(57)【要約】  本発明は、遊離石灰（ｆｒｅｅ―ＣａＯ）の含有量が高いため自体粉化特性を有しており、これまで活用されず廃棄されていた電気炉還元スラグを高付加価値的に活用するための技術である。より詳細には、本発明は、製鉄所で鉄の製錬中に発生する副産物のうち電気炉還元スラグを高圧ガスで飛散させ、常温に急冷処理して粉砕した還元スラグ粉末を石膏と混合して製造した超速硬性の水硬性結合材及びその製造方法に関し、速硬性特性を要求する多様な分野で活用可能であるとともに、石膏との混合使用によって凝結及び硬化時間を調整することによって普通ポルトランドセメントの代替用として使用できる電気炉還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材及びその製造方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄所で鉄の製錬中に発生する副産物のうち電気炉溶融還元スラグをタンディッシュを通して落下させながら高圧のガスで空気中に飛散、急激に常温に冷却させ、遊離石灰が存在しないように製造された還元スラグ粉末を含んで構成されることを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材。 
【請求項２】
前記還元スラグ粉末は３，０００〜１２，０００／ｇの粉末度を有することを特徴とする、請求項１に記載の還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材。
【請求項３】
前記還元スラグ粉末の成分含量は、ＣａＯ４０〜６０ｗ％、ＳｉＯ２５〜１５ｗ％、Ａｌ２Ｏ３１５〜２５ｗ％であり、遊離石灰（Ｆ−ＣａＯ）成分がなく、速硬化、粗鋼性、耐食性、耐火性を向上させる成分であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜７倍多く、速硬化及び強度を向上させ、亀裂を防止する成分であるマグネシア（ＭｇＯ、Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜３倍多いことを特徴とする、請求項１に記載の還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材。
【請求項４】
前記還元スラグ粉末は、速硬性水和物であるマイエナイト（Ｍａｙｅｎｉｔｅ）（Ｃ１２Ａ７、１２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）と、セメントの主要構成化合物でありながら水硬性に大きく寄与するβ−Ｃ２Ｓ（Ｂｅｌｉｔｅ、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２）と、を多量含有していることを特徴とする、請求項１に記載の還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材。
【請求項５】
前記超速硬性水硬結合材は、速硬性反応速度の調節のために無水石膏、天然石膏、半水石膏から選ばれる石膏をさらに含んで構成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材。
【請求項６】
製鉄所で鉄の製錬中に発生する副産物のうち電気炉溶融還元スラグをタンディッシュを通して落下させながら高圧のガスで空気中に飛散、急激に常温に冷却させ、遊離石灰が存在しないように急冷処理する段階；
前記の急冷処理された還元スラグを一定の粉末度で粉砕する段階；及び
粉砕された還元スラグに石膏を添加して混合する段階；を含んで構成されることを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊離石灰（ｆｒｅｅ−ＣａＯ）の含有量が高いため自体粉化特性を有しており、これまで活用されず廃棄されていた電気炉還元スラグを高付加価値的に活用するための技術である。より詳細には、本発明は、製鉄所で鉄の製錬中に発生する副産物のうち電気炉還元スラグを高圧ガスで飛散させ、急冷処理して粉砕した還元スラグ粉末を石膏と混合して製造した超速硬性の水硬性結合材及びその製造方法に関し、超速硬性特性を要求する多様な分野で活用可能であるとともに、石膏との混合使用によって凝結及び硬化時間を調整することによって普通ポルトランドセメントの代替用として使用できる電気炉還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９６０年代以後、急速な経済発展に伴う鉄鋼需要に対応するための製鉄及び製鋼産業は急速に発展した。鉄鋼協会の資料によると、韓国の粗鋼生産能力は１９９８年のＩＭＦ時期に多少伸び悩んでいたが、毎年着実に増加し、２００８年には約５，３００万トンに至る世界６位の粗鋼生産国となった。
【０００３】
このような鉄鋼産業は、多量の原料とエネルギーを消費する代表的な業種であって、製船、製鋼、圧延などの複雑な一連の生産工程を経ながら各工程で鉄鋼生産による副産物である鉄鋼スラグを多量発生させる。このような鉄鋼スラグは高炉スラグと製鋼スラグに分類され、高炉スラグは水砕スラグと徐冷スラグに、製鋼スラグは転炉スラグと電気炉スラグにそれぞれ分類され、さらに、電気炉スラグは酸化工程スラグと還元工程スラグに分類される。
