KR19990052837A - 야금용 코크스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 야금용 코크스의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 각종 원료탄을 배합하여 장입탄을 제조하는 배합설계과정에서 장입탄의 불활성 성분함량과 유동도를 배합인자로 추가설정하고, 불활성 함량이 증대되는 경우에도, 유동도를 적정범위로 제어함으로서, 제공되는 코크스의 강도를 향상시키는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2종 이상의 원료탄으로부터 코크스 제조용 장입탄의 배합비를 설계하여 코크스를 제조하는 방법에 있어서, 장입탄중의 불활성 함량비가 얼마인가를 판단하여, 30% 이상인 경우, 유동도를 2.4-2.5로 제어하는 야금용 코크스의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

야금용 코크스의 제조방법

본 발명은 야금용으로 사용되는 코크스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스 제조용 원료탄을 적정비율로 배합하는 과정에서 불활성성분의 함량을 배합인자로 설정하고, 정정수준으로 제어함으로서, 고강도의 코크스를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

고로제철법에 있어 코크스의 사용은 필수적이다. 왜냐하면, 코크스는 고로내의 철광석을 환원시키는 환원재의 역할과 온도유지에 필요한 열원의 역할을 할 뿐만 아니라, 적절한 기공을 보유함으로서 열풍이 공급되는 고로내의 통기성을 유지하는 중요한 역할을 하고 있기 때문이다. 또한, 고강도의 코크스가 원료로 사용될 경우, 고로 노황이 안정되어 선철생산량이 증대되고, 미분탄 연소량을 증대할 수 있기 때문에 연료비가 절감되어 고로 생산성이 향상되는 효과가 있다.

일반적으로, 코크스 제조용 원료탄은 산지별, 석탄화도와 물성에 따라 수십종 이상으로 분류되어 있으며, 크게 절겸탄과 비점결탄(일반탄), 또는 고유동도탄과 저유동도탄, 또는 고팽창성탄과 저팽창성(수축성)탄 등으로 분류할 수 있다.

제철용 코크스의 제조에 있어 코크스화성이 우수한 원료탄인 점결탄만으로 코크스를 제조하는 것이 이상적이나, 점결탄은 부존량이 적고 고가인 단점이 있다. 따라서, 국내자원이 전무하여 코크스 제조용 원료탄의 전량을 수입에 의존하고 있는 우리나라의 경우, 실제 코크스 제조공정에서는, 코크스화성은 열세이나 가격이 저렴한 일반탄을 점결탄과 적절히 배합하여 사용함으로서 코크스 제조 생산비의 저감과 품질도모의 양면을 취할 수 밖에 없는 실정이다.

따라서, 양질의 코크스를 가능한 저가로 제조하기 위하여 원료탄들을 적정비율로 배합하는 배합설계기술은 다탄종의 원료탄으로부터 코크스를 제조하는 기술의 핵심이라고 할 수 있으며, 배합탄(장입탄)으로 부터 제조되는 코크스의 물성을 정도 높게 예측하기 위하여, 각 원료탄의 물성을 다각적인 방법으로 평가하고 있다.

일반적으로, 원료탄의 열적거동에 대한 물성으로는 점결성, 팽창성, 유동도와 유동온도범위, 휘발분함량 등이 있으며, 원료탄의 조직특성에 따른 물성으로는 비트리니트성분의 평균반사율, 강도지수등이 있다. 공업적으로는 하나의 원료탄 특성평가 결과를 사용하기 보다는 통상 2-3 개의 물성을 참조하면서 원료탄을 배합하고 있다.

원료탄의 배합설계에 있어, 이러한 다양한 방법이 적용되고 있는 이유는, 코크스 제조용 원료탄은 수많은 화학종으로 구성된 불균질한 물질이며, 산지별, 석탄화도별로 전혀 상이한 물성을 나타내기 때문이라고 할 수 있다. 다시 말하면, 원료탄의 배합기술은 학문적인 근거보다는 공업적 이용면에서 요구되는 원료탄의 특성과 코크스물성과의 관계에 관한 경험적인 방법을 나름대로 체계화하고 규격화하여 사용하고 있기 때문에 제조사별로 배합인자의 설정에 차이를 보이고 있다.

한편, 각종 원료탄들은 가열시에 용융되는 특성을 가지는 활성성분(TR:Total Reactive)과 가열하여도 용융되지 않는 불활성 성분(TI:Total Inert)으로 구성되어 있다. 원료탄이 승온되면서 연화, 용융·팽창, 재고화되는 물리적 변화를 거쳐 고상의 코크스로 전환되는 과정은 주로 활성성분의 열적거동에 의한 것이라고 할 수 있다.

