발명의명칭:급넁제강환원슬래그분말과전기� �제강분진을 이용한초속경모르타르조성물

기술분야

[1] 본발명은급냉제강환원슬래그분말과전기로제 강분진을이용한초속경 모르타르조성물에관한것으로,더욱상세하게� �제철소에서철제련중에 발생되는산업부산물인전기로용융환원슬래그 에고압의공기를고속으로 분사하여상기용융환원슬래그를미세액적으로 비산시키면서급냉시키고 분말로분쇄한급냉제강환원슬래그분말과전기 로용해공정에서발생하는 고열의분진을집진기에서포집한산업폐기물인 전기로제강분진을포함하는 급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분진을 이용한초속경모르타르 조성물에관한것이다.

四

배경기술

[3] 일반적으로전기로제강분진田쇼므（노 ）은주요한산업폐기물로서 ,대기

배출농도환경기준강화에따라더욱더미세한분 진까지포집해야만하므로그 발생량이점점증가되는추세에있다.

[4]

[5] 상기전기로제강분진은땅에매립할경우물에의 하여아연,납,카드늄및 6가 크롬등이용출되므로지하수오염을방지하기위 한환경적인측면과유가 금속성분인금속철,아연및납등을회수하기위� �재활용측면에서많은 기술이개발되어왔다.

[6]

[7] 종래개발된전기로제강분진의재활용기술을살 펴보면,한국등록특허

10-0426796（등록일자 2004년 03월 30일）에전기로제강슬래그분진 1중량부에 코팅제로서에멀젼아크릴수지,유화아스팔트,� ��멀젼에폭시, 라텍스, 중하나또는둘이상을 001-01중량부혼합하는단계;전기단계의혼합물� � 시멘트를투입하여혼합한후,이에물,골재를투� ��하여혼합하여단계;및전기 단계에서생성된혼합물을사용하여통상의방법 으로도로를포설하는단계;를 포함하는전기로제강슬래그분진을사용하여도 로를포설하는방법이 공지되어 있다.

[8]

[9] 또한,한국공개특허 10-2005-0112872（공개일자 2005년 12월이일）에유해

중금속이함유된전기로분진과수경성고화재와 중금속안정화제를물에녹인 중금속안정화용액을균질하게혼합하여습식몰 탈을형성하고,이습식몰탈을 건물실내,외에도포하여고화시키는것을특징� �로하는전기로분진에함유된 2020/175764 1»（：1^1{2019/015226 중금속을안정화시키는동시에 전자파흡수재료로이용하는방법이공지되어 있다.

[1이

[11] 또한,한국등록특허 10-0868182（등록일자 2008년 11월 04일）에중량 %로,

분진（如 ）: 49%,코크스분: 16%,알루미늄칩: 25%로구성되고,제지슬러지와 전분이혼합된유기바인더: 10%를첨가하여브리켓 제조된 것을특징으로하는제강전기로분진의 재활용을위한고형물이 공지되어 있다.

[12]

[13] 뿐만아니라,한국공개특허특 2002-007285 공개일자 2002년 09월 19일）에는 제강작업시발생된슬랙을냉각및숙성하는단계 ;상기숙성된슬랙을벨트 콘베이어를통해 1차분쇄기로이송하는단계;상기 1차분쇄된슬랙을 1차 분쇄한후다시 벨트콘베이어를통해 2차분쇄기로이송시키는단계 ;상기 2차 분쇄기에서상기슬랙을미분의 형태로분쇄한후 3차분쇄기로이송시키는 단계;상기 3차분쇄기에서상기슬랙의용도에 맞게미세분말로분쇄하는단계; 상기 생성된미세분말슬랙과전기로제강더스트를혼 합기로이송하는단계; 상기혼합기에서혼합하여고형화하는단계;및� �기고형화된혼합물을 저장고로이송하는단계;를포함하는것을특징� �로하는제강슬랙과전기로 제강더스트의 재활용방법으로서 ,제강작업시 발생되는제강

더스트（（止비를아스콘채움재및 레미콘혼화재로재활용함으로써산업 폐기물을재활용할수있도록한산업용폐기물의 재처리방법이 공지된바 있다.

[14]

[15] 그러나,종래전기로제강분진을재활용하기 위한상기특허들은전기로

제강분진에시멘트,유기바인더등을혼합하여� �로포장재로재활용하거나, 전기로제강분진에시멘트등수용성고화재를혼 합하여모르타르로

활용하거나상기모르타르를고화하여아스콘채 움재또는혼화재로

사용하거나,또는상기모르타르를고화하여중� �속용출을방지하기 위한 용도로재활용하기위한것으로,여전히시멘트� �혼합하여야하는문제점이 있었으며,상기 전기로제강분진에시멘트를대체하여슬래그를 사용한다 하더라도아스콘채움재또는레미콘혼화재로서 극히 제한적인용도로만 재활용이 가능할뿐범용모르타르조성물로는사용할수없 는문제점이 있었다.

