KR101574568B1 - 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법 - Google Patents

유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101574568B1
KR101574568B1 KR1020140123689A KR20140123689A KR101574568B1 KR 101574568 B1 KR101574568 B1 KR 101574568B1 KR 1020140123689 A KR1020140123689 A KR 1020140123689A KR 20140123689 A KR20140123689 A KR 20140123689A KR 101574568 B1 KR101574568 B1 KR 101574568B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coke
weight
powder
parts
bituminous coal
Prior art date
Application number
KR1020140123689A
Other languages
English (en)
Inventor
김경진
Original Assignee
김경진
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김경진 filed Critical 김경진
Priority to KR1020140123689A priority Critical patent/KR101574568B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101574568B1 publication Critical patent/KR101574568B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/06—Methods of shaping, e.g. pelletizing or briquetting
    • C10L5/10—Methods of shaping, e.g. pelletizing or briquetting with the aid of binders, e.g. pretreated binders
    • C10L5/22—Methods of applying the binder to the other compounding ingredients; Apparatus therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

본 발명은 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 본 발명의 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄은 종래 피치(pitch) 등의 고체 바인더를 사용하여 가압 성형한 성형탄에 비해 성형탄 품질이 매우 우수하고, 유기성 접착제를 최소화하였으므로, 환경오염 등의 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 성형탄 발열량이 약 49 KJ/mol 이상으로 고가의 제품을 대체할 수 있어, 제철공정 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법{Formed coal using flaming coal powder as a binder and the preparation method thereof}
본 발명은 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 석탄계의 분진은 유기성 접착제인 아크릴계 접착체나, 고체 바인더인 타르, 핏치, 또는 본드 등을 사용하여 접착하고 있는데, 유기성 접착제는 간편하고 쉽게 접착되는 장점은 있으나 대부분 석탄계 연료를 사용하는 제철, 제강, 야금, 주물제조 공정 등에서는 그 사용에 제한이 있는 것으로 알려져 있다.
한편, 상기 공정에서 석탄계 성형탄 또는 괴탄을 사용하는 목적은 철금속이나 비철금속을 녹이는데 필요한 열량을 얻는 것과 철금속 또는 비철금속 분자와 산소가 결합되어 금속표면에 붙어 있는 산소를 금속으로부터 제거하는 환원성 가스를 얻는 것에 있다.
또한, 이들 공정에서 발열량이 높은 석유계열의 연료를 사용하지 않고 석탄계열의 연료를 사용하는 것과 분탄 대신에 성형탄이나 괴탄을 사용하는 이유는 덩어리탄 내부는 고정탄소의 연소에 의한 발열량을 얻어 금속을 녹이면서 덩어리탄 SP내부의 탄소가 외부의 공기와 접촉이 어려워서 탄소가 완전연소되지 못하고 일산화탄소로 배출되고 일산화탄소는 다시 완전연소하기 위하여 금속 표면의 산소를 빼앗아 이산화탄소화 되면서 완전연소하기 때문에 순수한 금속을 얻을 수 있어서 철강재를 생산하는 곳에서는 덩어리탄을 쓰게 된다.
이러한 관점에서 보면 유기성 접착제를 사용하여 분탄을 접착시켜 제조한 성형탄은 접착제 내부에 있는 유기성분이 연소되면서 성형탄 자체의 발열량을 높여주는 효과가 있지만 유기성분이 연소에 필요한 산소를 빠르게 먼저 사용함에 따라 성형탄내의 탄소가 산소와 일부 결합하여 일산화탄소로 생성되는 것을 방해하므로 금속 용융로 내부를 환원성 분위기로 전환하지 못하게 하여 순도 높은 금속의 용출이 이루어 지지 않는 단점이 있고, 성형탄 내에 잔존하는 유기성 접착제로 인하여 환경오염을 일으키는 문제점도 발생할 수 있다(특허문헌 1).
