KR101887320B1

KR101887320B1 - 무회탄 배합량 결정 방법 및 고로용 코크스의 제조 방법

Info

Publication number: KR101887320B1
Application number: KR1020177008854A
Authority: KR
Inventors: 마키 하마구치; 쇼헤이 와다; 유코 니시바타; 가즈히데 이시다; 다카히로 시시도
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2018-09-06
Also published as: CN106715652B; JP6189811B2; JP2016074836A; CN106715652A; KR20170048512A; WO2016056331A1

Abstract

고로용 코크스의 제조 시의 효율적인 무회탄 배합량 결정 방법과 이 결정 방법을 사용한 고로용 코크스의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다. 본 발명은 석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄과 원료 석탄을 포함하는 고로용 코크스의 제조 시의 무회탄 배합량 결정 방법이며, 상기 원료 석탄의 공극률 지수 Pv[체적％], 상기 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％] 및 상기 무회탄의 진비중 ρ를 사용하여 하기 수학식 1로 산출되는 기준값 W[질량％]에 의해, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정한다. 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량으로서는, 0.29W[질량％] 이상 1.00W[질량％] 이하가 바람직하다.
<수학식 1>

Description

무회탄 배합량 결정 방법 및 고로용 코크스의 제조 방법{METHOD FOR DECIDING BLENDING AMOUNT OF ASH-FREE COAL, AND PROCESS FOR PRODUCING COKE FOR BLAST FURNACE}

본 발명은 무회탄 배합량 결정 방법 및 고로용 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

고로에서의 제철에서 사용되는 코크스에는, 철광석(산화철)의 환원재로서의 기능, 열원(연료)으로서의 기능, 및 코크스 자체와 철광석의 하중에 견뎌서 로 내의 통기성을 확보하기 위한 충전재로서의 기능의 크게는 3가지의 기능이 기대된다. 이들 기능을 행하기 위해서, 상기 코크스에는 일정한 강도와 반응성(환원성 및 연소성)이 요구된다.

일반적으로, 코크스는 석탄을 1000℃ 내지 그 이상의 고온에서 태움(이하, 「건류함」이라고 하는 경우가 있다.)으로써 제조된다. 강도가 높은 코크스를 얻는 경우, 점결성이 높은, 소위 강점결탄이 사용되지만, 이러한 강점결탄은 비교적 고가이다. 그로 인해, 코크스의 제조 비용의 저감을 목적으로 하여, 강점결탄보다도 점결성이 낮은 약점결탄 외에도, 점결성이 부족한 미점결탄 또는 점결성이 거의 없는 비점결탄(이하, 미점결탄과 비점결탄을 합쳐서 「비미점결탄」이라고 하는 경우가 있다.)도 코크스 원료로서 일정량 배합된다. 고강도의 코크스가 생성되는 메커니즘은 상당한 정도 밝혀져 있어, 고강도 코크스를 효율적으로 얻기 위한 방법이 여러가지 제안되어 있다(예를 들어, 국제 공개 제2010/103828호 공보 참조).

여기서, 건류 과정에서의 석탄 입자의 변화에 대하여 설명한다. 도 1a는 이 변화를 모식적으로 표현한 도면이며, 좌측이 건류 전의 석탄 입자(강점결탄 입자(1) 및 비미점결탄 입자(2))가 로체(10) 중에 존재하는 상태를 도시하고, 우측이 건류 후에 강점결탄 입자(1)가 팽창되어 형성된 연속상(1a)과 비미점결탄 입자(2)의 변질 성분(2a)이 존재하는 상태를 나타낸다. 강점결탄 입자(1)는 건류 과정에서 용융되고, 발생하는 가스를 내포하여 팽창하고, 인접하는 강점결탄 입자(1)와 결합함으로써 기포(A)를 포함하는 연속상(1a)을 형성한다. 강점결탄의 비율이 일정 이상에서 비미점결탄의 비율이 작은 경우에는, 비미점결탄 입자(2)는 상기 연속상 형성 과정에서 강점결탄에 집어 넣어지기 때문에, 결함은 발생되기 어렵다. 그런데, 도 1a와 같이 비미점결탄의 비율이 높은 경우, 강점결탄 입자(1)끼리의 접착이 저해되어, 내부에 조대 결함(B)을 갖는 강도가 낮은 코크스가 생성된다.