[16]

[17] 한편,급냉제강환원슬래그분말을재활용한종� �기술로는한국등록특허

10-1460628（등록일자 2014년 11월 05일）에급냉제강환원슬래그분말 50~70 중량%,탄산나트륨 10-25중량%,석고 1~10중량%,소석회 5~10중량%, 알루민산나트륨 1~5중량%,증점제 01~05중량%를포함하여구성되되 ,상기 급냉제강환원슬래그분말은철제련중에 발생되는부산물중전기로용융환원 슬래그에물과의접촉없이고압,고속가스를 5~60초간분사,비산시켜 2020/175764 1»（：1^1{2019/015226

1,300 1,600ᄋ（:의상기용융환원슬래그를 40~90ᄋ（:로급냉하여

3,000~12,00001 ² 의분말도로분쇄한것으로,

신203 15~35질량%, 02 10~30질량%를함유하며,급결성에의하여 1~2분내에 초결상태가되고 분내에종결상태가되어조기강도를발현하는것 을 특징으로하는급냉제강환원슬래그를포함하는 숏크리트용급결제조성물이 공지된바와같이,상기급냉제강환원슬래그분� �은속경성시멘트로이미 상용화되고있으나.상기급냉제강환원슬래그� �말에 전기로제강분진을 혼합사용한기술은국내외에서 개발된바없다.

[18]

[19] 이에본발명자들은급냉제강환원슬래그분말과 전기로제강분진을혼합 사용하여 친환경,저탄소녹색성장에 기여하는범용초속경성모르타르 조성물을개발하고,본발명을완성하게되었다.

[2이

발명의상세한설명

기술적과제

[21] 본발명은상기문제점을해결하기위하여 ,제철소에서 철제련중에발생되는 산업부산물인전기로용융환원슬래그에고압의 공기를고속으로분사하여상기 용융환원슬래그를미세 액적으로비산시키면서급냉시키고분말로분쇄 한급냉 제강환원슬래그분말과전기로용해공정에서발 생하는고열의분진을 집진기에서포집한산업폐기물인전기로제강분 진을혼합사용하여 친환경 , 저탄소녹색성장에기여하는급냉제강환원슬래 그분말과전기로제강분진을 이용한초속경모르타르조성물을제공하는것을 해결하고자하는기술적 과제로한다.

[22]

과제해결수단

[23] 본발명은상기과제의 해결을위하여 ,제철소에서 철제련중에발생되는 산업부산물인전기로용융환원슬래그에고압의 공기를고속으로분사하여상기 용융환원슬래그를미세 액적으로비산시키면서급냉시키고분말로분쇄 한급냉 제강환원슬래그분말과;전기로용해공정에서� �생하는고열의분진을 집진기에서포집한산업폐기물인전기로제강분 진;을포함하는급냉

제강환원슬래그분말과전기로제강분진을이용 한초속경모르타르조성물을 기술적 해결방법으로한다.

[24]

[25] 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은상기 전기로제강분진이 4~20중량%로혼합되는것을기술적 해결방법으로한다.

[26] 2020/175764 1»（：1/10公019/015226 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은상기 전기로제강분진이 8중량%로혼합되는것을기술적

해결방법으로한다.

[28]

[29] 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은지연제로구연산분말이 0.1 2.0중량%로혼합되는것을기술적 해결방법으로한다.

[3 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은 5분내에초결상태, 분내에종결상태를나타내어상기급냉 제강환원슬래그분말을단독사용한경우, 90분내에초결상태, 100분내에종결 상태를나타내는것에 비하여 배~18배빠른초속경성을발현하는것을기술적 해결방법으로한다. 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은초기 및장기 압축및휨강도증진을위해석고를혼합하되,상� �급냉 제강환원슬래그분말 :석고의중량비가 65:35로혼합되는되는것을기술적 해결방법으로한다.

