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KR-102961295-B1 - RECYCLED AGGREGATE FROM STEEL MAKING SLAG AND METHOD FOR MANUFACTRUING THEREOF

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Abstract

본 발명은 제강 부산물을 이용한 재활용 골재에 관한 것으로서, 구체적으로 산화칼슘 30 중량% 내지 45 중량%; 실리카 15 중량% 내지 30 중량%; 산화알루미늄 10 중량% 내지 20 중량%; 산화망간10 중량% 내지 20 중량%; 및 산화마그네슘 5 중량% 내지 20 중량%;를 포함하는 것이다. 본 발명에 따르면, 절대 건조 밀도가 높고 수분 흡수율이 낮아 도로, 건물 등의 건설에 용이하게 사용가능한 재활용 골재를 제공할 수 있다.

Inventors

  • 정용석
  • 이승욱

Assignees

  • 한국공학대학교산학협력단

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200813

Claims (11)

  1. 산화칼슘 35 중량% 내지 40 중량%; 실리카 20 중량% 내지 25 중량%; 산화알루미늄 10 중량% 내지 20 중량%; 산화망간 15 중량% 내지 20 중량%; 및 산화마그네슘 7 중량% 내지 12 중량%;를 포함하고, 하기 수학식 1에 의해 측정되는 절대 건조 밀도가 3.5 g/cm 3 내지 7 g/cm 3 이고, 하기 수학식 2에 의해 측정되는 수분 흡수율이 1 % 내지 2.5 %인 것인, 제강 부산물을 이용한 재활용 골재: [수학식 1] ( : 절대 건조상태의 시료 밀도[g/cm 3 ], A: 절대 건조상태의 시료 질량[g], B: 표면 건조 포화 상태의 시료 질량[g], C: 침지된 시료의 수중 질량[g], ρ: 시험 온도에서의 물의 밀도[g/cm 3 ]), [수학식 2] (Q: 흡수율[%], A: 절대 건조상태의 시료 질량[g], B: 표면 건조 포화 상태의 시료 질량[g]).
  2. 제1항에 있어서, 상기 재활용 골재는, 산화철-프리인 것인, 제강 부산물을 이용한 재활용 골재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 재활용 골재는, 도로 포장 충전재, 인테리어 자재 또는 토목용 골재로 사용되는 것인, 제강 부산물을 이용한 재활용 골재.
  6. 로(furnace) 내에서 제강 부산물을 분리하는 단계; 상기 제강 부산물에 폐내화물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 성형하여 양생하는 단계; 및 소성하는 단계;를 포함하고, 상기 폐내화물은, 산화마그네슘 및 탄소 모두를 포함하는 것이고, 상기 제강 부산물을 분리하는 단계 및 상기 혼합물을 제조하는 단계는, 1500 ℃ 내지 1800 ℃에서 수행되는 것이고, 상기 양생하는 단계는, 60 ℃ 내지 80 ℃에서 12시간 내지 48시간 동안 수행되는 것이고, 상기 소성하는 단계는, 850 ℃ 내지 1000 ℃에서 10분 내지 15분 동안 수행되는 것인, 제강 부산물을 이용한 재활용 골재의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 폐내화물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 이전에, 상기 제강 부산물에 첨가제를 혼합하여 산화철을 환원시키는 단계;를 수행하는 것인, 제강 부산물을 이용한 재활용 골재의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서, 상기 재활용 골재는 인테리어 자재이고, 상기 소성하는 단계 이후에, 상기 재활용 골재를 염료 또는 안료에 함침시키는 단계;를 더 포함하는 것인, 제강 부산물을 이용한 재활용 골재의 제조방법.

