KR101029405B1 - 코크스의 제조 방법 및 선철의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 갈탄을 코크스용 제조 원료탄에 사용해도 높은 코크스 강도를 실현할 수 있는 코크스의 제조 방법을 제공하는 것이다.

무회탄 0.05 질량부 이상 0.50 질량부 이하 및 탄소 함유율이 70.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만인 열질탄 1질량부를 혼합하여 혼합탄을 얻는 혼합 공정과, 혼합탄을 성형하여 성형탄을 얻는 성형 공정과, 무회탄의 연화 개시 온도 이상으로 성형탄을 가열하여 열처리탄을 얻는 가열 공정과, 열처리탄을 분쇄하여 분쇄탄을 얻는 분쇄 공정과, 분쇄탄 및 탄소 함유율이 85.0 ％ 이상 91.0 ％ 이하인 강점결탄을 포함하는 배합탄을 건류하는 건류 공정을 갖는 코크스의 제조 방법. 갈탄을 열질탄으로서 선택해도 좋다.

갈탄, 코크스, 강점결탄, 배합탄, 무회탄

Description

코크스의 제조 방법 및 선철의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING COKE AND METHOD FOR PRODUCING PIG IRON}

본 발명은 고로법 제철 등에서 사용되는 강도가 높은 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

제철용으로 사용되는 코크스에는, 고로 내에 있어서의 통기성 확보를 위해서도 강도가 높은 것이 요구되고 있다. 석탄을 건류함으로써 코크스가 제조되고 있고, 그 높은 강도를 실현하기 위해서는 강점결탄을 사용하는 것이 좋다고 일반적으로 일컬어지고 있지만, 강점결탄은 석탄 중에서도 고가이며 그 사용량을 삭감하는 것이 요망된다. 비점결탄이나 미점결탄 등을 강점결탄과 배합하면 고가의 강점결탄의 사용량을 삭감할 수 있지만, 그 사용량 삭감에 수반되는 코크스 강도의 저하를 배려해야 한다.

석탄의 수분량의 저감이나, 코크스로 내에 장입한 석탄을 기계적으로 압박하여 굳히는 수단은, 코크스로 내로의 석탄 충전 밀도를 높여 코크스를 고강도화할 수 있는 것이 알려져 있다. 그러나 수분량의 저감을 채용한 경우, 석탄의 미세 분말이 비산하기 쉬워지는 문제가 있고, 한편 압박하여 굳히는 조작은 번잡하다.

고강도의 코크스를 얻기 위한 다른 기술이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 이 기술은 아스팔트, 아스팔트 피치, 석탄의 액화 처리 잔사, 용제 생성탄 등의 점결성 보충재를 연화 용융성이 없는 세립탄재의 표면에 함침시킨 것을 석탄과 혼합하여 건류하는 것이다.

또한, 본 출원인은 고강도 코크스에 관한 특허 출원을 이미 행하고 있고, 그 내용은 특허 문헌 2, 3에 있어서 개시되어 있다. 특허 문헌 2는 탄소 함유율 85 ％ 이상 91 ％ 이하의 석탄과, 탄소 함유율 60 ％ 이상 85 ％ 미만의 석탄을 함유하는 석탄 100 질량부에 대해, 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄을 1질량부 이하 함유하는 것을 코크스 제조용 석탄으로서 사용하는 것을 개시한다. 한편, 특허 문헌 3은 코크스 제조용 원료탄 100 질량부에 대해, 회분을 실질적으로 함유하지 않는 석탄을 1질량부 이하 첨가하는 것을 개시한다.

상기한 바와 같이, 강점결탄의 사용량을 삭감하면서 고강도의 코크스를 얻는 것은 코크스 제조에 있어서의 과제이며, 이 과제 해결을 목적으로 하여 아스팔트 피치, 석탄타르, 또는 무회탄 등의 점결성 보충재가 사용되는 것이지만, 점결성 보충재의 작용이 복잡하기 때문에 강점결탄의 사용량 삭감(강점결탄 이외의 석탄의 다량 사용)과 코크스의 고강도화의 양립에는 곤란성이 수반된다.

또한, 중국이나 인도 등의 신흥국의 철강 수요가 최근에 있어서 급속하게 증대되고 있는 것에 따라서, 점결성 및 미점결성의 역청탄과 미점결성 및 비점결성의 아역청탄의 사용량을 삭감해야 하는 것이 예상된다. 이 예상과 같이 된다면, 가까운 미래, 갈탄 등의 더욱 저품위의 석탄을 사용해 갈 필요성이 발생하게 된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2001-40363호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2007-23190호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2007-246674호 공보

본 발명은 상기 사정에 비추어 갈탄을 코크스용 제조 원료탄에 사용해도 높은 코크스 강도를 실현할 수 있는 코크스의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 코크스 제조용 원료탄으로서 사용하면 높은 코크스 강도를 실현하는 것이 곤란하게 되어 있는 갈탄을 사용한 경우라도, 높은 강도의 코크스를 얻기 위한 기술에 대해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 무회탄과 갈탄 등의 열질탄(劣質炭)의 혼합, 성형, 무회탄의 연화 개시 온도 이상의 가열, 분쇄 및 분쇄한 석탄을 포함하는 배합탄을 건류하면, 높은 강도의 코크스가 얻어지는 것을 발견하고 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다.

