KR20140002210A - 코크스 입경 예측방법 - Google Patents

코크스 입경 예측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코크스 입경 예측방법에 관한 것으로, 석탄 탄종별로 불활성성분(TI)을 측정하는 단일탄종 불활성성분 측정단계와, 상기 석탄을 배합한 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)을 산출하는 산출단계와, 상기 배합탄의 코크스 건류 후 입경을 측정하는 입경 측정단계와, 상기 산출단계에서 산출한 상기 배합탄의 가중평균 불활성성분과 상기 입경 측정단계에서 측정한 상기 코크스 입경의 상관관계를 도출하는 도출단계와, 상기 도출단계에서 도출한 상관관계로부터 코크스 입경을 예측하는 예측단계를 포함한다.
본 발명은 코크스 품질 예측이 가능하여 코크스 품질의 향상 및 유지가 가능한 이점이 있다.

Description

코크스 입경 예측방법{Method for predicting size of cokes}
본 발명은 코크스 입경 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스 품질을 예측하기 위한 코크스 입경 예측방법에 관한 것이다.
코크스는 고로의 열원으로 사용되는 연료인 동시에 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 코크스는 석탄을 코크스 오븐 설비에서 가열 건류하여 제조한다.
코크스 제조용 석탄은 건류시에 점결이 잘 이루어질 수 있는 점결성을 가져야하므로 원료로는 역청탄이 많이 사용된다. 코크스 제조에 이용되는 석탄을 일반적인 연료용과 구분하여 원료탄이라 칭하기도 한다.
이와 관련된 선행기술로는 국내등록특허 제10-0206486호(1999.04.08)"고로용 코크스의 제조방법"이 있다.
본 발명의 목적은 코크스 품질을 예측하기 위하여 코크스 입경에 영향을 미치는 영향인자를 개발하여 코크스 입경을 예측할 수 있도록 한 코크스 입경 예측방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 석탄 탄종별로 불활성성분(TI)을 측정하는 단일탄종 불활성성분 측정단계와, 상기 석탄을 배합한 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)을 산출하는 산출단계와, 상기 배합탄의 코크스 건류 후 입경을 측정하는 입경 측정단계와, 상기 산출단계에서 산출한 상기 배합탄의 가중평균 불활성성분과 상기 입경 측정단계에서 측정한 상기 코크스 입경의 상관관계를 도출하는 도출단계와, 상기 도출단계에서 도출한 상관관계로부터 코크스 입경을 예측하는 예측단계를 포함한다.
상기 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)은 하기의 <수학식 1>에 의해 산출된다.
<수학식 1>
배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)=∑(TIi×Wi/100)
(TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비임.)
상기 코크스 입경과 상기 단일탄종 불활성성분, 상기 배합탄의 가중평균 불활성성분의 상관관계는 하기의 <수학식 2>를 만족한다.
<수학식 2>
코크스 입경(mm)= -0.383×(배합탄의 가중평균 불활성성분(TI))+67.7
(상기 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)은 ∑(TIi×Wi/100)에 의해 산출되고, TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비임)
본 발명은 석탄의 불활성성분을 측정하고, 배합탄의 가중평균 불활성성분을 산출하여 코크스 입경을 예측하는 코크스 입경 예측식을 도출한다. 도출한 코크스 입경 예측식은 단일탄종 불활성성분과 탄일탄종 배합비를 조절함으로써 사전에 코크스 입경 조절을 가능하게 한다.
따라서, 코크스 품질 예측이 가능하여 코크스 품질의 향상 및 유지가 가능하고 이를 통해, 고로 조업시 통기성 및 통액성 확보를 위한 고로 조업의 요구 사항을 만족할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)과 코크스 입경과의 상관관계를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 코크스 입경 예측방법은 코크스 입경과 상관성이 높은 영향인자를 선택하고, 상기 영향인자에 대한 코크스 입경과의 상관관계를 도출하여 코크스 입경을 예측한다.
코크스는 공기가 차단된 상태의 고온(800~1400℃)에서 석탄을 건류하여 제조한다. 코크스는 열원과 환원제로서의 역할뿐만 아니라 고로 내 통기성을 좋게 하는 역할을 위해 품질 평가기준을 만족해야한다.
코크스의 품질 평가기준으로는 물리적 강도인 냉간강도와, 화학적 마모강도인 열간강도가 있으며, 코크스 입경이 클수록 품질이 우수하다.
