KR20140016634A - 코크스 열간강도 예측방법 - Google Patents

코크스 열간강도 예측방법 Download PDF

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KR20140016634A KR1020120083479A KR20120083479A KR20140016634A KR 20140016634 A KR20140016634 A KR 20140016634A KR 1020120083479 A KR1020120083479 A KR 1020120083479A KR 20120083479 A KR20120083479 A KR 20120083479A KR 20140016634 A KR20140016634 A KR 20140016634A
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이종협
안진영
최주희
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 코크스 열간강도 예측방법에 관한 것으로, 석탄 탄종별로 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조단계와, 상기 제조한 코크스의 열간강도를 측정하는 열간강도 측정단계와, 상기 제조한 코크스의 조직을 분석하는 조직분석단계와, 상기 코크스의 열간강도와 상기 코크스의 조직을 비교하여 상관관계를 도출하는 상관관계 도출단계와, 상기 도출한 상관관계에 의하여 코크스의 열간강도를 예측하는 열간강도 예측단계를 포함한다.
본 발명은 코크스 입도가 19mm 미만이거나 코크스 시료의 양이 200g 미만으로 적은 경우에도 코크스의 열간강도를 예측하는 것이 가능한 이점이 있다.

Description

코크스 열간강도 예측방법{Method for predicting hot strength of coke}
본 발명은 코크스 열간강도 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스 입도가 작거나 시료의 양이 적은 경우 코크스 열간강도를 예측하는 코크스 열간강도 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 입도가 작거나 시료의 양이 적은 경우 열간강도 데이터의 신뢰성을 높이도록 코크스 조직분석을 통해 코크스 열간강도를 예측하는 코크스 열간강도 예측방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 석탄 탄종별로 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조단계와, 상기 제조한 코크스의 열간강도를 측정하는 열간강도 측정단계와, 상기 제조한 코크스의 조직을 분석하는 조직분석단계와, 상기 코크스의 열간강도와 상기 코크스의 조직을 비교하여 상관관계를 도출하는 상관관계 도출단계와, 상기 도출한 상관관계에 의하여 코크스의 열간강도를 예측하는 열간강도 예측단계를 포함한다.
상기 코크스의 열간강도는 하기의 <수학식>을 만족한다.
<수학식>
코크스 열간강도=-0.32×저강도 조직 함량(wt%)+74.9
(상관계수 R2가 0.970 이상)
(여기서, 저강도 조직은 Isotropic조직+Fine Mosic조직임.)
상기 <수학식>은 코크스 입도가 19mm 미만이거나 코크스 시료의 양이 200g 미만인 경우 적용하여 코크스 열간강도를 예측한다.
본 발명은 석탄 탄종별로 건류하여 제조한 코크스의 조직분석과 측정한 코크스의 열간강도를 이용하여 코크스의 열간강도를 예측하는 코크스 열간강도 예측식을 도출한다.
도출한 코크스 열간강도 예측식은 코크스 입도가 19mm 미만이거나 코크스 시료의 양이 200g 미만으로 적은 경우에도 코크스의 열간강도를 예측하는 것이 가능하고, 예측한 열간강도 데이터의 신뢰성도 높다.
따라서, 실제 조업 현장에서 발생하는 입도가 작은 코크스 시료 또는 적은 양의 코크스 시료의 열간강도 예측이 용이하고, 열간강도 측정기를 사용하지 않고 열간강도 예측이 가능하므로 열간강도 측정비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 코크스 내의 저강도조직 함량과 열간강도와의 상관관계를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 코크스 열간강도 예측방법은, 코크스 조직 내의 저강도 조직 함량으로 코크스의 열간강도를 예측한다.
코크스는 열원과 철광석의 환원제로서의 역할뿐만 아니라 고로 내 통기성을 좋게 하는 역할을 위해 품질 평가기준을 만족해야한다. 코크스의 품질 평가기준으로는 물리적 강도인 냉간강도와, 화학적 마모강도인 열간강도가 있다.
열간강도는 고로(약 1100℃)에서의 강도를 나타내기 때문에 실제 고로 내의 강도를 모사할 수 있는 중요한 지수이다.
