KR20210085170A - 니트릴라텍스(nbl)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물 - Google Patents

니트릴라텍스(nbl)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제선공정의 고로 연료로 사용되는 코크스 제조공정에서 코크스 오븐을 거쳐 이송되는 코크스의 표면에 니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코팅제를 분사하여 코크스 분화를 방지하는 코크스 분화 방지용 코팅제에 관한 것이다.

Description

니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물{Coating composition for preventing cokes specialization comprising latex NBL}
본 발명은 니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제선공정의 고로 연료로 사용되는 코크스 제조공정에서 코크스 오븐을 거쳐 이송되는 코크스의 표면에 니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물을 분사하여 코크스 분화를 방지하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물에 관한 것이다.
제선공정에서 사용되는 코크스(cokes)는 고로 내에서 철광석을 환원시키는 환원제 역할을 담당하며, 산소와 반응하여 다량의 열을 발생시키는 고로의 열원으로서 역할을 수행하고, 고로 내 반응이 원활하도록 고로 내 통기성을 유지하는 역할도 수행한다. 이러한. 코크스 제조를 하기 위해서는 강점탄과 미점탄을 혼합하여 장입탄을 만들고, 이러한 장입탄을 코크스 오븐의 탄화실에서 탄화하여 코크스를 생산하게 된다.
이렇게 얻은 코크스는 습식 또는 건식소화설비를 통한 냉각과정 거치게 되는데, 습식 소화장치에 비해 코크스 품질이 우수한 건식소화장치(Coke Dry Quench equipment; ‘CDQ’)를 이용하여 코크스를 냉각하는 방식이 주로 사용되고 있다.
이렇게 생산된 코크스는 제강용 고로(高爐)의 연료로 적합한 입도의 코크스 분류 및 저장을 위해 컨베이어벨트를 통해 이송되는데, 이송 과정에서 외부의 충격에 의해 균열 발생이나 파손되는 경우가 발생하며, 이 경우 연료로 적합한 입도의 코크스 생산효율이 떨어지게 되며, 균열 발생이나 파손 시 발생하는 분화 코크스가 공기 중에 비산하여 오염발생의 원인이 문제가 발생하였다.
코크스 제조공정에서 제조된 코크스의 균열 내지 파손방지를 위한 선행기술에 관하여 예를 들면, 국내 실용신안공보 공고번호 실1996-0008752호에 건식소화설비에서 배출되는 코크스의 분화방지장치를 개시하고 있으며, 이는 건식소화설비의 배출기에 분화방지판을 설치하여 배출시 낙하에 의한 충격을 최소화하여 코크스의 분화를 방지하는 장치에 관한 것이다.
또 국내 공개특허공보 공개번호 10-2006-0075276호에는 벨트 컨베이어에 의해 운반하는 광석, 코크스 등의 이송 도중에 벨트 컨베이어에서 낙하하여 주변지역의 환경을 오염시키는 환경문제 등을 방지하기 위하여 벨트 컨베이어 상에 폭방향으로 미끄럼턱을 형성하는 개폐부를 설치한 벨트 컨베이어 슈트를 개시하고 있다.
상기한 선행기술들은 코크스 제조공정 중에 소화설비에서 냉각되어 배출되는 과정에서 배출조절 수단에 의하여 배출을 조절하거나, 이송되는 벨트 컨베이어에서 낙하방지수단에 의해 코크스의 낙하를 방지하는 기술로서, 다 같이 기존의 장치 또는 설비에 일정한 기계적 수단을 부가하여 코크스에 미치는 충격을 방지하는 기술이다.
이러한 문제점을 해결하고자 종래에는 코크스 소화설비에서 배출되는 배출량을 제어하거나, 이송 컨베이어벨트에 낙하방지수단을 부가하여 낙하를 방지하는 기술들이 제안되었으나, 제조공정 상에 추가로 별도의 장치를 설치해야 하므로 비용이 증가하게 되는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0075276호 (공개일자 : 2006.07.04.) 대한민국 등록특허공보 제10-1127790호 (등록일자 : 2019.05.23.)
본 발명은 코크스 제조공정 중에서 냉각 후 배출되어 이송되는 코크스의 분화를 방지하기 위한 조성물에 있어서, 니트릴라텍스(NBL)를 포함함으로써 보다 우수한 코크스 분화 방지가 가능한 니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물은 니트릴라텍스(NBL); 피막 향상제인 수용성 수지; 및 다가 알코올을 포함한다.
