KR101761232B1 - 성형탄 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 바인더, 수분 흡수제, 물 및 미분탄을 포함한다.

Description

성형탄 및 그의 제조 방법 {COAL BRIQUETTES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
성형탄 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 수분 흡수제를 첨가한 성형탄 및 그의 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.
용융환원제철법에서 사용되는 성형탄은 용융가스화로에 투입되어 환원철 용융에 필요한 열량을 제공한다. 성형탄은 특히 기체와 액체가 원활히 통과할 수 있도록 용융가스화로내의 통기성과 통액성을 확보시킨다. 이를 위해서는 용융가스화로 내에서 성형탄을 큰 입도로 유지시켜야 한다. 이 경우, 성형탄에 의해 환원철에 대한 환원 반응과 열전달 효율을 증대시킬 수 있다.
따라서, 제조된 성형탄은 운송과정에서 기계적 충격에 강해야 한다. 성형탄은 1000℃의 용융가스화로 돔부에 투입될 경우 열간 강도가 우수해야 전술한 용융가스화로의 통기성과 통액성을 확보할 수 있다.
우수한 강도를 확보하기 위해 성형탄 제조 과정에서 바인더로서 당밀, 셀룰로오스 등의 바인더를 첨가하여 강도를 높인다.
바인더로서 당밀을 사용하는 경우, 석탄입자와 바인더의 결합 정도에 따라 성형탄 강도가 좌우되므로 다량 첨가할수록 효과적이다. 그러나, 고점성의 당밀에는 수분(즉, 물)이 상당량 함유되어 있으므로, 성형탄 제조 후 결합력 강화를 위하여 성형탄을 냉각시키거나, 당밀 중에 함유된 다량의 수분을 제거하여 성형탄의 냉간 강도를 상승시키게 된다.
바인더로서 셀룰로오스를 사용하는 경우, 제조된 성형탄의 수분이 제거되면서 강도가 상승하므로 성형탄내 수분을 효과적으로 제거하는 것이 매우 중요하게 된다. 또한, 셀룰로오스 바인더 사용량을 최소화하기 위하여 바인더의 분산 촉진 목적으로 물을 추가하여 혼합하고 있으며, 이 경우 제조된 성형탄의 강도 증대를 위해서는 수분 제거 공정이 반드시 동반되어야 한다.
이처럼 기존의 성형탄 제조 과정에서 냉간 강도 증대 방안으로 제조된 성형탄을 냉각시키거나, 열풍을 공급하여 성형탄 중의 수분을 제거하는 건조 등의 후처리가 동반되어야 한다. 그러나, 냉각 또는 건조 설비가 추가되면 성형탄 제조 공정의 효율성과 경제성이 나빠지는 문제가 있다.
별도의 수분 제거 공정 없이, 성형탄의 강도를 향상시키면서 수분의 함량을 낮출 수 있는 성형탄 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 바인더, 수분 흡수제, 물 및 미분탄을 포함한다.
미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부, 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 및 물 1 내지 12 중량부 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 7 내지 13 중량부, 수분 흡수제 0.3 내지 3 중량부 및 물 2 내지 7 중량부 포함할 수 있다.
수분 흡수제는 금속 염화물 또는 금속 염화물의 수화물이 될 수 있다. 더욱 구체적으로 수분 흡수제는 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼륨 또는 그들의 수화물이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 경화제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 경화제를 1 내지 5 중량부 더 포함할 수 있다.
경화제는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 및 석회석 중에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다.
바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지, 셀룰로오스 화합물 및 오일 중에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다. 구체적으로 바인더는 당밀 또는 셀룰로오스 화합물이 될 수 있다.
환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 미분탄을 제공하는 단계, 미분탄에 바인더 및 수분 흡수제를 첨가하여 배합탄을 제조하는 단계, 및 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함한다.
배합탄을 제조하는 단계에서, 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부 및 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 첨가할 수 있다.
