시멘트 종류 및 제조공정

[BON LEB]

시멘트의 정의

토목,건축재료로서 사용되는 접합제. 넓은 뜻으로는 물질과 물질을 접착하는 물질을 말하고 있으나 일반적으로는 토목,건축용의 무기질의 결합경화제를 의미하며, 그 중에서도 오늘날 흔히 시멘트로 불리는 것은 포틀랜드 시멘트이다. 포틀랜드 시멘트는 주성분으로 석회 ․실리카 ․알루미나 ․산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하여 그 일부가 용융하여, 소성된 클링커에 적당량의 석고를 가하여 분말로 한 것이다. 시멘트는 주요 건설자재로서 콘크리트 또는 시멘트를 주원료로 한 2차 제품용으로 사용한다. 슬레이트 ․기와 ․기포 콘크리트 ․전주 ․관 등 생활주변에서 시멘트 제품은 흔히 볼 수 있다.

시멘트는 물 또는 염류용액으로 반죽하였을 때 경화하는 무기질 교착재료를 통칭하는 것으로서, 주성분이 규산(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 및 산화칼슘(CaO)으로 구성되어 있다.

시멘트는 고대로 부터 자연상태의 시멘트가 각종 토목건축공사에 사용되어 왔으나, 현재 우리가 사용하는 근대적인 의미의 시멘트(인공 시멘트)는 1824년에 이르러 영국의 벽돌공인 Joseph Aspdin에 의해 시멘트 제조방법이 등록되면서 시작되었다. 당시 그는 그 시멘트를 포틀랜드 시멘트라 명명하였고, 이후 연구가 계속되면서 현재는 다양한 종류의 시멘트가 제조되고 있다.

시멘트의 역사

인류는 수천 년 전부터 시멘트를 사용하여 왔다. 피라미드에 사용된 시멘트는 석회와 석고를 혼합한 것이고, 로마시대에는 석회와 화산재를 혼합한 것이다. 이들 시멘트들은 기경성 시멘트로서 18세기경까지 사용되었다. 수경성 시멘트가 나온 것은 1756~59년 영국의 에디스톤 등대를 건설할 때 기사 J.스미턴이 점토질을 가지는 석회석을 구워서 얻은 시멘트가 수경성을 가진다는 것을 발견한 데서 비롯되며, 시멘트 연구의 기초를 이루었다. 그 후 96년 영국의 J.파커는 같은 방법으로 로만 시멘트를 만들었으며, 1818년에는 프랑스 J.비카가 석회석과 점토를 혼합 소성하여 천연 시멘트를 만들었다. 24년에는 영국의 벽돌공 J.애스프딘이 오늘날의 것과 거의 같은 시멘트를 발명하여 특허를 얻었다. 그는 석회석과 점토를 혼합한 원료를 구워서 시멘트를 만들었는데, 겉모양 ․빛깔 등이 포틀랜드섬의 천연석과 비슷하다고 하여 포틀랜드 시멘트라 명명하였다. 그 후 포틀랜드 시멘트에 대한 많은 연구가 이루어져 우수한 성질이 인정되고 세계 여러 나라로 급속히 보급되어 오늘날 시멘트의 주종을 이루었다. 한편 다양한 특성의 시멘트와 특수용도에 쓰이는 시멘트도 개발되고 있다.

또한 천연 시멘트는 주로 점토질, 석회암과 같은 단일 원료를 소성시켜 만든 것으로 로마인이 사용한 로만시멘트, 천연포틀랜트시멘트가 이에 속하며, 현재는 전혀 생산되지 않는다.

시멘트 종류

시멘트는 물 또는 수용액과 혼합할 때 반응하여 경화하는 무기질재료로 정의되며, 그 종류는 ① 소석회, 마그네시아 시멘트, 석고 등의 기경성 시멘트, ② 포틀랜드 시멘트, 혼합시멘트, 알루미나시멘트, 초속경시멘트 등의 수경성 시멘트로 분류된다.기경성시멘트는 내수성이 없으며, 적용장소가 한정되어 있다. 토목, 건축재료로서 일반적으로 사용되고 있는 것은 수경성 시멘트이다.

