KR20180076880A - 브리켓 바인더 조성물, 이를 포함하는 브리켓 및 브리켓의 제조방법 - Google Patents
브리켓 바인더 조성물, 이를 포함하는 브리켓 및 브리켓의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 셀룰로오스 에테르 및 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100 내지 1000 중량부의 비율로 요소를 포함하는 브리켓 바인더 조성물, 이를 포함하는 브리켓 및 브리켓의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 브리켓 바인더 조성물 및 제조방법은 추가 투입되는 물량을 저감시켜 제조공정 효율을 향상시키고, 브리켓의 최대 강도를 확보할 수 있게 한다.
Description
본 발명은 브리켓 바인더 조성물, 이를 포함하는 브리켓 및 브리켓의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요소를 포함하는 브리켓 바인더 조성물, 이를 포함하는 브리켓 및 브리켓의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 제철공정은 철광석 및/또는 고철을 석탄과 함께 고로에 장입하여 용선(molten iron)을 제조하는 제선공정(iron making process), 상기 용선에 포함된 불순물을 제거하여 고순도의 용강(molten steel)을 제조하는 제강공정(steel making process), 액상의 용강으로부터 고상의 슬래브(slab) 등의 반제품을 제조하는 주조공정(casting process) 및 상기 슬래브 등의 반제품을 가공하여 최종 철강 제품을 제조하는 압연공정(rolling process)으로 구분된다.
이러한 공정은 기존 공법에서는 사용 불가한 8mm 이하의 크기를 갖는 입자, 특히 4mm 이하의 미세분말입자를 일정 크기의 형태로 가공한 브리켓(briquette)을 용융로에 투입하여 활용된다. 이때, 브리켓 제조를 위해 종래에는 당밀이 사용되었으나, 작황으로 인한 수급, 품질 불안정 및 악취 등 여러 가지 문제로 당밀을 대체하는 바인더로 셀룰로오스 에테르계 화합물이 개발되었다.
그러나, 상기 셀룰로오스 에테르계 화합물은 용해를 통해 점도를 발현하므로, 공정 중 추가로 물의 투입이 필요하다. 또한, 공정 중 투입된 물과 바인더, 미세분말입자의 습식 믹싱(mixing) 과정에서 물리적, 기계적 마찰로 인한 열이 발생할 수 있으며, 이러한 열이 해당 셀룰로오스 에테르 바인더의 재결정화를 유발하는 경우 제조된 브리켓의 강도가 저하될 우려가 있다.
특허문헌 1(한국공개특허 제10-2016-0010316호)는 브리켓 바인더로써, 1,000~80,000cps의 점도를 갖는 셀룰로오스 에테르계 화합물을 개시하고 있다. 이러한 브리켓 바인더와 미분탄 및 물을 혼합하여 브리켓을 제조하는 경우, 습식 믹싱 공정에서 믹싱 설비 자체의 고속 회전 부하에 의한 열의 전달 및 미분탄 자체의 마찰에 의해 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생한 열이 셀룰로오스 에테르의 겔화 온도보다 높아질 경우, 셀룰로오스 에테르가 재결정화를 통해 석출되어 최종 브리켓의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 미분탄 뿐만 아니라, 코크스, 제강분진, 흑피 등의 다양한 미세분말에 범용적으로 적용하여, 우수한 강도를 갖는 브리켓을 제공할 수 있는 바인더에 대한 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 셀룰로오스 에테르의 용해를 위해 투입되는 물의 사용량을 저감시키고, 공정 중 발생하는 기계적, 물리적 마찰열로 인한 셀룰로오스 에테르의 재결정화를 방지할 수 있는 브리켓 바인더 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 브리켓 바인더 조성물을 포함하는 브리켓 및 상기 브리켓 바인더 조성물을 이용한 브리켓의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀룰로오스 에테르 및 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100 내지 1000 중량부의 비율로 요소를 포함하는 브리켓 바인더 조성물이 제공된다.
