KR101023302B1

KR101023302B1 - 코크스의 제조 방법 및 선철의 제조 방법

Info

Publication number: KR101023302B1
Application number: KR1020087022302A
Authority: KR
Inventors: 노리유키 오쿠야마; 아츠시 후루야; 노부유키 고마츠; 간지 마츠다이라; 유코 니시바타; 마사루 니시무라
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2011-03-18
Also published as: JP4950527B2; KR20080094724A; CN104277856B; WO2007105682A1; JP2007246674A; CN104277856A; CN101395249A

Abstract

본 발명은 얻어지는 코크스의 강도를 향상시키는 코크스 제조 방법 또는 얻어지는 코크스의 강도를 실질적으로 저하시키지 않고, 조습 공정을 간략화할 수 있는 방법, 및 그 제조 방법에 의해 얻어진 코크스를 이용하는 선철의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 코크스 제조 방법은 석탄을 코크스로 탄화실에 장입하여 건류하는 코크스 제조 방법에 있어서, 장입탄으로서, 원료탄 100질량부에 대하여, 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄을 1질량부 이하 첨가한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 선철의 제조 방법은 상기 제조 방법에 의해 얻어진 코크스를 사용하는 것에 특징을 갖는다.

Description

코크스의 제조 방법 및 선철의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF COKE AND PROCESS FOR PRODUCTION OF PIG IRON}

본 발명은 코크스의 제조 기술 및 이 기술을 이용하는 선철의 제조 기술에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 강도가 향상된 코크스의 제조 기술 또는 얻어지는 코크스의 강도를 실질적으로 저하시키지 않고 조습(調濕) 공정을 간략화할 수 있는 코크스의 제조 기술, 및 이것을 이용한 선철의 제조 기술에 관한 것이다.

코크스의 제조에 있어서, 얻어지는 코크스의 강도를 높이기 위해서는, 탄화실(炭火室)에 장입하는 장입탄의 충전 밀도를 높이는 것이 알려져 있다. 장입탄의 충전 밀도를 높이기 위해서는, 원료탄을 조습하여 수분량을 저하시키거나, 혹은 장입탄을 탄화실에 장입할 때에 기계적으로 눌러 굳히는 조작이 행해지고 있다. 그러나, 코크스의 제조 현장에서 원료탄은 통상적으로 벨트 컨베이어에 의해 반송되고 있는데, 원료탄의 수분량을 약 7% 미만으로 저하시키면, 석탄의 미분(微粉)이 비산하기 쉬워지므로 환경상 바람직하지 못하다. 한편, 장입탄을 탄화실에 장입할 때에 기계적으로 눌러 굳히는 조작을 하는 것도 작업이 번잡하게 된다.

예컨대, 일본 공개특허 공보 평9-31469호에는, 코크스의 강도를 확실하고도 안정하게 향상시킬 수 있는 코크스로(爐) 장입 석탄의 사전 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하여, 건조 석탄을 조분(粗粉) 석탄과 미분 석탄으로 분리하고, 미분 석탄에 중질유 5 내지 40%와 물을 첨가하여 물 슬러리를 생성한 후, 습식 조립(造粒)에 의해 분리점 초과의 입경을 갖는 조립 석탄으로 조립하고, 이어서 탈수 처리를 실시하여 조분 석탄과 혼합하는 것을 특징으로 하는 코크스로 장입 석탄의 사전 처리 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 공개특허 공보 2003-226879호에는, 야금용 코크스를 제조할 때, 고부피 밀도를 얻기 위해 강점결탄(强粘結炭), 점결탄, 비미점결탄(非微粘結炭) 등의 코크스로 장입용 석탄을 최적의 입도 분포 상태로 조정하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공보 제3566834호에는, 용광로용 코크스의 제조 비용을 저감하기 위해 저렴한 방법으로 고강도의 코크스를 제조하는 방법을 제시하는 것을 목적으로 하여, 원료탄의 연화 개시 온도보다도 50℃ 낮은 온도 이상의 비점을 갖는 성분을 80wt% 이상 포함하는 타르의 중질 유분(留分)을 상기 원료탄에 첨가하여 건류(乾留)하여 고강도의 코크스를 제조하는 코크스 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 공개 특허 공보 평3-7796호에는, 강도도 생산성도 향상시키는 코크스의 제조 방법으로서, 배합탄을 분쇄, 혼합한 장입탄을 코크스로에서 건류하여 코크스를 제조하는 코크스의 제조 방법에 있어서, 배합탄의 입도를 잘게 하고, 배합탄에 계면활성제를 배합하여 코크스를 제조하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법이 개시되어 있다.

