KR100687250B1

KR100687250B1 - 분정광을 포함하는 코크스 브리케트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100687250B1
Application number: KR1020050117778A
Authority: KR
Inventors: 박병곤; 강봉수; 소재한
Original assignee: 주식회사 케이에스티
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-02-27

Abstract

본 발명은 산업현장에서 다량으로 발생되는 분 코크스 및 분정광을 재활용하기 위해 분 코크스 및 분정광을 사용하여 코크스 브리케트를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 코크스 브리케트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는. 분 코크스(C); 및 분정광; 및 유기계 바인더를 혼합하여, 가압 성형한 후 건조하여 코크스 브리케트를 제조하는 방법 및 이러한 방법으로 제조된 코크스 브리케트에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 브리케트 제조방법은 분 코크스 68-95중량%; 및 분정광 3~30중량%; 및 유기계 바인더 2~20중량%를 물과 함께 교반하여 혼합하는 제 1 단계; 상기 혼합물을 브리케팅 방법으로 5~50mm의 입경을 가지도록 성형하는 제 2 단계; 상기 성형된 코크스 브리케트를 100-300℃의 온도로 건조하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의할 경우 강도가 뛰어나고 코크스 함량이 높은 코크스 브리케트를 간편하게 얻을 수 있다.

코크스, 분정광, 유기계 바인더, 전분, 브리케트

Description

분정광을 포함하는 코크스 브리케트 및 그 제조방법{COKES BRIQUETTE CONTAININGG FINE CONCENTRATE CONTAINING STEELMAKING SLAG AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

일반적으로 철강제조업에서 철광석을 환원하기 위하여 사용되는 고로 또는 이와 유사한 철광석 환원로에서는 환원제로서 코크스를 사용하고 있다. 이러한 코크스는 환원공정에서 산소를 필요로 하기 때문에 산소 및 기타 발생가스의 통기성이 좋은 괴상의 형태를 유지할 것이 요구되고 있다. 그런데, 코크스 제조공정에서는 필연적으로 다량의 분코크스가 발생되고 있으며 이러한 분 코크스는 그 상태대 로 환원로에 장입할 경우 통기성을 저하시키기 때문에 사용이 곤란하다. 또한, 전로나 전기로 등과 같은 대체적인 장치에 장입할 경우에도 용탕으로 코크스가 낙하하지 못하고, 가스압에 의해 밖으로 유실되어 분말 상태로는 사용이 불가하다. 이러한 문제로 인하여 분 코크스를 활용하지 못할 경우 막대한 원료손실과 분 코크스로 인한 환경문제가 발생할 수 있다.

따라서, 분코크스를 괴상의 형태로 가공하여 고로 등에 장입하여 환원제로서 활용하거나 전로나 전기로와 같은 다른 로에서 용강 승열제 등으로 사용하는 것이 가장 바람직한 사용방법이나, 분 코크스는 서로간의 결합성이 좋지 않아 분코크스를 괴상의 형태로 가공하기 위한 적합한 기술의 개발이 절실한 과제로 남아 있었다.

따라서, 종래에는 상기 결합성이 좋지 않은 분코크스를 괴상의 코크스로 제조하기 위하여 바인더를 다량 첨가하는 방식이 이용되었다.

그러나, 상기 바인더는 제강로에 투입될 경우 야금학적 효과, 즉 원료 또는 반응제로서의 효과는 전혀 가지고 있지 않기 때문에 실질적인 원료 투입효과가 감소하여 원료의 사용량만 증가시키거나, 이러한 문제를 방지하기 위해서 바인더의 사용량을 감소시킬 경우에는 코크스의 결합강도가 약해진다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 68% 이상의 코크스를 포함하면서도 충분한 결합강도를 가질 수 있는 코크스 브리케트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 첫째 목적으로 한다.

이때, 상기 유기계 바인더는 전분인 것이 바람직하다.

더하여, 상기 유기계 바인더는 과립상의 전분인 것이 바람직하다.

이하, 상기 본 발명의 구성을 보다 상세하기로 설명한다.

분 코크스는 점결성 원료가 모두 휘발된 상태로 존재하는 원료로서 단독으로는 결합력이 약하여 괴상으로 가공되지 못한다. 따라서, 분 코크스를 괴상으로 가공하기 위해서는 바인더 역할을 하는 다른 원료와 결합되어 사용될 필요가 있다.

