KR100332913B1

KR100332913B1 - 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치 및 방법

Info

Publication number: KR100332913B1
Application number: KR1019970071689A
Authority: KR
Inventors: 이성수; 민중기
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2002-07-18
Also published as: KR19990052234A

Abstract

본 발명은 적은 입도의 석탄을 사용하고, 고온의 원료 공급계통에서 막히는 문제점을 해결하며, 연료의 내구성이 증대되어 종래의 연료파손에 의한 장입불량, 공정내 더스트의 다량 발생에 의한 설비불안 등을 해소하도록 개선된 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 석탄호퍼; 상기 석탄호퍼하부측의 석탄이송장치; 상기 석탄이송장치내의 스크류콘베이어; 상기 석탄이송장치에 연결된 플라스틱호퍼; 상기 석탄이송장치의 후단에서 석탄과 플라스틱을 일정온도로 가열하면서 서로 혼합시키는 혼합물 전처리장치; 상기 혼합물 전처리장치내의 스크류콘베어이어; 상기 스크류 콘베이어 후단의 성형기;들을 구비한 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치에 있어서, 상기 전처리 장치는 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도 이하의 온도로 가열하는 예열장치;와, 상기 예열장치의 후단에서 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도와 고화온도 사이로 가열시키는 가열장치;를 구비함을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 폐플라스틱의 혼합비를 10 내지 15%로 하고, 성형온도를 바인더로 사용된 상기 폐플라스틱의 고화온도 직전으로 하며, 성형압력을 200Kg/cm²이상으로 하여 성형하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형방법을 제공한다.

Description

플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치 및 방법{Coal briquetting method with plastic binder and device thereof}

본 발명은 플라스틱을 바인더(binder)로서 이용하는 석탄 성형장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 적은 입도의 석탄을 사용하고, 고온의 원료 공급계통에서 막히는 문제점을 해결하며, 연료의 내구성이 증대되어 종래의 연료파손에 의한 장입불량, 공정내 더스트의 다량 발생에 의한 설비불안 등을 해소하도록 개선된플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 석탄을 성형하는 기술은 석탄을 성형하여 어떤용도로 사용할 것인가에 따라 공정이 다르다. 예를들어 가정용 연료로 사용되는 연탄의 경우 일종의 타발방식에 의해 제조되고, 제철공업에서 코크스 원료로 사용하기 위해 성형탄으로 제조되는 성형장치(100)는 도 1에 나타낸 것과 같이 일종의 더블 롤(double roll)방식의 브리케이터(briquetter)에 의해서 제조된다.

상기와 같은 더블 롤 방식은 일측에 콘베이어 벨트(110)가 갖춰져서 석탄이 혼합기와 반죽기(120)로 공급되고, 타측으로는 액상 바인더 공급관(130)이 위치되어 소프트 핏치가 공급되며, 상기 혼합기(120)의 하부로는 스크류 콘베이어(140)가 위치되고, 상기 스크류 콘베이어(140)를 감싸도록 가열장치(150)가 갖춰지는 것이다. 그리고, 드럼형의 성형기(160)의 롤(162) 사이로 사전에 혼합기(mixer)와 반죽기 (kneader)(120)를 통해 혼합된 석탄과 바인더의 혼합물을 통과시키게 되어 성형기(160)로서 성형한다. 이러한 공정에서 대부분 바인더(binder)로서는 소프트 핏치(soft pitch)가 사용되므로, 이 경우 소프트핏치는 액상이고 석탄은 고상이므로 2상간의 혼합이 용이하지 않기 때문에 서로 균일하게 혼합시키기 위한 대용량의 혼합공정이 필요하며 제조된 성형체는 공정에서 상온의 조건으로 이용된다.

이에 대하여 폐 플라스틱을 바인더로 사용하여 석탄을 성형하는 방식은 종래에 시도되지 않던 기술로서 공정에서 비교적 고온 즉 120℃내지 200℃에서 내구성을 갖는 성형체를 제조하기 위하여 사용된 장치나 방법은 아직 개발된 바 없다.

용융환원로와 같이 석탄을 이용하여 철광석을 직접환원하는 설비에서 로내에서 발생되는 발생가스의 기류에 의해 입도가 작은 석탄이 장입될 경우, 장입 즉시 로외로 비산 배출되어 집진기에 포집되고 연료로서의 역할을 하지 못하며, 계속 운전을 할 경우 집진기의 효율이 저하되고 뒤이어 운전이 불가능한 상태로 된다. 따라서 현재까지의 기술은 장입되는 석탄을 채로서 분리하여 8mm이상 입도의 석탄만 장입하여 조업하고 있다. 그러나 탄광으로 부터 수입되는 석탄은 8mm이상되는 입도가 40%수준에 불과하므로 약 60%의 석탄은 쓸모없는 원료로 되어 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.

