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KR101638583B1 - 인공경량골재의 제조방법 - Google Patents

인공경량골재의 제조방법 Download PDF

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KR101638583B1
KR101638583B1 KR1020150165073A KR20150165073A KR101638583B1 KR 101638583 B1 KR101638583 B1 KR 101638583B1 KR 1020150165073 A KR1020150165073 A KR 1020150165073A KR 20150165073 A KR20150165073 A KR 20150165073A KR 101638583 B1 KR101638583 B1 KR 101638583B1
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crushing
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이창식
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박경일
심병철
김정식
서영민
이영재
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한국남동발전 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 저회와 준설토를 이용한 인공경량골재의 제조방법은 상기 저회와 준설토를 개별적으로 분쇄기를 이용하여 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 거친 저회와 준설토를 각각 개별 저장호퍼로 이송하는 단계와, 상기 개별 저장호퍼로부터 저회와 준설토를 혼합호퍼로 이송하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합호퍼에서 혼합된 배합원료를 혼합분쇄기로 이송한 다음 상기 혼합분쇄기에서 배합원료를 혼합분쇄하는 단계와, 상기 혼합분쇄단계를 거친 배합원료를 소정 형상으로 성형하는 단계와, 상기 성형 단계를 거친 배합원료를 소성로에서 소성하는 단계를 포함하여 이루어져서 상기 저회와 준설토를 1차 개별 분쇄한 다음 혼합분쇄기에서 저회와 준설토를 함께 혼합분쇄함으로써 배합원료의 미분도 및 혼합율이 향상되는 것을 특징으로 한다.

Description

인공경량골재의 제조방법{Method for manufacturing artificial lightweight aggregate}
본 발명은 인공경량골재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배합원료의 미분도와 혼합율이 개선되어 양질의 인공경량골재를 제조할 수 있는 인공경량골재의 제조방법에 관한 것이다.
구조물의 축조를 위해 주요 재료로 사용되고 있는 골재는 경제 발전의 가속화와 더불어 수요량이 증가 되고 있다. 하지만, 하천의 환경보존, 댐 건설 및 자원비축 등 채취 곤란의 이유와 천연자원의 고갈 등으로 생산이 급속히 감소 되고 있으며, 이와 반면에 산업 발전에 따라 산업폐기물은 매년 양적으로 급속히 증가 되고 있어 이들 폐기물을 재활용하기 위한 기술개발이 요구되고 있으며, 최근 골재의 제조에 적용하는 방안이 제시되고 있다.
특히, 산업폐기물 중 화력발전소에서 발생되는 석탄회를 예를 들 수 있고, 상기 석탄회는 미분탄을 보일러에서 연소할 때 연소잔재로서 발생된다. 미분탄은 뜨거운 공기기류 속에 고속으로 노내로 주입되어 석탄에 함유된 광물질의 용융점 이상인 1,500 ± 200 ℃ 온도범위에서 부유상태로 순간적으로 연소된다. 그 결과 석탄회는 연소온도뿐만 아니라, 탄종, 분쇄도, 노내 고온부에서의 체류시간 등에 따라 여러 가지 화학적, 물리적 변화를 받게 된다. 이렇게 생성된 석탄회는 대부분이 아주 미세한 분말형태로 배연가스와 함께 연소로 밖으로 운반되어 전기집진기에서 포집되는데 이와 같은 비회(fly ash)와 연소로 바닥이나 벽에 누적된 회를 수집한 잔사회(Cinder ash), 그리고 연소로 내에서 미분탄이 연소되어 연소로 하부로 낙하하는 저회(bottom ash)가 있다.
