KR20140032041A

KR20140032041A - 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그를 활용한 골재 제조방법 및 골재

Info

Publication number: KR20140032041A
Application number: KR20120097367A
Authority: KR
Inventors: 조봉석; 이훈하; 최광희
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-14
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: KR101417335B1

Abstract

본 발명은 고로 수재 슬래그 골재 제조방법에 대한 것으로, 특히 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그를 콘크리트용 골재로 활용하기 위한 골재 제조 방법 및 이에 의해 얻어진 골재에 관한 것으로서, 본 발명의 방법은 그래뉼 상태의 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그의 수재 슬래그 입자를 호퍼에 투입하는 단계; 상기 호퍼에 투입된 수재 슬래그를 바스크린을 통과시켜 입도 10mm 이상의 수재 슬래그를 제거하는 단계; 상기 바스크린을 통과한 수재 슬래그를 마쇄기를 통과시켜 마쇄하는 단계; 및 상기 마쇄기에 의해 마쇄된 수재 슬래그를 자선 분별하여 분철을 함유하는 수재 슬래그를 선별하여 제거하는 단계를 포함한다.

Description

고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그를 활용한 골재 제조방법 및 골재{Manufacturing Process for Aggregate Using Blast Furnace Slag and FINEX Slag and Aggregate}

본 발명은 고로 수재 슬래그 골재 제조방법에 대한 것으로, 특히 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그를 콘크리트용 골재로 활용하기 위한 골재 제조 방법 및 이에 의해 얻어진 골재에 관한 것이다.

고로공정에서 발생하는 슬래그 중 고압살수에 의해 냉각된 고로 수재 슬래그는 미분말화하여 슬래그 미분말 혼화재 및 슬래그 시멘트 등으로 활용되고 있다.

고로 슬래그 미분말을 시멘트 혼화재 또는 슬래그 시멘트로 사용함에 있어서 관련 KS 규격으로서는, KS F 2563에 콘크리트용 고로슬래그 미분말을 규정하고 있으며, KS L 5210에 고로슬래그 시멘트를 규정하고 있다.

이와 같은 고로 수재 슬래그는 용도가 슬래그 미분말 혼화재, 슬래그 시멘트 등으로 국한되어 있다. 이로 인해, 건설 경기에 직접적인 영향을 많이 받게 되며, 최근 건설 경기 불황으로 인해 고로 수재 슬래그의 자원화가 난황을 겪고 있는 실정이다.

한편, KS F 2563(콘크리트용 고로슬래그 미분말 혼화재)에서는 콘크리트용 고로슬래그 미분말에 대하여 MgO 함량을 10% 이하로 포함할 것을 규정하고 있고, 또, KS L 5210 고로슬래그 시멘트에서도 MgO 함량을 6% 이하로 규정하고 있다.

일반 고로의 고로 수재 슬래그는 MgO 함량이 4~5% 수준으로서, 상기 규격에서 요구하는 수준을 만족하는 것이나, FINEX 고로 슬래그의 경우에는 MgO 함량이 10~11% 수준으로 높아서, 일반 고로의 고로수재 슬래그와 같은 슬래그 미분말 혼화재, 슬래그 시멘트 용도로 활용하기가 용이하지 않다.

또한, 통상 고로슬래그 시멘트 제조시 시멘트와 슬래그 미분말의 비율이 6:4 또는 5:5인 점을 감안하면 파이넥스 수재 슬래그를 슬래그시멘트 원료로 활용함에 있어서 제약이 따르게 됨을 알 수 있다.

고로 수재 슬래그의 처리 등과 관련되는 기술로는 한국특허출원 제2001-0082227호(단위용적중량이 높은 수쇄 슬래그의 제조방법), 한국특허출원 제2000-0049465(수쇄 슬래그의 물성 향상 방법) 및 한국특허출원 제2010-0132543호의 고로 수재 슬래그 골재를 이용한 콘크리트 또는 모르타르용 골재 조성물 및 이의 제조방법 등이 있으나, 이들은 모두 고로 수쇄 슬래그에 대한 것이다.

본 발명은 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그를 골재로 활용하기 위한 방법을 제시하고자 한다.

