KR20110076395A

KR20110076395A - 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110076395A
Application number: KR20090133095A
Authority: KR
Inventors: 조봉석; 이훈하
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-07-06

Abstract

본 발명은 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전체 로반재 골재 조성물 100중량부를 기준으로, 전로슬래그 50중량부 내지 99.99중량부 및 페로니켈 슬래그 0.01 내지 50중량부를 포함하는 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 및 그 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 종래에 비해 입도만족이 용이하고, 지반 지지력이 우수한 로반재 조성물이 제공될 수 있다.

전로 슬래그, 페로니켈 슬래그, 로반재, 골재, 압축강도

Description

페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 및 그 제조방법{Composition for sub base with ferronickel slag and the method of manufacturing the same}

본 발명은 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 전로 슬래그 로반재에 페로니켈 슬래그를 일정량 혼합 사용함으로서, 종래에 비해 입도 및 지반 지지력이 우수한 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

기존의 철강슬래그 중 전로슬래그는 제강공정에서 발생하는 부산물로서 마모율이 25~30% 수준으로 골재 강도가 매우 높은 특징이 있고, 도로용 로반재로 재활용되고 있다.

그러나, 전로슬래그는 골재강도가 충분한 장점이 있는 반면, 오히려 과잉으로 골재강도가 높은 점으로 인해, 로반재용 골재 제조시 파쇄효율이 떨어지고 에너지 비용이 높아지는 특징이 있다. 이와 같은 이유로 로반재용 골재로 제조되었을 시 골재 입도가 제대로 맞지 않고, 조립한 골재 위주로 생산되어 도로용으로 시공 되므로 로반재 포설 후, 다짐효율이 떨어지고 지지력이 약화되는 단점이 있다.

따라서, 높은 파쇄효율을 보유하고, 로반재용 골재 표준입도 만족이 용이하며, 로반재 골재로서의 소요의 성능을 발현할 수 있는 로반재 조성물 및 그 제조방법을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래에 비해 입도만족이 용이하고, 지반 지지력이 우수한 로반재 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 전체 로반재 골재 조성물 100중량부를 기준으로, 전로슬래그 50중량부 내지 99.99중량부 및 페로니켈 슬래그 0.01 내지 50중량부를 포함하는 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 전로 슬래그 50중량부 내지 99.99중량부와 페로니켈 슬래그 0.01 내지 50중량부를 혼합하는 단계; 및 혼합된 슬래그를 입도 20-40mm의 크기로 파쇄하는 단계를 포함하는 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따라 기존의 전로슬래그 로반재 골재에 페로니켈 슬래그 골재를 혼합 활용하면, 기존의 로반재 골재롤 활용되고 있는 마모율 25~30% 수준의 전로슬래그가 지닌 단점, 즉, 오히려 과잉으로 골재강도가 높은 점으로 인해, 로반재용 골재 제조시 파쇄효율이 떨어지고 에너지 비용이 높아지는 특징이 있으며, 로반재 용 골재로 제조되었을 시 골재 입도가 제대로 맞지 않고, 조립한 골재 위주로 생산되어 도로용으로 시공되는 단점에 대하여, 마모율 70~75% 수준의 낮은 골재강도를 보유하는 페로니켈 슬래그가 혼합활용됨으로서 파쇄효율이 증가되고, 로반재용 골재의 표준입도를 안정적으로 만족시킬수 있다.

또한, 기존의 전로슬래그는 제강 부원료로 활용된 CaO가 미반응한 채로 남게 되는 프리-CaO 등의 팽창특성이 있기 때문에 로반재 시공 후 도로의 팽창융기 현상을 야기할 수 있어, 보통 3~6개월 대기중에서 야적함으로서 최종적으로 수침팽창비(KS F 2580 철강슬래그의 80℃ 수침 팽창 시험방법)를 1.5% 이하로 품질 관리한 후 로반재 골재로 활용이 되고 있으나, 페로니켈 슬래그는 별도의 야적 존치기간을 거치지 않더라도 수침팽창비가 0.3% 이하이므로 기존 전로슬래그에 혼합 활용할 경우 팽창반응성에 대한 안정성이 보다 양호하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명자들은 로반재 골재 제조시 기존에 사용되는 전로 슬래그와 함께 페로니켈 제조시 발생되는 페로니켈 슬래그를 혼합하여 제조할 경우 종래에 비해 입도만족이 용이하고, 지반 지지력이 우수함을 예기치않게 발견하여 본 발명을 완성하였다.