즉, 본 발명에 관한 코크스의 제조 방법은, 무회탄 0.05 질량부 이상 0.50 질량부 이하 및 탄소 함유율(d.a.f.)이 70.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만인 열질탄 1질량부를 혼합하여 혼합탄을 얻는 혼합 공정과, 상기 혼합탄을 성형하여 성형탄을 얻는 성형 공정과, 상기 무회탄의 연화 개시 온도 이상으로 상기 성형탄을 가열하여 열처리탄을 얻는 가열 공정과, 상기 열처리탄을 분쇄하여 분쇄탄을 얻는 분쇄 공정과, 상기 분쇄탄 및 탄소 함유율(d.a.f.)이 85.0 ％ 이상 91.0 ％ 이하인 강점결탄을 포함하는 배합탄을 건류하는 건류 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서의「무회탄」이라 함은, 석탄을 815 ℃에서 가열하여 탄화하였을 때의 잔류 무기물인 회분이, 가열 전의 무회탄에 있어서 5000 ppm 이하(질 량 기준)인 석탄이다. 또한,「열질탄」이라 함은, 상기 규정과 같은 탄소 함유율(d.a.f.)이 70.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만인 석탄을 의미하고, 탄소 함유율(d.a.f.)이 70.0 ％ 이상 78.0 ％ 미만인 갈탄도 열질탄에 해당된다.

상기 성형 공정에서 사용하는 혼합탄 중의 무회탄과 열질탄의 입도는, 모두 0.5 ㎜ 이하가 적합하고, 또한 겉보기 밀도가 0.80 g/㎤ 이상 1.00 g/㎤ 미만인 성형탄을 얻는 것이 적합하다. 분쇄 공정에서 얻어지는 분쇄탄의 80 질량％ 이상이 입도 3 ㎜ 이하이면 적합하다. 건류 공정에서 사용하는 배합탄은, 분쇄탄의 배합률이 5 질량％ 이상이면 바람직하다.

본 발명에 관한 코크스의 제조 방법에서 얻어진 코크스는, 선철을 제조하기 위한 제철용으로서의 사용이 적합하다.

본 발명에 관한 코크스의 제조 방법에 따르면, 소정량의 무회탄 및 열질탄으로 이루어지는 혼합탄의 성형, 무회탄의 연화 개시 온도 이상의 가열, 분쇄의 각 공정을 거쳐서 얻어진 분쇄탄과, 강점결탄을 포함하는 배합탄을 건류하므로, 강점결탄의 사용량 삭감과 갈탄의 코크스 원료에의 채용을 행한 경우라도 강도가 높은 코크스를 얻을 수 있다.

(코크스 제조용 원료탄의 제조 방법)

본 발명에 관한 코크스의 제조 방법은, 혼합 공정, 성형 공정, 가열 공정, 분쇄 공정을 거침으로써 얻어진 분쇄탄과 강점결탄의 배합탄을 건류 공정에서 처리 하는 것이다. 각 공정에 대해, 이하에 상세하게 서술한다.

혼합 공정 :

혼합 공정에서는 소정량의 무회탄과 소정량의 열질탄을 혼합한 혼합탄을 얻는다.

무회탄은 가열시에 고유동성과 고점착성을 나타내는 석탄으로, 혼합탄에 있어서의 점결성 보충재가 된다. 이 무회탄의 회분은 5000 ppm 이하(질량 기준, 이하 동일), 바람직하게는 2000 ppm 이하이다. 여기서「회분」이라 함은, 석탄을 815 ℃에서 가열하여 탄화하였을 때의 잔류 무기물을 의미하고, 그 무기물은 규산, 알루미나, 산화철, 석회, 마그네시아, 알칼리 금속 등이다. 또한, 회분 자체는 코크스 특성에 거의 영향을 미치지 않지만, 후기 무회탄 제조에서의 회분 혼입은 석탄 성분 추출 후의 석탄(미용해탄)의 혼입을 의미하고, 미용해탄은 배합탄의 점결을 저해하여 코크스 강도를 낮추는 성질이 있다. 이로 인해, 무회탄의 회분은 상기 수치 이하로 하는 것이 바람직하다.