특히, 용융환원로에서는 로내에 석탄이 장입되기전 석탄의 수분이 5%이하로 제한되기 때문에 장입전 건조공정, 그리고 장입구 전단부분의 온도가 높아서 일반적인 소프트 핏치를 바인더로서 사용하여 미립의 석탄을 성형할 경우, 수송중 성형체가 분해되어 원료 장입계통이 막혀버리는 문제점이 있을 뿐 아니라 소프트 피치가 고가이기 때문에 제조원가의 30%이상이 바인더 비용이다.

따라서 본 발명은 위에 기술한 작은 입도의 석탄을 사용하지 못하는 문제점과 고온의 원료 공급계통에서 막히는 문제점을 동시에 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 적은 입도의 석탄을 사용하고, 고온의 원료 공급계통에서 성형체가 해체되어 막히는 문제점을 해결하며, 연료의 내구성이 증대되어 종래의 연료파손에 의한 장입불량, 공정내 더스트의 다량 발생에 의한 설비불안 등을 해소하도록 개선된 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래기술의 기술에 따른 액상바인더 성형장치를 나타낸 구성도:

도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치를 도시한 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..... 석탄 호퍼 20..... 석탄 이송장치

30..... 스크류 콘베이어 40..... 플라스틱 호퍼

50..... 전처리 장치 60..... 예열장치

70..... 가열장치 90..... 성형기

110.... 콘베이어 장치 120.... 혼합기

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 석탄호퍼; 상기 석탄호퍼하부측의 석탄이송장치; 상기 석탄이송장치내의 스크류콘베이어; 상기 석탄이송장치에 연결된 플라스틱호퍼; 상기 석탄이송장치의 후단에서 석탄과 플라스틱을 일정온도로 가열하면서 서로 혼합시키는 혼합물 전처리장치; 상기 혼합물 전처리장치내의 스크류콘베어이어; 상기 스크류 콘베이어 후단의 성형기;들을 구비한 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치에 있어서, 상기 전처리 장치는 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도 이하의 온도로 가열하는 예열장치;와, 상기 예열장치의 후단에서 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도와 고화온도 사이로 가열시키는 가열장치;를 구비함을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치를 마련함에 의한다.

그리고, 본 발명은 폐플라스틱을 바인더로 하여 석탄 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 폐플라스틱의 혼합비를 10 내지 15%로 하고, 성형온도를 바인더로 사용된 상기 폐플라스틱의 고화온도 직전으로 하며, 성형압력을 200Kg/cm²이상으로 하여 성형함을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형방법을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치의 개요를 나타낸 것이다. 본 발명의 석탄 성형장치는 석탄호퍼(10), 석탄이송장치(20), 스크류콘베이어(30), 플라스틱호퍼(40), 예열장치(60)와 가열장치(70)로 구분되는 혼합물 전처리장치(50), 스크류콘베어이어(80), 성형기(90)로 구성된다. 먼저 석탄호퍼(10)하부의 로터리밸브(11)의 회전수를 조절하여 처리석탄을 정량 불출하면 불출된 석탄은 석탄이송장치(20)의 스크류콘베이어(30)를 통하여 이송된다. 이송되는 석탄은 이송도중에 플라스틱호퍼(30)로부터 플라스틱이 공급되며, 공급되는 플라스틱 량은 석탄호퍼(10)과 마찬가지로 플라스틱호퍼 하부에 설치된 로터리밸브(41)의 회전수에 의해 조절된다. 이때 플라스틱호퍼(40)는 석탄이송장치(20)중간부분에 석탄호퍼(10)와는 거리를 두고 설치되며, 플라스틱과 석탄 혼합물이 스크류콘베이어(30)에 의해 혼합이 일어나며 혼합물 전처리장치(50)로 이송된다. 상기 혼합물 전처리장치(50)는 예열장치(60)과 가열장치(70)으로 이루어지며, 예열장치(60)에서는 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도 이하의 온도, 즉 110℃∼140℃로 가열하고, 가열장치(70)에서는 플라스틱의 연화온도와 고화온도 사이, 즉 110℃∼140℃ 내지 150℃∼170℃로 가열된다.

예열 및 가열이 끝난 석탄과 플라스틱 혼합물은 플라스틱 고화온도보다 3℃내지 5℃보다 낮은 온도에서 성형기(90)에 투입되어 약 200kg/cm²내지 1000kg/cm²의 성형압으로 석탄의 성형이 이루어지게 되며 이 성형압은 유압으로 조정된다.

