KR20100071272A - 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법 - Google Patents

용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 용선예비처리 슬래그를 습식 방식으로 냉각하는 단계; (b) 자력 선별하여 상기 용선예비처리 슬래그를 자착물 및 비자착물로 분류하는 단계; (c) 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화하는 단계; 및 (d) 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 0 보다 크고 40% 이하인 범위로 시멘트와 혼화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다. 상기와 같은 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법은 용선예비처리 슬래그를 시멘트와 혼화하여 다양한 용도로 이용할 수 있도록 하며, 콘크리트의 균열을 감소시키고 압축강도를 향상시킨다.
용선예비처리 슬래그, 혼화재, 미분말화, 에이징

Description

용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CEMENT ADDITIVE USING SLAG FROM PRETREATMENT OF HOT META}
본 발명은 용선예비처리 슬래그를 처리하여 이용하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 용선예비처리 슬래그를 시멘트 혼화재로 이용할 수 있도록 하는 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 압축 강도가 우수하지만, 인장 강도와 신장 능력이 떨어진다. 아울러, 시공 과정에서 체적 변화와 구속 조건 및 외력이 작용하여, 콘크리트 구조물에는 균열이 발생한다. 이러한 균열을 방치하게 되면, 균열을 통해 이물질이 침투하여, 콘크리트 구조물의 내구성이 저하될 수 있다. 이로 인해, 초기수축에 의한 균열을 방지하기 위하여 콘크리트 타설시 팽창성 분말 혼화재 또는 PVA, PP 등과 같은 합성 섬유를 첨가한다. 하지만, 이러한 재료들은 고가의 재료이기 때문에, 현장에서 이용의 제약이 따른다.
도 1은 종래 기술에 따른 용선예비처리 슬래그를 처리하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 용선예비처리 슬래그는 살수 및 냉각단계(A101), 야적 단계(A102), 기타 슬래그와 혼합단계(A103) 및 매립 폐기 단 계(A104)를 거친다. 용선예비처리 슬래그는 쇳물 중에 존재하는 인(P) 및 황(S) 등과 같은 물질을 제거하는 용선예비처리 과정을 통해 발생된다.
살수 및 냉각 단계(A101)는 용선예비처리 슬래그에 수분을 공급한 후에, 수분과 함께 용선예비처리 슬래그를 냉각시키는 단계이다. 야적 단계(A102)는 A101 단계를 거친 용선예비처리 슬래그를 냉각된 상태로 자연상태에서 적재하는 단계이다. 이로 인해, 용선예비처리 슬래그는 외부에 노출된다. 기타 슬래그와 혼합 단계(A103)는 A102 단계를 거쳐서 용선예비처리 슬래그가 일정량이 되면, 용선예비처리 슬래그를 기타의 슬래그와 함께 혼합시키는 단계이다. 매립 폐기 단계(A104)는 A103 단계를 거친 용선예비처리 슬래그를 별도의 처리 없이 매립하거나 폐기하는 단계이다. 이처럼 용선예비처리 슬래그는 별다른 용도로 이용되지 않고, 일반적으로 도 1과 같이 매립 폐기된다. 이는 고염기로서 살수 처리시 자연적으로 분화되어 제강 슬래그의 물성을 저하시키기 때문이다.
하지만, 용선예비처리 슬래그의 매립 폐기로 인해 환경 오염이 발생할 우려도 있다. 아울러, 용선예비처리 슬래그는 50% 이상의 CaO를 함유하고 콘크리트용 시멘트 혼화재로 활용 가능성을 가지지만 이용되지 않아, 자원 낭비를 초래하고 있다.
본 발명은 용선예비처리 슬래그를 시멘트와 혼화하여 다양한 용도로 이용할 수 있도록 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 제공하고자 한다.
아울러, 본 발명은 콘크리트의 균열을 감소시키고 압축강도를 향상시키도록 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 (a) 용선예비처리 슬래그를 습식 방식으로 냉각하는 단계; (b) 자력 선별하여 상기 용선예비처리 슬래그를 자착물 및 비자착물로 분류하는 단계; (c) 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화하는 단계; 및 (d) 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 0 보다 크고 40% 이하인 범위로 시멘트와 혼화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다.
아울러, 상기 (d) 단계는, 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 10% 내지 40%로 시멘트와 혼화하여, 시멘트만으로 이루어진 콘크리트보다 건조 수축 변형을 작도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다.
