KR910008139B1 - 개량 철강슬래그 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

표 9명의 명칭]

개량 철강슬래그 및 그 제조방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 제철슬래그와 제강슬래그 등의 철강슬래그를 개량하는 개량 철강슬래그 및 그 제조방법에 관한 것이다. 다시 말하자면, 본 발명은 고로슬래그 등의 제철슬래그와 제강슬래그의 분화방지와 물과 접촉할 때에 일어나는 황탁수의 방지에 유효하게 개량되는 개량 철강슬래그 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 기술에서, 염기도(CaO/SiO₂중량비)가 약 1.5이상의 슬래그인, 제강슬래그 특히 스텐레스 철강슬래그는 그의 냉각과정에 있어서 2CaO·SiO₂의 상전이(相轉移)에 의해 α형상에서 α^-형으로 전이한 다음 γ형 또는 β형으로 전이하는 성질을 갖는다. 다수의 경우, 슬래그가 α^-형에서 γ형으로 전이할 때 약 14％의 체적 팽창을 수반한다. 주지된 바와 같이 이것은 슬래그가 미세입자로 분화되어 먼지가 되는 원인이 된다.

이 분화현상이 작업환경을 악화시키고 또한 슬래그의 이용을 방해한다. 이것은 스테인레스강 제조자에게는 슬래그 처리에 대한 중대한 문제이다.

이 슬래그의 분화를 방지하여 고화시키는 것은, 배출슬래그를 도로공사 등의 토목용 골재로서 유효하게 2차 재료로 이용할 수 있는 것이므로, 스테인레스강 제조자에게 여러 해 동안 계속되는 문제가 되고 있다.

슬래그의 분화를 억제하는 방법으로서는 다음의 방법이 알려져 있다.

① 잔류슬래그 배출시에 슬래그를 수쇄(水碎)하여 유리화하는 방법;

② CaO·SiO₂를 주체로 하는 염기도 1.5이하(실질적으로 슬래그 조성에 따라 다소 변화함)의 슬래그로 개량하는 방법.

③ 밀도 변화가 커다란 α^-형상에서 γ형상으로의 상전이를 억제하고, α^-형상에서 β형상으로의 상전이를 촉진시키는 방법.

그러나, ①의 방법에는 수쇄시에 슬래그 배출시에 수반되는 용융금속에 의한 수증기 폭발이 발생할 우려가 있고, 수쇄된 유리는 연질의 재료이므로 토목용 골재 용도로서의 충분한 강도가 있는 것을 얻을 수 없다. 따라서, ①의 방법을 부분적으로 시험을 하였지만, 아직 실용화가 되고 있지 않다.

②의 방법에는, 현재 SiO₂계 개질제로서 시판되고 있는 것도 있는데, 용융슬래그에 대하여 실질적으로 약 20％와 같은 대량의 SiO₂가 필요하므로 투입설비, 교반설비를 설치할 필요가 있다. 더구나 첨가에 수반하는 용융슬래그의 온도 저하에 따른 슬래그의 점성증가를 일으켜 작업성 및 비용면에서 부적당하다.

③의 방법 즉 α^-형상에서 β형상으로의 상전이에 대하여는, 상당히 오래 전부터 연구가 되어 왔으며, 여러 종의 방법이 제안되어 있는데, 이 방법 중의 하나는 현재의 경우 가장 유효한 동시에 확실한 방법으로서 제안되어 있다[슬래그 가운데 Si^4＋이온보다 지름이 작은 B^3＋에 의해 Si^4＋를 치환하는 방법, 일본국 특허 공개 제 43690/1978호, 가와데쓰기법 Vol.18, No.1(1986) 20∼24].

그러나, 상기한 종래의 붕소계의 슬래그 분화방지제는 미분말상이며 그리고 그 자체가 함수물이므로 용융슬래그와 접촉하는 때에 탈수/기화반응이 발생한다. 이 결과로서, 슬래그 분화방지제의 날림(blowing) 현상이 발생하여 작업환경을 극도로 악화시키고 때때로 작업에 위험을 수반한다. 따라서, 작업의 조작이 매우 곤란하게 된다.

더구나, 슬래그 분화방지제의 종래의 붕소계는 슬래그와 화학조성과 성질이 상당히 상이하므로, 용융슬래그에 대하여 점성과 밀도의 차이가 쉽게 발생할 수 있다. 즉 슬래그와 슬래그 분화방지제 사이의 친화성이 충분하지 않고, 그것에 의하여 확산/혼합 능력이 불충분하다. 그러한 단점의 결과로서, 슬래그 분화방지제의 붕소계는 상당한 제안이 나와 있지만 실제 조업에 사용은 할 수가 없다.

