KR20130063016A

KR20130063016A - 야금용 코크스의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130063016A
Application number: KR1020137007936A
Authority: KR
Inventors: 기요시 후카다; 이즈미 시모야마; 히데카즈 후지모토; 데츠야 야마모토; 히로유키 스미; 유스케 도히; 고키 데루이
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-06-13
Also published as: KR101441263B1; CN103180413B; WO2012029984A1; CN103180413A; JP5067495B2; JP2012072387A

Abstract

코크스로내에 있어서 연화 용융된 석탄의 주변 환경을 모의하여 석탄의 연화 용융 특성을 측정하는 것에 의해 배합탄에 사용하는 석탄의 연화 용융 특성을 정확하게 평가하고, 복수의 상표의 석탄을 배합해서 이루어지는 배합탄을 이용해서 종래법보다 강도 등의 품질이 우수한 야금용 코크스의 제조 방법을 제공하기 위해, 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, 용기내에 충전한 소정량의 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하고 상하면에 관통구멍을 갖는 재료에 소정의 하중을 부가시키면서 소정의 가열 속도로 석탄 시료를 가열함으로써 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리에 의해 각 상표의 석탄의 연화 용융 특성을 미리 평가하고, 배합탄에 배합되는 석탄 중, 기셀러 최고 유동도가 100ddpm이상 500ddpm이하인 상표의 석탄의 평균 침투 거리에 대해 침투 거리가 1.6배 이상인 상표의 석탄의 배합 비율을 10mass%이하로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법이다.

Description

야금용 코크스의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING METALLURGICAL COKE}

본 발명은 석탄 건류시의 연화 용융 특성을 정밀도 좋게 평가하는 시험 방법을 이용해서 코크스 제조용 석탄을 평가하고, 그 결과에 의거해서 배합탄에 포함되는 석탄의 비율을 조정함으로써 코크스 강도를 향상시킬 수 있는 야금용 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

고로에서 선철(銑鐵)을 용제하기 위해서는 우선, 고로내에 철광석류와 코크스를 교대로 장입하고, 각각을 층형상으로 충전하며, 송풍구로부터 불어 들어오는 고온의 열풍으로 철광석류나 코크스를 가열하는 동시에, 코크스로부터 발생한 CO가스로 철광석류를 환원하는 것이 필요하다.

이러한 고로의 조업을 안정하게 실행하기 위해서는 로내에서의 통기성이나 통액성의 확보가 필요하며, 강도, 입도 및 반응 후 강도 등의 제반 특성이 우수한 코크스가 불가결하다. 그 중에서도 강도(회전 강도)는 특히 중요한 특성이라고 고려되고 있다.

상술한 바와 같이, 야금용 코크스에 있어서는 고로 등의 종형로내에서의 통기 통액성을 유지하기 위해, 견뢰한 코크스의 제조가 요구되고 있다. 통상, 야금용 코크스에서는 JIS K 2151에 나타나는 회전 강도 시험 등에 의해 코크스 강도의 측정을 실행하고 코크스 강도의 관리를 실행하고 있다. 석탄은 건류에 의해, 연화 용융되어 서로 접착되고, 코크스로 된다. 따라서, 석탄의 연화 용융 특성의 차가 코크스 강도에 큰 영향을 미치고 있고, 코크스의 품질 관리의 관점에서 석탄의 연화 용융 특성의 평가는 필요 불가결하다. 연화 용융 특성은 석탄을 가열했을 때에 연화 용융되는 성질이며, 통상, 연화 용융물의 유동성, 점도, 접착성, 팽창성 등에 의해, 측정, 평가된다.

석탄의 연화 용융 특성 중, 연화 용융시의 유동성을 측정하는 일반적인 방법으로서는 JIS M 8801에 규정되는 기셀러 플라스토미터법에 의한 석탄 유동성 시험 방법을 들 수 있다. 기셀러 플라스토미터법은 425㎛이하로 분쇄된 석탄을 소정의 도가니에 넣고, 규정의 승온 속도로 가열하며, 규정된 토크를 가한 교반봉의 회전 속도를 눈금판에서 판독하고, ddpm(dial　division　per　minute)으로 표시하는 방법이다.

기셀러 플라스토미터법이 토크 일정에서의 교반봉의 회전 속도를 측정하고 있는데 반해, 정회전 방식으로 토크를 측정하는 방법도 고안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는 회전자를 일정한 회전 속도로 회전시키면서 토크를 측정하는 방법이 기재되어 있다.

또, 연화 용융 특성으로서 물리적으로 의미가 있는 점성을 측정하는 것을 목적으로 한 동적 점탄성 측정 장치에 의한 점도의 측정 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 동적 점탄성 측정은 점탄성체에 주기적으로 힘을 가했을 때에 보이는 점탄성 거동의 측정이다. 특허문헌 2에 기재된 방법에서는 측정에 의해 얻어지는 파라미터 중의 복소 점성률에 의해 연화 용융 석탄의 점성을 평가하고 있으며, 임의의 전단 속도에 있어서의 연화 용융 석탄의 점도를 측정할 수 있는 점이 특징이다.

또한, 석탄의 연화 용융 특성으로서, 활성탄, 또는 글래스 비즈를 이용하고, 그들에의 석탄 연화 용융물 접착성을 측정한 예가 보고되어 있다. 소량의 석탄 시료를 활성탄, 글래스 비즈로 상하 방향에서 사이에 둔 상태로 가열하고, 연화 용융 후에 냉각을 실행하며, 석탄과 활성탄, 글래스 비즈와의 접착성을 외관에서 관찰하는 방법이다.

석탄의 연화 용융시의 팽창성을 측정하는 일반적인 방법으로서는 JIS M 8801에 규정되어 있는 팽창계법(dilatometer method)을 들 수 있다. 팽창계법은 250㎛이하로 분쇄된 석탄을 규정된 방법으로 성형하고, 소정의 도가니에 넣고, 규정된 승온 속도로 가열하며, 석탄의 상부에 배치한 검출봉으로 석탄 변위의 경시 변화를 측정하는 방법이다.

또한, 코크스로내에서의 석탄 연화 용융 거동을 모의하기 위해, 석탄 연화 용융시에 발생하는 가스의 투과 거동을 개선한 석탄 팽창성 시험 방법도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조). 이것은 석탄층과 피스톤의 사이, 혹은 석탄층과 피스톤의 사이와 석탄층의 하부에 투과성 재료를 배치하고, 석탄으로부터 발생하는 휘발분과 액상 물질의 투과 경로를 증가시키는 것에 의해, 측정 환경을 또한 코크스로내의 팽창 거동에 접근시킨 방법이다. 마찬가지로, 석탄층의 위에 관통 경로를 갖는 재료를 배치하고, 하중을 부가하면서 석탄을 마이크로파 가열해서 석탄의 팽창성을 측정하는 방법도 알려져 있다(특허문헌 4 참조).

