KR20140122376A

KR20140122376A - 부산물을 이용한 성형체

Info

Publication number: KR20140122376A
Application number: KR1020130038919A
Authority: KR
Inventors: 임목
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-20

Abstract

본 발명은 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서, 2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물; 상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지와 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지를 포함하고, 상기 파이넥스 슬러지가 상기 제강 슬러지 보다 더 많이 포함되는 성형체에 관한 것이다.
본 발명은 여러 조업에서 발생된 부산물들을 혼합하여 성형체를 제조함으로써, 철 함유량이 높으면서, 유해성분을 저감시키고, 압축 강도를 향상시킨 원료를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 성형체는 소결, 고로 공정, 파이넥스 공정에서 철광석 대체용으로 사용되거나, 제강 공정에서 스크랩 대체용으로 활용될 수 있다.

Description

부산물을 이용한 성형체{Body using by-products}

본 발명은 부산물을 이용하여 제조된 성형체에 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철 조업에서 발생된 각종 부산물을 사용하여 제조되며 활용성이 우수한 성형체에 관한 것이다.

철강 산업에서는 고품질의 제강을 보다 저렴하게 제조하여야 국제 경쟁력에서 우위를 차지할 수 있다. 철강 산업의 제조 원가는 원료부문이 70％ 이상 차지하고 있어 제조 원가를 낮추기 위해서는 저원가의 원료를 현실에 맞게 사용할 수 있는 기술 개발이 무엇보다 중요하게 되었다.

또한, 원료 사용 효율을 높이기 위하여 각종 제철 공정에서 부산물로 발생되는 슬래그를 재활용하는 여러 가지 방안이 연구되고 있다. 예를 들면, 한국공개특허 제1996-23107호에는 제강 슬러지, 제강 더스트, 시멘트, 메틸셀룰로우즈, 몰라세스 및 물을 적정 비율로 혼합하여 전로 냉각재를 제조하는 기술이 제안되어 있고, 한국공개특허 제1998-75701호에는 제선 더스트와 슬러지, 시멘트 및 Ti 함유 철광석을 적정 비율로 혼합하여 펠렛을 제조하는 기술이 제안되어 있으며, 한국공개특허 제1999-38336호에는 코렉스 슬러지, 코크스 슬러지 및 시멘트를 혼합하여 펠렛을 제조하는 기술이 제안되어 있다. 또한, 한국공개특허 제2004-56593호에는 물, 철강 슬러지, 고로 슬래그 미분말과 시멘트의 고화재, 소결 더스트 및 점토나 산회수 슬러지를 혼합하여 고형화 블릭을 제조하는 기술이 제안되어 있고, 한국공개특허 제2004-57708호에는 제철 더스트와 슬러지, 언더 사이즈 및 시멘트를 혼합하여 조성물을 제조하는 기술이 제안되어 있으며, 한국공개특허 제2004-59948호에는 선재 슬러지, 소결 더스트, 소각회 및 코렉스 슬러지를 혼합하여 펠렛을 제조하는 기술이 제안되어 있다.

근래 철강 산업에 활발하게 적용되기 시작한 파이넥스(Finex)공법 즉, 가루 형태의 철광석과 일반탄을 바로 사용해 쇳물을 생산하는 직접제강법에서도 부산물이 발생하고 있으나, 이러한 파이넥스 부산물을 활용하는 기술은 거의 없는 실정이다. 파이넥스 조업에서 발생되는 파이넥스 슬러지는 철의 함유율은 높으나, 수분 함유량이 높고, 유해성분(Al₂O₃)을 함유하고 있으며, 극미립자 성상을 가지고 있어, 추가의 처리 없이는 활용성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 파이넥스 슬러지는 취급성 또한 열위하여 처리 방법에도 한계가 있다.

