KR101377857B1 - 분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법 - Google Patents

분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 경사플레이트 위에 놓인 용기에 미분탄을 충진하고 상기 경사플레이트를 기울이고, 상기 용기에 충진된 미분탄이 무너지기 시작하는 경사플레이트의 경사각을 측정하여 미분탄의 취입성을 예측하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 지면에 위치하는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 일측이 힌지결합되는 경사플레이트와, 지상에 고정되는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전축에 권취되고 말단이 상기 경사플레이트의 타측에 고정되는 와이어 및 상면이 개구되어 내부에 미분탄이 충진되며 상기 경사플레이트의 상면에 위치되는 용기를 포함하여 구성되는 분체의 안식각 측정장치를 이용하여 미분탄의 파쇄도 및 고유수분을 측정하는 단계와, 상기 미분탄의 안식각을 측정하는 단계 및 상기 측정된 미분탄의 파쇄도와 고유수분 및 안식각을 이용하여 다음의 식, 미분탄 취입성 지수=-1.5*안식각-31.1*고유수분함량-0.2*파쇄도+143.7 에 의해 미분탄의 취입성 지수를 계산하는 단계를 통하여 미분탄의 취입성을 예측하는 방법을 제공한다.

Description

분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법{MEASURING DEVICE FOR ANGLE OF REPOSE OF THE POWDER AND METHOD FOR INJECTION ABILITY OF COAL TO PREDICT USED IT}
본 발명은 분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 경사플레이트 위에 놓인 용기에 미분탄을 충진하고 상기 경사플레이트를 기울이고, 상기 용기에 충진된 미분탄이 무너지기 시작하는 경사플레이트의 경사각을 측정하여 미분탄의 취입성을 예측하기 위한 것이다.
일반적으로 용광로에서 용선을 생산하는 조업은 용광로 상부에서 코크스와 소결광을 순차적으로 반복하여 장입하고, 용광로의 하부에서 고온, 고압의 공기를 송풍하여 코크스를 연소시켜 발생하는 열과 환원 가스로 소결광을 환원 용융하여 용선을 제조하고, 제조된 용선은 용광로의 하부에서 배출하는 작업이 연속적으로 이루어지는 것이다.
그리고 상기 용광로의 하부에는 소결광을 환원 용융하기 위한 고온, 고압의 공기, 즉 열풍을 용광로 내부로 공급하기 위한 풍구가 구비되며, 상기한 풍구를 통해 열풍 및 미분탄이 함께 취입되고 있다.
여기에서 열풍과 함께 취입하는 미분탄은 소결광을 환원 용융시키기 위한 환원재 및 연료로 사용되는 것이다.
이와 관련한 선행기술로는 국내공개특허공보 제2002-0028346호(2002.04.17. 공개, 고로에서의 미분탄 연소성 평가 방법)가 있다.
본 발명은 간단한 실험을 통하여 미분탄의 취입성을 예측할 수 있어 취입성이 우수한 미분탄을 선별함으로서 고로의 조업 효율을 향상시킬 수 있는 분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 다양한 탄종의 미분탄의 취입성을 지수화 하여 고로 조업에 필요한 미분탄 공급시 취입성이 우수한 탄종의 미분탄을 미리 선별할 수 있어 고로의 생산량 증대 및 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 미분탄의 취입성의 우선 평가로 미분탄의 선정 및 혼합 비율 등의 산정시 최적의 혼합 비율을 산정할 수 있도록 활용 가능한 분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법을 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
본 발명은 지면에 위치하는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 일측이 힌지결합되는 경사플레이트와, 지상에 고정되는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전축에 권취되고 말단이 상기 경사플레이트의 타측에 고정되는 와이어 및 상면이 개구되어 내부에 미분탄이 충진되며 상기 경사플레이트의 상면에 위치되는 용기를 포함한다.
상기 경사플레이트에는 각도계가 구비되어 미분탄의 안식각을 즉시 측정할 수 있다.
그리고 상기 경사플레이트에는 그 상면에 상기 용기를 고정하는 고정부재가 구비된다.
상기와 같은 분체의 안식각 측정장치를 이용하여 본 발명은, 미분탄의 파쇄도 및 고유수분을 측정하는 단계와, 상기 미분탄의 안식각을 측정하는 단계 및 상기 측정된 미분탄의 파쇄도와 고유수분 및 안식각을 이용하여 하기의 식,
미분탄 취입성 지수=-1.5*안식각-31.1*고유수분함량-0.2*파쇄도+143.7
에 의해 미분탄의 취입성 지수를 계산하는 단계를 통하여 미분탄의 취입성을 예측하는 방법을 제공한다.
