KR20130070635A - 용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법 - Google Patents

용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법에 있어서,용융 슬래그로 하여금 보온조질탱크에 진입하도록 하고 상기 슬래그의 온도를 1450℃-1600℃로 유지하며, 제품의 요구에 따라 점도와/또는 색상에 대해 조절하는 단계와; 조질된 용융 슬래그로 하여금 주석 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1000℃-1300℃에서 플로트식 제조실로부터 취출하는 단계와; 상기 평판형 무기비금속재료는 600℃-900℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 0.5-2시간 보온된 후, 1-2 시간내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되도록 하여, 상기 평판형 무기비금속재료를 획득한다. 상기 방법은 고로 슬래그를 종합적으로 이용함에 있어서 에너지를 절약하고 효율을 높이는 대책을 제공하고, 제조된 평판형 무기비금속재료는 색상이 안정적이고, 마모에 강하고, 압력에 견디고 박리되지 않으며, 열전도율이 작고, 수축율이 작은 특성을 지닌다.

Description

용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PLANAR INORGANIC NON-METALLIC MATERIAL USING MOLTEN SLAG}
본 발명은 무기비금속재료분야에 관한 것으로서, 더 상세하게는 용융 슬래그 를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 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 폐기슬래그에 대한 처리대책은 용광로에서 1500-1600℃의 슬래그를 꺼낸 후, 물로 냉각시키며(제조에서 소위 "물 담금질(water quenching)"이라고 함), 그 다음에 슬래그를 건져내어 건조하고 분말화하여 시멘트제조에 사용한다. 이러한 공정은 단지 일부분의 슬래그만을 처리할 수 있으며, 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 폐기슬래그에 대한 것이며, 폐기슬래그를 냉각함에 있어서의 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 진행함으로써, 플로트법을 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 용융 슬래그로 하여금 보온조질탱크에 진입하도록 하고 상기 슬래그의 온도를 1450℃-1600℃로 유지하며, 제품의 요구에 따라 점도와/또는 색상에 대해 조절하는 단계와; 조질된 용융 슬래그로 하여금 주석 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1000℃-1300℃에서 플로트식 제조실로부터 취출되는 단계와; 상기 평판형 무기비금속재료는 600℃-900℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 0.5-2시간 보온된 후, 1-2시간 내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되도록 하여 상기 평판형 무기비금속재료를 획득하는 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 MnO일 수 있다.
더욱 상세하게 감온 속도가 5-10℃/분인 것이 바람직하다.
본 발명에서 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 MnO일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 점도조절제는 점토, 자토, 자석, 도토, 장석 및 석영사 중의 적어도 하나일 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5-20ｗt%이다.
색상조절제는 Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Fe, 희토류원소의 산화물 및 이러한 산화물을 포함하는 광석분말과 산업폐기물 중의 적어도 하나일 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0-5ｗt%이다.
본 발명의 실시예에서 상기 용융 슬래그는 야금반응기에서 직접 배출된 용융 슬래그 또는 다시 제련된 슬래그이다.
본 발명의 방법에 의하면, 고로에서 배출하는 용융 슬래그를 직접적으로 사용할 수 있어서 원료를 용융하는 에너지 소비를 절감할 뿐만 아니라 고로 슬래그의 물 담금질 냉각에 사용되는 물자원 소비와 2차 폐기물의 발생을 면할 수 있다.
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℃ 범위이다. 바람직하게는 고로 용융 슬래그의 구성성분으로서 10-20wt%의 Al2O3, 5-10wt%의 MgO, 20-35wt%의 SiO2, 20-30wt%의 CaO인 범위내에서 변화되고 소량의 FeO、C、MnO、S등 원소를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 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 MnO를 포함할 수 있다. 바람직하게는 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 MnO를 포함할 수 있다. 또한, 상기 용융 슬래그는 야금반응기에서 직접 배출된 용융 슬래그일 수 있으며, 다시 제련된 슬래그일 수도 있다. 본 발명의 방법에 의하면, 고로에서 배출하는 용융 슬래그를 직접적으로 사용할 수 있어서 원료를 용융하는 에너지 소비를 절감할 뿐만 아니라 고로슬래그의 물 담금질 냉각에 사용되는 물자원 소비와 2차 폐기물의 발생을 면할 수 있다.