이와 같이 본 발명의 특징은 상온에서 고체 상태인 바인더를 고체상에서 서로 혼합하고 바인더의 상변화를 고려하여 예열과 가열을 구분 가열함으로써 바인더와 석탄의 혼합을 균일하게 하여 보다 적절한 성형조건을 부여함으로써 보다 높은 품질의 석탄 성형체를 제조할 수 있다.

제조된 석탄 성형체는 공정에서 요구하는 수송중 파손되지 않을 정도의 강도와 열적인 안정성을 가져야 하며 따라서 석탄을 성형하기 위해서 석탄입자들을 서로 결합시킬 수 있는 바인더와 적절한 성형압력이 필요하다. 본 발명에서는 이를 위하여 폐플라스틱을 바인더로 하여 석탄 성형체를 제조하는 것이다.

상기와 같은 폐 플라스틱의 경우 열을 가하면 플라스틱의 성질에 따라 약간 차이를 보이지만 120℃부근에서 연화되어 150℃부근에서 고화되는 특성을 지닌다.

본 발명은 플라스틱의 이와같은 열적성질을 이용하여 석탄입자들을 성형하여 60-120℃의 비교적 고온인 석탄공급설비에서 내구성을 갖는 성형체를 제조하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 상세한 설명을 하면 다음과 같다.

다음 표 1에서 비교예 혼합물 전처리장치(50)를 예열과 가열을 구분하지 않은 종래의 경우와 예열장치(60)와 가열장치(70)를 구분한 본 발명을 비교한 것이다. 이때 비교예와 본발명의 바인더의 혼합비는 10%, 성형시 성형압 200kg/cm로 동일한 조건에서 제조된 성형체의 품질을 비교한 것이다.

본 발명과 비교예 대비
구분	수율(%)	충격강도(kg/cm²)	편차(kg/cm²)
비교예	72	19	±3.3
본발명	87	22	±2.1

상기에서 성형체는 2cm x 3cm x 4cm 크기로 제조되었으며 수율은 성형기를 통과하여 제조된 성형체를 눈금크기가 1.5cm인 채로 채분리하여 분리된 비율이며, 충격강도는 각각 22개씩 임펙트 테스터(impact tester)로 측정하여 가장 높은 값과 가장 낮은 값을 제외한 20개의 측정값을 평균한 값과 그 편차를 나타낸 것이다.

따라서, 플라스틱을 바인더로서 이용하여 성형체를 제조할 때, 본 발명과 같이 예열장치(60)와 가열장치(70)가 구분된 전처리장치(50)로 전처리하여 성형할 경우, 보다 바인더와 석탄을 균일하게 혼합이 가능하여 수율이 대폭 향상되고 충격강도가 높고 품질 편차가 적은 성형체의 제조가 가능한 것이다.

한편, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4와 실시예 5는 폐플라스틱 바인더와 석탄 혼합물의 적정 성형온도에 관한 것으로, 실시예 1은 플라스틱의 연화개시온도에서 성형한 것이며 실시예 4는 고화온도 보다 3℃ 낮은 온도에서 성형한 실시예이다. 그리고 표 2는 본 실시예에서 사용된 폐플라스틱의 열적 성질을 나타낸 것이다.

폐플라스틱 바인더의 열적성질
플라스틱 종류	연화온도	고화온도	비고
폴리에틸렌계폐플라스틱	120℃	138℃

표 3의 실시예 1에서 5에서 알수 있는 바와 같이 바인더의 고화온도 직전에서 성형하였을 때, 즉 실시예 4가 가장 충격강도가 강한 성형체를 제조할 수 있는 것이다.

표 4는 바인더의 고화온도 직전의 온도에서 성형하고 바인더의 혼합비와 성형압을 변화시켜 충격강도의 변화를 나타낸 실시예이다. 실시예 6,7,8는 바인더로서 플라스틱 혼합비를 5%,15%,20%로 변화시켜 성형체를 제조한 것이다. 또한 실시예 9,10,11및,실시예 4와, 실시예 12는 바인더 혼합비 10%에서 각각 성형압력을 50,100,150,200,250kg/cm²으로 변화시켜 가면서 적절한 바인더량과 성형압력을 시험한 것이다.

