KR20190136508A - 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법에서, 제강슬래그용 분쇄조제 조성물은 1.3-이미다졸, 글리세린카보네이트, 알킬 트리메칠암모늄염 수용액을 포함한다.
Description
본 발명은 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물을 이용하여 빠른 시간 내에 원하는 제강슬래그 미분말을 얻을 수 있는 제강슬래그용 분쇄조제 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법에 관한 것이다.
일반적으로 시멘트 산업에 있어 시멘트 제조에 사용되는 원료로는 석회석, 규석, 점토, 철광석, 슬래그 또는 이들의 혼합물 등과 부속원료로 코우크스, 슬러지, 더스트 등을 사용하고, 이들 원료를 배합하여 미세하게 분쇄한 후에 로(kiln)내에서 약 1,450℃로 처리를 하면 원료 중의 석회석 성분이 실리카, 알루미나, 철성분 등과 결합하여 시멘트 광물로 생성된다. 이 광물은 물과 반응하면 단단하게 굳는 성질을 가진다. 이러한 광물을 시멘트 클링커라 하며, 상기 시멘트 클링커는 냉각된 후 포틀랜드 시멘트라고 불리는 균질의 분말성상의 생성물을 제공하기 위하여 마무리 미분 분쇄기에서 소량의 석고(황산칼슘)와 함께 분말화된다.
전술한 바와 같은 시멘트 제조 공정에서 분쇄는 품질관리의 마지막 단계이며 분쇄공정에 의해 최종 제품의 성능이 결정되기 때문에 시멘트 제조 과정에서 분쇄는 소성 공정과 함께 핵심적인 공정이다. 분쇄의 목적은 시멘트 클링커를 미립자로 만들어 표면적을 크게 하여 시멘트 분말의 반응성을 높이고 혼합재로 사용되는 광물질(석회암, 고로슬래그 등)을 분쇄하여 유용성분을 취하고 혼합효과를 높게 하기 위한 것이다.
상기 클링커는 극히 높은 경도 때문에 미분화에 많은 양의 에너지가 필요하다. 클링커의 성상에 따라 마무리 미분쇄 시에 소요되는 에너지는 약 33 내지 77kWh/톤으로 알려져 있다. 따라서 시멘트 클링커의 분쇄시 첨가제를 넣어 분쇄효율을 향상시키는 연구가 진행되어 왔다. 이때, 분쇄의 효율을 극대화시키기 위해 사용하는 것이 분쇄조제(Grinding Aid)이다. 현재까지는 글리콜, 알칸올아민, 방향족 초산 등등 몇 가지 물질을 클링커에 소정비율로 첨가하였을 때 소요 에너지량을 감소시키고 단단한 클링커의 분쇄 효율을 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
한편, 전술한 바와 같은 분쇄조제는 분체의 응집 및 밀 내부 코팅 방지 외에 분체 유동특성 및 그에 따른 피 분쇄물의 밀 잔류시간에 영향을 미치게 되는데 분쇄가 진행됨에 따라 미분쇄된 입자 파단면에 이온이 편기하여 발생하는 서로 응집하려는 현상과 입자간 인력의 원인이 되는 표면에너지를 제거함으로써 분체유동성을 향상시키며, 이미 분쇄된 미분들을 통풍 공기와 함께 밀(mill) 밖으로 원활하게 배출시킨다. 또한, 밀 내부로 재순환되는 미립분의 양을 감소시켜 시멘트 클링커 분쇄 시 생산성을 증진시켜 주는 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
대한민국 등록특허 제222776호의 등록공보에는 글리콜을 주성분으로 하는 폐부동액을 이용하여 시멘트 클링커의 미분쇄를 수행하는 방법이 개시되어 있다. 또한 등록특허 제44210호의 등록공보에는 디에틸렌글리콜이나 트리에탄올아민을 이용한 분쇄조제방법이 개시되어 있다. 그리고 등록특허 제150209호의 등록공보에는 트리이소프로판올아민을 이용한 분쇄조제 및 상기 분쇄조제를 포함한 시멘트 조성이 개시되어 있다. 그 외에도, 미국특허 제4828624호 및 제4204877호에는 각각 분쇄조제로 사용되는 2성분계에 대한 혼합비율을 변수로 분쇄조제를 사용한 경우 및 시멘트 수화시 지연을 목적으로 분쇄조제를 사용한 예가 개시되어 있다.
