KR20110095357A - 고로용 코크스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 고로용 코크스의 제조 방법에서는, 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하고, 모든 사이즈 구분 i에 대해, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％)를 미리 정하고, 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 측정하고, 상기 조대 이너트 조직의 함유량의 경계값에 따라서, 원료탄을 분쇄하고, 분쇄 후의 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}(vol.％)를 측정하고, DI¹⁵⁰ _－6(target)－DI¹⁵⁰ _－6(ref)＝Σ_j＝1~n{Σ_{i＝1~ m}A_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})}×X_j를 만족시키도록 상기 분쇄 후의 모든 품목 j의 원료탄을 배합한다.

Description

고로용 코크스의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCING COKE FOR BLAST FURNACE}

본 발명은 비미점결탄과 점결탄을 배합한 배합탄을 사용한 고로용 코크스의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 비미점결탄과 점결탄에 상관없이, 각종 품목의 원료탄 중에 존재하는 이너트(불활성) 조직에 기인하는 코크스 강도의 저하를 억제하여, 코크스 강도를 향상시키기 위한 고로용 코크스의 제조 방법에 관한다.

본원은 2008년 12월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2008-314903호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

일반적으로, 제철 프로세스에 있어서의 환원재 및 열원으로서 사용되는 고로용 코크스는 복수의 품목의 원료탄을, 각각 분쇄하여, 소정의 비율로 배합하고, 소정의 입도를 갖는 배합탄을 형성한 후, 그 배합탄을 코크스로에 장입하고, 소정 시간 건류함으로써 제조된다.

이때, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 배합탄을 구성하는 복수의 품목의 원료탄의 성상과, 배합탄의 입도의 영향을 받는다. 여기서, DI¹⁵⁰ ₁₅는 JIS K 2151에서 규정된 드럼 시험기에 의한 150회전 후의 15㎜ 체상의 비율(－)이고, 코크스의 강도(드럼 강도라고도 함)를 나타내는 지표이다.

코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅에 영향을 미치는 석탄의 성상으로서, 석탄의 점결성을 들 수 있다. 석탄의 점결성은 JIS M 8801의 기젤러 플라스토미터를 사용한 유동성 시험에 의해 측정되는 최고 유동도나, JIS M 8801의 딜라토미터를 사용한 팽창성 시험에 의해 측정되는 전체 팽창률에 의해 평가할 수 있다. 이들 측정값이 높아질수록, 석탄의 연화 용융 시의 유동성 및 팽창성은 높아진다.

원료탄은 석탄의 점결성에 기초하여, 점결성이 높은 점결탄과, 점결성이 낮은 비미점결탄으로 나뉜다. 점결탄은 연화 용융 시의 유동성 및 팽창성이 높으므로, 석탄 입자 사이의 접착을 용이하게 하여, 코크스 강도를 높인다. 한편, 비미점결탄은 연화 용융 시의 유동성 및 팽창성이 낮으므로, 석탄 입자 사이의 접착이 불충분해진다. 그로 인해, 비미점결탄을 다량으로 배합하면, 코크스 강도가 저하된다.

또한, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅에 영향을 미치는 석탄의 성상으로서, 석탄의 가열 시에 연화 용융되지 않는 불활성 성분으로 이루어지는 조직(이하, 「이너트 조직」이라고 함)을 들 수 있다. 이 이너트 조직은 점결탄 및 비미점결탄에 상관없이, 석탄 중에 존재한다.

석탄 중의 이너트 조직은 석탄의 연화 용융 시에 팽창되지 않으므로, 석탄의 팽창에 의한 석탄 입자 사이의 접착을 저해한다. 또한, 이너트 조직은 석탄의 재고화 시에 수축하기 어렵기 때문에, 석탄의 수축 시에 균열을 발생시킨다. 그로 인해, 석탄 중의 이너트 조직은 코크스 강도를 저하시키는 원인이 된다.

한편, 배합탄의 입도는 코크스로 장입 시의 부피 밀도에 영향을 미친다. 배합탄의 입도가 거친 경우에는, 노 내의 배합탄의 충전 구조가 최밀 충전 구조에 가깝고, 코크스로 장입 시의 부피 밀도가 향상되어, 석탄의 연화 용융 및 팽창 시에, 석탄 입자 사이의 접착이 용이해진다. 그러나, 배합탄 중에 조대한 석탄 입자가 존재하면, 그 입자 표면으로부터 균열이 유발되어, 코크스의 파괴 강도가 저하된다.

반대로, 배합탄의 입도가 지나치게 작으면, 코크스로 장입 시의 부피 밀도가 저하되어, 석탄 입자 사이의 공극이 커진다. 그로 인해, 석탄의 연화 용융 및 팽창 시에, 석탄 입자 사이의 접착이 불충분해져 코크스 강도가 저하된다.

이로 인해, 일반적으로, 석탄의 성상을 균일화하고, 또한 코크스 장입 시의 부피 밀도를 소정 레벨로 유지하여, 코크스 강도를 높일 필요가 있다. 그로 인해, 배합탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 배합탄 전체의 입도를 조정하고 있다.

최근, 석탄 자원의 고갈화에 수반하여, 비미점결탄의 사용량뿐만 아니라, 점결탄 및 비미점결탄 중에 함유되는 이너트 조직의 양도 증가하고 있다. 그로 인해, 비미점결탄의 사용량이 많고, 점결탄 및 비미점결탄이 이너트 조직을 많이 함유하는 경우라도, 고강도의 코크스를 제조하는 것이 요구되어 있다.

코크스 강도의 저하의 원인이 되는 비미점결탄 및/또는 이너트 조직을 많이 함유하는 석탄을 사용하여, 소정 레벨의 코크스 강도를 확보하기 위해, 배합탄을 구성하는 각 품목의 석탄을 분쇄에 의해 입도 조정하는 것은 중요하다. 따라서, 종래부터, 석탄의 성상 및 품목에 따른 석탄의 분쇄 방법과, 이 분쇄 방법을 이용한 고강도 코크스의 제조 방법이 몇 가지 제안되어 있다(특허 문헌 1 내지 3 참조).

예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 복수의 품목의 석탄을, 평균 반사율이 0.9vol.％ 이하인 비미점결탄, 평균 반사율이 0.9％ 초과이고, 또한 이너트 조직의 합계량이 35vol.％ 이상인 고이너트탄 및 평균 반사율이 0.9％ 초과이고, 또한 이너트 조직의 합계량이 35vol.％ 미만인 저이너트탄의 3개의 그룹으로 나누고 있다. 또한, 비미점결탄의 입경 3㎜ 이하의 질량 비율이, 배합탄의 입경 3㎜ 이하의 질량 비율보다 높고, 고이너트탄의 입경 3㎜ 이하의 질량 비율이, 비미점결탄의 입경 3㎜ 이하의 질량 비율 이하이고, 저이너트탄의 입경 3㎜ 이하의 질량 비율이, 고이너트탄의 입경 3㎜ 이하의 질량 비율 미만으로 되도록 분쇄하고 있다. 그 후, 분쇄된 모든 석탄을 혼합하여, 코크스로에서 건류하여, 코크스를 제조하고 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 방법에 의해서도, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 78 정도로, 원하는 코크스 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다.

또한, 특허 문헌 2에서는, 경도가 높은 석탄, 또는 이너트 조직의 양이 많은 석탄의 일부를, 입경이 큰 석탄과 입경이 작은 석탄으로 분급하고 있다. 이 입경이 큰 석탄을 분쇄하여(제1 분쇄 공정), 제1 분쇄 공정에서 처리된 석탄과 상기 입경이 작은 석탄을 배합하고 있다. 또한, 이 배합된 석탄을 더욱 분쇄하여(제2 분쇄 공정), 나머지 석탄을 배합하고 있다. 그 후, 이 배합된 석탄을 분쇄하여(제3 분쇄 공정), 상기 제2 분쇄 공정에서 처리된 석탄과 배합하고, 코크스로에 장입하여 코크스를 제조하고 있다.

그러나, 특허 문헌 2에 기재된 방법에 의해서도, 코크스 강도 DI³⁰ ₁₅는 최고 94.3(DI¹⁵⁰ ₁₅가 84 정도에 상당함)으로, 원하는 코크스 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다.

이와 같이, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 방법에서는, 주로, 석탄의 평균 반사율, 이너트 조직 등의 성상, 비미점결탄 등의 품목에 따라서 석탄을 분쇄함으로써, 석탄 조직을 균일화하는 동시에, 배합탄 전체의 입도 분포를 조정하여, 코크스 강도를 향상시키고 있다. 그러나, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 방법에서는, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅가 기대하는 값에 도달하지 않는 경우가 있다.

또한, 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 코크스 강도는 이너트 조직의 합계량이 아니라, 특정 사이즈 이상의 조대한 이너트 조직에 지배되는 것이 확인되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1 및 2에 개시되어 있는 석탄 중의 이너트 조직의 합계량에 기초하는 석탄 분쇄에서는, 코크스 강도가 충분히 향상되지 않는 경우가 있다.

특허 문헌 3에서는, 석탄 중의 이너트 조직의 합계량에 기초하는 석탄의 입도 조정에서는, 코크스 강도의 향상에 한계가 있다고 하는 인식으로부터, 배합탄 중에서 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 누적 체적 비율과, 분쇄 입도의 관계가 조사 연구되었다. 이 관계로부터, 고강도의 코크스를 제조할 수 있는 배합탄의 입도 조정 방법이 제안되어 있다.

특허 문헌 3에서 제안된 배합탄의 입도 조정 방법에 따르면, 코크스의 강도 저하의 원인이 되는 저품위의 비미점결탄을 다량으로 사용해도, 86 내지 87 정도의 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅를 갖는 코크스를 정상적으로 제조할 수 있다.