[34]

발명의효과

[35] 본발명의급냉제강환원슬래그분말과전기로제 강분진을이용한초속경 모르타르조성물은제철소에서 철제련중에발생되는산업부산물인전기로 용융환원슬래그에고압의공기를고속으로분사 하여상기용융환원슬래그를 미세 액적으로비산시키면서급냉시키고분말로분쇄 한급냉

23

2 3 33 307611 제강환원슬래그분말과전기로용해공정에서발 생하는고열의분진을

집진기에서포집한산업폐기물인전기로제강분 진을혼합사용하여

재활용함으로써 친환경,저탄소녹색성장에 기여하는우수한효과가있다. 도면의간단한설명

[37] 도 1은본발명과비교예의비카트시험에의한응결� �간을측정그래프

[38] 도 2는본발명의 제강분진혼합비율에 따른수화열실시간측정그래프

[39] 도 3은본발명의 제강분진혼합비율에 따른수화열실시간측정그래프

[4이 도 4는본발명의 제강분진혼합비율에 따른수화열실시간측정그래프

[41] 도 5은본발명의모르타르압축강도시험그래프

[42] 도 6은본발명의모르타르힘강도시험그래프

[43]

발명의실시를위한형태 2020/175764 1»（：1^1{2019/015226

[44] 본발명은,제철소에서 철제련중에발생되는산업부산물인전기로

용융환원슬래그에고압의공기를고속으로분사 하여상기용융환원슬래그를 미세 액적으로비산시키면서급냉시키고분말로분쇄 한급냉

제강환원슬래그분말과;전기로용해공정에서� �생하는고열의분진을 집진기에서포집한산업폐기물인전기로제강분 진;을포함하는급냉

제강환원슬래그분말과전기로제강분진을이용 한초속경모르타르조성물을 기술구성의특징으로한다.

[45]

[46] 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은상기 전기로제강분진이 4~20중량%로혼합되는것을기술구성의 특징으로한다.

[47]

[48] 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은상기 전기로제강분진이 8중량%로혼합되는것을기술구성의 특징으로한다.

[49]

[5이 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은지연제로구연산분말이 0.1 2.0중량%로혼합되는것을기술구성의 특징으로한다.

[51]

[52] 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은 5분내에초결상태, 분내에종결상태를나타내어상기급냉 제강환원슬래그분말을단독사용한경우, 90분내에초결상태, 100분내에종결 상태를나타내는것에 비하여 배~18배빠른초속경성을발현하는것을 기술구성의특징으로한다.

[53]

[54] 상기급냉제강환원슬래그분말과전기로제강분 진을이용한초속경모르타르 조성물은초기 및장기 압축및휨강도증진을위해석고를혼합하되,상� �급냉 제강환원슬래그분말 :석고의중량비가 65:35로혼합되는되는것을기술구성의 특징으로한다.

[55]

[56] 이하에서는본발명이속하는기술분야에서통상 의지식을가진자가용이하게 실시할수있도록본발명의실시예및도면을통하 여상세히설명한다.그러나 본발명은여러 가지상이한형태로구현될수있으며,여기에서 설명하는 실시예 및도면에 한정되지 않는다.

[57]

[58] 먼저,본발명에서사용되는급냉제강환원슬래� �분말은제철소에서 철제련 중에 발생되는산업부산물인전기로용융환원슬래그 에고압의공기를고속으로 2020/175764 1»（：1/10公019/015226 분사하여상기용융환원슬래그를미세 액적으로비산시키면서급냉시키고 분말로분쇄한것이다. 특히,본발명의급냉제강환원슬래그분말은전� �로용융환원슬래그에고압의 공기를고속으로분사하여상기용융환원슬래그 를미세 액적으로비산시키면서 1,300~1,600°C의상기용융환원슬래그를 40 90 ^O C로급냉하여분말로분쇄한 것으로 CaO와 A1 ₂ 0 ₃ 를주성분으로한다.

[6

상기급냉제강환원슬래그분말은상기두성분의 몰수비에따라 3Ca0.Al ₂ 0 ₃ - 12Ca0-7Al ₂ 0 ₃ - Ca0 Al ₂ 0 ₃ - Ca0-2A1 ₂ 0 ₃ 에 이르는연속고용체를이루고있으며 , 물과혼합되면신속히 Ca0-A1 ₂ 0 ₃ 10H ₂ 0, 2Ca0 Al ₂ 0 ₃ -8H ₂ 0, 3Ca0 Al ₂ 0 ₃ -6H ₂ 0 등의수화물을형성하여급속히경화하는특성을 가지며 ,속경성을위해서는 비표면적이 5500~6500cm ² /g이되도록분말로분쇄되어야한다.