특히, 상기 미분탄의 안식각을 측정하는 단계는 용기의 상부에 체를 배치하는 체 배치과정과, 상기 체에 미분탄을 공급하여 용기에 미분탄을 충진하는 충진과정과, 상기 충진과정 후 스크래퍼를 이용하여 상기 체의 바닥면을 긁어내어 미분탄의 표면이 용기의 상면과 일치되도록 하는 다듬기과정과, 상기 다음기과정 후 각도계가 구비된 경사플레이트에 용기를 위치시켜 경사플레이트를 기울이는 기울기과정 및 상기 기울기과정 중 용기에 충진된 미분탄이 무너지기 시작하는 경사플레이트의 경사각을 측정하는 안식각 측정과정을 포함한다.
여기에서, 본 발명은 상기 식에 따른 미분탄 취입성 지수가 30 내지 45 이내의 값일 때 최적의 취입성을 가지는 미분탄인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제의 해결 수단에 의해,
본 발명은 고로에 미분탄 취입 전에 미분탄의 취입성을 예측할 수 있어 최적의 미분탄 혼합 비율을 선정할 수 있는 효과가 있다.
그리고 다양한 탄종의 미분탄 중에 취입성이 우수한 미분탄을 선별할 수 있어 고로의 생산량 증대 및 안정화를 도모할 수 있는 효과도 있다.
또한, 다양한 탄종의 미분탄 취입성을 지수화 하여 취입성이 우수한 탄종의 미분탄을 선별할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분체의 안식각 측정장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 미분탄의 취입성을 예측하기 위한 단계를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에서 미분탄의 안식각을 측정하는 단계를 구성하는 과정을 도시한 도면.
도 4는 각 탄종에 따른 미분탄 취입 밸브의 실측 개도율과 미분탄 취입성 지수의 회귀분석을 실시한 그래프를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면 1 내지 3을 참조하여 본 발명에 따른 분체의 안식각 측정장치 및 이를 이용한 미분탄의 취입성을 예측하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여 분체의 안식각 측정장치를 설명하면, 지면에 위치하는 베이스플레이트(100)와, 상기 베이스플레이트(100)에 일측이 힌지결합되는 경사플레이트(200)와, 지상에 고정되는 구동모터(300)와, 상기 구동모터(300)의 회전축(310)에 권취되고 말단이 상기 경사플레이트(200)의 타측에 고정되는 와이어(400) 및 상면이 개구되어 내부에 미분탄(20)이 충진되며 상기 경사플레이트(200)의 상면에 위치되는 용기(10)를 포함하여 구성된다.
상기 베이스플레이트(100)는 지면에 위치하여 상기 베이스플레이트(100)에 힌지결합되는 경사플레이트(200)를 기울일 때 흔들리지 않도록 소정의 중량을 가지도록 제작되는 것이 바람직하다.
상기 경사플레이트(200)는 일측이 상기 베이스플레이트(100)에 힌지결합되고 타측은 상기 구동모터(300)의 회전축(310)에 권취되는 와이어(400)의 말단이 연결되어 상기 베이스플레이트(100)와 결합된 힌지축을 중심으로 회전되어 기울어지게 된다.
상기 구동모터(300)는 전원이 인가되면 450 내지 550rpm의 속도로 회전축(310)을 회전시켜 상기 경사플레이트(200)의 타측을 들어올리는 와이어(400)를 권취하게 된다.
상기 용기(10)는 미분탄(20)이 충진되는 것으로서 본 발명에서는 바닥면이 평평하고 깊이는 20mm, 직경은 100mm인 원형의 홈이 형성되어 미분탄(20)이 충진되는 공간을 형성하고, 높이가 50mm인 용기(10)를 사용하였다.
상기 경사플레이트(200)에는 실험 중 상기 용기(10)에 충진된 미분탄(20)이 무너져 내리는 경사각, 즉 미분탄(20)의 안식각을 즉시 확인 할 수 있도록 각도계(210)가 구비된다.
그리고 상기 경사플레이트(200)를 기울일 때 경사플레이트(200)의 상면에서 용기(10)가 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 상기 경사플레이트(200)의 상면에는 상기 용기(10)를 고정할 수 있는 고정부재(220)가 구비된다.
상기 고정부재(220)는 용기(10)가 움직이지 않도록 하는 것으로 본 발명에서는 외면이 원형인 용기(10)를 고정하기 위하여 경사플레이트(200)의 상면에 소정의 간격으로 이격되어 돌출되도록 한 쌍의 스토퍼를 구비한다.
