KR101461581B1

KR101461581B1 - 제강 부산물을 이용한 조성물 및 이를 포함하는 성형체 제조방법

Info

Publication number: KR101461581B1
Application number: KR1020120110533A
Authority: KR
Inventors: 임목
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: KR20140044503A

Abstract

본 발명은 제강 부산물을 이용한 조성물로서, 제강 공정의 부산물 혼합원료, 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말을 포함하고, 상기 부산물 혼합 원료는 더스트, 스케일 및 슬러지 중 적어도 2 이상을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 이용하여 성형체를 제조함으로써, 래들슬래그와 산화칼슘계 분말의 반응에 의해 성형체 내의 황 함유량을 저감시킬 수 있다. 이에, 높은 황 함유량으로 인해 재활용 방법이 없었던 슬러지의 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한, 성형체의 초기 및 장기 강도를 향상시킴으로써 2차 더스트의 발생량 감소에도 기여할 수 있으며, 부산물 혼합원료의 건조공정을 거치지 않으므로 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 저가 원료인 산화칼슘계 분말을 이용하여 저원가의 성형체 제조가 가능하다.

Description

제강 부산물을 이용한 조성물 및 이를 포함하는 성형체 제조방법{A composition using waste materials of steel making process and manufacturing method of formed body}

본 발명은 제강 부산물을 이용한 조성물 및 이를 포함하는 성형체 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 황을 저감시키는 조성물 및 이를 포함하는 성형체 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 조업에서 발생되는 부산물은 재활용을 위해 벽돌 모양으로 성형하고, 이를 용융환원 처리하여 Fe, Ni 및 Cr 등의 유가금속을 회수하여 재자원화하고 있다. 이러한 부산물을 벽돌 모양으로 성형하기 위해서는 원료의 전처리 과정이 필요하다. 원료의 전처리 과정에서는 함수율이 높은 일반 슬러지, 산화철 및 스케일 등의 함수분을 저감시킨다.

함수분을 저감시키는 방법으로는, 원료의 전처리 방법으로써 함수분이 적은 더스트와 함수분이 높은 부산물(슬러지, 산화철, 스케일 등)을 사전에 혼합 숙성시키는 방법이 행해지고 있으며, 혼합원료의 함수분을 저감시키기 위하여 추가공정인 건조기를 통과시켜 벽돌을 제조하는 기술이 행해지고 있다.

또 다른 방법으로는 더스트를 수화기(Hydrator)에 통과시켜 더스트의 수화반응을 단축시키는 방법 등이 행해지고 있다.

이후, 상기와 같이 전처리 된 부산물에 슬러지(제강CF, EC더스트) 및 밀스케일과 고원가의 바인더를 혼합하여 벽돌을 제조하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 상기의 방법들은 원료의 전처리 과정이 복잡하다는 문제점이 있다. 또한, 상기 철강부산물의 혼합원료는 함수분이 높기 때문에 함수분을 저감시키고 바인더를 혼합하여 경화시키는 과정이 필요하다. 이때, 바인더로 사용중인 시멘트 및 고화제의 경우 혼합원료와의 수화반응이 느려 혼합원료의 함수분을 단시간 내에 저감시키는 작용이 부족하기 때문에 고화제와의 혼합 사용 시 벽돌의 경화작용이 느리게 하며, 따라서 벽돌 성형체의 초기강도가 작다는 문제점이 있다. 초기강도가 작을 경우 벽돌의 생산성을 저하시키는 문제점이 있으며, 벽돌제품 출하 시 강도가 약하여 분 발생량이 과다하게 발생되는 악순환이 되풀이되는 문제점이 있다.

한편, 한국등록특허 제10-1008095호에는 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 준비하는 단계, 상기 파쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 건조하는 단계, 상기 건조된 스테인레스 전기로 슬래그를 분말로 추가 분쇄하는 단계 및 분쇄된 스테인레스 전기로 슬래그를 첨가제와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 전기로 슬래그를 이용한 바인더 제조방법 및 전기로 슬래그를 포함하는 바인더가 개시되어 있다.