【０００４】
最近、製鋼スラグは、本質的に鉄より軽いものが比重差によって分離されたものであって、重金属をほとんど含有しておらず環境有害性が低いので、建設産業用の材料として使用しようとする研究が比較的活発であった。しかし、内部に遊離酸化カルシウム（ｆ−ＣａＯ）を含有しており、水との接触時に化学反応を起こして体積が膨張するので、道路用又はコンクリート用として使用される場合に亀裂が発生する。したがって、この場合は、エージング（Ａｇｉｎｇ）などの後処理工程を設け、化学的に安定化させた後で使用する方法が提案されているが、未だにその信頼性が高くないので、実際の適用は多くない。
【０００５】
製鋼スラグを商用化するために、高速の空気を用いて溶融状態の製鋼スラグを急冷させる方法で遊離酸化カルシウム（ｆ―ＣａＯ）の生成量を制御する方法が開発されているが、前記の方法によって生産された製鋼スラグは、球形化されたためアトマイジング製鋼スラグ（ＡＳＳ、Ａｔｏｍｉｚｉｎｇ  Ｓｔｅｅｌ  Ｓｌａｇ）とも称し、急冷工程によって製造されたため急冷製鋼スラグ（ＲＣＳＳ、Ｒａｐｉｄｌｙ  Ｃｏｏｌｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｓｌａｇ）とも称する。
【０００６】
このようなアトマイジング処理された製鋼スラグは、遊離酸化カルシウムの生成物が低いため膨張崩壊の危険が少なく、粒形が球形に近い細骨材の形態を有するので、コンクリート用の建設材料として活用する場合、ボールベアリング効果（Ｂａｌｌ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｅｆｆｅｃｔ）によって流動性が増加するという長所を有するが、コンクリートを構成する他の材料に比べて密度が高くて材料分離（Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）の可能性が高いので、特殊用途のコンクリート以外の一般的な用途には適用しにくいという問題を有する。
【０００７】
韓国の鉄鋼スラグの発生量は、２００６年には１，６６２万トン、２００７年には１，７５３万トン、２００８年には１，８６７万トンと概して毎年１００万トンずつ増加している。最近の持続的な増加勢は、ポスコファイネックス設備稼動による出船量の増加、唐津現代製鉄熱延工場の電気炉稼動などによる（鉄鋼協会、２００８年度）。
【０００８】
２００７年度の場合は、発生量の９９．７％である１，８６１万トンの鉄鋼スラグが再活用されたと報告されている。高炉スラグと転炉スラグは、それぞれ９５０万トンと５４０万トンが発生して１００％全量再活用されており、電気炉スラグは９８．４％である３，７０７千トンが再活用されているので、再活用が円満に進められていると見なされる。
【０００９】
しかし、再活用の水準を考慮すると、高炉スラグの場合は、長い間再活用の用途を開発するための努力がなされ、８０％以上がセメント原料、肥料用などの高付加価値の用途で使用されているので、比較的再活用水準が高いと言えるが、製鋼スラグの場合は、未だに８０％程度が低付加価値の建設産業用の骨材として活用されているので、再活用の水準が低いと評価することができ、骨材として活用する場合にも長い間のエージング処理が要求されるので、再活用に要する費用が高いという問題を含んでいる。
【００１０】
その一方、電気炉スラグは、銑鉄、古鉄などの製鋼原料を精錬する転炉（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  Ｆｕｒｎａｃｅ）又は電気炉（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ａｒｃ  Ｆｕｒｎａｃｅ）から排出する産業廃棄物であって、これを活用せずそのまま廃棄する場合、飛散する埃、浸出水などから発生する環境問題はもちろん、大規模の処理場を確保すべきであることから生じる経済的な問題などにより、これを活用するための多様な研究が進められてきた。このような努力の結果、最近、電気炉酸化スラグ細骨材に関してはＫＳが制定されるに至った。
【００１１】
電気炉還元スラグは、未だに統計的に分類されていないが、電気炉スラグのうち約２０％を占有しており、これを基準にすると、２００７年度に約７５万トンが発生し、２０１０年にはほぼ１００万トンに迫る量が発生すると推定される。しかし、電気炉還元スラグは、適切な使い道がなく電気炉スラグの再活用率を低下させる要因としてのみ作用しており、再活用技術を至急確立する必要がある。しかし、電気炉還元スラグには遊離石灰が最大２０％まで存在しており、電気炉還元スラグが付加価値的に活用された事例はないと報告されている。
【００１２】
このような還元スラグの再活用に関する従来技術としては、韓国特許公開公報第１０−２００９−００７０４０４号に、徐冷した還元スラグにフライアッシュと普通ポルトランドセメントを添加して混合セメントを製造する技術が公知となっている。
【００１３】