한편, 각종 부산물을 처리하는 과정에서는 일반적으로 결합재가 사용되어 왔다. 결합재는 통상적으로 시멘트와 각종 무기질 고화제를 혼합하여 사용하며, 고화제는 알루미나 재질을 포함하는 고가의 원료이다. 이에 부산물을 재활용하기 위해 처리하는 비용을 상승시키는 원인이 된다. 또한, 시멘트와 고화제를 다량 첨가하여 펠렛 등을 성형하는 작업을 수행하므로, 이후 각 조업에 투입되어 사용될 때 강도 저하로 파쇄되거나 2차 더스트 발생이 증가하는 문제가 있다.

한국공개특허 제1996-23107호 한국공개특허 제1998-75701호 한국공개특허 제1999-38336호 한국공개특허 제2004-56593호 한국공개특허 제2004-57708호 한국공개특허 제2004-59948호

본 발명은 파이넥스 슬러지를 효율적으로 재활용할 수 있는 성형체를 제공한다.

본 발명은 유해성분은 저감시키고, 압축강도는 향상시킨 성형체를 제공한다.

본 발명은 철 함유량이 높고 다양한 조업에 원료로 재활용할 수 있는 성형체를 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 성형체는 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서, 2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물; 상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지와 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지를 포함하고, 상기 파이넥스 슬러지가 상기 제강 슬러지 보다 더 많이 포함된다. 혼합 부산물은 제강 더스트를 포함하고, 상기 결합재는 시멘트를 포함할 수 있고, 상기 결합재는 시멘트만으로 구성되거나, 당밀과 소석회를 포함할 수 있다.

상기 성형체에서 파이넥스 슬러지의 함량은 60 내지 65 중량%이고, 상기 제강 슬러지의 함량은 10 내지 20 중량%이며, 상기 제강 더스트는 10 내지 20 중량%이고, 상기 결합재의 함량은 7 내지 11 중량%일 수 있다. 또한, 상기 성형체에서 상기 파이넥스 슬러지의 함량은 63 내지 71 중량%이고, 상기 제강 슬러지의 함량은 20 내지 30 중량%이며, 상기 결합재의 함량은 7 내지 10 중량%일 수 있다. 여기서, 상기 결합재가 시멘트로 구성되는 경우 함량은 7 내지 9 중량%이고, 상기 결합재가 상기 당밀과 소석회를 포함하는 경우, 상기 당밀 대 소석회의 비율이 6: 4일 수 있다.

한편, 상기 성형체는 0.9 내지 2.5 중량%의 Al₂O₃ 및 0.25 내지 0.5 중량%의 아연을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 성형체는 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서, 2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물; 상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지, 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지 및 스케일 중 적어도 2가지 이상 포함하고, 상기 결합재는 무기질 재료와 유기질 재료를 포함한다.

여기서, 상기 혼합 부산물의 함량은 88 내지 94 중량%이고, 상기 결합재의 함량은 6 내지 12 중량%일 수 있고, 상기 결합재는 3 내지 6 중량%의 당밀 및 3 내지 7 중량%의 소석회를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 성형체는 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되어, 각종 조업 공정에 원료로 활용될 수 있다. 즉, 소결, 고로 공정, 파이넥스 공정에서 철광석 대체용으로 사용되거나, 제강 공정에서 스크랩 대체용으로 활용될 수 있다.

재활용 기술이 부족하여 각각 재활용이 어렵던 파이넥스 슬러지, 제강 슬러지를 혼합하여 성형체를 제조함으로써, 철 함유량이 높으면서, 유해성분을 저감시키고, 압축 강도를 향상시킨 원료를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 성형체는 고가의 고화제를 사용하지 않고 제조될 수 있고, 결합재의 재료 및 함량을 조절하여 일정 수준 이상의 강도를 확보할 수 있다. 결합재로 저가의 재료를 사용할 수 있어, 펠렛, 단광 등의 성형체를 용이하게 하게 제조할 수 있고 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

이처럼 제철 조업 중 발생된 부산물의 활용성을 높임에 의하여, 저가 원료의 사용 기회를 증대시키게 되고, 강의 제조 원가 절감에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태들에 따른 성형체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 성형체들의 배합비 및 특성을 나타내는 표이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 성형체들의 배합비 및 특성을 나타내는 표이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 성형체는 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서, 2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물; 상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지와 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지를 포함하고, 상기 파이넥스 슬러지가 상기 제강 슬러지 보다 더 많이 포함된다. 이때, 혼합 부산물은 제강 더스트를 더 포함할 수 있다. 또한, 결합재는 시멘트를 포함할 수 있고, 시멘트만으로 구성될 수도 있고, 당밀가 소석회를 포함할 수도 있다.

