KR20100043044A - 광석분의 열간 강도증진 고화재, 이를 이용한 펠릿, 및 그 제조방법 - Google Patents

광석분의 열간 강도증진 고화재, 이를 이용한 펠릿, 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

냉간(冷間) 강도가 종래의 고화재(固化材)와 동등 이상이고, 또한, 열간(熱間) 강도의 발현성이 뛰어난, 광석분(鑛石粉)의 펠레타이징(pelletizing)에 사용하는 광석분의 열간 강도 증진 고화재, 이를 사용한 펠릿, 및 그 제조방법을 제공한다.
시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종과, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하여 이루어지며, 화학 조성이, CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO이 3∼56％, Al2O3가 3∼40％, 및 SiO2가 30∼86％인 광석분의 열간 강도 증진 고화재, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종, 슬래그, 및 규산질 물질의 배합 비율이, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종 1∼76부, 슬래그 2∼95부, 및 규산질 물질 2∼95부인 상기 고화재, 또한, 석고를 함유하여 이루어지는 상기 고화재, 광석분, 상기 고화재, 및 물을 함유하여 이루어지는 펠릿, 상기 고화재가, 광석분 100부에 대하여, 3∼20부인 상기 펠릿이며, 물/(광석분＋상기 고화재) 비가 0.03∼0.3인 상기 펠릿, 및 상기 펠릿의 제조방법을 구성으로 한다.

Description

광석분의 열간 강도증진 고화재, 이를 이용한 펠릿, 및 그 제조방법 {Ore-powder caking material for enhancing hot strength, pellet made with the same, and process for producing the same}
본 발명은, 제철소, 제강공장, 및 비철정련소 등에서 발생하는 광석분(鑛石粉)의 펠레타이징(pelletizing)에 사용하는 광석분의 열간(熱間) 강도 증진 고화재(固化材), 이를 사용한 펠릿, 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, 제철소, 제강공장, 및 비철정련소 등의 공장 내에서 발생하는 더스트 등의 광석분의 유효 이용이나, 양질인 광물자원의 고갈을 배경으로 하여, 광석분의 펠레타이징이 행하여지고 있다.
광석분의 펠레타이징법으로서, 드럼형이나 팬형의 조립기(造粒機; granulator)를 사용하여 조립 후에 소성하는 소성 펠릿법이나, 에너지 절약화를 목적으로 하여 소성공정을 생략한 콜드 펠릿법이 알려져 있다.
이들 광석분의 펠레타이징법에서 사용하는 광석분의 고화재로서는, 보통 포틀랜드 시멘트로 이루어지는 고화재, 생석회와 고로(高爐) 슬래그로 이루어지는 고화재, 알루민산 칼슘계 화합물과 미분말 무기질 재료로 이루어지는 고화재, 보통 포틀랜드 시멘트와 칼슘 알루미네이트로 이루어지는 고화재가 알려져 있다(비특허문헌 1, 비특허문헌 2, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
그러나, 이들 고화재를 이용한 경우에는, 열간 강도가 소결광(燒結鑛)에 비하여 작고, 고로 투입 후에 분화(粉化)에 의한 통기성의 불량이 생겨서, 그 때문에 투입량이 제한된다는 과제가 있었다.
여기서, 열간 강도란, 예컨대, 광석분과 그 열간 강도 증진 고화재를 이용한 펠릿을 고로에 투입 후, 600∼1,000℃로 소성한 후의 압축 강도를 가리키며, 종래의, 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 고화재에서는 약 3∼5N/㎟로 되어 있다.
한편, 냉간(冷間) 강도란, 옥외에서 양생한 후, 고로에 투입하기 직전의 압축 강도를 가리키며, 통상, 약 3∼10N/㎟이 필요하게 되어 있다.
