환원 슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재 및 그 제조방법{omitted}
본 발명은 유리석회(free-CaO)의 함유량이 높아 자체 분화하는 특성을 가지고 있어 그동안 활용되지 못하고 폐기되었던 전기로 환원슬래그를 고부가가치적으로 활용하기 위한 기술이다. 보다 상세하게는 본 발명은 제철소에서 철 제련 중에 발생되는 부산물 중 전기로 환원 슬래그를 고압가스로 비산시켜 급냉처리하여 분쇄한 환원 슬래그 분말을 석고와 혼합하여 제조한 초속경성 있는 수경성 결합제 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 초속경성 특성을 요구하는 다양한 분야에 활용이 가능할 뿐만 아니라 석고와의 혼합사용으로 응결 및 경화시간을 조정함으로서 보통포틀랜드 시멘트의 대체용으로 사용할 수 있는 전기로 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
1960년대 이후 급속한 경제 발전에 따른 철강 수요에 대응하기 위한 제철 및 제강산업의 발전은 매우 급속하게 발전하였다. 철강협회의 자료에 의하면 국내의 조강생산 능력은 1998년 IMF 시기에 다소 주춤하였으나, 매년 꾸준히 증가를 하여 2008년에는 약 5,300만 톤에 이르는 세계 6위의 조강생산국이 되었다.
이러한 철강 산업은 다량의 원료와 에너지를 소비하는 대표적인 업종으로 제선, 제강, 압연 등의 복잡한 일련의 생산 공정을 거치면서 각 공정에서 철강생산에 따른 부산물인 철강 슬래그를 다량 발생시킨다. 이러한 철강 슬래그는 고로슬래그와 제강슬래그로 분류되며, 고로슬래그는 수쇄슬래그와 서냉슬래그로, 제강슬래그는 전로슬래그와 전기로슬래그로 분류되며, 전기로슬래그는 또한 산화공정슬래그와 환원공정슬래그로 분류된다.
최근 제강슬래그는 본질적으로 철보다 가벼운 것이 비중차에 의해 분리된 것이므로 중금속을 거의 함유하지 않고 있어 환경 유해성이 낮으므로 건설 산업용 재료로 사용하고자 하는 연구가 비교적 활발하였다. 그러나 내부에 유리 산화칼슘(f-CaO)을 함유하고 있어 물과 접촉시 화학반응을 일으켜 부피가 팽창하므로 도로용 또는 콘크리트용으로 사용될 경우 균열을 발생하게 되므로, 이와 같은 경우에는 에이징(Aging)과 같은 후처리공정을 두어 화학적으로 안정화시킨 후 사용하는 방법이 제안되고 있으나 아직까지 그 신뢰성이 높지 않아 실제의 적용은 많지 않다.
제강슬래그를 상용하기 위하여 고속의 공기를 이용하여 용융상태의 제강 슬래그를 급냉시키는 방법으로 유리 산화칼슘(f-CaO)의 생성량을 제어하는 방법이 개발되어 상용되고 있는데, 상기의 방법에 의해 생산된 제강슬래그는 구형화되었기 때문에 아토마이징 제강 슬래그(ASS, Atomizing Steel Slag)라고도 하고, 급냉공정에 의해 제조되었으므로 급냉 제강슬래그(RCSS, Rapidly Cooled Steel Slag)라고도 한다.
이와 같은 아토마이징 처리된 제강 슬래그는 유리 산화칼슘의 생성물이 낮아 팽창 붕괴의 위험이 적으며, 입형이 구형에 가까운 잔골재 형태를 갖기 때문에 콘크리트용 건설재료로써 활용할 경우 볼베어링 효과(Ball Bearing Effect)에 의해 유동성이 증가하는 장점이 있으나, 콘크리트를 구성하는 다른 재료에 비하여 밀도가 높아 재료분리(Segregation)의 가능성이 높으므로 특수 용도의 콘크리트 외에는 일반적인 용도로는 적용하기가 곤란한 문제점이 있다.
우리나라 철강슬래그의 발생량은 2006년 1,662만톤, 2007년 1,753만톤, 2008년 1,867만톤으로 거의 매년 100만톤 정도씩 증가하고 있다. 최근 지속적인 증가세는 포스코 파이넥스 설비 가동으로 인한 출선량 증가, 당진 현대제철 열연공장의 전기로 가동 등으로 의한 것이다(철강협회, 2008년도).