또한, 상기 (d) 단계는, 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 10% 이하로 시멘트와 혼화하여, 시멘트만으로 이루어진 콘크리트보다 압축 강도를 높도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다.
본 발명은 (a) 용선예비처리 슬래그를 습식 방식으로 냉각하는 단계; (b) 자력 선별하여 상기 용선예비처리 슬래그를 자착물 및 비자착물로 분류하는 단계; (c) 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화하는 단계; 및 (d) 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 에이징하는(aging) 단계를 포함하되, 상기 (d) 단계는 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 Free-CaO 함유량을 7.5% 이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다.
아울러, 상기 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법은, 에이징된 상기 용선예비처리 슬래그를 0 보다 크고 10% 이하인 범위로 시멘트와 혼화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다.
또한, 상기 용선예비처리 슬래그는 20 내지 80 중량%의 CaO, 5 내지 50 중량%의 SiO2, 0.5 내지 10 중량%의 Al2O3, 0.5 내지 10 중량%의 MgO, 0.5 내지 10 중량%의 T-Fe, 및 0.5 내지 10 중량%의 S를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법은 용 선예비처리 슬래그를 자력 선별하는 단계, 미분말화하는 단계, 에이징하는 단계 및 시멘트와 혼화하는 단계를 거쳐 다양한 용도로 이용될 수 있도록 용선예비처리 슬래그를 가공하고, 시멘트와 혼화하는 단계에서 비율에 의해 콘크리트의 균열 감소시키고 압축 강도를 향상시킬 수 있도록 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조 방법은 다양한 단계를 거친 후에, 다양한 용도로 이용될 수 있는 시멘트 혼화재를 제조할 수 있도록 한다. 아울러, 본 발명에 이용된 용선예비처리 슬래그는 20 내지 80 중량%의 CaO, 5 내지 50 중량%의 SiO2, 0.5 내지 10 중량%의 Al2O3, 0.5 내지 10 중량%의 MgO, 0.5 내지 10 중량%의 T-Fe, 및 0.5 내지 10 중량%의 S를 포함한다.
용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법은 다음과 같다.
제 1 실시예
본 실시예의 용선예비처리 슬래그는 살수 및 냉각처리되는 단계(S101)를 거친다. 이는 용선예비처리 슬래그가 습식 방식으로 냉각되는 것이다.
S101 단계를 거친 용선예비처리 슬래그는 2차례의 자력 선별을 거쳐 자착물과 비자착물로 분류되는 단계(S102)를 거치게 된다. 여기에서, 자력 선별은 자성체에 의해 이루어지는데, 자성체에 부착되는 용선예비처리 슬래그를 자착물이라 하고, 자성체에 부착되지 않는 용선예비처리 슬래그를 비자착물이라 한다. S102 단계는 용선예비처리 슬래그에 포함된 철 성분을 회수하고, S102 단계를 거친 자착물 및 비자착물은 상이하게 처리된다.
자착물은 자착물로 분류되는 단계(S201)를 거친 후에, 소결 원료화 단계(S202)를 거친다. S202 단계에서 자착물은 제강공정에 다시 투입되기 위해 적절한 형태로 가공되는 것이다. S202 단계를 거친 자착물은 제강 공정으로 투입되는 단계(S203)를 거치게 되어, 다시 제강 공정에 이용된다.
비자착물은 비자착물로 분류되는 단계(103)를 거친 후에, 입도 분류단계(S104)를 거치게 된다. S104 단계에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 분말 형태로 체가름하여 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화된다. 본 실시예의 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 2800㎠/g의 분말도를 기준으로 미분말화된다. 용선예비처리 슬래그의 비자착물의 분말도가 2800㎠/g이상인 경우에는 다음 단계로 이동하지만, 분말도가 2800㎠/g 미만인 경우에는 Ball Mill 파쇄 단계(S141)를 거친다. S141 단계를 통해 2800㎠/g 미만의 분말도를 갖는 용선예비처리 슬래그의 비 자착물은 2800㎠/g이상의 분말도를 갖기 위하여 Ball Mill에 의해 파쇄되고, 다시 S104 단계를 거치게 된다. 아울러, 2800㎠/g미만의 분말도를 갖는 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 S104 단계 및 S141 단계를 계속해서 거쳐 2800㎠/g이상의 분말도를 갖도록 처리된다.
