KR20140013366A - 고로 취입용 연료 및 그 취입 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로에 취입되는 연료에 관한 것으로, 오일 샌드 정제 시 생성되는 아스팔텐을 포함하고, 아스팔텐을 포함하는 연료의 발열량이 7500kcal/kg이고 휘발분 및 황 함량이 20% 이하 및 2% 이하인 고로 취입용 연료가 제시된다.

Description

고로 취입용 연료 및 그 취입 방법{Fuel for injecting a furnace and methof of injecting the same}
본 발명은 고로 취입용 연료에 관한 것으로, 특히 고로 조업에서 원료와 함께 취입되는 탄소 함유 연료 및 그 취입 방법에 관한 것이다.
제철소에서의 고로 조업은 산화철과 같은 원료를 장입시키고 용융 및 환원시켜 용선으로 만드는 조업이다. 이러한 고로 조업에서 원료 만큼 중요한 것이 탄소를 포함하는 연료이다. 연료는 고로 내에서 열원 및 환원제로서 역할을 하며, 통기성(permeability)과 통액성을 확보하여 고로 조업에서 중요한 기능을 한다.
최근 연료의 가격이 크게 증가하고, 연료에 의해 발생되는 이산화탄소(CO2)의 문제가 대두되기 시작하면서 연료비의 감소가 고로 조업에 있어 가장 큰 이슈가 되고 있다. 제조 원가 절감을 위해 코크스(coke)의 대체 연료인 중유, 미분탄, LNG 등을 이용하는데, 그 중에서도 미분탄을 이용하고 그 양을 늘리기 위해 노력하고 있다.
다량의 미분탄을 취입하기 위해 고로 내의 통기성 확보가 필요하며, 이를 위해 소결광과 코크스의 강도를 향상시키는 활동이 진행되고 있다. 또한, 미분탄의 연소성을 개선하기 위해 종래에는 휘발분이 30∼40%로 높은 미점탄(semi-soft coal)을 100% 사용하다가 산소 부화량(oxygen enrichment)을 높이면서 휘발분(volatile matter)이 낮은 반무연탄(semi-anthracite)과 미점탄을 혼합하여 사용하는 기술 개발이 이루어져 왔다. 최근에는 원가 절감과 고로 환원제(reducing agent) 사용량 저감을 위해 발열량이 높고 애쉬(ash) 함량이 낮은 석유 코크스(petroleum coke)를 미분탄에 일부 혼합하여 취입하는 기술 개발이 진행되고 있다.
석유 코크스의 경우 최근 들어 수요가 증가하면서 가격이 급등하여 현재 미분탄용으로 사용되고 있는 탄종별 가격은 미점탄, 반무연탄, 석유 코크스의 순서로 높다. 따라서, 고로에서 연료 비용 절감을 위해서는 기존 대비 가격이 저렴한 미분탄이나 미분탄 대체제를 개발할 필요가 있다.
본 발명은 고로 조업에서 연료의 비용을 절감할 수 있는 고로 취입용 연료를 제공한다.
본 발명은 오일 샌드(oil sand)의 정제 시 생성되는 아스팔텐(asphaltene)을 포함함으로써 연료 비용을 절감할 수 있는 고로 취입용 연료를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 고로 취입용 연료는 오일 샌드 정제 시 생성되는 아스팔텐을 포함한다.
상기 연료는 반무연탄, 미점탄 및 석유 코크스를 더 포함한다.
상기 연료는 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐이 각각 50 : 30∼20 : 10 : 10∼20의 비율로 배합된다.
상기 연료는 발열량이 7500kcal/kg 이상이고 휘발분 및 황 함량이 각각 20% 이하 및 2% 이하이다.
본 발명의 다른 양태에 따른 연료 취입 방법은 아스팔텐을 포함하는 연료를 준비하는 단계; 상기 연료를 파쇄하여 미립 상태로 변환시키는 단계; 및 상기 미립 상태의 연료를 고로에 취입하는 단계를 포함한다.
상기 연료는 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스을 더 포함하고, 상기 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐이 각각 50 : 30∼20 : 10 : 10∼20의 비율로 배합된다.
