KR102325752B1 - 코크스의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

용광로용 고강도 코크스의 제조 방법에 관한 것으로서, 이 제조 방법은 배합탄과 고탄화도 석탄을 혼합하여 원료탄을 제조하는 단계, 상기 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리하는 단계, 상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계, 상기 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계, 및 상기 혼합탄을 열처리하는 단계를 포함한다.

Description

코크스의 제조 방법{METHOD OF PREPARING COCKES}
코크스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
GHG(Green House Gas)에 의한 지구 온난화 문제에 대한 대책으로 GHG 가스의 하나인 CO2 배출을 저감하려는 전세계의 노력이 진행되고 있다. 우리나라도 15년 파리 협약에서 2030년 CO2 배출 전망치의 37% 저감을 발표하였으며, 많은 연구 개발을 수행하고 있다.
용광로에서 광석으로부터 용선(쇳물)을 생산하기 위해서는 일반적으로 탄소 환원제(이하, 코크스라 함)를 사용하고 있다. 코크스는 점결성 석탄을 이용하여 불활성 분위기에서 가열하여 덩어리 형태로 제조된 것이다. 코크스는 용광로에 공급되어 일산화탄소를 생성하고, 이 일산화탄소가 광석을 환원시키는 환원제로서 역할을 하며, 또한 용광로로 공급된 공기와 반응하여 열 공급 및 용광로 내 가스 및 용융된 용선/슬래그가 흐를 수 있는 통로 역할을 한다. 이러한 코크스는 대부분이 탄소(87% 이상)로 구성되어 있어, 결국은 CO2로 배출되므로, 결과적으로 다량의 배출되는 문제가 있다.
따라서, 코크스에 의한 CO2 발생 저감이 필요하며, 이를 위해서는 용광로에 사용되는 코크스를 줄여야 한다.
용광로에서 사용되는 코크스의 사용량, 즉 코크스 사용비를 줄이는 방안의 하나로, 제철소 내에서 발생하는 수소 함량이 높은 부생가스(by-product gas)를 용광로 하부로 취입하는 방법이 제시되었다. 이때에는, 수소 또한 환원제로 사용되므로, 코크스 사용비를 감소시킬 수 있다.
이 방법의 일 예를 들면, 부생가스 중 COG(coke oven gas)를 수소 함량이 56%에서 80% 이상이 되도록 개질하여 용광로에 취입하여, 용광로 내부에서 수소 환원에 의해 코크스를 일부 대체하여 CO2 발생량을 10% 저감하는 연구(COURSES50)가 일본에서 실시되고 있다.
이러한 수소를 환원제로 사용하는 용광로는 코크스를 소량 사용할 수 있기 때문에, 용광로 내에 장입되어 쌓이는 코크스층의 두께가 기존 대비 얇아지고, 또한 고온에서 수소가 일산화탄소 대비 환원 속도가 빠르며, 수소 환원 반응으로 생성되는 H2O와 코크스의 반응이, 일산화탄소 환원 반응에 의해 생성되는 CO2와 코크스의 반응보다 빠르게 일어나므로, 코크스가 더 빠르게 소모될 수 있다.
이와 같이, 코크스가 쌓여서 형성된 코크스층이 그 위로 계속 용광로 내로 장입되는 장입물(광석 및 코크스)의 하중을 받쳐주고, 열원, 환원제, 통기/통액성의 역할을 수행하므로, 이와 같이 수소를 환원제로 사용하는 용광로에서는 일반 용광로보다 소량 사용되는 코크스가 일반 용광로와 동일한 응력을 받아야하므로, 보다 고강도의 코크스 요구된다.
이에 일본의 COURSE50 연구에서 코크스 강도 88% 이상을 목표로 하는 기술 개발에 대한 연구가 진행되고 있다.