파이넥스 슬러지는 파이넥스 공정에서 발생하는 더스트를 수집하여 수처리한 것으로 드럼탈수기로 탈수된 상태이다. 또한 파이넥스 슬러지의 성상은 철원(Fe) 함유량이 46% 정도 수준이며, 수분은 30~35% 정도 함유하고, 유해성분으로 작용할 수 있는 Al₂O₃를 2.5~3.7% 정도 함유하며, 미립자 형태이다. 파이넥스 슬러지에 함유되는 주요 화학 성분을 예시적으로 나타내면 하기 표1과 같다. 여기서, 표1에 표시되지 않은 성분으로 수분과 기타 불순물 등을 포함한다. 물론 파이넥스 슬러지의 화학성분은 현장 조업 여건에 따라 변동될 수 있다.

(중량%)

Al₂O₃	C	CaO	K₂O	Na₂O	P	S	SiO₂	T-Fe	Zn
2.77	11.11	6.19	0.20	0.03	0.09	0.45	4.59	46.8	0.09

제강 슬러지는 전로 조업에서 발생하는 분진을 수집하여 수처리한 것으로, 특히 배가스회수설비에서 발생한 분진을 수처리한 것으로 탈수기(필터플레스)에 의해 탈수된다. 제강 슬러지의 성상은 철원 함유율이 62% 정도이며, 수분은 15~18% 정도 함유하며, 유해성분 아연(Zn)을 0.8~1.2% 정도 함유하며, 입도가 크거나 괴상(cake)화 형태이다. 제강 슬러지에 함유되는 주요 화학 성분을 예시적으로 나타내면 하기 표2와 같다. 여기서, 표2에 표시되지 않은 성분으로 수분과 기타 불순물 등을 포함한다. 물론 제강 슬러지의 화학성분은 현장 조업 여건에 따라 변동될 수 있다.

(중량%)

Al₂O3	C	CaO	K₂O	Na₂O	P	S	SiO₂	T-Fe	Zn
0.28	1.42	7.35	0.15	0.13	0.08	0.09	1.39	60.28	0.67

제강 더스트는 제강 조업 특히 전로 조업에서 발생하는 더스트를 수집한 것으로 생석회를 다량 함유하고 수분 함량이 적다. 제강 더스트에 함유되는 주요 화학 성분을 예시적으로 나타내면 하기 표3과 같다. 여기서, 표3에 표시되지 않은 성분으로 수분과 기타 불순물 등을 포함할 수 있다. 물론 제강 더스트의 화학성분은 현장 조업 여건에 따라 변동될 수 있다.

(중량%)

C	CaO	Cr	K2O	Mn	Na2O	P	S	SiO2	T-Fe	Zn
0.94	11.73	0.014	0.42	1.24	0.27	0.08	0.07	2.2	56.7	0.629

CaO + H₂O --> Ca(OH)₂ △H = -16.60(kcal/mol) [반응식]

