KR100454365B1

KR100454365B1 - 반무연탄 함유 고강도 코크스

Info

Publication number: KR100454365B1
Application number: KR10-2002-0024348A
Authority: KR
Inventors: 안진근; 유형모; 권영욱
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2004-10-26
Also published as: KR20030086012A

Abstract

본 발명은 제철소 고로의 연료로 사용되는 고강도 코크스에 관한 것으로, 그 목적은 비점결탄인 반무연탄을 코크스원료로 사용하면서도 코크스 강도가 우수한 양질의 코크스를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반무연탄 2중량%이상~6중량%미만, 나머지 역청탄으로 조성되고, 상기 역청탄에서 중유동도탄의 유동도지수가 2000~5000ddpm으로 이루어지는 반무연탄 함유 고강도 코크스에 관한 것을 그 기술요지로 한다.

본 발명의 코크스는 냉간강도 86.3%이상, 열간강도 66.7%이상을 만족한다.

Description

반무연탄 함유 고강도 코크스{High strength coke containing semianthracite coal}

본 발명은 제철소 고로의 연료로 사용되는 고강도 코크스에 관한 것으로, 보다 상세히는 비점결탄으로 저가인 반무연탄을 원료로하면서도 강도가 우수한 코크스에 관한 것이다.

제철용 고로의 연료로 사용되는 코크스는 고로내에서 통기성 유지 및 열원 공급의

목적이 있기 때문에 일정수준 이상의 강도와 크기가 요구된다. 이러한 코크스는 역청탄(휘발분 : 14~42%) 을 원료로 하여 제조된다. 역청탄은 국제법상 휘발분 함량이 14~42%의 석탄을 말하며, 주로 미국, 호주, 캐나다, 중국 등에 매장되어 있다. 통상적으로 역청탄은 유동도지수 또는 휘발분함량에 따라 분류한다.

(1) 유동도지수에 따른 분류

고유동도탄: 유동도지수5,000ddpm이상

중유동도탄: 유동도지수1,000ddpm이상

저유동도탄: 유동도지수 1,000ddpm이하

일반탄: 저유동도 계열탄중에서도 점결력이 약해서 코크화시켰을때 코크스강도가 80%이하를 나타내는 저품위 역청탄

유동도지수는 Gieseler Plastometer의 측정법에 의해 석탄의 연화,용융후의 거동상태를 DDPM(Dial Division Per munite)이란 단위로 수치의 대소를 표현하는 지수이다.

(2) 휘발분함량에따른 분류

강점탄: 휘발분함량이 22%이하인 역청탄을 말함

준강점탄: 휘발분함량이 22~32%인 역청탄을 말함

약점탄: 휘발분함량이 33%이상인 역청탄을 말함

역청탄은 탄종별로 서로 다른 특성을 갖고 있기 때문에 10 여개 탄종을 혼합(branding)하여 코크스를 제조함으로써 탄종별 상호 보완에 의한 품질상승 효과를 유도하고 있다. 역청탄의 탄종별 배합은 RM(평균반사율), CBI(조직평형지수), SI(강도지수), VM(휘발분 함량) 등의 물성을 기준으로 하고 있으며, 이들 물성관리기준은 제철소별로 차이가 있다. 코크스는 냉간강도(DI) 86%이상, 열간강도(CSR) 64%이상의 고강도가 요구되고 있다.

코크스의 제조 공정은 역청탄을 탄종별로 일정하게 배합한 다음, 배합한 역청탄을 공기가 차단된 상태에서 가열함으로써 휘발성 물질은 분해하고 고체상태의 코크스를 얻는다. 이 과정을 건류라 하며 보통 약1300℃에서 이루어지고 있다.

역청탄을 원료로 하는 코크스 제조방법은 제조원가가 높아 고로 조업의 경쟁력을 약화시키는 한 요인이 되고 있다. 코크스 제조비는 용선 제조원가에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 코크스비를 낮추기 위해서는 저가의 탄을 많이 사용해서 품질이 우수한 코크스를 생산하는 기술이 절실히 필요하게 된다. 그러나 종래기술에서 코크스 제조에 사용된 석탄중 역청탄의 단가는 산지별 또는 탄 특성별로 가격차를 갖고 있지만 대체로 고가여서 코크스 제조비를 낮추는데 한계를 갖는 문제점이 있다. 그래서 저가탄 사용에 의한 양질의 코크스 제조방법은 고로조업의 경쟁력을 향상 시킬 수 있는 중요한 요인이 된다. 그러나 고로용 코크스는 품질수준이 냉간강도 86%이상, 열간강도 64%이상의 고강도 코크스를 요구하기 때문에 품위가 낮은 저가탄을 일방적으로 사용할 수가 없다. 특히 비점결탄인 반무연탄은 단일탄으로는 건류시켰을때 전혀 탄화(Coking)되지 않기 때문에 코크스제조에 사용할 수 없는 문제점을 갖는다.