이에 비해, 코크스의 강도를 높이는 방책의 하나로서, 석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄을 점결성 보충재로서 이용하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2014-43583호 공보 참조). 이 방법에서는, 도 1b에 도시하는 바와 같이 무회탄 입자(4)를 원료 석탄 입자(강점결탄 입자(1) 및 비미점결탄 입자(2))에 분산 배합함으로써, 코크스의 강도를 개선한다. 구체적으로는, 코크스로 내에서 무회탄 입자(4)가 원료 석탄 입자보다도 낮은 온도에서 유동하기 시작하여, 온도 상승이 늦은 코크스로 중심부도 포함하여 무회탄 입자(4)에서 유래되는 연속상(4a)이 대략 균일하게 형성된다. 이에 의해, 강점결탄 입자(1)에서 유래되는 연속상(1a) 및 비미점결탄 입자(2)의 변질 성분(2a)이 연결되어, 입자 사이의 공극이 충전된다. 또한 무회탄은 팽창성이 강점결탄보다도 높기 때문에, 무회탄 입자(4)가 팽창됨으로써 석탄 입자가 연결되어 입자 사이의 공극이 충전되어, 고강도 코크스를 생성할 수 있다.

그런데, 무회탄의 성상은, 원료로 하는 석탄의 종류나 무회탄의 제조 조건에 의존하기 때문에, 무회탄의 바람직한 배합량은 소규모의 건류 시험을 행하고, 시행 착오를 반복함으로써 결정되고 있다. 이 때문에, 무회탄의 바람직한 배합량 결정에는 시간을 요하고 있어, 그 효율화가 요망되고 있다.

국제 공개 제2010/103828호 공보 일본 특허 공개 제2014-43583호 공보

본 발명은 상술한 바와 같은 사정에 기초하여 이루어진 것이며, 고로용 코크스의 제조 시의 효율적인 무회탄 배합량 결정 방법과 이 결정 방법을 사용한 고로용 코크스의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 원료 석탄의 공극량, 무회탄의 팽창성 및 무회탄의 진비중에 의해, 고로용 코크스의 제조 시의 적합한 무회탄 배합량을 결정할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 발명은, 석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄과 원료 석탄을 포함하는 고로용 코크스의 제조 시의 무회탄 배합량 결정 방법이며, 상기 원료 석탄의 공극률 지수 Pv[체적％], 상기 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％] 및 상기 무회탄의 진비중 ρ를 사용하여 하기 수학식 1로 산출되는 기준값 W[질량％]에 의해, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정하는 것을 특징으로 한다.

당해 무회탄 배합량 결정 방법은, 원료 석탄의 공극량, 무회탄의 팽창성 및 무회탄의 진비중을 미리 계측함으로써, 고로용 코크스의 제조 시의 무회탄의 바람직한 배합량을 산출할 수 있다. 이 때문에, 당해 무회탄 배합량 결정 방법은, 건류 시험에 의한 시행 착오를 반복할 일 없이 효율적으로 배합탄에 대한 무회탄의 배합량을 결정할 수 있다. 그 결과, 당해 무회탄 배합량 결정 방법을 사용함으로써 고강도 코크스를 용이하면서도 확실하게 생성할 수 있다.

상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량으로서는, 0.29W[질량％] 이상 1.00W[질량％] 이하가 바람직하다. 이렇게 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 상기 범위 내로 함으로써, 석탄 입자 사이의 공극을 낭비 없이 또한 확실하게 무회탄으로 충전할 수 있다.

본 발명은 석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄을 원료 석탄에 배합하는 공정, 및 상기 배합탄을 건류하는 공정을 구비하는 고로용 코크스의 제조 방법이며, 상기 배합 공정에 있어서, 당해 무회탄 배합량 결정 방법을 사용하여, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 고로용 코크스의 제조 방법을 포함한다. 당해 고로용 코크스의 제조 방법은, 당해 무회탄 배합량 결정 방법을 사용하여 무회탄의 배합량을 효율적으로 결정하므로, 제조 비용을 저감하면서, 고강도 코크스를 용이하면서도 확실하게 생성할 수 있다.

또한, 「무회탄의 진비중 ρ」는, JIS-Z8807:2012에 준거하여 측정되는 값이다. 또한, 「공극률 지수 Pv[체적％]」란, 코크스로 내의 원료 석탄의 충전 벌크 밀도(건조탄 환산 질량 기준)를 d[kg/㎥], 원료 석탄의 진비중을 ρc로 할 때, 하기 수학식 2에 의해 계산되는 값이다. 또한, 무회탄의 진비중 ρ는 그 원료 석탄(즉, 무회탄을 얻기 위한 석탄) 종이나 제조 조건에 따라 약간 상이하고, 원료 석탄의 진비중 ρc는 그 채탄지에 따라 약간 상이한데, 실시 상의 간편함을 고려하여 근사적으로 무회탄의 진비중 ρ 및 원료 석탄의 진비중 ρc는 1.3으로 할 수 있다(연료 분석 시험법, 난코도, p.130 참조).