특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 평성6-347392호 특허문헌 2 : 일본국 특허공개공보 제2000-304674호 특허문헌 3 : 일본국 특허공보 제2855728호 특허문헌 4 : 일본국 특허공개공보 제2009-204609호

비특허문헌 1 : 모로토미(Morotomi)등 저：「연료 협회지」, Vol.53, 1974년, p.779-790 비특허문헌 2 : 미야즈(Miyazu)등 저：「일본 강관 기보」, vol.67, 1975년, p.125-137

고로 등의 종형로에서 소정의 강도를 만족시키고 있지 않은 저강도의 코크스를 사용한 경우, 종형로내에서의 분(粉)의 발생량이 증가하고 압력 손실의 증대를 초래하며, 종형로의 조업을 불안정하게 하는 동시에 가스의 흐름이 국소적으로 집중하는 소위 블로바이(blow-by)와 같은 트러블을 초래할 가능성이 있다. 야금용 코크스의 제조에 있어서는 복수의 상표(brand)의 석탄을 소정의 비율로 배합한 배합탄을 원료로서 사용하는 것이 일반적이지만, 이용하는 석탄의 연화 용융 특성을 정확하게 평가할 수 없으면 요구되어 있는 코크스 강도를 만족시킬 수 없고, 고로의 안정 조업을 실행할 수 없다고 하는 문제가 있다. 그래서, 경험적으로 연화 용융 특성의 부정확함에 유래하는 코크스 강도의 편차를 고려해서 목표로 하는 코크스 강도를 미리 약간 높게 설정함으로써 코크스 강도를 일정값 이상으로 관리하는 것이 실행되지만, 연화 용융 특성이 우수한 비교적 고가의 석탄을 사용해서 배합탄의 평균적인 품위를 약간 높게 설정하는 것이 필요하게 되기 때문에, 코스트의 증대를 초래한다. 이러한 문제의 해결을 위해, 코크스 강도를 더욱 양호하게 제어할 수 있는 새로운 석탄의 연화 용융 특성 평가 방법의 개발과, 그것을 이용한 코크스 강도 제어 방법의 개발이 요망되고 있다.

코크스로내에 있어서, 연화 용융시의 석탄은 인접하는 층에 구속된 상태에서 연화 용융되어 있다. 석탄의 열전도율은 작기 때문에, 코크스로내에 있어서 석탄은 균일하게 가열되지 않고, 가열면인 노벽측부터 코크스층, 연화 용융층, 석탄층과 상태가 다르다. 코크스로 자체는 건류시 다소 팽창하지만, 거의 변형되지 않기 때문에, 연화 용융된 석탄은 인접하는 코크스층, 석탄층에 구속되어 있다.

또, 연화 용융된 석탄의 주위에는 석탄층의 석탄 입자간 공극, 연화 용융 석탄의 입자간 공극, 열분해 가스의 휘발에 의해 발생한 조대 기공, 인접하는 코크스층에 생기는 균열 등, 다수의 결함 구조가 존재한다. 특히, 코크스층에 생기는 균열은 그 폭이 수백 미크론 내지 수 밀리 정도로 고려되며, 수십∼수백 미크론 정도의 크기인 석탄 입자간 공극이나 기공과 비해 크다. 따라서, 이러한 코크스층에 생기는 조대 결함에는 석탄으로부터 발생하는 부생물인 열분해 가스나 액상 물질 뿐만 아니라, 연화 용융된 석탄 자체의 침투도 일어난다고 고려된다. 또, 그 침투시에 연화 용융된 석탄에 작용하는 전단 속도는 상표마다 다른 것이 예상된다.

상술한 바와 같이, 코크스로내에 있어서 연화 용융된 석탄의 주변의 환경을 모의한 상태에서 석탄의 연화 용융 특성을 측정하기 위해서는 구속 조건, 침투 조건을 적정하게 할 필요가 있다. 그러나, 종래 방법에는 이하와 같은 문제가 있다.

기셀러 플라스토미터법은 석탄을 용기에 충전한 상태에서의 측정이기 때문에, 구속, 침투 조건을 전혀 고려하고 있지 않은 점에서 문제로 된다. 또, 이 방법은 높은 유동성을 나타내는 석탄의 측정에는 적합하지 않다. 그 이유는 높은 유동성을 나타내는 석탄을 측정하는 경우, 용기내 측벽부가 공동으로 되는 현상(Weissenberg 효과)이 일어나고, 교반봉이 공전하며, 유동성을 정확하게 평가할 수 없는 경우가 있기 때문이다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조.).

정회전 방식으로 토크를 측정하는 방법에 대해서도 마찬가지로, 구속 조건, 침투 조건을 고려하고 있지 않은 점에서 불비한 점이 있다. 또, 전단 속도 일정하에서의 측정이기 때문에, 상기에서 기술한 바와 같이 석탄의 연화 용융 특성을 정확하게 비교 평가할 수 없다.

동적 점탄성 측정 장치는 연화 용융 특성으로서 점성을 대상으로 하고, 임의의 전단 속도하에서 점도가 측정할 수 있는 장치이다. 따라서, 측정시의 전단 속도를, 코크스로내에서의 석탄에 작용하는 값으로 설정하면, 코크스로내에서의 연화 용융 석탄의 점도를 측정할 수 있다. 그러나, 각 상표의 코크스로내에서의 전단 속도를 미리 측정, 또는 추정하는 것은 통상은 곤란하다.

석탄의 연화 용융 특성으로서 활성탄, 또는 글래스 비즈를 이용하고, 그들에의 접착성을 측정하는 방법은 석탄층의 존재에 대해 침투 조건을 재현하고자 하고 있지만, 코크스층과 조대 결함을 모의하고 있지 않은 점에서 문제로 된다. 또, 구속하에서의 측정이 아닌 점에서도 불충분하다.

특허문헌 3에 기재되어 있는 투과성 재료를 이용한 석탄 팽창성 시험 방법에 있어서는 석탄으로부터 발생하는 가스, 액상 물질의 이동을 고려하고 있지만, 연화 용융된 석탄 자체의 이동을 고려하고 있지 않은 점에서 문제로 된다. 이것은 특허문헌 3에서 이용하는 투과성 재료의 투과도가, 연화 용융 석탄이 이동할수록 충분히 크지 않기 때문이다. 본 발명자들이 실제로 특허문헌 3에 기재된 시험을 실행한 결과, 연화 용융 석탄의 투과성 재료에의 침투는 일어나지 않았다. 따라서, 연화 용융 석탄의 투과성 재료에의 침투를 일으키게 하기 위해서는 새로운 조건을 고려할 필요가 있다.