철강제품 중 스테인리스강 제조시 원료로서 활용되는 페로니켈(Ferronickel)을 안정적으로 공급하기 위하여 최근 국내에서도 페로니켈 제련소가 설립되어 연산 15만톤(순니켈 3만톤)의 생산체재를 갖추고 있다. 생산방식은, Ni 광석을 이용하여 전기로 형식의 로에서 코크스 등으로 Ni 광석을 환원처리하여 페로니켈을 제조하고, 이 때 발생되는 슬래그가 페로니켈 슬래그이다. 페로니켈 슬래그는 연간 약 100만톤 규모로 그 발생량이 막대하며, 수쇄 및 서냉방식에 의하여 배출되고 있다.

기존의 철강슬래그 즉, 고로슬래그 및 제강슬래그 등은 CaO와 SiO₂ 성분으로 구성되어 있는 점에 반해 페로니켈 슬래그의 주성분은 25~40중량%의 MgO와 45~60중량%의 SiO₂로 구성되어 있으며 냉각방식에 따라 엔스타타이트(Enstatite)(MgO·SiO₂)상과 포르스테라이트(Forsterite)(2MgO·SiO₂)상으로 결정화되는 특징이 있다.

서냉방식에 의해 배출되는 페로니켈 괴재슬래그는 발생형태가 괴상(塊狀)이며, 1500℃이상의 고온용융단계를 거쳐 생성되기 때문에 환경적으로 유해성이 없으므로 로반재용 골재로서의 활용가능성이 매우 높게 평가되나, 마모율이 70~75%로 수준으로, 골재 강도가 매우 낮아 로반재 골재로서의 기준물성에 미치지 못하는 실정이다.

기존의 전로슬래그는 제강 부원료로 활용된 CaO가 미반응한 채로 남게 되는 프리-CaO 등의 팽창특성이 있기 때문에 로반재 시공 후 도로의 팽창융기 현상을 야기할 수 있다. 따라서, 보통 3~6개월 대기중에서 야적함으로서 최종적으로 수침팽창비(KS F 2580 철강슬래그의 80℃ 수침 팽창 시험방법)를 1.5% 이하로 품질 관리 한 후 로반재 골재로 활용이 되고 있다. 그러나, 페로니켈 슬래그는 별도의 야적 존치기간을 거치지 않더라도 수침팽창비가 0.3% 이하이므로 기존 전로슬래그에 혼합 활용할 경우 팽창반응성에 대한 안정성이 보다 양호하여 로반재 골재 제조시 유리한 특성이 있다.

이에 본 발명에서는 로반재 골재 조성물로서 50중량부 내지 99.99중량부의 전로슬래그 및 0.01 내지50중량부의 페로니켈 슬래그를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 페로니켈 슬래그는 Ni 광석을 이용하여 전기로 형식의 로에서 코크스 등으로 Ni 광석을 환원처리하여 페로니켈을 제조할때 발생되는 슬래그이며, 일반적으로 40 내지 70중량%의 SiO₂, 20 내지 40중량%의 MgO, 0.01 내지 5중량%의 CaO, 0.01 내지 5중량%의 Al₂O₃, 1 내지 10중량%의 FeO를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 로반재 골재는 특별히 제한되는 것은 아니나, 20-40mm의 골재 표준입도에 만족하는 입도분포를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 상기 로반재 골재는 20mm, 25mm, 30mm 또는 40mm의 골재 표준입도에 만족하는 입도분포를 갖는다.