「무회탄의 팽창성 지수 D[체적％]」은, 이하의 방법으로 측정되는 값이다. 먼저, 내경 15mm의 석영 시험관에, 입경 2mm 이하로 분쇄한 무연탄 1.8g과 입경 200㎛ 이하로 분쇄한 무회탄 0.2g을 채우고, 3℃/min으로 500℃까지 가열 처리하고, 가열 전의 시료 높이에 대한 가열 후의 시료 높이의 비로부터 팽창률 V10％[체적％]를 구한다. 다음으로, 동일하게 내경 15mm의 석영 시험관에, 입경 2mm 이하로 분쇄한 무연탄 1.6g과, 입경 200㎛ 이하로 분쇄한 무회탄 0.4g을 채우고, 3℃/min으로 500℃까지 가열 처리하고, 가열 전의 시료 높이에 대한 가열 후의 시료 높이의 비로부터 팽창률 V20％[체적％]을 구한다. 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％]은 하기 수학식 3으로 구해진다.

여기서 무회탄의 팽창성 지수 D를 JIS-M8801:2004의 팽창성 시험법에 준거하여 측정하지 않는 이유는, 무회탄은 용융 상태에서의 유동성이 통상의 석탄에 비하여 현저하게 높기 때문에, JIS법에 의한 팽창률 측정을 적용할 수 없기 때문이다. 또한, 상기 측정 방법에서 무연탄을 사용하는 이유는 이하에 의한다. 무연탄은, 석탄 중에서도 석탄화도가 무엇보다 높은 부류의 것이고, 제철 코크스 제조용 원료 석탄의 일부로서 종종 사용되는데, 점결성이나 유동성을 전혀 갖지 않는다. 상기 측정 방법에서 무연탄을 사용하는 것은 바로 그것이 이유이며, 즉, 무연탄은 건류 과정에서 용융되거나, 팽창되거나 하는 경우가 없기 때문에, 무회탄이 석탄 입자와 혼합되어서 건류되는 과정에서의 팽창률을 보다 높은 정밀도로 추정할 수 있다고 기대되기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 무회탄 배합량 결정 방법은 고로용 코크스의 제조 시의 무회탄의 배합량을 효율적으로 결정할 수 있으므로, 이 무회탄 배합량 결정 방법을 사용한 고로용 코크스의 제법은, 제조 비용을 저감하면서 고강도 코크스를 용이하면서도 확실하게 제조할 수 있다.

도 1a는 종래의 코크스 제조 방법에 있어서의 석탄의 건류 전후의 상태를 설명하는 모식도이며, 무회탄을 사용하지 않는 경우이다.
도 1b는 종래의 코크스 제조 방법에 있어서의 석탄의 건류 전후의 상태를 설명하는 모식도이며, 무회탄을 사용하는 경우이다.

이하, 본 발명에 따른 무회탄 배합량 결정 방법을 사용한 고로용 코크스의 제조 방법의 실시 형태에 대하여 설명한다.

당해 고로용 코크스의 제조 방법은, 석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄을 원료 석탄에 배합하는 공정(배합 공정), 및 상기 배합탄을 건류하는 공정(건류 공정)을 구비한다.

<배합 공정>

배합 공정에 있어서, 무회탄을 코크스의 원료인 원료 석탄에 배합하여, 배합탄을 얻는다.

(원료 석탄)

당해 고로용 코크스의 제조 방법에서 코크스의 원료로서 사용하는 원료 석탄은 특별히 한정되지 않고 강점결탄, 준강점결탄, 약점결탄, 미점결탄, 비점결탄 등을 건류에 의해 석탄 전체의 융착이 가능하게 되는 적당한 비율로 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 원료 석탄은 강점결탄 및 비미점결탄을 포함하는 것이 바람직하다.

원료 석탄에 있어서의 강점결탄의 비율의 하한으로서는, 20질량％가 바람직하고, 30 질량％가 보다 바람직하다. 또한, 원료 석탄에 있어서의 강점결탄의 비율의 상한으로서는, 보다 저렴하게 고품질의 코크스를 제조하는 관점에서, 50질량％가 바람직하고, 40 질량％가 보다 바람직하다. 강점결탄의 비율이 상기 하한 미만인 경우, 얻어지는 코크스의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 한편, 강점결탄의 비율이 상기 상한을 초과하는 경우, 코크스의 제조 비용이 증대할 우려가 있다.

원료 석탄은, 미세하게 분쇄된 입자상으로 하는 것이 바람직하다. 원료 석탄을 입자상으로 하는 경우, 원료 석탄의 평균 입자 직경 D20으로서는 3mm 이하가 바람직하다. 평균 입자 직경 D20이 상기 상한을 초과하는 경우, 무회탄과의 혼합성이나, 얻어지는 코크스의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 또한, 「평균 입자 직경 D20」이란, 전체 입자를 JIS-Z8801-1:2006에 규정되는 금속제 망체로 눈이 큰 체부터 순서대로 체 분리했을 때에, 체 위에 남은 입자의 누적 체적이 전체 입자의 체적의 20％가 되었을 때의 체의 눈의 크기를 의미한다.

또한, 원료 석탄은, 풍건 등에 의해 건조탄으로 해도 되지만, 수분을 포함한 상태의 것을 사용해도 된다.