적합한 무회탄은, JIS M8801에 규정된 기셀러 플라스토미터법에 의한 기셀러 유동성 시험에서 확인되는 최고 유동도(logMF)가 측정 한계인 4.0(logddpm) 이상인 것이다. 또한, 고화 온도가 450 ℃를 초과하는 것도 무회탄으로서 적합하다.

무회탄을 얻기 위한 방법은, 공지의 무회탄의 제조 방법을 채용하면 좋다. 예를 들어, 유기 용매에 의한 석탄 성분의 추출이 무회탄의 제조에 해당된다.

무회탄의 제조에 있어서 사용하는 석탄은, 역청탄, 아역청탄, 갈탄 등 특별히 한정되지 않고, 또한 그 탄소 함유율에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 즉, 탄소 함유율(d.a.f.)이 60 ％ 이상 95.0 ％ 미만인 석탄을 사용해도 좋지만, 강점결탄은 그 고갈의 문제가 있으므로 탄소 함유율(d.a.f.) 60.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만의 석탄을 사용하는 것이 바람직하고, 탄소 함유율(d.a.f.) 70.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만의 석탄을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

탄소 함유량(d.a.f.) 60.0 ％ 이상 95.0 ％ 미만의 석탄을 사용하여 무회탄을 제조하는 경우, 당해 석탄의 바람직한 휘발분, 평균 반사율, 기셀러 최고 유동도, 토탈 이너트(Total Inert)는 다음과 같다. 휘발분은, JIS M8812에 규정된 방법에 의해 결정되고, 30 ％ 이상 40 ％ 이하가 바람직하고, 32 ％ 이상 36 ％ 이하가 보다 바람직하다. 평균 반사율은, JIS M8816에 규정된 방법에 의해 결정되고, 0.6 이상 1.0 이하가 바람직하고, 0.8 이상 0.9 이하가 보다 바람직하다. 기셀러 최고 유동도(logMF)는 JIS M8801에 규정된 기셀러 플라스토미터법에 의해 결정되고, 3.0(logddpm) 이상 4.5(logddpm) 이하가 바람직하고, 3.3(logddpm) 이상 3.6(logddpm) 이하가 보다 바람직하다. 토탈 이너트는, 5 ％ 이상 35 ％ 이하가 바람직하고, 15 ％ 이상 20 ％ 이하가 보다 바람직하다. 이 토탈 이너트에 대해서는, JIS M8816의 석탄 미세 조직 성분[마세랄(Maceral)]의 분석값 중, 세미퓨지나이트(semi-fusinite)의 비율 및 미세 조직 성분군(마세랄 그룹)의 비율을 이용하여, 하기 식으로 산출된다.

상기 식 중, MM(미네랄 매터)는 광물질을, A는 회분(무수 베이스, JIS M8812로 측정)을, S는 전체 유황분(무수 베이스, JIS M8813으로 측정)을 의미한다.

석탄 성분의 추출을 효율적으로 행하기 위해, 그 추출시에는 석탄을 미리 5 ㎜ 이하로 분쇄하는 것이 적당하다.

무회탄의 제조에서 사용하는 유기 용매에는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 1환 방향족 화합물 ; 나프탈렌, 메틸나프탈렌, 디메틸나프탈렌, 트리메틸나프탈렌, 비페닐, 지방족 측쇄 또는 방향족 치환기를 갖는 비페닐 등의 2환 방향족 화합물 ; 3환 방향족 화합물 등의 1종 또는 2종 이상의 유기 용매를 사용할 수 있다. 단, 1환 방향족 화합물을 사용하는 경우, 석탄 성분의 추출률이 낮고, 추출률을 향상시키기 위해 추출 온도를 높일 때에는, 그 온도로 설정하기 위한 압력이 높아지는 경우가 있다. 또한, 3환 방향족 화합물을 사용하는 경우, 당해 화합물의 끓는점이 높은 일반적 경향이 있으므로, 석탄으로부터의 유기 용매 분리가 곤란해지는 경우가 있다. 그로 인해, 2환 방향족 화합물을 사용하는 것이 적합하다. 보다 적합한 2환 방향족 화합물은 끓는점 180 ℃ 내지 330 ℃인 것이다.

또한, 석탄의 액화 방법 등에서 사용되는 것이 알려져 있는 테트라인 등의 수소 공여성 용매를 사용하면, 석탄을 가용화 또는 액화하여 석탄 성분의 높은 추출률을 실현할 수 있지만, 수소 공여성 용매의 수소 원자가 석탄의 구성 분자로 이동하는 경우가 있다. 따라서, 수소 공여성 유기 용매가 아닌, 비수소 공여성 유기 용매를 선택하여 석탄 성분의 추출을 행하는 것이 적합하다.

