KR101914087B1 - 성형탄의 제조 방법 및 성형탄 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 성형탄 제조 방법은 배합탄을 준비하는 과정, 피치와 스타이렌 부타다디엔을 포함하는 바인더를 준비하는 과정, 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정, 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래와 같이 당밀을 바인더로 사용할 때에 비해 성형탄의 품질을 일정하게 제어할 수 있으며, 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

성형탄의 제조 방법 및 성형탄{Manufacturing method of briquette and briquette}

본 발명은 성형탄의 제조 방법 및 성형탄에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도가 향상된 성형탄의 제조 방법 및 성형탄에 관한 것이다.

용융 환원 제철 설비는 철광석을 환원시키는 환원로와, 환원된 철광석 즉, 환원철을 용융시키는 용융가스화로를 포함한다. 여기서, 용융가스화로에서 환원철을 용융시킬 때, 환원철을 용융할 열원으로서 성형탄을 장입한다. 그리고 환원철은 용융환원로에서 용융된 후, 용철 및 슬래그로 전환되어 외부로 배출된다.

용융가스화로에 장입된 성형탄은 석탄 충전층을 형성하며, 상기 용융가스화로에 마련된 풍구를 통하여 산소가 취입되면, 석탄 충전층이 연소되어 연소 가스를 생성한다. 연소 가스는 석탄 충전층을 통하여 상승하면서 고온이 환원 가스가 되며, 이는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원로에 공급된다. 그리고 환원로로 공급된 환원 가스에 의해, 상기 환원로로 장입된 철광석이 유동 환원되어 환원철로 제조된다.

한편, 성형탄이 용융가스화로의 상측 공간은 다른 공간에 비해 넓게 형성된 돔부가 마련되어 있으며, 여기 돔부로 성형탄이 장입된다. 그런데, 돔부는 다른 부분에 비해 넓기 때문에 고온의 환원가스가 다량 존재하여, 성형탄이 급속한 열충격에 의해 쉽게 분화되며, 또한 성형탄이 용융가스화로 내 하측으로 이동하면서 분화되는 문제가 있다. 이는 성형탄의 열간강도 및 냉간강도가 낮기 때문이다.

성형탄은 통상 석탄과 바인더를 혼합하여 성형함으로써 제조되며, 바인더로서 당밀을 사용한다. 그런데 당밀을 바인더로 사용하는 경우, 성형탄의 품질을 일정하게 제어할 수 없고, 높은 수분을 가지는 당밀을 사용하는 경우 성형탄의 품질이 저하되는 문제가 있다

이러한 당밀의 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 피치(pitch)를 바인더로 사용하였다. 그런데, 피치의 경우 상온에서 경화되지 않고, 페이스와 같은 액상 상태로 존재하는 특성이 있어, 성형탄의 바인더로 적용할 경우 성형탄의 냉간 강도가 취약하다.

또한, 성형탄 내 석탄은 300℃ 내지 400℃의 온도 영역에서 액화되는데, 피치가 석탄의 액화 온도에서 액상 상태로 존재한다. 따라서, 피치를 바인더로 사용하는 경우 상기 피치는 성형탄의 열간 강도를 더욱 약하게 하는 요인이 된다.

결국, 피치는 고냉간 및 열간강도를 요구하는 성형탄 제조에 있어서 바인더로서 적용에 한계가 있다.

일본등록특허 JP 2953938

본 발명은 강도가 향상된 성형탄의 제조 방법 및 성형탄에 관한 것이다.

본 발명은 피치(pitch)를 바인더로 사용하면서도 강도를 향상시키는 성형탄의 제조 방법 및 성형탄에 관한 것이다.

본 발명에 따른 성형탄 제조 방법은 배합탄을 준비하는 과정; 피치와 스타이렌 부타다디엔을 포함하는 바인더를 준비하는 과정; 상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정; 상기 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정;을 포함한다.

상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정에 있어서, 상기 바인더는 성형탄 전체 100 중량%에 대해, 1 중량% 내지 10 중량% 포함되도록 혼합한다.

상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정에 있어서, 상기 바인더는 성형탄 전체 100 중량%에 대해, 1 중량% 내지 7 중량% 포함되도록 혼합한다.

상기 바인더를 준비하는 과정에 있어서, 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비를 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 바인더를 준비하는 과정에 있어서, 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비를 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정에 있어서, 60℃ 내지 200℃의 온도로 열처리하는 과정을 포함한다.