제2의 문제가 고로슬래그 같은 제철슬래그 또는 제강슬래그에서 일어나는데, 비 또는 홍통의 물 등과 슬래그가 접촉한 때에 이른바 "황탁수"의 발생이 일어난다.

주지된 바와 같이, 고로슬래그 같은 서냉된 슬래그는 여러 가지 골재, 특히 밸러스트(ballast)로 부르는 도로용 로반재(路盤材)로 널리 사용되고 있다.

그러나, 만약 슬래그안에 포함된 유황비율이 높으면, 그의 사용조건과 사용방법의 실수가 슬래그와 접촉하는 물에 의하여 황탁수와 황화수소의 냄새를 발생시킬 것이다. 특히 그러한 문제가 없는 도로용 구조를 위한 슬래그 품질을 확보하기 위하여, 슬래그가 황탁수와 황화수소의 냄새를 발생시키지 않게 규격화되어야 된다. 이 사실을 평가하기 위하여, 착색판정시험이 채용되었고, 슬래그는 이 시험을 만족하여야 한다(JIS A5015 : 소화 60년 11월 1일 공시).

황탁수 발생의 현상은 슬래그 안에 주요 부분으로서 함유되어 있는 황화칼슘(CaS)의 형으로 포함하고 있는 유황(S)의 용출로부터 발생하고, 가수분해 과정을 거쳐 황색의 다유황물(CaSx)이 생성하기 때문이라고 생각된다. 황탁수의 발생을 방지하는 종래의 방법은 예로서 다음의 방법이 있다.

① 슬래그가 안정화될 때까지 물과 공기에 의하여 산화가 되는 슬래그를 시효(aging)하는 방법.

② 용융슬래그에 산화제를 첨가하는 방법.

③ 슬래그의 표면을 안정화시키기 위하여 CO₂로 처리하는 방법.

④ 슬래그의 냉각속도를 올리는 방법.

①의 방법에서는 시효처리를 위해서는 거의 1∼3개월이 걸리고 광대한 저장공간이 필요하다.

②의 방법에서는, 용융슬래그 가운데에 고차(high degree)의 산화철을 첨가하는 방법, 또는 산소를 포함하는 가스 예를 들면 공기를 첨가하는 방법 같은 여러 가지 방법을 열거할 수 있다. 그러나 반응에 의하여 독성의 SO₂가스가 발생하므로 이 방법은 바람직하지 않다. 더구나, 이 방법으로는 황탁수의 발생을 충분하게 방지할 수 없다.

③의 방법에서는, 슬래그의 표면은 안정화될 수 있지만 용융된 유화물이 압력의 변화시에 파쇄될 때 파단면에서 재용출이 발생하는 단점이 있다.

④의 방법에서는, 포함된 유황성분의 삼출을 방지하기 위하여 용융슬래그를 퇴화, 확산 및 급냉에 의하여 유리화를 준비하는 방법이다. 그러나 ④에서는, 강도의 약화가 불가피하고 또한 유리질을 형성시키기 위해서는 특정점도 이하로 입자화시킬 필요가 있고, 미세한 골재로서는 사용가능하나 조대한 골재로서의 이용은 매우 곤란하다는 문제가 있다.

황화물을 고정하기 위해서 유효성분으로서 철, 마그네슘 또는 아연을 첨가하는 방법이 제안되어 있지만, 이 방법은 높은 비용과 불충분한 효과 때문에 실제사용에는 사용되지 않는다.

따라서 현재 슬래그에 시효를 가하는 ①의 방법이 황탁수 발생을 방지하기 위해 이용할 수 있는 방법이다.

상기 설명에서 명확하게 알 수 있는 것처럼, 본 발명은 산업적으로 저비용과 편리한 슬래그처리제에 의하여 제철과 제강슬래그로부터 황탁수의 발생의 오랜 문제를 극복하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 슬래그의 냉각과정에서 상전이에 의한 체적팽창으로부터 발생하는 자기붕괴에 의하여 슬래그가 붕괴되는 문제를 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 발명자는 붕소를 유효성분으로 하는 물질에 의한 제강슬래그 또는 제철슬래그의 개량을 연구하였고, 그 물질의 글라스 또는 소결체가 현저하게 슬래그를 개량할 수 있고, 그것에 의하여 현저하게 황탁수의 발생을 방지할 수 있다는 사실을 발견하였다. 이 결과로서 본 발명은 달성되었다.