그리고 최근에는 분체 공학 발달 및 품질 향상을 위한 요구에 의해 밀 효율의 증가 등과 같은 기존 개념의 효과에 더하여 시멘트의 수화특성을 향상시키거나 압축강도를 증진 시킬 수 있는 시멘트 품질의 최적화를 목적으로 하는 기능성 분쇄조제 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 목적은 종래 분쇄조제와는 다르게 별도의 화합물 또는 혼합물을 사용함으로써 분쇄공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 1.3-이미다졸, 글리세린카보네이트, 알킬 트리메칠암모늄염 수용액을 포함하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물에 의해 달성될 수 있다.
상기 1.3-이미다졸은 약 10~30 중량% 사용될 수 있다.
상기 글리세린 카보네이트가 약 20~40 중량% 사용될 수 있다.
상기 알킬 트리메칠암모늄염이 약 5~10 중량% 사용될 수 있다.
상기 알킬트리메칠암모늄염의 알킬기는 C16~C26 이 사용되며, 상기 알킬트리메칠암모늄염은 클로라이드, 메칠설페이트일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 제강슬래그용 분쇄조제 조성물은 제강슬래그 중량 대비 0.02~0.2 중량% 사용하는 제강슬래그 분쇄방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법은, 종래 분쇄조제와는 다르게 별도의 화합물 또는 혼합물을 사용함으로써 분쇄공정의 효율성이 증대되고, 분쇄특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제강슬래그용 분쇄조제 조성물이 첨가된 시멘트를 이용하여 형성된 건축물은 내진에 있어 우수한 강도를 가질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법을 설명한다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 제강슬래그용 분쇄조제 조성물은 1.3-이미다졸, 글리세린카보네이트, 알킬 트리메칠암모늄염 수용액을 포함한다.
여기서, 1.3-이미다졸은 약 10~30 중량% 사용되고, 글리세린 카보네이트는 약 20~40 중량% 가 사용된다.
또한, 알킬 트리메칠암모늄염이 약 5~10 중량% 가 사용된다.
한편, 알킬트리메칠암모늄염의 알킬기는 C16~C26 이 사용되며, 이때, 알킬트리메칠암모늄염은 클로라이드, 메칠설페이트일 수 있다.
한편, 제강슬래그 분쇄방법에서 분쇄보조제는 제강 슬래그의 중량 대비 0.02~0.2 중량%가 사용된다.
제강슬래그 중에 슬래그의 경도가 커서 Disk Mill을 이용하여 분쇄시 Disk의 마모가 진행이 될 정도로 경도가 높았다.
또한, 일부 슬래그는 죠클러셔를 이용하여 1차 조분쇄를 한 후에 볼밀 및 진동밀로 2차 분쇄작업을 실시하였다. 각 제강 슬래그별로 50~150kg 씩 볼밀과 진동밀에 의한 분쇄작업을 실시하였다.
하기에서는 상기와 같은 내용에 대하여 구체적으로 설명한다.
제강 슬래그의 분쇄
1) 볼밀에 의한 분쇄
본 연구에서는 분쇄된 제강슬래그의 분말도가 5,000Blaine이 되는 것을 기준으로 하고 있기 때문에, 샘플제조는 5,000Baine에 도달하는 시간을 여러 번의 시행착오를 거쳐 개략적인 도달시간을 파악한 후에 동일한 시간동안 분쇄를 하여 일정한 분말도의 미분말을 확보할 수 있었다. 이때, 비중이 높은 슬래그일수록 분쇄시간이 오래 걸린다.
먼저, 탈황슬래그는 분쇄가 잘되어 볼밀로 60분 -쇄시 거의 5,000Blaine에 도달하였다. 그러나, 전로 슬랙그와 전기로 산화슬래그의 경우에는 원재료의 입자가 너무 커서 볼밀에 투입해 분쇄할 경우 분쇄효율이 떨어져 미리 죠클러셔로 조분쇄를 한 후에 볼밀에 투입하여 약 3시간 분쇄하였더니 5,000Blaine에 도달하였다.
