KR101267686B1 - 코크스 제조용 원료탄 배합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 제조용 원료탄 배합방법에 관한 것으로, 다수의 석탄 탄종으로 된 원료탄의 배합시 적치높이별로 배합하되, 휘발분 함량, 회분 함량이 설정 범위를 만족하도록 상기 석탄 탄종의 배합지수를 관리한다.
본 발명은 적치높이별로 휘발분 함량과 회분 함량 관리에 의해 석탄 탄종을 배합하므로 코크스 품질의 향상 및 유지가 가능한 이점이 있다.

Description

코크스 제조용 원료탄 배합방법{Mixing method of coal for making cokes}

본 발명은 코크스 제조용 원료탄 배합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스 품질 향상을 위한 코크스 제조용 원료탄 배합방법에 관한 것이다.

코크스는 고로의 열원으로 사용되는 연료인 동시에 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 코크스는 석탄을 코크스 오븐 설비에서 가열 건류하여 제조한다.

코크스 제조용 석탄은 건류시에 점결이 잘 이루어질 수 있는 점결성을 가져야하므로 원료로는 역청탄이 많이 사용된다. 코크스 제조에 이용되는 석탄을 일반적인 연료용과 구분하여 원료탄이라 칭한다.

본 발명의 목적은 다수의 탄종을 배합하여 코크스를 제조시 코크스 품질 향상을 위해 휘발분과 회분 함량을 기초로 배합지수를 관리하는 코크스 제조용 원료탄 배합방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 다수의 석탄 탄종으로 된 원료탄의 배합시 적치높이별로 배합하되, 휘발분 함량, 회분 함량이 설정 범위를 만족하도록 상기 석탄 탄종의 배합지수를 관리한다.

상기 배합지수는 적치높이에 따른 각 원료탄의 입도를 조사하는 단계와, 상기 입도에 따른 물성변화를 조사하는 단계와, 상기 조사한 물성변화를 기초로 각 원료탄의 휘발분 함량 및 회분 함량의 가중 평균치를 산출하는 단계를 통해 도출된다.

상기 가중 평균치는 상기 휘발분 함량 및 회분 함량이 설정 범위를 만족하도록 하는 각 탄종의 적치높이별 배합비율이다.

상기 휘발분 함량의 설정 범위는 24~26%이고, 상기 회분 함량의 설정 범위는 0 초과 11.5% 이하이다.

본 발명의 코크스 제조용 원료탄 배합방법은 다수의 석탄 탄종으로 된 원료탄의 배합시 적치높이별로 휘발분 함량, 회분 함량을 관리하여 석탄 탄종을 배합하므로 코크스 품질 향상 및 유지를 가능하게 하여 고로 공정 안정화를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 석탄 탄종(A탄종, B탄종, C탄종)의 적치높이에 따른 입도 변화를 보인 그래프.
도 2는 석탄 탄종(A탄종, B탄종, C탄종)의 적치높이에 따른 휘발분 함량을 보인 그래프.
도 3은 석탄 탄종(A탄종, B탄종, C탄종)의 적치높이에 따른 회분 함량을 보인 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 코크스 제조용 원료탄 배합방법은, 다수의 석탄 탄종으로 된 원료탄의 배합시 적치높이별로 배합하되, 휘발분 함량, 회분 함량이 설정 범위를 만족하도록 석탄 탄종의 배합지수를 관리한다.

고로에 사용하는 코크스를 제조하기 위하여 일반적으로 다수 탄종의 석탄이 배합되며, 이 배합탄을 고로 조업에 적합한 코크스로 제조하기 위해서 적치높이별로 휘발분 함량이 24~26%, 회분 함량이 0 초과 11.5% 이하가 되도록 배합지수를 관리한다.

코크스 품질에 영향을 미치는 인자는 크게 배합탄의 성상과 조업조건으로 구분된다. 배합탄의 성상으로는 유동도, 팽창률, 반사율 등이 대표적이고, 조업조건으로는 파쇄입도, 수분, 장입밀도, 건류온도, 시간 등이 있다.

배합탄의 성상은 원료 수급 상황에 따라 기준 범위 내에서 조정 가능하고, 조업조건 중 수분함량은 각 공장의 설비에 따라 차이가 있으며, 건류온도와 시간은 코크스 오븐의 구조에 따라 차이가 있다.