이러한 석탄회 중 저회와 준설토를 이용하여 기존 인공경량골재를 제조하는 공정이 도1에 도시되어 있다. 도1에 도시된 기존 인공경량골재의 제조공정은 우선 준설토와 저회를 각각 분쇄하는 공정을 거친다. 상기 준설토는 하천이나 호수, 바다에 퇴적된 뻘, 흙 등을 펌프로 뽑아낸 것으로 먼저 함수율 10% 이내로 건조시킨 다음 준설토 호퍼(20)로부터 스톤 분리기(21)로 보내져서 스톤을 제거한 후 1차 파쇄기(crusher)(22)를 이용하여 10mm이하로 파쇄한다. 그 다음 다시 2차 분쇄기(mill)(23)로 약 100㎛이하로 분쇄하게 된다.
한편, 준설토의 분쇄와 별도로 저회는 저회 호퍼(10)로부터 분쇄기(11)로 공급되어 분쇄기(11)에서 약 150㎛이하로 분쇄한 다음, 각각 분쇄공정을 거친 준설토와 저회를 믹서(mixer)(30)에서 수분을 첨가하면서 수분 15% 내외에서 혼합하게 된다. 이와 같이 혼합된 배합원료를 야적장(40)을 거쳐 성형 호퍼(50)에 저장한 다음 성형 믹서(55)와, 압출기(60)와 성형기(pelletizer)(70)를 순차적으로 거치면서 구형입자형태로 성형한 후 약 1100~1200도 내외의 소성로(80)에서 소성, 발포시켜 인공경량골재를 제조하게 된다.
그런데, 상기와 같은 종래 인공경량골재의 제조공정에서는 준설토와 저회를 각각 별도로 분쇄한 후 준설토와 저회를 서로 혼합하는 혼합공정을 거친 다음 소성을 위한 성형기(70)로 보내지게 되는데, 준설토의 분쇄과정에서 결정체 또는 칩(chip) 형태가 발생하고(도2 참조), 또한 혼합공정에서는 점성이 강한 준설토의 특성상 준설토가 먼저 뭉치며 저회가 그 표면에 흡착되거나, 또는 저회가 내부에 갇혀 준설토가 외부를 싸고 있는 등(도3 참조) 혼합율이 불균일하게 되는 문제점(도4 참조)이 있었다.
인공경량골재에서 배합원료의 미분도와 혼합율은 골재의 성형, 소성, 및 발포효율에 많은 영향을 미치게 되는데, 이와 같이 미분도와 혼합율의 안정성이 확보되지 못해 이로 인하여 도5에 도시된 바와 같이 골재의 성형/소성/발포성이 불량하여 품질확보가 어려운 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 배합원료의 미분도 확보 및 혼합율의 안정을 통해 양질의 인공경량골재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 저회와 준설토를 이용한 인공경량골재의 제조방법은 상기 저회와 준설토를 개별적으로 분쇄기를 이용하여 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 거친 저회와 준설토를 각각 개별 저장호퍼로 이송하는 단계와, 상기 개별 저장호퍼로부터 저회와 준설토를 혼합호퍼로 이송하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합호퍼에서 혼합된 배합원료를 혼합분쇄기로 이송한 다음 수분을 첨가하지 않고 상기 혼합분쇄기에서 배합원료를 혼합분쇄하는 단계와, 상기 혼합분쇄단계를 거친 배합원료를 소정 형상으로 성형하는 단계와, 상기 성형 단계를 거친 배합원료를 소성로에서 소성하는 단계를 포함하여 이루어져서 상기 저회와 준설토를 1차 개별 분쇄한 다음 혼합분쇄기에서 저회와 준설토를 함께 혼합분쇄함으로써 배합원료의 미분도 및 혼합율이 향상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분쇄단계에서 저회 및 준설토를 1mm 내지 10mm, 바람직하게는 1mm 내지 5mm, 보다 바람직하게는 동일하게 5mm 내외의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저회와 준설토를 혼합호퍼로 이송하여 혼합하는 단계에서 상기 저회와 준설토를 동일한 중량으로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배합원료를 혼합분쇄하는 단계에서 상기 혼합분쇄기는 로터를 고속회전시켜 상기 로터 외측에 설치되는 고정날개인 라이너와의 간극 사이에 형성된 고속 와류에 의해 상기 간극 사이를 통과하는 저회와 준설토가 서로 부딪히면서 혼합분쇄되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합분쇄단계 후 혼합분쇄기로부터 배출되는 배합원료가 저장되는 배합원료 저장조에서 성형을 위한 호퍼사이에 이송배관이 설치되고, 상기 이송배관을 통해 공압으로 배합원료를 불어서 이송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 배합원료의 미분도와 혼합율이 개선된 고품질의 인공경량골재의 제조방법이 제공된다.