한국등록특허 제10-1008095호

본 발명은 황 저감용 바인더를 사용하여 제강 부산물 내의 황을 저감시키는 제강 부산물을 이용한 조성물 및 이를 포함하는 성형체 제조방법을 제공한다.

본 발명은 저원가의 성형체 제조가 가능한 제강 부산물을 이용한 조성물 및 이를 포함하는 성형체 제조방법을 제공한다.

본 발명은 제강 부산물을 이용한 조성물로서, 제강 공정의 부산물 혼합원료, 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말을 포함하고, 상기 부산물 혼합 원료는 더스트, 스케일 및 슬러지 중 적어도 2 이상을 포함한다.

상기 부산물 혼합원료의 함량은 89 중량% 내지 94 중량% 범위이고, 상기 래들슬래그의 함량은 2 중량% 내지 6 중량% 범위이며, 상기 산화칼슘계 분말의 함량은 3 중량% 내지 5중량% 범위이다.

상기 부산물 혼합원료의 함량은 91 중량% 내지 94 중량% 범위이고, 상기 래들슬래그의 함량은 2 중량% 내지 4 중량% 범위이며, 상기 산화칼슘계 분말의 함량은 4 중량% 내지 5중량% 범위이다.

상기 부산물 혼합원료는 81 중량% 내지 84 중량%의 상기 더스트 및 상기 스케일과, 10 중량% 이하의 상기 슬러지로 이루어진 제강 부산물을 이용한다.

본 발명은 제강 공정의 부산물들을 혼합하여 부산물 혼합원료를 준비하는 과정; 상기 부산물 혼합원료와 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말을 혼합하여 조성물을 제조하는 과정; 상기 조성물을 성형하여 성형체로 제조하는 과정을 포함한다.

상기 래들슬래그는 제강 공정의 정련 과정에서 생성된 것을 사용하며, 상기 래들슬래그를 냉각하는 과정을 포함한다.

상기 래들슬래그를 냉각하는 과정은, 상기 래들슬래그를 용융상태에서 500℃까지 물로서 냉각하는 1차 냉각 과정; 상기 1차 냉각 과정이 종료된 상기 래들슬래그를 공냉시키는 2차 냉각 과정을 포함하고, 상기 2차 냉각 과정에서 상기 래들슬래그의 분말도가 800cm²/g 이상이 되도록 한다.

상기 성형체의 황 함유량은 0.05% 이하이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 이용하여 성형체를 제조함으로써, 래들슬래그와 산화칼슘계 분말의 반응에 의해 성형체 내의 황 함유량을 저감시킬 수 있다. 이에, 높은 황 함유량으로 인해 재활용 방법이 없었던 슬러지의 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한, 성형체의 초기 및 장기 강도를 향상시킴으로써 2차 더스트의 발생량 감소에도 기여할 수 있으며, 부산물 혼합원료의 건조공정을 거치지 않으므로 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 저가 원료인 산화칼슘계 분말을 이용하여 저원가의 성형체 제조가 가능하다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 조성물 제조 방법 및 상기 조성물을 이용한 성형체 제조방법을 도시한 순서도

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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예에 따른 성형체는 제강 공정에서 발생하는 부산물들의 혼합원료(이하 '부산물 혼합원료')와 2차 정련 과정에서 발생하는 래들슬래그 및 산화칼슘을 적어도 55%이상 함유하는 산화칼슘계 분말을 포함하는 조성물로 제조된다. 조성물은 주로 분석되는 성분을 위주로 기재한 것이며, 강종과 조건에 따라 일부 성분이 빠지거나 추가적인 성분이 더 포함될 수 있으며, 기타 불가피한 불순 성분으로서 분석되지 못한 성분도 포함될 수 있다.