당해 방법에서, 보온조질탱크내에서 용융 슬래그의 온도를 1450℃-1600℃로 제어한다. 제품의 특성과 색상에 대한 요구에 따라 조질처리를 어떻게 진행할 것인지 결정하며, 그중 상기 조질처리에는 점도와/또는 색상에 대한 조절이 포함된다.
더욱 구체적으로 점도조절제로는 점토, 자토, 자석, 도토, 장석 및 석영사중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5-20ｗt%일 수 있으며, 색상조절제로는 Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Fe의 산화물(예를 들면 TiO2, Cr2O3, NiO, CuO, CoO, FeO, Fe2O3등) 및 이러한 산화물을 포함하는 광석분말과 산업폐기물(예를 들면 석탄맥석, 적니)중의 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0-5ｗt%일 수 있다.
다음으로, 조질된 용융 슬래그를 주석(Sn) 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 제어하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1000℃-1300℃에서 플로트식 제조실로부터 취출된다.
상기 평판형 무기비금속재료는 600℃-900℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 0.5-2시간 보온된 후, 1-2시간내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되도록 하여, 상기 평판형 무기비금속재료를 획득하며, 그중 감온속도는 5-10℃/분일 수 있다. 감온속도가 너무 빠르면 제품 상에 미시적(微視的) 심지어 거시적인 크랙이 발생하게 되며, 감온속도가 너무 늦으면 제조율이 떨어지게 된다.
이하, 본 발명의 방법에 대한 실시예를 구체적으로 설명한다.
실시예 1
구성성분이 15wt%의 Al2O3, 15wt%의 MgO, 30wt%의 SiO2, 35wt%의 CaO, 1wt%의 TiO2, 2wt%의 FeO, 2wt%의 MnO인 용융 슬래그를 사용하여, 1600℃에서 석영사를 첨가하여 그 점도와 성분을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 20wt%이다. 실시예1에서는 색상 조절제를 첨가하지 않는다. 그 후 조질된 용융 슬래그로 하여금 주석(Sn) 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1300℃에서 플로트식 제조실로부터 취출된다. 그리고 상기 평판형 무기비금속재료는 900℃의 온도 하에 비환원성 분위기에서 2시간 보온된 후, 2시간 내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되도록 하며, 이로써 필요하는 사이즈와 색상의 평판형 무기비금속재를 획득한다.
실시예 2
구성성분이 14wt%의 Al2O3, 17wt%의 MgO, 28wt%의 SiO2, 32wt%의 CaO, 1.5wt%의 TiO2, 4wt%의 FeO, 3.5wt%의 MnO인 용융 슬래그를 사용하여, 1500℃에서 자석을 첨가하여 그 점도와 성분을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 15wt%이다. 또한, 산화철 안료를 첨가하여 색상을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5wt%이다. 그후 조질된 용융 슬래그로 하여금 주석(Sn) 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1200℃에서 플로트식 제조실로부터 취출된다. 그리고 상기 평판형 무기비금속재료는 850℃의 온도 하에 비환원성 분위기에서 1.5시간 보온된 후, 2시간내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되며 이로써 필요하는 사이즈와 색상의 평판형 무기비금속재를 획득한다.
실시예 3
구성성분이 15wt%의 Al2O3, 15wt%의 MgO, 30wt%의 SiO2, 35wt%의 CaO, 1wt%의 TiO2, 2wt%의 FeO, 2wt%의 MnO인 용융 슬래그를 사용하여, 1450℃에서 도토를 첨가하여 그 점도와 성분을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5wt%이다. 또한, 산화철 안료를 첨가하여 색상을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 2wt%이다. 그 후 조질된 용융 슬래그로 하여금 주석(Sn) 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1000℃에서 플로트식 제조실로부터 취출된다. 그리고 상기 평판형 무기비금속재료는 700℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 2시간 보온된 후, 1.5시간내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되며, 이로써, 필요하는 사이즈와 색상의 평판형 무기비금속재를 획득한다.