이 외에도 당밀과 무기경화제를 사용하여 성형탄을 만든 후에 200-300 ℃에서 1 시간 경화시켜 성형탄을 제조하는 방법이 제시되어 있는데, 이 방법에서는 경화효율이 좋지 않기 때문에 초기 강도가 낮아서 실온에서 1-3일간 경화시키거나 200-300 ℃의 오븐에서 1 시간 동안 경화시켜서 성형탄의 강도를 향상시키게 된다. 그러나 200 ℃이상으로 성형탄을 가열시키기 위하여서는 대규모의 가열 건조 설비가 필요하여 성형탄을 제조하는데 많은 비용이 소요되고 생산성이 낮은 문제점이 있다(특허문헌 2).
그러므로 본 발명자는 종래 성형탄 제조시 필수적으로 사용되던 유기성 접착제의 사용을 최소화 하면서, 유연탄 분말을 바인더로 이용할 수 있음에 착안하여 본 발명에 이르렀다.
특허문헌 1 한국등록특허 10-1142398호 특허문헌 2 미국특허공보 US 4,738,685호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 피치(pitch) 등의 고체 바인더를 사용하여 가압 성형한 성형탄에 비해 발열량이 매우 높고, 환경오염을 일으키지 않는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 대표적인 구현예에 따르면,
(a-1) 코크스를 포함하는 하부층과,
(b-1) 고로슬래그 및 석탄회를 포함하는 과립분말, (b-2) 유연탄 분말, 및 (b-3) 초임계 유체를 포함하는 상부층으로 이루어지고,
상기 (b-1) 과립분말은 고로슬래그 97 내지 98.5 중량% 및 석탄회 1.5 내지 3 중량%를 포함하고,
상기 (b-1) 과립분말은 코크스 총 중량에 대하여 10-15 중량부로 포함되고,
상기 (b-2) 유연탄 분말은 상기 코크스 총 중량에 대하여 20-30 중량부로 포함되고,
상기 (b-3) 초임계 유체는 코크스 총 중량에 대하여 1-5 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 (b-2) 유연탄 분말은 입자 크기가 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 성형탄은 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 0.1-1.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 코크스는 석유 코크스인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 성형탄은 제절공정용 성형탄인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면,
(1) 고로슬래그 및 석탄회 혼합물을 유동층 과립기 내에서 과립형태의 분말을 제조하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)의 과립 분말과, 유연탄 분말 각각을 코크스 총 중량에 대하여 10-15 중량부 및 20-30 중량부를 첨가한 후, 혼합하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)의 혼합물을 코크스에 분사한 후, 건조시키는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에서 건조된 성형체에 초임계 유체를 코크스 총 중량에 대하여 1-5 중량부로 공급하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4)의 초임계 유체를 포함하는 성형체를 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (1)의 과립분말은 고로슬래그 97 내지 98.5 중량% 및 석탄회 1.5 내지 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 유연탄 분말은 입자 크기가 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (2)는 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 0.1-1.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 코크스는 석유 코크스인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 초임계 유체는 이산화탄소 또는 질소인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 성형체를 소성하는 단계는 질소, 아르곤 또는 헬륨 가스 존재 하에서 700-900 ℃에서 2-3 시간 수행되는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 성형탄은 제절공정용 성형탄인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 본 발명의 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄은 종래 피치(pitch) 등의 고체 바인더를 사용하여 가압 성형한 성형탄에 비해 발열량이 매우 높고, 유기성 접착제를 최소한으로 사용하므로 환경오염 등의 문제점을 해결할 수 있어, 제철공정 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 모식도를 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 종래 피치(pitch) 등의 고체 바인더를 사용하여 가압 성형한 성형탄을 제조하는 방법에 비해 성형탄의 발열량이 매우 높고, 유기성 접착제를 최소한으로 사용하므로 환경오염 등의 문제점을 해결할 수 있는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄이 개시된다.
본 발명의 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄(100)은 다수개로 적층되는 구형의 블록형태이고, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 구형의 블록은 하부층(101) 및 상기 하부층(101)의 상부에 구비되는 상부층(102)으로 이루어진다.