일 실시예에 따라, 상기 셀룰로오스 에테르는 알킬셀룰로오스, 히드록시알킬셀룰로오스, 히드록시알킬알킬셀룰로오스, 알킬히드록시알킬셀룰로오스 및 알킬알킬히드록시알킬셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 셀룰로오스 에테르는 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스 및 메틸에틸히드록시에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 10,000 중량부 이하로 추가 바인더를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 추가 바인더는 당밀, 전분, 호화전분, 변성전분, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴아미드(PAM), 수크로오스, 액상 글루코오스, 아카시아 검, 트래거캔스 고무(tragacanth gum), 젤라틴, 알긴산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐메틸에테르(PLM), 알긴산, 아스팔트, 역청(BITUMEN), 카세인(CASEIN), 에폭시 레진, 피치(PITCH), 폴리아미드, 폴리우레탄 및 폴리비닐 아세탈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상일 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 브리켓 바인더 조성물은 물을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 물의 함량이 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100~5000중량부일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면,
전술한 어느 하나의 실시예에 따른 브리켓 바인더 조성물과 브리켓 필러(briquette filler)를 포함하는 브리켓이 제공된다.
다른 실시예에 따라, 상기 브리켓 필러는 미세석탄입자, 제강분진, 흑피(mill scale)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 브리켓 바인더 조성물의 함량은 1wt% 내지 30wt%일 수 있다.
아울러, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, (1) 브리켓 필러, 셀룰로오스 에테르, 요소 및 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계 및 (2) 상기 혼합물을 성형하여 브리켓을 형성하는 단계를 포함하는 브리켓의 제조방법이 제공된다.
다른 실시예에 따라, 상기 (1) 단계는 브리켓 필러에 셀룰로오스 에테르 분말과 요소 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 건식 혼합물에 물을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 (1) 단계는 브리켓 필러에 셀룰로오스 에테르 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 건식 혼합물에 요소 용액을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 (1) 단계는 브리켓 필러에 요소 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 건식 혼합물에 셀룰로오스 에테르 용액을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 브리켓 바인더 조성물은 요소를 포함함으로써, 셀룰로오스 에테르의 용해를 위해 추가 투입되는 물량을 저감시켜 제조공정 효율을 향상시키는 이점이 있다.
또한, 습식 혼합물 제조단계에서 습식 혼합물의 온도 상승을 억제하여 셀룰로오스 에테르의 재결정화를 방지함으로써, 브리켓의 최대 강도를 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액에 요소가 3wt% 추가된 용액의 온도에 따른 점도 변화를 측정한 그래프이다.
도 2는 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액의 온도에 따른 점도 변화를 측정한 그래프이다.
도 2는 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액의 온도에 따른 점도 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서상에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서, 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 셀룰로오스 에테르 및 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여, 100 내지 1000 중량부의 비율로 요소를 포함하는 브리켓 바인더 조성물에 관한 것이다.
본 명세서에서 브리켓(briquette)은 석탄이나 코크스, 제강분진, 흑피 등의 미세분말을 바인더를 활용해 괴형으로 성형한 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 브리켓 필러(briquette filler)는 상기 브리켓을 형성하는 석탄이나 코크스, 제강분진, 흑피 등의 미세분말을 의미한다. 본 명세서에서 미세분말은 작은 입자 크기로 인해 브리케팅을 통해 입자 크기 증대가 필요한 분말을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 셀룰로오스 에테르는 브리켓 필러들을 서로 결합시켜주는 바인더 역할을 수행한다. 상기 셀룰로오스 에테르는 물에 잘 용해될 뿐만 아니라, 수용액 상태로 노즐을 통해 분사될 경우 노즐의 내표면에 석출되지 않아 노즐 구멍을 막지 않는다. 또한, 상기 셀룰로오스 에테르는 고상의 분말 형태로 저장 및 운반되고, 최종 사용 단계에서 물과 혼합되기 때문에 저장 설비의 소형화 및 단순화와, 운반설비의 단순화가 가능해진다. 또한, 상기 셀룰로오스 에테르는 당밀보다 적은 양으로도 동일한 바인딩 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스 에테르 화합물은 당밀에 비해 수급 및 가격 변동률이 안정적이고, 사용량이 적어 저장 및 유지 비용이 저렴하다. 아울러, 상기 셀룰로오스 에테르는 강도 강화제를 사용하지 않고도 우수한 강도를 갖는 브리켓을 얻을 수 있는 이점이 있다.