유기 용매에 의한 석탄 성분의 추출에서는, 석탄과 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 조제하여 석탄 성분의 추출을 행하고, 그 후 슬러리의 상등액(上澄液) 등의 액체부로부터 유기 용매를 제거하면 무회탄이 얻어진다.

슬러리 중의 석탄 농도는 10 내지 35 질량％로 하는 것이 적절하고, 슬러리를 가열하여 석탄 성분을 추출하면 좋다. 이 추출 조건은, 예를 들어 슬러리를 300 ℃ 내지 420 ℃에서 5 내지 120분간 유지한다. 300 ℃보다 낮은 온도에서는, 석탄의 구성 분자간의 결합을 충분히 약화시킬 수 없기 때문에 석탄 성분의 추출률이 낮아지고, 420 ℃보다 높은 온도에서는 석탄의 열분해 반응에서 발생한 열분해 래디컬이 석탄에 재결합되므로 역시 석탄 성분의 추출률이 낮아진다. 한편, 300 내지 420 ℃의 온도에서는, 석탄의 구성 분자간의 결합이 느슨해지는 동시에 온화한 열분해가 발생되게 되므로 석탄 성분의 높은 추출률이 달성된다. 또한, 추출에 있어서의 압력에 대해서는, 유기 용매가 끓는점에 도달하는 일이 없도록 조정하게 되어, 통상 0.8 내지 2.5 ㎫이고, 추출시의 분위기는 불활성 가스(예를 들어, 질소) 분위기이면 좋다.

석탄 성분의 추출 후, 유기 용매의 제거를 행하기에 앞서, 추출 후의 석탄을 유기 용매로부터 분리하는 것이 필요해진다. 이 분리에서는, 공지의 분리 방법을 채용하면 좋다. 그 공지의 분리 방법으로서는, 예를 들어 침강법, 여과법을 들 수 있고, 여과법에서는 여과 필터의 여과량이 제한되므로, 대량의 석탄을 분리하기 위해서는 침강법을 채용하는 것이 적합하다. 또한, 유기 용매 중에서의 석탄 성분의 석출 등을 피하기 위해, 슬러리로부터의 석탄의 제거 온도는 추출시와 동일한 온도로 설정하는 것이 적합하고, 압력에 대해서도 마찬가지이다.

도1은 무회탄을 제조하기 위한 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 탱크(1)에 있어서 석탄과 유기 용매가 혼합되어 슬러리가 생성되고, 이 슬러리가 펌프(2)에 의해 송출되고, 예열기(3)를 통과하는 동안에 소정의 온도로 가온된 후에, 추출조(4)에 공급된다. 추출조(4)에 있어서, 슬러리가 교반기(10)에서 교반되면서 석탄 성분이 유기 용매로 추출된 후, 슬러리는 중력 침강조(5)에 공급된다. 중력 침강조(5)에서는 성분이 추출된 후의 석탄이 도시한 화살표(11)의 방향으로 침강하여 중력 침강조(5) 내의 상등액이 필터 유닛(8)으로 공급되는 한편, 침강물이 침강물 수용기(6)에 회수된다. 상등액은 필터 유닛(8)에 내설된 필터 부재(7)에서 여과되고, 여과액은 상등액 수용기(9)에 회수된다. 계속해서, 회수된 여과액으로부터 유기 용매를 증발 제거시킴으로써 무회탄이 얻어진다. 유기 용매를 증발 제거하는 방법으로서는, 스프레이 드라이법, 증류법, 진공 건조법 등의 일반적인 건조 방법을 적용하면 좋다.

본 발명에 있어서의「열질탄」에 해당되는 석탄은, 점결탄, 미점결탄, 비점 결탄, 갈탄이다. 이 열질탄에 해당되는 각 석탄이나 다른 석탄을 명확하게 분류하기 위한 일반적인 기준은 없다. 그래서 본 발명에서는, 탄소 함유율(d.a.f.) 91.0 ％ 초과의 석탄을 무연탄, 탄소 함유율(d.a.f.) 85.0 ％ 이상 91.0 ％ 이하의 석탄을 강점결탄, 탄소 함유율(d.a.f.) 83.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만의 석탄을 점결탄, 탄소 함유율(d.a.f) 80.0 ％ 이상 83.0 ％ 미만의 석탄을 미점결탄, 탄소 함유율(d.a.f.) 78.0 ％ 이상 80.0 ％ 미만의 석탄을 비점결탄, 탄소 함유율(d.a.f.) 70.0 ％ 이상 78.0 ％ 미만의 석탄을 갈탄, 탄소 함유율(d.a.f.) 70.0 ％ 미만의 석탄을 이탄(泥炭)이라 한다. 즉, 점결탄, 미점결탄, 비점결탄 및 갈탄이 본 발명에 있어서의 열질탄에 해당되게 되므로, 당해 열질탄은 탄소 함유율(d.a.f.)이 70.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만인 석탄이다. 또한, 석탄의 분류화의 기준이 되는 탄소 함유율(d.a.f.= dry ash free)은 석탄의 수분과 회분을 제외한 유기질의 함유율(질량％)을 말하고, JIS M8819에 준하여 측정할 수 있다.

