KR101150276B1 - 코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스 발생 방지를 위한 코크스용 코팅제 - Google Patents

코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스 발생 방지를 위한 코크스용 코팅제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제선용 고로(高爐)의 연료로 사용되는 코크스의 제조공정에서 코크스오븐 및 소화과정을 거쳐 냉각되어 배출되는 코크스를 이송 내지 저장하는 과정에서 물리적 충격에 의해 코크스가 균열 및 파손되는 것을 방지함과 동시에 분코크스의 발생을 방지하기 위하여 이송 중에 있는 코크스의 표면에 분사하는 코팅제의 제공을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 코팅제는 제1성분으로 폴리비닐알코올(PVA)에 제2성분으로 폴리아크릴산, 나트륨폴리아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 배합한 피막성분과 다가알코올 혼합물 및 계면활성제를 포함하는 수성용액으로 조성되고, 상기 제1성분 및 제2성분으로 이루어진 피막성분이 5 ~ 10중량%, 다가알코올 혼합물이 10 ~ 20중량%, 계면활성제 1 ~ 2중량% 및 나머지는 물로 이루어진다.
본 발명에 따른 코팅제는 코크스의 표면에 분사되어 코크스 표면에 피막을 형성함으로써 이송되는 과정에서 코크스 간의 상호충돌, 기타 물리적인 충격에 의해서 코크스가 균열되거나 파손되지 않으며, 이송과정에 코크스가 낙하되는 경우에도 쉽게 파손되지 않으므로 제조된 코크스에서 분코크스의 발생을 방지하여 제강공정에서 연료를 사용하기 위한 코크스의 품질을 개선하여 제강공정의 생산성을 향상시키는 효과를 달성하며, 또 분코크스의 발생으로 인한 작업장의 분위기를 오염시키는 문제점을 개선하는 효과를 나타낸다.

Description

코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스 발생 방지를 위한 코크스용 코팅제{Coating composition for cokes}
본 발명은 제선용 고로의 연료로 사용되는 코크스용 코팅제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 코크스 제조공정에서 코크스오븐 및 소화과정을 거쳐 배출되어 이송되는 코크스의 표면에 분사하여 코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스의 발생을 방지하기 위한 코팅제에 관한 것이다.
일반적으로 제선용 고로의 연료로 사용되는 코크스는 석탄을 코크스 오븐에서 건류하여 얻어진 코크스를 습식 또는 건식소화설비에서 냉각하여 제조되며, 습식소화방식은 물에 의한 냉각방식으로 다량의 물이 소요되고, 코크스 품질이 다소 저하되는 관계로 주로 건식소화장치(Coke Dry Quench equipment, 약칭하여 ‘CDQ’라 함)를 채용하여 코크스를 냉각하고 있다.
상기 소화설비에서 냉각되어 배출되는 코크스는 입도를 구별하지 않고 코크스빈(코크스 저장조)으로 이송하여 저장되고, 그 후 선별과정에 의해 제강용 고로(高爐)의 연료로 적합한 입도의 코크스로 분류하는 과정을 거쳐 고로에 장입된다.
상기 제선용 고로(高爐)의 연료로 사용되는 코크스는 습식 또는 건식소화설비에서 소화과정을 거쳐 냉각되어 배출되고, 저장 및 선별을 위해 이송되는 과정에서 물리적인 충격으로 인하여 균열이 발생하거나 파손되는 경우에 연료로 적합한 입도의 코크스를 생산함에 있어서 생산효율이 떨어지며, 또 균열이 발생하거나 파손될 때 발생하는 분코크스는 공기 중에 비산하여 오염발생의 원인이 된다.
코크스 제조공정에서 제조된 코크스의 균열 내지 파손방지를 위한 선행기술에 관하여 예를 들면, 국내 실용신안공보 공고번호 실1996-0008752호에 건식소화설비에서 배출되는 코크스의 분화방지장치를 개시하고 있으며, 이는 건식소화설비의 배출기에 분화방지판을 설치하여 배출시 낙하에 의한 충격을 최소화하여 코크스의 분화를 방지하는 장치에 관한 것이다.