도1은 종래 인공경량골재의 제조공정을 도시한 도면이고,
도2는 종래 인공경량골재의 제조공정에서 분쇄과정을 거친 준설토의 사진이며,
도3은 종래 인공경량골재의 제조공정에서 불균일하게 혼합된 배합원료의 대략 도면이고,
도4는 종래 인공경량골재의 제조공정에서 혼합공정을 거친 배합원료의 사진이며,
도5는 종래 제조공정에 따른 경량골재의 사진이고,
도6은 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조공정을 도시한 도면이며,
도7은 본 발명의 제조공정에 따른 배합원료의 사진이고,
도8은 본 발명에 따라 제조된 인공경량골재를 보여주는 사진이며,
도9는 본 발명의 제조공정에서 혼합분쇄기의 단면도이고,
도10은 도9의 평면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고품질 인공경량골재의 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도6은 본 발명에 따른 인공경량골재의 제조공정을 도시한 도면이고, 도7은 본 발명의 제조공정에 따른 배합원료의 사진이고, 도8은 본 발명에 따라 제조된 인공경량골재를 보여주는 사진이며, 도9는 본 발명의 제조공정에서 혼합분쇄기의 단면도이고, 도10은 도9의 평면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고품질 인공경량골재의 제조방법은 상기 저회와 준설토를 개별적으로 분쇄기를 이용하여 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 거친 저회와 준설토를 각각 개별 저장호퍼로 이송하는 단계와, 상기 개별 저장호퍼로부터 저회와 준설토를 혼합호퍼로 이송하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합호퍼에서 혼합된 배합원료를 혼합분쇄기로 이송한 다음 수분을 첨가하지 않고 상기 혼합분쇄기에서 배합원료를 혼합분쇄하는 단계와, 상기 혼합분쇄단계를 거친 배합원료를 소정 형상으로 성형하는 단계와, 상기 성형 단계를 거친 배합원료를 소성로에서 소성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이하에서는 각 단계별로 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 인공경량골재의 제조방법은 저회와 준설토를 이용하여 경량골재를 제조하는 공정으로서, 도6을 참조하여 그 제조공정을 설명하면 먼저 준설토와 저회(bottom ash)를 각각 개별적으로 분쇄하는 공정을 거친다. 준설토는 하천이나 호수, 바다에 퇴적된 뻘, 흙 등을 펌프로 뽑아낸 것으로 먼저 함수율 5% 이내로 건조시킨 다음 준설토 호퍼(200)에 저장되어 있는 준설토를 스톤 분리기(210)를 거쳐 스톤을 제거한 후 분쇄기(cut mill)(220)를 이용하여 1차 1mm~10mm, 바람직하게는 1mm~5mm의 크기로 분쇄하고, 실 공정에서는 약 5mm내외의 크기로 분쇄한다. 본 발명에서 1차 분쇄에 사용되는 분쇄기(220)는 도면에 도시하지는 않았으나 회전형 드럼 커터와 고정형 커터 사이에 원료가 투입되어 분쇄되며 출구 스크린에 의해 분쇄된 원료의 입도를 조절하게 된다.
