KR100302398B1 - 벤토나이트를피복하여미분탄브리케트의이산화탄소반응성을억제하는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용철제조공정에 있어 미분탄 브리케트(briquette)를 활용하기 위한 방법에 관한 것이며; 그 목적은 미분탄 브리케트의 표면에 벤토나이트를 피복하여 미분탄 브리케트의 이산화탄소 반응성을 억제하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 석탄을 미분탄 브리케트로 괴상화하고 이를 용융환원료에 장입하여 용철을 제조하는 용융환원제철공정에 있어서, 장입되는 미분탄 브리케트를 5~30중량%의 벤토나이트 현탁액에 침적한후 건조하는 것을 특징으로 하는 미분탄 브리케트의 CO₂반응성 억제방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

벤토나이트를 피복하여 미분탄 브리케트의 이산화탄소 반응성을 억제하는 방법{Method of reducing CO2 reactivity in briquett by coating be ntonite in coal based iron making process}

본 발명은 용철제조공정에 있어 미분탄 브리케트(briquette)를 활용하기 위한 방법의 일환으로서, 보다 상세하게는 미분탄 브리케트의 표면에 벤토나이트를 피복하여 미분탄 브리케트의 CO₂반응성을 억제하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로 대체 제철법으로 연구되는 용융환원제철법인 코렉스법 등의 용철제조장치의 구조는 예비환원로와 용융환원로로 구분될 수 있다. 용융환원제철법에서 원료인 광석은 예비환원로에서 약 90% 정도의 환원이 된 후 용융환원로로 장입되어 용철이 되고, 연료인 일반탄은 용융환원로에 장입되어 광석의 환원과 용융을 시키는 역할을 한다.

일반탄이 고온의 용융환원로에 장입되면, 우선 장입과 동시에 일반탄에서 수분과 휘발분(volatile matter)이 휘발되는데, 이때 휘발된 휘발분은 용융환원로로 상승하여 광석을 환원시키고, 수분과 휘발분이 제거된 차르(고정탄소분과 회분)는 용융환원로 하부로 하강하면서 광석의 최종환원과 용융을 시킨다.

현재 상업적으로 이용되고 있는 코렉스공정에서는 주로 표준조건에서 휘발분이 30%내외의 일반탄과 함께 노열을 확보하기 위해서 휘발분이 거의 없는 코크스를 전체 석탄 장입량의 약 10%이상 사용하고 있다. 코렉스공정에서 코크스를 사용하는 이유는, 코크스의 80-90%가 탄소로 구성되어 있고 다른 석탄보다 반응성이 느려 코크스가 상대적으로 일반탄의 차르 보다 노하부로 내려갈수록 단위부피당 발열량이 많아 노열확보가 유리하기 때문이다. 상기 반응성에 따른 발열량의 특성은 석탄 차르의 CO₂반응성으로 잘 나타나며, CO₂반응성이 느리며 노열확보에 유리하다.

따라서, 용융환원제철공정에 적용되는 석탄으로는 CO₂반응성이 느린 것을 이용하여야 가격이 비싼 코크스의 사용을 대체하여 연료비를 감소시킬 수 있다.

한편, 현재 코렉스에서 사용할 수 있는 석탄의 입도는 10mm 이상으로 제한되어 있으나, 현재 입수되는 코렉스용 석탄중 10mm이하의 입도를 가지는 미분탄은 약 50%를 차지하고 있다. 이와 같이 코렉스에서 사용할 수 없는 작은 입도의 석탄은 코크스 제조용이나 PCI용으로 사용하고 있으나 과다한 발생량으로 인하여 이를 적절하게 처리하는데 많은 문제점을 일으키고 있다.

결국, 작은 입도의 코렉스용 석탄을 미분탄 브리케트(briquete)로 괴상화하여 코렉스 자체내에서 사용하는 것이 가장 유리한 방법으로 고려되고 있으나, 미분탄 브리케트는 CO₂반응성이 빠르기 때문에 코렉스에서 직접 사용할 경우 코크스 사용양을 증대시켜 연료비가 상승되는 문제가 있다. 따라서, 미분탄 브리케트를 용융환원제철공정에 이용하기 위해서는 CO₂반응성을 억제할 수 있는 방법이 해결되어야 하나아직까지 그 해결책이 제시된 바 없다.

본 발명은 미분탄의 브리케트를 용융환원제철공정에 활용하기 위한 다양한 연구와 실험 결과에 의해 안출된 것으로, 미분탄 브리케트의 표면을 벤토나이트로 피복하여 미분탄 브리케트의 CO₂반응성을 억제하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 미분탄 브리케트의 CO₂반응성을 시험하기 위한 장치의 일례도이다.

도 2는 미분탄 브리케트의 CO₂반응성을 나타내는 무게감소 그래프로서,

도 2의 (가)는 피복미처리 미분탄 브리케트(비교예)이고,

도 2의 (나)는 본 발명에 따라 그 표면에 벤토나이트를 피복한 미분탄 브리 케트(발명예)이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 석탄을 미분탄 브리케트로 괴상화하고 이를 용융환원료에 장입하여 용철을 제조하는 용융환원제철공정에 있어서, 장입되는 미분탄 브리케트를 5~30중량%의 벤토나이트 현탁액에 침적한후 건조하는 것을 특징으로 하는 미분탄 브리케트의 CO₂반응성 억제방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

미분탄 브리케트의 CO₂반응성을 억제하기 위해 미분탄 브리케트의 표면에 새로운 물질을 도포하는 경우, 이 새로운 물질은 CO₂반응성과 더불어 용융환원제철공정의 용재에 큰 영향을 미치지 않아야 한다.