국제법상 석탄의 분류는 휘발분 함량에 따라, 8%이하는 무연탄, 8%~14%를 반무연탄, 14~42%를 역청탄, 42%이상을 갈탄으로 분류하고 있다. 휘발분 함량이 낮은 반무연탄은 무연탄과 유사하여 결합력이 전혀 없어서 건류시켜도 고화과정에서 서로결합되지 않는다. 따라서, 저가이지만 코크스 제조용 배합탄으로는 전혀 사용하지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 코크스원료로 사용하지 않던 비점결탄인 반무연탄을 사용하면서도 코크스 강도의 저하를 초래하지 않는 양질의 고강도 코크스를 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고강도 코크스는, 반무연탄 2중량%이상~6중량%미만, 나머지 역청탄으로 조성되고, 상기 역청탄에서 중유동도탄의 유동도지수가 2000~5000ddpm으로 이루어진다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 결합력이 전혀 없어 건류시 탄화하지 않는 것으로 알려진 반무연탄을 코크스 제조에 사용하기 위한 방안을 찾기 위한 연구과정에서 반무연탄을 탄화할 있는 코크스 조성을 찾아내어 본 발명을 완성한 것이다.

본 발명자는 반무연탄을 탄화시킬 수 있는 친화력이 우수한 역청탄을 발굴하기 위해 반무연탄과 여러 가지 역청탄을 배합하여 물성을 조사한 결과 역청탄으로 사용하는 중유동도탄의 유동도지수를 2000~5000(ddpm)으로 할 때 중유동도탄과 반무연탄의 상호결합력이 증진되는 현상에 주목하였다.

표 1~3은 본 발명의 연구과정에서 얻은 결과이다.

탄종구분	배합비(중량%)	이론냉간강도(%)	실측냉간강도(%)	차이(%)
FX	100	0	0	-
OC	100	84.8	84.8	0
FX:OC	10:90	76.3	84.5	+8.2
	20:80	67.8	83.8	+16.0
	30:70	59.3	82.1	+22.8
FX	FX100	0	0	-
GG	OC100	79.1	79.1	0
FX:GG	10:90	71.1	78.4	+7.3
	20:80	63.2	76.7	+13.5
	30:70	55.3	74.8	+19.5
평균			+14.5
FX는 반무연탄의 일종인 Foxleigh탄이고,OC는 역청탄의 일종인 Oaky Creek탄이며, GG는 역청탄의 일종인 Gregory탄으로 이들의 유동도지수는 2000~5000ddpm의 범위내에 있다.

표 1의 연구결과로부터 반무연탄을 중유동도탄에서도 유동도지수가 2000(ddpm)이상인 탄과 배합하여 건류하면 반무연탄과 중유동도탄의 친화력에 의해 반무연탄의 탄화가 가능하다는 사실을 알 수 있다.

본 발명자들은 점결력이 전혀 없는 반무연탄이 탄화가 가능하게 된 것은 건류시 연화 용융 팽창 과정에서 유동도지수가 2000ddpm이상의 중유동도탄이 미세 결합을 유도하는 사실을 알 수 있다. 표 1에서, 반무연탄에 유동도지수가 2000ddpm이상의 역청탄을 배합한 경우에 코크스의 품위가 이론강도 대비 평균 약 14.5% 상승할 정도로 상호 결합력이 뛰어난 것으로 나타나는데, 이는 반무연탄의 비점결력을 중유동도탄에 의해서 보완되기 때문이다.

그런데, 유동도 2,000(ddpm)미만의 중유동도탄을 반무연탄과 함께 사용하면 표 2에서와 같이 요구되는 코크스품위를 얻을 수 없다.

