KR970010292B1 - 용융된 액상슬래그로부터 건축 및 토목용 자재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 용융상태인 액체상태의 고로슬래그를 처리하여 고강도의 건축 및 토목용 등의 건자재를 제조하기 위한 제조방법에 관한 것이다.
제철공장에서 철광석, 생석회, 코오크스등을 가하여 고로에서 약 1500℃ 정도로 가열하여 선철을 제조하고 철의 용탕위에 분리되는 액상고로슬래그는, 철강을 제조할때에 생성되는 전로슬래그, 고철을 용융환원하여 철강을 제조할때 생성되는 산화슬래그, 구리, 아연등의 금속을 제련하면서 부생되는 슬래그등으로 고온의 로에서 원광, 고철, 선철 중의 불순물이 주성분인 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3)등과 생석회(CaO), 산화마그네슘(MgO)와 결합하여 철강 및 금속의 용탕위에 뜨게되어 분리되며 이들 각종슬래그(광재)이 발생량이 막대하므로 이의 처리문제가 심각한 실정이다.
이와 같은 제련과정에서 부생되는 슬래그는 석회 알카리성의 산염 폐기물로서 특히 제철공장에서 발생되는 고로슬래그는 물로 급냉하여 수쇄슬래그로 만들어 시멘트를 제조하는데 사용하기도 하며, 공기중에서 서서히 냉각시킨 서냉슬래그(괴재)는 매립용, 골재, 비료등으로 일부 재활용되기도 한다.
그러나 대부분의 슬래그는 회수하여 활용하지 못하고 산업폐기물로서 폐처리하여야 하는데 이로 인하여 슬래그 발생업체로서는 막대한 경제적인 부담과 손실을 초래하고 주위의 환경오염을 유발하는 문제점이 있게 된다.
아울러 제련과정에서 발생되는 용융된 액상슬래그는 막대한 열량과 함께 버려지므로서 큰 에너지 손실도 되고 있는 것이다.
본 발명에서는 이와 같이 활용하지 못하고 버려지고 있는 많은 양의 슬래그들을 제련과정에서 발생되는 용융된 상태의 액상슬래그로 회수하여 중화하여 부가가치가 높은 건축, 토목용 자재를 제조하므로서 막대한 양의 부존자원을 절약하고 열에너지를 회수이용함을 물론 산업폐기물인 슬래그로부터 발생되는 환경공해를 말끔히 없애므로서 산업발전에 크게 기여하고져 함에 목적이 있다.
이하 본 발명 제조방법에 대하여 상술한다.
고로 슬래그, 전로슬래그, 산화슬래그, 기타 금속제련슬래그들은 주로 칼슘, 마그네슘의 규산, 알루미늄산염의 고용체로서 칼슘, 마그네슘의 함량이 보다 많으면 다음 반응식에서 보여지는 바와 같이 공기중에서 수분과 공기, 탄산가스에 의해 풍화가 되어 자연파괴 되기도 한다.
본 발명은 용융된 액상으로 회수한 슬래그에 과잉으로 존재하고 있는 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)을 중화시키기 위하여 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3)와 같은 산성물질을 가하여 CaO·MgO·SiO2·Al2O3계의 중성염의 결정성 요업체를 형성한 후 함유되어 있는 가스, 불순물을 제거하고 적당한 온도에서 성형, 냉각하여 고강도가 필요한 여러 용도의 건축용 벽돌, 판, 블럭, 타일등과 흄관, 전신주, 파일, 해양구조물로 테트라폿트, 어초등의 토목용 자재를 제조하는데 사용하게 된다.
슬래그 중에 포함된 과잉의 산화칼슘, 산화마그네슘을 중화시키기 위해서는 값싸고 쉽게 다량으로 구할 수 있는 규산질 원료인 규사, 규석, 백토류(함수규산, 알미늄)를 첨가하게 되며 과잉의 염기성물질(CaO,MgO)을 중화하기 위해서는 다음의 보기와 같은 필요한 산화물질(SiO2,Al2O3)의 양을 산출해야 한다.