また、米国特許第６０３３４６７号には、ニッケル、銅、鉛又は亜鉛の精練所で発生するスラグからセメントを製造する方法が公知となっている、これは、混合セメントの製造に重点を置いたものではなく、環境汚染源を除去するための廃棄物利用方法に焦点が合わせられているので、開発製品が特有の性能を保有していない。
【００１４】
米国特許第６７７６８３９号には、スラグとポゾラン反応による強度増加をした混合セメントが公知となっているが、これは、普通ポルトランドセメントより強度が低い。これは、既に知られたように、徐冷スラグが初期水硬性を有し得ないため示された現象と推定される。
【００１５】
また、韓国特許公開公報第１０−２００２−００３９５２０には、セメントの低い初期強度を改善する目的で高炉スラグを主材料として用いて非焼成セメントを製造し、これを普通ポルトランドセメントの代替用として使用する技術が公知となっている。 
【００１６】
以上の各特許文献は、本発明とは異なり、いずれも徐々に十分に冷却させた電気炉還元スラグを対象とし、冷却後に粉砕及び加工する工程を含んでおり、また、冷却に必要な敷地及び冷却後の遊離石灰に対する安定性を確保すべきであるという問題を共有している。これを解決するための手段として、その他の廃棄物や各種添加材料などを混合して使用することを提案しているが、これは、製造方法が複雑であり、生産原価が上昇するという致命的な短所を有する。
【００１７】
一方、一般に、セメント及びセメント活用製品は約２８日で硬化されることを目標とし、このときから諸般の特性を発現するので、道路、橋梁、港湾、下水管路などの緊急工事の際には速硬性セメント及びこれを活用した製品が使用されている。
【００１８】
通常の速硬性セメントは、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＸ（Ｘ：ハロゲン元素）などの速硬性鉱物を含有するクリンカーを石膏と混合して粉砕したり、これら速硬性鉱物の粉砕物を普通ポルトランドセメント、石膏及びその他の添加材と混合することによって製造する方法が知られている（大韓民国特許公報公告番号第７６−３９７号、第９０−３３号、日本特開昭５２−１３９８１９、６３−２８５１１４、６４−３７４５０）
【００１９】
しかし、前記の速硬性セメントは、高温の焼成炉でのクリンカー製造に伴う高い製造費用の問題と、揮発成分や溶融成分の制御が難しいため製造時期によってセメントの物性が変わるなどの問題を有している。特に、前記の速硬性セメントは、Ａｌ２Ｏ３成分の割合が高いため、セメントが水と反応して生成される水和物のうち速硬性を発現する主な水和物であるエトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）の結晶転移によって体積変化を起こしたり、Ａｌ（ＯＨ）３ゲル水和物のため水分に対する安定性が低下し、硫酸塩の存在時にＳＯ４イオンとの反応による体積膨張が起きるので、長期的には構造物の安定性を低下させることが問題として認識されてきた。
【００２０】
このようなセメントの性能問題を改善し、硬化以後の構造体の安定性を向上させるための改良された製造方法として、カルシウムサルホアルミネートを含有したアウイン系クリンカーを主体とし、その粉砕物に普通ポルトランドセメント、石膏、消石灰などを混合して製造する方法も知られている（大韓民国特許公報公告番号第９７−００８６８５、１０−０２２０３４０、１０−０３１０６５７）。
【００２１】
その他、韓国特許第０３１０６５７号では、基本的な速硬性セメント製造方法を提示しており、韓国特許第０６７０４５８号では、速硬性セメントを活用したモルタル製造方法を提示しており、韓国特許第０７５５２７２号では、速硬性セメント製造方法及びラテックスコンクリートを提示している。
【００２２】
しかし、前記のような速硬性セメントは、一般にモルタル或いはコンクリートの製造時に水と反応して数分〜数十分以内に硬化し、３〜６時間に２０ＭＰａ以上の強度を発現し、初期にセメント構造体を形成することによって、長期的な水の蒸発などによる変形を最小化することができ、亀裂がほぼ発生しない安定した構造体を作ることができるので、道路、橋梁などの構造物の緊急補修の際に主に使用されるが、現在開発されたモルタルのほとんどには速硬セメントが使用されておらず、ほとんどのモルタル開発企業では速硬セメントに対する技術の限界によりモルタルに機能性原料を添加する方法で製品を特化させている実情にあるので、前記機能性原料を含有しない状態で速硬性を有する水硬性結合材の開発が至急な課題として台頭している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、前記のような問題を認識した上で、電気炉還元スラグを再活用すると共に、超速硬性を有する水硬性結合材を開発するために発明したもので、遊離石灰（ｆｒｅｅ−ＣａＯ）の含有量が高いため自体粉化特性を有しており、これまで活用されず廃棄されていた電気炉還元スラグを高付加価値的に活用することを技術的課題とする。
【００２４】