부산물 혼합원료는 제강 공정에서 발생하는 부산물들 중 더스트, 스케일 및 슬러지 중 적어도 2 이상을 포함한다. 이러한 부산물 혼합원료는 조성물 내에서 89 중량% 내지 94 중량% 함유되고, 보다 상세하게는 91 중량% 내지 94 중량% 함유되며, 더스트 및 스케일 81 중량% 내지 84 중량%와 슬러지 10 중량% 이하로 이루어지는 것이 바람직하다.

더스트는 고철을 원료로 하여 철강을 제련, 생산하는 과정에서 산업폐기물로 발생되는 먼지를 말한다.

스케일은 철강의 열간 압연 및 냉간 압연 시 슬라브의 표면에 철과 산소가 반응하여 산화막이 형성되는 것을 말한다. 스케일은 연속주조 과정에서뿐만 아니라 압연 전 슬라브의 재가열 과정에서도 고온으로 인해 쉽게 형성된다.

슬러지는 제철소 원료공장, 제선공장, 제강공장 등에서 발생하는 먼지를 습식 집진장치를 이용해 모은 것을 말한다.

만약, 부산물 혼합원료 내 슬러지의 양이 전체 조성물에 대해 10 중량% 이상이 될 경우에는 황(S)이 많아지기 때문에 성형체가 제조되었을 때 황(S)의 함유량이 기준치 예컨대, 0.05%를 초과할 확률이 높아진다. 이에 대한 상세한 설명은 하기에서 하기로 한다.

래들슬래그는 2차 정련 시 용강을 보온하고 강중의 불순물을 흡착하기 위해 사용된 플럭스에 의해 쇳물 위에 생성되는 슬래그로서, 냉각 중 수화팽창 붕괴하여 일부가 분말화 되는 특징이 있다.

실시예에서는 슬래그의 분화 특성을 활용한다. 즉, 래들슬래그를 용융상태에서 500℃까지는 물로서 급냉하고, 500℃부터는 공냉하여 분말도가 800cm²/g 이상이 되도록 분쇄하여 바인더로 사용한다. 이때, 분말도가 800cm²/g 보다 낮은 경우에는 래들슬래그의 속경성을 발휘하는 특성이 약하기 때문에 제강부산물의 함수분을 빠르게 감소시킬 수 없는 문제점이 있다. 여기서, 분말도는 래들슬래그를 분쇄하였을 때 분말 입자의 고운 정도를 나타내며, 분말 1g 당 표면적을 나타낸다. 예컨대, 표면적이 클수록 고운 입자를 나타낸다.

또한, 이러한 래들슬래그는 주결정상으로서 12CaO·7Al₂0₃·2CaO·SiO₂ 로 구성되어 있으며, 조성물 내에서 2 중량% 내지 6 중량% 함유되고, 보다 상세하게는 2 중량% 내지 4 중량% 함유되는 것이 바람직하다.

만약, 래들슬래그가 2 중량% 이하로 함유되면 래들슬래그의 속경성을 발휘하기 어려워 함수분 저감 효과가 미미하며 산화칼슘계 분말과의 반응에 의한 경화속도가 증진되지 않는 문제점이 있다. 반면, 래들슬래그가 4 중량%를 초과할 경우 조성물의 상태가 매우 끈적이기 때문에 성형체 제조에 문제가 있으며 성형체의 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.

산화칼슘계 분말은 산화칼슘을 적어도 55% 이상 함유하며, 성형체 내의 유해성분인 황(S) 함량을 최소화하는 역할을 한다. 이러한 산화칼슘계 분말은 조성물 내에서 3 중량% 내지 5중량% 함유되며, 보다 상세하게는 4 중량% 내지 5 중량% 함유되는 것이 바람직하다.

만약, 산화칼슘계 분말이 조성물 내에서 4 중량% 이하로 함유되면 응결지연효과가 저하되고 유해성분인 황(S)을 저감시키는데 문제점이 있다. 반면, 산화칼슘계 분말이 조성물 내에서 5 중량%를 초과할 경우에는 조성물의 상태가 매우 끈적이기 때문에 성형체 제조에 문제가 있으며 성형체의 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.