특히, 석탄을 해외에서 수입하는 우리나라의 경우 통상적으로 10~18탄종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조한다. 석탄은 탄종에 따라 성상 및 특성이 차이가 있고 적치높이에 따라서 입도 편석이 발생하고 입도에 따른 물성변화가 크다.

따라서, 다수의 탄종을 배합할 경우 품질 조건이 우수한 코크스를 제조할 수 있도록 각 석탄의 휘발분과 회분 함량을 기초로 배합지수를 관리한다.

석탄은 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소 등을 백분율로 나타낸다.

이 중 휘발분은 석탄의 성분 중 건류가스가 되는 성분으로서 휘발성인 것을 의미한다. 휘발분의 측정은 건조한 석탄을 공기를 차단하고 900±℃로 7분간 가열한 다음 그 감량으로부터 수분을 뺀 나머지를 휘발분으로 간주한다. 휘발분은 코크스 품질과 직접적인 관련이 있는데, 배합탄의 휘발분 함량이 24% 미만이거나 26%를 초과하면 코크스 강도가 저하되고 코크스 품질이 저하된다.

회분은 석탄을 태우고 남는 부분(재)를 의미한다. 회분은 고로 후공정에 영향을 미치는데, 배합탄의 회분 함량이 11.5%를 초과하면 재가 많아지면서 고로 내에서 분화가 일어나고 고로에 통기성을 제공하지 못하게 되어 수율이 떨어진다.

배합지수는 적치높이에 따른 각 원료탄의 입도를 조사하는 단계와, 입도에 따른 물성변화를 조사하는 단계와, 조사한 물성변화를 기초로 각 원료탄의 휘발분 함량 및 회분 함량의 가중 평균치를 도출하는 단계를 통해 산출된다.

가중 평균치는 휘발분 함량 및 회분 함량이 각각 24~26%, 11.5% 이하를 만족하도록 하는 각 탄종의 배합비율이다.

각 원료탄은 적치높이에 따라 입도 변화가 있으며, 이러한 입도 변화는 석탄에 포함된 휘발분과 회분의 함량비에 의한 것이다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 적치높이 20m에서 A탄종의 입도가 작고, C탄종, B탄종 순으로 입도가 크다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바에 의하면, 석탄 탄종의 적치높이가 높을수록 휘발분은 높아지고 회분은 감소하는 경향을 보인다. 이러한 경향은 입도가 클수록 회분이 증가하고 반대로 휘발분은 감소하는 석탄의 특성 때문이다.

이러한 특성을 고려하여 적치높이별로 휘발분과 회분의 함량을 관리하여 석탄을 배합함으로써 코크스의 품질을 향상시키고 유지시킨다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 실험을 통해 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

A, B, C 3종류의 석탄 탄종을 적치 높이에 따라 입도 변화를 측정하였다. 다음으로, A, B, C 3종류의 석탄 탄종의 적치 높이에 따른 휘발분 함량과 회분 함량을 측정하였다.

A, B, C 3종류의 석탄 탄종의 적치 높이에 따른 휘발분 함량과 회분 함량은 아래의 표 1에 나타내었다.

구분	휘발분			회분
	20m	10m	0m	20m	10m	0m
A탄종	33.7%	32.0%	30.2%	5.7%	6.9%	8.1%
B탄종	24.8%	22.6%	20.4%	6.3%	9.8%	13.2%
C탄종	22.7%	21%	19.3%	8.2%	11.2%	14.2%

표 1의 측정 결과는 도 2 및 도 3의 그래프에 도시된 데이터와 동일하다.

표 1의 측정 결과 적치높이가 높을수록 휘발분은 증가하고 회분은 반대로 감소하는 경향을 보였다. 또한 휘발분 증가에 따라 회분이 감소하는 경향이 유사한 경향을 보였다.

표 1의 측정 결과를 토대로 20m 적치높이의 A탄종, B탄종, C탄종의 배합비율 즉, 가중 평균치를 산출하면 대략 20%, 40%, 40%가 된다. 이는 A탄종, B탄종, C탄종을 배합한 배합탄의 휘발분 함량이 24~26% 범위를 만족하도록 산출한 것으로 20m 적치높이에서 휘발분 함량이 높은 A탄종의 함량을 줄이고 휘발분 함량이 낮은 B탄종, C탄종의 함량을 높여 조정하는 것에서 가능하다.