고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그는 25 내지 35중량%의 SiO₂를 함유하고 있고, 용융상태에서 고압살수 냉각에 의해 그래뉼 상태로 배출되므로 소량의 유리질 침상(2~5% 수준)을 함께 생성한다. 통상의 골재는 용기에 골재를 채운 경우에 용기 중에 점유하는 골재의 체적비율을 표시하는 지표인 실적율이 55% 이상으로 보유하며, 상기 실적율이 55% 이하일 경우, 콘크리트 또는 모르타르의 강도 저하를 야기할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그는 침상이 존재하므로 골재의 실적율이 낮다.

또한, 이들 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그는 골재로 활용하기에는 입형이 불량하여 골재로 사용하기에는 한계가 있다.

또한, 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그에는 0.3~0.5중량% 수준의 분철(T-Fe>50%)을 함유하고 있어 골재 활용시, 콘크리트 또는 모르타르 표면에 녹물발생의 우려가 있다. 따라서, 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그를 자원화하기 위해서는 분철을 선별 및 회수할 필요가 있다.

또한, 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그에는 35~45%의 CaO, 25~35 중량%의 SiO₂, 10~15%의 Al₂O₃를 함유하고 있어, 골재 제조 후 장기간 보존 시에는 골재와 골재 사이의 계면에서 CaO-SiO₂-H₂O 및 CaO-Al₂O₃-H₂O의 수화물을 형성함으로써 상호 굳어질 수 있다. 따라서 이와 같은 고결현상을 방지할 대책이 필요하다.

기존의 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그는 용도가 슬래그 미분말 혼화재, 슬래그 시멘트 등으로 국한되어 있어 건설 경기에 직접적인 영향을 많이 받게 되므로 최근 건설경기 불황으로 인해 고로 수재 슬래그의 자원화가 난황을 겪고 있다. 따라서 고로 수재 및 파이넥스 수재 슬래그를 콘크리트용 골재로 활용함으로써 신규 용도 개발이 필요하다.

본 발명은 고로 공정 또는 파이넥스 고로 공정에서 발생되는 부산물인 고로수재슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그를 사용하여 수재 슬래그 골재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 그래뉼 상태의 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그의 수재 슬래그 입자를 호퍼에 투입하는 단계; 상기 호퍼에 투입된 수재 슬래그를 바스크린을 통과시켜 입도 10mm 이상의 수재 슬래그를 제거하는 단계; 상기 바스크린을 통과한 수재 슬래그를 마쇄기를 통과시켜 마쇄하는 단계; 및 상기 마쇄기에 의해 마쇄된 수재 슬래그를 자선 분별하여 분철을 함유하는 수재 슬래그를 선별하여 제거하는 단계를 포함한다.

상기 호퍼에 투입되는 수재 슬래그는 함수율이 7중량% 이하인 것이 바람직하다.

상기 마쇄기는 임팩트 크러셔 또는 롤 크러셔일 수 있다.

본 발명에 의해 얻어진 상기 수재 슬래그 골재는 1.5 내지 1.6kg/L의 단위 중량을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 수재 슬래그 골재는 0.1중량% 이하의 분철을 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 자선 분별은 2000 내지 9000G의 자력에 의해 수행될 수 있다.

또한, 상기 분철이 제거된 수재 슬래그에 고결방지재를 살포하여 상기 수재 슬래그의 표면을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 고결방지제는 상기 수재 슬래그 중량의 0.01 내지 0.05중량%의 함량으로 포함할 수 있다.

나아가, 본 발명은 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그로부터 얻어지는 수재 슬래그 골재에 관한 것으로서, 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그로부터 얻어진 수재 슬래그 골재이고, 단위 중량이 1.5kg/L 이상이며, 유리질 침상이 0.3중량% 이하인 수재 슬래그 골재를 제공한다.

상기 수재 슬래그 골재는 수재 슬래그 중량의 0.01 내지 0.05중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 수재 슬래그 골재는 분철 함량이 0.1중량% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 고로 수재 슬래그와 파이넥스 수재 슬래그를 사용하여 골재를 제조할 수 있어, 천연 골재를 대체할 수 있으며, 따라서 환경적 피해 저감이 가능할 것으로 기대된다.

또한, 철강 부산물의 유효 재활용을 통해 자원화 측면에서 환경 부하 저감이 가능하다.

