의한다. 따라서, 본 발명의 일측면에 따른 바인더 조성물은 시멘트에 플라이 애쉬 : 스테인레스 전기로 슬래그 미분말이 9:1 ~ 6:4의 비율로 포함된 바인더 조성물이다.

다음으로, 슬래그 미분말, 고로 슬래그, 플라이 애쉬 및 종래의 시멘트 조성물을 적절한 비율로 혼합된 바인더 조성물에 대하여 간단히 설명한다. 즉, 본 조성물에서는 상기 전기로 슬래그 미분말은 종래의 시멘트 조성물(보다 바람직하게는, 보통 포틀랜드 시멘트)과 함께 주된 바인더 역할을 수행한다. 이때, 상기 전기로 슬래그 내부의 미재화된 핵이 free CaO 또는 free MgO의 형태를 가지게 되는데, 이러한 결정구조는 수경성이 약하여 전기로 슬래그 만으로는 충분한 압축강도를 가지기 어렵다. 그러므로 이를 바인더로 이용하여 콘크리트 등의 제품을 생산할 경우에는 제품의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로 다른 추가적인 성분을 첨가할 필요가 있다. 고로 슬래그는 이러한 강도하락을 방지하기 위하여 첨가되는 성분이며, 이들의 자극재로서 석고를 추가로 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 바인더는 단독으로 사용되는 것 보다는 시멘트, 바람직하게는 보통 포틀랜드 시멘트와 함께 사용되는 것이 보다 효과적이므로, 본 발명의 또하나의 측면에 따른 바인더는 스테인레스 전기로 슬래그 미분말, 고로 슬래그 미분말, 석고 및 시멘트로 이루어지며, 시멘트 단독으로 사용하는 경우에 비하여 동등 이상의 압축강도를 가질 수 있다.

이때, 상기 시멘트의 중량을 100 중량부로 하였을 때, 상기 전기로 슬래그 미분말과 고로 슬래그 미분말 혼합물(간단히, 「슬래그 혼합물」이라고도 칭함)의 전체 중량은 10 내지 25 중량부. 포함되는 것이 바람직하다. 상기 혼합물의 중량이 10 중량부 미만인 경우에는 시멘트만 사용하였을 때보다 압축강도가 저하되기 때문에 바람직하지 아니하며, 반대로 과다하게 투입될 경우에도 압축강도가 저하되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기 혼합물 중 고로 슬래그는 전기로 슬래그 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상으로 첨가될 필요가 있다. 만일 상기 고로 슬래그 함량이 부족할 경우에는 충분한 압축강도를 얻을 수 없다. 또한, 상기 고로 슬래그가 과다하게 첨가될 경우에도 압축강도가 저하되므로 상기 고로 슬래그 함량은 전기로 슬래그 100 중량부에 대하여 25 중량부 이하로 제한될 필요가 있다. 사용되는 고로 슬래그는 수재 슬래그나 괴재 슬래그 모두 사용할 수 있으며, 수재 슬래그를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 고로 슬래그의 브레인 역시 제한되는 것이 바람직한데, 충분한 비표면적을 확보하기 위해서 4000cm²/g 이상으로 하는 것이 바람직하며, 8000cm²/g 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기 전기로 슬래그와 마찬가지로 상기 브레인의 상한은 특별히 제한할 필요가 없으며 공업적으로 제조가능한 범위 내에서 사용하면 된다.

또한, 상기 전기로 슬래그 미분말과 고로 슬래그 미분말의 혼합물 외에 추가로 첨가되는 자극제인 석고는 상기 슬래그 혼합물의 중량을 100중량부로 보았을 때 5 내지 15 중량부 포함되는 것이 바람직하다 상기 석고의 함량이 5 중량부 미만일 경우에는 자극제의 첨가로 인한 압축강도 향상효과가 충분하지 아니하여 불리하며 반대로 석고의 함량이 15 중량부를 초과할 경우에도 바인더 주조성물인 슬래그 혼합물의 비율이 감소하기 때문에 압축강도의 증가에 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명의 또하나의 측면에 따른 바인더는 시멘트, 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 10~25 중량부의 전기로 슬래그 미분말과 고로 슬래그 미분말의 혼합물(슬래그 혼합물) 및 상기 슬래그 혼합물 100 중량부에 대하여 5~15 중량부의 석고를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 조성으로 상기 SI4 단계에서의 혼합이 완료되면, 본 발명의 제조방법은 완료되며, 이후 상기 혼합물을 저장하거나 불출하는 단계가 더 후속될 수도 있다.