발명의 개시

상술한 바와 같이, 사용하는 원료탄의 수분량을 저하시켜 탄화실에의 충전 밀도를 높이는 방법은 석탄의 미분이 비산하기 쉬워지므로, 수분량을 약 7% 미만으로 저하시키기 곤란하다고 하는 제약이 있다. 한편, 장입탄을 탄화실에 장입할 때에 기계적으로 눌러 굳히는 조작을 행하는 것도 작업이 번잡하게 된다.

본 발명은 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 얻어지는 코크스의 강도를 향상시키는 코크스 제조 방법, 혹은 얻어지는 코크스의 강도를 실질적으로 저하시키지 않고 조습 공정을 간략화할 수 있는 방법, 및 이 제법에 의해 얻어진 코크스를 이용하는 선철의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 코크스 제조 방법은, 석탄을 코크스로 탄화실에 장입하여 건류하는 코크스의 제조 방법에 있어서, 장입탄으로서, 원료탄 100질량부에 대하여, 회분(灰分)을 실질적으로 함유하지 않는 석탄을 1질량부 이하 첨가한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명은, 장입탄으로서, 원료탄 100질량부에 대하여, 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄을 1질량부 이하 첨가한 것을 사용하면, 얻어지는 코크스의 강도가 향상되는 것을 발견한 점, 또한 얻어지는 코크스의 강도가 향상된다는 것을 이용하여, 코크스의 강도에 영향을 미치는 제조 공정(예컨대, 조습 공정)을 간략화하는 점에 요지가 있다. 예컨대, 상기 장입탄과, 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄이 첨가되지 않은 원료탄을 조습하고 그것을 건류하여 얻어지는 코크스의 강도가 대략 같은 정도인 점으로부터, 조습 공정을 간략화하여 코크스를 제조할 수 있다.

상기 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄으로는, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 95% 미만인 석탄으로부터 유기 용매를 이용해 추출하여 얻어지는 가용 성분을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유기 용매로서 바람직한 것은 2환 방향족 화합물을 주성분으로 하는 유기 용매를 들 수 있다. 본 발명에는, 상기 코크스의 제조 방법에 의해 얻어지는 코크스를 이용하는 것을 특징으로 하는 선철의 제조 방법이 포함된다.

한편, 「석탄」은 일반적으로 무연탄, 강점결탄, 점결탄, 약점결탄, 비점결탄, 갈탄, 토탄 등으로 분류되지만, 그 정의는 반드시 명확하지 않다. 점결탄의 일부를 점착탄이라 하는 경우도 있다. 그래서, 본 발명에서는, 무연탄, 강점결탄, 점결탄, 약점결탄, 비점결탄 등을 탄소 함유율(d.a.f.)로 분류하는 것으로 하고, 무연탄을 탄소 함유율(d.a.f.) 91% 초과의 석탄, 강점결탄을 탄소 함유율(d.a.f.)이 85% 이상 91% 이하인 석탄, 점결탄을 탄소 함유율(d.a.f.)이 83% 이상 85% 미만인 석탄, 약점결탄을 탄소 함유율(d.a.f.)이 80% 이상 83% 미만인 석탄, 비점결탄을 탄소 함유율(d.a.f.)이 78% 이상 80% 미만인 석탄으로 하고, 갈탄을 탄소 함유율(d.a.f.)이 70% 이상 78% 미만인 석탄으로 하고, 또한 토탄을 탄소 함유율(d.a.f.)이 70% 미만인 석탄으로 한다. 여기서, 탄소 함유율(d.a.f.=dry ash free)은 석탄의 수분과 회분을 제외한 유기질(C, H, O, S, N)의 탄소의 함유율(질량%)을 말하고, JIS M8819에 준하여 측정할 수 있다. 이하, 탄소 함유율(d.a.f.)이 85% 이상 91% 이하인 석탄을 단지 「강점결탄」이라 칭하고, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 85% 미만인 석탄을 단지 「비점결탄 등」이라 칭하는 경우 가 있다.

본 발명의 코크스의 제조 방법에 따르면, 강도가 향상된 코크스가 얻어진다. 또한, 얻어지는 코크스의 강도가 실질적으로 저하되지 않는 범위에서 조습 공정을 간략화할 수 있다.

본 발명의 코크스 제조 방법에 의해 얻어진 코크스는 용광로에서의 선철의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 무회탄을 제조하는 장치 및 프로세스를 예시하는 설명도.

