KR20090018960A

KR20090018960A - 석탄 코킹 과정에서 석탄의 압축 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20090018960A
Application number: KR1020087030643A
Authority: KR
Inventors: 마이클 피 바크돌; 마크 에이 볼; 다니엘 제이 코렉트; 리차드 씨 리토트; 도날드 엠 왓킨스
Original assignee: 선 코크 에너지 인코퍼레이티드
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2009-02-24
Also published as: BRPI0711681B1; JP2009541503A; EP2035530B1; CA2652607A1; KR101032591B1; CN101541922A; WO2007149642A2; EP2035530A4; CA2652607C; PL2035530T3; US7497930B2; US20070289861A1; ZA200809838B; RU2411282C2; CN101541922B; AU2007261213A1; JP5140665B2; AU2007261213B2; EP2035530A2; RU2009101188A

Abstract

석탄입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법으로서, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 장치와 야금용 코크스를 만들기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 코킹 오븐 밖의 충전판에 석탄 입자를 퇴적시켜서 충전판의 상부면을 갖는 건조한 비압축 석탄의 기다란 베드를 제공하는 단계를 포함한다. 충전판은 측면벽과 하나 이상의 가동 단부벽을 갖는다. 석탄을 탈기시키면서 건조한 비압축 석탄의 베드의 상부면에 충격압이 가해져서, 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하게 된다.

코크스 오븐 석탄 충전 장치

Description

석탄 코킹 과정에서 석탄의 압축 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR COMPACTING COAL FOR A COAL COKING PROCESS}

본 발명은 석탄에서 코크스를 만드는 방법 및 장치, 특히 비회수성 코킹 오븐에 공급하기 위한 석탄을 위한 향상된 방법 및 장치에 관한 것이다.

코크스는 강을 만드는 과정에서 철광석을 용융시키고 환원시키는데 이용되는 고체 탄소 연료와 탄소원이다. 철 생산 과정에서, 철광석, 코크스, 가열 공기와 석회암 또는 다른 용매제들이 용광로 내에 들어간다. 가열된 공기는 코크스의 폭발을 일으켜 열을 제공하고 산화철을 철로 환원시키는 탄소원이 된다. 석회암이나 다른 용매제는 추가되어 슬래그 (slag) 로 불리는 산성 불순물과 반응하여 용융된 철에서 이들을 제거한다. 석회암-불순물은 용융된 철 위에 뜨게 되고 이들을 걷어내게 된다.

전술한 바와 같이, "톰슨 코킹 과정 (Thompson Coking Process)" 으로 알려진 과정에서, 금속 광석을 정제하는 데 이용되는 코크스는 대기 조건과 비슷하게 제어되는 조건 하에서 24 ~ 48 시간동안 밀봉되고 매우 고온으로 가열시킨 오븐에 분쇄된 석탄을 일괄 공급하여 제조된다. 코킹 오븐은 오랫동안 석탄을 야금용 코크스로 바꾸는 데 이용되어 왔다. 코킹 과정 동안, 곱게 분쇄된 석탄은 제어 된 온도 조건 하에서 가열되어 석탄은 액화되고 미리 정해진 다공성과 강도를 갖는, 신관이 달린 덩어리를 형성한다. 코크스의 제조는 일괄 과정이기 때문에, 다중 코크스 오븐이 동시에 작동하고, 이는 이하에서 "코크스 오븐 베터리 (coke oven battery)" 로 칭한다.

코킹 사이클의 마지막에서, 완성된 코크스는 오븐에서 제거되고 물로 식히게 된다. 냉각된 코크스는 적재 또는 이후의 사용을 위해 구분되어 레일차 또는 트럭에 실리거나 곧바로 철 용광로로 이동할 수 있다.

가열 과정 동안 석탄 입자에 의해 수행되는 용융 및 융합 과정은 코킹 과정에서 가장 중요한 부분이다. 용융되는 정도 및 석탄 입자가 용융된 덩어리로 융합되는 정도가 제조되는 코크스의 특성을 결정한다. 특정 석탄 또는 석탄 혼합물에서 가장 강도가 강한 코크스를 제조하기 위해서, 반응물 대 석탄 내 비활성 물질의 최적 비율이 존재한다. 코크스의 다공성 및 강도는 광석 정제 과정에서 매우 중요하고, 석탄 원료 및/또는 코킹 방법에 의해 결정된다.

석탄 입자 또는 석탄 혼합물은 미리 정해진 일정에 따라 뜨거운 오븐 안으로 충전되고, 생성되는 코크스에서 휘발성 물질을 제거하기 위해 석탄은 미리 정해진 시간 동안 오븐에서 가열된다. 코킹 과정은 오븐 설계, 석탄의 유형 및 사용되는 전환온도에 따라 매우 다르다. 각각의 석탄 충전은 대략 같은 시간 동안 코킹되도록 오븐이 조정된다. 석탄이 코킹되면, 코크스는 오븐에서 제거되고 점화 온도 이하로 낮추기 위해 물로 식히게 된다. 식히는 작업은, 코크스가 너무 많은 수분을 흡수하지 않도록 매우 조심스럽게 제어되어야 한다. 일단 냉각이 되면, 코크스는 적재를 위해 구분되어 레일차 또는 트럭에 실리게 된다.

