KR20130045936A - 용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 용융 슬래그로 하여금 보온조질탱크에 진입하도록 하고 슬래그의 온도를 1400℃-1500℃로 유지하며, 제조하려는 제품의 요구에 따라 색상조절제 및/또는 점도조절제를 첨가하여 점도 및/또는 색상을 조절하는 단계와; 조질탱크에서 나오는 용융 슬래그로 하여금 발포실에 진입하도록 하는 동시에 발포제를 상기 용융 슬래그에 첨가하고 또한 발포실 내부의 용융 슬래그의 온도를 1250℃-1400℃로 제어하여 발포 성형되는 단계와; 발포 성형된 슬래그를 800℃-1000℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 20-30분간 보온시킨 다음, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 하여 필요한 폼재료를 얻는 단계를 포함한다. 상기 방법은 고로 슬래그를 종합적으로 이용함에 있어서 에너지를 절약하고 효율을 높이는 대책을 제공하고, 제조된 무기비금속 폼재료 및 그 제품은 색상이 안정적이고, 마모에 강하고, 압력에 견디며 열전도율이 작고 수축율이 작으며 흡음(吸音)작용과 여과능력이 뛰어난 특성을 구비한다.
Description
본 발명은 무기비금속재료분야에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용융 슬래그를 이용하여 폼재료(FOAM MATERIAL)를 직접 제조하는 방법에 관한 것이다.
철강야금(冶金)에서 폐기되는 슬래그는 양이 많고 종합적으로 이용하기 힘들어 이미 환경에 커다란 피해를 주고 있으며 산업의 발전을 제약하고 있다. 현재 이러한 폐 슬래그에 대한 처리대책은 용광로에서 1400-1600℃의 슬래그를 꺼낸 후, 물로 냉각시키며(제조에서 물 담금질（water quenching）이라고 함), 그 다음에 슬래그를 건져내어 건조하고 분말화하여 시멘트제조에 사용한다. 이러한 공정은 단지 일부분의 슬래그밖에 처리할 수 없으며, 더욱 중요한 것은 처리과정에서 폐수와 폐가스가 발생되고 고로 슬래그에 포함되는 대량의 현열은 낭비될 뿐만 아니라 또한 환경오염의 요인으로 된다.
현재, 고로 슬래그를 종합적으로 이용하는 방면의 제조와 연구는 전부 상기 물 담금질 후의 폐 슬래그에 대한 것이며, 폐 슬래그를 냉각함에 있어서 생수의 소모문제를 해결할 수 없고 슬래그에 포함되는 열에너지를 충분히 이용하지 못하며 또한 2차 폐기물이 생성되고 모든 슬래그를 처리할 능력도 없다.
따라서, 대량의 슬래그를 유용한 물질로 만드는 방법이 필요하게 된다.
본 발명은 용융 슬래그를 사용하여 직접 조질（refining）처리를 진행하고, 발포제를 첨가하여 무기비금속 폼재료를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 용융 슬래그를 사용하여 직접 조질처리를 진행하고, 발포제의 작용하에 무기비금속 폼재료 제품을 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 의하면 본 발명은 용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법을 제공하였으며, 상기 방법은 용융 슬래그로 하여금 보온조질탱크에 진입하도록 하고 슬래그의 온도를 1400℃-1500℃로 유지하며, 제조하려는 제품의 요구에 따라 색상조절제 및/또는 점도조절제를 첨가하여 점도 및/또는 색상을 조절하는 단계와; 조질탱크에서 나오는 용융 슬래그로 하여금 발포실에 진입하도록 하는 동시에 발포제를 상기 용융 슬래그에 첨가하고 또한 발포실 내부의 용융 슬래그의 온도를 1250℃-1400℃로 제어하여 발포 성형하는 단계와; 발포 성형된 슬래그를 800℃-1000℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 20-30분 보온시킨 다음, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 하여 폼재료를 얻는 단계를 포함하며, 그중, 상기 용융 슬래그의 성분은 10-40wt%의 Al2O3, 5-25wt%의 MgO, 10-50wt%의 SiO2, 10-40wt%의 CaO， 0.1-5wt%의 TiO2, 0.1-5wt%의 FeO, 0.1-5wt%의 MnO일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 용융 슬래그의 성분은 10-20wt%의 Al2O3, 5-10wt%의 MgO, 20-35wt%의 SiO2, 20-30wt%의 CaO, 0.1-5wt%의 TiO2, 0.1-5wt%의 FeO, 0.1-5wt%의 MnO이다.