무회탄과 열질탄을 혼합할 때의 사용량은, 무회탄 0.05 질량부 이상 0.50 질량부 이하와 열질탄 1질량부이다. 무회탄이 0.05 질량부 미만이면, 점결성을 기초로 한 작용이 불충분해진다. 한편, 무회탄이 0.50 질량부를 초과하면, 열질탄보다도 무회탄이 고가이므로 경제적이지 않고, 또한 점결성을 기초로 하는 작용이 과잉으로 된다. 즉, 무회탄의 양이 상기 범위 밖일 때에는, 코크스 강도를 높게 할 수 없다. 열질탄을 1질량부로 하였을 때의 무회탄의 양은 0.15 질량부 이상 0.30 질량부 이하가 바람직하다.

그런데, 석탄의 건류(코크스화)에서는 석탄의 용융·연화가 발생하는 동시 에, 열분해에 의한 휘발분이 생성되고, 적당한 강도와 기공률을 아울러 갖는 코크스가 생성되는 것이 알려져 있다. 열질탄은 용융성이나 점결성이 부족하여, 열질탄만을 건류하여 얻어진 코크스의 강도는 낮다. 특히 열질탄의 일종인 갈탄에 관해서는 용융성 및 점착성이 없어, 갈탄을 건류해도 약한 탄소가 생성될 뿐이다. 혼합 공정, 성형 공정, 가열 공정, 분쇄 공정을 거쳐서 얻어진 분쇄탄을 포함하는 배합탄을 건류하는 것이 본 발명에 관한 코크스의 제조 방법인 바, 본 발명자들은 건류 공정에 있어서의 분쇄탄 중의 무회탄은 갈탄끼리를 결합하는 능력을 갖고 있지만, 갈탄끼리의 거리가 긴 경우에는 그 결합 능력이 충분히 발휘되지 않아, 보다 강도가 높고, 기공률이 적당한 코크스를 얻을 수 없는 것도 발견한 것이다. 즉, 보다 강도가 높은 코크스를 제조하기 위해서는, 무회탄과 열질탄의 양자를 미세화하는 것이 적합한 것이다. 미세화는, 예를 들어 무회탄과 열질탄의 혼합에 앞서, 해머밀, 조크러셔(jaw crusher), 제트밀 등의 공지의 분쇄 장치를 사용하여 분쇄하는 형태 ; 무회탄과 열질탄의 혼합과 동시에 분쇄하는 형태를 들 수 있다.

무회탄과 열질탄의 입도는, 이들이 분쇄되어 있으면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 모두 0.5 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 0.2 ㎜ 이하이다. 이 입도는 소정의 눈이 개방된 체를 통과할 수 있는지 여부로 결정된다(이하, 입도의 결정 방법은 동일). 예를 들어, 눈이 0.5 ㎜인 체를 통과하는 무회탄의 입도는 0.5 ㎜ 이하이다. 무회탄의 입도를 0.5 ㎜ 이하로 하면, 혼합탄 중에 있어서의 열질탄 주위의 무회탄 배분이 좋아져, 보다 강도가 높은 코크스를 제조할 수 있게 된다. 또한, 열질탄의 입도를 0.5 ㎜ 이하로 하면, 가열 공정에 있어서 열질탄의 내부까 지 점결성이 충분히 부여되게 되므로, 보다 강도가 높은 코크스를 제조할 수 있게 된다.

성형 공정 :

혼합탄을 성형한 성형탄을 얻는 본 공정을 마련함으로써, 무회탄과 열질탄 사이의 거리가 짧아져, 높은 강도의 코크스를 실현할 수 있다. 보다 높은 강도의 코크스를 실현하기 위해서는, 성형압을 적절하게 설정하고, 무회탄 및 열질탄 사이에 있어서의 거리의 장단의 지표가 되는 겉보기 밀도를 적합화한다. 이 적합한 성형탄의 겉보기 밀도는 0.80 g/㎤ 이상 1.00 g/㎤ 미만, 보다 적합하게는 0.85 g/㎤ 이상 0.95 g/㎤ 이하이다. 겉보기 밀도가 0.80 g/㎤ 미만인 경우, 무회탄과 열질탄의 거리가 비교적 길어지므로 보다 강도가 높은 코크스를 제조하는 데 적합하지 않으며, 또한 성형탄의 핸들링성이 불충분한 점이 남는다. 한편, 1.00 g/㎤ 이상이면, 지나치게 조밀하여 가열 처리 공정 과정에서의 성형탄 중으로부터의 가스 유출이 불충분해져 당해 과정에서 성형탄이 자괴되는 경우가 있고, 또한 성형압을 높이는 것은 경제적이지 않다.