수소를 환원제로 사용하는 용광로용 고강도 코크스 제조를 위해 코크스 제조용 배합탄에 첨가제로 무회탄을 혼합하는 연구가 많이 이루어지고 있다. 예를 들어, 일본특허공개 2018-131549호에는 역청탄 또는 갈탄에서 무회탄을 추출하고, 이 무회탄을 석탄과 혼합하여 석탄의 연화온도 영역의 승온 속도를 조절하여 코크스를 제조하는 방법이 제시되어 있으며, 일본특허등록 6227482호에는 무회탄 3 중량% 내지 20 중량%를 코크스용 배합탄에 혼합하여 배합탄의 팽창률을 20% 이하로 하여 용광로용 코크스를 제조하는 방법이 제시되어 있고, 일본특허등록 6189811호에는 무회탄과 원료탄 혼합시 무회탄의 배합량 결정시 무회탄의 팽창지수 및 진비중을 활용하는 기술이 제시되어 있다.
무회탄은 석탄을 고온 고압에서 용제를 이용하여 점결성 성분을 추출한 것으로 회재가 없고 점결성이 있어 첨가시 코크스 강도향상 효과가 있으나, 고온 고압의 복잡한 공정과 용매를 사용하므로 무회탄 제조에 많은 비용이 소요되어 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
고강도 코크스를 제조하기 위한 다른 방안으로는 원료탄 배합, 전처리 및 첨가제를 사용하는 방법 등이 연구되고 있다. 이 중, 원료탄 배합 방법은 점결성 및 건류특성 이용 배합 기술에 대한 것이고, 전처리 방법은 장입밀도 향상을 위해 석탄건조, 석탄입도 제어, 오일 첨가 등에 대한 것이고, 첨가제 방법은 점결성 보완을 위한 타르/핏치 첨가, 불활성물질(inert) 첨가 등의 방법이 있다.
일 구현예는 수소를 환원제로 사용하는 코크스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 배합탄과 고탄화도 석탄을 혼합하여 원료탄을 제조하는 단계; 상기 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리하는 단계; 상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 상기 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계; 및 상기 혼합탄을 열처리하는 단계를 포함하는 코크스의 제조 방법을 제공한다.
상기 고탄화도 석탄의 비트리나이트 반사율(Rm)은 1.3% 내지 1.7%일 수 있다.
상기 배합탄의 비트리나이트 반사율(Rm)은 1.0% 내지 1.15%일 수 있다.
상기 혼합탄의 비트리나이트 반사율(Rm)은 1.11% 내지 1.215%일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 원료탄과 타르를 혼합하여 혼합물을 제조하는 공정을 더욱 실시할 수 있다. 이때, 상기 원료탄과 타르의 혼합비는 97 : 3 중량비 내지 95 : 5 중량비일 수 있다. 또한, 상기 배합탄과 상기 고탄화도 석탄의 혼합비는 2 : 10 중량비 내지 5 : 20 중량비일 수 있다.
상기 제1 원료탄은 상기 원료탄 중량의 최대 50 중량%에 해당하는 것이며, 일 구현예에 따르면, 상기 원료탄 중량의 10 중량% 내지 50 중량%에 해당하는 것일 수 있다.
상기 제2 원료탄은 분탄일 수 있다.
상기 배합탄은 3mm 이하의 입도를 갖는 입자를 85% 이상 포함하는 것일 수 있다.
상기 배합탄의 최고유동도(LMF)는 2.3 내지 2.5이고, 전팽창율(TD)는 90% 내지 110%일 수 있다.
일 구현예에 따른 코크스의 제조 방법은, 열간 강도 및 냉간 강도 등이 우수한 고강도 코크스를 제조할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법의 공정을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에 따라 제조된 코크스의 냉간 강도를 측정하여 나타낸 그래프.
도 3은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에 따라 제조된 코크스의 열간 강도를 측정하여 나타낸 그래프.
도 4는 실시예 7 내지 11 및 비교예 1에 따라 제조된 코크스의 장입 밀도를 측정하여 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 7 내지 11 및 비교예 1에 따라 제조된 코크스의 냉간 강도를 측정하여 나타낸 그래프.
도 6은 실시예 7 내지 11 및 비교예 1에 따라 제조된 코크스의 열간 강도를 측정하여 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
일 구현예에 따른 코크스의 제조 방법은 배합탄과 고탄화도 석탄을 혼합하여 원료탄을 제조하는 단계; 상기 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리하는 단계; 상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 상기 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계; 및 상기 혼합탄을 열처리하는 단계를 포함한다.
이하에서, 도 1을 참고하여, 일 구현예에 따른 코크스의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
배합탄과 고탄화도 석탄을 혼합하여 원료탄을 제조한다(S1).
