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KR100602817B1 - 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법 - Google Patents

염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

슬래그내에 함유된 금속산화물을 환원하기 위한 금속욕을 이용하여 염기성산화물 슬래그, 특히, 강슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법에 있어서,
상기 환원전에, 예를 들어, 규사 및/또는 고로 슬래그등의 산성 중화물질, 및/또는 SiO2-함유 중화물질을 첨가함으로써, 유동성 슬래그의 염기도를 목표 염기도 값(CaO/SiO2) 보다 0.1 내지 0.5 이하에 있는 값으로 조정하는 방법.
금속욕, 염기성 산화물 슬래그, 환원반응, 염기도.

Description

염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING POZZOLANIC OR HYDRAULIC GRINDING ADDITIVES FOR THE CEMENT INDUSTRY FROM BASIC OXIDIC SLAGS}
본 발명은 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법에 관한 것이다.
유럽특허 제 666 930 호에는, 선철, 특히 선철내에 존재하는 탄소함량을 이용하여 강슬래그를 환원시킴으로써, 한편으로는, 선철욕을 정련시키고, 동시에 상기 강슬래그로부터의 산화철을 철로 환원시켜 금속욕에 주입하는 방법이 공지되어 있다. 그 금속산화물 함량과 염기도에 따라 좌우되는 산화물 슬래그, 특히 강제품 슬래그는 다소 높은 점도를 가지며, 따라서 상응하는 높은 유동성 슬래그를 유지하기 위해서는 비교적 높은 온도에서의 작업을 요한다. 더우기, 만약 그러한 슬래그들을 적당한 중화물질에 의해 시멘트-기술에 관계된 조성으로 하는 경우, 상기 욕의 탄소로부터 CO 가 심하게 형성되기 때문에 슬래그가 보통의 온도에서 거품형성을 심하게 일으킬 것이다. 만약 그러한 방법으로 발생된 거품이 안정하다면, 금속과 슬래그 사이의 질량이동이 감소되어 환원속도가 확실히 낮아질 것이며, 따라서 실질적으로 처리시간이 연장될 것이다. 동시에, 만약 탄소함량이 비교적 높은 금속욕으로 작업이 행해진다면, 계면에서 특히 격렬한 반응이 유발되어, 많은 거품을 일으키며 심지어 바람직하지 못한 슬래그 스피팅(튀는 현상)을 일으킬 것이다.
본 발명의 목적은, 초기의 반응속도를 낮추어 그러한 염기성 산화물 슬래그의 처리시간을 단축시키는 한편, 동시에, 안전하고 빠른 반응, 특히, 저온에서 슬래그중의 금속산화물의 환원을 보장하는 것이다. 이 목적을 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 상기 방법은 실질적으로, 상기 환원전에, 예를 들어, 규사 및/또는 고로 슬래그 및/또는 SiO2-함유 중화물질등의 산성 첨가제를 첨가함으로써, 유동성 슬래그의 염기도를 목표 염기도 값(CaO/SiO2) 보다 0.1 내지 0.5 이하에 있는 값으로 조정한다. 상기 유동성 슬래그의 염기도를 비교적 낮은 값으로 낮춤으로써, 특히, 시멘트 기술에서의 다음 이용에 바람직해 보이는 값보다 더 낮은 값으로 낮춤으로써, 저온에서 조차 높은 유동성을 가지며 거품을 거의 일으키지 않는 슬래그를 즉시 얻을 수 있다. 상기 염기도의 감소 및 이에 따른 온도함수로서의 점도 저하는 환원속도를 명백히 증가시키고 따라서 더 빠른 반응을 일으키며, 특히, 산화철 및 산화망간이 각각 금속철 및 금속 망간으로 빠르게 환원된다. 이와 유사하게, 산화크롬, 산화니켈, 산화바나듐 및 다른 금속산화물들이 환원된다. 금속산화물의 함량이 감소함에 따라, 상기 욕내에 함유된 탄소가 일산화탄소 및 이산화탄소로 변환하는 것이 또한 자연적으로 감소하며, 따라서 실질적으로 슬래그 거품의 위험이 감소하게 된다. 만약 적절한 양의 Al2O3 를 첨가한다면, 그 점도는 추가적으로 낮아지며, 염기도의 더 적은 감소로 필요한 반응속도를 얻을 것이다.
본 발명에 따른 방법과 관련하여, 환원단계의 종료시점, 또는 종료시점근처에서 상기 슬래그의 염기도를 1.1 내지 1.5의 소망하는 목표 염기도로 조정하는 유용한 방법을 잇따라 실시한다. 탄소변환의 감소 및 이에 따른 거품발생의 감소로 인해, 이미 환원의 종료경에 시멘트-기술을 위한 목표 염기도를 조정하는 것이 가능하며, 그 강슬래그가 환원되는 전로에 각각을 첨가하는 것이 가능하다.
