KR20130097919A

KR20130097919A - 성형탄, 이의 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR20130097919A
Application number: KR1020120019569A
Authority: KR
Inventors: 최기출; 오종수
Original assignee: 코텍엔지니어링 주식회사
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-04

Abstract

성형탄, 이의 제조장치 및 제조방법이 개시된다. 개시된 성형탄은, 휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 물(H2O) 5 ~ 20%로 조성된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 성형탄은 높은 강도와 입자크기를 갖고, 제조비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 환원성이 높다.

Description

성형탄, 이의 제조장치 및 제조방법{a coal briquette, a manufacturing apparatus and a manufacturing method thereof}

본 발명은 성형탄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 강도와 입자크기를 갖고, 제조비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 선철의 환원효율이 향상된 성형탄, 이의 제조장치 및 제조방법에 대한 것이다.

철광석으로부터 선철을 제조하는 공정에서 철광석을 환원시키기 위하여는 환원가스를 발생시키고 환원 반응을 촉진하면서 또한 환원 철과 슬래그(Slag)를 용해시킬 수 있는 연료가 필요하며, 현재 대부분 석탄을 연료 및 환원제로 사용하고 있다. 연료는 선철 제조공정에서 원활한 환원이 일어나기 위해서는 환원가스와 산화철이 원활하게 접촉할 수 있는 환경이 조성되어야 하고, 용융된 선철과 슬래그가 원활하게 흘러내리게 하는 역할을 할 수 있도록 반응로 내에서 많은 공극을 조성할 수 있는 것이 중요하다.

환원제, 열원, 공극 조성 의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 만들어진 물질이 석탄을 열분해할 때 발생하는 코크스(cokes)이다. 반응로가 특히 대형일수록 많은 무게를 견디면서 공극을 충분히 유지할 수 있는 높은 강도와 적정 크기의 코크스가 필요하게 되는데 일반적으로 높은 강도의 코크스는 반응성이 떨어지기 때문에 환원가스의 발생 면에 있어서 비효율 적인 단점을 가진다. 또한, 코크스를 제조할 때는 코크스 로에 장입되는 장입탄의 밀도를 증가시키는데 한계가 있기 때문에 입자간 밀착도가 낮아서 가열 시 충분한 용융도 및 팽창성을 가지는 강점탄을 사용하지 않으면 강도 높은 코크스를 얻기가 불가능하다.

그러나 성형탄은 기계적으로 허락하는 만큼 충분한 압력을 가하여 성형이 되기 때문에 입자간의 밀착도가 높아서 가열 시 석탄입자가 약간의 용융성만 보여도 높은 강도의 코크스로 변환이 가능하다. 이와 같이 강도가 높은 성형탄에 대해서는 한국 특허 공개 제10-2003-0013056호 및, 특허등록 제0627469호에 개시되어 있다. 개시된 성형탄은 미분탄에 생석회 및 당밀을 일정 중량부로 혼합하여 성형탄을 제조함으로써 강도를 개선시켜 수송과정에서나 반응로 안으로 장입시킬 때의 충격에 의해서도 잘 깨지지 않는 강도를 가지나, 환원성 즉 충분한 환원가스를 발생시키지 못하는 단점이 있어 종래기술의 문제점을 완전하게 해결하지 못하였다.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반응로 내에서 높은 강도와 입자 크기를 유지할 뿐 아니라 반응성도 높아 선철의 환원효율이 향상된 성형탄, 이의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 성형탄은, 휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 물(H2O) 5 ~ 20%로 조성된다.