그러나, 이 방법에서는 86.5 이상의 높은 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅가 요구되는 경우에는, 조대 이너트 조직의 누적 체적 비율을 저감시키기 위해, 분쇄기의 분쇄 강도를 높여 석탄을 분쇄할 필요가 있다. 그러나, 분쇄기의 분쇄 강도를 높이면, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄이 증가하고, 배합탄 전체의 부피 밀도도 저하된다. 그로 인해, 목표로 하는 86.5 이상의 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅를 달성할 수 없는 경우가 있다.

또한, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가는 석탄의 반송 과정 및 코크스로 장입 시에 있어서의 발진의 문제나, 코크스로에 있어서의 노벽 카본 부착량의 증가에 의한 코크스 압출 부하의 증대나, 타르 품질의 저하 등을 초래하므로, 바람직하지 않다.

따라서, 조대 이너트 조직을 포함하는 석탄의 강 분쇄에 수반하는, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄 전체의 부피 밀도(t/㎥)의 저하를 억제하여, 안정적이고 또한 효과적으로 코크스 강도를 높일 수 있는 입도 조정 방법이 요구되고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-273884호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-348309호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-339503호 공보

본 발명은 종래 기술의 상기 실정을 감안하여, 강도 저하의 원인이 되는 0.6㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직을 포함하는 석탄을 효과적으로 분쇄하고, 석탄 분쇄에 수반하는, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄 전체의 부피 밀도의 저하를 억제함으로써, 안정적이고 또한 효과적으로 코크스 강도를 높일 수 있는 고로용 코크스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 분쇄에 의한 석탄의 입도 조정 방법 및 석탄의 배합 조건에 대해 예의 연구하였다.

즉, 본 발명자들은 이너트 조직을, 최대 길이로, 사이즈 구분 i(＝1~m [자연수])로 구분하였다. 또한, 본 발명자들은 사이즈 구분 i마다, 코크스 표면 파괴 분율(DI¹⁵⁰ _－6)로의 이너트 조직의 영향도 및/또는 코크스 체적 파괴 분율(DI¹⁵⁰ _6－15)로의 이너트 조직의 영향도를 미리 정하였다. 그 결과, 이들 영향도의 차이를 고려하여 원료탄의 분쇄 및 배합을 조정하면, 목표로 하는 코크스 강도를 얻을 수 있는 것이 판명되었다.

본 발명은 상기 지식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 복수 품목의 원료탄을 품목마다 분쇄하고, 배합한 배합탄을 코크스로에 장입하는 고로용 코크스의 제조 방법이며, (A) (A1) 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하고, (A2) 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i(＝1~m [자연수])에 대해, 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 상기 사이즈 구분 i의 이너트 조직을 함유하는 석탄을 건류하여 얻은 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 기초하여, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％)를 미리 정하고, (B) (B1) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정한 품목 1부터 품목 n까지의 모든 품목 j(＝1~n [자연수])의 원료탄에 대해, 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％) 및 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 측정하고, (B2) 상기 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 측정값에 기초하여, 상기 조대 이너트 조직의 함유량의 경계값을 5 내지 7vol.％의 범위 내에서 정하고, (C) (C1) 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 이상인 고이너트 함유탄과, 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 미만인 저이너트 함유탄의 2종류로 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 구분하고, (C2) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록, 상기 저이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고, (C3) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 상기 저이너트 함유탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율보다 커지도록, 상기 고이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고, (C4) 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}(vol.％)을 측정하고, (D) DI¹⁵⁰ _－6(target)이 코크스 강도의 목표값(－), DI¹⁵⁰ _－6(ref)이 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 원료탄의 입도를 조정하여 배합한 배합탄의 코크스 강도, X_j가 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 배합 비율인 경우에, DI¹⁵⁰ _－6(target)－DI¹⁵⁰ _－6(ref)＝Σ_j＝1~n{Σ_{i＝1~ m}A_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})}×X_j를 만족시키도록 상기 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 배합하는 것을 특징으로 하는 고로용 코크스의 제조 방법.

(2) 복수 품목의 원료탄을 품목마다 분쇄하고, 배합한 배합탄을 코크스로에 장입하는 고로용 코크스의 제조 방법이며, (A) (A1) 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하고, (A2) 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i(＝1~m [자연수])에 대해, 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 상기 사이즈 구분 i의 이너트 조직을 함유하는 석탄을 건류하여 얻은 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6 및 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 기초하여, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)를 미리 정하고, (B) (B1) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정한 품목 1부터 품목 n까지의 모든 품목 j(＝1~n [자연수])의 원료탄에 대해, 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％) 및 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 측정하고, (B2) 상기 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 측정값에 기초하여, 상기 조대 이너트 조직의 함유량의 경계값을 5 내지 7vol.％의 범위 내에서 정하고, (C) (C1) 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 이상인 고이너트 함유탄과, 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 미만인 저이너트 함유탄의 2종류로 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 구분하고, (C2) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록, 상기 저이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고, (C3) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 상기 저이너트 함유탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율보다 커지도록, 상기 고이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고, (C4) 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}(vol.％)를 측정하고, (D) DI¹⁵⁰ ₁₅(target)가 코크스 강도의 목표값(－), DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)가 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 원료탄의 입도를 조정하여 배합한 배합탄의 코크스 강도, X_j가 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 배합 비율인 경우에, DI¹⁵⁰ ₁₅(target)－DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)＝Σ_j＝1~n{Σ_{i＝1~ m}A_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})＋Σ_{i＝1~ m}B_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})}×X_j를 만족시키도록 상기 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 배합하는 것을 특징으로 하는 고로용 코크스의 제조 방법.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고로용 코크스의 제조 방법에서는, 최대 길이 3㎜ 이하의 이너트 조직을 2개 이상의 사이즈 구분으로 구분해도 좋다.

(4) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고로용 코크스의 제조 방법에서는, 최대 길이 3㎜ 이상의 이너트 조직을 2개 이상의 사이즈 구분으로 구분해도 좋다.

(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고로용 코크스의 제조 방법에서는, 상기 사이즈 구분은 사이즈 구분수 m을 5로 하고, 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만의 사이즈 구분 1(i＝1), 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만의 사이즈 구분 2(i＝2), 3㎜ 이상 5㎜ 미만의 사이즈 구분 3(i＝3), 5㎜ 이상 10㎜ 미만의 사이즈 구분 4(i＝4) 및 10㎜ 이상의 사이즈 구분 5(i＝5)로 되도록 구분해도 좋다.

본 발명에 따르면, 코크스 강도의 저하를 초래하는, 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을 최대 길이로 구분하여, 이너트 조직의 사이즈마다의 코크스 강도로의 영향도를 미리 정하고, 이 영향도의 차이를 고려하여, 효과적으로 석탄을 분쇄 또한 배합함으로써, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄의 부피 밀도의 저하를 초래하지 않고, 극히 높은 강도를 갖는 코크스를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 저렴하고 저품위의 비미점결탄의 사용 비율을 높여도, 복수 품목의 원료탄을, 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량으로 그룹화하고, 이너트 조직의 사이즈가 코크스 강도에 미치는 영향도를 고려하여 분쇄 또한 배합하고, 코크스로 내의 공극 충전도가 높은 상태에서 배합탄을 건류하므로, 고강도이고 또한 균질인 코크스를 제조할 수 있다.

도 1은 석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd와 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 코크스 중에 존재하는 이너트 조직과 그 주변의 조직을 도시하는 도면이다.
도 3은 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 함유하는 배합탄(No.1 내지 No.7) 중의 이너트 조직의 사이즈 분포를 도시하는 도면이다.
도 4a는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.05의 조건에서 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 포함하는 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6을 도시하는 도면이다.
도 4b는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.16의 조건에서 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 포함하는 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6을 도시하는 도면이다.
도 4c는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.29의 조건에서 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 포함하는 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6을 도시하는 도면이다.
도 5a는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.05의 조건에서 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 포함하는 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}를 도시하는 도면이다.
도 5b는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.16의 조건에서 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 포함하는 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}를 도시하는 도면이다.
도 5c는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.29의 조건에서 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 포함하는 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}를 도시하는 도면이다.
도 6a는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.05의 조건에서 건류하여 얻은 코크스에 대해, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _6－15에 미치는 영향도 B_i를 도시하는 도면이다.
도 6b는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.16의 조건에서 건류하여 얻은 코크스에 대해, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _6－15에 미치는 영향도 B_i를 도시하는 도면이다.
도 6c는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.29의 조건에서 건류하여 얻은 코크스에 대해, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _6－15에 미치는 영향도 B_i를 도시하는 도면이다.
도 7은 고이너트 함유탄(A탄)의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율과, 각 사이즈 이상의 이너트 조직의 누적 체적 비율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 저이너트 함유탄(B탄)의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율과, 각 사이즈 이상의 이너트 조직의 누적 체적 비율의 관계를 나타내는 도면이다.

일반적으로, 코크스 강도는 코크스의 기질에 있어서의 영률 등의 물성과 코크스 중의 결함에 의해 지배된다. 그러나, 통상의 고로용 코크스의 제조 프로세스에서 사용되는 원료탄의 품목이나, 그들의 배합 비율 및 통상의 건류 온도의 조건에서는, 생성되는 코크스의 기질에 있어서의 영률 등의 물성은 크게 변화되지 않는다. 그로 인해, 코크스 강도는 코크스 중의 결함에 의해 지배된다고 생각되고 있다.

코크스 강도를 지배하는 코크스 중의 결함은 구조상, 주로, 석탄의 연화 팽창 시에 발생하는 석탄 입자 사이의 접착 불량 및 조대 기공과, 석탄의 재고화 후의 수축 시에 발생하는 크랙의 2종류로 크게 나뉜다.