도 1은 본 발명의 골재 제조방법에 대한 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 마쇄기를 사용하여 마쇄하기 전 후의 수쇄 슬래그 입자를 현미경으로 촬영한 사진을 나타내는 도면으로서, A는 마쇄 전의 수쇄 슬래그 형상을 나타내며, B는 마쇄 후의 수쇄 슬래그의 형상을 나타낸다.
도 3은 실시예 1에 따른 마쇄기를 사용하여 마쇄하기 전 후의 수쇄 슬래그 의 입도 분포를 평가하고, 그 결과를 콘크리트 골재에 대한 5mm 표준규격(KS 기준)과 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 발명은 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그를 사용하여 골재를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그를 사용하여 골재를 제조하는 방법에 대하여는 도 1에 개략적으로 나타내었다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 방법을 상세하게 설명한다.

일반적으로 고로 공정 또는 파이넥스 공정에서 발생하는 용융슬래그는 고압살수에 의해 그래뉼 상태의 입자로 얻어진다. 이에 의해 얻어진 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그(이하, 이들을 단순히 수재 슬래그라 한다.)는 입형이 모가나 있고 요철이 심하며, 입자의 크기가 5mm 미만으로서 유리질 침상을 3~5중량% 함유하고 있다. 따라서, 이러한 수재 슬래그를 골재로 활용하는 경우에는 유리질 침상에 의해 인체에 유해할 뿐만 아니라, 몰탈 및 콘크리트의 유동성에 악영향을 미칠 수 있다. 또한 상기 수재 슬래그는 입형이 모가 나고 요철이 심해 더욱 유동성 저하를 가져오게 된다.

나아가, 상기 수재 슬래그는 동일 크기의 분철을 0.3중량% 정도 함유하고 있으며, 이러한 분철은 장시간 경과하면서 녹이 슬어 녹물을 발생시킬 우려가 있다.

상기 수재 슬래그는 호퍼에 투입된다. 호퍼에 투입하는 방법으로는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 벨트컨베이어 또는 차량 등에 의해 운반되어 호퍼에 투입될 수 있다. 호퍼에 투입될 때, 호퍼에 부속된 피더는 통상 정량 계량이 가능하므로 필요에 따라 일정량을 투입할 수 있다.

상기 호퍼에 수재 슬래그를 투입하는 경우, 상기 수재 슬래그에는 살수 냉각에 의해 처리므로, 일반적으로 수재 슬래그 원석에는 수분이 15중량% 이상 함유하고 있는바, 수재 슬래그의 함수율을 낮추어서 공급하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 호퍼에 공급되는 수재 슬래그의 함수율은 7중량% 이하인 것이 바람직하다. 7중량% 이상으로 호퍼에 투입하는 경우, 후속 공정인 임팩트 크러셔에서의 마쇄 효율이 떨어질 수 있으며, 나아가, 수분의 모세관 장력에 의해서 자선기를 통한 분철의 자력 선별에 의한 제거를 곤란하게 할 수 있다. 상기 수분을 포함하는 수재 슬래그는 이를 야적할 경우 1일 이상 경과 후에 함수율 7중량% 이하의 수준으로 감소하게 되는바, 본 공정에 투입이 가능하다. 필요에 따라서는 호퍼에 투입하기 전에 또는 투입하는 중에 적절한 건조수단을 적용하여 수분을 제거할 수도 있다.

상기 호퍼에 투입된 수재슬래그는 벨트컨베이어를 통해 바스크린을 통과하게 된다. 일반 고로 수재 슬래그 및 파이넥스 수재 슬래그에는 일부 챠콜(Charcoal)이 혼입되는 경우가 있다. 이와 같은 챠콜은 다공질로서 골재에 혼입될 경우 콘크리트의 강도 저하 등과 같은 물성 저하를 초래할 우려가 있다. 따라서, 이와 같은 챠콜을 제거할 필요가 있다. 상기 챠콜은 통상 크기가 10mm 이상의 크기를 갖는바, 바스크린을 통해 챠콜을 선별할 수 있다. 이에 의해 선별된 챠콜의 C 함량은 50중량% 이상으로서 재사용이 가능하다.

상기 바스크린을 통과한 수재슬래그는 슬래그의 입형을 개질하기 위해 표면을 마쇄하기 위한 마쇄기를 통과하게 된다. 상기 마쇄기는 슬래그의 표면을 마쇄하여 유리질 침상의 표면 형상을 완만하게 가공할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 수평형 또는 수직형의 임팩트 크러셔, 또는 롤 크러셔 등을 사용할 수 있다.