[63]

[64] 한편,본발명에서사용되는전기로제강분진은� �기로용해공정에서

발생하는고열의분진을집진기에서포집한산업 폐기물로서,전기로내에서 멜팅포인트이전에 기화하여 집진되므로다량의유해중금속이함유되어 있다. 상기 전기로제강분진은지정폐기물로단순매립이불 가능하여시멘트등을 혼입하여고화시켜처리하거나펠렛형태로가공 하여 전기로에 재투입시키거나 또는유용금속을재회수하기 위해사용되지만투자비용이 막대해상용화가 어려운문제점이 있다.

[67]

[68] ] ] ] ] ] ] 또한,상기 전기로제강분진을재활용하기 위하여,일반시멘트와혼입시에는 29 o 9 o 561

7756 666621 분진내 ZnO가시멘트의응결을지연시켜초기강도가낮은 단점이 있고,중금속 용출을막기위해 일반시멘트와혼합하여고화시키는연구는해외 에서 활발히 진행되고있지만속경성 재료로적용된연구개발사례는없다.

[7 이에따라,본발명에서의초속경모르타르조성� �은일반적으로시멘트의 응결을지연시키고,초기강도를저하시키는산� �아연 (ZnO)의 영향을받지 않으므로국내외 대표적사례에 적용하기 위해전기로제강분진 (EAFD dust)가 다량발생하고있는인도 JSW스틸에서 배출되는 JSW DUST,한국특수형강 칠서공장에서 배출되는 Chilseo DUST를각각사용한다. 아울러,본발명에서는상기급냉제강환원슬래� �분말과상기 전기로 제강분진을혼합사용함에 있어,상기 전기로제강분진의혼합비율은상기 초속경모르타르조성물중 4~20중량%로혼합될수있으며 ,더욱바람직하게는 8중량%로혼합될수있다. 2020/175764 1»（：1/10公019/015226

[74] 그러나,본발명의상기급냉제강환원슬래그분� �은물결합재비（\¥/피가

50-70%범위일경우초기응결이 1분이내로매우빠르므로지연제로서

구연산분말을전체조성물중 0.1 2.0중량%로혼합사용하는것이바람직하다. 이때,상기급냉제강환원슬래그분말과전기로� �강분진을이용한초속경 모르타르조성물은 5분내에초결상태 , 분내에종결상태를나타내어상기 급냉제강환원슬래그분말을단독사용한경우, 90분내에초결상태, 100분내에 종결상태를나타내는것에비하여 배~18배빠른초속경성을발현하게된다.

[77]

한편,상기급냉제강환원슬래그분말과전기로� �강분진을이용한초속경 모르타르조성물은응결특성은매우초속경을나 타내나상대적으로압축및 휨강도저하가나타나므로이를보강하기위하여 초기및장기압축및휨강도 증진을위해석고를혼합하여사용하되,상기급� �제강환원슬래그분말 :석고의 중량비가 65:35로혼합되도록사용할대 ,압축및휨강도가가장우수한것으로 나타났다.

[79]

[8이 상기석고는상기초속경모르타르조성물의압축 및휨강도를증진시키는

효과를가진다.석고의성분인삼산화황이온은� �기수화시칼슘알루미네이트 수화물과반응하여에트린자이트라는침상결정 을생성시키며초기강도에 기여한다.이는시간경과에따라성장하여수화� �직의결합을더욱강하게하고 또한장기강도발현에도기여하는역할을한다.� �고의첨가에의해생성되는 에트링가이트는침상형팽창성광물로서,본발� �의급냉환원슬래그분말이

] ] ] ] ] ] 가지는장기적인수축특성을보상하여체적안정 성에기여한다.

245631

778888 ^{7 738}

［실시예 1］

『본밤명의 초속경 모르타르조성물및비교조성물제조 1

본발명의초속경모르타르조성물및비교조성물 을제조하기위하여,급냉 제강환원슬래그（이하 0쇼 ,전기로제강분진田쇼므1））,

보통포틀랜드시멘트（0모 ,지연제를다음［표 1］과같이준비하고,［표 2］와같이 , 모르타르조성물을각각비교제조하였다. 86] [표 1]

[표 2]

[88]

[89] ［실시예 2］

[9 9 9 87이31 『비카트시험에 의한옹경시가측정

본발명의초속경모르타르조성물

시험에의한응결시간을측정하고그결과를［도 1］에나타내었다.

[92]

상기비카트시험에의한응결시간측정결과［도 1］를참조하면,본발명의급냉 제강환원슬래그분말과전기로제강분진을이용 한초속경모르타르조성물은 5분내에초결상태, 분내에종결상태를나타내어상기급냉

제강환원슬래그분말을단독사용한경우, 90분내에초결상태, 100분내에종결 상태를나타내는것에비하여 배~18배빠른초속경성을발현하는것을확인할 수있다.

