KR101245322B1 - 미분탄 성형 방법 및 성형 장치 - Google Patents

Abstract

석탄 건조 과정에서 발생되는 미분탄을 보다 용이하게 성형하여 괴상화할 수 있고, 미분탄을 상온에서 성형함으로써 조업성을 개선할 수 있도록, 배합탄 건조과정에서 분급된 미분탄과 미 건조된 배합탄의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 제조된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함하는 미분탄 성형 방법을 제공한다.

Description

미분탄 성형 방법 및 성형 장치{DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING BRIQUETTE BY PULVERIZED COKE}

본 발명은 코크스 제조용 배합탄 건조시 발생되는 미분탄을 괴상화하기 위한 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 미분탄의 성형성과 조업성을 개선한 미분탄 성형 방법 및 성형 장치에 관한 것이다.

세계적인 조강생산량의 급격한 증가로 인해 철광석 및 야금용 코크스 제조를 위한 석탄의 수요가 증가하고 있다. 이에 석탄의 가격 급등과 양질의 점결탄에 대한 고갈우려 및 확보에 대한 어려움이 점점 커지고 있다. 이와 같은 환경 하에서 야금용 코크스 제조에 사용되는 석탄을 다양화하고, 점결력이 약한 미점결탄의 사용비를 증가시키기 위한 여러 기술들이 개발 적용되고 있다.

이중 석탄의 전처리 기술로서 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분을 저감하는 건조기술이 주로 활용되고 있다. 석탄의 수분 건조에는 건조 효율이 우수한 유동층 건조기가 주로 이용되고 있다.

유동층 건조기 내부에서 석탄은 열풍에 의해 유동화되면서 건조된다. 건조된 조립의 석탄은 유동층 건조기 하부를 통해 배출된다. 석탄이 건조되는 과정에서 발생되는 미분탄은 공급되는 열풍유속에 의해 집진설비에 의해 포집된다. 집진설비에서 포집된 미분탄은 물이나 바인더를 혼합하여 일정형태로 성형된다. 성형된 미분탄은 유동층 건조기에서 건조된 조립탄과 혼합된 후 코크스 오븐내로 공급되어 코크스로 제조된다.

종래 석탄 건조 과정에서 발생되는 미분탄을 성형하는 구조를 살펴보면, 유동층 건조기에서 발생되는 80 ~ 350℃의 미분탄에 점결재로 타르 및 피치 계열의 바인더를 혼합하고, 이를 열간 가압 성형하여 괴성탄으로 제조하였다.

그런데, 종래의 구조는 유동층 건조기에서 분급된 미분탄의 경우 수분이 매우 낮고 입도 역시 매우 작아 자체의 충전 밀도(bulk density)가 낮기 때문에 미분탄 성형을 위해 바인더를 혼합하였을 때 바인더와의 혼합이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 성형기를 통한 괴성화 과정에서 충전 밀도 향상을 위해 가압 성형하게 되는 데 이때 미분탄을 가압하여 이송하기 어려운 점이 있다.

또한, 미분탄을 바인더와 혼합하여 열간 성형을 하므로, 미분탄과 성형기의 온도를 유지해야 하며, 석탄 열분해에 의한 타르 발생 등의 문제점이 발생된다.

이에, 석탄 건조 과정에서 발생되는 미분탄을 보다 용이하게 성형하여 괴상화할 수 있도록 된 미분탄 성형 방법 및 성형 장치를 제공한다.

또한, 미분탄을 상온에서 성형함으로써 조업성을 개선할 수 있도록 된 미분탄 성형 방법 및 성형 장치를 제공한다.

이를 위해 본 제조 방법은, 배합탄 건조과정에서 분급된 미분탄과 미 건조된 배합탄의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 제조된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 성형탄 제조 단계는 상온에서 이루어질 수 있다.

상기 바인더는 피치 또는 타르 또는 당밀 또는 글리세린 계열에서 선택되는 적어도 하나 이상 일 수 있다.

상기 바인더는 미분탄과 배합탄의 혼합 원료 100 중량부에 대해 4 ~ 8중량부로 포함될 수 있다.

상기 배합탄은 혼합 원료에 대해 10 ~ 40중량%로 포함될 수 있다.