하기에서, 볼밀에 의한 분쇄작업 순서를 간단히 설명한다.
우선, 슬래그 시료에서 크기가 20mm 초과되는 시료는 분류시켜 제외한다(제작한 체를 사용).
그 다음, 체작업을 통해 20mm 이하로 분류된 슬래그를 10kg 계량한다.
그다음, 분쇄 보조제를 주사기로 2ml 계량한다(계량된 슬래그의 0.02%).
그 다음, 계량된 슬래그를 볼밀에 골고루 잘 퍼트려 넣어준 후 분사 보조제 또한 골고루 뿌려준다.
그 다음, 슬래그마다 분쇄시간을 조절하여 볼밀을 가동한다.
그 다음, 분쇄가 완료되어 볼밀이 완전히 멈춘 상태에서 시료투입구를 열고 다시 체망을 거치한다.
그 다음, 체망의 직하부에 분쇄된 시료를 받을 정도로 충분히 커다란 용기를 준비한다.
그 다음, 다시 분쇄볼밀을 약 5~10분을 더 운전해서 분쇄된 시료를 모두 꺼낸다.
그 다음, 작동이 멈춘 볼밀을 확인하고 분쇄시료가 모아진 용기를 꺼낸다.
마지막으로, 볼밀 과정이 완료된 슬래그는 체가름을 실시한다.
2) 진동밀에 의한 분쇄
진동밀에 의한 분쇄작업을 실시하기 이전에 각 제강슬래그에 대한 경도를 파악한다. 그 결과, 전기로 산화 슬래그와 2차 정련 슬래그, 풍쇄 슬래그 등은 슬래그의 경도가 커서 Disk Mill을 이용하여 분쇄시 Disk의 마모가 진행이 될 정도로 경도가 높았다.
입도분석
1) 입도분석기
분쇄된 제강슬래그의 입도분석에 사용한 입도분석기는 CILAS 990 이라는 시험기기로 품질 관리 응용 프로그램 용으로 설계되었으며 0.2~ 500μm 크기의 입자를 측정하도록 되어있다. 측정은 액체 또는 건식 분산 모드로 수행할 수 있다.
기기 공급사에서 제공하는 소프트웨어를 통해 사용하는 구성 요소의 그림을 클릭하여 시스템의 해당 부분을 켜거나 끌 수 있다. 반복적인 테스트를 위해 표준 작동 절차를 작성하여 생산성을 높일 수 잇다. 선택적 이미지 분석 시스템을 통해 사용자는 전통적인 입자 크기 분포 데이터와 함께 입자 모양을 볼 수 있다. 참고로, 990은 ISO 표준 13320 표준을 준수하여 정확한 측정 및 반복성을 제공하며, 시험기기는 액체로 채워져 있으며, 1% 이상의 재현성을 보장한다.
2) 볼밀에 의해 분쇄된 미분말의 입도분포
3)
진동밀에
의해 분쇄된
미분말의
입도분포
4) 입도분석 결과에 대한 검토
볼밀에 의해 분쇄된 미분말과 진동밀에 의해 분쇄된 입도분포를 비교한 결과, 입도분포상에 다소의 차이는 보이고 있지만, 큰 차이는 없었다.
XRF에 의한 화학분석
1) 1차 분석결과
2) 2차 분석결과
3)
분석결과에 대한 검토
1차 분석시 사용한 XRF 사용기기와 2차 분석시 사용한 XRF 사용기기가 다소 달라서, 1차 분석에서는 Total Fe로 분석이 되지만, 2차 분석에서는 Fe2O3로 나타나 상호 수치간에 약간의 차이가 나타났다. 그러나, 전체적으로 1차 분석결과와 2차 분석결과의 양상은 비슷한 것으로 나타났고, 수치상으로는 조금 차이가 있었다.
이러한 수치상의 차이는 분석기기의 차이인지, 분석한 시료의 성분차이인지는 명확히 파악할 수 없었다.
