KR101502067B1 - 미분탄을 이용한 코크스 제조용 성형탄 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원료탄(석탄)의 이송 및 건조 등의 처리과정에서 발생하는 미분탄 또는 원료탄(석탄)과 미분탄으로 이루어진 석탄배합물을 성형탄 재료로하고, 수용성의 바인더를 첨가하여 제조한 성형탄 및 그 제조방법을 목적으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 해결수단으로 성형탄은 성형탄 재료로 미분탄 또는 원료탄(석탄)과 미분탄으로 이루어진 석탄배합물 100중량부에 대하여 PVA수용액(농도 1wt% ~ 50wt%)을 균일하게 배합하고 성형하는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법으로 이루어진다.
본 발명에 따른 성형탄은 압축강도가 향상되는 효과를 나타내므로 보다 높은 강도의 코크스를 제조할 수 있을 뿐 아니라 성형탄의 분화율도 낮아 성형탄의 이송과정에서 낙하에 의해 분화되는 것을 최대한 방지하여 성형탄(원료탄)의 손실을 감소시킴으로써 경제적 효과와 더불어 분진발생에 의한 작업환경의 악화도 예방하는데 큰 효과를 나타낸다.

Description

미분탄을 이용한 코크스 제조용 성형탄 및 그 제조방법 {Method for Manufacture of briquettes using finecoal}

본 발명은 미분탄을 이용하여 코크스 제조용으로 성형한 성형탄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미분탄 또는 원료탄(석탄)과 미분탄 을 이용하여 코크스의 제조에 적합한 성형탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로용 코크스의 제조를 위하여 이용되는 원료탄은 생산지에서 최종 소비지까지 이송되는 과정에서 외부환경의 요인에 의하여 상당량의 분진이 발생하는데, 분진발생을 억제하기 위하여 수분을 도포하여야 하고 또 야드(Yard)에 노출되어 보관되는 과정에서 건기 내지 우기 등의 환경적인 요인에 의해 원료탄은 그 내부에 상당한 양의 수분을 함유하고 있으므로 코크스 제조용 원료탄은 함유된 수분을 감소 내지 건조시킴으로써 코크스로 내의 장입밀도를 증가시켜 코크스의 강도 향상을 도모할 뿐 아니라 건류시간을 단축시켜 코크스의 생산성 향상을 도모하고 있다.

상기한 바와 같이 코크스의 강도 향상 및 생산성 향상을 위하여 8 내지 12% 정도의 수분을 포함하는 원료탄은 CMCP(Coal Moisture Control Process)라는 설비를 통하여 5 내지 6% 정도의 수분함량으로 저감 내지 건조되어 코크스의 제조에 이용되고 있으나, 이러한 수분함량의 저감 내지 건조를 위한 처리과정에서 상당한 량의 미분탄(Dust, 분진)이 발생되어 작업환경의 악화와 하천 및 해양의 수질오염에 문제를 일으키고 있을 뿐 아니라 미분탄의 발생은 원료탄(석탄)의 손실로 이어지며 이로 인한 원료탄(석탄)의 손실은 시간당 수십 톤에 달하고 있으므로 발생된 미분탄의 적절한 재활용을 도모하기 위한 기술개발에 많은 연구가 진행되고 있다.

미분탄 이용과 관련한 선행기술로 예를 들면, 국내등록특허공보 등록번호10-0627469호에 미분탄에 수분함량조절제로 생석회와 당밀을 조합하여 건조공정이나 가열공정 없이도 저온 안정성이 우수하고 강도가 우수한 성형탄에 관하여 개시하고 있고, 국내등록특허공보 등록번호 10-0407801호에 미분탄에 스틸렌, 부타디엔, 스틸렌-부타디엔 고무, 아스팔트, 비닐아 세테이트, 염화비닐, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트로 이루어지는 군 중에서 하나 이상을 선택한 고분자수지를 조합하여 제조하는 성형탄에 관하여 개시하고 있으나, 상기한 선행기술들은 모두가 용융환원제철공정의 일종인 파이넥스(FINEX) 및 코렉스(COREX)공정에서 이용하기 위하여 제조한 야금용 성형탄에 관한 것이므로 코크스 제조용 성형탄에 적용하는 것은 적합지가 못하다.