가열 공정 :

가열 공정에서는 성형탄을 가열하여 열처리탄을 얻는다. 본 공정에 있어서, 성형탄 중의 무회탄의 열용융성과 점결성을 열질탄으로 이행시키기 위해, 무회탄의 온도를 그 연화 온도(통상, 30O ℃) 이상으로 가열한다. 이에 의해, 액화한 무회탄이 열질탄에 융화되기 쉬워지고, 또한 무회탄과 열질탄의 구성 분자가 활성화되어 각 분자의 상호 작용이 강해진다. 무회탄의 연화 개시 온도는 기셀러 유동성 시험에서 측정되는 연화 개시 온도이며, 가열에 의해 설정하는 무회탄의 온도는 그 연화 개시 온도보다도 높은 온도가 좋고, 연화 개시 온도보다도 10 내지 30 ℃ 정도 높은 온도가 바람직하다. (연화 개시 온도 + 30 ℃)를 초과하는 온도에서 가열하면, 성형탄 내에서 급격하게 가스가 발생하여 성형탄의 외관이 원형을 유지하지 못할 정도로 변형되는 경우가 있다.

가열 시간(성형탄이 설정 온도로 되고 나서의 시간)은 30분 이내이면 좋고, 10분 이내가 바람직하다. 장시간의 가열 처리를 행하면, 얻어지는 열처리탄의 점결성이 저하되어 버리기 때문이다.

분쇄 공정 :

분쇄 공정에서는 열처리탄을 분쇄하여 임의의 입도의 분쇄탄을 얻는다. 분쇄탄의 입경이 큰 것은, 보다 고강도의 코크스를 얻기 위해서는 불리하다. 그로 인해, 한층 강도가 높은 코크스를 실현하기 위해서는, 분쇄 처리를 조정하고, 분쇄탄의 80 질량％ 이상을 입도 3 ㎜ 이하로 하는 것이 적합하다. 이 적합한 이유는, 건류 공정의 과정에서 분쇄탄의 주위에 강점결탄 등이 적절하게 분산되기 때문이라고 생각된다.

열처리탄의 분쇄를 행하기 위해서는, 해머밀, 조크러셔, 제트밀 등의 공지의 분쇄 장치를 사용하면 좋다.

건류 공정 :

건류 공정에서는 분쇄탄과 적절하게 분쇄한 강점결탄을 배합하여 조제한 배합탄을 건류하여 코크스를 얻는다. 배합탄을 조제하기 위한 석탄은, 분쇄탄, 강점 결탄 이외의 다른 석탄을 사용해도 좋지만, 분쇄탄과 강점결탄만을 사용하는 것이 최적이다.

배합탄 중의 분쇄탄의 배합률은 5 질량％ 이상이면 좋고, 배합하는 강점결탄이나 요구되는 코크스 강도에 따라서는 분쇄탄의 배합률을 50 질량％ 이상으로 하는 것도 가능하다. 5 질량％ 미만이면, 강점결탄의 사용량 삭감의 의의가 약해져 버리는 동시에, 경제적이지 않다. 분쇄탄의 배합량이 지나치게 많은 경우에는 코크스 강도가 저하되는 경향이 있고, 또한 실현되는 코크스 강도와 경제성의 균형으로부터 분쇄탄의 배합량은 50 질량％ 이하, 통상 30 질량％ 전후이다.

배합탄을 건류하면, 배합탄의 연화·용융, 재고화, 코크스화가 발생한다. 이 건류에서의 조건은 특별히 한정되지 않고, 코크스로를 사용하는 통상의 건류 조건을 채용할 수 있다. 온도 조건은, 예를 들어 950 ℃ 이상 1200 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 1000 ℃ 이상 1050 ℃ 이하, 건류 시간은 예를 들어 8시간 이상 24시간 이하, 보다 바람직하게는 10시간 이상 20시간 이하이다.

(선철의 제조 방법)

얻어진 코크스는, 종래부터 알려져 있는 바와 같이 제철용으로서 사용 가능하다. 즉, 선철의 제조에 이용할 수 있다. 상기 코크스는 강도가 우수하므로, 고로에 있어서의 선철 제조에도 적합하게 사용된다. 그리고 코크스의 강도가 높기 때문에, 고로 내에 있어서의 우수한 통기성을 실현할 수 있다. 또한, 고로에 있어서의 선철의 제조 방법은 공지의 방법을 채용하면 좋고, 예를 들어 고로에 철광석과 코크스를 각각 층 형상으로 교대로 적층시켜 고로의 하부로부터 열풍, 필요에 따라서 미분탄을 불어 넣는 방법을 들 수 있다.

