KR101008077B1 - 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면은 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법에 관한 것으로, 특히 코크스 제조시 원료로 사용되는 석탄을 배합할 때 코크스 냉간강도를 정량적으로 예측할 수 있는 인자를 적정 관리수준으로 설정하여 코크스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법은, 다수 종류의 석탄을 상기 석탄의 최고 유동도 및 강도지수에 따라 기 설정된 비율로 배합하는 제1단계; 및 코크스로에서 상기 배합된 석탄으로 코크스를 제조하는 제2단계; 를 포함하고, 상기 석탄 배합시 최고 유동도 및 강도지수를 각각 2.3~2.5, 4.25~4.35로 하는 것을 특징으로 한다.

코크스, 배합, 최고 유동도, 강도 지수, 유효 반사율 구간

Description

코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법{Manufacturing method of coke through blending of coal for manufacturing coke}

본 발명의 일 측면은 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법에 관한 것으로, 특히 코크스 제조시 원료로 사용되는 석탄을 배합할 때 코크스 냉간강도를 정량적으로 예측할 수 있는 인자를 적정 관리수준으로 설정하여 코크스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로조업에 사용하기 위한 적합한 냉간강도(Drum Index, DI)를 갖는 코크스를 제조하기 위하여 10~12탄종의 석탄이 배합되며, 코크스 냉간강도의 변화와 석탄의 수급상황을 고려하여 원료탄 배합을 위해 사용되는 석탄을 변경하게 된다. 원료탄 배합변경시 코크스 냉간강도를 예측하는 주요 인자로는, 현재 일본 선질 제철소인 NSC 대분(大分)에서 사용되고 있는 최고 유동도(Log Maximum Fluidity, LMF)와 강도지수(Strength Index, SI)가 그대로 도입되어 사용되고 있다.

상기와 같은 방법의 원료탄 배합변경시의 문제점은 아래와 같다.

첫째, 원료탄 배합을 위하여 사용되고 있는 석탄의 종류가 대분과 상이하며, 코크스 제조원가 절감을 위하여 저가의 미점탄을 증가시켜 사용하고 있는 상황에서 각 인자별로 적정 관리수준이 설정되어 있지 않아 코크스 냉간강도의 예측 적중률이 낮아 원료탄 배합변경 빈도가 증가되므로, 코크스 냉간강도 편차 상승 및 저가탄 사용비의 감소로 코크스 제조원가 증대의 원인이 된다.

둘째, 코크스 냉간강도 하락시 최고 유동도와 강도지수의 수준을 높이는 원료탄의 배합변경을 실시함에도 불구하고, 코크스의 품질이 하락되는 경우가 간헐적으로 발생되어 미점탄 배합비 하향에 따른 기회손실비용 발생의 주요한 원인이 된다.

셋째, 동일시점에 외국에서 수입되어 야드(yard)에 저장되어 있는 석탄은 보통 20종으로 원료탄 배합변경시 배합 담당자는 노하우에 따라 석탄의 최고 유동도와 강도지수만을 고려하여 20종의 석탄 중에서 10~12탄종을 선별하여 배합하고 있으며, 코크스 냉간강도 영향인자(최고 유동도, 강도지수)별로 코크스 냉간강도의 영향 정도가 정량화되어 있지 않아 코크스 냉간강도 하락시 그 원인을 명확히 규명할 수 없는 실정이다.