철강 슬래그의 재활용량은 2007년도의 경우 발생량의 99.7%인 1,861만톤이 재활용된 것으로 보고되고 있다. 고로 슬래그와 전로슬래그는 각각 950만톤, 540만톤이 발생되어 100% 전량 재활용되었으며, 전기로 슬래그는 98.4%인 3,707천 톤이 재활용되어 재활용이 원만히 진행되고 있는 것처럼 보인다.
그러나 재활용의 수준을 고려하면, 고로슬래그의 경우 오랫동안 재활용 용도를 개발하기 위한 노력이 이루어져 80% 이상을 시멘트 원료, 비료용 등의 고부가가치가 있는 용도로 사용되고 있어 비교적 재활용 수준이 높다고 할 수 있지만, 제강슬래그의 경우에는 아직까지 80% 정도를 저부가가치의 건설 산업용 골재로 활용하고 있어 재활용의 수준이 낮다고 평가할 수 있으며, 골재로 활용하는 경우에도 오랫동안의 에이징 처리를 요구하기 때문에 재활용에 소요되는 비용이 높다는 문제점을 내포하고 있다.
반면, 전기로슬래그는 선철, 고철과 같은 제강원료를 정련하는 전로(Converter Furnace) 또는 전기로(Electric Arc Furnace)에서 배출하는 산업 폐기물로서,이를 활용하지 않고 그대로 폐기시킬 경우 비산먼지, 침출수와 같은 환경문제의 발생은 물론 대규모의 처리장을 확보해야 하는 것에 따른 경제적인 문제 등으로 인하여 이를 활용하기 위한 다양한 연구가 있어 왔다. 이러한 노력의 결과 최근 전기로 산화 슬래그 잔골재에 관해서는 KS가 제정되기에 이르렀다.
전기로 환원 슬래그는 아직 통계적으로 분류되고 있지 않지만, 전기로 슬래그 중에서 약 20%를 점유하고 있으며, 이를 기준으로 추정하면 2007년도에 약 75만톤 정도 발생하였고, 2010년에는 거의 100만톤에 육박하는 양이 발생할 것으로 추정된다. 그러나 전기로 환원 슬래그는 적절한 용처가 없이 전기로 슬래그의 재활용율을 낮추는 요인으로만 작용하고 있어 시급히 재활용 기술을 확립할 필요가 있다. 그러나 전기로 환원 슬래그에는 유리 석회가 최대 20%까지 존재하고 있어 부가가치적으로 활용된 사례는 없는 것으로 보고되고 있다.
이러한 환원슬래그 재활용에 관한 종래기술로는 국내특허공개공보 제10-2009-0070404호에 서냉한 환원슬래그에 플라이애시와 보통 포틀랜드 시멘트를 첨가하여 혼합시멘트를 제조하는 기술이 공지되어 있다.
또한, 미국 특허 제6033467호에는 니켈, 구리, 납 또는 아연 제련소에서 발생되는 슬래그로부터 시멘트를 제조하는 방법으로서, 이는 혼합시멘트의 제조에 중점을 둔 것이 아니라, 환경오염원을 제거하기 위한 폐기물 이용방법에 초점에 맞추어져 있는 것으로 개발 제품이 특유한 성능을 보유하고 있지 않다.
미국 특허 제6776839호에서는 슬래그와 포졸란 반응에 의한 강도 증가를 한 혼합시멘트가 공지되어 있지만, 보통 포틀랜드 시멘트보다 강도가 낮다. 이는 알려진 바와 같이 서냉 슬래그는 초기 수경성을 갖지 못하기 때문에 나타난 현상으로 추정된다.
또한, 한국특허공개공보 제10-2002-0039520에는 시멘트의 낮은 초기 강도를 개선할 목적으로 고로 슬래그를 주재료로 이용하여 비소성 시멘트를 제조하여 보통 포틀랜드 시멘트를 대체하는 기술이 공지되어 있다.
이상의 특허들은 본 발명과는 달리 모두 서서히 충분히 냉각시킨 전기로 환원슬래그를 대상으로 하고 있고, 냉각 후에 분쇄 및 가공하는 공정을 포함하고 있으며, 또한 냉각에 필요한 부지 및 냉각 후의 유리 석회에 대한 안정성을 확보해야 하는 문제점을 모두 공유하고 있는데, 이를 해결하기 위한 수단으로서 기타 폐기물이나 각종 첨가재료 등을 혼합 사용하는 것을 제안하고 있으나, 이는 제조방법이 복잡해 지고 생산원가가 상승되는 치명적인 단점이 있다.