고탄화도 석탄이란 일반적으로 석탄화도가 높은 석탄을 나타내며, 석탄화도가 증가할수록 탄소 함량은 증가하고, 휘발분 함량은 감소하여, 마세랄(Maceral) 조직 분석으로 평가하면, 비트리나이트 반사율(Rm)이 높은 석탄을 의미한다.
일 구현예서는 비트리나이트 반사율(Rm)이 높은 고탄화도 석탄 중, 특히 비트리나이트 반사율(Rm)이 1.3% 내지 1.7%인 고탄화도 석탄을 바람직하게 사용할 수 있다. 비트리나이트 반사율(Rm)이 상기 범위인 경우, 벤젠환 고리가 적절한 수로 석탄에 포함되어 있으며, 이에 이산화탄소와 반응할 수 있는 매트릭스 조직의 탄소가 감소하여 CO2의 반응성이 적절하게 감소할 수 있고, 생성물인 코크스의 강도를 보다 증가시킬 수 있어, 적절하다. 특히, 배합탄과 혼합 사용하므로, 석탄화도를 증가시킬 수 있다.
만약, 고탄화도 석탄의 비트리나이트 반사율이 상기 범위보다 낮은 경우에는 생성물인 코크스의 강도를 원하는 수준으로 향상시키기 어렵고, 상기 범위보다 높은 경우에는 고탄화도 석탄의 점결성이 낮아 열처리 과정에서 석탄 입자간 결합이 부족하여 제조되는 코크스의 강도가 낮아질 수 있다.
상기 고탄화도 석탄의 입도는 고탄화도 석탄의 점결성에 따라 적절하게 조절하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 점결성이 거의 없는 고탄화도 석탄인 경우, 입도가 0.1mm 이하인 것을 사용할 수 있고, 점결성이 있는 고탄화도 석탄인 경우, 3mm 이하의 입도를 갖는 입자를 85% 이상 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 배합탄은 다양한 단일탄을 혼합하여 제조하는 것으로서, 예를 들면, 미국탄, 강점탄, 준강점탄, 약점탄, 일반탄 등의 당해 분야에서 널리 사용되는 단일탄을 혼합하여 제조할 수 있다. 이를 보다 자세하게 설명한, 배합탄은 탄종별로 파쇄기에서 일정한 입도로 분쇄하여 제조된 단일탄들을 탄종별로 호퍼(hopper)에 위치시킨 후, 호퍼로부터 각 단일탄을 일정량씩 배출하여, 벨트 상에서 배합하여 제조할 수 있다.
배합탄에서 단일탄의 종류, 개수에 상관없이, 배합탄의 물성이 비트리나이트 반사율(Rm)이 1.0% 내지 1.15%가 되도록 조절하여 혼합하는 것이 적절하다. 비트리나이트 반사율이 상기 범위에 포함되는 배합탄을, 고탄화도 석탄과 혼합하는 경우, 제조되는 코크스의 냉간 및 열간강도를 향상시키는 장점을 얻을 수 있다.
또한, 상기 배합탄에서 각 단일탄은 입도가 10mm 이하로 파쇄된 것일 수 있으며, 특히, 3mm 이하의 입도를 갖는 입자를 85% 이상 포함하는 것일 수 있다. 결과적으로 배합탄은 대부분이 3mm 이하의 작은 입도를 갖는 입자로 구성된 것으로서, 열처리 과정에서 석탄 입자의 연화 용융에 의한 결합을 향상시키는 장점을 얻을 수 있다.
아울러, 상기 배합탄에서 단일탄의 종류, 개수에 상관없이, 배합탄의 최고유동도(LMF: Logarithmic Maximum Fluidity)가 2.3 내지 2.5이고, 전팽창율(TD)이 90% 내지 110%가 되도록 조절하여 혼합하는 것이 적절하다. 배향탄의 최고유동도 및 전팽창율이 상기 범위에 포함되는 경우에는, 열처리 과정에서 석탄의 연화용융물이 석탄 입자간 결합을 향상시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
또한, 상기 배합탄은 휘발분 25 중량% 내지 27 중량%, 회분(ash) 8 중량% 내지 10 중량% 및 잔부 고정 탄소(fixed carbon)를 포함할 수 있다. 이러한 조성을 갖는 배합탄을 사용하는 경우, 고로에 적합한 품질의 코크스를 경제적으로 제조할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
상기 배합탄과 고탄화도 석탄의 혼합비는 80 : 20 중량비 내지 98.5 : 1.5 중량비일 수 있고, 80 : 20 중량비 내지 98 : 2 중량비일 수도 있다.