특허문헌1:일본국특허공개평05-171303호공보 특허문헌2:일본국특허공보평05-073707호공보
비특허문헌 1 : Shigeru Amano, Yukihiro Abe, Kazushige Yamaguchi, Hironao Matsuoka, Shoichi Takano, Jitsuo Aida and Kazuyuki Morita, Development of Cementless Cold Pellets, Iron and Copper, Vo.77, No.6, pp.45-52 (1991) 비특허문헌 2 : Masanori Nakano, Masaaki Naito, Kenichi Higuchi and KojiMorimoto, Non-spherical Carbon Composite Agglomerates : Lab-scale Manufacture and Quality Assessment, ISIJ International, Vol.44, No.12, pp.2079∼2085 (2004)
본 발명의 목적은, 냉간 강도가 종래의 광석분의 고화재와 동등 이상이고, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난, 광석분의 열간 강도 증진 고화재, 이를 이용한 펠릿, 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종과, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하여 이루어지며, 화학 조성이, CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO이 3∼56％, Al2O3가 3∼40％, 및 SiO2가 31∼86％인, 광석분의 열간 강도 증진 고화재이고, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종과, 슬래그, 및 규산질 물질의 배합 비율이, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종 1∼76부, 슬래그 2∼76부, 및 규산질 물질 2∼95부인 상기 고화재이며, 규산질 물질의 SiO2 성분이 45％ 이상인 상기 고화재이고, 또한, 석고를 함유하여 이루어지는 상기 고화재이며, 석고가 상기 고화재 100부 중, 5부 미만인 상기 고화재이고, 또한, 감수제(減水劑)를 함유하여 이루어지는 상기 고화재이며, 감수제가 상기 고화재 100부에 대하여, 0.5∼8부인 상기 고화재이고, 감수제가 R1O(A1O)mR2 [다만, A1O은 탄소 수(數) 2∼3의 옥시알킬렌기(基)의 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며, 2종 이상일 때는 블록 형상으로 부가하고 있거나 랜덤 형상으로 부가하고 있어도 되며, R1은 탄소 수 2∼5의 알케닐기, R2는 탄소 수 1∼4의 알킬기, m은 옥시알킬렌기의 평균 부가 몰 수로 20∼150임]로 표현되는 알케닐 에테르, 및 Z[O(A2O)nR3]a [다만, Z는 2∼8의 수산기를 함유하는 화합물의 잔기(殘基)이고, A2O는, 탄소 수 2∼3의 옥시알킬렌기의 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며, 2종 이상일 때는 블록 형상으로 부가하고 있거나 랜덤 형상으로 부가하고 있어도 되며, R3는 탄소 수 2∼5의 알케닐기, n은 옥시알킬렌기의 평균 부가 몰 수로 0 또는 1 이상의 수이며, a는 2∼8임]로 표현되는 폴리알케닐 에테르와, 무수(無水) 말레산의 공중합체(共重合體)로 이루어지는 상기 고화재이고, 광석분, 상기 고화재, 및 물을 함유하여 이루어지는 펠릿이며, 상기 고화재가, 광석분 100부에 대하여, 3∼20부인 상기 펠릿이고, 물/(광석분＋상기 고화재) 비가 0.03∼0.3인 상기 펠릿이며, 상기 펠릿의 제조방법이다.
본 발명에 따르면, 냉간 강도가 종래의 고화재와 동등 이상이고, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난, 광석분의 열간 강도 증진 고화재, 이를 사용한 펠릿, 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 실온 강도와 서랭 강도(열간 강도)에 부여하는 감수제의 영향을 나타내는 도면이다.
도 2는, 실온 강도와 서랭 강도(열간 강도)에 부여하는 석고의 영향(감수제를 첨가한 경우)을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
다만, 본 발명에 있어서의 부나 ％는 특별히 규정하지 않는 한 질량 기준으로 나타낸다.
본 발명은, 시멘트, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합한, 특정의 화학 조성을 가지는, 광석분의 열간 강도 증진 고화재에 관한 것이다.
본 발명에서 말하는 광석분이란, 예컨대, 금광, 은광, 동광, 연광, 창연광, 주석광, 아연광, 철광, 유화철광, 크롬철광, 망간광, 텅스텐광, 몰리브덴광, 니켈광, 및 코발트광 등을 발생원으로 하는 더스트를 가리키며, 이들 중 1종 또는 2종 이상이 사용 가능하다.
본 발명에서 사용하는 시멘트는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상의 시멘트가 사용 가능하다. 구체적으로는, 보통, 조강, 초조강, 중용열, 및 저열 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 이들 포틀랜드 시멘트에, 석회석 미분말 등을 혼합한 필러 시멘트, 폐기물 이용형 시멘트, 소위 에코 시멘트 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상이 병용 가능하다.
본 발명에서 사용하는 석회란, 화학식이 CaO로 표현되는 생석회나, 화학식이 Ca(OH)2로 표현되는 소석회를 가리킨다.
생석회는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 통상, 산화칼슘(CaO)이 90％ 이상인 공업제품을 이용할 수 있으며, 또한, 소석회란 특별히 한정되는 것이 아니지만, 산화칼슘(CaO)이 65％ 이상인 공업제품을 이용할 수 있다. 이들을 병용하는 것도 가능하다.
석회의 입도(粒度)는, 블레인(Blaine) 비표면적값(이하, 블레인값이라 함)으로, 2,000㎠/g 이상이 바람직하며, 3,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는, 냉간 강도나 열간 강도의 발현성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서 사용하는 슬래그로서는, 고로에서 선철(銑鐵)을 제조할 때에 부산물로서 발생하는 고로 수쇄(水碎) 슬래그나 고로 서랭 슬래그, 제강공정에서 발생하는 전로(轉爐) 슬래그나 전기로 슬래그 등의 제강 슬래그를 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상이 사용 가능하며, 경제성이나 입수 용이성 면에서 고로 수쇄 슬래그의 사용이 바람직하다.
