KR100264991B1 - 산화마그네슘을 이용한 일반탄의 차르화 증대방법 - Google Patents

Abstract

용융환원법으로 일반탄을 이용한 용철제조에 있어서, 일반탄의 차르(char)화 증대 방법이 제공된다. 이 방법은 첨가제로서 MgO 현탁액을 일반탄에 적용한 후 건조시킴으로서 일반탄 표면에 MgO를 고르게 부착시킴을 포함한다.

이 방법에 따라 일반탄 표면에 부착된 MgO에 의해 일반탄으로 부터 휘발분발생을 억제시킬 수 있으며, 그만큼 값비싼 코크스의 사용량을 저감시키게 된다.

Description

산화마그네슘을 이용한 일반탄의 차르화 증대방법

본 발명은 일반탄의 차르화 증대방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 일반탄을 이용한 용철제조공정에서 일반탄의 차르화를 중대시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로 대체제철법으로 연구되는 용융환원법인 COREX 등을 이용한 용출제조장치는 용융환원로와 예비환원로로 구분될 수 있으며, 광석은 예비환원로를 거쳐서 용융환원로로 장입되어 용철이 되고 일반탄은 용융로에 장입되어 광석의 환원과 용융을 시키는 역할을 한다. 일반탄이 고온의 용융로에 장입되면 장입과 동시에 수분과 휘발분(volatile matter) 휘발되는데 이때 휘발된 휘발분은 환원로로 상승하여 광석을 환원시키고, 수분과 휘발분이 제거된 차르(고정탄소분과 회분)는 용융로 하부로 하강하면서 광석의 최종환원과 용융을 시키는 역할을 한다. 이때 일반탄의 휘발분 발생량은 용융로 온도, 압력 등 용융로의 조건에 의해 결정되어지나 현재 상업적으로 이용되고 있는 COREX 공정에서는 주로 표준조건에서 휘발분이 30% 내외인 일반탄과 함께 노열을 확보하기 위해 휘발분이 거의 없는 코크스를 전체 석탄 장입량의 약 10% 이상 사용한다. 이와 같이 코크스를 사용하는 이유는 코크스의 80-90%가 탄소로 구성되어 있으므로 코크스는 상대적으로 탄소의 함량이 적은 일반탄의 차르보다 노하부로 내려갈수록 단위 부피당 발열량이 많아 노열확보가 유리하기 때문이다. 그러나 일반탄보다 가격이 비싼 코크스의 사용은 연료비 상승으로 이어지기 때문에 가능한 그 사용량을 낮추는 것이 필요한 것이다.

이에 본 발명의 목적은 일반탄의 차르화를 증대시킴으로서 코크스의 사용량을 저감시킬 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

제1도는 일반탄의 차르화 실험장치의 개략단면도.

제2도는 일반탄의 차르화에 미치는 산화마그네슘의 영향을 보기 위해 시간경과에 따른 무게변화를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 불활성가스 주입구 2 : 알루미나 볼

3 : 반응관 4 : 열전쌍

5 : 가스유출구 6 : 호퍼(hopper)

7 : 무게측정장치(로드셀, load cell)

본 발명에 의하면, 일반탄을 이용한 용철제조방법에 있어서, 첨가제로서 MgO 현탁액을 일반탄에 적용한 후 건조시켜 일반탄 표면에 MgO를 고르게 부착시킴을 포함하는 일반탄의 차르화 증대방법이 제공된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자는 용융환원법을 이용한 COREX 공정에서 일반탄을 고온의 용융로에 장입시 일반탄의 휘발분 발생을 억제하고 있으면 결과적으로 일반탄의 차르화가 증진되는 효과를 얻을 수 있으며 이에 따라 코크스의 사용량을 저감시킬 수 있다는 점에 착안하여 연구를 계속한 결과 본 발명을 달성하기에 이르렀다.

COREX 공정에 있어서 일반탄의 휘발분을 억제하여 차르화를 증대시켜줄 수 있는 방법은 일반탄과 함께 새로운 물질을 장입시키는 것이다. 하지만 COREX 공정에서는 이와 같은 효과를 얻음과 동시에 첨가되는 물질이 용제에 큰 영향을 미치지 않아야 하므로 첨가제는 용제의 성분들과 유사하여야 하며, 그 첨가량은 소량일수록 공정에 미치는 영향이 적다. 따라서 본 발명의 방법에서는 COREX 공정에서 가장 많이 사용하고 있는 부원료인 MgCO₃로 부터 생성되는 MgO를 이용하는 경우 용제에 영향을 주지 않고 일반탄의 차르화를 증대시킬 수 있다는 것을 발견하고, 이를 위하여 MgO를 괴탄에 부착시켜 차르화가 되는 양상을 조사하였다.