상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정은, 상기 배합탄과 바인더를 혼합하면서 50℃ 내지 200℃의 온도로 1차 혼합하는 과정; 및 1차 혼합된 혼합물을 60℃ 내지 200℃의 온도로 2차 혼합하는 과정;을 포함한다.

배합탄과 바인더가 혼합되며, 상기 바인더는 피치와 스타이렌 부타다디엔을 포함한다.

상기 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물 전체 100 중량%에 대해, 상기 바인더는 1 중량% 내지 10 중량% 포함하는 것이 바람직하다.

상기 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물 전체 100 중량%에 대해, 상기 바인더는 1 중량% 내지 7 중량% 포함하는 것이 바람직하다.

상기 바인더는 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비기 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하인 것이 바람직하다.

청구항 8에 있어서,

상기 바인더는 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비기 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 혼합한 바인더를 이용항 성형탄을 제조함으로써, 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래와 같이 당밀을 바인더로 사용할 때에 비해 성형탄의 품질을 일정하게 제어할 수 있으며, 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형탄 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 성형탄 제조 방법 중, 배합탄과 바인더의 혼합 과정을 보다 구체적으로 설명하는 순서도
도 3은 스타이렌 뷰타다이엔의 온도에 따른 무게감소율을 나타낸 그래프
도 4는 피치(pitch)와 스타이렌 뷰타다이엔(styrene butadiene)이 혼합된 바인더의 상태를 설명하기 위한 개념도
도 5는 일반적인 성형탄 제조 설비의 요부를 개념적으로 도시한 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 강도가 향상된 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적인 예로서, 용융가스화로에서 환원철을 용융시키기 위해 열원으로 사용될 성형탄을 제조하는데 있어서, 바인더를 개선시켜 냉간 강도 및 열간 강도가 향상된 성형탄 및 그 제조 방법을 제공한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 성형탄 제조 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형탄 제조 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 성형탄 제조 방법 중, 배합탄과 바인더의 혼합 과정을 보다 구체적으로 설명하는 순서도이다. 도 3은 스타이렌 뷰타다이엔의 온도에 따른 무게감소율을 나타낸 그래프이다. 도 4는 피치(pitch)와 스타이렌 뷰타다이엔(styrene butadiene)이 혼합된 바인더의 상태를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5는 일반적인 성형탄 제조 설비의 요부를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 성형탄 제조 방법은, 배합탄 및 바인더를 마련하는 과정(S110, S120), 배합탄과 바인더를 혼합하여 혼합물 즉, 혼합물을 마련하는 과정(S200), 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정(S300)을 포함한다.

이하, 성형탄 제조 과정에서 각 단계에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 복수종의 원료탄을 준비하고, 기 설정된 또는 목적하는 배합비로 복수의 원료탄을 배합하여 배합탄을 준비한다(S110). 여기서 원료탄은 복수종의 석탄으로서, 입도가 작은 미분의 석탄(이하, 미분탄)을 사용할 수 있다.

그리고, 한편에서는 바인더를 준비하는데(S200), 실시예에 따른 바인더는 피치(pitch)와 스타이렌 뷰타다이엔를 포함한다. 따라서, 바인더를 준비하는 과정은, 피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 혼합하는 과정을 포함한다.

피치는 60℃ 이하 또는 상온에서는 아주 작은 점도를 가지는 상태, 예컨대 페이스트와 같은 상태이며, 60℃를 초과하는 온도에서부터 400℃ 이하까지 액상 상태로 존재한다. 보다 구체적으로 피치는 상온에서 40000 cP의 점도를 가진다. 여기서 피치가 액상으로 존재하는 온도 범위 중 300℃ 내지 400℃는 석탄이 액화되는 온도 범위이며, 석탄은 400℃를 초과하는 온도에서 고화된다.

상술한 특성을 가지는 피치를 단독으로 바인더로서 사용하는 경우, 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도 향상에 한계가 있다. 즉, 용융가스화로의 열원 또는 파이넥스용으로 사용될 고 냉간 강도 및 고 열간 강도를 요구하는 성형탄에 적용하는데 한계가 있다.

따라서, 본 발명에서는 피치에 스타디엔 뷰타다디엔을 혼합한 바인더를 마련하여, 스타디엔 뷰타다디엔에 의해 60℃ 이하 및 300℃ 내지 400℃에서도 피치를 고화시킴으로써 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도를 향상시킨다.

