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다양한 철강제조공정에서 부산되는 전기로 환원슬래그의 급경성 무기결합재로의 적용성 검토
Evaluation for Applicability as the Inorganic Binder with Rapid Setting Property for Construction Material of LFS Produced from Various Manufacturing Process 원문보기

한국건설순환자원학회논문집 = Journal of Korean Recycled Construction Resources Institute, v.7 no.2, 2012년, pp.70 - 77  

김진만 (공주대학교, 건축공학부) ,  최선미 (공주대학교, 건축공학부) ,  김지호 (공주대학교, 건축공학부)

초록
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제강슬래그 중 15~20%를 차지하는 환원슬래그는 건설재료로서의 유익한 화학적 조성을 함유하고 있음에도 불구하고, 특별한 활용처가 없이 매립되어지고 있기 때문에 용도개발이 시급하다. 본 연구는 제강 환원슬래그를 고효율 재활용 용도 개발을 위한 연구로, 사전 연구결과 급냉을 통하여 분화가 없는 안정된 골재상 제조가 가능하고, 이를 분쇄하여 수화시 급결 특성과 자체 수화특성을 갖는 것을 확인하였다. 한편, 철강 제조 공정에서 부산되는 환원슬래그일지라도 생산 제품에 따라 슬래그의 특성도 큰 차이를 보이기 때문에, 각 생산 제품에 따른 10군데 플랜트에서 배출되는 환원슬래그를 채취하여 그 화학적 특성을 평가하였다. 분석된 화학적 특성을 바탕으로, 급냉 시 생성되어지는 광물을 예측하여 사전연구 되었던 급냉 환원슬래그와 같이 급결성 및 강도발현특성을 갖는 무기결합재로의 제조 가능성을 확인하고자 하였다. 그 결과 특수강 및 열연 제품 생산공정에서 배출되는 환원슬래그일수록 높은 $Al_2O_3$ 함량을 가짐에 따라, 급결성 광물인 $C_{12}A_7$을 다량 함유하고, 이로써 급냉을 통하여 특수용 무기결합재로서 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Ladle Furnace Slag, about 20% of the electric arc furnace slag, has high content of free CaO and free MgO, which generates the expansion collapse by hydration reaction. Although many researchers have been endeavoring to recycle the EAF reducing slag in construction fields, there is not found the...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 각 지점에서 배출되는 환원슬래그의 광물조성을 바탕으로, 공기급냉을 통하여 앞서 보여준 급냉 환원슬래그와 같은 급결특성 확보 가능성을 확인하여, 건설재료용 무기바인더로서의 가능성을 파악하고, 이를 저부가가치적으로 매립되어지는 환원슬래그의 고효율 재활용 용도 개발을 위한 기초자료로 사용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 국내 다수의 전기로 공정 철강제품 및 플랜트 별 부산되는 서냉 환원슬래그를 회수하여 각각의 화학적 특성을 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 급결성 무기바인더로써 적정성을 평가하기 위하여 산화물 및 생성 광물을 예측하여 이를 환원슬래그 유효자원화를 위한 기초적 자료로써 제시하고자 한다.
  • S를 함유하고 있다. 때문에 건설재료용 무기 바인더로서의 적용이 가능할 것이라는 예상하에 무기바인더로써의 수화반응성을 평가하기 위하여 응결 시험 및 압축강도를 평가하였다.
  • 본 연구에서는 국내 다수의 전기로 공정 철강제품 및 플랜트 별 부산되는 서냉 환원슬래그를 회수하여 각각의 화학적 특성을 분석하였다. 그 결과를 바탕으로 급결성 무기바인더로써 적정성을 평가하기 위하여 산화물 및 생성 광물을 예측하여 이를 환원슬래그 유효자원화를 위한 기초적 자료로써 제시하고자 한다.
  • Mayenite(C12A7 or C11A7 · CaF2)를 이용하여 급결제 및 급결성 혼화재로써 사용하는 연구는 1980년대 이후 주로 일본에서 연구되고 1990년대 이후 본격적으로 실용화되었으나, 현재까지 국내에서 일부 진행된 연구는 있으나 일반화되지는 못하였다. 이에 본 연구에서 진행된 급냉 환원슬래그 미분말을 초속경성 무기 바인더로써 활용하기 위하여, 초속경 시멘트와 응결시간 측정결과를 비교하였고, Fig. 2에 초속경 시멘트 및 급냉 환원슬래그 미분말의 응결시험 결과를 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
환원슬래그를 분화하지 않게 하는 법은? 본 연구팀은 환원슬래그의 고효율 용도 개발을 위한 연구를 꾸준히 진행하였으며, 환원슬래그를 급냉하여 응고시키면 시간이 경과하여도 분화하지 않는 것을 확인하였다. 고온의 용융상태에서 급냉된 환원슬래그는 일부 열에너지를 높은 반응 에너지 상태로 유지하는 것으로 나타났다.
서냉 환원슬래그를 대상으로 실시한 화학적 특성 분석 연구 결과는? 1) 본 실험 전 진행된 연구결과, 국내 전기로 제강 공정에서 발생하는 환원슬래그는 서냉 에이징 방식에 따라 미분화되어 처리가 곤란하였으나, 공기 급냉 방식에 의해서 분화하지 않는 골재상의 환원슬래그 제조가 가능한 것을 확인하였다. 2) 급냉된 환원슬래그를 분쇄하여 미분말로 사용할 경우, 급결성과 자체 수경성을 갖는 것으로 나타났다. 서냉에 의해 반응성이 떨어졌던 C12A7이 급냉을 통하여 급결성을 갖고, 또한 반응성이 없는 γ-C2S가 급냉을 통하여 반응성을 갖는 β-C2S 상을 유지하는 것에 기인된 것이다. 3) 이로써, 본 연구에서 다양한 공정에서 배출되는 환원 슬래그의 무기바인더로써의 적용성 평가를 위하여 화학적 특성을 분석한 결과, 철근 제품의 환원슬래그에서는 상대 적으로 Si의 비율이 높았으나, 좀 더 높은 철강의 순도와 강종을 요하는 제품일수록, 탈산제로 Al을 사용하여 Al2O3의 함량이 높아지는 것으로 나타났다. 4) 산화물 분석 결과를 토대로 생성광물을 정량적으로 예측해본 결과 특수강 및 열연제품 등이 높은 Al2O3 함량에 기인하여 급결성의 C12A7을 다량 생성할 것이라 예상하였으며, 그와 반대로 철근 제품 공정의 환원슬래그에서는 높은 SiO2 함량에 의하여 C2S가 지배적으로 생성될 것이라 기대된다. 5) XRD를 통하여 생성예측된 광물을 확인한 결과, Bogue 식에 의해 예상된 광물과 유사한 경향으로 특수 강 및 열연제품에서 급결성 광물인 C12A7의 피크가 뚜렷하게 나타내었다.
제강환원슬래그는 어떤 특성을 가지고 있는가? 전로슬래그와 전기로슬래그를 포함하는 제강슬래그에서 15∼20% 정도를 차지하는 제강환원슬래그는 수분을 접하여 분화되는 특성에 의해 건설산업용 골재로서의 사용이 불가능하다. 또한 분화에 따른 분진 발생 및 살수에 의한 침출수 발생 등으로 처리에 어려움을 겪고 있어, 철강업체의 골칫거리로 여겨지고 있다.
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