본 발명의 실시 예들에 의하면, 고로에 취입되는 연료로서 오일 샌드 정제 시 생성되는 아스팔텐을 포함한다. 예를 들어, 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐을 소정 비율로 배합하여 연료로서 이용할 수 있다. 아스팔텐은 미점탄 대비 50% 가격 수준으로 이를 포함함으로써 고로 연료비를 줄일 수 있다. 또한, 연료의 배합 비율을 적절하게 조절함으로써 발열량, 휘발분 등을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 취입 설비의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 고로 취입용 연료와 종래의 고로 취입용 연료의 성분값을 비교한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 취입 설비의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 아스팔텐이 일정 비율로 제어된 연료가 콘베이어 벨트(미도시)를 통해 연료 저장조(10)에 저장된다. 연료 저장조(10)에 저장된 연료는 게이트(20)를 통해 연료 피더(feeder)(30)로 전달되고, 파쇄기(mill)(40)에 낙하된다. 파쇄기(40)는 그라인딩 과정을 거쳐 연료들을 미립 상태로 변환시킨다. 파쇄기(40)에서 생성된 미립 상태의 연료는 열풍로 폐가스에 의하여 건조 및 이송되어 백필터(Bag Filter)(50)로 이송된다. 이송에 사용된 폐가스는 대기중으로 방출되고, 미립 연료는 PCI(Pulvurized Coal Injection) 미분 저장조(60)에 저장된다. 미분 저장조(60)에 저장된 미립 연료는 취입 설비인 피드 탱크(70)에서 질소로 충압되고, 충압된 미분은 에어(air)로 픽업(80)되어 이송 배관(90)을 통해 분배기(100)로 이송된다. 분배기(100)로 이송된 미립 연료는 취입 랜스(110)를 통하여 고로(120)에 구비된 풍구(미도시)로 취입된다. 상기와 같은 미립 연료 취입 작업은 설비 작업등으로 인한 고로의 휴지시까지 반복 수행된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 고로에 취입되는 연료로서 아스팔텐을 포함하며, 예를 들어 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐이 일정 비율로 배합되어 공급된다. 석유 코크스는 액체 상태의 원유(crude oil)로부터 생성되는 것으로, 원유를 정제하면 여러가지 오일(oil)과 잔류물로 아스팔트(asphalt)가 생성되고, 아스팔트를 재차 정재하면 석유 코크스가 생성된다. 석유 코크스는 발열량이 높고, 애쉬(ash) 함량이 낮으나, 황 함량이 다소 높다. 또한, 석유 코크스는 오일 가격에 연동되므로 가격이 비싸다. 반면, 아스팔텐은 오일 샌드 정제 시 생성되는 부산물이다. 오일 샌드는 오일 성분에 해당하는 비투맨(bitumen) 이외에 모래(quartz sand), 점토(clay), 물 및 미량의 미네랄로 이루어지며, 그 매장된 위치에 따라 다소 성분이 다를 수 있으나, 대개 75∼85%의 무기 물질(모래, 점토, 미네랄 등), 3∼5%의 물, 1∼18%의 비투맨으로 이루어져 있다. 아스팔텐은 오일 샌드 비투멘에 촉매제(solvent)를 첨가하여 일정 수준의 압력과 온도를 가한 후 상 분리(phase seperation)를 통해 원유(crude oil)와 아스팔텐 잔류물(asphaltene solids)를 생산하는 오일 샌드 정제(oil sand upgrading) 과정에서 얻어진다. 아스팔텐은 애쉬 함량이 낮은 반면, 휘발분은 높다. 그러나, 아스팔텐은 콜(coal)의 가격에 연동되므로 가격이 낮은 장점이 있다.
본 발명의 연료로 이용되는 아스팔텐, 반무연탄, 미점탄 및 석유 코크스의 성분 분석값은 하기 [표 1]과 같다.
구분 분석값
Asphaltene 반무연탄 미점탄 petroleum coke
휘발분(%) 65.8 12.5 19.4 11.2
Ash(%) 0.52 7.9 9.1 0.5
Fixed Carbon(%) 33.7 78.2 70.3 87.5
carbon(%) 71 92.3 91.4 88.8
Hydrogen(%) 9.1 4.2 4.6 3.8
Surfer(%) 7.0 0.5 0.5 3.1
발열량(Kcal/kg) 6,804 7,855 7,720 8,562
가격($/t) 120 240 210 270
원/Kcal 19.9 34.5 30.7 35.6
[표 1]에는 아스팔텐, 반무연탄, 미점탄 및 석유 코크스 각각의 휘발분, 애쉬, 고정 탄소(fixed carbon), 탄소(carbon), 수소(hydrogen), 황(surfer)의 함량과 kg당 발열량, 가격, 발열량당 가격이 표시되어 있다. 상기한 바와 같이 아스팔텐은 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스에 비해 휘발분, 수소 및 황 함량은 높고, 애쉬, 고정 탄소 및 탄소의 함량은 낮다. 또한, 아스팔텐은 kg당 발열량은 다른 것들에 비해 낮지만, 가격이 저렴하고 그에 따라 발열량당 가격이 저렴한 장점이 있다.