통상의 코크스 제조용 원료탄은 코크스로 내에서, 400℃ 전후의 온도에서 연화 및 팽창을 개시하고, 500℃ 전후의 온도에서 재고화하여, 코크스화된다.

석탄의 연화 및 팽창 시에, 연화 용융된 석탄이, 석탄 입자 사이의 공극에 인입하고, 석탄 입자끼리가, 충분히 접착하기 위해서는, 석탄 장입 시의 부피 밀도와 석탄의 점결성(유동성 및 팽창성을 나타내는 지표)의 관계를 최적화할 필요가 있다.

즉, 석탄 장입 시의 공극률(부피 밀도의 역수)에 대해, 석탄의 점결성이 낮은 경우에는, 석탄의 연화 및 팽창 시에 연화 용융된 석탄이, 석탄 입자 사이의 공극을 충분히 메울 수 없다. 그로 인해, 석탄 입자는 구속되지 않고 자유 팽창되고, 석탄 입자끼리는 충분히 접촉하지 않은 상태로 재고화하여, 코크스화되므로, 코크스 강도가 저하된다.

또한, 석탄의 연화 및 팽창 시에, 석탄 입자 내에 있어서 휘발분에 기인하여 발생한 기포는, 기기 밖으로(석탄 입자 내로부터) 빠지지 않고 성장한다. 이 과정에서, 석탄 입자가, 구속되지 않고 자유 팽창되면, 기포의 성장에 의해 석탄 입자의 표층벽이 서서히 얇아지고, 또한 석탄 입자 내의 기포가, 표층벽을 파괴하여 파열된다. 기포가 석탄 입자 내에서 성장함으로써, 또는, 기포가 파열되어 기포끼리가 연결됨으로써 형성된 큰 기공은, 파괴의 기점으로서 코크스 강도를 저하시키는 원인이 된다.

상기한 석탄 입자 사이의 접착과 조대 기공의 생성이라 함은, 석탄의 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)에 지배된다.

도 1에 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)와 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅의 관계의 일례를 도시한다. 도 1로부터, 공극 충전도(Sv×Bd)를 1.0 이상의 적절한 값으로 함으로써, 석탄 입자 사이의 접착 불량 및 조대 기공의 생성이 억제되어, 코크스 강도가 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 석탄의 연화 시의 비용적 Sv는 JIS M 8801의 딜라토미터에 의한 팽창성 시험 장치를 사용하여 측정되는 석탄의 최대 팽창 시의 체적으로부터 구할 수 있다.

한편, 석탄의 재고화 후의 수축 시에 발생하는 크랙은 석탄 입자의 수축률이 서로 다르기 때문에 발생한다. 석탄 중에 존재하는 이너트 조직은 석탄의 가열에 의해 연화 용융되는 비트리니트 조직 및 에그지니트 조직에 비해, 휘발분이 적어, 석탄의 연화 및 팽창 시에 거의 팽창되지 않고, 재고화 후에 거의 수축되지 않는다.

그로 인해, 석탄의 재고화 후의 수축 시에, 이너트 조직의 수축률과, 비트리니트 조직이나 에그지니트 조직 등의 연화 용융 조직의 수축률의 차에 의해, 이너트 조직의 계면에 응력이 발생하고, 이너트 조직의 내부 또는 주변에 크랙이 발생한다고 생각된다.

도 2에, 코크스 중에 존재하는 이너트 조직 및 그 주변의 조직의 일례를 도시한다. 이너트 조직은 가열에 의해 연화 용융되지 않고, 코크스 중에 잔존한다. 그로 인해, 도 2에 도시한 바와 같은 코크스, 또는 석탄의 단면 조직을 현미경으로 관찰함으로써, 이너트 조직의 사이즈를 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 석탄 중의 이너트 조직의 사이즈는 최대 길이(㎜)를 의미한다.

예를 들어, 도 2 중의 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)는 약 2㎜이지만, 통상, 이너트 조직은 석탄 중에 있어서, 0.1㎛ 내지 10㎜의 폭 넓은 사이즈(최대 길이) 범위에서 존재한다.

본 발명자들의 검토의 결과, 코크스 강도를 크게 저하시키는 코크스 중의 크랙은, ㎜ 오더(1.0㎜ 이상)의 사이즈(최대 길이)의 조대한 이너트 조직의 내부 또는 주변에 생성되는 ㎜ 오더(1.0㎜ 이상)의 사이즈(최대 길이)가 큰 크랙인 것이 확인되어 있다. 예를 들어, 도 2에서는 이너트 조직의 주변에 크랙이 생성되어 있다.

즉, 그리피스의 파괴 조건식{예를 들어, 「J.F.Knott(미야모토 히로시 번역), 「파괴 역학의 기초」, p.107」 [바이후칸 (1977) 발행], 참조}에 따르면, 큰 크랙은 작은 크랙보다도 낮은 응력으로 진전 및 확대한다. 그로 인해, 조대 이너트 조직의 내부 또는 주변에 생성한 ㎜ 오더의 큰 크랙은, 코크스가 충격을 받았을 때, 취성 파괴의 기점(결함)으로서 작용한다.

그로 인해, ㎜ 오더(1.0㎜ 이상)의 큰 크랙을 다수 포함하는 코크스는 현저하게 강도가 낮고, 용이하게 분화되어 버린다.

이상의 지식을 근거로 하여, 특허 문헌 3에서는, 코크스 강도를 높이기 위한 배합탄의 입도 조정 방법으로서, 배합탄을 구성하는 석탄 중의 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 누적 체적 비율과 분쇄 입도의 관계에 기초하여, 석탄을 분쇄하고 있다.

특허 문헌 3에 개시되어 있는 배합탄의 입도 조정 방법에 따르면, 강도 저하의 원인이 되는 저품위의 비미점결탄을 다량으로 사용해도, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅가 86 내지 87 정도인 코크스를 정상적으로 제조할 수 있다.

그러나, 상기 방법으로 86.5 이상의 높은 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅를 달성하려고 하는 경우, 상기 조대 이너트 조직의 누적 체적 비율을 저감시키기 위해, 분쇄기의 분쇄 강도를 높일 필요가 있다. 그러나, 분쇄 강도를 높이면, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄이 증가하고, 코크스로 내의 배합탄의 부피 밀도도 저하되므로, 목표로 하는 86.5 이상의 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅를 달성할 수 없는 경우가 있다.

또한, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가는 석탄의 반송 과정 및 코크스로 장입 시에 있어서의 발진의 문제나, 코크스로 내에 있어서의 카본의 부착에 의한 코크스 압출 부하의 증대나, 타르 품질의 저하 등도 초래하므로, 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명자들은 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄의 부피 밀도의 저하를 초래하지 않고, 극히 높은 강도를 갖는 코크스를 제조하기 위해, 조대 이너트 조직을 최대 길이로 구분하여, 이너트 조직의 사이즈마다의 코크스 강도에의 영향도를 미리 정하고, 이 영향도의 차이를 고려하여, 효과적인 분쇄 및 배합 방법을 더욱 검토하였다.

구체적으로는, 하기에 설명하는 바와 같이, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 다른 조건에 대해, 사이즈 구분이 다른 이너트 조직을 함유하는 배합탄을 조제하였다. 이들 배합탄을 건류한 후, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅를 측정하고, 이너트 조직의 사이즈 구분이 코크스의 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅에 미치는 영향에 대해 검토하였다.

No.1:0.1㎜ 이상 0.3㎜ 미만, No.2:0.3㎜ 이상 0.6㎜ 미만, No.3:0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만, No.4:1.5㎜ 이상 3.0㎜, No.5:3.0㎜ 이상 5.0㎜ 미만, No.6:5.0㎜ 이상 10.0㎜ 미만 및 No.7:10㎜ 이상 15㎜ 미만의 7구분의 입도 프랙션의 이너트 조직을 체질에 따라서 조정하였다. 이들 사이즈가 다른 이너트 조직을, 각각 단 품목의 석탄(이너트 조직을 거의 함유하지 않는 품목의 석탄)에 10％ 배합한 배합탄을 준비하였다. 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.05, 1.16 및 1.29의 3조건으로, 이들 7종류(No.1 내지 No.7의 이너트 조직의 사이즈 구분에 대응)의 배합탄을 건류로에서 건류하여 코크스를 제조하였다.

또한, 이하의 방법에 의해, 석탄 중의 이너트 조직의 사이즈(최대 길이) 및 사이즈 구분마다의 이너트 조직의 체적률을 측정하였다.

석탄 중의 이너트 조직의 사이즈(최대 길이) 및 사이즈 구분마다의 이너트 조직의 체적률은, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2004-339503호 공보에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.

즉, 얻어진 코크스의 절단면에 수지를 매립하고, 그 절단면을 현미경으로 사진 촬영한 후, 사진 중의 이너트 조직에 마킹을 실시한다. 화상 해석 소프트를 사용하여, 이 사진으로부터, 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)와, 그 면적률(면적％)을 측정한다. 이들 측정값으로부터, 이너트 조직의 사이즈 구분마다, 이너트 조직의 체적률(vol.％)을 구할 수 있다.

도 3에 7종류의 배합탄(No.1 내지 No.7) 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈 분포를 도시한다. 또한, 도 3의 횡축에 도시하는 이너트 조직의 사이즈는 상기 방법으로 측정된 이너트 조직의 최대 길이(㎜)이다. 종축에는, 사이즈 구분마다 측정된 이너트 조직의 체적률(vol.％)을 나타낸다.

