KR20020052000A - 고강도 야금용 코크스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 야금용 코크스의 제조방법에 관한 것으로서,배합탄에 핏치 코크스를 적정량 배합함으로서 고강도를 갖고, 회분발생량이 적을 뿐만 아니라 유황함량이 낮는 야금용 코크스를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 야금용 코크스를 제조하는 방법에 있어서, 배합탄에 핏치 코크스를 5%이하로 배합하여 고강도 야금용 코크스를 제조하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

고강도 야금용 코크스 제조방법{Method For Manufacturing Pitch Coke For Metallurgical Coke With High Strength}

본 발명은 고강도 야금용 코크스의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코크스 제조용 장입탄에 핏치 코크스를 소량 첨가함으로서 열간 강도가 높은 코크스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

고로 제철법에 있어 코크스의 사용은 필수적인데, 고로에 투입된 코크스는 철광석을 환원시키는 환원재와 열원공급 역할을 할 뿐만 아니라, 열풍의 통기성을 유지하는 중요한 역할을 한다.

따라서, 가능한 고강도 코크스가 안정적으로 공급되는 것이 고로 조업에 있어 기본적으로 요구되는 사항이라고 할 수 있다.

고강도 코크스가 고로에 필요한 이유는 고로 내의 통기성 확보 측면이라고 할 수 있다.

통기성이란 고로 하부로부터 공급되는 열풍이 철광석이 용융되는 영역을 거쳐 고로 상부로 빠져나가기 용이함을 나타내는 것으로서, 통기성이 양호하다는 것은 용융된 선철의 하부로의 이동이 용이하다는 것을 의미하기 때문에, 통기성이 저하되면 고로의 선철 생산량이 저하되는 경향을 나타낸다.

한편, 고로에 공급되는 코크스 품질은 측정된 강도 크기에 의하여 평가되고 있으며, 코크스 강도는 상온에서 일정량의 코크스를 드럼에 넣고 드럼을 회전시킨 후 얻어진 코크스의 파쇄 특성을 평가하는 냉간 강도(드럼 인덱스:Drum Index,DI)와 고온의 일정조건에서 코크스를 이산화탄소와 반응시킨 후, 잔사로 남은 코크스의 강도를 측정하는 열간강도(CSR: Coke Strength after Reaction)가 있다.

전자는 상온에서 코크스의 분화특성을 평가하는 것으로, 드럼에 코크스를 넣고 회전시킴에 따라 미분으로 분화되지 않은 코크스 함량을 무게 비로 산출하는 것으로서 분화량이 작을수록 코크스 강도는 높은 값을 가지게 된다.

이것은 코크스가 철광석과 함께 고로에 장입되는 단계 또는 장입 후 열풍에 의하여 코크스가 분화되는 정도를 평가하기 위한 것으로서, 분화로 생성된 미분 코크스는 열풍의 원활한 유로 형성에 장애요인으로 작용하여 고로의 선철 생산량 저하요인으로 작용하기 때문에 가능한 냉간 강도가 높은 코크스가 고로에 공급되는 것이 바람직하다.

후자는 코크스가 고로내에서 받은 열 응력과 반응기구 등을 고려하여 고온에서 코크스를 평가하기 위한 것으로서, 고로 상부에 투입된 철광석과 코크스가 고온상태의 고로 하부로 이동되는 과정에서 코크스의 반응성과 고로 하부에 잔존하게 될 가능성을 추정하기 위한 것으로서, 열간 강도가 높을수록 바람직하다고 할 수 있다.

결론적으로, 고로 상부로 투입된 코크스가 철광석 층을 지지하면서 고온의 하부까지 이동되는 동안 미분화되지 않고 일정 크기 이상으로 유지될 수 있는 것이 고로의 통기성 유지에 바람직하기 때문에, 냉간 강도 및 열간 강도가 높은 코크스를 저원가로 제조하는 것이 코크스 제조기술의 핵심이 되고 있다.

한편, 이러한 고품위 코크스의 제조를 위해서는 고가로서 점결성이 우수한 원료탄을 사용하는 것이 바람직하지만, 이 경우 코크스 제조원가 상승요인이 발생되기 때문에 일반적으로 코크스 제조용 원료탄은 단일 탄종을 사용하기 보다는 점결성이 열세인 저가탄 등을 배합하여 사용하고 있다.

