[논문]SAT로 제조한 제강슬래그의 활용 현황과 과제

김진만; 오상윤; 최선미

doi:10.14190/mrcr.2014.9.2.016

SAT로 제조한 제강슬래그의 활용 현황과 과제
Situation and Task on Recycling of Steel Slag Manufactured by SAT 원문보기

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문제 정의

이상으로 제강슬래그에 적용할 수 있는 급냉 기술인 SAT 기술과 그로 인하여 제작된 급냉 제강 슬래그 제품의 품질특성 및 적용 용도에 대하여 살펴보았다. 급냉된 제강 슬래그는 기존 서냉공정에서 배출되던 슬래그가 갖지 못하는 다양한 이점을 가지고 있다.
이에 따라 본고에서는 제강슬래그의 발생 및 재활용 현황을 개괄하고, 용융상태의 전로슬래그 및 전기로산화슬래그에 적용하는 SAT의 기술적 특징을 기존 공법과의 비교를 통하여 설명하고, 또한 동 기술을 적용하여 생산한 구형입자인 PS볼(제조사가 정한 상품명, Precious Slag Ball의 약자임)의 특징과 용도에 대하여 소개하고자 한다.

이론/모형

전기로산화슬래그의 콘크리트용 골재로서의 활용에 관한 기준인 KS F 4571의 조성 기준과 함께 다양한 플랜트에서 채취된 서냉 산화슬래그와 공기 급냉된 산화슬래그의 주요 산화물 조성 및 염기도를 [표 2]에 나타내었다. 서냉된 산화슬래그에서는 몇몇 지점에서 MgO 함량을 초과하는 것으로 나타나 기준을 만족하지 못하는 곳이 있었으며, 공기 급냉된 슬래그에서는 두 지점에서 염기도 기준을 만족하지 못한다.
하지만, SAT 기술은 완료된 것이 아니고 계속 진화하고 있다. 초기의 플랜트는 오픈 야드(Open yard)에 비산시키는 방식을 사용하였다. 이 방식을 사용하면, 미립자가 수 키로미터까지 비산하는 일이 발생하여 민원의 소지가 있었다.

성능/효과

전기로 산화슬래그에 대한 콘크리트용 골재로서의 흡수율 기준은 2% 미만이지만, 국내의 다양한 플랜트에서 배출되는 슬래그는 이 기준을 만족하지 못하는 경우가 있으며, 심지어 5% 이상의 매우 높은 흡수율을 보이는 서냉 제강슬래그도 존재한다.⁶⁾ 서냉 제강슬래그는 파쇄에 의해 크기가 결정되기 때문에 입도조정이 가능한 반면 급냉된 제강슬래그는 냉각되는 순간 공기압과 유속 및 슬래그의 점성과의 관계에 의해 입형 및 입도가 결정된다. SAT 기술을 적용하여 생산한 급냉 제강슬래그의 입도분포를 나타낸 [그림 7]에서 알 수 있는 바와 같이 80~90% 이상이 5mm 이하로 잔골재의 사이즈와 유사하다.
이와 같이 높은 값을 보이는 것은 공극량의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 단위용적중량 및 실적률 또한 KS 기준에 따라 1.8kg/L 이상과 53% 이상으로 구정하고 있으나, 구형 입형을 가진 공기 급냉 제강슬래그는 67%의 높은 실적률을 보이며, 높은 실적률 및 절건밀도에 기인하여 단위용적중량 또한 2.38kg/L로 기준값을 월등히 상회하고 있다.
이에 따라 폴리머 콘크리트의 제조원가에 큰 비중을 차지하는 폴리머 수지의 저감이 가능하다. 연구결과 11%의 수지사용량을 대략 7%까지도 감소시키는 것이 가능하여 22%의 재료단가 절감이 가능한 것을 확인한 연구 사례가 있다.⁷⁾ 이외에도 제품의 내구성 및 기계적 강도와 투수성이 감소하는 부수적 효과도 기대할 수 있다.