다만, 수치상으로 다소 차이가 크게 나타난 예를 보면, KR 슬래그의 경우에는 CaO의 품위가 1차 분석시에는 39.32로 나타났으나, 2차 분석시에는 50.29로 약 10 정도 크게 나타났다. 2차정련 슬래그의 경우는 Al2O3 품위가 1차 분석시에는 20.48 이었으나, 2차 분석시에는 29.84로 나타났다. 그리고, 산화슬래그의 경우는 CaO 품위가 1차 분석시에는 16.4 였으나, 2차 분석시에는 29.17로 나타났다.
XRD 분석
1) 볼밀에 의해 분쇄된 미분말에 대한 분석결과
2) 진동밀에 의해 분쇄된 슬래그의 XRD 분석
3) XRD 분석 결과에 대한 검토
X-레이 회전분석법(XRD)은 물질 중의 존재하는 결정질을 피크분석을 통해 어떠한 결정질이 존재하는지를 파악하는 분석 방법이다.
본래 수재슬래그는 비경절질의 물질이 대부분이기 때문에 XRD 분석을 실시할 경우 명확한 피크가 나타나지 않는 것이 일반적이다.
본 분석에서도 볼밀에 의한 분쇄 및 진동밀에 의한 분쇄 모두 명확한 피크가 나타나 비경정질보다는 비결정질이 대부분을 차지하고 있는 것으로 추정된다.
볼밀로 분쇄한 경우의 XRD 상에 나타난 피크를 보면, 2차정련 슬래그와 KR 슬래그, 풍쇄슬래그의 경우에는 피크가 명확하게 나타나고, 피크상의 아래의 면적이 적게 나타나 비결정질보다는 결정질이 많은 물질, 다시 말해서 반응성이 없는 물질이 대부분을 차지하고 있는 것으로 추정된다.
그리고, 전기로 산화 슬래그, 전기로 환원 슬래그, 전로 슬래그 등은 피크상의 아래 면적이 조금은 더 크게 나타나 비결정질이 조금은 더 존재하는 것으로 추정되고, 반응성 물질도 조금은 존재하는 것으로 추정된다.
한편, 진동밀로 분쇄한 경우를 보면, 전로 슬래그와 KR 슬래그는 피크상의 아래 면적이 볼밀로 분쇄한 경우보다는 다소 증가한 것으로 보아, 진동밀에 의한 분쇄효과가 다소 나타난 것으로 예측은 되지만, 비결정질에 대한 정량화가 진행되지 않았기 때문에 비결정질량이 증가하였는지에 대해서는 추가적인 분석이 필요하다고 판단된다.
Claims (6)
1.3-이미다졸, 글리세린카보네이트, 알킬 트리메칠암모늄염 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 1.3-이미다졸은 약 10~30 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
상기 1.3-이미다졸은 약 10~30 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
제2항에 있어서,
상기 글리세린 카보네이트가 약 20~40 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
상기 글리세린 카보네이트가 약 20~40 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
제3항에 있어서,
상기 알킬 트리메칠암모늄염이 약 5~10 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
상기 알킬 트리메칠암모늄염이 약 5~10 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
제4항에 있어서,
상기 알킬트리메칠암모늄염의 알킬기는 C16~C26 이 사용되며, 상기 암모늄염은 클로라이드, 메칠설페이트인 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
상기 알킬트리메칠암모늄염의 알킬기는 C16~C26 이 사용되며, 상기 암모늄염은 클로라이드, 메칠설페이트인 것을 특징으로 하는 제강슬래그용 분쇄조제 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 따른 제강슬래그용 분쇄조제 조성물은 제강슬래그 중량 대비 0.02~0.2 중량% 사용하는 제강슬래그 분쇄방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180062319A KR20190136508A (ko) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180062319A KR20190136508A (ko) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190136508A true KR20190136508A (ko) | 2019-12-10 |
Family
ID=69002809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180062319A KR20190136508A (ko) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 제강슬래그용 분쇄조제 조성물 및 이를 이용하는 제강슬래그 분쇄방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20190136508A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113135688A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-07-20 | 金明寓建设集团有限公司 | 一种立磨粉磨钢渣用活性助磨剂 |
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2018
- 2018-05-31 KR KR1020180062319A patent/KR20190136508A/ko unknown
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| CN113135688A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-07-20 | 金明寓建设集团有限公司 | 一种立磨粉磨钢渣用活性助磨剂 |
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