즉, 본 발명은 철강야금시의 부산물인 철강슬래그에 관한 것인데, 이 슬래그는 B₂O₃형으로 적어도 0.15중량％의 붕소 성분을 함유하여, 용융슬래그의 냉각과정에서 슬래그의 분화와 슬래그와 빗물간의 접촉시에 일어나는 황탁수의 발생에 대한 내성을 가지는 것을 특징으로 하는 개량된 철강슬래그에 관한 것이다.

또, 본 발명은 고로, 전로 또는 제강로의 조업에 의한 부산물인 용융상태의 철강슬래그에 대하여, B₂O₃형으로 적어도 10중량％의 붕소를 유효성분으로 포함하고, 소결되고 유리화된 열처리재(이하, 붕소함유 열처리재)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 개량된 철강슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 개량된 철강슬래그는 B₂O₃형으로 적어도 0.15중량％의 붕소 성분을 함유하여야 한다.

도한, 본 발명에 의한 개량된 철강슬래그는 붕소를 포함하는 열처리재를 용융된 철강슬래그에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법에 의하여 제조할 수 있다.

이 경우에는 붕소함유 열처리재는 그 성질상 붕소함유량이 비교적 높은 것이 바람직하며, 다수의 경우에서 B₂O₂형으로서 약 10중량％이상, 바람직하게는 약 20중량％이상을 포함한다.

상기 형태의 열처리재로서는, 천연 또는 합성 알카리붕산염, 알카리토류금속붕산염, 붕규산 같은 2성분계 붕산염을 주성분으로 하는 재료; 알카리붕규산, 알카리토류금속붕규산 같은 3성분계 붕규산을 주성분으로 하는 재료; 알루미노-붕규산을 주성분으로 하는 재료;붕소, 실리콘, 알카리금속과 알카리토류금속의 4성분을 주성분으로 하는 재료가 있다.

붕소함유열처리재는 상기 주성분을 소결체 내지 유리화물로 하여 적어도 80중량％이상 함유하는 것을 의미하고, 이 경우에 B₂O₃로서 적어도 10중량％이상, 바람직하게는 20중량％이상을 유효성분으로 함유하는 것이다.

따라서, 다른 성분은 최대 20중량％까지 함유하는 것을 허용하고, 열처리재의 제조시, 주로 원료의 사정상 불가피하게 혼입되는 것, 또는 그 물질의 물성, 예컨대 융점, 연화점, 점도 또는 표면장력 등을 조정하는 성분 또는 황화물로서 고정화할 수 있는 성분이다.

그러한 성분으로서는 Na₂O, K₂O, Li₂O, CaO, MgO, BaO, SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, MnO₂, ZnO, P₂O₅, CaF₂또는 이들 성분을 포함하는 것들을 열거할 수가 있다.

상기 설명한 것들에서, 알카리금속붕산염을 주성분으로 하는 물질로서는 다음의 일반식 Me₂O·nB₂O₃(여기서 Me는 Li, K와 Na로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 알칼리금속원소를 나타내고, n은 1∼10사이의 몰수범위를 나타낸다)으로 표시되는 것, 알카리토류금속붕산염을 주성분으로 하는 물질로서는 다음의 일반식 MeO·nB₂O₃(여기서 Me는 1종 또는 2종 이상의 알카리토류금속원소를 나타내고, n은 1~5사이의 몰수범위를 나타낸다)으로 표시되는 것, 붕규산을 주성분으로 하는 물질로서는 다음의 일반식 SiO₂·Nb₂B₃(여기서 n은 1∼9사이의 몰수범위를 나타낸다)으로 표시되는 것, 붕규산 알카리를 주성분으로 하는 것으로서는 B₂O₃: 10∼80 중량％, SiO₂: 5∼70중량％, Me₂O : 2∼20중량％(그러나, B₂O₃＋SiO₂＋Me₂O

80중량％) 그리고 나머지 : 0∼20중량％ 범위의 것, 알카리토류금속 붕규산을 주성분으로 하는 것으로서는 B₂O₃: 20∼80중량％, SiO : 10∼60중량％, Me₂O : 5∼40중량％(그러나, B₂O₃＋SiO＋Me₂O％80중량％), 나머지 : 0∼20중량％ 범위의 것, 알루미노-붕규산을 주성분으로 하는 것으로서는 B₂O₃이미 20∼60중량％, SiO₂: 5∼50중량％, Al₂O₃: 2∼20중량％, Me_2/nO : 5∼50중량％(여기서 Me는 알카리금속 또는 알카리토류금속을 나타내고, n은 원자가를 나타낸다. 그러나 B₂O₃＋SiO₂＋Al₂O₃＋Me_2/n

80중량％)과 나머지 : 0∼20중량％ 범위의 것, 4성분계의 붕소함유물질을 주성분으로 하는 것으로서는 B₂O₃: 20∼60중량％, SiO₂: 20∼50중량％, Me₂O : 3∼20중량％, MeO : 5∼35중량％ 범위의 것이 실용상 바람직하다.