스타이렌 뷰타다이엔은 도 3에 도시된 바와 같이, 상온에 가까운 약 45℃로부터 온도가 증가할수록 단계적으로 무게가 감소하는 것을 할 수 있는데, 이는 수분 또는 용매량이 줄어들어 점도가 증가하는 것임을 의미한다. 도 3을 보면, 스타이렌 뷰타다이엔은 300℃ 내지 400℃ 온도에서 안정성 있게 존재함을 확인할 수 있다. 또한, 스타이렌 뷰타다이엔 약 500℃ 이상의 온도에서 급격하게 무게가 감소하는데, 이는 스타이렌 뷰타다이엔이 탄화되어 기화되기 때문이다.

이러한 스타이렌 뷰타다이엔은 60℃ 미만의 온도 및 60℃ 이상 내지 400℃의 온도에서 액상에 가까운 상태로 존재한다. 보다 구체적으로 스타이렌 뷰타다이엔은은 상온에서 100 cP의 점도를 가진다. 그러나, 스타이렌 뷰타다이엔을 피치와 혼합하면, 도 4에 도시된 바와 같이 네트워크 구조를 가지는 스타이렌 뷰타다이엔과 피치 간의 가교(cross-linking) 반응에 의해 겔화(gelation)되어, 상온에서도부터 400℃ 이하까지 점도가 아주 높은 고체에 가까운 겔 상태로 존재한다.

이에, 본 발명의 실시예에서는 피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 혼합한 바인더를 이용하여 성형탄을 제조함으로써 피치만을 바인더로 사용할 때에 비해 냉간 강도 및 열간 강도를 향상시킬 수 있다.

실시예에서는 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비가 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하가 되도록 한다. 보다 바람직하게는 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비가 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하, 더욱 바람직하게는 0.65 이상 내지 0.85 이하 : 0.15 이상 내지 0.35 이하가 되도록 한다.

예컨대, 스타이렌 뷰타다이엔을 함유하지 않는 경우 즉, 피치만을 바인더로서 사용하는 경우, 피치가 상온에서 액상에 가까운 페이스트 상태, 300℃ 내지 400℃에서 액상 상태 때문에, 냉간 강도 및 열간 강도가 낮다. 반대로, 스타이렌 뷰타다디엔의 배합비가 0.4를 초과하면, 불필요하게 스타이렌 뷰타다이엔이 다량 함유되고, 액상 상태로 존재하여 바인더가 배합탄과 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 피치의 양이 적어, 바인더와 배합탄이 충분히 혼합될 수 없으며, 이에 따라 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도의 특성이 불균일하거나, 냉간 강도 및 열간 강도가 낮아지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 피치와 스타이렌 뷰타다디엔을 혼합하는데 있어서, 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비가 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하, 보다 바람직하게는 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하가 되도록 한다. 이를 통해, 종래에 비해 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 혼합된 바인더가 마련되면, 이를 배합탄과 혼합한다(S200). 이때, 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물 전체를 100 중량%라 할 때, 배합탄이 90 중량% 내지 99 중량%, 바인더가 1중량% 내지 10 중량% 함유되도록 한다. 보다 바람직하게는 배합탄이 93중량% 내지 99 중량%, 바인더가 1중량% 내지 7 중량% 함유되도록 한다.

한편, 예를 들어, 바인더의 함유량이 1 중량% 미만인 경우, 바인더 자체의 양과, 스타이렌 뷰타다이엔 양이 적어, 냉간 강도 및 열간 강도가 좋지 않다. 또한, 바인더의 함유량이 10 중량%를 초과하는 경우, 강도 향상을 위해 첨가되는 바인더의 양이 필요 이상으로 많이 소비되는 문제가 있고, 성형탄 중 배합탄의 양이 적어, 열원으로서의 능력이 부족해지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 배합탄과 바인더를 혼합하는데 있어서, 바인더가 1 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 93 중량% 내지 99 중량% 함유되고, 잔부가 배합탄이 함유되도록 한다.

이렇게 배합탄과 바인더가 혼합되면, 이를 성형 장치로 장입시켜, 성형을 실시하여 성형탄을 제조한다. 이때, 성형 장치는 예컨대, 상호 마주보도록 설치된 한 쌍의 롤을 구비하는 장치로서, 한 쌍의 롤 사이에 배합탄과 바인더의 혼합물이 장입되면, 상기 한 쌍의 롤의 회전으로 인한 압출에 의해 성형탄이 제조된다.

또한, 본 발명에서 배합탄과 바인더를 혼합하는데 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 1차 혼합 과정(S210)과, 2차 혼합 과정(S220)으로 순차 진행할 수 있다. 이는 이후 설명되는 성형탄 제조 설비에서 혼합 장치에 의한 것으로, 이후 성형탄 제조 설비를 설명하면서 보다 상세히 설명한다.

