KR20150069024A - 코크스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 2종 이상의 석탄을 배합하여 배합탄을 조제하는 조제 스텝과, 배합탄을 교반 혼합하는 것에 의해, 석탄 입자가 응집함으로써 형성된 배합탄 중의 유사 입자 중 적어도 일부를 해쇄하는 교반 혼합 스텝과, 교반 혼합 후의 배합탄을 코크스로에 장입하여 건류함으로써 코크스를 제조하는 건류 스텝을 포함한다.

Description

코크스의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING COKE}

본 발명은, 배합탄(配合炭)을 코크스로(爐)에 장입하여 건류(乾溜)함으로써 코크스를 제조하는 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스로에서는, 노후화의 진행에 따른 다양한 조업 트러블이 발생한다. 이러한 조업 트러블 중에서도, 제조된 코크스를 로 밖으로 배출할 수 없게 되는 "막힘(押詰)"은 매우 심각한 조업 트러블이다. 그 이유는, "막힘"이 발생한 경우, 코크스의 제조 스케줄의 변경을 강요하기 때문에 코크스의 제조량이 감소하고, 또한 로체(爐體)의 손상을 초래하기 때문에 코크스로의 수명이 짧아지기 때문이다.

"막힘"이 발생하는 메커니즘은 개략적으로 이하와 같다. 일반적인 실로식(室爐式) 코크스로의 조업에서는, 탄화실(炭化室) 내에 장입된 배합탄은, 탄화실에 인접한 연소실로부터의 열에 의해 로벽측(爐壁側)에서부터 차례로 건류되어, 코크스 케이크를 생성해 간다. 통상, 코크스 케이크 자체는 건류에 의해 수축하기 때문에, 로벽과 코크스 케이크의 외면과의 사이에는 간극(이하, 클리어런스라고 표기)이 형성된다. 클리어런스가 형성됨으로써, 로 밖으로의 코크스 케이크의 배출(압출)이 용이해진다.

그러나, 코크스 케이크의 수축이 불충분하기 때문에 충분한 크기의 클리어런스가 형성되지 않을 경우, 코크스 케이크를 압출할 때, 로벽과 코크스 케이크의 외면과의 사이의 마찰저항이 커짐으로써, "막힘"이 발생한다. 또한, 로벽 표면의 요철이 큰 경우도 동일하게, 로벽과 코크스 케이크의 외면과의 사이의 마찰저항이 커짐으로써 "막힘"이 발생한다.

로벽 표면의 요철은, 코크스로의 노후화의 진행 따른 로벽 벽돌의 마모나 탈락 및 로벽에 부착한 카본의 성장 등의 영향에 의해 증가한다. 이 때문에, "막힘"의 발생 빈도는 코크스로의 노후화에 따라 불가피하게 증가한다. 이러한 배경으로부터, 노후화된 코크스로의 조업에 있어서는, 여러 가지 대책을 실시함으로써 "막힘"의 발생 빈도의 저감을 도모하고 있다.

"막힘"의 발생 빈도를 저감시키는 대책으로서는, 배합탄의 수분량을 야드에 쌓아둔 상태인 때의 수분량(기후나 날씨에 의해 변동되지만 대체로 8-14질량%)으로부터 적극적으로 저하시키지 않고 조업하는 습탄(濕炭) 조업이 가장 간편하고, 또, 유효한 수단으로서 널리 채용되고 있다. 배합탄의 수분량을 증가시킴으로써, 배합탄의 장입 부피 밀도가 저하하고, 클리어런스가 증가하는 등의 이유에 의해, 압출시의 로벽과 코크스 케이크의 외면과의 사이의 마찰저항을 저감시켜, "막힘"의 발생 빈도를 저감할 수 있다.

구체적으로는, 특허문헌 1에는, 석탄 조습(調濕) 설비를 이용하여 배합탄의 수분량을 조정한 후에 코크스로에서 배합탄을 건류(乾溜)하는 기술이 기재되어 있다. 상세하게는, 이 기술은, 미리 측정된 배합탄의 수분량과 클리어런스의 관계에 기초하여 원하는 클리어런스를 확보하기 위해 필요한 배합탄의 목표 수분량을 구한다. 그리고, 이 기술은, 석탄 조습 설비의 출측(出側)에서의 배합탄의 전체 수분량이 목표 수분량이 되도록 석탄 조습 설비의 입열량(入熱量)을 제어함으로써, "막힘"의 발생 빈도를 감소시킨다.

또한, 특허문헌 2에는, 탄화실(炭化室)에 석탄을 장입하는 장탄차(裝炭車)에 석탄을 공급하는 석탄탑(石炭塔) 내의 석탄에 국소적으로 물을 첨가하고, 장탄차를 통해 물이 첨가된 석탄을 탄화실에 장입하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에 따르면, 다른 석탄보다도 수분량을 높인 석탄을 탄화실 내의 일부에 편재(偏在)시킴으로써, 수분량을 높인 석탄 부분에서의 코크스의 수축률을 높여서 클리어런스를 크게 하여, "막힘"의 발생 빈도를 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, "막힘"의 발생 빈도를 감소시키는 데에는 배합탄의 수분량을 증가시키는 것이 유효하다. 한편, 많은 코크스로에서는, 코크스 강도의 향상 등을 목적으로 하여, 배합탄의 사전 처리 공정에 조습 설비와 예열 설비를 이용해서 배합탄의 수분량을 저하시키는 공정이 도입되어 있다. 그러나, 코크스로의 노후화에 따라 "막힘"의 발생 빈도를 감소시키는 것이 조업의 최우선 사항으로 되고 있다.

이 때문에, 코크스 강도를 향상시키고 싶어도 배합탄의 수분량을 저하시킬 수 없어, 배합탄의 수분량은 증가 경향에 있다. 한편, 코크스로에서 제조된 코크스를 이용하는 고로(高爐)를 안정적으로 조업하기 위해서는, 고로 내에서의 통기성이나 통액성(通液性)을 확보할 필요가 있고, 강도, 특히 JIS K 2151 회전 강도 시험법으로 측정되는 회전 강도가 뛰어난 코크스가 필요 불가결하다. 이러한 배경에서, 코크스 강도를 향상시키는 기술이 제안되어 있다.

코크스 강도를 향상시키는 기술은, 크게 나누어 사전 처리 기술, 배합 기술, 및 건류 기술로 분류된다. 그 중에서도 사전 처리 기술은, 배합탄의 코스트 증가를 초래하는 일없이, 코크스로의 생산성에 제약을 받지 않도록 설비 설계가 가능하기 때문에, 특히 중요시되고 있다. 이 사전 처리 기술은, 코크스 강도에 대한 접근법으로 분류하면, (1) 배합탄의 장입 부피 밀도를 향상시키는 기술(이하, 기술(1)로 표기)과 (2) 배합탄을 균질화(均質化)하는 기술(이하, 기술(2)로 표기)이라는 2가지 기술로 대별된다.