슬래그의 입도는, 블레인값으로, 2,000㎠/g 이상이 바람직하며, 3,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는, 냉간 강도나 열간 강도의 발현성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서 사용하는 규산질 물질로서는, 화학성분으로서 SiO2 성분을 45％ 이상 함유하는 재료를 가리키며, 예컨대, 실리카 퓸, 플라이 애쉬, 조립(粗粒) 애쉬(석탄재), 화산재, 규조토, 규산백토, 용융 실리카, 시라스발룬(shirasu balloon), 규사, 및 라이스 허스크 애쉬(왕겨재) 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 또는 2종 이상이 사용 가능하다. 이 중, 경제성에서도 플라이 애쉬의 사용이 바람직하다.
규산질 물질의 입자 형상은, 입자의 충전성이나 소결반응시의 네크 성장의 용이성 면에서 구(球) 형상인 것이 바람직하다.
또한, 고로 조업시에 지장이 되는 나트륨, 칼륨, 및 인 성분을 가능한 한 함유하지 않는 규산질 물질의 사용이 바람직하다.
규산질 물질의 입도는, 블레인값으로, 2,000㎠/g 이상이 바람직하며, 3,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는, 냉간 강도나 열간 강도의 발현성이 저하될 우려가 있다.
시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종과, 슬래그, 및 규산질 물질의 배합 비율은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종 1∼76부, 슬래그 2∼95부, 및 규산질 물질 2∼95부가 바람직하다. 시멘트를 사용하는 경우에는, 시멘트 1∼76부, 슬래그 2∼76부, 및 규산질 물질 2∼95부가 보다 바람직하며, 시멘트 3∼75부, 슬래그 4∼74부, 및 규산질 물질 4∼85부가 특히 바람직하다. 석회를 사용하는 경우에는, 석회 1∼50부, 슬래그 2∼95부, 및 규산질 물질 3∼95부가 보다 바람직하며, 석회 2∼48부, 슬래그 4∼93부, 및 규산질 물질 5∼93부가 특히 바람직하다. 이 범위 외에서는, 냉간 강도나 열간 강도를 충분히 얻을 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명에서는, 냉간 강도의 향상을 목적으로 하여, 시멘트 및 석회 중 어느 1종 또는 2종과, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하여 이루어지며, 화학 조성이, CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO이 3∼56％, Al2O3가 3∼40％, 및 SiO2가 30∼86％인, 광석분의 열간 강도 증진 고화재(이하, 본 고화재라 함)에 석고를 함유시키는 것이 가능하다.
여기서 석고로서는, 이수석고, 반수석고, Ⅱ형 무수석고, 또는 Ⅲ형 무수석고를 들 수 있으며, 그 중, Ⅱ형 무수석고, Ⅲ형 무수석고가 바람직하다.
석고의 함유량은, 5부 미만이 바람직하며, 3부 미만이 보다 바람직하다. 석고의 함유량이 이 범위 이상이 되면, 열간 강도의 저하가 생길 우려가 있다.
석고의 입도는, 블레인값으로, 2,000㎠/g 이상이 바람직하며, 3,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는, 냉간 강도나 열간 강도의 발현성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서는, 열간 강도를 더욱 향상시키기 위하여 감수제를 더욱 사용하는 것이 바람직하다. 감수제의 종류로서는, 알킬 알릴 술폰산염, 나프탈렌 술폰산염, 멜라민 술폰산염의 포르말린 축합물, 폴리카본산계 고분자 화합물 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상의 감수제를 사용하는 것이며, 액상, 분상의 어느 쪽도 사용할 수 있다. 그 중에서도 R1O(A1O)mR2 [다만, A1O는 탄소 수 2∼3의 옥시알킬렌기의 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며, 2종 이상일 때는 블록 형상으로 부가하고 있거나 랜덤 형상으로 부가하고 있어도 되고, R1은 탄소 수 2∼5의 알케닐기, R2은 탄소 수 1∼4의 알킬기, m은 옥시알킬렌기의 평균 부가 몰 수로 20∼150이다]로 표현되는 알케닐 에테르, 및 Z[O(A2O)nR3]a [다만, Z는 2∼8의 수산기를 함유하는 화합물의 잔기이며, A2O는, 탄소 수 2∼3의 옥시알킬렌기의 1종 또는 2종 이상의 혼합물로, 2종 이상일 때는 블록 형상으로 부가하고 있거나 랜덤 형상으로 부가하고 있어도 되고, R3는 탄소 수 2∼5의 알케닐기, n은 옥시알킬렌기의 평균 부가 몰 수로 0 또는 1 이상의 수이며, a는 2∼8임]로 표현되는 폴리알케닐 에테르와, 무수 말레산의 공중합체로 이루어지는 감수제의 사용이 바람직하다.