상기 반응식에 나타낸 바와 같이, 제강 더스트가 함유하는 생성회 성분(CaO)은 각종 부산물 내에 함유된 수분과 반응하여 수산화칼슘을 형성할 뿐만 아니라 많은 양을 열을 발생시키기 때문에 미처 생석회와 반응하지 못한 잉여 수분을 반응열에 의하여 증발시킬 수 있다. 이에 제강 더스트는 반응 및 발열에 의하여 수분 제어에 효과적이다. 예컨대, 제강 더스트를 활용하는 경우 부산물의 수분율을 5 내지 7% 정도 수준으로 낮출 수 있다. 이에, 제강 더스트는 혼합 부산물의 수분 함량을 낮추기 위하여 사용될 수 있고, 특히 수분을 제거하기 위한 전처리 과정에서 사용될 수 있다. 즉, 반응식과 같이 고온의 발열과정과 속경성을 발휘하며, 철 함유 부산물은 서로가 결합하여 거대 입자들을 생성하므로 혼합 부산물의 비표면적이 감소하여 수분이 저감되고, 고화제 사용량을 저감시키는 효과도 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 파이넥스 슬러지는 철(Fe)의 함량이 높지만, 수분 함량도 높고, 유해성분인 Al₂0₃의 함량도 높아, 단독으로 사용이 어려웠다. 또한, 파이넥스 슬러지는 극미립 형태로, 단독으로는 다량의 결합재를 첨가하여도 성형이 어렵고 높은 압축강도를 발현하기 어렵다. 이에, 본 발명의 일 실시형태에서는 파이넥스 슬러지에 다른 조업에서 발생된 부산물을 혼합하여 성형체를 제조한다. 즉, Al₂0₃의 함량은 높고 아연 함량은 낮으며 미립자 형태인 파이넥스 슬러지와 Al₂0₃의 함량은 낮고 아연 함량은 높고 상대적으로 입자 크기가 큰 제강 슬러지를 혼합하여, Al₂0₃ 함량과 아연 함량을 모두 적정 범위 내로 제어하고, 조립밀도를 강화시켜 결합력을 가지도록 하며 성형성을 향상시킨다. 이에, 재활용성이 높은 성형체를 얻을 수 있다. 또한, 수분 함량이 높은 파이넥스 슬러지 혹은 파이넥스 슬러지와 제강 슬러지에 수분 저감 효과가 있는 제강 더스트를 혼합하여, 결합성을 향상시키고 수분 함량을 용이하게 제어할 수 있는 성형체를 얻을 수 있다.

결합재는 혼합 부산물에 투입하여 결합력을 제공하는 보조 재료이며, 시멘트와 고화제를 적정 비율 혼합하여 사용하거나, 시멘트만을 사용할 수 있다. 시멘트 및 고화제는 일반적으로 사용되는 결합재이므로 상세한 설명을 생략한다. 또한, 결합재로 무기실인 소석회와 유기질인 당밀을 적정한 배합비로 혼합하여 사용하였다. 소석회 및 당밀 결합재와 관련해서는 후에 상세히 기술한다.

상술된 혼합 부산물과 결합재는 적정한 배합비로 조절될 수 있다. 즉, 파이넥스 슬러지의 함량은 63 내지 71 중량%이고, 제강 슬러지의 함량은 20 내지 30 중량%이며, 결합재의 함량은 7 내지 10 중량%로 할 수 있다. 파이넥스 슬러지의 함량과 제강 슬러지의 함량은 성형체가 함유하게 되는 철의 량, Al₂O₃ 및 Zn의 량에 맞추어 조절될 수 있다. 파이넥스 슬러지 함량이 63 중량% 미만으로 너무 적고, 제강 슬러지 함량이 30 중량%을 초과하여 너무 많으면 Al₂O₃ 량을 감소시킬 수 있으나, Zn의 량이 증가하여 활용성이 감소하게 된다. 반대로, 파이넥스 슬러지 함량이 71 중량%를 초과하여 너무 많고, 제강 슬러지 함량이 20 중량% 미만으로 너무 적으면 Zn 량은 감소시킬 수 있으나, Al₂O₃의 량이 증가하여 활용성이 감소하게 된다. 결합재가 7 중량% 미만으로 너무 적으면 성형성이 감소되며, 결합재가 10 중량%를 초과하여 너무 많이 투입되면 제조 비용이 상승하게 된다. 이때, 결합재가 시멘트로 구성되는 경우 함량은 7 내지 9 중량% 일 수 있다. 이때, 시멘트가 7 중량% 미만으로 사용되면 성형체에서 강도 발현이 어려우며, 9 중량%를 초과하여 사용하면 양생기간이 길어지는 단점이 있다. 결합재가 당밀과 소석회를 포함하는 경우, 당밀 대 소석회의 비율이 6 : 4일 수 있다.

