시멘트 제조공정: 채광 및 조쇄, 원료혼합 및 분쇄, 소성, 시멘트 분쇄

오늘은 시멘트 제조 과정에 대해 자세히 알아보겠습니다. 시멘트가 완성되기까지의 채광 및 조쇄, 원료혼합 및 분쇄, 소성, 그리고 시멘트 분쇄 등 복잡한 과정들을 함께 살펴보겠습니다.

 

 

시멘트 원료인 석회석을 캐내는 채광과정, 채광한 석회석 덩어리를 부수는 조쇄과정, 품질산포를 줄이기 위해 부서진 석회석을 섞는 혼합과정, 혼합된 석회석을 기타 부원료와 함께 분말상태로 더욱 잘게 부수는 원료분쇄과정, 원료를 고온으로 가열시켜 각종 화학반응을 통해 클링커를 제조하는 소성과정, 고온의 클링커를 냉각하는 냉각과정, 클링커에 석고를 첨가하여 더욱 잘게 부숴 시멘트를 완성하는 분쇄과정 등의 여러 단계의 과정을 거쳐 시멘트는 완성됩니다.

 

1. 채광 및 조쇄

1.1 채광

강원도 동해지역에 매장된 석회석은 매장량이 가장 풍부한 자원 중의 하나입니다. 이곳에서는 계단식 채굴법을 쓰고 있습니다. 채굴된 석회석은 85톤을 적재할 수 있는 거대한 덤프트럭에 실려 석회석 덩어리를 부수는 기계인 조쇄기로 운반됩니다. 채광이 끝난 광산은 복원작업을 통하여 다시 자연상태로 되돌아갑니다.

 

채광

 

1.2 조쇄

채굴된 석회석은 3차례의 조쇄과정을 거치면서 직경 2.5cm 이하의 밤톨만 한 크기로 부서집니다.. 즉 1차 조쇄기에서는 직경 30cm~2m의 원석이 30cm 정도 크기로 부서지고, 이것이 2차 조쇄기에서는 8cm 정도 크기가 되며, 이것이 다시 3차 조쇄기에서 직경 2.5cm 이하로 되어, 원료 혼합장으로 운반됩니다.

 

조쇄

 

2. 원료혼합 및 분쇄

2.1 혼합

혼합장에서는 여러 광산에서 채굴된 석회석을 골고루 섞어, 석회석 원료의 성분을 고르게 하여 일정한 품질을 얻을 수 있도록 하고 있습니다. 혼합에 의해 성분이 균일해진 석회석은 혈암, 규석, 철광석 등의 부원료와 일정한 비율로 혼합되어 더 잘게 부수는 원료 분쇄기로 보내집니다.

 

혼합

 

2.2 원료분쇄

2.2.1 분쇄 및 성분조성

회전하는 분쇄기 내부에서는 원료와 스틸볼(강구)이 서로 엉키면서 원료를 잘게 부수어 여성이 쓰는 화장용 파우더만큼의 미세한 분말상태로 만들어집니다.

 

한편 좋은 품질의 시멘트를 생산하기 위해서는 정확한 비율에 의한 원료 배합이 무엇보다 중요합니다. 이를 위해 원료를 섞고 부수는 과정 중에 검사를 위한 샘플이 정기적으로 자동 추출되어 첨단의 로봇에 의해 운반되어 화학성분이 분석되고, 분석결과는 자동적으로 분쇄 공정에 반영되어 다시 조정됩니다.

 

분쇄 및 성분조성

 

2.2.2 혼합저장

검사를 거친 후 분말원료는 혼합 사일로라는 거대한 창고로 보내집니다. 여기서 분말원료가 일정량에 이르면, 사일로 하부의 압축공기에 의해 부유되면서 균일하게 혼합된 후, 혼합 사일로 하부에 있는 저장 사일로로 보내지게 됩니다.

 

3. 소성

3.1 소성

3.1.1 예열

저장 사일로부터 공급된 미세한 분말 원료는 예열실 최상단에 투입되어, 킬른으로부터 공급된 뜨거운 공기와 열 교환되면서 원료 중에 부착된 수분과 결정수분 등이 증발하고, 탄산칼슘이 분해되어 탄산가스가 방출되면서 약 900℃에 이르게 됩니다.

 

예열

 

3.1.2 킬른

약 900℃로 예열된 원료는 길이 70~100m, 직경 4~6m인 원통형 킬른에 투입됩니다. 1분에 약 3~4번씩 회전하는 이 킬른은 거대한 화로 같은 것으로 그 내부는 섭씨 1450도에 이릅니다. 투입된 원료는 각종 화학반응을 일으켜 시멘트 반제품인 클링커로 만들어집니다.

 

킬른

 

3.1.3 냉각

고온의 클링커는 공기 냉각 과정을 거치는데 클링커를 냉각시킨 공기는 섭씨 1100~1200℃까지 올라가고, 이 공기는 다시 예열실 하단의 유도층 하소로에 보내집니다.

 

유동층 하소로에서 발생한 고온가스는 예열실 상부로부터 투하되는 원료를 5단계에 걸쳐 예열시키는데 이용됩니다. 모든 역할을 끝낸 배기가스는 먼지를 걸러내는 전기집진기 또는 백 필터를 거친 뒤 깨끗한 상태로 대기 중에 배출됩니다.

 

냉각

 

 

4. 시멘트 분쇄

4.1 시멘트 분쇄

클링커에 시멘트의 굳는 시간을 조정하기 위하여 적당량의 석고를 첨가해서 곱게 가루로 만든 것이 시멘트입니다. 석회석은 여러 과정을 거쳐 평균 입경 20㎛ 크기의 미세한 분말인 시멘트가 됩니다.

 

시멘트 분쇄

 

4.2 시멘트 완제품

시멘트 완성품

 

 

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