감수제의 사용량은, 고화재 100부에 대하여, 0.5∼8부가 바람직하며, 1∼6부가 보다 바람직하다. 0.5부 미만에서는 효과가 없고, 8부를 넘으면 열간 강도의 향상이 인정되지 않거나, 경제성이 없어지기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서는, 시멘트와 슬래그로서 고로 시멘트를, 또한, 시멘트와 규산질 물질로서 실리카 시멘트나 플라이 애쉬 시멘트의 혼합 시멘트를 사용하는 것도 가능하다.
본 고화재의 화학 조성은, CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO 3∼56％, Al2O3 3∼40％, SiO2 30∼86％이며, CaO 7∼45％, Al2O3 5∼35％, SiO2 32∼76％가 바람직하다. 이 범위 외에서는 충분한 열간 강도를 얻을 수 없게 될 우려가 있다.
이들 사용재료를 혼합하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 펠레타이징하기 전에 미리 혼합하거나, 혹은 펠레타이징 중에 각 사용재료를 혼합하는 것도 가능하다.
본 고화재의 입도는, 블레인값으로, 2,000㎠/g 이상이 바람직하며, 4,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는, 냉간 강도가 저하될 우려가 있다.
본 고화재의 사용량은, 광석분 100부에 대하여, 3∼20부가 바람직하며, 5∼15부가 보다 바람직하다. 이 범위 미만에서는 냉간 강도와 열간 강도의 발현성이 불량이 될 우려가 있고, 이 범위로부터 많아지면 경제성이 없어지기 때문에 바람직하지 않다.
물/(광석분＋본 고화재) 비는 특별히 한정되는 것이 아니지만 0.03∼0.3이 바람직하며, 0.05∼0.2가 보다 바람직하다. 이 범위 미만에서는 냉간 강도가 불량이 될 우려가 있어, 고로 투입 후의 환원반응이 불량이 될 우려가 있다. 또한, 이 범위를 넘으면, 소성 후에 열 수축에 의한 균열이 생겨서 열간 강도가 저하될 우려가 있다.
본 고화재를 이용한 펠릿의 제조에는, 고로에 투입 후의 펠릿의 환원성 향상을 위하여, 코크스 파우더(coke powder)를 첨가하는 것이 가능하다.
또한, 감수제, 고성능 감수제, AE 감수제, 유동화제, 증점제(增粘劑), 수축 저감제, 및 응결 조정제 등 중 1종 또는 2종 이상을, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 사용하는 것이 가능하다.
본 고화재를 이용한 펠릿의 제조방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 드럼형이나 팬형의 조립기를 사용한 조립 외에, 가압성형법, 습식(濕式) 가압성형법, 및 압출성형법 등을 들 수 있다.
또한, 제조한 펠릿의 양생방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 상온 상압 양생 외에, 오토클레이브 양생, 증기 양생, 습공(濕空) 양생, 또는 가열 양생 등을 들 수 있다.
[실시예]
이하, 실험예에 근거하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(실험예 1)
표 1에 나타내는 시멘트, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하여, 표 1에 나타내는 CaO, Al2O3, 및 SiO2의 화학 조성을 가지는 고화재를 조제하였다.
광석분 100부에 대하여, 조제한 고화재 13부를 혼합하고, 광석분과 조제한 고화재의 합계 100부에 대하여, 물을 15부 배합하여 혼련물을 조제하였다.
조제한 혼련물의 50g을 φ40㎜의 금형성형 다이스에 채우고, Shimadzu Corporation 사제(社製), SSP-10A형, FT-IR용 프레스기를 이용하고, 성형압력 7.8㎫의 하중을 곱하여 30초 유지하여, 유지 후, 탈형하여 φ40×166㎜의 펠릿을 제작하였다.
제작한 펠릿을 상온상압 양생으로 양생하여, 펠릿의 냉간 강도와 열간 강도를 측정하였다. 결과를 표 1에 병기한다.