도 4a 내지 도 4c에, 상기 7종류의 배합탄(No.1 내지 No.7)의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가, 1.05, 1.16 및 1.29의 3조건에서, 배합탄(No.1 내지 No.7)을 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6을 나타낸다. 마찬가지로, 도 5a 내지 도 5c에, 얻어진 코크스의 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}를 도시한다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, Sv×Bd가 1.0 미만인 경우에는, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅가 저하되고, 본 발명에 있어서 목표로 하는 코크스 강도(86.5 이상의 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅)를 달성할 수 없다. 그로 인해, 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)의 조건을 1.0 이상으로 하였다.

여기서, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 JIS K 2151에서 규정된 드럼 시험기에 의한 150회전 시험 후의 6㎜ 체하의 비율(분율)(－)을 나타내고, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 JIS K 2151에서 규정된 드럼 시험기에 의한 150회전 시험 후의 6㎜ 체상(篩上), 또한 15㎜ 체하(篩下)의 비율(분율)(－)을 나타낸다.

통상의 코크스 강도의 관리 지표로서 사용되는 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅와, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6과, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}의 관계는 하기 수학식 2로 나타낼 수 있다.

[수학식 2]

코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 파괴 단위가 작으므로, 석탄 입자 사이의 국소적인 접착 불량부, 미소 사이즈의 기공 및 이너트 조직에 기인한 미소 결함에 의해 발생한 분체의 분율로 된다. 또한, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 DI¹⁵⁰ _－6에 비해 파괴 단위가 크기 때문에, 연결 기공 등의 조대 사이즈의 기공 및 조대 사이즈의 이너트 조직에 기인하는 조대 결함에 의해 발생한 분체의 분율로 된다.

도 4a로부터, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 1.05일 때, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 0.6㎜ 미만인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가, 0.6㎜ 미만인 No.1 내지 No.2의 배합탄)에는, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 약 13.0으로 낮다. 또한, 이 경우에는 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향은 작다.

또한, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 0.6㎜ 이상, 5.0㎜ 미만인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 0.6㎜ 이상 5.0㎜ 미만인 No.3 내지 No.5의 배합탄)에는 이너트 조직의 사이즈의 증가와 함께, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6이 증가한다.

또한, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 5㎜ 이상으로 되면(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 5.0㎜ 이상 15㎜ 미만인 No.6 내지 No.7의 배합탄), 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 약 16.2(－)로 일정해진다.

도 4b로부터, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 1.16일 때, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 1.5㎜ 미만인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 1.5㎜ 미만인 No.1 내지 No.3의 배합탄)에는 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 약 12.2로 낮다. 또한, 이 경우에는 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향은 작은 것으로 추정된다.

또한, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 1.5㎜ 이상, 10㎜ 미만인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 1.5㎜ 이상 10㎜ 미만인 No.4 내지 No.6의 배합탄)에는 이너트 조직의 길이 사이즈의 증가와 함께, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6이 증가한다.

또한, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 10㎜ 이상으로 되면(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 10㎜ 이상 15㎜ 미만인 No.7의 배합탄), 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 약 14.2(－)로 일정해진다.

도 4c로부터, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 1.29일 때, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 3.0㎜ 미만인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 3.0㎜ 미만인 No.1 내지 No.4의 배합탄)에는 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 약 11.7로 낮다. 또한, 이 경우에는 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향은 작은 것으로 추정된다.

또한, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 3㎜ 이상으로 되면(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 3.0㎜ 이상 15㎜ 미만인 No.5 내지 No.7의 배합탄), 이너트 조직의 사이즈의 증가와 함께, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6이 증가한다.

또한, 본 발명자들의 다른 실험 결과로부터, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 15㎜ 이상인 경우에는, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 약 13.2였다. 즉, 이 경우에도 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 No.7의 배합탄을 사용한 경우와 대략 동일하고, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 10㎜ 이상으로 되면 일정해지는 것이 확인되었다.

이상, 도 4a 내지 도 4c로부터, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)의 상승에 수반하여, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 영향을 미치는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가, 조립측으로 시프트된다. 또한, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 높은 경우에는, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 낮은 경우에 비해, 이너트 조직의 사이즈에 대한 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6의 증가율이 적은 것을 알 수 있다.

이 이유는, 이하와 같이 생각된다.

코크스가 파괴되는 경우의 이너트 조직 주변에서 발생하는 크랙(균열)의 사이즈는 이너트 조직의 사이즈에 비례한다. 코크스와 같은 취성체의 강도에 관하여, 길이 2c의 크랙이 존재하는 경우의 평면 인장 응력 상태에 있어서의 파괴 인성값 K는 하기 수학식 3(그리피스의 파괴 조건식)에 의해 나타난다.

[수학식 3]

K〔㎩ㆍm^1/2〕는 파괴 인성값, σ〔㎩〕는 인장 응력, c〔m〕는 크랙 반장(크랙 사이즈)이다.

상기 수학식 3에 의해, 크랙이 진전을 개시하는 크랙 사이즈 c의 임계값을 예측할 수 있다. 즉, 우변의 σ√(πc)가, 좌변의 K의 값에 도달했을 때, 크랙은 진전된다.

석탄 입자 사이의 접착성이 향상되므로, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)의 상승에 수반하여, 상기 수학식 3의 좌변에 있어서의 이너트 조직 주위의 기질부의 파괴 인성값 K가 상승한다고 생각된다.

이로 인해, 상기 수학식 3의 우변에 있어서의 크랙이 진전을 개시하는 크랙 사이즈 c의 값이 커진다. 따라서, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 큰 경우에는, 큰 사이즈의 이너트 조직으로부터 발생한 크랙이라도 크랙이 진전되기 어려워진다고 생각된다.

이들의 지식으로부터, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6은 0.6㎜ 이상의 사이즈(최대 길이)의 이너트 조직에 영향을 받고, 이너트 조직의 사이즈 구분에 의해 변화된다. 그로 인해, 0.6㎜ 이상의 이너트 조직에 대해, 이너트 조직의 사이즈 구분마다 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6으로의 영향도 A_i(－/vol.％)를 규정한다. 도 4a 내지 도 4c에 도시하는 조건에서는, 이너트 조직의 사이즈 구분을, 0.6㎜ 이상 15㎜ 미만의 사이에서, 5개의 사이즈 구분(예를 들어, 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만, 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만, 3㎜ 이상 5㎜ 미만, 5㎜ 이상 10㎜ 미만, 10㎜ 이상)으로 나누고, 이너트 조직의 사이즈 구분마다 영향도 A_i를 정할 필요가 있다.

상기에서는 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 5개의 사이즈 구분으로 구분하였지만, 사이즈 구분은 5개로 한정할 필요는 없다. 이너트 조직의 최대 길이에 따라서, 이너트 조직의 사이즈 구분의 간격을 적절하게 정하고, 적절한 수(i＝1~m [자연수])의 사이즈 구분수 m으로 구분하면 좋다. 즉, 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하면 좋다.

한편, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 어떤 조건에 있어서도, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가, 5.0㎜ 미만인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 5.0㎜ 미만인 No.1 내지 No.5의 배합탄)에는 약 1.3(－)으로 낮다. 또한, 이 경우에는 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향은 작다.

또한, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 5㎜ 이상인 경우(체질에 의한 이너트 조직의 사이즈가 5.0㎜ 이상인 No.6 내지 No.7의 배합탄)에는 이너트 조직의 사이즈의 증가와 함께, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}가 증가한다.

또한, 본 발명자들의 다른 실험 결과로부터, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 15㎜ 이상인 경우에는, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 약 2.2였다. 즉, 이 경우에도, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 No.7의 배합탄을 사용한 경우와 대략 동일하고, 배합탄 중에 존재하는 이너트 조직의 사이즈가 10㎜ 이상으로 되면 일정해지는 것이 확인되었다.

도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 이너트 조직의 사이즈에 대한 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}의 증가율은 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)에 의해 변화되지 않는다. 이 이유는, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 영향을 미치는 사이즈가 큰 크랙(균열)은 이너트 조직 주위의 기질부의 파괴 인성값 K의 값에 상관없이, 진전되기 때문이다.

이들 지식으로부터, 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 5.0㎜ 이상의 사이즈(최대 길이)의 이너트 조직에 영향을 받고, 이너트 조직의 사이즈 구분에 의해 변화된다. 그로 인해, A_i와 마찬가지로, 0.6㎜ 이상의 이너트 조직에 대해, 이너트 조직의 사이즈 구분마다 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}로의 영향도 B_i(－/vol.％)를 정한다. 도 5a 내지 도 5c에 도시하는 조건에서는, 예를 들어 영향도 B_i가 작아지는 0.6㎜ 이상 5㎜ 미만의 이너트 조직에는, 적어도 1개의 사이즈 구분(예를 들어, 0.6㎜ 이상 5㎜ 미만)을 설정하고, 영향도 B_i가 커지는 5㎜ 이상에서는, 적어도 2개의 사이즈 구분(예를 들어, 5㎜ 이상 10㎜ 미만, 10㎜ 이상)을 설정한다. 이 경우, 이너트 조직의 사이즈 구분을 합계 3개의 사이즈 구분으로 나누고, 사이즈 구분마다 영향도 B_i를 정할 필요가 있다.

또한, 영향도 A_i를 정하는 경우와 마찬가지로, 이너트 조직의 최대 길이에 따라서, 이너트 조직의 사이즈 구분의 간격을 적절하게 정하고, 적절한 수(i＝1~m [자연수])의 사이즈 구분수 m으로 구분하면 좋다. 즉, 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하면 좋다.

