KR20200009322A - 성형체 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

성형체 제조 방법 및 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성형체의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 성형체 제조 방법은, 원료탄 중 일부를 건조하여 건조된 원료탄을 제조하고, 이 과정에서 비산되는 건조 미분 석탄을 수집하는 단계; 건조 미분 석탄 및 바인더를 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계; 혼합탄을 가열하는 단계; 및 가열된 혼합탄을 성형하여 성형체를 제조하는 단계;를 포함한다.

Description

성형체 제조 방법 및 제조 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING OF MOLDED BODY}
본 발명은 성형체 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 코크스 제조를 위한 원료탄의 건조 공정에서 발생하는 건조 미분 석탄을 괴성화한 성형체 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
용선 제조 공법 중 가장 일반적인 고로 공법은 10 m 이상의 높은 충전층을 구성하는데 있어, 원료로는 고강도 소결광을 사용하고, 환원제로는 점결탄을 활용한 고강도 코크스를 사용하며, 보조 연료로 풍구상에서 미분 석탄을 취입한다. 고로 조업에 있어 코크스의 역할은 매우 중요한데, 코크스의 냉간, 열간 강도에 따라 노내 통기, 통액성에 영향을 주어 조업 효율을 나타내는 대표적인 지수인 출선비, 연료비, 가스 이용률이 결정되기 때문이다.
이에, 코크스 품질 증대를 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 주요 기술 개발 방향으로는 석탄 배합을 통한 방법, 점결 특성을 극대화할 수 있는 첨가제를 사용하는 방법, 사전 처리 설비를 활용한 장입 밀도 증대 방법이 있다. 이 중에서도 석탄 건조 설비인 CMCP를 활용하여 장입 석탄의 수분을 4 내지 7 중량% 수준으로 건조하여 코크스 오븐에 장입하면 장입 밀도 향상에 의한 코크스 품질 증대가 가능하다.
그러나, 다량의 석탄을 건조하면서 부유되어 발생하는 미분 석탄을 처리하는데 어려움이 있다. 구체적으로는 건조 미분 석탄의 수분은 2 중량% 이하이며, 평균 입도가 100 μm 이하이기 때문에, 이송 간 비산 먼지 발생으로 환경 문제의 원인이 되어 건조 미분 석탄을 코크스 오븐에 직접 장입하기는 어렵다. 이를 해결하기 위한 방안으로 건조 미분 석탄을 괴성화하여 장입하는 방법을 적용 중이나, 이송 및 장입 시 분화 방지를 위한 품질을 확보하기 위해서는 적절한 바인더를 사용하는 것이 필수적이다.
건조 미분 석탄을 괴성화하기 위해 사용 가능한 바인더 종류는 매우 다양하다. 그러나, 바인더 종류에 따라 용법이 달라 그에 따른 공정 또는 설비 구성이 필요하게 되어 코크스 제조 비용의 부담을 줄이기 위해서는 괴성화 공정 및 바인더 사용량을 가능한 최소화하여야 한다.
건조 미분 석탄을 괴성화하는데 적용 가능한 바인더 및 적용 방법에 대하여 당밀과 생석회를 사용하는 방법이 제안 되었으나, 당밀 내 존재하는 알칼리 성분과 생석회로 인한 코크스 열간 강도 저하가 발생하기 때문에 적용이 어렵다.
또한, 고분자 수지를 바인더로 사용하는 방법이 제안 되었으나, 앞서 서술한 바와 같이 괴성화 후 코크스 오븐에 장입시 분 발생율이 높아 적용이 어려우며, 이외에도 타르, 피치, 석유 피치 등을 활용하는 방법이 제안 되었으나, 적정 품질 확보가 불가능함과 동시에 인체에 유해한 물질이기 때문에 작업 환경이 열악해지는 단점이 있다.