[94]

[95 ［실시예 3］

[96 『본밤명의 초속경 모르타르조성물중제강분지혼합비음비교시험 1

[97 본발명의초속경모르타르조성물중제강분진의 최적혼합비율의선정을위해 다음 [표 3]과같이본발명의초속경모르타르조성물의시� ��군을제조하였다. 이때 ,비교시험을위해물결합재비 (\¥/피를 60%로조정하고,지연제는사용하지 않았다.

[98] [표 3]

[99] 상기제조된본발명의초속경모르타르조성물의 시험군에대하여각각

수화열실시간측정기를통해응결특성비교시험 을실시하여그결과를 [도 2] 내지 [도 4]에도시하였다.

0이

[101] [도 2]에나타난바와같이,본발명의초속경모르타르 조성물중제강분진 혼합비율이증가될수록수화열온도피크가지연 되는것을확인할수있으며, 제강분진혼합비율이 50중량%일때온도피크가가장늦게나타나는것을 확인할 수있으므로제강분진혼합비율이증가할수록속 경성이저하되는것으로 나타났다.

[102]

[103] 또한, [도 3]에나타난바와같이,수화열온도피크가가장빠 르게나타나는 것은제강분진혼합비율이 8중량%일때이므로이는초속경성이가장우수한 경우임을알수있으므로제강분진혼합비율이 8중량%인경우속경성이가장 우수한것으로나타났다.

[104]

[105] 또한, [도 4]에나타난바와같이,본발명의초속경모르타르 조성물의

시험군에대하여각각수화열이 99°0도달시간을측정한결과제강분진 혼합비율이 4~20중량%일때, 5분이내로빠르게나타남을알수있으므로,본본 발명의초속경모르타르조성물의제강분진혼합 비율은 4~20중량%범위로 혼합되는것이바람직함을알수있다.

[106]

[107] [실시예 4]

[108] 『본밤명의초속경모르타르조성물의 압축강도및획강도측정 1

[109] 본발명의초속경모르타르조성물의압축강도및 휨강도측정을위하여다음 [표 4]내지 [표 5]과같이본발명의조성물과비교조성물을제조� ��고 공시체 (1,2, 3, 4)를각각제조하였다.

[11이

[111] 이때비교시험을위하여물결합재비 (\¥/피를 50%로조정하고, 679에 준하여배합하되 , 1분저속및 1분고속으로혼합하고,공시체는 5105에 준하여제작하였으며,양생및압축,휨강도측정� �� 준하여 실시하였으며,그시험결과를 [도 5]내지 [도 6]에나타내었다.

[112] [표 4]

[113] [표 5]

[114] [도 5]내지 [도 6]에도시한바와같이, 0 ~ 20 \ . %를첨가한

시험체어0.3~4)가 ：단독분체어0.1) 무수석고를혼합한 시험체 ((No.2)보다높은강도발현율을보이는것으로나� �났다.

[115]

[116] 첨가한시험체어0.4)가전수준의재령에서 가장높은강도를보이는것으로나타났다.

[117]

[118] 따라서,본발명의초속경모르타르조성물은초� �경보수제,숏크리트등의 2020/175764 1»（：1^1{2019/015226 다양한용도로사용될수있다.

[119]

[12이 이상의설명은본발명의기술사상을예시적으로 설명한것에불과한

것으로서,본발명이속하는기술분야에서통상� �지식을가진자라면본 발명의본질적인특성에서벗어나지않는범위에 서다양한수정및변형이 가능할것이다.따라서 ,본발명에개시된실시예및도면들은본발명의� �술 사상을한정하기위한것이아니라설명하기위한 것이고,이러한실시예및 도면에의하여본발명의기술사상의범위가한정 되는것은아니다.본발명의 보호범위는아래의청구범위에의하여해석되어 야하며,그와동등한범위내에 있는모든기술사상은본발명의권리범위에포함 되는것으로해석되어야할 것이다

[121] .

산업상이용가능성

[122] 본발명의급냉제강환원슬래그분말과전기로제 강분진을이용한초속경 모르타르조성물은제철소에서철제련중에발생 되는산업부산물인전기로 용융환원슬래그에고압의공기를고속으로분사 하여상기용융환원슬래그를 미세액적으로비산시키면서급냉시키고분말로 분쇄한급냉

제강환원슬래그분말과전기로용해공정에서발 생하는고열의분진을 집진기에서포집한산업폐기물인전기로제강분 진을혼합사용하여

재활용함으로써친환경,저탄소녹색성장에기� �하는우수한효과가있으므로 산업상이용가능성이있다.