KR20090116377A - 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법 및 그코크스 대체재. - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법 및 그 코크스 대체재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스 제조 조업과정 중 발생하는 코크스 더스트 및 슬러지를 펠렛형태로 압축성형함으로써, 분코크스 및 괴코크스의 대체재로서 사용할 수 있도록 한 것이다.

그리고 상기 코크스 대체재는 코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 압축하여 펠렛형태로 성형하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

코크스, 부산물, 대체재, 결합제, 펠렛

Description

코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법 및 그 코크스 대체재.{The making method of granule coke using coke dust and sludge and the granule coke}

본 발명은 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법 및 그 코크스 대체재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스 제조 조업과정 중 발생하는 코크스 더스트 및 슬러지를 펠렛형태로 압축성형함으로써, 분코크스 및 괴코크스의 대체재로서 사용할 수 있도록 한 것이다.

제철소에서는 대량의 유연탄을 고온에서 건류하여 괴(塊)코크스를 제조한다. 그리고 이렇게 제조된 코크스는 전처리된 철광석(소결광)과 함께 고로에 장입되어, 철광석을 환원시키는 호학작용으로 선철을 제조하는 주원료로 사용된다. 즉 상기 코크스는 철광석을 환원시키는 역할뿐만 아니라, 고로 내의 열원공급, 통기성 유지라는 중요한 역할을 하는 것이다.

상기 코크스의 건류 후 생산된 괴코크스를 냉각하는 과정에서 습식 처리시에는 침전지에서 슬러지로, 건식으로 냉각시에는 집진기에서 더스트로서 코크스 부산물이 발생하게 된다.

이때 발생되는 코크스 부산물인 더스트와 슬러지는 코크스와 동일한 조성임에도 불구하고 그 크기가 0.1mm 이하의 미세한 입자이기 때문에, 제철소 내의 타 공정에 활용하기 어려워 원거리의 시멘트 공장의 열원제 및 전기로 공장의 가탄제 등으로 저가로 판매되고 있다.

한편, 제철소의 공정 중 소결공정은 철광석을 고로공장에 활용하기 용이하도록 철광석을 고온에서 일정 크기(7∼50mm)로 괴상화하는 공정이다.

상기 철광석을 고온에서 소결하기 위해서는 열원제로 무연탄이나 1∼8mm크기의 분코크스를 사용하고 있으며, 특히 분코크스는 열량이 무연탄 대비 높고 일정 크기의 입도를 가지고 있으므로 소결의 통기성을 높여 생산성을 증대시키는 효과가 있어 소결 조업시 반드시 필요한 열원제이다.

이러한 분코크스는 기존 괴코크스의 파쇄시 일정량이 발생하나 소결조업에 사용하기는 상당량이 부족함에 따라 중국이나 기타 코크스 공정을 가지고 있는 외국기업으로부터 전량 수입에 의존하여 사용하고 있다. 따라서 오일 가격의 상승과 외국의 자원보호 정책이 강화됨에 따라 가격이 대폭적으로 상승하고 있으며, 조업에 충분한 물량을 확보하기는 점점 더 어려운 실정이다.

이러한 실정에서 상기 코크스 더스트와 슬러지를 소결에 직접활용하지 않는 이유는 상기 부산물의 입도가 미세하여 적치, 보관시 비산되어 먼지가 발생되는 등 환경문제가 발생되기 쉽고, 소결 통기성의 악화에 따른 생산성 감소와 고온의 소결기에서 조기 산화하여 소결반응에 도움이 되지 못하였기 때문이다.

또한 전기로 공장에서는 슬래그 조성제 및 가탄제 등으로 탄소성분이 필요하 며, 이를 위해서는 애쉬량이 적고 발열량이 높은 분코크스가 가장 적합하나 가격이 높아 가격이 저렴한 무연탄이나 코크스 더스트를 사용하고 있으나, 상기 코크스 더스트는 미립의 분상으로 전기로의 투입시 열풍에 의한 손실이 커 비용 상승의 원인이 되고 있다.