성형탄을 제조하는 단계에서, 성형탄은 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부, 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 및 물 1 내지 12 중량부 포함할 수 있다. 구체적으로 성형탄은 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 7 내지 13 중량부, 수분 흡수제 0.3 내지 3 중량부 및 물 2 내지 7 중량부 포함할 수 있다.
수분 흡수제는 금속 염화물 또는 금속 염화물의 수화물이 될 수 있다.
수분 흡수제는 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼륨 또는 그들의 수화물이 될 수 있다.
배합탄을 제조하는 단계에서, 경화제를 더 첨가할 수 있다. 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 경화제를 1 내지 5 중량부 더 첨가할 수 있다.
경화제는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 및 석회석 중에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다.
바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지, 셀룰로오스 화합물 및 오일 중에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다. 구체적으로 바인더는 당밀 또는 셀룰로오스 화합물이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 별도의 건조 공정 없이 우수한 냉간강도를 가진 성형탄을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 별도의 건조 공정 없이 물(즉, 수분)이 적게 포함되는 성형탄을 제조할 수 있으므로, 용융가스화로에 장입 시, 성형탄이 급속 가열되면서 수분을 일시에 방출하여 성형탄 분화를 촉진하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 우수한 열간강도를 가진 성형탄을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 별도의 건조 공정을 생략할 수 있으므로, 공정 효율 및 경제성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 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), 미분탄에 바인더 및 수분 흡수제를 첨가하여 배합탄을 제조하는 단계(S20), 및 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 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, 약 80% 내지 90%인 역청탄, 90% 이상인 무연탄으로 구분된다. 여기서 사용하는 석탄의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 단일 탄종이나 다양한 종류의 석탄을 혼합하여 사용할 수 있다. 품질의 편차를 줄이기 위해 미분탄의 입도가 일정한 것이 바람직하며, 구체적인 기준으로서, 입도 3mm 이하가 80wt% 이상, 입도 2mm 이하가 90wt% 이상인 입도 분포를 갖는 미분탄을 사용할 수 있다. 미분탄 내에는 불가피하게 수분이 일정량 포함될 수 있으며, 미분탄 100 중량부에 대하여 수분 1 내지 15 중량부 포함될 수 있다.
다음으로, 단계(S20)에서는 미분탄에 바인더 및 수분 흡수제를 첨가하여 배합탄을 제조한다. 즉, 바인더 및 수분 흡수제를 미분탄에 첨가한 후 균일하게 혼합되도록 배합탄을 잘 섞어준다.
바인더로는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 또는 오일 등을 사용할 수 있다. 바인더를 용이한 분산 등을 위해 수용액 상태로 첨가하는 경우, 불가피하게 수용액 내의 수분이 일정량 첨가될 수 있다. 또한, 바인더를 분말 상태로 첨가하는 경우에도, 분말이 수분을 흡수하여, 불가피하게 수분이 일정량 포함될 수 있다. 이렇게 불가피하게 포함된 수분은 다량 포함할 시, 성형탄의 냉간강도에 악영향을 미치게 된다. 또한 더 나아가 수분을 다량 포함하는 성형탄을 용융가스화로에 장입 시, 성형탄이 급속 가열되면서 수분을 일시에 방출하여 성형탄 분화가 촉진되게 된다. 즉, 열간강도에 악영향을 미친다.
기존의 성형탄 제조 공정에서는 성형탄 제조 후, 별도의 건조 단계를 거쳐 성형탄 내에 존재하는 수분을 제거하였다. 그러나, 별도의 공정을 거치기 때문에, 제조 공정면에서 비효율 적이었으며, 특히 공정 시간을 줄이기 위해 성형탄을 고온으로 가열할 시, 성형탄 표면에 크랙이 발생하여, 성형탄의 냉간강도 및 열간강도에 악영향을 미치게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 단계(S20)에서 수분 흡수제를 첨가함으로써 제조 공정에서 불가피하게 포함되는 수분을 흡수한다. 이에, 별도의 건조 공정을 거치지 아니하더라도 성형탄 내에 수분 함량을 저감할 수 있게 된다. 결국, 별도의 건조 공정을 거치지 아니하더라도 수분에 의한 열간강도 및 냉간강도 하락을 방지할 수 있으며, 우수한 열간강도 및 냉간강도를 갖는 성형탄을 제조할 수 있게 된다. 또한, 별도의 건조 공정을 거치지 않기 때문에 공정 효율 면에서 이점이 있으며, 고온 건조에 의한 표면 크랙 발생을 방지할 수 있다.