시멘트-기술에 관계된 슬래그의 바람직한 조성을 조정하기 위해, 목표 염기도를 1.1 내지 1.5의 값으로 조정하는 것에 부가하여 Al2O3 함량을 증가시키는 것이 보통 바람직하며, 예를 들어, 보크사이트를 그러한 목적을 위해 첨가할 수 있다. 환원단계에서의 빠른 변환을 보장하기 위해서는, 처리개시시에 Al2O3-함유 중화물질을 이미 첨가한다면 유리한데, 이는 슬래그의 환원전에 예를 들어, 보크사이트등의 Al2O3-함유 중화물질을 적어도 부분적으로 첨가하여 유용하게 실시된다. 환원전, Al2O3-함량의 조정을 위해 필요한 첨가제중 일부를 첨가함으로써, 환원처리동안 슬래그의 점도를 감소시킴과 동시에 슬래그내에서의 확실한 혼합이 보호되며, 상기 일부의 양은 Al2O3-함유 첨가제중 필요한 첨가량의 2분의 1 내지 4분의 3 의 범위인 것이 바람직하다.
특히 간단한 방법으로, 소성석회 및/또는 CaO-함유 중화물질을 첨가함으로써 목표 염기도를 조정할 수 있다.
또한 환원전에 중성점 근처까지 염기도를 낮추는 것은 비염기성 내화 라이닝의 수명의 입장에서 특히 유용하다.
본 발명에 따른 방법과 관련하여, 상기 슬래그의 금속산화물 함량, 특히, 산화철, 산화망간, 산화크롬, 산화니켈 및 산화바나듐의 총 함량이 3.5 중량% 이하로 떨어지는 시점으로부터 상기 목표 염기도를 접근시키는 것이 유용하다. 금속산화물의 함량이 3.5 중량% 이하의 값으로 떨어질때부터, 위에서 지적한 대로 욕내에 함유된 탄소의 실질적으로 감소된 변환때문에 거품형성이 이미 크게 회피되어, 이 시점부터, 이미 목적 염기도의 접근과 시멘트-기술적 진보 조성을 위해 필요한 첨가제를 상기 방법의 악영향없이 첨가할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 전형적인 실시예에 의해 더욱 상세히 설명될 것이다.
실시예 1:
전로에서, 아래의 조성을 갖는 3톤의 슬래그를 10톤의 선철에 장입하였다.
슬래그
중량%
CaO 45.1
SiO2 15.6
Al2O3 3.3
MgO 6.7
TiO2 1.1
FeO 25.7
MnO 2.5
CaO/SiO2 2.9
환원처리동안, 상기 금속욕에 탄소캐리어의 형태로 탄소를 공급하였다. 석탄과 산소를 공급함으로써, 유동성 슬래그를 유지하기 위해 필요한 온도를 보호하였으며 필요한 환원포텐셜을 제공하였다. 770 kg의 규사를 송풍하여 상기 슬래그 염기도를 1.1 로 낮추었으며, 494 kg의 보크사이트를 첨가하였으며, 이로인해 상기 용해물의 환원초기에 이하의 조성을 갖는 슬래그를 형성하였다:
용해물 환원전의 슬래그 조성
중량%
CaO 35.5
SiO2 32.2
Al2O3 9.4
MgO 5.5
TiO2 0.4
FeO 15.4
MnO 1.6
CaO/SiO2 1.1
환원단계의 종료경에, 특히, FeO 함량은 15.4 중량% 로부터 1 중량% 이하로 낮추어질 수 있으며 산화망간의 함량은 실질적으로 절반의 값으로 될 수 있으며, 265 kg의 소성석회 및 330 kg의 보크사이트를 첨가함으로써 원하는 최종 슬래그 조성을 조정하였다. 요컨데, 환원단계의 종료경에 약 1.7 중량% 의 비교적 적은 금속산화물의 함량과, 욕내에 함유된 탄소의 일산화탄소 및 이산화탄소로의 적은 변환이 처리가 끝나는 시점까지 거품형성을 방지한다. 우수한 시멘트-기술적 진보 특성이 뛰어난, 이하의 목표 슬래그의 조성을 달성할 수 있었다.
용해물 환원후의 슬래그 조성
중량%
CaO 44.7
SiO2 34.5
Al2O3 14.5
MgO 4.3
TiO2 0.3
FeO 0.8
MnO 0.9
CaO/SiO2 1.3
본 방법과 관련하여, 상기 슬래그 염기도는, 따라서, 총 0.2 만큼 목표 염기도의 값 이하로 감소되었으며, 이로 인해 거품형성 및 바람직하지 못한 슬래그 스피팅을 안전하게 방지할 수 있었다.
실시예 2:
전로에서, 아래의 조성을 갖는 4톤의 슬래그를 액체상태로 10톤의 선철에 장입하였다:
슬래그
중량%
CaO 47.8
SiO2 26.3
Al2O3 5.9
MgO 8.9
TiO2 1.3
FeO 1.7
MnO 1.4
Cr2O3 6.7
CaO/SiO2 1.8
석탄과 산소를 공급하는 동안에 상술한 슬래그를 용해물 환원처리에 주입하였다.
그러나, 그 이전에, 상기 슬래그의 점도를 감소시키는 방법으로 화학적 성질을 변화시켰다. 867 kg의 규사와 980 kg의 보크사이트를 첨가함으로써 이것을 달성하였다.
동시에, 금속-산화물-함유 슬래그를 탄소-함유 철욕과 접촉시킴으로써 환원반응을 이미 시작하였다.
두 효과(환원의 개시 뿐만 아니라 염기도 및 Al2O3 함량의 조정)는 상기 용해물 환원처리 개시전에 이하의 조성을 일으킬 것이다:
용해물 환원전의 슬래그조성
중량%
CaO 35.6
SiO2 35.8
Al2O3 14.1
MgO 6.7
TiO2 1.4
FeO 1.3
MnO 1.0
Cr2O3 4.1
CaO/SiO2 1.0
환원단계의 종료 후, 828 kg의 소성석회와 237 kg의 보크사이트를 첨가하여 원하는 최종 슬래그 조성을 조정하였다.
상기 최종 슬래그의 조성을 다음과 같이 결정하였다:
용해물 환원후의 슬래그조성
중량%
CaO 45.0
SiO2 31.4
Al2O3 14.4
MgO 5.9
TiO2 1.3
FeO 1.1
MnO 0.8
Cr2O3 0.03
CaO/SiO2 1.4