상기 하부층은 (a) 코크스를 포함하는데, 상기 코크스는 각종 제철, 제강 공정 또는 화학공업에서 연료 또는 환원제로 이용되고 있으며, 그 종류는 용도에 따라 용광로용, 주물용, 비철금속제련용, 가스화용, 카바이드용, 일반용 등으로 구분된다.
특히 코크스는 자연 건조된 초기상태로 콩알만한 크기의 알갱이로 존재하는데, 이러한 알갱이는 표면적이 크고 함수율이 약 10% 정도로 쉽게 연소되지 않아 이를 미분화하여 표면적을 최소화시켜 사용하고 있다.
반면, 본 발명에서는 유연탄 분말 및 초임계 유체를 사용함으로써, 종래와 같이 미분화한 코크스를 사용하지 않고도 목적하는 효과를 달성할 수 있음이 확인되었다.
상기 하부층의 상부에 구비되는 상부층은 (b-1) 고로슬래그 및 석탄회를 포함하는 혼합물로 형성되는 과립분말과, (b-2) 유연탄 분말 및 (b-3) 초임계 유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
고로슬래그는 제철공장 등에서 부산물로 연간 약 850만 톤이 발생되고 있고, 통상의 포틀랜드 시멘트보다 가격이 저렴하고 구입이 용이한 장점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 고로슬래그의 함량은 97 내지 98.5 중량%이다. 고로슬래그의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기계적 강도가 저하될 수 있다.
또 다른 구성요소로, 상기 석탄회는 산업부산물 중에서도 전체배출량의 약 30%가 재활용되지 못하고 매립되고 있으며, 매립에 따른 비용 등의 문제가 심각할 정도이다.
이러한 석탄회는 중화 또는 하소 등의 간단하게 전처리한 후, 사용 할 수 있는데, 본 발명에서는 석탄회를 1.5 내지 3 중량%를 혼화함으로써 충분한 강도를 발현시킬 수 있다.
이는 석탄회가 소량만 가지고도 강알칼리성을 나타낼 수 있기 때문에, 고로슬래그 표면의 쇄상결합에 의한 불투수성 피막을 강알칼리 작용(pH 〉12.5)에 의하여 빠르게 파괴하여 내부에 포위되어 있던 SiO4 2- 또는 Al2O3을 용출시킨다. 용출된 SiO4 2-와 Al2O3 이온은 석고와 반응하여 수화물을 생성한다. 이 반응은 초기에 활발히 진행되지만, 그 후에는 서서히 진행된다. 만약에 3 중량% 초과로 첨가되는 경우에는 석탄회 결정체가 석출되고, 이러한 수산화칼슘의 결정체는 강도가 없으므로 잉여량이 존재할 경우에는 상부층과 분리현상이 일어나게 되어 성형탄의 발열량이 떨어지는 등 성형탄의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 유연탄 분말의 입자 크기 및 함량 그리고 초임계 유체의 함량 조건을 동시에 만족해야 하는데, 상기 조건 중 어느 하나를 만족하지 못하는 경우에는 발열량이 저하되거나, 연소완료온도가 낮아질 수 있고, 연소속도도 빨라지는 문제점이 야기될 수 있다.
상기 유연탄 분말은 상기 코크스 총 중량에 대하여 20-30 중량부로 포함되도록 하고, 상기 유연탄 분말은 0.1-5 ㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 유연탄 분말이 코크스 총 중량에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 유연탄 분말로부터 종래 유기성 접착제와 같은 효과를 달성할 수 어렵고, 30 중량부 초과로 첨가되는 경우에는 발열량이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 유연탄 분말은 그 입자 크기가 0.1 ㎛ 미만이면 바인더로서의 기능이 떨어지는 단점이 있고, 입자 크기가 5 ㎛를 초과하면 코크스와 유연탄 분말이 균일하게 혼합되지 아니하여, 유연탄 분말끼리 뭉치는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 성형탄은 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 0.1-1.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 성형탄은 종래 성형탄 제조시 필수적으로 사용되던 유기성 접착제를 0.1-1.5 중량부로 더 포함할 수 있는데, 유기성 접착제를 포함시킬 경우, 본 발명에서 바인더로 사용되는 유연탄 분말의 함량을 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 1.5 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 성형탄 연소시 발생하는 배출가스에서 독성가스가 확인되거나, 그을음이 심각해지는 등의 환경오염 문제를 야기할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 유기성 접착제는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트 및 하이드록시에틸 아크릴레이트 또는 하이드록시프로필 메타크릴레이트 중에서 선택되는 1종 이상이다.