이에 따라 소결조업과 전기로 조업의 생산성을 높이고 제조원가를 절감하기 위해서는 기존의 분코크스와 무연탄을 대체할 수 있는 대체재 개발이 절실한 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코크스 부산물인 코크스 더스트와 코크스 슬러지를 결합제와 혼합하여 이를 펠렛형태로 압축성형함으로써 분, 괴코크스의 대체재로의 사용이 가능하도록 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법 및 그 코크스 대체재를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법은, 코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%를 혼합하는 단계와,

상기 혼합된 혼합물을 압축하여 펠렛형태로 성형하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 펠렛형태로 성형된 성형물의 입경은 1∼7mm인 것을 특징으로 한다.

상기 결합제는 규산소다 또는 전분인 것을 특징으로 한다.

상기 코크스 부산물과 결합제를 혼합하는 단계에 앞서, 코크스 부산물을 건조하여 4∼6%의 함수율을 갖도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 코크스 대체재는, 코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%로 이루어지되, 상기 코크스 대체재는 펠렛형태인 것을 특징으로 한다.

상기 펠렛형태의 코크스 대체재는 그 입경이 1∼7mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같이 코크스 부산물을 결합제와 혼합하여 이를 펠렛압축하여 분, 괴코크스의 대체재로 사용함으로써, 자원재활용을 통한 수입의 대체 및 비용절감 효과를 갖는다.

본 발명에 따른 코크스 대체재의 제조방법에 대해 설명한다.

먼저 코크스 부산물인 코크스 더스트와 코크스 슬러지를 건조하여 그 함수율이 4∼6%이 되도록 한다. 이때 상기 코크스 부산물의 함수율을 4∼6%로 조정하는 이유는 최적의 함수율로 소결 시의 생산성 향상 및 강도 유지 측면에서 효과를 극대화하기 위함이며, 상기 함수율이 4% 미만이면 분코크스 및 결합제 간의 기공 과다로 흡수됨으로 응결력이 저하되는 문제점이 있고, 6%를 초과하면 강도 유지가 현저하게 떨어지기 때문이다.

상기 코크스 부산물의 함수율이 조정되면, 상기 함수율이 조정된 코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%를 혼합한다. 이는 상기 코크스 부산물은 결합제 없이는 요구되는 강도로 압축성형될 수 없기 때문이며, 상기 결합제로는 규산소다 또는 전분을 이용할 수 있다. 이때 상기 전분은 그 종류를 제한하지 않으며, 그 일례로서 옥수수전분 등을 사용할 수 있다.

그리고 상기 결합제는 1중량% 미만으로 혼합되면 그 효과가 미미하여 압축성 형이 어려워지고 10중량%를 초과하면 과량이 되어 코크스 대체재의 물성이 코크스와 유사하지 않게 되므로, 코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%를 혼합하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 결합제는 가장 바람직하게는 4중량% 혼합하는 것이다.

상기와 같이 결합제가 혼합되면, 상기 혼합된 혼합물을 압축하여 펠렛형태로 성형하는 데, 상기 성형시 펠렛형태로 성형된 성형물의 입경은 1∼7mm(이는 소결공정 조업 특성상 사용할 수 있는 코크스의 크기이다.) 정도로 작아야 한다.

따라서 성형기의 주설비를 맷돌형 압축롤, 압축롤의 하부에 결합되어 필요한 입도의 기공이 뚫려있는 성형틀, 그리고 성형틀로부터 압축되어 나오는 혼합물을 절단하는 컷팅날로 설계한다.

이때 상기 펠렛형태의 성형물의 입경은 1∼7mm 정도로 작아야 하므로, 성형틀의 입경은 4∼6mm 정도로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기와 같이 성형된 성형물은 건조로를 통해 건조되고, 선별기를 통해 선별되어 저장 및 출하된다. 상기 건조, 선별, 저장 및 출하공정은 일반적인 방법을 이용하는 것으로, 이를 특정하지 않는다.