본 발명의 실시예에서 점도조절제는 점토, 자토, 자석, 도토, 장석 및 석영사중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 3-10ｗt%이다. 색상조절제는 Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Fe의 산화물 및 상기 산화물을 포함하는 광석분말과 산업폐기물중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0-5ｗt%이다. 발포제는 탄산염일 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 3-5wt%이다. 또한 상기 탄산염은 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산칼슘마그네슘, 탄산염을 포함하는 기타 광물 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 탄산염은 석회석, 백운석과 마그네사이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 발포 성형단계에서 상기 용융 슬래그를 먼저 발포시킨 다음 금형에 주입하여 성형이 이루어지게 할수 있으며, 또는 금형에서 용융 슬래그가 직접 발포 성형된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 용융 슬래그는 야금반응기에서 직접 배출된 용융 슬래그이거나 다시 정련된 슬래그이다.
본 발명에 의하면 고로 슬래그를 종합적으로 이용함에 있어서 에너지를 절약하고 효율을 높이는 대책을 제공하고, 제조된 무기비금속 폼재료 및 그 제품은 색상이 안정적이고, 마모에 강하고, 압력에 견디며 열전도율이 작고 수축률이 작으며 흡음(吸音)작용과 여과능력이 뛰어난 특성을 구비한다.
이하, 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
고로 용융 슬래그는 고로 제철 제조과정에 발생되는 폐기물로서, 그 구성성분은 10-40wt%의 Al2O3、5-25wt%의 MgO、10-50wt%의 SiO2、10-40wt%의 CaO인 범위내에서 변화되고 또한 소량의 FeO、C、MnO、S등 원소를 포함하며, 용액온도는 1350℃-1480℃ 범위에 있다. 바람직하게 고로 용융 슬래그의 구성성분은 10-20wt%의 Al2O3, 5-10wt%의 MgO, 20-35wt%의 SiO2, 20-30wt%의 CaO인 범위 내에서 변화되고 또한 소량의 FeO、C、MnO、S등 원소를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면 용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법을 제공하였으며, 상기 용융 슬래그의 구성성분은 10-40wt%의 Al2O3, 5-25wt%의 MgO, 10-50wt%의 SiO2, 10-40wt%의 CaO， 0.1-5wt%의 TiO2, 0.1-5wt%의 FeO, 0.1-5wt%의 MnO일 수 있다. 바람직하게 상기 용융 슬래그의 구성성분은 10-20wt%의 Al2O3, 5-10wt%의 MgO, 20-35wt%의 SiO2, 20-30wt%의 CaO, 0.1-5wt%의 TiO2, 0.1-5wt%의 FeO, 0.1-5wt%의 MnO일 수 있다. 또한, 상기 용융 슬래그는 야금반응기에서 직접 배출된 용융 슬래그일 수도 있으며 다시 정련된 슬래그일 수도 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 고로에서 배출하는 용융 슬래그를 직접 사용할 수 있어서 원료를 용융시키는 에너지 소비를 절감할 뿐만 아니라 고로슬래그의 물 담금질 냉각에 사용되는 물자원 소비와 2차 폐기물의 발생을 면할 수 있다.
당해 방법에서 보온조질탱크내에서 용융 슬래그의 온도를 1400℃-1500℃로 제어한다. 생산하려는 폼제품의 겉보기 밀도(공극률)와 색상에 따라 용융 슬래그에 대하여 조질처리하거나 아무런 처리도 하지 않을 수 있으며, 그 중 상기 조질처리는 점도 및/또는 색상에 대한 조절을 포함한다.