(무회탄)

무회탄(하이퍼 콜, HPC)은 석탄을 개질한 개질탄의 일종이며, 용제를 사용하여 석탄으로부터 회분과 비용해성 성분을 가능한 한 제거한 개질탄이다. 그러나, 무회탄의 유동성이나 팽창성을 현저하게 손상시키지 않는 범위에서, 무회탄은 회분을 포함해도 된다. 일반적으로 석탄은 7질량％ 이상 20질량％ 이하의 회분을 포함하는데, 당해 고로용 코크스의 제조 방법에 사용하는 무회탄에 있어서는 2％ 정도, 경우에 따라서는 5％ 정도의 회분을 포함해도 된다. 또한, 「회분」이란, JIS-M8812:2004에 준거하여 측정되는 값을 의미한다.

이러한 무회탄은, 석탄을 이 석탄과 친화성이 높은 용제에 혼합하고, 회분 등의 용제에 불용의 성분을 분리한 추출액을 얻고, 이 추출액으로부터 용제를 제거하는 용제 추출 처리에 의해 얻을 수 있다. 용제 추출 처리의 구체적인 방법으로서는, 예를 들어 일본 특허 제4045229호 공보에 개시된 방법을 사용할 수 있다. 이러한 용제 추출 처리에서 얻어지는 무회탄은, 실질적으로 회분을 포함하지 않고, 용제에 가용이고 연화 용융성을 나타내는 유기물을 많이 함유하고, 구조적으로는 축합 방향환이 2 또는 3환인 비교적 저분자량의 성분으로부터 축합 방향환이 5 또는 6환 정도인 고분자량의 성분까지 넓은 분자량 분포를 갖는다. 그로 인해, 무회탄은, 가열 하에서 높은 유동성을 나타내고, 그 원료로 한 석탄의 품질에 관계 없이 일반적으로 150℃ 이상 300℃ 이하에서 용융된다. 게다가, 무회탄은, 300℃ 이상 500℃ 이하 정도의 건류 초기 과정에서 다량의 휘발분을 생성하면서 팽창한다. 또한, 무회탄은, 석탄과 용제의 혼합물(슬러리)의 탈수를 거쳐서 얻어지기 때문에, 수분이 0.2질량％ 이상 3질량％ 이하 정도이고, 발열량을 충분히 갖는다.

당해 고로용 코크스의 제조 방법에 사용하는 무회탄의 원료가 되는 석탄에 대해서는, 특별히 품질을 묻지 않는다. 또한, 무회탄은 분산성을 높여 코크스의 강도를 크게 하는 관점에서 입경이 작은 입자상인 것이 바람직하다. 무회탄 입자의 최대 직경의 상한으로서는 1mm가 바람직하다. 무회탄 입자의 최대 직경이 상기 상한을 초과하는 경우, 상술한 석탄 입자의 연결 효과가 충분히 얻어지지 않아, 코크스의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 또한, 무회탄 입자의 최대 직경이란, 예를 들어 전자 현미경 등으로 촬영한 무회탄 입자의 외형의 최대 길이(2점 간의 최대 거리)를 의미한다.

(무회탄의 배합량)

배합탄(원료 석탄과 무회탄의 합계)에 대한 무회탄의 배합량은, 상기 원료 석탄의 공극률 지수 Pv[체적％], 상기 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％] 및 상기 무회탄의 진비중 ρ를 사용하여 하기 수학식 1로 산출되는 기준값 W[질량％]에 의해 결정한다.

<수학식 1>

여기서, 원료 석탄의 공극률 지수 Pv, 무회탄의 팽창성 지수 D 및 무회탄의 진비중 ρ는, 모두 원료 석탄 및 무회탄의 종류나 건류 조건에 따라 결정되는 양이라고 생각되므로, 미리 산출해 두는 것이 가능하다. 따라서, 당해 무회탄 배합량 결정 방법에 사용하는 기준값 W는 건류 시험에 의한 시행 착오를 반복할 일 없이 산출할 수 있다.

상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량의 하한으로서는, 0.29W[질량％]가 바람직하고, 0.31W[질량％]가 보다 바람직하고, 0.45W[질량％]가 더욱 바람직하다. 또한, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량의 상한으로서는 1.00W[질량％]가 바람직하고, 0.80W[질량％]가 보다 바람직하다. 후술하는 건류 공정에서 무회탄은 가스를 내포하여 팽창하고, 온도의 상승 및 건류의 진행과 함께 찌부러져서, 석탄 입자 사이에 접착층을 형성한다. 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량이 상기 하한 미만인 경우, 석탄 입자 사이의 공극의 무회탄에 의한 충전이 부족하여, 충분한 접착력을 얻지 못할 우려가 있다. 한편, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량이 상기 상한을 초과하는 경우, 접착층이 두꺼워질뿐 공극의 충전에 기여하지 않는 무회탄이 증가하고, 코크스의 제조 비용이 증대할 우려가 있다. 또한, 과잉으로 팽창한 무회탄이 결함이 되기 때문에, 코크스의 강도가 저하될 우려가 있다. 또한, 기준값 W의 산출에 사용하는 원료 석탄의 공극률 지수 Pv, 무회탄의 팽창성 지수 D 및 무회탄의 진비중 ρ에는 측정 오차가 포함될 수 있는 것을 가미하면, 무회탄의 배합량을 상기 범위 내로 함으로써, 석탄 사이의 공극을 무회탄으로 과부족 없이 충전할 수 있어, 코크스의 강도를 높일 수 있다.