그 이유는 붕소를 함유하는 열처리재가 용융슬래그 안에서 신속히 용해하여 확산하는 것이 필요하지만 본 발명에 있어서의 상기 조성의 붕소함유물질은 융점 또는 연화점이 약 1100℃이하, 바람직하게는 700∼1050℃의 범위에 있고 이 물질의 열처리재가 용융슬래그의 온도에서 용이하게 용해하여 확산할 수 있는 조성이기 때문이다.

여기서 붕소 함유 열처리재는 상기와 같은 붕소를 주성분으로 하는 물질을 가열처리하여 가공된 소결체 또는 유리화물을 의미한다. 따라서, 소결체, 유리화물 또는 그들의 혼합물은 붕소를 함유하는 열처리된 재료를 포함하고, 유리화물은 특히 본 발명에서의 사용에 바람직하다. 유리화는 유리화물을 X-선 분석을 하였을 때 특정의 분석선강도를 명확하게 정의할 수 없는 정도까지 비정질화(amorphous)를 만드는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 붕소 함유 열처리재는 분쇄하여 사용하고 있으나 조대하게 분쇄된 것이어야 한다.

따라서, 많은 경우에, 크기가 0.1mm이상부터 주먹크기의 괴(mass) 또는 귤렛(cullet) 정도의 범위에 있는 입자를 사용할 수 있고, 특히 0.1∼50mm의 입자분포가 90％이상 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 조대하게 분쇄된 처리재가 요구되는 이유는 만약 입자 크기가 0.1mm이하이면 용융슬래그에 첨가하는 방법의 상태에 따라 처리재가 용융슬래그 안에 원활하게 용융되지 못하게 하는 응축현상이 미세입자 사이에서 발생하기 때문이다. 더구나, 때때로 비용해괴가 발생하고 또는 분진 발생현상이 용광로안으로 첨가할 때에 발생한다.

반대로, 만약 조대하게 분쇄된 처리재의 크기가 너무 크다면, 슬래그의 균일한 개량효과는 슬래그내에의 처리재의 첨가에 의해 발생하는 교반효과에 의하여 바람직하게 얻을 수 있다. 그러나, 만약 괴의 크기가 주먹 또는 귤렛의 크기를 초과한다면 비용융된 부분이 발생할 것이다.

그러므로, 슬래그처리재를 첨가한 후에 용융슬래그와 빠른 용해, 확산 및 혼합 효과를 향상하기 위하여 만약 필요하다면 보조제를 상기 설명한 슬래그 처리제와 혼합할 수 있다.

그러한 보조제는 가열에 의해 탈수 및/또는 탈탄소 반응이 발생되는 분말이다. 상기 설명한 형태의 분말로서는 다음의 재료 : 점토, 활성백토, 규조토 같은 규산알루미늄; 벤토나이트, 퍼얼라이트와 제올라이트와 같은 다른 규산알루미늄; 석회석, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 또는 바륨탄산염 같은 탄산염 또는 중탄산염 또는 붕사, 커어나이트, 울렉사이트, 회붕광 같은 붕산염에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 재료를 열거할 수 있다.

상기 설명한 보조제의 첨가량은 분화방지제의 첨가형태와 방법, 용융슬래그의 성질과 상태에 따라 다르지만 분화방지제에 대하여 30중량％까지, 바람직하게는 5∼15중량％의 범위내이다.

보조제의 입자크기는 분화방지제의 입자크기 보다 작은 것이 바람직하고, 이는 입자크기가 분화방지제의 하한치보다 작은 것이 바람직하다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 슬래그처리제는 유효 성분으로서 붕소를 함유하는 재료를 혼합하고, 이 혼합된 재료를 가열하여 소결 또는 용해한 다음 냉각 및 분쇄하여 만들어질 수 있다.

붕소원료로서는 붕산과 붕산나트륨, 회붕광(Ca₂B₆O·5H₂O), 울렉사이트(NaCaB₅O₉·8H₂O), 붕산(Na₂B₄O₇·10H₂O), 그리고 커어나이트(Na₂B₄O₇·4H₂O)같은 붕산염광물 등이 있다. 알카리원료로서는 가성알카리, 탄산알카리, 중탄산알카리 등이 있다. 알카리토류금속원료로서는 탄산염, 수산화물, 그리고 알카리토류금속의 산화물이 있다. 실리콘 원료로서는 규사, 규석, 규조, 합성실리카, 슬래그, 점토류 등이 있다. 그 외의 원료로서는 Fe₂O₃, Al₂O₃, MnO₂, P₂O₅, 불화물 또는 이들 원료를 포함하는 원료 등이 있다.