더욱 구체적으로, 점도조절제는 점토, 자토, 자석, 도토, 장석 및 석영사 중의 적어도 하나를 포함할 수 있고, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 3-10ｗt%일 수 있으며, 색상조절제는 Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Fe의 산화물(예하면 TiO2, Cr2O3, NiO, CuO, Cu2O CoO, FeO, Fe2O3등) 및 이러한 산화물을 포함하는 광석분말과 산업폐기물(예를 들면 산화알루미늄의 제조에서 나오는 폐 슬래그(적니))중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0-5ｗt%일 수 있다.
다음으로, 조질탱크 내부의 용융 슬래그를 발포실에 진입하도록 하는 동시에 발포제를 상기 슬래그에 첨가하고 또한 발포실 내부의 슬래그 온도를 1250℃-1400℃로 제어하여 발포 성형시킨다.
구체적으로 발포제는 탄산염일 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 3-5wt%이다. 더욱 구체적으로 상기 탄산염은 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산칼슘마그네슘, 탄산염을 포함하는 기타 광물 및 이들의 혼합물 중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들면 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 석회석, 백운석, 마그네사이트 등을 포함할 수 있다. 발포 성형의 과정에서 먼저 용융 슬래그를 발포시킨 다음 금형에 주입하여 성형이 이루어지도록 할 수 있으며, 또는 금형에서 용융 슬래그가 직접 발포 성형되도록 할 수도 있다.
다음으로 발포 성형된 슬래그를 800-1000℃의 온도 하에 비환원성 분위기에서 20-30분간 보온시킨 후, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 하여 필요한 폼재료를 얻는다.
이외에 당해 방법에서 성형과정에서 사용되는 금형의 사이즈와 형상에 따라 용융 슬래그를 이용하여 필요한 형상의 폼제품을 직접 제조할 수 있다.
이하 본 발명의 방법에 대한 실시예를 구체적으로 설명한다.
실시예
1
1500℃에서 자석을 용융 슬래그에 첨가하여 용융 슬래그의 점도를 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 10wt%이다. 실시예1 에서는 색상조절제를 첨가하지 않는다. 그 후 1400℃에서 발포하도록 하며, 발포제는 탄산캄슘이고 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 5wt%이다. 발포된 후의 제품을 1000℃에서 20분간 보온시킨 후, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 한다. 필요에 따라 밀도가 0.40g/cm3인 폼재료를 제조할 수 있다.
실시예
2
1400℃에서 점토를 용융 슬래그에 첨가하여 용융 슬래그의 점도를 조절하고 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5wt%이며, 색상조절제로서 적색 산화철을 첨가하고 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5wt%이다. 그 후 1300℃에서 발포하도록 하며, 발포제는 탄산마그네슘이고 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 5wt%이다. 발포된 후의 제품을 800℃에서 30분간 보온시킨 후, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 한다. 필요에 따라 밀도가 0.41g/cm3인 폼재료를 제조할 수 있다.
실시예
3
1450℃에서 이산화티탄(TiO2)을 용융 슬래그에 첨가하여 용융 슬래그의 점도를 조절하고 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 3wt%이다. 또한 색 상조절제로서 삼산화이크롬(Cr2O3)을 첨가하며 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 3wt%이다. 그 후 1250℃에서 발포하도록 하며, 발포제는 백운석이고 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 3wt%이다. 발포된 후의 제품을 950℃에서 25분간 보온시킨 후, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 한다. 필요에 따라 밀도가 0.45g/cm3인 폼재료를 제조할 수 있다.