상기 물(H2O)과 상기 물유리는 1:1로 혼합된 후, 90℃로 가열된 후 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명의 성형탄 제조장치는, 원료를 혼합시키는 혼합기, 상기 원료가 혼합된 혼합물을 성형탄으로 성형시키는 성형기, 상기 성형탄을 건조시키는 건조기를 포함하는 성형탄 제조장치에 있어서, 상기 건조기 내부로 연소가스를 공급하기 위한 연소가스제조부 및, 상기 연소가스의 온도를 낮춰주기 위한 공기주입수단을 더 포함하고, 상기 성형기로부터 낙하되는 상기 성형탄의 낙하 충격을 완화하고 상기 성형탄의 상기 건조기 내부 체류시간을 상승시키기 위하여, 상기 건조기는 내부에 경사지도록 설치된 가이드판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 성형탄 제조장치는, 원료를 혼합시키는 혼합기, 상기 원료가 혼합된 혼합물을 성형탄으로 성형시키는 성형기, 상기 성형탄을 건조시키는 건조기를 포함하는 성형탄 제조장치에 있어서, 상기 건조기 내부로 공기를 공급하기 위한 공기주입수단; 상기 공기주입수단을 상기 건조기와 연통시키는 제 2 배관; 상기 성형기로부터 낙하되는 상기 성형탄의 낙하 충격을 완화하고 상기 성형탄의 상기 건조기 내부 체류시간을 상승시키기 위하여, 상기 건조기는 내부에 경사지도록 설치된 철재판; 및, 상기 철재판의 저 면과 접촉되어 상기 철재판을 가열하도록 설치된 증기 배관을 더 포함하도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 성형탄 제조방법은, 휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 수분 5 ~ 20%를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 성형탄으로 성형시키는 성형단계; 상기 성형탄을 건조시킴과 동시에 100 ~ 150℃로 가열하여 강도를 향상시키는 단계; 및, 상기 성형탄을 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 성형탄은, 강도가 좋고, 열분해 과정에서도 초기 형태를 계속 유지하고 있는 성질을 갖고 있으며, 충분한 환원성 가스를 발생시키기 때문에 선철의 환원성을 향상시키는 장점이 있다.

본 발명의 성형탄을 사용하게 되면 코크스 제조과정이 없이도 석탄을 성형만 하여 사용하게 되기 때문에 코크스 제조비용을 절감할 수 있는 장점도 가지게 된다.

또한 본 발명의 성형탄은 충분한 강도의 코크스를 제조할 수 없는 값싼 석탄을 이용해서도 제조가 가능하기 때문에 원료비 절감에도 기여할 수 있다.

본 발명의 성형탄 제조장치 및 제조방법은, 상술한 성형탄을 제조하기에 적합하다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형탄 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 성형탄 제조장치에서, 철재판과 증기배관의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형탄 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

철광석으로부터 선철을 제조하는 공정에 사용되기 위한 성형탄은 다음과 같은 요건을 갖추는 것이 바람직하다.

첫째로 제조 시에 충분한 강도를 유지하여야 한다. 반응로에 장입되기 위하여는 많은 수송과정을 거쳐야 하고, 대량으로 수송할 때 서로 부딪히기도 하고, 장입 시에 반응로 안으로 떨어질 때 충격을 받기도 하는 등 많은 충격을 받기 때문에 각종 충격에도 깨지지 않고 형태를 유지할 수 있을 만큼의 충분한 강도가 요구된다. 성형탄 제조 시에 충분한 강도의 발현조건은 적절한 결합제(binder) 배합과 성형 시에 충분한 압력을 가하는 것이다.

둘째로 장입 후에 열분해 과정에서 형태를 유지하고 코크스화 되어야 한다. 열분해 과정에서 열을 견디지 못하고 깨져 버리면 공극을 유지하는데 필요한 입도를 가지지 못하기 때문에 형태를 유지하면서 코크스화 되는 것이 필요하다.

셋째로는 코크스화 된 후에 강도가 발현되면서도 반응성을 가지도록 하는 것이 중요하다. 강도 못지 않게 반응성 또한 중요한데 그 이유는 반응성이 높을 경우 낮은 온도에서도 충분한 환원성 가스를 발생시켜 철광석 환원효율을 급격히 상승시킬 수 있으며 또한 발생된 선철에 코크스의 탄소 성분의 용해를 촉진시켜 선철의 용융온도를 낮추게 되며 그만큼 반응로 융착대의 영역이 좁아져서 통기성을 증대 시킬 수 있기 때문이다.