본 발명은 성형체 제조 방법 및 제조 장치를 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 코크스 제조를 위한 원료탄의 건조 공정에서 발생하는 건조 미분 석탄을 괴성화한 성형체 제조 방법 및 제조 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 성형체 제조 방법은, 원료탄 중 일부를 건조하여 건조된 원료탄을 제조하고, 이 과정에서 비산되는 건조 미분 석탄을 수집하는 단계; 건조 미분 석탄 및 바인더를 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계; 혼합탄을 가열하는 단계; 및 가열된 혼합탄을 성형하여 성형체를 제조하는 단계;를 포함한다.
혼합탄을 제조하는 단계에서, 나머지 원료탄을 더 혼합하고, 나머지 원료탄 및 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 건조 미분 석탄은 50 내지 100 중량부일 수 있다.
나머지 원료탄은 수분을 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
건조 미분 석탄은 수분을 2 중량% 이하로 포함할 수 있다.
혼합탄을 제조하는 단계에서, 혼합탄은 수분을 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
혼합탄을 제조하는 단계에서, 나머지 원료탄 및 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 바인더는 5 중량부 이하(0 중량부 제외)일 수 있다.
바인더는 밀, 옥수수, 감자, 고구마 및 카사바 중 어느 하나를 원료로 한 전분을 포함할 수 있다.
바인더는 알파 전분 또는 베타 전분을 포함할 수 있다.
바인더는 전분을 60 내지 100 중량% 포함할 수 있다.
혼합탄을 제조하는 단계는, 고속 교반을 통해 혼합하는 것일 수 있다.
혼합탄을 가열하는 단계에서, 혼합탄의 온도는 45 내지 90 ℃일 수 있다.
혼합탄을 가열하는 단계는, 혼합탄에 스팀을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
성형체를 제조하는 단계는, 더블 롤 형태의 성형기로 성형하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 성형체 제조 장치는, 원료탄 저장 빈; 원료탄 저장 빈에 저장된 원료탄 중 일부를 건조하는 건조기; 건조기 내에서 비산하는 건조 미분 석탄을 수집하는 수집 장치; 수집 장치에서 수집된 건조 미분 석탄을 저장하는 건조 미분 석탄 저장 빈; 바인더 저장 빈; 건조 미분 석탄 저장 빈 및 바인더 저장 빈으로부터 건조 미분 석탄 및 바인더를 공급받아 혼합하여, 혼합탄을 제조하는 혼합설비; 혼합설비로부터 혼합탄을 공급받아 가열하는 가열장치; 및 가열장치로부터 가열된 혼합탄을 공급받아 성형하는 성형기;를 포함한다.
혼합설비는 원료탄 저장 빈으로부터 원료탄을 더 공급받아 혼합하여, 혼합탄을 제조하는 것일 수 있다.
가열장치는 스팀 공급관이 연결되어 있으며, 스팀 공급관으로부터 스팀을 공급받아 혼합탄을 가열할 수 있다.
가열장치는 수직형 또는 수평형일 수 있다.
성형기는 더블 롤 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 성형체의 강도 확보를 위해 사용하는 바인더의 기능을 발현하도록 하여, 성형체가 괴성화 후 이송 및 장입 시 분화가 발생하지 않는다. 따라서, 코크스 오븐에 장입 가능한 수준의 성형체 강도를 확보할 수 있다.
즉, 건조 미분 석탄과 바인더가 혼합된 혼합탄을 가열하여 성형체를 제조함으로써 성형체의 강도를 확보하여, 코크스 오븐에 장입 가능하도록 하며, 장입 밀도를 향상시키고, 코크스 품질 향상 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형체 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형체 제조 장치의 개략적인 도면이다.
본 명세서에서, 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형체 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.
도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 실시예에 따른 성형체 제조 방법은, 원료탄 중 일부를 건조하여 건조된 원료탄을 제조하고, 이 과정에서 비산되는 건조 미분 석탄을 수집하는 단계(S10); 건조 미분 석탄 및 바인더를 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계(S20); 혼합탄을 가열하는 단계(S30); 및 가열된 혼합탄을 성형하는 단계(S40);를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 성형체 제조 방법은 필요에 따라 제시된 과정들 외에 추가적인 과정을 더 포함할 수도 있다.