한편, 본 장치는 건조기에서 분급된 미분탄이 저장되는 미분탄 호퍼와, 미 건조된 배합탄이 저장되는 배합탄 호퍼, 바인더가 저장되는 바인더 호퍼, 상기 각 호퍼에 연결되어 미분탄과 배합탄 및 바인더를 혼합하는 혼합기, 상기 혼합기에 연결되어 혼합된 혼합물을 성형탄으로 제조하기 위한 성형기를 포함할 수 있다.

상기 미분탄 호퍼에 연결되어 미분탄 호퍼로부터 미분탄을 일정 비율로 배출하여 상기 혼합기로 이송하는 미분탄 배합조를 포함할 수 있다.

상기 배합탄 호퍼에 연결되어 배합탄 호퍼로부터 배합탄을 일정 비율로 배출하여 상기 혼합기로 이송하는 배합탄 배합조를 포함할 수 있다.

상기 바인더 호퍼에 연결되어 바인더 호퍼로부터 바인더를 일정 비율로 배출하여 상기 혼합기로 이송하는 바인더 배합조를 포함할 수 있다.

본 장치는 미분탄과 배합탄의 혼합 원료 100중량%에 대해 배합탄이 10 ~ 40중량%로 포함될 수 있다.

본 장치는 미분탄과 배합탄의 혼합원료 100중량부에 대해 상기 바인더가 4 ~ 8중량부로 포함될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 미분탄을 미건조된 배합탄화 혼합하여 괴성화함으로써, 미분탄의 성형성을 높일 수 있게 된다.

또한, 미분탄의 성형이 상온에서 이루어짐으로, 조업설비를 보다 단순화하고 조업성을 개선할 수 있게 된다.

이와 같이 석탄 건조 과정에서 발생된 미분탄을 괴성화하여 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 장입밀도를 높일 수 있고, 이에 코크스 품질을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 저가의 저급탄 사용비를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 코크스 오븐 조업을 안정적으로 유지 할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 미분탄 성형 장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 미분탄 성형시 바인더의 혼합량에 대한 성형율 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 미분탄 성형시 배합탄의 혼합량에 대한 성형탄 강도 실험 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 미분탄 성형 장치를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이 본 장치는 코크스 오븐에 장입될 배합탄의 건조 과정에서 발생되는 미분탄에 미 건조된 배합탄과 바인더를 혼합하고 이를 괴상화하여 성형탄(P)을 제조하게 된다.

상기 배합탄을 건조하기 위한 건조기(100)는 예를 들어, 배합탄을 열풍에 의해 유동화시키면서 건조시키는 유동층 건조기일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 상기 건조기(100)에서 분급된 미분탄은 사이클론과 백필터와 같은 집진설비(110)를 통해 포집된다.

상기 건조기(100)에서 분급되어 집진설비(110)를 통해 포집된 미분탄은 미분탄 호퍼(10)로 이송되어 저장된다. 또한, 상기 건조기를 거치지 않고 미 건조된 배합탄은 배합탄 호퍼(12)로 이송되어 저장된다. 또한, 상기 미분탄과 배합탄의 혼합 원료에 혼합되는 바인더는 바인더 호퍼(14)에 저장되어 준비된다.

본 장치는 상기 각 호퍼에 연결되어 미분탄과 배합탄 및 바인더를 혼합하는 혼합기(30)와, 상기 혼합기에 연결되어 혼합된 혼합물을 성형탄(P)으로 제조하기 위한 성형기(40)를 포함한다.

여기서 상기 각 호퍼와 혼합기 사이에는 미분탄과 배합탄 및 바인더를 배합 비율에 맞춰 혼합기로 배출하기 위한 배합조가 구비된다. 즉, 상기 미분탄 호퍼(10)에 저장된 미분탄은 미분탄 배합조(20)를 통해 일정 비율로 혼합기(30)로 이송된다. 상기 배합탄 호퍼(12)에 저장된 배합탄은 배합탄 배합조(22)를 통해 일정 비율로 혼합기(30)로 이송된다. 또한, 상기 바인더 호퍼(14)에 저장된 바인더는 바인더 배합조(24)를 통해 일정 비율로 혼합기(30)로 이송된다.

상기 혼합기(30)는 상기 미분탄과 배합탄의 혼합 원료에 바인더를 고르게 혼합하여 혼합물을 제조한다.