본 발명의 일 측면은 코크스 제조를 위하여 사용되고 있는 석탄의 배합비율 을 고려하여 코크스 냉간강도 예측을 위한 주요인자로 사용되고 있는 최고 유동도 및 강도지수의 적정 관리수준을 설정함으로써 코코스 냉간강도 예측율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 측면은 코크스 냉간강도 예측율을 향상시켜 코크스 냉간강도 하락시 빈번한 석탄의 배합변경으로 인하여 저가탄 배합비 하향에 따른 기회손실비용을 최소화시켜 코크스 제조원가를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저가탄인 미점탄의 사용을 증가시키는 경우에도 적정한 코크스 냉간강도를 확보함으로써 오븐 가동률을 높여 코크스 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 다수 종류의 석탄을 상기 석탄의 최고 유동도 및 강도지수에 따라 기 설정된 비율로 배합하는 제1단계; 및 코크스로에서 상기 배합된 석탄으로 코크스를 제조하는 제2단계;를 포함하고, 상기 석탄 배합시 최고 유동도 및 강도지수를 각각 2.3~2.5, 4.25~4.35로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1단계에서 배합하는 석탄의 수분함량은 5.8~6.2%로 조절하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 다수 종류의 석탄을 상기 석탄의 최고 유동도, 강도지수, 및 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간의 비율을 변화시키면서 기 설정된 비율로 배합하는 제1단계; 및 코크스로에서 상기 배합된 석탄으로 코크스를 제조하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 석탄 배합시 최고 유동도, 강도지수, 및 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간의 비율을 각각 2.3~2.5, 4.25~4.35, 31~31.7%로 하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 최고 유동도, 강도지수, 및 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간의 비율을 MES(Manufacturing Execution System) 화면상에 좌표값으로 표시하는 제3단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1단계에서 배합하는 석탄의 수분함량은 5.8~6.2%로 조절하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 석탄의 배합 변경시 코크스 냉간강도 예측 적중률을 향상시켜 코크스의 냉간강도가 하락될 경우에도 석탄의 배합변경 회수를 적게 함으로써 저가의 미점탄 사용비를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배합 담당자 이외에도 누구나 손쉽게 석탄 배합분야의 업무를 수행할 수 있도록 최적의 석탄 배합방법을 마련하여 미점탄 사 용을 증가시키는 경우에도 코크스 냉간강도를 확보함으로써 오븐 가동률을 높여 코크스의 생산성 향상을 기할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

본 발명에서는 아래와 같은 (1) 최고 유동도(Log Maximum Fluidity, LMF) 및 강도지수(Strength Index, SI) 적정 관리방법, (2) 코크스 냉간강도 예측률 향상을 위한 코크스 냉간강도의 핵심 영향인자 도출 및 관리방법, 및 (3) 원료탄 배합 최적평가 시스템 구축방법을 설명하고자 한다.

(1) 최고 유동도 및 강도지수 적정 관리방법

최고 유동도 및 강도지수 적정 관리방법에 관해서는, 미점탄 사용비를 35%로 하였다. 표 1에서 최고 유동도는 각각 2.2, 2.5, 2.8, 3.1의 4가지 수준으로 설정하고, 강도지수는 4.15, 4.35, 4.55의 3가지 수준으로 설정하여, 실제의 코크스로에서 코크스를 생산하는 조건을 최대한 반영하기 위하여 A~J의 10탄종의 석탄을 배합하는 12가지의 배합계획을 수립하였다.

배합탄의 수분함량은 실제의 운전조건을 고려하여 5.8~6.2%(6.0±0.2%)로 조절하여 시험 코크스로에 장입하고, 코크스를 생산한 후 코크스 냉간강도를 고려하여 적정 관리수준을 설정하였다.

또한, 코크스 냉간강도 예측인자인 최고 유동도 및 강도지수 외에도 핵심 영향인자인 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간(Effective Rank Distribution, ERD, 이하, "유효 반사율 구간"이라 함)의 비율을 도출하였다. 반사율은 석탄의 조직성분 중 Vitrinite에 대한 반사광의 세기를 표준시료와 비교하여 백분율로 표시한 것으로, 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간은 일반적으로 V7~V16으로 알려져 있으며 유효 반사율 구간의 비율은 V7~V16의 구간에 대한 V11~V13의 구간의 비율로 명명한다. 여기서, 석탄 중에서 Vitrinite에 대한 성분만을 선별하여 편광 현미경을 사용하여 규정된 파장의 빛을 투과한 후, 반사된 빛의 크기로 반사율 구간을 정의한다. 이때, 반사된 빛이 규정된 파장의 빛의 100%일 때 V10으로 나타내고, 160%일때 V16으로 나타낸다.