먼저, 단계(S10)은 원료탄 중 일부를 건조하여 건조된 원료탄을 제조하고, 이 과정에서 비산되는 건조 미분 석탄을 수집하는 단계이다. 건조 미분 석탄을 수집하는 이유는 다음과 같다. 코크스 품질 증대를 위한 목적으로 사전 처리 설비를 활용한 장입 밀도 증대 방법이 있다. 사전 처리 설비 중의 하나로 석탄 건조 설비가 있는데, 이를 이용하여 원료탄을 건조, 건조된 원료탄을 코크스 오븐에 장입하면, 장입 밀도 향상에 의한 코크스 품질 증대의 목적을 달성할 수 있다. 석탄 건조 설비에서의 장입 원료탄은 수분 4 내지 7 중량% 수준으로 건조될 수 있다. 이 때, 원료탄 건조 과정에서 수분이 2 중량% 이하, 평균 입도가 100 μm 이하인 부유 및 비산되는 건조 미분 석탄이 발생한다. 건조 미분 석탄은 이송 간 비산먼지를 발생시키므로 환경문제를 야기하기 때문에, 코크스 오븐에 직접 장입하기 어렵다. 따라서, 건조 미분 석탄을 수집하여 코크스 오븐에 장입할 수 있을 만큼 괴성화된, 분화되지 않는 성형체를 만드는 것이 본 발명의 목적이다. 따라서, 단계(S10)에서는, 이러한 건조 미분 석탄을 수집한다.
다음으로, 단계(S20)은 수집된 건조 미분 석탄 및 바인더를 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계이다. 이 때, 나머지 원료탄을 더 혼합하여 혼합탄을 제조할 수 있다.
여기서 나머지 원료탄이란, 건조 미분 석탄을 수집하는 단계에서 건조되는 일부 원료탄을 제외한 나머지 원료탄, 즉 건조되지 않은 원료탄을 의미한다.
또한, 나머지 원료탄 및 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 건조 미분 석탄은 50 내지 100 중량부일 수 있다. 따라서, 나머지 원료탄 및 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 나머지 원료탄은 0 내지 50 중량부일 수 있다. 원료탄이 너무 많으면 수분함량이 증가하여 흐름성이 나빠져 공정 내 막힘이 발생한다.
또한, 건조되지 않은 원료탄은 수분을 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다. 건조 미분 석탄은 수분을 2 중량% 이하로 포함할 수 있다. 원료탄의 수분 함량이 너무 많으면 공정설비 내 부착을 유발하여 연속 가동이 어렵고, 너무 적으면 분산 비산 발생하여 환경적 문제를 야기시킬 뿐만 아니라 성형체 강도 저하 원인이 된다.
단계(S20)에서, 바인딩 기능 발현을 위하여 수분을 더 추가할 수 있다. 이 때, 혼합탄은 수분을 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다. 혼합탄 내 수분 함량이 너무 많으면 부착성이 커져 공정 설비 내 막힘이 발생하고, 너무 적으면 전분 호화 반응에 필요한 수분이 적어 바인딩 기능 미발현하게 된다.
단계(S20)에서, 바인더는 나머지 원료탄 및 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 5 중량부 이하일 수 있다. 바인더의 함량이 너무 많으면 부착성이 커져 공정 내 막힘이 발생할 뿐만 아니라 바인더 많이 배합된 성형체가 장입되어 제조된 코크스의 품질을 저하시키는 원인이 된다.
바인더는 밀, 옥수수, 감자, 고구마 및 카사바 중 어느 하나를 원료로 한 전분을 포함할 수 있다.