S104 단계를 통해 미분말화된 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트와 혼화되는 단계(S106)를 거치게 된다. 이때, 미분말화된 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 0 보다 크고 40% 이하인 범위로 시멘트와 혼화되고, 그 비율에 따라 상이한 효과를 나타내게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그 치환율에 따른 건조 수축 변형을 나타내는 그래프이고, 도 4는 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그 치환율에 따른 건조 수축 변형 상태를 나타내는 사진이다. 아울러, 도 4에서 (a)는 시멘트만으로 이루어진 콘크리트의 건조 수축 변형 상태이고, (b)는 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 20%로 시멘트와 혼화한 콘크리트의 건조 수축 변형 상태이다. 이때, 사용된 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 각각 10% 내지 14%의 Free-CaO 및 2800㎠/g 이상의 분말도를 갖는다.
도 3 및 도 4를 살펴보면, 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트와의 혼화에서 비율이 점점 증가할수록 콘크리트의 수축이 감소된다. 이로 인해, 콘크리트에서 발생되는 균열 또한 감소되는 것을 알 수 있다. 반면, 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 시멘트와의 혼화에서 40%를 차지할 때에는 팽창량의 과도하게 증가할 가능성이 있는 것으로 나타난다. 따라서, S106 단계에서 미분말화된 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 10% 내지 40%로 시멘트와 혼화하면, 시멘트만으로 이루어진 콘크리트보다 건조 수축 변형을 작도록 할 수 있다.
한편, 도 5는 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그 치환율에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이다. 이때, 이용된 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 각각 10% 내지 14%의 Free-CaO 및 2800㎠/g 이상의 분말도를 갖는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 시멘트와의 혼화시 치환비율이 증가함에 따라, 압축 강도는 어느 정도 증가된 상태를 유지한다. 하지만, 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 10% 이상인 경우에는 오히려 압축강도는 감소하는 것으로 나타난다. 따라서, S106 단계를 통해 미분말화된 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 10% 이하로 시멘트와 혼화하면, 시멘트만으로 이루어진 콘크리트보다 압축 강도를 높도록 할 수 있다.
S106 단계에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트와 혼화하여 프리믹스형 특수 시멘트로 제조될 수 있고, 추가적으로 잔골재와 혼화하여 프리믹스형 특수 모르타르(레미탈; 레디믹스트 모르타르)로 제조될 수 있다. 아울러, 레미콘 Batch Plant에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트, 물 및 골재와 혼화되어 이용될 수 있다.
제 2 실시예
본 실시예의 용선예비처리 슬래그는 살수 및 냉각처리되는 단계(S101)를 거친다. 이는 용선예비처리 슬래그가 습식 방식으로 냉각되는 것이다.
S101 단계를 거친 용선예비처리 슬래그는 2차례의 자력 선별을 거쳐 자착물과 비자착물로 분류되는 단계(S102)를 거치게 된다. S102 단계는 용선예비처리 슬래그에 포함된 철 성분을 회수하고, S102 단계를 거친 자착물 및 비자착물은 상이하게 처리된다.
자착물은 자착물로 분류되는 단계(S201)를 거친 후에, 소결 원료화 단계(S202)를 거친다. S202 단계에서 자착물은 제강공정에 다시 투입되기 위해 적절한 형태로 가공되는 것이다. S202 단계를 거친 자착물은 제강 공정으로 투입되는 단계(S203)를 거치게 되어, 다시 제강 공정에 이용된다.
비자착물은 비자착물로 분류되는 단계(S103)를 거친 후에, 입도 분류단계(S104)를 거치게 된다. S104 단계에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 분말 형태로 체가름하여 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화된다. 본 실시예의 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 2800㎠/g의 분말도를 기준으로 미분말화된다. 용선예비처리 슬래그의 비자착물의 분말도가 2800㎠/g이상인 경우에는 다음 단계로 이동하지만, 분말도가 2800㎠/g 미만인 경우에는 Ball Mill 파쇄 단계(S141)를 거친다. S141 단계를 통해 2800㎠/g 미만의 분말도를 갖는 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 2800㎠/g이상의 분말도를 갖기 위하여 Ball Mill에 의해 파쇄되고, 다시 S104 단계를 거치게 된다. 아울러, 2800㎠/g미만의 분말도를 갖는 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 S104 단계 및 S141 단계를 계속해서 거쳐 2800㎠/g이상의 분말도를 갖도록 처리된다.
S104 단계를 거친 미분말화된 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 에이징되 는(aging) 단계(S105)를 거친다. 일반적으로 용선예비처리 슬래그 비자착물의 Free-CaO 함유량은 10% 내지 14%이다. S105 단계는 미분말화된 용선예비처리 슬래그의 비자착물의 Free-CaO 함유량을 감소시키는 데, 특히 7.5% 이하로 감소시킨다.