(2) 코크스 냉간강도 예측률 향상을 위한 코크스 냉간강도의 핵심 영향인자 도출 및 관리방법

코크스 냉간강도 예측률 향상을 위한 코크스 냉간강도의 핵심 영향인자 도출 및 관리방법에 관해서는, 표 2와 같이 저가탄인 미점탄의 사용비가 30~45% 구간에서 그 사용비율을 5%씩 단계별로 조정하면서 최고 유동도(LMF) 및 강도지수(SI)를 동일 수준을 유지하게 하고, 유효 반사율 구간(ERD)의 비율을 각각 27~31.7% 범위에서 각각 변화시켜 각 배합안 별로 미점탄 사용비에 관계없이 유효 반사율 구간의 비율의 변화에 따라 코크스 냉간강도의 변화정도를 분석함으로써 코크스 품질을 예측하는 핵심 영향인자로 도출된 유효 반사율 구간의 비율의 신뢰성 검증 및 관리의 수준을 설정한다.

(3) 원료탄 배합 최적평가 시스템 구축방법

원료탄 배합 최적평가 시스템 구축방법에 관해서는, 코크스 냉간강도에 영향을 끼치는 주요 인자인 최고 유동도, 강도지수 및 유효 반사율 구간의 비율을 고려한 원료탄 배합 변경안으로 기존 배합안 대비 위의 3가지 인자의 변화 정도에 따른 코크스 냉간강도의 영향도를 정량화할 수 있다. 현재의 야드에 저장 중인 20개 정도의 석탄으로 위의 3인자를 고려하여 최적의 배합안을 도출할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.

이하에서는 상기 (1) 최고 유동도 및 강도지수 적정 관리방법, (2) 코크스 냉간강도 예측률 향상을 위한 코크스 냉간강도의 핵심 영향인자 도출 및 관리방법, 및 (3) 원료탄 배합 최적평가 시스템 구축방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

최고 유동도 및 강도지수의 적정 관리수준을 설정하기 위하여 A~J의 10탄종의 석탄을 표 1과 같은 사용비로 배합한 후, 시험 코크스로에서 코크스를 제조하여 코크스 냉간강도를 측정하였는데, 그 결과는 도 1a에 도시된 그래프와 같다. 12개의 배합안을 고려하였을 경우에 최고 유동도는 2.5에서 가장 우수한 코크스 냉간강도를 나타냈으며, 강도지수는 4.35에서 가장 우수한 코크스 냉간강도를 나타내었다. 보통, 최고 유동도 및 강도지수는 각각 2.3~2.5, 4.25~4.35의 범위에서 가장 우수한 코크스 냉간강도를 나타낸다.

도 1b에 도시된 바 같이, 최고 유동도와 강도지수의 상호작용을 고려할 때, 강도지수가 4.15, 4.35일 경우에는 모두 최고 유동도가 2.8일 때 적정 관리수준이고, 강도지수가 4.55일 경우에는 최고 유동도가 2.5일 때 적정 관리수준이다. 그러나, 강도지수가 4.15, 4.35일 경우에는 최고 유동도가 2.5와 2.8일 때의 코크스 냉간강도의 차는 약 0.1% 이내의 측정 오차범위 이내이다.

따라서, 미점탄을 35% 사용할 때 최고 유동도 및 강도지수가 각각 2.5 및 4.35인 경우에 배합안의 최적 관리수준임을 알 수 있다. 또한, 12개의 배합안으로 생산된 코크스의 냉간강도는 반사율 구간 V7~V16 중에서 V11~V13 구간의 비율이 31~31.7%로 유지될 경우에 최적의 코크스 냉간강도를 보이는 코크스를 생산할 수 있음을 알 수 있다.

상기 도출된 유효 반사율 구간의 비율이 코크스 냉간강도를 예측할 수 있는 핵심 인자임을 증명하기 위하여 표 1에서 사용한 10개의 탄종(A~J) 외에 K탄종을 추가 사용하여 11탄종의 석탄을 표 2와 같은 사용비로 배합하였다. 각 배합안별로 시험 코크스로에서 코크스를 제조하여 코크스 냉간강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 2a 및 도 2b에 나타내었다.