본 발명의 코크스의 제조 방법은 석탄을 코크스로 탄화실에 장입하여 건류하는 코크스 제조 방법에 있어서, 장입탄으로서, 원료탄 100질량부에 대하여, 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄을 1질량부 이하 첨가한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

(1) 무회탄에 대하여

우선, 본 발명에서 사용하는 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄(이하, 「무회탄」이라 칭하는 경우가 있음)에 대하여 설명한다. 상기 무회탄은 회분을 실질적으로 포함하지 않는 석탄이면 좋지만, 미량의 회분을 함유해도 좋다. 이러한 경우의 회분의 함유율은 5,000ppm 이하인 것이 바람직하고, 2,000ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 한편, 회분은 석탄을 815℃에서 가열하여 재로 만들었을 때의 잔류 무기물이며, 예컨대 규산, 알루미나, 산화철, 석회, 마그네시아, 알칼리 금속 등으로 이루어진다.

본 발명에서는, 상기 무회탄으로서, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 95% 미만(보다 바람직하게는 60% 이상 85% 미만)인 석탄으로부터 유기 용매로 추출하여 얻어지는 가용 성분을 이용하는 것이 바람직하다. 비점결탄 등을 출발 원료로 하여 유효하게 이용하는 태양은 고갈의 우려가 있어 원료 단가가 높은 강점결탄을 사용하지 않아도 되므로 바람직한 태양이다. 더 바람직한 태양에서는, 유기 용매로 추출하는 석탄으로는, 탄소 함유율(d.a.f.)이 70% 이상 83% 미만인 약점결탄, 비점결탄 및 갈탄, 또는 이들의 혼합물을 사용한다.

구체적으로는, 상기 무회탄은 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 95% 미만(보다 바람직하게는 60% 이상 85% 미만)인 석탄과 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 조제하고, 상기 슬러리를 가열 숙성하여 상기 유기 용매 중에 가용 성분을 추출시키고, 얻어진 슬러리를 윗물액과 고상 성분이 농축된 농축액으로 분리하고, 상기 윗물액을 여과하여 유기 용매를 증발 제거함으로써 무회탄을 얻을 수 있다. 도 1은 무회탄을 제조하는 장치 및 프로세스를 예시하는 설명도이다. 탱크(1)에서, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 95% 미만인 석탄과 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 생성한다. 얻어진 슬러리는 펌프(2)에 의해 추출 처리를 행하는 추출조(4)에 공급된다. 그 때, 슬러리는 예열기(3)에 의해 소정의 온도로 가열된다. 추출조(4)에서, 슬러리를 교반기(10)를 이용하여 교반하면서 가용 성분을 유기 용매 중에 추출시킨 후, 얻어진 슬러리는 중력 침강조(5)에 공급된다. 중력 침강조(5)에서는, 중력 침강을 행하여 고상 성분을 침강시켜(화살표 11), 슬러리를 윗물액과 고상 성분이 농축된 액으로 분리한다. 얻어진 윗물액은 필터 유닛(8)에 공급되고, 중력 침강조(5) 내에서 침강한 고상 성분 농축액은 고상 성분 농축액 받침기(6)에 회수된다. 윗물액은 필터 유닛(8)의 필터 부재(7)로 여과되고, 얻어진 여과액은 윗물액을 회수하는 윗물액 받침기(9)에 회수된다. 이어서, 회수된 윗물액으로부터 유기 용매를 증발 제거함으로써 무회탄을 얻을 수 있다. 윗물액으로부터 유기 용매를 증발 제거하는 방법으로서는, 예컨대 스프레이 드라이법, 증류법, 진공 건조법 등, 일반적인 건조 방법을 적용할 수 있다.

상기 슬러리 중의 석탄 농도는 10 내지 35질량%로 하는 것이 적절하며, 상기 슬러리를 가열 숙성하여 유기 용매 중에 가용 성분을 추출시키는 조건으로는, 예컨대 상기 슬러리를 300℃ 내지 420℃에서 5 내지 120분간 유지하여, 석탄 중의 가용 성분을 가용화시킨다. 300℃보다 낮은 온도에서는, 석탄을 구성하는 분자간의 결합을 약하게 하기에는 불충분하여, 석탄으로부터 추출할 수 있는 가용 성분의 비율이 저하되기 때문이다. 한편, 420℃보다 높은 온도에서는, 석탄의 열 분해 반응이 활발해져, 생성된 열분해 라디칼의 재결합이 일어나기 때문에, 역시 추출되는 가용 성분의 비율이 저하된다. 한편, 300 내지 420℃의 온도에서는, 석탄을 구성하는 분자간의 결합이 완화되어, 온화한 열분해가 일어나 석탄으로부터 추출되는 가용 성분의 비율이 높아진다. 이 때, 석탄의 온화한 열분해에 의해, 주로 평균 비점(Tb50: 50% 유출 온도)이 200 내지 300℃에 있는 방향족이 풍부한 성분이 생성되어, 유기 용매의 일부로서 유효하게 이용할 수 있다.