도 6은 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그의 Free-CaO 함유율에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이다. 여기에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 10%로 시멘트와 혼화되고, 2800㎠/g 이상의 분말도를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 용선예비처리 슬래그 비자착물의 Free-CaO 함유량이 감소됨에 따라, 압축 강도는 증가하다가 일정한 수준을 유지하게 된다. 반면에, 용선예비처리 슬래그 비자착물의 Free-CaO 함유량이 7.5% 내지 10% 이상일 경우일 때, 압축 강도는 감소되기 시작한다. 즉, S105 단계는 용선예비처리 슬래그 비자착물의 Free-CaO 함유량을 조절하여, 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 시멘트와 혼화된 때 압축 강도를 향상시킨다.
S105 단계를 거친 에이징된 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트와 혼화되는 단계(S106)를 거친다. 이때, 에이징된 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 0 보다 크고 40% 이하인 범위로 시멘트와 혼화된다.
우선, 에이징된 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 10% 이하로 시멘트와 혼화된 때, 압축 강도가 용선예비처리 슬래그 비자착물의 Free-CaO 함유량, 및 용선예비처리 슬래그의 비자착물과 시멘트의 혼화되는 비율로 인해 향상된다.
다음으로, 에이징된 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 10% 내지 40%로 시멘트와 혼화되는 경우를 살펴 보면, 제 1 실시예의 경우 용선예비처리 슬래그의 비자 착물과 시멘트의 혼화되는 비율로 인해 건조 수축 변형이 감소되는 동시에 압축 강도도 감소된다. 하지만, 본 실시예에서 S105 단계를 통해 용선예비처리 슬래그의 비자착물이 에이징됨에 따라, 건조 수축 변형은 감소하는 반면에 압축 강도는 용선예비처리 슬래그 비자착물의 Free-CaO 함유량에 의해 감소되지 않을 수 있다.
S106 단계에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트와 혼화하여 프리믹스형 특수 시멘트로 제조될 수 있고, 추가적으로 잔골재와 혼화하여 프리믹스형 특수 모르타르(레미탈; 레디믹스트 모르타르)로 제조될 수 있다. 아울러, 레미콘 Batch Plant에서 용선예비처리 슬래그의 비자착물은 시멘트, 물 및 골재와 혼화되어 이용될 수 있다.
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 용선예비처리 슬래그를 처리하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그 치환율에 따른 건조 수축 변형을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그 치환율에 따른 건조 수축 변형 상태를 나타내는 사진이다.
도 5는 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그 치환율에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 2에 도시된 제조방법에 따른 용선예비처리 슬래그의 Free-CaO 함유율에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

  1. (a) 용선예비처리 슬래그를 습식 방식으로 냉각하는 단계;
    (b) 자력 선별하여 상기 용선예비처리 슬래그를 자착물 및 비자착물로 분류하는 단계;
    (c) 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화하는 단계; 및
    (d) 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 0 보다 크고 40% 이하인 범위로 시멘트와 혼화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 10% 내지 40%로 시멘트와 혼화하여, 시멘트만으로 이루어진 콘크리트보다 건조 수축 변형을 작도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 10% 이하로 시멘트와 혼화하여, 시멘트만으로 이루어진 콘크리트보다 압축 강도를 높도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
  4. (a) 용선예비처리 슬래그를 습식 방식으로 냉각하는 단계;
    (b) 자력 선별하여 상기 용선예비처리 슬래그를 자착물 및 비자착물로 분류하는 단계;
    (c) 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 2800 내지 8000㎠/g의 분말도로 미분말화하는 단계; 및
    (d) 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 비자착물을 에이징하는(aging) 단계를 포함하되,
    상기 (d) 단계는 미분말화된 상기 용선예비처리 슬래그의 Free-CaO 함유량을 7.5% 이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법은, 에이징된 상 기 용선예비처리 슬래그를 0 보다 크고 10% 이하인 범위로 시멘트와 혼화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 용선예비처리 슬래그는 20 내지 80 중량%의 CaO, 5 내지 50 중량%의 SiO2, 0.5 내지 10 중량%의 Al2O3, 0.5 내지 10 중량%의 MgO, 0.5 내지 10 중량%의 T-Fe, 및 0.5 내지 10 중량%의 S를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그를 이용한 시멘트 혼화재 제조방법.
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