KR101160012B1 - 미분탄 수송성 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

미분탄이 수용되는 도가니; 상기 도가니의 하부에서 열을 가하는 가열부; 상기 도가니의 내부에 위치하는 메쉬; 일단이 상기 메쉬에 결합하여 상기 메쉬를 회전시키는 회전축; 및 상기 회전축의 타단에 결합하여 상기 회전축의 회전저항을 측정하여, 상기 미분탄의 입자간 마찰력을 측정하는 측정부를 포함하는 미분탄 수송성 측정장치는 미분탄 내의 수분의 영향성을 배제하고 정확한 전단응력을 측정하여 이를 기초로 미분탄의 수송성을 정량적인 수치로 얻을 수 있어 미분탄의 취입 조업시 정확한 미분탄 취입량을 계산하여 취입조건을 제어함으로써 고로에서의 작업효율을 향상시킬 수 있다.

Description

미분탄 수송성 측정장치 및 측정방법 {Apparatus for measuring transpotability of pulverized coal and method for measuring thereof}

미분탄의 입자간 전단응력 측정의 정확도를 높여 미분탄의 수송성을 정량화 하여 측정하는 미분탄 수송성 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

제철소에서의 고로 조업은 산화철과 같은 원료를 장입시키고 용융 및 환원시켜 용선으로 만드는 조업이다. 이러한 고로 조업에서 원료 만큼 중요한 것이 탄소를 포함하는 연료이다. 연료는 고로 내에서 열원 및 환원제로서 역할을 하며, 통기와 통액성을 확보가 고로 조업에 있어서 매우 중요하며 그 연료로서 코크스가 널리 이용된다.

본 발명은 미분탄의 입자간 전단응력 측정의 정확도를 높여 미분탄의 수송성을 정량화한 미분탄 수송성 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 미분탄 수송성 측정장치는 미분탄이 수용되는 도가니; 상기 도가니의 하부에서 열을 가하는 가열부; 상기 도가니의 내부에 위치하는 메쉬; 일단이 상기 메쉬에 결합하여 상기 메쉬를 회전시키는 회전축; 및 상기 회전축의 타단에 결합하여 상기 회전축의 회전저항을 측정하여, 상기 미분탄의 입자간 마찰력을 측정하는 측정부를 포함한다.

또한, 상기 도가니는 스테인레스스틸(STS) 재질로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

이때, 상기 측정부는 레오미터를 이용할 수 있다.

이때, 상기 가열부는 물의 끓는점 이상의 온도로 가열한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 미분탄의 수송성 측정방법은 회전축을 중심으로 회전하는 메쉬가 수용된 도가니에 미분탄을 장입하는 단계; 상기 메쉬를 회전하여 상기 미분탄과의 마찰력 또는 토크를 측정하는 단계; 및 상기 마찰력 또는 토크를 상기 미분탄의 전단응력으로 환산하는 단계를 포함한다.

한편, 상기 도가니에 미분탄을 장입하는 단계 이후에 상기 미분탄을 가열하여 수분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 가열은 물의 끓는점 이상의 온도로 가열할 수 있다.

본 발명의 미분탁 수송정 측정장치를 이용하면, 미분탄 내의 수분의 영향성을 배제하고 정확한 전단응력을 측정하여 이를 기초로 미분탄의 수송성을 정량적인 수치로 얻을 수 있어 미분탄의 취입 조업시 정확한 미분탄 취입량을 계산하여 취입조건을 제어함으로써 고로에서의 작업효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분탄 수송성 측정장치를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분탄 수송성 측정장치의 도가니 부분을 나타낸 투시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분탄 수송성 측정방법을 나타낸 순서도.

이하에서는 미분탄 수송성 측정장치 및 측정방법에 관해 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분탄 취입량 측정장치를 나타낸 개념도로서, 미분탄(1), 도가니(10), 메쉬(15), 회전축(25), 측정부(20) 및 가열부(30)가 도시되어 있다.

본 발명에서는 최근 연료로서의 코크스가격이 크게 증가하여, 제조 원가 절감을 위해 코크스의 대체 연료로서 미분탄을 사용하는 경우에 미분탄의 취입량을 제어하기 위한 미분탄 측정에 관한 것이다.

