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목 차

철강 Slag 란 ?

철강 Slag 제조공정 철강 Slag 종류 철강 Slag 재활용 철강 Slag 환경적 문제 결론

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철강 Slag 란 ?

고로 슬래그 제강 슬래그

1. 철강 슬래그란 ? 일관 제철공정을 갖춘 제철소의 경우 원료 , 제선 , 제강 , 압연 및 스테인리스 등의 생산 과정을 거치면서 수많은 종류의 부산물 및 폐기물을 다량 발생하며 고로 슬래그와 제강 슬래그로 구분

※. 일관제철소 ; 제선 , 제강 , 압연의 세 공정을 모두 갖춘 제철소를 말한다 . 제선은 원료인 철광석과 유연탄 등을 커다란 고로에 넣어 액체상태의 쇳물을 뽑아내는 공정을 , 제강은 이렇게 만들어진 쇳물에서 각종 불순물을 제거하는 작업을 , 압연은 쇳물을 슬래브( 커다란 쇠판 ) 형태로 뽑아낸 후 여기에 높은 압력을 가하는 과정

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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 .

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철강 Slag 제조공정

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철강 Slag 종류

괴재 Slag(air-cooled slag)

수재 Slag(granulated slag)

전로 Slag

전기로 Slag

철강 철강 SlagSlag철강 철강 SlagSlag

고로 Slag

제강 Slag

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철강슬래그

고로슬래그

제강슬래그

서냉슬래그

수재슬래그

전로슬래그

전기로슬래그

산화슬래그

환원슬래그

도로용 ( 기층 , 보조기층 , 밀러 ) 철도도상용 콘크리트용 골재 항만재료 지반계량재 규산석회비료 암면 기타 포틀랜드 , 고로시멘트용 ( 시멘트 혼합용 ) 시멘트 플링커 원료 콘크리트 혼합제 결양기포 콘크리트 원료 (ALC) 지반 계량제 노상 , 보조기층 안정처리 : 차단충용 규산석회 비료 항만재료 토목용재

도로 노반용 아스팔트 콘크리트 시멘트 씰링커 원료 항만공사용 재료 ( 뒷채문재 , 복토용 , Sand mat 용 ) 비료 및 토양 개량제 석회질 비료

철강 Slag 종류

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철강 Slag 종류 – 고로 Slag

제철소 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 발생하는 생성물

주원료 ( 철광석 ) 와 부원료 ( 코크스 , 석회석 ) 의 회분에 존재하는 SiO2 와 Al2O3 등이 고온 ( 약 1,500℃) 의 쇳물과 함께 광물성분이 용해된 용융 Slag가 발생 .

용융 Slag 는 비중의 차이를 이용하여 쇳물과 분리시킴 .

냉각 방법에 따라 (1) 괴재 Slag ( Palletized Slag -Air Cooled ) 용융 Slag 를 대기 중에서 서서히 냉각 (2) 수재 Slag ( Granulated Slag - Water Cooled ) 용융 Slag 를 고압의 물을 이용하여 급냉

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철강 Slag 종류 – 제강 Slag

철에서 강을 만들기 위해 쇳물에 녹아있는 탄소 , 규소성분 등을 제거하는 공정에서 제강 Slag 가 발생

제강 Slag 에는 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 .

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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 CaCO∙ 3) 발생량 : 1ton 당 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 CO 의 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 Slag 와 용강이 생성 . 발생량 : 전기로 산화 Slag 1ton 당 120~150kg 환원 Slag 1ton 당 50kg

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고 로 슬 래 그

57%

15%

18%

10%

철강 Slag 재활용

제 강 슬 래 그

56%30%

11%3%

시멘트시멘트

미분말미분말

파쇄골재파쇄골재

비료비료

도로 토목용도로 토목용

시멘트용시멘트용

원료원료

기타기타

http://www.law.go.kr/admRulInfoP.do?admRulSeq=2000000010046

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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 .

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철강 Slag 재활용 토목용

수재슬래그나 괴재슬래그를 20mm 이하로 파쇄한 것은 천연모래처럼 사용 급경사면이나 높은 성토지 조성 , 연약지반의 개량 등에 사용할 경우 시공이

용이하고 안정성을 확보

항만 공사용 제강슬래그는 내부 마 찰각이 크고 치밀하며 무거운 특성을 가지고 있어

항만공사용 토목재료로 활용

비료 및 토지 개량제 고로슬래그는 가용성규산 , 석회 , 마그네슘 및 각종 미량원소를 함유하고 있어 산 성토양의 개량과 작물의 증산효과가 있는 규산질비료의 원료로 사용 제강슬래그는 인산이나 각종 미 네랄이 작물의 육성에 도움을 주며 산성토양의

개량제로 이용

새로운 이용분야 철강슬래그를 해양용 바닥복토재 , 적조방지제 , 인공어초 및 해조초 등 새로운

분야로의 연구 개발과 적용이 활발하게 이루어지고 있다 .

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고로 Slag 활용 ( 슬래그 시멘트 )

석회석

철광석

코크스

용광로 선철

고로슬래그

클링거

석고

용광로

제철소

시멘트공장

슬래그 시멘트

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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

규산질 비료 ( 규산 ) 의 벼에 미치는 효과 증수 효과 : 23~30% 내도복성 증진 : 규화세포의 형성으로 도복 예방 및 경감 내충성 증진 : 이화명충 , 벼멸구 , 미세해충 , 등 기상 재해 내성 증진 : 한발 ( 가뭄 ), 냉해 , 염해 , 일조부족 독성 , 영양장해 억제 효과 : 알루미늄 , 아연 , 망간 , 철 , 비소 , 카드늄 ,

게르마늄 , 질소과다 흡수 억제 부족 비료성분 흡수 촉진 : 질소 , 인산 , 칼리 , 고토 , 규산 포장절수 효과 자재 : 14%의 절수 효과 증산량 억제 효과 ( 한해 내성 ) : 33% 절감 노화 경감 , 광합성 촉진 , 품질 향상 , 생체 온도 조절

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도로용 복합슬래그 표층

기층

입도조정기층복합슬래그 MS-25

보조기층복합슬래그 MS-40, CS- 40

노상복합슬래그 CSO-70

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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 Slag 를 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 .

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용융 Slag 를 석재화 - 쯔기시마기계 (月島機械 )

용융 Slag 를 서냉에 의해 천연석과 다름없는 석재로 하는 것으로 석재화로에서 3시간에 걸쳐서 보온한 후 , 서냉하는 것에 의해 용융 Slag 를 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 Slag 는

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 .

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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 .

제강 Slag 활용 – 인공 어초

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철강 Slag 환경적 문제 제강 Slag 환경적 문제점 Aging 이 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-CaO 는 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 1~3 개월의 야적에 의해 Aging 이 필요하며 , 이러한

공 정으로 넓은 야적장 , 침출수 , 비산먼지 등의 환경적인 문제 발생

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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 10 정도가 됨 )

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결론 철강 슬래그의 산 출량은 매우 많다 .( 국내 1,700 만톤 , 세계 4 억톤 ) 2005년 국내기준 : 고로 슬래그 (850 만톤 ), 제강 슬래그 (830 만톤 ) 고로 슬래그는 고로시멘트의 원료로 재활용 (70% 정도 ) 되고 있음 .

제강 슬래그는 그 화 학적 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 .