수분 흡수제로서는 배합과정에서 미분탄 또는 바인더 등에 포함된 수분을 흡수할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예로서 금속 염화물 또는 금속 염화물의 수화물을 수분 흡수제로서 사용할 수 있다. 금속 염화물은 수분과 접촉하여 수화물 형태로 결합되게 된다. 수분 흡수제로서 금속 염화물의 수화물을 사용하는 것도 가능하며, 이는 일부 수화된 금속 염화물을 의미한다. 더욱 구체적으로 수분 흡수제로서 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼륨, 또는 그들의 수화물을 사용할 수 있다.
염화칼슘(CaCl2)를 예로 수분 흡수제의 작용을 설명하면, 수분 없는 무수 염화칼슘(CaCl2) 또는 일부 수화된 염화칼슘의 2수화물(CaCl2˙2H2O)을 수분 흡수제로 사용하게 된다. 이들이 수분과 접촉하면, 염화칼슘의 6수화물(CaCl2˙6H2O)을 형성하게 되어, 수분이 제거된다. 이처럼 성형탄 내의 수분이 수화물을 형성하게 되면, 이 수화물은 성형탄의 냉간강도 및 열간강도에 악영향을 미치지 않게 되므로, 별도의 건조 공정을 거치지 아니하더라도 냉간강도 및 열간강도가 우수한 성형탄이 제조되게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 수분 또는 물의 함량이라 함은 수화물 내의 H2O를 제외하고, 독립적으로 존재하는 수분 또는 물을 의미한다.
수분 흡수제는 분말 형태가 될 수 있다. 구체적으로 평균 입경이 3mm이하인 수분 흡수제를 사용할 시, 수분 흡수제간 분산성이 향상되어, 수분 흡수 효율이 더욱 향상될 수 있다. 더욱 구체적으로 평균 입경이 3mm이하인 수분 흡수제를 사용할 수 있다.
수분 흡수제는 바인더와 동시에 첨가하거나, 바인더 첨가 후에 첨가할 수 있으나, 수분 흡수제를 바인더 첨가 전에 먼저 첨가하여 미리 혼합하는 것이 바람직하다. 이는 바인더의 분산성에 미치는 영향을 최소화하기 위해서이다.
이러한 수분 흡수제는 미분탄 100 중량부에 대해서, 0.1 내지 5 중량부 첨가될 수 있다. 수분 흡수제가 너무 적게 포함될 경우, 수분 흡수가 충분치 않아, 성형탄 내의 물 또는 수분에 의해 냉간강도 및 열간강도가 악화될 수 있다. 수분 흡수제가 너무 많이 포함될 경우, 염화물을 구성하는 염소 성분이 용융가스화로에 다량 유입되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 수분 흡수제의 첨가량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대해서, 0.3 내지 3 중량부 첨가될 수 있다.
단계(S20)에서 미분탄 및 바인더 내의 수분으로 인하여, 미분탄 100 중량부에 대하여 수분이 15 중량부 이상 포함될 수 있다. 이러한 수분은 수분 흡수제에 의해 흡수 및 제거되어 단계(S20) 및 단계(S30)을 거치게 되면, 최종적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 1 내지 12 중량부로 저감될 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 3 내지 7 중량부로 저감될 수 있다.