차르화를 증대시키기 위한 MgO의 첨가량은 일반탄을 이용한 용철제조공정에서 요구하는 슬래그의 염기도(B4=(CaO+MgO)/(Al₂O₃+SiO₂))에 의해 결정된다. 그런데 일반탄을 이용한 용철제조공정에서 요구되는 염기도는 대체로 1.12에서 유지되고 있기 때문에, 실시예에서 사용한 석탄이 함유하고 있는 회분의 성분(전체 회분양이 9.5%, 그중 SiO₂= 6.517, Al₂O₃= 2.28, MgO = 0.057, CaO = 0.067)을 고려하여 계산한 MgO의 최대 첨가량은 석탄 100g 당 약 9.7g이 된다.

일반탄에 MgO를 첨가하는 방법으로서는 여러가지 방법을 사용할 수 있다. MgO를 일반탄의 표면에 균일하게 부착시키기 위하여 MgO 현탁액을 일반탄에 분사하여 건조시키는 것이 바람직하다. 이같은 방법으로 일반탄의 표면에 MgO를 고르게 부착시키게 되면 석탄의 차르화 과정에서 일반탄의 휘발분 방출을 억제하는 효과를 갖게 되어 결과적으로 휘발이 억제된 량만큼 차르화가 증진되게 되는 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

동일한 조건하에서 일반탄의 차르화에 영향을 미치는 첨가제(MgO)의 영향을 조사하기 위하여 용융로를 모사한 제1도의 실험장치를 사용하였다. 제1도에 도시된 바와 같이 로의 하부로 부터 불활성 가스(질소)(1)이 공급되며 공급된 가스는 알루미나 충진층(2)을 통과하면서 충분히 승온된 뒤 반응관(3)을 거쳐 외부로 배출된다. 이때 공급되는 질소의 유량은 150 ℓ/min 였으며 반응관의 직경은 150mm 였다. 실험로의 온도는 1000℃로 설정하였다. 장입석탄은 야드에서 직접 입도분리를 거쳐 8-10mm로 임도를 선별한 후 2등분하여 한부분(일반탄 나)은 후처리 없이 바로 건조기에서 건조하였으며 다른 한부분(일반탄 가)은 MgO를 석탄에 고르게 부착시키기 위하여 MgO 현탁액과 석탄을 섞은 후 건조기에서 건조하였다. 건조시간은 24시간으로 동일한 조건에서 건조하였다. 건조기에서 건조된 후 실험로에 장입되는 석탄의 양은 반응관 내부에서 3개의 층(석탄입자)을 이룰 정도의 무게(8-10mm: 200g)였으며 장입한 후 반응로 상부에 설치된 무게측정장치(7)를 이용하여 반응과정 중에 발생하는 무게의 변화를 관찰하였다. 무게변화가 거의 없어지는 시점(8-10mm: 3분)을 기준으로 하여 다시 동일한 양의 석탄을 장입하는 방법으로 2회 반복장입함으로써 1회 장입에 따른 분석 오차를 줄였다. 이상과 같은 실험을 통하여 반응중에 일어나는 석탄의 무게감소 추이와 최종무게를 측정함으로써 석탄의 차르화에 대하여 조사하였다.

제2도는 상기 실험을 통하여 얻어진 결과로 MgO를 첨가한 일반탄의 경우 무게감소량이 MgO를 첨가하지 않은 일반탄의 무게감소량보다 적은 것을 보여주고 있다. 따라서 MgO를 첨가할 경우 MgO는 일반탄에서 부터 휘발분의 방출을 억제하고 있다는 것을 알 수 있다.

하기 표 1은 상기 제2도의 실험결과를 수치로 나타낸 것으로서 MgO를 첨가제로 첨가한 일반탄과 MgO를 첨가하지 않은 일반탄의 휘발분 발생비율과 비교하여 볼 때 MgO를 첨가한 일반탄의 휘발분 발생량은 MgO를 첨가하지 않은 일반탄의 휘발분 발생량의 약2/3 수준으로 MgO를 첨가한 시료(가)에서는 장입한 석탄 387.93g의 22%만이 휘발분으로 방출되며 나머지는 차르화되었다는 것을 알 수 있다. 이는 바로 휘발분 함량이 22%인 일반탄을 사용하는 효과와 같은 것이다. 반면 일반탄만을 사용한 사료(나)에서는 장입한 석탄 399.92g의 32%가 휘발분으로 방출되고 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 방법에 의하면 일반탄의 차르화 효과가 증대됨으로써, 증대된만큼 코크스의 사용을 저감시킬 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 일반탄을 이용한 용철제조방법에 있어서, 일반탄에 대한 첨가제로서 MgO 현탁액을 일반탄에 적용한 후 건조시켜 일반탄 표면에 MgO를 균일하게 분포시킴을 포함하는 일반탄의 차르화 증진방법.
2. 제1항에 있어서, MgO 첨가제는 용철제조 공정에서 요구하는 슬래그의 염기도에 따라 결정됨을 특징으로 하는 방법.