표 2와 같이 1, 2, 3, 4, 5, 10안은 동일 수준의 최고 유동도, 강도지수 및 유효 반사율 구간의 비율을 각각 2.47~2.49, 4.32~4.4 및 31~31.7%로 하였고, 미점탄 사용비는 30%에서 45%까지 5%씩 단계별로 상향 조정하였다. 그 결과, 도 2a와 같이 최고 유동도, 강도지수, 유효 반사율 구간의 비율을 상기 정한 바와 같이 동일 수준으로 유지하였을 경우에 미점탄의 사용비에 관계없이 코크스 냉간강도가 ±0.1% 내에서 동일한 수준을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 보통, 최고 유동도, 강도지수 및 유효 반사율 구간의 비율은 각각 2.3~2.5, 4.25~4.35, 31~31.7%의 범위에서 가장 우수한 코크스 냉간강도를 나타낸다.

6, 7, 8, 9안에서는 동일 수준의 최고 유동도 및 강도지수를 유지하면서 유효 반사율 구간의 비율을 변화시켰다. 6안(미점탄 사용비 35%), 7안(미점탄 사용비 40%)은 유효 반사율의 비율을 약 31%와 대비하여 약 2%가 낮은 약 29% 정도로 낮추었을 경우에 도 2b와 같이 코크스 냉간강도는 미점탄 사용비에 관계없이 약 0.2%가 하락함을 알 수 있다. 그리고, 8안(미점탄 사용비 35%), 9안(미점탄 사용비 40%) 역시 동일 수준의 최고 유동도 및 강도지수를 유지하면서 유효 반사율 구간의 비율을 약 31%와 대비하여 약 약 4%가 낮은 약 27% 정도로 낮추었을 경우에 코크스 냉간강도가 미점탄 사용비에 관계없이 약 0.4% 하락함을 알 수 있었다.

상기 사실들로부터 유효 반사율 구간의 비율은 원료탄 배합 변경시 코크스 냉간강도를 예측할 수 있는 핵심 인자라는 것을 알 수 있었으며, 유효 반사율 구간의 비율이 약 1% 정도 하락시 코크스 냉간강도는 약 0.1% 정도 하락함을 알 수 있다. 또한, 미점탄 사용비가 증가될 경우에는 코크스의 품질이 하락된다는 고정관념을 타파할 수 있었다.

또한, 현재 야드에 저장되어 있는 다수의 탄종에 대하여 도 3과 같이 최고 유동도, 강도지수 및 유효 반사율 구간의 비율을 고려할 경우, MES(Manufacturing Execution System) 화면의 3차원 그래프 상에 좌표값으로 표시할 수 있도록 하였으며, 최고 유동도, 강도지수 및 유효 반사율 구간의 비율을 만족시킬 수 있는 최적 배합안을 알아낼 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1a는 본 발명의 시험 코크스로의 최고 유동도 및 강도지수의 변화에 대한 코크스 냉간강도의 그래프이다.

도 1b는 본 발명의 최고 유동도 및 강도지수의 적정 관리수준 설정 그래프이다.

도 2a는 본 발명의 시험 코크스로에서 동일한 수준의 유효 반사율 구간의 비율 유지시 코크스 냉간강도 그래프이다.

도 2b는 본 발명의 시험 코크스로에서 상이한 수준의 유효 반사율 구간의 비율 유지시 코크스 냉간강도 그래프이다.

도 3은 본 발명의 최고 유동도, 강도지수 및 유효 반사율 구간의 비율을 고려할 경우에 코크스 냉간강도의 위치를 나타낸 3차원 그래프이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 다수 종류의 석탄을 상기 석탄의 최고 유동도, 강도지수, 및 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간의 비율을 변화시키면서 기 설정된 비율로 배합하는 제1단계; 및

   코크스로에서 상기 배합된 석탄으로 코크스를 제조하는 제2단계;

   를 포함하고,

   상기 석탄 배합시 최고 유동도, 강도지수, 및 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간의 비율을 각각 2.3~2.5, 4.25~4.35, 31~31.7%로 하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,

   상기 최고 유동도, 강도지수, 및 코크스 제조를 위하여 사용되는 석탄의 반사율 구간에 대한 유효 반사율 구간의 비율을 MES(Manufacturing Execution System) 화면상에 좌표값으로 표시하는 제3단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 제1단계에서 배합하는 석탄의 수분함량은 5.8~6.2%로 조절하는 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 석탄의 배합을 통한 코크스 제조방법.

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