KR100468455B1 - 열간특성이 우수한 성형탄 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코렉스공정에 사용되는 성형탄에 관한 것으로, 그 목적은 미분탄을 성형탄으로 만들어 바로 코렉스공정의 용융로에 사용하기 위한 기술의 일환으로서, 코렉스공정에서 요구하는 열간특성을 확보할 수 있는 성형탄을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자유팽창지수(FSI;Free Swelling Index)가 6.0이상의 역청탄:15∼70중량%을 함유하는 미분탄과, 이 미분탄 100중량부에 대하여 점결제:5∼15중량부로 조성되는 열간특성이 우수한 성형탄에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

열간특성이 우수한 성형탄{Coal briquette having high temperature property}

본 발명은 코렉스공정에 사용되는 성형탄에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미분탄을 자유팽창지수인자를 기준으로 배합조건을 제어하여 열간특성을 개선한 성형탄에 관한 것이다.

코렉스(COREX)공정은 코크스(coke)가 아닌 석탄을 바로 연료로 사용하므로 연료 사용 면에서 많은 장점을 가진 것으로 알려져 있다. 연료로 사용되는 석탄 중에서 약 8mm이하의 미분탄은 용융로 내에서 충분히 연소되지 못하고 용융로 외부로 배출되어 집진기에 포집되며, 과다할 경우 공정 내에서 불균형을 초래하여 사용에 제약을 받게된다. 그런데, 코스용으로 수입된 석탄의 상당량이 약 8mm이하의 미분으로 구성되어 있다.

이 미분탄은 코렉스 공정에서 사용되지 못하고 PCI(Pulverized Coal Injection)용이나 코크스용 탄으로 전용되고 있으나, 코렉스용 석탄의 성질이 규정되어 있기 때문에 사용되지 못한 미분탄을 다른 용도로 전용하는 데에는 한계를 가지고 있는 실정이다.

지금까지 미분탄을 성형탄으로 만들어 코렉스공정에 적용하는 기술은 알려져 있지 않다. 다만, 미분탄을 성형탄으로 만들어 코크스 제조용으로 사용하는 기술로서 일본 공개특허공보 평7-97576호 그리고, 한국 공고특허공보 1990-4935(공고일: 90. 7. 12)호에 제시되어 있다.

일본 공개특허공보 평7-97576(공개일 95. 4. 11)호에서는 석탄 타르 및 피치(pitch) 등의 결합재를 분탄에 첨가한 후에 혼련 성형하여 성형탄을 얻고 이 성형탄을 건류로를 이용하여 가스를 열매체로 하여 건류하는 성형코크스의 제조방법이 제시되어 있다.

또한, 한국 공고특허공보 1990-4935(공고일: 90. 7. 12)호에서는 분탄에 결합제로서 연화점이 25℃인 소프트 피치(soft-pitch)를 혼합하고 성형한 성형탄를 제조하고, 이 성형탄 30%와 분탄 70%를 혼합한 후 코크스 오븐에 장입하여 성형탄 배합 코크스를 제조하는 기술이 에 제시되어 있다. 이 기술은 성형탄 제조용 원료석탄을 휘발분:26-28%, 평균반사율:0.97-1.05, 조직평형지수:0.92-0.96, 강도지수:3.8-4.2 그리고, 유동도는 2.3에서 장입탄중 분탄부분의 유동도까지의 범위를 갖도록 약점결탄을 증가배합시키는 것으로, 코크스 품질 변동없이 강점결탄 및 중강점탄 배합을 약 17%정도 감소시키고 그대신 저렴한 약점결탄 배합을 약 17%정도 증가시켜 코크스 제조원가를 절감하고 있다.

이와 같이 미분탄을 코크스 오븐에서 코크스로 만들어 용융로에서 사용하는 기술은 알려져 있는데 반해, 성형탄으로 만들어 바로 용융로에서 사용하는 기술은 제시되어 있지 않는 실정이다.

본 발명은 미분탄을 성형탄으로 만들어 바로 코렉스공정의 용융로에 사용하기 위한 기술의 일환으로서, 코렉스공정에서 요구하는 열간특성을 확보할 수 있는 성형탄을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 성형탄은,

① 자유팽창지수(FSI;Free Swelling Index)가 6.0이상의 역청탄:15∼70중량% 나머지 자유팽창지수가 6.0미만의 역청탄과 아역청탄의 1종 또는 2종을 함유하는 미분탄과,

② 상기 미분탄 100중량부에 대하여 점결제:5∼15중량부로 조성된다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