본 발명의 로반재 조성물에 있어서, 상기 페로니켈슬래그의 함량은 전체 로 반재 조성물의 100중량부에 대하여 0.01 내지 50중량부인 것이 바람직하다. 페로니켈슬래그의 함량이 0.01중량부미만으로 너무 낮게 혼합될 경우에는 파쇄효율이 저하되고, 로반재용 골재의 표준입도를 안정적으로 만족시킬수 없어 바람직하지 않으며, 또한 50중량부를 초과할 경우에는 전체 로반재 골재의 강도가 저하하여 오히려 마모율이 떨어지기 때문에 바람직하지 않다.

도 1에 본 발명에 따른 로반재 골재 조성물의 제조방법을 간략히 도시하였다.

본 발명의 골재 조성물 제조방법은 전로 슬래그 50중량부 내지 99.99중량부와 페로니켈 슬래그 0.01 내지 50중량부를 혼합하는 단계; 및 혼합된 슬래그를 입도 20-40mm의 크기로 파쇄하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따라 슬래그의 파쇄는 전로 슬래그 및 페로니켈 슬래그를 각각 파쇄하지 않고, 상기 두 슬래그를 혼합하여 그 혼합 슬래그를 파쇄한다. 이와 같이 강도가 상대적으로 낮은 페로니켈 슬래그를 함께 사용함으로써 파쇄효율을 증가시켜 에너지 비용을 낮출 수 있어, 결국 로반재용 골재의 입도를 용이하게 조절할 수 있다.

이때 상기 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그의 혼합비를 상기와 같이 한정한 이유는 앞서 설명한 바와 같다.

또한, 상기 페로니켈 슬래그는 SiO₂ 40 내지 70중량%, MgO 20 내지 40중량%, CaO 0.01 내지 5중량%, Al₂O₃ 0.01 내지 5중량%, FeO 1 내지 10중량%를 포함하는 것이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 로반재 조성물은 도로 로반재의 기층 및 보조기층용으로 사용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

<실시예>

비교예 1

기존방식으로서 전로 슬래그만을 사용하여 로반재용 골재로서 40mm 표준입도로 파쇄 및 입도조정하였다. 제조된 골재에 대해 5개의 시료를 선택하여 입도분포곡선을 조사하여 보조기층용 40mm 골재의 표준입도분포곡선과 비교하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 전로슬래그만을 사용하여 40mm 로반재 골재 제조하였을 경우, 보조기층용 40mm골재의 표준입도분포곡선 범위 밖으로 벗어나는 것을 알 수 있다.

실시예 1

전로 슬래그와 페로니켈 슬래그를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 “KS F 2535 도로용철강슬래그“의 25mm 골재 표준입도에 적합하도록 파쇄한 후 표 2에 나타낸 바와 같이 그 혼합비를 달리하여 혼합하여 25mm 골재 로반재 골재 조성물을 제조하였다.

제조된 로반 골재 조성물에 대해 골재 마모율을 시험하였다.

[표 1]

25mm 입도규격	입도별구성비율(%)
13~25mm	28.5
5~13mm	23.5
2.5~5mm	10.5
0.4~2.5mm	17.5
0.08~0.4mm	14
0~0.08mm	6
총	100

마모율 시험은 "KS F 2508 로스앤젤레스 시험기에 의한 굵은골재의 마모시험방법"에 준하여 평가하였으며, 평가방법은 5~13mm의 전로슬래그 및 페로니켈 슬래그를 샘플링하여 건조한 후, 마모시험장치에 혼합율에 따라 총 5000±10g을 투입하였다. 이 때, 강구 8ea, 총3,330±25g 투입하여 30~33RPM의 속도로 마모시험장치를 500회 회전시켰다. 회전 종료 후 시료를 빼내서 1.7mm 체에 남는 시료의 질량을 측정하였다. 마모율 산정을 위한 계산식은 다음과 같다.