<성형탄>

상술한 세 가지 요건을 충족하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형탄은, 휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 수분 5 ~ 20%을 포함하여 조성된다.

1) 석탄입자(coal particle) 및, 분 코크스(cokes breeze)

반응로에 장입된 성형탄이 깨지지 않고 코크스화 되도록 하기 위하여는(상술한 두 번째 요건), 원료 석탄이 가열 시에 심각한 연화용융이나 팽창이 없어야 한다. 또한 약간의 점결력을 가져야 하기 때문에 이와 같은 목적에 적합한 석탄은 휘발분 (Volatile Matter) 함량이 30~37% 사이에 있는 석탄이다. 이와 같은 석탄은 일반적인 코크스 제조에는 적합하지 않기 때문에 가격이 비교적 저렴하여 원가를 절감할 수 있는 장점을 가지게 된다. 다만 휘발분이 비교적 높은 석탄이기 때문에 휘발분이 급격하게 발생하면 그 압력에 의해 성형탄이 파괴될 수도 있으므로 휘발분이 원활하게 배출될 수 있는 통로를 제공하기 위하여 다공질인 분코크스 (coke breeze) 를 혼합하여 성형하게 된다. 분코크스의 혼합비는 5 ~15% 정도까지 혼합하여 사용할 수 있으며 그 이상 혼합하게 되면 성형탄 강도 및 그로부터 생성되는 코크스의 강도가 심각하게 저하될 수 있다는 것을 확인하였다. 또한 성형탄의 강도를 증진하기 위해 배합하는 생석회도 휘발분 배출 통로 역할을 할 수 있다.

2) 분 생석회(CaO), 당밀(molasses), 물유리(sodium silicate) 및, 수분

첫 번째 요건을 충족시키기 위해 가장 중요한 것은 적절한 결합제의 선정이다. 여기서 결합제의 조건은 대량으로 공급 가능함과 동시에 가격이 저가이어야 하며 또한 결합제는 대부분 불순물로 작용하기 때문에 가능한 적은 양을 혼합하여 성형하여도 성형탄이 충분한 강도를 가질 수 있도록 하여야 한다. 그리고 혼합과정이나 성형과정의 공정 설비비 측면이나 공정 관리상 최대한 간편하게 사용할 수 있어야 한다.

당밀 (molasses) 은 상온에서 유동성을 가지며 수용성이기 때문에 수분을 다량 함유한 석탄과 잘 혼합됨과 동시에 약간의 온도 상승으로도 중합반응이 일어나는 특성을 가지고 있어서 결합제로서 성형탄 강도를 나타내도록 하는데 유리하다. 그러나 칼륨, 나트륨, 인 등의 불순물을 함유하고 있어서 반응로 운전에 지장을 초래하며 반응성이 너무 높아서 코크스의 강도를 현저히 약화시키는 작용을 하기 때문에 그 사용을 최소화 한다. 따라서, 당밀 (molasses)에 물유리 (sodium silicate, Na₂SiO₃)와 생석회(CaO)를 혼합하여 성형탄을 제조하는 것이 강도 높은 성형탄 제조에 적합하다는 것을 알았다.

물유리는 미량만 사용해도 높은 강도의 성형탄을 만들 수 있는 특성이 있지만 물유리의 특성상 골고루 혼합되도록 하려면 비교적 많은 양의 물로 희석해 사용해야 하고 강도가 발현되도록 하려면 건조과정을 거쳐야 하기 때문에 성형 직후에는 쉽게 깨질 수 있는 단점을 가지고 있다. 따라서, 혼합되는 물유리는 1 ~10%가 적당하다는 것을 알았다.