이하에 실시예 등을 언급하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 전기·후기의 취지에 적합한 범위에서 적절하게 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 이하의 참고예 중에는, 본 발명에 관한 코크스의 제조 방법에 해당되는 것도 있고, 이 해당 방법이 본 발명으로부터 제외되는 의도는 없다.

(무회탄)

역청탄[탄소 함유율(d.a.f.) 83.2 ％] 5 ㎏과, 2환 방향족 화합물인 1-메틸나프탈렌(신닛뽄세이떼쯔 가가꾸샤제) 20 ㎏을 혼합하여 슬러리를 조제하였다. 질소 퍼지한 내용적 30 L의 오토 클레이브 내에 있어서, 1.2 ㎫, 370 ℃, 1시간의 조건에서 슬러리를 처리하고, 2환 방향족 화합물에 의한 역청탄 성분의 추출을 행하였다. 이 추출과 동일 온도, 동일 압력의 조건의 중력 침강조 내에서, 슬러리를 상등액과 고형분 농축액으로 분리하고, 다음에 증류법에 의해 상등액으로부터 2환 방향족 화합물을 분리·회수하고 남은 것을 무회탄으로서 얻었다. 무회탄은 수량이 2.7 ㎏, 회분이 900 ppm이었다. 또한, 무회탄의 기셀러 유동성 시험에 의한 연화 개시 온도는 305 ℃, 최고 유동도는 4.7(logddpm)이었다.

(열질탄)

탄소 함유율(d.a.f.)이 71.1 ％인 인도네시아산의 갈탄을 해머밀로 분쇄한 것을 이용하였다.

(강점결탄)

탄소 함유율(d.a.f.)이 91.6 ％인 러시아산의 강점결탄을 해머밀로 분쇄하여 이용하였다. 분쇄 후의 강점결탄은 입도 1 ㎜ 이하가 80 질량％ 이상인 것이었다.

(코크스의 제조)

열질탄과 연화 개시 온도가 305 ℃인 무회탄을 혼합하여 혼합탄을 얻고, 직경 30 ㎜, 길이 50 ㎜의 원통형 캐비티에 혼합탄을 장입하여 실온에서 가압 성형하였다(조건의 상세는, 후기 표1 참조). 얻어진 성형탄을 불활성 가스(질소 가스) 분위기 중에서 가열하여 얻은 열처리탄을, 해머밀로 분쇄하여 분쇄탄을 얻었다(조건의 상세는, 후기 표1 참조).

분쇄탄과 강점결탄과 배합하여 배합탄을 조제하였다(배합량에 대해서는, 후기 표1 참조). 폭 378 ㎜ × 길이 121 ㎜ × 높이 114 ㎜의 크기의 캔 용기에, 상기 배합탄을 충전하였다. 이 캔 용기 4개를 또한 강제의 레토르트(크기 : 폭 380 ㎜ × 길이 430 ㎜ × 높이 350 ㎜)에 나열하여 넣고, 이 캔 용기를 폭 방향으로 가열할 수 있는 양면 가열식 전기로에 상기 레토르트를 넣어 배합탄을 건류하였다. 이때의 건류 조건은 1000 ℃, 10시간으로 하고, 레토르트를 전기로로부터 취출하여 약 16시간에 걸쳐서 자연 방냉하였다.

자연 방냉 후의 레토르트로부터 4개의 캔 용기를 취출하고, 폭 방향의 절반에 상당하는 189 ㎜ 부분의 코크스를 잘라내었다. 양면 가열을 행한 경우, 폭 방향의 정중앙에 해당되는 장소는 탄심이라 불리고, 가열면으로부터 탄심까지의 소성된 코크스는 가열면에 가까운 곳으로부터 헤드, 보디, 테일이라 불리고 있고, 헤드, 보디, 테일의 가열시의 승온 속도의 차이에 의해 강도에 차이가 발생하는 것이 알려져 있다. 그로 인해, 폭 방향의 절반에 상당하는 189 ㎜ 부분의 코크스의 헤드, 보디, 테일의 부분에 상당하는 약 60 ㎜로 분할한 각각의 부위로부터, 대략 직방체(1변 : 약 20 ㎜ ± 1 ㎜)로 잘라내어 정립된 코크스를 얻었다. 이 정립된 코크스를 증류수로 세정하여, 정립시(잘라냄시)에 부착된 코크스의 미세 분말을 제거하고, 150 ℃ ± 2 ℃의 건조기로 건조하였다.