탄종구분	배합비(중량%)	이론냉간강도(%)	실측냉간강도(%)	차이(%)
FX	FX100	0	0	-
KW	KW100	68.1	68.1	0
FX:KW	10:90	61.2	55.3	-5.9
	20:80	54.4	52.2	-2.2
	30:70	47.6	40.2	-7.4
FX	FX100	0	0	-
TH	TH100	75.8	75.8	0
FX:TH	10:90	68.2	62.0	-6.9
	20:80	60.6	58.4	-2.2
	30:70	53.0	50.8	-2.2
평균			-4.4
TH 는 Tian Chen의 약어이고, KW 는 K-Coal Weak의 약어로 이들은 유동도지수가 2000ddpm미만임

표 2에 나타난 바와 같이, 유동도 2000(ddpm) 미만의 저유동도탄을 반무연탄과 혼합할 경우에 코크스 냉간강도는 이론강도 대비 실측강도가 4.4% 하락하는데, 이는 유동도 2000(ddpm) 미만의 저유동도탄은 반무연탄과의 상호 친화력이 없는 것으로 나타낸다.

따라서, 코크스 원료로서 반무연탄의 사용이 가능하다. 반무연탄의 배합비는 2중량%이상~6중량%미만로 하고 나머지 역청탄으로 한다. 반무연탄의 배합비가 2중량%이상 되어야 그 사용효과가 있으며, 6중량%를 넘으면 요구하는 코크스품위가 얻어지지 않는다. 본 발명에 따라 반무연탄을 코크스 배합원료로 사용하는 경우에는 역청탄으로 사용하는 중유동도탄의 유동도지수를 2000~5000ddpm으로 관리하는 것이 요구된다. 중유도도탄의 유동도지수가 2000ddpm미만의 경우에는 반무연탄과 중유동도탄의 결합력을 확보할 수 없으며, 중유동도탄의 유동도지수가 5000ddpm를 초과하면 고유동도탄으로 역청탄중에서 중유동도탄이 배합되지 않아 전체적인 코크스 품위에 문제가 있다.

본 발명에서 중유동도탄의 유동도지수를 2000~5000ddpm으로 조절하면 중유동도탄의 배합량은 통상의 역청탄 배합비를 기준으로 정하면 된다. 통상적으로 역청탄의 탄종 배합비는 RM(평균반사율), CBI(조직평형지수), SI(강도지수), VM(휘발분 함량) 등의 물성을 기준으로 정하므로, 이 기준에 따라 중유동도탄의 배합비를 정하고 그 유동도지수를 2000~5000ddpm으로 하면 된다.

본 발명에 따르면, 2000~5000ddpm의 유동도지수를 갖는 중유동도탄의 배합비를 14~18중량%로 하는 것이다. 이는 RM(평균반사율):1.02~1.10 , CBI(조직평형지수):1.0~1.50 , SI(강도지수):3.05~4.5 , VM(휘발분 함량):25~27% 을 기준으로 배합한 코크스조성에서 산출된 것이다. 즉, 상기 배합기준을 만족하도록 반무연탄이 2~6중량%미만이고, 나머지 역청탄으로 조성하되, 역청탄은 총합이95~98중량%로서, 유동도지수가 5000ddpm이상의 고유동도 역청탄:5~15중량% , 2000~5000ddpm의 중유동도 역청탄:14~18중량%, 유동도지수가 1000ddpm이하의 저유동도 강점계열탄 20~40중량%, 역청탄의 총합이 95~98중량%가 되도록 하는 일반탄으로 배합한 코크스 조성에서 산출한 것이다.

본 발명에 연구에 따르면 반무연탄은 Foxleigh탄이 가장 바람직하다. 이는 표 3에서 확인할 수 있다.

	시험1	시험2	시험3	시험4	시험5
탄종구분	OC	반무연탄	FX20중량%	SC20중량%	YQ20중량%
냉간강도	84.8	0.0	83.8	83.3	80.8
FX : Foxleigh, SC: South Walkercreek, YQ: Yangquan

표 3에 나타난 바와 같이, 반무연탄중에서 Foxleigh탄이 냉간강도가 가장 우수함을 알 수 있다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

표 4와 같이 6개 형태의 배합탄을 만들고 약1300℃에서 19시간 건류하여 코크스를 만든 다음, 코크스의 냉간강도(DI150)를 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.