상기 수용성 수지는 폴리아크릴아미드, 구아검, 카제인, 젤라틴, 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
바람직하게는 상기 수용성 수지는 중합도 1,000 내지 5,000 및 검화도 70 내지 99 몰%인 폴리비닐알코올로 제조된 폴리비닐알코올 필름일 수 있다.
상기 다가알코올은 글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 코크스 분화 방지용 코팅 조성물은 접착성 향상을 위해 전분을 더 포함할 수 있으며, 감자, 고무가, 옥수수, 밀 및 타피오카로 이루어진 군 중에서 선택되는 것으부터 유도된 생전분 또는 변성 처리된 전분일 수 있다.
상기 코크스 분화 방지용 코팅 조성물은 니트릴라텍스(NBL) 0.5 내지 30 중량부, 수용성 수지 0.5 내지 20 중량부, 다가알코올 5 내지 10 중량부 및 전분 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 니트릴라텍스(NBL)를 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물은 저렴한 니크릴라텍스를 이용하므로 제조단가가 저렴하며, 기존의 폴리비닐알코올을 주성분으로 하는 코크스 코팅제 보다 분코크스 발생을 더욱 억제할 수 있는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 참고로, 본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다.
본 발명에 따른 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물은 니트릴라텍스(NBL); 피막 향상제인 수용성 수지; 및 다가 알코올을 포함하며, 추가로 접착성 향상을 위해 전분을 더 포함할 수 있다.
상기 코크스 분화 방지용 코팅 조성물은 니트릴라텍스(NBL) 0.5 내지 30 중량부, 수용성 수지 0.5 내지 20 중량부, 다가알코올 5 내지 10 중량부 및 전분 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 함량 범위에서 분코크스 발생 억제 효과가 가장 우수할 수 있다.
본 발명은 저렴한 합성고무인 니트릴라텍스(NBL)를 포함함으로써, 제조비용을 낮출 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라, 내수성, 내마모성, 인장강도, 신율 등을 향상시킬 수 있다.
상기 니트릴라텍스(NBL)은 ABS 수지(Acrylonitrile-Butadiene Copolymer) 함량이 40 내지 60 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 45±3 중량%일 수 있다.
니트릴라텍스(NBL)은 물에 유화시켜 사용할 수 있다.
상기 수용성 수지는 피막 향상제로서, 폴리아크릴아미드, 구아검, 카제인, 젤라틴, 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있으며, 이 중 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol; PVA)이 보다 바람직하다. 상기 폴리비닐알코올(PVA)는 중합도 1,000 내지 5,000와. 검화도 70 내지 99 몰e%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 폴리비닐알코올(PVA)의 중합도와 검화도가 상기 범위일 때 물에 대한 용해와 점도 측면에서 최적의 물성을 가지기 때문이다.
상기 폴리비닐알코올(PVA) 필름화가 용이하고 물에 쉽게 용해되는 특성이 있어 본 발명에서는 상기 니트릴라텍스(NBL)과 블렌딩하여 코팅제 조성물의 피막 향상을 도모할 수 있다. 또한 피막의 경도 개선의 효과가 있어 코크스의 이송 중에 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 한다. 제조단가를 낮추고 보다 우수한 코크스 분화 방지를 위해서는 폐 폴리비닐알코올 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 다가알코올은 건식 또는 습식방식으로 소화되어 이송되는 고온의 코크스 표면에 코팅되었을 때 코팅제가 견디도록 내열성을 부여한다.
상기 다가알코올은 글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있으며, 이 중 글리세린이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 코크스 분화 방지용 코팅제 조성물은 접착력 향상을 위해 전분을 추가로 더 포함할 수 있으며, 상기 전분은 감자, 고무가, 옥수수, 타피오카 등으로부터 유도된 생전분, 산화된 전분, 양이온성 저분 또는 음이온성 전분과 같은 변성 처리된 전분이거나 또는 그 혼합물일 수 있다.
<실시예> : 코팅제 1
NBL(Acrylonitrile-Butadiene Copolymer : 45%) 300g, PVA(중합도 2400, 검화도 91mole%)를 100g을 교반 가열이 가능한 비커에 넣고 물 300g을 채워 상온에서 교반하면서 PVA가 완전히 용해할 때까지 온도를 90℃에서 올려 용해하였다. 용해가 끝난 후 전분 80g을 서서히 넣어 혼합 후 글리세린 100g, 물 120g을 추가 혼합하여 1,000g의 코크스 코팅제를 제조하였다.