특허문헌 4에도 마찬가지로, 석탄층의 위에 관통 경로를 갖는 재료를 배치하여 석탄으로부터 발생하는 가스, 액상 물질의 이동을 고려한 석탄의 팽창성 측정 방법이 개시되어 있지만, 가열 방법에 제약이 있다고 하는 문제점 이외에, 코크스로내에 있어서의 침투현상을 평가하기 위한 조건이 명확하게 되어 있지 않다고 하는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 4에서는 석탄 용융물의 침투현상과 연화 용융 거동의 관계가 명확하게 되어 있지 않고, 석탄 용융물의 침투현상과 생성하는 코크스의 품질의 관계에 대한 시사도 없으며, 양호한 품질의 코크스의 제조에 대해 기재되어 있는 것은 아니다.

이와 같이, 종래 기술에서는 코크스로내에 있어서 연화 용융된 석탄급의 주변의 환경을 충분히 모의한 상태에서, 석탄의 연화 용융 특성을 측정할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 코크스로내에 있어서 연화 용융된 석탄의 주변의 환경을 모의한 상태에서 석탄의 연화 용융 특성을 측정하는 것에 의해 배합탄에 사용하는 석탄의 연화 용융 특성을 정확하게 평가함으로써, 복수의 상표의 석탄을 배합해서 이루어지는 배합탄을 이용해서 종래법보다 강도 등의 품질이 우수한 야금용 코크스를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것에 있다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은 이하와 같다.

[1] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, 상기 배합탄 중에 포함되는 석탄의 상표를 미리 결정하고, 결정된 상표의 석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치해서 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고, 상기 배합탄에 포함되는 기셀러 최고 유동도가 100ddpm이상 500ddpm이하의 상표의 석탄의 평균 침투 거리에 대해 침투 거리가 1.6배 이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는　것을 특징으로 한다.

[2] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, 석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하여 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고, 다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하의 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고, 상기 1차 회귀식에 있어서의 기셀러 유동도가 200ddpm인 경우의 침투 거리의 1.6배 미만의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법에 의해 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10∼100mass%로 하는 것을 특징으로 한다.

[3] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, 석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하여 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고, 다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하의 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고, 상기 1차 회귀식에 있어서의 기셀러 유동도가 200ddpm인 경우의 침투 거리의 1.6배 이상의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법에 의해 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 한다.

[4] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, 석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하여 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고, 다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하의 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여고 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고, 　상기 1차 회귀식에 있어서의 배합탄의 목표로 하는 기셀러 유동도의 경우의 침투 거리의 1.6배 미만의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법에 의해 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10∼100mass%로 하는 것을 특징으로 한다.

[5] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, 석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하여 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고, 다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하의 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고, 　상기 1차 회귀식에 있어서의 배합탄의 목표로 하는 기셀러 유동도의 경우의 침투 거리의 1.6배 이상의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법에 의해 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 한다.

[6] 석탄의 침투 거리의 측정에 있어서, 석탄 시료의 위에 배치한 관통구멍을 갖는 재료에 하중을 부가시키면서 실행하는 것을 특징으로 하는[1] 내지[5] 중의 어느 하나에 기재된 야금용 코크스의 제조 방법이다.

[7] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, (1) 석탄을 입경 2㎜이하가 100질량%로 되도록 분쇄하고, 해당 분쇄된 석탄을 충전 밀도 0.8g/㎤이고, 층두께가 10㎜로 되도록 용기에 충전하여 시료를 작성하는 방법, (2) 해당 시료의 위에 직경 2㎜의 글래스 비즈를 침투 거리 이상의 층두께로 되도록 배치하는 방법, (3) 상기 글래스 비즈의 상부로부터 50㎪로 되도록 하중을 부가하면서, 가열 속도 3℃/분에서 실온으로부터 550℃까지 불활성 가스 분위기하에서 가열하는 방법, 및 (4) 상기 글래스 비즈층에 침투한 용해 시료의 침투 거리를 측정하는 방법에 의해 측정되는 침투 거리가 15㎜이상이고, 또한 기셀러 플라스토미터법에 의해 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 한다.

[8] 복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서, (1) 석탄을 입경 2㎜이하가 100질량%로 되도록 분쇄하고, 해당 분쇄된 석탄을 충전 밀도 0.8g/㎤이고, 층두께가 10㎜로 되도록 용기에 충전하여 시료를 작성하는 방법, (2) 해당 시료의 위에 직경 2㎜의 글래스 비즈를 침투 거리 이상의 층두께로 되도록 배치하는 방법, (3) 상기 글래스 비즈의 상부로부터 50㎪로 되도록 하중을 부가하면서, 가열 속도 3℃/분에서 실온으로부터 550℃까지 불활성 가스 분위기하에서 가열하는 방법, 및 (4) 상기 글래스 비즈층에 침투한 용해 시료의 침투 거리를 측정하는 방법에 의해 측정되는 침투 거리가 15㎜미만이고, 또한 기셀러 플라스토미터법에 의해 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 석탄의 합계 배합 비율을 10∼100mass%로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 코크스로내에서의 석탄 연화 용융 특성에 큰 영향을 미친다고 고려되는 코크스로내에서의 석탄 연화 용융층 주변에 존재하는 결함 구조, 특히 연화 용융층에 인접하는 코크스층에 존재하는 균열의 영향을 모의하고, 또, 코크스로내에서의 연화 용융물 주변의 구속 조건을 적절히 재현한 상태에서의 석탄 연화 용융 특성의 평가가 가능하기 때문에, 특히 종래의 연화 용융 특성의 평가 방법만으로는 검출할 수 없었던 과잉의 유동성을 나타내는 석탄 유래의 결함을 저감할 수 있으며, 고강도의 야금용 코크스를 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 석탄 시료와 상하면에 관통구멍을 갖는 재료에 일정 하중을 부가시키면서 연화 용융 특성을 측정하는 장치의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 상하면에 관통구멍을 갖는 재료 중, 원형 관통구멍을 갖는 것의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 상하면에 관통구멍을 갖는 재료 중, 구형 입자 충전층의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 상하면에 관통구멍을 갖는 재료 중, 원기둥 충전층의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 실시예에서 측정한, 석탄 연화 용융물의 침투 거리의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에서 측정한, 코크스의 회전 강도의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에서 사용하는 석탄 시료와 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 일정 용적에 유지하면서 연화 용융 특성을 측정하는 장치의 일예를 나타내는 개략도이다.

본 발명자들은 코크스로내에 있어서 연화 용융된 석탄의 주변의 환경을 모의한 상태에서 연화 용융 특성을 측정 가능하게 하고, 측정한 연화 용융 특성인 「침투 거리」와 코크스 강도의 관계에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 종래부터 보고되어 있는 연화 용융 특성에는 거의 차가 없는 석탄이라도, 연화 용융된 석탄의 주변의 환경을 모의한 상태에서 측정한 본 발명의 방법에 의한 연화 용융 특성에는 차가 있는 것을 알아내었다. 또한, 본 발명의 방법으로 측정한 연화 용융 특성에 차가 있는 석탄을 배합하여 코크스를 제조한 경우에는 그들 코크스 강도도 다른 것을 알아내고, 본 발명에 이르렀다.