기술(1)의 목적은, 코크스 강도에 영향을 미치는 기공(氣孔) 결함 수를 저감시키기 위해, 코크스로에 배합탄을 장입했을 때의 석탄 입자 사이의 공극(空隙)을 저감시키는 데에 있다. 기술(1)의 방법으로서는, 배합탄을 기계적으로 압밀(壓密)하여 코크스로에 장입하는 방법이 있고, 성형탄(成型炭)을 일부 장입하는 방법이나 스탬핑법 등의 방법을 예시할 수 있다. 또한, 배합탄의 수분량을 저감하여 석탄 입자 사이의 부착력을 감소시킴으로써 장입 부피 밀도를 향상시키는 방법도 있으며, 석탄 조습법, 예열탄(豫熱炭) 장입법, 미분괴성탄(微粉塊成炭) 배합법(DAPS), 차세대 코크스로 기술(SCOPE-21) 등의 방법을 예시할 수 있다(비특허문헌 1 참조).

이에 대해, 기술(2)의 목적은, 코크스 중의 가장 강도가 약한 부분의 강도를 끌어올리는 데에 있다. 원래 석탄은, 여러 가지 열적, 기계적 특성이 다른 조직으로 구성되어 있어, 매우 균질하지 못하다. 이 때문에, 균질하지 못한 석탄으로 제조되는 코크스의 조직도 불균질(不均質)이 된다. 한편, 코크스와 같은 취성 재료의 강도는, 일반적으로 최약(最弱) 링크 모델로 설명되며, 재료 내에 존재하는 가장 강도가 약한 부분의 강도로 결정된다. 따라서, 코크스의 조직을 균질화하면, 코크스 내부의 강도가 평균화되어, 가장 강도가 약한 부분의 강도를 끌어올려, 코크스 전체의 강도를 향상시킬 수 있다.

기술(2)의 방법으로서는, 석탄의 입도(粒度)를 조정하는 방법이 있다(비특허문헌 1 참조). 석탄의 입도를 조정하는 방법은, 석탄을 잘게 분쇄하여 코크스의 조직을 균질하게 하는 것을 기본적인 목적으로 하고 있다. 또한, 드럼 믹서 등의 혼탄기(混炭機)로 석탄을 처리함으로써, 석탄의 혼합도를 높여 코크스 조직의 균질화를 도모하는 방법도 알려져 있다(비특허문헌 2 참조). 단, 종래 연구에 따라, 코크스의 제조 프로세스에서 사용될 배합탄은, 혼탄기를 통과시킬 필요 없이, 이송 도중의 벨트 컨베이어의 옮겨싣기 등으로 충분히 혼합되는 것이 확인되어 있다(비특허문헌 2 참조). 이 때문에, 현재로서는 혼탄기를 사용하지 않고 코크스 조직의 균질화를 도모하고 있는 코크스 공장도 많다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3985605호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제4830370호 공보

비특허문헌 1: 사카와 등 저(著), 「석탄·코크스」, 2002년, 일본철강협회, 도쿄 비특허문헌 2: 오오코시 등, 「코크스 서큘러」, 20권, 1971년, p.271 비특허문헌 3: 야마모토 등, 「재료와 프로세스」, 20권, 2007년, p.876 비특허문헌 4: 아리마 타카시, 「철과 강」, 87권, 2001년, p.274 비특허문헌 5: 구보타 등, 「철과 강」, 92권, 2006년, p.833 비특허문헌 6: 죠보 등, 「재료와 프로세스」, 17권, 2004년, p.618 비특허문헌 7: 사토 등, 「분체공학회지」, 30권, 1993년, p.390

그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술과 기술(1), (2)에는 이하에 나타내는 바와 같은 문제점이 있다.

특허문헌 1 기재의 기술은, "막힘"의 발생을 억제하기 위해 필요한 클리어런스를 목표치로 하여, 배합탄의 수분량을 제어함으로써 클리어런스를 제어하고 있다. 이 때문에, 특허문헌 1 기재의 기술은, "막힘"의 발생을 억제하는 데는 유효하지만, 코크스 강도의 저하를 억제할 수 없다. 또한, 특허문헌 2 기재의 기술도 동일하게, 배합탄의 수분량을 제어함으로써 클리어런스를 제어하기 때문에, 코크스 강도의 저하를 억제할 수 없다. 이에 대해, 기술(1)은, 코크스 강도를 향상시키는 데에는 유효하지만, 클리어런스를 축소시키기 때문에 "막힘"의 발생을 억제할 수 없다. 실제, 로 나이 40년을 초과한 노후 로에서 배합탄의 수분량을 저하시키면, "막힘"이 빈발하여, 코크스로를 안정적으로 조업할 수 없게 되기 때문에, 코크스 강도를 희생해서라도 배합탄의 수분량을 고위(高位)로 유지한 채 조업을 행하고 있다.

한편, 기술(2)는, 코크스 강도의 향상뿐만 아니라 클리어런스의 확보에 대해서도 유효하다(비특허문헌 3 참조). 그러나, 배합탄의 수분량이 높은 상태에서는, 배합탄을 분쇄하여 입경을 잘게 해도, 물을 매개로 석탄 입자가 응집하여, 유사 입자화함으로써 입경이 확대되기 때문에, 분쇄에 따른 균질화의 효과가 감소한다. 또한, 배합탄 중의 유사 입자의 거동 및 유사 입자가 코크스 강도에 주는 영향은 충분히 해명되어 있지 않다. 이 때문에, 균질화의 효과를 향상시키기 위해 어떤 유사 입자를 어느 정도 파괴하면 되는 것인지, 및 유사 입자를 파괴하는 적합한 방법은 밝혀져 있지 않다. 또한, 기술(2)는, 드럼 믹서 등의 대류(對流) 혼합을 주목적으로 한 혼탄기를 사용하여 배합탄을 혼합하기 때문에, 석탄 입자는 유사 입자화된 상태를 유지한 채 거시적으로 혼합된다. 이 때문에, 기술(2)에 따르면, 배합탄은 미시적으로 보면 불균질인 채로 혼합되어 버려, 코크스 내부의 강도를 평균화할 수 없다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 강도가 강하고, 또, 코크스로로부터의 압출성이 뛰어난 코크스를 제조 가능한 코크스의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 발명자들은, 어느 정도 오더의 배합탄의 균질성이 코크스 강도에 영향을 미치는 것인지를 예의 연구했다. 그 결과, 본 발명의 발명자들은, 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성이 코크스 강도에 영향을 미치고 있을 가능성이 높다는 것을 찾아냈다. 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성이란, 예를 들면 한 변이 몇 밀리미터인 입방체의 범위에 주목했을 때, 그 범위 내의 어디를 취해도 배합탄이 동일한 성상(性狀)이면 배합탄의 균질성이 높다고 하는 사고 방식이다.

복수 종의 석탄 입자가 잘 혼합된 상태에 있으면 배합탄의 균질성은 높아지며, 반대로 복수 종의 석탄 입자가 부분적으로 치우쳐서 존재하고 있는 상태에 있으면 배합탄의 균질성은 낮아진다. 예를 들면 배합탄 중에 입경 몇 밀리미터의 석탄 입자가 많이 존재할 경우, 그 입자 부분에서는 복수 종의 석탄 입자가 잘 혼합되어 있다고는 말할 수 없으므로, 배합탄의 균질성은 낮아진다. 또한, 미세한 석탄 입자가 몇 밀리미터 크기의 유사 입자를 형성하고 있을 경우도, 유사 입자 내부의 복수 종의 석탄 입자가 잘 혼합된 상태가 아니면, 배합탄의 균질성은 낮아진다.

