KR20120108391A - 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법에 관한 것으로서, 철강 생산과정에서 발생되어지는 1,400℃ 이상 고온의 철강 용융슬래그를 서냉 또는 열처리과정을 거쳐 결정화시킴으로서 저비용으로 고품질의 대리석 석재 생산이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 전기로에서 배출되는 1,400℃ 이상의 철강용융 슬래그를 사각형상으로 제작된 초단열몰드(10)에 주입하는 슬래그 주입단계와; 상기 철강용융 슬래그가 주입된 초단열몰드(10)에 이물질 유입을 방지하기 위해 몰드덮게(12)를 덮어주는 몰드덮게 안착 단계와; 상기 철강용융 슬래그의 결정화분위기를 만들어주기 위해 초단열몰드(10)를 서냉시키는 서냉단계와; 상온으로 온도가 완전히 내려가면 내부에 완성된 철강 슬래그 석재(S)를 초단열몰드(10)로 부터 탈형시키는 탈형단계와; 상기 탈형된 철강 슬래그 석재(S)를 절단한 후 표면 연마를 실시하여 결정화 대리석이 완성되어지는 완성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 전기로에서 배출되는 1,400℃ 이상의 철강용융 슬래그를 사각형상으로 제작된 초단열몰드(10)에 주입하는 슬래그 주입단계와; 상기 철강용융 슬래그가 주입된 초단열몰드(10)에 이물질 유입을 방지하기 위해 몰드덮게(12)를 덮어주는 몰드덮게 안착 단계와; 상기 철강용융 슬래그의 결정화분위기를 만들어주기 위해 초단열몰드(10)를 서냉시키는 서냉단계와; 상온으로 온도가 완전히 내려가면 내부에 완성된 철강 슬래그 석재(S)를 초단열몰드(10)로 부터 탈형시키는 탈형단계와; 상기 탈형된 철강 슬래그 석재(S)를 절단한 후 표면 연마를 실시하여 결정화 대리석이 완성되어지는 완성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 건축마감용 고품질 석재 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철강 생산과정에서 발생되어지는 1,400℃ 이상 고온의 철강 용융슬래그를 결정화시킴으로서 저비용으로 고품질의 대리석 석재 생산이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
일반적으로, 모든 산업분야에서 발생하고 있는 산업폐기물은 그 자체가 원료 물질을 포함하고 에너지를 함유하고 있기 때문에 폐기시의 환경문제와 더불어 재활용 가치 등 제품의 원가에 직접적 영향을 미치게 되는데, 이러한 폐기물 문제의 해결책으로는 원천적으로 폐기물의 발생을 극소화시키는 방법과 배출된 폐기물을 적절히 처리하여 재활용하는 방법이 사용되고 있고 그 연구 또한 활발하게 진행되고 있다.
특히, 철상산업의 가장 대표적인 폐기물은 바로 고로슬래그와 제강슬래그로 대별할 수 있는 슬래그인데, 이중 고로슬래그는 고온에서 철광석으로 부터 선철을 제조하는 과정중에 발생하는 것으로 시멘트 원료 등으로 사용되고 있다.
그리고 철강 슬래그는 선철을 전로에서 정련하여 불순물인 탄소,인,유황을 제거하여 강을 제조하는 과정중에 발생하는 것으로, 다양한 제조 강종에 따라 슬래그의 조성도 일정하지 않으므로 고로슬래그 만큼 다른 제품의 제조를 위한 부원료 등으로 널리 사용할 수가 없고 건축용 골재나 잡석 등으로 사용되고 있는 정도이다.
즉, 철강 슬래그는 1,400℃ 이상의 고온에서 상온으로의 급냉과정을 거쳐 단순 파쇄 후에 도로용 보조기층 또는 기층용 골재 등 상당한 부가가치가 낮은 형태로 사용되고 있으며, 이 과정에서 신속한 공정의 진행을 위해 급냉이 이루어져 완전 결정화가 이루어지지 않아 유리질 상태로 존재하지만, 이들 철강용융슬래그의 조성은 주로 CaO 20~45%, SiO2 10~20%, Al2O3 1~10% 등이 주성분으로 되어 있어, 성분조정 및 서냉공정의 확립을 통해 결정질의 고품질석재 제조를 위한 기술개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 철갈 슬래그 재활용에 이어서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 철강 슬래그 자체의 현열을 활용하고 유리질이 아닌 결정화 대리석을 제조할 수 있는 공정을 제공함으로서 철강용융 슬래그의 고품질화 활용이 가능하도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 방법은, 전기로에서 배출되는 1,400℃ 이상의 철강용융 슬래그를 사각형상으로 제작된 초단열몰드에 주입하는 슬래그 주입단계와; 상기 철강용융 슬래그가 주입된 초단열몰드에 이물질 유입을 방지하기 위해 몰드덮게를 덮어주는 몰드덮게 안착 단계와; 상기 철강용융 슬래그의 결정화분위기를 만들어주기 위해 초단열몰드를 서냉시키는 서냉단계와; 상온으로 온도가 완전히 내려가면 내부에 완성된 철강 슬래그 석재를 초단열몰드로 부터 탈형시키는 탈형단계와; 상기 탈형된 철강 슬래그 석재를 절단한 후 표면 연마를 실시하여 결정화 대리석이 완성되어지는 완성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전기로에서 배출되는 1,400℃ 이상의 철강용융 슬래그를 사각형상으로 제작된 내화틀에 주입하는 슬래그 주입단계와; 상기 철강용융 슬래그가 주입된 내화틀의 급냉을 방지하기 위해 열처리용 터널로로 이동시켜 열처리를 실시하는 열처리단계와; 상온으로 온도가 완전히 내려가면 내부에 완성된 철강 슬래그 석재를 내화틀로 부터 탈형시키는 탈형단계와; 상기 탈형된 철강 슬래그 석재를 절단한 후 표면 연마를 실시하여 결정화 대리석이 완성되어지는 완성단계는 완성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은, 철강 생산과정에서 발생되어지는 1,400℃ 이상 고온의 철강 용융슬래그를 서냉 또는 열처리과정을 거침으로서 열정.기계적.화학적으로 취약한 비정질의 철강용융슬래그를 결정화시켜 저비용으로 고품질의 대리석 석재 생산이 이루어질 수 있게 된다.