도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c의 결과를 근거로 하여, 도 6a 내지 도 6c에, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _6－15에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)를 정한 예를 나타낸다. 도 6a 내지 도 6c에 있어서의 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)는 각각, 1.05, 1.16 및 1.29이다. 또한, 도 6a 내지 도 6c에서는 석탄 중에 존재하는 0.6㎜ 이상의 조대 이너트 조직을 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만의 사이즈 구분 1(i＝1), 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만의 사이즈 구분 2(i＝2), 3㎜ 이상 5㎜ 미만의 사이즈 구분 3(i＝3), 5㎜ 이상 10㎜ 미만의 사이즈 구분 4(i＝4) 및 10㎜ 이상의 사이즈 구분 5(i＝5)로 구분하고 있다. 이들 5개의 사이즈 구분 i마다, 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6 및 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}를 측정하고, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)를 정하고 있다.

본 발명에 있어서, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)는 사이즈 구분 i에 존재하는 이너트 조직의 체적률 1％당의 값이다. 이들 영향도 A_i및 B_i는 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)의 조건에 의해 변화된다. 그로 인해, 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i(i＝1~m [자연수])에 대해, 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 상기 사이즈 구분 i의 이너트 조직을 함유하는 석탄을 건류하여 얻은 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 기초하여, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％)를 미리 정해 둔다.

구체적으로, 사이즈 구분 i(＝1~m)의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i(＝1~m)의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)는, 하기 수학식 4 및 수학식 5에 나타내는 최소 제곱법에 의한 회귀분석에 의해 구할 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 5]

여기서, Ib_{i , j}는 사이즈 구분 i(＝1~m)의 이너트 조직의 함유량(vol.％)이다.

j는 배합탄을 구성하는 원료탄의 품목이다. DI¹⁵⁰ _－6 및 DI¹⁵⁰ _{6 －15}는 각각 코크스 표면 파괴 강도 및 코크스 체적 파괴 강도이다. 상기 수학식 4 및 수학식 5 중의 DI¹⁵⁰ _－6 및 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에는 모두 사이즈 구분 i(＝1~m)를 만족시키도록 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을 분쇄하여 배합한 배합탄을 사용하여 제조한 코크스의 파괴 강도를 측정하여 얻어진 값을 사용한다.

DI¹⁵⁰ _－6(ref) 및 DI¹⁵⁰ _{6 －15}(ref)는 각각 조대 이너트 조직의 영향이 없는 경우의 코크스 표면 파괴 강도 및 조대 이너트 조직의 영향이 없는 경우의 코크스 체적 파괴 강도이다. 상기 수학식 4 및 수학식 5 중의 DI¹⁵⁰ _－6(ref) 및 DI¹⁵⁰ _{6 －15}(ref)에는 모두 조대 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 강도 및 코크스 체적 파괴 강도에 영향을 미치지 않도록 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)가 0.6㎜ 미만으로 되도록 분쇄하고 배합한 배합탄을 사용하여 제조한 코크스의 파괴 강도를 측정하여 얻어진 값을 사용한다.

사이즈 구분수 m이 5인 경우(m＝5)는 하기 수학식 4' 및 수학식 5'에 나타내는 최소 제곱법에 의한 회귀분석에 의해 구할 수 있다.

[수학식 4']

[수학식 5']

여기서, Ib_{i , j}는, 예를 들어 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만의 사이즈 구분 1(i＝1), 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만의 사이즈 구분 2(i＝2), 3㎜ 이상 5㎜ 미만의 사이즈 구분 3(i＝3), 5㎜ 이상 10㎜ 미만의 사이즈 구분 4(i＝4) 및 10㎜ 이상의 사이즈 구분 5(i＝5)와 같은 사이즈 구분 i(＝1 내지 5)의 이너트 조직의 함유량(vol.％)이다.

예를 들어, 사이즈 구분수 m이 5이고 또한 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)가 1.16인 경우, DI¹⁵⁰ _－6(ref) 및 DI¹⁵⁰ _{6 －15}(ref)는, 도 4b 및 도 5b에 도시한 바와 같이 각각, 12.2(No.1 내지 No.3의 배합탄의 DI¹⁵⁰ _－6) 및 1.3(No.1 내지 No.4의 배합탄의 DI¹⁵⁰ _{6 －15})으로 된다.

또한, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _6－15에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)는 각각, 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％) 사이에 가성성이 성립되는 것이 확인되어 있다.

또한, 영향도 A_i(－/vol.％) 및 영향도 B_i(－/vol.％)는 석탄의 품목 j(＝1~n [자연수])의 차이에 의해 받는 영향은 작고, 석탄의 품목 j에 의하지 않고 일정한 것이 확인되어 있다.

따라서, 품목 j의 원료탄의 분쇄 입도 변화에 수반하는 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6의 변화량 ΔDI¹⁵⁰ _－6 및 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}의 변화량 ΔDI¹⁵⁰ _{6 －15}는 품목 j의 원료탄의 분쇄 입도 변화에 수반하는 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 변화 ΔIb_{i , j}(vol.％)의 측정값, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)를 기초로 하여, 하기 수학식 6 및 수학식 7에 의해 구할 수 있다.

[수학식 6]

[수학식 7]

또한, 상기 수학식 2를 사용하여, 품목 j(＝1~n)의 원료탄을 소정 조건으로 분쇄했을 때의 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅는 하기 수학식 8로 나타낼 수 있다.

[수학식 8]

상기 수학식 8은 품목 j(＝1~n)의 원료탄의 분쇄 입도를 변화시켰을 때의, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅의 변화를 나타내고 있다. 그로 인해, 상기 수학식 8은 영향도 A_i 및/또는 영향도 B_i가 큰 사이즈 구분 i에 상당하는 이너트 조직의 함유량(vol.％)이 적어지도록 원료탄을 분쇄하면, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅를 효과적으로 높일 수 있는 것을 시사하고 있다.

본 발명의 기본적인 기술 사상은 이하의 방법에 의해, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄의 부피 밀도의 저하를 초래하지 않고, 극히 높은 강도를 갖는 코크스를 제조한다. 즉, 복수 품목의 원료탄을 품목마다 분쇄 및 배합하고, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅가 소정값[목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)] 이상이 되도록 배합탄을 형성한 후, 상기 배합탄을 코크스로에 장입하고, 건류하여 고로용 코크스를 제조하는 방법이다. 이 방법에 있어서, 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd로부터 구해지는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)의 조건에 따라서 건류한 코크스에 대해, 코크스 강도의 저하를 초래하는 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을 사이즈(최대 길이)로 구분한다. 그 사이즈 구분마다의 이너트 조직이 코크스 강도에 미치는 영향도(영향도 A_i 및 영향도 B_i)를 고려하여, 원료탄을 효과적으로 분쇄한다.

이로 인해, 본 발명에서는 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅의 기준값 DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)는 모든 품목에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％(통상의 코크스 조업에서의 관리 기준 입도)로 되도록 각각의 원료탄을 분쇄하여 배합한 배합탄의 코크스 강도(－)로 한다. 또한, 원료탄의 입경에는 체 직경을 사용하고 있다.

또한, 원료탄 중에 존재하는 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량 5 내지 7vol.％를 경계값으로 하여, 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄을 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 경계값 이상인 고이너트 함유탄과, 상기 이너트 조직의 함유량이 경계값 미만인 저이너트 함유탄의 2종류로 구분한다. 또한, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록, 저이너트 함유탄으로 구분되는 품목 j'의 원료탄을 분쇄한다. 또한, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 저이너트 함유탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율보다 커지도록, 고이너트 함유탄으로 구분되는 품목 j"의 원료탄을 분쇄한다.

기준값 DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)를 구하는 원료탄의 분쇄 조건에 대해, 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 모두에 대해, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70％ 이상으로 되도록 결정한 이유는 하기와 같다.

도 7 및 도 8에 고이너트 함유탄(A탄) 및 저이너트 함유탄(B탄)의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율(질량％)과, 각 사이즈 이상의 이너트 조직의 누적 체적 비율(vol.％)의 관계를 나타낸다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 3㎜ 이하의 누적 비율이 70％ 미만으로 되면, 고이너트 함유탄(A탄) 뿐만 아니라, 저이너트 함유탄(B탄)에 있어서도, 10㎜ 이상 및 5㎜ 이상의 매우 조대한 이너트 조직의 누적 체적 비율이, 현저하게 상승한다.

이들 조대한 이너트 조직은 입자 계면으로부터의 균열을 유발하여, 코크스의 파괴 강도를 현저하게 저하시킨다. 그로 인해, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅의 기준값 DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)를 구하는 원료탄의 분쇄 조건에서는, 모든 품목의 원료탄을 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70％ 이상으로 되도록 분쇄한다.

기준값 DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)를 구하는 원료탄의 분쇄 조건에 대해, 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 모두에 대해, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 85％ 이하로 되도록 결정한 이유는 하기와 같다.

배합탄의 입도가 지나치게 작으면, 배합탄을 코크스로에 장입했을 때의 부피 밀도가 저하되어, 석탄 입자 사이의 공극이 커진다. 그로 인해, 석탄의 연화 및 팽창 시에, 석탄 입자 사이의 접착이 불충분해져, 코크스 강도가 저하된다. 따라서, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅의 기준값 DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)를 구하는 원료탄의 분쇄 조건에서는, 모든 품목의 원료탄을 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 85％ 이하로 되도록 분쇄한다.

한편, 고이너트 함유탄과 저이너트 함유탄을 구분하는 경계값을, 이너트 조직의 함유량에 대해 5 내지 7vol.％의 범위 내로 설정하는 이유는 하기와 같다.

이 경계값을 5vol.％ 미만의 이너트 조직의 함유량으로 구분하면, 이너트 조직의 함유량이 비교적 적은 품목의 석탄도 강 분쇄의 대상이 된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 이너트 조직의 함유량이 적은 품목은 3㎜ 이하의 누적 비율이, 통상의 분쇄 입도(3㎜ 이하의 누적 비율에 대해 70 내지 85질량％)를 초과하도록 강분쇄해도, 이너트 조직의 누적 체적 비율의 저하량은 작다.