또한, 제강 더스트도 함께 사용하는 경우, 파이넥스 슬러지의 함량은 60 내지 65 중량%이고, 제강 슬러지의 함량은 10 내지 20 중량%이며, 제강 더스트는 10 내지 20 중량%이고, 결합재의 함량은 7 내지 11 중량%로 할 수 있다. 제강 더스트가 추가되는 경우, 이와 아연 함유율이 유사한 제강 슬러지의 량을 감소시킬 수 있다. 또한 별도의 건조 과정 없이도 혼합 부산물의 수분 함량을 낮출 수 있다.

상기와 같이, 2가지 이상의 부산물로 조합된 성형체에서 Al₂O₃와 아연의 량이 적정 범위에서 조절될 수 있다. 즉, 성형체는 0.9 내지 2.5 중량%의 Al₂O₃ 및 0.25 내지 0.5 중량%의 아연을 포함할 수 있다. Al₂O₃의 량이 2.5 중량%를 초과하여 과도하게 존재하는 경우, 후속 조업에서 원료를 투입 시에 통기성이 악화될 수 있으며 비산 현상이 발생할 수 있어 환경에 악영향을 미칠 수 있다. 아연이 0.5 중량%를 초과하여 과도하게 존재하는 경우, 아연은 녹은점이 낮아 후속 조업에서 투입된 로내에서 노벽에 융착될 수 있으며 이로부터 노벽을 손상시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예는 Al₂O₃ 함유율이 높은 파이넥스 슬러지와 아연 함유율이 높은 제강 슬러지를 사용하므로, 별도의 처리 없이 Al₂O₃을 0.9 중량% 미만으로 감소시키거나, Zn을 0.25 중량% 미만으로 감소시키기는 어렵다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 성형체는 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서, 2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물; 상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지, 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지 및 스케일 중 적어도 2가지 이상 포함하고, 결합재는 무기질 재로와 유기질 재료를 포함한다.

스케일은 금속면에 부착한 피막상의 불순물, 금속 산화물을 말한다. 예컨대, 밀 스케일은 800℃이상으로 가열, 가공하였을 때, 강의 표면에 생성되는 산화물 피막을 말한다. 주로 열 압연 과정에서 부산물로 발생한다. 여기서, 스케일은 철원을 대략 68 내지 72 중량% 함유한다. 이는 철광 공정의 통상적인 철원 함량 범위와 유사하다. 파이넥스 슬러지와 제강 슬러지는 앞서 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략한다.

혼합 부산물은 파이넥스 슬러지, 제강 슬러지 및 스케일을 2 종 이상 이후에 활용되는 용도에 따라 적정한 배율로 혼합한다. 성형체는 파이넥스 슬러지의 량을 제강 슬러지 량 보다 많이 포함할 수 있고, 파이넥스 슬러지의 량을 스케일이 량 보다 많이 포함할 수 있다. 또한, 제강 슬러지와 스케일을 포함하여 철 함량이 높은 성형체를 제조할 수 있으며, 이 경우 제강 조업, 예컨대 전로 조업의 스크랩 대체용으로 활용될 수 있다.