상기 초임계 유체는 상기 코크스 총 중량에 대하여 1-5 중량부로 첨가되는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 성형탄 표면에 크랙 발생률이 증가되어 성형탄의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄은 종래 피치(pitch) 등의 고체 바인더를 사용하여 가압 성형한 성형탄을 제조하는 방법에 비해 유기성 접착제를 최소한으로 사용하므로 환경오염 등의 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 성형탄 발열량이 약 49 KJ/mol 이상으로 종래 석탄/석유코크스가 1:1로 혼합된 연료 슬러리에 음이온성 계면활성제를 포함하는 경우(8.057 Kcal/mol) 보다 높으면서 동시에 강도가 코크스보다 우수하여 고품질의 성형탄을 얻을 수 있으므로, 본 발명의 저가의 코크스 및 유연탄 분말을 포함하는 성형탄은 고가의 제품을 대체할 수 있어, 제철공정 등에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 코크스는 석유 코크스인 것을 특징으로 한다.
석유 코크스는 정유공장의 부산물로 유황성분과 중금속 성분을 포함하고 연료로서, 석탄과는 달리, 고정탄소가 85-92%로 발열량이 높은 원료이나, 회재성분이 낮은 문제점이 있었는데, 유연탄 및 초임계 유체를 함께 포함함으로써, 석유 코크스가 갖는 문제점을 보완할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 성형탄은 제철공정용 성형탄인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면,
(1) 고로슬래그 및 석탄회 혼합물을 유동층 과립기 내에서 과립형태의 분말을 제조하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)의 과립 분말과, 유연탄 분말을 각각 코크스 총 중량에 대하여 10-15 중량부 및 20-30 중량부를 첨가한 후, 혼합하는 단계;
(3) 상기 단계 (2)의 혼합물을 코크스에 분사한 후, 건조시키는 단계;
(4) 상기 단계 (3)에서 건조된 성형체에 초임계 유체를 코크스 총 중량에 대하여 1-5 중량부로 공급하는 단계; 및
(5) 상기 단계 (4)의 초임계 유체를 포함하는 성형체를 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법이 개시된다.
종래 성형탄을 제조하는 경우, 피치(pitch) 등의 고체 바인더를 사용하여 가압 성형하여 성형탄을 제조하는 방법이 알려져 있는데, 상기 바인더를 물과 같이 낮은 점도가 유지되도록 일정 온도 이상으로 가열하고, 혼합 시에도 온도를 유지하면서 보온하지 않으면, 용융된 고체 바인더가 석탄 입자에 접촉되면 바로 고화되어 극히 부분적으로 결합을 함에 따라 바인더가 성형탄에 불균일하게 존재하여 성형탄의 품질이 매우 불안정한 문제점이 있고, 또 다른 방법으로는 성형탄 제조 시, 유기성 접착제인 아크릴계 접착체나, 고체 바인더인 타르, 핏치, 또는 본드를 많이 사용하고 있는데, 이러한 유기성 접착제는 독성을 방출하거나, 오존층을 파괴하는 등 환경오염과 사람에게 치명적인 피해를 주는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 발명의 일 구현예에서는 유연탄 분말을 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하였는데, 상기 고체 바인더나, 유기성 접착제 등을 사용하여 야기되는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 일반적으로 유연탄 분말은 수분이 많이 포함되어 있어, 반응 전에 건조하는 공정이 반드시 필요한데, 본 발명의 초임계 유체를 함께 사용함으로써 수분에 영향을 받지 않아 수율 저하의 문제점을 해결할 수 있으므로 건조하는 공정이 필요하지 않아 제조 단계를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (1)의 과립분말은 고로슬래그 97 내지 98.5 중량% 및 석탄회 1.5 내지 3 중량%를 포함하는 것이 바람직한데, 고로슬래그 및 석탄회의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기계적 강도가 저하될 우려가 있다.