도 1에 본 발명에서 사용하는 연화 용융 특성(침투 거리)의 측정 장치의 일예를 나타낸다. 도 1은 석탄 시료와 상하면에 관통구멍을 갖는 재료에 일정 하중을 부가시켜 석탄 시료를 가열하는 경우의 장치이다. 용기(3) 하부에 석탄을 충전하여 시료(1)로 하고, 시료(1)의 위에, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)를 배치한다. 시료(1)를 연화 용융 개시 온도 이상으로 가열하고, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)에 시료를 침투시키고, 침투 거리를 측정하는 것이다. 가열은 불활성 가스 분위기하에서 실행하는 것으로 한다. 여기서, 불활성 가스는 측정 온도역에서 석탄과 반응하지 않는 가스를 나타내며, 대표적인 가스로서는 아르곤 가스, 헬륨 가스, 질소 가스 등이다. 또한, 침투 거리의 측정은 석탄과 관통구멍을 갖는 재료를 일정 용적에 유지하면서 가열하도록 해도 좋다. 그 경우에 사용하는 연화 용융 특성(침투 거리)의 측정 장치의 일예를 도 7에 나타낸다.

도 1에 나타내는 시료(1)와 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)에 일정 하중을 부가해서 시료(1)를 가열하는 경우, 시료(1)가 팽창 또는 수축을 나타내고, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)가 상하 방향으로 이동한다. 따라서, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)를 통해 시료 침투시의 팽창률을 측정하는 것이 가능하다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)의 상면에 팽창률 검출봉(13)을 배치하고, 팽창률 검출봉(13)의 상단에 하중 부가용의 추(14)를 싣고, 그 위에 변위계(15)를 배치하며, 팽창률을 측정한다. 변위계(15)는 시료의 팽창률의 팽창 범위(-100%∼300%)를 측정할 수 있는 것을 이용하면 좋다. 가열계 내를 불활성 가스 분위기로 유지할 필요가 있기 때문에, 비접촉식의 변위계가 적합하며, 광학식 변위계를 이용하는 것이 바람직하다. 불활성 가스 분위기로서는 질소 분위기로 하는 것이 바람직하다. 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)가 입자 충전층인 경우에는 팽창률 검출봉(13)이 입자 충전층에 매몰될 가능성이 있기 때문에, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료(2)와 팽창률 검출봉(13)의 사이에 판을 배치하는 조치를 강구하는 것이 바람직하다. 부가시키는 하중은 시료 상면에 배치한 상하면에 관통구멍을 갖는 재료의 상면에 대해, 균등하게 가하는 것이 바람직하며, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료의 상면의 면적에 대해, 5∼80㎪, 바람직하게는 15∼55㎪, 가장 바람직하게는 25∼50㎪의 압력을 부가하는 것이 바람직하다. 이 압력은 코크스로내에 있어서의 연화 용융층의 팽창압에 의거해서 설정하는 것이 바람직하지만, 측정 결과의 재현성, 각종 석탄에서의 상표차의 검출력을 검토한 결과, 로내의 팽창압보다는 약간 높은 25∼50㎪ 정도가 측정 조건으로서 가장 바람직한 것을 알아내었다.

가열 수단은 시료의 온도를 측정하면서, 소정의 승온 속도로 가열할 수 있는 방식의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 전기로나, 도전성의 용기와 고주파 유도를 조합한 외열식, 또는 마이크로파와 같은 내부 가열식이다. 내부 가열식을 채용하는 경우에는 시료내 온도를 균일하게 하는 고안을 실시할 필요가 있고, 예를 들면, 용기의 단열성을 높이는 조치를 강구하는 것이 바람직하다.

가열 속도에 대해서는 코크스로내에서의 석탄 및 점결재의 연화 용융 거동을 모의한다고 하는 목적에서, 코크스로내에서의 석탄의 가열 속도에 일치시킬 필요가 있다. 코크스로내에서의 연화 용융 온도역에 있어서의 석탄의 가열 속도는 로내의 위치나 조업 조건에 따라 다르지만, 대략 2∼10℃/분이며, 평균적인 가열 속도로서 2∼4℃/분으로 하는 것이 바람직하고, 가장 바람직한 것은 3℃/분 정도이다. 그러나, 비미점결탄과 같이 유동성이 낮은 석탄의 경우, 3℃/분으로는 침투 거리나 팽창이 작고, 검출이 곤란하게 될 가능성이 있다. 석탄은 급속 가열하는 것에 의해 기셀러 플라스토미터에 의한 유동성이 향상하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 예를 들면 침투 거리가 1㎜이하의 석탄인 경우에는 검출 감도를 향상시키기 위해, 가열 속도를 10∼1000℃/분으로 높여 측정해도 좋다.

가열을 실행하는 온도 범위에 대해서는 석탄 및 점결재의 연화 용융 특성의 평가가 목적이기 때문에, 석탄 및 점결재의 연화 용융 온도역까지 가열할 수 있으면 좋다. 코크스 제조용의 석탄 및 점결재의 연화 용융 온도역을 고려하면, 0℃(실온)∼550℃의 범위에 있어서, 바람직하게는 석탄의 연화 용융 온도인 300∼550℃의 범위에서 소정의 가열 속도로 가열하면 좋다.

상하면에 관통구멍을 갖는 재료는 투과 계수를 미리 측정 또는 산출할 수 있는 것이 바람직하다. 재료의 형태의 예로서, 관통구멍을 갖는 일체형의 재료, 입자 충전층을 들 수 있다. 관통구멍을 갖는 일체형의 재료로서는 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같은 원형의 관통구멍(16)을 갖는 것, 직사각형의 관통구멍을 갖는 것, 부정형의 관통구멍을 갖는 것 등을 들 수 있다. 입자 충전층으로서는 크게 구형 입자 충전층, 비구형 입자 충전층으로 나뉘며, 구형 입자 충전층으로서는 도 3에 나타내는 바와 같은 비즈의 충전 입자(17)로 이루어지는 것, 비구형 입자 충전층으로서는 부정형 입자나, 도 4에 나타내는 바와 같은 충전 원기둥(18)으로 이루어지는 것 등을 들 수 있다. 측정의 재현성을 유지하기 위해, 재료내의 투과 계수는 가능한 한 균일하고, 또한 측정을 간편하게 하기 위해, 투과 계수의 산출이 용이한 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서 이용하는 상하면에 관통구멍을 갖는 재료에는 구형 입자 충전층의 이용이 특히 바람직하다. 상하면에 관통구멍을 갖는 재료의 재질은 석탄 연화 용융 온도역 이상, 구체적으로는 600℃까지 형상이 거의 변화하지 않고, 석탄과도 반응하지 않는 것이면 특히 지정은 없다. 또, 그 높이는 석탄의 용융물이 침투하는데 충분한 높이이면 좋고, 두께 5∼20㎜의 석탄층을 가열하는 경우에는 20∼100㎜ 정도이면 좋다.