여기서 기준값 W[질량％]를 사용하여 배합탄에 대한 무회탄의 배합량을 결정할 수 있는 것을 설명한다. 먼저, 기준값 W에 있어서 원료 석탄의 공극률 지수 Pv[체적％]를 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％]로 제산한 값 Pv/D×100[체적％]은, 원료 석탄의 공극을 매립하기 위하여 필요한 무회탄의 체적량을 나타낸다고 생각된다. 무회탄 입자는 가열했을 때의 유동성이 높고 원료 석탄의 공극을 대략 균일하게 매립할 수 있는 것으로부터, 원료 석탄의 공극을 매립하기 위하여 필요한 체적량의 무회탄을 원료 석탄에 배합함으로써, 석탄 입자 사이의 공극을 무회탄으로 효율적으로 충전할 수 있다고 생각된다. 따라서, 이 Pv/D×100에 무회탄의 진비중 ρ를 곱한 것을, 무회탄의 배합량[질량％]을 결정하는 기준값으로 할 수 있다.

(배합탄)

원료 석탄에 무회탄을 배합한 배합탄의 최고 유동도의 대수(logMF)의 하한으로서는, 1.8이 바람직하고, 2가 보다 바람직하고, 2.1이 더욱 바람직하다. 한편, 배합탄의 logMF의 상한으로서는 3이 바람직하고, 2.5가 보다 바람직하고, 2.3이 더욱 바람직하다. 배합탄의 logMF가 상기 하한 미만인 경우, 배합탄의 유동도가 부족하여, 얻어지는 코크스의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 반대로, 배합탄의 logMF가 상기 상한을 초과하는 경우, 유동도가 과잉이 되어서 코크스 내에 기포가 발생되기 쉬워질 우려가 있다. 또한, 최고 유동도 MF는 열유동성의 크기를 주로 나타내고, 배합탄의 logMF는, 원료 석탄에 포함되는 전체 석탄 및 무회탄의 logMF를 가중 평균한 값을 의미한다.

배합탄의 평균 최대 반사율 Ro의 하한으로서는, 0.95가 바람직하고, 1이 보다 바람직하다. 한편, 배합탄의 평균 최대 반사율 Ro의 상한으로서는 1.3이 바람직하고, 1.2가 보다 바람직하다. 배합탄의 평균 최대 반사율 Ro가 상기 하한 미만의 경우, 배합탄의 석탄화도가 낮음에 기인하여 원료 석탄 또는 무회탄의 팽창 및 융착이 불충분해져서, 얻어지는 코크스의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 반대로, 배합탄의 평균 최대 반사율 Ro가 상기 상한을 초과하는 경우, 팽창률이 너무 높아져 로체에 영향을 줄 우려가 있다. 또한, 평균 최대 반사율 Ro는 석탄화도를 주로 나타내고, 배합탄의 Ro는, 원료 석탄에 포함되는 전체 석탄 및 무회탄의 Ro를 가중 평균한 값을 의미한다.

원료 석탄에의 무회탄의 배합 방법은, 특별히 한정되지 않고 예를 들어 공지된 믹서에 원료 석탄 및 무회탄을 각각 호퍼로부터 투입하고, 통상의 방법으로 분쇄하면서 교반하는 방법을 사용할 수 있다. 이 방법을 사용함으로써 무회탄이 응집된 2차 입자를 분쇄함과 함께, 원료 석탄을 입자상으로 분쇄할 수 있다. 또한, 미리 분쇄한 원료 석탄 및 무회탄을 혼합해도 된다.

또한, 원료 석탄에 무회탄 이외의 점결제를 첨가해도 되지만, 당해 코크스의 제조 방법에서는 상술한 바와 같이 무회탄에 의해 석탄 입자가 연결되기 때문에, 점결제를 넣을 필요성이 없다. 그로 인해, 비용 저감의 관점에서 배합탄이 무회탄 이외의 점결제를 포함하지 않는 것이 바람직하다.

<건류 공정>

건류 공정에 있어서, 상기 배합탄을 코크스로에 장입하여 건류함으로써 코크스를 얻는다. 이 코크스로로서는 예를 들어 1문당 30ton 정도를 장입 가능한 로체를 갖는 것을 사용할 수 있다.