특히, 기존의 결정화 대리석을 제조하기 위해 원료를 용융시키는데 필요한 높은 에너지를 투입하지 않고도, 고품질의 결정화 입자가 분포되어질 수 있게 됨으로 비용을 절감시키는 이점을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초단열 몰드에 의한 철강용융 슬래그 석재 제조 공정도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에서 사용되는 초단열 몰드 구조도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내화틀에 의한 철강용융 슬래그 석재 제조 공정도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에서 사용되는 내화틀 구조도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 적용되는 열처리 온도제어 그래프.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 석재의 결정질 입자에 의해 파괴균열이 편향되는 실험사진.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에서 사용되는 초단열 몰드 구조도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 내화틀에 의한 철강용융 슬래그 석재 제조 공정도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에서 사용되는 내화틀 구조도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 적용되는 열처리 온도제어 그래프.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 석재의 결정질 입자에 의해 파괴균열이 편향되는 실험사진.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철강용융 슬래그를 이용한 석재 제조과정을 도 1을 통해 살펴보면, 철강 생산시 약 1,400℃ 이상의 상태로 이미 용융되어 전기로로 부터 배출되는 고온의 용융 슬래그를 미리 준비한 초단열몰드(10)에 주입시킨다.
이때 사용하는 초단열몰드(10)는 999.2℃에서 열전도도가 0.041W/m.K 이하인 실리카 에어로젤 복합재료 보드를 최소 두께 30mm 이상으로 하여, 도 2에서와 같이 가로,세로 높이를 각각 1m*2m*1m 크기의 사각 형상으로 제작한 것으로서, 석재화된 철강 슬래그 석재(S)의 탈형을 용이하게 하고 초단열몰드(10)의 재사용이 가능하도록 1,400℃에서 견딜 수 있는 단열성의 내화보드(11)를 몰드 내벽면에 구비시킨 것을 사용함이 바람직하다. 내화보드(11)는 알루미노 실리케이트계 또는 무리폴리머 재질 등과 같은 통상의 내화재질로 제작되었다.
이후, 초단열몰드(10) 상부에 몰드덮게(12)를 덮어주어 외부 이물질이 유입되는 것을 방지한 상태에서, 분당 0.1~1℃로 서냉시켜 결정화분위기를 만들어주게 된다.
이때, 냉각속도는 석재내의 비정질 영역에서 결정입자 석출량 및 성장을 좌우하게 된다.
이러한 서냉작업이 완료되어 상온으로 완전히 온도가 내려간 후에는 완성된 철강 슬래그 석재(S)를 초단열몰드(10)로 부터 탈형시키게 되는데, 이때 초단열몰드(10) 내부에는 이격재인 내화보드(11)가 구비되어져 있기 때문에 초단열몰드(10)로 부터 탈형이 용이하게 이루어짐은 물론 초단열몰드(10)는 재사용이 가능하게 된다.
한편, 탈형된 철강 슬래그 석재(S)는 외측에 내화보드(11)가 일체로 구비된 상태로 탈형이 이루어졌기 때문에 외측 내화보드(11)를 절단하여 분리시킨 후, 블럭형태를 이루고 있는 철강 슬래그 석재(S)를 적당한 크기로 절단한 후, 표면 연마함으로서 건축 내외장재용 결정화 대리석이 완성되어지게 된다.