상하면에 관통구멍을 갖는 재료의 투과 계수는 코크스층에 존재하는 조대 결함의 투과 계수를 추정하여 설정할 필요가 있다. 본 발명에 특히 바람직한 투과 계수에 대해, 조대 결함 구성 인자의 고찰이나 크기의 추정 등, 본 발명자들이 검토를 거듭한 결과, 투과 계수가 1×10⁸∼2×10⁹m^-2의 경우가 최적인 것을 알아내었다. 이 투과 계수는 하기 (1)식에서 나타나는 Darcy칙에 의거하여 도출되는 것이다.

ΔP/L=K·μ·u…(1)

여기서, ΔP는 상하면에 관통구멍을 갖는 재료내에서의 압력 손실[Pa], L은 관통구멍을 갖는 재료의 높이[m], K는 투과 계수[m^-2], μ는 유체의 점도[Pa·s], u는 유체의 속도[m/s]이다. 예를 들면, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료로서 균일한 입경의 글래스 비즈층을 이용하는 경우, 상술한 바람직한 투과 계수를 갖도록 하기 위해서는 직경 0.2㎜ 내지 3.5㎜ 정도의 글래스 비즈를 선택하는 것이 바람직하며, 가장 바람직한 것은 2㎜이다.

측정 시료로 하는 석탄 및 점결재는 미리 분쇄하고, 소정의 충전 밀도로 소정의 층두께로 충전한다. 분쇄 입도로서는 코크스로에 있어서의 장입 석탄의 입도(입경 3㎜이하의 입자의 비율이 전체의 70 내지 80질량% 정도)로 해도 좋고, 입경 3㎜이하가 70질량%이상으로 되도록 분쇄하는 것이 바람직하지만, 작은 장치에서의 측정인 것을 고려하여, 전량을 입경 2㎜이하로 분쇄한 분쇄물을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 분쇄물을 충전하는 밀도는 코크스로내의 충전 밀도에 맞게 0.7∼0.9g/㎤로 할 수 있지만, 재현성, 검출력을 검토한 결과, 0.8g/㎤가 바람직한 것을 알아내었다. 또, 충전할 층두께는 코크스로내에 있어서의 연화 용융층의 두께에 의거하여 층두께 5∼20㎜로 할 수 있지만, 재현성, 검출력을 검토한 결과, 층두께는 10㎜로 하는 것이 바람직한 것을 알아내었다.

이상의 침투 거리의 측정에 있어서, 대표적인 측정 조건을 이하에 기술한다.

[1] 석탄 또는 점결재를 입경 2㎜이하가 100질량%로 되도록 분쇄하고, 해당 분쇄된 석탄 또는 점결재를 충전 밀도 0.8g/㎤이고, 층두께가 10㎜로 되도록 용기에 충전하여 시료를 작성하고,

[2] 해당 시료의 위에 직경 2㎜의 글래스 비즈를 침투 거리 이상의 층두께로 되도록 배치하고,

[3] 상기 글래스 비즈의 상부로부터 50㎪로 되도록 하중을 부가하면서, 가열 속도 3℃/분에서 실온으로부터 550℃까지 불활성 가스 분위기하에서 가열하고,

[4] 상기 글래스 비즈층에 침투한 용해 시료의 침투 거리를 측정한다.

석탄 및 점결재의 연화 용융물의 침투 거리는 가열 중에 상시 연속적으로 측정할 수 있는 것이 본래 바람직하다. 그러나, 상시 측정은 시료로부터 발생하는 타르의 영향 등에 의해 곤란하다. 가열에 의한 석탄의 팽창, 침투현상은 불가역적이며, 일단, 팽창, 침투한 후에는 냉각해도 거의 그 형상이 유지되어 있으므로, 석탄 용융물이 침투 종료한 후, 용기 전체를 냉각하고, 냉각 후의 침투 거리를 측정함으로써 가열 중에 어디까지 침투했는지를 측정하도록 해도 좋다. 예를 들면, 냉각 후의 용기로부터 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 취출하고, 노기스(vernier caliper)나 자로 직접 측정하는 것이 가능하다. 또, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료로서 입자를 사용한 경우에는 입자간 공극에 침투한 연화 용융물은 침투한 부분까지의 입자층 전체를 고착시키고 있다. 따라서, 사전에 입자 충전층의 질량과 높이의 관계를 구해 두면, 침투 종료 후, 고착되어 있지 않은 입자의 질량을 측정하고, 초기 질량에서 차감함으로써, 고착되어 있는 입자의 질량을 도출할 수 있으며, 그곳으로부터 침투 거리를 산출할 수 있다.

이러한 침투 거리의 우위성은 코크스로내 상황에 가까운 측정 방법을 취하는 것에 의거하여 원리적으로 상정될 뿐만 아니라, 코크스 강도에의 침투 거리의 영향을 조사한 결과로부터도 명백하게 되었다. 실제, 본 발명의 평가방법에 의해, 동등 정도의 logMF(기셀러 플라스토미터법에 의한 최고 유동도의 상용 대수값)를 갖는 석탄이라도, 상표에 따라 침투 거리에 차가 있는 것이 명백하게 되고, 침투 거리가 다른 석탄을 배합해서 코크스를 제조한 경우의 코크스 강도에 대한 영향도 다른 것이 확인되었다.

종래의 기셀러 플라스토미터에 의한 연화 용융 특성의 평가에서는 높은 유동성을 나타내는 석탄 쪽이 석탄 입자끼리를 접착하는 효과가 높다고 고려되어 왔다. 한편, 침투 거리와 코크스 강도의 관계를 조사함으로써, 극단적으로 침투 거리가 큰 석탄을 배합하면 코크스화시에 조대 결함을 남기고, 또한 얇은 기공벽의 조직 구조를 형성하기 때문에, 코크스 강도가 배합탄의 평균 품위로부터 예상되는 값에 비해 저하되는 것을 알 수 있었다. 이것은 침투 거리가 너무 큰 석탄은 주위의 석탄 입자간에 현저하게 침투함으로써, 그 석탄 입자가 존재하고 있던 부분 자체가 큰 공동으로 되고, 결함으로 되어 버리기 때문으로 추측된다. 특히, 기셀러 플라스토미터에 의한 연화 용융 특성의 평가에 있어서 높은 유동성을 나타내는 석탄에 있어서는 침투 거리의 대소에 따라 코크스 중에 잔존하는 조대 결함의 생성량이 다른 것을 알 수 있었다.