저가탄에는 석탄자체 품질이 떨어지는 것과 탄질은 우수하나 회분 함량이 높은 것이 있으며, 후자는 채광된 석탄중의 회분을 제거하는 선광공정을 축소함으로서 석탄 가격을 저하시킨 것이다.

이와 같이, 회분함량이 높은 원료탄을 사용하게 되면 제조된 코크스중의 회분함량이 상승되며, 최종적으로는 고로 부생물인 슬래그 부피 증가로 이어지기 때문에 바람직하지 않다.

따라서, 고로 조업에서 가능한 회분 함량이 낮은 코크스를 요구하기 때문에 코크스 제조용 원료탄 배합시에 석유계 코크스(페트로 코크스: petro-coke)를 소량 첨가하여 코크스 회분 증가를 억제하고 있다.

페트로 코크스가 코크스 회분 억제용으로 사용되는 이유는 야금용 코크스용 원료탄은 통상 7∼10%의 회분함량을 나타내고 있는 데 비하여, 페트로 코크스는 1% 미만의 낮은 회분이 함유되어 있기 때문이다.

한편, 야금용 코크스 제조용 원료탄에 페트로 코크스를 소량 첨가하는 것은 코크스의 회분 억제효과는 물론 제조된 코크스의 열간 강도(CSR) 향상 효과도 있는 것으로 보고되고 있다.

Menendez 등은 파일로트 규모의 테스트오븐에서 석유계 코크스를 첨가함에 따라 코크스의 열간 강도치가 상승되는 경향을 나타내며, 6% 첨가시에 코크스의 CSR이 2.4% 증가되었다고 발표하였다.(Extended Abstracts of Carbon Conference, pp 802, 1994, Granada/Spain).

이와 같이, 석유계 코크스를 원료탄에 첨가하여 코크스를 제조하면, 코크스 회분 저감 및 열간 강도 향상의 효과가 있는 반면, 페트로 코크스를 원료탄에 첨가하기 어려운 단점이 있다.

이것은 페트로 코크스에 다량으로 함유된 유황 함량에 기인한다.

일반적으로 원료탄에 함유된 유황 함량은 1% 미만이지만,페트로 코크스에는 2∼6% 정도의 유황이 함유된 경우가 많기 때문에, 이러한 페트로 코크스를 배합탄에 첨가하게 되면 제조되는 코크스 중의 유황 함량이 크게 상승되는 단점이 있다.

코크스 중의 유황 함량이 높은 경우, 고로에서 슬래그 점도에 악영향을 미칠 수 있으며 고로 부생가스(BFG: Blast Furnace Gas) 중에 유황화합물의 함량 상승으로 환경적으로 바람직하지 않는 연료 가스가 생성되어, 부생가스의 탈황 설비의 신설 또는 용량 증대가 수반되어야 하는 경제적 부담이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 배합탄에 핏치 코크스를 적정량 배합함으로서 고강도를 갖고, 회분발생량이 적을 뿐만 아니라유황함량이 낮는 야금용 코크스를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 야금용 코크스를 제조하는 방법에 있어서,

배합탄에 핏치 코크스를 5%이하로 배합하여 고강도 야금용 코크스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서 핏치 코크스를 배합탄에 첨가함에 따라 코크스의 강도 특히, 열간 강도가 상승되는 이유는 핏치 코크스의 조직특성에 기인한다.

다시 말하면, 핏치 코크스는 이방성 조직이 발달되어 있기 때문에 고온 반응성이 억제되고 열간 강도가 향상되는 것이다.

이방성 조직이란 벤젠 등의 방향족환이 넓게 발달되고 적층되어 있는 경우에 나타나는 것으로서, 화학적으로 매우 안정한 상태를 유지하기 때문에 고온에서 반응성이 억제되고 강도저하가 현저하지 않는 구조라고 할 수 있다.

야금용 코크스의 경우에도 이방성 조직이 발달할수록 고온 반응성이 억제되고 고온 강도가 상승되는 거동을 나타낸다.

그러나, 원료탄에는 이방성 조직발달을 저해하는 불용성분과 회분이 30∼50%정도 함유되어 있기 때문에는 야금용 코크스의 이방성 조직 발달에는 한계가 있다.