전분은 자연에서 추출되는 탄수화물의 일종으로서, 여러 개의 포도당이 글루코시드 결합으로 결합된 천연고분자이다. 전분은 모든 녹색 식물이 에너지 저장용으로 입자(granules) 형태로 존재하며, 옥수수, 카사바, 밀, 감자, 쌀 등에 많이 함유되어 있다. 전분은 아밀로스(amylose)와 아밀로펙틴(amylopectin)이란 2 가지의 성분으로 구성된다. 둘 다 다당류인데, 포도당이 곧은 사슬 모양 및 나선형으로 결합된 것이 아밀로스이고, 포도당이 나뭇가지 모양으로 결합된 것이 아밀로펙틴이다. 식물의 종류에 따라 둘의 비율이 다르긴 한데, 대개 20 내지 30 %의 아밀로스와 70 내지 80 %의 아밀로펙틴으로 전분이 구성된다. 전분 입자 구조를 나타내었는데, 아밀로펙틴 사슬이 규칙적으로 배열되어 있는 결정영역 구조와 아밀로스 사슬이 불규칙적으로 분산되어 있는 비결정 영역 구조가 순차적으로 교차되어 있다.
한편, 바인더는 알파 전분 또는 베타 전분을 포함할 수 있다.
알파 전분은 다음과 같이 설명할 수 있다. 전분은 찬 물에는 녹지 않지만, 뜨거운 물에는 겔 형태로 녹아 풀처럼 된다. 녹는다고 해서 설탕이나 소금처럼 단순히 용해되는 것은 아니고, 알파(α)화 혹은 호화(糊化, gelatinization)라는 좀 복잡한 과정을 거친다. 전분은 원래 반 결정 구조를 이루고 있다. 그런데 전분을 뜨거운 물에 넣으면 전분 입자 사이로 물이 침투해서 전분입자가 부풀어 오르고, 결국에는 전분의 반 결정 구조가 붕괴된다. 이 때 갇혀있던 아밀로스 분자가 전분입자로부터 빠져 나오고, 이 아밀로스 분자들이 서로 연결되면서 전분 액의 점성이 높아져서 풀처럼 끈적하게 된다. 이것이 호화 또는 알파화라고 하는 반응이다. 일반적으로 아밀로스 함량이 높을수록 풀처럼 되는 겔화가 용이하게 된다. 이런 과정을 거친 전분을 알파 전분이라고 하고, 좀 더 구체적으로 사전 호화된 알파 전분이라고 한다.
베타 전분이란, 천연으로 나는 생녹말 입자처럼, 성분인 아밀로스나 아밀로팩틴이 비교적 규칙적으로 배열되어 다발로 되어 있고, 단단한 결정구조를 가지고 있는 전분을 의미한다. 알파 전분을 그대로 방치하면 다시 베타 전분으로 돌아가려는 성질이 있으며, 이것을 녹말의 노화라고 하기도 한다.
알파 전분의 경우는, 별도의 가열 공정(단계(S30)) 없이도 성형체의 압축 강도, 낙하 강도 등의 품질 확보가 가능하다. 단, 가열 공정(단계(S30))을 추가하면 품질 확보 수준이 높아진다.
한편 베타 전분의 경우는, 별도의 가열 공정(단계(S30))이 없으면 성형체의 품질 확보가 어려우나, 가열 공정(단계(S30))을 추가하면 품질 확보가 가능하다.
베타 전분의 경우 알파 전분과 달리 상온의 물에는 녹지 않기 때문에 혼합 시 균일 혼합이 가능하다. 반면에 알파전분 경우 상온의 물에도 녹는 성질이 있어 점성 발현에 의해 혼합 후 부분적으로 의사입자(덩어리)가 발생하여 불균일 혼합이 될 뿐만 아니라 바인더 사용 효율을 저하시키는 요인이 된다.
한편, 바인더는 전분 함량이 60 내지 100 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 건조 기준으로 전분 함량이 60 내지 100 중량%일 수 있다. 전분 함량이 너무 적은 경우에는 혼합물을 충분하게 결합 시킬 수 없으며, 불순물의 영향으로 성형체 강도와 성형체가 포함된 코크스의 품질 저하의 원인된다.
또한, 바인더는 가루 상태로 마련될 수 있다. 가루 상태의 바인더를 사용하면, 원료탄, 건조 미분 석탄과 바인더 혼합물의 흐름성이 개선되어 균일한 성형체 제조가 가능하다. 또한, 가루 상태의 바인더는 그 부피를 최소화하여 보관 및 운송이 용이하며, 동절기에 결빙 등을 걱정할 필요가 없다.