〈사용재료〉
시멘트 a : DENKA 사제, 상품명 「보통 포틀랜드 시멘트」, 블레인값 3,150㎠/g, 비중 3.13, CaO 72％, Al2O3 6％, SiO2 22％
슬래그 : 고로 슬래그, Nippon Steel Blast Furnace Slag Cement Co., Ltd. 사제, 상품명 「에스멘트 수퍼(EsmentSuper) 60P」, 블레인값 6,000㎠/g, 비중 2.91, CaO 49％, Al2O3 16％, SiO2 35％
규산질 물질 A : 플라이 애쉬, 석탄 화력 발전소 산(産), JIS Ⅱ종 적합품, 블레인값 3,700㎠/g, 비중 2.35, CaO 6％, Al2O3 27％, SiO2 67％
규산질 물질 B : 플라이 애쉬, 석탄 화력 발전소 산, JIS Ⅱ종 적합품, 블레인값 3,700㎠/g, 비중 2.35, CaO 0％, Al2O3 32％, SiO2 68％
규산질 물질 C : 플라이 애쉬, 석탄 화력 발전소 산, JIS Ⅱ종 적합품, 블레인값 3,700㎠/g, 비중 2.37, CaO 0％, Al2O3 46％, SiO2 54％
규산질 물질 D : 용융 실리카, DENKA 사제, 상품명 「DENKA 용융 실리카」, BET 비표면적값 11.3㎡/g, 비중 2.26, CaO 0％, Al2O3 0％, SiO2 100％
규산질 물질 E : 진사(眞砂) 토분, Izumi Industrial Company제, 블레인값 10,400㎠/g, 비중 3.63, CaO 3％, Al2O3 34％, SiO2 63％
규산질 물질 F : γ―2CaO·SiO2, 시약 탄산칼슘과 시약 실리카를, CaO/SiO2 몰 비가 2.0이 되도록 배합하고, 전기로 속에서 온도 1,500℃의 조건으로 소성하여 합성하였다. 얻어진 소성물을 냉각 후에 블레인값으로 6,000㎠/g으로 하였다. 비중 3.01, CaO 63％, Al2O3 2％, SiO2 35％
광석분 : 철광석분, 헤마타이트(hematite)광, 비중 4.95, 체하(篩下; undersize) 3㎜ 품(品)
물 : 수돗물
<양생방법>
상온상압 양생 : 펠릿을 제작 후, 비닐봉지에 넣어서 입구를 고무밴드로 묶어서 봉함하여, 20℃의 대기압 환경 하에서 14일간 양생하였다.
<측정방법>
냉간 강도 : 제작한 펠릿을 20℃ 실온환경 하에서 상온상압 양생하여, 재령 14일의 압축 강도를 측정하였다.
열간 강도 : 제작한 펠릿을 20℃ 실온환경 하에서 상온상압 양생하여, 재령 14일에, 질소분위기 하, 승온 속도 10℃/분, 최고 온도 860℃에서 소성하고, 최고 온도에 도달 후, 노 외로 인출하여, 압축 강도를 측정하였다.
Figure pct00001
표 1의 결과로부터, 본 발명의 광석분의 열간 강도 증진 고화재(본 고화재)는, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 시멘트, 슬래그, 및 규산질 물질을 적절하게 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
화학 조성이 본 발명의 범위 내의 「CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO이 3∼56％, Al2O3가 3∼40％, 및 SiO2가 30∼86％」에 있는 고화재를 이용한 펠릿은, 냉간 강도 및 열간 강도가 함께 뛰어나다(실험 No.1-2∼1-6, No.1-9∼1-13, No.1-15∼1-20, 1-22, 1-23). CaO이 3％ 미만이면, 열간 강도는 높지만 냉간 강도가 극단적으로 저하되고(실험 No.1-1), CaO이 56％를 넘으면, 냉간 강도는 높지만 열간 강도의 발현성이 충분하지 않으며(실험 No.1-7), Al2O3가 3％ 미만이면, 열간 강도는 높지만 냉간 강도가 저하되고(실험 No.1-8), Al2O3가 40％를 넘으면, 냉간 강도, 열간 강도가 함께 저하되며(실험 No.1-14), SiO2가 30％ 미만이면, 냉간 강도는 높지만 열간 강도의 발현성이 충분하지 않고, SiO2가 86％를 넘으면, 냉간 강도, 열간 강도가 함께 저하되므로(실험 No.1-21), 고화재의 화학 조성은, 상기한 범위가 바람직하다.
(실험예 2)
표 2에 나타내는 시멘트, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합한 것 이외는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 병기한다.
Figure pct00002
표 2의 결과로부터, 본 고화재는, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 시멘트, 슬래그, 및 규산질 물질을 적절하게 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 3)
표 3에 나타내는 시멘트, 슬래그, 및 규산질 물질을 사용한 것 이외는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 3에 병기한다.
〈사용재료〉
시멘트 b : 중용열 포틀랜드 시멘트, DENKA 사제, 상품명 「DENKA 중용열 포틀랜드 시멘트」, 블레인값 3,050㎠/g, 비중 3.20, CaO 70％, Al2O3 4％, SiO2 26％
시멘트 c :저열 포틀랜드 시멘트, 태평양 시멘트 사제, 상품명 「저열 포틀랜드 시멘트」, 블레인값 3,470㎠/g, 비중 3.21, CaO 69％, Al2O3 3％, SiO2 28％
고로 시멘트 : DENKA 사제, 상품명 「DENKA 고로 시멘트」, 블레인값 3,970㎠/g, 비중 3.05, CaO 63％, Al2O3 9％, SiO2 28％
플라이 애쉬 시멘트 : DENKA 사제, 상품명 「DENKA 플라이 애쉬 시멘트(B종)」, 블레인값 3,500㎠/g, 비중 2.96, CaO 71％, Al2O3 5％, SiO2 24％
Figure pct00003
표 3의 결과로부터, 본 발명의 열간 강도 증진 고화재는, 시멘트의 종류에 관계없이, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다. 또한, 고로 시멘트와 규산질 물질, 플라이 애쉬 시멘트와 슬래그를 적절하게 배합함으로써, 본 발명의 기능을 발현할 수 있는 것을 알 수 있다.