이때, 본 발명에 적용할 수 있는 셀룰로오스 에테르는 당해 기술분야에서 브리켓 필러와 화학적으로 반응하지 않는 안정한 물질은 제한 없이 적용할 수 있으며, 알킬셀룰로오스, 히드록시알킬셀룰로오스, 히드록시알킬알킬셀룰로오스, 알킬히드록시알킬셀룰로오스, 알킬알킬히드록시알킬셀룰로오스 등의 셀룰로오스 에테르를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메틸셀룰로오스(methyl cellulose; MC), 히드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose; HEC), 히드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose; HPC), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl methyl cellulose; HEMC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose; HPMC), 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose; EHEC), 메틸에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(methylethyl hydroxyethyl cellulose; MEHEC) 등의 화합물을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 셀룰로오스 에테르는 1,000~80,000cps(centipoises) 또는 mPas의 점도를 가질 수 있다.
본 명세서에서, 「셀룰로오스 에테르의 점도」란 Brookfield사의 DV-Ⅱ+Pro(spindle HA)를 사용하여 측정된 점도로서, 20±0.1℃에서 2wt%의 농도를 갖는 셀룰로오스 에테르 수용액의 점도를 의미한다.
상기 셀룰로오스 에테르의 점도가 1,000cps 미만이면 상기 셀룰로오스 에테르를 포함하는 용액(예를 들어, 수용액)의 점도가 너무 낮아 상기 셀룰로오스 에테르의 상기 브리켓 필러에 대한 결합력이 떨어지고, 80,000cps를 초과하면 공정 효율이 저하될 우려가 있다.
상기 셀룰로오스 에테르의 함량은 상기 브리켓 필러 100 중량부를 기준으로, 0.01 내지 15.0 중량부 이거나, 0.1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 셀룰로오스 에테르의 함량이 0.01 내지 15.0 중량부로 사용되는 경우, 우수한 강도를 갖는 브리켓을 제조할 수 있다.
아울러, 셀룰로오스 에테르 수용액은 온도가 상승하면 셀룰로오스 에테르가 석출되는 재결정화 현상이 일어난다. 이는 소수성기가 치환된 셀룰로오스 에테르의 경우, 특정 온도 이상에서 소수성기의 활성도가 높아져 친수성기가 물 분자와 형성하고 있던 수소결합이 끊어지게 되면서 다시 석출되는 현상이다. 이때, 셀룰로오스 에테르 수용액이 석출되는 온도는 겔화온도(Gel Point)라고 한다. 한편, 요소는 물에 용해되면 흡열을 하게 된다. 따라서, 브리켓 제조 시에 셀룰로오스 에테르계 바인더 외에 요소를 추가 투입하게 되면 공정 중 발생 가능한 물리적, 기계적 마찰열 등에 의한 온도 상승이 억제됨으로써, 셀룰로오스 에테르 수용액이 겔화온도에 도달하지 않게 되므로 재결정화 현상을 방지할 수 있다.
또한, 셀룰로오스 에테르가 재결정화되지 않고, 브리켓 필러들 간의 결합을 견고히 하는 역할을 충실히 수행할 수 있기 때문에, 최종 형성되는 브리켓의 강도를 최대 강도까지 확보할 수 있다.
상기 셀룰로오스 에테르는 용해를 통해 접착력을 발현한다. 셀룰로오스 에테르는 물로 대표되는 극성 용매에 용해된다. 긴 체인 형태를 갖는 고분자인 셀룰로오스 에테르는, 극성 용매인 물에 용해되어 수소결합을 형성하며, 뭉쳐있던 고분자 사슬이 펴지는 과정을 통해 점도가 발현된다. 또한, 이후 수분이 증발하는 과정을 거쳐 접착력을 발현하게 된다.