실시예
4
1500℃에서 이산화티탄(TiO2)과 석영사를 용융 슬래그에 첨가하여 용융 슬래그의 점도를 조절하고 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 6wt%(각각 3%씩)이다. 또한 색상조절제로서 삼산화이크롬을 첨가하며 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0.5wt%이다. 그 후 1250℃에서 발포하도록 하며, 발포제는 백운석이고 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 4wt%이다. 발포된 후의 제품을 950℃에서 25분간 보온시킨 후, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 한다. 필요에 따라 밀도가 0.43g/cm3인 폼재료를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법은 아래와 같은 장점이 있다.
1) 고로 슬래그를 종합적으로 이용함에 있어서 에너지를 절약하고 효율을 높일 수있는 대책을 제공한다.
2) 고로에서 배출되는 용융 슬래그를 직접 이용함으로써, 원료를 용융시키는 에너지 소비를 절약할 뿐만 아니라 고로 슬래그의 물담금질 냉각에 사용되는 물자원 소모와 2차 폐기물의 발생을 면할 수 있다.
3) 제조된 무기비금속 폼재료 및 그 제품은 색상이 안정적이고, 마모에 강하고, 압력에 견디며 열전도율이 작으며 흡음(吸音)작용, 흡착작용, 여과능력이 뛰어난 특성을 구비하며, 그 주요한 특성지표는 아래의 도표에 나타낸 바와 같다.
| 평균 구멍직경(mm) | 겉보기 밀도(g/cm3) | 열전도율 (W/(m·k)) |
압축강도(Mpa) | 흡수율(吸水率)(%) |
| 1.5-3.5 | 0.40-0.45 | 0.12-0.15 | 4.5-5.5 | 3.0-4.0 |
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 상황 하에 여러 가지 변형과 수정을 할 수 있다.
Claims (8)
- 용융 슬래그로 하여금 보온조질탱크에 진입하도록 하고 슬래그의 온도를 1400℃-1500℃로 유지하며, 제조하려는 제품의 요구에 따라 색상조절제 및/또는 점도조절제를 첨가하여 점도 및/또는 색상을 조절하는 단계와;
조질탱크에서 나오는 용융 슬래그로 하여금 발포실에 진입하도록 하는 동시에 발포제를 상기 용융 슬래그에 첨가하고, 발포실 내부의 용융 슬래그의 온도를 1250℃-1400℃로 제어하여 발포 성형하는 단계와;
발포 성형된 슬래그를 800℃-1000℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 20-30분간 보온시킨 다음, 자연적으로 실온까지 냉각되도록 하여 폼재료를 얻는 단계를 포함하며,
그 중, 상기 용융 슬래그의 성분은 10-40wt%의 Al2O3, 5-25wt%의 MgO, 10-50wt%의 SiO2, 10-40wt%의 CaO， 0.1-5wt%의 TiO2, 0.1-5wt%의 FeO, 0.1-5wt%의 MnO인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 용융 슬래그의 성분은 10-20wt%의 Al2O3, 5-10wt%의 MgO, 20-35wt%의 SiO2, 20-30wt%의 CaO, 0.1-5wt%의 TiO2, 0.1-5wt%의 FeO, 0.1-5wt%의 MnO인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
점도 조절제는 점토, 자토, 자석, 도토, 장석, 석영사 및 이산화티탄 중의 적어도 하나를 포함하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 3-10ｗt%인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
색상 조절제는 Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Fe의 산화물 및 상기 산화물을 포함하는 광석분말과 산업폐기물 중의 적어도 하나를 포함하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0-5ｗt%인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
발포제는 탄산염이며, 그 첨가량은 용융 슬래그의 첨가량의 3-5wt%인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 탄산염은 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산칼슘마그네슘, 탄산염을 포함하는 기타 광물 및 이들의 혼합물중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발포 성형단계에서 상기 용융 슬래그를 먼저 발포시킨 다음 금형에 주입하여 성형이 이루어지거나, 금형에서 용융 슬래그가 직접 발포 성형되는 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용융 슬래그는 야금반응기에서 직접 배출된 용융 슬래그이거나 다시 정련된 슬래그인 것을 특징으로 하는
용융 슬래그를 이용하여 폼재료를 제조하는 방법.
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