그러나 상기 고정부재(220)는 상기 스토퍼에 한정하지 않고, 경사플레이트(200)의 상면에 상기 용기(10)가 안착될 수 있는 홈을 형성하거나, 또는 상기 용기(10)의 외면을 취부할 수 있는 클램프 등 상기 용기(10)를 고정할 수 있는 수단이라면 모두 적용이 가능하다.
다음으로 도 2 및 도 3을 참조하여 상기한 분체의 안식각 측정장치를 이용하여 미분탄(20)의 취입성을 예측하는 방법을 설명하면, 미분탄(20)의 파쇄도 및 고유수분을 측정하는 단계(S100)와, 상기 미분탄(20)의 안식각을 측정하는 단계(S200) 및 상기 측정된 미분탄(20)의 파쇄도와 고유수분 및 안식각을 이용하여 하기의 식에 의해 미분탄(20)의 취입성 지수를 계산하는 단계(S300)를 포함한다.
Figure 112012033368044-pat00001
상기 미분탄(20)의 파쇄도는 석탄의 경도를 표시하는 값(HGI, Hardgrove Grindability Index)이고, 고유수분은 석탄이 고유하게 함유하고 있는 수분이며 외부조건에 영향을 받지 않는 온도(107℃)에서 증발하는 수분(IM, Inherent Moisture)을 일컫는다.
특히, 상기 미분탄(20)의 안식각을 측정하는 단계는 용기(10)의 상부에 체를 배치하는 체 배치과정(S210)과, 상기 체에 미분탄(20)을 공급하여 용기(10)에 미분탄(20)을 충진하는 충진과정(S220)과, 상기 충진과정(S220) 후 스크래퍼를 이용하여 상기 체의 바닥면을 긁어내어 미분탄(20)의 표면이 용기(10)의 상면과 일치되도록 하는 다듬기과정(S230)과, 상기 다듬기과정(S230) 후 각도계(210)가 구비된 경사플레이트(200)에 용기(10)를 위치시켜 경사플레이트(200)를 기울이는 기울기과정(S240) 및 상기 기울기과정(S240) 중 용기(10)에 충진된 미분탄(20)이 무너지기 시작하는 경사플레이트(200)의 경사각을 측정하는 안식각 측정과정(S250)을 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 용기(10)의 상부에 체를 올려놓고 상기 체를 통하여 용기(10)에 미분탄(20)을 충진하는 것이다. 이는 상기 용기(10)에 미분탄(20) 충진시 압력이 발생하여 용기(10) 내에서 미분탄(20)이 압착되거나, 또는 서로 뭉치지 않도록 하기 위함이다.
상기 미분탄(20)이 용기(10)의 상부, 즉 체로 돌출되도록 충분히 충진한 후에 스크래퍼를 이용하여 체의 바닥면을 긁어내어 돌출된 미분탄(20)을 제거함과 동시에 충진된 미분탄(20)의 표면이 용기(10)의 상면(미분탄(20)이 충진되는 공간의 테두리 부분)과 동일한 높이가 되도록 다듬는다. 이는 상기와 같이 다듬기과정을 거치지 않는다면 미분탄(20)은 원뿔형으로 쌓이게 되는데 이 상태에서 경사플레이트(200)를 기울이게 되면 미분탄(20)의 안식각을 측정할 수 없기 때문이다.
이 후, 상기 구동모터(300)를 작동시켜 450 내지 550rpm의 회전속도로 회전축(310)에 권취된 와이어(400)를 감아 경사플레이트(200)의 타측을 들어 올린다.
그리고 상기 경사플레이트(200)가 계속해서 기울여지는 중 용기(10)에 충진된 미분탄(20)의 표면이 무너져 내리는 경사 각도를 측정함으로서 미분탄(20)의 안식각을 측정할 수 있다.
실험예
상기 미분탄(20)의 탄종에 따라 A 내지 L로 분류하고 각 탄종의 고유수분과 파쇄도를 측정하고, 본 발명에서 제안하는 분체의 안식각 측정장치를 이용하여 각 미분탄(20)의 안식각을 측정한다.
상기 미분탄(20)의 안식각을 측정하기 위하여 각 탄종의 입도와 수분이 동일한 조건인 상태에서 실시하였으며, 상기 용기(10)는 지름이 100mm, 높이 50mm, 그리고 미분탄(20)이 충진되는 깊이가 20mm인 것을 이용하였다.
