• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.76.1-76.1
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• 2011

석탄 가스화기 내에서 슬래그의 축적에 의한 막힘 현상 등으로 발생 가능한 조업중단을 예방하기 위해 탄의 종류에 따른 슬래그의 유동을 정확히 예측하는 것은 중요하다. 슬래그의 유동은 원료인 석탄의 회 성분 조성 그리고 가스화기 온도의 영향을 크게 받는다. 회가 용융된 형태인 슬래그의 융점 특성을 파악하여 슬래그 거동을 예측하기 위해서는 회를 조성하고 있는 주성분의 비율 뿐 아니라 소량의 성분들도 고려하여야 한다. 또한, 가스화기 조업 조건 중 수증기 분압이 슬래그 점도에 미치는 변화를 파악하여 공정 조건 확립 및 슬래그 계통 제어 로직에 반영 할 수 있다. 따라서, 대표적 열화학 평형계산 프로그램인 Factsage를 이용하여 슬래그 성분의 액상선 온도를 예측해보았다. 슬래그는 회 성분의 조성에 따라 결정 슬래그와 유리 슬래그로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 결정 슬래그로는 Alaska Usibelli 탄을, 유리 슬래그로는 Kideco 탄의 조성을 사용하여, 가스화기 조업 조건 중 수증기의 분압에 따라 석탄 슬래그의 형성 및 점도 변화에 직접적인 영향을 미치는 결정 형성에 대한 상관관계를 예측해 보았다. 또한, 슬래그 유동에 영향을 줄 수 있는 요인으로써, 석탄의 품질을 결정하는 인자인 Base/Acid Ratio, Iron in Ash, Calcium in Ash, Silica-to-Alumina Ratio, Inron-to-Calcium Ratio를 달리 변화시켜가며 슬래그 점도 변화에 직접적인 영향을 미치는 결정 형성을 예측하였다. 이 예측결과는 향후 실험 데이터와 비교하여, 슬래그 처리 부분의 모니터링에 기초 자료로 활용될 뿐 아니라, 슬래그점도 측정 시스템의 운전 파라미터를 도출하는데 이용 가능할 것이다.

• Journal of Conservation Science
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• v.33 no.2
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• pp.75-83
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• 2017

This study produced smelting slag through the reproduction of an ancient iron manufacturing technique, with the aim of facilitating a comprehensive understanding of the process by analyzing the slag components. The research suggests an interpretation method using the ratio of the subcomponents relative to the main slag components as an alternative to existing methods. We investigated the component source within the smelting furnace from which the slag is derived by developing an understanding of the tendency between slags. Based on bivariate graph and triangular coordinate data analysis, it was found that a slag can be categorized according to its components. The groups were identified as the ore slag group(centered on the ore), and the clay slag group(centered on clay and granite soil). This research determined that it is possible to estimate the components derived from the slag, depending on which group they belong to or resemble, as shown in Figure 4~7. It was found that a comprehensive understanding of the ratio between the components was more accurate than a simple analysis of the contents, for the interpretation of ancient iron manufacturing processes. This is based on the fact that a higher ratio of $TiO_2$ was detected by the components analysis, and an analysis of all the slag showed that the value of $CaO/SiO_2$ ratio was lower than 0.4, which corresponds to the reproduction experiment condition in which flux was not used.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.77.2-77.2
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• 2011

고온고압에서 운전되는 분류층 석탄가스화기에서 석탄의 회성분을 용융슬래그로 원활하게 배출하는 것은 석탄가스화기의 안정적인 운전을 위하여 매우 중요하다. 본 연구에서는 분류층 석탄가스화기에서 원활한 슬래그의 배출조건을 파악하기 위해서 여러 슬래그 점도예측 모델들을 사용하여 가스화기의 운전온도 변화에 따른 슬래그의 점도변화를 해석하여 점도해석모델들의 적용성을 비교분석하였다. 본 연구에서 선정한 가스화기 설계탄의 회 성분을 토대로 슬래그의 점도를 계산한 결과 점도해석 모델별로 온도에 대한 점도 값이 매우 상이하게 예측되었다. 또한 설계탄에 대한 점도예측 모델들을 적용한 계산결과로부터 슬래그의 점도가 80 poise가 되는 온도인 $T_{80}$이 매우 높은 값으로 예측되었다. 따라서 가스화기의 운전온도에서 용융 슬래그를 원활하게 배출하기 위해서 설계탄에 Flux를 첨가하여 슬래그의 점도를 낮추어 줄 필요가 있음을 알았다. 기존의 점도예측 모델들 중에 점도 예측 값이 중간치 정도의 경향을 보이는 Hoy가 개발한 모델을 기준으로 가스화기의 적정 운전온도에서 Flux로 첨가할 석회석 양을 산출하였다. 본 슬래그 점도모델들의 적용 결과로부터 실제 가스화기의 운전이나 설계에 슬래그의 특성을 파악하여 운전조건 도출이나 해석에 활용하기 위해서는 운전예정인 탄종에 대한 점도측정 실험을 병행하여 적정한 점도 예측모델을 선정하는 것이 중요함을 알 수 있었다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.37 no.3
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• pp.159-164
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• 2015

