철강 슬래그Slag

목 차

 철강 Slag란?

 철강 Slag 제조공정

 철강 Slag 종류

 철강 Slag 재활용

 철강 Slag 환경적 문제

 결론

철강 Slag 란?

철강 Slag 란?

 고로 Slag : 철을 제련하는 제철 과정에서 발생하는 찌꺼기. 

                           철광석 가운데 철분을 포함하지 않는 부분이 녹아                           

                           용광로로부터 나오는 것.

 제강 Slag : 제강단계에서 전로로부터 나오는 불순물. 

                              전로 Slag, 전기로 Slag(전기로 산화, 환원 Slag) 있다.

철강 Slag 제조공정

철강 Slag 종류

철강 Slag 종류

철강 Slag 종류 – 고로 Slag

 제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 생성물

 주원료(철광석)와 부원료(코크스, 석회석)의 회분에 존재하는 SiO2와 Al2O3 등이 고온(약 1,500℃)의 쇳물과 함께 광물성분이 용해된 용융Slag가 발생.

 용융 Slag는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과  분리시킴.

 냉각 방법에 따라 

   (1) 괴재 Slag ( Palletized Slag -Air Cooled )

          용융 Slag를 대기 중에서 서서히 냉각

   

   (2) 수재 Slag ( Granulated Slag - Water Cooled )

          용융 Slag를 고압의 물을 이용하여 급냉

 

철강 Slag 종류 – 제강 Slag

 철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아있는 탄소, 규소성분 등을 제거하는 공정에서 제강 Slag가 발생

 제강 Slag에는 미 반응 CaO (free-CaO, 유리석회)가 포함되어 있는 관계로

      재활용시 수개월 정도 야적하거나 뜨거운 증기를 이용한 Aging 과정이 필요

 

   (1) 전로 Slag (BOF Slag, Convert Slag) 

          고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 

            공정에서 생성

   (2) 전기로 Slag ( EAF Slag)

          고철 등을 전기로에서 정련할 때 외부에서 열을 가하여 원

            료를 용해하여 정련.

철강 Slag 종류 – 제강 Slag

(1) 전로 Slag (BOF Slag, Convert Slag) 

       고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어넣어 정련하는 공정에서 생성

       주 원료 : 용선, 고철

          부 원료 : 생석회(CaO), 석회석(CaCO3) 및 돌로마이트(MgCO3∙ CaCO3)

       발생량: 1ton당 150~180kg 발생 

(2) 전기로 Slag ( EAF Slag)

         고철 등을 전기로에서 정련할 때 외부에서 열을 가하여 원료를 용해하여 정련

         종류: 전기로 산화 Slag, 환원 Slag

                (a) 전기로 산화 Slag : 용강을 교반하면서 산소를 흡입하면 강중의

                           탄소가 반응하여 CO의 기포가 생성되면서, 불필요한 성분의

                           산화물이 부상하고, 생성회와 반응하여 Slag 생성

                (b) 환원 Slag : 산화과정에서 강제적으로 혼입한 과잉의 산소제거와 탈황을 

                           위하여 환원제로 알루미늄, 코크스 가루를 살포하고, 생석회 등을 

                           투입하여 환원 처리하면 Slag와 용강이 생성.

         발생량: 전기로 산화 Slag  1ton당 120~150kg

                       환원 Slag  1ton당 50kg 

철강 Slag 재활용

철강 Slag 재활용

 도로용 (고로 Slag)

  고로슬래그는 도로용 골재로 사용하면 장기간에 걸쳐 노면의 지지력이 증가하는

     특성

  공공도로에 대량으로 사용

  천연 골재에 비하여 품질, 시공성, 경제성이 우수   

  복합슬래그 (제강슬래그 +고로슬래그 혼합)는 고로슬래그의 장점인 지지력 안정

     성과 제강슬래그의 장점인 견고성을 적절히 결합한 것으로 일본의 경우 1970년

     대부터 도로에 널리 사용

 시멘트 원료용(수재 Slag)

  일반시멘트에 5%, 고로슬래그 시멘트에는 30 ~ 60%가 원료로 사용

  고로슬래그 시멘트는 일반시멘트에 비하여 수밀성, 내열성, 내해수성, 내약품성

     등이 우수하여 해양 및 연안 시설물, 각종 산업기지 및 도시하수시설 등으로 이용

     도가 넓어지고 있다.

철강 Slag 재활용

 토목용

   수재슬래그나 괴재슬래그를 20mm이하로 파쇄한 것은 천연모래처럼 사용

   급경사면이나 높은 성토지 조성, 연약지반의 개량 등에 사용할 경우 시공이 용이하고 안정성을 확보

 항만 공사용

   제강슬래그는 내부 마찰각이 크고 치밀하며 무거운 특성을 가지고 있어 항만공사용 토목재료로 활용

고로 Slag 활용(슬래그 시멘트)

고로 Slag 활용 – 규산질 비료

 규산질 비료

   알카리성분 (석회질성분 약 40%) 및 규산성분 (약 25%)을 다량함유하고 있는 

      무공해 비료

          작물의 병 해충 및 내도복성을 강화시켜 증수효과

          화학비료의 과다시비로 산성화된 토양과 중금속으로 오염된 토양을 중성으로 

             개량 시켜주는 역할

도로용 복합슬래그

폐기물을 활용한 경질 다공성 흡음재 개발

-토신(ト-シン)

 산업폐기물과 리싸이클재의 혼합에 의한 환경 친화적인 경질 다공성 흡음재

        분쇄 유리 소결체와 철의 고로 생성 시에 

             나오는 폐기물의 수재 Slag를 혼합하여 탄

             생한 제품. 