본 실시예에서 상기 바인더는 미분탄의 성형성을 확보하기 위해 타르나 피치 또는 당밀 또는 글리세린 계열의 바인더로 이루어질 수 있다.

상기 성형기(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 쌍롤형 구조로 이루어진다. 예를 들어 상기 성형기(40)는 서로 대향 배치되어 회전되는 두 개의 롤(42)과, 상기 롤의 상부로 배치되는 호퍼(44), 호퍼 내에 설치되는 압입 스크류(46)를 포함할 수 있다. 상기 성형기의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다.

이에 상기 혼합기(30)에서 상기 성형기(40)로 투입된 혼합물은 성형기의 롤 사이를 통과하면서 가압 성형되어 소정 형태의 성형탄(P)으로 제조된다.

여기서 상기 미분탄과 배합탄 및 바인더의 혼합과 성형은 종래 구조에서의 온도와 비교하여 낮은 상온에서 이루어진다. 즉, 상기 고온의 미분탄은 미 건조된 배합탄 및 바인더와 혼합되어 그 온도가 80℃ 이하로 낮아진다. 이에 미분탄을 종래와 비교하여 낮은 온도하에서 혼합 및 성형할 수 있게 된다.

이하, 상기 성형 장치를 참조하여 본 실시예에 따른 미분탄 괴성화 과정을 살펴보면 다음과 같다.

본 제조 방법은 배합탄 건조과정에서 분급된 미분탄과 미 건조된 배합탄의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 제조된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함한다.

건조기에서 분급된 상기 미분탄은 입도가 0.3mm 이하이고, 온도가 80 ~ 150℃에 이르며 수분 함량은 3% 이하로 낮아진다. 상기 배합탄은 미 건조된 상태로 수분 함량이 7 ~ 10%이다.

일정 비율에 따라 혼합기로 공급된 미분탄과 배합탄 및 바인더는 고르게 혼합되어 혼합물로 제조된다.

이와 같이 상기 미분탄에 미 건조된 배합탄을 혼합함으로써, 미분탄의 온도를 낮출 수 있게 되며, 이에 종래와 비교하여 상온에서 미분탄의 성형이 가능하게 된다.

상기 혼합물은 다음 공정인 성형기로 이송되고 압축 성형되어 소정 형태의 성형탄으로 제조된다. 여기서 상기 혼합물은 고온의 미분탄에 저온의 배합탄이 혼합된 상태로 혼합물의 온도가 낮아져 홉합물을 압축 성형하는 과정 역시 혼합과정과 마찬가지로 종래와 비교하여 낮은 온도 하에서 이루어진다.

여기서 상기 바인더는 타르나 피치 또는 당일 또는 글리세린 계열의 바인더로 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 바인더는 상기 혼합 원료 100중량부에 대해 외삽으로 4 ~ 8중량부로 포함될 수 있다. 상기 바인더가 4중량부 미만으로 포함될 경우 미분탄의 성형성이 저하된다. 또한, 상기 바인더가 8중량부를 초과하게 되면 바인더에 의한 효과의 증대는 더 이상 기대하기 힘들다.

도 2는 바인더의 혼합비에 대한 성형탄의 성형율 실험 결과를 도시하고 있다.

상기 실험은 건조기에서 분급된 미분탄과 미 건조된 배합탄 및 바인더를 혼합하여 성형기를 통해 압축 성형하여 제조한 성형탄을 이용하여 이루어졌다. 성형탄 제조에 사용된 미분탄은 0.3mm의 입도로 수분 함량은 2%이다. 배합탄은 3mm의 입도로 수분 함량이 9%인 원료가 사용되었다. 상기한 성분의 미분탄 86중량%와 배합탄 14중량%의 혼합 원료 100중량부에 대해 바인더의 혼합량을 달리하여 성형탄을 제조하였다. 바인더로는 글리세린 계열의 바인더가 사용되었다.

그리고 성형기(Komarek Briquetter)를 이용하여 미분탄과 배합탄 및 바인더의 혼합물을 압축성형하여 성형탄을 제조하였다. 이때 상기 성형기의 성형압은 1.5t/cm이고, 롤 회전속도는 3rpm, 혼합물의 가압 이송 속도는 30rpm이다.