하기 표 1 및 표 2는 실시예에서 사용한 래들슬래그 및 산화칼슘계열 분말 바인더의 화학성분을 나타낸 것이다.

후술되는 표 1 및 표 2의 함량 단위는 중량%를 의미하며, 표에 기재된 래들슬래그 및 산화칼슘계열분말의 조성은 주로 분석되는 성분을 위주로 기재한 것이며, 강종과 조건에 따라 일부 성분이 빠지거나 추가적인 성분이 더 포함될 수 있으며, 기타 불가피한 불순 성분으로서 분석되지 못한 성분도 포함될 수도 있다.

T-Fe	CaO	Al₂O₃	Si0₂	MgO	MnO	S
1~3	43~47	22~30	8~12	4~7	0.6~1.0	0.1~0.3

CaO	MgO	Fe₂0	Al₂O₃	Si0₂	SO₃	강열감량
59.12	2.34	3.88	3.89	15.99	0.18	2.98

본 발명의 실시예에 따른 조성물은 더스트, 스케일 및 슬러지를 포함하는 혼합원료에 바인더로서 표 1 및 표 2에 도시된 화학성분으로 이루어진 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 혼합하는데, 미분말의 래들슬래그와 함수분이 높은 제강 부산물(더스트, 스케일, 슬러지 등)이 혼합되면 고온의 발열과정과 속경성을 발휘하며, 제강 부산물들은 서로 결합하여 거대입자들이 생성되므로 혼합원료의 비표면적이 감소하여 수분 저감 및 고화제 사용량이 저감되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 바인더로 사용되는 래들슬래그와 산화칼슘계 분말 자체의 황 함유량이 기존의 바인더인 시멘트의 황 함유량보다 적기 때문에 성형체 내의 황 함유량이 저감될 수 있으며, 래들슬래그 분말과 산화칼슘계 분말을 혼합하면 래들슬래그와 산화칼슘계 분말의 반응에 의해 성형체 내의 황 함유량을 저감시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 성형체 예컨대, 벽돌의 경화속도가 증가하게 되어 성형체의 초기강도와 장기강도 역시 증가하게 된다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 조성물을 이용한 성형체의 제조과정을 나타내는 순서도이다.

하기에서는 도 1을 참조하여, 실시예에 따른 조성물을 이용한 성형체의 제조 방법을 설명한다. 상기에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.

먼저, 철강공정에서 발생하는 부산물들 예컨대, 더스트, 스케일 및 슬러지의 혼합원료를 준비한다(S100).

더스트는 고철을 원료로 하여 철강을 제련, 생산하는 과정에서 산업폐기물로 발생되는 먼지를 말하며, 스케일은 철강의 열간 압연 및 냉간 압연 시 슬라브의 표면에 철과 산소가 반응하여 산화막이 형성되는 것을 말하고, 슬러지는 제철소 원료공장, 제선공장, 제강공장 등에서 발생하는 먼지를 습식 집진장치를 이용해 모은 것을 말한다. 이들은 적어도 2 이상이 혼합되어 이용된다.

이후, 부산물 혼합원료를 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말과 혼합하여 조성물을 제조한다(S200).

이때, 조성물 전체에 대해 부산물 혼합원료는 91 중량% 내지 94 중량%를 함유되도록 하는 것이 바람직하고, 바인더로서 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 사용하며, 상기 래들슬래그는 2 중량% 내지 4 중량%가 되고, 산화칼슘계 분말은 4 중량% 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 래들슬래그는 2차 정련 시 용강을 보온하고 강중의 불순물을 흡착하기 위해 사용된 플럭스에 의해 쇳물 위에 생성되는 슬래그를 사용한다. 이러한 래들슬래그는 용융상태에서 500℃까지는 물로서 급냉하고, 500℃부터는 공냉하여 분말도가 800cm²/g 이상이 되도록 분쇄하여 바인더로 사용한다. 또한, 산화칼슘계 분말은 산화칼슘을 적어도 55% 이상 함유하는 분말을 사용한다.