또 국내 공개특허공보 공개번호 10-2006-0075276호에는 벨트 컨베이어에 의해 운반하는 광석, 코크스 등의 이송 도중에 벨트 컨베이어에서 낙하하여 주변지역의 환경을 오염시키는 환경문제 등을 방지하기 위하여 벨트 컨베이어 상에 폭방향으로 미끄럼턱을 형성하는 개폐부를 설치한 벨트 컨베이어 슈트를 개시하고 있다.
상기한 선행기술들은 코크스 제조공정 중에 소화설비에서 냉각되어 배출되는 과정에서 배출조절 수단에 의하여 배출을 조절하거나, 이송되는 벨트 컨베이어에서 낙하방지수단에 의해 코크스의 낙하를 방지하는 기술로서, 다 같이 기존의 장치 또는 설비에 일정한 기계적 수단을 부가하여 코크스에 미치는 충격을 방지하는 기술이다.
본 발명은 코크스 제조공정 중에서 습식 또는 건식 소화설비에서 냉각 및 배출되어 저장 및 선별을 위해 이송되는 과정에서 물리적 충격으로 인하여 코크스가 균열 및 파손되는 것을 방지함과 동시에 균열 및 파손에 의한 분코크스의 발생을 방지하기 위하여 코크스의 표면에 코팅제를 분사함으로써 매우 간단한 방법에 의해 코크스의 균열의 발생 내지 파손을 방지할 뿐 아니라 분코크스의 발생을 방지할 수 있는 것으로서 상기한 종래기술에서 기계적 수단에 의해 낙하 등에 의해서 코크스가 분화되는 것을 방지하는 기술과는 상이한 것이다.
본 발명은 제선용 고로(高爐)의 연료로 사용되는 코크스의 생산공정에서 이송 중에 있는 코크스의 표면에 분사하는 코팅제의 제공에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 제강용 고로(高爐)의 연료로 사용되는 코크스의 제조공정에서 코크스오븐 및 소화과정을 거쳐 냉각되어 배출되는 코크스를 이송 내지 저장하는 과정에서 물리적 충격에 의해 코크스가 균열 및 파손되는 것을 방지함과 동시에 균열 및 파손에 의한 분코크스의 발생을 방지하기 위하여 코크스의 표면에 분사하는 코크스용 코팅제의 제공을 목적으로 하는 것이다.
일반적으로 제선용 고로(高爐)의 연료로 사용되는 코크스는 코크스 오븐에서 약 1,000℃로 배출되며, 습식 또는 건식소화장치를 거쳐 표면온도가 150 ~ 200℃로 냉각되어 배출된다. 이러한 제조공정에 의해 제조되는 코크스는 원료 석탄에 대하여 75% 정도의 코크스와 25% 정도의 코크스오븐 가스로 전환되며, 제조된 코크스 중에는 입도 20mm 이상인 괴상의 코크스가 75%를 차지하고 나머지는 분코크스이며, 분코크스는 입도가 작기 때문에 직접적으로 고로(高爐)의 연료로 사용될 수 없고, 주로 소결 원료, 제강 가탄재 등으로 활용되어 오고 있다.
그리고 제선공정에서 연료로 사용되는 코크스는 고강도가 요구될 뿐 아니라, 고로(高爐)의 조업시 고로(高爐) 내의 통기성 등을 위하여 20 ~ 25mm의 괴코크스가 요구되므로 제조되는 코크스는 생산과정에서 파손되지 않는 것이 바람직하지만, 제강공정에서 연료로 사용되는 코크스는 저장 및 입도 선별을 위하여 컨베이어벨트에 의해 이송되며, 이러한 이송과정에서 코크스는 물리적인 충격 등에 의해 균열 및 파손되는 경우가 있고, 또한, 균열 및 파손에 의해 분코크스가 발생하므로 작업환경을 악화시킬 뿐 아니라 적정한 입도를 갖는 코크스의 생산량이 감소되어 코크스의 품질을 저하시키고 나아가서는 제강공정의 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하여 코크스의 품질을 개선하고 제강공정의 생산성을 향상시키는 수단으로, 상기 건식소화장치(CDQ)에서 200℃로 냉각되어 배출되는 코크스 및/또는 코크스 입도 선별과정을 거쳐 이송되는 코크스의 표면에 제1성분으로 폴리비닐알코올(PVA)에 제2성분으로 폴리아크릴산, 나트륨폴리아크릴레이트 및 폴리비닐피롤리돈으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 배합한 피막성분과 다가알코올 혼합물 및 계면활성제를 포함하는 수성용액으로 이루어지는 것이다.