따라서, 본 발명은 초단열몰드(10)를 이용한 서냉작업을 통해 열적.기계적.화학적으로 취약한 비정질(amorphous)의 철강용융 슬래그가 결정질 구조로 개선되어 고품질의 건축마감용 석재로 활용되어질 수 있게 됨을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 철강용융 슬래그를 이용한 석재 제조과정을 나타낸 것으로서, 초단열몰드(10)가 아닌 세라믹제 내화틀(20)에 용융 슬래그 주입이 이루어지고 별도의 결정화 열처리를 위한 터널로(30)를 사용 함으로서 냉각시간을 최대한 늦춰주어 95%이상의 완전 결정화율을 이루는 고품질의
되어지는 것이다.
즉, 용융되어 있는 고온의 슬래그를 별도 제작된 다수의 내화틀(20)내에 주입한 후, 다수의 내화틀(20)을 열처리를 위한 터널로(30)에 순차적으로 투입하여 850~1,050℃에서 1~3시간 범위 이내로 열처리하여 소정의 결정화된 철강 슬래그 석재(S)를 얻게 되는 것이다.
이러한 공정에서는 내화틀(20)에 주입된 용융 슬래그가 급격히 냉각되는 것을 방지하기 위해 열처리용 터널로(30)에서 서냉이 이루어지도록 하는 것으로서, 도 5a 및 도 5b에서와 같이 최적의 핵형성 조건을 도출하기 위해 터널로(30)의 열처리 온도를 임의로 조절함으로서 더욱 고품질의 결정질 입자가 분포된 석재가 제조되어질 수 있게 되는 것이다.
또한, 발색제 또는 각종 첨가제의 투입이 가능하게 됨으로 보다 심미적인 색상과 무늬의 석재 제작이 이루어질 수 있게 된다.
이후, 열처리 공정을 통해 냉각이 완료되어 고형화된 철강 슬래그 석재(S)를 내화틀(20)로 부터 탈형시킨 후, 적당한 크기로 절단을 실시하고 표면 연마함으로서 건축 내외장재용 결정화 대리석이 완성되어지게 된다.
도 6은 이러한 본 발명에 의해 제조된 석재에 포함된 결정질 입자에 의해 파괴균열이 편향되는 현상을 확인한 실험 예로서, 6a는 석재에 압입충격을 가했을 때 발생되는 크랙현상을 나타낸 것이고, 6b는 해당 크랙 현상 부분을 확대하여 결정질입자에 의해 균열 진행이 편향되는 것을 확인한 것이다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 고품질 석재 제조방법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
10 : 초단열몰드 11 : 내화보드
12 : 몰드덮게 20 : 내화틀
30 : 터널로
S : 철강 슬래그 석재
12 : 몰드덮게 20 : 내화틀
30 : 터널로
S : 철강 슬래그 석재
Claims (5)
- 전기로에서 배출되는 1,400℃ 이상의 철강용융 슬래그를 사각형상으로 제작된 초단열몰드(10)에 주입하는 슬래그 주입단계와;
상기 철강용융 슬래그가 주입된 초단열몰드(10)에 이물질 유입을 방지하기 위해 몰드덮게(12)를 덮어주는 몰드덮게 안착 단계와;
상기 철강용융 슬래그의 결정화분위기를 만들어주기 위해 초단열몰드(10)를 서냉시키는 서냉단계와;
상온으로 온도가 완전히 내려가면 내부에 완성된 철강 슬래그 석재(S)를 초단열몰드(10)로 부터 탈형시키는 탈형단계와;
상기 탈형된 철강 슬래그 석재(S)를 절단한 후 표면 연마를 실시하여 결정화 대리석이 완성되어지는 완성단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 슬래그 주입단계에서 사용되는 초단열몰드(10) 내측벽에는 고온에서 견딜 수 있으며 철강 슬래그 석재(S)의 탈형이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 이격재로서 단열성의 내화보드(11)를 구비시켜 사용이 이루어짐을 특징으로 하는 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 완성단계에서는 탈형된 철강 슬래그 석재(S) 외측을 감싸는 내화보드(11)를 먼저 절단하여 제거한 후, 철강 슬래그 석재(S)의 절단작업이 이루어지는 것을 특징으로 하는 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법.
- 전기로에서 배출되는 1,400℃ 이상의 철강용융 슬래그를 사각형상으로 제작된 내화틀(20)에 주입하는 슬래그 주입단계와;
상기 철강용융 슬래그가 주입된 내화틀(20)의 급냉을 방지하기 위해 터널로(30)로 이동시켜 온도제어를 통해 열처리를 실시하는 열처리단계와;
상온으로 온도가 완전히 내려가면 내부에 완성된 철강 슬래그 석재(S)를 내화틀(20)로 부터 탈형시키는 탈형단계와;
상기 탈형된 철강 슬래그 석재(S)를 절단한 후 표면 연마를 실시하여 결정화 대리석이 완성되어지는 완성단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 열처리단계에서는 850~1,050℃ 범위에서 1~3시간동안 열처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법.
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| KR100625045B1 (ko) * | 1999-08-12 | 2006-09-18 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 고로 슬래그를 이용한 인조석재 및 그 제조방법 |
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-
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