미분탄(Pulverized coal)(1)이란 석탄의 부유선탄 과정에서 물과 함께 부유하거나, 채탄 중에 탄진으로 사방으로 흩어지는 미세한 크기의 석탄을 의미한다. 크기는 일정하지는 아니하나, 대략 0.5mm이하로 생각할 수 있다.

과거에는 미분탄은 선탄처리를 하지 않고 침전지에서 회수하여 그대로 상품으로 공급되었기 때문에 용도가 한정되었으나, 부선기, 탈수기, 건조기 등에 의한 처리기술이 발달함에 따라 미분탄의 문제점을 개선하여 이용범위가 넓어지게 되었다.

이러한 미분탄을 고로에 취입하는 이유는 석탄을 건류하여 괴상화시킨 코크스의 제조공정의 부담을 줄여 이로 인해 발생하는 SOx등 환경오염물질의 발생을 저감하고 상대적으로 비싼 코크스의 사용량을 줄일 수 있기 때문이다. 다만, 코크스에 비해, 정량적인 제어가 어렵다는 문제가 있다.

미분탄을 고로에 연료로서 활용하기 위해서 풍구를 통해서 미분탄을 송풍과 함께 고로내로 불어 넣는데 이 때, 파쇄성, 수송성, 연소성이 중요한 물성으로 평가된다. 특히, 수송성이 나쁜 경우는 풍구를 통해 미분탄 취입 시 풍구를 막히게 하는 문제가 발생한다.

하지만, 수송성을 평가하기 위한 지수가 아직 정립되지 못한 실정이며, 안식각 측정을 통한 수송성 예측 방법은 미분탄에 내장되어 있는 수분의 영향성을 배제하지 못해 미분탄(1) 성분 중 하나인 VM(Volutile matter)의 영향으로 점착성이 생겨 측정시 편차가 심하게 나타난다는 문제점 때문에 정량적인 평가로 볼 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 수송성을 정량적으로 평가하기 위해 수분의 영향을 최소화 하고 미분탄(1)의 전단응력을 측정하여 이를 기초로 미분탄(1)의 수송성을 평가하는 장치를 제공한다.

도 1을 참조하면, 도가니(10)는 미분탄(1)이 장입되는 수용장치로서, 수분 증발을 위해 가열하는 경우에는 열에 견딜 수 있는 재질이면서, 열 전도성도 있는 재질이 바람직하다. 그 예로서, 스테인레스스틸(STS) 재질로 된 도가니(10)를 사용할 수 있다.

도가니(10)의 형상은 도 1에는 원통형상으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 국한되지 아니하고, 미분탄(1)이 수용될 수 있는 오목한 그릇 형상이라면 변형이 가능하다.

메쉬(15)는 도가니(10)의 내부에 위치하며, 미분탄(1)을 장입한 후에 메쉬(15)가 회전을 하면, 도가니(10) 내부가 비어있을 때에 비해 마찰력을 받게 된다. 이러한 마찰력의 크기 또는 그로 인해 메쉬(15)의 회전시 작용하는 토크를 측정함으로써 미분탄(1)의 전단응력을 산출 할 수 있다.

메쉬(15)의 눈 크기에 따라 미분탄(1)과의 마찰력이 달라진다. 메쉬(15)의 형상은 미분탄(1) 내에서 회전운동 시 마찰력을 받을 수 있는 형상이면 다양한 형상이 가능하고, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 도가니(10)의 형상에 상응하는 형상인 원통형으로 하는 경우 미분탄(1)의 응력측정에 정확성을 기할 수 있다.

다음으로, 회전축(25)은 일단이 메쉬(15)와 결합하여 메쉬(15)를 회전시킨키는 봉형 부재로서, 회전 운동을 위해 회전축(25)은 모터를 구비한다.

측정부(20)는 회전축(25)의 타단에 결합하여 상기 회전축(25)의 회전 속도를 감지하여 미분탄(1)에 의한 마찰력 또는 회전시 발생하는 토크를 측정한다. 측정부(20)에서 측정한 값을 기초로 미분탄(1)의 전단응력을 계산할 수 있으며, 측정부(20)로 유동성과 변형에 관한 유변물성(물질의 점도, 탄성률, 응력, 전단속도 등)을 측정하는 레오미터(Rheometer)를 이용할 수 있다.