또한, 분말상의 원료탄으로 부터 평균 입도 50mm 이상의 괴상 코크스를 제조하기 위해서는 원료탄의 용융특성을 저해하는 불활성 성분을 적정범위로 제어하는 것이 요구된다고 할 수 있다.

현실적으로 불활성분함량이 낮고, 코크스화성이 우수한 원료탄만으로 코크스를 제조하는 것은 경제성이 없는 면도 있지만, 적정량의 불활성성분은 고강도의 코크스 제조에 필요하다.

일반적으로, 코크스의 강도를 결정하는 인자로는 코크스의 조직과 기공율이 있으며, 코크스의 조직은 이방성이 너무 발달된 것보다는 거친 모자이크(coarse mosaic)단계에서 가장 높은 강도를 나타낸다. 따라서, 활성성분만을 열처리하게 되면 이방성이 발생된 코크스로 전환되는 반면, 적정량의 불활성 성분이 활성성분의 유동성을 적절히 저해함으로서 이방성 조직의 지나친 발달을 억제하게 되어, 거친 모자이크 조직을 나타냄으로서 코크스의 강도향상을 도모할수 있게 되는 것이다.

따라서, 불활성 성분을 미세하게 분쇄하게 되면, 원료탄의 용융온도 영역에서 활성성분속에 불활성 성분이 가능한 균일하게 분산되어 코크스 강도향상에 정의 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.

그러나, 야금용 코크스 원료로 사용되는 원료탄은 대부분이 3mm 이하로 조분쇄되고 있음에 비하여, 불활성 성분이 많이 함유된 원료탄을 별도로 추가로 미분쇄하는 것은 설비의 신증설이 요구되는 단점이 있다.

본 발명은 각종 원료탄을 배합하여 장입탄을 제조하는 배합설계과정에서 장입탄의 불활성성분함량과 유동도를 배합인자로 추가 설정하고, 불활성함량이 증대되는 경우에도, 유동도를 적정범위로 제어함으로서, 제공되는 코크스의 강도를 향상시키는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2종 이상의 원료탄으로 부터 코크스 제조용 장입탄의 배합비를 설계하여 코크스를 제조하는 방법에 있어서, 장입탄 전체중의 불활성 함량비가 얼마인가를 판단하여, 30% 이상인 경우, 유동도를 2.4-2.5로 제어하는 야금용 코크스의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로, 코크스 제조용으로 사용되는 원료탄은 휘발분 함량이 15-35% 정도이며, 또한 활성성분과 불활성 성분으로 구분하면 불활성 성분함량이 15-50% 정도이다. 한편, 각 원료탄중의 불활성 성분함량은 원료탄 고유의 물성으로 되어 있다.

따라서, 장입탄중에서 어느 한 탄종의 배합비를 X_i(_i는 탄종이며, ∑X_i=1)라 하고, 해당 탄종의 불활성 성분함량을 TI_i라 하면, 그 탄종의 불활성성분함량은 X_i× TI_i에 의해 구할 수 있다.

이것은 원료탄을 배합하는 경우에 있어, 각 원료탄의 배합비와 각 원료탄중의 불활성 성분함량을 가중치로 적산하는 것으로 가장 간단한 배합방법의 하나로 할 수 있다.

따라서, 배합된 장입탄 전체중의 불활성 성분 함량은 각각의 원료의 배합비와 불활성 성분의 함량으로 부터 얻어진 각각의 불활성성분함량의 합으로 간단히 구할 수가 있다.

본 발명에서는 상기한 방법 또는 그 외의 방법에 의해 구해지게 측정된 장입탄 전체중의 불활성 성분 함량이 30% 이상인가의 여부를 판단한다.

일반적으로, 장입탄 전체중의 불활성성분 함량이 30% 이상이면 용융물질의 낮은 비율 때문에, 코크스 입자가 녹아서 재고화한 후에 얻어지는 강도가 저하될 수 있다. 이러한 강도저하는 코크스 품질의 저하를 의미한다.

본 발명에서는 상기한 바와같이 코크스 품질의 저하를 일으킬 수 있는 장입탄 배합 즉, 불활성 성분함량이 30% 이상일 경우에는 유동도를 2.4-2.5 로 제어한다.

상기와 같이 불활성 성분함량의 과다로 저하되는 강도는 유동도를 2.4-2.5 로 제어함으로써, 어느 정도의 보완이 가능하다. 즉, 유동도가 너무 낮으면 재고화시의 강도가저하되고, 너무 높으면 너무 유동도가 커서 가스발생 등을 유발하고, 코크스에 기공이 과다하게 분포되어 강도저하가 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 유동도를 가장 적정범위인 2.4-2.5 로 제어하는 것이다.