또한, 상술한 물유리를 사용하는 단점을 보완하기 위하여 물유리에 생석회(CaO) 및 당밀과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 많은 실험결과 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 수분 5 ~ 20%를 혼합하는 것이 가장 바람직하다는 것을 확인하였다. 생석회는 물과 접촉하면 소석회(Ca(OH)₂)로 변하면서 발열을 하기 때문에 성형탄의 온도를 높여주는 역할을 하게 되고 물의 증발을 촉진시킴과 동시에 당밀이나 물유리의 반응을 촉진시키게 된다. 물유리 용액을 100^oC 정도로 가열하여 혼합하게 되면 이와 같은 효과를 촉진시킬 수 있게 된다. 이와 함께 성형탄을 성형기 출구에 건조기를 위치시켜 가열하여 물의 증발과 반응을 촉진시키는 방법을 사용할 수 있다. 성형시 물유리를 혼합한 경우에 성형 직후에 충분한 강도를 가지지 못하므로 강도가 형성될 때까지 충격을 최소화 하는 방법을 이용하여야 한다.

또한, 세 번째 요건인 코크스 반응성 향상을 위해 분 생석회 혼합비를 5 ~15%로 조절하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 고온에서 반응하여 환원가스를 발생시키는 역할을 수행할 때 가능하면 낮은 온도에서 환원가스를 발생시키도록 만들어 에너지 손실 및 환원가스 이용률을 향상시킬 수 있는데 이는 낮은 온도에서 철광석 환원반응이 일어날수록 환원가스 이용률이 향상되기 때문이다. 상술한 혼합비를 갖는 본 실시 예의 성형탄은 전통적인 코크스와는 달리 고밀도의 코크스를 제조하는 것이 가능하고 반응성이 높은 경우에도 고온에서 강도가 유지되어 산화철 환원반응의 효율을 높이는 데 유용하다.

<성형탄 제조장치 및 성형탄 제조방법>

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 성형탄 제조장치(10)의 개략도이고, 도 2는 가이드판(22)의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 성형탄 제조장치(10)는, 혼합기(12), 성형기(14), 건조기(18), 연소가스제조부(24) 및 공기주입수단(26)을 포함한다.

혼합기(12)는 성형탄을 제조하는 원료를 믹싱용 교반기(13)를 이용하여 혼합하는 기계이고, 성형기(14)는 내부에 설치된 성형롤러(16)를 이용하여 혼합된 혼합물을 적절한 크기의 성형탄(20)으로 만드는 기계이다. 혼합기(12)와 성형기(14)는 일반적으로 사용되고 있는 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.

건조기(18)는 성형탄(20)을 건조시키는 장치로서, 내부에 경사지게 설치된 두 개의 가이드판(22)이 높이를 달리하여 서로 대칭적으로 설치되어 있다. 가이드판(22)은 도1의 확대부분의 형상과 같이 다수개의 리브(23)가 일정간격을 두고 등 간격으로 배치된 격자판(22a)으로 구성된다. 격자판(22a)이 건조기(18) 내부에 설치되는 경사는 성형탄(20)의 건조 조건에 따라 어느 정도 성형탄이 건조기 내부에 체류해야 하는 지에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 설치 경사를 조절함으로써 성형탄(20)이 낙하시 받는 충격강도를 조절할 수도 있다.

성형탄을 대량으로 제조할 때 상술한 바와 같이 내부에 성형롤러(16)가 구비된 성형기(14)를 이용하기 때문에 성형롤러(16)가 회전하면서 성형탄(20)이 하부로 배출되는 형태를 갖는다. 이 때 낙차가 너무 크게 되면 충분히 숙성되지 못한 성형탄(20)이 깨지게 된다. 본 실시 예에서는 이를 방지하기 위해 경사진 격자판(22a)나 후술되는 철재판(122)을 최대한 가까이 성형기(14) 출구에 위치시켜 수직낙하 충격을 최소화 시키고 격자판(22a)이나 철재판(122) 위를 굴러내려 오는 동안 건조시간을 확보하여 강도가 발현되도록 한다. 격자판(22a)이나 철재판(122)의 기울기는 굴러 내려오는 동안 강도가 발현될 수 있는 충분한 시간을 확보함과 동시에 성형탄(20)에 충격이 최소화되면서 굴러 내려올 수 있는 각도로 구성한다.