구체적으로는 전체 수성용액에 대하여 상기 제1성분 및 제2성분으로 이루어진 피막성분이 5 ~ 10중량%, 다가알코올 혼합물이 10 ~ 20중량%, 계면활성제 1 ~ 2중량% 및 나머지는 물로 이루어진다.
상기 본 발명에 따른 피막성분으로 제1성분인 폴리비닐알코올(PVA)은 폴리비닐아세테이트(PVAC)를 산 또는 알칼리 가수분해에 의해 제조하며, 가수분해 정도에 따라 물에 대한 용해도 등 상이한 물성을 나타내며, 가수분해도가 높은 경우 분자간의 수소결합이 강하여 융점이 높고 물에 용해되기 어려우며, 본 발명에서는 중합도가 1,000 ~ 5,000, 가수분해도 70 ~ 99%(mol/mol)인 것을 사용하는 것으로 이루어지며, 중합도가 1,700 ~ 2,600, 가수분해도 85 ~ 95%(mol/mol)인 것이 보다 바람직하다.
상기 폴리비닐알코올(PVA)은 필름화가 용이하고, 그 인장강도, 인열강도, 내마찰강도 및 내굴곡강도 등의 특성은 다른 합성호제에 비해 우수하지만, 중합도가 지나치게 낮으면 코크스의 표면에 대한 밀착성이 저하되기 쉽고, 중합도가 지나치게 높으면 점도가 높아져서 분사성이 악화되므로 코크스의 표면에 균일하게 분사되지 않는 문제점이 있다.
상기 본 발명에 따른 피막성분으로 제2성분인 폴리아크릴산, 나트륨폴리아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈은 널리 알려진 고분자 화합물들로서 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련된 기술자이면 어려움 없이 선택할 수 있는 고분자 화합물들이며, 상기 본 발명에 따른 피막성분으로 제2성분은 코팅제가 코크스 표면에 분사될 경우 코팅제와 코크스와의 접착력을 향상시켜 코크스 표면으로부터 코팅제의 박리현상을 방지하며, 또 코팅제의 피막강도도 향상시키는 성분으로 작용한다.
그리고 본 발명에 따른 피막성분인 제1성분과 제2성분의 배합비율은 중량% 비로 1 : 0.1 ~ 0.5의 비율로 배합되며, 제1성분의 배합량보다 제2성분의 배합량이 상기 배합범위에 미치지 못할 경우 본 발명에서 목적하는 코크스 표면으로부터 코팅제의 박리현상 및 코팅제의 피막강도가 약해지는 문제점이 발생하며, 또 제1성분의 배합량보다 제2성분의 배합량이 상기 배합범위를 초과할 경우에는 차후 코크스와 코팅제의 강한 접착현상 등으로 인하여 차기 고로(高爐)의 조업시 코크스의 장입공정 등에 악영향을 미치는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 본 발명의 코팅제 성분 중의 하나인 다가알코올 혼합물은 코팅제의 비점을 상승 및 내열성 향상을 위한 성분으로서, 코팅제가 뜨거운 코크스에 분사될 때 끓는 현상을 방지하며, 수성코팅제에 10 ~ 20중량% 함유되는 것이 바람직하며, 다가알코올의 함량이 상기 범위에 미치지 못하면 코팅제 피막의 인성(질김의 정도) 향상에 큰 영향을 주지 못하며, 다가알코올의 함량이 상기 범위를 초과하면 코팅제를 코크스 표면에 분사할 경우 과도한 내열성 증가에 의해 분사된 코팅제의 건조시간이 길어지는 현상을 유발한다.
상기 다가알코올 혼합물은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 1,3-부틸렌글리콜, 글리세린 및 폴리에틸렌글리콜로부터 하나 이상 성분을 선택 사용한다.