이와는 대조적으로, 액체 상태의 바인더를 사용하는 경우, 높은 수분 함량으로 인해 바인더와 원료탄 및 건조 미분 석탄 혼합물의 흐름성을 저하시켜, 성형체를 제조하는 과정에서 부착현상이 발생하고, 성형기에 혼합물이 불균일하게 장입되는 현상이 발생하여 성형체의 강도 및 형상이 불균일하게 되는 현상이 발생되기도 한다. 또한, 이렇게 제조된 성형체는 높은 수분 함량을 갖기 때문에 성형체의 강도를 확보하기 위하여 건조 공정을 추가적으로 실시해야 하고, 이로 인해 전체적인 공정 시간 및 비용이 상승하고, 공정 효율이 저하되기도 한다. 또한, 액체 상태의 바인더는 층분리로 인하여 바인더 성분을 균일하게 유지하기가 어려우며, 동절기에는 결빙되므로, 저장이 용이하지 않다.
단계(S20)에서, 혼합은 고속 교반을 통해 혼합될 수 있다. 고속 교반을 이용하면 균일한 혼합이 가능하게 된다. 구체적으로 고속 교반이란 혼합용기와 혼합용기 내 Rotor 1개 이상이 설치되어 혼합용기와 Rotor가 각각 정방향 또는 역방향으로 회전하여 혼합하는 방식을 의미한다. 그리고, 혼합 용기의 회전속도는 3rpm 이상 10rpm 이하일 수 있고, 혼합용기 내 Rotor는 100rpm 이상 400rpm 이하 일 수 있다. 더욱 구체적으로, 혼합 용기의 회전속도는 6rpm 이상 8rpm 이하일 수 있고, 혼합용기 내 Rotor는 200rpm 이상 350rpm 이하일 수 있다.
다음으로, 단계(S30)은 혼합탄을 가열하는 단계이다. 혼합탄의 가열은 내부에 적정 온도로 승온된 유체가 순환하고 있는 가열장치를 이용할 수 있다. 혼합탄을 가열하는 단계가 없다면, 바인더가 석탄의 표면 수분과 접촉하고, 점착성을 발현하는데 필요한 열이 부족하기 때문에, 바인더를 사용하더라도 성형체의 강도 확보가 되지 않는다. 반면에 혼합탄을 가열하는 단계(S30)가 있다면, 혼합탄의 점착성이 발현되어, 고강도 성형체를 제조할 수 있다.
단계(S30)에서, 혼합탄의 가열에 의하여 혼합탄의 온도는 45 내지 90 ℃일 수 있다. 온도가 너무 높은 경우 혼합탄을 과다하게 건조시키게 되고, 온도가 너무 낮은 경우 전분을 호화시키지 못하게 된다.
단계(S30)는, 혼합탄에 스팀을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 스팀 공급을 이용하여 혼합탄을 가열하면, 혼합탄의 온도를 전체적으로 균일하게 조절할 수 있다.
다음으로, 단계(S40)은 가열된 혼합탄을 성형하는 단계이다. 이 때, 성형은 더블 롤 형태의 성형기로 성형할 수 있다.
단계(S40)을 통해 제조된 성형체는 단계(S10)로 되돌려져, 건조기를 통해 원료탄과 함께 건조한 후, 원료탄과 함께 코크스 오븐에 공급되어, 코크스로 제조될 수 있다. 코크스의 제조에 대해서는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며, 구체적인 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형체 제조 장치의 개략적인 도면이다. 도 2의 성형체 제조 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 2의 성형체 제조 장치(100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 2에서 나타나듯이, 도 2의 성형체 제조 장치(100)는 원료탄 저장 빈(10); 원료탄 저장 빈에 저장된 원료탄 중 일부를 건조하는 건조기(20); 건조기 내에서 비산하는 건조 미분 석탄을 수집하는 수집 장치(21); 수집된 건조 미분 석탄을 저장하는 건조 미분 석탄 저장 빈(30); 바인더 저장 빈(40); 건조 미분 석탄 및 바인더를 혼합하여 혼합탄을 제조하는 혼합설비(50); 혼합탄 가열장치(60); 및 가열된 혼합탄 성형기(70)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다.