얻어진 슬러리를 중력 침강에 의해 윗물액과 고상 성분 농축액으로 분리하는 온도는 300℃ 이상 420℃ 이하가 바람직하다. 300℃ 미만에서는, 액상 성분에 용해되어 있는 성분의 일부가 석출되어, 무회탄의 수율이 저하될 경우가 있기 때문이다.

상기 유기 용매로는, 석탄의 용해력이 높은 용매가 바람직하고, 석탄 구조 단위에 근사한 2환 방향족 화합물을 주성분으로 하는 유기 용매가 바람직하다. 또한, 상기 유기 용매로는, 그 비점이 180℃ 내지 330℃인 것이 적합하다. 비점이 180℃보다 낮은 경우에는, 윗물액으로부터 증발 제거시킨 유기 용매의 회수율이 저하되는 경우가 있다. 한편, 비점이 330℃를 초과하면, 석탄과 유기 용매의 분리가 곤란해져, 역시 유기 용매의 회수율이 저하되는 경우가 있다. 상기 2환 방향족 화합물의 구체예로는, 예컨대 나프탈렌(비점: 218℃); 뷰틸나프탈렌(비점: 241 내지 242℃), 다이메틸나프탈렌(비점: 261 내지 272℃), 트라이메틸나프탈렌 등의 지방족 측쇄를 갖는 나프탈렌류; 바이페닐; 지방족 측쇄 또는 방향족 치환기를 갖는 바이페닐류, 혹은 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.

무회탄을 제작하기 위해 출발 원료로서 사용하는 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 95% 미만인 석탄(비점결탄 등)으로는, 예컨대 이하의 특성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 비점결탄 등의 휘발분은 바람직하게는 30% 이상, 보다 바람직하게는 32% 이상이며, 바람직하게는 40% 이하, 보다 바람직하게는 36% 이하이다. 상기 비점결탄 등의 평균 반사율은 바람직하게는 0.6 이상, 보다 바람직하게는 0.8 이상이며, 바람직하게는 1.0 이하, 보다 바람직하게는 0.9 이하이다. 상기 비점결탄 등의 토탈 이너트(total inert)는 바람직하게는 5% 이상, 보다 바람직하게는 15% 이상이며, 바람직하게는 35% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이하이다. 상기 비점결탄 등의 기세라 최고 유동도(logMFD)는 바람직하게는 3.0(logddpm) 이상, 보다 바람직하게는 3.3(logddpm) 이상이며, 바람직하게는 4.5(logddpm) 이하, 보다 바람직하게는 3.6(logddpm) 이하이다. 휘발분은 JIS M8812에 규정된 방법, 평균 반사율은 JIS M8816에 규정된 방법, 기세라 최고 유동도(logMFD)는 JIS M8801에 규정된 기세라 플라스트 미터법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 토탈 이너트(TI)는, JIS M8816의 석탄 미세 조직 성분(마세랄(maceral))의 분석값 중, 세미푸지나이트의 비율 및 미세 조직 성분 군(마세랄 그룹)의 비율을 이용하여, 하기 수학식에 의해 산출할 수 있다.

식 중, MM(Mineral Matter)은 광물질을, A는 회분(무수 베이스, JIS M8812로 측정)을, S는 전체 황 성분(무수 베이스, JIS M8813으로 측정)을 의미한다.

(2) 원료탄에 대하여

다음으로, 본 발명에서 사용하는 원료탄에 대하여 설명한다. 본 발명에서는, 장입탄으로서, 원료탄 100질량부에 대하여 1질량부 이하, 보다 바람직하게는 0.7질량부 이하, 더 바람직하게는 0.5질량부 이하의 상기 무회탄을 첨가한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 무회탄의 함유량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.2질량부 이상인 것이 바람직하다.