상기 A 종의 미분탄(20)을 체를 통하여 용기(10)에 충진하고 스크래퍼로 체의 바닥면을 긁어서 A 탄종의 미분탄(20) 표면이 용기(10)의 상면(미분탄(20)이 충진되는 홈의 테두리부분)과 높이가 일치되도록 다듬고 미분탄(20)이 충진된 용기(10)를 경사플레이트(200)의 상면에 위치시킨다.
이 때, 상기 경사플레이트(200)가 기울여질 경우에도 용기(10)가 움직이지 않도록 상기 용기(10)가 고정부재(220)에 걸리도록 한다.
그리고 상기 구동모터(300)를 작동하여 와이어(400)를 권취시키고 이에 따라 경사플레이트(200)의 타측이 들리면서 경사플레이트(200)가 기울여지게 되는데, 상기 경사플레이트(200)의 용기(10)에 충진된 미분탄(20)의 표면이 무너져 내리는 순간 상기 구동모터(300)의 작동을 중지하여 경사플레이트(200)에 구비된 각도계(210)로 경사각도(미분탄의 안식각에 해당)를 측정한다.
상기와 같은 방법으로 측정된 각 탄종의 안식각과 고유수분 함량 및 파쇄도를 변수 상관분석을 실시하여 도 4에 도시된 바와 같이, 미분탄(20) 취입의 주요 영향인자를 산출하고 회귀분석을 실시하여 본 발명에 따른 미분탄(20) 취입성 지수를 예측할 수 있는 식을 도출하였다.
탄종 IM ASH VM AoR HGI G-VV IA
A 1.24 9.11 16.01 36.30 73.76 35.88 35.94
B 1.25 9.87 12.83 37.45 75.43 34.13 33.55
C 1.43 9.23 16.71 35.62 72.50 33.78 31.30
D 0.79 9.42 14.69 35.95 82.69 49.27 48.66
E 1.17 9.58 11.92 37.55 80.48 34.32 34.88
F 1.22 8.75 14.91 38.25 80.03 34.67 32.37
G 1.21 9.10 16.35 37.35 75.13 34.35 35.01
H 1.01 8.56 13.95 37.00 82.37 37.49 40.32
I 1.15 8.65 14.19 36.80 80.62 39.99 36.61
J 0.90 9.56 14.35 36.00 80.65 49.16 45.58
K 1.10 9.54 15.75 37.75 79.48 43.21 36.96
L 0.84 9.77 11.68 36.15 79.18 49.42 47.51
· IM(Inherent Moisture) : 석탄에 고유하게 함유하고 있는 수분으로 외부조건에 영향을 받지 않는 온도(107℃)에서 증발하는 수분
· ASH(회분) : 815℃에서 연소시 불연제로 잔존하는 혼합물
· VM(휘발분, Volatile Metters) : 건류과정 중 열분해 되어 생성되는 기체상태 혼합물
· AoR(Angle of Repose) : 미분탄의 안식각
· HGI(파쇄도, Hardgrove Grindability Index) : 석탄의 경도를 표시하는 값
· G-VV : 미분탄(20) 취입 밸브의 개도율(%)
· IA(취입성, Injection Ability) : 본 발명의 식에 의해 계산된 미분탄의 취입성 지수
상기 표 1은 A 내지 L 탄종의 미분탄(20)에 대한 고유수분함량, 회분, 휘발분, 그리고 본 발명에 따른 방법에 의해 측정된 안식각과 파쇄도 및 각 탄종의 미분탄(20)을 취입하기 위한 미분탄(20) 취입 밸브의 개도율과 본 발명에 따른 미분탄(20) 취입성 지수를 비교하기 위한 것이다.
여기에서 상기 G-VV 값은 30 내지 45(%)인 것을 취입성이 우수한 것으로 판단한다. 이는 실제로 고로에 미분탄(20) 취입시 미분탄(20) 취입 밸브의 개도율이 30 내지 45 일 때 정확한 취입량을 제어할 수 있기 때문이다.
즉, 상기 G-VV 값이 30 내지 45인 것은 미분탄(20)의 취입성이 우수한 것으로 것으로서, 상기 표 1에서 G-VV 값을 통하여 취입성이 우수한 미분탄(20)은 A, B, C, E, F, G, H, I 및 K 이고, 우수하지 못한 미분탄(20)은 D, J 및 L 임을 확인할 수 있다.