상기 마쇄기를 통해 유리질 침상을 단상 또는 분산으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 임팩트 크러셔의 경우, 고속의 회전을 통해 원심력에 의해 수재슬래그가 충격판에 충돌하게 되고, 또, 상기 충격판에 충돌되어 배출된 수재 슬래그와 충돌 전의 수재 슬래그가 서로 충돌함으로써 수재 슬래그 내에 포함된 유리질 침상을 단상 또는 분상으로 만들 수 있는 것이다. 또한 모가 난 입형을 둥글둥글하게 만들 수 있다. 유리질 침상을 제거할 경우 콘크리트의 유동성을 향상시킬 수 있으며, 작업자의 환경안정성 확보가 가능하다. 또한 임팩트 가공을 통해 슬래그 골재의 입형이 개질할 수 있다.

이때, 상기 임팩트 크러셔 등의 마쇄기를 통과한 수재 슬래그는 유리질 침상을 0.5중량% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다. 임팩트 크러셔를 통과하기 전의 수재 슬래그 내에 존재하는 유리질 침상의 함유량은 통상 3~5중량%이나, 임팩트 크러셔를 통해 유리질 침상의 함유량이 0.5중량% 이하인 경우에는 콘크리트 제조시 천연 골재 사용시와 동일한 유동성을 얻을 수 있으나, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 유동성이 저하된다.

또한, 상기 수재 슬래그는 임팩트 크러셔 등의 마쇄기를 통과한 후의 단위 중량이 1.5 내지 1.6kg/L의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 단위 중량은 콘크리트의 실적율과 관련되는 것으로서, 실적율이 55% 이상 확보되어야 충분한 강도의 콘크리트를 얻을 수 있다. 통상 수재 슬래그는 마쇄기에 투입하기 전의 단위 중량이 1.4kg/L 수준이나, 통과 후 단위 중량은 1.5~1.6kg/L의 범위를 갖는 경우에, 55% 이상의 실적율을 확보할 수 있는바, 마쇄기를 통해 상기 범위의 단위 중량을 갖도록 상기 수재 슬래그를 가공하는 것이 바람직하다.

상기 마쇄기에 의해 마쇄 가공된 수재 슬래그는 자선기를 통해 자력선별(magnetic separation)함으로써 수재 슬래그 내부에 포함된 분철을 분리 선별(자선 분별)하는 단계를 포함한다.

고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그 내부에는 0.3~0.5중량% 수준의 분철을 포함한다. 이와 같은 분철이 골재에 포함되어 있는 경우, 이러한 골재를 사용하여 콘크리트 제조할 때, 녹물이 발생할 우려가 있다. 따라서, 이러한 녹물 발생의 우려를 없애기 위해서는 수재 슬래그 내부에 포함된 분철의 함량을 0.1중량% 이하로 줄이는 것이 바람직하다.

수재 슬래그 내부의 분철을 감소시키기 위해서는 자선기의 자력 세기를 2000G(가우스) 이상으로 하는 것이 바람직하다. 2000G 이하일 경우 수재 슬래그 내의 분철 함량을 0.1중량% 이하로 줄이는 것이 용이하지 않을 수 있다.

한편, 상기 자력 선별에 의해 회수된 분철을 함유하는 슬래그는 전체 철 함량이 50중량% 이상인 경우에는 소정의 가공을 통해 철강 공정 내에서 재사용이 가능하다. 따라서, 이와 같은 분철의 재활용을 고려하면, 상기 자선기의 자력 세기는 2000 내지 9000G 범위인 것이 바람직하다. 9000G를 넘는 경우에는 고로 슬래그 내에 존재하는 분철 함량을 줄일 수 있으나, 이에 의해 분리된 분철을 함유하는 슬래그 중의 철 함량이 적어 슬래그의 재활용에 제약이 따를 수 있다.

상기 분철이 제거된 수재슬래그는 노즐을 이용하여 고압 살수를 통해 고결 방지재를 살포함으로써 수재 슬래그 표면을 코팅할 수 있다. 수재 슬래그의 경우 장시간 야적 또는 대기 중에서 방치되는 경우, 수재 슬래그 내부로부터 Ca² ⁺ 및 Si²⁺, Al³ ⁺ 이온이 소량 용출되어 CaO-SiO₂-H₂O 및 CaO-Al₂O₃-H₂O 수화물을 생성할 수 있으며, 이와 같은 수화물은 원석과 원석 사이의 계면에서 생성되므로 경화 또는 골재 엉김 현상과 같은 고결현상을 발생시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 고결 현상을 방지하는 것이 바람직하다.