조성물이 제조되면, 상기 조성물을 성형하여 성형체를 제조한다(S300).

성형체는 예컨대, 단광 또는 벽돌일 수 있으며, 이와 같이 제조된 성형체는 제강 공정의 부원료로 활용될 수 있다.

하기에서는 표 3을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 성형체 및 비교예에 따른 성형체의 조성물 배합비 변화에 따른 압축강도, 함수율, S함유량을 비교한다. 성형체의 물성 향상 정도를 평가하기 위해 원료 배합비를 설정하여 함수율 및 압축강도를 측정하였다. 제조 후 11일차의 성형체를 기준으로 하였으며 함수율 및 압축강도의 측정 방법은 제조된 벽돌 10kg을 직경 1m 넓이 0.5m의 드럼회전 시험기를 이용하여 200회전/500초 회전시킨 후 6.3mm 체분리를 실시한 후 6.3mm 이상의 분율을 압축강도로 정의하였다. 함수분 측정은 드라이 오븐에서 105℃에서 12시간 건조한 시료의 함수분을 측정하였다.

비교예 1은 부산물 혼합원료 내 슬러지의 비율을 전체 조성물에 대해 10 중량%로 하고, 부산물 혼합원료에 바인더로서 시멘트와 고화제를 첨가한 조성물을 포함하는 성형체를 제조한 것이다.

실시예 1 내지 4는 각각 부산물 혼합원료 내 슬러지의 비율을 전체 조성물에 대해 10 중량%로 하고, 부산물 혼합원료에 바인더로서 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 첨가하여 배합비를 조절하며 성형체를 제조한 것이다.

구분	배합비				성형체 (제조 후 11일차)
	부산물 혼합원료 ₍ _더스트 _{+스케일:슬러지)}	바인더			압축강도 (kgf/cm²)	함수율 (wt%)	S 함유량 (%)
	부산물 혼합원료 ₍ _더스트 _{+스케일:슬러지)}	시멘트(8%) 고화제(3%)	래들 슬래그	산화칼슘계 분말	압축강도 (kgf/cm²)	함수율 (wt%)	S 함유량 (%)
비교예 1	79:10	11	-		80.8	5.37	0.34
실시예 1	81:10	-	4	5	100.7	4.24	0.05
실시예 2	84:10	-	2	4	84.3	4.47	0.04
실시예 3	82:10	-	4	4	89.1	4.97	0.04
실시예 4	79:10	-	6	3	82.7	4.52	0.25

표 3을 참조하면, 비교예 1은 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 79 중량%와 슬러지 10 중량%를 혼합하고, 바인더로서 시멘트 11 중량%(시멘트 8 중량%, 고화제 3 중량%)를 혼합한 것이다. 비교예 1의 성형체는 11일차 압축강도가 80.8kgf/cm²로낮고, 함수율이 5.37 중량%로 함수분이 높아 바람직하지 않다. 또한 성형체 내의 황(S) 함유량이 제강 부원료 성형체의 품질요구 수준인 0.05%를 초과하는 0.34%로 매우 높아 제강원료 활용에 제약이 되며, 특히 압축강도가 약하여 성형체 제품 취급 시 미분 발생량이 과다하게 발생되는 문제점이 있다.

