KR101269148B1 - 미분탄 조연제 - Google Patents
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Abstract
보조연료로 미분탄을 취입하는 노에서 연소를 촉진할 수 있는 물질을 첨가하여 미분탄과 함께 고로내로 취입하는 미분탄 조연제를 제공한다. 고로 하부 노심의 활성화를 위해 미분탄에 첨가하여 고로 보조연료로 사용하는 조연제에 있어서, 조연제는 연소대 주변의 용융물의 유동성을 개선하는 전로슬래그 20~50%, 카본물질의 연소를 촉진할 수 있는 과산화수소 10~15%와 치환 히드록시 방향족 에스테르 유도체 20~30% 및, 상기한 성분들이 미분탄과 혼합되도록 하는 계면활성제 3~12% 등을 포함한다.
미분탄, 조연제, 고로, 연료
Description
본 발명은 제선공정의 미분탄 연소개선용 첨가제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미분탄 조연제에 관한 것이다.
일반적으로, 용선을 생산하는 제선공정의 고로 및 용융로에서 하부 코크스나 성형탄 층이 원뿔형태로 쌓여있는 노심(deadman)의 내부상태는 노 내 가스의 통기성, 용선 및 슬래그의 통액성에 영향을 미쳐 고로조업을 관리하는데 있어서 매우 중요하다. 노심은 주로 코크스나 성형탄 덩어리로 형성되는데 분 코크스나 미연소된 촤(char)등이 코크스층 내에 쌓이게 되면 가스나 용융물의 흐름을 방해하여 조업에 어려움을 준다. 특히 노의 내용적이 커지면서 하부의 통기, 통액성 관리가 더욱 중요하게 되었음에도 불구하고 아직 노심의 분 코크스나 미연소 촤를 깨끗하게 제거하는 방법이 없으며 일부 부분적으로 이를 해결하기 위한 방법이 개발되었다.
한편, 초고속으로 산소를 격렬하게 고온의 연소반응이 일어나는 연소대를 지나 노심까지 보내기란 실제로 매우 어렵다. 환원성이 낮은 벽돌 등을 노 중심부로 보내는 방법은 가스가 주로 중심부로 흐르는데 이를 막는 결과를 초래하여 실제 조 업에 많은 지장을 줄 수 있다. 재송풍시 폐쇄되었던 풍구를 적절히 조절하여 열풍을 공급하여 노심을 승온시키는 방법은 재송풍시에만 국한되고 한참 조업이 진행 중에는 사용할 수 없다. 한편 에타놀 아민이나 메틸알콜 등을 주성분으로 하는 것들을 미분탄 파쇄시 첨가해 주는 방법은 이들 성분들이 미분탄 건조시 거의 모두 휘발하여 그 효과가 나타나기 어렵다. 그러므로 이들 방법은 실제 조업에서 유용하게 사용할 수 없다. 한편 정기수리 등 휴풍시에 한정적으로 사용할 수 밖에 없어서 지속적으로 조업을 해야 하는 상황에서는 이들 방법이 한계가 있다.
보조연료로 미분탄을 취입하는 노에서 연소를 촉진할 수 있는 물질을 첨가하여 미분탄과 함께 고로내로 취입하는 미분탄 조연제를 제공한다.
고로 하부 노심의 활성화를 위해 미분탄에 첨가하여 고로 보조연료로 사용하는 조연제에 있어서, 조연제는 연소대 주변의 용융물의 유동성을 개선하는 전로슬래그 20~50%, 카본물질의 연소를 촉진할 수 있는 과산화수소 10~15%와 치환 히드록시 방향족 에스테르 유도체 20~30% 및, 상기한 성분들이 미분탄과 혼합되도록 하는 계면활성제 3~12% 등을 포함한다.
전로슬래그는 산화칼슘(CaO) 40~50%, 이산화규소(SiO2) 10~15%, 산화마그네슘(MgO) 9~10%, 산화인(P2O5) 2~4%, 산화망간(MnO) 2~3%, 산화알루미늄(Al2O3) 0~3%, 산화티타늄(TiO2) 0.1~2%, 철(Fe) 15~20% 등을 포함할 수 있다.
전로슬래그의 염기도는 3~4이며, 200메쉬(0.127mm)이하의 크기로 파쇄하여 사용할 수 있다.
치환 히드록시 방향족 유도체는 헥실 히드록시 안식향산 헥실 페닐 에스테르 또는 헥실 히드록시 안식향산 도데실 페닐 에스테르일 수 있다.
계면활성제는 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르 초산염 또는 폴리옥시 에틸렌 알코올 에테르일 수 있다.
조연제는 광산에서 채굴된 원탄을 파쇄하기 위해 실어오는 컨베이어벨트 위에서 살포되며, 조연제는 1리터의 물에 조연제의 총량 100g을 녹여 살포되고, 조제된 용액상태의 조연제는 석탄 1톤당 1~2리터(1,000~2,000ppm) 살포될 수 있다.