본 발명자들은 어느 정도 침투 거리가 크면 코크스 강도에 악영향을 미치는지에 대해 검토하고, 이하의 기준을 얻었다. 즉, 배합탄 중에 포함되는 석탄의 상표를 미리 결정할 수 있는 경우에는 그 배합탄에 포함되는 기셀러 최고 유동도가 100ddpm이상 500ddpm이하인 상표의 석탄의 평균 침투 거리에 대해 침투 거리가 1.6배 이상인 석탄은 코크스 중에 조대 결함을 남기기 쉽기 때문에, 배합탄 중에 가능한 한 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 이 때, 평균 침투 거리는 각각의 배합 비율에 의해 가중 평균해서 구하는 것이 바람직하지만, 단순 평균이라도 좋다. 이와 같이, 다른 석탄을 기준으로 침투 거리의 기준을 정하는 것은 침투 거리의 측정 조건에 따라 그 값이 바뀌기 때문이다. 그러나, 석탄간에서의 침투 거리의 상대적인 대소 관계는 측정 방법에 관계없이 대략 동일한 경향으로 되기 때문에, 이러한 기준을 정할 수 있다.

사전에 배합탄 중에 포함되는 석탄의 상표를 미리 결정하지 않는 경우에는 다음과 같이 침투 거리의 기준과, 그 기준을 넘는 석탄의 바람직한 배합률을 정할 수 있다. 우선, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구한다. 그 때에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 석탄의 상표수는 많을수록 좋고, 2상표 이상인 것이 바람직하며, 이 범위의 전체 상표에서 1차 회귀식을 구하는 것이 가장 바람직하다. 그 회귀식에 있어서의 기셀러 유동도가 200ddpm인 경우의 침투 거리의 1.6배를 기준으로 해서 정하고, 그 기준 미만의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터에 의한 유동성 평가에서 1000ddpm이상으로 비교적 높은 유동성을 나타내는 석탄은 그 합계 배합률을 10mass%이상 100mass%이하로 하는 것이 바람직하다. 이러한 석탄은 코크스 중에 조대 결함을 남기기 어렵기 때문에, 배합탄 중에 첨가함으로써 유동성을 개선하는 효과가 얻어진다. 이러한 석탄이면 배합률이 높아도 문제는 없으며, 배합률은 100mass%이어도 상관없지만, 기셀러 유동성이 높은 석탄은 비교적 고가이며, 또 탄화도가 비교적 낮은 것이 많기 때문에, 배합률 10∼70mass%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 여기서, 기셀러 최고 유동도 200ddpm에 있어서의 침투 거리를 산출하는 것은 바람직한 코크스가 얻어지는 배합탄의 기셀러 최고 유동도의 하한값이 200ddpm 정도로 되어 있는 것에 의거하고 있다.

그러나, 기셀러 플라스토미터에 의한 유동성 평가에서 1000ddpm이상으로 비교적 높은 유동성을 나타내는 석탄이고, 또한 전 단락과 동일한 기준값 이상인 석탄은 코크스 중에 조대 결함을 남기기 때문에 배합탄 중에 가능한 한 첨가하지 않는 것이 바람직하며, 그 석탄의 합계 배합률은 10mass%이하로 하는 것이 바람직하고, 전혀 첨가하지 않아도 좋다.

또, 침투 거리의 기준값은 이하와 같이 정할 수도 있다. 즉, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고, 그 회귀식을 사용해서 배합탄의 목표로 하는 기셀러 유동도의 경우의 침투 거리를 산출하며, 그 침투 거리의 1.6배를 기준값으로 하는 방법이다. 통상, 배합탄의 기셀러 최고 유동도의 목표는 200∼500ddpm이며, 요구되는 최고 유동도의 목표값이 높을수록 평균적인 침투 거리도 커지는 것을 고려하여 그것에 맞추어 기준값도 약간 크게 설정하도록 하는 것이 이 방법이다.

기셀러 플라스토미터에 의한 유동성 평가에서 1000ddpm이상으로 비교적 높은 유동성을 나타내는 석탄이고, 전 단락에 기술한 기준값 미만의 침투 거리를 갖는 석탄은 코크스 중에 조대 결함을 남기기 어렵기 때문에, 배합탄 중에 첨가함으로써 유동성을 개선하는 효과가 얻어지고, 그러한 석탄의 합계 배합률은 10mass%이상 100mass%이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 기셀러 플라스토미터에 의한 유동성 평가에서 1000ddpm이상으로 비교적 높은 유동성을 나타내는 석탄이고, 또한 그 침투 거리가 상기 기준값 이상인 석탄은 코크스 중에 조대 결함을 남기기 때문에 배합탄 중에 가능한 한 첨가하지 않는 것이 바람직하며, 그러한 석탄의 합계 배합률은 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것이 바람직하다.

배합탄에 사용하는 석탄은 통상, 상표마다 다양한 품위를 미리 측정해서 사용하고 있다. 침투 거리에 대해서도 마찬가지로 미리 상표의 로트마다 측정해 두면 좋다. 배합탄의 평균 침투 거리는 미리 각 상표에서의 침투 거리를 측정해 두고, 그 값을 배합 비율에 따라 평균해도 좋고, 배합탄을 작성하여 침투 거리를 측정해도 좋다. 코크스 제조에 이용하는 배합탄은 석탄에 부가하여, 점결재, 유류(油類), 분코크스, 석유 코크스, 수지류, 폐기물 등을 포함하는 것이어도 좋다.

침투 거리의 값은 측정하는 장치의 형상이나 측정 조건에 따라 다르지만, 실시예에 나타내는 측정 방법을 이용하는 경우에는 통상의 배합탄에서는 배합탄에 포함되는 기셀러 최고 유동도가 100ddpm이상 500ddpm이하인 상표의 석탄의 평균 침투 거리는 7.0∼9.5㎜ 정도의 값으로 된다. 따라서, 침투 거리의 기준값으로서는 이 평균 침투 거리의 1.6배, 즉 11.2∼15.2㎜ 정도의 값으로 된다. 따라서, 침투 거리 15㎜를 간이적인 기준으로 해서 이용하면, 코크스 강도에 악영향을 미치는 상표를 거의 확실하게 선택하고, 그러한 석탄의 배합률에 제한을 가할 수 있다.