또 코크스 제조용 성형탄에 관한 선행기술로 국내등록특허공보 등록번호 10-866166호에 미분탄에 점결재로서 타르의 중질유분, 연피치 및 석유 피치의 1종 또는 2종 이상을 첨가하고, 열간 가압 성형하여 제조하는 괴성탄을 개시하고 있으나, 상기한 선행기술의 광물성 오일은 상온에서 점도가 높아 미분탄과의 혼합이 용이하지 않으며, 또 점도조절을 위하여 인화성 유기용제를 사용하는 등 취급시 단점이 많아 시설관리나 생산성에 문제점이 있으므로 이러한 문제점을 개선하여 본 발명의 출원인은 상기한 선행기술에서 고점성의 광물성 오일을 점결재로 사용할 때에 따른 취급성의 단점 등을 개선하여 수용성 점결재인 PVA와 다가알콜올로 조성된 바인더로 미분탄과 원료탄(석탄)을 성형한 성형탄에 관하여 등록특허 10-1198619호로 특허받은 바가 있다.

본 발명은 상기 본 발명의 출원인의 등록특허 등록특허 10-1198619호에 다가알코올의 사용을 배제하고 또 미분탄만으로도 코크스 제조용 성형탄을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 원료탄(석탄)의 이송 및 건조 등의 처리과정에서 발생하는 미분탄 또는 미분탄과 원료탄(석탄)을 이용하여 코크스 제조에 적합하도록 제조한 성형탄 및 그 제조방법을 목적으로 하는 것이며, 보다 구체적으로는 원료탄(석탄)의 이송 및 건조 등의 처리과정에서 발생하는 미분탄 또는 미분탄에 추가로 원료탄(석탄)을 배합한 석탄배합물에 수용성의 바인더를 첨가하여 제조한 성형탄 및 그 제조방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 해결수단으로 성형탄은 성형탄 재료로 미분탄 100중량부 또는 미분탄에 추가로 원료탄(석탄)을 배합한 석탄배합물 100중량부에 대하여 바인더성분으로 1wt% ~ 50wt% 농도의 PVA(폴리비닐알코올)수용액 3 ~ 20중량부를 균일하게 혼합하고, 성형하는 것으로 이루어진다.

또한 본 발명에 따른 성형탄의 제조방법은 성형탄재료로 미분탄에 상기 1wt% ~ 50wt% 농도의 PVA(폴리비닐알코올)수용액을 균일하게 혼합하여 성형하거나 또는 성형탄재료로 미분탄에 추가로 원료탄(석탄)을 배합한 석탄배합물에 상기 1wt% ~ 50wt% 농도의 PVA(폴리비닐알코올)수용액을 균일하게 혼합하여 성형하는 것으로 이루어진 성형탄의 제조방법을 특징으로 한다.

상기 성형탄재료로 미분탄은 원료탄인 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 및 수분 조절 등을 위하여 CMCP(Coal Moisture Control Process) 과정에서 발생하는 미분탄이며, 0.3mm이하의 입도분포를 갖는 것이 바람직하며, 또 상기 미분탄에 추가로 배합되는 원료탄(석탄)은 3mm 정도의 입도분포로 관리하고 있는 통상적인 코크스 제조용 원료탄(석탄)이며, 그 내부에 공극이 형성되어 있는 다공성으로 이루어져 있다.

또 상기 성형탄재료로 석탄배합물의 미분탄 대 원료탄(석탄)의 배합비율은 중량비로 1 : 0.3 ~ 1 : 2.5의 비율로 배합되며, 바람직하게는 동일비율, 7 : 3 또는 3 :7 의 비율로 배합하는 것으로 이루어진다.

본 발명에 바인더 성분으로 사용되는 PVA(폴리비닐알코올)은 수용성 폴리머로서 널리 시판되고 있으며, 중합도가 100 ∼ 5000, 가수분해도 30 ~ 99.8 인 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 폐기되는 PVA제품 예를 들면, 폐기되는 휴대폰, 컴퓨터 모니터, LCD TV 등의 폐편광필름, 편광판의 제조공정에서 폐기물로 발생하는 폐편광필름, 각종 단위 포장재, 위생재료 및 대리석 성형시 사용된 이형막 등으로부터 폐기되는 PVA제품으로부터 회수한 PVA(폴리비닐알코올)도 사용할 수 있다.

상기 바인더 성분인 PVA(폴리비닐알코올)는 수용액 상태로 배합되며, 수용액의 농도에 제한은 없으나, PVA 수용액의 농도가 너무 낮으면, 믹싱효율은 향상되지만 성형탄의 강도가 낮아 제강용 코크스 제조에 적합하지 못하며, 또 농도가 너무 높으면 믹싱효율이 떨어질 뿐 아니라 성형탄의 강도가 필요 이상 높아지므로 미분탄 100중량부 또는 미분탄에 추가로 원료탄(석탄)을 배합한 석탄배합물 100중량부에 대하여 1wt% ~ 50wt% 농도의 PVA 수용액 3 ~ 20중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5wt% ~ 20wt% 농도의 PVA 수용액를 사용하는 것으로 이루어진다.