후속연구

5% 이상으로 거의 전량 재활용하는 것처럼 나타나고 있어 지침의 목표율을 만족하고 있는 것으로 보고되고 있다. 그러나, 이 통계치는 당해연도 발생되는 슬래그의 총량과 당해연도 재활용한 슬래그 총량의 비율을 나타내는 산술적인 값에 불과하므로 이전에 수 십년 동안 발생하여 매립되어 있는 슬래그의 활용문제와 개개 슬래그의 특성에 맞게 재활용 용도가 적정하게 설정되어 있는가에 관해서는 심도있는 검토가 필요할 것이다.
철강협회에서 보고된 2012년 발생 철강슬래그의 슬래그 종류별 각각의 재활용 용도를 나타낸 [그림 3]에서 알 수 있는 바와 같이 그림에 나타난 고로 슬래그는 다량이 시멘트용 원료 및 혼화재로서 사용되는 반면, 제강 슬래그는 토목용 골재로서 제한적인 용도로만 사용되어지고 있어 그 가치를 인정받지 못하고 있다. 그러므로 제강슬래그의 활용범위를 넓히고, 가치를 높이기 위한 연구자적인 시도가 더더욱 필요할 것이다.
이러한 이점을 적재적소에 매칭하여 용도를 개발하고 슬래그의 가치를 높일 수 있는 연구에 대한 연구가 앞으로도 지속되어져야 할 것이다. 또한 용융상태가 갖는 고에너지를 열에너지로 회수함으로서 진정한 의미의 에너지 회수 기술화 하는 것도 지속적으로 검토될 필요성이 있다.
급냉된 제강 슬래그는 기존 서냉공정에서 배출되던 슬래그가 갖지 못하는 다양한 이점을 가지고 있다. 이러한 이점을 적재적소에 매칭하여 용도를 개발하고 슬래그의 가치를 높일 수 있는 연구에 대한 연구가 앞으로도 지속되어져야 할 것이다. 또한 용융상태가 갖는 고에너지를 열에너지로 회수함으로서 진정한 의미의 에너지 회수 기술화 하는 것도 지속적으로 검토될 필요성이 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

고로슬래그 중 수쇄슬래그가 비정질상을 갖는 이유는 무엇인가?

괴재슬래그는 서냉된 슬래그를 의미하며, 그 용도는 골재 대체용이다. 수쇄슬래그는 용융상태에서 곧바로 물속에 덤핑되어 빠른 속도로 냉각되기 때문에 비정질상을 갖는다. 물질을 구성하는 분자는 액체상태에서 불규칙하게 배열하지만, 고체상태에서는 고유의 규칙성을 갖고 배열된다.

괴재슬래그의 용도는 무엇인가?

고로슬래그는 냉각방식에 따라 괴재슬래그와 수쇄슬래그로 분류되는데, 혼화재로 사용될 수 있는 슬래그는 수쇄슬래그에 한정된다. 괴재슬래그는 서냉된 슬래그를 의미하며, 그 용도는 골재 대체용이다. 수쇄슬래그는 용융상태에서 곧바로 물속에 덤핑되어 빠른 속도로 냉각되기 때문에 비정질상을 갖는다.

고로슬래그는 냉각방식에 따라 어떻게 분류 되는가?

앞서 설명한 것과 같이 고로슬래그는 시멘트용 혼화재로 주로 사용되어지나, 모든 고로슬래그가 콘크리트용 혼화재로 사용할 수 있는 것은 아니다. 고로슬래그는 냉각방식에 따라 괴재슬래그와 수쇄슬래그로 분류되는데, 혼화재로 사용될 수 있는 슬래그는 수쇄슬래그에 한정된다. 괴재슬래그는 서냉된 슬래그를 의미하며, 그 용도는 골재 대체용이다.

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