This study investigated the environmental risk for up-cycling of air-cooled ladle furnace slag (LFS) and evaluated the mortar compressive strength of binary and ternary blended cements using LFS of 3, 5, 10 wt%. Based on the Soil Environment Conservation Act standard, there was no environmental risk of the up-cycling of LFS. Results of mortar compressive strength assesment showed that the compressive strength of two blended cements using LFS of lower than 5 wt% was about 1.1 times superior to that of un-substituted cement (ordinary portland cement, OPC); however the compressive strength of those with LFS of 10 wt% decreased with 10% compared with that of OPC.

• Resources Recycling
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• v.18 no.4
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• pp.31-37
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• 2009

The purpose of this study was to evaluate the effects of fly-ash and blast-furnace slag on strength development and durability of ternary blended concrete (TBC) and ordinary portland cement concrete as fly ash and slag contents. Main experimental variables were performed fly ash contents (0%, 10%) and slag contents (0%, 10%, 20%, 30%). The compressive and flexural strengths, chloride-ion rapid permeability and chemical attacks resistance were measured to analyze the characteristic of the developed TBC on hardened concrete. The test results showed that compressive and flexural strength of TBC increased as the slag contents increased from 0% to 30% at the long term of curing. It considers blast furnace slag used when fly ash content was up to 10%. The permeability resistance of TBC(fly ash 10%, blast 30%) was extremely good at the curing time 90 days. Also, the effects of added blast furnace slag on OPC and TBC were increased on the permeability and chemical attacks resistance.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.108.1-108.1
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• 2010

분류층 가스화기는 석탄과 산소(공기) 및 수증기가 반응하여 $1200{\sim}1600^{\circ}C$의 고온, 20~60기압의 고압에서 작동되어 합성가스를 생성하며 합성가스에 포함된 입자 및 황화합물 등을 정제설비를 통하여 정제 후 발전 및 화학원료로 사용한다. 석탄가스화 중 석탄에 포함된 대부분의 회분은 용융슬래그 형태로 가스화기 벽면을 따라 흘러 내려 가스화기 하부의 냉각수조에서 급랭되어 배출된다. 이때 용융슬래그의 원활한 배출을 위해서는 일정범위의 점도를 유지하는 것이 필요하다. 슬래그의 점도는 가스화기 온도 및 Ash의 조성에 따라 크게 변하며 가스화기 설계 및 운전 시 매우 중요한 변수이다. 따라서 최적의 설계 및 운전을 위해서는 Ash의 점도예측이 중요하며, 분류층 가스화기내부에서 Ash 점도 예측을 위한 DooVisco 프로그램을 개발하였다. DooVisco는 가스화기 내부에서 슬래그 용융온도 및 온도별 점도, 가스화기 최소 운전온도 및 석회석 투입 효과 분석뿐만 아니라 석탄의 혼합 사용 시의 특성 예측도 가능하도록 개발되었다. DooVisco는 슬래그 주요 4성분인 SiO2, Al2O3, CaO, FeO 성분에 대한 Phase Diagram을 이용하여 1차적으로 슬래그용융온도(Liquidus Temperature)를 예측하고, 주요 4 성분 외에 Na2O, MgO, K2O, TiO2 등을 고려한 Kalmanovich Model을 이용하여 점도를 예측한다. 최종적으로 슬래그 용융온도와 점도를 활용하여 분류층 가스화기 운전가능 온도범위를 예측한다. 개발된 DooVisco를 활용하여 300MW급 실증 IGCC 플랜트에 사용가능성이 있는 석탄을 대상으로 슬래그의 용융온도 및 점도 등을 예측하였으며 최적 운전을 위한 슬form점도 조절용 Flux인 석회석 투입량 등을 평가하였다. 평가 결과 슬래그 용융온도가 $1700^{\circ}C$ 이상으로 석회석 투입이 필요하다고 판단되었다. 약 가스화기 내부 온도를 $1500^{\circ}C$ 정도에서 원활한 운전을 위해서는 석탄 대비 약 10% 내외의 석회석 투입이 필요할 것으로 평가되었다. DooVisco는 분류층 가스화기 설 계시 가스화기 최적 운전 온도 설정 및 Flux 투입필요성, 종류, 투입량 선정에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 플랜트 운전시 석탄의 탄종 적합성 등을 판단하는데 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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• 2004.06a
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• pp.122-123
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• 2004