또한, 종래부터, 석탄 입자의 크기가 코크스 강도에 영향을 주는 것은 주목되고 있었지만, 본 발명의 발명자들은, 복수의 석탄 입자가 응집된 유사 입자도 코크스 강도에 영향을 미치는 것을 밝혀냈다. 또한, 본 발명의 발명자들은, 배합탄의 수분량과 유사 입자의 형성 상황의 관계를 조사했다. 그 결과, 본 발명의 발명자들은, 배합탄의 수분량이 6[질량%]을 초과하면, 입경 1[㎜] 이상의 유사 입자의 중량 비율이 증가하여, 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성이 저하하는 것을 찾아냈다.

즉, 본 발명의 발명자들은, 배합탄의 수분량의 상승에 따른 코크스 강도의 저하에는, 배합탄의 장입 부피 밀도의 저하뿐만 아니라, 유사 입자의 중량 비율의 증가에 따른 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성 저하가 기여하고 있다는 것을 밝혀냈다.

상기 식견에 기초하여 생각이 미친 본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 2종 이상의 석탄을 배합하여 배합탄(配合炭)을 조제(調製)하는 조제 스텝과, 상기 배합탄을 교반(攪拌) 혼합하는 것에 의해, 석탄 입자가 응집함으로써 형성된 배합탄 중의 유사 입자 중 적어도 일부를 해쇄(解碎)하는 교반 혼합 스텝과, 교반 혼합 후의 배합탄을 코크스로(爐)에 장입하여 건류(乾溜)함으로써 코크스를 제조하는 건류 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 조제 스텝은, 2종 이상의 석탄을 배합하기 전에 그 2종 이상의 석탄을 분쇄하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 조제 스텝은, 상기 2종 이상의 석탄을 건조시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 수분량이 6질량% 이상인 배합탄에 대해 상기 교반 혼합 스텝을 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 교반 혼합 스텝은, 이하에 나타내는 수식(1)에 의해 구해지는 도달도(到達度)가 교반 혼합 조작을 개시하고 나서 60초 후에 0.6 이상이 되는 교반 혼합 성능을 가진 혼합 장치를 사용하여 배합탄을 교반 혼합하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

[수식 1]

도달도=(V_max-V(t))/(V_max-V_st)…(1)

도달도는, 평균 입경 2.66㎛의 탄산칼슘 95질량%와 평균 입경 0.47㎛의 산화철(III) 5질량%를 혼합 장치에 넣어 교반 혼합 조작을 행함으로써 얻어지는 혼합물의 명도(明度)로부터 산출되는 값이다. 수식(1) 중, t는 교반 혼합 조작을 개시하고 나서의 시각, V_max는 탄산칼슘의 명도, V_st는 탄산칼슘과 산화철(III)을 완전 혼합한 혼합물의 명도, V(t)는 시각 t에서의 혼합물의 명도를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 코크스의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 교반 혼합 스텝은, 단위 혼합 용적당 소요 동력이 1.0×10⁴W/㎥ 이상인 혼합 장치를 사용하여 배합탄을 교반 혼합하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 코크스의 제조 방법에 의하면, 강도가 강하고, 또, 코크스로로부터의 압출성이 뛰어난 코크스를 제조할 수 있다.

[도 1] 도 1은, 배합탄의 수분량과 입도 분포의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 2a] 도 2a는, 유사 입자를 포함하지 않은 단미탄(單味炭)끼리를 혼합한 경우에 있어서의 배합탄의 균질성을 설명하기 위한 도면이다.
[도 2b] 도 2b는, 유사 입자를 포함하는 단미탄끼리를 혼합한 경우에 있어서의 배합탄의 균질성을 설명하기 위한 도면이다.
[도 3a] 도 3a는, 클리어런스의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
[도 3b] 도 3b는, 클리어런스의 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
[도 4] 도 4는, 배합탄의 조제에 사용한 단미탄의 수분량과 코크스 강도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 5] 도 5는, 배합탄의 조제에 사용한 단미탄의 수분량과 클리어런스의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 6] 도 6은, 입경 1[㎜] 이상인 입자의 중량 비율과 코크스 강도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 7은, 코크스의 광학 조직의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 8은, 믹서의 교반 혼합 시간과 도달도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 9] 도 9는, 60초 후의 도달도와 해쇄도(解碎度)의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 10] 도 10은, 단위 혼합 용적당 소요 동력과 60초 후의 도달도의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 11] 도 11은, 혼합시의 배합탄의 수분량과 코크스의 드럼 강도의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명의 발명자들은, 어느 정도 오더의 배합탄의 균질성이 코크스 강도에 영향을 미치는 것인지를 예의 연구하여, 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성이 코크스 강도에 영향을 미치고 있을 가능성이 높다는 것을 찾아냈다. 또한, 본 발명의 발명자들은, 배합탄의 수분량이 6[질량%]을 초과하면, 입경 1[㎜] 이상의 유사 입자의 중량 비율이 증가하여, 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성이 저하하는 것을 찾아냈다.

이상의 식견으로부터, 본 발명의 발명자들은, 밀리미터 오더의 배합탄의 균질성을 높이는 것이 가능한 교반 혼합 조작을 배합탄에 실시함으로써, 동일한 배합탄이라도 코크스 강도를 향상시킬 수 있다는 것을 생각해 내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이하, 본 발명을 생각해 내기까지의 검토 흐름을 상세히 설명한 후, 본 발명의 일 실시형태인 코크스의 제조 방법에 관하여 설명한다.

[배합탄의 균질성과 코크스 강도 및 클리어런스의 관계]

본 발명의 발명자들은, 배합탄의 수분량과 유사 입자의 형성 상황의 관계를 조사했다. 배합탄으로서는, 야금용 코크스의 제조에 사용될 수 있는 일반적인 성상의 배합탄을 사용했다. 배합탄을 구성하는 4종류의 단미탄(A탄 내지 D탄)의 성상(평균 최대 반사율 Ro[%], 기세라 유동도 logMF[log ddpm], 휘발분 VM[질량%], 회분 Ash[질량%]) 및 배합률[질량%]과 배합탄의 평균 성상을 각각 이하의 표 1 및 표 2에 나타낸다. 평균 최대 반사율은 JIS M8816에 기초하여, 기세라 최고 유동도는 JIS M8801에 기초하여, 휘발분 및 회분은 JIS M8812에 기초하여 각각 측정했다. 휘발분 및 회분은 드라이 베이스의 값이다.

배합탄은 실제 조업을 상정한 입도 분포(3[㎜] 이하:75[%], 3 내지 6[㎜]:15[%], 6[㎜] 이상:10[%]. 각각 건조 기준의 질량%)로 분쇄 조제했다. 배합탄을 107[℃]로 가열하여 수분량을 0[질량%]으로 한 후, 수분을 첨가해서 하루 동안 어우러지게 하여, 이하의 표 3에 나타내는 8가지 패턴의 수분량(0, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12[질량%])의 배합탄을 조제했다. 그 후, 각 배합탄을 체 진동기로 5분간 체질하고, 입도 분포를 측정했다.