한편, 일반적으로 시멘트 및 시멘트활용 제품은 약 28일 정도에서 경화되는 것을 목표로 하고, 이때부터 제반 특성을 발현하기 때문에, 도로, 교량, 항만, 하수관로 등의 긴급공사에는 속경성 시멘트 및 이를 활용한 제품이 사용되고 있다.
통상의 속경성 시멘트는 CaO?Al 2 O 3 , 12CaO?7Al 2 O 3 , 11CaO?7Al 2 O 3 ?CaX (X : 할로겐 원소) 등의 속경성 광물을 함유하는 클링커를 석고와 혼합하여 분쇄하거나 이들 속경성 광물의 분쇄물을 보통 포틀랜드시멘트, 석고 및 기타의 첨가재와 혼합 함으로써 제조하는 방법이 알려져 있다. (대한민국 특허공보 공고번호 제76-397호, 제90-33호, 일본특개소 52-139819, 63-285114, 64-37450)
그러나, 상기의 속경성 시멘트는 고온의 소성로에서 클링커를 제조하는 데에 따른 높은 제조비용과 휘발성분이나 용융성분의 제어가 어려워 제조시기에 따라 시멘트의 물성이 달라지는 등의 문제가 있으며, 특히 Al 2 O 3 성분의 비율이 높아 시멘트가 물과 반응하여 생성되는 수화물 중 속경성을 발현하는 주 수화물인 에트린자이트(3CaO?Al 2 O 3 ?3CaSO 4 ?32H 2 O)의 결정전이로 인해 체적변화를 일으키거나 Al(OH) 3 겔 수화물이 수분에 대한 안정성이 떨어지고 황산염의 존재시 SO 4 이온과의 반응에 의한 부피팽창이 일어나기도 하여 장기적으로는 구조물의 안정성을 저하시키는 것이 문제점으로 인식되어 왔다.
이러한 시멘트의 성능문제를 개선하고 경화 이후의 구조체의 안정성을 향상시키기 위한 개량된 제조방법으로서 칼슘설포알루미네이트를 함유한 아윈계 클링커를 주체로 하여 그의 분쇄물에 보통 포틀랜드시멘트, 석고, 소석회 등을 혼합하여 제조하는 방법도 알려져 있다.(대한민국 특허공보 공고번호 제 97-008685, 10-0220340, 10-0310657)
기타, 국내특허 제0310657호에서는 기본적인 속경성시멘트 제조방법을 제시하고 있고, 국내특허 제0670458호에서는 속경성시멘트를 활용한 모르타르 제조방법을 제시하고 있으며, 국내특허 제0755272호에서는 속경성시멘트 제조방법 및 라텍스콘크리트에 대하여 제시하고 있다.
그러나, 상기의 속경성 시멘트들은 일반적으로 모르타르 혹은 콘크리트의 제조시 물과 반응하여 수분 내지 수십분 이내에 경화하여 3 내지 6시간에 20MPa 이상의 강도를 발현하고, 초기에 시멘트 구조체를 형성함으로써, 장기적인 물의 증발 등에 의한 변형을 최소화할 수 있으며 균열이 거의 발생하지 않는 안정한 구조체를 만들 수 있으므로 도로, 교량 등 구조물의 긴급보수에 주로 사용되지만, 현재 개발된 모르타르는 대부분 속경시멘트를 사용하지 못하고 있으며, 이는 대부분의 모르타르 개발업체가 속경시멘트에 대한 기술의 한계로 모르타르에 기능성원료를 첨가하는 방법으로 제품을 특화시키고 있는 실정이므로 상기 기능성 원료들을 함유하지 않으면서 속경성을 가지는 수경성 결합재 개발이 시급한 과제로 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식하고 전기로 환원슬래그의 재활용과 함께 초속경성을 가지는 수경성 결합재를 개발하기 위해 발명한 것으로, 유리석회(free-CaO)의 함유량이 높아 자체 분화하는 특성을 가지고 있어 그동안 활용되지 못하고 폐기되었던 전기로 환원슬래그를 고부가가치적으로 활용하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