따라서, 코크스 괴에 포함되어 존재하는 분 코크스의 함량은 상기 바인더의 함량이 증가될수록 제한될 수 밖에 없다. 그러므로, 코크스 괴에 포함되는 분 코크스의 함량을 증가시키기 위해서는 바인더의 함량을 가능한한 억제하는 것이 필요하다. 그러나, 상술하였듯이 통상의 바인더를 사용하는 통상의 괴상화법에서 바인더 함량을 줄일 경우 코크스 괴의 결합력이 약하여 압축강도가 감소하고 사이로(silo) 등에 보관하거나 노내에 투입할 때 코크스괴가 분쇄되고 그 결과 노내에 존재하는 강한 상승기류에 의하여 유실되는 문제가 발생한다.

그러므로 종래의 기술로는 코크스 괴에 포함되는 바인더의 함량은 임의로 조절할 수 있는 것이 아니었다.

그러나, 본 발명의 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점을 극복하고 바인더의 함량을 저감시키기 위하여 연구를 거듭한 결과, 바인더로서 유기물(유기계 바인더)을 사용하고, 성형 후 일정범위의 온도로 유지할 경우 동일한 코크스 함량에서 월등히 우수한 강도를 가지는 브리케트 형태의 코크스 괴를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.

또한, 본 발명자들은 상기 코크스 괴는 밀도가 낮아 용탕에 투입될 경우 용탕내부로 침입하지 못하고, 용탕 상부에서 체류하는 시간이 길어져 실수율이 크게 감소할 수 있다는 문제점을 착안하여 이를 해결하기 위한 조건에 대하여 검토한 결 과, 상기 코크스 괴에 분정광을 함유시킬 경우 코크스 괴의 결합강도를 개선시키면서 충분한 밀도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 철원 공급원으로서도 효과적인 역할을 할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 여기서, 분정광이라 함은 철분을 함유하는 각종 슬래그로부터 철분을 자력으로 선별한 것으로서 철분 농도가 높은 광물을 말한다.

따라서, 본 발명의 코크스 괴는 코크스, 분정광 및 바인더를 포함하는 형태의 코크스 브리케트인 것이다.

이때, 상기 코크스 괴에 포함되는 코크스의 함량은 68-95중량%가 적당하다. 그 이유는 코크스가 95중량%이상 함유될 경우 점결성 부원료의 함량이 줄어들어 브리케팅후 코크스의 강도가 충분하지 않으며, 68중량%이하가 될 경우에는 충분한 열량을 공급하기 어렵기 때문이다. 그리고, 이러한 분 코크스 함량은 종래의 기술에서 찾아볼 수 있었던 최대 62~63% 정도의 코크스 함량보다 월등히 높은 값으로서 하기하는 바인더 첨가조건(유기계 바인더 및 분정광 첨가조건)을 만족시킬 때 얻을 수 있는 것이다.

즉, 상술한 바인더 첨가조건은 다음과 같다. 우선, 유기계 바인더는 코크스의 결합력을 증대시키기 위해서 투입되는 점결성 부원료로서 2~20 중량% 범위내에서 투입되는 것이 바람직하다. 상기 유기계 바인더는 코크스의 결합을 용이하게 하여 주로 초기강도를 확보하는 역할을 수행한다. 이러한 역할을 수행하는 유기계 바인더로서는 전분을 사용하는 것이 효과적이다. 그리고 상기 전분은 코크스의 통기성을 고려하여 과립(granule)상인 것이 바람직하다.

그리고, 분정광은 3~30 중량% 사용하는 것이 유리한데, 상기 분정광은 향후 양생과정에서의 충분한 결합강도를 얻는데 효과적이다. 만일 상기 분정광의 함량이 30중량%를 초과할 경우에는 용강에 투입될 경우 과다한 열량을 소모하기 때문에 용강의 열 균형(balance)을 해칠 우려가 있으며, 3 중량% 미만일 경우에는 코크스 브리케트의 밀도가 낮아 용강내부로 침입되기 힘들며 그 결과 코크스의 실수율이 감소된다.