배합탄과 고탄화도 석탄의 혼합비가 상기 범위에 포함되는 경우에는, 이 원료탄을 이용하여 제조하는 코크스 제조용 혼합탄의 비트리나이트 반사율이 원하는 수준인 1.11% 내지 1.215%가 될 수 있다.
이어서, 상기 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리한다(S2). 이때, 제1 원료탄은 상기 원료탄 중량의 최대 50 중량%, 적절하게는 10 중량% 내지 50 중량%에 해당하는 것을 의미하며, 나머지는 제2 원료탄이라 한다. 제2 원료탄은 성형을 실시하지 않았으므로, 분탄으로 존재한다.
일 구현예에서, 상기 원료탄의 점결성을 보완하기 위하여, 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리하기 전에, 원료탄과 타르를 혼합하는 공정을 더욱 실시할 수도 있다. 이때, 상기 원료탄과 상기 타르의 혼합비는 97 : 3 중량비 내지 95 : 5 중량비일 수 있다. 상기 원료탄과 상기 타르의 혼합비가 상기 범위를 벗어나는 경우, 즉 타르 사용량이 너무 소량인 경우에는 점결성 보완이 충분하지 않고, 타르 사용량이 너무 과량인 경우에는, 코크스 품질 향상 및 성형탄 제조시 성형탄 강도 향상 효과를 얻을 수 없어, 적절하지 않을 수 있다.
상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하고, 이 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조한다(S3). 이와 같이, 원료탄의 일부인 제1 원료탄으로 성형탄을 제조하고, 이 성형탄과 성형탄이 되지 않은 제2 원료탄과 혼합하는 경우, 장입 밀도를 증가시킬 수 있어 적절하다.
상기 원료탄 중량의 최대 50 중량%, 적절하게는 10 중량% 내지 50 중량%에 해당하는 제1 원료탄으로 성형탄을 제조한 것이고, 제2 원료탄은 원료탄에서 제1 원료탄을 제외한 것이므로, 성형탄과 제2 혼합탄의 혼합비는 제1 원료탄과 제2 원료탄의 함량과 동일함은 물론이다. 즉, 상기 혼합탄은 상기 성형탄을 최대 50 중량%, 적절하게는 10 중량% 내지 50 중량%를 포함하고, 상기 제2 원료탄을 최소 50 중량%, 적절하게는 90 중량% 내지 50 중량%로 포함할 수 있다.
상기 혼합탄의 비트리나이트 반사율은 1.11% 내지 1.215%일 수 있다. 만약 혼합탄의 비트리나이트 반사율이 1.11%보다 낮은 경우에는, 최종 생성물인 코크스의 매트릭스 조직이 취약하여 품질이 하락하게 되고, 1.215% 보다 높은 경우에는, 석탄 입자간 결합이 부족해질 수 있어, 최종 생성물인 코크스 품질이 저하될 수 있어 적절하지 않다.
상기 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조한다(S4). 이 열처리 공정은 1050℃ 내지 1100℃의 온도에서 8시간 내지 24시간 동안 실시할 수 있다. 열처리 공정을 보다 구체적으로 기술하면, 650℃ 내지 700℃로 가열된 로(furnace)에 상기 혼합물을 첨가하고, 2℃/분 내지 3℃/분의 가열 속도로 1050℃ 내지 1100℃가 되도록 가열하여, 로의 중심부 온도가 1000℃ 내지 1100℃에 도달하면 1시간 내지 2시간 치시간(soaking time)을 유지하여 실시할 수 있다. 상기 로는 당해 분야에서 널리 이용되는 일반적인 로를 사용할 수 있다.
이 공정으로 제조된 코크스는, 우수한 강도, 예를 들어 우수한 냉간 강도 및 열간 강도를 나타낼 수 있다.