상기 원료를 상기 설명한 비율이 되도록 적당하게 선택하고 혼합하여 소망의 용해로 또는 소성로에 투입하여 가열/용융 또는 소성한다. 다음에, 그렇게 열처리된 재료를 냉각후 입자크기를 조절하여 소정의 제품을 얻는다.

열처리 조건은 특히 한정하는 이유는 없지만, 붕소함유원료중의 결정수 또는 부착수의 실질적인 탈수는 물론 원료의 입자가 소성에 의해 서로 소결하는데 필요한 온도이상이어야 하며, 이는 원료의 조성에 따라서 다르므로 소망의 열처리 장치에 대응하여 설정되면 좋다.

유리화하는 경우에 있어서, 가장 실용적인 용융액체의 냉각방법은 용융액체를 출탕하고 압력수를 가해서 분쇄하여 모래 형상의 유리 형태로 회수하는 것이다. 다른 방법으로서는 출탕되는 용융액체를 벨트콘베이어 위에 위치하여 물 또는 공기에 의해 냉각하여 귤렛의 형태로 회수하는 것이다.

다음에, 건조 후에 입자크기를 조절하고 부착수를 제거한다. 그러나, 수쇄된 재료의 경우에서, 분쇄와 스크린에 의한 입자조정은 반드시 필요한 것은 아니다. 단순히 건조만 된 재료는 그 자체로서 제품일 수도 있다. 따라서, 필요에 따라 입자의 크기를 조정할 필요가 있다. 소결된 재료는 통상적인 분쇄기로 입자의 크기를 조정할 수 있다.

이 경우에서 필요하다면 상기 설명한 보조제를 혼합할 수 있다.

본 발명에서 대상으로 하는 슬래그는 물과 접촉한 때에 소위 황탁수의 발생이 일어나는 염기성 규산 칼슘을 주성분으로 하는 슬래그이고, 일반적으로는 염기도(CaO/SiO₂중량비)가 적어도 1.3, 통상 1.5∼3.5사이의 범위 안에 있는 것이 바람직한데, 예를 들면 고로슬래그, 스테인레스강 등의 제강슬래그 또는 전로슬래그 등이다.

슬래그의 양에 대하여 첨가하는 슬래그처리제의 양은 처리재의 조성, 성질과 슬래그의 조성에 따라서 일정하지 않다. 슬래그 분화방지 또는 황탁수 발생방지의 목적을 위하여 B₂O₃의 형으로 적어도 약 0.15중량％, 개량슬래그의 내구성을 고려하면 0.3중량％이상이 바람직하다.

이에 대한 이유는 약 0.15중량％미만의 경우에는 황탁수의 발생 또는 분화발생의 방지에 불충분하다. 반대로 상한선은 특히 한정할 필요가 없다. 많은 경우에, 경제적 이유 또는 용융금속의 영향을 고려하여 당연히 한정하고 있다. 따라서, 실용적인 관점으로부터 바람직한 범위는 0.3∼1.5중량％이다.

슬래그를 개량하는 경우, 종래의 고로 또는 제강로의 작업조건을 어느 특별한 변화없이 본 발명에 따른 슬래그처리제를 이용하여 용융금속의 존재 또는 부재의 용융슬래그 중에 슬래그처리제를 첨가함으로써 성질을 향상시킬 수 있다. 이것이 커다란 장점을 발생시키는 것을 이해할 수 있다.

따라서 용융슬래그를 홈통을 통하여 고로로부터 운반할 때, 홈통의 소망위치에 투입구를 설치하여 슬래그처리제를 첨가하는 경우, 슬래그처리제는 운반차에 의해 홈통에 설치된 댐(dam)으로부터 운반되는 때에 또는 용융슬래그와 함께 운반되는 때에 첨가된다.

스테인레스강 등의 제조의 경우에서도, 스테인레스강이 전기용해로부터 래들에까지 출탕할 때, 또는 용융된 슬래그가 슬래그스풋에서 제거될 때, 상기 설명과 비슷하게 슬래그처리제를 첨가한다.

이 경우, 용융슬래그에 슬래그처리제를 첨가하는 방법은 슬래그처리제의 필요성인 슬래그에로 빠르게 용해하고 확산하여야 하는 조건을 만족하면 특별하게 제한하지는 않는다.

예를 들면, 용융금속의 존재 또는 부재에서 슬래그처리제를 그대로 용융슬래그에 첨가하는 방법, 공기압력하에 슬래그처리제를 용융슬래그에 첨가하는 방법, 포장되어 있는 슬래그처리제를 용융슬래그에 투입 또는 첨가하는 방법, 그리고 슬래그처리제를 이미 존재시킨 가운데 용융슬래그를 투입하는 방법 등이 있을 수 있다.