보다 구체적으로, 환원슬래그는 용융상태로 발생되어 냉각되면 고체 덩어리가 되지만, 염기도(CaO/SiO 2 )가 높아 냉각 중에 석회의 유리화율이 증가함으로서 냉각 후 수분과 접할 경우 유리석회가 석회수화물인 Ca(OH) 2 로 변화되면서 용적이 1.95배 증가하는 것에 기인한 내부 분리압이 발생하여 자체 분화되는 특성으로 인해 환원슬래그는 유리석회의 수화가 완료된 이후에 다른 용도로 활용하여야 하지만, 수화에 소요되는 시간이 매우 길뿐만 아니라 수화가 완료된 이후는 분말상으로 분화되어 그동안 적절한 용도가 개발되지 못하고 있었다. 이를 해결하기 위하여 본 발명은 고압의 가스로 용융슬래그를 공기중으로 비산시키고, 공기중으로 비산된 용융슬래그는 수초내에 급격히 냉각되어 유리석회가 존재하지 않는 슬래그가 되어 급결시멘트와 유사한 화학적 조성을 가지게 되므로 이를 이용하여 전기로 환원슬래그를 부가가치적으로 활용할 수 있도록 전기로 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 전기로 용융환원 슬래그를 턴디쉬를 통하여 낙하시키면서 고압의 가스로 공기중으로 비산, 급격히 상온으로 냉각시켜 유리석회가 존재하지 않도록 제조된 환원슬래그 분말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 환원 슬래그 분말은 3,000-12,000/g의 분말도를 가지는 것을 특징으로 하는 환원 슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 과제 해결수단으로 한다.
또한, 상기 환원슬래그 분말 성분함량은 CaO 40-60w%, SiO 2 5-15w%, Al 2 O 3 15-25w%를 포함하여 구성되고, 유리석회(F-CaO) 성분이 없으며, 경화를 빠르게 하고, 조강성, 내식성, 내화성을 향상시키는 성분인 알루미나(Al 2 O 3 ) 함량이 보통 포틀랜드 시멘트 또는 초속경 시멘트 보다 중량%기준으로 2~7배 많으며, 경화를 빠르게 하고 강도를 향상시키며 균열을 방지하는 성분인 마그네시아(MgO, Periclase) 함량이 보통 포틀랜드 시멘트 또는 초속경 시멘트 보다 중량%기준으로 2~3배 많은 것을 특징으로 하는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 환원슬래그 분말은 속경성 수화물인 Mayenite(C 12 A 7 , 12CaO?Al 2 O 3 )와 시멘트의 주요 구성 화합물이면서 수경성에 크게 기여하는 β-C 2 S(Belite, β-2CaO?SiO 2 )를 다량으로 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 초속경성 수경결합재는 속경성 반응속도 조절을 위하여 무수석고, 천연석고, 반수석고로 부터 선택되는 석고를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은 제철소에서 철 제련 중에 발생되는 부산물 중 전기로 용융환원 슬래그를 턴디쉬를 통하여 낙하시키면서 고압의 가스로 공기중으로 비산, 급격히 상온으로 냉각시켜 유리석회가 존재하지 않도록 급냉처리하는 단계; 상기 급냉처리된 환원 슬래그를 일정한 분말도로 분쇄하는 단계; 분쇄된 환원 슬래그에 석고를 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.
기존의 서냉 처리 방식이 에이징에 많은 시간이 소요되고 넓은 야적 공간을 요구하여 생산 단가가 높아질 뿐만 아니라 비산먼지의 발생, 침출수의 발생, 높은 소음의 발생이라는 환경적 문제를 가지고 있지만, 본 발명은 이러한 다양한 문제점을 획기적을 개선한 공정으로서 기술의 우위성이 높다.
또한 본 발명의 생산 제품인 초속경성 수경결합재는 속경성 특성을 요구하는 다양한 분야에 활용이 가능할 뿐만 아니라 석고와의 혼합사용으로 응결 및 경화시간을 조정함으로서 보통포틀랜드 시멘트의 대체용으로 사용하는 것도 가능하다.