조연제는 고로 및 파이넥스 용융로 하부에서 코크스가 쌓여있는 노심을 활성화할 수 있다.
또한, 조연제는 노심의 통기성을 개선하며, 노심의 온도를 높여 용융물의 점도를 낮추어 유동성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하 는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 미분탄 조연제는 고로 하부 노심의 활성화를 위해 미분탄에 첨가하여 고로 보조연료로 사용한다.
조연제는 전로슬래그 20~50%, 과산화수소 10~15%, 치환 히드록시 방향족 에스테르 유도체 20~30% 및, 계면활성제 3~12% 등을 포함한다. 전로 슬래그는 연소대 주변의 용융물의 유동성을 개선하는 성분이다. 과산화수소와 치환 히드록시 방향족 에스테르 유도체는 카본물질의 연소를 촉진할 수 있는 성분이다. 그리고 계면활성제는 상기한 성분들이 미분탄과 혼합되도록 하는 성분이다.
조연제는 고로 및 파이넥스(FINEX) 용융로 하부에 코크스가 원뿔형태로 쌓여있는 노심을 활성화할 수 있다. 그리고 조연제는 노심의 통기성을 개선하며, 노심의 온도를 높여 용융물의 점도를 낮추어 유동성을 확보하게 한다. 예를 들어, 고로 미분탄 취입 시 조연제를 첨가하면, 탄소성분의 연소를 촉진하여 노심 내에 분코크스나 미연소 촤(char) 등의 오염물질을 제거한다. 즉, 보조연료로 사용하는 미분탄을 취입하는 고로 및 파이넥스 용융로에서 미분탄에 조연제를 첨가하여 노심의 오염물질을 제거한다. 노 하부는 기체, 액체, 고체, 분체 등 4상이 존재하고 고온, 고압, 일산화탄소(CO)가스 등 인체에 유해한 가스가 있어서 사람이 접근하기 어렵고 내부를 관찰하기가 용이하지 않다. 그리고 이들 오염물질을 제거하기가 쉽지 않다. 한편 노심은 미분탄이 미연소된 촤나 분코크스 등이 노심을 형성하고 있는 코크스 또는 성형탄 층내로 들어와 쌓여 통액성이나 통기성이 악화된다.
조연제는 광산에서 채굴된 원탄을 파쇄하기 위해 실어오는 컨베이어벨트 위에서 살포된다. 즉, 조연제는 석탄이 실려 있는 컨베이어 벨트 위에 조연제를 뿌려주는 방식으로 살포된다. 광산에서 채굴해 온 석탄에 액체상태의 조연제를 살포하면, 이들이 호퍼로 낙하하여 장입되고 석탄 파쇄과정을 거치면서 골고루 혼합되게 한 후 고로 내로 취입되게 한다.
전술한 바와 같이 조연제는 전로슬래그 20~50%, 과산화수소 10~15%, 치환 히드록시 방향족 에스테르 유도체 20~30%, 계면활성제 3~12%등을 포함한다. 제강공장에 나오는 전로슬래그는 이미 재화되어 용융점이 1,300~1,350℃로 낮아 쉽게 용융할 수 있을 뿐만 아니라 금속산화물들이 연소반응의 촉매 기능을 한다. 전로슬래그는 산화칼슘(CaO) 40~50%, 이산화규소(SiO2) 10~15%, 산화마그네슘(MgO) 9~10%, 산화인(P2O5) 2~4%, 산화망간(MnO) 2~3%, 산화알루미늄(Al2O3) 0~3%, 산화티타늄(TiO2) 0.1~2%, 철(Fe) 15~20%등으로 구성된다. 전로슬래그의 염기도는 3~4이다. 전로 슬래그는 200메쉬(0.127mm)이하로 파쇄하여 사용한다. 과산화수소는 미분탄 연소시 산소공급원 및 연소촉진제 기능을 한다. 치환 히드록시 방향족 유도체의 구체적인 예는 헥실 히드록시 안식향산 헥실 페닐 에스테르 또는 헥실 히드록시 안식향산 도데실 페닐 에스테르 등이다. 계면활성제는 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르 초산염이나 폴리옥시 에틸렌 알코올 에테르 등을 사용한다. 이들은 1리터의 물에 조연제의 총량 100g정도를 녹여 살포가 용이하게 한다. 이와 같이 조제된 용액상태의 조연제는 석탄 1톤당 1~2리터(1,000~2,000ppm) 정도 살포한다.