그리고 단계 (2)의 유연탄 분말은 코크스 총 중량에 대하여 20 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 유연탄 분말로부터 종래 유기성 접착제와 같은 효과를 달성할 수 어렵고, 30 중량부 초과로 첨가되는 경우에는 발열량이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (2)의 유연탄 분말은 입자 크기가 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법을 제공하는바, 유연탄 분말은 그 입자 크기가 0.1 ㎛ 미만이면 바인더로서의 기능이 떨어지는 단점이 있고, 입자 크기가 5 ㎛를 초과하면 코크스와 유연탄 분말이 균일하게 혼합되지 아니하여 유연탄 분말끼리 뭉치는 문제점이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 단계 (2)는 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 0.1-1.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 성형탄은 종래 성형탄 제조시 필수적으로 사용되던 유기성 접착제를 0.1-1.5 중량부로 더 포함할 수 있는데, 유기성 접착제를 포함시킬 경우, 본 발명에서 바인더로 사용되는 유연탄 분말의 함량을 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 1.5 중량부를 초과하여 포함되는 경우, 성형탄 연소시 발생하는 배출가스에서 독성가스가 확인되거나, 그을음이 심각해지는 등의 환경오염 문제를 야기할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 유기성 접착제는 2-에틸헥실 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트 및 하이드록시에틸 아크릴레이트 또는 하이드록시프로필 메타크릴레이트 중에서 선택되는 1종 이상이다.
아울러 본 발명의 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄 제조방법 중에서 초임계 유체를 공급하는 과정은 고압 주사 펌프 등을 사용할 수 있는데, 상기 초임계 유체는 이산화탄소 또는 질소인 것이 바람직하다.
한편, 상기 단계 (5)의 소성 공정은 일반적으로 알려진 방법에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 소성로에서 질소, 아르곤 또는 헬륨 등의 불활성 가스 존재 하에 700-900 ℃에서 2-3 시간 소성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 코크스는 석유 코크스인 것이 바람직하고, 상기 성형탄은 제절공정용 성형탄인 것을 특징으로 한다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
실시예 1
고로슬래그 97 중량%, 석탄회 3 중량%의 혼합물을 유동층 과립기 내에서 과립형태의 분말을 제조한 후, 상기 과립 분말과, 유연탄 분말 및 2-에틸헥실 아크릴레이트 각각을 코크스 총 중량에 대하여 10 중량부, 10 중량부 및 0.2 중량부를 첨가한 후, 혼합하였다. 상기 혼합물을 코크스에 분사한 후, 70 ℃에서 건조시킨 후, 초임계 유체를 코크스 총 중량에 대하여 1 중량부로 공급하였다. 이렇게 제조된 성형체를 마지막으로 질소 분위기 하에서 800 ℃ 온도, 2시간 동안 소성하여 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 유연탄 분말을 코크스 총 중량에 대하여 15 중량부로 포함하여 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 과립분말을 15 중량부로 포함하여 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 과립분말을 전혀 사용하지 않고 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 초임계 유체를 전혀 사용하지 않고 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 유연탄 분말을 사용하는 대신 유기성 접착제인 아크릴 수지를 사용하여 성형탄을 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 성형탄의 강도를 압력기를 이용하여 비교한 결과, 동일한 압력하에서 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3 및 비교예 3의 성형탄에서는 크랙이 전혀 발견되지 않는 반면에, 상기 비교예 1의 성형탄에서는 크랙에 의해 코크스를 둘러싸는 유연탄 분말이 떨어져 나오는 문제점이 발생하였고, 비교예 2의 성형탄에서는 약간의 크랙이 발견되었다.