또한, 저회는 화력발전소에서 발생되는 석탄재의 일종으로서, 미분탄을 연소로에서 연소시켜 연소로 하부로 낙하되는 석탄재이다. 이러한 저회 또한 개별적으로 저회 호퍼(100)에서 분쇄기(cut mill)(110)로 보내져서 분쇄기(110)에서 준설토와 동일하게 1차 1mm~10mm, 바람직하게는 1mm~5mm의 크기로 분쇄하고, 실 공정에서는 약 5mm내외의 크기로 분쇄한다.
본 발명에서는 이와 같이 준설토와 저회를 개별적으로 대략 동일유사한 5mm내외로 1차 러프하게 분쇄하여 후술하는 혼합공정에서 혼합율이 향상된다.
상기와 같이 개별적으로 분쇄한 준설토와 저회는 각각 1차 분쇄된 준설토 저장호퍼(230)와 저회 저장호퍼(120)로 보내진 다음, 준설토 저장호퍼(230)와 저회 저장호퍼(120)에서 각각의 피더(feeder)에 의해 1톤씩 혼합호퍼(300)로 이송된다. 따라서, 준설토와 저회를 5 대 5의 비율로 혼합호퍼(300)로 공급되며 혼합호퍼(300)에서는 수분을 첨가하지 않고 마른 상태에서 스크류를 이용하여 준설토와 저회를 혼합하게 된다. 이와 같이 혼합된 배합원료는 혼합분쇄기(400)로 공급되어 혼합분쇄하는 공정을 거친다.
본 실시예에서 혼합분쇄기(400)는 두 대가 마련되고 따라서 혼합호퍼에서 두 대의 피더에 의해 각각 1ton/시간으로 각각의 혼합분쇄기(400)에 배합원료를 공급하게 된다.
본 발명에서 혼합분쇄기(400)는 공기의 고속와류와 고주파 압력변동에 따른 진동을 이용하여 자기파쇄시켜 초미분입자로 가공하기 위한 것으로, 톱니형 형상을 가지는 로터를 고속회전시켜 고정날개인 라이너와의 간극 사이에 형성된 고속 와류에 의해 간극 사이를 통과하는 원료가 분쇄되게 된다. 본 발명에서의 혼합분쇄기(400)를 도9 및 도10을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 하우징(410)과, 하우징(410) 내 수직으로 배치되는 메인 샤프트(420)와, 메인 샤프트(420)를 구동시키기 위한 메인 모터(430)와, 하우징(410) 내 메인 샤프트(420)에 수평하게 설치되는 상, 하측 로터 플레이트(460)와, 상, 하측 로터 플레이트(460)의 외주연에 각각 결합되는 로터날(465)과, 하우징(410)의 내주면에 수직하게 설치되어 각각의 로터날(465)의 외측에 배치되는 라이너(470)와, 하우징(410)의 내주면에서 라이너(470)하측에 결합되는 링부재(480)와, 배합원료 공급호퍼(440)와, 배합원료 공급호퍼(440)로부터 배합원료를 하우징(410) 내로 공급하기 위한 공급 스크류(450)를 포함하여 이루어진다.
이러한 구성을 가지는 혼합분쇄기(400)는 혼합호퍼(300)로부터 혼합분쇄기의 배합원료 공급호퍼(410)로 배합원료가 공급되면 공급 스크류(450)에 의해 하우징(410) 내로 배합원료가 공급된다. 하우징(410) 내로 공급된 배합원료는 2단으로 분쇄되는데, 먼저 메인 샤프트(420)의 상측에 결합된 상측 로터 플레이트(460)의 로터날(465)이 고속으로 회전하면서 고정날개인 라이너(470)와의 간극 사이에 형성된 고속 와류에 의해 간극 사이를 통과하는 배합원료가 1차 분쇄되게 된다. 1차 분쇄된 배합원료는 링부재(480)와 로터날(465) 사이를 통과하여 아래로 이동하게 되고, 아래로 이동한 배합원료는 마찬가지로 하측 로터날(465)과 라이너(470) 사이의 간극 사이를 통과하면서 추가 분쇄된다. 이와 같이 혼합분쇄기(400)에서 저회와 준설토의 배합원료는 100㎛이하로 분쇄된 다음 배출구(490)를 통해 배출된다.