무회탄을 0.2질량부 이상 함유시킴으로써, 얻어지는 코크스의 강도에 대하여 실질적으로 의미있는 향상이 인정된다. 특히, 무회탄의 함유량이 0.5질량부인 경우에는, 얻어지는 코크스의 강도가 최고값을 갖는다. 한편, 무회탄의 함유량이 0.5질량부를 초과하고 1질량부 이하인 경우, 무회탄이 첨가되지 않은 경우와 비교하여 코크스 강도는 우수하지만, 무회탄의 함유량을 증가시킴에 따라, 얻어지는 코크스 강도는 무회탄을 무첨가로 한 경우의 강도에 가까워진다. 그리고, 1질량부를 초과하면, 무회탄을 첨가하지 않은 경우와 비교하여, 코크스 강도가 오히려 저하된다.

상기 원료탄으로는, 예컨대 단일 종류나 유명 상표의 석탄 혹은 복수의 종류나 유명 상표의 석탄을 배합한 것을 사용할 수 있지만, 복수의 종류나 유명 상표의 석탄을 배합한 배합탄을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 석탄의 종류나 유명 상표에 따라서는 입도가 다르기 때문에, 저탄장(貯炭場)의 석탄을 분쇄기로 반송하여 입경을 소정의 것으로 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기 배합탄으로는, 예컨대 탄소 함유율(d.a.f.)이 85% 이상 91% 이하인 석탄과, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 85% 미만인 석탄을 함유하는 배합탄이 바람 직하다. 상기 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 85% 미만인 석탄으로서, 보다 바람직한 것으로는 탄소 함유율(d.a.f.)이 78% 이상 83% 미만인 약점결탄, 비점결탄 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 탄소 함유율(d.a.f.)이 85% 이상 91% 이하인 석탄과, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 85% 미만인 석탄의 조합으로는, 예컨대 강점결탄과 약점결탄으로 이루어지는 태양, 강점결탄과 비점결탄으로 이루어지는 태양, 강점결탄과 약점결탄과 비점결탄으로 이루어지는 태양 등을 들 수 있다.

배합탄 중의 상기 탄소 함유율(d.a.f.)이 85% 이상 91% 이하인 석탄(강점결탄)은, 얻어지는 코크스 강도를 높이기 위해 배합되는 것이고, 그 배합량은 배합탄 전체를 100질량부로 했을 때에 10질량부 이상이 바람직하고, 40질량부 이상이 보다 바람직하다. 강점결탄의 배합량이 10질량부 미만이면, 점결성 성분이 너무 부족하기 때문에, 배합탄 100질량부에 대하여 무회탄을 1질량부 이하 첨가했다고 해도, 원하는 코크스 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 강점결탄의 배합량의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100질량부가 바람직하고, 90질량부가 보다 바람직하고, 60질량부가 더 바람직하다. 강점결탄의 배합량이 너무 많아지면, 코크스 제조 시의 원료 비용이 상승하기 때문이다. 한편, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 85% 미만인 석탄(비점결탄 등)은 강점결탄과의 합계 배합량이 100질량부가 되도록 배합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 강점결탄과 비점결탄 등을 배합하여 얻어지는 배합탄은 이하의 특성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 배합탄의 휘발분은 바람직하게는 15% 이상, 보다 바람직하게는 26% 이상이며, 바람직하게는 35% 이하, 보다 바람직하게 는 29% 이하이다. 상기 배합탄의 평균 반사율은 바람직하게는 0.65 이상, 보다 바람직하게는 1.00 이상이며, 바람직하게는 1.60 이하, 보다 바람직하게는 1.10 이하이다. 상기 배합탄의 토탈 이너트는 바람직하게는 15% 이상, 보다 바람직하게는 20% 이상이며, 바람직하게는 35% 이하, 보다 바람직하게는 23% 이하이다. 상기 배합탄의 기세라 최고 유동도(logMFD)는 바람직하게는 0.7(logddpm) 이상, 보다 바람직하게는 2.0(logddpm) 이상이며, 바람직하게는 3.5(logddpm) 이하, 보다 바람직하게는 2.3(logddpm) 이하이다. 상기 배합탄의 입도 구성은 3㎜ 이하의 것이, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 75% 이상이며, 바람직하게는 90% 이하, 보다 바람직하게는 85% 이하이다. 상기 각 특성의 넓은 수치 범위는 용광로용 코크스의 원료로서 사용할 수 있는 적합한 범위이며, 상기 각 특성을 보다 좁은 수치 범위 내로 함으로써, 실질적으로 강도에 문제가 없는 정도의 코크스가 얻어진다.

(3) 코크스 제조 공정에 대하여

본 발명의 코크스의 제조 방법은, 장입탄으로서, 상기 원료탄 100질량부에 대하여 상기 무회탄을 1질량부 이하 첨가한 것을, 코크스로 탄화실에 장입하여 건류한다.