연소가스제조부(24)는 고온의 연소가스를 제조하는 용도로 사용되며, 버너(미도시)를 구비하여 연소가스를 제조한다. 연소가스 제조부(24)는 일정 공간에서 버너를 점화시키면 연소가스가 생성되고 그 연소가스를 제 1 배관(34)을 통해 배출한다. 제 1 배관(34)은 공기주입수단(26)과 연결된 제 2 배관(36)과 연결되어 있다.

공기주입수단(26)은 송풍기(미도시)가 될 수 있으며, 제 1 배관(34)과 연결된 제 2 배관(36)을 통하여 공기를 송출시킨다. 제 2 배관(36)의 공기는 제 1 배관(34)을 통해 나오는 연소가스와 혼합되어 건조기(18)로 유입된다. 혼합된 연소가스는 온도가 100 ~ 150도 정도로 하강되어 격자판(22a) 사이의 공간을 통해 성형탄(20)을 건조시킨 후 출구로 배출된다.

도 2는, 건조기(18)의 내부에 설치된 가이드판(22)의 또 다른 실시 예를 도시한 것으로서, 가이드판(22)이 하나의 플레이트 형상의 철재판(122)으로 구성된 것이다. 이때에는 연소가스제조부(24) 및 제 1 배관(34)은 필요 없고 제 2 배관(36)이 직접 건조기(18)에 연결되는 구조를 갖는다. 보일러(미도시)에서 생성된 고온의 증기가 흐를 수 있는 증기배관(32)이 철재판(122)의 하면을 지그재그로 흐르면서 철재판(122)을 가열하도록 구성된다. 가열된 철재판(122)은 그 상면과 접촉되어 낙하되는 성형탄(20)을 건조시킨다. 건조기(18)로 유입된 공기는 철재판(122) 상면을 따라 상승하면서 성형탄(20)을 더욱 건조시킨다.

이하에서는, 상술한 일 실시 예에 따른 성형탄 제조장치(10)를 이용한 본 발명의 성형탄 제조방법에 대하여 설명한다.

[혼합 단계(S1)]

휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 수분 5 ~ 20%를 혼합기(12)에 투입하고, 믹싱용 교반기(13)를 이용하여 이를 교반한다.

[성형 단계(S2)]

혼합된 혼합물을 성형롤러(16)를 이용하여 일정한 크기의 성형탄(20)의 형상으로 성형시킨다. 통상적으로 성형되는 성형탄(20)은 길이 5cm, 폭 4cm, 두께 2.5cm 정도로 성형하는 것이 바람직하다. 성형기(12)에서 성형된 성형탄은 낙하하여 건조기로 이동된다.

[건조 및 강도 향상 단계(S3)]

낙하된 성형탄(20)은 도 1을 참조하면, 격자판(22a)에 부딪힌 후 격자판을 굴러내려 오며, 이때 연소가스제조부(24)의 버너를 이용하여 연소가스를 제조하고 고온의 연소가를 공기주입수단(26)을 통해 유입되는 공기와 혼합하여 온도를 낮춘다. 연소가스의 온도는 100~150^oC 정도로 낮춰지고, 제 1 배관(34)을 통해 건조기로 유입된 연소가스는 격자판(22a)을 통과하면서 격자판을 굴러 내려가고 있는 성형탄을 건조시킨다. 성형탄으로부터 수분을 빼앗을 연소가스는 수분을 함유하게 되고 수분이 함유된 연소가스는 건조기의 출구를 통해 배출된다. 100 ~ 150℃ 정도 온도에서는 성형탄(20)에서 휘발 분이 거의 발생하지 않으므로 가스 중 대기오염 성분이 거의 포함되지 않기 때문에 대기 중 연소가스를 배출하더라도 문제가 없다.