또 본 발명에서는 미분탄 또는 상기 석탄배합물에 바인더가 잘 침투되게 하면서 믹싱효율을 높이기 위하여 상기 바인더 성분에 계면활성제를 조합하여 사용할 수 있으며, 계면활성제의 종류는 음이온, 양이온, 비이온계 계면활성제를 구분 없이 사용이 가능하며, 대표적으로는 술폰산염류 등을 예로 들 수 있고, 바인더 중량에 대하여 10 중량% 사용하며 이를 초과하는 경우 바인더의 접착력을 약화시킨다.

본 발명에서 미분탄에 추가로 원료탄(석탄)을 배합한 석탄배합물로 제조되는 성형탄은 내부에 공극이 형성되어 있는 다공성의 원료탄(석탄)을 미분탄과 함께 배합 사용함으로써 원료탄과 미분탄의 혼합과정에서 원료탄의 공극 사이로 미분탄이 충진되는 형태에서 점결재와 혼합되어 성형되므로 성형탄의 압축강도 및 낙하강도가 보다 향상되는 효과를 나타낸다.

일반적으로 성형탄의 강도향상은 원료탄의 장입밀도를 높여 제조되는 코크스의 강도향상을 도모하기 위하는 것이며, 이에 더하여 압축강도 외에 낙하강도의 향상은 성형탄이 컨베이어 벨트에 의해 최종 고로(高爐)로 이송되는 과정에서 낙하 등의 물리적 충격 등에 의해 분화되는 것을 방지하여 종국적으로는 코크스 제조용의 성형탄이 손실되는 것을 방지할 뿐 아니라 발생되는 분진으로 인한 작업환경의 악화 등도 개선한다.

상기한 낙하강도는 성형탄을 일정한 높이에서 낙하시켜 생기는 물리적인 충격에 의해 분화되는 성형탄의 조각 크기를 토대로 하여 분화율로 나타내며, 아래 [식1]과 같이 최초 성형탄의 중량에 대하여 크기 3mm 이하의 분화된 조각의 총중량을 백분율로 나타낸다.

[식 1]

분화율(%) = (3mm이하의 분화된 조각의 총중량/최초 성형탄의 중량) x 100

본 발명은 바인더성분으로 수용성 PVA(폴리비닐알코올)을 단독 사용함으로써 광물성 오일을 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하는 종래기술에 비하여 취급성 및 건조특성을 향상시키면서 압축강도가 향상된 성형탄의 제조에 의해 보다 높은 강도의 코크스를 제조할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 성형탄의 낙하강도를 개성함으로써 성형탄을 고로(高爐)로 이송과정 중의 낙하에 의해 분화되는 것을 최대한 방지하여 성형탄(원료탄)의 손실을 감소시킴으로써 경제적 효과와 더불어 분진발생에 의한 작업환경의 악화도 예방하는데 큰 효과를 나타낸다.

이하에서는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 후술하는 구체적인 설명이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 실시예를 위하여 성형탄재료인 미분탄은 0.3mm이하의 입도분포를 가지며, 수분함량 2중량%의 미분탄을 사용하고, 또 성형탄재료인 석탄배합물은 상기 미분탄과 평균 3mm의 입도분포를 가지는 수분함량이 8중량%인 원료탄(석탄)을 사용하였다.

<실시예 1>

상기 미분탄 100중량부에 대하여 15중량%의 PVA수용액 7중량부를 투입하고, 균일하게 혼합한 다음 32± 1g 단위로 성형한 성형탄(시료)을 제작하였다.

<실시예 2>

상기 미분탄 100중량부에 대하여 15중량%의 PVA수용액 15중량부를 투입하고, 균일하게 혼합한 다음 32± 1g 단위로 성형한 성형탄(시료)을 제작하였다.

<실시예 3>

미분탄과 원료탄을 중량비로 1 : 1로 배합한 석탄배합물 100중량부에 20중량%의 PVA수용액 9중량부를 투입하고, 균일하게 혼합한 다음 32± 1g 단위로 성형한 성형탄(시료)을 제작하였다.

<실시예 4>

미분탄과 원료탄을 중량비로 7 : 3으로 배합한 석탄배합물 100중량부에 15중량%의 PVA수용액 7중량부를 투입하고, 균일하게 혼합한 다음 32± 1g 단위로 성형한 성형탄(시료)을 제작하였다.