또한 본 발명의 생산 제품인 초속경성 수경 결합재에 소비되는 에너지는 용융슬래그의 비산 공정과 냉각 입자의 분쇄 공정에만 한정되어 온실가스의 배출계수가 매우 낮으므로 이산화탄소의 배출량이 높은 보통포틀랜드 시멘트를 대체하여 사용할 경우 직접적인 온실가스 저감 효과를 달성할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 환원 슬래그 성분표
도 2는 본 발명의 환원 슬래그와 포틀랜드 시멘트의 삼성분계 그래프
도 3은 본 발명의 환원슬래그 냉각경로 그래프
도 4는 일반적인 포틀랜드 시멘트 제조 공정도
도 5는 본 발명의 환원슬래그 분말 제조공정도
도 6은 본 발명의 환원슬래그 XRD 그래프
도 7은 본 발명의 환원슬래그 응결시험 그래프
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 전기로 용융환원 슬래그를 턴디쉬를 통하여 낙하시키면서 고압의 가스로 공기중으로 비산, 급격히 상온으로 냉각시켜 유리석회가 존재하지 않도록 제조된 환원슬래그 분말을 포함하여 구성되는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 환원슬래그 분말은 3,000-12,000/g의 분말도를 가지는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 환원슬래그 분말 성분함량은 CaO 40-60w%, SiO 2 5-15w%, Al 2 O 3 15-25w%를 포함하여 구성되고, 유리석회(F-CaO) 성분이 없으며, 경화를 빠르게 하고, 조강성, 내식성, 내화성을 향상시키는 성분인 알루미나(Al 2 O 3 ) 함량이 보통 포틀랜드 시멘트 또는 초속경 시멘트 보다 중량%기준으로 2~7배 많으며, 경화를 빠르게 하고 강도를 향상시키며 균열을 방지하는 성분인 마그네시아(MgO, Periclase) 함량이 보통 포틀랜드 시멘트 또는 초속경 시멘트 보다 중량%기준으로 2~3배 많은 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 환원슬래그 분말은 속경성 수화물인 Mayenite(C 12 A 7 , 12CaO?Al 2 O 3 )와 시멘트의 주요 구성 화합물이면서 수경성에 크게 기여하는 β-C 2 S(Belite, β-2CaO?SiO 2 )를 다량으로 함유하고 있는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 초속경성 수경결합재는 속경성 반응속도 조절을 위하여 무수석고, 천연석고, 반수석고로 부터 선택되는 석고를 더 포함하여 구성되는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재를 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제철소에서 철 제련 중에 발생되는 부산물 중 전기로 용융환원 슬래그를 턴디쉬를 통하여 낙하시키면서 고압의 가스로 공기중으로 비산, 급격히 상온으로 냉각시켜 유리석회가 존재하지 않도록 급냉처리하는 단계; 상기 급냉처리된 환원 슬래그를 일정한 분말도로 분쇄하는 단계; 분쇄된 환원 슬래그에 석고를 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하여 구성되는 환원슬래그 분말을 이용한 초속경성 수경결합재 제조방법을 기술구성의 특징으로 한다.
본 발명은 고압의 공기로 용융슬래그를 공기중으로 비산시켜 수초안에 1400℃에서 600℃로 냉각하고 비산 후에 수분 안에 200℃로 냉각한 것에서 기술적인 특징이 있다. 종래의 환원 슬래그의 조성은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본질적으로 초속경 시멘트와 유사하다.
그러나 염기도(CaO와 SiO 2 의 몰비)가 높기 때문에 서냉할 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이 700℃~1200℃에서 유리석회의 분화가 왕성하게 된다. 따라서, 본 발명의 급냉 환원슬래그는 이 온도 범위를 급속하게 통과하여 유리석회의 분화가 없도록 한 것으로서 유리석회의 발생이 거의 없으며, 이것은 도 1에 도시한 바와 같이 XRF로 측정한 화학 조성 결과로 부터 확인할 수 있다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 보통 포틀랜드 시멘트는 주로 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하여, 요구되는 성능에 따라 성분을 조절하기 위하여 규산질 원료와 산화철 원료를 첨가한 다음 미분쇄하며, 분쇄된 재료는 용융하기 위하여 킬른에 투여되며 약 1,450℃까지 소성하며 소성된 재료를 클링커라 명한다. 이 클링커를 급냉시킨 후, 응결 조절제로서 약간의 석고를 가하여 미분쇄하여 만들어진다.