석탄이 뜨거운 오븐으로 공급되기 때문에, 석탄 공급 과정은 대부분 자동화되어 있다. 슬롯형 오븐에서, 석탄은 전형적으로 오븐 꼭대기에 있는 슬롯 또는 개구를 통해 충전된다. 이러한 오븐은 높고 좁은 경향이 있다. 더 최근에는, 수평 비회수 또는 열 회수형 코킹 오븐이 코크스를 제조하는 데 이용되어 왔다. 수평 오븐은 예를 들어 톰슨 (Thompson) 의 미국 특허 3,784,034 및 4,067,462 에 나타나 있다. 비회수 또는 열회수형 코킹 오븐에서, 석탄 입자를 오븐에 수평으로 옮기는데 컨베이어가 사용되어, 약 101 cm 의 높이, 약 13.7 m 의 길이 및 3.6 m 의 너비를 갖는 기다란 석탄 베드를 제공한다.

야금용 석탄을 형성하기에 적합한 석탄 공급이 줄어들수록, 오븐에 충전하기 적합한 석탄을 제공하기 위해 약하거나 코킹되지 않는 석탄을 코킹 석탄과 혼합하려는 노력이 있어 왔다. 그 중 하나는 압축 석탄을 사용하는 것이다. 석탄은 오븐에 들어가기 전이나 후에 압축될 수 있다. 오븐에서 부분적으로 압축되는 미립자 석탄으로 오븐을 충전하는 데에는 석탄 컨베이어가 적합한 반면, 이러한 컨베이어는 일반적으로 미리 압축된 석탄을 충전하는 오븐에는 적합하지 않다. 이상적으로, 질이 낮은 석탄의 효용성을 높히기 위해서는, 석탄은 50 lb/ft³보다 크게 압축되어야 한다. 석탄 혼합물에서 질이 낮은 석탄의 비율이 올라갈수록, 약 65 ~ 70 lb/ft³ 까지 더 높은 석탄 압축 레벨이 요구된다.

그러나 현재 사용중인 과정은 기다란 석탄 충전 베드의 전체 깊이에 대해 실 질적으로 동일한 벌크 밀도를 갖는 압축 석탄 충전에는 적합하지 않다. 이러한 과정은 또한 복잡하고 시간을 소모한다. 따라서, 석탄을 압축하고 코킹 오븐에 미리 압축된 석탄을 충전시키는 방법과 장치가 필요하다. 또한, 야금용 코크스를 만드는데 이용하기 위한 압축 석탄 베드를 실질적으로 일정하게 제공하는데 요구되는 시간을 최소화하기 위한 장치도 필요하다.

전술한 필요성 및 다른 필요성에 따라, 본 발명은 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히는 비교적 고속 방법, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히는 장치 및 야금용 코크스를 만드는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 코킹 오븐의 외부에 있는 충전판에 석탄 입자를 퇴적시켜서 충전판에 상부면을 갖는 건조한 비압축 석탄의 기다란 베드를 제공하는 단계를 포함한다. 충전판은 측면벽과 하나 이상의 가동 단부벽을 갖는다. 석탄을 탈기시키면서 건조한 비압축 석탄의 베드의 상부면에 충격압이 가해져서, 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하게 된다.

다른 태양에서, 본 발명의 예시적인 실시 형태는 석탄 압축 및 코크스 오븐 충전 장치를 제공한다. 이 장치는 측면벽, 하나 이상의 이동 가능한 단부벽을 갖는 석탄 베드 운송판 및 압축 석탄을 코크스 오븐으로 운반하는 운송판 이동 기구를 갖는다. 석탄을 압축하기 위해 석탄 압축 장치가 제공된다. 석탄 압축 장치는 운송판에 퇴적된 석탄의 건조한 비압축 베드의 상부면에 압력을 가하기 위한 가압판을 갖는다. 압축 과정동안 비압축 석탄 베드를 탈기시키기 위해 진공원 (vacuum source) 이 사용되어, 약 960 ~ 약 1200 kg/ m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하게 된다.

또다른 양태에서, 본 발명의 예시적인 실시 형태는 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 이용하여 수평 비회수 코크스 오븐을 작동하는 방법을 제공한다. 이 방법은 운송판 장치에 석탄 입자를 퇴적시켜서 비압축 석탄 베드를 제공하는 단계를 포함한다. 운송판 장치는 이동 가능한 스패출라 (spatula), 측면벽과 하나 이상의 가동 단부벽을 포함한다. 석탄 베드를 탈기시키면서 비압축 석탄 베드의 상부면에 압력이 작용하여, 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하게 된다. 압축 석탄을 포함하는 스패출라는 코크스 오븐 내로 이동하고, 코크스 오븐 내에 압축 석탄을 유지시킨 상태로 코크스 오븐에서 제거된다. 그런 다음, 코킹 과정이 코크스 오븐내의 압축 석탄에 대해 수행된다.

본 명세서에 설명된 방법과 장치는 비교적 짧은 시간 내에 비교적 높은 벌크 밀도를 갖는 석탄을 제공하는 것을 포함하는 코킹 작업이라는 새로운 이점을 갖는다. 본 방법과 장치의 다른 이점은 석탄을 압축하고 코크스 오븐 내에 압축 석탄을 보내는 데에 이용될 수 있는 비교적 간단한 기계장치라는 점이다. 또다른 이점은, 생성된 석탄 베드는 실질적으로 전체 깊이에 걸쳐 거의 동일하고 균일한 벌크 밀도로 압축된다는 점이다.

개시된 실시 형태의 다른 이점은 도면 (일정한 축척에 따른 것은 아님) 을 참고로 하여 실시예의 자세한 설명을 참조하여 더욱 명확해질 수 있고, 이하에서 모든 도면을 통틀어 유사한 참조 번호는 유사한 구성요소를 나타낸다.