상술한 제조방법에 의할 경우 종래 복잡한 처리과정이 필요한 경우보다 훨씬 간편하게 전기로 슬래그를 재활용할 수 있어 효과적이다. 또한, 상기 본 발명의 바인더는 반드시 본 발명의 방법에 의해 제조되는 것으로 제한될 필요는 없다. 본 발명의 제조방법은 본 발명의 발명자가 제시하는 상기 바인더의 보다 바람직한 제조방법일 뿐인 것으로서, 본 발명의 바인더 조성물이 반드시 본 발명에 의해서만 제조되어야 하는 것은 아니기 때문이다.

이하, 하기하는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

슬래그 및 시멘트의 준비

각각 하기 표 2 내지 표 5의 조성을 가진 전기로 슬래그(표 2), 고로 수재 슬래그(표 3), 보통 포틀랜드 시멘트(표 4) 그리고 플라이 애쉬(표 5)를 준비하였다. 표의 함량단위는 중량%를 의미하며, 표에 기재된 각 성분의 합의 합계가 100%가 되지 않는 경우는 기타의 불순물은 특별한 의미가 없어 기재하지 않은 경우이다.

CaO	MgO	SiO₂	T-Fe	Al₂O₃	NiO	Cr₂O₃	P₂O₅	TiO₂	MnO	Na₂O	K₂O
39.97	4.27	26.85	8.14	4.71	0.75	8.79	0.06	1.14	2.76	0.11	0.05

T-Fe	MnO	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	ZnO	PbO	CuO	P₂O₅	Na₂O	K₂O
0.4	0.3	36.9	7.3	31.5	11.9	tr	tr	tr	0.03	0.25	tr

단, 여기서 tr은 극미량 성분(tracer)을 의미한다.

T-Fe	MnO	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	ZnO	PbO	CuO	P₂O₅	Na₂O	K₂O
1.98	0.16	59.91	2.98	19.06	4.76	0.045	0.016	0.037	0.31	0.11	0.91

Fe₂O₃	SO₃	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	Na₂O	K₂O	기타
9.4	1.8	4.7	2.6	53.6	20.0	4.2	0.5	0.8	2.4

상기 전기로 슬래그는 전기로에서 배출된 후, 수냉 및 파쇄 과정에 의하여 파쇄된 슬래그 중 입도 2mm 이하의 슬래그를 건조한 후 다시 분쇄밀을 이용하여 미분말로 분쇄한 것을 사용하였다.

준비된 원료 중 전기로 슬래그의 브레인은 3,500~6,000cm²/g의 분포를 나타내고 있었으며, 고로 수재 슬래그는 평균 8,000cm²/g, 보통 포틀랜드 시멘트는 평균 4000cm²/g 그리고 플라이 애쉬는 평균 3,700cm²/g을 나타내고 있었다.

전기로 슬래그를 시멘트에 단순 첨가한 경우

단순히 전기로 슬래그와 시멘트를 혼합한 경우에 압축강도의 변화를 살펴보기 위하여 표 5에서 기재한 비율대로 전기로 슬래그와 보통 포틀랜드 시멘트를 혼합하여 제조한 바인더(모르타르)에 대하여 각각 재령 3일, 7일 및 28일에 따라 압축강도를 비교하였다. 하기 표 6에 기재한 것 외에에는 KS L 5105의 수경성 시멘트의 모르타르 압축강도 시험방법에 따라 실험을 행하였다.