일반적으로 석탄은 탄화도(炭化度)에 따라 탄소분이 약 60%인 이탄(泥炭), 약 70%인 아탄(亞炭) 및 갈탄, 약 70∼80%인 아역청탄, 약 80∼90%인 역청탄, 약 95%인 무연탄으로 나뉜다. 이중에서도 제철용 석탄으로는 역청탄과 아역청탄이 주로 이용된다. 석탄의 용도에 의하여 점결탄과 비점결탄으로 구분되며 점결성의 정도의 차에 의해 약점결탄(無水無灰基의 탄소함유량이 80∼83%), 준강점결탄(83∼85%), 강점결탄(85∼90%)의 세 가지로 나누어진다. 일반적으로 역청탄은 점결성을 가지고 있으며, 아역청탄은 점결성이 없는 비점결탄이다.

점결성은 석탄을 가열하면 350∼400℃ 부근에서 열연화성을 나타내고 유동현상을 보여 입자간 상호결합과 동시에 열분해 가스의 발생에 의하여 팽창하며 450∼500℃부근에서 고화에 의한 수축현상을 나타내는 것을 의미한다. 이와 같은 석탄의 점결성을 평가하는 방법중에서 도가니의 자유팽창 측정에 의한 자유팽창지수(FSI)로 석탄을 평가할 수 있다. 자유팽창지수가 높을수록 석탄의 점결성이 강한 성형탄이 제조된다.

본 발명자들은 미분탄을 코렉스용의 성형탄으로 제조하기 위하여 성형탄의 열간특성을 개선하기 위한 연구를 진행하던 중에, 복수품목의 미분탄을 배합할 때 여러 가지 석탄의 관리품목 중에서 자유팽창지수를 기준으로 미분탄을 적정하게 배합하면 성형탄의 열간특성이 확보되는데, 주목하게 되었다. 특히, 자유팽창지수를 기준으로 고품위의 탄을 최적량 배합하고 나머지는 아역청탄으로 대체하여도 성형탄에 요구되는 특성을 확보할 수 있었다. 본 발명에 따라 미분탄을 배합하게 되면 성형탄의 열간특성을 확보하면서 아역청탄도 사용할 수 있어 원료비를 절약할 수 있다.

본 발명의 연구에 따르면 자유팽창지수가 6.0이상의 역청탄을 미분탄에 15∼70중량%로 배합하는 것이 바람직하다. 역청탄의 자유팽창지수가 6.0미만인 경우에는 점결성이 낮아서 용융로 내에서 충분하게 열원으로 작용하지 못한다. 또한, 자유팽창지수가 6.0이상의 역청탄의 함량이 15중량% 미만에서는 미분탄 중에 역청탄이 충분하지 못하여 성형탄의 열간 특성에 문제가 생길 수 있으며, 역청탄의 함량이 70중량%를 초과하는 경우에는 역청탄의 비중이 높아져서 성형탄의 원료비 상승을 가져오며, 성형탄의 열간특성은 그다지 상승되지 않는다. 미분탄 100중량%중에서 자유팽창지수가 6.0이상의 역청탄:15-70중량%로 하고, 나머지는 자유팽창지수가 6.0미만의 역청탄 또는 아역청탄의 1종 또는 2종을 사용한다.

이와 같이 배합된 미분탄의 100중량부에 대하여 점결제를 5-15중량부 혼합하는데, 점결제의 혼합량이 5중량부 미만의 경우에는 미분탄 중에 점결제가 충분히 있지 못하여 성형탄 강도에 문제가 생길 수 있으며, 첨가량이 15중량부를 초과하는 경우에는 미분탄과의 혼합시에 부착 등의 장애를 일으킬 수가 있다.

본 발명에서 점결제는 비튜멘, 아스팔트, 석탄 타르, 피치, 플라스틱, 전분, 당밀, 물유리, 고분자수지, 오일, 시멘트, 벤토나이트, 클레이, 석회의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상을 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표 1에 나타난 평균성상을 갖는 3.4mm이하의 석탄을 사용하여 표2의 배합비로 혼합한 후에, 점결제로서 6∼8중량부의 비튜멘(Bitumen)을 균일하게 혼합한 후 롤 프레스 형태의 성형기(Briquetter Roll Press)를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 하기 표 2는 본 발명의 실시예와 이를 비교하기 위한 비교예를 나타낸 것이다.