통상의 배합탄의 입도 분포 측정에서는, 시료를 건조시키고, 유사 입자를 붕괴시키고 나서 체로 쳐서 가려내어 분석을 행한다. 이에 대해, 본 실험에서는, 수분을 첨가한 후에 생성된 유사 입자에 일정한 충격을 가하면서 일정 시간 체로 침으로써, 그 충격으로 파괴되지 않은 유사 입자의 입도 분포를 측정했다. 표 3에 입도 분포의 측정 결과를 아울러 나타낸다. 또한, 도 1에 배합탄의 수분량과 입도 분포의 관계를 나타낸다.

표 3 및 도 1에 나타내는 바와 같이, 배합탄의 수분량이 4[질량%]가 될 때까지는, 초기(수분량 0[질량%])의 입도 분포와 큰 변화는 없어, 대경(大徑) 입자의 중량 비율이 증가하는 유사 입자화는 거의 볼 수 없었다. 이에 대해, 배합탄의 수분량이 6[질량%]를 초과한 때부터, 특히 입경 1[㎜] 이상의 유사 입자의 중량 비율이 현저히 증가하여, 유사 입자화가 진행되는 것이 확인되었다.

다음으로, 본 발명의 발명자들은, 유사 입자의 존재를 고려한 배합탄의 균질성과 코크스 강도 및 클리어런스의 관계를 조사했다. 배합탄의 균질성을 생각할 경우, 배합탄 중에 포함되는 유사 입자 중의 석탄 종목 및 그 입경을 고려할 필요가 있다. 즉, 배합탄을 조제하기 전에 생긴 유사 입자는 단일 석탄 종목으로 구성되어 있다. 이에 대해, 조제 후에 생긴 유사 입자의 내부에는 복수 종의 석탄 종목이 존재할 가능성이 있고, 또한 복수 종의 석탄 종목은 어느 정도 혼합되어 있다.

따라서, 유사 입자의 존재에 의한 배합탄의 균일성 및 코크스 강도에의 영향을 조사하기 위해서는, 단일 석탄 종목으로 구성되는 유사 입자를 혼합하여 배합탄을 조제하고, 그 배합탄으로부터 얻어지는 코크스의 강도를 평가할 필요가 있다. 이 평가를 이상적으로 행하기 위해서는, 석탄을 구성하는 단일 입자 또는 유사 입자의 입경을 일치시킬 필요가 있다. 그러나, 석탄은 불균질이고, 조직마다 분쇄성이 다르기 때문에, 입자의 입경을 일치시키는 것은 곤란하다.

이 때문에, 구성 입자가 다른 석탄을 재현하기 위해, 수분량만 다른 단미탄(수분량:3, 4, 6, 8, 10[질량%])을 준비하고, 석탄을 구성하는 단일 입자 또는 유사 입자를 그 상태를 거의 유지한 채 혼합하기 위해, 대류 혼합이 주체(主體)인 드럼 믹서에 표 1에 나타내는 배합률이 되도록 준비한 단미탄을 투입 후, 60초간 혼합했다. 이 조작에서는, 혼합 전후의 유사 입자의 입도 분포에 거의 차이가 없는 것을 확인했다. 혼합 후, 모든 배합탄의 수분량이 10[질량%]가 되도록, 또, 추가 혼합 조작을 실시하지 않도록(유사 입자가 변화하지 않도록), 부족분의 수분량을 분무하여 첨가하고, 하루 동안 어우러지게 했다.

도 2a, 2b에 나타내는 바와 같이, 이 조작에 의해 조제된 배합탄에서는, 유사 입자를 형성하고 있지 않은 단일 입자와 유사 입자는 잘 혼합되어 있어 거시적으로는 균질성이 높다고 말할 수 있다. 그러나, 단일 유사 입자는 거의 단일 석탄 종목으로 구성되어 있어, 유사 입자에 따른 품질의 차이는 커서, 유사 입자의 크기 정도의 범위에서 생각하면 배합탄의 균질성은 낮다.

코크스 강도는 이하의 수순에 따라 평가했다. 배합탄 17.1[㎏]을 부피 밀도(건조 중량 기준) 725[㎏/㎥]가 되도록 건류 캔에 충전하고, 건류 캔 상에 10[㎏]의 추를 얹은 상태에서 로벽 온도 1050[℃]의 전기로 내에서 6시간 건류한 후, 로에서 꺼내어 질소 냉각해서 코크스를 얻었다. 얻어진 코크스의 강도는 JIS K 2151회전 강도 시험법에 기초하여, 회전 속도 15[rpm]으로 150회 회전 후의 입경 15[㎜] 이상의 코크스의 질량 비율을 측정해서, 회전 전과의 질량비×100을 드럼 강도 DI(150/15)로서 산출했다.

클리어런스는 이하의 수순에 따라 평가했다. 도 3a, 3b에 나타내는 클리어런스 측정용의 소형 모의 레토르트(1)에 부피 밀도(건조 중량 기준) 775[㎏/㎥]가 되도록 배합탄(2).244[㎏]을 충전하고, 로벽 온도 1050[℃]의 전기로 내에서 4시간 20분 건류한 후, 로에서 꺼내어 질소 냉각해서 코크스 케이크를 얻었다. 얻어진 코크스 케이크의 편면(片面)과 로벽의 간극을 레이저 거리계로 측정하여, 간극의 평균치를 산출했다. 그리고, 간극 평균치의 양면의 합을 클리어런스로 정의했다.

도 3a, 3b에 나타내는 소형 모의 레토르트(1)는, 벽돌에 의해 형성된 저판(底板)(11)과, 저판(11)에 입설(立設)된 금속제인 한 쌍의 측판(12a, 12b)과, 한 쌍의 측판(12a, 12b) 상에 배설된 벽돌에 의해 형성된 천판(天板)(13)을 구비하고 있다. 도 3a에 나타내는 바와 같이, 배합탄(2)은 소형 모의 레토르트(1)를 구성하는 판에 의해 형성되는 공간 내에 충전되며, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 건류에 의해 얻어진 코크스 케이크(3)와 한 쌍의 측판(12a, 12b)의 간극(D)이 레이저 거리계를 사용하여 측정된다. 본 실시형태에서는, 소형 모의 레토르트(1)는, 길이 L:114[㎜]×폭 W:190[㎜]×높이 H:120[㎜]의 치수를 가지고 있다.

이하에 나타내는 표 4에 코크스 강도 및 클리어런스의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 도 4에 배합탄의 조제에 사용한 단미탄의 수분량과 코크스 강도의 관계를 나타내며, 도 5에 단미탄의 수분량과 클리어런스의 관계를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 단미탄의 수분량이 6[질량%]가 될 때까지는 코크스 강도는 거의 변화하지 않지만, 단미탄의 수분량이 6[질량%]를 초과하면 코크스 강도는 급격히 저하한다.