코크스의 냉간강도와 열간강도는 석탄의 유동도, 탄화도, 단일탄종 열간강도 등에 좌우된다. 그래서, 석탄의 유동도, 탄화도, 단일탄종 열간강도를 알면 코크스의 냉간강도와 열간강도를 예측할 수 있다.
그러나, 코크스의 입경 예측은 어렵다. 따라서, 코크스의 입경에 영향을 미치는 영향인자를 개발하여 코크스 입경을 예측한다.
코크스의 입경에 영향을 미치는 영향인자는 불활성성분(Total Inert, TI)이다. 석탄은 활성성분과 불활성성분으로 구성되어 있으며, 활성성분은 코크스 제조를 위해 석탄을 가열할 때 연화용융되는 성분이며, 불활성성분은 가열하여도 연화용융하지 않는 성분이다.
석탄은 활성성분과 불활성성분의 조성이 적합해야 강한 점결력을 나타내어 강도 높은 코크스를 제조할 수 있다.
석탄 탄종별로 각각의 불활성성분을 측정하여 배합탄의 가중평균 불활성성분을 산출하고, 배합탄별로 코크스 건류 후 입경을 측정한 결과 불활성성분과 코크스 입경과의 상관성이 높았다.
따라서, 코크스 입경에 영향을 미치는 불활성성분을 이용하여 코크스 입경을 예측한다.
구체적인 방법은, 석탄 탄종별로 불활성성분(TI)을 측정하는 단일탄종 불활성성분 측정단계와, 석탄을 배합한 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)을 산출하는 산출단계와, 배합탄의 코크스 건류 후 입경을 측정하는 입경 측정단계와, 산출단계에서 산출한 배합탄의 가중평균 불활성성분과 입경 측정단계에서 측정한 코크스 입경의 상관관계를 도출하는 도출단계와, 도출단계에서 도출한 상관관계로부터 코크스 입경을 예측하는 예측단계를 포함한다.
단일탄종 불활성성분 측정단계는 배합전에 복수 종의 석탄으로 구성된 다탄종 석탄의 탄종별로 불활성성분을 측정한다.
산출단계는 석탄을 배합한 후 배합비에 따라 가중평균을 통해 배합탄의 가중평균 불활성성분을 산출한다. 가중평균 불활성성분은 탄종별 배합비에 따른 가중평균을 통해 산출한다. 복수종의 단일탄종의 석탄들을 복수의 배합비로 배합한다.
배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)은 하기의 <수학식 1>에 의해 산출된다.
<수학식 1>
∑(TIi×Wi/100)
여기서, TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비이다.
입경 측정단계는 배합탄을 코크스 시험로(또는 코크스 오븐)에 장입하여 건류한 코크스 입경을 측정한다. 입경 측정단계에서 코크스 입경을 측정하는 것은 불활성성분과 제조된 코크스 입경과의 상관관계를 도출하기 위함이다.
도출단계는 배합탄의 가중평균 불활성성분과 코크스 입경의 상관관계를 회귀분석 방법을 적용하여 도출한다.
회귀분석 방법은 둘 또는 그 이상의 변수들간의 관계를 파악함으로써 어떤 특정한 변수(종속변수)의 값을 다른 한 개 또는 그 이상의 변수(독립변수)들로부터 설명하고 예측하는 통계적 기법이다.
회기분석 방법에 의해 도출된 코크스 입경과 단일탄종 불활성성분, 배합탄의 가중평균 불활성성분의 상관관계는 하기의 <수학식 2>를 만족한다.
<수학식 2>
코크스 입경(mm)= -0.383×(배합탄의 가중평균 불활성성분(TI))+67.7
여기서, 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)은 ∑(TIi×Wi/100)에 의해 산출되고, TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비이다.
수학식 2의 경우 상관계수(R2)가 0.834 이상으로 높다.
예측단계는 <수학식 2>와 같이 상관관계가 도출되면, 도출된 상관관계로부터 코크스 입경을 예측한다.
단일탄종 불활성성분과 단일탄종 배합비로부터 배합탄의 가중평균 불활성성분을 도출하고, 도출된 배합탄의 가중평균 불활성성분으로부터 코크스 입경을 예측하는 것이다.