배합탄의 코크스로에의 장입 시의 충전 벌크 밀도 d의 하한으로서는, 720kg/㎥가 바람직하고, 730kg/㎥가 보다 바람직하다. 또한, 상기 충전 벌크 밀도 d의 상한으로서는 850kg/㎥가 바람직하고, 800kg/㎥가 보다 바람직하다. 상기 충전 벌크 밀도 d가 상기 하한 미만인 경우, 코크스의 강도가 불충분해질 우려가 있다. 한편, 상기 충전 벌크 밀도 d가 상기 상한을 초과하는 경우, 로체에 가해지는 압력이 높아져 로체를 손상시킬 우려나, 배합탄의 충전 밀도를 향상시키는 작업에 의해 코크스의 제조 비용이 상승할 우려가 있다.

배합탄의 건류 온도의 하한으로서는, 950℃가 바람직하고, 1000℃가 보다 바람직하다. 또한, 건류 온도의 상한으로서는 1200℃가 바람직하고, 1050℃가 보다 바람직하다. 건류 온도가 상기 하한 미만인 경우, 석탄의 용융이 불충분해져 코크스의 강도가 저하될 우려가 있다. 한편, 건류 온도가 상기 상한을 초과하는 경우, 로체의 내열성이나 연료 소비의 관점에서 제조 비용이 상승할 우려가 있다.

배합탄의 건류 시간의 하한으로서는, 8시간이 바람직하고, 10시간이 보다 바람직하다. 또한, 건류 시간의 상한으로서는 24시간이 바람직하고, 20시간이 보다 바람직하다. 건류 시간이 상기 하한 미만인 경우, 석탄의 용융이 불충분해져 코크스의 강도가 저하될 우려가 있다. 한편, 건류 시간이 상기 상한을 초과하는 경우, 연료 소비의 관점에서 제조 비용이 상승할 우려가 있다.

<이점>

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

하이퍼 콜 연속 제조 설비(Bench Scale Unit)를 사용하여, 이하의 방법에 의해 무회탄을 제조하였다. 먼저, 오스트레일리아산 역청탄을 무회탄의 원료 석탄(즉, 무회탄을 얻기 위한 석탄)으로 하고, 이 원료 석탄(즉, 무회탄을 얻기 위한 석탄) 5kg(건조탄 환산 질량)과, 용제로서의 4배량(20kg)의 1-메틸나프탈렌(신닛테츠 스미킨 가가쿠사 제조)을 혼합하여, 슬러리를 조제하였다. 이 슬러리를 내용적 30L의 뱃치식 오토클레이브 중에 넣고 질소를 도입해서 1.2MPa로 가압하고, 370℃에서 1시간 가열하였다. 이 슬러리를 상술한 온도 및 압력을 유지한 중력 침강조 내에서 상청액과 고형분 농축액으로 분리하고, 상청액으로부터 증류법으로 용제를 분리 및 회수하여, 2.7kg의 무회탄 X를 얻었다. 얻어진 무회탄 X의 회분 및 팽창성 지수 D는, 표 1에 나타내는 바와 같았다. 이 무회탄 X를 그 전부(100질량％)가 최대 직경 3mm 이하로 되도록 분쇄하였다.

중력 침강 시간을 바꾼 것 이외에는, 상술한 무회탄 X를 얻은 방법과 동일하게 하여 3.2kg의 무회탄 Y를 얻었다. 또한, 상기 무회탄 X 및 무회탄 Y를 얻었을 때의 중력 침강 시간과는 다른 중력 침강 시간으로 한 것 이외에는, 상술한 무회탄 X를 얻은 방법과 동일하게 하여 4.5kg의 무회탄 Z를 얻었다. 얻어진 무회탄 Y, Z의 회분 및 팽창성 지수 D는, 표 1에 나타내는 바와 같았다. 이 무회탄 Y, Z를 그 전부(100질량％)가 최대 직경 3mm 이하로 되도록 분쇄하였다.

<실시예 1∼5>

상술한 바와 같이 제조한 무회탄 중 무회탄 X를 사용하여, 이하의 수순으로 실시예 1∼5의 고로용 코크스를 제조하였다.

(배합 공정)

원료 석탄으로서 표 2에 나타내는 특성의 각종 원료 석탄 A∼E를 각각 수분7.5질량％로 조정하고, 건조탄 기준으로 표 2에 나타내는 혼합비 조건 1의 배합으로 혼합하였다. 이때, 원료 석탄은 그 전부(100질량％)가 최대 직경 3mm 이하로 되도록 분쇄한 것을 사용하였다. 또한, 표 2에 나타내는 원료 석탄 및 무회탄의 최고 유동도 MF[dppm]은, JIS-M8801:2004에 준거하여 기젤러 플라스토미터법으로 측정하였다. 또한, 평균 최대 반사율 Ro[％]은, JIS-M8816:1992에 준거하여 측정하고, 팽창률[체적％]은, JIS-M8801:2004에 준거하여 측정하였다.