원료탄 저장 빈(10)에는 추후 혼합이 정량으로 되도록 원료탄이 저장되어 있고, 정량이 절출될 수 있는 설비를 포함할 수 있다. 원료탄 저장 빈(10)에서의 일부 원료탄은 건조기(20)에 장입되어 건조된다. 이 때, 비산하는 건조 미분 석탄이 발생할 수 있으며, 이를 수집하는 곳이 건조 미분 석탄 수집장치(21)이다.
건조 미분 석탄 수집장치(21)는 비산하는 건조 미분 석탄을 배가스로부터 분리하여 수집할 수 있는 장치라면 제한 없이 사용할 수 있다. 도 2에서는 수집장치(21)가 건조기(20) 외부에 설치되는 것으로 표시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 건조기(20) 내부에 설치되는 것도 가능하다.
건조 미분 석탄 수집장치(21)로부터 수집한 건조 미분 석탄은 건조 미분 석탄 저장 빈(30)에 저장된다. 건조 미분 석탄 저장 빈(30)도 마찬가지로, 추후 혼합이 정량으로 되도록 건조 미분 석탄이 저장되어 있고, 정량이 절출될 수 있는 설비를 포함할 수 있다.
한편, 바인더 저장 빈(40)에는 추후 혼합이 정량으로 되도록 바인더가 저장되어 있고, 정량이 절출될 수 있는 설비를 포함할 수 있다.
혼합설비(50)에서는, 건조 미분 석탄 저장 빈(30) 및 바인더 저장 빈(40)으로부터 건조 미분 석탄 및 바인더를 공급받아 혼합한다. 혼합설비(50)에서는 건조 미분 석탄 및 바인더가 균일하게 혼합될 수 있으며, 이로 인하여 혼합탄이 제조된다. 이 때, 혼합설비(50)에서는, 원료탄 저장 빈(10)으로부터 나머지 원료탄을 더 공급받아 혼합할 수 있다.
가열장치(60)는 혼합설비(50)로부터 혼합탄을 공급받아 이를 가열한다. 가열장치(60)는 스팀 공급관이 연결될 수 있으며, 스팀 공급관으로부터 스팀을 공급받아 혼합탄을 가열할 수 있다. 또한, 가열장치는 수직형 또는 수평형일 수 있다.
성형기(70)는 가열된 혼합탄을 공급받아 이를 성형한다. 성형기(70)는 더블 롤 형태일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
비교예 1 (바인더 없음, 가열단계 불포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 수분 15 중량%를 혼합하여 바인더를 첨가하지 않고, 가열하지 않고, 상온에서 성형체를 제조하였다.
비교예 2 (알파전분 1 중량%, 가열단계 불포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 바인딩 기능 발현을 위한 수분 15 중량%를 혼합하여 알파전분을 1 중량% 추가로 첨가하여, 가열하지 않고, 상온에서 성형체를 제조하였다.
비교예 3 (알파전분 2 중량%, 가열단계 불포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 바인딩 기능 발현을 위한 수분 15 중량%를 혼합하여 알파전분을 2 중량% 추가로 첨가하여, 가열하지 않고, 상온에서 성형체를 제조하였다.
비교예 1 내지 3의 성형체를 특정시간 후에 압축강도와 낙하강도를 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
압축강도는 비교예 1 내지 3에서 제조된 성형체 30개를 하부는 고정하고 상부에서 일정한 속도로 눌러서 파괴될 때까지의 최고 하중을 측정하여 평균값을 표시하였다.
낙하강도는 비교예 1 내지 3에서 제조한 성형체를 지상으로부터 5 m 높이에서 4회 낙하시켜 10 mm 이상의 입도로 형태를 유지한 성형체의 무게 비율을 전체 성형체의 무게에 대한 백분율로 나타내었다.