제조된 성형탄에 대한 성형율 실험은 성형기를 거쳐 그 모양을 유지하는 성형탄의 성형율 비율과, 성형기를 거친 성형물 중 1mm 이상의 입도를 갖는 성형물의 성형율 비율을 확인하여 이루어졌다.

도 2에 도시된 바와 같이, 바인더가 4중량부 이상인 경우 성형율이 높아짐을 확인할 수 있다. 또한, 바인더가 6 중량부 이상에서 성형탄의 성형율이 80%로 나타나고 성형물의 성형율은 85%로 나타나 일정하게 유지됨을 알 수 있다.

이에 상기 실험에서와 같이, 바인더를 혼합 원료 100중량부에 대해 4 ~ 8중량부로 혼합하는 경우 성형율을 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 배합탄은 혼합 원료에 대해 10 ~ 40중량%로 포함하며, 미분탄은 혼합 원료에 대해 60 ~ 90중량%로 포함할 수 있다.

상기 혼합 원료에 대한 배합탄의 혼합비율이 10중량% 미만인 경우 미분탄의 양이 상대적으로 증가하여 성형탄의 강도가 저하된다. 또한, 상기 혼합 원료에 대한 석탄의 혼합비율이 40중량%를 초과하는 경우 역시 성형탄의 강도 저하가 우려된다.

도 3은 미분탄과 배합탄의 혼합비에 대한 성형탄의 강도 실험 결과를 도시하고 있다.

상기 실험은 건조기에서 분급된 미분탄과 미 건조된 배합탄 및 바인더를 혼합하여 성형기를 통해 압축 성형하여 제조한 성형탄을 이용하여 이루어졌다. 성형탄 제조에 사용된 미분탄은 0.3mm의 입도로 수분 함량은 2.7%이다. 배합탄은 3mm의 입도로 수분 함량이 8.7%인 원료가 사용되었다. 상기한 미분탄과 배합탄의 혼합 원료에 바인더로 글리세린 계열의 바인더를 혼합 원료 100중량부에 대해 6중량부로 혼합하였다. 그리고 성형기(Komarek Briquetter)를 이용하여 미분탄과 배합탄 및 바인더의 혼합물을 압축성형하여 성형탄을 제조하였다. 이때 상기 성형기의 성형압은 1.5t/cm이고, 롤 회전속도는 3rpm, 혼합물의 가압 이송 속도는 30rpm이다.

제조된 성형탄에 대한 강도 실험은 성형탄을 압축하여 파쇄될 때의 강도를 측정하는 압축강도 측정기기를 통해 이루어졌다.

도 3에 도시된 바와 같이, 미분탄의 혼합량이 증가할수록 성형탄의 압축강도가 향상됨을 알 수 있다. 성형탄을 5일 건조한 후 실시된 압축 강도 실험 역시 대체적으로 미분탄의 혼합량이 증가할수록 성형탄의 압축강도가 커진다.

실험 결과 배합탄이 10중량% 이하로 포함되는 경우에는 배합탄의 혼합량이 한계치 이하로 줄어 성형탄의 강도가 급격히 저하된다. 또한, 배합탄의 혼합량이 10% 이상에서는 강도가 거의 일정하게 유지되다 40중량%를 넘게 되면 강도 저하가 나타난다.

따라서 상기 실험에서와 같이, 배합탄을 혼합 원료에 대해 10 ~ 40중량%로 혼합하는 경우 성형탄의 강도를 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 미분탄 호퍼 12 : 배합탄 호퍼
14 : 바인더 호퍼 20 : 미분탄 배합조
22 : 배합탄 배합조 24 : 바인더 배합조
30 : 혼합기 40 : 성형기

Claims (11)

1. 배합탄 건조과정에서 분급되어 집진설비를 통해 포집된 미분탄과 미 건조된 배합탄의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와;
   상온에서 제조된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계
   를 포함하는 미분탄 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 성형탄 제조 단계는 상온에서 이루어지는 미분탄 성형 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 바인더는 상기 혼합 원료 100 중량부에 대해 4 ~ 8중량부로 포함되는 미분탄 성형 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배합탄은 상기 혼합 원료에 대해 10 ~ 40중량%로 포함되는 미분탄 성형 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 바인더는 피치, 타르, 당밀 및 글리세린 계열에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 미분탄 성형 방법.
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