도 5는 통상적인 성형탄 제조 설비를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 성형탄 제조 설비는 배합탄과 바인더를 혼합하는 혼합기(100; 110, 120), 혼합기(100; 110, 120)에서 혼합된 배합탄과 바인더의 혼합물 즉, 혼합물을 압착 성형하여 브리켓 즉, 성형탄을 제조하는 성형기(300), 혼합물을 성형기(300)로 공급하는 공급피더(200)를 포함한다.

혼합기(100)에서는 복수의 석탄이 목적하는 비율로 배합된 배합탄과 실시예에 따른 바인더를 혼합한다. 이때, 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물 전체를 100 중량% 라고 할 때, 바인더가 1중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 7 중량% 포함되고, 잔부가 배합탄이 되도록 혼합한다. 그리고 바인더는 피치와 스타이렌 뷰타다디엔을 포함한다. 보다 구체적으로는, 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비가 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하, 보다 바람직하게는 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비가 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하가 되도록 혼합한다. 더욱 바람직하게는 0.65 이상 내지 0.85 이하 : 0.15 이상 내지 0.35 이하가 되도록 한다.

배합탄과 바인더가 혼합된 직후, 또는 상온 상태에서, 배합탄과 바인더의 혼합물은 약 500 cP의 점도를 가진다. 그리고, 실시예에서는 혼합기(100)로 배합탄과 바인더가 투입되면, 혼합기 내부를 60℃ 내지 200℃로 열처리하면서 배합탄과 바인더를 교반시켜 혼합한다. 혼합기(100) 내부를 60℃ 내지 200℃로 가열하면, 피치는 액화되어 배합탄과 균등 혼합되며, 스타이렌 뷰타다디엔과 피치는 가교 반응에 의해 바인더가 고체에 가깝도록 점도가 높은 겔 상태 또는 겔화(gelation) 되며, 이때 혼합물의 점도는 약 800cP이다.

혼합기(100)를 60℃ 내지 200℃로 가열하는 수단은 예컨대 스팀(steam)일 수 있으며, 약 120℃ 이상의 온도의 스팀을 소정 시간 공급함으로써, 혼합기(100)에 열과 수분을 공급한다. 물론 가열 수단은 스팀에 한정되지 않고, 혼합기(100)를 60℃ 내지 200℃로 가열할 수 있는 수단이면 족하며, 이때 혼합기(100)로 수분을 별도로 공급할 수도 있다.

상기에서는 하나의 혼합기를 예를 들어 설명하였으나, 복수의 혼합기 예컨대 2개의 혼합기를 사용할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 혼합기는 배합탄과 바인더를 혼합(1차 혼합)하는 제 1 혼합기(110), 1차 혼합기(100)에서 1차 혼합된 혼합물을 2차 혼합하는 제 2 혼합기(120)를 포함할 수 있다.

이 중, 제 1 혼합기(110)는 바디와 블레이드를 포함하는 믹서(mixer)이고, 제 2 혼합기는 1차 혼합된 혼합물을 반죽하는 니더(kneader)일 수 있다. 여기서, 해당 기술 분야에서 통상 니더(kneader)는 제 1 혼합기(110)에 비해 3 내지 4 배 큰 용적을 가지는 장치로서, 대용량의 니더(kneader)를 60℃ 이상으로 승온시키기가 어렵거나, 다량의 스팀 소모에 따른 비용이 소모되는 문제가 있다. 이에 비해 니더(kneader)인 제 2 혼합기(120)에 비해 용적이 작은 제 1 혼합기(110)는 상대적으로 승온이 용이하다.

따라서, 제 1 혼합기(110)에서 배합탄과 바인더를 1차로 혼합하면서 50℃ 내지 200℃로 약 5분 동안 1차 가열(또는 예열)시킨 후에, 1차 가열된 혼합물을 제 2 혼합기(120)로 장입시켜 60℃ 내지 200℃의 온도로에서 약 10분 동안 가열한다. 따라서, 제 2 혼합기(120)에서 혼합물을 60℃ 이상의 온도로 가열하기가 용이하다.

그리고, 배합탄과 바인더가 제 1 혼합기(110)에서 50℃ 내지 200℃로 1차 가열(또는 예열)하면서 혼합될 때, 혼합물의 점도는 약 1000cP가 되고, 이를 2차 혼합에 투입하여 60℃ 내지 200℃의 온도로 가열하여 2차 혼합하면, 약 800 cP의 점도를 가진다.