만약 슬래그처리제를 용융금속의 존재하에 첨가한다면, 용융금속에로의 붕소의 혼입 등의 영향은 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작다. 이것은 본 발명에 따른 슬래그처리제의 적용에 유리한 사실이 된다.

따라서, 슬래그처리제의 첨가는 상기 영향이 고려되는 경우에 한하여 슬래그스풋에 방출할 때에 행해진다. 다른 경우에서는 슬래그 용융액체의 점도가 비교적 작으므로 고온에서 유지되는 용융금속의 존재하의 슬래그에 슬래그처리제를 첨가하는 것이 슬래그처리제의 용해와 확산이 빠르게 수행될 수 있고, 이 결과로서 슬래그의 개량이 균일해지므로 합리적이다.

만약 슬래그스풋으로 첨가하는 경우에, 용융슬래그의 점도가 높아져 슬래그처리제의 용해와 확산이 불충분하게 될 우려가 있는 경우에는 필요에 따라 슬래그의 재가열과 확산을 조장하는 보조제를 첨가한다.

따라서, 본 발명에 있어서는 슬래그처리제를 용융슬래그에 첨가한 후에 빠른 용해와 확산의 목적을 위하여 어떤 확산수단을 설치하는 것은 실질적으로 불필요하다.

이 결과로서, 첨가 후는 통상의 방법으로 서냉 또는 급냉하면 개량 철강슬래그를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 개량된 철강슬래그로부터 얻은 개량 효과는 예상을 초월하였는데, 이는 물과 접촉할 때에 황탁수가 실질적으로 발생하지 않는다는 것이고 또한 이러한 슬래그가 갖는 상변화에 따른 분화를 동시에 억제할 수 있는 내분화성을 가진 슬래그로 개량된 것이다.

그러므로, 상기 설명한 형태의 개량된 슬래그는 밸러스트와 인공석재로서 효과적으로 사용할 수 있고, 각종의 토목건설용 자재로서 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 개량 슬래그의 미세분쇄물은 슬래그의 조성에 따라 일정하지 않지만 수경성(水硬性)을 발현하고 내화성을 가지는 시멘트로서도 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명할 것이다.

[실시예 1]

전기로에서의 출탕시에 얻은 용융슬래그에 대하여 표 1의 화학성분을 갖는 5mm 이하의 입자크기의 붕소를 함유하는 모래모양의 글라스분말형의 슬래그처리제(No. 1)(수쇄품)를 10kg 비닐백 내에 포함되어 있는 형상으로 슬래그를 래들로부터 슬래그스폿까지 제거하는 시기에, 표 2에 보여주는 첨가비율로서 첨가했다.

[표 1]

[표 1]

이 처리를 마친 슬래그는 통상의 방법으로 방치하고 냉각하여 MS-25와 같은 입자크기로 조절하여 밸러스트로 하였다.

밸러스트내의 황탁수의 유무는 다음의 평가방법에 따라서 측정하였다. 측정의 결과와 화학성분(중량 ％)을 표 2에 나타내었다.

[표 2]

얻어진 시료 밸러스트 500g을 1500ml의 순수한 물에 넣어서 JIS A5015의 착색판정시험에 따라서 45분 동안 비등(boil)하였다. 여과된 용출액을 색이 존재하는 착색표준액을 참고로 하여 시각적으로 시험하기 위하여 비색관 안에서 취하였다. 용출액의 색을 어두움 또는 밝음의 정도, 즉 용출액의 빛깔의 정도를 수식화하기 위해, 표준액과 용출액의 흡광도(absorbance)를 흡광도계로 측정하였다. 측정의 결과는 표 3에 보여지는 것처럼 얻은 황색지수로서 평가하였다.

[표 3]

표 2에서 명확하게 볼 수 있는 것처럼, 슬래그처리제의 첨가에 의해 용출유황량은 감소하고, 그리고 B₂O₃환산량으로 0.20중량％ 이상, 첨가하면 황색지수는 이 실시예에서 0이 되고, 황탁수의 발생은 방지되었다.

[실시예 2]

고로에서 유출하는 용융고로슬래그에 대하여 실시예 1과 비슷한 슬래그처리제를 용융슬래그 1톤에 대하여 3kg, 5kg과 7kg을 첨가했다.

이 슬래그처리제는 로앞에 배치된 캐스팅대(casting bed)내의 슬래그홈통을 경유하여 경사진 홈통으로부터 슬래그 운반수단까지 슬래그 낙하 주입시에 10kg의 비닐백 각각에 포함되어 있는 형태로서 일정한 간격으로 첨가하였다.