도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 코크스 오븐 배터리에 대한 충전차, 석탄 충전 스테이션 및 압축 스테이션의 개략적인 평면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 2 는 본 발명의 실시 형태에 따른 충전차 장치의 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 3 은 본 발명의 실시 형태에 따른 충전차 장치의 단면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 4 는 본 발명의 실시 형태에 따른 높이 조절 기구의 확대 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 5 는 본 발명의 실시 형태에 따른 충전차의 단면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 6 및 도 7 은 석탄 충전 작업에 대한 본 발명의 실시 형태에 따른 충전차의 일부를 나타낸 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 8 은 본 발명의 실시 형태에 따른 백스톱과 램 장치의 사시도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 9 는 및 도 10 은 석탄 충전 이후 본 발명의 실시 형태에 따른 충전차 장 치의 일부를 나타낸 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 11 은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 충전차에 대한 조절 가능한 단부벽의 사시도이다.

도 12 는 본 발명의 실시 형태에 따른 석탄 충전 스테이션의 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 13 은 본 발명의 실시 형태에 따른 석탄 압축 스테이션의 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 14 는 도 11 의 석탄 압축 스테이션에 대한 진공 펌프와 집진 시스템의 개략적인 도면이다.

도 15 는 도 13 의 석탄 압축 스테이션의 일부를 나타낸 측면도이다 (일정한 축척에 따른 것은 아님).

도 16 은 본 발명의 실시 형태에 따른 방법 및 장치를 이용하여 압축 석탄에 대해 충격 에너지에 대한 벌크 밀도를 나타낸 그래프이다.

이하에서 더 자세히 설명할 바와 같이, 석탄을 압축하여 코크스 오븐 (12) 에 충전하기 위한 고속 시스템 (10) 이 도 1 에 개략적인 평면도로 나타나 있다. 이 시스템은 가동 석탄 충전차 장치 (14), 석탄 충전차를 채우기 위한 석탄 충전 장치 (16), 및 석탄 충전차 장치 (14) 의 석탄을 압축하기 위한 고정된 석탄 압축 장치 (18) 를 포함한다. 이 시스템 (10) 은 수평의 비회수 코킹 오븐 (12) 의 충전을 위해 약 75 ~ 약 125 cm 의 깊이, 약 10 ~ 약 15 m 의 길이 및 약 2 ~ 약 5 m 의 너비를 갖는 압축 석탄 베드 (bed) 를 제공하는 데 특히 적합하다.

전형적인 수평 비회수 코킹 오븐 배터리는 다수의 옆으로 나란한 코크스 오븐 (12) 을 포함한다. 각각의 코크스 오븐 (12) 은 석탄 충전 단부 (20) 및 충전 단부 (20) 반대편의 코크스 출구 단부 (22) 를 갖는다. 석탄 코킹 사이클은 코크스 오븐 (12) 에의 충전되는 석탄 크기에 따라 24 ~ 48 시간 이상이다. 코킹 사이클의 마지막에서, 오븐 (12) 의 충전 단부 (20) 에 인접한 배출 램을 이용하여, 코크스는 오븐 (12) 에서 나와 오븐의 코크스 출구 단부 (22) 의 뜨거운 차량으로 밀려난다. 배출 램은 충전차 장치 (14) 상에 포함될 수 있고, 이 충전차 장치는 또한 오븐 (12) 에서 코크스를 밀어내기에 앞서 충전 단부 (20) 오븐 도어를 제거하기 위한 장치를 포함할 수 있다.

도 1 에 나타난 바와 같이, 충전차 장치 (14) 는 충전되는 오븐 (12) 에 인접한 레일 (24) 상에서 미리 정해진 양의 석탄으로 충전차 장치 (14) 를 채우기 위한 충전 스테이션 (25) 으로, 그리고 압축 장치 (18) 를 포함하는 압축 스테이션 (27) 으로 이동가능하다. 석탄 충전 장치 (16) 는 또한, 충전차 장치 (14) 의 길이방향을 따른 이동을 위해, 그리고 석탄 충전 장치 (16) 를 미리 정해진 양의 석탄으로 충전하기 위한 저장고 (28) 에 인접하게 이동하도록 레일 (24) 과 수직인 상승한 레일 (26) 상에서 별개로 이동이 가능하다.

도 2 내지 도 12 를 참조하여, 시스템 (10) 의 구성요소의 다양한 태양을 더 자세하게 설명하도록 한다. 도 2 에 나타난 바와 같이, 도시된 충전차 장치 (14) 는 주 지지 프레임 (30), 이동 가능한 석탄 운송판이나 스패출라 (32), 운송 판 지지 프레임 (33) 및 높이 조절 기구 (34) 를 포함하고, 이 높이 조절 기구는 오븐 (12) 이 석탄으로 충전되는 오븐 (12) 의 오븐 바닥에 대해 운송판 (32) 의 높이를 조정하기 위한 프레임 (30) 에 부착된다. 높이 조절 기구 (34) 는 운송판 (32) 을 석탄 압축 과정 동안 충격을 흡수하기 위한 고정 피어 (pier) (이하에서 더 자세히 설명함) 로 낮추는 데 이용될 수 있다.

높이 조절 기구 (34) 는, 운송판 (32) 의 병진 운동을 위한 베어링 롤 (40) 또는 슬라이드 판을 포함하는 베어링 레일 (38) 을 올리고 내리기 위한 하나 이상의 작동장치 (36) 를 포함할 수 있다. 작동장치 (36) 는 웜기어, 체인 구동기, 유압 실린더 등과 같은 다양한 기구 중에서 선택될 수 있다. 유압 실린더 작동장치 (36) 는 본 명세서에 나타난 높이 조절 기구 (34) 에 사용하는데 특히 적합하다.