구체적인 방법은, 석탄 탄종별로 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조단계와, 제조한 코크스의 열간강도를 측정하는 열간강도 측정단계와, 제조한 코크스의 조직을 분석하는 조직분석단계와, 코크스의 열간강도와 코크스의 조직을 비교하여 상관관계를 도출하는 상관관계 도출단계와, 도출한 상관관계에 의하여 코크스의 열간강도를 예측하는 열간강도 예측단계를 포함한다.
코크스 제조단계는 소정의 시험로 조건에서 석탄 탄종별로 건류하여 코크스를 제조한다. 소정의 시험로 조건은 750kg/㎥, 시험로 내 수분: 8.0±0.3%, 시험로의 온도: 1100℃, 장입시간: 시험로의 중심부 온도가 900℃ 도달 후 2시간이다.
열간강도 측정단계는 석탄 탄종별로 건류하여 제조한 코크스를 CO:CO2;N2가 25:25:50의 비율인 가스 분위기의 노에 장입시키고 6시간 동안 반응시킨 후 열간강도 측정기로 가압하여 열간강도를 측정한다.
CO:CO2;N2가 25:25:50의 비율인 가스 분위기의 노에 장입시키고 6시간 동안 반응시키는 것은 고로와 유사한 환경에 코크스를 유지한 후 열간강도를 측정하기 위함이다.
열간강도는 데이터의 신뢰성 확보를 위해 코크스 입도 20±1mm, 200g의 시료를 가지고 측정한다. 코크스 입도가 19mm 미만이거나 200g 미만이면 열간강도를 측정하기 어렵고, 측정하더라도 데이터의 신뢰성 확보가 어렵다.
조직분석단계는 마세랄(maceral)로 코크스 조직을 분석한다.
석탄은 오래전에 퇴적한 식물의 목질 내지 셀롤로우스질이 분해, 가열, 압축되어 이루어진 퇴적암으로 성분과 특성에 의해 여러 종류로 분류된다.
석탄은 단단한 침엽수에서 석탄화된 것과 부드러운 활엽수에서 석탄화된 것의 품질이 크게 다르다. 이를 분류하기 위해 현미경 관찰을 이용하여 분류 기준이 되는 조직을 마세랄이라 한다. 따라서 마세랄 분석을 수행하여 코크스 조직을 분석한다.
코크스 조직은 크게 플루(Flow), 콜스(Coarse), 중간모자이크(Medium Mosaic), 파인모자이크(Fine Mosaic), 아이서드라픽(Isotropic)으로 나뉜다. 여기서, Flow > Coarse > Medium Mosaic > Fine Mosaic > Isotropic의 순서로 코크스 강도가 결정되며, Fine Mosaic과 Isotropic은 코크스 내에서 저강도 조직을 구성한다.
상관관계 도출단계는 측정한 코크스의 열간강도와 코크스 조직을 비교하여 상관관계를 도출한다. 상관관계는 회기분석 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.
회귀분석 방법에 의해 도출된 코크스의 열간강도는 하기의 <수학식>을 만족한다.
<수학식>
코크스 열간강도=-0.32×저강도 조직 함량(wt%)+74.9
상관계수 R2가 0.970 이상이다.
여기서, 저강도 조직은 Isotropic조직+Fine Mosic조직이다.
<수학식>에 의하면 코크스 열간강도는 저강도 조직인 Isotropic조직과 Fine Mosic조직의 합과 상관성이 높다.
열간강도 예측단계는 상기 <수학식>을 코크스 입도가 19mm 미만이거나 코크스 시료의 양이 200g 미만인 경우 적용하여 코크스 열간강도를 예측하는데 사용한다.
실제 조업 현장에서는 코크스 입도가 19mm 미만으로 작거나 코크스 시료의 양이 200g 미만으로 적은 샘플이 발생한다. 그러나, 코크스 입도가 19mm 미만으로 작거나 코크스 시료의 양이 200g 미만으로 적은 경우에는 열간강도를 측정하기가 매우 어렵고, 측정하더라도 데이터의 신뢰성이 매우 낮다.
실제 조업 현장에서는 고로의 풍구에 프로브 파이프를 삽입하여 장입물 시료를 채취한 후, 냉각하고 파쇄하여 장입물 시료에 포함된 철과 슬래그를 분리함으로써 열간강도 측정을 위한 코크스 시료를 채취한다. 따라서, 코크스 입도가 작거나 시료의 양이 기준치보다 적은 경우가 종종 발생한다.
이 경우 코크스의 조직분석과 상기 <수학식>을 이용하여 코크스의 열간강도를 예측한다. 상기 <수학식>의 경우 상관계수(R2)가 0.0970 이상으로 높아 예측한 열간강도 데이터의 신뢰성이 높다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
표 1은 석탄 탄종별로 건류하여 제조한 코크스의 조직과 코크스의 열간강도를 나타낸 것이다.
구체적으로 40kg의 석탄이 장입되는 코크스 시험로에 9종의 단일탄종을 각각 소정의 시험로 조건에서 건류한 후, 제조된 코크스의 조직 및 열간강도를 측정한 것이다.
코크스 조직은 마세랄 분석을 수행하여 측정하였고, 코크스 열간강도는 CO:CO2;N2가 25:25:50의 비율인 가스 분위기의 노에 코크스를 장입시키고 6시간 동안 반응시킨 후 압축강도 측정기로 가압하여 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.
구분 탄종(wt%)
A B C D E F G H I