따라서, 석탄을 강분쇄해도, 코크스 강도는 향상되지 않고, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄의 부피 밀도의 저하만을 일으킨다.

또한, 경계값을 7vol.％를 초과하는 이너트 조직의 함유량으로 구분하면, 이너트 조직의 함유량이 비교적 많은 품목의 석탄이 강 분쇄의 대상으로 되지 않는다. 따라서, 원료탄 중에 많은 이너트 조직이 잔존하게 되므로, 코크스 강도를 충분히 높일 수 없다. 또한, 고이너트 함유탄과 저이너트 함유탄을 적절하게 구분하기 위해, 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 측정값에 기초하여, 조대 이너트 조직의 함유량의 경계값을 5 내지 7vol.％의 범위 내에서 적절하게 정하고 있다.

고이너트 함유탄으로 구분된 품목 j"의 원료탄은 저이너트 함유탄에 비해, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 많아지도록 분쇄한다. 즉, 저이너트 함유탄에 비해, 높은 분쇄력으로 고이너트 함유탄을 분쇄한다.

이때, 고이너트 함유탄으로 구분된 품목 j"의 원료탄에 존재하는 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i에 기초하여, 영향도가 큰 사이즈 구분 i에 상당하는 이너트 조직의 함유량(vol.％)이 중점적으로 적어지도록 원료탄을 분쇄한다.

이와 같이, 조대 이너트 조직의 함유량이 경계값 이상인 고이너트 함유탄과, 조대 이너트 조직의 함유량이 경계값 미만인 저이너트 함유탄의 2종류로 배합탄을 구성하는 품목 1부터 품목 n(자연수)까지의 모든 품목의 원료탄을 구분하여, 구분된 원료탄의 분쇄 조건에 따라서 원료탄을 분쇄한다. 이 방법에 의해, 입경 0.3㎜ 이하인 미분탄의 증가 및 배합탄의 부피 밀도의 저하를 초래하지 않고, 극히 높은 강도를 갖는 코크스를 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명에서는 고이너트 함유탄과 저이너트 함유탄에 상당하는 품목 j의 원료탄을, 각각의 분쇄 입도로 되도록 분쇄하고, 배합할 때, 하기 수학식 1x, 또는 수학식 1y를 만족시키도록 배합탄을 구성하는 분쇄 후의 품목 1부터 품목 n(자연수)까지의 모든 품목 j의 원료탄을 배합한다. 이 점도, 본 발명의 특징이다.

[수학식 1x]

[수학식 1y]

단,

DI¹⁵⁰ ₁₅(target), DI¹⁵⁰ _－6(target):목표로 하는 코크스 강도(－)

DI¹⁵⁰ ₁₅(ref), DI¹⁵⁰ _－6(ref):모든 품목에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 원료탄의 입도를 조정하여 배합한 배합탄의 코크스 강도(－)

i(＝1~m [자연수]):이너트 조직의 사이즈 구분(사이즈 구분의 사이즈는 최대 길이(㎜)로 측정되어 있음]

j(＝1~n [자연수]):배합탄을 구성하는 원료탄의 품목

A_i:석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 배합탄을 건류하여 얻은 코크스에 대해 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도(－/vol.％)

B_i:석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 배합탄을 건류하여 얻은 코크스에 대해 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도(－/vol.％)

Ib_{i , j}:입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정하여 측정한 품목 j의 원료탄 중에 있어서의 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량(vol.％)

Ia_{i , j}:입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 저이너트 함유탄을 분쇄하고, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 저이너트 함유탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율보다 커지도록 고이너트 함유탄을 분쇄한 후의, 품목 j의 원료탄 중에 있어서의 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량(vol.％)

X_j:배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 배합 비율(질량％)

또한, 3㎜ 이하의 이너트 조직은 함유량 Ib_{i , j}가 많다. 그로 인해, 이너트 조직의 영향도 A_i가 작은 경우라도, 3㎜ 이하의 이너트 조직을 2개 이상의 사이즈 구분으로 구분하는 것이 바람직하다. 또한, 3㎜ 이상의 이너트 조직은 영향도 A_i 및 영향도 B_i가 크다. 그로 인해, 함유량 Ib_{i , j}가 적은 경우라도, 3㎜ 이상의 이너트 조직을 2개 이상의 사이즈 구분으로 구분하는 것이 바람직하다.

특히, 효율면을 고려하여, 이너트 조직의 사이즈 구분 i(＝1~m [자연수])는, 사이즈 구분수 m을 5로 하고, 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만의 사이즈 구분 1, 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만의 사이즈 구분 2, 3㎜ 이상 5㎜ 미만의 사이즈 구분 3, 5㎜ 이상 10㎜ 미만의 사이즈 구분 4 및 10㎜ 이상의 사이즈 구분 5로 되도록 구분하는 것이 바람직하다.

우선, 상기 수학식 1y에 대해 설명한다. 상기 수학식 1y는 상기 수학식 8을 배합 비율 X_j(질량％)로 배합하는 품목 j의 원료탄의 코크스 강도 변화량을 모든 품목에 대해 서로 보충하도록 하여 도출된다. 또한, 상기 수학식 1y는 코크스 강도(DI¹⁵⁰ ₁₅)를 코크스 강도의 기준값[DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)]으로부터 코크스 강도의 목표값[DI¹⁵⁰ ₁₅(target)]까지 향상시키기 위한 분쇄 조건을 결정한다. 즉, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정하여 측정한 품목 j의 원료탄 중에 있어서의 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}에 대해, 분쇄 후의 품목 j의 원료탄 중에 있어서의 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}를, 어느 정도 변화시키면 좋을지를 결정한다.

또한, 함유량의 기준값을 설정하기 위해, 미리 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정한 품목 1부터 품목 n까지의 모든 품목 j(＝1~n [자연수])의 원료탄에 대해, 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％) 및 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 측정하고 있다. 또한, 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}(vol.％)를 측정하고 있다.

또한, 품목 j의 원료탄이 각각, 소정의 배합 비율 X_j(질량％)로 배합된 배합탄에 있어서는, 상기 수학식 1y로 나타낸 바와 같이, 품목 j의 원료탄의 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 품목 j의 원료탄의 배합 비율 X_j와의 사이에 가성성이 성립되는 것이 알려져 있다.

또한, 상기 수학식 1y에 있어서, 코크스 강도의 목표값[DI¹⁵⁰ ₁₅(target)]은 코크스로의 생산성과 고로용 코크스의 품질의 요구에 따라서 설정된다. 또한, 전술한 바와 같이, 코크스 강도의 기준값[DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)]은 모든 품목에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 각각의 원료탄을 분쇄하여 배합한 배합탄의 코크스 강도(－)로 한다.

본 발명에서는 코크스 강도의 목표값[DI¹⁵⁰ ₁₅(target)]은 특별히 한정되지 않는다. 본 발명은, 예를 들어 코크스 강도의 목표값[DI¹⁵⁰ ₁₅(target)]을 86 이상, 또한 87 이상으로 하는 경우에 있어서, 이너트 조직을 함유하는 석탄의 강 분쇄에 수반하는 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄 전체의 부피 밀도의 저하를 억제하여, 안정적이고 또한 효과적으로 코크스 강도를 높일 수 있다.

다음에, 상기 수학식 1x에 대해 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)는 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％)에 비해 작으므로, 상기 영향도 B_i(－/vol.％)를, 근사적으로 0으로 할 수 있다.

상기 수학식 1x는 영향도 B_i가 작으므로, 상기 수학식 1y에 있어서, Σ_{i＝1~ m}B_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})를 0으로 하였다. 또한, 코크스의 체적 파괴의 영향을 무시할 수 있으므로, 코크스 강도의 목표값 및 기준값을 각각, DI¹⁵⁰ _－6(target), DI¹⁵⁰ _－6(ref)으로 하였다.

(실시예)

실기 코크스로를 시뮬레이트할 수 있는 시험용 코크스로를 사용하고, 표 1에 나타내는 2품목의 석탄(A탄, B탄)을 사용하여, 석탄의 건류 시험 및 코크스의 평가 시험을 실시하였다.

석탄의 부피 밀도 Bd는 ASTM D－291－86에 기재되어 있는 방법으로 측정하고, 측정된 부피 밀도로 조정하여, 석탄을 코크스로에 장입하였다.

또한, 석탄의 전체 팽창률 TD 및 석탄의 연화 시의 비용적 Sv는 JIS M 8801의 딜라토미터에 의한 팽창성 시험 장치에 의해 측정하였다. 또한, 석탄의 전체 팽창률 TD(％)와, 석탄 연화 시의 비용적 Sv(㎤/g)는 딜라토미터로의 석탄 장입량w(g)을 사용하여, 하기 수학식 9의 관계에 있다.

[수학식 9]

석탄의 평균 반사율 R₀은 JIS M 8816의 석탄의 미세 조직 성분 및 반사율 측정 방법에 기재된 방법으로 측정되는 비트리니트의 평균 최대 반사율의 가중 평균으로 하였다.

최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％) TI는 이하의 방법으로 측정하였다. 즉, 측정 대상인 석탄을 건류하여 얻어진 코크스의 절단면에 수지를 매립하여, 그 절단면을 연마한 후, 현미경으로 사진 촬영하였다. 그 절단면의 사진 중 이너트 조직에 마킹을 실시하고, 화상 해석 소프트를 사용하여 이너트 조직의 사이즈(최대 길이)와 그 면적률(면적％)을 측정하였다. 이들 측정값으로부터, 이너트 조직의 사이즈 구분마다 이너트 조직의 체적률(vol.％)을 구하였다. 이들 체적률(vol.％)로부터, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 누적 비율(함유량) TI를 계산하였다(예를 들어, 특허 문헌 3, 참조).