또한, 외부경도의 경우, 실시예 1 내지 3의 성형탄은 비교예 3과는 크게 차이가 없으나, 비교예 1, 2의 성형탄보다는 약 4배 이상 우수한 것으로 확인되었다.
실험예 2
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 성형탄의 열팽창계수를 알아보기 위해 고유 저항 값을 확인한 결과, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 고유저항이 12% 이하로 나타난 반면에, 비교예 1 내지 3의 성형탄의 경우, 고유저항이 각각 20%, 30% 및 15%로 큰 것이 확인되었다.
실험예 3
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 성형탄의 총 발열량을 확인한 결과, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 성형탄은 49 KJ/mol 이상으로 확인된 반면에, 비교예 1 내지 3의 성형탄은 각각 28.3 KJ/mol, 31.2 KJ/mol 및 34 KJ/mol로 확인되었다.
실험예 4
상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 성형탄의 연화점을 확인한 결과, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 성형탄의 경우, 연화점이 286 ℃이하인 것으로 확인된 반면에, 비교예 1 내지 3의 성형탄의 경우, 연화점 측정이 불가능할 정도로 연화점이 높은 것으로 확인되었다.
실험예 5
상기 실시예 1과 비교예 3의 성형탄 연소시 발생하는 배출가스를 분석한 결과, 실시예 1의 경우, 이산화탄소 농도는 평균 7.5 %, 이산화질소 농도는 평균 1.3 ppm으로 확인되었고, 다이옥신 발생이 전혀 없었으며, 그을음 발생이 거의 없는 것으로 확인된 반면에, 비교예 3의 경우, 이산화탄소 농도 평균 21.3 %, 이산화질소 농도는 평균 9.4 ppm으로 측정되었고, 독성가스인 다이옥신이 약 68.2 ppm으로 측정되었으며, 그을음이 발생하는 것으로 확인되었다.
이와 같은 결과는 본 발명의 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄이 종래 유기성 접착제를 사용하여 제조된 성형탄에 비해 환경오염의 문제점을 해결할 수 있음을 뒷받침하는 것으로 볼 수 있다.

Claims (13)

  1. (a-1) 코크스를 포함하는 하부층과,
    (b-1) 고로슬래그 및 석탄회를 포함하는 과립분말, (b-2) 유연탄 분말, 및 (b-3) 초임계 유체를 포함하는 상부층으로 이루어지고,
    상기 (b-1) 과립분말은 고로슬래그 97 내지 98.5 중량% 및 석탄회 1.5 내지 3 중량%를 포함하고,
    상기 (b-1) 과립분말은 코크스 총 중량에 대하여 10-15 중량부로 포함되고,
    상기 (b-2) 유연탄 분말은 상기 코크스 총 중량에 대하여 20-30 중량부로 포함되고,
    상기 (b-3) 초임계 유체는 코크스 총 중량에 대하여 1-5 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b-2) 유연탄 분말은 입자 크기가 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄.
  3. 제1항에 있어서, 상기 성형탄은 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 0.1-1.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코크스는 석유 코크스인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄.
  5. 제1항에 있어서, 상기 성형탄은 제철공정용 성형탄인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄.
  6. (1) 고로슬래그 및 석탄회 혼합물을 유동층 과립기 내에서 과립형태의 분말을 제조하는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)의 과립 분말과, 유연탄 분말 각각을 코크스 총 중량에 대하여 10-15 중량부 및 20-30중량부를 첨가한 후, 혼합하는 단계;
    (3) 상기 단계 (2)의 혼합물을 코크스에 분사한 후, 건조시키는 단계;
    (4) 상기 단계 (3)에서 건조된 성형체에 초임계 유체를 코크스 총 중량에 대하여 1-5 중량부로 공급하는 단계; 및
    (5) 상기 단계 (4)의 초임계 유체를 포함하는 성형체를 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단계 (1)의 과립분말은 고로슬래그 97 내지 98.5 중량% 및 석탄회 1.5 내지 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 단계 (2)의 유연탄 분말은 입자 크기가 0.1-5 ㎛인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 단계 (2)는 유기성 접착제를 코크스 총 중량에 대하여 0.1-1.5 중량부로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 단계 (3)의 코크스는 석유 코크스인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 단계 (4)의 초임계 유체는 이산화탄소 또는 질소인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 단계 (5)의 성형체를 소성하는 단계는 질소, 아르곤 또는 헬륨 가스 존재 하에서 700-900 ℃에서 2-3 시간 수행되는 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
  13. 제6항에 있어서, 상기 성형탄은 제절공정용 성형탄인 것을 특징으로 하는 유연탄 분말을 바인더로 사용하는 성형탄의 제조 방법.