바인더는 미분탄 간에 점성을 형성하여, 성형이 잘 될 수 있고, 제조된 성형탄의 강도를 확보하는 역할을 한다. 전술하였듯이, 바인더로는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지, 셀룰로오스 화합물 및 오일 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로 당밀 또는 셀룰로오스 화합물을 사용할 수 있다. 셀룰로오스 화합물은 구체적으로 셀룰로오스 에테르 화합물이 될 수 있다. 더욱 구체적으로 알킬 셀룰로오스, 히드록시알킬 셀룰로오스, 히드록시알킬알킬 셀룰로오스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 메틸 셀룰로오스(Methyl Cellulose, MC), 히드록시에틸 셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose, HEC), 히드록시프로필 셀룰로오스(Hydroxypropyl cellulose, HPC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(Hydroxypropyl Methyl cellulose, HPMC), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(Hydroxyethyl Methyl cellulose, HEMC) 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
이러한 바인더는 미분탄 100 중량부에 대해서, 5 내지 15 중량부 첨가될 수 있다. 바인더가 너무 적게 포함될 경우, 적절한 냉간강도 및 열간강도를 확보하지 못할 수 있다. 바인더가 너무 많이 포함될 경우, 후술할 단계(S30)에서 성형기에 미분탄이 부착되는 문제가 발생할 수 있거나, 성형탄 내에 충분한 고정 탄소를 확보할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 바인더의 첨가량을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대해서, 7 내지 13 중량부 첨가될 수 있다.
한편, 단계(S20)에서 경화제를 더 첨가할 수 있다. 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 경화제를 1 내지 5 중량부 더 첨가할 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 냉간강도를 향상시킬 수 있다.
마지막으로, 단계(S30)에서는 혼합물을 성형한다. 도시하지 않았지만, 상호 반대 방향으로 회전하는 쌍롤들 사이에 혼합물을 장입하여 포켓 또는 스트립 형태의 성형탄을 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제조된 성형탄은 별도의 건조 공정을 거치지 않더라도 성형탄 내에 수분 함량이 적으므로, 우수한 열간강도 및 냉간강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 바인더, 수분 흡수제, 물 및 미분탄을 포함한다.
미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부, 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 및 물 1 내지 12 중량부 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 7 내지 13 중량부, 수분 흡수제 0.3 내지 3 중량부 및 물 2 내지 7 중량부 포함할 수 있다.
수분 흡수제는 금속 염화물 또는 금속 염화물의 수화물이 될 수 있다. 더욱 구체적으로 수분 흡수제는 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼륨 또는 그들의 수화물이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 경화제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여, 경화제를 1 내지 5 중량부 더 포함할 수 있다.
경화제는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 및 석회석 중에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다.
바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지, 셀룰로오스 화합물 및 오일 중에서 선택되는 1종 이상이 될 수 있다. 구체적으로 바인더는 당밀 또는 셀룰로오스 화합물이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 성형탄의 구체적인 구성은 전술한 성형탄의 제조 방법과 관련하여 구체적으로 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 2는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용하는 용철제조장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 용철제조장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 2의 용철제조장치(100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 2의 용철제조장치(100)는 용융가스화로(10) 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(10)부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성한다.
도 1의 제조 방법으로 제조한 성형탄은 용융가스화로(10)에 장입되므로, 용융가스화로(10)의 내부에는 석탄충전층이 형성된다. 용융가스화로(10)의 상부에는 돔부(101)가 형성된다. 즉, 용융가스화로(10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고, 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 따라서 고온의 환원가스에 의해 돔부(101)에 장입되는 성형탄이 쉽게 분화될 수 있다. 그러나 도 1의 방법으로 제조한 성형탄은 별도의 건조 공정을 거치지 아니하여, 표면에 크랙 생성이 억제되며, 또한 높은 열간 강도를 가지므로, 용융가스화로(10)의 돔부에서 분화되지 않고, 용융가스화로(10)의 하부까지 낙하한다. 성형탄의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 풍구(30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 그 결과, 성형탄은 용융가스화로(10)를 고온으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편, 촤가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 환원로(20)에서 공급된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
전술한 성형탄 이외에 괴상 탄재 또는 코크스를 필요에 따라 용융가스화로(10)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로(10)의 외벽에는 풍구(30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.