일반적으로 코크스의 제조에 있어서는, 장입탄으로서, 원료탄을 조습하여 수분량을 조절한 것을 사용한다. 장입탄의 수분량이 너무 많으면, 건류 시에 과잉의 열량이 필요하게 되어 비경제적으로 될 뿐만 아니라, 품질의 편차의 원인으로도 되기 때문이다. 본 발명에 따르면, 원료탄에 무회탄을 첨가함으로써, 얻어지는 코크스의 강도가 향상되므로, 얻어지는 코크스 강도에 영향을 미치게 하는 조습 공정을 아래와 같이 변형시킬 수 있다.

상기 장입탄으로서, 조습된 것을 사용한다. 즉, 상기 장입탄으로서, 조습된 것을 사용하면, 무회탄이 첨가되지 않은 원료탄을 같은 정도로 조습한 것을 사용하여 얻어지는 코크스의 강도와 비교하여, 강도가 향상된 코크스가 얻어진다.

예컨대, 수분량을 7% 내지 9%로 조습한 원료탄이더라도, 상기 무회탄을 첨가함으로써 얻어지는 코크스의 강도가 향상되어, 수분량이 약 5% 내지 7%인 원료탄(무회탄 무첨가)을 건류하여 얻어지는 코크스와 거의 같은 강도의 코크스가 얻어진다. 상술한 바와 같이, 수분량이 약 5% 내지 7%인 원료탄을 사용하면 석탄 미분의 비산 문제가 생기게 되지만, 본 발명에 따르면, 수분량이 7% 내지 9% 정도인 원료탄을 사용함으로써, 수분량이 약 5% 내지 7%인 원료탄을 건류하여 얻어지는 코크스와 실질적으로 같은 정도의 강도의 코크스가 얻어진다.

수분량이 비교적 높은 7% 내지 9%의 원료탄이더라도, 상기 무회탄을 첨가함으로써, 수분량이 약 5% 내지 7%인 원료탄을 건류하여 얻어지는 코크스와 거의 같은 강도의 코크스가 얻어지므로, 원료탄의 수분량(7 내지 9%)을 일부러 조습할 필요가 없다. 또한, 조습의 정도를 경감하여도 좋다. 조습 공정은 열에너지에 의해 수분을 제거하므로, 조습 공정을 실질적으로 생략하는 것은 경제적으로 매우 유리한 제조 방법이 된다.

본 발명에서는, 원료탄 100질량부에 대하여 무회탄을 1질량부 이하 첨가한 장입탄을 코크스로 탄화실에 장입하여 건류한다. 상기 석탄을 탄화실에 장입할 때의 충전 밀도는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 600㎏/㎥ 이상이 바람직하고, 650 ㎏/㎥ 이상이 보다 바람직하며, 1000㎏/㎥ 이하가 바람직하고, 850㎏/㎥ 이하가 보다 바람직하다. 충전 밀도가 600㎏/㎥ 미만인 경우에는, 석탄 자체의 무게로 분체층의 공극이 채워져, 이 값 미만으로 하는 것은 실질적으로 곤란하며, 충전 밀도가 1000㎏/㎥ 초과인 경우에는, 분체층의 공극을 이 값 이상으로 충족시켜 압밀(壓密)하는 것이 실질적으로 곤란하기 때문이다.

또, 장입탄의 충전 밀도는 기계적으로 눌러 굳히는 조작을 행하지 않은 경우에는, 상술한 수분량과 관련되는 것이고, 일반적으로, 수분량이 낮은 장입탄을 사용할수록 탄화실에의 충전 밀도를 높일 수 있어, 예컨대 수분량이 약 7%인 석탄을 사용한 경우의 코크스로 탄화실에의 충전 밀도는 통상 약 720㎏/㎥ 정도이다.

상기 장입탄을 건류하는 조건은 특별히 한정되는 것이 아니라, 코크스로를 사용하는 코크스 제조에 있어서의 통상의 건류 조건을 채용할 수 있고, 예컨대 950℃ 이상, 보다 바람직하게는 1000℃ 이상이고, 1200℃ 이하, 보다 바람직하게는 1050℃ 이하의 온도에서, 8시간 이상, 보다 바람직하게는 10시간 이상, 바람직하게는 24시간 이하, 보다 바람직하게는 20시간 이하 건류하는 것이 바람직하다.

