한국건설순환자원학회논문집 (Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute)

한국건설순환자원학회 (Korean Recycled Construction Resources Institute)
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CaO 함유 철강 부산물을 활용한 시멘트 원료 석회석 대체 시뮬레이션

Simulation on the Alternation of Limestone for Portland Cement Raw Material by Steel By-products Containing CaO

  • 최재원 (아세아시멘트 기술연구소) ;
  • 유병노 (아세아시멘트 기술연구소) ;
  • 한민철 (청주대학교 건축공학과)
  • 투고 : 2022.10.03
  • 심사 : 2022.10.17
  • 발행 : 2023.03.30
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초록

본 연구에서는 시멘트 제조 공정 CO2 배출을 저감하기 위해 철강 슬래그로 시멘트 원료로 사용되는 석회석 사용량을 대체할수 있는 수준을 시뮬레이션 방법을 이용하여 평가하였다. 이를 위해 석회석을 비롯한 시멘트 각 원료와 석회석 대체원료로서 고로 서냉 슬래그, 전로 슬래그, KR 슬래그의 화학성분을 바탕으로 최적 시멘트 원료 배합을 도출하는 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 분석 결과, 슬래그 대체원료는 일정 수준의 CaO를 함유해 석회석 사용량을 일부 저감하는 비탄산염 대체원료로 사용할 수 있음을 확인하였다. 동시에 각 원료의 최대 사용 가능 수준을 도출하였는데. 특히 이들 원료를 각기 사용하는 경우보다 혼합해서 사용하면 석회석 저감 효과를 증대해 탈탄산 반응에 의한 CO2 배출을 저감하는데 기여할 수 있는 것으로 평가되었다.

In this study, to reduce CO2 emission in the cement manufacturing process, we evaluated the limestone that is used as a raw material for cement, substituted with steel slag by the various substituted levels. Based on the chemical composition of each raw materials including limestone, and blast furnace slow cooling slag, converter slag, and KR slag as an alternative raw material, we simulated the optimal cement raw mixture by the substitution levels of limestone. Test results indicated that the steel slags contain a certain level of CaO that can be used as alternative decarbonated raw materials, and it has enough to partially reduce the amount of limestonem. And we estimated the maximum usable levels of each raw material. In particular, it was confirmed that by using a mixture of these raw materials rather than using them one by one, the effect of reducing limestone was increased and CO2 emission from the cement manufacturing process could be reduced.

키워드

과제정보

2022년도 산업통상부의 재원으로 한국산업기술평가관리원-시멘트원료(석회석)대체순환자원기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(No. RS-2022-00154993).

참고문헌

  1. ASTM C 150 (2012). Standard Specification for Portland Cement; ASTM International.
  2. Brown, A.M. (2001). A step-by-step guide to non-linear regression analysis of experimental data using a Microsoft Excel spreadsheet, Computer Methods and Programs in Biomedicine, 65(3), 191-200. https://doi.org/10.1016/S0169-2607(00)00124-3
  3. CEMBUREAU (2020). Cementing the European Green Deal.
  4. Elakneswaran, Y., Noguchi, N., Matumoto, K., Morinaga, Y., Chabayashi, T., Kato, H., Nawa, T. (2019). Characteristics of ferrite-rich Portland cement: comparison with ordinary Portland cement, Frontiers in Materials.
  5. Ghosh, S.N. (2002). Advances in Cement Technology, 2nd, Tech Books International.
  6. Isteri, V., Ohenoja, K., Hanein, T., Kinoshita, H., Tanskanen, P., Illikainen, M., Fabritius, T. (2020). Production and properties of ferrite-rich CSAB cement from metallurgical industry residues, Science of the Total Environment, 712, 136208.
  7. JIS R 5214 (2019). Ecocement, Japanese Standards Association (JSA).
  8. Lea, F.M. (1998). Lea's Chemistry of Cement and Concrete, Arnold.
  9. Lim, C,Y., Chung, Y.S., Kim, K.S. (2019). Beneficial use of alternative materials in the cement industry, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 14(1), 10-16 [in Korean].
  10. PCA(Portland Cement Association) (2021). Roadmap to Carbon Neutrality.
  11. Peys, A., Yliniemi, J., Yorkshire, A.S., Lemougna, P.N., Utton, C., Provis, J.L., Snellings, R., Hanein, T. (2022). Sustainable iron-rich cements: raw material sources and binder types, Cement and Concrete Research, 157, 106834.
  12. UN environment (2017). Eco-Efficient Cements: Potential Economically Viable Solutions for a Low-CO2 Cement-Based Materials Industry.
  13. Zhang, K., She, P., Yang, L., Rao, M., Nie, S., Wang, F. (2021). Development of high-ferrite cement: toward green cement production, Journal of Cleaner Production, 327(10), 129487.