혼합기(100)에서 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물은 공급피더(200)를 통해 성형기로 장입되어 소정이 크기로 성형되어 브리켓 또는 성형탄으로 제조된다. 공급피더(200)는 예컨대, 스크류(screw)를 가지는 수단일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 혼합기(100)의 혼합물을 성형기로 장입시킬 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.

혼합물이 성형기(300)로 장입되면서, 또는 성형되는 동안에 60℃ 미만의 온도로 하락한다. 보다 구체적으로. 배합탄과 바인더가 혼합된지 약 15분이 지나면(1차 및 2차 혼합후 15분이 지나면), 혼합물의 점도는 약 100000 cP가 되어, 겔화된다. 즉, 혼합물 또는 성형탄 중 포함된 스타이렌 뷰타다이엔과 피치 간의 가교(crosslinking)에 의해 바인더가 겔화된다. 따라서, 바인더 중 피치가 스타이렌 뷰타다이엔에 의해 분해되지 않는다.

이렇게 제조된 성형탄 중 바인더는 60℃ 이하의 온도 또는 상온 및 석탄의 액화 온도인 300℃ 내지 400℃에서도 고체에 가까운 겔 상태를 유지하고 있기 때문에, 종래와 같이 당밀을 바인더로 사용할 때나, 피치만을 바인더로 사용할 때에 비해 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도가 높다. 또한, 당밀을 바인더로 사용할 때에 비해 성형탄의 품질을 일정하게 유지할 수 있다.

이하, 표 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 바인더를 이용하여 제조된 성형탄 및 비교예에 따른 바인더를 이용하여 제조된 성형탄의 강도에 대해 설명한다.

표 1은 실시예 및 비교예에 따른 바인더를 사용한 강도를 나타낸 표이다.

		제 1 비교예	제 1 실시예	제 2 실시예	제 2 비교예	제 3 실시예	제 4 실시예
바인더의 배합비	피치	4	4	4	5	5	5
	스타이렌 부타다디엔	0	1	2	0	1	2
냉간 강도 (1 day 후)	압축강도 (kg.f)	10	45	50	12	55	60
	낙하강도 (kg.f)	50	87	91	55	89	92
열간 강도 지수(%)	HTS 13 (평균 입도 13mm)	55.3	75.5	80.5	56.3	78.2	80.2
	HTS 10 (평균 입도 13mm)	74.5	95.6	97.2	76.1	95.2	98.9
	I-drum13	2.3	40.3	49.2	3.1	42.3	50.1
	I-drum10	68.5	70.5	77.9	69.4	75.2	81.2

제 1 내지 제 4 실시예의 성형탄은 본 발명에 실시예에 따른 바인더를 사용하여 제조한 것으로, 피치와 스타이렌 뷰타다이엔의 배합비를 서로 상이하게 하여 실험하였다. 그리고, 제 1 및 제 2 비교예는 바인더서 피치만을 포함하는 즉, 스타이렌 뷰타다이엔을 포함하지 않은 바인더를 사용하여 제조한 성형탄으로, 피치의 배합비를 다르게 하여 실험하였다.

여기서 압축 강도는 성형탄을 90℃로 10분간 건조 또는 150℃로 10분간 건조 후에, 성형탄의 하부를 고정하고, 상부에서 일정한 속도록 눌러서 파괴될 때 까지의 최고 하중을 측정하여 평균값이다.

낙하 강도는 성형탄 2kg을 5m 높이에서 8회 반복하여 낙하시킨 다음, 하기와 같은 수식에 의해 계산한 값이다.

수식 1) 낙하강도 = (10mm 이상 크기의 성형탄 중량/시험 전 중량)*100

HTS 열간 강도 지수의 측정 방법은 아래와 같다. 반응 튜브 내부를 N₂ 85%, CO2 15%로 조성하고, 성형탄을 반응 튜브(reaction tube)에 장입한 후, 1000℃에서 약 60분 동안 2rpm으로 회전시키면서 건류 반응시킨 후에, 입도를 기준으로 분급하여, 아래 수식 2, 3에 의해 계산한 것이다.

수식 2)열간강도 지수%(HTS 13) = (평균 입도 13mm 이상의 성형탄 무게 / 건류 반응 후 성형탄 총 무게) * 100

수식 6)열간강도 지수%(HTS 10) = (평균 입도 10mm 이상의 성형탄 무게 / 건류 반응 후 성형탄 총 무게) * 100

또한, I-DRUM 열간 강도 측정 방법은 아래와 같다. 드럼 내부에 성형탄을 장입하고, 드럼을 20rpm으로 30분동안 회전(600회 회전) 시킨 후에, 입도를 기준으로 분급하여, 아래 수식 4에 의해 계산한 것이다.