도 3은 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 용철제조장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 3의 용철제조장치(200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 3의 용철제조장치(200)의 구조는 도 2의 용철제조장치(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(200)는 용융가스화로(10), 환원로(22), 환원철 압축장치(40) 및 압축 환원철 저장조(50)를 포함한다. 여기서, 압축 환원철 저장조(50)는 생략할 수 있다.
제조된 성형탄은 용융가스화로(10)에 장입된다. 여기서, 성형탄은 용융가스화로(10)에서 환원가스를 발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로에 공급된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 환원로들(22)에 공급되고, 용융가스화로(10)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(10)에 공급되어 용융가스화로(10)에서 용융된다. 성형탄은 용융가스화로(10)에 공급되어 통기성을 가진 촤로 변하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 압축된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과하여 양질의 용철을 제조할 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
평균성상을 가지고 3.4mm 이하 90%이상의 입도를 가지는 혼합탄 16kg을 미분탄으로 준비하였다. 사용한 혼합탄의 물성을 하기의 표 1에 나타낸다.
시료 공업 분석, dry base %
휘발분(VM) 회분(Ash) 고정탄소(Fixed Carbon)
혼합탄 16.2 11.1 72.7
미분탄 100 중량부에 바인더로서 당밀 11 중량부, 경화제로서 생석회 2.7 중량부 및 수분 흡수제로서 염화칼슘(평균 입경 0.15mm, 순도 97%이상) 0.3 중량부를 첨가하여 충분히 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 염화칼슘을 혼합하기 전, 미분탄 및 바인더 각각에 대하여 수분 함량을 측정한 결과 미분탄 100 중량부에 대하여 9 중량부 바인더 100 중량부에 대하여 25 중량부였다.
배합탄을 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 롤들 사이로 장입하여 성형탄을 제조하였다. 한 쌍의 롤들은 20kN/㎝의 압력으로 혼합물을 가압하여 64.5mm x 25.4mm x 19.1mm 크기의 베게 형상의 성형탄을 제조하였다.
제조된 성형탄 내의 수분은 7 중량부였다.
별도의 건조 공정 없이, 성형탄 제조 후 곧바로 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 공업 분석, 낙하강도, 압축강도 및 열간강도를 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
실험예 2
수분 흡수제를 1 중량부 첨가한 것을 제외하고 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
별도의 건조 공정 없이, 성형탄 제조 후 곧바로 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 공업 분석, 낙하강도, 압축강도 및 열간강도를 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
실험예 3
수분 흡수제를 2 중량부 첨가한 것을 제외하고 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
별도의 건조 공정 없이, 성형탄 제조 후 곧바로 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 공업 분석, 낙하강도, 압축강도 및 열간강도를 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
비교예 1
수분 흡수제를 첨가하지 않은 것을 제외하고 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
별도의 건조 공정 없이, 성형탄 제조 후 곧바로 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 공업 분석, 낙하강도, 압축강도 및 열간강도를 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
비교예 2
수분 흡수제를 첨가하지 않고, 경화제를 3.7 중량부 첨가한 것을 제외하고 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
별도의 건조 공정 없이, 성형탄 제조 후 곧바로 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 공업 분석, 낙하강도, 압축강도 및 열간강도를 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
낙하강도 평가 실험
실험예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 성형탄 각각 100개를 5M 높이에서 4회 또는 8회 자유낙하시킨 후에 20mm이상의 입도를 가진 성형탄 비율로부터 낙하강도를 구하였다.
압축강도 평가 실험
실험예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 성형탄 각각 20개를 하부는 고정하고 상부에서 일정한 50mm/min 속도로 눌러서 파괴될 때까지의 최고 하중을 측정하여 평균값을 표시하였다.
열간강도 지수 평가 실험
실험예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 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 10mm 이상인 촤의 무게를 전체 촤의 무게에 대한 백분율로서 성형탄의 열간강도 지수로 평가하였다.