이때, 상기 분정광은 50~90 중량%의 철분과 나머지 비금속 광물상을 포함하는 조성을 가지는 것이 바람직하다. 상기 비금속 광물상은 상대적인 중량비율로 CaO 40~52중량%, Al₂O₃ 20~26중량%, SiO₂ 10~15중량%, MgO 6~8중량%, MnO 4~5중량%와 잔부로 불가피한 불순물을 포함하는 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기의 분 코크스, 분정광, 유기계 바인더는 물과 함께 교반되어 서로 혼합될 필요가 있는데, 수분에 의한 유기계 바인더의 바인더 역할을 촉진시키기 위함이다.

이후, 상기의 물과 분 코크스, 분정광, 유기계 바인더의 혼합물은 초기 강도를 가지기 위하여 가압성형되어 브리케트 형상을 가질 필요가 있다. 상기 초기 강도가 확보되지 않으면, 이후 양생과정에서 다시 파괴되어 버릴 염려가 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 코크스 괴는 코크스 브리케트 형상을 가지게 된다(이하, 상기 분 코크스, 분정광 및 유기계 바인더로 구성된 코크스 괴를 코크스 브리케트라고 한다). 상기 가압성형시의 압력은 통상적인 브리케팅 압력이면 충분하며, 80 내지 180 kgf/cm² 사이인 것이 보다 바람직하다. 또한, 브리케트는 투입과 보관의 용이성을 고려하여 5~50mm 사이의 입도를 가지는 것이 바람직하다.

여기에 더하여 보다 높은 압축강도를 가지는 코크스 브리케트를 제조하기 위해서는 양생을 통하여 강도를 더욱 향상시킬 필요가 있다. 양생시키는 온도는 100 ~ 300℃가 바람직한데, 100℃ 미만일 경우에는 양생후의 강도가 40kgf/cm² 미만으로 양생효과가 충분하지 않고, 300℃를 초과할 경우에는 고열로 인한 브리케트의 균열, 코크스가 대기 등과 반응하는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

양생시간은 양생온도에 따라 달라지지만, 결합수를 포함한 수분이 완전히 제거될 때까지 양생시키면 된다. 상기와 같은 양생과정을 거치면 압축강도 40kgf/cm² 이상의 고강도 코크스 브리케트를 얻을 수 있다.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.

(실시예1)

각 원료의 함량을 변경하면서 본 발명의 방법에 따라 분 코크스를 브리케트화하고 양생한 후의 압축강도를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 본 발명에서 사용한 분정광의 철분함량은 75%, 브리케팅 압력은 100 kgf/cm², 양생온도는 200℃로 통일하였다. 표에서 압축강도 40kgf/cm² 이상의 범위는 매우 우수, 30 내지 40 kgf/cm² 의 범위는 우수, 30 kgf/cm² 이하는 불량으로 나타내었다.

구분	배합비(중량%)			강도측정결과
구분	분코크스	분정광	전분	강도측정결과
발명예1	95	3	2	우수
발명예2	95	2	3	우수
발명예3	85	13	2	우수
발명예4	85	8	7	매우 우수
발명예5	85	3	12	매우 우수
발명예6	75	23	2	우수
발명예7	75	15	10	매우 우수
발명예8	75	10	15	매우 우수
발명예9	75	5	20	매우 우수
발명예10	68	30	2	우수
발명예11	68	20	12	매우 우수
발명예12	68	12	20	매우 우수
비교예1	100	-	-	불량
비교예2	60	20	20	매우 우수

상기 표에서 볼 수 있듯이, 발명예1 내지 발명예12와 비교예2의 경우는 모두 점결성 부원료가 2% 이상 포함된 것으로 우수한 압축강도를 나타내었으나, 비교예1의 경우는 점결성 부원료가 거의 첨가되지 않았기 때문에 입자 응집 자체가 어려웠고, 압축강도를 측정할 수 없을 정도로 쉽게 파쇄되어 괴상 코크스로 사용하기 불가능하였다.

비교예2의 경우는 압축강도는 매우 우수하나 코크스 함량이 너무 낮아 열량확보에 문제가 있었으므로, 사용불가로 분류하였다.