(실험예 4)
표 4에 나타내는 시멘트, 슬래그, 규산질 물질, 및 석고를 배합한 것 이외는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 4에 병기한다.
〈사용재료〉
무수석고 : 타이산, Ⅱ형 천연무수석고, 블레인값 8,100㎠/g, 비중 2.94, CaO 95％, Al2O3 2％, SiO2 3％
Figure pct00004
표 4의 결과로부터, 본 고화재는, 석고를 적절한 양 함유함으로써 냉간 강도의 향상이 도모되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 열간 강도 증진 고화재는, 시멘트, 슬래그, 규산질 물질, 및 석고를 적절하게 배합함으로써, 비교예와 비교하면 냉간 강도의 향상을 도모할 수 있으며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 5)
시멘트 a 32부, 슬래그 44부, 및 규산질 물질 A 24부 사용하여 고화재를 조제하고, 철광석분 100부에 대하여, 표 5에 나타내는 양을 혼합한 것 이외는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 5에 병기한다.
Figure pct00005
표 5의 결과로부터, 본 고화재는, 광석분으로의 적절한 양을 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 6)
시멘트 a 32부, 슬래그 44부, 및 규산질 물질 A 24부 사용하여 고화재를 조제하고, 광석분 100부에 대하여, 조제한 고화재 13부를 혼합하며, 광석분과 조제한 고화재의 합계 100부에 대하여, 표 6에 나타내는 물을 배합한 것 이외는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 6에 병기한다.
Figure pct00006
표 6의 결과로부터, 본 고화재는, 물/(광석분＋본 고화재) 비를 적절한 범위로 함으로써 열간 강도의 향상이 도모되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 열간 강도 증진 고화재는, 시멘트, 슬래그, 규산질 물질을 배합하여, 적절한 물/(광석분＋본 고화재) 비로 함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 7)
시멘트 a 32부, 슬래그 44부, 및 규산질 물질 A 24부 사용하여 고화재를 조제하고, 철광석분 100부에 대하여, 조제한 고화재 13부를 혼합하며, 철광석과 조제한 고화재의 합계 100부에 대하여, 물 15부를 배합하여 펠릿을 제작하였다.
제작한 펠릿의 조립 후의 양생방법을 표 7에 나타내는 바와 같이 바꾼 것 이외는, 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 7에 병기한다.
<양생방법>
증기 양생 : 펠릿을 제작 후, 2시간 방치한 후, 승온 15℃/분, 최고 온도 70℃에서 3시간 유지 조건으로 증기 양생하였다. 다음날, 양생조(養生槽)로부터 인출하여, 20℃ 환경 하에서 13일간 양생하였다.
오토클레이브 양생 : 펠릿을 제작 후, 기압 가마(窯)로 투입하여, 증기압 10기압, 온도 170℃의 환경 하에서 6시간 양생하였다. 양생 후, 20℃의 실온환경 하에서 14일까지 양생하였다.
습공 양생 : 펠릿을 제작 후, 습도 100％, 20℃의 실온환경 하에서 14일간 양생하였다.
가열 양생 : 펠릿을 제작 후, 봉함하여 20℃ 실온환경 하에서 1일 양생하였다. 20℃ 환경 하에서 1일 양생 후, 40℃의 건조기 속에서 13일간 양생하였다.
Figure pct00007
표 7의 결과로부터, 본 고화재는, 양생방법에 관계없이 열간 강도가 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 8)
시멘트 a 50부, 슬래그 40부, 규산질 물질 A 10부, 및 무수석고 1부를 배합하고, 감수제의 첨가량을 고형분으로 0, 0.6, 1.2, 3.0 질량부(수용액에서의 첨가율은, 각각 0, 1.0, 2.0, 5.0 질량부)로 바꾼 것 이외는 실험예 4와 마찬가지로 행하였다. 강도의 측정결과를 표 8에 나타낸다. 또한, 냉간 강도와 열간 강도에 미치는 감수제의 영향을 도 1에 나타낸다.