따라서, 이와 같은 고결 현상을 방지하기 위해 고결 방지제를 사용하여 표면을 코팅하는 것이 바람직하다. 이러한 고결방지재는 수재슬래그의 입자 표면에 제타 전위를 크게 하여 정전기적 반발력을 증대시킴으로써 표면 흡착층의 입체적인 폭을 크게 하여 고결현상을 방지할 수 있다.

상기 고결방지재의 사용량은 골재 중량에 대하여 0.01 내지 0.05중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 0.01중량% 미만으로 사용되는 경우 고로 슬래그의 적재 보관시 고결방지 효과가 부족할 수 있다. 한편 0.05중량%를 초과하는 경우에는 얻어진 수재 슬래그를 콘크리트용 골재로 활용 시, 콘크리트의 경화 지연 등의 문제를 일으킬 수 있다.

상기 고결 방지제로는 콘크리트 제조시에 통상적으로 사용되는 고결방지제를 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 폴리카르복실릭 공중합체, 또는 폴리카르복실릭 공중합체와 킬레이트 화합물의 혼합체, 또는 폴리크로복실릭 공중합체와 소듐 글루코네이트의 혼합체를 사용할 수 있으며, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 고결방지제는 상기 수재 슬래그 표면에 골고루 살포되어 균일하게 도포되는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 고결방지제는 물에 희석하여 살포하는 것이 바람직하다. 이때, 최종적으로 얻어지는 제품인 골재의 함수율이 10중량%가 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 수재 슬래그 원석에는 수분이 15% 이상 함유되어 있으며, 이를 야적할 경우 1일경과 함수율 7중량% 수준으로 본 공정에 투입이 가능하다. 고결방지재의 희석액을 수재 슬래그에 도포시 함수량이 더해지더라도 총 함수량이 10중량%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다. 총 함수량이 10중량%를 초과하여 함유하는 경우, 콘크리트 배합 설계시 표면수량이 과도하게 증가하게 되므로 과잉수량 공급에 의해 강도 저하 등의 현상을 야기할 수 있다.

상기 고결방지재를 살포한 후에는 필요에 따라 수재 슬래그와 고결방지재를 균일하게 혼합하고, 그리고 이를 통해 을 위해 수재 슬래그 표면에 고결 방지재가 코팅될 수 있도록 하기 위해 필요에 따라서 혼합하는 공정을 포함할 수 있다.

이와 같은 방법에 의해 최종적인 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그의 골재를 얻을 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 한편, 이하의 실시예에서는 파이넥스 공정에서 발생한 슬래그를 사용한 예를 들어 설명하나, 고로 슬래그의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

실시예 1

파이넥스 공정에서 발생한 용융 슬래그를 고압 살수에 의해 그래뉼 상태의 수재 슬래그 입자를 얻었다. 얻어진 수재 슬래그를 분석하였는바, 입자의 크기는 평균 4.5mm이었으며, 유리질 침상의 함유율이 1.5중량%이었다. 또한 상기 수재 슬래그에는 분철의 함량이 0.3중량%이고, 수분 함량이 15중량%이었으며, 챠콜을 일부 포함하고 있었다.

상기 얻어진 수재 슬래그를 대기 중에서 1일 동안 방치하여 수재 슬래그 중의 수분 함량을 7.5중량%로 감소시켰다.

함수율이 감소된 상기 수재 슬래그를 벨트 컨베이어에 의해 호퍼에 투입한 후, 벨트 컨베이어를 통해 바스크린을 통과시켜 10mm 이상의 입도 크기를 갖는 슬래그 입자를 갖는 챠콜을 선별 제거하였다. 이에 의해 얻어진 슬래그 분말을 현미경으로 촬영하여 그 입형을 도 2의 A에 나타내었다.

또한, 상기 슬래그 분말의 입도분포를 평가하여 표 1에 나타내고, 콘크리트 골재로서 적합한지를 5mm 표준규격(KS 기준)과 비교하였다. 또한, 이를 도 3에 그래프로 나타내었다. 나아가, 얻어진 수재 슬래그의 물성을 분석하여 표 2에 나타내어, 콘크리트 골재에 대한 KS F 2544의 규격과 비교하였다.

상기 바 스크린을 통과한 수재 슬래그를 임팩트 크러셔에 의해 임팩트 가공을 수행하였다. 이때, 임팩트 크러셔의 드럼 회전속도는 60rpm으로 설정하여 수행하였다.