즉, 셀룰로오스 에테르를 용해시키기 위해 브리켓 제조 공정 중에 추가로 물을 투입하여 사용하였다. 이에 본 발명은 물을 대체하거나 물의 사용량을 저감 시킬 수 있는 물질로 요소(CO(NH2)2, urea)를 사용한다.
상기 요소는 강한 극성을 띠는 극성 분자로 셀룰로오스 에테르와 마찬가지로 물에 용해되어 물 분자와 수소결합을 형성한다. 이에 따라 셀룰로오스 에테르와 요소가 물에 같이 용해될 경우 셀룰로오스 에테르의 글루코스 모노머 말단에 결합된 히드록시기와 요소, 물이 모두 수소결합을 형성하며 셀룰로오스 에테르의 점도 발현이 진행된다. 따라서 상대적으로 적은 양의 물로도 동등한 수준의 강도를 갖는 브리켓(briquette)을 확보할 수 있다.
이렇게 적은 양의 물만을 포함하도록 제조할 경우, 제조 공정상의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 요소는 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100 내지 1000 중량부, 또는 100 내지 600 중량부로 사용될 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우 브리켓 제조 과정에서 셀룰로오스 에테르 용해를 위해 투입되는 물량의 저감 및 공정 중 발생되는 열로 인한 셀룰로오스 에테르의 재결정화를 방지할 수 있다.
도 1은 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액에 요소가 3wt% 추가된 용액의 열적 거동을 온도에 따른 점도 변화로 측정한 그래프로써, 상기 용액을 Rheometer (TA instrument Ltd., AR-2000)에서 90℃까지 승온 시킨 뒤 다시 감온이 일어나는 과정 동안의 점도를 측정한 값을 도시한 것이다. 도 2는 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액의 열적 거동을 온도에 따른 점도 변화로 측정한 그래프로써, 상기 용액을 Rheometer (TA instrument Ltd., AR-2000)에서 90℃까지 승온 시킨 뒤 다시 감온이 일어나는 과정 동안의 점도를 측정한 값을 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 적색값은 승온 과정 동안 측정한 값이고, 청색값은 감온 과정 동안 측정한 값으로, 요소를 포함하는 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액에 요소가 3wt% 추가된 용액의 경우, 요소를 포함하지 않는 셀룰로오스 에테르 2wt% 수용액과 비교할 때, 일정 온도 이후에 일어나는 급격한 점도 저하가 약하게 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 셀룰로오스 에테르의 재결정화가 거의 일어나지 않는 것을 확인할 수 있으며, 이는 겔화 온도 이상에서 일어나는 셀룰로오스 에테르의 소수성기의 활발한 분자 운동이 강력한 친수성기인 요소에 의해 방해되기 때문인 것으로 사료된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브리켓 바인더 조성물은 물을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 물은 요소와 함께 셀룰로오스 에테르를 용해시키는 역할을 수행한다.
상기 물은 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100 내지 5,000중량부 또는 800 내지 2,000 중량부로 사용될 수 있다. 상기 물의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 취급이 용이하고 균일한 조성을 갖는 브리켓 바인더 조성물을 얻을 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 브리켓 바인더 조성물은 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 10,000 중량부 이하로 추가 바인더를 더 포함할 수 있다.
상기 추가 바인더로는 당밀, 전분, 호화전분, 변성전분, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴아미드(PAM), 수크로오스, 액상 글루코오스, 아카시아 검, 트래거캔스 고무(tragacanth gum), 젤라틴, 알긴산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐메틸에테르(PLM), 알긴산, 아스팔트, 역청(BITUMEN), 카세인(CASEIN), 에폭시 레진, 피치(PITCH), 폴리아미드, 폴리우레탄 및 폴리비닐 아세탈 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 전술한 브리켓 바인더 조성물과 브리켓 필러를 포함하는 브리켓을 제공한다.