실시예 1은 성형체 제조 시 기존의 바인더인 시멘트를 넣지 않고, 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 81 중량%와 슬러지 10 중량%를 혼합한 후, 바인더로서 래들슬래그 4 중량%와 산화칼슘계 분말 5 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 실시예 1의 성형체는 11일차 압축강도가 100.7kgf/cm²로기존의 비교예 1 성형체의 압축강도인 80.8kgf/cm²에 비해 우수하게 증가하였으며, 함수율도 4.24 중량%로 비교예 1성형체의 함수율인 5.37 중량%에 비해 우수하게 감소한 것으로 보아 함수분의 감소효과도 우수하다는 것을 알 수 있다. 이는 래들슬래그 분말과 산화칼슘계 분말이 속경성을 발휘하여 혼합원료 중의 함수분을 빠르게 저감시키기 때문이다. 또한, 래들슬래그의 속경성은 산화칼슘(CaO)의 용해도를 증가시켜 산화칼슘계 분말과의 반응을 촉진시키는 작용을 하여 성형재료의 경화 속도를 증진시킨 것으로 사료된다. 또한, 성형체 내의 유해성분인 황(S) 함유량은 0.05%로 성형체 1의 황 함유량인 0.34%보다 감소한 것으로 보아 황 함유량이 저감되는 효과가 우수하다는 것을 알 수 있다.

실시예 2는 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 84 중량%와 슬러지 10 중량%를 혼합하고, 바인더로서 래들슬래그 2 중량%와 산화칼슘계 분말 4 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 실시예 2의 성형체는 11일차 압축강도가 84.3kgf/cm²으로 비교예 1 성형체의 압축강도인 80.8kgf/cm²에 비해 증가하였으며, 함수율은 4.47 중량%로 비교예 1 성형체의 함수율인 5.37 중량%에 비해 감소한 것으로 보아 함수분의 감소효과도 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 성형체 내의 유해성분인 황(S) 함유량은 0.04%로 성형체 1의 황 함유량인 0.34%보다 감소한 것으로 보아 황 함유량이 저감되는 효과가 우수하다는 것을 알 수 있다.

실시예 3은 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 82 중량%와 슬러지 10 중량%를 혼합하고, 바인더로서 래들슬래그 4 중량%와 산화칼슘계 분말 4 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 실시예 3의 성형체는 11일차 압축강도가 89.1kgf/cm²으로 비교예 1 성형체의 압축강도인 80.8kgf/cm²에 비해 증가하였으며, 함수율은 4.97 중량%로 비교예 1 성형체의 함수율인 5.37 중량%에 비해 감소한 것으로 보아 함수분의 감소효과가 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 성형체 내의 유해성분인 황(S) 함유량은 0.04%로 성형체 1의 황 함유량인 0.34%보다 감소한 것으로 보아 황 함유량이 저감되는 효과가 우수하다는 것을 알 수 있다.

실시예4는 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 79 중량%와 슬러지 10 중량%를 혼합하고, 바인더로서 래들슬래그 6 중량%와 산화칼슘계 분말 3 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 실시예 4의 성형체는 11일차 압축강도가 82.7kgf/cm²으로 비교예 1 성형체의 압축강도인 80.8kgf/cm²에 비해 증가하였으나 그 정도가 미미하며, 함수율은 4.52 중량%로 비교예 1 성형체의 함수율인 5.37 중량%에 비해 감소한 것으로 보아 함수분의 감소효과가 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 성형체 내의 유해성분인 황(S) 함유량은 0.25%로 성형체 1의 황 함유량인 0.34%보다 다소 감소하였지만 제강 부원료 성형체의 품질요구 수준인 0.05%를 초과하므로 제강 부원료 활용에 제약이 된다.

실시예 1 내지 4를 참조하면, 래들슬래그가 전체 조성물의 2 중량% 이하로 첨가되면 성형체의 강도 발현이 어렵고 성형체 제조 후에도 분 발생량이 많아 성형체 예컨대, 벽돌 제품을 취급하기 어렵다. 또한, 래들슬래그의 속경성을 발휘하기 어려워 함수분 저감 효과가 미미하기 때문에 산화칼슘계 분말과의 반응에 의한 경화속도가 증진되지 않는 문제점이 있다. 또한, 산화칼슘계 분말이 전체 조성물의 4 중량% 이하로 첨가되면 내수 및 응결 지연효과가 저하되고 황의 함유량을 저감시키는데 문제점이 있다.

