KR101674890B1 - 성형탄 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 성형탄의 제조 방법은 미분탄을 제공하는 단계, 미분탄, 탄소 섬유, 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 혼합물을 성형하는 단계를 포함한다. 탄소 섬유가 0 보다 크고 10mm 이하의 길이를 가지고, 탄소 섬유가 혼합물에 0 보다 크고 10wt% 이하로 포함된다.

Description

성형탄 및 그 제조 방법 {COAL BRIQUETTES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 열간강도가 우수하면서 회분 함량이 낮은 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

용융환원제철법에서는 철광석을 환원로와 환원된 철광석을 용융하는 용융가스화로를 사용한다. 용융가스화로에서 철광석을 용융하는 경우, 철광석을 용융할 열원으로서 성형탄을 용융가스화로에 장입한다. 여기서, 환원철은 용융가스화로에서 용융된 후, 용철 및 슬래그로 전환된 후 외부로 배출된다. 용융가스화로에 장입된 성형탄은 석탄충전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄충전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄충전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.

최근 대형화 되어가는 용융가스화로의 고온조업에 사용되는 성형탄의 경우, 보다 열간강도가 높은 특성이 요구되고 있으며 이러한 요구에 부응한 기술 개발이 진행되고 있다. 따라서, 석유 코크스, 무연탄 등의 첨가제를 이용하여 열간강도가 높은 성형탄을 제조하고 있으나, 성형탄의 회분 함량이 증가한다.

성형탄에 함유된 회분 함량이 많다는 것은 상대적으로 가연성인 탄소와 수소 함량이 낮아지므로 성형탄의 발열량이 낮아지는 단점이 있다. 또한, 용융가스화로에 장입된 성형탄의 회분은 대부분 촤(Char) 중에 잔존하게 되므로 촤의 발열량이 크게 감소할 뿐만 아니라 궁극적으로는 회분을 슬래그 형태로 용해시켜서 배출하기 위한 열량이 요구된다.

열간강도가 우수하면서 회분 함량이 낮은 성형탄의 제조 방법을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 성형탄의 제조 방법으로 제조한 성형탄을 제공하고자 한다.

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 미분탄을 제공하는 단계(S10), 미분탄, 탄소 섬유, 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S20), 및 혼합물을 성형하는 단계(S30)를 포함한다. 탄소 섬유가 0 보다 크고 10mm 이하의 길이를 가지고, 탄소 섬유가 혼합물에 0 보다 크고 10wt% 이하로 포함된다.

탄소 섬유의 에스팩트 비는 20 내지 300일 수 있고, 탄소 섬유의 탄소 순도는 90wt% 이상이고 100wt% 미만일 수 있다.

혼합물을 제조하는 단계에서, 혼합물은 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.

혼합물을 제조하는 단계에서, 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 및 오일로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 0 보다 크고 10wt% 이하의 탄소 섬유, 5wt% 내지 15wt%의 바인더 및 나머지 미분탄을 포함하고, 탄소 섬유가 0 보다 크고 10mm 이하의 길이를 가진다.

탄소 섬유의 에스팩트 비는 20 내지 300일 수 있고, 탄소 섬유의 탄소 순도는 90wt% 이상이고 100wt% 미만일 수 있다.

성형탄은 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있고, 물질의 양은 2wt% 내지 20wt%일 수 있다.

바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 및 오일로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.

성형탄은 무수 기준으로 10wt% 내지 13wt%의 회분을 포함할 수 있다.

열간강도가 우수하면서 회분 함량이 낮은 성형탄을 제조할 수 있다. 그 결과, 촤의 발열량이 크게 높아지고, 회분을 슬래그 형태로 용해시켜서 배출하기 위한 추가 열량이 불필요하므로, 연료비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 미분탄과 혼합되는 탄소 섬유의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1에 따라 제조한 성형탄을 고온 가열하여 얻어진 촤의 형성 과정을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 4는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 또 다른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 성형탄의 제조 방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 성형탄의 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 성형탄의 제조 방법은 미분탄을 제공하는 단계(S10), 미분탄, 탄소 섬유, 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(S20), 및 혼합물을 성형하는 단계(S30)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 성형탄의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.

먼저, 단계(S10)에서는 미분탄을 제공한다. 여기서, 미분탄은 석탄을 파쇄한 것이며, 일반적으로 석탄은 탄화도에 따라 탄소분이 약 60%인 이탄, 약 70%인 아탄 및 갈탄, 약 70% 내지 80%인 아역청탄, 약80% 내지 90%인 역청탄, 90%이상인 무연탄으로 구분된다. 본 발명에서 사용되는 석탄의 종류는 특별히 한정되지 아니하며, 단일 탄종이나 다양한 종류의 석탄을 혼합하여 사용할 수 있다.