[실시예 1]

석탄 시료와 상하면에 관통구멍을 갖는 재료에 일정 하중을 부가시켜 석탄 시료를 가열한 경우의 침투 거리의 측정예를 나타낸다. 9종류의 석탄(석탄 A∼I)에 대해, 침투 거리의 측정을 실행하였다. 사용한 석탄의 성상 및 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

도 1에 나타낸 장치를 이용하고, 침투 거리의 측정을 실행하였다. 가열 방식은 고주파 유도 가열식으로 했기 때문에, 도 1의 발열체(8)는 유도 가열 코일이며, 용기(3)의 소재는 유전체인 흑연을 사용하였다. 용기의 직경은 18㎜, 높이 37㎜로 하고, 상하면에 관통구멍을 갖는 재료로서 직경 2㎜의 글래스 비즈를 이용하였다. 입도 2㎜이하로 분쇄하고 실온에서 진공 건조시킨 석탄 시료 2.04g을 용기(3)에 장입하고, 석탄 시료의 위로부터 무게 200g의 추를 낙하 거리 20㎜에서 5회 낙하시키는 것에 의해 시료(1)를 충전하였다(이 상태에서 시료층 두께는 10㎜로 되었다.). 다음에, 직경 2㎜의 글래스 비즈를 시료(1)의 충전층의 위에 25㎜의 두께로 되도록 배치하였다. 글래스 비즈 충전층의 위에 직경 17㎜, 두께 5㎜의 실리마나이트제 원반을 배치하고, 그 위에 팽창률 검출봉(13)으로서 석영제의 봉을 배치하고, 또한 석영봉의 상부에 1.3㎏의 추(14)를 배치하였다. 이것에 의해, 실리마나이트 원반상에 가해지는 압력은 50㎪로 된다. 불활성 가스로서 질소 가스를 사용하고, 가열 속도 3℃/분에서 550℃까지 가열하였다. 가열 종료 후, 질소 분위기에서 냉각을 실행하고, 냉각 후의 용기로부터, 연화 용융된 석탄과 고착되어 있지 않은 비즈 질량을 계측하였다.

침투 거리는 고착된 비즈층의 충전 높이로 하였다. 글래스 비즈 충전층의 충전 높이와 질량의 관계를 미리 구하고, 연화 용융된 석탄이 고착된 비즈의 질량으로부터 글래스 비즈 충전 높이를 도출할 수 있도록 하였다. 그 결과가 (2)식이며, (2)식으로부터 침투 거리를 도출하였다.

L=(G-M)×H…(2)

여기서, L은 침투 거리[㎜], G는 충전된 글래스 비즈 질량[g], M은 연화 용융물과 고착되어 있지 않은 비즈 질량[g], H는 본 실험 장치에 충전된 글래스 비즈의 1g당 충전층 높이[㎜/g]를 나타낸다.

침투 거리 측정 결과와 기셀러 최고 유동도(Maximum　Fluidity：MF)의 대수값(logMF)의 관계를 도 5에 나타낸다. 도 5로부터, 본 실시예에서 측정한 침투 거리는 최고 유동도와 상관은 보이지만, 동일한 MF라도 침투 거리의 값에는 차가 있다. 예를 들면, 본 장치에서의 침투 거리의 측정 오차를 검토한 결과, 동일 조건에서 3회 시험을 실행한 결과에 대해 표준 편차가 0.6이었던 것을 고려하면, 최고 유동도가 대략 동등한 석탄 E와 석탄 G에 대해, 침투 거리에 유의한 차가 보였다.

종래의 코크스 강도를 추정하기 위한 석탄 배합 이론에 있어서는 코크스 강도는 주로, 석탄의 비트리니트 평균 최대 반사율(Ro)과, 기셀러 최고 유동도(MF)의 대수값(logMF)에 의해 결정된다고 고려되어 왔다(예를 들면, 비특허문헌 2 참조). 그래서, 배합탄의 비트리니트 평균 최대 반사율(Ro)을 일정으로 한 조건에서, 침투 거리가 코크스 강도에 미치는 영향을 검토하였다. 표 2에 배합 조성을 나타낸다. 입경 3㎜이하 100mass%, 수분 8mass%로 조정한 배합탄 16㎏을 부피 밀도 750(㎏/㎥)으로 되도록 건류 캔에 충전하고, 노벽 온도 1050℃에서 6시간, 전기로에서 건류하여 코크스를 제조하였다. 건류 후, 질소 냉각하고, 드럼 강도 시험을 실시하였다. JIS K 2151의 회전 강도 시험법에 준하여, 15rpm, 150회전으로 입경 6㎜이상의 코크스의 질량 비율을 측정하고, 회전 전과의 중량비를 드럼 강도 DI(150/6)로서 산출하였다.

석탄 B 및 E, G∼I를 배합한 배합탄 K에 유동성이 높은(기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도 MF가 모두 1000ddpm이상) D탄 및 F탄을 첨가해서 배합탄 L∼Q를 조제하고, 동일한 조건에서 건류하여 얻어진 코크스의 강도를 표 2에 나타낸다(D탄 및 F탄은 배합탄에 대해, 외부 조성에서 첨가하고 있기 때문에, 배합 비율의 합계는 100mass%를 넘는 것이 있다).

어느 배합탄에 있어서도 배합탄에 포함되는 기셀러 최고 유동도가 100ddpm이상 500ddpm이하인 상표의 석탄의 평균 침투 거리는 7.9㎜ 정도이고, D탄의 침투 거리는 그 2.4배이며 침투 거리가 극단적으로 크다. 한편, F탄의 침투 거리는 1.5배이다. 배합탄 K∼Q를 동일한 조건에서 건류하여 제조한 코크스에 대해 회전 강도 지수 DI(150/6)를 측정한 결과를 표 2 및 도 6에 나타낸다.

배합탄 K에 대해 F탄을 첨가한 경우, F탄을 10mass%이상 첨가한 배합탄 M 및 N에서는 배합탄 K에 비해 건류 후의 코크스 강도 DI(150/6)가 대폭 상승하였다. F탄을 5mass% 첨가한 경우(배합탄 L)에서는 배합탄 K에 비해 DI(150/6)가 0.1 증가해 있고, F탄 첨가에 의한 배합탄의 유동성 향상에 의한 코크스 강도 향상 효과는 F탄을 15mass% 첨가해도 그 3배 정도로 고려된다. 따라서, 배합탄 M 및 N에서는 단순한 배합탄의 유동성 향상이 아닌, 저 침투 거리의 고 유동성 석탄 첨가에 의한 조대 결함의 생성 억제 등의 효과에 의해 대폭 강도가 향상했다고 고려된다. 한편, D탄을 15mass% 첨가한 경우(배합탄 Q)에서는 배합탄 K로부터 제조한 코크스보다 강도 DI(150/6)가 저하하는 결과로 되었다. 석탄 D의 침투 거리가 크고, 코크스 중에 취약한 조직(결함)을 형성하기 위해 강도가 저하했다고 고려된다.

따라서, 배합탄에 대해 기셀러 플라스토미터로 측정한 최고 유동도 MF가 크고, 또한 침투 거리가 작은 석탄(예를 들면, F탄과 같은 석탄)을 10mass%이상 첨가하면 강도를 향상시킬 수 있으므로, 강도를 일정하게 하면, 비교적 고가의 석탄을 삭감할 수 있다. 한편, 배합탄에 대해 기셀러 플라스토미터로 측정한 최고 유동도 MF가 크고, 또한 침투 거리가 극단적으로 큰 석탄(예를 들면, D탄과 같은 석탄)을 다량으로 배합하면 강도 저하를 일으키므로, 강도를 일정하게 유지하고자 하면, 비교적 고가의 석탄을 별도로 첨가하지 않을 수 없게 되어 코스트 증가를 초래하게 된다. 배합탄에 대해 이러한 침투 거리가 큰 석탄이라도 사용량이 10mass%이하로 적정한 범위에 있으면 강도 저하는 거의 일어나지 않으므로, 코스트 증가를 초래하는 일은 없다.