상기 브리켓 필러는 미세석탄입자, 제강분진, 흑피(mill scale) 등의 물질을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 상기 브리켓 바인더 조성물의 함량은 브리켓 전체 중량의 1wt% 내지 30 wt%일 수 있으며 상기 범위를 만족하는 경우 브리켓 제조 과정에서 셀룰로오스 에테르 용해를 위해 투입되는 물량의 저감 및 공정 중 발생되는 열로 인한 셀룰로오스 에테르의 재결정화를 방지할 수 있으며, 또한 우수한 강도의 브리켓을 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 브리켓의 제조방법을 제공한다. 아울러, 하기에서 설명할 브리켓의 제조방법에서 전술한 브리켓 바인더 조성물 또는 브리켓을 모두 적용할 수 있으나, 발명의 본질을 해치는 것을 방지하기 위해 하기에 반복 기술을 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 브리켓의 제조방법은 (1) 브리켓 필러, 셀룰로오스 에테르, 요소 및 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계, 및 (2) 상기 혼합물을 성형하여 브리켓을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 (1) 단계의 일 예로, 브리켓 필러에 셀룰로오스 에테르 분말과 요소 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조 한 후, 상기 건식 혼합물에 물을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 것일 수 있다.
상기 (1) 단계의 다른 예로, 브리켓 필러에 셀룰로오스 에테르 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조한 후, 상기 건식 혼합물에 요소 용액을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 것일 수 있다. 이때 상기 요소 용액은 요소 및 용매를 포함하는 용액일 수 있으며, 상기 용매는 물일 수 있다.
상기 (1) 단계의 또 다른 예로, 브리켓 필러에 요소 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조한 후, 상기 건식 혼합물에 셀룰로오스 에테르 용액을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 것일 수 있다. 이때, 상기 셀룰로오스 에테르 용액은 셀룰로오스 에테르 및 용매를 포함하는 용액일 수 있으며, 상기 용매는 물일 수 있다.
상기 방법에 의해 수득한 브리켓은 제철 공정 및 발전소 등의 열원으로 사용될 수 있으며, 제선 공정 혹은 제철 공정에서 산화철을 재활용하는데 사용할 수 있다. 또한 유가금속을 환원시켜 회수하는 공정 등에서도 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가지는 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
[실시예 1]
브리켓 필러인 미세석탄입자(SK네트웍스, 입자 크기 0.1~5mm) 100 중량부, 셀룰로오스 에테르 분말 (롯데정밀화학社 FerroBine® SB-501) 1중량부, 요소 분말(Mitsui社) 3 중량부를 혼합하고, 이렇게 얻어진 혼합물을 Eirich Mixer에 투입하여 40초간 혼합한 후 건식 혼합물을 제조하였다. 이어서, 상기 건식 혼합물에 증류수 20 중량부를 첨가하고, 3분간 혼합하여 습식 혼합물을 제조하였다.
[실시예 2]
브리켓 필러인 미세석탄입자(SK네트웍스, 입자 크기 0.1~5mm) 100 중량부, 셀룰로오스 에테르 분말 (롯데정밀화학社 FerroBine® SB-501) 1중량부 혼합하고, 이렇게 얻어진 혼합물을 Eirich Mixer에 투입하여 40초간 혼합한 후 건식 혼합물을 제조하였다. 이어서, 증류수 20 중량부에 요소 분말(Mitsui社) 3 중량부를 용해시켜 요소 용액을 제조한 후, 상기 건식 혼합물에 첨가하고, 3분간 혼합하여 습식 혼합물을 제조하였다.
[실시예 3 내지 4]
요소 분말 및 물의 함량을 하기의 표 2에 기재한 바와 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 습식 혼합물을 제조하였다. 상기 습식 혼합물을 브리케팅머신(제일산기 JCB250T)를 활용하여 가로 51mm X 세로 38.2mm X두께 24mm의 타원형태를 갖는 브리켓을 제조하였다.
[실시예 5]
요소 분말 및 물의 함량을 하기의 표 2에 기재한 바와 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 습식 혼합물을 제조하였다. 상기 습식 혼합물을 브리케팅머신(제일산기 JCB250T)를 활용하여 가로 51mm X 세로 38.2mm X두께 24mm의 타원형태를 갖는 브리켓을 제조하였다.