또한, 도 2와 같이, 성형탄(20)이 철재판(122) 위를 굴러내려 오는 경우에는 철재판(122) 후면에 설치된 저압 증기 배관(32)을 통해 열교환을 한 철재판(122)의 상부 온도는 150~200^oC 정도를 유지한다. 철재판(122) 상면을 따라 공기주입수단(26)을 통해 유입된 공기는 성형탄(20)의 수분을 날려서 성형탄의 건조를 더욱 촉진시킨다. 도 2와 같은 건조기(18)를 이용하여 건조시키는 경우에도 도 1의 건조기와 마찬가지로 휘발성분의 발생이 거의 없으므로 수분을 함유한 공기를 대기 중에 그대로 방출시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제조방법은, 단순한 건조가 아니라 연소가스 또는 증기배관을 통해 성형탄을 가열하는 과정을 더 거침으로써, 성형탄의 강도를 향상시킨다.

[이동 단계(S4)]

건조기(18)를 통해 낙하한 성형탄(20)은 콘베이어(28) 이송수단을 통해 이동되며, 이동되는 동안 온도가 내려가고 충분한 강도를 가지게 되어 수송이나 산화철 환원, 용융 반응로에 장입하는데 문제가 없다. 또한, 반응성도 우수하여 고온에서 강도가 유지될 뿐 아니라 낮은 온도에서도 환원가스 발생이 우수하다.

<실험 1>

휘발분 34% 인 석탄 60%, 분코크스 14%, 분 생석회 10%, 당밀 3%, 물유리 3%, 물 10%, 혼합기(12)에서 혼합한 후, 성형기(14)에서 성형탄을 제조하였다.

투입된 석탄은 일반적인 코크스 제조용 원료탄으로 사용되는 입도를 가지는 것으로 사용하였고, 생석회는 석회 소성공장에서 집진 시 발생하는 분 생석회를 사용하였다. 물유리는 물과 1:1 혼합 형태로 사용하였다.

성형기(14)에서 성형되는 성형압은 100MPa 이었으며, 성형 시 혼합 혼합물의 온도는 70~80^oC 였다. 성형탄을 건조기(18)에서 2분 동안 100^oC를 유지시킨 상태로 건조시킨 후 배출시키고 약 10분 경과 후에 강도를 측정하였다.

성형탄은 길이 5cm, 폭 4cm, 두께 2.5cm, 크기의 납작한 둥근 형태였다. 강도의 측정은 면적이 넓은 부분 양쪽에서 성형탄을 압착하면서 힘을 증대시켰고 성형탄이 파괴되는 순간의 힘을 기록하였다. 파괴 순간에 압착력은 8.5kN 이었다.

이 성형탄을 1000^oC 가열로에 집어 넣고 이산화탄소를 10L/min 로 흘려 보낸 후, 꺼내서 냉각한 후에 강도를 다시 측정하였으며 이 때의 강도는 8kN을 보였다.

실험 1을 통하여, 본 발명의 성형탄은 제조 후 8.5kN 높은 강도를 가질 뿐 아니라, 1000^oC 고온 가열로에서 열분해 과정을 거친 후에도 8kN 으로 강도가 거의 변하지 않는다는 것을 알았다. 이러한 정도의 강도를 가질 경우 열분해 과정에서도 성형탄은 쉽게 파괴되지 않고 충분한 공극을 유지할 수 있다.

<실험 2>

휘발분 34% 인 석탄 75%, 분코크스 8%, 분 생석회 4%, 당밀 1.5%, 물유리 1.5%, 물 10%, 혼합기(12)에서 혼합한 후, 성형기(14)에서 성형탄을 제조하였다.

투입된 석탄은 일반적인 코크스 제조용 원료탄의 입도를 가지는 것으로 사용하였고, 생석회는 석회 소성공장에서 집진 시 발생하는 분 생석회를 사용하였으며, 물유리는 물과 1:1 혼합형태로 온도를 90^oC 로 가열하여 사용하였다.

성형기(14)에서 성형시 성형압은 100MPa 이었으며 성형 시 혼합된 혼합물의 온도는 70~80^oC 였다. 성형탄을 건조기(18)에서 2분 동안 100^oC를 유지시킨 후에 배출시키고 약 10분 경과 후에 강도를 측정하였다.