운송판 (32) 을 올리고 내리기 위한 높이 조절 기구 (34) 의 일부는 도 3 및 도 4 에 자세히 나타나 있다. 도 3 은 프레임 (30) 에 부착된 높이 조절 기구 (34) 를 나타내는 충전차 장치 (14) 의 단면도이고, 도 4 는 높이 조절 기구 (34) 의 확대 측면도이다. 작동장치 (36) 는 프레임 (30) 및 휠 (42) 을 유지하는 제 1 피봇 암 (44) 에 부착되어 있다. 제 1 피봇 암 (44) 은 로드 (45) 또는 다른 강성 연결 장치에 의해 말단 피봇 암 (46) 에 기계적으로 연결되어 있고 (도 4), 이 말단 피봇 암은 연결 로드 (45) 의 작동에 의해 제 1 피봇 암 (44) 과 상호 운동한다. 제 1 피봇 암 (44) 과 말단 피봇 암 (46) 각각은 프레임 (30) 에 피봇회전 가능하게 부착된다.

작동장치 (36) 의 작동시, 피봇 암 (44 및 46) 은 올라가거나 내려가고, 따라서 운송판 (32) 을 지지하는 레일 (38) 을 올리거나 내린다. 충전되는 오븐 (12) 에 대한 충전차 장치 (14) 의 적합한 위치선정이 필요함에 따라 휠 (42) 은 레일 (38) 과 운송판 (32) 을 오븐 (12) 쪽으로 또는 오븐에서 멀리 이동시킬 수 있게 해 준다.

레일 (24) 의 기준 높이에 대한 오븐 높이차로 인해, 높이 조절 기구 (34) 는 석탄으로 충전되는 오븐 (12) 으로 병진운동하여 원하는 높이에 운송판 (32) 을 제공하는데 이용될 수 있다. 오븐 높이의 변화는 전형적으로 약 1 ~ 약 5 인치가 된다. 따라서, 높이 조절 기구 (34) 는 운송판 (32) 의 기준 높이에서 약 1 ~ 약 5 인치의 범위에서 변경 가능한 높이로 운송판 (32) 을 이동시키고 유지시킬 수 있어야 한다. 특정 오븐 배터리에 필요한 높이 상승 범위는 약 1 ~ 약 5 인치보다 범위가 넓을 수 있는 것이 바람직하다. 운송판 (32) 의 높이 조절에 더하여, 운송판 (32), 베어링 레일 (38) 및 베어링 롤 (40) 은 오븐 충전을 위해 오븐 (12) 쪽으로 다가가고 다른 오븐 구조체를 비우는 동안 레일 (24) 을 따라 충전차 장치의 운동을 위해 오븐에서 멀어지게 신축자재할 수 있다. 레일 (38) 과 운송판 (32) 을 오븐 쪽으로 그리고 오븐에서 멀어지게 이동시키는 데 별도의 작동장치가 사용될 수 있다.

충전차 장치 (14) 의 프레임 (30) 은 압축된 석탄으로 충전되는 오븐 (12) 의 석탄 충전 단부 (20) 에 인접한 레일 (24) 을 따라 충전차 장치 (14) 를 위치시키기 위한 휠 (50) 을 포함한다. 휠 (50) 은 또한 충전차 장치 (14) 가 석탄 충전 스테이션 (25) 과 석탄 압축 스테이션 (18) 에 위치할 수 있게 해주고, 이는 이하에서 설명하도록 한다.

가경 측면벽 (52) 이 운송판 (32) 의 길이방향을 따라 배치된다. 운송판 (32) 과 그 위의 압축 석탄이 오븐 (12) 내로 이동하는 경우, 가경 측면벽 (52) 은 운송판 (32) 의 압축 석탄으로부터 멀어지게 회전할 수 있다. 압축 석탄으로부터 멀어지도록 상기 가경 측면벽 (52) 을 회전하는 것은 측면벽 (52) 과 압축 석탄간의 마찰을 줄인다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 기울일 수 있는 측면벽 (52) 은 그 제 1 단부 (58) 에서 지지 부재 (54) 와 피봇 가능하게 인접해 있고, 압축 석탄과의 접촉에서 해제되거나 나타난 바와 같이 운동할 수 없게 잠길 수 있다. 잠금 기구 (60A 및 60B) 는 석탄 압축 과정 동안 가경 측면벽 (52) 의 운동을 막기 위해 가경 측면벽 (52) 과 같이 사용될 수 있다. 각각의 잠금 기구 (60A 및 60B) 는 제 1 단부 (66) 에 인접한 롤러 (64) 를 갖는 피봇 암 (62) 및 제 2 단부 (70) 에 인접한 작동장치 기구 (68) 를 포함한다. 잠금 기구 (60A) 는 제 1 풀림 위치로 나타나 있고 잠금 기구 (60B) 는 제 2 잠금 위치로 나타내었다.

충전차 장치 (14) 의 하나 이상의 단부 (76) 는 가동 단부벽 (72) 과 램 헤드 장치 (78) 의 반대측에 부착된 램 헤드 (80) 를 포함하고, 이는 도 6 에 더 자세히 나타나 있다. 가동 단부벽 (72) 과 램 헤드 (80) 를 포함하는 백스톱 장치 (78) 는 석탄을 싣고 운송판 (32) 에서 석탄을 압축하기 위해 아래쪽 위치로 회전할 수 있다. 백스톱 장치 (78) 가 도 6 에 나타난 바와 같이 위쪽 방향으로 회전하는 경우, 운송판 (32) 과 그 위의 압축 석탄 (74) 은 오븐을 충전하기 위해 오븐 (12) 으로 옮겨질 수 있다.