실시예 4
구성성분이 14wt%의 Al2O3, 17wt%의 MgO, 28wt%의 SiO2, 32wt%의 CaO, 1.5wt%의 TiO2, 4wt%의 FeO, 3.5wt%의 MnO인 용융 슬래그를 사용하여, 1500℃에서 점토를 첨가하여 그 점도와 성분을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 12wt%이다. 또한, 산화철 안료로 색상을 조절하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 1wt%이다. 그후 조질된 용융 슬래그로 하여금 주석(Sn) 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1200℃에서 플로트식 제조실로부터 취출된다. 그리고 상기 평판형 무기비금속재료는 600℃의 온도하에 비환원성 분위기에서 0.5시간 보온된 후, 1시간내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되며 이로써 필요한 사이즈와 색상의 평판형 무기비금속재를 획득한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 상황하에 여러가지 변형과 수정을 할 수 있다.
본 발명 실시예에 의한 용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속을 제조하는 방법은 아래와 같은 장점이 있다.
1) 고로 슬래그를 종합적으로 이용함에 있어서 에너지를 절약하고 효율을 높일 수 있는 대책을 제공한다.
2) 고로에서 배출되는 용융 슬래그를 직접적으로 이용함으로써, 원료를 융해시키는 에너지 소비를 절약할 뿐만 아니라 고로 슬래그의 물 담금질 냉각에 사용되는 물자원 소모와 2차 폐기물의 발생을 면할 수 있다.
3) 제조된 평판형 무기비금속재료는 색상이 안정적이고, 마모에 강하고, 압력에 견디며 박리되지 않고, 열전도율이 작으며, 수축율이 작은 특성을 구비한다.
한편, 본 발명의 실시예에 의하면, 용융 슬래그를 이용하고 플로트법을 통하여 평판형 무기비금속을 제조하는 방법은 하기와 같은 문제점을 극복하였다. (1) 온도가 높아서 공정과 설비를 다시 설계할 필요가 있다. (2) 슬래그 점도가 유리액체의 점도보다 훨씬 낮아서 이산화규소와 같은 점도 조절제 등을 첨가할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 용융 슬래그를 이용하고 플로트법을 통하여 제조되는 평판형 무기비금속 제품은 건축, 지면, 장벽을 장식하거나 인테리어 시 사용되며, 고체화되지 않은 제품에 대하여 가공하여 여러 가지 공예품을 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 용융 슬래그로 하여금 보온조질탱크에 진입하도록 하고 상기 슬래그의 온도를 1450℃-1600℃로 유지하며, 제품의 요구에 따라 점도와/또는 색상에 대해 조절하는 단계와;
    조질된 용융 슬래그로 하여금 주석 또는 주석합금을 캐리어로 하는 플로트식 제조실에 진입하도록 하며, 플로트법을 통하여 얻은 평판형 무기비금속재료는 1000℃-1300℃에서 플로트식 제조실로부터 취출되는 단계와;
    상기 평판형 무기비금속재료는 600℃-900℃의 온도 하에 비환원성 분위기에서 0.5-2시간 보온된 후, 1-2시간 내에 온도가 점차적으로 실온까지 감온되어, 상기 평판형 무기비금속재료을 획득하는 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 MnO인 것을 특징으로 하는
    용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법.
  2. 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 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법.

  3. 제1항에 있어서,
    감온속도는 5-10℃/분인 것을 특징으로 하는
    용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    점도조절제는 점토, 자토, 자석, 도토, 장석 및 석영사중의 적어도 하나를 포함하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 5-20ｗt%인 것을 특징으로 하는
    용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    색상조절제는 Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Fe, 희토류원소의 산화물 및 이러한 산화물을 포함하는 광석분말과 산업폐기물중의 적어도 하나를 포함하며, 그 첨가량은 용융 슬래그 첨가량의 0-5ｗt%인 것을 특징으로 하는
    용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용융 슬래그는 야금반응기에서 직접 배출된 용융 슬래그 혹은 다시 제련된 슬래그인 것을 특징으로 하는
    용융 슬래그를 이용하여 평판형 무기비금속재료를 제조하는 방법.






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