상기와 같이 생산한 코크스 대체재는, 코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%로 이루어지되, 상기 코크스 대체재의 형태는 펠렛형태로 이루어지며, 그 입경이 1∼7mm인 것으로, 분코크스 대체재로서 소결공정 및 전기로 공정에 사용 될 수 있으며, 그로 인해 생산성 향상 및 제조원가 절감과 같은 효과를 가질 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저 하기 실시예들을 위하여 코크스 더스트와 슬러지를 5%의 함수율로 건조한 후, 상기 건조된 코크스 더스트와 슬러지 96중량%에 결합제로서 옥수수전분을 4중량%를 혼합한 후 이를 성형기에 투입하여 펠렛성형함으로써 코크스 대체재를 제조하였다. 이때 상기 성형기의 성형틀의 입경은 5mm로 하였다.

(실시예1)

소결 팟 테스트(Pot Test) 실시

상기와 같이 제조된 코크스 대체재의 소결공정 활용에 따른 조업영향과 소결광 품질 변화를 조사하기 위하여 실험실에서 팟 테스트를 실시하였으며, 테스트에 사용된 성분조성은 하기 표 1과 같았다.

각 시료의 성분조성 및 배합비.

구분	시료장입량	열원제 배합	비고
비교시료1	41.78kg	분코크스+무연탄	-열원제 제외 기타원료조건 동일 -Pot 직경:230mm -층후:600mm
시료1	41.18kg	CDQ+무연탄
시료2	40.09kg	CDQ 전량

(이때 CDQ는 상기에서 제조된 코크스 대체재를 칭한다.)

(분코크스와 무연탄 1:1 중량비, CDQ와 무연탄 1:1중량비)

상기 팟 테스트는 시료배합, 팟(Pot) 장입, 점화, 소성, 파쇄, 선별, 강도측정 순으로 이루어졌으며, 그 결과는 하기 표 2 및 표 3과 같았다.

팟 테스트 결과1.

구분	총배광 (kg)	입도(mm)
		30	2	16	10	5	-5
비교시료1	33.96	2.92	5.88	3.40	6.22	6.44	8.98
시료1	34.28	2.94	6.20	3.26	6.02	6.02	9.76
시료2	33.80	2.52	5.20	3.52	7.42	6.58	8.52

팟 테스트 결과2.

구분	상부관잔량 (kg)	W/B 최고온도 (℃)	소결시간 (sec)	END 부압 (mmAq)	생산성 (T/㎡D)	TI (%)	회수율 (%)
비교시료1	1.30	631.8	1762	835	27.35	72.5	71.792
시료1	0.66	647.1	1782	990	25.80	71.9	69.192
시료2	0.88	588.5	1570	818	30.64	73.2	72.980

상기 표 2 및 표 3에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 대체재를 이용한 결과 통기성이 개선되며, 회수율 측면에서 유리하게 작용하는 것으로 나타났고, 상부광 잔량의 감소와 소결시간 단축이 확인되었다.

또한 도 1은 소결시간에 따른 W/B 온도와 부압을 나타낸 것으로, 본 발명의 코크스 대체재의 사용시 소결 반응시간이 단축된 것을 알 수 있었으며, 도 2에서와 같이 열화상 분석에 의한 연소대 길이를 비교한 결과 본 발명의 코크스 대체재 사용시 연소대가 가장 길게 나타난 것을 확인할 수 있었다.

그리고 각각의 분코크스, 무연탄 및 본 발명의 코크스 대체재의 발열량 및 애쉬량을 측정한 결과는 하기 표 4와 같았다.

발열량 및 애쉬량 측정결과.