이 원료 석탄의 충전 벌크 밀도를 740kg/㎥ 로 했을 때의 이 원료 석탄의 무회탄 X에 대한 기준값 W는 10.2질량％였다. 여기서 원료 석탄 및 무회탄의 진비중은 1.3으로 하였다. 이 기준값 W를 바탕으로 배합탄에 대한 무회탄의 배합량V[질량％]을 표 3과 같이 결정하고, 원료 석탄과 무회탄 X를 혼합하여 배합탄을 얻었다.

(건류 공정)

상기 배합탄을 강제의 레토르트에 나란히 넣고, 이 레토르트에 진동을 부여하여 충전 벌크 밀도를 740kg/㎥로 조정한 후, 양면 가열식 전기로에 넣고, 질소 기류 중에서 건류하였다. 건류 조건은, 3℃/분으로 승온한 후, 1000℃에서 20분간 가열하는 것으로 하였다. 건류 후, 레토르트를 전기로로부터 인출하여 자연 방랭하여, 고로용 코크스를 얻었다.

<실시예 6∼8>

사용한 무회탄을 표 1의 무회탄 Y로 한 이외에는 실시예 1∼5와 동일한 수순으로 표 3에 나타내는 배합량으로 원료 석탄과 무회탄 Y를 배합하고, 이 배합탄을 건류함으로써 실시예 6∼8의 고로용 코크스를 얻었다. 상기 원료 석탄의 무회탄 Y에 대한 기준값 W는, 17.5질량％였다.

<실시예 9, 10>

사용한 무회탄을 표 1의 무회탄 Z로 한 이외에는 실시예 1∼5와 동일한 수순으로 표 3에 나타내는 배합량으로 원료 석탄과 무회탄 Z를 배합하고, 이 배합탄을 건류함으로써 실시예 9, 10의 고로용 코크스를 얻었다. 상기 원료 석탄의 무회탄 Z에 대한 기준값 W는, 32.9질량％였다.

<비교예 1>

원료 석탄으로서 표 2에 나타내는 특성의 각종 원료 석탄 A∼E를 각각 수분7.5질량％로 조정하고, 건조탄 기준으로 표 2에 나타내는 혼합비 조건 2의 배합으로 혼합하여, 원료 석탄을 준비하였다. 이때, 원료 석탄은 그 전부(100질량％)가 최대 직경 3mm 이하로 되도록 분쇄한 것을 사용하였다. 이어서, 무회탄을 혼합하지 않고, 이 원료 석탄만을 실시예 1∼5와 동일한 조건에서 건류함으로써 비교예 1의 고로용 코크스를 얻었다.

<비교예 2>

실시예 1∼5와 동일한 원료 석탄에 무회탄을 혼합하지 않고, 원료 석탄만을 실시예 1∼5와 동일한 조건에서 건류함으로써 비교예 2의 고로용 코크스를 얻었다.

<평가>

상기 실시예 1∼10 및 비교예 1, 2의 고로용 코크스에 대해서, 드럼 강도 지수 DI를 측정하였다. 구체적으로는, JIS-K2151:2004에 준거하여, 고로용 코크스를 드럼으로 150회전시킨 후에 JIS-Z8801-2:2000에 규정되는 눈 크기 15mm의 금속판체로 선별하고, 체 상에 잔존한 고로용 코크스의 질량비(DI150 15)를 구하였다. 또한, 이 강도에 대하여 이하의 기준으로 판정을 행하였다.

A: DI>84.5％로, 강도가 매우 우수하다.

B: DI>83.3％로, 강도가 우수하다.

C: DI≤83.3％로, 강도가 떨어진다.

또한, 상기 실시예 1∼10 및 비교예 1, 2의 고로용 코크스의 제조 비용에 대해서, 이하의 기준으로 판정을 행하였다.

A: 비미점결탄 E의 배합량이 10％ 이상이고, 제조 비용이 낮다.

B: 비미점결탄 E의 배합량이 10％ 미만이고, 제조 비용이 높다.

이 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3으로부터, 기준값 W를 사용하여 배합탄에 대한 무회탄의 배합량을 결정한 실시예 1∼10은, 무회탄이 배합되어 있지 않고 기준값 W를 사용하고 있지 않은 비교예 2보다 무배탄의 종류에 상관없이 코크스의 강도가 높여져 있고, 비미점결탄 E의 배합량이 적은 비교예 1보다도 제조 비용이 낮다. 따라서, 당해 고로용 코크스의 제조 방법은, 당해 무회탄 배합량 결정 방법을 사용함으로써 제조 비용을 저감하면서 고강도 코크스를 용이하면서도 확실하게 생성할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 표 3으로부터, 기준값 W를 사용하여 배합탄에 대한 무회탄의 배합량을 0.29W[질량％] 이상 1.00W[질량％] 이하로 한 실시예 1∼4, 실시예 6∼7, 실시예 8∼10은, 무회탄을 배합하지 않는 비교예 2, 무회탄의 배합량이 1.00W[질량％]를 초과하는 실시예 5와 비교하여 얻어진 코크스의 강도가 높다. 이것으로부터, 상기 무회탄의 배합량으로서는, 0.29W[질량％] 이상 1.00W[질량％] 이하가 바람직함을 알 수 있다.