KR1020140123689A 2014-09-17 2014-09-17 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법 KR101574568B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140123689A KR101574568B1 (ko) 2014-09-17 2014-09-17 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140123689A KR101574568B1 (ko) 2014-09-17 2014-09-17 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101574568B1 true KR101574568B1 (ko) 2015-12-07

Family

ID=54872453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140123689A KR101574568B1 (ko) 2014-09-17 2014-09-17 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101574568B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019124659A1 (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 주식회사 포스코 고강도 성형탄 및 그 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101353896B1 (ko) 2012-11-21 2014-01-22 (주)성일하이테크 코크스 더스트 성형탄 제조방법
KR101405480B1 (ko) 2012-12-21 2014-06-11 주식회사 포스코 성형탄의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101353896B1 (ko) 2012-11-21 2014-01-22 (주)성일하이테크 코크스 더스트 성형탄 제조방법
KR101405480B1 (ko) 2012-12-21 2014-06-11 주식회사 포스코 성형탄의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019124659A1 (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 주식회사 포스코 고강도 성형탄 및 그 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101158883B1 (ko) 자기-환원성 냉-결합 펠렛
KR101304686B1 (ko) 고로용 부분 환원철 및 그 제조방법
CN101270410A (zh) 一种冷固结球团及其制备方法
EP2949765B1 (en) Composite briquette and method for making a steelmaking furnace charge
TWI396749B (zh) 還原鐵之製造方法
CN101274854A (zh) 耐火的、碳结合的氧化镁砖及其制备方法
AU2019473210B2 (en) Process for producing an iron ore fines agglomerate and the agglomerate product
EP3760748B1 (en) Process for preparing optimized calcined, iron- and chrome-containing pellets
RU2669653C2 (ru) Способ производства гранулированного металлического железа
KR101574568B1 (ko) 유연탄 분말을 바인더로 사용한 성형탄 및 이의 제조방법
KR101739858B1 (ko) 성형탄, 이의 제조 방법 및 장치
KR101676629B1 (ko) 성형탄 및 그 제조 방법
KR101320083B1 (ko) 전기로 환원 슬래그를 이용한 함철 브리켓 제조용 바인더 및 이의 제조방법
RU2321647C1 (ru) Способ брикетирования железосодержащих отходов в виде окалины для плавки
KR102488622B1 (ko) 폐주물사를 포함하는 모르타르 조성물
CN103146871B (zh) 一种石墨化碳素提温剂及其制备方法
KR101161366B1 (ko) 제철 더스트성형용 액상당밀 결합형 고상형 브리케트 바인더조성물
KR100668791B1 (ko) 분 코크스의 브리케트 제조방법 및 코크스 브리케트
KR101524237B1 (ko) 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체 및 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 이 응집체의 용도
KR20100061430A (ko) 철 분진 성형용 접착제 및 이를 이용한 철 분진 성형물의 제조방법
KR100952224B1 (ko) 선재 슬러지를 활용한 비소성 펠릿 제조방법
Kushnarev et al. Experience with MgO-bearing materials for raising the stability of converter linings
KR100687250B1 (ko) 분정광을 포함하는 코크스 브리케트 및 그 제조방법
KR20050022109A (ko) 분철광석의 환원을 위한 유동층 환원로의 천정부 성형에 이용되는 내화 조성물
KR101538845B1 (ko) 탄재 내장 부분환원철의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190129

Year of fee payment: 4