본 발명은 이러한 용철제조공정의 특수성을 고려한 결과로서, 그 성분이 주로 Al₂O₃와 SiO₂로 이루어져 용융환원제철공정의 용재에도 그다지 큰 영향을 주지 않는 벤토나이트를 피복제로 사용하다는데, 그 특징이 있다. 잘 알려진 바와 같이, 벤토나이트의 주성분은 수화 규산알루미늄(SiO₂/Al₂O₃= 4)이고 기타 소량의 Fe, Mg, Ca, Na 및 K등을 함유하고 있으며, 본원발명에서 이용될 수 있는 벤트나이트는 중량%로, SiO₂: 60~70%, Al₂O₃: 15~20%, Fe₂O₃: 1~5%, MgO: 3~5%, CaO: 1~3%, Na₂O: 1~5% 및 K₂O: 0.1~1.0%로 조성될 수 있다.

먼저, 미분탄 브리케트의 표면에 벤토나이트를 피복하기 위해서 벤토나이트 현탁액을 만든다. 이때의 벤토나이트 현탁액은 벤토나이트의 농도가 5-30중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 만일 벤토나이트의 농도가 5중량% 미만이면 미분탄 브리케트의 표면에 도포되는 벤토나이트의 양이 미흡하여 균일도포가 곤란하고 이에 따라CO₂반응의 억제효과도 없어진다. 그리고, 벤토나이트의 농도가 30중량%를 넘으면 용융환원공정에서 미분의 발생량이 급증하게 되어 바람직하지 않다.

다음, 상기와 같은 벤토나이트의 현탁액을 미분탄 브리케트의 표면에 균일하게 도포한다. 이때의 도포방법은 미분탄 브리케트의 표면에 벤토나이트 현탁액을 균일하게 도포할 수 있는 침적, 살포(spray)등 다양한 방법이 적용될 수 있다. 보다 바람직하게는 간단하게 균일도포가 가능한 침적방법이다.

상기와 같이 도포한 다음, 미분탄 브리케트의 표면에 도포된 현탁액을 건조한다. 이때 건조는 현탁액의 수분을 증발하기 위한 것으로 자연건조도 가능하나 보다 바람직하게는 열풍건조가 바람직하다.

상기와 같이 벤토나이트 현탁액이 도포된 미분탄 브리케트는, 용융환원제철공정의 용융환원로에 장입되는 경우 균일하게 도포된 미분탄 브리케트내의 잔류수분과 휘발분이 증발되고 잔존된 고정탄소들은 벤토나이트에 의해 CO₂반응성이 억제된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

동일한 조건하에서 미분탄 브리케트의 CO₂반응성에 영향을 미치는 표면피복제의 영향을 조사하기 위하여 용융환원로를 모사한 전기로 실험장치를 사용하였다. 이 전기로 실험장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전기로의 열원인 발열체(1)(Kanthalsuper 33)와 알루미나 반응관(2)(I.D.:100mm, O.D.:110mm) 및 시험중 반응에 의한 무게변화를 측정하기 위한 로드셀(3)로 구성되어 있다.

이외에도, 호퍼(4), 알루미나 반응관 하부로 부터 도입되는 상온의 반응가스를 승온하기 위해 알루미나 볼(5)로 채워진 승온부, 반응가스의 원활한 공급을 위해 상기 승온부위에 구비된 분산판, 반응중 시료층내의 온도변화를 측정하기 위하여 시료층내에 온도계(6)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 전기로 실험장치는 PID controller(도시 안함)에 의해 설정온도의 ±2℃ 이내로 조절된다.

실험 수순은 다음과 같다. 먼저, 반응관 내의 온도를 1200℃까지 승온하였다. 승온중에는 질소를 공급하여 반응관내의 분위기를 불활성 분위기로 유지하여 브리케트 장입시 반응관에 잔존하는 산소로 인한 석탄의 연소를 미연에 방지하도록 하였다.

반응관내의 온도가 1200℃에 다다르면 브리케트를 장입하고 반응관 하부로 질소를 공급하여 석탄의 고온 열분해실험을 행하였다. 석탄장입후 10분이 경과되면 석탄이 함유하고 있는 수분 및 휘발분의 방출이 거의 완료되므로 이때 질소를 CO₂로 치환하였다. CO₂의 유량은 5ℓ/min로 고정하여 무게감소가 거의 없을 때까지 실험을 행하고 이때의 무게감소를 연속적으로 측정하였다. 이와 같은 실험을 통하여 반응중에 일어나는 석탄의 무게감소 추이를 관찰하므로서 미분탄 브리케트의 CO₂반응성에 주는 영향을 조사하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 알 수 있듯이, 벤토나이트가 표면에 피복된 미분탄 브리케트(나)의 경우미피복재인 미분탄 브리케트 보다 무게감소가 적은 것을 알 수 있었다. 초기 전체차르의 총무게중 75%까지는 큰 차이가 없었으나 이후부터 벤토나이트가 표면에 피복된 미분탄 브리케트의 경우 CO₂반응성이 늦은 것으로 나타났다.

결과적으로 벤토나이트 현탁액을 이용하여 이를 고르게 미분탄 브리케트에 도포시킨 브리케트의 경우 CO₂반응성이 억제되고 있다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 코렉스공정에서 과다하게 발행되는 미분탄의 석탄을 브리케트로 성형하여 벤토나이트 현탁액에 침적한 후 건조하여 코렉스공정에서 다시 사용할 수 있도록 함으로써 상기 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 석탄을 미분탄 브리케트로 괴상화하고 이를 용융환원료에 장입하여 용철을 제조하는 용융환원제철공정에 있어서, 장입되는 미분탄 브리케트를 5~30중량%의 벤토나이트 현탁액에 침적한후 건조하는 것을 특징으로 하는 미분탄 브리케트의 CO₂반응성 억제방법