より具体的には、還元スラグは、溶融状態で発生して冷却されると固体の塊になるが、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が高いため冷却中に石灰の遊離化率が増加することによって、冷却後に水分と接する場合、遊離石灰が石灰水和物であるＣａ（ＯＨ）２に変化しながら容積が１．９５倍増加することに起因した内部の分離圧が発生して自体的に粉化される特性により、還元スラグは、遊離石灰の水和が完了した後で他の用途で活用すべきであるが、水和に要する時間が非常に長いだけでなく、水和が完了した後に粉末状に粉化されてしまい、これまで適切な用途が開発されずにいた。これを解決するために、本発明は、高圧のガスで溶融スラグを空気中に飛散させ、空気中に飛散された溶融スラグは、数秒内に急激に冷却されて遊離石灰の存在しないスラグになり、急結セメントと類似する化学的組成を有するようになるので、これを用いて電気炉還元スラグを付加価値的に活用できるように電気炉還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材及びその製造方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、前記の技術的課題を解決するために、電気炉溶融還元スラグをタンディッシュを通して落下させながら高圧のガスで空気中に飛散、急激に常温に冷却させ、遊離石灰が存在しないように製造された還元スラグ粉末を含んで構成されることを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術的解決方法とする。 
【００２６】
また、前記還元スラグ粉末は３，０００〜１２，０００／ｇの粉末度を有することを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術的解決方法とする。
【００２７】
また、前記還元スラグ粉末の成分含量は、ＣａＯ４０〜６０ｗ％、ＳｉＯ２５〜１５ｗ％、Ａｌ２Ｏ３１５〜２５ｗ％であり、遊離石灰（Ｆ−ＣａＯ）成分がなく、硬化を迅速にし、粗鋼性、耐食性、耐火性を向上させる成分であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜７倍多く、硬化を迅速にし、強度を向上させ、亀裂を防止する成分であるマグネシア（ＭｇＯ、Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜３倍多いことを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術的解決方法とする。
【００２８】
また、前記還元スラグ粉末は、速硬性水和物であるマイエナイト（Ｍａｙｅｎｉｔｅ）（Ｃ１２Ａ７、１２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）と、セメントの主要構成化合物でありながら水硬性に大きく寄与するβ−Ｃ２Ｓ（Ｂｅｌｉｔｅ、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２）とを多量含有していることを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術的解決方法とする。
【００２９】
また、前記超速硬性水硬結合材は、速硬性反応速度の調節のために無水石膏、天然石膏、半水石膏から選ばれる石膏をさらに含んで構成されることを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術的解決方法とする。
【００３０】
また、本発明は、製鉄所で鉄の製錬中に発生する副産物のうち電気炉溶融還元スラグをタンディッシュを通して落下させながら高圧のガスで空気中に飛散、急激に常温に冷却させ、遊離石灰が存在しないように急冷処理する段階；前記の急冷処理された還元スラグを一定の粉末度で粉砕する段階；及び粉砕された還元スラグに石膏を添加して混合する段階；を含んで構成されることを特徴とする還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材の製造方法を技術的解決方法とする。
【発明の効果】
【００３１】
既存の徐冷処理方式は、エージングに多くの時間を要し、広い野積み空間を要求するため生産単価が高くなるだけでなく、飛散する埃の発生、浸出水の発生、高い騒音の発生という環境的問題を有しているが、本発明は、このような多様な問題を画期的を改善した工程として技術の優位性が高い。
【００３２】
また、本発明の生産製品である超速硬性水硬結合材は、速硬性特性を要求する多様な分野で活用可能であるとともに、石膏との混合使用によって凝結及び硬化時間を調整することによって、普通ポルトランドセメントの代替用として使用することも可能である。
【００３３】
また、本発明の生産製品である超速硬性水硬結合材に消費されるエネルギーは、溶融スラグの飛散工程と冷却粒子の粉砕工程のみに限定され、温室ガスの排出係数が非常に低いので、二酸化炭素の排出量が高い普通ポルトランドセメントの代替用として使用する場合、直接的な温室ガス低減効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の還元スラグの成分表である。