이러한 포틀랜드 시멘트 제조 공정과 본 발명의 전리로 용융 슬래그의 급냉처리된 환원슬래그 제조공정을 비교하여 보면 매우 유사하다. 즉, 철 제조 공정에서 철광석을 융해 온도는 1,500℃인데, 이는 시멘트의 소성에 필요한 온도인 1,450℃보다도 높다. 그러므로 전기로 안에서 슬래그는 소성반응이 충분히 완료된 것으로 판단된다. 따라서 도 5에 도시한 바와 같이 이 슬래그를 고온상태에서 급속히 냉각하여 분쇄하면 시멘트의 크링커와 같이 매우 활성도 높은 분말을 얻을 수 있는 것이다.
이와 같은 기술적 사상을 확인하기 위하여 급냉된 전기로환원슬래그를 대상으로 XRD를 이용하여 광물조성을 파악하였다. 도 6에 나타낸 바와 같이 급냉슬래그는 속경성 수화물인 Mayenite(C 12 A 7 , 12CaO?Al 2 O 3 )와 시멘트의 주요 구성 화합물이면서 수경성에 크게 기여하는 β-C 2 S(Belite, β-2CaO?SiO 2 )를 다량으로 함유하고 있는 것을 확인하였다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시 예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의한 통상적인 변화가 가능하다.
실시예 1 : 급냉처리된 환원 슬래그를 기초적 물성측정
1) 급냉처리
철 생산 공정에서 발생된 부산물인 슬래그를 출탕하여 포트에 담은 후 포트를 급냉처리공정이 있는 곳으로 이동한다. 이동된 슬래그는 턴디쉬를 통해 일정한 기울기로 기울여 낙하시키면서 고속의 공기로 분사시켜 비산, 급냉처리된 입자상의 급냉 환원 슬래그를 제조하였다. 이 공정은 도 5에 나타내었다.
2) 급냉처리된 환원 슬래그의 기초 특성
- 물리적 특성 : 진밀도 : 3.17 /g - 산화물 분석 : 도 1에 나타난 바와 같이 급냉처리된 환원 슬래그는 CaO 50w%, SiO 2 7w%, Al 2 O 3 21w%를 포함하여 구성된다. - 광물 분석 : 급냉처리된 환원 슬래그는 도 6에 나타난 바와 같이 Mayenite(C 12 A 7 , 12CaO?Al 2 O 3 )와 시멘트의 주요 구성 화합물이면서 수경성에 크게 기여하는 β-C 2 S(Belite, β-2CaO?SiO 2 )가 다량 포함되어 있다. C 12 A 7 은 물과 반응할 경우 급결이 일어나는 광물이므로 초속경성 효과가 있음을 알 수 있으며 β-C 2 S는 물과 서서히 반응하므로 지속적인 강도 증진을 가져올 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2 : 급냉처리된 환원 슬래그 응결 시험
1) 실험 방법
KS L 5108 비카 침에 의한 수경성 시멘트의 응결 시간 시험 방법의 응용하여 시험체 성형 후 10분 후부터 30초 단위로 측정을 실시하였다. . 2) 실험 결과
일반 보통포틀랜트 시멘트의 응결 시험 시간은 시험체 성형 후 30분부터 15분간격으로 측정하는 것을 규정하고 있으나, 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 급냉처리된 환원슬래그는 급결이 일어나고 있음을 알 수 있다.
이러한 결과는 Mayenite(C 12 A 7 , 12CaO?Al 2 O 3 )의 속경성에 더하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 환원슬래그 분말 성분함량은 CaO 50w%, SiO 2 7w%, Al 2 O 3 21w%를 포함하여 구성되고, 경화를 빠르게 하고, 조강성, 내식성, 내화성을 향상시키는 성분인 알루미나(Al 2 O 3 ) 함량이 보통 포틀랜드 시멘트 또는 초속경 시멘트 보다 중량%기준으로 2~7배 많으며, 경화를 빠르게 하고 강도를 향상시키며 균열을 방지하는 성분인 마그네시아(MgO, Periclase) 함량이 보통 포틀랜드 시멘트 또는 초속경 시멘트 보다 중량%기준으로 2~3배 많은데 기인하는 것이다.
실시예 3 : 본 발명의 환원 슬래그와 포틀랜드 시멘트의 삼성분계 분석
본 발명의 급냉 환원슬래그와 보통 포틀랜드 시멘트의 주 화학성분인 CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 에 대하여 화학성분을 검토한 결과 도 2와 같이 나타났다. 즉, 급냉처리된 환원슬래그의 삼성분계는 초속경 시멘트와 거의 유사한 것을 알 수 있다. |