보기) 먼저 사용하고져 하는 슬래그의 성분을 분석하게 되며 예를 들어 CaO 42%, MgO 8%, SiO234%, Al2O315%의 슬래그의 경우 95% SiO2의 규사를 중화제로 사용할때의 소요량은 다음과 같이 산출된다.
규사소요량 : (58.2-34)÷0.95×1.2=31
따라서 슬래그의 줄량을 100으로 할때 슬래그에 대하여 약 31중량%의 규사(순도는 95%)를 가하여 반응시키면 중성상태의 요업체가 된다.
이때 중화반응을 완결하기 위하여 산출된 소요규사량의 약 20%의 규사를 더 첨가하는 것이 좋다.
용융슬래그중에는 아황산가스, 산화인(P2O5)등의 가스가 소량 함유되어 있어 요업체에 기공이 생기는 요인이 되므로 탈기를 충분히 하기 위하여 용탕을 잘 교반시켜야 한다.
또한 슬래그중에 다량의 철분이나 다른 금속이 함유되어 있으면 중화를 완전히 시킨다해도 요업체가 수분과 공기에 장기간 노출되면 녹이 나거나 금속이 용출되어 요업체가 파손될 우려가 있으므로 슬래그에 대하여 코오크스 1∼10중량%, 염화나트륨 0.1∼5중량%, 염화칼슘 0.1∼5중량%를 가하여 금속으로 환원, 분리회수하고 일부는 염화물로 휘발시켜 제거해야 한다.
FeO+C=Fe+CO
FeO+2Cl=FeCl2(휘발)
이때 염화나트륨, 염화칼슘을 가하면 용탕의 유동상태가 좋아져서 용탕슬래그 중의 가스와 함께 분출을 용이하게 한다.
여기서 불화칼슘(형석) 0.1∼3중량%를 가하면 요업체의 결정을 촉진시키고 소결상태를 좋게한다.
또한 슬래그로부터 다공질인 경량의 단열요업체를 제조하기 위해서는 상술한 중화처리외의 백토류(벤트나이트, 규조토, 지오라이트, 카오린, 납석등)를 가하여 발포시키면 경량체로 제조할 수도 있다.
이때는 백토에 함유되어 있는 결합수(SiO2·Al2O3·χH2O)의 방출에 의해서 발포를 한다. 첨가량은 슬래그에 대한 무게비로 백토 1∼15중량%를 가한다.
슬래그는 용융상태로 완전히 중화한 다음 800∼1200℃로 냉각하여 형틀에서 성형하기 좋게 해야 한다.
성형한 슬래그 요업체는 시간당 150℃ 이하의 냉각속도로 서서히 냉각시키므로서 파손되지 않고 결정생장이 잘 되도록 해야 한다.
[실시예 1]
고로슬래그 용탕에 있어서
규사(순도 95%의 SiO2) 28중량비
염화나트륨 0.2중량비
불화칼슘(형석) 0.7중량비
를 첨가한다.
상기와 같이 액상고로슬래그(CaO 41.28%, MgO 7.05%, SiO233.2%, Al2O312.35%, MnO 0.41%, 강렬감량 1.15%, TiO2, 1.18%, Na2O 0.25%, K2O 0.29%, S 0.7%)에 규사, 염화나트륨, 불화칼슘을 잘 교반하면서 소량씩 첨가하고, 반응이 다 끝난후에는 슬래그용탕중에 함유되고 있는 가스를 잘 교반하여 제거한 다음, 1120℃로 냉각하면서 형틀에서 성형한후 서서히 냉각하여 고강도의 우수한 요업체 벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 흡수율등을 측정하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1과 같은 고로슬래그 용탕에 대한 중량비로써
규석(순도 90%) 30%
규조토 5%
염화나트륨 0.1%
불화칼슘(형석) 0.7%
를 첨가하였다.