구분	시멘트 100 중량부에 대한 전기로 슬래그 비율(중량부)	압축강도(kgf/cm²)
구분	시멘트 100 중량부에 대한 전기로 슬래그 비율(중량부)	3일	7일	28일
종래예	0	236	344	430
비교예1	5	222	336	421
비교예2	10	204	301	410
비교예3	15	142	288	401
비교예4	20	125	285	360

상기 표 6에서 볼 수 있듯이 단순히 전기로 슬래그와 시멘트를 혼합하기만 한 경우에는 비율이 증가함에 따라 오히려 압축강도가 감소함을 알 수 있다. 그러므로 본 명세서에서 밝혔듯이, 추가적인 첨가제가 포함되어야 함을 알 수 있다.

시멘트에 슬래그 혼합물 및 석고 첨가 - 적정 석고량 확인

상술하였듯이, 전기로 슬래그와 시멘트를 단순혼합한 경우에는 충분한 강도를 얻을 수 없기 때문에 강도 증진을 위하여 고로 슬래그와 자극제인 석고를 비율을 달리하여 첨가하고 경화시킨 후 그 효과를 관찰하였다.

실험에서 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 전기로 슬래그 분말과 고로 슬래그 분말의 합은 10 중량부로 하였고, 상기 전기로 슬래그 분말과 고로 슬래그의 비율은 전기로 슬래그 분말 100 중량부에 대하여 고로 슬래그 분말이 10 중량부가 되도록 슬래그 혼합물을 준비하였다. 상기 준비된 슬래그 혼합물 100 중량부에 대하여 표 7에서와 같이 석고 첨가량을 0~20 중량부로 변화시키면서 첨가하여 보통 포틀랜드 시멘트 + 슬래그 혼합물(전기로 슬래그 + 고로 슬래그) + (석고)의 혼합물로 이루어진 바인더를 제조한 후 KS L 5105 방법에 따라 압축강도를 측정하였다. 재령에 따른 압축강도 변화 결과를 표 7에 나타내었다. 표 7에서 종래예는 상기 표 6의 종래예와 동일한 바인더로서 비교를 용이하게 하기 위하여 다시 기재한 것이다.

구분	슬래그 혼합물 100중량부에 대한 석고의 중량부	압축강도(kgf/cm²)
구분	슬래그 혼합물 100중량부에 대한 석고의 중량부	7일	21일	28일
종래예	0	344	416	431
비교예5	0	341	421	429
발명예1	5	351	423	440
발명예2	15	345	447	460
비교예6	20	344	415	425

상기 표 7에서 볼 수 있듯이, 슬래그 혼합물 100 중량부에 대한 석고의 혼합비율이 0 중량부이거나 20 중량부일 때는 종래예보다 강도향상 효과를 확인할 수 없었으나 그 혼합비율이 5 중량부 또는 15 중량부일 때는 종래예보다 월등히 우수한 강도를 얻을 수 있었다.

시멘트에 슬래그 혼합물 및 석고 첨가 - 적정 고로 슬래그 함량 확인

상기 실시예와 유사하되 다만 고로 슬래그의 함량과 석고 함량을 동시에 변화시키면서 압축강도의 변화를 관찰하였다. 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대한 슬래그 혼합물의 양은 위와 동일하게 10 중량 부로 하였으되 전기로 슬래그 100 중량부에 대한 고로 슬래그의 비율만 하기 표 8과 같이 변화하였다. 압축 강도 측정 결과 역시 하기 표 8에 기재하였다.

구분	전기로 슬래그 100 중량부에 대한 고로슬래그 중량부	슬래그 혼합물 100중량부에 대한 석고의 중량부	압축강도(kgf/cm²)
구분	전기로 슬래그 100 중량부에 대한 고로슬래그 중량부	슬래그 혼합물 100중량부에 대한 석고의 중량부	7일	21일	28일
종래예	0	0	345	416	431
비교예7	5	5	344	413	428
발명예1	10	5	351	423	440
발명예3	20	10	350	420	437
비교예8	30	10	338	410	425

상기 표 8에서 알 수 있듯이, 전기로 슬래그 100 중량부에 대하여 고로 슬래그가 각각 5 중량부 및 30 중량부 첨가된 비교예7 및 비교예8은 보통 포틀랜드 시멘트만 사용한 경우인 종래예에 비하여 오히려 낮은 압축강도를 나타내는 반면 고로 슬래그가 10 중량부 및 20 중량부 포함된 발명예1 및 발명예3은 종래예보다 향상된 압축강도를 나타내고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명 조성의 효과를 확인할 수 있었다.