한편, 주로 무기질 원소로 구성되어 있는 종래의 결합재(시멘트, 고화제)는 성형시 많은 량을 투입하여야 하여 고비용을 유발한다. 이러한 결합재는 펠렛(Pellet) 제조용 결합재로 사용할 때 외관 표면상태가 거칠어 보관용기(Silo) 내에 부착광을 발생시켜 투입시 장애가 발생하게 된다. 또한, 고화제와의 혼합 사용시 펠렛의 경화작용 또한 느리게 하고, 펠렛 성형체의 강도발현이 느리므로 초기강도가 작다. 이처럼 초기강도가 작을 경우 펠렛의 생산성이 저하되는 문제점이 있으며 장기강도도 작게 된다. 따라서 펠렛 제품 출하시 강도가 약하여 분 발생량이 과다하게 야기되는 악순환이 되풀이되고 있다. 이에, 본 실시 형태에서는 저가의 유기질과 무기질을 혼합한 결합재를 사용하여, 성형성을 향상시키며 장기강도를 높일 수 있다. 즉, 무기질의 소석회와 유기질의 당밀을 적정한 배합비로 혼합하여 결합재로 사용하므로 철함유 부산물과의 반응 및 결합력에 의해 성형화물의 경화속도가 증가하게 되어 성형화물의 초기강도뿐만 아니라 장기강도 증가에 기여하게 된다. 또한 성형체 제품 내의 유해성분인 [Al₂O₃],[Zn]를 저감시킬 수 있도록 하게 된다. 이때 유기질은 액상 형태로 무기질은 고상 미분 형태로 사용할 수 있다.

본 실시 형태의 성형체는 파이넥스 슬러지, 제강 슬러지 및 스케일 중 적어도 2가지 이상을 적정한 비율로 혼합하여 사용하며, 여기에 결합재로 저가의 당밀와 소석회를 혼합하여 사용한다. 혼합 부산물의 함량은 88 내지 94 중량%일 수 있고, 결합재의 함량은 6 내지 12 중량%일 수 있다. 결합재가 6 중량% 미만으로 너무 적게 들어가면 성형성이 감소하고, 결합재가 12 중량%를 초과하여 너무 많이 투입되면 초기 강도가 저하될 수 있다. 또한 결합재는 3 내지 6 중량%의 액상 당밀 및 3 내지 7 중량%의 소석회를 포함할 수 있다. 당밀이 3 중량% 미만이면 점결성이 저하되고 6 중량%를 초과하면 결합재의 혼합상태가 너무 끈적하여 초기강도가 저하되고 펠렛 및 단광 제조 장치에서의 탈형이 어렵게 된다. 소석회가 3 중량% 미만으로 너무 적으면 응결이 지연되고 경화 속도가 증진되지 않아 압축 강도의 경시효과를 기대하기 어려운 문제가 있고, 소석회가 7 중량%를 초과하여 너무 많으면 응결이 지나치게 빠르고 유기질 결합재의 효과를 얻을 수 없게 된다.

도 1은 본 발명의 실시형태들에 따른 성형체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 성형체 제조 과정을 간략하게 설명한다.

우선, 각종 조업에서 발생한 부산물을 마련한다(S10). 즉, 파이넥스 조업에서 발생된 파이넥스 슬러지, 제강 조업에서 발생된 제강 슬러지 및 제강 더스트, 압연 조업에서 발생된 스케일 등을 각각 수집하여 준비한다. 각 슬러지의 수분 함량을 조절하기 위하여 전처리를 하거나 건조 과정을 수행한다(S20). 즉, 전처리로 수화반응 및 발열을 일으키는 제강 더스트를 다른 부산물에 혼합하여 이에 의해 수분 함량을 낮추거나, 자연 건조 방식, 혹은 킬른 등의 가열기를 이용하여 각 부산물을 건조하여 적정한 수분(예 10% 이하)을 함유하도록 한다. 이처럼 수분량을 감소시킨 각 부산물을 원하는 조합 및 원하는 량으로 혼합한다(S30). 이어서, 혼합 부산물에 적절하게 선택된 결합재를 원하는 양만큼 혼합한다(S40). 이처럼 혼합된 혼합물을 각종 성형기를 사용하여 성형체 예컨대, 펠렛 혹은 단광으로 제조한다(S50). 즉, 회전하는 회전판에 혼합물을 투입하여 입자 응집에 의하여 3 내지 30mm 입자 크기의 펠렛을 제조하거나, 몰드에 혼합물을 투입하고 프레스로 가압하여 단광을 제조할 수 있다. 단광은 예를 들면 40x40 mm 크기로 제조될 수 있다. 이후, 제조된 성형체는 양생 기간을 거치고(S60), 이후 각종 조업에 활용된다(S70). 즉, 배합비 및 각종 물성이 제어되어 제조된 성형체는 소결, 고로 공정 및 파이넥스 공정 등에서 철광석을 대체하는 원료로 사용될 수 있고, 또한, 철 함량은 더욱 높여 제강 공정, 예컨대 전로 조업 시에 스크랩 대체용으로 사용될 수 있다.