반면, 전체 조성물에 대해 래들슬래그 4 중량% 이상, 산화칼슘계 분말 5 중량% 이상 과다 첨가될 경우에는 조성물의 상태가 매우 끈적이기 때문에 성형체 제조에 문제가 있으며 성형체의 강도 확보가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 조성물 전체에 대해 부산물 혼합원료는 91 중량% 내지 94 중량%를 함유되도록 하는 것이 바람직하고, 바인더로서 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 사용하며, 상기 래들슬래그는 2 중량% 내지 4 중량%, 산화칼슘계 분말은 4 중량% 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.

하기에서는 표 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 성형체 및 비교예들에 따른 성형체의 조성물 내 슬러지 비율에 따른 황(S) 함유량을 비교한다. 평가를 위한 성형체의 측정 방법은 표 3에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.

실시예 1은 부산물 혼합원료 내 슬러지의 비율을 전체 조성물에 대해 10 중량%로 하고, 부산물 혼합원료에 바인더로서 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 첨가하여 성형체를 제조한 것이다.

비교예 2 및 비교예 3은 각각 부산물 혼합원료 내 슬러지의 비율을 전체 조성물에 대해 20 중량% 및 30 중량%로 하고, 부산물 혼합원료에 바인더로서 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 첨가하여 성형체를 제조한 것이다.

구분	배합비				성형체 (제조 후 11일차)
	부산물 혼합원료 ₍ _더스트 _{+스케일:슬러지)}	바인더			압축강도 (kgf/cm²)	함수율 (wt%)	S 함유량 (%)
	부산물 혼합원료 ₍ _더스트 _{+스케일:슬러지)}	시멘트(8%) 고화제(3%)	래들 슬래그	산화칼슘계 분말	압축강도 (kgf/cm²)	함수율 (wt%)	S 함유량 (%)
실시예 1	81:10	-	4	5	100.7	4.24	0.05
비교예 2	71:20	-	4	5	97.7	4.52	0.14
비교예 3	61:30	-	4	5	98.1	4.95	0.25

표 4를 참조하면, 실시예 1은 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 81 중량%와 슬러지 10 중량%를 혼합한 후, 바인더로서 래들슬래그 4 중량%와 산화칼슘계 분말 5 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 실시예 1 성형체의 11일차 압축강도는 100.7kgf/cm²이고, 함수율은 4.24 중량%이다. 또한, 성형체 내의 유해성분인 황(S) 함유량은 0.05%로 제강 부원료 성형체의 품질요구 수준에 맞아 제강 부원료로 적절하다고 볼 수 있다.

비교예 2는 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 71 중량%와 슬러지 20 중량%를 혼합한 후, 바인더로서 래들슬래그 4 중량%와 산화칼슘계 분말 5 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 그 결과 비교예 2 성형체의 11일차 압축강도는 97.7kgf/cm²로 실시예 1의 압축강도에 비해 감소하였으며, 함수분은 4.52중량%로 실시예 1의 함수분에 비해 증가하였다. 또한, 황(S) 함유량 역시 0.14%로 증가하였다.

비교예 3은 성형체 제조 시 기존의 부산물 원료인 더스트 및 스케일 61 중량%와 슬러지 30 중량%를 혼합한 후, 바인더로서 래들슬래그 4 중량%와 산화칼슘계 분말 5 중량%를 혼합하여 제조한 것이다. 그 결과 비교예 3 성형체의 11일차 압축강도는 98.1kgf/cm²로 실시예 1의 압축강도에 비해 감소하였으며, 함수분은 4.95중량%로 실시예 2의 함수분 보다 증가하였다. 또한, 황(S) 함유량 역시 비교예 2의 황 함유량 보다 증가하였다.

비교예 2 및 비교예 3을 참조하면, 조성물 내 슬러지의 비율이 10 중량% 이상이 될 경우 황(S)의 양이 많아지기 때문에 성형체가 제조되었을 때 황(S)의 함유량이 기준치를 초과하게 된다. 성형체의 황 함유량이 기준치를 초과하게 되면 제강 부원료 활용에 제약이 된다. 또한, 성형체의 압축강도가 약하고 함수분이 높아짐을 알 수 있다.