오븐 충전 단계 동안, 램 헤드 (80) 를 포함하는 백스톱 장치 (78) (도 7 및 도 8) 는 작동기 (82) 에 의해 위쪽으로 회전할 수 있게 되어, 압축 석탄 (74) 은 오븐 (12) 내로 이동할 수 있다. 오븐 (12) 이 압축 석탄 (74) 으로 충전되면, 백스톱 장치 (78) 는 작동기 (82) 에 의해 아래쪽으로 회전하고, 압축 석탄 (74) 과 인접한 오븐 (12) 내에 램 헤드 (80) 를 위치시키기 위한 트롤리 (trolley) 기구 (83) 에 의해 오븐으로 이동하여, 도 9 및 도 10 에 나타난 바와 같이 운송판 (32) 이 오븐 (12) 으로부터 물러나는 동안 오븐 (12) 내의 압축 석탄 (74) 을 지지하게 된다. 운송판 (32) 이 오븐에서 물러난 이후, 백스톱 장치 (78) 는 위쪽으로 회전하고 트롤리 기구 (83) 를 이용하여 도 6 에 나타난 위치로 이동한다.

운송판 (32) 의 반대쪽 단부는 고정되거나 또는 수직 이동이 가능한 단부벽 (84) 을 포함한다. 일 실시 형태에서, 단부벽 (84) 은 석탄 충전 장치 (16) 상의 신축자재 슈트 (telescoping chute) (96) 를 깨끗하게 하기 위해 위아래로 조절될 수 있다 (도 12). 조절 가능한 단부벽 (84) 은 도 11 에 자세히 나와 있다. 조절 가능한 단부벽 (84) 은 프레임 (33) 에 부착된 고정된 부분 (85) 및 작동기 기구 (89) 에 의해 오르내릴 수 있는 가동 부분 (87) 을 갖고 있다.

고효율의 고속 체인-스프로켓 시스템 (86) 과, 베어링 레일 (38) 에 부착된 베어링 롤 (40) 을 따라 운송판 (32) 을 이동시키기 위해 운송판 (32) 의 말단부 (88) 에 연결된 체인을 조합해 사용하여 운송판 (32) 은 오븐 (12) 에 출입할 수 있다 (도 2). 석탄 충전 작업을 하는 동안, 체인-스프로켓 시스템 (86) 은 운송판 (32) 의 일부분을 오븐 (12) 내로 이동시켜서, 운송판 (32) 이 오븐에서 물러난 경우 압축 석탄은 오븐의 바닥면에 퇴적될 수 있다. 운송판 (32) 은 약 1.5 ~ 약 3 인치의 두께를 갖고 있고, 바람직하게는 주강 (cast steel) 으로 만들어진다.

본 명세서에서 개시 내용을 참조하는 Barkdoll 의 미국 특허 No. 6,290,494 에 설명된 압축 석탄 충전 장치와 같이, 본 명세서에 개시된 충전차 장치 (14) 는운송판 (32) 이 오븐 (12) 내로 이동할 때 운송판 (32) 과 오븐 바닥 사이에 압축되지 않은 석탄의 절연층을 제공하도록 선택적으로 비압축 석탄 챔버를 포함할 수 있다. 비압축 석탄층은 오븐 바닥의 복사열로부터 운송판 (32) 을 절연시킬 수 있고, 운송판 (32) 을 오븐 (12) 에서 출입시키기 위한 비교적 매끄럽고, 평평한 표면을 제공할 수 있다. 압축 석탄 (74) 과 운송판 (32) 의 무게는 비압축 석탄을 눌러서 비압축 석탄의 밀도보다 밀도를 높히기에 충분하다.

도 12 를 참조하여, 충전차 장치 (14) 를 채우기 위한 석탄 충전 장치 (16) 에 대해 설명한다. 석탄 충전 장치 (16) 는 레일 (26) 을 위한 상승한 레일 구조체 (90) 와 웨이 빈 (weigh bin) (92) 을 포함하고, 이 웨이 빈은 미리 정해진 양의 석탄으로 충전차 장치 (14) 를 실질적으로 고르게 채우기 위해 레일 (24) 과 실질적으로 수직인 방향으로 이동 가능하다. 레일 (26) 은 또한 웨이 빈 (92) 을 미리 정해진 양의 석탄으로 다시 채우기 위해 석탄 충전 장치 (16) 가 석탄 저장고 (28) 와 인접하여 위치할 수 있게 해 준다. 횡단 컨베이어 (94) 가 저장 고 (28) 에서 웨이 빈 (92) 으로 석탄을 이동시킨다. 웨이 빈 (92) 은 약 50 ~ 60 메트릭톤의 석탄을 담을 수 있을 정도로 크다.

신축자재 슈트와 평탄화 장치 (96) 가 실질적으로 고르게 충전차 장치 (14) 를 비압축 석탄으로 채우기 위해 웨이 빈 (92) 의 배출 단부 (98) 에 배치된다. 웨이 빈 (92) 이 레일 (26) 을 따라 충전차 장치 (14) 의 한쪽 단부에서 충전차 장치 (14) 의 다른쪽 단부로 가로지를 때, 석탄은 충전차 장치 (14) 안으로 계량되어 들어가고 평탄하게 되어 압축 과정을 위한 실질적으로 평평한 표면을 제공하게 된다. 신축자재 슈트는 운송판 (32) 의 너비 방향으로 석탄을 "박쥐 날개 형태 (batwing profile)" 를 갖게 하는 외형을 갖는다. "박쥐 날개 형태" 는 측면벽 (52) 에 인접한 비압축 석탄의 깊이가 운송판 (32) 너비의 실질적인 부분의 석탄 깊이보다 큰 것을 의미한다.