본 실험에서는, 배합된 복수 종의 단미탄이 유사 입자 내부에서는 잘 혼합되어 있지 않은 상태의 배합탄으로부터 얻어진 코크스 강도를 평가하고 있다. 그래서, 배합탄의 수분량과 유사 입자의 관계를 나타내는 도 1과 배합탄의 조제에 사용한 단미탄의 수분량과 코크스 강도의 관계를 나타내는 도 4를 비교했다. 그 결과, 코크스 강도가 저하하는 임계점인 수분량 6[질량%] 이상에서 유사 입자를 포함하는 입경 1[㎜] 이상의 입자의 중량 비율이 현저히 증가하고 있는 것을 알 수 있었다. 보다 명확히 하기 위해, 도 1에 나타내는 배합탄 중의 입경 1[㎜] 이상의 입자의 중량 비율과 코크스 강도의 관계를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 배합탄 중의 입경 1[㎜] 이상의 입자의 중량 비율과 코크스 강도 사이에는 양호한 상관 관계가 성립하고 있다.

이상으로부터, 밀리미터 오더의 균질성(예를 들면 한 변이 몇 밀리미터인 입체의 범위에 주목했을 때, 그 내부가 잘 혼합된 상태에 있는지 여부)이 코크스 강도에 영향을 주고 있을 가능성이 높다고 생각할 수 있다. 한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 클리어런스에 대해서는, 수분량의 저하에 따라 약간 확대되는 경향이 보이지만, 거의 차이는 없었다. 이 결과로부터, 배합탄 중에 존재하는 내부가 잘 혼합되어 있지 않은 상태의 유사 입자를 파괴함으로써, 코크스 강도를 향상시킬 수 있다고 생각할 수 있다. 또한, 클리어런스의 크기는 유사 입자의 상태에 따르지 않는 것이 나타나, 유사 입자를 파괴해도 코크스의 압출성에는 변화가 없다고 생각할 수 있다.

상기한 바와 같은 코크스 강도의 측정 결과는, 코크스 강도와 결함의 관계를 조사한 이전의 연구 결과와도 부합하고 있다. 예를 들면 비특허문헌 4에는, 코크스의 표면 파괴의 원인이 되는 결함의 조사 결과에 기초하여, 밀리미터 오더 치수의 결함이 표면 파괴를 일으킨다는 보고가 기재되어 있다. 또한, 비특허문헌 5에는, 결함 생성의 요인이 되는 이너트(가열에 의해 연화(軟化) 용융되지 않는 석탄 조직)의 크기와 코크스 강도의 관계의 조사 결과에 기초하여, 코크스 강도의 저하를 초래하는 이너트 크기의 임계점이 1.5[㎜] 이상이라는 보고가 기재되어 있다.

즉, 밀리미터 오더의 균질성이 코크스 강도에 영향을 주는 이유는, 코크스화할 때에 용융성이 부족한 비미점결탄(非微粘結炭)과 같은 저품위(低品位)의 석탄 입자가 밀리미터 오더로 응집, 즉 유사 입자화하고 있을 경우, 그 유사 입자 부분은 조립(粗粒) 이너트처럼 거동하여, 코크스 중에 잘 점결되어 있지 않은 밀리미터 오더 부분, 바꿔말하면 밀리미터 오더 치수의 결함을 형성하기 때문이라고 생각할 수 있다.

덧붙여, 얻어진 코크스의 광학 조직을 평가했다. 평가 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 수분량이 6[질량%] 이하인 밀리미터 오더의 균질성이 높은 배합탄에서는 모자이크상(狀) 조직이 발달하고 있다. 광학 조직은 코크스 기질(基質)의 강도와의 관계가 강하여, 활성 성분 유래의 등방성(等方性) 조직이나 모자이크상 조직의 강도가 높다고 말해지고 있다(비특허문헌 6 참조). 따라서, 배합탄의 균질화에 따른 코크스 강도의 향상에 대해서는, 밀리미터 오더 치수의 결함을 감소시키는 효과뿐만 아니라, 모자이크상 조직이 발달하는 효과도 기여하고 있다고 생각할 수 있다. 유사 입자 내부도 포함하는 배합탄의 균질화(혼합 강화)에 따라 모자이크상 조직이 발달하는 이유는, 비교적 이방성(異方性)이 발달한 조직을 형성하는 석탄(일반적으로 탄화도가 높은 석탄)과 주로 등방성 조직을 형성하는 석탄(일반적으로 탄화도가 낮은 석탄)의 접촉 계면에서 형성된 모자이크상 조직이, 접촉 계면의 증가에 따라 증가하기 때문이라고 생각할 수 있다.

[코크스의 제조 방법]

본 발명의 발명자들은, 이상의 조사 및 고찰로부터, 수분량이 6[질량%] 이상인 배합탄이라도 밀리미터 오더의 균질성을 향상시키는 조작, 구체적으로는 교반 혼합 조작을 실시함으로써 유사 입자를 해쇄(解碎)하는 것에 의해, 배합탄의 균질성의 저하에 기인하는 코크스 강도의 저하를 억제할 수 있다고 생각했다. 그래서, 본 발명의 발명자들은, 수분 6[질량%] 이상에서 형성되는 입경 1[㎜] 이상의 유사 입자를 해쇄하여 균일하게 분산시키는 교반 혼합 조작(전단(剪斷) 혼합)이 가능한 교반 혼합 장치 및 그 교반 혼합 성능을 평가했다.

우선, 본 발명의 발명자들은, 예의 검토를 거듭하여, 1[㎜] 이상의 입경을 가지는 유사 입자를 해쇄해서, 균일하게 분산시키는 정도를 지표화하는 방법을 이하와 같이 고안했다.

(1) 분말상의 형광 도료(신로이히(주) 제, FX-305)를 도포한 석탄을 트레이서로서 준비한다. 트레이서는 자외선 조사 하에서 발광한다. 따라서, 트레이서를 일부 첨가하여, 교반 혼합 조작을 실시한 배합탄을, 자외선 조사 하에서 디지털 카메라에 의해 촬영하고, 얻어진 화상을 화상 처리함으로써, 배합탄 중의 트레이서의 사이즈와 분산 상태를 지표화할 수 있다. 트레이서는, 휘도(輝度)와 명도(明度) 등의 화상 데이터로 적절한 역치(경계치)를 설정함으로써 화상 상에서 용이하게 추출할 수 있다. 본 발명의 발명자들은, 휘도의 역치를 설정하여 트레이서 부분을 추출했다.

(2) 트레이서로서 형광 도료가 도포된 석탄은, 유사 입자화된 것도 포함하여, 입경 1[㎜] 이상의 입자의 면적 비율이 약 5[%]가 되도록(배합탄의 외관을 자외선 조사 하에서 사진 촬영했을 때에 입경 1[㎜] 이상의 형광 부분의 면적 비율이 약 5[%]가 되도록), 배합탄에 첨가된다. 트레이서로서 첨가된 석탄의 입자 지름은, 추출된 트레이서 부분의 외주(外周)의 2점을 잇고, 또, 중심을 지나는 지름을 2[°]씩 측정한 평균치를 채용했다. 배합탄의 수분량은 10[질량%]로 조정했다.