구분	Ash(%)	발열량(제철소)	발열량(연구소)	Fixed Carbon
분코크스	12.96	6.091	6.507	84.62
무연탄	19.35	5.282	6.285	77.41
대체재	11.47	6.812	6.873	83.12

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 대체재 사용시 발열량이 높게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 이는 결합제로서 사용된 옥수수 전분으로 인한 것으로 판단되었다.

상기한 테스트 결과들을 종합하여 볼 때 코크스 더스트 및 슬러지를 펠렛압축한 대체재는 분코크스와 유사한 수준의 기초물성을 가지고 있으며, 균일한 미분의 입자를 압축 펠렛으로 성형하여 소결에 활용 시 조립성 향상으로 통기 개선 및 열원제 대체로 분코크스 등 소결 열원부족을 해소할 수 있으며, 압축펠렛의 탄소함량과 수분이 분코크스와 동일하여 소결광 품질 및 생산성 향상에 기여함을 알 수 있었다.

(실시예2)

상기 실시예1의 테스트 결과를 토대로 조업 중인 K 제철소 소결공장에 본 발명의 대체재 24-톤을 이용하여 실조업 테스트를 실시하였다.

실조업 테스트에 사용된 제품의 기초물성을 측정한 결과는 하기 표 5와 같았다.

테스트에 사용된 제품의 기초물성 측정결과.

구분	수분	C함량	Ash	발열량	입도
코크스 대체재	3.05%	83.12%	11.47%	6,873kcal	2∼7mm
분코크스	3.5%	84.62%	12.96%	6,507kcal	0∼8mm

테스트 결과 주요 조업실적은 첨부된 도 3 및 도 4와 같았다.

도 3은 총 열원제 사용비를 나타낸 것이고, 도 4는 생산성을 나타낸 것으로, 열원제 비는 0.6kg/t-s 상승하였고, 생산성은 0.5톤/K/㎡ 증가하여 분코크스와 동등하거나 우위에 있다는 것을 확인하였다.

(실시예3)

전기로 가탄제 및 열원제 대체가능성을 확인하기 위헤 팟 테스트를 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 6과 같았다.

전기로 팟 테스트 결과

구분	괴코크스	무연탄	압축펠렛
사용량	2톤/ch	2.9톤/ch	2.4톤/ch

테스트 결과 압축펠렛 성형품은 괴코크스 대비 사용량이 증가하였으나, 현재 일반적으로 사용중인 무연탄 대비 사용량이 17% 감소하는 것을 알 수 있었다.

이상에서와 같이 본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명되었지만 이를 반드시 한정하는 것은 아닌 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

도 1은 실시예1에 의한 소결시간에 따른 W/B 온도와 부압을 나타낸 그래프.

도 2는 실시예1에 의한 열화상 분석에 의한 연소대 길이를 나타낸 그래프.

도 3은 실시예2에 의한 총 열원제 사용비를 나타낸 그래프.

도 4는 실시예2에 의한 생산성을 나타낸 그래프.

Claims (7)

1. 코크스 대체재의 제조방법에 있어서,

   코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%를 혼합하는 단계와,

   상기 혼합된 혼합물을 압축하여 펠렛형태로 성형하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스 더스트 및 슬러지를 이용한 코크스 대체재의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 펠렛형태로 성형된 성형물의 입경은 1∼7mm인 것을 특징으로 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 결합제는 규산소다 또는 전분인 것을 특징으로 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 결합제와 혼합되는 코크스 부산물은 4∼6%의 함수율을 갖는 것을 특징으로 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재의 제조방법.
5. 코크스 대체재를 구성함에 있어서,

   코크스 부산물 90∼99중량%에 결합제 1∼10중량%로 이루어지되, 상기 코크스 대체재의 형태는 펠렛형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 펠렛형태의 코크스 대체재는 그 입경이 1∼7mm인 것을 특징으로 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 결합제는 규산소다 또는 전분인 것을 특징으로 하는 코크스 부산물을 이용한 코크스 대체재.

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