<실시예 2> : 코팅제 2
NBL(Acrylonitrile-Butadiene Copolymer : 45%) 300g, PVA(중합도 2400, 검화도 91mole%)를 100g을 교반 가열이 가능한 비커에 넣고 물 300g을 채워 상온에서 교반하면서 PVA가 완전히 용해 할 때까지 온도를 90℃에서 올려 용해하였다. 용해가 끝난 후 글리세린 100g 넣어 혼합하고 물 200g을 추가 혼합하여 1,000g의 코크스 코팅제를 제조하였다.
<실시예 3> : 코팅제 3
NBL(Acrylonitrile-Butadiene Copolymer : 45%) 300g, PVA(중합도 2400, 검화도 91mole%)를 100g을 교반 가열이 가능한 비커에 넣고 물 600g을 채워 상온에서 교반하면서 PVA가 완전히 용해할 때까지 온도를 90℃에서 올려 용해하여 코크스 코팅제를 제조하였다.
<실시예 4> : 코팅제 4
NBL(Acrylonitrile-Butadiene Copolymer : 45%) 300g, 물 700g을 채워 상온에서 교반하면서 상기 코팅제 1의 PVA용해 시간과 온도를 90℃에서 동일하게 교반하여 코크스 코팅제를 제조하였다.
<비고예> : 코팅제 5
PVA(중합도 2400, 검화도 91mole%)를 60g, 나트륨아크릴레이트 10g, 폴리아크릴산 20g, 에틸렌클리콜 100g, 계면활성제 15g을 상온에서 혼합하고 물 795g을 추가한 후 70℃에서 완전히 용해될 때까지 교반하면서 코크스 코팅제를 제조하였다.
<실험예>
1. 코팅제 시험을 위한 시편제작
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예에 따른 코팅제 5의 성능 실험을 위하여, 아래 [표 1]에 나타낸 바와 같은 조건의 코크스에 대해 상기 코팅제 1 내지 5로 코팅하여 시편을 제작하였다.
구분 코크스 비고
온도 180~200℃ 200℃ 설정된 오븐에서 1시간 방치
중량 10kg -
입도 20~30mm -
분사량 1.0㎖/㎠ -
건조시간 60분 상온건조
2. 제작된 시편에 의한 코팅제의 실험
2.1 코크스 냉간 강도 실험
본 발명에 따른 코팅제의 실험은 상기 제작된 시편에 물리적 충격을 가하여 분코크스(입도 3mm 이하)의 발생에 의한 시편의 중량 감소를 측정하여 코팅제의 효과를 실험한 것이고, 시험방법으로는 코크스 냉간 장치에 의해 회전하는 드럼통 내부에 각각의 시편을 투입한 후 드럼통을 60rpm/min의 속도로 회전시켜 드럼통 내부에서 코크스간의 물리적인 충돌을 일으켜 분코크스의 발생에 의한 시편의 중량감소를 측정하여 실시예와 비교예 별 코크스 냉간 강도에 대하여 비교 실험을 하였으며, 그 결과를 아래 [표 2]에 나타내었다.
구분 코크스 중량(kg) 분코크스
실험 전 실험 후 발생율(%) 평균(%)
코팅제 1 1 10.569 10.201 3.607 3.619
2 10.478 10.112 3.619
3 10.567 10.199 3.608
4 10.319 9.957 3.636
5 10.467 10.101 3.623
코팅제 2 1 10.488 10.111 3.727 3.718
2 10.499 10.122 3.723
3 10.590 10.211 3.711
4 10.588 10.209 3.712
5 10.600 10.220 3.716
코팅제 3 1 10.578 10.168 4.024 4.027
2 10.477 10.071 4.039
3 10.585 10.176 4.015
4 10.580 10.170 4.023
5 10.488 10.082 4.035
코팅제 4 1 10.368 9.947 4.236 4.242
2 10.268 9.849 4.252
3 10.279 9.860 4.248
4 10.380 9.958 4.238
5 10.366 9.945 4.237
코팅제 5 1 10.371 9.975 3.971 3.968
2 10.273 9.879 3.986
3 10.373 9.977 3.970
4 10.363 9.971 3.932
5 10.284 9.890 3.982
2.2 코크스 코팅제 내수성 실험
상기 준비된 시편 1, 2에 0.1㎖/㎠ 물을 분사하여 시편 표면에 물이 접촉되도록 하고 30분간 대기건조 하였다. 그 후 상기 2.1에서와 같은 실험 장치에 코크스를 투입하여 분코크스 발생량을 측정하였고 그 결과는 [표 3]에 나타내었다.