[비교예 1]
브리켓 필러인 미세석탄입자(SK네트웍스, 입자 크기 0.1~5mm) 100 중량부, 셀룰로오스 에테르 분말 (롯데정밀화학社 FerroBine® SB-501) 1중량부를 혼합하고, 이렇게 얻어진 혼합물을 Eirich Mixer에 투입하여 40초간 혼합한 후 건식 혼합물을 제조하였다. 이어서, 상기 건식 혼합물에 증류수 20 중량부를 첨가하고, 3분간 혼합하여, 습식 혼합물을 제조하였다.
[비교예 2 내지 3]
증류수의 함량을 하기 표 2에 기재된 것과 같이 조절한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 습식 혼합물을 제조하였다. 상기 습식 혼합물을 브리케팅머신(제일산기 JCB250T)를 활용하여 가로 51mm X 세로 38.2mm X 두께 24mm의 타원형태를 갖는 브리켓을 제조하였다.
특성 평가
[감온 경향]
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 제조된 습식 혼합물을 특수 제작된 방열 손실 방지용 용기에 내부 보관하여, 10분 간격으로 총 90분간 온도 변화를 측정하여 하기 표 1에 도시하였다.
| 미세 석탄 입자 |
CE | 요소 분말 |
요소용액 | 물 | 시간 (min) | ||||||||||
| 요소 | 물 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | |||||
| 비교예1 | 100 | 1 | 0 | 0 | 0 | 20 | 35.5 | 34.2 | 33.1 | 31.8 | 30.1 | 29.8 | 28.4 | 27.6 | 26.8 |
| 실시예1 | 100 | 1 | 3 | 0 | 0 | 20 | 29.3 | 29.1 | 28.8 | 28.5 | 28.2 | 27.7 | 27.5 | 27.2 | 26.7 |
| 실시예2 | 100 | 1 | 0 | 3 | 20 | 0 | 29.5 | 29.2 | 28.9 | 28.7 | 28.4 | 27.9 | 27.6 | 26.3 | 26.9 |
상기 표 1과 같이 요소를 포함하는 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 비교예 1 보다 초기 온도가 현저히 낮으며, 시간이 지날수록 대기의 온도에 수렴함을 알 수 있다. 이는 요소가 용해되면서 흡열하기 때문으로 사료된다. 이는 습식 혼합물의 제조 단계에서 공정에서 발생하는 물리적, 기계적 열로 인해 습식 혼합물이 셀룰로오스 에테르의 겔화온도 이상으로 승온되는 것을 방지함으로써, 브리켓의 최대강보를 확보할 수 있게 한다. 실시예 2의 경우처럼 요소 용액을 먼저 제조한 후 브리켓 필러 및 브리켓 바인더 혼합물에 투입하더라도 상기 효과는 동등하게 발현할 수 있음을 알 수 있다.
성능평가
[낙하강도(중량%)]
상기 실시예 3 내지 5 및 비교예 2 내지 3에 따라 제조된 브리켓 10개를 160cm 높이에서 20회 자유낙하 시켰다. 이어서, 상기 낙하물을 눈의 가로x세로 길이가 각각 5mm인 체(sieve)로 거른 후 남은 잔류물의 중량을 측정하고, 낙하 전 상기 브리켓들의 무게에 대한 백분율로 계산하여, 그 값으로 낙하 강도를 평가하였으며, 그 값은 표 2에 도시하였다. 이 때 얻어진 값이 클수록 낙하 강도가 큰 것을 의미한다. 상기 낙하 강도는 상기 브리켓이 컨베이어 벨트 등에 의해 이송될 경우, 외부 충격에 의해 유실되는 분탄의 비율을 판정하는 기준이다.