〈사용재료〉
감수제 : 시판품, 폴리알케닐 에테르와 무수 말레산의 공중합체, 60％ 수용액
Figure pct00008
표 8 및 도 1로부터, 본 고화재는, 감수제를 첨가하면, 첨가율에 비례하여 냉간 강도, 열간 강도가 함께 향상하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 열간 강도 증진 고화재는, 시멘트, 슬래그, 규산질 물질, 석고, 및 감수제를 적절하게 배합함으로써, 비교예와 비교하면 냉간 강도의 향상이 도모되며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 9)
시멘트 a 50부, 슬래그 40부, 규산질 물질 A 10부, 및 감수제 1부(고형분)를 배합하고, 무수석고의 배합량을 0, 1, 2, 3부로 바꾼 것 이외는 실험예 8과 마찬가지로 행하였다. 강도의 측정결과를 표 9에 나타낸다. 또한, 냉간 강도와 열간 강도에 미치는 석고의 영향(감수제를 첨가한 경우)을 도 2에 나타낸다.
Figure pct00009
표 9 및 도 2로부터, 감수제를 첨가한 경우, 열간 강도는, 무수석고의 배합량이 2부까지는 향상하지만, 3부 이상에서는, 효과가 없는 것을 알 수 있다.
(실험예 10)
표 10에 나타내는 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하고, 표 10에 나타내는 CaO, Al2O3, 및 SiO2의 화학 조성을 가지는 고화재를 조제한 것 이외에는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 10에 병기한다.
〈사용재료〉
석회 a : 생석회, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 사제, 시약 특급, 분쇄품, 블레인값 6,000㎠/g, 비중 3.31, CaO 100％, Al2O3 0％, SiO2 0％
Figure pct00010
표 10의 결과로부터, 본 고화재는, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 적절하게 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
화학 조성이 본 발명의 범위 내의 「CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO이 3∼56％, Al2O3가 3∼40％, 및 SiO2가 30∼86％」에 있는 고화재를 이용한 펠릿은, 냉간 강도 및 열간 강도가 함께 뛰어나다(실험 No.10-2∼10-6, No.10-9∼10-13, No.10-16∼10-20, 10-22, 10-23). 이에 대하여, CaO이 3％ 미만이면, 열간 강도는 높지만 냉간 강도가 극단적으로 저하되고(실험 No.10-1), CaO이 56％를 넘으면, 냉간 강도는 높지만 열간 강도의 발현성이 충분하지 않으며(실험 No.10-7), Al2O3가 3％ 미만이거나 Al2O3가 40％를 넘으면, 열간 강도는 높지만 냉간 강도가 저하되고(실험 No.10-8, 실험 No.10-14), SiO2가 30％ 미만이면, 냉간 강도는 높지만 열간 강도의 발현성이 충분하지 않으며(실험 No.10-15), SiO2가 86％를 넘으면, 열간 강도는 높지만 냉간 강도가 극단적으로 저하되므로(실험 No.10-21), 고화재의 화학 조성은, 상기한 범위가 바람직하다.
(실험예 11)
표 11에 나타내는 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합한 것 이외는 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 11에 병기한다.
〈사용재료〉
석회 b : 소석회, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 사제, 시약 특급, 분쇄품, 블레인값 6,000㎠/g, 비중 2.08, CaO 100％, Al2O3 0％, SiO2 0％
Figure pct00011
표 11의 결과로부터, 본 고화재는, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 적절하게 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 12)
표 12에 나타내는 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합한 것 이외는 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 12에 병기한다.
Figure pct00012
표 12의 결과로부터, 본 고화재는, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 적절하게 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 13)
표 13에 나타내는 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합한 것 이외는 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 13에 병기한다.
Figure pct00013
표 13의 결과로부터, 본 고화재는, 열간 강도의 향상에 뛰어난 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 적절하게 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 14)
표 14에 나타내는 석회, 슬래그, 규산질 물질, 및 석고를 배합한 것 이외는 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 14에 병기한다.
〈사용재료〉
무수석고 : 타이산, Ⅱ형 천연무수석고, 블레인값 8,100㎠/g, 비중 2.94, CaO 95％, Al2O3 2％, SiO2 3％
Figure pct00014
표 14의 결과로부터, 본 고화재는, 석고를 적절한 양 함유함으로써, 냉간 강도의 향상이 도모되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 석회, 슬래그, 규산질 물질, 및 석고를 적절하게 배합함으로써, 비교예와 비교하면 냉간 강도의 향상이 도모되며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 15)
석회 a 3부, 슬래그 27부, 및 규산질 물질 A 70부 사용하여 고화재를 조제하고, 광석분 100부에 대하여, 표 15에 나타내는 양을 혼합한 것 이외는 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 15에 병기한다.
Figure pct00015
표 15의 결과로부터, 본 고화재는, 광석분으로의 적절한 양을 배합함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 16)
석회 a 3부, 슬래그 27부, 및 규산질 물질 A 70부 사용하여 고화재를 조제하고, 광석분 100부에 대하여, 조제한 고화재 13부를 혼합하며, 광석분과 조제한 고화재의 합계 100부에 대하여, 표 16에 나타내는 물을 배합한 것 이외는 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 16에 병기한다.