구분 코크스 중량(kg) 분코크스
실험 전 실험 후 발생율(%) 평균(%)
코팅제 1 1 10.375 9.997 3.776 3.778
2 10.463 10.086 3.741
3 10.369 9.989 3.800
4 10.481 10.099 3.781
5 10.210 9.837 3.794
코팅제 2 1 10.061 9.674 4.004 3.910
2 9.960 9.587 3.884
3 10.044 9.672 3.850
4 9.802 9.433 3.903
5 9.954 9.580 3.908
코팅제 3 1 10.385 9.967 4.192 4.194
2 10.473 10.055 4.157
3 10.379 9.959 4.216
4 10.491 10.068 4.197
5 10.220 9.807 4.210
코팅제 4 1 9.969 9.525 4.662 4.656
2 9.869 9.432 4.631
3 9.961 9.510 4.739
4 9.765 9.331 4.650
5 9.871 9.437 4.598
코팅제 5 1 10.036 9.415 6.590 6.528
2 9.935 9.325 6.544
3 10.027 9.410 6.563
4 9.830 9.235 6.446
5 9.937 9.330 6.499
<실험예2>
상기 실시예 및 비교예에 따른 코크스 코팅제에 의해 표면에 형성된 피막의 기계적 성질을 비교하기 위해 스테인레스 접시에 상기 코팅제 1 내지 5를 각각 부어 40 ℃에 40시간 동안 건조하여 필름을 제조하였다.
실험결과는 아래 [표 4]에 나타내었다.
구분 인장강도(㎫) 인열강도(N) 연신율(%) 경도
(Shore A)
코팅제1 1 53.1 1.01 75.1 72
2 51.9 1.02 74.7 71
3 52.3 1.05 74.6 73
4 51.7 0.99 75.5 71
5 52.1 1.01 74.3 72
평균 52.2 1.02 74.9 72
코팅제2 1 52.0 0.99 76.8 70
2 50.9 1.00 75.6 69
3 51.3 1.03 75.7 68
4 49.7 0.97 76.7 71
5 51.1 0.99 76.2 70
평균 51.0 1.00 76.2 70
코팅제3 1 49.7 0.63 120.2 66
2 50.1 0.62 118.4 65
3 50.2 0.65 122.4 64
4 49.5 0.60 121.0 67
5 50.6 0.62 129.7 66
평균 50.0 0.63 122.4 66
코팅제4 1 40.2 0.44 610.4 60
2 44.6 0.34 605.2 61
3 42.6 0.38 601.6 60
4 41.4 0.41 613.3 58
5 43.4 0.45 616.7 60
평균 42.4 0.40 609.4 60
코팅제5 1 48.7 0.62 51.2 65
2 48.1 0.61 50.4 64
3 49.2 0.64 53.1 63
4 48.5 0.59 51.1 66
5 47.6 0.61 50.8 65
평균 48.4 0.61 51.3 65
상기 [표 2], [표 3]에서 본 발명에 따른 코팅제가 종래의 코크스 코팅제보다 분코크스 발생율이 적게 나타나 분코크스 발생 억제 효과가 뛰어난 것을 알 수 있으며, [표 4]의 코크스 코팅제 피막의 기계적 성질의 비교를 통해 코크스 이송 중 외부 환경으로부터 코크스를 보호하는 기능이 더 뛰어난 것을 확인 할 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 니트릴라텍스(NBL); 피막 향상제인 수용성 수지; 및 다가 알코올을 포함하는 코크스 분화 방지용 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 수지는 폴리아크릴아미드, 구아검, 카제인, 젤라틴, 폴리아크릴산 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 코크스 분화 방지용 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다가알코올은 글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 디프로필렌글리콜로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 코크스 분화 방지용 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코크스 분화 방지용 코팅 조성물은 전분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 분화 방지용 코팅 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코크스 분화 방지용 코팅 조성물은 니트릴라텍스(NBL) 0.5 내지 30 중량부, 수용성 수지 0.5 내지 20 중량부, 다가알코올 5 내지 10 중량부 및 전분 5 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 분화 방지용 코팅 조성물.
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