이상의 첨가제를 슬래그 용탕에 처음에는 서서히 소량씩 가하여 반응을 완결하고 1000℃로 냉각시킨후 형틀에 성형하여 시간당 200℃ 이하의 냉각속도로 냉각하여 높은 다공질의 경량 단열벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 열전도율등을 측정하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[실시예 3]
산화슬래그에 대한 중량비로써
규석(순도 90%) 32%
불화칼슘(형석) 1.1%
염화칼슘 0.8%
코오크스 4%
를 첨가하였다.
상기와 같이 산화슬래그(CaO 30%, MgO 8%, SiO15%, AlO7%, FeO 30%, MnO 2%, S 2%)에 위의 첨가제를 소량씩 가하여 완전히 중화시키고, 충분히 탈기하여 회수된 철과 분리하여 998℃로 냉각한 후 성형하여 고강도의 요업체 벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 흡수율등을 측정하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[실시예 4]
산화슬래그용탕(실시예 3과 동일시료)에 대한 중량비로서
규석(순도 90%) 32%
염화트륨 0.3%
불화칼슘(형석) 0.9%
백토 8%
코오크스 5%
를 첨가하였다.
상기와 같이 산화슬래그 용탕에 의해 혼합물을 서서히 가열하여 완전히 반응시킨후 1200℃에서 성형, 냉각하여 다음과 같은 물성을 갖는 품질이 우수한 경량단열 벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 열전도율등을 측정하였으며 그 측정된 결과를 표 4에 나타내었다.
[실시예 5]
전로슬래그용탕에 대한 중량비로써
규사(순도 90%) 17%
규석(순도 95%) 3%
염화나트슘 0.2%
불화칼슘(형석) 0.8%
코오크스 5%
를 첨가하였다.
상기와 같은 산화슬래그(CaO 39.4%, MgO 2.7%, SiO28.9%, AlO2.5%, FeO 24.1%, MnO 0.3%, S 0.2%, 강렬감량 0.6%)에 규사 등의 첨가제를 서서히 가하여 반응을 완결하고 1100℃로 냉각한 후 성형, 냉각하여 다음과 같은 물성의 벽돌을 제조하였다. 그 측정된 결과를 표 5에 나타내었다.
[실시예 6]
전로슬래그용탕(실시예 5와 동일시료)에 대한 중량비로써
규사(순도 90%) 33%
백토 7%
염화나트륨 0.3%
불화칼슘(형석) 1.2%
코오크스 6.5%
를 첨가하였다.
상기와 같은 슬래그 용탕에 규사, 백토 등의 혼합물을 소량씩 투입하여 반응을 완결하고 1150℃에 성형, 냉각하여 단열효과가 우수한 경량벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 열전도율을 측정하였으며 측정된 결과를 표 6에 나타내었다.
[실시예 7]
동제련슬래그용탕에 대한 중량비로써
규사(순도 90%) 27%
염화나트륨 0.4%
불화칼슘 0.5%
를 첨가하였다.
상기와 같은 동제련슬래그(CaO 46.9%, MgO 3.7%, SiO30.4%, AlO13.6%, CuO 0.3%, S 0.8%, 강렬감량 1.8%)에 규사 등의 첨가제를 소량씩 첨가하고 중화시킨 다음 1050℃로 냉각한 후 성형하여 서서히 냉각하여 다음과 같은 물성을 갖는 좋은 품위의 벽돌을 제조하였다. 그 측정된 결과치를 표 7에 나타내었다.
[실시예 8]
아연제련슬래그 용탕에 대한 중량비로써
규사(순도 95%) 26%
염화나트륨 0.1%
불화칼슘(형석) 0.3%
코오크스 5%
를 첨가하였다.