그리고 본 발명에 따른 계면활성제는 고분자물질로 이루어진 코팅제 성분들의 균일한 혼화성을 촉진하며, 코팅제의 점도조절 및 코팅제의 습윤성을 향상시켜 코크스에 코팅제가 잘 스며들게 하여 코팅제와 코크스의 결합성 등의 성질을 상승시키는 작용을 하는 성분으로서 수성코팅제에 대하여 1 ~ 2중량% 첨가되는 것이 바람직하며, 배합량이 과도할 경우 상온에서 코팅제가 겔화되어 바람직하지 않은 현상이 발생할 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 코팅제는 건식소화장치(CDQ)에서 코크스를 배출하는 배출구의 일정부위 또는 코크스 입도 선별과정을 거쳐 컨베이어벨트로 배출하는 배출구의 일정부위에 설치한 분사기에 의해 이송 중인 코크스의 표면에 분사하거나 또는 작업자가 직접 분사기를 사용하여 이송 중인 코크스의 표면에 본 발명에 따른 코팅제를 분사하는 것으로 이루어지며, 코팅제의 사용량은 코크스 단위면적당 중량에 대하여 약 0.1 ~ 0.5부피부로 분사하는 것이 바람직하며, 여기에 한정되지 않고, 필요에 따라 코팅제의 사용량은 적의 조절하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 코팅제는 이송 중인 코크스의 표면에 분사되어 코크스 간의 결착과 코크스 표면에 피막을 형성함으로써 이송되는 과정에서 코크스간의 상호충돌, 기타 물리적인 충격에 의해서 코크스가 쉽게 균열되거나 파손되지 않으므로, 이송과정에 코크스가 낙하되는 경우에도 쉽게 파손되지 않으며, 또한, 분코크스의 발생을 방지하여 제강공정에서 연료를 사용하기 위한 코크스의 품질을 개선하면서 제강공정의 생산성을 향상시키는 효과를 달성하며, 또 분코크스의 발생으로 인한 작업장의 분위기를 오염시키는 문제점을 개선하는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 코팅제 시험을 위한 코크스 냉간 모의 테스트 장치를 유기 개략적으로 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 코팅제 시험을 위한 코크스 냉간 모의 테스트 장치의 정면도
도 3은 상기 도 2에 도시된 코크스 냉간 모의 테스트 장치의 A-A 단면도
이하에서는 실시예 등을 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 후술하는 구체적인 설명이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
<실시예> 코팅제A, B 및 C의 제조
코팅제A.
중합도 1,700, 가수분해도 85.5%(mol/mol)의 폴리비닐알코올 60g, 폴리아크릴산 20g, 폴리에틸렌글리콜 50g, 글리세린 100g 및 계면활성제 15g을 상온에서 물을 혼합하여 1,000g이 되게 한 다음, 50℃에서 상기 성분들이 완전히 용해될 때까지 교반기로 충분히 교반하여 코팅제A를 제조하였다.
코팅제B.
중합도 2,400, 가수분해도 98%(mol/mol)의 폴리비닐알코올 60g, 폴리비닐피롤리돈(PVP) 30g, 글리세린 150g 및 계면활성제 15g을 상온에서 물을 혼합하여 1,000g이 되게 한 다음, 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 비중이 낮아 물에 뜨는 관계로 약 60℃에서 20분간 충분히 교반하면서 용해시켜 코팅제B를 제조하였다.
코팅제C.
중합도 2,600, 가수분해도 99.7%(mol/mol)의 폴리비닐알코올 60g, 나트륨아크릴레이트 10g, 폴리아크릴산 20g, 에틸렌글리콜 100g 계면활성제 15g을 상온에서 물을 혼합하여 1,000g이 되게 한 다음, 70℃에서 상기 성분들이 완전히 용해될 때까지 교반기로 충분히 교반하여 코팅제C를 제조하였다.
<시험예>
1. 코팅제 시험을 위한 시편제작
본 발명에 따른 코팅제의 시험을 위하여 아래 [표 1] 및 [표 2]에 나타낸 바와 같은 조건으로 코팅제A, B 및 C(시험군) 각각을 사용하여 시편1(표 1) 및 시편2(표 2)를 제작하였다.