전기로 슬래그의 플라이 애쉬 대체 결과

본 발명의 또하나의 일측면으로서 플라이 애쉬를 전기로 슬래그로 대체한 결과, 다시 말하면, 플라이 애쉬와 전기로 슬래그가 일정 비율로 혼합된 바인더의 효과를 확인하기 위하여, 보통 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여 플라이 애쉬와 전기로 슬래그 분말의 양을 합계로 25 중량부 첨가하되 상기 플라이 애쉬와 전기로 슬래그 중 전기로 슬래그의 비율을 각각 0, 10, 15, 20, 40%로 변화하면서 KS L 5405 방법으로 시험한 결과를 재령에 따라 표 9에 나타내었다.

구분	전기로 슬래그 비율(%)	압축강도(kg/cm²)
구분	전기로 슬래그 비율(%)	7일	14일	21일
비교예9	0	233	267	309
발명예4	10	236	269	313
발명예5	15	233	269	313
발명예6	20	235	270	314
발명예7	40	245	275	315

상기 표 9에서 볼 수 있듯이, 플라이 애쉬만 첨가한 경우(즉, 전기로 슬래그 비율이 0%인 경우)인 비교예 9에 비하여 플라이 애쉬를 10~40% 첨가한 발명예4 내지 발명예7의 경우가 우수한 압축강도를 가지고 있음을 알 수 있었다.

다만, 표에는 기재하지 않았지만 상기 전기로 슬래그 비율이 40%를 초과할 때에는 압축강도가 약간 감소하는 경향을 나타내고 있었으므로 전기로 슬래그의 대체 비율은 10~40%인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의할 경우에는 전기로 슬래그를 재활용함으로써 부산물 재활용이라는 잇점을 가지는 효과 외에도 전기로 슬래그가 포함된 바인더의 강도가 향상되는 효과를 얻을 수 있기 때문에 본 발명이 전기로 슬래그의 처리에 매우 효과적이라는 것을 알 수 있다.

도 1은 종래의 스테인레스 전기로 슬래그의 처리 과정을 나타낸 플로우 챠트, 그리고

도 2는 본 발명에 따른 스테인레스 전기로 슬래그의 처리 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.

Claims

파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 준비하는 단계;

상기 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 건조하는 단계;

상기 건조된 스테인레스 전기로 슬래그를 분말로 추가 분쇄하는 단계; 및

분쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 첨가제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 파쇄된 슬래그는 입도가 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 분말로 추가 분쇄된 전기로 슬래그의 브레인은 3,500cm²/g 이상인 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 플라이 애쉬, 전기로 슬래그 분말 및 시멘트를 혼합한 것을 특징으로 하는 것으로서, 상기 플라이 애쉬 : 전기로 슬래그 분말의 비율이 9:1 ~ 6:4인 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 혼합물은 시멘트, 시멘트 100 중량부에 대한 전기로 슬래그 분말과 고로 슬래그 분말의 혼합물(슬래그 혼합물) 10 내지 25 중량부, 상기 슬래그 혼합물 100 중량부에 대한 석고 5 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 전기로 슬래그 분말 100 중량부에 대하여 고로 슬래그가 10내지 25 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법.
플라이 애쉬, 전기로 슬래그 분말 및 시멘트를 혼합한 것을 특징으로 하는 것으로서, 상기 플라이 애쉬 : 전기로 슬래그 분말의 비율이 9:1 ~ 6:4인 것을 특 징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 포함하는 바인더.
시멘트, 시멘트 100 중량부에 대한 전기로 슬래그 분말과 고로 슬래그 분말의 혼합물(슬래그 혼합물) 10 내지 25 중량부, 상기 슬래그 혼합물 100 중량부에 대한 석고 5 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 포함하는 바인더.
제 8 항에 있어서, 상기 전기로 슬래그 분말 100 중량부에 대하여 고로 슬래그가 10 내지 25 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 포함하는 바인더.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기로 슬래그의 브레인은 3,500cm²/g 이상인 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 포함하는 바인더.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 고로 슬래그의 브레인은 4000cm2/g 이상인 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 포함하는 바인더.