[식 1]

마모율(%) = [(M1-M2)/M1] × 100

(M1:투입전 시료질량, M2:시험 후 1.7mm 체에 남은 시료량)

그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

구분	제강슬래그	페로니켈 슬래그	마모율(%)
혼합율(%)	100	0	29.6
	70	30	35.8
	50	50	45.9
	30	70	60.4
	0	100	74.5
KS F 2535 도로용 철강슬래그 마모율기준	-	-	50 이하

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 일반적으로 로반재 기준으로 마모율 50% 이하로 하고 있으나, 페로니켈 슬래그의 함유량이 전체 중량 중 50%를 초과할 경우에는 마모율이 50% 이상으로 전체적인 골재강도가 저하되었다.

실시예 2

전로 슬래그와 페로니켈 슬래그를 혼합하여 로반재 골재 제조시 입도범위 만족여부를 평가할 필요가 있으므로, 로반재용 골재로서 40mm 표준입도로 파쇄 및 입도조정하였다. 이때, 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그의 혼합비는 100:0, 70:30, 50:50, 30:70, 0:100으로 하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그의 혼합비가 70:30 및 50:50의 경우가 40mm 표준입도 상한선 및 하한선에 안정적으로 포함되는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3

전로슬래그와 페로니켈 슬래그를 혼합하여 로반재 골재 제조 시 다짐도를 평가할 필요가 있다. 평가방법은 "KS F 2312 흙의 다짐시험방법"을 적용하였다. 우선 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그의 혼합비룰 100:0, 70:30, 50:50, 30:70, 0:100으로 설정하여 25mm 로반재 골재를 제조하였다. 최적 함수비는 6~7% 수준으로 조정하여 24시간 보관 후,

10×20cm 몰드에 시료를 1/2씩 넣고 92회씩 4.5kg 자동램머를 활용하여 다짐을 실시하였다. 슬래그 시료로 채워진 몰드는 습윤챔버에서 상대습도 95%, 온도 20℃의 환경조건에서 28일, 80일, 180일 동안 양생한후, 압축강도를 평가하였다. 압축강도는 KS F 5105 시험법(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 준하여 30ton용량의 전용 압축강도 시험기를 사용하여 측정하였다. 측정 결과는 도 4에 도시하였다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 다짐도를 평가하기 위해 압축강도를 측정한 결과 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그의 혼합비가 70:30 > 50:50 > 30:70 > 100:0 > 0:100의 순으로 다짐도가 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 전로 슬래그 단독으로 활용되는 로반재에 비하여 전로슬래그와 페로니켈 슬래그를 혼합활용 시 다짐도가 양호하게 평가되었다.

이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가 진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 로반재 골재 조성물의 제조방법을 간략히 보여주는 흐름도이다.

도 2는 종래의 로반재용 전로슬래그 골재의 입도분포곡선을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그를 혼합하여 제조된 로반재 골재 조성물의 입도분포곡선을 나타낸 것이다.

도 4는 전로 슬래그와 페로니켈 슬래그의 혼합비에 따른 로반재 골재 조성물의 다짐도를 평가하기 위해 압축강도를 측정한 결과이다.

Claims

전체 로반재 골재 조성물 100중량부를 기준으로, 전로슬래그 50중량부 내지 99.99중량부 및 페로니켈 슬래그 0.01 내지 50중량부를 포함하는 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 로반재 골재는 20-40mm의 골재 표준입도에 만족하는 입도분포를 갖는 것을 특징으로 하는 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 페로니켈 슬래그는 SiO₂ 40 내지 70중량%, MgO 20 내지 40중량%, CaO 0.01 내지 5중량%, Al₂O₃ 0.01 내지 5중량%, FeO 1 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 로반재 골재 조성물.
전로 슬래그 50중량부 내지 99.99중량부와 페로니켈 슬래그 0.01 내지 50중량부를 혼합하는 단계; 및 혼합된 슬래그를 파쇄하는 단계를 포함하는 페로니켈 슬 래그를 사용한 로반재 골재 조성물 제조방법.
제 4항에 있어서, 상기 페로니켈 슬래그는 SiO₂ 40 내지 70중량%, MgO 20 내지 40중량%, CaO 0.01 내지 5중량%, Al₂O₃ 0.01 내지 5중량%, FeO 1 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로니켈 슬래그를 사용한 로반재 골재 조성물 제조방법.