(코크스 강도 지수)

상기 세정, 건조 후의 코크스를 강도 측정용 샘플로 하여 I형 강도(코크스 강도 지수)를 측정하였다. I형 강도 시험에 이용하는 장치에는, SUS재로 제작된 원통 형상의 용기(길이 720 ㎜, 원의 저면 직경 132 ㎜)를 이용하여, 이 용기에 강도 측정용 샘플을 200 g 넣고, 1분간 20회의 회전 속도로 합계 600회의 회전 운동에 의한 충격을 샘플에 가하였다. 이 원통의 회전은, 원통의 길이 720 ㎜의 정중앙에 해당되는 360 ㎜의 부분에 회전축을 설치하고, 이 회전축을 중심으로 원통을 회전시켜 원통의 저면이 직경 720 ㎜의 원을 그리도록 행하였다. 규정의 600회전의 회전에 의한 충격을 가한 후, 이 원통 형상의 용기로부터 샘플을 취출하고, 9.5 ㎜의 체 눈의 체로 쳐서 선별하여 체 상의 질량을 측정하였다. 이때, 체에 걸린 것도 체 상으로 하여 질량을 측정하였다. I형 강도 지수는 이하와 같이 하여 산출하였다.

I형 강도 지수 DI⁶⁰⁰ _9.5 = 100 × 9.5 ㎜ 체 상 질량(단위 : g)/200 g

하기 표1에, 코크스 강도 지수를 코크스의 제조 조건과 함께 나타낸다.

표1로부터 이하의 것을 확인할 수 있다.

(1) 제1, 제2 비교예에 따르면, 성형 공정에 있어서의 무회탄량이 0.05 질량부 이상 0.50 질량부 이하의 범위 밖이면, 높은 강도를 실현할 수 없었던 것.

(2) 제3 내지 제5 비교예에 따르면, 성형 공정의 생략, 가열 공정에 있어서의 연화 개시 온도 미만의 가열, 분쇄 공정의 생략은, 높은 코크스의 실현에는 부적절한 것.

(3) 제1 실시예와 제1 참고예에 따르면, 가열 공정에 있어서 무회탄의 연화 개시 온도(305 ℃)보다도 30 ℃ 초과의 온도에서 가열하면, 최적의 강도의 코크스를 실현할 수 없는 것.

(4) 제1 실시예와 제2 참고예에 따르면, 열질탄과 무회탄은 모두 입도 0.5 ㎜ 이하가 적합한 것.

(5) 제1 실시예와 제3, 제4 참고예에 따르면, 성형 공정에서 얻어지는 성형탄의 겉보기 밀도는 0.80 g/㎤ 이상 1.00 g/㎤ 미만이 적합한 것.

도1은 무회탄을 제조하기 위한 장치의 일례를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 탱크

2 : 펌프

3 : 예열기

4 : 추출조

5 : 중력 침강조

6 : 침강물 수용기

7 : 필터 부재

8 : 필터 유닛

9 : 상등액 수용기

10 : 교반기

Claims (8)

1. 무회탄 0.05 질량부 이상 0.50 질량부 이하 및 탄소 함유율(d.a.f.)이 70.0 ％ 이상 85.0 ％ 미만인 열질탄 1질량부를 혼합하여 혼합탄을 얻는 혼합 공정과,

   상기 혼합탄을 성형하여 성형탄을 얻는 성형 공정과,

   상기 무회탄의 연화 개시 온도 이상으로 상기 성형탄을 가열하여 열처리탄을 얻는 가열 공정과,

   상기 열처리탄을 분쇄하여 분쇄탄을 얻는 분쇄 공정과,

   상기 분쇄탄 및 탄소 함유율(d.a.f.)이 85.0 ％ 이상 91.0 ％ 이하인 강점결탄을 포함하는 배합탄을 건류하는 건류 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열질탄이, 탄소 함유율(d.a.f.)이 70.0 ％ 이상 78.0 ％ 미만의 갈탄인 코크스의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 성형 공정에서 사용하는 혼합탄 중의 무회탄과 열질탄의 입도가, 모두 0.5 ㎜ 이하인 코크스의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 성형 공정에 있어서, 겉보기 밀도가 0.80 g/㎤ 이상 1.00 g/㎤ 미만인 성형탄을 얻는 코크스의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 분쇄 공정에서 얻어지는 분쇄탄의 80 질량％ 이상이, 입도 3 ㎜ 이하인 코크스의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 건류 공정에 있어서의 배합탄 중의 분쇄탄의 배합률이 5 질량％ 이상 50 질량% 이하인 코크스의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제철용으로서 사용되는 코크스의 제조 방법.
8. 제7항에 기재된 코크스의 제조 방법에 의해 얻어진 코크스를 사용하는 선철의 제조 방법.

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