Description

제강 부산물을 이용한 재활용 골재 및 이의 제조방법 {RECYCLED AGGREGATE FROM STEEL MAKING SLAG AND METHOD FOR MANUFACTRUING THEREOF} 본 발명은 제강 부산물을 이용한 재활용 골재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 제철산업은 대량의 원료와 에너지를 소비하며 철강을 생산할 뿐 아니라 다양한 종류의 부산물과 폐기물을 다량 발생시켜, 그 양은 주제품인 철강의 약 50%에 이른다. 일관제철공정을 갖춘 제철의 경우 원료, 제선, 제강, 압연 및 스테인리스 등 복잡한 연결 생산 체제를 거치면서 수많은 종류의 부산물 및 폐기물을 다량으로 발생시키고 있으며, 상기 폐기물은 유효한 자원을 다량 함유하고 있어 이들을 그대로 매립해 버리는 것은 자원 및 에너지의 낭비이자 환경을 오염시키는 원인이 된다. 철강을 생성하기 위해서는 고로, 전로 또는 전기로 등의 로에서 철강을 용융시켜 쇳물을 만드는 공정이 필수적이다. 현재 세계의 조강생산량은 연간 약 10억톤에 이르고 있으며, 제강슬래그는 일반적으로 1톤 조강 시 약 170 kg이 발생되고 있다. 그러나, 이를 활용할 방법이 없어 거의 대부분의 슬래그를 매립하고 있는 실정이다. 이렇게 매립된 슬래그는 철분 성분이 많아 산화되어 토지에 환경 오염을 일으키고, 매립할 땅이 부족하여 매립 및 운송 비용이 지속적으로 증가하는 추세이다. 한편, 골재란 하천, 산림, 공유수면 기타 지상, 지하 등에 부존되어 있는 암석, 모래 또는 자갈로서 건설공사의 기초 재료로 사용되는 것을 말한다. 그러나 이는 천연 골재에 국한된 것으로서, 골재를 제조하기 위해 환경자원을 파괴하여야 하고 인플레이션에 따른 골재 가격의 상승 문제에 의해 고부가가치를 가지는 인공 골재의 제조 필요성이 대두되고 있다. 도 1은, 산화칼슘, 산화규소, 산화마그네슘의 상평형도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 골재의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 일 측면에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 산화칼슘 30 중량% 내지 45 중량%; 실리카 15 중량% 내지 30 중량%; 산화알루미늄 10 중량% 내지 20 중량%; 산화망간10 중량% 내지 20 중량%; 및 산화마그네슘 5 중량% 내지 20 중량%;를 포함한다. 본 발명의 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 특히, 폐내화물의 양을 제어하는 것이 중요한데, 일 실시예에 따르면, 본 발명의 산화마그네슘이 폐내화물의 역할을 수행하는 것일 수 있다. 산화칼슘은, 35 중량% 내지 45 중량%인 것일 수 있으며, 바람직하게는, 35 중량% 내지 40 중량%인 것일 수 있다. 실리카는, 20 중량% 내지 30 중량%인 것일 수 있으며, 바람직하게는, 20 중량% 내지 25 중량%인 것일 수 있다. 산화알루미늄은, 15 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다. 산화망간은, 15 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다. 산화마그네슘은, 5 중량% 내지 15 중량%인 것일 수 있으며, 바람직하게는, 7 중량% 내지 15 중량%인 것일 수 있고, 더 바람직하게는, 7 중량% 내지 12 중량%인 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 철 회수 후 남은 잔여 슬래그를 재활용할 수 있고, 슬래그의 운반 및 매립 비용을 절약할 수 있어 환경 오염을 방지하고 전로 또는 전기로의 활용의 경제성을 높일 수 있으며, 천연 골재의 대체재로 이용될 수 있다는 장점이 있다. 산화마그네슘의 함량은 산화칼슘 및 실리카의 함량과 온도를 변수로 하는 함수에 따라 결정되는 것일 수 있다. 구체적으로 산화마그네슘의 함량은 하기 수학식 3의 결과에 따라 결정되는 것일 수 있다. [수학식 3] MgO의 함량% ≤ 20% + 0.025 × (T-1500) (단, T[℃]는 1500 ℃ 내지 1800 ℃ 사이의 온도) 도 1은, 산화칼슘, 산화규소, 산화마그네슘의 상평형도이다. 도 1을 참조하면, 산화마그네슘의 함량이 높을수록 제강 슬래그 내에 일산화탄소가 형성되는 것을 확인할 수 있으며, 최대 약 27 질량% 정도의 산화마그네슘을 포함할 때 평형이 되는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 산화철-프리인 것일 수 있다. 제강 부산물인 슬래그 내에는 미처 환원되지 못한 산화철이 잔존할 수 있다. 따라서, 경제성을 고려하여 슬래그 내에 가탄제 등을 첨가하는 공정 등을 통해 산화철을 마저 환원시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 하기 수학식 1에 의해 측정되는 절대 건조 밀도가 2.0 g/cm3 이상인 것일 수 있다. [수학식 1] (: 절대 건조상태의 시료 밀도[g/cm3], A: 절대 건조상태의 시료 질량[g], B: 표면 건조 포화 상태의 시료 질량[g], C: 침지된 시료의 수중 질량[g], ρ: 시험 온도에서의 물의 밀도[g/cm3]) 일 실시예에 따른 재활용 골재는, 상기 수학식 1에 의해 측정되는 절대 건조 밀도가 3.5 g/cm3 이상인 것일 수 있으며, 더 바람직하게는, 절대 건조 밀도가 3.5 g/cm3 내지 7 g/cm3인 것일 수 있다. 절대 건조 밀도는 골재의 물리적 성질을 측정하는 주요 파라미터에 해당하며 KS F 2503에 따라 시험되는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 하기 수학식 2에 의해 측정되는 수분 흡수율이 5 % 이하인 것일 수 있다. [수학식 2] (Q: 흡수율[%], A: 절대 건조상태의 시료 질량[g], B: 표면 건조 포화 상태의 시료 질량[g]) 일 실시예에 따른 재활용 골재는, 상기 수학식 2에 의해 측정되는 수분 흡수율이 2.5 % 이하인 것일 수 있으며, 더 바람직하게는, 수분 흡수율이 1 % 내지 2.5 %인 것일 수 있다. 수분 흡수율은 골재의 물리적 성질을 측정하는 주요 파라미터에 해당하며 KS F 2503에 따라 시험되는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 도로 포장 충전재, 인테리어 자재 또는 토목용 골재로 사용되는 것일 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재의 제조방법은, 로(furnace) 내에서 제강 부산물을 분리하는 단계; 상기 제강 부산물에 폐내화물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 성형하여 양생하는 단계; 및 소성하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제강 부산물을 이용한 재활용 골재는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 부산물을 이용한 재활용 골재인 것일 수 있다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 골재의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 골재의 제조방법은, 제강 부산물을 분리하는 단계; 폐내화물을 첨가하는 단계; 양생하는 단계; 및 소성하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐내화물은, 산화마그네슘, 탄소 또는 둘 다를 포함하는 것일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 폐내화물은, 산화마그네슘이 85 중량% 내지 100 중량%인 것이고, 잔량은 탄소로 이루어진 것을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제강 부산물을 분리하는 단계 및 상기 혼합물을 제조하는 단계는, 1500 ℃ 내지 1800