(4) 선철의 제조 방법

본 발명에는, 본 발명의 코크스의 제조 방법에 의해 얻어지는 코크스를 이용하는 것을 특징으로 하는 선철의 제조 방법이 포함된다. 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 코크스는 강도가 우수하므로 용광로에서의 선철의 제조에 적합하게 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 코크스를 사용하면, 용광로에서의 선철 제조 시의 가스 통기성이 향상된다. 또한, 조습 공정을 생략, 혹은 조습의 정도를 감소시킨 태양에서는, 비교적 저가의 코크스가 얻어진다. 한편, 용광로에서의 선철의 제조 방법은 공지된 방법을 채용하면 되고, 예컨대 용광로에 철광석과 코크스를 각각 층 형상으로 교대로 적층시켜, 용광로의 하부로부터 열풍, 필요에 따라 미분탄을 불어 넣는 방법을 들 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위의 변경, 실시의 태양은 어느 것이나 본 발명의 범위 내에 포함된다.

표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 배합탄에 무회탄을 첨가하여 장입탄을 조제했다. 무회탄으로는, 오스트레일리아산 점결탄(탄소 함유율(d.a.f.) 84%)으로부터 1-메틸나프탈렌을 이용하여 추출한 가용 성분(회분(灰分) 600ppm)을 이용했다. 또한, 무회탄은 도 1의 장치를 이용하여, 이하의 방법에 의해 조제했다. 오스트레일리아산 점결탄(탄소 함유율(d.a.f.) 84%)과 1-메틸나프탈렌을 탱크(1) 내에서 혼합하여 (오스트레일리아산 점결탄:1-메틸나프탈렌=20질량%:80질량%) 슬러리를 조제했다. 얻어진 슬러리를 예열기(3)에 의해 370℃로 가열하여, 추출조(4) 내에서 오스트레일리아산 점결탄으로부터 가용 성분을 추출했다. 추출 처리 후의 슬러리를 유량 15㎏/h로 중력 침강조(5)에 공급하고, 중력 침강을 행하여 윗물액과 고상 성분 농축액으로 분리하고, 윗물액을 3㎏/h의 유량으로 필터 유닛(8)에 공급하고, 고상 성분 농축액을 12㎏/h의 유량으로 중력 침강조(5)의 저부(底部)로부터 고상 성분 농축액 받침기(6)로 배출했다. 윗물액을 필터 유닛(8)으로 여과한 후, 윗물액 받침기(9)에 회수하고, 스프레이 드라이법에 의해 회수액으로부터 유기 용매를 증발 제거하여 무회탄(회분 600ppm)을 얻었다.

상기 장입탄을 폭 378㎜×길이 121㎜×높이 114㎜ 크기의 통 용기에, 원하는 충전 밀도가 되도록 충전했다. 이 통 용기 4개를 또한 강제(鋼製)의 레토르트(크기: 폭 380㎜×길이 430㎜×높이 350㎜)에 나란히 넣고, 이 통 용기를 폭 방향으로 가열할 수 있는 양면 가열식 전기로에 상기 레토르트를 넣고, 장입탄을 건류했다. 건류는 1000℃에서 10시간의 조건으로 행하고, 그 후 레토르트를 전기로로부터 꺼내어 약 16시간에 걸쳐 자연 방냉했다.

냉각한 레토르트로부터 4개의 통 용기를 꺼내고, 폭 방향의 반에 상당하는 189㎜ 부분의 코크스를 잘라내었다. 양면 가열을 행한 경우, 폭 방향의 한가운데에 닿는 장소는 탄심이라고 불리고, 가열면으로부터 탄심까지의 소성된 코크스는 가열면에 가까운 곳으로부터 헤드, 바디, 테일이라 불리며, 헤드, 바디, 테일의 가열 시의 승온 속도의 차이로 강도에 차이가 생기는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 폭 방향의 반에 상당하는 189㎜ 부분의 코크스의 헤드, 바디, 테일의 부분에 상당하는 약 60㎜로 분할한 각각의 부분으로부터 거의 직방체(한 변: 약 20㎜±1㎜)로 잘라내어, 정립(整粒)된 코크스를 얻었다. 이 정립된 코크스를 증류수로 세정하여, 정립 시(잘라낼 때)에 부착한 코크스의 미분을 제거하고, 150℃±2℃의 건조기로 건조했다.