도 2는 전술한 미분탄과 혼합되는 탄소 섬유를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 탄소 섬유는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 탄소 섬유를 구성하는 탄소 원자들은 섬유의 길이 방향을 따라 육각 고리 결정의 형태로 붙어 있으며, 이러한 분자 배열 구조로 인해 강한 물리적 속성을 띠게 된다.

0 보다 크고 10mm 이하의 길이를 가진 탄소 섬유를 미분탄에 첨가할 수 있다. 탄소 섬유가 10mm를 초과하면 성형탄 표면 바깥으로 탄소 섬유가 삐져나와서 성형탄의 냉간강도를 저하시킬 수 있다. 따라서 탄소 섬유의 길이를 전술한 범위로 유지한다. 바람직하게는 탄소 섬유의 길이가 0 보다 크고 6mm 이하이다.

탄소 섬유의 양은 후속 공정에서 제조되는 성형탄의 0 보다 크고 10wt% 이하일 수 있다. 탄소 섬유의 양이 10wt%를 초과하면 성형탄 제조비가 증가한다. 좀더 바람직하게는, 탄소 섬유의 양은 3wt% 내지 5wt%일 수 있다.

탄소 섬유의 에스팩트 비는 20 내지 300인 것이 바람직하다. 탄소 섬유의 에스팩트 비가 너무 작으면, 발생가스방출 효과가 감소되는 문제점이 있다. 또한, 탄소 섬유의 에스팩트 비가 너무 크면, 성형 밀도 저하로 냉간강도가 하락되는 문제점이 있다. 따라서 탄소 섬유의 에스팩트 비를 전술한 범위로 조절한다. 한편, 90wt% 이상이고 100wt% 미만의 탄소 순도를 가진 탄소 섬유를 사용하여 성형탄의 열간 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서 탄소 섬유의 탄소 순도가 너무 낮으면, 성형탄의 품질 향상에 기여할 수 없다. 또한, 형태면에서 탄소 섬유로서 촙 섬유(Chopped Fiber) 또는 밀 섬유(Milled Fiber)를 사용할 수 있다.

열간 강도를 더욱 증대시키기 위해서 탄소 섬유 이외에 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 또는 카본 블랙 등의 첨가제를 미분탄과 혼합할 수 있다. 첨가제의 양은 성형탄의 2wt% 내지 20wt%일 수 있다. 첨가제의 양이 너무 작은 경우, 성형탄의 열간 강도를 확보할 수 없다. 또한, 첨가제의 양이 너무 큰 경우, 성형탄의 제조비가 상승한다. 따라서 첨가제의 양을 전술한 범위로 조절한다.

첨가제에 의해 성형탄의 열간 강도를 더욱 증대시킬 수 있다. 한편, 다른 탄소원과는 달리 탄소 섬유는 회분을 포함하지 않는다. 즉, 분코크스와 코크스 더스트 등의 탄소원은 모두 회분을 포함하므로, 성형탄의 열간 강도에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 그러나 탄소 섬유는 회분을 포함하고 있지 않으므로, 성형탄에 첨가되어도 연료비 증가 없이 성형탄의 열간 강도를 더욱 향상시킨다.

다시 도 1로 되돌아가면, 단계(S20)에서는 미분탄, 탄소 섬유, 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조한다. 바인더로는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 또는 오일 등을 사용할 수 있다.

한편, 혼합물에는 1wt% 내지 5wt%의 경화제를 더 함유시킬 수 있다. 경화제로는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 또는 석회석 등을 사용할 수 있다. 경화제의 양이 너무 적은 경우, 바인더와 경화제의 화합 결합이 충분히 일어나지 않아 성형탄의 강도를 충분하게 확보할 수 없다. 또한, 경화제의 양이 너무 많은 경우, 성형탄내의 회분이 많아져서 용융가스화로내에서 연료로서 충분한 역할을 할 수 없다. 따라서 경화제의 양을 적절하게 조절한다. 바인더로서 당밀을 사용하고, 경화제로서 생석회 또는 소석회를 사용하는 경우, 경화제를 먼저 미분탄에 균일하게 혼합한 후 당밀을 첨가하는 것이 바람직하다. 이 경우, 당산염 결합에 의해 후속 공정에서 제조하는 성형탄의 냉간 강도를 향상시킬 수 있다.