가열부(30) 도가니(10)의 하부에서 열을 가하여, 미분탄(1)에 포함되어 있는 수분을 제거한다. 가열부(30)로서, 직접 연소를 통해 열을 가하는 램프나, 버너를 이용할 수도 있으며, 실제 실험에서는 가열부(30)로서, 핫플레이트를 이용하여 수분을 증발시켰다.

이때, 가열부(30)는 미분탄(1)의 수분을 증발시키는 것이 목적이므로, 물의 끓는점 이상의 온도(예를 들면 105℃)로 가열한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 미분탄(1)의 수송성 측정방법에 대해 그 순서도를 도시한 도 3을 참조하여 설명하도록 한다. 상술한 본 발명의 일측면에 따른 미분탄(1) 수송성 측정장치를 활용하여 미분탄(1)의 수송성을 측정하는 방법에 관한 것으로, 상술한 미분탄(1) 수송성 측정장치에서 언급한 내용은 반복하여 설명하지 않고 생략하도록 한다.

먼저, 회전축(25)을 중심으로 회전하는 메쉬(15)가 수용된 도가니(10)에 미분탄(1)을 장입한다(S100).이때, 미분탄(1)은 메쉬(15)가 완전히 덮일 수 있는 정도로 장입하는 것이 정확한 측정을 위해 바람직하다.

다음으로 미분탄(1)을 가열하여 수분을 제거한다(S200). 미분탄(1)은 수분이 많은 경우 미분탄(1)의 성분중 하나인 VM(volutile matter)의 영향으로 인한 점착성 때문에 매 측정시 편차가 크게 나타난다. 이러한 편차를 줄이기 위해 수분을 제거한다. 수분의 완벽한 제거를 위해 물의 끓는점 이상의 온도(예를 들면 105℃)로 가열할 수 있다.

다음으로 메쉬(15)를 회전하여 미분탄(1)과의 마찰력 또는 토크를 측정하고(S300) 마찰력 또는 토크를 미분탄(1)의 전단응력으로 환산한다(S400). 메쉬(15)가 도가니(10) 내부의 미분탄(1)에 의해 받는 저항 또는 토크를 측정하여 미분탄(1)의 점탄성적 특성을 측정한다. 이러한 특성을 측정하기 위해 레오미터(Rheometer)를 이용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 권리는 상기 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다.

1: 미분탄 10: 도가니
15: 메쉬 20: 측정부
25: 회전축 30: 가열부

Claims (7)

1. 미분탄이 수용되는 도가니;
   상기 도가니의 하부에서 열을 가하는 가열부;
   상기 도가니의 내부에 위치하는 메쉬;
   일단이 상기 메쉬에 결합하여 상기 메쉬를 회전시키는 회전축; 및
   상기 회전축의 타단에 결합하며 상기 미분탄 내에서 상기 메쉬가 상기 회전축과 함께 회전시 발생하는 마찰력 또는 토크를 측정하는 측정부를 포함하는 미분탄 수송성 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 도가니는
   스테인레스스틸(STS) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 미분탄 수송성 측정장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 측정부는
   물질의 유동과 변형에 관한 유변성질을 측정하는 레오미터(Rheometer)인 것을 특징으로 하는 미분탄 수송성 측정장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가열부는
   물의 끓는점 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 미분탄 수송성 측정장치.
5. 회전축을 중심으로 회전하는 메쉬가 수용된 도가니에 미분탄을 장입하는 단계;
   상기 메쉬를 회전하여 상기 미분탄과의 마찰력 또는 토크를 측정하는 단계; 및
   상기 마찰력 또는 토크를 상기 미분탄의 전단응력으로 환산하는 단계를 포함하는 미분탄의 수송성 측정방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 도가니에 미분탄을 장입하는 단계 이후에
   상기 도가니를 가열하여 상기 미분탄에 포함된 수분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄의 수송성 측정방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 수분을 제거하는 단계는
   물의 끓는점 이상의 온도로 상기 가열하는 것을 특징으로 하는 미분탄의 수송성 측정방법.

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