【図２】本発明の還元スラグとポルトランドセメントの三成分系グラフである。
【図３】本発明の還元スラグの冷却経路を示すグラフである。
【図４】一般的なポルトランドセメントの製造工程図である。
【図５】本発明の還元スラグ粉末の製造工程図である。
【図６】本発明の還元スラグのＸＲＤグラフである。
【図７】本発明の還元スラグ凝結試験を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、前記課題を解決するために電気炉溶融還元スラグをタンディッシュを通して落下させながら高圧のガスで空気中に飛散、急激に常温に冷却させ、遊離石灰が存在しないように製造された還元スラグ粉末を含んで構成される還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術構成の特徴とする。
【００３６】
また、前記還元スラグ粉末は、３，０００〜１２，０００／ｇの粉末度を有する還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術構成の特徴とする。
【００３７】
また、前記還元スラグ粉末の成分含量は、ＣａＯ４０〜６０ｗ％、ＳｉＯ２５〜１５ｗ％、Ａｌ２Ｏ３１５〜２５ｗ％であり、遊離石灰（Ｆ−ＣａＯ）成分がなく、硬化を迅速にし、粗鋼性、耐食性、耐火性を向上させる成分であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜７倍多く、硬化を迅速にし、強度を向上させ、亀裂を防止する成分であるマグネシア（ＭｇＯ、Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜３倍多い還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術構成の特徴とする。
【００３８】
また、前記還元スラグ粉末は、速硬性水和物であるマイエナイト（Ｍａｙｅｎｉｔｅ）（Ｃ１２Ａ７、１２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）と、セメントの主要構成化合物でありながら水硬性に大きく寄与するβ−Ｃ２Ｓ（Ｂｅｌｉｔｅ、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２）とを多量含有している還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術構成の特徴とする。
【００３９】
また、前記超速硬性水硬結合材は、速硬性反応速度の調節のために無水石膏、天然石膏、半水石膏から選ばれる石膏をさらに含んで構成される還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材を技術構成の特徴とする。
【００４０】
また、本発明は、製鉄所で鉄の製錬中に発生する副産物のうち電気炉溶融還元スラグをタンディッシュを通して落下させながら高圧のガスで空気中に飛散、急激に常温に冷却させ、遊離石灰が存在しないように急冷処理する段階；前記の急冷処理された還元スラグを一定の粉末度で粉砕する段階；及び粉砕された還元スラグに石膏を添加して混合する段階；を含んで構成される還元スラグ粉末を用いた超速硬性水硬結合材の製造方法を技術構成の特徴とする。
【００４１】
本発明は、高圧の空気で溶融スラグを空気中に飛散させ、数秒内に１４００℃から６００℃に冷却し、飛散後に数分内に２００℃に冷却したことに技術的な特徴がある。従来の還元スラグの組成は、図１及び図２に示したように、本質的に超速硬セメントと類似する。
【００４２】
しかし、塩基度（ＣａＯとＳｉＯ２のモル比）が高いので、徐冷する場合は、図３に示したように、７００℃〜１２００℃で遊離石灰の粉化が旺盛になる。したがって、本発明の急冷還元スラグは、この温度範囲を急速に通過して遊離石灰の粉化をなくしたもので、遊離石灰の発生がほぼなく、これは、図１に示したように、ＸＲＦで測定した化学組成結果から確認することができる。
【００４３】
一方、図４に示したように、普通ポルトランドセメントは、主に石灰質原料と粘土質原料を適当な割合で混合し、要求される性能に応じて成分を調節するために珪酸質原料と酸化鉄原料を添加した後で微粉砕し、粉砕された材料は、溶融するためにキルンに投与して約１，４５０℃まで焼成し（この焼成された材料をクリンカーと命じる）、このクリンカーを急冷させた後、凝結調節剤として少しの石膏を加えて未粉砕することによって作られる。
【００４４】
このようなポルトランドセメント製造工程と本発明の電気炉溶融スラグの急冷処理された還元スラグ製造工程を比較してみると、これらは非常に類似する。すなわち、鉄製造工程で鉄鉱石を融解する温度は１，５００℃であるが、これは、セメントの焼成に必要な温度である１，４５０℃よりも高い。そのため、電気炉内でスラグの焼成反応が十分に完了したと判断される。したがって、図５に示したように、このスラグを高温状態で急速に冷却して粉砕すると、セメントのクリンカーのように非常に活性度の高い粉末を得ることができる。
【００４５】