상기와 같이 본 발명에서는 유사한 크기로 1차 러프하게 분쇄된 준설토와 저회를 혼합분쇄기(400)에서 100㎛이하로 혼합분쇄하게 되는데 혼합분쇄과정에서 저회가 점성을 가지는 준설토의 샌딩역할을 하여 서로 뭉치는 준설토를 파쇄함으로써 준설토의 미분도를 향상시킴과 동시에 혼합율을 향상시키게 된다. 도7이 본 발명에 따른 배합원료의 사진으로서, 종래 도4의 배합원료 사진과는 달리, 배합원료의 미분도가 양호하고 균질하게 혼합된 것을 알 수 있다.
이와 같이 혼합분쇄공정을 거친 배합원료는 배합원료 저장조(500)에 저장된 다음 성형공정을 위한 성형 저장호퍼(600)로 보내지게 되는데, 본 발명에서는 배합원료 저장조(500)에서 성형 저장호퍼(600)까지 이송배관을 설치하고 공압으로 성형 저장호퍼(600)로 이송한다. 구체적으로는 배합원료 저장조(500)에서 블로워(510)를 이용하여 중간 사일로(520)까지 운반한 다음 사일로(520)에서 에어 콤프레셔(550)를 이용하여 성형 저장호퍼(600)까지 운반하게 된다. 따라서, 종래에는 배합원료 저장실에서 배합원료를 개방형 컨베이어 벨트를 통해 사일로까지 운반하고, 사일로에서 차량을 이용하여 성형 저장호퍼까지 운반함으로써 비산먼지의 발생 및 원료의 손실 등의 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 상기와 같은 구성에 의해 이러한 문제점이 해소된다.
그 다음, 성형 저장호퍼(600)까지 운반된 배합원료는 소성을 위해 소정의 형상으로 성형하는 성형공정을 거치게 된다. 성형공정은 우선 성형믹서(650)에서 물을 첨가하여 배합원료를 반죽하고 반죽된 배합원료는 압출기(700)에서 일정 크기로 절단되어 배출된 다음 성형기(pelletizer)(800)에서 둥글게 구형으로 성형된 후 소성로(900)로 보내지게 된다.
소성로(900)로 보내진 구형 배합원료는 소성로(900)에서 소성, 발포과정을 거치게 된다. 소성로(900)의 일단으로 내부로 공급된 구형 배합원료는 소성로(900)의 반대쪽 타단으로 이동하면서 소성로(900)의 타단에서 공급되는 연소열에 의해 약 1150℃~1200℃에서 서서히 소성되면서 배합원료 내부의 가스가 팽창하여 발포되는 발포과정을 거친 다음 소성로(900)의 반대쪽 타단으로 배출된다.
이와 같이 소성로(900)에서 소성 및 발포과정을 거친 다음 냉각과정을 거쳐서 완제품으로 제조되게 된다. 도8은 본 발명의 제조공정에 따라 제조된 인공경량골재를 보여주는 사진으로써, 인공경량골재의 완제품으로서 소성, 발포가 양호한 상태를 보여준다.