이러한 코크스는 용광로에 유용하게 사용할 수 있으며, 특히 수소를 환원제로 사용하는 용광로에 유용하게 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(비교예 1 및 실시예 1 내지 6)
10 종류의 단일탄을 파쇄기로 파쇄하여, 입도가 10mm 이하가 되도록 준비하였다.
하기 표 1과 같은 물성을 갖도록, 또한 85 중량%의 입자들이 3mm 이하의 입도를 갖도록, 입도가 10mm 이하로 조절한 10 종류의 단일탄을 혼합하여 배합탄을 제조하였다.
회분
(Ash, 중량%)		 휘발분
(VM, 중량%)		 고정 탄소(Fixed Carbon, F.C.) 비트리나이트 반사율(Rm, %) 최고유동도
(LMF)		 전팽창율
(TD, %)
9.11 26.04 잔부 1.1 2.53 101
상기 표 2에 나타낸 물성을 갖는 고탄화도 석탄을 준비하였다. 하기 표 2에 나타낸 고탄화도 석탄 A의 입도는 0.1mm 이하로 준비하였고, 고탄화도 석탄 B은 85 중량%의 입자들이 3mm 이하의 입도를 갖는 것을 준비하였다
구분 공업분석(건조 기준), 중량% 물성
휘발분(V.M) 회분(Ash) 고정탄소(Fixed Carbon, F.C.) 반사율
(Rm, %)		 최고유동도
(LMF)		 전팽창율
(TD, %)		 자유팽윤지수(FSI)
A 18.78 10.32 70.90 1.31 0 0 1
B 15.45 9.35 75.2 1.67 0.79 34 7.5
상기 표 1에 나타낸 배합탄 및 상기 표 2에 나타낸 고탄화도 석탄을 하기 표 3에 나타낸 함량으로 혼합하여 원료탄을 제조하였다. 이 원료탄의 50 중량%를 제1 원료탄으로, 나머지 50 중량%를 제2 원료탄으로 분리하였다.
상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하고, 이 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조하였다. 성형탄이 원료탄의 50 중량%로 제조한 것이므로, 혼합탄에서, 성형탄의 함량은 50 중량%이었다. 이 혼합탄의 비트리나이트 반사율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
상기 혼합탄을 650℃로 가열된 코크스 시험로 내에 상부에서 중력 장입하였다. 상기 코크스 시험로는 상업용 코크스 오븐과 같은 방식으로 양쪽 벽으로부터 열전달이 일어날 수 있도록 전지 히터가 설치된 것을 사용하였다.
이어서, 상기 코크스 시험로의 가열벽 온도를 1100℃로 2.7℃/분의 가열 속도로 가열하고, 오븐 중심 온도가 1080℃에 도달하면, 1시간 동안 치시간(soaking time)을 유지한 후, 압출하고, 압출된 적영 코크스를 질소 분위기 하에서 소화 냉각하여, 코크스를 제조하였다. 이 열처리 과정, 즉 석탄 건류 과정에서 발생되는 가스는 애프터 버너(after burner)로 연소시켜 대기로 방출시켰다.
배합탄(중량%) 고탄화도 석탄 종류(A 또는 B) 고탄화도 석탄
(중량%)		 혼합탄의 반사율
(Rm, %)
비교예 1 100 X 0 1.1
실시예 1 94 A 6 1.113
실시예 2 90 A 10 1.121
실시예 3 95 B 5 1.129
실시예 4 90 B 10 1.157
실시예 5 85 B 15 1.186
실시예 6 80 B 20 1.214
* 냉간 강도(Cold strength, Drum index) 평가
상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 코크스 10kg을 직경 1.5m 드럼에서 150회 회전한 후, 입도가 15mm 이상인 코크스만을 분급하여 얻었다. 전체 코크스 중량(10kg)에 대한 분리된 입도 15mm 이상의 코크스의 무게비인, 냉간 강도, DI150 15를 구하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서, Rm은 상기 표 3에 나타낸 혼합탄의 비트리나이트 반사율이다.