성형탄은 길이 5cm, 폭 4cm, 두께 2.5cm, 크기의 납작한 둥근 형태였다. 강도의 측정은 면적이 넓은 부분 양쪽에서 성형탄을 압착하면서 힘을 증대시켰고 성형탄이 파괴되는 순간의 힘을 기록하였다. 파괴 순간에 압착력은 7.5kN 이었다. 이 석탄 성형탄을 1000^oC 분위기 가열로에 집어 넣고 이산화탄소를 10L/min 로 흘려 보내었으며 꺼내서 냉각한 후에 강도를 측정하였으며 이 때의 강도는 10kN을 보였다.

실험 2의 경우는, 제조 후 7.5kN 높은 강도를 가질 뿐 아니라, 1000^oC 고온 가열로에서 열분해 과정을 거친 후에 오히려 강도가 10kN 으로 상승되었다.

10:성형탄 제조장치 12:혼합기
14:성형기 16:성형롤러
18:건조기 20:성형탄
22:가이드판(22a:격자판, 122:철재판)
24:연소가스제조부 26:공기주입수단
28:콘베이어 32:증기배관
34:제1배관 36:제2배관

Claims

휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 물(H2O) 5 ~ 20%로 조성된 성형탄.
제 1 항에 있어서,
상기 물(H2O)과 상기 물유리는 1:1로 혼합된 후, 90℃로 가열된 후 혼합되는 것을 특징으로 하는 성형탄.
원료를 혼합시키는 혼합기, 상기 원료가 혼합된 혼합물을 성형탄으로 성형시키는 성형기, 상기 성형탄을 건조시키는 건조기를 포함하는 성형탄 제조장치에 있어서,
상기 건조기 내부로 연소가스를 공급하기 위한 연소가스제조부 및, 상기 연소가스의 온도를 낮춰주기 위한 공기주입수단을 더 포함하고,
상기 성형기로부터 낙하되는 상기 성형탄의 낙하 충격을 완화하고 상기 성형탄의 상기 건조기 내부 체류시간을 상승시키기 위하여, 상기 건조기는 내부에 경사지도록 설치된 가이드판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄 제조장치.
제 3 항에 있어서, 상기 가이드판은,
일정간격으로 다수 개의 리브가 구비된 격자판으로 구성된 것을 특징으로 하는 성형탄 제조장치.
제 3 항에 있어서,
상기 연소가스제조부를 상기 건조기와 연통시키는 제 1 배관 및, 상기 공기주입수단을 상기 제 1 배관과 연통시키는 제 2 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄 제조장치.
원료를 혼합시키는 혼합기, 상기 원료가 혼합된 혼합물을 성형탄으로 성형시키는 성형기, 상기 성형탄을 건조시키는 건조기를 포함하는 성형탄 제조장치에 있어서,
상기 건조기 내부로 공기를 공급하기 위한 공기주입수단;
상기 공기주입수단을 상기 건조기와 연통시키는 제 2 배관;
상기 성형기로부터 낙하되는 상기 성형탄의 낙하 충격을 완화하고 상기 성형탄의 상기 건조기 내부 체류시간을 상승시키기 위하여, 상기 건조기는 내부에 경사지도록 설치된 철재판; 및,
상기 철재판의 저 면과 접촉되어 상기 철재판을 가열하도록 설치된 증기 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄 제조장치.
휘발분 30 ~ 37% 범위를 갖는 석탄입자(coal particle) 50% ~80%, 분 코크스(cokes breeze) 5 ~15%, 분 생석회(CaO) 5 ~ 15%, 당밀(molasses) 1 ~ 10%, 물유리(sodium silicate) 1 ~ 10% 및, 수분 5 ~ 20%를 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 성형탄으로 성형시키는 성형단계;
상기 성형탄을 건조시킴과 동시에 100 ~ 150℃로 가열하여 강도를 향상시키는 단계; 및,
상기 성형탄을 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄 제조방법.