다시 말하면, 석탄, 타르, 핏치 등의 탄소질 원료가 가열에 의하여 용융된 상태에서 벤젠환들의 결합 및 적층구조 형성으로 이방성 조직이 나타나는 반응기구에 있어, 원료탄 중에는 350∼500℃의 연와 용융 온도 영역에서 용융성과 화학적 반응성을 나타내지 않는 불용성분과 회분함량이 벤젠환들의 결합 및 적층구조 형성을 방해하기 때문에 코크스의 이방성 조직 발달에 한계가 있는 반면, 이러한 성분이 거의 없는 타르와 핏치 등으로부터는 이방성 조직이 훨씬 발달된 코크스를 얻을 수 있는 것이다.

이와 같이, 원료탄으로부터 제조되는 야금용 코크스에 비하여 이방성 조직이 훨씬 발달된 핏치 코크스를 배합탄에 첨가함으로서, 제조된 야금용 코크스에는 이방성의 조직 함유비가 증가되어 고온 강도가 상승하게 되는 효과가 나타나게 된다.

본 발명자들은 상기의 특성을 구체화하기 위하여, 코크스 제조용 원료탄의 배합탄에 핏치코크스와 페트로 코크스를 각각 5%이하로 첨가하여 코크스를 제조하고, 제조된 코크스의 냉간 강도 및 열간 강도를 측정한 결과, 핏치 코크스의 첨가가 페트로 코크스보다 코크스 강도 향상에 효과적임을 확인하였다.

한편, 배합탄에 핏치 코크스를 첨가함에 있어 그 첨가량은 5% 이하가 바람직하다. 왜냐하면, 핏치 코크스는 고체상태이기 때문에 열을 가하여도 용융되는 거동을 나타내지 않는 특성이 있다. 야금용 코크스 제조에 사용되는 원료탄의 특징이 350∼500℃의 온도 영역에서 연와 용융된 후, 500℃이상의 온도에서 고화됨으로써 괴상의 코크스가 얻어지는 점에 있음을 감안하면, 용융성이 없는 핏치 코크스 첨가는 배합탄의 용융성에 영향을 미치게 되므로, 5% 이상으로 다량 첨가되면 배합탄의용융성의 부족으로 고강도 코크스가 제조될 수 없게 된다. 이는 연와 용융성이 전혀 없거나 조금밖에 없는 원료탄으로부터 고강도 코크스가 제조될 수 없는 것과 동일한 이유라고 할 수 있다.하다.

한편, 본 발명에 사용될 수 있는 핏치 코크스로는 생코크스(green coke)와 소성 코크스(calcined coke)어느 것이나 사용가능하지만, 핏치 코크스중의 휘발분 함량이 10% 정도 함유된 생코크스가 보다 바람직하다. 핏치 코크스는 제조 공정상 생코크스와 소성 코크스(calcined coke)로 나눌 수 있다. 전자는 핏치 코크스 제조공정에서 일차적으로 제조되는 코크스이며, 후자는 생코크스 중의 휘발분 제거를 위하여 1200℃정도의 고온에서 열처리 한 것이다.

배합탄에 첨가되는 핏치 코크스 중의 휘발분 함량이 야금용 코크스 품질에 미치는 영향이 거의 없기 때문에 소성 공정이 생략됨으로서 가격이 싼 핏치 코크스(생코크스)를 첨가하는 것이 훨씬 경제적이기 때문이다.

본 발명에 보다 바람직하게 사용될 수 있는 핏치 코크스는 85%이상의 고정탄소, 13%이하의 휘발분 및 2%이하의 회분을 포함하는 것이다.

상기 핏치 코크스에 고정탄소가 많이 함유되는 경우에는 그만큼 코크스로 회수되는 양이 증가함으로 생산성이 높아져 경제적이지만, 상기 핏치 코크스에 휘발분이 많아 지면 이와 반대의 현상이 일어난다.

휘발분이 적은 피치코크스를 제조하려면 그만큼 더 많은 열을 가해서 휘발분을 증발시켜하므로, 코크스 제조시 원료탄에 첨가용으로 피치코크스를 주 생산품으로 생산하기보다는 부산물로써 얻어지는 것으로 활용하는 것이 바람직하다.