상기와 같은 아연제련슬래그(CaO 45.7%, MgO 4.6%, SiO33.5%, AlO11.9%, ZnO 0.9%, S 0.4%, 강렬감량 1.2%)에 규사등 첨가제를 서서히 가하여 완전히 중화하고, 잘 교반하여 탈기시킨 다음 1030℃로 냉각하여 성형하여 서서히 냉각하여 강도 높은 벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 흡수율등을 측정하였으며 그 측정 결과를 표 8에 나타내었다.
[실시예 9]
스테인레스스틸제련슬래그용탕에 대한 중량비로써
규사(순도 90%) 28.5%
염화나트륨 0.15%
를 첨가하였다.
상기와 같은 스테인레스스틸제련 슬래그 용탕(CaO 45.3%, MgO 8.5%, SiO32.4%, AlO4.8%, FeO 0.7%, CrO0.5%, MnO 0.3%, CaF6.2%)에 규사, 염화나트륨, 불화칼슘을 용탕을 교반하면서 첨가하고 충분히 탈기 한 다음 1260℃에서 성형하여 회색의 고 강도 요업체 벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 흡수율등을 측정하였으며 그 측정된 결과를 표 9에 나타내었다.
[실시예 10]
규망합금철 제조 슬래그 용탕에 대한 중량비로써
규사(순도 90%) 24%
염화나트륨 0.2%
불화칼슘(형석) 0.2%
를 첨가하였다.
상기와 같은 규망 합금철을 제조하고 회수된 슬래그 용탕(CaO 23.8%, MgO 4.7%, SiO38.6%, AlO18.3%, MnO 11.4%, 감열감량 0.2%)에 규사, 염화나트륨, 불화칼슘 등의 첨가제를 서서히 가하여 중화반응을 완결한 다음 1210℃에서 결정 생장을 촉진시키고 형틀에 성형하여 서냉하여 품질좋은 요업체 벽돌을 제조하였다. 이 벽돌의 강도와 흡수율등을 측정하였으며 그 측정된 결과를 표 10에 나타내었다.
Claims (2)
- 철강 및 금속 제련 과정에서 부생되는 슬래그를 용융상태의 액상으로 분리회수하고, 상기 슬래그에 대한 중량비로서규사 1∼45%규석 1∼50%불화칼슘(형석) 0.1∼7%염화나트륨 0.1∼5.5%염화칼슘 0.1∼6%코오크스 1∼10%를 가하여 잘 저으면서 슬래그의 염기성을 완전히 중화시키고 850∼1350℃에서 CaO, MgO, SiO2, Al2O3계의 중성염의 결정생장을 촉진 후 형틀에서 성형하여 시간당 150℃ 이하의 냉각 속도로 냉각하므로써 고 강도의 건축, 토목용 자재를 제조함을 특징으로 하는 액상슬래그로부터 건축, 토목용 자재의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 슬래그에 대한 중량비로서 백토 1∼15%를 가하여 슬래그를 발포시키게 됨을 특징으로 하는 액상슬래그로부터 건축, 토목용 자재의 제조방법.
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| KR1019950003649A KR970010292B1 (ko) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 용융된 액상슬래그로부터 건축 및 토목용 자재의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960031384A KR960031384A (ko) | 1996-09-17 |
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| KR1019950003649A KR970010292B1 (ko) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 용융된 액상슬래그로부터 건축 및 토목용 자재의 제조방법 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101321239B1 (ko) * | 2011-03-24 | 2013-10-28 | 한국건설생활환경시험연구원 | 철강용융 슬래그를 활용한 건축마감용 고품질 석재 제조방법 |
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| CN102249731B (zh) * | 2010-09-27 | 2013-10-23 | 山东焦化集团有限公司 | 利用熔融炉渣生产泡沫材料的方法 |
-
1995
- 1995-02-24 KR KR1019950003649A patent/KR970010292B1/ko not_active IP Right Cessation
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