실험 결과
전술한 실험예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 성형탄의 실험 결과를 하기의 표 2에 요약하여 나타낸다.
공업분석, dry base wt% 낙하강도 지수,
+20mm %		 압축 강도,
kgf/ea		 열간강도 지수,
+10mm wt%
휘발분(VM) 회분(Ash) 고정탄소(FC)
발명예 1 22.2 13.1 64.8 97.0 74 81.5
발명예 2 22.3 13.7 64.0 97.4 76 83.3
발명예 3 22.5 14.2 63.3 98.8 78 82.1
비교예 1 22.3 13.1 64.5 96.7 58 81.3
비교예 2 22.9 13.9 63.2 93.2 58 80.9
표 2에서 나타나는 것과 같이, 실험예에서 제조한 성형탄의 냉간강도 및 열간강도가 비교예 1, 2에 비해 월등히 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 단순히 경화제의 양을 늘린 비교예 2의 경우, 냉간강도 및 열간강도가 오히려 열악해 지나, 실험예는 냉간강도 및 열간강도가 비교예 1에 비해 우수함을 확인할 수 있으며, 이는 수분 흡수제가 성형탄 내의 수분과 우선 결합하여 제거한 결과로 분석된다.
본 발명은 상기 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.
10. 용융가스화로
20, 22. 환원로
30. 풍구
40. 환원철 압축장치
50. 압축 환원철 저장조
100, 200. 용철제조장치
101. 돔부

Claims (21)

  1. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
    상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 환원철을 제공하는 환원로
    를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄으로서,
    바인더, 수분 흡수제, 물 및 미분탄을 포함하고,
    상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부, 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 및 물 1 내지 12 중량부 포함하는 성형탄.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 7 내지 13 중량부, 수분 흡수제 0.3 내지 3 중량부 및 물 2 내지 7 중량부 포함하는 성형탄.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수분 흡수제는 금속 염화물 또는 금속 염화물의 수화물인 성형탄.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수분 흡수제는 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼륨, 또는 그들의 수화물인 성형탄.
  6. 제1항에 있어서,
    경화제를 더 포함하는 성형탄.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 경화제를 1 내지 5 중량부 더 포함하는 성형탄.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 경화제는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 및 석회석 중에서 선택되는 1종 이상인 성형탄.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지, 셀룰로오스 화합물 및 오일 중에서 선택되는 1종 이상인 성형탄.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 당밀 또는 셀룰로오스 화합물인 성형탄.
  11. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
    상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 환원철을 제공하는 환원로
    를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법으로서,
    미분탄을 제공하는 단계,
    상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부 및 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 첨가하여 배합탄을 제조하는 단계, 및
    상기 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계,
    를 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 성형탄을 제조하는 단계에서,
    상기 성형탄은 상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 5 내지 15 중량부, 수분 흡수제 0.1 내지 5 중량부 및 물 1 내지 12 중량부 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 성형탄을 제조하는 단계에서,
    상기 성형탄은 상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 바인더 7 내지 13 중량부, 수분 흡수제 0.3 내지 3 중량부 및 물 2 내지 7 중량부 포함하는 성형탄의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 수분 흡수제는 금속 염화물 또는 금속 염화물의 수화물인 성형탄의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 수분 흡수제는 염화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼륨 또는 그들의 수화물인 성형탄의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 배합탄을 제조하는 단계에서,
    경화제를 더 첨가하는 성형탄의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 배합탄을 제조하는 단계에서,
    상기 미분탄 100 중량부에 대하여, 경화제를 1 내지 5 중량부 더 첨가하는 성형탄의 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 경화제는 생석회, 소석회, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 및 석회석 중에서 선택되는 1종 이상인 성형탄의 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지, 셀룰로오스 화합물 및 오일 중에서 선택되는 1종 이상인 성형탄의 제조 방법.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 바인더는 당밀 또는 셀룰로오스 화합물인 성형탄의 제조 방법.
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