마지막으로, 단계(S30)에서는 혼합물을 성형한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 상호 반대 방향으로 회전하는 쌍롤들 사이에 혼합물을 장입하여 포켓 또는 스트립 형태의 성형탄을 제조할 수 있다. 그 결과, 우수한 열간강도 및 냉간강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다.

제조된 성형탄은 용융가스화로 상부로부터 투입되며 1000℃의 고온에서 열분해하여 가스를 발생시킨 후 촤로 전환되어 환원철과 함께 용융가스화로의 촤베드를 구성한다. 따라서, 촤는 용융가스화로내의 반응가스와 철광석과 슬래그의 용융물이 쉽게 상하로 이동할 수 있는 통로를 제공하여야 한다. 이러한 통기 통액성이 우수한 촤가 많이 존재할수록 용융가스화로의 조업이 안정되면서 생산성을 증대시킬 수 있다. 또한, 촤에 함유된 회분은 슬래그로 배출되므로, 그 양이 적을수록 바람직하다.

제조된 성형탄에 포함된 바인더의 양은 5wt% 내지 15wt%일 수 있다. 바인더의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 강도가 악화될 수 있다. 또한, 바인더의 양이 너무 많은 경우, 미분탄과 바인더의 혼합시에 부착 등의 문제점이 발생한다. 따라서 바인더의 양을 적절하게 조절한다. 한편, 성형탄은 무수 기준으로 회분을 10wt% 내지 13wt% 포함할 수 있다. 즉, 회분을 포함하지 않는 탄소 섬유를 성형탄에 첨가하여 성형탄에 함유된 회분의 양을 저감시킬 수 있다. 성형탄의 원료 특성상 회분의 양을 너무 낮출 수 없다. 또한, 성형탄에 함유된 회분의 양이 너무 많은 경우, 성형탄의 열량이 저하될 수 있다. 따라서 성형탄의 회분의 양을 전술한 범위로 조절한다.

도 3은 도 1에 따라 제조한 성형탄을 고온 가열하여 얻어진 촤(100)의 형성 과정을 개략적으로 나타낸다. 도 3의 확대원에는 용융가스화로(60)에 장입되어 고온 가열에 의해 형성된 촤(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 촤(100)의 형상은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 촤(100)의 형상을 다양하게 변형할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 촤(100)에는 통로들(1001)이 형성된다. 즉, 성형탄이 용융가스화로(60)에 장입되는 경우, 돔부(601)의 고온 가스에 의해 가열되면서 성형탄에 함유된 휘발분이 외부로 빠져나가면서 촤(100)가 형성되고 그 내부에 통로들(1001)이 형성된다. 성형탄이 탄소 섬유를 포함하므로, 탄소 섬유로 인하여 촤(100)에 통로들(1001)이 잘 형성되면서 휘발분이 이를 통하여 외부로 잘 배출된다. 즉, 촤(100)의 전 표면에 걸쳐서 통로들이 형성되는 것이 아니라 탄소 섬유가 위치한 부분만 선택적으로 통로들(1001)이 형성되므로, 촤(100)가 잘 붕괴되지 않는다. 그 결과, 촤(100)가 용융가스화로(60)에서 생성되면서 점선 화살표로 도시한 바와 같이 용융가스화로(60)의 하부까지 낙하하여 환원철의 용융에 필요한 열을 충분히 공급할 수 있다.

좀더 구체적으로, 통기 통액성을 평가하는 촤의 대표적인 물성은 촤의 입경이며, 이를 성형탄의 열간 강도로 평가할 수 있다. 즉, 조대화된 촤가 얻어질수록 열간강도가 높아지므로, 열간강도가 큰 성형탄 투입시 용융가스화로의 촤 베드 내에서 가스와 용융물의 통기 통액성이 양호하다. 즉, 용융가스화로에 장입되는 성형탄에 혼합된 탄소 섬유가 성형탄내의 휘발분의 배출 통로로서 기능하므로, 성형탄이 잘 분화되지 않고 용융가스화로 하부까지 잘 낙하하여 환원철의 용융에 필요한 열량을 충분히 공급할 수 있다.

도 4는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용하는 용철제조장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 용철제조장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 4의 용철제조장치(200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 4의 용철제조장치(200)는 용융가스화로(60) 및 환원로(20)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 환원로(20)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 환원로(20)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로(20)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 환원로(20)는 충전층형 환원로로서, 용융가스화로로(60)부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성한다.