 특징

  철로 주변에 부설하는 것만으로 3~5dB

     경감할 수 있고, 체감소음을 약 30% 낮출

     수 있으며, 지하철 구내에서도 소음 절감 

     가능.

  제진 블록은 흡음블록에 부틸 고무를 붙인 

     것으로 선박의 엔진 룸 벽의 제진 및 흡음에 

    적합. 

용융 Slag를 석재화

        - 쯔기시마기계(月島機械)

 용융 Slag를 서냉에 의해 천연석과 다름없는 석재로 하는 것으로 석재화로에서 3시간에 걸쳐서 보온한 후, 서냉하는 것에 의해 용융 Slag를 석재화 하는 기술이다. 

  이 회사는 쓰레기를 열분해로에서 소석회를 투입하고, 400~600℃에서 가스화,

     염화수소를 중화하고, 분해가스는 1000℃정도의 연소로에서 다이옥신을 발생

     하지 않고 연소한다.

  미 연소분의 타르나 재는 용융로에서 1400℃에서 용융, 발생하는 Slag는 천천히

     서냉 하여 석재화 하여 완전 재활용.

  재를 완전히 석재화하고, 분해가스와 타르를 분리하여 타르만을 용융한다.

  열 분해로에서 염소분이 90%이상 저감되므로 다이옥신 발생이 극히 적다.

제강 Slag 활용 – 인공 어초

 제강슬래그의 경우 고로슬래그와는 달리 팽창 자리성(자연적으로 붕괴하는 성질)이 있어

 

 도로 건설용 자재로의 이용이 늦어졌으나 최근 이를 극복할 수 있는 활용기술이 활발히 연구되고 있음.

 고로슬래그에 비해 제강슬래그는 천영석 및 생물의 부착이 많기 때문에 커다란 전로슬래그의 덩어리를 해저에 퇴적하거나 중간크기의 덩어리는 상자에 넣어 어초(漁礁)로 활용하는 사례가 늘고 있음.

 또한 제강슬래그는 논농사용 특수비료나 밭농사 및 목초시설 원예용 비료로 재활용 할 수 있고 혹은 제철원료로도 재사용되고 있음.

철강 Slag 환경적 문제

 제강 Slag 환경적 문제점

          Aging이 필요한 이유

            : (1)제강 공정에서 발생하는 슬래그는 공기 중에서 상온으로 냉각하여 굳힌 

                  다음 분쇄하여 처리

              (2) 이러한 공정으로 발생하는 제강슬래그는 미 반응 유리석회 CaO (free 

                   CaO, 또는 F-CaO)의 함량이 0.1~20%까지 변화

              (3) F-CaO 함량이 1% 이상이 되면 팽창성 반응에 의해 스스로 붕괴됨

                    (F-CaO 함량이 증가할수록 커지는 경향이 있음)

                    (※ F-CaO는 환경 오염원이자 슬래그 용도를 제한하는 화합물이다.)

               (4) F-CaO  + H2O   Ca(OH)2  

                    (유리석회 + 물  수산화칼슘)

                     알칼리 화합물인 Ca(OH)2 는 해수, 공기오염 등 환경 악화 용인이

                        자 화학적 풍화작용을 일으켜 제강슬래그 사용용도를 제한함 

               (5) 제강 슬래그는 1~3개월의 야적에 의해 Aging이 필요하며, 이러한 공

                    정으로 넓은 야적장, 침출수, 비산먼지 등의 환경적인 문제 발생 

철강 Slag 환경적 문제

 제강 Slag 환경적 문제점

          야적 또는 성토재로 사용 시 

            : (1) 야적에서 Aging 하는 경우 침출수로 인한 환경오염이 발생한다.

              (2) CaO + H2O  = Ca(OH)2

                               (화학적으로 불안정한 미 반응 유리석회가 물과 반응하여 안정한

                      수산화칼슘이 생성되며, 부피가 2배 정도 팽창하게 됨)

              (3) Ca(OH)2   Ca2+  + 2OH- 

                     (강 알칼리 수가 되어서 pH가 10정도가 됨)

결론

 철강 슬래그의 산출량은 매우 많다.( 국내 1,700만톤, 세계 4억톤)

          2005년 국내기준 : 고로 슬래그 (850만톤), 제강 슬래그 (830만톤)

          고로 슬래그는 고로시멘트의 원료로 재활용 (70% 정도) 되고 있음.

 제강 슬래그는 그 화학적 조성과 미 반응 유리석회의 높은 함량 때문에 침출수 등

       환경적 우려가 크며, 제한적인 재활용 (단순 매립제 이용, 대규모 야적장, 장기 숙성이 요구, 팽창 현상에 의한 콘크리트 골재의 사용의 어려움)

 막대한 양의 철강 슬래그는 천연골재의 부족으로 인한 국내 콘크리트 산업의 중요한 대체재로서 활용 가능성이 높다.