우선, 표 1에 나타내는 A탄 및 B탄을 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 83질량％로 되도록 분쇄하였다. 또한, 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만의 사이즈 구분 1, 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만의 사이즈 구분 2, 3㎜ 이상 5㎜ 미만의 사이즈 구분 3, 5㎜ 이상 10㎜ 미만의 사이즈 구분 4, 10㎜ 이상의 사이즈 구분 5로 되도록 이너트 조직을 사이즈(최대 길이)에 따라서 구분하였다. 이들 사이즈 구분에 속하는 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 A탄 및 B탄의 각각에 대해 측정하는 동시에, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)을 계산하였다. 그 결과를, 표 2에 나타낸다.

다음에, 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 83질량％로 되도록 분쇄된 표 2에 나타내는 A탄 및 B탄을 표 3 및 표 5에 나타내는 배합률(A탄:B탄＝50:50 및 A탄:B탄＝65:30)로 배합하였다. 또한, 표 4 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 배합탄에 수분을 5％ 또는 2％ 첨가하고, 석탄의 부피 밀도 Bd를 0.75t/㎥ 또는 0.83t/㎥로 조정하여 코크스로에 장입하고, 건류하여 코크스를 제조하였다.

표 4 및 표 6에 나타내는 배합탄의 연화 시의 비용적 Sv는, 이너트 팩터 IF, 표 2에 나타내는 A탄 및 B탄의 연화 시의 비용적 Sv_A 및 Sv_B 및 A탄 및 B탄의 배합률 X_A(－) 및 X_B(－)로부터, 하기 수학식 10을 사용하여 구하였다.

여기서, 이너트 팩터 IF(－)는 배합탄 중에 포함되는 재고화 온도가 470℃ 미만인 저석탄화도탄(표 1 중 B탄에 상당)에 의한 배합탄의 팽창성 억제 효과 지수이다. 이 지표는 일본 특허 출원 공개 제2005-194358 공보에 개시되어 있는 바와 같이 저석탄화도탄의 배합률 X_L(－)을 사용하여, 하기 수학식 11로 정의된다.

[수학식 10]

[수학식 11]

또한, 저석탄화도탄은 재고화 온도가 470℃ 미만인 석탄으로, 표 1에서는 B탄에 상당한다. 즉, 본 실시예 및 비교예에서는 상기 수학식 11에 있어서, 이너트 팩터 IF는 저석탄화도탄의 배합률 X_L을 B탄의 배합률 X_B로 치환함으로써 계산된다.

배합탄을 분쇄할 때의 지표로 하기 위해, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)는 표 4 및 표 6에 나타내는 석탄 연화 시의 공극 충전도(Sv×Bd)의 조건으로 건류하여 얻어진 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6 및 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 기초하여, 미리, 표 7 및 표 8에 나타낸 바와 같이 결정하였다.

예를 들어, 표 4의 실시예 1에 있어서, 배합탄의 연화 시의 비용적 Sv는 1.40(㎤/g), 배합탄의 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd는 1.05(－)였다. 또한, 코크스 강도의 기준값 DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)는 85.8이었다.

실시예 1 내지 실시예 5에서는, 코크스 강도의 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅를 표 3 및 표 4에 나타낸 바와 같이 설정하고, 고이너트 함유탄과 저이너트 함유탄을 구분하기 위한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 경계값을 6％로 설정하였다. 그로 인해, 표 2에 나타낸 바와 같이, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)이 6％보다 큰 A탄은 고이너트 함유탄으로 구분된다. 마찬가지로, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)이 6％보다 작은 B탄은 저이너트 함유탄으로 구분된다.

실시예 1 내지 실시예 5에서는, 표 3 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 입경 3㎜ 이하의 입자를 73％, 또는 70％ 함유하도록 B탄을 분쇄하였다. 마찬가지로, 표 3 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 입도 3㎜ 이하의 입자를 93％, 또는 90％ 함유하도록 A탄을 분쇄하였다. 또한, 사이즈 구분 1 내지 5의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 1 내지 5의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)에 기초하여, 상기 수학식 1y를 만족시키도록 A탄과 B탄을 배합하였다.

실시예 1 내지 실시예 5에서는, 본 발명에 따라서 배합탄을 분쇄하여 배합하였으므로, 발진의 원인이 되는 0.3㎜ 이하의 미분의 함유량을 배합탄 중에 증가시키지 않고, 또한 코크스로 장입 시의 부피 밀도도 저하시키지 않고, 86.5 이상의 코크스 강도의 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)를 달성할 수 있었다.

비교예 1에서는 코크스 강도의 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)를 실시예 2와 마찬가지로 86.5로 하고, 분쇄에 의해 개선하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 0.7로 설정하였다. 고이너트 함유탄과 저이너트 함유탄을 구분하기 위한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 경계값을 3％로 설정하였다. 이 경계값은 본 발명의 경계값(5 내지 7vol.％)보다도 낮다.

또한, 특허 문헌 3의 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직이 DI¹⁵⁰ ₁₅에 미치는 영향도를 0.15(－/vol.％)로 설정하였다. 특허 문헌 3에 따라서, 목표로 하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 얻기 위해, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량의 기준값 Z'(목표로 하는 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량)를 1.80(vol.％)으로 하였다. ΔDI¹⁵⁰ ₁₅는 0.15×(6.44－1.80)＝0.70으로 예상하였다(6.44는 표 2에 나타내는 A탄의 데이터와 B탄의 데이터의 가중 평균). 실제로는, 입도 3㎜ 이하의 입자를 95질량％ 및 90질량％ 함유하도록 A탄 및 B탄을 각각 분쇄하고, 또한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)이, 기준값의 1.80％ 이하(배합탄은 1.74％, A탄은 1.56％, B탄은 1.93％)로 되도록 분쇄하였다.

그 결과, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량(vol.％)이 30.0％로 증가하였다. 또한, 코크스 장입 시의 부피 밀도 Bd는 0.70t/㎥로 저하되고, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 86.2로, 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)의 86.5에 도달하지 않았다.

비교예 2에서는 특허 문헌 1에 개시되어 있는 석탄의 분류 방법을 사용하여, 저이너트 함유탄에 상당하는 A탄(TI<35％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 73질량％ 포함되도록 분쇄하고, 비미점탄에 상당하는 B탄(R₀≤0.9％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 93질량％ 포함되도록 분쇄하였다.

그 결과, 코크스로 장입 시의 배합탄의 부피 밀도 Bd는 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 0.75t/㎥로 되고, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량의 증가도 없었다. 그러나, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 85.8로 되어, 실시예 1 및 실시예 2의 코크스 강도보다 낮아졌다.

비교예 3에서는 코크스 강도의 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)를, 실시예 3과 마찬가지로 87.0으로 하고, 분쇄에 의해 개선하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 0.5로 설정하였다. 고이너트 함유탄과 저이너트 함유탄을 구분하기 위한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 경계값을 3％로 설정하였다. 이 경계값은 본 발명의 경계값(5 내지 7vol.％)보다도 낮다.

또한, 특허 문헌 3의 도 2에 개시되어 있는 바와 같이, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직이 DI¹⁵⁰ ₁₅에 미치는 영향도를 0.15(－/vol.％)로 설정하였다. 특허 문헌 3에 따라서, 목표로 하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 얻기 위해, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량의 기준값 Z'(목표로 하는 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량)를 3.10(vol.％)으로 하였다. ΔDI¹⁵⁰ ₁₅는 0.15×(6.44－3.10)＝0.50으로 예상하였다(6.44는 표 2에 나타내는 A탄의 데이터와 B탄의 데이터의 가중 평균). 실제로는, 입도 3㎜ 이하의 입자를 94질량％ 및 84질량％ 함유하도록 A탄 및 B탄을 각각 분쇄하고, 또한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)이, 기준값의 3.10％ 이하(배합탄은 2.84％, A탄은 2.69％, B탄은 2.99％)로 되도록 분쇄하였다.

그 결과, 비교예 3에서는 실시예 3에 비교하여, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량이 증가하고, 코크스로 장입 시의 부피 밀도 Bd도 저하되었다. 그로 인해, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)인 87.0에 도달하지 않고, 실시예 3의 코크스 강도보다 저하되었다.

비교예 4에서는 특허 문헌 1에 개시되어 있는 석탄의 분류 방법을 사용하여, 저이너트 함유탄에 상당하는 A탄(TI<35％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 73질량％ 포함되도록 분쇄하고, 비미점탄에 상당하는 B탄(R₀≤0.9％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 93질량％ 포함되도록 분쇄하였다.

그 결과, 코크스로 장입 시의 배합탄의 부피 밀도 Bd는 실시예 3과 마찬가지로 0.83t/㎥로 되고, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량의 증가도 없었다. 그러나, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 86.4로 되고, 실시예 3의 코크스 강도보다 낮아졌다.

비교예 5에서는 코크스 강도의 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)를, 실시예 4와 마찬가지로 86.8로 하고, 분쇄에 의해 개선하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 0.3으로 설정하였다.

또한, 특허 문헌 3의 도 2에 개시되어 있는 바와 같이, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직이 DI¹⁵⁰ ₁₅에 미치는 영향도를 0.15(－/vol.％)로 설정하였다. 특허 문헌 3에 따라서, 목표로 하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 얻기 위해, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량의 기준값 Z'(목표로 하는 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량)를 5.41(vol.％)로 하였다. ΔDI¹⁵⁰ ₁₅는 0.15×(7.41－5.41)＝0.50으로 예상하였다(7.41은 표 2에 나타내는 A탄의 데이터와 B탄의 데이터의 가중 평균). 실제로는, 입도 3㎜ 이하의 입자를 91질량％ 및 83질량％ 함유하도록 A탄 및 B탄을 각각 분쇄하고, 또한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)이, 기준값의 5.41％ 이하(배합탄은 5.31％, A탄은 6.45％, B탄은 3.20％)로 되도록 분쇄하였다.