도 1의 제조 방법으로 제조한 성형탄은 용융가스화로(60)에 장입되므로, 용융가스화로(60)의 내부에는 석탄충전층이 형성된다. 용융가스화로(60)의 상부에는 돔부(601)가 형성된다. 즉, 용융가스화로(60)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고, 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 따라서 고온의 환원가스에 의해 돔부(601)에 장입되는 성형탄이 쉽게 분화될 수 있다. 그러나 도 1의 방법으로 제조한 성형탄은 높은 열간 강도를 가지므로, 용융가스화로(60)의 돔부에서 분화되지 않고, 용융가스화로(60)의 하부까지 낙하한다. 성형탄의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(60)의 하부로 이동하여 풍구(30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 그 결과, 성형탄은 용융가스화로(60)를 고온으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편, 촤로 인하여 용융가스화로(60) 내의 통기성이 확보되므로, 용융가스화로(60)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 환원로(20)에서 공급된 환원철이 용융가스화로(60)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.

전술한 성형탄 이외에 괴상 탄재 또는 코크스를 필요에 따라 용융가스화로(60)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로(60)의 외벽에는 풍구(30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.

도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 용철제조장치(300)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 5의 용철제조장치(300)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 5의 용철제조장치(300)의 구조는 도 4의 용철제조장치(200)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(300)는 용융가스화로(60), 환원로(22), 환원철 압축장치(40) 및 압축 환원철 저장조(50)를 포함한다. 여기서, 압축 환원철 저장조(50)는 생략할 수 있다.

제조된 성형탄은 용융가스화로(60)에 장입된다. 여기서, 성형탄은 용융가스화로(60)에서 환원가스를 발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로에 공급된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 환원로들(22)에 공급되고, 용융가스화로(60)로부터 환원로들(22)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된다. 환원철은 환원철 압축장치(40)에 의해 압축된 후 압축 환원철 저장조(50)에 저장된다. 압축된 환원철은 압축 환원철 저장조(50)로부터 용융가스화로(60)에 공급되어 용융가스화로(60)에서 용융된다. 성형탄은 용융가스화로(60)에 공급되어 통기성을 가진 촤로 변하므로, 용융가스화로(60)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 압축된 환원철이 용융가스화로(60)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과하여 양질의 용철을 제조할 수 있다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

실험예 1

평균성상을 가지고 3.4mm 이하의 입도를 가지는 석탄 A를 미분탄으로 준비하였다. 석탄 A에 탄소원 첨가제로서 코크스 더스트 및 탄소 섬유를 추가로 혼합하였다. 코크스 더스트는 평균 입경이 0.2mm인 것으로 준비하였고, 탄소 섬유는 쿠레하(Kureha)사 촙탄소섬유(상품명 Kreca Chop-C106S, 평균 입경 14.5㎛, 길이 6mm, 탄소 순도 95wt%)를 준비하였다. 사용한 석탄 A 및 코크스 더스트의 물성을 하기의 표 1에 나타낸다.

	공업분석, dry base wt%
	회분(Ash)	휘발분(VM)	고정탄소(Fixed Carbon)
석탄 A	9.1	25.1	65.8
코크스 더스트	14.6	1.8	83.6

석탄 A 87wt%, 코크스 더스트 10wt% 및 탄소 섬유 3wt%를 혼합하여 미분탄을 제조하였다. 제조한 미분탄 100중량부에 대하여 바인더로서 10중량부의 당밀을 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 롤프레스로 압축하여 64.5mm X 25.4mm X 19.1mm 크기의 베게 형상을 가진 성형탄을 제조하였다.

실험예 2

석탄 A 85wt%, 코크스 더스트 10wt% 및 탄소 섬유 5wt%를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형과정은 전술한 실험예 1과 동일하다.

실험예 3

석탄 A 95wt%, 탄소 섬유 5wt%를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형과정은 전술한 실험예 1과 동일하다.

비교예 1

100wt%의 석탄 A를 압착하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형과정은 전술한 실험예 1과 동일하다.

비교예 2

석탄 A 90wt% 및 코크스 더스트 10wt%를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형과정은 전술한 실험예 1과 동일하다.

비교예 3

석탄 A 85wt% 및 코크스 더스트 15wt%를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형과정은 전술한 실험예 1과 동일하다.

비교예 4

석탄 A 85wt%, 코크스 더스트 10wt% 및 안트라센 5wt%를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형과정은 전술한 실험예 1과 동일하다.

성형탄의 열간강도 지수 평가 방법

성형탄의 열간강도 평가를 위하여 1000℃로 유지된 반응관에 1000g의 성형탄을 투입하고, 반응관을 분당 10회전(10rpm)의 회전 속도로 60분 동안 열처리하여 촤를 제조하였다. 얻어진 촤를 분급하여 체눈 16mm 이상인 촤의 무게를 전체 촤의 무게에 대한 백분율로서 성형탄의 열간강도 지수로 평가하였다. 실험결과를 하기 표 2에 나타낸다.