이를 본 발명에 따른 미분탄(20) 취입성을 예측하는 방법에 제시된 식에 의해 계산된 IA의 결과 값과 비교하면, IA 값을 통하여 취입성이 우수한 것으로 예측되는 미분탄(20)은 A, B, C, E, F, G, H, I 및 K 이고, 우수하지 못한 미분탄(20)은 D, J 및 L 임을 알 수 있다.
따라서, 실제로 고로에 미분탄(20) 취입시 취입성이 우수한 것으로 판단할 수 있는 미분탄(20) 취입 밸브의 개도율(G-VV)과 본 발명에 따른 미분탄(20)의 취입성을 예측하는 방법에 의한 미분탄(20) 취입성 지수(IA)에 의해 예측되는 취입성이 우수한 탄종이 일치함을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 분체의 안식각 측정장치를 이용하여 미분탄(20)의 각 탄종에 따른 안식각을 측정하고 상기 미분탄(20)의 취입성을 예측하는 방법을 이용하여 미분탄(20) 취입성 지수를 계산하면 취입성이 우수한 미분탄(20)을 선별할 수 있는 이점이 있다.
특히, 미분탄(20)의 탄종 별로 안식각을 측정함에 있어서 외란인자를 최소화하여 미분탄(20)의 안식각을 정확히 측정함으로서 미분탄(20)의 취입성을 측정할 수 있고, 이렇게 측정된 안식각을 이용하여 미분탄(20) 취입성을 평가하고 예측하는 것이 가능한 효과가 있다.
따라서, 다양한 탄종의 미분탄(20) 중에서 적정 미분탄(20)을 선정할 수 있고 미분탄(20) 취입시 적정한 혼합 비율을 산정하는데 활용할 수 있으며, 고로 생산량의 증대와 함께 고로 생산량의 안정화에 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.
본 발명의 권리는 상기한 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10 : 용기 20 : 미분탄
100 : 베이스플레이트 200 : 경사플레이트
210 : 각도계 220 : 고정부재
300 : 구동모터 310 : 회전축
400 : 와이어

Claims (8)

  1. 지면에 위치하는 베이스플레이트;
    상기 베이스플레이트에 일측이 힌지결합되는 경사플레이트;
    지상에 고정되는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전축에 권취되고 말단이 상기 경사플레이트의 타측에 고정되는 와이어; 및
    상면이 개구되어 내부에 미분탄이 충진되며 상기 경사플레이트의 상면에 위치되는 용기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분체의 안식각 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사플레이트는,
    상기 경사플레이트의 경사를 측정하는 각도계가 구비되는 것을 특징으로 하는 분체의 안식각 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동모터는,
    상기 구동모터의 회전축이 450 내지 550 rpm의 회전속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 분체의 안식각 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사플레이트는,
    상면에 상기 용기를 고정하는 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 분체의 안식각 측정장치.
  5. 미분탄의 파쇄도 및 고유수분을 측정하는 단계;
    상기 미분탄의 안식각을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 미분탄의 파쇄도와 고유수분 및 안식각을 이용하여 하기의 식,

    미분탄 취입성 지수=-1.5*안식각-31.1*고유수분함량-0.2*파쇄도+143.7

    에 의해 미분탄의 취입성 지수를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄의 취입성을 예측하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 미분탄의 안식각을 측정하는 단계는,
    용기의 상부에 체를 배치하는 체 배치과정;
    상기 체에 미분탄을 공급하여 용기에 미분탄을 충진하는 충진과정;
    상기 충진과정 후 스크래퍼를 이용하여 상기 체의 바닥면을 긁어내어 미분탄의 표면이 용기의 상면과 일치되도록 하는 다듬기과정;
    상기 다듬기과정 후 각도계가 구비된 경사플레이트에 용기를 위치시켜 경사플레이트를 기울이는 기울기과정; 및
    상기 기울기과정 중 용기에 충진된 미분탄이 무너지기 시작하는 경사플레이트의 경사각을 측정하는 안식각 측정과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄의 취입성을 예측하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기울기과정에서,
    지상에 고정되는 구동모터에 권취되어 말단이 상기 경사플레이트에 고정된 와이어는 450 내지 550 rpm의 회전속도로 회전하는 회전축을 이용하여 권취하는 것을 특징으로 하는 미분탄의 취입성을 예측하는 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 미분탄의 취입성 지수를 계산하는 단계는,
    상기 식에 따른 미분탄 취입성 지수가 30 내지 45 이내의 값일 때 최적의 취입성을 가지는 미분탄인 것을 특징으로 하는 미분탄의 취입성을 예측하는 방법.
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