이 경우 적치높이별로 증가하는 휘발분 함량에 비례하여 회분 함량이 감소하는 경향을 보이므로 휘발분 함량을 고려하여 A탄종, B탄종, C탄종의 가중 평균치를 산출하면 회분의 함량도 설정된 범위를 만족하게 된다.

표 2는 표 1의 휘발분 함량 및 회분 함량을 고려하여 적치높이별로 A탄종, B탄종, C탄종의 가중 평균치를 산출한 것이다.

구분	A탄종	B탄종	C탄종	휘발분	회분	열간강도 (기준:67.6↑)
배합탄1 (20m)	20%	40%	40%	25.7%	7.0%	67.8
배합탄2 (10m)	40%	30%	30%	25.9%	9.0%	67.6
배합탄3 (0m)	50%	25%	25%	25.0%	10.9%	67.7

표 2에 의하면, 적치높이별로 휘발분 함량과 회분 함량을 고려하여 A탄종, B탄종, C탄종의 가중 평균치를 산출하는 경우 배합탄의 휘발분 함량이 24~26% 범위를 만족하고, 회분 함량도 11.5% 이하를 만족하였다.

A탄종 20%, B탄종 40%, C탄종 40%의 가중 평균치로 배합한 배합탄1의 경우 휘발분 함량과 회분 함량을 계산해보면,

휘발분 함량:(33.7×0.2+24.8×0.4+22.7×0.4)×100=25.7%

회분 함량:(5.7×0.2+6.3×0.4+8.2×0.4)×100=7.0%로 휘발분 함량과 회분 함량의 설정범위를 만족함을 확인할 수 있다.

또한, 상기 조건을 만족할 경우 제조한 코크스도 열간강도 기준 67.6 이상을 만족함을 확인할 수 있다.

표 3은 표 2와 비교하기 위한 것으로, 적치높이를 고려하지 않고 A탄종, B탄종, C탄종을 배합한 것이다.

구분	A탄종	B탄종	C탄종	휘발분	회분	열간강도 (기준:67.6↑)
배합탄4	20%	40%	40%	23.8%	9.8%	67.5
배합탄5	40%	30%	30%	25.9%	9.1%	67.6
배합탄6	50%	25%	25%	26.9%	8.7%	67.4

표 3은 A탄종, B탄종, C탄종의 각각 높이별 평균 데이터를 사용하여 배합비를 도출한 것이다.

표 3에 의하면, 적치높이를 고려하지 않고 A탄종, B탄종, C탄종을 배합한 경우 배합탄4 및 배합탄6의 경우처럼 휘발분 함량이 설정 범위를 만족하지 않는 경우가 발생하고 제조한 코크스의 열간강도도 기준을 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있음이 확인된다.

이를 통해, 각 석탄 탄종의 적치높이, 휘발분 함량, 회분 함량을 고려하여 석탄 탄종을 배합하는 것이 코크스 품질을 향상시킬 수 있는 방법임을 알 수 있다.

이는 코크스 품질에 영향을 미치는 변수를 줄여 코크스 품질을 향상시키고 나아가 제조원가를 절감시키고 코크스 생산성도 향상시키는 이점이 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

Claims (4)

1. 다수의 석탄 탄종으로 된 원료탄의 배합시 적치높이별로 배합하되, 휘발분 함량, 회분 함량이 설정 범위를 만족하도록 상기 석탄 탄종의 배합지수를 관리하며,
   상기 배합지수는
   적치높이에 따른 각 원료탄의 입도를 조사하는 단계와,
   상기 입도에 따른 물성변화를 조사하는 단계와,
   상기 조사한 물성변화를 기초로 각 원료탄의 휘발분 함량 및 회분 함량의 가중 평균치를 산출하는 단계를 통해 도출된 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 원료탄 배합방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가중 평균치는
   상기 휘발분 함량 및 회분 함량이 설정 범위를 만족하도록 하는 각 탄종의 적치높이별 배합비율인 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 원료탄 배합방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 휘발분 함량의 설정 범위는 24~26%이고, 상기 회분 함량의 설정 범위는 0 초과 11.5% 이하인 것을 특징으로 하는 코크스 제조용 원료탄 배합방법.

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