(실시예2)

본 발명의 제조방법의 효과를 관찰하기 위하여 상기 실시예1에서 사용된 원료 배합비 중 발명예4에 해당되는 배합비를 이용하여 하기 표2에 기재된 조건으로 시험을 행하고 그 결과를 나타내었다.

구분	성형방식	양생온도	시험결과
발명공정1	브리케팅	120℃	압축강도 45kgf/cm², 형상양호
발명공정2	브리케팅	200℃	압축강도 47kgf/cm², 형상양호
발명공정3	브리케팅	250℃	압축강도 48kgf/cm², 형상양호
비교공정1	펠레타이징 (무가압)	200℃	압축강도 28kgf/cm², 성형후 펠렛 파괴현상 발생
비교공정2	브리케팅	50℃	압축강도 25kgf/cm²
비교공정3	브리케팅	350℃	압축강도 38kgf/cm², 표면균열 발생으로 압축강도 저하, 코크스 반응에 의한 백화현상 관찰됨

상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 제조방법에 따른 발명공정1 내지 발명공정3의 경우는 압축강도도 매우 우수하고 그 형상도 파괴되지 않은 양호한 형상을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.

그러나, 물과 함께 혼합한 후 성형할 때 아무런 압력을 가하지 않고 펠레타이징(pelletizing) 처리만 한 것으로 초기강도가 약하여 성형후 펠렛이 파괴되는 현상이 다수 관찰되었으며, 최종 양생후의 압축강도도 발명공정에 비하여 약한 수준이었다. 상기 비교공정1을 제외한 나머지 공정의 브리케팅 압력은 실시예1과 동일하게 100 kgf/cm²으로 설정하였다.

비교공정2는 양생온도를 50로 한 경우인데, 그 결과 충분한 결합력을 얻을 수 없어 압축강도가 불량하였으며 비교공정3은 양생온도를 350℃로 한 경우인데 압축강도는 양호한 수준이나 발명공정1 내지 발명공정3에 비해서는 미흡한 수준이었으며, 표면에 균열이 발생할 뿐만 아니라 대기와의 반응 결과로 추정되는 백화현상이 일부 관찰되는 등 바람직하지 못한 결과를 나타내었다.

상기의 두가지 실시예로 판단할 수 있듯이, 본 발명에 의한 코크스, 분정광, 부원료의 배합비율 및 제조공정에 의하여 우수한 압축강도와 열량을 가진 괴상 코크스를 용이하게 제조할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 코크스 브리케트는 내부에 슬래그로부터 회수된 철분을 포함하고 있는데, 상기 철분이 포함된 코크스 브리케트가 용강 중에 투입될 경우 철분이 용강중으로 공급되므로 본 발명에 따르면 슬래그로 유실될 수 있는 철분을 회수할 수 있다는 추가적인 효과도 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

다만, 본 실시예는 본 발명의 효과나 실시방법을 예시한 것으로서 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에 속하는 것이라면 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 산업현장에서 발생하는 분 코크스 및 분정광을 재활용할 수 있으므로 원가를 절감할 수 있으며, 높은 코크스 함량을 가진 고강도 코크스 브리케트를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 분정광에 포함된 철분을 재활용할 수 있고, 공정이 단순하여 대량생산 체계를 달성할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

또한, 상기 방법으로 제조된 분정광을 활용한 코크스 브리케트는 산업현장에서 발생하는 분 코크스 및 분정광을 사용하여 제조되므로 환경오염을 최소화하며 자원을 재활용한 장점이 있다. 그뿐만 아니라 그 성상이 브리케트(Briquette)이므로 그 보관이나 활용이 용이한 장점이 있다.

Claims

분 코크스 68-95중량%, 분정광 3~30중량% 및 유기계 바인더 2~20중량%를 물과 함께 교반하여 혼합하는 제 1 단계;

상기 혼합물을 브리케팅 방법으로 5~50mm의 입경을 가지도록 성형하는 제 2 단계; 및

상기 성형된 코크스 브리케트를 100-300℃의 온도로 건조하는 제 3 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 브리케트의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 유기계 바인더는 전분인 것을 특징으로 하는 코크스 브리케트의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 유기계 바인더는 과립상의 전분인 것을 특징으로 하는 코크스 브리케트의 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 코크스 브리케트.