[압축강도(kg/㎠]
상기 실시예 3 내지 5 및 비교예 2 내지 3에 따라 제조된 브리켓을 압축강도 시험기 ((주)제철에프에이, FA-B500)를 통해 측정된 압축 강도를 하기 표 2에 기록하였다. 상기 압축 강도는 브리켓이 저장 탱크 및 용융로와 같은 특정 형태를 갖는 용기 내부에 적층될 경우, 자체 하중에 의해 파손되는 비율을 판정하는 기준이다.
| 구분 (중량부) |
비교예 | 실시예 | |||||
| 2 | 3 | 3 | 4 | 5 | |||
| 브리켓 필러 |
미세석탄입자 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 브리켓 바인더 |
셀룰로오스 에테르 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 요소 분말 | 0 | 0 | 1 | 3 | 0 | ||
| 요소용액 | 요소 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | |
| 물 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 | ||
| 물 | 13 | 12 | 12 | 8 | 0 | ||
| 낙하강도 (중량%) | 76.4 | 74.3 | 76.6 | 77.2 | 77.1 | ||
| 압축강도 (kg/cm2) | 30.3 | 27.8 | 31.0 | 31.5 | 31.2 | ||
상기 표 2를 살펴보면, 요소를 포함하는 실시예 3의 경우, 비교예 2에 비해 물을 적게 투입하였음에도 불구하고 동등 혹은 우수한 낙하 강도 및 압축 강도 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 요소를 포함하는 실시예 3 내지 실시예 5의 브리켓의 경우, 요소의 증량에 따라 물의 투입량이 감소함에도 낙하 강도 및 압축 강도 모두 우수한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 이래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (14)
- 셀룰로오스 에테르 및 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100 내지 1000 중량부의 비율로 요소를 포함하는 브리켓 바인더 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 에테르는 알킬셀룰로오스, 히드록시알킬셀룰로오스, 히드록시알킬알킬셀룰로오스, 알킬히드록시알킬셀룰로오스 및 알킬알킬히드록시알킬셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 포함하는 브리켓 바인더 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 에테르는 메틸셀룰로오스(methyl cellulose; MC), 히드록시에틸 셀룰로오스(hydroxyethyl cellulose; HEC), 히드록시프로필 셀룰로오스(hydroxypropyl cellulose; HPC), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스(hydroxyethyl methyl cellulose; HEMC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxypropyl methyl cellulose; HPMC), 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose; EHEC) 및, 메틸에틸 히드록시에틸 셀룰로오스(methylethyl hydroxyethyl cellulose; MEHEC)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 포함하는 브리켓 바인더 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 10,000 중량부 이하로 추가 바인더를 더 포함하는 브리켓 바인더 조성물. - 제4항에 있어서,
상기 추가 바인더는 당밀, 전분, 호화전분, 변성전분, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아크릴아미드(PAM), 수크로오스, 액상 글루코오스, 아카시아 검, 트래거캔스 고무(tragacanth gum), 젤라틴, 알긴산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐메틸에테르(PLM), 알긴산, 아스팔트, 역청(BITUMEN), 카세인(CASEIN), 에폭시 레진, 피치(PITCH), 폴리아미드, 폴리우레탄 및 폴리비닐 아세탈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상인 브리켓 바인더 조성물. - 제1항에 있어서,
물을 더 포함하는 브리켓 바인더 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 물의 함량이 상기 셀룰로오스 에테르 100 중량부에 대하여 100 내지 5000중량부인 브리켓 바인더 조성물. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 브리켓 바인더 조성물과 브리켓 필러(briquette filler)를 포함하는 브리켓.
- 제8항에 있어서,
상기 브리켓 필러는 미세석탄입자, 제강분진, 흑피(mill scale)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 물질을 포함하는 브리켓. - 제8항에 있어서,
상기 브리켓 바인더 조성물의 함량은 1wt% 내지 30wt%인 브리켓. - (1) 브리켓 필러, 셀룰로오스 에테르, 요소 및 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및
(2) 상기 혼합물을 성형하여 브리켓을 형성하는 단계;를 포함하는 브리켓의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 (1) 단계는 브리켓 필러에 셀룰로오스 에테르 분말과 요소 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 건식 혼합물에 물을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 브리켓의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 (1) 단계는 브리켓 필러에 셀룰로오스 에테르 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 건식 혼합물에 요소 용액을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 브리켓의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 (1) 단계는 브리켓 필러에 요소 분말을 투입하여 건식 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 건식 혼합물에 셀룰로오스 에테르 용액을 투입하여 습식 혼합물을 제조하는 단계;를 포함하는 브리켓의 제조방법.
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