구분	역청탄	반무연탄(중량%)
구분	고유동도탄(중량%)	반무연탄(중량%)	중유동도탄(중량%)	저유동도강점계열탄(중량%)	일반탄(중량%)
시험1	5	15	30	50	0
시험2	5	15	30	48	2
시험3	5	15	30	46	4
시험4	5	15	30	44	6
시험5	5	13	30	48	4
시험6	5	18	30	45	4

시험구분	배합특징	냉간강도(%)	열간강도(%)
시험1	반무연탄0중량%	86.9	66.2
시험2	반무연탄2중량%	86.8	68.8
시험3	반무연탄4중량%	86.3	66.7
시험4	반무연탄6중량%	86.2	63.7
시험5	중유동도탄13중량%	85.4	63.1
시험6	중유동도탄18중량%	86.2	66.7

표 4, 5에 나타난 바와 같이, 반무연탄을 전혀 사용하지 않은 시험1 대비 반무연탄을 2중량%~4중량% 사용한 시험 2,3 에서의 코크스 강도는 냉간강도 및 열간강도에 있어서 고로 코크스 품질 요구수준인 냉간강도 86% 이상,열간강도 64% 이상의 양질의 코크스를 제조할수 있었다. 그러나 반무연탄 배합비가 6중량%를 사용한 시험4 배합탄에서는 열간강도에 있어서 관리기준 이하(64.0%)로 품위가 하락 하였다. 또한 시험5에서 중유동도탄의 배합비가 13중량%일때 코크스 냉간강도는 85.4%로 고로코크스 품질 요구수준 이하로 하락하였다. 그리고 시험6에서 중유동도탄 배합비를 18중량%로 하였을 때 생산된 코크스의 냉간강도 및 열간강도는 크게 변화가 없다.

[실시예 2]

반무연탄(FX)의 배합비를 2중량% 나머지 역청탄으로 하고, 역청탄중에서 유동도지수가 2000(ddpm)이상의 중유동도탄의 배합비를 조절하여 배합하고, 1300℃인 코크스오븐에서 19시간 건류하여 코크스를 제조하였다. 여기서 사용된 반무연탄은 Foxleigh탄을 사용하였고, 중유동도탄은 Oaky Creek탄과 Gregory탄을 사용하였다.

제조된 코크스의 물성을 표 7에 나타내었다.

구분	역청탄	반무연탄(중량%)
구분	고유동도탄(중량%)	반무연탄(중량%)	중유동도탄(중량)	강점계열탄(중량%)	일반탄(중량%)
실시예1	5	17	28	48	2
실시예2	5	14	28	48	5
비교예1	5	19	28	48	0

배합구분	냉간강도(%)	열간강도(%)
실시예1	86.7	68.8
실시예2	86.4	67.7
비교예1	86.7	68.0

표 6, 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 원료를 배합한 실시예 1, 2의 코크스는 냉간강도(DI150) 86.4%이상, 열간강도(CSR) 67.7%이상이다. 비교예1은 반무연탄을 전혀 사용하지 않는 종래의 코크스의 물성을 나타낸 것으로 냉간강도(DI150) 86.7%,열간강도(CSR) 68.0%이다.

이 결과를 보면, 반무연탄을 전혀 사용하지 않은 비교예1에 비해 본 발명의 코크스는 동등 이상의 품위를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실험결과에 따르면 가장 바람직한 코크스 조성은, 반무연탄이 2~6중량%미만이고, 나머지 역청탄으로 조성되며, 역청탄은 총합이 95~98중량%로서, 유동도지수가 5000ddpm이상의 고유동도 역청탄:5~15중량% , 2000~5000ddpm의 중유동도 역청탄:14~18중량%, 유동도지수가 1000ddpm이하의 저유동도 강점계열탄 20~40중량%, 역청탄의 총합이 95~98중량%가 되도록 하는 일반탄으로 배합되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 비점결탄인 반무연탄을 사용하면서 품질열화가 없어 고로용 코크스 제조원가를 크게 절감하고 원료탄 수급시황 변동시 대응능력을 확보할 수 있으며 저가 반무연탄의 효용가치를 높이는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims

반무연탄 2중량%이상~6중량%미만, 나머지 역청탄으로 조성되고, 상기 역청탄에서 중유동도탄의 유동도지수가 2000~5000ddpm으로 이루어지고, 상기 유동도지수가 2000~5000ddpm의 중유동도 역청탄의 배합비율은 14~18중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반무연탄 함유 고강도 코크스.
제 1항에 있어서, 상기 반무연탄은 폭스레이(Foxleigh)탄임을 특징으로 하는 반무연탄 함유 고강도 코크스.
제 1항에 있어서, 상기 역청탄에서 중유동도탄은 오키 크릭(Oaky Creek)탄과 그레고리(Gregory)탄의 1종 또는 2종임을 특징으로 하는 반무연탄 함유 고강도 코크스.
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