특히 무회탄의 배합량이 0.31W[질량％] 이상 0.80W[질량％] 이하인 실시예 1∼3, 실시예 7, 실시예 8 및 실시예 10은, 동일한 무배탄을 사용한 다른 실시예보다도 코크스의 강도가 높고, 비미점결탄의 배합량이 적은 비교예 1과 동등한 강도를 갖는다. 이것으로부터, 무회탄의 배합량을 상기 범위 내로 함으로써, 더욱 코크스의 강도가 높여지는 것을 알 수 있다.

본 발명은 이하의 형태를 포함한다.

형태 1:

석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄과 원료 석탄을 포함하는 고로용 코크스의 제조 시의 무회탄 배합량 결정 방법이며,

상기 원료 석탄의 공극률 지수 Pv[체적％], 상기 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％] 및 상기 무회탄의 진비중 ρ를 사용하여 하기 수학식 1로 산출되는 기준값 W[질량％]에 의해, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 무회탄 배합량 결정 방법.

<수학식 1>

형태 2:

상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 0.29W[질량％] 이상 1.00W[질량％] 이하로 하는 형태 1에 기재된 무회탄 배합량 결정 방법.

형태 3:

석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄을 원료 석탄에 배합하는 공정, 및

상기 배합탄을 건류하는 공정

을 구비하는 고로용 코크스의 제조 방법이며,

상기 배합 공정에 있어서, 형태 1 또는 형태 2에 기재된 무회탄 배합량 결정 방법을 사용하여, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 고로용 코크스의 제조 방법.

본 출원은, 출원일이 2014년 10월 7일인 일본 특허 출원 제2014-206767호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장과 수반한다. 일본 특허 출원 제2014-206767호는 참조함으로써 본 명세서에 포함된다.

1: 강점결탄 입자
1a: 연속상
2: 비미점결탄 입자
2a: 변질 성분
4: 무회탄 입자
4a: 연속상
10: 로체
A: 기포
B: 조대 결함

Claims

석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄과 원료 석탄을 포함하는 고로용 코크스의 제조 시의 무회탄 배합량 결정 방법이며,
상기 원료 석탄의 공극률 지수 Pv[체적％], 상기 무회탄의 팽창성 지수 D[체적％] 및 상기 무회탄의 진비중 ρ를 사용하여 하기 수학식 1로 산출되는 기준값 W[질량％]에 의해, 상기 무회탄이 배합된 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 무회탄 배합량 결정 방법.
<수학식 1>

(여기서, 공극률 지수 Pv[체적％]는, 코크스로 내의 원료 석탄의 충전 벌크 밀도(건조탄 환산 질량 기준)를 d[kg/㎥], 원료 석탄의 진비중을 ρc로 할 때, 하기 수학식 2에 의해 계산되는 값이며
<수학식 2>

,
무회탄의 팽창성 지수 D[체적％]는, 내경 15mm의 석영 시험관에, 입경 2mm 이하로 분쇄한 무연탄 1.8g과 입경 200㎛ 이하로 분쇄한 무회탄 0.2g을 채우고, 3℃/min으로 500℃까지 가열 처리하고, 가열 전의 시료 높이에 대한 가열 후의 시료 높이의 비로부터 구한 팽창률 V10％[체적％]과, 동일하게 내경 15mm의 석영 시험관에, 입경 2mm 이하로 분쇄한 무연탄 1.6g과, 입경 200㎛ 이하로 분쇄한 무회탄 0.4g을 채우고, 3℃/min으로 500℃까지 가열 처리하고, 가열 전의 시료 높이에 대한 가열 후의 시료 높이의 비로부터 구한 팽창률 V20％[체적％]을 이용하여, 하기 수학식 3에 의해 계산되는 값임.
<수학식 3>

)
제1항에 있어서, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 0.29W[질량％] 이상 1.00W[질량％] 이하로 하는 무회탄 배합량 결정 방법.
석탄의 용제 추출 처리에 의해 얻어지는 무회탄을 원료 석탄에 배합하는 공정, 및
상기 배합탄을 건류하는 공정
을 구비하는 고로용 코크스의 제조 방법이며,
상기 배합 공정에 있어서, 제1항에 기재된 무회탄 배합량 결정 방법을 사용하여, 상기 배합탄에 대한 상기 무회탄의 배합량을 결정하는 것을 특징으로 하는 고로용 코크스의 제조 방법.