하기에서는 각 조건으로 제조된 성형체의 배합비 및 특성을 상세히 설명한다.

도 2는 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 성형체들의 배합비 및 특성을 나타내는 표이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조되는 성형체들의 배합비 및 특성을 나타내는 표이다.

각 부산물의 배합비를 조정하고, 상기에 설명한 방법으로 성형체 즉, 펠렛이나 단광을 제조하여 특성을 조사하였다. 제조된 미니 펠릿의 입도는 대략 3 내지 10 mm 정도 였고, 펠렛은 10 내지 30 mm 정도였으며, 단광은 40x40 mm 정도의 크기였다. 측정방법은 제조된 성형화물(펠렛,단광) 10kg 을 직경 1m 넓이 0.5m의 드럼회전 시험기를 이용하여 200회전/500초 회전시킨 후 6.3㎜ 체분리를 실시한 후 6.3㎜ 이상의 분율을 압축강도로 정의하였다. 수분 함유율 즉, 함수율의 측정은 드라이오븐에서 105℃에서 12시간 건조한 시료의 함수분을 측정하였다. 또한, 측정 결과는 성형체 제조 후 7일차 경과후 압축강도 및 함수율을 측정한 결과이다.

우선, 파이넥스 슬러지에 각종 부산물의 배합비를 변화시키면서 조사한 결과를 도 2에 나타내었다. 비교예는 파이넥스 슬러지를 단독으로 사용하는 경우이다. 즉, 수분 저감을 위한 전처리 원료로 제강더스트를 10wt%를 첨가하고, 파이넥스 슬러지 79wt% 단독으로 하고, 시멘트 8중량%, 고화제 3중량%를 혼합한 결합재를 사용하여 펠렛을 제조하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 철 함량이 낮으며 함수분이 높고, 유해성분인 [Al₂O₃] 함량이 높아 소결원료로의 활용이 어렵다. 이처럼 유해성분을 함유하고 미립자 형태인 파이넥스 슬러지를 단독으로 사용하는 경우는 제강 더스트를 추가하여 함수율을 다소 낮추더라도 충분하지 않았으며 유해성분으로 인해 각종 조업에 활용이 어려운 특성을 보인다.

반면, 파이넥스 슬러지에 다른 부산물을 적정 배합비로 제조하여 성형체를 제조하는 경우 특성이 향상됨을 알 수 있다. 실험예 1은 파이넥스 슬러지 633중량%, 제강 슬러지 10중량% 및 제강 더스트 20중량%의 혼합 부산물에 결합재로 시멘트 7중량%를 혼합하여 펠렛을 제조하였다. 비교예에 비하여 7일차 압축강도는 약간 감소하였으나 소결 공정에 활용할 수 있을 정도 일정수준의 강도를 발현하였으며, 기건 양생에 따라 함수분의 감소 효과도 우수하였다. 이는 미립자인 파이넥스 슬러지와 상대적으로 입도가 큰 제강 슬러지가 자체 발열에 의한 상호작용 및 반응력으로 결합력을 증가시키고 속경성을 발휘하여 혼합 부산물 중의 함수분을 빠르게 저감시키며, 적은 량의 시멘트만 사용하여도 펠렛의 경화 속도를 증진시킨 것으로 보인다. 또한 펠렛 내의 철 함량이 증가되고, 유해성분인[Al₂O₃] 함량이 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 실험예 2 및 3은 파이넥스 슬러지와 제강 슬러지 및 결합재의 배합비를 변경하면서 펠렛을 제조한 경우이다. 이들도 모두 함수분과 유해성분 함량 정도 및 압축강도 면에서 이후, 조업에 활용할 수 있는 특성을 보이고 있다. 실험예 4는 기존의 결합체를 대체하여 액상 당밀과 소석회를 사용하여 펠렛을 제조한 경우이다. 이 경우 압축강도가 증가 되었으며, 함수율 및 유해성분 함량 모두 양호한 범위 내인 것을 알 수 있다.