<실시예 5>

미분탄과 원료탄을 중량비로 3 : 7으로 배합한 석탄배합물 100중량부에 20중량%의 PVA수용액 9중량부를 투입하고, 균일하게 혼합한 다음 32± 1g 단위로 성형한 성형탄(시료)을 제작하였다.

<시험예 1>

상기<실시예1> 내지 <실시예 5>에서 제작한 성형탄(시료) 각 10개를 택하여 압축강도 및 분화율을 5차례 시험하고, 그 시험결과(압축강도는 차례 시험한 평균치를 나타내었다)를 아래[표 1]에 나타내었다.

분화율은 성형탄을 지상 5m에서 떨어뜨려 발생하는 3mm 이하의 조각의 량을 상기 [식 1]과 같이 최초 성형탄에 대하여 중량 백분율로 나타내었다.

성형탄			압축강도(㎏f/㎠)	분화율(%)
실시예	PVA수용액농도(중량%)	PVA배합비(중량비)
실시예1	15	7	32.4	8.4
실시예2	15	15	45.3	6.7
실시예3	20	9	31.1	9.2
실시예4	15	7	36.0	8.4
실시예5	20	9	31.6	9.3

상기 <실시예1> 및 <실시예 4>에 따른 방법으로 제작한 성형탄으로 제조한 코크스(시험군)와 기존의 방법에 따라 일반 원료탄으로 제조한 코크스(대조군)에 대하여 분코크스 발생에 따른 냉간강도를 시험하고 그 결과를 아래 [표 2]에 나타내었다.

분코크스의 발생에 대한 냉간강도 시험은 코크스 냉간 모의 테스트장치에 의해 회전하는 드럼통 내부로 코크스를 투입하고, 60rpm/min의 속도로 회전시켜 드럼통 내부에서 코크스 상호 간에 물리적인 충돌을 일으키는 조건으로 하여 분코크스의 발생에 의한 시편의 중량감소를 측정하여 실험군과 대조군의 코크스 냉간강도에 대하여 비교하였다.

구 분		냉간강도
		테스트전 중량(㎏)	테스트 후 중량중량(㎏)
시험군	실시예1	10	8.576
	실시예4	10	8.570
대조군		10	8.561

상기 [표 2]에 나타난 바와 같이 <실시예1 > 및 <실시예4>에서 제조된 성형탄으로 제조한 코크스의 냉간강도가 기존의 방법에 따라 제조된 코크스의 냉간강도와 특별한 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수가 있으므로 이러한 결과로부터 본 발명에 따른 성형탄은 제강용 코크스를 제조하는데 적합한 것을 확인할 수 있으며, 또한 본 발명에 따른 성형탄은 분화율이 낮으므로 성형탄의 이송과정에서 낙하에 의해 분화되는 것을 최대한 방지하는 효과도 나타내는 것을 확인할 수가 있다.

Claims (10)

1. 성형탄재료로 평균 0.3mm의 입도분포를 갖는 미분탄 100중량부에 대하여, 바인더성분으로 1wt% ~ 50wt% 농도의 PVA(폴리비닐알코올)수용액 3 ~ 20중량부와, 음이온, 양이온 및 비이온계 계면활성제로부터 선택되는 어느 하나의 계면활성제를 바인더성분 중량에 대하여 10중량%를 균일하게 혼합한 석탄배합물을 성형하는 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항1에 있어서, 미분탄은 원료탄인 석탄을 생산지에서 소비지로 이송하는 과정 및 수분 조절 등을 위하여 CMCP(Coal Moisture Control Process) 과정에서 발생하는 미분탄인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
6. 청구항5에 있어서 PVA는 중합도 100 ∼ 5000, 가수분해도 30 ~ 99.8인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
7. 청구항5에 있어서 PVA는 편광판의 제조공정에서 폐기물로 발생하는 폐편광필름, 대리석 성형시 사용된 이형막, 포장재 및 위생재료로부터 선택되는 어느 하나의 PVA폐기물로부터 회수된 PVA인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄의 제조방법.
8. 청구항 1에 기재된 제조방법으로 제조한 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.
9. 청구항8에 있어서 PVA는 중합도 100 ∼ 5000, 가수분해도 30 ~ 99.8인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.
10. 청구항8에 있어서 PVA는 편광판의 제조공정에서 폐기물로 발생하는 폐편광필름, 대리석 성형시 사용된 이형막, 폐포장재 및 폐위생재료로부터 선택되는 어느 하나의 PVA폐기물로부터 회수된 PVA인 것을 특징으로 하는 미분탄을 이용한 성형탄.