I-drum 13은 전체 성형탄 무게에 대한 입도가 13mm 이상인 성형탄의 무게로서, 수식 4로 산출할 수 있다. 또한, I-drum 10은 전체 성형탄 무게에 대한 입도가 10mm 이상인 성형탄의 무게로서, 수식 5로 산출할 수 있다.

수식 4) I-drum 13 = (입도 13 mm 이상의 성형탄 무게 / 전체 성형탄 무게)*100

수식 5) I-drum 10 = (입도 10 mm 이상의 성형탄 무게 / 전체 성형탄 무게)*100

표 1을 참조하면, 제 1 내지 제 4 실시예들에 따른 냉간 강도 및 열간 강도가 제 1 및 제 2 비교예에 비해 월등히 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 성형탄 중 바인더 함량이 5 중량%로 동일한 제 1 실시예와 제 2 비교예를 비교하면, 바인더의 총 함량이 동일하더라도, 스타이렌 뷰타다이엔을 포함하고 있는 바인더를 사용하는 제 1 실시예가 제 2 비교예에 비해 냉간 강도 및 열간 강도가 월등히 높음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예들서는 성형탄 제조를 위해 사용되는 바인더로서피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 혼합한 바인더를 사용한다. 이에, 바인더 중 스타이렌 뷰타다이엔이 피치와 가교 반응에 의해 60℃ 이하 또는 상온, 300℃ 내지 400℃의 온도에서 바인더가 액상이되거나 분해되지 않고, 고체에 가까운 겔상태로 존재한다. 따라서, 피치만을 바인더로 사용하는 경우에 비해 냉간강도 및 열간강도가 향상되는 효과가 있다.

100; 혼합기 110: 제 1 혼합기
120: 제 2 혼합기 200: 공급피더
300: 성형기

Claims (12)

1. 배합탄을 준비하는 과정;
   피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 포함하는 바인더를 준비하는 과정;
   상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정;
   상기 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정;
   을 포함하고,
   상기 바인더를 준비하는 과정에 있어서, 상기 피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 혼합하여, 상기 피치와 스타이렌 뷰타다이엔 간을 가교 반응시켜 상기 바인더를 겔화시키며,
   상기 바인더를 혼합하는데 있어서,
   중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비를 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하로 하는 성형탄 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정에 있어서,
   상기 바인더는 성형탄 전체 100 중량%에 대해, 1 중량% 내지 10 중량% 포함되도록 혼합하는 성형탄 제조 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정에 있어서,
   상기 바인더는 성형탄 전체 100 중량%에 대해, 1 중량% 내지 7 중량% 포함되도록 혼합하는 성형탄 제조 방법.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 바인더를 준비하는 과정에 있어서,
   중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비를 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하로 하는 성형탄 제조 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정에 있어서, 60℃ 내지 200℃의 온도로 열처리하는 과정을 포함하는 성형탄 제조 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 배합탄과 바인더를 혼합하는 과정은,
   상기 배합탄과 바인더를 혼합하면서 50℃ 내지 200℃의 온도로 1차 혼합하는 과정; 및
   1차 혼합된 혼합물을 60℃ 내지 200℃의 온도로 2차 혼합하는 과정;
   을 포함하는 성형탄 제조 방법.
8. 배합탄과 바인더가 혼합되며,
   상기 바인더는 피치와 스타이렌 뷰타다이엔을 포함하며,
   상기 피치와 스타이렌 뷰타다이엔 간의 가교 반응이 일어나 겔화된 상기 바인더가 상기 배합탄과 혼합되며,
   상기 바인더는 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비기 0.6 이상 내지 1 미만 : 0 초과 내지 0.4 이하인 성형탄.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물 전체 100 중량%에 대해, 상기 바인더는 1 중량% 내지 10 중량% 포함된 성형탄.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배합탄과 바인더가 혼합된 혼합물 전체 100 중량%에 대해, 상기 바인더는 1 중량% 내지 7 중량% 포함된 성형탄.
11. 삭제
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 바인더는 중량에 따른 피치 : 스타이렌 뷰타다이엔 배합비기 0.6 이상 내지 0.9 이하 : 0.1 이상 내지 0.4 이하인 성형탄.

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