본 발명의 실시예에 따라 미분탄에 첨가하는 조연제는 금속산화물 성분들이 탄소와 연소반응을 촉진하는 촉매 기능을 하며, 산소를 포함한 많은 물질들은 연소시 산소 공급원으로 사용된다. 본 발명의 실시예에 따라 제조된 조연제를 미분탄에 혼합하여 연소실험장치에서 미분탄의 연소효율 변화를 검토하였다. 조연제를 전혀 첨가하지 않은 경우에 비해 조연제를 1,000~2,000ppm첨가할 경우 연소효율이 2.6~3.3% 상승하였다.
본 발명의 실시예를 실제 조업에서 고로에 적용하여 석탄에 조연제를 1,000ppm 살포한 조업결과를 전후의 조업실적과 비교한다. 이 시험조업 기간을 다른 조업실적과 비교해 볼 때 고로 노저온도가 매우 안정화 되었으며, 환원제비(RAR)가 20kg/t-p정도 낮아 졌으며, 용선온도는 20~30℃ 정도 높아져 통액성이 개선된 것을 확인하였다. 한편, 고로 내 기체의 통기성을 나타내는 풍압이나 통기저항지수(TK, LK)가 낮아지면서 매우 안정되는 것을 확인하였다. 또한, 출선시간의 편차도 줄어든 것으로 나타나 고로 하부의 용융물 통액성이 개선되어 출선이 원활해진 것으로 판단된다. 한편 고로 정기 수리시 고로 내용물 샘플링을 통해 본 조연제를 사용하지 않을 경우와 사용할 경우 고로내 슬래그 염기도(basicity = 산화칼슘(CaO)/이산화규소(SiO2))를 비교해 보면 표 1과 같다.
[표 1]
| 샘플위치 | 조연제 사용 전 | 조연제 사용 후 |
| 풍구(Tuyere slag) | 0.05 | 0.88 |
| 출재(Final slag) | 1.15 | 1.15 |
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조연제를 첨가하지 않을 경우 풍 구 레벨에서 염기도가 급격히 저하한다. 이는 연소대에서 코크스나 성형탄 또는 미분탄이 연소하고 남은 회분 중 이산화규소(SiO2)등으로 인해 염기도가 저하되어 연소대 주변에서 용융물의 유동성이 매우 나빠질 가능성이 높다. 그러나 조연제를 사용할 경우 조연제 중 산화칼슘(CaO)이나 산화마그네슘(MgO)성분이 다량함유하고 있어서 연소대 주변의 염기도를 높여 용융물의 유동성을 원활하게 하여 통기, 통액성에 기여하게 된다. 그리고 조연제를 사용하면 고로 수직방향의 각 슬래그 염기도는 1내외를 유지하게 되어 슬래그 유동성이 원활해진다. 또한, 조연제의 사용으로 용선 생산량이 증가되고 환원제비는 저하되며, 미분탄 취입비는 높게 유지되어 용선생산원가 절감에 크게 기여한다.
Claims (7)
- 고로 하부 노심의 활성화를 위해 미분탄에 첨가하여 고로 보조연료로 사용하는 조연제에 있어서,상기 조연제는연소대 주변의 용융물의 유동성을 개선하는 전로슬래그 20~50%,카본물질의 연소를 촉진할 수 있는 과산화수소 10~15%와 치환 히드록시 방향족 에스테르 유도체 20~30% 및,상기한 성분들이 미분탄과 혼합되도록 하는 계면활성제 3~12% 등을 포함하는 미분탄 조연제.
- 제1항에 있어서,상기 전로슬래그는 산화칼슘(CaO) 40~50%, 이산화규소(SiO2) 10~15%, 산화마그네슘(MgO) 9~10%, 산화인(P2O5) 2~4%, 산화망간(MnO) 2~3%, 산화알루미늄(Al2O3) 0~3%, 산화티타늄(TiO2) 0.1~2%, 철(Fe) 15~20%을 포함하는 미분탄 조연제.
- 제2항에 있어서,상기 전로슬래그의 염기도는 3~4이며, 200메쉬(0.127mm)이하의 크기로 파쇄하여 사용하는 미분탄 조연제.
- 제1항에 있어서,상기 치환 히드록시 방향족 유도체는 헥실 히드록시 안식향산 헥실 페닐 에스테르 또는 헥실 히드록시 안식향산 도데실 페닐 에스테르인 미분탄 조연제.
- 제1항에 있어서,상기 계면활성제는 폴리옥시 에틸렌 알킬 에테르 초산염 또는 폴리옥시 에틸렌 알코올 에테르인 미분탄 조연제.
- 제1항에 있어서,상기 조연제는 광산에서 채굴된 원탄을 파쇄하기 위해 실어오는 컨베이어벨트 위에서 살포되는 미분탄 조연제.
- 제6항에 있어서,상기 조연제는 1리터의 물에 상기 조연제의 총량 100g을 녹여 살포되며, 조제된 용액상태의 상기 조연제는 석탄 1톤당 1~2리터(1,000~2,000ppm) 살포되는 미분탄 조연제.
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