Figure pct00016
표 16의 결과로부터, 본 고화재는, 물/(광석분＋본 고화재) 비를 적절한 범위로 함으로써 열간 강도의 향상이 도모되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 고화재는, 석회, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하고, 적절한 물/(광석분＋본 고화재) 비로 함으로써, 비교예와 동등 이상의 냉간 강도를 나타내며, 또한, 열간 강도의 발현성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
(실험예 17)
석회 a 3부, 슬래그 27부, 및 규산질 물질 A 70부 사용하여 고화재를 조제하고, 광석분 100부에 대하여, 조제한 고화재 13부를 혼합하며, 광석분과 조제한 고화재의 합계 100부에 대하여, 물 15부를 배합하여 펠릿을 제작하였다.
제작한 펠릿의 조립 후의 양생방법을 표 17에 나타내는 바와 같이 바꾼 것(증기양생, 오토클레이브 양생, 습공 양생, 가열 양생의 각 조건은, 실시예 7과 같음) 이외는, 실험예 10과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 17에 병기한다.
Figure pct00017
표 17의 결과로부터, 본 고화재를 사용하면, 양생방법에 관계없이 열간 강도가 뛰어난 것을 알 수 있다.
본 발명의 광석분의 열간 강도 증진 고화재는, 종래의 고화재와 동등 이상의 냉간 강도를 발현할 뿐만 아니라, 양호한 열간 강도의 발현성을 얻을 수 있어, 제철소, 제강공장, 및 비철정련소 등에서 발생하는 집진(集塵) 더스트의 펠레타이징에 적절하게 사용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 시멘트 및 석회 중 적어도 어느 1종과, 슬래그, 및 규산질 물질을 배합하여 이루어지며, 화학 조성이, CaO, Al2O3, 및 SiO2의 합계 중, CaO이 3∼56％, Al2O3가 3∼40％, 및 SiO2가 30∼86％인 것을 특징으로 하는 광석분(鑛石粉)의 열간(熱間) 강도 증진 고화재(固化材).
  2. 청구항 1에 있어서,
    시멘트 및 석회 중 적어도 어느 1종과, 슬래그, 및 규산질 물질의 배합 비율이, 시멘트 및 석회 중 적어도 어느 1종 1∼76부, 슬래그 2∼95부, 및 규산질 물질 2∼95부인 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 규산질 물질의 SiO2 성분이 45％ 이상인 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    석고를 더욱 함유하여 이루어지는 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 석고가 상기 고화재 100부 중, 5부 미만인 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    감수제(減水劑)를 더욱 함유하여 이루어지는 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 감수제가 상기 고화재 100부에 대하여, 0.5∼8부인 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 감수제가 R1O(A1O)mR2 [다만, A1O은 탄소 수 2∼3의 옥시알킬렌기(基)의 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고, 2종 이상일 때는 블록 형상으로 부가하고 있거나 랜덤 형상으로 부가하고 있어도 되며, R1은 탄소 수 2∼5의 알케닐기(基), R2는 탄소 수 1∼4의 알킬기(基), m은 옥시알킬렌기의 평균 부가 몰 수로 20∼150임]로 표현되는 알케닐 에테르, 및 Z[O(A2O)nR3]a [다만, Z는 2∼8의 수산기를 함유하는 화합물의 잔기(殘基)이며, A2O은, 탄소 수 2∼3의 옥시알킬렌기의 1종 또는 2종 이상의 혼합물로, 2종 이상일 때는 블록 형상으로 부가하고 있거나 랜덤 형상으로 부가하고 있어도 되며, R3는 탄소 수 2∼5의 알케닐기, n은 옥시알킬렌기의 평균 부가 몰 수로 0 또는 1 이상의 수이며, a는 2∼8임]로 표현되는 폴리알케닐 에테르와, 무수(無水) 말레산의 공중합체(共重合體)로 이루어지는 광석분의 열간 강도 증진 고화재.
  9. 광석분, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 광석분의 열간 강도 증진 고화재, 및 물을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 펠릿.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고화재가, 광석분 100부에 대하여, 3∼20부인 펠릿.
  11. 청구항 9에 있어서,
    물/(광석분＋상기 고화재) 비가 0.03∼0.3인 펠릿.
  12. 광석분, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 광석분의 열간 강도 증진 고화재, 및 물을 혼합한 것을 펠릿으로 성형하여, 양생하는 것을 특징으로 하는 펠릿의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고화재를, 광석분 100부에 대하여, 3∼20부 혼합하는 펠릿의 제조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    물/(광석분＋상기 고화재) 비가 0.03∼0.3인 펠릿의 제조방법.
KR20107000415A 2007-07-25 2008-07-24 광석분의 열간 강도증진 고화재, 이를 이용한 펠릿, 및 그 제조방법 KR101489537B1 (ko)

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