상술한 코크스 입경 예측식은 단일탄종 불활성성분과 단일탄종 배합비를 조절함으로써 사전에 코크스 입경을 조절하는 것이 가능하게 한다. 따라서 코크스 품질 예측이 가능하고 고로조업의 요구사항을 만족할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통해 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
표 1은 석탄 단일탄종의 불활성성분(TI), 단일탄종 배합비(Wi), 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)을 나타낸 것이다. 구체적으로 40kg의 석탄이 장입되는 코크스 시험로에 62종의 단일탄종을 소정 배합비, 즉 11회에 걸친 서로 다른 배합비로 배합한 11종의 배합탄을 소정의 시험로 조건에서 건류한 후, 제조된 코크스의 입경을 측정한 것이다.
예를 들어, 1회째의 배합의 경우, 단일탄종 A1, B3, B10, C1, C7, D1, D4, D7, E1, E3, E13를 각각 12:7:11:15:4:11:10:12:9:6:3(%)의 배합비로 배합한 것이다.
이와 같이, 여러 종의 단일탄종의 석탄들을 총 11회에 걸쳐 서로 다른 배합비로 배합한 배합탄의 가중평균 불활성성분을 산출한 후, 건류하여 코크스를 제조하고 제조된 코크스의 입경을 측정하였다. 즉, 한번에 9종에서 11개의 탄종을 배합하여 코크스를 제조하고 제조된 코크스의 입경을 측정하였다.
여기서, 소정의 시험로 조건은 장입밀도 750kg/㎥, 시험로 내 수분:8.0±0.3%, 시험로의 온도(건류온도):1100℃ 이상, 장입시간: 시험로의 중심부 온도가 900℃ 도달 후 2시간으로 하였다.
단일탄종 불활성성분은 측정한 실측값이며, 배합탄의 가중평균 불활성성분은 ∑(TIi×Wi/100)에 의해 산출하였다. TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비이다.
Figure pat00001
표 1에 의하면, 1회째의 경우 가중평균 불활성성분은 27.3이고, 코크스 입경 실측값은 57.8이며, 2회째의 경우 가정평균 불활성성분은 25.3이고 코크스 입경 실측값은 28.6이다.
참고로, 배합탄의 가중평균 불활성성분의 산출은 예를 들어, 1회째 배합탄의 가중평균 불활성성분의 경우, (A1×12/100)+(B3×7/100)+(B10×11/100)+(C1×15/100)+ (C7×4/100)+(D1×11/100)+(D4×10/100)+(D7×12/100)+(E1×9/100)+(E3×6/100)+(E13×3/100)의 방법으로 산출한다.
표 1에 의해 도출된 데이터를 그래프로 나타내면 도 1에 도시된 바와 같은 대략 직선 형태의 그래프가 된다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)과 코크스 입경의 상관관계는 코크스 입경(mm)= -0.383×(배합탄의 가중평균 불활성성분(TI))+67.7로 나타나고, 상관계수가 0.834 이상으로 상관도가 높다.
이는 단일탄종 불활성성분과 단일탄종 배합비가 코크스 입경에 직접적인 영향을 미치며, 이를 통해 사전에 코크스 입경을 예측하고 코크스 입경을 조절하는 것이 가능함을 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (3)

  1. 석탄 탄종별로 불활성성분(TI)을 측정하는 단일탄종 불활성성분 측정단계;
    상기 석탄을 배합한 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)을 산출하는 산출단계;
    상기 배합탄의 코크스 건류 후 입경을 측정하는 입경 측정단계;
    상기 산출단계에서 산출한 상기 배합탄의 가중평균 불활성성분과 상기 입경 측정단계에서 측정한 상기 코크스 입경의 상관관계를 도출하는 도출단계;
    상기 도출단계에서 도출한 상관관계로부터 코크스 입경을 예측하는 예측단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 입경 예측방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)은 하기의 <수학식 1>에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 코크스 입경 예측방법.
    <수학식 1>
    배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)=∑(TIi×Wi/100)
    (TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비임.)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코크스 입경과 상기 단일탄종 불활성성분, 상기 배합탄의 가중평균 불활성성분의 상관관계는 하기의 <수학식 2>를 만족하는 것을 특징으로 하는 코크스 입경 예측방법.
    <수학식 2>
    코크스 입경(mm)= -0.383×(배합탄의 가중평균 불활성성분(TI))+67.7
    (상기 배합탄의 가중평균 불활성성분(TI)은 ∑(TIi×Wi/100)에 의해 산출되고, TIi는 단일탄종 불활성성분, Wi는 단일탄종 배합비임)
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