종류	기경성 시멘트	- 소석회 - 석고 - 마그네시아 시멘트
	수경성 시멘트	- 포틀랜드 시멘트	-보통포틀랜드 시멘트 -중용열 포틀랜드 시멘트 -조강 포틀랜드 시멘트 -초조강 포틀랜드 시멘트 -내황산염 포틀랜드 시멘트
		- 포틀랜드계 시멘트	-백색 포틀랜드 시멘트 -유정시멘트 -콜로이드 시멘트
		- 혼합시멘트	-고로 시멘트 -Fly-ash 시멘트 -Silica 시멘트 -초저발열 시멘트 -지열정 시멘트 -RCCP 용 시멘트
		- 기타	-알루미나 시멘트 -초속경 시멘트 GRC 용 저알카리 시멘트

포틀랜드 시멘트

포틀랜드 시멘트는 주로 석회질 원료와 점토질 원료를 적당한 비율로 혼합하여(성분을 조절하기 위하여 규산질 원료와 산화철 원료를 첨가하기도 한다) 미분쇄하고 그 일부가 용융할 때까지(약 1,450 ℃) 소성하여 얻어지는 클링커에 응결조절제로서 약간의 석고를 가하여 미분쇄하여 만든다. 제조방법에는 건식법(乾式法) ․습식법 ․반건식법이 있는데, 건식법은 원료를 건조상태에서 분쇄 ․혼합 ․소성하는 방법이며, 습식법은 원료에 약 35～40 %의 물을 가하여 분쇄 ․혼합 ․소성하는 방법이다. 습식법은 원료조합물에 함유된 많은 수분을 증발시키기 위하여 많은 열량이 필요하므로 습식법에 의한 시멘트의 제조는 줄어들고 있다. 소성가마로는 선가마와 회전가마가 있는데, 회전가마가 많이 쓰인다. 회전가마는 보통 지름이 3～5 m, 길이가 50～200 m인 원통형 가마인데 3～5 °의 경사를 이루고 천천히(1분에 1～2회 정도) 회전한다. 원료는 위쪽에서 연속적으로 들어가고 아래쪽에서는 연료(기름 또는 미분탄)를 연소시킨다. 원료는 가마의 회전에 따라 아래쪽으로 이동하면서 점차로 소성되어 아래쪽에서 클링커가 연속적으로 흘러나와 냉각기에서 급랭된다. 또 서스펜션 예열기를 설치하여 고온의 배기가스를 원료의 예열과 하소(燒)에 이용하여 열효율과 소성효율을 높이기도 한다. 이렇게 얻어진 클링커에 약 3 %의 석고를 첨가하여 미분쇄(비표면적 2,800～4,200 cm/g)하여 시멘트를 만든다. 시멘트 공장은 이 회전가마를 중심으로 원료관리에서 시멘트의 포장에이르기까지 제조관리와 품질관리를 자동화하여 합리적인 생산을 하고 있다.

시멘트 제조공정

시멘트 제조공업은 장치산업이라 하며 그 제조공정은 비교적 단순한 편으로서 원료의 배합, 분쇄, 혼합, 저장, 소성, 냉각, 석고혼합분쇄, 포장, 수송이 주공정이다.

출처: 쌍용양회

1. 석회석 분쇄기(CRUSHER)

석회석 광산에서 채굴한 대형 석회석을 30㎜ 크기로 분쇄하여, 총 3차의 분쇄공정을 거친다.

2. 석회석 적재기(STACKER & RECLAIMER)

분쇄기를 통과한 석회석을 평균 화학조성을 갖도록 STACKER로 적재하며, RECLAIMER로 긁어내려 BELT CONVEYOR로 다음 공정에 투입한다.

3. 부원료 치장(ADDITIVE MATERIAL STORAGE)

시멘트 원료중 주원료인 석회석을 제외한 점토질 원료와 산화철 원료등을 저장하고, 공급한다.

4. 원료 분쇄기(RAW MILL)

석회석, 점토질 원료, 산화철 원료등이 혼합된 조합원료를 약 100㎛ 이하의 크기로 미분쇄한다.

5. 원료 저장기(RAW MEAL SILO)

미분쇄된 원료를 콘크리트 대형 원기둥 저장소에 보관하며, 일정량을 다음 공정에 공급한다.

6. 예열기(PREHEATER)

미분쇄된 시멘트 원료를 주 가열로인 소성로(KILN)에 투입하기 전에 약 900℃까지 예비 가열하는 설비로서 열효율 및 생산성을 증가시킨다.

7. 소성로(KILN)

시멘트 제조공정중 주공정이 이루어지는 부분으로, 예열기에서 1차 가열된 원료를 최고 1,500℃까지 가열하여, 시멘트의 중간 제품인 CLINKER를 생산한다.

8. 냉각기(COOLER)

소성로에서 배출된 고온의 CLINKER를 100℃ 이하로 급냉시킨다.

9. CLINKER 저장기(CLINKER SILO)

냉각된 CLINKER를 저장, 공급한다.

10. 시멘트 분쇄기(CEMENT MILL)

소성로에서 생산된 CLINKER를 주원료로 하고, 첨가재인 석고를 혼입 미분쇄하여 최종제품인 시멘트를 생산한다.

11. 시멘트 저장기(CEMENT SILO)

최종제품인 시멘트를 저장한다.

12. 출하