코크스 조직 구성비
(%)
 저강도 조직 Isotropic 19 21 19 38 38 23 20 35 43
Fine Mosic 58 77 59 0 0 0 0 2 2

고강도 조직
 Medium
Mosaic		 20 2 22 0 0 0 0 2 7
Coarse
Mosaic		 1 0 0 0 0 0 0 8 13
Flow 2 0 0 62 62 77 80 53 35
코크스 열간강도(%) 49.4 42.2 52.2 63.1 63.3 65.4 67.8 65.3 61.0
표 1에 의하면, A탄종을 건류하여 제조한 코크스는 저강도 조직이 77wt%, 고강도 조직이 23wt%이며, B탄종을 건류하여 제조한 코크스는 저강도 조직이 98wt%, 고강도 조직이 2wt%이다.
표 1에 도출된 데이터를 회귀분석 방법을 적용하여 그래프로 나타내면 도 1에 도시된 바와 같은 대략 직선 형태의 그래프가 된다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 코크스 열간강도는 저강도 조직과 상관성이 높으며, 저강도 조직과 코크스 열간강도의 상관관계는 코크스 열간강도=-0.32×저강도 조직 함량(wt%)+74.9로 나타나고, 상관계수가 0.970 이상으로 상관도가 높다.
저강도 조직의 함량이 77%인 A탄종의 경우 예측값은 50.26%이고 실측값이 49.4%이며, 저강도 조직의 함량이 98%인 B탄종의 경우 예측값은 43.54%이고 실측값은 42.2%이다.
표 1 및 도 1에서 확인할 수 있듯이, 각 탄종들의 코크스 열간강도 실측치가 전체적으로 직선 근방에 밀집하고 있고, 수학식을 만족하는 예측값과 실측값의 차이가 거의 없음을 알 수 있다.
이는 저강도 조직이 코크스 열간강도에 직접적인 영향을 미치며, 이를 통해 실제 조업 현장에서 발생하는 코크스 입도가 19mm 미만이거나 시료의 양이 200g 미만으로 적은 코크스 시료의 경우에도 코크스 열간강도를 예측하는 것이 가능함을 알 수 있다.
이는 열간강도 측정기 사용없이 코크스의 열간강도 측정이 가능하므로 열간강도 측정 시험비용을 절감한다.
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 건류하여 코크스를 제조하는 코크스 제조단계;
    상기 제조한 코크스의 열간강도를 측정하는 열간강도 측정단계;
    상기 제조한 코크스의 조직을 분석하는 조직분석단계;
    상기 코크스의 열간강도와 상기 코크스의 조직을 비교하여 상관관계를 도출하는 상관관계 도출단계;
    상기 도출한 상관관계에 의하여 코크스의 열간강도를 예측하는 열간강도 예측단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코크스의 열간강도는 하기의 <수학식>을 만족하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측방법.
    <수학식>
    코크스 열간강도=-0.32×저강도 조직 함량(wt%)+74.9
    (상관계수 R2가 0.970 이상)
    (여기서, 저강도 조직은 Isotropic조직+Fine Mosic조직을 의미함.)
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 <수학식>은 코크스 입도가 19mm 미만이거나 코크스 시료의 양이 200g 미만인 경우 적용하여 코크스 열간강도를 예측하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016079198A (ja) * 2014-10-10 2016-05-16 国立研究開発法人産業技術総合研究所 コークスの熱間反応後強度の推定方法

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