성형조건 변화와 성형체 강도
실시예	성형조건	충격강도(kg/cm²)
실시예	바인더혼합비(%)	충격강도(kg/cm²)	성형압(kg/cm²)	성형온도(℃)
실시예 1실시예 2실시예 3실시예 4(본발명)실시예 5	1010101010	200200200200200	120125130135140	1018212215

바인더 혼합비와 성형압변화에 따른 성형체 강도변화
실시예	성형조건	충격강도(kg/cm²)
실시예	바인더혼합비(%)	충격강도(kg/cm²)	성형압(kg/cm²)
실시예 6실시예 7실시예 8실시예 9실시예 10실시예 11실시예 12	5152010101010	20020020050100150250	522214121522

이상의 실시예 중에서 성형압을 200kg/cm²으로 일정하게 하고 폐플라스틱 바인더의 혼합비를 변화시킨 실시예 4,6,7,8에서 적정 바인더 혼합비는 본 발명의 범위에 드는 실시예 4의 10%수준이다. 또한 바인더의 혼합비를 10%로 일정하게 하고 성형압을 변화시켰을 때 즉 실시예 9,10,11,실시예 4, 실시예 12에서 성형압이 증가될 때 충격강도가 증가되나 성형압 200kg/cm²이상에서는 충격강도에 변화가 없다. 이상의 실시예1에서 실시예 12까지에서 바인더를 플라스틱으로 하는 경우 바인더의 혼합비는 10%이상 그리고 성형압 200kg/cm²이상에서 성형체 강도증가의 변화가 없으므로 폐플라스틱을 바인더로 하여 성형할 때 제조비용과 동력비를 감안하여 바인더의 혼합비는 10%, 성형압은 200kg/cm²가 적정수준이다.

또한, 아래의 표 5는 본발명의 방법으로 제조한 성형체와 실제 공정에서 기존 사용되는 석탄과 열충격시 특성을 비교한 것이다. 이 열충격 시험방법은 본발명의 성형체와 동일한 입도 약 20-25mm의 석탄과 본 발명의 방법으로 제조한 성형체를 불활성 분위기 1000℃에서 10분간 방치한후 12.7mm이상의 입도를 비교하는 것으로 응용로등 고온공업로 내부에서 파손되는 정도를 나타낸다. 표 5에 나타낸 것과 같이 본발명에 의해 제조된 성형체가 현재 공정에서 사용되는 고온로 내부에서 12.7mm이상의 입도분포가 높은 것으로 보아 기존 사용중인 석탄보다 열적으로 안정성을 가지는 것임을 알 수 있다.

성형체의 열충격 특성
시료	잔유물(%)	12.7mm상(%)
석탄	65	81.8
본 발명	65	96.8

상기와 같이 본 발명에 의하면, 적은 입도크기의 석탄과 폐 플라스틱을 바인더로 하여 석탄 성형체를 제조하게 되면, 석탄 장입구 또는 연료 공급계통의 온도가 높은 경우, 본발명의 성형체를 사용하면 연료의 내구성이 증대되어 기존의 연료파손에 의한 장입불량, 공정내 더스트의 다량 발생에 의한 설비불안 등을 해소하고 설비 신뢰성을 높일 수 있으며, 용융환원로의 본래 목적인 저가 석탄을 다른 공정과 간섭없이 대량사용할 수 있으므로서 제선 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.

Claims

석탄호퍼(10); 상기 석탄호퍼(10)하부측의 석탄이송장치(20); 상기 석탄이송장치(20)내의 스크류콘베이어(30); 상기 석탄이송장치(20)에 연결된 플라스틱호퍼(40); 상기 석탄이송장치(20)의 후단에서 석탄과 플라스틱을 일정온도로 가열하면서 서로 혼합시키는 혼합물 전처리장치(50); 상기 혼합물 전처리장치(50)내의 스크류콘베어이어(80); 상기 스크류 콘베이어(80) 후단의 성형기(90);들을 구비한 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치에 있어서, 상기 전처리 장치(50)는 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도 이하의 온도로 가열하는 예열장치(60);와, 상기 예열장치(60)의 후단에서 플라스틱과 석탄 혼합물의 온도를 플라스틱의 연화온도와 고화온도 사이로 가열시키는 가열장치(70);를 구비함을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치.
제 1항에 있어서, 상기 예열장치(60)에서는 110℃∼140℃로 가열하고, 상기 가열장치(70)에서는 110℃∼140℃ 내지 150℃∼170℃로 가열함을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형장치.
폐플라스틱을 바인더로 하여 석탄 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 폐플라스틱의 혼합비를 10 내지 15%로 하고, 성형온도를 바인더로 사용된 상기 폐플라스틱의 고화온도 직전으로 하며, 성형압력을 200Kg/cm²이상으로 하여 성형함을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형방법.
제 3항에 있어서, 상기 성형압력은 200Kg/cm²내지 250Kg/cm²임을 특징으로 하는 플라스틱 바인더를 이용한 석탄 성형방법.