따라서, 조성물 내 슬러지의 비율은 10 중량% 이하인 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 래들슬래그와 산화칼슘계 분말을 이용하여 성형체를 제조함으로써 래들슬래그와 산화칼슘계 분말의 반응에 의해 성형체 내의 황 함유량을 저감시킬 수 있다. 이에, 높은 황 함유량으로 인해 재활용 방법이 없었던 슬러지의 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한, 성형체의 초기 및 장기 강도를 향상시킴으로써 2차 더스트의 발생량 감소에도 기여할 수 있으며, 부산물 혼합원료의 건조공정을 거치지 않으므로 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 저가 원료인 산화칼슘계 분말을 이용하여 저원가의 성형체 제조가 가능하다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims

제강 부산물을 이용한 조성물로서,
제강 공정의 부산물 혼합원료, 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말을 포함하고,
바인더는, 정련 시 생성되고 황이 0.1~0.3중량% 함유된 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말을 포함하고,
상기 래들슬래그는, 황 함유량을 저감시키며, 2차 정련 시 용강을 보온하고 강중의 불순물을 흡착하기 위해 사용된 플럭스에 의해 쇳물 위에 생성되는 슬래그를 포함하며,
상기 부산물 혼합 원료는 더스트, 스케일 및 슬러지 중 적어도 2 이상을 포함하며,
상기 부산물 혼합원료의 함량은 89 중량% 내지 94 중량% 범위이고, 상기 래들슬래그의 함량은 2 중량% 내지 6 중량% 범위이며, 상기 산화칼슘계 분말의 함량은 3 중량% 내지 5중량% 범위이고, 황의 함유량이 0.04~0.25%인 조성물.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 부산물 혼합원료의 함량은 91 중량% 내지 94 중량% 범위이고, 상기 래들슬래그의 함량은 2 중량% 내지 4 중량% 범위이며, 상기 산화칼슘계 분말의 함량은 4 중량% 내지 5중량% 범위인 조성물.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 부산물 혼합원료는 81 중량% 내지 84 중량%의 상기 더스트 및 상기 스케일과, 10 중량% 이하의 상기 슬러지로 이루어진 제강 부산물을 이용한 조성물.
제강 공정의 부산물들을 혼합하여 부산물 혼합원료를 준비하는 과정;
상기 부산물 혼합원료와 바인더를 혼합하여 조성물을 제조하는 과정;
상기 조성물을 성형하여 성형체로 제조하는 과정을; 포함하고,
상기 바인더는 정련 시 생성되고 황이 0.1~0.3중량% 함유된 래들슬래그 및 산화칼슘계 분말을 포함하며,
상기 래들슬래그는, 상기 성형체의 황 함유량을 저감시키며, 2차 정련 시 용강을 보온하고 강중의 불순물을 흡착하기 위해 사용된 플럭스에 의해 쇳물 위에 생성되는 슬래그를 포함하고,
상기 부산물 혼합원료의 함량은 89 중량% 내지 94 중량% 범위이고, 상기 래들슬래그의 함량은 2 중량% 내지 6 중량% 범위이며, 상기 산화칼슘계 분말의 함량은 3 중량% 내지 5중량% 범위이고, 황의 함유량이 0.04~0.25%인 성형체 제조방법.
삭제
청구항 5에 있어서,
상기 래들슬래그를 냉각시키는 과정을 포함하고,
상기 래들슬래그를 냉각하는 과정은,
상기 래들슬래그를 용융상태에서 500℃까지 물로서 냉각하는 1차 냉각 과정;
상기 1차 냉각 과정이 종료된 상기 래들슬래그를 공냉시키는 2차 냉각 과정을 포함하고,
상기 2차 냉각 과정에서 상기 래들슬래그의 분말도가 800cm²/g 이상이 되도록 하는 성형체 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 성형체의 황 함유량은 0.05% 이하인 성형체 제조방법.