얻어진 강도 측정용 샘플을 이용하여 I형 강도를 측정했다. I형 강도 시험 에 이용하는 장치로서, SUS재로 만들어진 원통 형상의 용기(길이 720㎜, 원의 저면 직경 132㎜)를 이용하여, 이 용기에 상기 샘플 200g을 넣고, 1분간 20회의 회전 속도로 30분간 회전시켜, 합계 600회의 회전 운동에 의한 충격을 가했다. 이 원통의 회전은 원통의 길이 720㎜의 한가운데에 닿는 360㎜의 위치에 회전축을 마련하고, 이 회전축을 중심으로 원통을 회전시켜, 원통의 저면이 직경 720㎜의 원을 그리도록 실시했다. 규정의 600회전의 회전에 의한 충격을 가한 후, 이 원통 형상의 용기로부터 샘플을 잘라내고, 9.5㎜ 그물눈의 체(篩)로 나눠 체 상의 내용물의 질량을 측정하였다. 이 때, 체에 걸린 것도 체 상의 것으로 하여 질량을 측정했다. I형 강도 지수는 아래와 같이 하여 산출하고, 산출한 결과를 표 1 및 표 2에 나타냈다.

I형 강도 지수 I⁶⁰⁰ ₉ _.5=100×9.5㎜ 체 상의 질량(단위:g)/200g

또한, 일반적으로 코크스의 회전 강도는 코크스 덩어리가 큰 덩어리로서 깨지는 체적 파괴를 평가하는 것과, 표면의 마모에 의한 표면 파괴를 평가하는 것으로 구별되지만, 본 발명에서 이용한 I형 강도 지수 I⁶⁰⁰ ₉ _.5는 표면 파괴를 평가하는데 이용하는 지표로서 해석된다.

표 1의 결과로부터, 코크스 No. 1 내지 No. 7을 비교하면, 배합탄 100질량부에 대하여 무회탄을 1질량부 이하 첨가함으로써, 얻어지는 코크스 강도가 향상되는 것을 알 수 있다. 특히, 배합탄 100질량부에 대하여 무회탄을 0.5질량부 첨가했을 때에 얻어지는 코크스 강도가 가장 커졌다. 또한, 코크스 No. 6 및 No. 7의 결과로부터, 무회탄의 첨가량이 배합탄 100질량부에 대하여 1질량부를 초과하면 코크스 강도가 오히려 저하되는 것을 알 수 있다.

표 2의 결과로부터, 무회탄을 0.5질량부 첨가한 장입탄으로서, 장입탄 충전 밀도를 720, 740㎏/㎥로 조정한 것을 사용하여 얻어지는 코크스의 강도(코크스 No. 8, 9)는 각각, 무회탄을 첨가하지 않은 경우의 장입탄으로서, 장입탄 충전 밀도를 745, 760㎏/㎥로 조정한 것을 사용하여 얻어지는 코크스 강도(코크스 No. 10, 11)와 같은 것을 알 수 있다. 또한, 무회탄을 첨가하지 않은 경우와 무회탄을 0.5질량부 첨가한 경우를 비교하면, 무회탄을 0.5질량부 첨가한 장입탄을 사용하여 얻어지는 코크스 강도가 높은 것을 알 수 있다.

이들 결과로부터, 장입탄으로서, 조습된 것을 사용하면, 무회탄이 첨가되지 않은 원료탄을 같은 정도로 조습한 것을 사용하여 얻어지는 코크스의 강도와 비교하여, 강도가 향상된 코크스가 얻어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 무회탄이 첨가되지 않은 원료탄을 통상대로 조습한 것을 사용하여 얻어지는 코크스의 강도와 대략 같은 정도의 강도를 갖는 코크스를 제조하는 것이면, 상기 장입탄으로서, 실질적으로 조습시키지 않거나, 또는 조습의 정도를 경감시킨 것을 사용하면 좋은 것을 알 수 있다.

본 발명은 코크스의 제조 및 선철의 제조에 적합하게 적용할 수 있다.

Claims

석탄을 코크스로 탄화실에 장입하여 건류하는 코크스 제조 방법에 있어서,

장입탄으로서, 원료탄 100질량부에 대하여, 회분을 함유하지 않거나 또는 5,000ppm 이하로 함유하는 석탄을 0.2질량부 이상 1질량부 이하 첨가한 것을 사용하고,

상기 회분을 함유하지 않거나 또는 5,000ppm 이하로 함유하는 석탄으로서, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60% 이상 95% 미만인 석탄으로부터 유기 용매를 이용해 추출하여 얻어지는 가용 성분을 이용하며,

상기 유기 용매는 2환 방향족 화합물을 포함하는 유기 용매인 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 장입탄으로서, 조습되지 않은 것을 사용하는 코크스의 제조 방법.
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제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 코크스의 제조 방법에 의해 얻어지는 코크스를 이용하는 것을 특징으로 하는 선철의 제조 방법.