(3) 트레이서를 첨가한 배합탄에 대해 교반 혼합 조작을 행하고, 교반 혼합 조작 후의 혼합물을 자외선 조사 하에서 촬영하고, 화상을 화상 처리하여 입경 1[㎜] 이상의 면적 비율을 측정했다. 측정치를 이하에 나타내는 수식(2)에 대입함으로써 해쇄도(解碎度)를 산출했다. 수식(2) 중의 파라미터 A는 교반 혼합 조작 후의 입자 지름 1[㎜] 이상의 면적 비율, A₀는 초기 입경 1[㎜] 이상의 면적 비율(약 5[%])이다. 즉, 교반 혼합 조작에 의해 유사 입자가 해쇄될수록, 해쇄도의 값은 높아진다.

[수식 2]

해쇄도=1-A/A₀…(2)

상기 방법은, 형광 도료를 도포한 석탄으로 이루어진 유사 입자가 해쇄되어 있는지 여부를 직접 관찰 가능한 방법이며, 단지 유사 입자의 입도 분포를 측정하는 방법보다도 유사 입자의 해쇄도를 정확히 평가할 수 있다. 일반적으로, 수분 존재 하에서는 석탄은 용이하게 유사 입자화해 버리기 때문에, 혼합 후의 핸들링이나 체질 선별에 의해서도 유사 입자의 구성이 변화해 버릴 가능성이 있다. 그 때문에, 해쇄도의 평가에는 상기 방법을 채용했다.

다음으로, 본 발명의 발명자들은, 믹서의 혼합 성능을 검토하고, 분체공업기술협회에서 정리한 평가 수법인 「광학적 수법에 의한 분립체의 혼합도 측정」(비특허문헌 7 참조)을 채용했다. 이하, 그 수순 및 평가 방법에 관해 상세히 설명한다. 이 평가 방법에서는, 공통 분체로서 암적색 벵갈라(산화철(III), 평균 입경 0.47[㎛]) 5[질량%]와, 백색 탄산칼슘(평균 입경 2.66[㎛]) 95[질량%]를 믹서 내에 투입하여 교반 혼합 조작을 실시한다.

교반 혼합 조작 후의 시료를 꺼내고, 포토미터(MSE(주) 제)를 사용하여 시료의 명도를 측정한다. 시료는, 교반 혼합 조작이 진행됨에 따라 벵갈라 응집체가 서서히 해쇄되면서 분산되어, 전체의 색감으로서 붉게 변화해 간다. 따라서, 막자사발(乳鉢)에 의해 완전 혼합된 경우의 명도에 대해 현재의 명도가 어느 정도인지를 측정함으로써, 교반 혼합이 어느 정도 진행되어 있는지를 판정할 수 있고, 도달도(到達度)는 이하에 나타내는 수식(3)처럼 정의할 수 있다.

[수식 3]

도달도=(V_max-V(t))/(V_max-V_st)…(3)

수식(3) 중의 파라미터 t는 교반 혼합 개시로부터의 경과 시간, V_max는 탄산칼슘의 명도, V_st는 탄산칼슘과 산화철(III)을 완전 혼합한 혼합물의 명도, V(t)는 시각 t에서의 혼합물의 명도를 나타낸다.

비특허문헌 7 기재의 평가 방법에서는, 상기 평가를 여러 가지 믹서로 행하고, 혼합 시간과 도달도의 곡선 형상으로부터 믹서를 3가지 패턴으로 분류하고 있다. 대류 혼합이 주체인 A타입의 믹서에서는, 곡선은 아래로 볼록한 곡선이 된다. 이에 대해, 전단 혼합이 주체인 B타입의 믹서에서는, 곡선은 위로 볼록한 곡선이 된다. 또한, 대류 혼합과 전단 혼합이 복합적으로 일어나는 C타입의 믹서에서는, 곡선은 A타입 믹서의 곡선과 B타입 믹서의 곡선과의 중간적인 곡선이 된다. 이 곡선의 형상은, 장시간의 교반 혼합 조작에 의해 얻어지는 것이며, 60초 정도의 교반 혼합 조작에서는 도달도가 낮아, 거의 변화하지 않는 것이 A타입의 믹서, 도달도가 0.6 이상이 되는 것이 B타입의 믹서, 그 중간이 C타입의 믹서라고 말할 수 있다.

본 발명의 발명자들은, 타입이 다른 믹서를 사용하여, 트레이서를 첨가한 배합탄을 60초간 교반 혼합 처리하고, 해쇄도를 평가했다. 믹서의 교반 혼합 시간과 도달도의 관계를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타내는 믹서 A는, 종래형의 드럼 믹서이며, A타입으로 분류된다. 한편, 믹서 B는 C타입의 믹서, 믹서 C 또는 E는 B타입의 믹서이다. 또한, 60초 후의 도달도와 해쇄도의 관계를 도 9에 나타낸다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 해쇄도는 도달도가 0.4 내지 0.6의 범위 내에서 크게 변화하는 것이 확인되었다. 즉, 배합탄의 밀리미터 오더의 균질화에 필요한 혼합 성능은, 60초 후의 도달도가 0.6 이상, 바람직하게는 0.7 이상이며, 이러한 혼합 성능을 가진 적합한 믹서는 전단 혼합이 주체인 B타입의 믹서인 것이 분명해졌다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 종래의 코크스 공장에서 채용되고 있었던 종래의 드럼 믹서형 혼탄기(A타입의 믹서)에서는, 유사 입자는 거의 해쇄되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

다음으로, 본 발명의 발명자들은, 믹서를 기계적인 관점에서 정리하고, 60초 후의 도달도와의 관계를 평가하는 것을 시도했다. 원리적으로, 벵갈라 응집체가 해쇄되기 위해서는, 응집체의 파괴 강도 이상의 힘을 응집체에 가할 필요가 있다. 그러나, 믹서의 구조는 타입마다 크게 다르기 때문에, 응집체에의 압축력과 전단력 등의 힘의 작용법도 여러 가지이며, 응집체에 가하는 힘으로 믹서를 계통적으로 평가하는 것은 많은 노력을 요한다. 그래서, 본 발명의 발명자들은, 응집체에 가하는 힘은 믹서에의 투입 에너지(동력)와 상관 관계가 있다고 생각하고, 투입 에너지에 따른 믹서의 정리를 시도했다.

실제로는, 투입 에너지는 응집체의 파괴 에너지뿐만 아니라, 혼합물의 수송 에너지와 마찰열 등으로 변환되며, 각각의 변환 비율은 믹서마다 다르다고 생각할 수 있다. 그러나, 도 10에 나타내는 바와 같이, 단순히 단위 혼합 용적당 소요 동력과 60초 후의 도달도의 관계를 평가한바, 대체로 양호한 상관 관계가 성립한다. 그리고, 도 10에 나타내는 상관 관계로부터, 60초 후의 도달도가 0.6 이상이 되는 것은 단위 혼합 용적당 소요 동력이 1.0×10⁴[W/㎥] 이상, 0.7 이상이 되는 것은 단위 혼합 용적당 소요 동력이 3.0×10⁴[W/㎥] 이상인 것이 분명해졌다.