야금용 코크스를 생성하기에 적합한 석탄은 약 80 % 이상이 표준 스크린 검사 과정으로 결정할 경우 3 mm 미만의 평균 크기를 갖도록 전형적으로 갈린다. 비압축 석탄은 또한 약 6 ~ 약 10 중량 % 의 수분값을 갖고, 벌크 밀도는 약 640 ~ 약 800 kg/m³ 이 된다. 운송판 (32) 상에 퇴적된 경우, 비압축 석탄은 전형적으로 석탄 입자가 약 50 ~ 약 60 부피 % 이고 약 40 ~ 약 50 부피 % 는 공극이다.

미리 정해진 양의 석탄, 전형적으로 약 45 ~ 약 55 메트릭톤의 석탄으로 충전차 장치 (14) 를 채운 후, 충전차 장치 (14) 는 석탄 압축을 위해 압축 스테이션 (27) 로 운송된다. 압축 스테이션 (27) 은 충전차 (14) 에 있는 석탄을 빠르게 압축시키기 위한 압축 장치 (18) 를 포함한다 (도 13 내지 도 15). 압축 장치 (18) 는 가압판 (100) 을 포함하고, 이 가압판은 운송판에 있는 비압축 석탄 베드의 길이와 실질적으로 같은 길이의 단일판일수도 있고 또는 가압판 (100) 은 비압축 석탄 베드의 길이에 걸쳐 있는 다중판이 될 수도 있다. 가압판 (100) 은 압축 스테이션 (27) 에서 비압축 석탄 위로 내려온다. 도 15 에 나타난 바와 같이, 가압판 (100) 은 비압축 석탄과 동일한 박쥐 날개 형상을 갖는다.

다수의 탈기 탐침 (102) 이 압축판 (100) 상에 간격을 두고 배치되고, 이 탐침들은 압축 과정동안 비압축 석탄에서 기체를 빼내기 위해 비압축 석탄 베드 깊이의 약 80 % 까지 비압축 석탄 베드 내로 연장된다. 적합한 탐침 (102) 은 약 5 cm 의 공칭 직경과 약 60 cm 의 길이를 갖는 다공성 스크린 파이프로 제공될 수 있다. 비압축 석탄 베드를 전체에서, 탐침은 중심과 중심간에 서로 약 120 cm 의 간격을 두고 있다.

탐침 (102) 은 대기로 배출되거나 도 14 에 나타난 바와 같이 진공 펌프 (104) 및 집진 시스템 (106) 과 기체 유동으로 소통하게 연결될 수 있다. 압축 과정 동안, 진공 펌프 (104) 는 압축 과정 동안 비압축 석탄 베드에서 동반된 공기를 제거하기 위해 탐침 (102) 에 약 185 ~ 약 280 mm Hg 의 진공을 가할 수 있다. 압축 과정 동안 기체의 부피 유량은 분당 약 50 ~ 약 85 m³ 이다. 압축 과정 동안 석탄의 탈기를 위한 단기 진공원을 제공하기 위하여 진공 저장 용기 (108) 가 사용될 수 있다.

석탄 베드에서 수집된 가스는 화살표 (112) 로 나타낸 바와 같이 도관 (110) 을 통해 집진 시스템 (106) 으로 흐른다. 깨끗한 배기 가스는 화살표 (114) 로 나타낸 바와 같이 진공 펌프 (104) 에서 대기로 흐른다.

압축 과정 중에 진공 펌프 (104) 와 집진 시스템 (106) 을 사용할 때의 이점은 압축 과정 중에서 생길 수 있는 먼지를 대기로 배출시키지 않고 집진 시스템 (106) 에 모을 수 있다는 점이다. 압축 과정 중에 진공 펌프 (104) 를 사용할 때의 다른 이점은 석탄의 수분 함량이 줄어들어 석탄 코킹에 필요한 에너지가 줄어든다는 점이다.

압축 장치 (18) 의 다른 구성 요소는, 더 빠르게 석탄을 압축하기 위해 가압판 (100) 에 충격압을 주는데 효과적인 하나 이상의 파일 드라이버 (pile driver) 장치 (116) 이다. 석탄 베드는 압축 과정 동안 탈기되기 때문에, 파일 드라이버 장치 (116) 는 석탄을 원하는 벌크 밀도로 압축하기 위해 석탄 1 kg 당 약 2 ~ 약 3.5 kgf·m 만 가하면 된다. 종래 기술에서의 석탄 압축 장치는 전형적으로 비슷한 정도의 벌크 밀도를 갖는 석탄을 만들기 위해 석탄 1 kg 당 3.5 kgf·m 이상을 필요로 한다.

휠 (50) 과 레일 (24) 를 통해 충격파가 전달되는 것을 줄이기 위해, 충전차 장치 (14) 를 지지하는 압축 영역 (27) 에 지지 피어 (118) 가 배치될 수 있다. 따라서, 높이 조절 기구 (34) 가 작동되어 충전차 장치 (14) 를 약 2 ~ 약 6 cm 낮추어서, 충전차 장치 (14) 의 프레임 (33) (도 3) 은 휠 (50) 과 프레임 (30) 보다는 피어 (118) 에 의해 주로 지지된다.