이와 같이, 고 유동성탄은 그 침투 거리가 크면 코크스 강도에 악영향을 미치는 것이 명백하게 되었다. 이러한 악영향을 초래하는 석탄을 구별하기 위한 침투 거리의 기준값은 상기와는 별도의 방법에 의해서도 정할 수 있다. 즉, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고, 그 회귀식을 사용해서 기셀러 유동도가 200ddpm인 경우의 침투 거리를 산출하며, 그 침투 거리의 1.6배를 기준으로 해서 정하는 방법이다. 예를 들면, 도 5의 30ddpm이상 1000ddpm의 범위에 있는 측정값을 이용하여, 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하면, 이하의 식이 얻어진다.

(침투 거리)=3.34×(logMF)

이 회귀식을 이용해서 기셀러 유동도가 200ddpm인 경우의 침투 거리를 추정하면, 침투 거리는 약 7.7㎜로 된다. 따라서, 기준값은 그 1.6배, 즉 12.3㎜ 정도로 된다. 이 기준으로 판단해도 F탄은 코크스 강도에 바람직한 영향을 미치고, D탄은 악영향을 미치는 것을 추정할 수 있다. 또, 기준값으로서, 상기 1차 회귀식을 이용해서 목표로 하는 배합탄의 logMF값으로부터 계산되는 침투 거리의 1.6배로 할 수도 있다. 표 2의 예의 경우, 목표로 하는 배합탄의 logMF값은 2.6∼2.7 정도이므로, 그 MF값으로부터 추정되는 침투 거리 약 8.7∼9.0㎜의 1.6배, 즉 13.9∼14.4㎜를 기준값으로서 정할 수 있다. 또한, 여기서 추정되는 침투 거리의 1.6배를 석탄의 판정 기준으로 한 것은 F탄과 같은 코크스 강도에 바람직한 영향을 주는 석탄을 확실하게 선택하기 위해서이다. 발명자들의 지견에 의하면, MF가 비교적 높은 석탄에서는 침투 거리가 작을수록 바람직한 것을 알 수 있기 때문에, 판정 기준의 값을 약간 작게 하는 것에 의해서, 더욱 확실하게 바람직한 석탄의 배합량을 증가시키고, 바람직하지 않을 가능성이 있는 석탄의 배합률에 대해 더욱 확실하게 제한을 가할 수 있게 된다.

1; 석탄 시료 2; 상하면에 관통구멍을 갖는 재료
3; 용기 5; 슬리브
7; 온도계 　 8; 발열체
9; 온도 검출기 　 10; 온도 조절기
11; 가스 도입구 　 12; 가스 배출구
13; 팽창률 검출봉 　 14; 추
15; 변위계 　 16; 원형 관통구멍
17; 충전 입자

Claims

복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
상기 배합탄 중에 포함되는 석탄의 상표를 미리 결정하고,
결정된 상표의 석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하고 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고,
상기 배합탄에 포함되는 기셀러 최고 유동도가 100ddpm이상 500ddpm이하인 상표의 석탄의 평균 침투 거리에 대해 침투 거리가 1.6배 이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하고 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고,
다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고,
상기 1차 회귀식에 있어서의 기셀러 유동도가 200ddpm인 경우의 침투 거리의 1.6배 미만의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10∼100mass%로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하고 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고,
다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고,
상기 1차 회귀식에 있어서의 기셀러 유동도가 200ddpm의 경우의 침투 거리의 1.6배 이상의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하고 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고,
다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고,
상기 1차 회귀식에 있어서의 배합탄의 목표로 하는 기셀러 유동도의 경우의 침투 거리의 1.6배 미만의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10∼100mass%로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
석탄의 연화 용융 특성을, 용기내에 충전한 석탄 시료의 위에 상하면에 관통구멍을 갖는 재료를 배치하고 상기 석탄 시료를 가열함으로써 상기 관통구멍에 침투하는 석탄의 침투 거리 및 기셀러 최고 유동도에 의해 미리 평가하고,
다음에, 기셀러 최고 유동도가 30ddpm이상 1000ddpm이하인 1상표 이상의 석탄의 기셀러 최고 유동도의 대수값과 침투 거리의 측정값에 의거하여 원점을 통과하는 1차 회귀식을 구하고,
상기 1차 회귀식에 있어서의 배합탄의 목표로 하는 기셀러 유동도의 경우의 침투 거리의 1.6배 이상의 침투 거리를 갖고, 또한 기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 상표의 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 석탄의 침투 거리의 측정에 있어서, 석탄 시료의 위에 배치한 관통구멍을 갖는 재료에 하중을 부가시키면서 실행하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
(1) 석탄을 입경 2㎜이하가 100질량%로 되도록 분쇄하고, 해당 분쇄된 석탄을 충전 밀도 0.8g/㎤이고, 층두께가 10㎜로 되도록 용기에 충전하여 시료를 작성하는 방법,
(2) 해당 시료의 위에 직경 2㎜의 글래스 비즈를 침투 거리 이상의 층두께로 되도록 배치하는 방법,
(3) 상기 글래스 비즈의 상부로부터 50㎪로 되도록 하중을 부가하면서, 가열 속도 3℃/분에서 실온으로부터 550℃까지 불활성 가스 분위기하에서 가열하는 방법, 및
(4) 상기 글래스 비즈층에 침투한 용해 시료의 침투 거리를 측정하는 방법에 의해 측정되는 침투 거리가 15㎜이상이고, 또한 기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 석탄의 합계 배합 비율을 10mass%이하(0mass% 포함)로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.
복수 상표의 석탄으로 이루어지는 배합탄을 건류하는 것에 의해 야금용 코크스를 제조하는 방법으로서,
(1) 석탄을 입경 2㎜이하가 100질량%로 되도록 분쇄하고, 해당 분쇄된 석탄을 충전 밀도 0.8g/㎤이고, 층두께가 10㎜로 되도록 용기에 충전하여 시료를 작성하는 방법,
(2) 해당 시료의 위에 직경 2㎜의 글래스 비즈를 침투 거리 이상의 층두께로 되도록 배치하는 방법,
(3) 상기 글래스 비즈의 상부로부터 50㎪로 되도록 하중을 부가하면서, 가열 속도 3℃/분에서 실온으로부터 550℃까지 불활성 가스 분위기하에서 가열하는 방법, 및
(4) 상기 글래스 비즈층에 침투한 용해 시료의 침투 거리를 측정하는 방법에 의해 측정되는 침투 거리가 15㎜미만이고, 또한 기셀러 플라스토미터법으로 측정한 최고 유동도가 1000ddpm이상인 석탄의 합계 배합 비율을 10∼100mass%로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 코크스의 제조 방법.