이에 의해 임팩트 가공된 수재 슬래그 분말을 현미경으로 촬영하여 그 입형을 도 2의 B에 나타내었다.

또, 임팩트 크러셔에 의해 마쇄된 슬래그 분말의 입도분포를 평가하여 표 1에 나타내고, 콘크리트 골재로서 적합한지를 5mm 표준규격(KS 기준)과 비교하였다. 또한, 이를 도 3에 그래프로 나타내었다.

나아가, 임팩트 크러셔에 의해 가공된 수재 슬래그의 물성을 분석하여 표 2에 나타내어, 콘크리트 골재에 대한 KS F 2544의 규격과 비교하였다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 임팩트 가공을 통해 유리질 침상 분말이 단상 또는 분상으로 되고, 또, 모가 난 입형이 둥글 둥글한 형태로 얻어져, 유리질 침상의 입형을 갖는 수재슬래그 분말의 함량이 현저히 감소됨을 알 수 있다.

상기 임팩트 크러셔에 의해 마쇄된 수재 슬래그 분말에 포함된 유리질 침상의 함량을 분석하였는바, 약 0.27중량%임을 확인하였다.

체 치수	5mm 표준규격(KS 기준)		임팩트 가공 전	임팩트 가공 후
체 치수	통과율 하한	통과율 상한	임팩트 가공 전	임팩트 가공 후
5	100	100	99.9	98.1
2.5	90	100	99.6	85.1
1.25	80	100	91.2	49.3
0.6	50	90	62.6	15.7
0.3	25	65	32.0	3.2
0.15	10	35	14.1	0.9
0.075	2	15	4.8	0.3
pan	0	0	0.0	0.0

한편, 상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 임팩트 크러셔 통과 전에 비하여 임팩트 크러셔 통과 후의 슬래그 분말의 입도는 5mm 표준규격에 부합하는 결과를 나타냄을 알 수 있다.

마찬가지로, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 임팩트 크러셔를 통과한 수재슬래그의 입도는 5mm 골재의 표준규격 범위를 나타내는 붉은 점선 안에 존재하여 표준 규격을 만족함을 확인할 수 있다.

골재 구분	단위용적 중량(kg/L)	흡수율(%)	절건 비중(g/cm³)	조립율(F.M.)
KS F 2544 기준	1.45 이상	3% 이하	2.5 이상	-
가공 전	1.41	1.15	2.63	3.47
임팩트 가공 후	1.65	1.08	2.65	2.26

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 가공 전의 수재 슬래그의 물성과 비교하여, 임팩트 크러셔 가공 후의 수재 슬래그의 단위 중량이 증가하였으며, 기타 물성 모두 향상됨을 확인할 수 있다. 나아가, 골재에 대한 KS F 2544의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일한 조건의 슬래그를 사용하였으며, 표 3에 나타낸 바와 같은 조건으로 함수율을 조절하고, 실시예 1과 같이 챠콜을 제거한 후, 표 3에 나타낸 바와 같이 임팩트 크러셔 가공을 수행하거나 수행하지 않았다. 이때, 임팩트 크러셔 가공의 드럼 회전속도는 실시예 1과 동일하게 설정하여 수행하였다.

이에 의해 얻어진 임팩트 가공된 수재 슬래그로부터 자력 선별에 의해 슬래그 내에 포함된 분철을 제거하였다. 이때, 자력선별에 사용된 장치는 더블 드럼 타입의 장치를 사용하였으며, 드럼의 회전속도(M/S)는 표 3에 나타낸 바와 같이 설정하였으며, 첫 번째 드럼(M1)의 자력은 4500G, 두 번째 드럼(M2)의 자력은 9000G로 설정하였다.

각 조건에 따른 자력 선별에 의해 각 드럼에서 얻어진 자착율과 그에 의해 분철이 제거되어 얻어진 수재 슬래그 함량, 그리고 각 드럼에 자착된 수재 슬래그 내의 분철 함량을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