이 첨가조작은 이 조작방법에 한정되지 않고, 먼저 슬래그처리제는 슬래그운반수단에 넣어두거나 또는 슬래그를 일정량씩 끊어보내는 장치를 사용하여 슬래그 홈통을 통과하는 용융슬래그의 흐름에 직접 첨가할 수도 있다.

첨가공정을 끝낸 슬래그는 슬래그를 위한 필드까지 운반이 되어 통상의 필드공정(field-process)을 경과하여 냉각하고 입자크기를 조절한다. 이 결과로서, MS-25의 밸러스트를 얻었다.

시료를 각 밸러스트로부터 채취하고, 황색치수를 실시예 1에 따라서 표 2에 보여지는 것과 동일한 방법으로 얻은 결과를 표 4에 나타내었다.

비교의 편리를 위하여, 슬래그처리제를 사용하지 않은 대조예의 결과도 또한 표 4에 나타내었다. 대조예와 비교예의 비교에서, 본 발명의 효과가 중요하다는 것을 명확하게 이해할 수 있다.

[표 4]

한편, 슬래그처리제를 황탁수의 발생방지 등의 목적을 위하여 용융슬래그에 첨가하는 경우에 만약 저장 또는 시효에 의해 고로 밸러스트로부터 황탁수가 다시 발생하거나 로반제로서의 용도를 위한 특성이 지나치게 악화된다면 본 발명은 성공적으로 달성되었다고 말할 수 없다.

따라서, 황색지수와 로반재용도를 위한 특성의 일축압축강도와 시효의 관계를 표 4에 보여주는 밸러스트를 사용하여 JIS A5015에 따라서 조사하였다. 결과는 표 5에 나타내었다.

[표 5]

표 5에서 명확하게 볼 수 있는 것처럼, 본 발명의 실시예를 대조예와 비교예의 비교에서, 본 발명의 황색지수는 시효를 행하지 않고도 전혀 문제를 보여주지 않았고, 일축압축강도에 있어서도 또한 대조예에 비하여 완만한 쇠퇴를 보여주는 것 같은 방법으로 우수한 결과를 보여준다.

[실시예 3]

표 6에 보여주는 각종 성분의 붕소를 함유하는 2성분계 열처리재를 슬래그처리제로 하여 용융슬래그에 첨가하여 개량된 슬래그를 제조하고, 황탁수의 유무를 측정하였다.

[표 6]

즉, 상기 설명한 슬래그처리제를 제강전기로에서의 출탕시에 실시예 1과 동일한 방법으로 슬래그를 래들로부터 슬래그스폿까지 제거하는 시기에 폴리백 안에 포함되어 있는 소정량(B₂O₃으로서 0.3∼0.4중량％)을 용융슬래그에 각각 첨가한다. 이 개량처리를 끝마친 슬래그를 통상의 방치/냉각처리를 하고, MS-25정도의 입자로 조절하여 밸러스트로 하였다.

얻어진 밸러스트로부터 황탁수, 발생의 유무를 실시예 1과 비슷한 평가방법으로 측정하였다. 각 슬래그처리제를 사용하여 얻은 밸러스트는 0.5 이하의 황색지수를 갖는 밸러스트로 개량되었다. 반대로, 슬래그처리제를 첨가하지 않은 밸러스트는 황색지수가 5이었다. 개량된 밸러스트의 화학성분의 개략은 다음의 표에 표시된다.

[표 7]

[실시예 4]

표 8에 보여주는 성분의 다성분계 붕소를 함유하는 열처리재를 사용하여 실시예 1과 동일하게 개량된 슬래그를 제조하였다.

[표 8]

주 : No. 1은 0.1∼5mm의 소결물, No. 2∼5는 글라스분쇄물, No. 2는 귤렛, 나머지는 모래 형상글라스 분말

즉, 상기 설명한 슬래그처리제를 제강전기로에서의 출탕시에 실시예 1과 동일한 방법으로 슬래그를 래들로부터 슬래그스폿까지 제거하는 시기에 폴리백 안에 포함되어 있는 소정량(B₂O₃으로서 0.3∼0.5중량％)을 용융슬래그에 각각 첨가한다. 이 개량처리를 끝마친 슬래그를 통상의 방치/냉각처리를 하고 MS-25정도의 입자로 조절하여 밸러스트로 하였다.