따라서, 유사 입자의 해쇄에 따른 배합탄의 밀리미터 오더의 균질화에 필요한 교반 혼합 성능을 가진 적합한 믹서는, 단위 믹서 용적당 소요 동력이 1.0×10⁴[W/㎥] 이상, 바람직하게는 3.0×10⁴[W/㎥] 이상이다. 즉, 도달도를 측정하지 않아도 소요 동력과 단위 혼합 용적으로부터 적합한 믹서를 용이하게 선정할 수 있다.

이상의 검토 결과로부터, B타입의 믹서를 코크스 제조 라인에 도입함으로써, 배합탄의 균질성의 저하에 기인하는 코크스 강도의 저하를 억제할 수 있는 것이 분명해졌다. 또한, 믹서에는 처리 방법에 따라 배치식 믹서와 연속식 믹서가 존재한다. 배치식 믹서의 경우, 처리 시간이 혼합 시간에 상당하기 때문에, 처리 시간과 도달도의 관계로부터 교반 혼합 성능을 측정한다. 한편, 연속식 믹서의 경우에는, 믹서 내에서의 체류 시간이 교반 혼합 시간에 상당하기 때문에, 체류 시간과 도달도의 관계로부터 교반 혼합 성능을 측정하여, 적합한 믹서를 선정하면 된다. 물론, 단위 혼합 용적당 소요 동력으로부터 적합한 믹서를 선정해도 된다. 코크스 제조에 있어서는 몇 100[t/h] 이상의 막대한 양의 석탄 처리를 필요로 하기 때문에, 코크스 제조 라인에 도입하는 믹서의 처리 방법은 처리 능력이 높은 연속식인 쪽이 바람직하다.

믹서에 의한 교반 혼합 처리 후의 배합탄의 균질성은, 믹서에 의한 교반 혼합 처리 전의 균질성에도 영향을 받는다. 즉, 믹서에 의한 교반 혼합 처리 전의 균질성이 높을 경우, 목표 균질성을 얻을 때까지 필요한 교반 혼합 시간을 단축할 수 있기 때문에 효율이 좋다. 일반적으로, 코크스 제조 라인은, 분쇄 공정, 혼합 공정, 및 건조(부분 건조를 포함한다) 공정 등을 포함하며, 배합탄은, 각각의 공정에서의 처리나 반송 과정에서 혼합되어, 균질화하는 방향으로 진행한다. 따라서, 믹서에 의한 교반 혼합 처리는 되도록 코크스로에 장입하기 직전에 행한 쪽이 효율적이기 때문에 바람직하다.

배합탄을 처리하는 공정의 순번으로는, 분쇄 공정, 배합 공정, 건조 공정 순이나 배합 공정, 분쇄 공정, 건조 공정 순 등의 몇 가지 패턴이 있지만, 어떤 패턴에서도 믹서에 의한 교반 혼합 처리는 적어도 배합 공정 후에 행할 필요가 있다. 또한, 배합 공정 후에 분쇄 공정이 있는 패턴 쪽이, 분쇄 공정에서 배합탄이 혼합되기 때문에, 배합 공정 전에 분쇄 공정이 있는 패턴과 비교하여 최종적인 배합탄의 균질성이 높다.

따라서, 배합 공정 전에 분쇄 공정이 있는 패턴의 코크스 제조 라인에 믹서에 의한 교반 혼합 처리를 도입한 경우에는, 배합탄의 균질성의 향상 효과가 커져서, 특히 유효하다. 또한, 혼합시의 수분량과 코크스 강도의 관계를 조사한 결과로부터 교반 혼합의 효과가 유효한 것은 배합탄의 수분량이 6[질량%] 이상인 때이다. 따라서, 배합탄의 건조를 행하는 공정을 가진 코크스 제조 라인이라도, 건조 후의 배합탄의 수분량이 6[질량%] 이상이면, 믹서에 의한 교반 혼합 처리에 의해 코크스 강도의 향상 효과를 얻을 수 있다. 건조 공정에서는 석탄의 수분을 모두 증발시킬 필요는 없고, 건조 공정에는 함유 수분을 감소시키는 부분 건조나 조습 조작도 포함된다. 또한, 배합탄은, 점결재(粘結材), 유류(油類), 코크스 분(粉), 석유 코크스, 수지류, 폐기물 등의 첨가물을 포함하는 것이어도 된다.

[실시예]

본 실시예에서는, 수분량만 다른 표 1에 나타내는 4종의 단미탄(수분량 3, 4, 6, 8, 10[질량%])을 준비하고, 교반 혼합 형태가 다른 믹서 A 내지 E를 사용하여 표 1에 나타내는 배합률이 되도록 4종의 단미탄을 60초간 교반 혼합해서 배합탄을 조제했다. 조제된 배합탄을 상술한 조건에서 건류하고, 얻어진 코크스의 드럼 강도 DI(150/15) 및 클리어런스를 측정했다. 믹서 A는 종래형의 드럼 믹서(비교예 1), 믹서 C 내지 E는 전단 혼합이 주체인 B타입의 믹서(발명예 1 내지 3), 믹서 B는 종래형과 발명예의 중간 혼합 성능을 가진 C타입의 믹서(비교예 2)이다.

측정 결과를 이하의 표 5에 나타낸다. 또한, 혼합시의 배합탄의 수분량과 코크스의 드럼 강도 DI(150/15)의 관계를 도 11에 나타낸다. 표 5 및 도 11에 나타내는 바와 같이, 혼합시의 수분량이 6[질량%] 이상인 배합탄에 대해서는, 믹서로 혼합함으로써 코크스 강도가 향상되는 것이 확인되었다. 또한, 코크스 강도의 향상 효과는 믹서의 타입에 따라 크게 변화했다. 즉, B타입의 믹서에서는 코크스 강도의 향상 효과가 커서, 혼합시의 배합탄의 수분량이 10[질량%]인 경우라도 수분량이 6[질량%] 이하인 경우의 코크스 강도에 필적할 만큼 코크스 강도가 회복했다. 이에 대해, A타입 및 C타입의 믹서에서는 코크스 강도의 향상 효과는 적었다. 클리어런스에 관해서는, 어느 혼합 조작을 가한 경우라도 거의 차이는 볼 수 없었다. 얻어진 코크스의 CO₂ 반응 후 강도(CSR, ISO 18894법에 준거하여 측정)도, 드럼 강도 DI(150/15)와 동일한 경향을 나타냈다. 즉, 비교예 1의 조건에서는, 혼합시 수분량 4, 6, 8[질량%]인 경우에 CSR은 각각 59.2[%], 59.0[%], 57.5[%]로, 수분 증대에 대해 강도가 저하하는 경향이었던 것에 대해, 발명예 3에서는, 혼합시 수분량 4, 6, 8[질량%]인 경우에 CSR은 각각 59.8[%], 59.7[%], 59.4[%]로 거의 저하가 보이지 않았다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 수분량이 6[질량%] 이상인 배합탄에서 입경 1[㎜] 이상의 유사 입자가 형성된다. 또한, 표 5에 나타낸 바와 같이, 수분량이 6[질량%] 이상인 배합탄을 발명예인 B타입의 믹서로 해쇄도가 높아지는 조건에서 혼합함으로써 코크스 강도가 향상되며, 코크스 강도는 유사 입자가 거의 형성되지 않는 수분량 4[질량%] 이하인 경우의 코크스 강도와 동등하게 된다. 이상으로부터, 본 발명에 따른 코크스 강도의 향상 효과는, 배합탄 중에 포함되는 유사 입자가 믹서에 의한 혼합 조작으로 해쇄된 것에 의해 초래되었다고 생각할 수 있다.