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3
압축강도 (kgf/p) 6.3 7.2 8.9
낙하강도 (%) 36.5 57.6 64.0
성형전 혼합탄 온도(℃) 23.2 23.4 22.7
실시예 1 (알파전분 1 중량%, 가열단계 포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 바인딩 기능 발현을 위한 수분 15 중량%를 혼합하여 알파전분을 1 중량% 추가로 첨가하여 내부에 150 ℃로 승온된 유체가 순환하고 있는 혼합탄 가열장치를 활용 5분동안 체류시켜 적정온도 이상으로 가열한 후 성형체를 제조하였다.
실시예 2 (알파전분 2 중량%, 가열단계 포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 바인딩 기능 발현을 위한 수분 15 중량%를 혼합하여 알파전분을 2 중량% 추가로 첨가하여 내부에 150 ℃로 승온된 유체가 순환하고 있는 혼합탄 가열장치를 활용 5분동안 체류시켜 적정온도 이상으로 가열한 후 성형체를 제조하였다.
실시예 3 (베타전분 1 중량%, 가열단계 포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 바인딩 기능 발현을 위한 수분 15 중량%를 혼합하고, 베타전분을 1 중량% 추가로 첨가하여 내부에 150 ℃로 승온된 유체가 순환하고 있는 혼합탄 가열장치를 활용 10분동안 체류시켜 베타전분이 호화할 수 있는 온도 이상으로 가열한 후 성형체를 제조하였다.
실시예 4 (베타전분 2 중량%, 가열단계 포함)
건조 미분 석탄 85 중량%와 바인딩 기능 발현을 위한 수분 15 중량%를 혼합하고, 베타전분을 2 중량% 추가로 첨가하여 내부에 150 ℃로 승온된 유체가 순환하고 있는 혼합탄 가열장치를 활용 10분동안 체류시켜 베타전분이 호화할 수 있는 온도 이상으로 가열한 후 성형체를 제조하였다.
실시예 1 내지 4의 성형체를 특정시간 후에 압축강도와 낙하강도를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.
압축강도 및 낙하강도의 평가 방법은 비교예의 평가 방법과 같다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
압축강도 (kgf/p) 18.9 21.0 17.5 22.3
낙하강도 (%) 80.0 92.0 80.7 91.8
성형전 혼합탄 온도(℃) 48.3 50.1 75.2 75.2
표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 3의 결과로, 알파전분을 사용하더라도 알파전분이 석탄의 표면수분과 접촉하고, 점착성을 발현하는데 필요한 열이 부족하기 때문에 바인더를 사용하더라도 성형체의 강도 확보가 되지 않음을 알 수 있다. 보다 상세하게는 경험적으로 압축강도 15 kgf, 낙하강도 75 % 이상을 확보해야 장입을 위한 이송간 분화를 최소화할 수 있기 때문에 해당 공정에서 제조된 성형체를 코크스 오븐에 장입한다 하더라도 장입 밀도 향상 효과 및 코크스 품질 향상 효과를 기대하기 어렵다.
한편, 표 2의 실시예 1 및 2에 나타난 바와 같이, 가열 장치를 활용하여 성형전 혼합탄 온도가 45 ℃ 이상으로 확보되었고, 그로 인해 압축강도 15 kgf 이상, 낙하강도 80 %이상 확보 됨을 알 수 있다. 가열하지 않을 경우 바인더 2 중량% 배합 조건에서도 목표 강도를 달성하지 못하였으나, 가열 조건에서는 바인더 1 중량% 배합조건에서도 목표 강도를 확보 가능함을 알 수 있다.