얻어진 밸러스트로부터 황탁수 발생의 유무를 실시예 1과 동일한 평가방법으로 측정하였다. 각 슬래그처리제를 사용하여 얻은 밸러스트는 0.5이하의 황색지수를 갖는 밸러스트로 개량되었다. 반대로, 슬래그처리제를 첨가하지 않은 밸러스트는 황색지수가 5이었다. 개량된 밸러스트의 화학성분의 개략은 표 7에서 보여주고 있다.

[실시예 5]

(슬래그의 내분화성 시험)

스테인레스강을 제조하기 위한 전기로(용량 : 30톤)에 출탕되는 슬래그[염기도(CaO/SiO₂= 2.10)]를 래들로부터 슬래그스폿까지 제거할 때 실시예 1∼4에서 사용했던 각 슬래그처리제의 시험시료 10kg을 넣은 각각의 폴리비닐백을 동시에 30kg까지 투입하였다. 그렇게 투입된 슬래그를 방치 냉각하여 고화시킨 후에 온도가 상온에 도달할 때까지의 반응을 관찰하였다.

시험조건은 다음의 표 9와 같다 :

[표 9]

각 시험시료의 첨가시에 어느 시험에 있어서도 분진 및 가스의 발생은 전혀 보이지 않았고, 첨가조작은 안전하게 처리할 수 있다. 슬래그스폿에의 슬래그 투입시에는 양호한 확산과 혼합이 얻어졌다.

시험 후 각 슬래그를 상온에서 방치한 후에, 슬래그의 상황을 관찰하였다. 시험번호 1∼10의 슬래그는 어떤 자연붕괴나 분화현상을 보이지 않았다.

반대로, 슬래그처리제를 첨가하지 않은 시험번호 11∼13의 통상의 슬래그는 냉각할 때 자연붕괴와 분화가 되었다.

시험에서 사용한 슬래그의 분석치(중량％)의 개략은 다음과 같다 :

시험번호 CaO SiO₂MgO Al₂O₃

1∼13 48∼55 22∼28 9∼13 9∼15

각 시험에서, 시험시료의 투입에 의한 분진발생현상은 관찰되지 않았고, 시험시료는 용융된 슬래그 위에서 순간적으로 비산과 유동을 하였다. 슬래그를 상온에서 방치한 후에 상황을 관찰하였다. 자연붕괴는 관찰되지 않았다. B₂O₃의 0.38∼0.50중량％의 사용에 의해 뛰어난 효과를 얻을 수 있다는 것이 발견되었다.

[발명의 효과]

본 발명에 따른 개량된 제강슬래그는 철강제조산업분야에서 오랫동안 문제가 되었던 분화현상 또는 황탁수의 발생을 실질적으로 방지할 수 있는 제강슬래그이다.

따라서, 개량된 슬래그는 토목공학재료의 다변화를 위해 사용되는 밸러스트 또는 인조석재에 유용하게 적용할 수 있다.

또한 개량된 슬래그의 미세분말은 그의 수경성(hydraulicity)과 내화성 때문에 유익한 시멘트 재료로서 효과적으로 사용할 수 있다.

Claims (7)

1. 철강야금시의 부산물인 철강슬래그에 있어서, 1.5∼3.5의 염기도 CaO/SiO₂(중량비)를 가지는 상기 슬래그에 B₂O₃의 형으로 0.3∼1.5중량％의 붕소를 함유시켜 용융슬래그의 냉각과정에서의 분화 또는 빗물과 상기 슬래그의 접촉시에 일어나는 황탁수의 발생에 대한 내성을 가지는 개량된 철강슬래그.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬래그는 고로슬래그, 전로슬래그 또는 제강로슬래그의 어느 하나인 개량된 철강슬래그.
3. 고로, 전로 또는 제강로의 조업동안 철강야금시에 발생하는 부산물인 용융상태의 슬래그에 소결 또는 유리화된 B₂O₃형으로서 적어도 10중량％의 붕소를 함유하고 있는 열처리재를 첨가하고, 그후 상기 슬래그를 냉각하는 개량된 철강슬래그의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 붕소를 함유하는 상기 열처리재는 상기 용융슬래그에 대하여 B₂O₃형으로 0.3∼1.5중량％를 첨가하는 개량된 철강슬래그의 제조방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 붕소를 함유하는 상기 열처리재는 출탕 또는 용융된 철강슬래그의 제거시에 상기 용융 슬래그에 첨가하는 개량된 철강슬래그의 제조방법.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 붕소를 함유하는 상기 열처리재는 최대 1100℃의 연화점 또는 융점을 가지는 개량된 철강슬래그의 제조방법.
7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 붕소를 함유하는 상기 열처리재는 0.1mm에서 주먹크기의 귤렛까지의 크기로 분쇄된 조대분쇄재료인 개량된 철강슬래그의 제조방법.