상기 표 3에 나타낸 것과 같이, 고탄화도 석탄을 배합탄과 혼합한 실시예 1 내지 6에 따른 혼합탄의 경우, 고탄화도 석탄을 사용하지 않은 비교예 1에 따른 혼합탄의 반사율 1.1% 보다, 향상된 1.113% 내지 1.214%를 나타내며, 실시예 1 내지 6에 따른 코크스의 냉간 강도값이 비교예 1과 거의 유사하거나, 다소 증가하여, 결과적으로 냉간 강도값이 약 78%로 높게 나타났음을 알 수 있다.
이와 같이, 냉간 강도 값이 높게 나타나므로, 미분으로 분화되는 코크스 함량이 낮은 고강도 코크스임을 알 수 있다.
* 열간 강도(반응 후 강도, Coke Strength after Reaction, CSR) 평가
상기 실시예 3 내지 6 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 코크스를 분급하여, 입도가 20nm인 코크스만을 얻었다. 얻어진 입도가 20mm인 코크스 200g을 1100℃에서 2시간 동안 CO2 분위기 하에서 반응시킨 후, I 드럼(drum)에서 600회 회전한 후, 입도가 10mm 이상인 코크스만을 분급하여 얻었다. 전체 코크스 중량(200g)에 대한 분리된 입도 10mm 이상의 코크스의 무게비인 열간 강도, CSR(%)를 구하여, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서, Rm은 상기 표 3에 나타낸 혼합탄의 비트리나이트 반사율이다.
도 3에 나타낸 것과 같이, 고탄화도 석탄의 양이 증가함에 따라 혼합탄의 반사율이 증가하며, 혼합탄의 반사율이 증가함에 따라, 열간 강도 값 또한 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 이는 석탄의 탄화도가 증가할수록, 비트리나이트 반사율이 증가하고, 석탄 내에 포함된 벤젠환 고리가 증가하여, 최종 생성물인 코크스의 조직이 치밀해져서 코크스 매트릭스 조직 내 탄소와 CO2의 반응이 감소하기 때문인 것으로 판단된다.
(실시예 7 내지 11)
상기 표 1에 나타낸 배합탄, 상기 표 2에 나타낸 고탄화도 석탄 및 타르를 하기 표 4에 나타낸 함량으로 혼합하여 원료탄을 제조하였다. 이 원료탄의 일부 중량을 제1 원료탄으로, 나머지 중량을 제2 원료탄으로 분리하였다. 이때 제1 원료탄과 제2 원료탄의 함량은 하기 표 4에 나타내었다.
상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하고, 이 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조하였다. 이때, 제1 원료탄으로 성형탄을 제조한 것이므로, 혼합탄 100 중량%에서, 성형탄의 함량은 제1 원료탄의 함량과 동일하였다. 상기 혼합탄의 비트리나이트 반사율을 측정하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 비교를 위하여, 상기 비교예 1의 조성 및 비트리나이트 반사율 측정 결과 또한 하기 표 4에 함께 나타내었다.
상기 혼합탄을 650℃로 가열된 코크스 시험로 내에 상부에서 중력 장입하였다. 상기 코크스 시험로는 상업용 코크스 오븐과 같은 방식으로 양쪽 벽으로부터 열전달이 일어날 수 있도록 전지 히터가 설치된 것을 사용하였다.
이어서, 상기 코크스 시험로의 가열벽 온도를 1100℃로 2.7℃/분의 가열 속도로 가열하고, 오븐 중심 온도가 1080℃에 도달하면, 1시간 동안 치시간(soaking time)을 유지한 후, 압출하고, 압출된 적영 코크스를 질소 분위기 하에서 소화 냉각하여, 코크스를 제조하였다. 이 열처리 과정, 즉 석탄 건류 과정에서 발생되는 가스는 애프터 버너(after burner)로 연소시켜 대기로 방출시켰다.