このような技術的思想を確認するために、急冷された電気炉還元スラグを対象にしてＸＲＤを用いて鉱物組成を把握した。図６に示したように、急冷スラグは、速硬性水和物であるマイエナイト（Ｍａｙｅｎｉｔｅ）（Ｃ１２Ａ７、１２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）と、セメントの主要構成化合物でありながら水硬性に大きく寄与するβ−Ｃ２Ｓ（Ｂｅｌｉｔｅ、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２）を多量含有していることを確認した。
【００４６】
以下、実施例を通して本発明をより詳細に説明する。しかし、次の実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で当業者による通常的な変化が可能である。
【００４７】
実施例１：急冷処理された還元スラグの基礎的物性測定
【００４８】
１）急冷処理
【００４９】
鉄生産工程で発生した副産物であるスラグを出湯してポットに入れた後、ポットを急冷処理工程のある場所に移動させる。移動したスラグはタンディッシュを通して一定の勾配に傾かせて落下させながら高速の空気で噴射させ、飛散、急冷処理された粒子状の急冷還元スラグを製造した。この工程は図５に示した。
【００５０】
２）急冷処理された還元スラグの基礎特性
【００５１】
−  物理的特性：真密度：３．１７／ｇ
【００５２】
−  酸化物分析：図１に示したように、急冷処理された還元スラグはＣａＯ５０ｗ％、ＳｉＯ２７ｗ％、Ａｌ２Ｏ３２１ｗ％を含んで構成される。
【００５３】
−  鉱物分析：急冷処理された還元スラグは、図６に示したように、マイエナイト（Ｍａｙｅｎｉｔｅ）（Ｃ１２Ａ７、１２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）と、セメントの主要構成化合物でありながら水硬性に大きく寄与するβ−Ｃ２Ｓ（Ｂｅｌｉｔｅ、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２）とが多量含まれている。Ｃ１２Ａ７は、水と反応する場合に急結が起きる鉱物であるため超速硬性効果を有することが分かり、β−Ｃ２Ｓは、水と徐々に反応するため持続的な強度増進をもたらし得ることが分かる。
【００５４】
実施例２：急冷処理された還元スラグ凝結試験
【００５５】
１）実験方法
【００５６】
ＫＳ  Ｌ  ５１０８ビカー針による水硬性セメントの凝結時間試験方法を応用し、試験体を成形した後で１０分後から３０秒単位で測定を実施した。
【００５７】
２）実験結果
【００５８】
一般に、普通ポルトランドセメントの凝結試験時間は、試験体を成形した後で３０分〜１５分間隔で測定することを規定しているが、図７に示したように、本発明の急冷処理された還元スラグに急結が起きていることが分かる。
【００５９】
このような結果は、マイエナイト（Ｍａｙｅｎｉｔｅ）（Ｃ１２Ａ７、１２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）の速硬性に加えて、図１に示したように、本発明の還元スラグ粉末の成分含量がＣａＯ５０ｗ％、ＳｉＯ２７ｗ％、Ａｌ２Ｏ３２１ｗ％であり、硬化を迅速にし、粗鋼性、耐食性、耐火性を向上させる成分であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜７倍多く、硬化を迅速にし、強度を向上させ、亀裂を防止する成分であるマグネシア（ＭｇＯ、Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）の含量が普通ポルトランドセメント又は超速硬セメントより重量％を基準にして２〜３倍多いことに起因する。
【００６０】
実施例３：本発明の還元スラグとポルトランドセメントの三成分系分析
【００６１】
本発明の急冷還元スラグと普通ポルトランドセメントの主な化学成分であるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３に対して化学成分を検討した結果、図２のように示された。すなわち、急冷処理された還元スラグの三成分系は、超速硬セメントとほぼ類似することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る急冷還元スラグは、既存の徐冷処理方式に従うスラグの問題である飛散する埃の発生、浸出水の発生、高い騒音の発生という環境的問題を画期的に改善し、本発明の生産製品である超速硬性水硬結合材は、速硬性特性を要求する多様な分野で活用可能であるとともに、石膏との混合使用によって凝結及び硬化時間を調整することによって普通ポルトランドセメントの代替用として使用することも可能であり、さらに、二酸化炭素の排出量が高い普通ポルトランドセメントの代替用として使用することによって二酸化炭素排出の低減効果を達成できるという長所を有するので、セメント代替分野で産業上の利用可能性が非常に高い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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