상기 유동도의 제어는 여러 가지 방법으로 행할 수 있으나, 가장 바람직한 방법은 각 원료탄의 유동도를 조사한 다음, 배합 장입탄의 유동도가 2.4 보다 낮은 경우에는 유동도가 큰 원료탄을 첨가하여 유동도를 높이고, 2.5 보다 높은 경우에는 유동도가 낮은 원료탄을 첨가하여 유동도를 낮추어 2.4-2.5 범위로 제어하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

하기 표 1은, 수중의 불활성성분함량이 다른 여러 원료탄을 배합하여 장입탄 전체중의 불활성 성분함량(TI)이 상이한 장입탄으로 코크스를 제조하고 제조된 코코스의 물성을 측정하여 그 결과를 비교한 것이다.

장입탄	TI,%	강도지수SI	유동도(LMF)	코크스강도(DI150),%	증감	비고
A	22.2	4.25	2.44	83.8	0	비교예
B	26.3	4.12	2.54	83.1	-0.7	비교예
C	28.7	4.04	2.54	82.8	-1.0	비교예
D	30.4	3.9	2.47	83.1	-0.7	발명예

상기 표 1에 나타난 바와같이, 장입탄 A 의 경우, TI 함량이 매우 낮고, 제조된 코크스의 강도를 예측하는 강도지수가 가장 높기 때문에 제조된 코크스의 드럼 강도치가 83.8 로 가장 높은 값을 나타내고 있으며, 장입탄중의 TI 함량이 증가함에 따라 코크스 강도가 저하됨을 알 수 있다(장입탄 B, C 와 D).

또한, 장입탄 B 와 C 의 경우에는 강도지수와 유동도는 거의 동등수준이지만, 장입탄 C 의 TI 함량이 장입탄 B에 비하여 2.4% 많기 때문에 코크스 강도가 0.35 저하되어 있음을 알 수 있다.

그러나, 본 발명에서 제공하는 바와 같이 유동도를 2.47 로 저하시킨 경우(장입탄 D), TI 함량이 30.4% 로 높고 강도지수가 3.9 로 저하되었음에도 불구하고 코크스 강도는 장입탄 B(TI 함량 26.3%)의 수준인 83.1% 를 유지하고 있음을 알 수 있으며, 장입탄 C(TI 함량 28.7%)의 경우보다 코크스 강도가 0.3% 향상되어 있음을 알 수 있다.

실시예 2

하기표 2는 원료탄의 배합시에 코크스 제조시의 부산물인 분코크스를 4-5% 첨가한 경우에 대하여 물성을 측정하고, 그 측졍결과를 비교한 것이다. 분코크스 등의 부산물은 이미 고온처리되어 용융성의 유기물 성분이 거의 존재하지 않기 때문에 불활성성분만으로 된 것으로 취급할 수 있으나, 코크스 제조부산물의 활용 및 제조원가를 저감하기 위한 수단으로 사용되고 있다.

장입탄	TI, %	강도지수(SI)	유동도(LMF)	분코크스첨가량,%	코코스 강도(DI150)	증감	비고
E	29.4	4.15	2.19	5	82.6	0	비교예
F	30.6	3.74	2.32	5	82.4	-0.2	비교예
G	30.4	3.9	2.47	4	83.1	+0.5	발명예
H	30.5	3.95	2.51	4	83.0	+0.4	비교예

상기 표 2에 나타난 바와같이, 분코크스를 첨가함으로서 장입탄 전체중의 불활성 성분함량이 증대되어 있고 유동도가 2.3 이하로 지나치게 낮은 경우(장입탄 E 와 F), 불활성 성분함량이 작고 강도지수가 높은 장입탄 E 가 고불활성함량, 고유동도의 장입탄 F 의 경우보다 코크스 강도가 소폭 상승됨을 알 수 있다.

또한, 불활성 함량과 강도지수가 비슷한 수준인 경우(장입탄 G 와 H), 유동도를 2.4-2.5 범위로 증대시킴으로서 코크스강도가 향상됨을 알 수 있으며, 저불활성함량으로 강도지수가 4.15 로 높은 장입탄 E 에 비하여 코크스강도가 0.5%(장입탄 G 의 경우), 0.4%(장입탄 F 의 경우) 수준으로 각각 향상되는 것을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 코크스 제조용 원료탄을 적정 비율로 배합하는 과정에서 불활성 성분의 함량을 배합인자로 설정하여 적정수준을 초과하면 유동도를 제어함으로써, 저하되는 코크스의 강도를 보완해주어, 고강도의 코크스가 얻어지는 방법이 제공된다.

Claims (1)

1. 2종 이상의 원료탄으로 부터 코크스 제조용 장입탄의 배합비를 설계하여 코크스를 제조하는 방법에 있어서,

   장입탄중의 불활성 함량비가 얼마인가를 판단하여, 30% 이상인 경우, 유동도를 2.4-2.5 로 제어하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조방법