또한, 표 2의 실시예 3 및 4에 나타난 바와 같이, 사전 호화되지 않은 베타 전분을 사용할 경우에도, 전분을 호화시킬 수 있는 온도 조건에서 알파전분 사용하는 것과 동일 수준의 강도 확보가 가능하다. 이를 통해 알파전분을 대체하여 베타 전분을 사용함으로써 전분 자체의 단가 차이로 인한 성형체 제조 단가 저감이 가능하고, 결국 코크스 제조원가 부담을 완화시킬 수 있다는 점을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 원료탄 저장 빈 20: 원료탄 건조기
21: 건조 미분 석탄 수집장치 30: 건조 미분 석탄 저장 빈
40: 바인더 저장 빈 50: 혼합설비
60: 가열장치 70: 성형기
100: 성형체 제조 장치

Claims (18)

  1. 원료탄 중 일부를 건조하여 건조된 원료탄을 제조하고, 이 과정에서 비산되는 건조 미분 석탄을 수집하는 단계;
    상기 건조 미분 석탄 및 바인더를 혼합하여 혼합탄을 제조하는 단계;
    상기 혼합탄을 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 혼합탄을 성형하여 성형체를 제조하는 단계;
    를 포함하는 성형체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탄을 제조하는 단계;에서,
    나머지 원료탄을 더 혼합하고,
    상기 나머지 원료탄 및 상기 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 상기 건조 미분 석탄은 50 내지 100 중량부인 성형체 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나머지 원료탄은 수분을 5 내지 15 중량% 포함하는 성형체 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조 미분 석탄은 수분을 2 중량% 이하로 포함하는 성형체 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탄을 제조하는 단계;에서,
    상기 혼합탄은 수분을 5 내지 15 중량% 포함하는 성형체 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 혼합탄을 제조하는 단계;에서,
    상기 나머지 원료탄 및 상기 건조 미분 석탄의 합 100 중량부에 대하여, 상기 바인더는 5 중량부 이하(0 중량부 제외)인 성형체 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 밀, 옥수수, 감자, 고구마 및 카사바 중 어느 하나를 원료로 한 전분을 포함하는 성형체 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 알파 전분 또는 베타 전분을 포함하는 성형체 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 전분을 60 내지 100 중량% 포함하는 성형체 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탄을 제조하는 단계;는,
    고속 교반을 통해 혼합하는 것인 성형체 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탄을 가열하는 단계;에서,
    상기 혼합탄의 온도는 45 내지 90 ℃인 성형체 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탄을 가열하는 단계;는,
    상기 혼합탄에 스팀을 공급하는 단계를 포함하는 성형체 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 성형체를 제조하는 단계;는,
    더블 롤 형태의 성형기로 성형하는 것인 성형체 제조 방법.
  14. 원료탄 저장 빈;
    원료탄 저장 빈에 저장된 원료탄 중 일부를 건조하는 건조기;
    상기 건조기 내에서 비산하는 건조 미분 석탄을 수집하는 수집 장치;
    상기 수집 장치에서 수집된 건조 미분 석탄을 저장하는 건조 미분 석탄 저장 빈;
    바인더 저장 빈;
    상기 건조 미분 석탄 저장 빈 및 바인더 저장 빈으로부터 건조 미분 석탄 및 바인더를 공급받아 혼합하여, 혼합탄을 제조하는 혼합설비;
    상기 혼합설비로부터 혼합탄을 공급받아 가열하는 가열장치; 및
    상기 가열장치로부터 가열된 혼합탄을 공급받아 성형하는 성형기;
    를 포함하는 성형체 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 혼합설비는 상기 원료탄 저장 빈으로부터 원료탄을 더 공급받아 혼합하여, 혼합탄을 제조하는 것인 성형체 제조 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 가열장치는 스팀 공급관이 연결되어 있으며, 상기 스팀 공급관으로부터 스팀을 공급받아 혼합탄을 가열하는 성형체 제조 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 가열장치는 수직형 또는 수평형인 성형체 제조 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 성형기는 더블 롤 형태인 성형체 제조 장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20000020926A (ko) * 1998-09-24 2000-04-15 안필준 분탄을 이용한 성형탄의 제조방법
KR20170053988A (ko) * 2015-11-09 2017-05-17 주식회사 포스코 코크스 제조 방법
KR20190005649A (ko) * 2017-07-07 2019-01-16 주식회사 포스코 성형탄 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 성형탄

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000020926A (ko) * 1998-09-24 2000-04-15 안필준 분탄을 이용한 성형탄의 제조방법
KR20170053988A (ko) * 2015-11-09 2017-05-17 주식회사 포스코 코크스 제조 방법
KR20190005649A (ko) * 2017-07-07 2019-01-16 주식회사 포스코 성형탄 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 성형탄

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