Claims (10)

  1. 슬래그의 금속산화물을 환원하기 위한 금속욕을 이용하여 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법에 있어서,
    환원전에, 산성 중화물질을 첨가함으로써, 유동성 슬래그의 염기도를 목표 슬래그의 염기도 값(CaO/SiO2)보다 0.1 내지 0.5 이하에 있는 값으로 조정하고, 그리고 상기 환원단계의 종료시점, 또는 종료시점 근처에서, 상기 슬래그의 염기도는, 소성석회, CaO-함유 중화물질, 또는 소성석회 및 CaO-함유 중화물질을 첨가함으로써, 1.1 내지 1.5 의 목표 염기도로 조정되는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 슬래그의 환원전에, Al2O3-함유 중화물질을 적어도 부분적으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬래그의 금속산화물 함량이 3.5 중량% 이하로 떨어지는 시점으로부터 상기 목표 염기도를 접근시키는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 12 내지 15 중량% 의 Al2O3 함량을 얻을 목적으로 Al2O3 를 첨가할 때의 염기도가, Al2O3 함량이 더 적을 때의 염기도보다 조금 더 낮아지는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 강슬래그가 상기 염기성산화물 슬래그로서 사용되는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 산성 중화물질이 규사, 고로 슬래그 및 SiO2-함유 중화물질 중의 하나 이상으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 보크사이드가 상기 Al2O3-함유 중화물질로서 사용되는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬래그의 철, 망간, 크롬 및 바나듐 산화물의 총 함량이 3.5 중량% 이하로 떨어지는 시점으로부터 상기 목표 염기도를 접근시키는 것을 특징으로 하는 염기성산화물 슬래그로부터 시멘트 산업용 포졸란 또는 수경성 그라인딩 첨가제를 제조하는 방법.
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