전술한 압축 장치 (18) 는 약 3 분 이내에 깊은 석탄 베드를 압축하기에 충분하고, 약 15 초 정도처럼, 약 30 초 이내에 깊은 석탄 베드를 압축하기에 충분할 수 있다. "깊은 베드 (deep bed)" 는 약 135 ~ 약 145 cm 깊이를 갖는 비압축 석탄 베드를 의미한다. 전술한 압축 장치 (18) 는 석탄 베드의 깊이에 대해 실질적으로 균일하게 압축된 석탄을 제공할 수 있다. 종래 기술의 압축 과정은 전형적으로 깊이에 대해 실질적으로 균일하지 못한 석탄 압축을 제공한다.

약 52 메트릭톤의 석탄으로 충전차 (14) 를 채우고 약 1040 kg/m³ 의 목표 벌크 밀도로 압축하는 전형적인 사이클 시간은 이하의 테이블에 제공되어 있다.

표 1

단계	단계 설명	시간 (초)
1	신축자재 석탄 충전 슈트를 차 내로 내리는 단계	10
2	충전차가 석탄으로 채워지는 단계 (14 미터 길이)	45
3	신축자재 석탄 충전 슈트를 후퇴시키는 단계	10
4	차를 이동시켜 압축 스테이션에 배치하는 단계	25
5	비압축 석탄까지 가압판을 내리는 단계	10
6	진공 펌프를 작동시키고 파일 드라이버 (5X) 를 돌리는 단계	30
7	압축 석탄에서 가압판을 후퇴시키는 단계	15
	총 시간	2 분 25 초

바람직하게는, 이 실시예에 제시된 비압축 석탄 양과 목표한 벌크 밀도에 대해, 전술한 충격 및 탈기 시스템을 이용해서 석탄을 채우고 압축하는 전체 과정을 3 분 이내에 달성할 수 있다.

이하의 실시예에서, 13 메트릭톤의 석탄에 대해 압축 실험을 수행하여, 전술한 탐침 (102) 을 이용하여 석탄 베드로부터 가스를 배출하며, 여러 번 비압축 석탄에 충격을 가한 후 압축 석탄의 결과적인 깊이와 벌크 밀도를 측정하였다. 비압축 석탄 베드는 365 cm² 넓이의 박스에 129 cm 의 초기 깊이로 위치하였다. 13,800 kg·m 의 충격을 여러 번 가하였다. 가압판 (100) 과 파일 드라이버의 무게는 총 23 메트릭톤이었다. 그 결과는 이하의 표와 도 16 에 나타내도록 한다.

표 2

활 동	석탄 깊이 (cm)	벌크 밀도 (kg/m³)
박스 내의 석탄 (13 메트릭톤)	129	761
가압판이 박스 위에 위치함 (4 메트릭톤)	126	775
파일 드라이버와 가압판 (23 메트릭톤)	115	853
제 1 충격 후 (13,800 kg·m)	102	960
제 2 충격 후 (13,800 kg·m)	97	1013
제 3 충격 후 (13,800 kg·m)	94	1040
제 4 충격 후 (13,800 kg·m)	93	1056
제 5 충격 후 (13,800 kg·m)	91	1072

전술한 내용에서, 컨베이어 벨트, 전기 장치 등을 제외한 전체 장치는 주강 또는 단조강 (forged steel) 으로 만들어진다. 따라서, 이 장치를 튼튼하게 만들 수 있고, 코크스 오븐 환경에 적합한, 비교적 오래 유지될 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

전술한 장치 및 방법은 야금용 코크스 제조를 위해 가격이 더 싼 석탄을 이용할 수 있고, 따라서 코크스의 전체 비용을 줄일 수 있다. 특정 석탄 원료 및 얻는 압축 레벨에 따라서, 본 발명에 따라 만들어진 압축 석탄 충전은 약 80 중량 % 까지 코킹되지 않은 석탄을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 장치로 만들어진 코크스의 양은 본 압축 과정의 결과에 따라 30 ~ 40 메트릭톤에서 약 45 ~ 약 55 메트릭 톤으로 증가할 수 있다. 석탄 충전 높이, 너비 및 깊이와 같은 일관된 석탄 충전의 물리적 파라미터가 또한 본 발명에 따른 장치 및 방법에 따른 이득 이 된다.

본 실시 형태에서 변경 및/또는 변화를 하는 것은 상기 설명 내용과 첨부된 도면으로부터 당업자들에게 자명한 일이다. 따라서, 전술한 설명과 첨부된 도면은 실시 형태를 설명하기 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 진정한 사상과 범위는 청구 범위에 따라 결정된다.