구 분 코크스
온도		 코크스
중량		 코팅제 분사량
시험군
150~200℃		 입도 20~30mm
크기의 코크스
10kg		 0.2 ㎖/cm2 로 코팅제 분사 후,
20분 건조
대조군 코팅제 사용하지 않은
구 분 코크스
온도		 코크스
중량		 코팅제 분사량
시험군
150~200℃		 입도 20~30㎜
크기의 코크스
10kg		 코팅제에 코크스를 충분히 침지시킨 후,
20분 건조
대조군 코팅제 사용하지 않은
2. 제작된 시편에 의한 코팅제의 시험
본 발명에 따른 코팅제의 시험은 상기 제작된 시편1 및 시편2에 물리적 충격을 가하여 분코크스(입도 3㎜ 이하)의 발생에 의한 시편의 중량 감소를 측정하여 코팅제의 작용효과를 시험한 것이며, 시험방법으로는 도 1에 도시된 코크스 냉간 모의 테스트장치에 의해 회전하는 드럼통 내부에 각각의 샘플군(시편)을 투입한 후 드럼통을 60rpm/min의 속도로 회전시켜 드럼통 내부에서 코크스 상호 간에 물리적인 충돌을 일으키는 조건으로 하여 분코크스의 발생에 의한 시편의 중량감소를 측정하여 실험군과 대조군의 코크스 냉간 강도에 대하여 비교 테스트를 하였으며, 그 결과를 아래 [표 3 - 코크스 냉간 강도 테스트] 에 나타내었다.
구 분 드럼테스트 후 코크스 중량 비 고

실험 1		 코팅제A 10 Kg → 9.348 Kg 코크스 단위 면적당 0.2ml/cm2
분사
코팅제B 10 Kg → 9.148 Kg
코팅제C 10 Kg → 9.548 Kg
대조군 10 Kg → 8.543 Kg -

실험 2		 코팅제A 10 Kg → 9.722 Kg
코크스 표면 wetting
코팅제B 10 Kg → 9.643 Kg
코팅제C 10 Kg → 9.957 Kg
대조군 10 Kg → 8.676 Kg -
상기 [표 3]에 나타난 바와 같이 본 발명의 코팅제로 피복한 코크스와 무코팅 코크스(대조군)의 물리적인 충격시험(코크스 냉간 모의 테스트 장치에 의한 충격시험)에서 분코크스의 발생량을 검토하면, 본 발명의 코팅제로 피복한 코크스가 무코팅 코크스(대조군)에 비하여 분코크스 발생량이 적은 것으로 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 시험결과는 본 발명에 따른 코크스 코팅제를 피복함으로써 물리적 충격으로부터 분코크스의 발생이 방지되어 적정한 입자상태로 코크스의 운송이 가능하여지고, 또한, 분코크스의 발생으로 인한 작업장의 환경오염도 방지될 수 있음을 확인할 수가 있다.
T : 본 발명의 코팅제의 시험을 위한 코크스 냉간 모의 테스트장치
1 : 회전드럼 2 : 투입구
3 : 격벽

Claims (5)

  1. 제1성분으로 폴리비닐알코올(PVA)과 제2성분으로 폴리아크릴산, 나트륨폴리아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈으로부터 선택되는 하나 이상의 성분이 중량비로 1 : 0.1 ~ 0.5의 비율로 배합된 피막성분과 다가알코올 혼합물 및 계면활성제를 포함하는 수성용액으로 조성되고,
    상기 제1성분 및 제2성분으로 이루어진 피막성분이 5 ~ 10중량%, 다가알코올 혼합물이 10 ~ 20중량%, 계면활성제 1 ~ 2중량% 및 나머지는 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스 발생 방지를 위한 코팅제.
  2. 제 1항 있어서, 폴리비닐알콜(PVA)은 중합도가 1,000 ~ 5,000, 가수분해도 70 ~ 99%(mol/mol)인 것을 특징으로 하는 코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스 발생 방지를 위한 코팅제.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 다가알코올 혼합물이 글리세린과 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 것을 특징으로 하는 코크스의 균열 및 파손에 의한 분코크스 발생 방지를 위한 코팅제.
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