석탄종류	석탄 성상
	고유수분(IM)	회분(ASH)	휘발분(VM)	고정탄소(FC)	자유팽창지수(FSI)
역청탄	NP	1.18	9.55	18.07	71.20	8.0
	PD	1.14	9.47	20.30	69.09	8.2
	HJ	0.77	8.48	19.90	70.85	7.6
아역청탄	MX	2.75	7.94	33.35	55.96	5.3
	CR	1.85	10.25	25.69	62.21	2.8
	HV	3.29	11.32	31.18	54.21	1.0
NP는 Norwich Park로 호주산 석탄PD는 Peak Downs로 호주산 석탄HJ는 Huajin으로 중국산 석탄MX는 Mt. Thorley로 호주산 석탄CR은 South Black Water로 호주산 석탄HV는 Hunter Vally로 호주산 석탄

실험예	역청탄	아역청탄	점결제(Bitumen)	CO2반응성(분)
	NP	PD			HJ	MX	CR	HV
실시예1	30			70			8	71.10
실시예2		30		70			6	56.44
실시예3			30	70			6	53.04
실시예4			50	50			8	79.70
실시예5			50		50		8	64.20
실시예6	30					70	8	51.00
비교예1	10					90	8	39.60
비교예2				100			6	44.20
비교예3					100		6	39.18
점결제는 미분탄 100중량부에 대한 첨가량(중량부)

상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1∼6에서는 자유팽창지수(FSI)가 6.0이상인 역청탄을 30∼50중량%를 함유된 미분탄 100중량부에 대하여, 6∼8중량부의 비튜멘 점결재를 균일하게 혼합한 후 미분탄을 가압 성형하여 성형탄을 제조한 것이다.

그리고, 비교예 1은 자유팽창지수(FSI)가 8.0인 NP 역청탄을 10중량%를 함유된 미분탄 100중량부에 대하여, 8중량부의 비튜멘 점결재를 균일하게 혼합한 후 미분탄을 가압 성형하여 성형탄을 제조하였고, 비교예 2는 자유팽창지수(FSI)가 5.3인 MX탄 100중량부에 대하여, 6중량부의 비튜멘 점결재를 균일하게 혼합한 후 미분탄을 가압 성형하여 성형탄을 제조하였으며, 비교예 3은 자유팽창지수(FSI)가 2.8인 CR탄 100중량부에 대하여, 6중량부의 비튜멘 점결재를 균일하게 혼합한 후 미분탄을가압 성형하여 성형탄을 제조하였다.

성형탄의 열간특성은 CO₂반응성으로 측정하였다.

용융로 내부에서는 하기식과 같은 반응으로 인하여 철광석에서 쇳물을 생산하게 된다.

FeO + CO → Fe + CO₂

CO₂+ C → 2CO

FeO + C → Fe + CO

화학식 2에서와 같이 용융로 내부에서는 CO₂가스와 성형탄의 Fixed Carbon이 반응하는 Carbon solution반응에 의하여 쇳물을 생산하는 연료로서 작용하게 된다. CO₂반응성은 15∼20mm로 균일한 입도를 가지게 한 성형탄 약 100g을 1200℃의 온도에서 질소(N₂)가스 분위기에서 Char를 만든후에 CO₂가스와 반응시켜 측정한다. 이때, 성형탄의 Fixed Carbon의 무게감소율이 50%에 해당되는 시간을 CO₂반응성 시간으로 측정하였으며, CO₂반응성 시간이 길어질수록 용융로 내부에서 연로로써 장시간 사용할수 있어 연료비 절감에 기여하게 된다.

상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 1∼6의 경우는 CO₂반응성 시간이 51분이상으로 우수한 열간특성을 가진 성형탄이 제조되는데 반하여, 본 발명의 범위를 만족하지 못하는 비교예 1∼3의 경우는 상기한 발명예의 경우에 비하여 CO₂반응성이 45분이하로 빠르다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 자유팽창지수(FSI)가 6.0이상인 역청탄을 15∼70중량%를 함유된 미분탄과 점결재를 균일하게 혼합한 후 미분탄을 가압 성형하여 성형탄을 제조함으로써 열간특성이 우수한 성형탄을 제조 할 수 있다.

Claims (2)

1. 자유팽창지수(FSI;Free Swelling Index)가 6.0이상의 역청탄:15∼70중량% 나머지 자유팽창지수가 6.0미만의 역청탄과 아역청탄의 1종 또는 2종을 함유하는 미분탄과, 이 미분탄 100중량부에 대하여 점결제:5∼15중량부로 조성되는 열간특성이 우수한 성형탄.
2. 제 1항에 있어서, 상기 점결제는 비튜멘, 아스팔트, 석탄 타르, 피치, 플라스틱, 전분, 당밀, 물유리, 고분자수지, 오일, 시멘트, 벤토나이트, 클레이, 석회의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종이상임을 특징으로 하는 열간특성이 우수한 성형탄.