코크스에서의 회분함량은 통상 12% 이하이기 때문에 허용가능한 최대회분함량은 12%까지라고 할 수 있겠으나  핏치코크스는 회분함량이 낮기 때문에 비교적 가격이 싸면서 회분함량이 높은 양질의 석탄을 코크스제조용 원료탄으로 사용하는데 있어 배합한 원료탄의 회분함량을 일정치 이하로 설계하는 데 매우 필요한 성분이다.

따라서 이같은 역할을 고려하여 회분함량은 2%이하로 하는 것이 바랍직하다.

본 발명에 사용되는 핏치 코크스중의 유황의 함량은 0.5%이하가 바람직하다.

한편, 코크스제조용 원료탄의 휘발분의 함량은 15 ~35% 범위내에 있으며 이들을 적절히 혼합한 코크스 제조용 배합탄 의 휘발분함량은 통상 25 ~30% 범위내에 있다.

원료탄중의 휘발분 함량이 높으면 코크스 회수율이 낮아지고, 회분의 함량이 높으면 실제로 유용한 코크스 함량이 줄어든 결과가 됨으로 결과적으로는 생산성이나 경제성이 떨어지게 된다.

유황은 제철공정에서 고급강철을 만들기 위해 제거하게 됨으로 처음 쇳물제조 공정에서 부터 그 함량을 낮추어 주는 것이 또한 생산성이나 경제성에 유리하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 핏치 코크스와 페트로 코크스를 각각 하기 표 2에서와 같은 조건으로 배합탄(C)에 첨가하여 테스트 오븐을 이용하여 코크스를 제조하고,제조된 코크스의 냉간 강도, 열간 강도 및 유황함량을 측정하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

첨가제 종류	공업분석(%)	유황(%)	배합탄에 1%첨가시 유황함량 상승효과(%)
	고정탄소			휘발분	회분
핏치 코크스	88.3	11.2	0.5	0.3	0.003
페트로 코크스	88.8	10.4	0.8	2.4	0.024

시료명	첨가제	첨가량%	코크스 물성	비 고
			냉간강도(DI150),%		열간강도(CSR),%	유황%
발명예(1)	핏치 코크스	2	81.1	64.0	0.51	-
비교예(1)	페트로 코크스	2	80.6	61.5	0.56	-
비교예(2)	-	0	80.0	58.4	0.52	배합탄 C

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 첨가제의 첨가 없이 배합탄 C로부터 코크스를 제조한 경우[비교예(2)]에는 코크스의 냉간 강도는 80.0%, 열간 강도는 58.4%를 나타내고 있다.

또한, 배합탄 C에 페트로 코크스를 2% 첨가한 경우[비교예(1)]에는 냉간 강도 80.6%, 열간 강도 61.5%의 코크스가 제조됨을 알 수 있는데,이로부터 페트로 코크스 첨가에 의하여 코크스 냉간 강도와 열간 강도의 향상효과가 나타남을 알 수 있다.

그러나, 페트로 코크스 첨가시에는 제조된 코크스중에 유황 함량이 0.56%로 크게 상승됨을 알 수 있다.

이에 비하여, 배합탄 C에 핏치 코크스를 첨가한 경우[발명예(1)]에는 비교예 (2)에 비하여 코크스의 냉간 강도와 열간 강도가 각각 1%와 5% 이상으로 크게 향상됨을 알 수 있으며, 이러한 코크스 물성 향상 효과는 페트로 코크스를 첨가한 비교예 (1)보다도 현저함을 알 수 있다.

또한, 제조된 코크스 중의 유황 함량도 페트로 코크스 첨가시[비교예 (1)]보다 현저히 낮은 값을 나타내며, 첨가전의 경우[비교예 (2)]와 비교하여도 거의 동일한 수준으로 유지되는 장점이 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 야금용 코크스 제조용 배합탄에 핏치 코크스를 적정량 배합함으로서 제조되는 야금용 코크스의 회분과 유황 함량의 상승을 억제시킬 뿐만 아니라, 열간 강도 등의 코크스 품질도 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 야금용 코크스를 제조하는 방법에 있어서,

   배합탄에 핏치 코크스를 5%이하로 배합하는 것을 특징으로 하는 고강도 야금용 코크스 제조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 핏치 코크스는 85%이상의 고정탄소, 13%이하의 휘발분, 및 2%이하의 회분을 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 야금용 코크스 제조방법