또한, 무기질과 유기질이 혼합된 결합재를 사용하고, 각종 부산물의 배합비를 변화시키면서 조사한 결과를 도 3에 나타내었다. 각 경우 모두 압축강도가 증가되고, 함수율 및 유해성분 함량 모두 양호한 범위인 것을 알 수 있다. 결합재로 무기질 재료에 유기질 재료를 혼합하여 사용함으로써, 부산물과 반응 및 결합력을 증가시켜 성형체의 경화속도를 향상시키게 되고, 성형체의 초기강도뿐만 아니라 장기강도를 향상시켰다. 또한, 스케일의 배합비를 증가시켜 철 함유량을 높일 수 있어, 철 함유량 제어가 가능하다. 예컨대, 스케일을 대량 함유한 실험예 7의 경우 성형체의 철 함량을 증가시켜 전로 조업에서 스크랩 대체용으로 활용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예와 비교예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 기재된 실시예들은 본 발명의 청구범위 내에 속하게 된다.

S10: 부산물 마련 S20: 전처리, 건조
S30: 부산물 혼합 S40: 결합재 혼합
S50: 성형 S60: 양생

Claims

제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서,
2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물;
상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및
잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고,
상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지와 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지를 포함하고, 상기 파이넥스 슬러지가 상기 제강 슬러지 보다 더 많이 포함되는 성형체.
청구항 1 에 있어서,
상기 혼합 부산물은 제강 더스트를 포함하고, 상기 결합재는 시멘트를 포함하는 성형체.
청구항 1에 있어서,
상기 결합재는 시멘트만으로 구성되거나, 당밀과 소석회를 포함하는 성형체.
청구항 2에 있어서,
상기 파이넥스 슬러지의 함량은 60 내지 65 중량%이고, 상기 제강 슬러지의 함량은 10 내지 20 중량%이며, 상기 제강 더스트는 10 내지 20 중량%이고, 상기 결합재의 함량은 7 내지 11 중량%인 성형체.
청구항 3에 있어서,
상기 파이넥스 슬러지의 함량은 63 내지 71 중량%이고, 상기 제강 슬러지의 함량은 20 내지 30 중량%이며, 상기 결합재의 함량은 7 내지 10 중량%인 성형체.
청구항 5에 있어서,
상기 결합재가 시멘트로 구성되는 경우 함량은 7 내지 9 중량%이고,
상기 결합재가 상기 당밀과 소석회를 포함하는 경우, 상기 당밀 대 소석회의 비율이 6: 4인 성형체.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형체는 0.9 내지 2.5 중량%의 Al₂O₃ 및 0.25 내지 0.5 중량%의 아연을 포함하는 성형체.
제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서,
2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물;
상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및
잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고,
상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지, 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지 및 스케일 중 적어도 2가지 이상 포함하고, 상기 결합재는 무기질 재료와 유기질 재료를 포함하는 성형체.
청구항 8에 있어서,
상기 혼합 부산물의 함량은 88 내지 94 중량%이고, 상기 결합재의 함량은 6 내지 12 중량%인 성형체.
청구항 9에 있어서,
상기 결합재는 3 내지 6 중량%의 당밀 및 3 내지 7 중량%의 소석회를 포함하는 성형체.