이러한 아스팔텐은 휘발분과 황 함량이 높기 때문에 연료에 과량 첨가될 경우 고로 조업의 장애를 발생시키거나, 용선 중 황 함량의 상승으로 제강 조업의 장애를 발생시킬 수 있다. 따라서, 아스팔텐을 적절하게 함유하여 조업 장애가 발생되지 않도록 해야 한다.
[표 2]는 종래의 아스팔텐을 함유하지 않는 경우와 본 발명의 실시 예들에 따라 아스팔텐 및 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스의 함량을 나타내었다.
구분 Asphaltene 반무연탄 미점탄 petroleum coke 합계
종래 예(%) 0 70 20 10 100
실시 예 1(%) 10 50 30 10 100
실시 예 2(%) 20 50 20 10 100
즉, 종래에는 반무연탄, 미점탄 및 석유 코크스만으로 연료를 배합하였으나, 본 발명은 아스팔텐을 포함하여 연료를 배합하였고, 반무연탄과 석유 코크스를 50% 및 10%로 고정하고 아스팔텐을 10∼20%, 미점탄을 30∼20%로 변경하여 실시 예들에 따른 연료를 구현하였다.
이러한 종래의 연료와 본 발명의 실시 예들에 의한 연료의 성분값을 하기 [표 3]에 나타내고 도 2에 도시하였다.
구분 연료 배합 성분값 조업기준
종래 예 실시 예 1 실시 예 2
휘발분(%) 13.8 19.8 24.4 20% 이하
Ash(%) 7.4 6.8 5.9 10% 이하
FixedCarbon(%) 77.6 72.3 68.7
carbon(%) 91.8 89.6 87.5
Hydrogen(%) 4.2 4.8 5.2
Surfer(%) 0.8 1.4 2.1 2% 이하
발열량(Kcal/kg) 7,899 7,780 7,689 7500 이상
가격($/t) 237 222 213.0
원/Kcal 33.9 32.0 31.0
[표 3]에 표시된 바와 같이 실시 예 2의 경우 실시 예 1 및 종래 예에 비해 휘발분, 수소 및 황 함량이 높고, 애쉬, 고정 탄소 및 탄소의 함량은 낮다. 또한, 발열량은 종래 예와 실시 예 1 및 2의 경우 조업 기준인 7500(kcal/kg) 이상이 된다. 그리고, 톤당 가격 등이 실시 예들이 종래 예보다 우수하다. 그런데, 휘발분이 20% 이상이면 고로의 풍구 앞에서 급격하게 가스화(gasfication)되어 압력 상승에 의한 고로 조업 장애를 발생시키게 된다. 또한, 황 함량이 2% 이상의 경우 용선중 황 함량이 상승하여 탈류 시간이 증가하는 등 제강 공정의 조업 장애를 발생시킨다. 따라서, 휘발분 및 황 함량을 조업 기준, 예를 들어 20% 이하 및 2% 이하로 조절되도록 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐의 배합 비율을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 고로에 취입되는 연료로서,
    오일 샌드 정제 시 생성되는 아스팔텐을 포함하는 고로 취입용 연료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료는 반무연탄, 미점탄 및 석유 코크스를 더 포함하는 고로 취입용 연료.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 연료는 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐이 각각 50 : 30∼20 : 10 : 10∼20의 비율로 배합된 고로 취입용 연료.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 연료는 발열량이 7500kcal/kg 이상이고 휘발분 및 황 함량이 각각 20% 이하 및 2% 이하인 고로 취입용 연료.
  5. 아스팔텐을 포함하는 연료를 준비하는 단계;
    상기 연료를 파쇄하여 미립 상태로 변환시키는 단계; 및
    상기 미립 상태의 연료를 고로에 취입하는 단계를 포함하는 연료 취입 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연료는 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스을 더 포함하고, 상기 반무연탄, 미점탄, 석유 코크스 및 아스팔텐이 각각 50 : 30∼20 : 10 : 10∼20의 비율로 배합된 연료 취입 방법.
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