산업체에서 폐기물로 발생되는 제강 슬래그를 사용전 초임계 이산화탄소를 이용해 고온 고압에서 전처리를 통해 얻어진 제강 슬래그를 이용하여 토양 제염 후 발생하는 방사성 폐액 중에 포함되어 있는 성분 가운데 방사성이 높은 성분인 Cs 이온과 Co 이온을 제거하는데 활용함으로서 폐기물의 재활용에 의한 방사성 이온 제거 방안을 모색해 보고자 하였으며 이에 대한 연구는 환경보호 차원뿐만 아니라 폐기물 자원 회수라는 측면에서도 그 중요성이 크다고 할 수 있다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.75.2-75.2
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• 2011

고온고압에서 운전되는 IGCC용 분류층 석탄가스화기는 석탄에 포함된 회 성분을 대부분 용융 슬래그 형태로 가스화기 벽을 타고 흘러내리게 하여 가스화기 하부로 배출시킨다. 이러한 용융 슬래그를 원활하게 배출시키는 것은 가스화기의 안정적인 운전에 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 슬래그 층 내의 물질수지, 운동량 및 에너지 보존을 고려하여 석탄가스화기내의 슬래그 거동을 해석할 수 있는 모델 식을 유도하였다. 유도된 슬래그 거동 모델 식들을 적용하고 가스화기의 형상을 고려하여 가스화기 내부에서의 슬래그 거동을 해석하였다. 또한 슬래그 물성치들인 슬래그 점도, 슬래그 비열, 슬래그 밀도, 슬래그 열전달 계수 등을 슬래그의 조성 변화에 따라 별도로 산정하여 슬래그 해석의 입력 데이터로 사용하였다. 슬래그에 첨가되는 석회석의 비율을 해석의 주요 변수로 사용하여 가스화기 하부에서 용융 슬래그 및 고체 슬래그 두께, 용융 슬래그 층 내부에서의 슬래그 점도분포 및 슬래그 속도분포 등 슬래그 거동의 주요 특성들을 예측하였다. 해석결과로 석탄에 석회석의 첨가량을 증가시키면 슬래그의 임계점도온도(temperature of critical viscosity)와 점도가 낮아지므로 가스화기 벽면에서의 용융 슬래그의 유동속도는 빨라지며, 고체 슬래그와 용융 슬래그의 두께가 감소하는 것을 정량적으로 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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• v.8 no.1
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• pp.39-48
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• 2020

The present study investigates the chemical reaction and performance of ternary blended binders by mixing ferronickel slag. Cement was replaced using ground granulated blast furnace slag and ferronickel slag, combined up to 50% of the replacement rate. The blended cements were tested by setting times, length change, compressive strength at 1, 3, 7, 28 days. X-ray diffraction and scanning electron microscope were conducted for detecting hydration products while the MIP and microhydation heat were used for examining morphological characteristics. The results showed that by adding ferronickel slag, Pozzolanic reaction occurred, forming a dense pore structure and the effect of reducing hydration heat and dry shrinkage was also found. The compressive strength at 28 days was lower than that of 100% OPC control specimen (OSP0), but ternary blended cements showed no significant difference compared to binary blended (OSP50). If the optimal mix is derived later and used for the purpose, the potential for use as a cement binder is expected.

• Resources Recycling
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• v.22 no.1
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• pp.64-71
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• 2013

Mineral carbonation has been proposed as a possible way for $CO_2$ sequestration. The electric arc furnace slags consist of calcium, magnesium and aluminum silicates in various combinations. If they could be used instead of natural mineral silicates for carbonation, considerable energy savings and $CO_2$ emissions reductions could be achieved. Indirect aqueous carbonation of the slags consists of two steps, extraction of calcium and carbonation. Acetic acid leaching of electric arc furnace slags had been already studied to extract Ca in them, but it was reported that the carbonation of the extracted $Ca^{2+}$ in the leached solution would suffer from too slow kinetics, even at high pressure of $CO_2$. In this work, to develop more efficient extraction of the electric arc furnace slags, hydrochloric acid leaching to separate calcium from them was studied, and the results were compared with the acetic acid ones. The phase boundary between $Ca^{2+}$ and $CaCO_3$ in the solution with pH was determined by thermodynamic calculations. Hydrochloric acid was more effective than acetic acid for the extraction of Ca in electric arc furnace slag, and there is a possibility to recycle an unreacted hydrochloric acid in the leached solution by electrolysis or evaporation.