그 결과, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량(vol.％)이 26.0％로 증가하였다. 또한, 코크스 장입 시의 부피 밀도 Bd는 0.73t/㎥로 저하되고, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 86.6으로, 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)의 86.8보다 낮아졌다.

비교예 6에서는 특허 문헌 1에 개시되어 있는 석탄의 분류 방법을 사용하여, 저이너트 함유탄에 상당하는 A탄(TI<35％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 78질량％ 포함되도록 분쇄하고, 비미점탄에 상당하는 B탄(R₀≤0.9％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 93질량％ 포함되도록 분쇄하였다.

그 결과, 코크스로 장입 시의 배합탄은 실시예 4와 마찬가지로, 부피 밀도 Bd가 0.75t/㎥로 되고, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량도 증가도 없었다. 그러나, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 86.5로 되어, 실시예 4의 코크스 강도보다 낮아졌다.

비교예 7에서는 코크스 강도의 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)를 실시예 5와 마찬가지로 87.2로 하고, 분쇄에 의해 개선하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 0.2로 설정하였다.

또한, 특허 문헌 3의 도 2에 개시되어 있는 바와 같이, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직이 DI¹⁵⁰ ₁₅에 미치는 영향도를 0.15(－/vol.％)로 설정하였다. 특허 문헌 3에 따라서, 목표로 하는 코크스 강도 변화량 ΔDI¹⁵⁰ ₁₅를 얻기 위해, 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량의 기준값 Z'(목표로 하는 최대 길이 1.5㎜ 이상의 이너트 조직의 함유량)를 6.07(vol.％)로 하였다. ΔDI¹⁵⁰ ₁₅는 0.15×(7.41－6.07)＝0.20으로 예상하였다(7.41은 표 2에 나타내는 A탄의 데이터와 B탄의 데이터의 가중 평균). 실제로는 입도 3㎜ 이하의 입자를 90질량％ 및 83질량％ 함유하도록 A탄 및 B탄을 각각 분쇄하고, 또한 최대 길이 1.5㎜ 이상의 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)이, 기준값의 6.07％ 이하(배합탄은 5.83％, A탄은 7.25％, B탄은 3.20％)로 되도록 분쇄하였다.

그 결과, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입도 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량(vol.％)이 26.0％로 증가하고, 또한 코크스 장입 시의 부피 밀도 Bd도 0.81t/㎥로 저하되었다. 그로 인해, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 목표값 DI¹⁵⁰ ₁₅(target)의 87.2에 도달하지 않았다.

비교예 8에서는 특허 문헌 1에 개시되어 있는 석탄의 분류 방법을 사용하여, 저이너트 함유탄에 상당하는 A탄(TI<35％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 78질량％ 포함되도록 분쇄하고, 비미점탄에 상당하는 B탄(R₀≤0.9％)을 입도 3㎜ 이하의 입자가 93질량％ 포함되도록 분쇄하였다.

그 결과, 코크스로 장입 시의 배합탄의 부피 밀도 Bd는 실시예 5와 마찬가지로 0.83t/㎥이고, 발진의 원인이 되는 배합탄 중의 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 함유량의 증가도 없었다. 그러나, 코크스 강도 DI¹⁵⁰ ₁₅는 86.9로 되어, 실시예 5의 코크스 강도보다 낮아졌다.

본 발명에 따르면, 효과적으로 석탄을 분쇄함으로써, 입경 0.3㎜ 이하의 미분탄의 증가 및 배합탄의 부피 밀도의 저하를 초래하지 않고, 극히 높은 강도를 갖는 코크스를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 저렴하고 저품위의 비미점결탄의 사용 비율을 높여도, 고강도이고 또한 균질인 코크스를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 코크스 제조 산업에 있어서, 이용 가능성이 높다.

Claims (5)

1. 복수 품목의 원료탄을 품목마다 분쇄하고, 배합한 배합탄을 코크스로에 장입하는 고로용 코크스의 제조 방법이며,
   (A) (A1) 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하고,
   (A2) 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i(＝1~m [자연수])에 대해, 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 상기 사이즈 구분 i의 이너트 조직을 함유하는 석탄을 건류하여 얻은 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 기초하여, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％)를 미리 정하고,
   (B) (B1) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정한 품목 1부터 품목 n까지의 모든 품목 j(＝1~n [자연수])의 원료탄에 대해, 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％) 및 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 측정하고,
   (B2) 상기 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 측정값에 기초하여, 상기 조대 이너트 조직의 함유량의 경계값을 5 내지 7vol.％의 범위 내에서 정하고,
   (C) (C1) 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 이상인 고이너트 함유탄과, 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 미만인 저이너트 함유탄의 2종류로 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 구분하고,
   (C2) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 상기 저이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고,
   (C3) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 상기 저이너트 함유탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율보다 커지도록 상기 고이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고,
   (C4) 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}(vol.％)를 측정하고,
   (D) DI¹⁵⁰ _－6(target)이 코크스 강도의 목표값(－), DI¹⁵⁰ _－6(ref)이 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 원료탄의 입도를 조정하여 배합한 배합탄의 코크스 강도, X_j가 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 배합 비율인 경우에, DI¹⁵⁰ _－6(target)－DI¹⁵⁰ _－6(ref)＝Σ_j＝1~n{Σ_{i＝1~ m}A_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})}×X_j를 만족시키도록 상기 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 배합하는 것을 특징으로 하는, 고로용 코크스의 제조 방법.
2. 복수 품목의 원료탄을 품목마다 분쇄하고, 배합한 배합탄을 코크스로에 장입하는 고로용 코크스의 제조 방법이며,
   (A) (A1) 최대 길이 0.6㎜ 이상의 이너트 조직을, 최대 길이에 따라서 사이즈 구분 1부터 사이즈 구분 m까지의 사이즈 구분수 m의 사이즈 구분으로 구분하고,
   (A2) 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i(＝1~m [자연수])에 대해, 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 비용적 Sv와 석탄 장입 시의 부피 밀도 Bd에 의해 구해지는 상기 배합탄의 석탄 연화 시의 공극 충전도 Sv×Bd로 상기 사이즈 구분 i의 이너트 조직을 함유하는 석탄을 건류하여 얻은 코크스의 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6 및 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 기초하여, 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 표면 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _－6에 미치는 영향도 A_i(－/vol.％) 및 사이즈 구분 i의 이너트 조직이 코크스 체적 파괴 분율 DI¹⁵⁰ _{6 －15}에 미치는 영향도 B_i(－/vol.％)를 미리 정하고,
   (B) (B1) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 입도를 조정한 품목 1부터 품목 n까지의 모든 품목 j(＝1~n [자연수])의 원료탄에 대해, 1.5㎜ 이상의 최대 길이를 갖는 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％) 및 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ib_{i , j}(vol.％)를 측정하고,
   (B2) 상기 조대 이너트 조직의 함유량(vol.％)의 측정값에 기초하여, 상기 조대 이너트 조직의 함유량의 경계값을 5 내지 7vol.％의 범위 내에서 정하고,
   (C) (C1) 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 이상인 고이너트 함유탄과, 상기 조대 이너트 조직의 함유량이 상기 경계값 미만인 저이너트 함유탄의 2종류로 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 구분하고,
   (C2) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록, 상기 저이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고,
   (C3) 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 상기 저이너트 함유탄의 입경 3㎜ 이하의 누적 비율보다 커지도록, 상기 고이너트 함유탄으로 구분되는 품목의 원료탄을 분쇄하고,
   (C4) 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄에 대해, 상기 사이즈 구분 1부터 상기 사이즈 구분 m까지의 모든 사이즈 구분 i의 이너트 조직의 함유량 Ia_{i , j}(vol.％)를 측정하고,
   (D) DI¹⁵⁰ ₁₅(target)가 코크스 강도의 목표값(－), DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)가 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j에 대해 입경 3㎜ 이하의 누적 비율이 70 내지 85질량％로 되도록 원료탄의 입도를 조정하여 배합한 배합탄의 코크스 강도, X_j가 배합탄을 구성하는 품목 j의 원료탄의 배합 비율인 경우에, DI¹⁵⁰ ₁₅(target)－DI¹⁵⁰ ₁₅(ref)＝Σ_j＝1~n{Σ_{i＝1~ m}A_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})＋Σ_{i＝1~ m}B_i×(Ib_{i , j}－Ia_{i , j})}×X_j를 만족시키도록 상기 분쇄 후의 상기 품목 1부터 상기 품목 n까지의 모든 품목 j의 원료탄을 배합하는 것을 특징으로 하는, 고로용 코크스의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최대 길이 3㎜ 이하의 이너트 조직을 2개 이상의 사이즈 구분으로 구분하는 것을 특징으로 하는, 고로용 코크스의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최대 길이 3㎜ 이상의 이너트 조직을 2개 이상의 사이즈 구분으로 구분하는 것을 특징으로 하는, 고로용 코크스의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사이즈 구분은, 사이즈 구분수 m을 5로 하고, 0.6㎜ 이상 1.5㎜ 미만의 사이즈 구분 1(i＝1), 1.5㎜ 이상 3㎜ 미만의 사이즈 구분 2(i＝2), 3㎜ 이상 5㎜ 미만의 사이즈 구분 3(i＝3), 5㎜ 이상 10㎜ 미만의 사이즈 구분 4(i＝4) 및 10㎜ 이상의 사이즈 구분 5(i＝5)로 되도록 구분하는 것을 특징으로 하는, 고로용 코크스의 제조 방법.

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