Claims

코킹 오븐에 충전시키기 위한 건조한 압축 석탄의 기다란 베드를 제공하기 위해 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법으로서,

측면벽과 하나 이상의 가동 단부벽을 갖고 있으며 코킹 오븐의 외부에 있는 충전판 상에 석탄 입자를 퇴적시켜, 충전판에 상부면을 갖는 건조한 비압축 석탄의 기다란 베드를 제공하는 단계; 및

석탄을 탈기시키면서 건조한 비압축 석탄 베드의 상부면에 충격압을 가하여, 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하는 단계를 포함하는, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
제 1 항에 있어서,

석탄 베드를 탈기시키는 단계는 진공원을 비압축 석탄 베드에 삽입된 하나 이상의 탐침에 적용하는 단계로 구성되는, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
제 2 항에 있어서,

진공원은 탈기 단계 동안 약 185 ~ 약 280 mm Hg 범위의 진공을 비압축 석탄 베드에 제공하는, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
제 1 항에 있어서,

석탄 베드를 탈기시키는 단계는 비압축 석탄 베드 내로 삽입된 하나 이상의 탐침을 통해 공기를 배출시키는 단계를 포함하는, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
제 1 항에 있어서,

석탄 입자는 약 640 ~ 약 800 kg/m³ 의 초기 벌크 밀도에서 약 3 분 이내에 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도로 압축되는, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
제 1 항에 있어서,

충격압은 석탄 1 kg 당 약 2 ~ 약 3.5 kgf·m 인, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
제 1 항에 있어서,

약 1 ~ 약 5 회의 충격을 석탄 베드의 상부면에 가하는 단계를 더 포함하는, 석탄 입자의 벌크 밀도를 높히기 위한 비교적 고속인 방법.
석탄에서 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,

제 1 항에 의해 만들어진 건조한 압축 석탄 베드로 코킹 오븐을 충전하는 단계 및 환원성 분위기 하에서 소정의 온도에서 소정의 시간동안 석탄을 가열하여 야금용 코크스를 얻는 단계를 포함하는, 석탄에서 야금용 코크스 제조 방법.
제 8 항에 의한 방법으로 만든 야금용 코크스.
측면벽과 하나 이상의 가동 단부벽을 갖는 운송판 및 압축 석탄을 코크스 오븐 내로 운반하는 운송판 이동 기구를 포함하는 석탄 베드 충전차; 및

석탄 압축 장치를 포함하고,

이 석탄 압축 장치는

운송판 위에 퇴적된 건조한 비압축 석탄 베드의 상부면에 압력을 가하기 위한 가압판; 및

비압축 석탄 베드를 탈기시켜 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하는 진공원을 포함하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
제 10 항에 있어서,

석탄 압축 장치는 가압판에 간헐적인 충격력을 주기 위한 램을 더 포함하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
제 10 항에 있어서,

압축과정 동안 비압축 석탄 베드의 탈기를 위해 가압판에 부착된 다공성 탐침을 더 포함하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
제 10 항에 있어서,

압축과정 동안 충전차를 지지하기 위한 피어 (pier) 를 더 포함하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
제 10 항에 있어서,

운송판을 오븐에서 꺼낼 때 코크스 오븐 내에 압축 석탄을 유지시키기 위해 하나 이상의 가동 단부벽에 인접하게 부착된 백스톱 장치를 더 포함하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
제 10 항에 있어서,

충전차는 코크스 오븐에 압축 석탄을 충전하는 과정 동안 운송판의 높이를 조절하기 위한 높이 조절 기구를 더 포함하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
제 10 항에 있어서,

비압축 석탄을 충전차 내에 퇴적하기 위한 석탄 퇴적 및 평탄화 장치를 더 포함하고, 이 석탄 퇴적 및 평탄화 장치는 신축자재 슈트와 석탄 웨이 빈을 포함하며,

이 웨이 빈은 미리 정해진 양의 석탄을 충전차 내에 퇴적시키고 운송판 위의 비압축 석탄을 평탄하게 하기 위해 상기 슈트와 유동 소통하는, 석탄 압축 및 코크스 오븐 석탄 충전 장치.
이동 가능한 스패출라, 측면벽 및 하나 이상의 가동 단부벽을 갖는 운송판 장치에 석탄 입자를 퇴적시켜 비압축 석탄 베드를 제공하는 단계;

석탄 베드를 탈기시키면서 비압축 석탄 베드의 상부면에 압력을 가하여, 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도를 갖는 건조한 압축 석탄 베드를 제공하는 단계;

압축 석탄을 포함하는 스패출라를 코크스 오븐 내로 이동시키는 단계;

압축 석탄을 코크스 오븐 내에 유지시키면서 코크스 오븐에서 스패출라를 제거하는 단계; 및

코크스 오븐 내의 압축된 석탄에 대해 코킹 과정을 수행하는 단계를 포함하는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 17 항에 있어서,

탈기 과정은 석탄 베드에 진공을 가하는 단계로 이루어지는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 18 항에 있어서,

석탄 베드에 가해지는 진공은 약 185 ~ 약 280 mm Hg 범위의 진공을 형성하는 진공원에 의해 가해지는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 17 항에 있어서,

석탄 1 kg 당 약 2 ~ 약 3.5 kgf·m 의 충격 에너지를 사용하여 비압축 석탄 베드의 상부면에 압력을 가하는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 17 항에 있어서,

탈기 과정은 진공원을 비압축 석탄 베드에 삽입된 하나 이상의 탐침에 적용하는 단계로 이루어지는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 17 항에 있어서,

탈기 과정은 비압축 석탄 베드에 삽입된 하나 이상의 탐침을 통해 공기를 배 출하는 과정을 포함하는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 17 항에 있어서,

석탄 입자는 약 640 ~ 약 800 kg/m³ 의 초기 벌크 밀도에서 약 3 분 이내에 약 960 ~ 약 1200 kg/m³ 의 벌크 밀도로 압축되는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.
제 17 항에 있어서,

비압축 석탄 베드의 상부면에 압력을 가하는 단계는, 비압축 석탄 베드의 상부면과 접촉하고 있는 가압판에 가해지는 1 ~ 약 5 회의 충격을 비압축 석탄에 가하는 단계를 포함하는, 비교적 질이 낮은 석탄 원료를 사용한 수평 비회수 코크스 오븐 작동 방법.