인공경량골재의 제조에 있어서 전술한 바와 같이 종래 제조공정에서는 준설토와 저회를 각각 분쇄과정을 완료한 다음 믹서에서 혼합한 후 성형, 소성을 거치게 되고, 이에 따라 준설토의 분쇄과정에서 결정체 또는 칩(chip) 형태가 발생하여 미분도가 불량하고 또한 혼합공정에서는 준설토가 먼저 뭉치며 저회가 그 표면에 흡착되거나, 또는 저회가 내부에 갇혀 준설토가 외부를 싸고 있는 등 혼합이 불균일하게 되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 상기와 같이 유사한 크기로 1차 러프하게 분쇄된 준설토와 저회를 혼합하여 1차 혼합율이 개선되고 저회와 준설토를 함께 혼합분쇄함으로써 이 혼합분쇄과정에서 저회가 점성을 가지는 준설토의 샌딩역할을 하여 서로 뭉치는 준설토를 파쇄함으로써 준설토의 미분도를 향상시킴과 동시에 배합원료의 혼합율을 더욱 향상시키게 된다.
경량골재의 소성, 발포효율에는 배합원료의 미분도 및 혼합율이 중요한 인자로 작용하게 되는데 본 발명에서는 이와 같이 배합원료의 미분도 및 혼합율이 개선되고 따라서 양호한 소성/발포상태를 가지는 고품질의 인공경량골재가 제조된다.
또한, 종래에는 배합원료 저장실에서 배합원료를 개방형 컨베이어 벨트를 통해 사일로까지 운반하고, 사일로에서 차량을 이용하여 성형호퍼까지 운반함으로써 비산먼지의 발생 및 원료의 손실 등의 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 배합원료 저장조(500)에서 성형을 위한 성형 저장호퍼(600)까지 이송배관을 설치하고 블로워(510) 및 에어 콤프레셔(550)를 이용하여 공압으로 배합원료를 운반함으로써 원료가 손실되거나 비산먼지가 발생되는 문제점이 해소된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
100 : 저회 호퍼 110 : 분쇄기
120 : 분쇄된 저회 저장호퍼 200 : 준설토 호퍼
210 : 스톤 분리기 220 : 분쇄기
230 : 분쇄된 준설토 저장호퍼 300 : 혼합호퍼
400 : 혼합분쇄기 500 : 배합원료 저장조
600 : 성형 호퍼 650 : 성형 믹서
700 : 압출기 800 : 성형기
900 : 소성로

Claims (5)

  1. 저회와 준설토를 이용한 인공경량골재의 제조방법에 있어서,
    상기 저회와 준설토를 개별적으로 분쇄기를 이용하여 분쇄하는 분쇄단계와,
    상기 분쇄단계를 거친 저회와 준설토를 각각 개별 저장호퍼로 이송하는 단계와,
    상기 개별 저장호퍼로부터 저회와 준설토를 혼합호퍼로 이송하여 혼합하는 단계와,
    상기 혼합호퍼에서 혼합된 배합원료를 혼합분쇄기로 이송한 다음 상기 혼합분쇄기에서 배합원료를 혼합분쇄하는 단계와,
    상기 혼합분쇄단계를 거친 배합원료를 소정 형상으로 성형하는 단계와,
    상기 성형 단계를 거친 배합원료를 소성로에서 소성하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 배합원료를 혼합분쇄하는 단계에서 상기 혼합분쇄기는 하우징 내에 수직으로 설치되는 로터를 고속회전시켜 상기 로터 외측에서 하우징의 내주면에 설치되는 고정날개인 라이너와의 간극 사이에 형성된 와류에 의해 상기 간극 사이를 통과하는 저회와 준설토가 서로 부딪히면서 혼합분쇄됨으로써 배합원료의 미분도 및 혼합율이 향상되어 양질의 인공경량골재를 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄단계에서 저회 및 준설토를 1mm 내지 10mm의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저회와 준설토를 혼합호퍼로 이송하여 혼합하는 단계에서 상기 저회와 준설토를 동일한 중량으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합분쇄단계 후 혼합분쇄기로부터 배출되는 배합원료가 저장되는 배합원료 저장조에서 성형을 위한 호퍼사이에 이송배관이 설치되고, 상기 이송배관을 통해 공압으로 배합원료를 불어서 이송하는 것을 특징으로 하는 인공경량골재의 제조방법.
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