구분	배합 조건	성형탄 공업분석, dry base wt%			성형탄 열간강도 지수 (+16mm wt%)
		Ash	VM	FC
실험예 1	석탄 A 87 wt% 코크스 더스트 10 wt% 탄소 섬유 3 wt%	12.1	27.0	60.9	62.3
실험예 2	석탄 A 85wt% 코크스 더스트 10wt% 탄소 섬유 5wt%	11.5	26.1	62.4	66.4
실험예 3	석탄 A 95wt% 탄소 섬유 5wt%	11.0	28.2	60.8	46.6
비교예 1	석탄 A 100wt%	11.7	29.7	58.6	11.3
비교예 2	석탄 A 90wt% 코크스 더스트 10wt%	12.5	27.6	59.9	34.8
비교예 3	석탄 A 85wt% 코크스 더스트 15wt%	13.2	26.8	60.0	49.6
비교예 4	석탄 A 85wt% 코크스 더스트 10wt% 안트라센 5wt%	11.6	30.0	58.4	36.1

표 2에 기재한 바와 같이, 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따라 제조한 성형탄의 열간강도 지수가 높은 것을 알 수 있었다. 탄소원 첨가제를 첨가하지 아니한 비교예 1은 성형탄 열간강도 지수가 매우 열악함을 확인할 수 있었다. 탄소원 첨가제로서, 코크스 더스트를 사용한 비교예 2 및 비교예 3의 성형탄은 회분의 함량이 많고, 열간강도 지수도 실험예 1 및 실험예 2에 따라 제조한 성형탄에 비해 낮은 것을 알 수 있었다. 코크스 더스트 및 안트라센을 사용한 비교예 4의 성형탄은 회분 함량은 억제되었으나, 성형탄의 열간강도 지수는 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따라 제조한 성형탄에 비해 낮은 것을 알 수 있었다. 따라서, 탄소 섬유를 사용하면, 열간강도가 우수하면서 회분 함량이 낮은 성형탄을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

20, 22. 환원로
30. 풍구
40. 환원철 압축장치
50. 압축 환원철 저장조
60. 용융가스화로
100. 촤
200, 300. 용철제조장치
601. 돔부
1001. 통로

Claims (11)

1. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
   상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로로부터 환원가스를 공급받고, 상기 환원철을 상기 용융가스화로에 제공하는 환원로
   를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되고 환원가스를 발생시키는 성형탄의 제조 방법으로서,
   미분탄을 제공하는 단계,
   상기 미분탄, 탄소 섬유, 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및
   상기 혼합물을 성형하는 단계
   를 포함하고,
   상기 탄소 섬유가 0 보다 크고 10mm 이하의 길이를 가지고, 상기 탄소 섬유가 상기 혼합물에 0 보다 크고 10wt% 이하로 포함되고, 상기 탄소 섬유는 촙 섬유 또는 밀 섬유인 성형탄의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄소 섬유의 에스팩트 비는 20 내지 300인 성형탄의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄소 섬유의 탄소 순도는 90wt% 이상이고 100wt% 미만인 성형탄의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 혼합물은 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함하는 성형탄의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 및 오일로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 성형탄의 제조 방법.
6. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
   상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로로부터 환원가스를 공급받고, 상기 환원철을 상기 용융가스화로에 제공하는 환원로
   를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되고 환원가스를 발생시키는 성형탄으로서,
   0 보다 크고 10wt% 이하의 탄소 섬유, 5wt% 내지 15wt%의 바인더 및 나머지 미분탄을 포함하고,
   상기 탄소 섬유가 0 보다 크고 10mm 이하의 길이를 갖고, 상기 탄소 섬유는 촙 섬유 또는 밀 섬유인 성형탄.
7. 제6항에 있어서,
   상기 탄소 섬유의 에스팩트 비는 20 내지 300인 성형탄.
8. 제6항에 있어서,
   상기 탄소 섬유의 탄소 순도는 90wt% 이상이고 100wt% 미만인 성형탄.
9. 제6항에 있어서,
   상기 성형탄은 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 더 포함하고, 상기 물질의 양은 2wt% 내지 20wt%인 성형탄.
10. 제6항에 있어서,
    상기 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 및 오일로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 성형탄.
11. 제6항에 있어서,
    상기 성형탄은 무수 기준으로 10wt% 내지 13wt%의 회분을 포함하는 성형탄.

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