또한, 도 11에 나타내는 믹서 D, E에서는 수분량이 높은 배합탄이라도 혼합 처리에 의해 코크스 강도가 수분량 4[질량%] 이하인 경우와 거의 동등한 레벨까지 회복하고 있기 때문에, 배합탄 중에 존재하는 유사 입자가 거의 해쇄되었다고 생각할 수 있다. 그러나, 도 11에 나타내는 믹서 C를 사용하여 수분량 10[질량%]의 배합탄을 혼합한 경우처럼, 믹서 A에 비해 어느 정도 코크스 강도의 향상이 인정되는 경우도 있다. 이것은, 믹서 C에서는 유사 입자의 일부가 해쇄되어 있는 것에 따른다고 생각할 수 있어, 유사 입자의 일부를 해쇄함으로써도 코크스 강도를 향상시킬 수 있다고 생각할 수 있다.

이상의 조사로부터, 수분량 6[질량%] 이상의 밀리미터 오더의 균질성이 낮은 배합탄이라도, 전단 혼합이 주체인 B타입의 믹서를 사용하여 교반 혼합 처리함으로써, 종래형의 믹서에서는 행할 수 없는, 배합탄의 균질성의 저하에 기인하는 코크스 강도의 저하를 억제할 수 있는 것이 분명해졌다. 덧붙여, 교반 혼합 조작에 의해 클리어런스는 유지 가능하다는 점에서, 노후화된 코크스로에서의 습탄 조업에 따른 코크스 강도의 향상 수단으로서, 본 발명이 유효한 것이 분명해졌다.

본 실시예에 의해, 믹서 C 내지 E를 사용하여 60초 교반 혼합하면 코크스 강도의 향상 효과가 인정될 수 있는 것은 분명하지만, 교반 혼합 시간이 길어지면 도달도는 향상되기 때문에, 60초 이상 교반 혼합해도 된다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 60초 교반 혼합시의 도달도는 0.6 이상(믹서 C에서는 60초 교반 혼합했을 때의 도달도=0.6)이기 때문에, 수분량이 6[질량%] 이상인 배합탄을 도달도가 0.6 이상이 되도록 한 조건에서 교반 혼합하는 것이 코크스 강도의 향상을 위해서는 바람직하다.

또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 60초 교반 혼합 후의 유사 입자의 해쇄도는 0.6 이상(믹서 C에서의 60초 후의 해쇄도=0.62)이 되어 있기 때문에, 배합탄의 교반 혼합에 의해 배합탄 중의 입경 1[㎜] 이상인 유사 입자의 해쇄도가 0.6 이상이 되도록 유사 입자를 해쇄하는 것이 코크스 강도의 향상을 위해서는 바람직하다.

또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 60초 교반 혼합시의 도달도가 0.6 이상이 되는 믹서에서는, 교반 혼합 시간이 10초라도 도달도가 0.4 이상이 되어, 유사 입자의 부분적인 해쇄에 의한 코크스 강도의 향상 효과를 기대할 수 있다. 또한, 높은 도달도를 얻을 수 있는 믹서(예를 들어 믹서 E)에서는 교반 혼합 시간이 10초로 도달도가 0.6 이상이 되기 때문에, 60초 교반 혼합시의 도달도가 0.6 이상이 되는 믹서로 10초 이상, 배합탄을 교반 혼합하는 것이 바람직하다.

[비교예]

상기 실시예에서는, 수분량이 높고 유사 입자의 해쇄가 불충분할 경우, 코크스 강도가 저하하는 것이 확인되었다. 그래서, 본 비교예에서는, 코크스 강도에 대한 수분량의 영향을 조사하기 위해, 믹서 A를 사용하여 수분량을 변경한 시험을 실시했다. 수분량 이외의 조건은 실시예 1의 조건과 동일하다. 시험 결과를 이하의 표 6에 나타낸다. 표 6에 나타내는 바와 같이, 수분량이 6.0[질량%] 이상이 되면 코크스 강도가 저하한다. 이에 대해, 상기 실시예에서는, 수분량이 8[질량%]가 되어도 코크스 강도는 거의 저하하지 않았다. 이상으로부터, 본 발명의 효과는 수분량이 6[질량%] 이상인 조건에서 현저하게 나타나는 것이 분명해졌다.

이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 관하여 설명했지만, 본 실시형태에 따른 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술(記述) 및 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않는다. 즉, 본 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어질 수 있는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

1 소형 모의 레토르트
2 배합탄
3 코크스 케이크
11 저판
12a, 12b 측판
13 천판

Claims (6)

1. 2종 이상의 석탄을 배합하여 배합탄(配合炭)을 조제(調製)하는 조제 스텝과,
   상기 배합탄을 교반(攪拌) 혼합하는 것에 의해, 석탄 입자가 응집함으로써 형성된 배합탄 중의 유사 입자 중 적어도 일부를 해쇄(解碎)하는 교반 혼합 스텝과,
   교반 혼합 후의 배합탄을 코크스로(爐)에 장입하여 건류(乾溜)함으로써 코크스를 제조하는 건류 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조제 스텝은, 2종 이상의 석탄을 배합하기 전에 그 2종 이상의 석탄을 분쇄하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 조제 스텝은, 상기 2종 이상의 석탄을 건조시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   수분량이 6질량% 이상인 배합탄에 대해 상기 교반 혼합 스텝을 행하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 교반 혼합 스텝은, 이하에 나타내는 수식(1)에 의해 구해지는 도달도(到達度)가 교반 혼합 조작을 개시하고 나서 60초 후에 0.6 이상이 되는 교반 혼합 성능을 가진 혼합 장치를 사용하여 배합탄을 교반 혼합하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.
   [수식 1]
   도달도=(V_max-V(t))/(V_max-V_st)…(1)
   도달도는, 평균 입경 2.66㎛의 탄산칼슘 95질량%와 평균 입경 0.47㎛의 산화철(III) 5질량%를 혼합 장치에 넣어 교반 혼합 조작을 행함으로써 얻어지는 혼합물의 명도(明度)로부터 산출되는 값이다. 수식(1) 중, t는 교반 혼합 조작을 개시하고 나서의 시각, V_max는 탄산칼슘의 명도, V_st는 탄산칼슘과 산화철(III)을 완전 혼합한 혼합물의 명도, V(t)는 시각 t에서의 혼합물의 명도를 나타낸다.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 교반 혼합 스텝은, 단위 혼합 용적당 소요 동력이 1.0×10⁴W/㎥ 이상인 혼합 장치를 사용하여 배합탄을 교반 혼합하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스의 제조 방법.

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