배합탄
(중량%)		 고탄화도 석탄 종류(A 또는 B) 고탄화도 석탄
(중량%)		 타르
(중량%)		 제1 원료탄
(중량%)		 제2 원료탄
(중량%)		 혼합탄의 반사율(Rm, %)
비교예 1 100 A 0 0 0 100 1.1
실시예 7 91 A 6 3 10 90 1.113
실시예 8 91 A 6 3 20 80 1.113
실시예 9 91 A 6 3 30 70 1.113
실시예 10 91 A 6 3 40 60 1.113
실시예 11 91 A 6 3 50 50 1.113
* 장입 밀도(Bulk Density) 평가
상기 실시예 7 내지 11 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 코크스에 대한 장입 밀도를 ASTM D291-07 장입 밀도 측정 방법(Standard Test Method for Cubic Foot Weight of Crushed Bituminous Coal)으로 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 것과 같이, 성형탄 혼합비가 증가할 수록, 장입 밀도(Bulk density)가 증가함을 알 수 있으며, 특히, 성형탄 혼합비가 10 중량%인 실시예 7의 경우, 성형탄을 혼합하지 않은 비교예 1에 비하여, 장입 밀도가 현저하게 증가하였으며, 20 중량%, 30 중량%, 40 중량% 및 50 중량%로 증가시에는 선형적으로 증가하였음을 알 수 있다. 성형탄이 제2 원료탄에 비하여 겉보기 밀도가 높기 때문에, 성형탄 혼합비가 증가할 수록, 장입 밀도가 증가되었다고 판단된다.
* 냉간 강도(Cold strength, Drum index) 평가
상기 실시예 7 내지 11 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 코크스 10kg을 직경 1.5m 드럼에서 150회 회전한 후, 입도가 15mm 이상인 코크스만을 분급하여 얻었다. 전체 코크스 중량(10kg)에 대한 분리된 입도 15mm 이상의 코크스의 무게비인, 냉간 강도, DI150 15를 구하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 것과 같이, 성형탄 함량이 증가할수록, 냉간 강도가 증가함을 알 수 있다. 이는 성형탄 함량이 증가함에 따라 장입 밀도가 19% 이상 증가하여, 코크스 조직이 치밀해지므로, 냉간 강도가 증가한 것으로 판단된다.
* 열간 강도(반응 후 강도, Coke Strength after Reaction, CSR) 평가
상기 실시예 7 내지 11 및 상기 비교예 1에 따라 제조된 코크스를 분급하여, 입도가 20nm인 코크스만을 얻었다. 얻어진 입도가 20mm인 코크스 200g을 1100℃에서 2시간 동안 CO2 분위기 하에서 반응시킨 후, I 드럼(drum)에서 600회 회전한 후, 입도가 10mm 이상인 코크스만을 분급하여 얻었다. 전체 코크스 중량(200g)에 대한 분리된 입도 10mm 이상의 코크스의 무게비인 열간 강도, CSR(%)를 구하여, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 것과 같이, 성형탄의 함량이 증가함에 따라, 열간 강도 값 또한 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 이는 성형탄의 함량이 증가함에 따라, 장입 밀도가 19% 이상 증가하여, 코크스 조직이 치밀해져서 열간 강도가 증가한 것으로 판단된다.
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.

Claims (12)

  1. 배합탄과 고탄화도 석탄을 혼합하여 원료탄을 제조하는 단계;
    상기 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리하는 단계;
    상기 제1 원료탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계;
    상기 성형탄과 상기 제2 원료탄을 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합탄을 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 고탄화도 석탄의 비트리나이트 반사율(Rm)은 1.31% 내지 1.67%이고,
    상기 배합탄의 비트리나이트 반사율(Rm)은 1.0% 내지 1.15%인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탄의 비트리나이트 반사율(Rm)은 1.11% 내지 1.215%인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료탄을 제1 원료탄 및 제2 원료탄으로 분리하는 단계 이전에, 상기 원료탄과 타르를 혼합하는 공정을 더욱 실시하는 것인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 원료탄과 타르의 혼합비는 97 : 3 중량비 내지 95 : 5 중량비인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배합탄과 상기 고탄화도 석탄의 혼합비는 80 : 20 중량비 내지 98.5 : 1.5 중량비인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원료탄은 상기 원료탄 중량의 최대 50 중량%에 해당하는 것인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 원료탄은 상기 원료탄 중량의 10 중량% 내지 50 중량%에 해당하는 것인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원료탄은 분탄인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배합탄은 3mm 이하의 입도를 갖는 입자를 85% 이상 포함하는 것인 용광로용 코크스의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배합탄의 최고유동도(LMF)는 2.3 내지 2.5이고, 전팽창율(TD)는 90% 내지 110%인 용광로용 고강도 코크스의 제조 방법.
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