실시예 No	조건		자착율 (중량%)			각 드럼에 자착된 수재슬래그의 분철 함량
	임팩트 가공 여부 (함수율)	M/S (rpm)	자착율 (중량%)			M1(중량%)	M2(중량%)
	임팩트 가공 여부 (함수율)	M/S (rpm)	M1	M2	NM1	T-Fe	T-Fe
비교예 1	임팩트 가공 전 (1중량%)	30	5.6	4.3	90.1	65	40
비교예 2		40	4.6	3.8	91.6	70	37
비교예 3		52	4.0	3.3	92.7	72	42
실시예 2	임팩트 가공 후 (1중량%)	30	4.5	5.1	90.4	70	37
실시예 3		40	4.3	5.0	90.7	74	47
실시예 4		52	3.6	4.4	92.0	73	51
실시예 5	임팩트 가공 후 (7중량%)	30	1.8	14.3	83.9	60	27
실시예 6		40	2.6	31.8	65.6	62	33
실시예 7		52	2.6	31.7	65.7	64	17
비교예 4	임팩트 가공 후 (15중량%)	30	15.4	56.5	28.1	40	8
비교예 5		40	26.2	46.7	27.1	27	12
비교예 6		52	21.9	54.1	24.0	34	16

함수율 조건 1중량%에서 임팩트 가공 전과 후를 비교해 보면, 비교예 1 내지 3 및 실시예 2 내지 4에 있어서 동일 조건에 의한 자착율은 큰 차이는 없었다. 또한 첫 번째 드럼(M1)에서 자착된 수재 슬래그 내에 포함된 분철의 함량을 살펴보면 모두 65% 이상 확보가 가능하며, 특히, 임팩트 가공 후인 실시예 2 내지 4의 경우에는 자착된 수재 슬래그의 분철 함량이 70% 이상으로 확보가 가능하여 공정 내 재활용이 가능함을 확인할 수 있다.

다만, 비교예 1 내지 3의 경우에는 상기 실시예 1에서 확인한 바와 같이 유리질 침상의 비율이 높아 단위 중량이 낮아 콘크리트용 골재로서 적합하지 않으며, 임팩트 가공을 수행한 실시예 2 내지 4의 경우에 M1에서 자착된 수재 슬래그 내의 분철 함량이 보다 높아짐을 알 수 있다.

한편, 임팩트 가공시 함수율 7% 수준인 실시예 5 내지 7의 경우에는 M1 드럼에서의 수재 슬래그 분철 함량을 60% 이상이 되도록 수재 슬래그를 선별할 수 있다. 그러나, 함수율 15%를 초과하게 되면 수분의 모세관 장력에 의해 자착율은 매우 증가하여 골재로서 사용되는 슬래그 내의 분철 함량을 현저히 낮출 수 있으나, T-Fe 함량이 매우 낮아지게 되어 자력 선별된 수재 슬래그의 재활용이 불가하다.

Claims

그래뉼 상태의 고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그의 수재 슬래그 입자를 호퍼에 투입하는 단계;
상기 호퍼에 투입된 수재 슬래그를 바스크린을 통과시켜 입도 10mm 이상의 수재 슬래그를 제거하는 단계;
상기 바스크린을 통과한 수재 슬래그를 마쇄기를 통과시켜 마쇄하는 단계; 및
상기 마쇄기에 의해 마쇄된 수재 슬래그를 자선 분별하여 분철을 함유하는 수재 슬래그를 선별하여 제거하는 단계를 포함하는 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 호퍼에 투입되는 수재 슬래그는 함수율이 7중량% 이하인 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 마쇄기는 임팩트 크러셔 또는 롤 크러셔인 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수재 슬래그 골재는 1.5 내지 1.6kg/L의 단위 중량을 갖는 것인 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수재 슬래그 골재는 0.1중량% 이하의 분철을 포함하는 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 자선 분별은 2000 내지 9000G의 자력에 의해 수행되는 것인 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 분철이 제거된 수재 슬래그에 고결방지재를 살포하여 상기 수재 슬래그의 표면을 코팅하는 단계를 더 포함하는 수재 슬래그 골재 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 고결방지제는 상기 수재 슬래그 중량의 0.01 내지 0.05중량%의 함량으로 포함하는 수재 슬래그 골재 제조방법.
고로 수재 슬래그 또는 파이넥스 수재 슬래그로부터 얻어진 수재 슬래그 골재이고, 단위 중량이 1.5kg/L 이상이며, 유리질 침상이 0.3중량% 이하인 수재 슬래그 골재.
제 9항에 있어서, 상기 수재 슬래그 골재는 수재 슬래그 중량의 0.01 내지 0.05중량%를 포함하는 수재 슬래그 골재.
제 9항에 있어서, 상기 수재 슬래그 골재는 분철 함량이 0.1중량% 이하인 수재 슬래그 골재.