KR20240069151A - 석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템은 석탄을 가열하는 건류로, 상기 건류로 내부에 설치되어 상기 건류로에 의해 가열되는 반응관, 상기 반응관 내에 설치되며 상기 석탄을 관통하는 튜브, 상기 반응관 내에 장입되어 가열되는 상기 석탄에서 생성되는 액상의 연화층에 삽입되는 철봉, 상기 철봉에 연결되며 상기 철봉의 일단부에 가해지는 압력의 변화를 측정하는 로드 셀, 그리고 상기 철봉 및 상기 로드셀에 연결되며 상기 압력의 변화를 이용하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 위치 센서를 포함하고, 상기 철봉은 상기 튜브에 삽입되어 상기 연화층과 접촉한다.

Description

석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR EVALUATION OF CAKING PROPERTY OF COAL}
본 발명은 석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄을 가열하는 경우 생성되는 액상의 연화층의 두께를 측정하여 석탄의 점결성을 평가하는 석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.
용광로에서는 분광석을 소성하여 제조된 소결광과 분석탄을 건류하여 괴형태로 제조된 코크스(cokes)를 상부에서 장입하고 하부에서 고온의 열풍을 공급하여 용선을 생산한다.
용광로에 광석과 함께 장입되는 코크스는 여러 종류의 점결성 석탄을 혼합하고 코크스 오븐(Cokes oven)에 장입되어 불활성 분위기에서 가열되어 덩어리 형태로 제조된다. 용광로에 장입된 코크스는 광석을 환원시키는 환원제 역할을 하는 동시에, 용광로로 공급된 공기와 반응하여 열 공급 및 용광로 내 가스와 용융된 용선 및 슬래그가 흐를 수 있는 통로 역할을 한다.
이러한 코크스의 제조에 사용되는 석탄은 불활성 분위기에서 가열시 온도가 증가함에 따라 연화, 용융, 고화되는 특성이 있으며, 이와 같은 특성을 갖는 석탄을 점결성 석탄이라 한다. 점결성 석탄은 가열시 연화, 용융, 고화되는 점결성 성분과 비활성 물질로서 변화가 없는 섬유질 성분으로 구성된다. 코크스용 석탄은 점결성 정도에 따라 점결성이 강한 강점탄과 점결성이 약한 미점탄으로 크게 분류된다. 코크스용 석탄을 제조하는 경우 석탄의 점결성 성분과 섬유질 성분이 적절한 비율이 되도록 하며, 통상 강점탄과 미점탄의 배합비는 50:50으로 하며, 코크스 품질, 수급 및 원가 등에 따라 이러한 배합비는 약간의 차이가 있다.
코크스용 석탄의 점결성은 대표적으로 유동도, 전팽창, 자유팽윤지수, 로가지수 등의 점결성 지수로 측정하며, 점결성 지수를 토대로 석탄을 분류한다.
유동도는 소량의 석탄을 교반기에 넣고 불활성 분위기에서 일정 속도로 가열하면서 교반기에 일정한 토크를 가하여 교반기가 회전한 정도로 측정한다. 석탄을 가열하여 온도가 증가함에 따라 연화 용융물이 많이 생겨 교반기의 회전 정도가 증가하다가 온도가 일정온도 이상이 되면 석탄이 고화되어 교반기가 멈추게 되고 교반기의 최고 회전 정도로 유동도를 측정한다. 따라서 유동도는 석탄 가열시 형성되는 연화용융물의 정도를 평가하게 된다.
전팽창은 석탄 시료를 봉 형태로 만들어 반응관에 넣어 일정한 속도로 가열하면서 석탄 시료가 수축하고 팽창하는 정도로 측정한다. 따라서 전팽창은 석탄 가열시 석탄 입자의 수축 및 팽창 정도를 평가하게 된다. 자유팽윤지수는 석탄 시료를 도가니에 넣고 일정온도에서 가열하여 석탄 시료의 팽창된 정도로 측정한다. 로가지수는 석탄 시료를 불활성 물질과 혼합하여 일정온도에서 가열하여 덩어리 형태로 된 정도로 측정한다.
코크스용 석탄의 제조 시 일반적으로 유동도 및 전팽창의 점결성 지수를 대부분 사용하며, 이러한 점결성 지수를 이용하여 제조된 코크스의 품질을 예측할 수 있다. 그러나, 석탄은 불균일 물질로서 석탄의 점결성을 유동도 및 전팽창의 점결성 지수만으로 완벽하게 평가할 수 없어 제조된 코크스의 품질 예측에 많은 오차가 발생하게 된다.
본 발명의 일 실시예는 보다 용이하고 정확하게 석탄의 점결성을 측정하여 코크스의 품질을 보다 정확하게 예측할 수 있는 석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템은 석탄을 가열하는 건류로, 상기 건류로 내부에 설치되어 상기 건류로에 의해 가열되는 반응관, 상기 반응관 내에 설치되며 상기 석탄을 관통하는 튜브, 상기 반응관 내에 장입되어 가열되는 상기 석탄에서 생성되는 액상의 연화층에 삽입되는 철봉, 상기 철봉에 연결되며 상기 철봉의 일단부에 가해지는 압력의 변화를 측정하는 로드 셀, 그리고 상기 철봉 및 상기 로드 셀에 연결되며 상기 압력의 변화를 이용하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 위치 센서를 포함하고, 상기 철봉은 상기 튜브에 삽입되어 상기 연화층과 접촉한다.
상기 철봉의 일단부에 연결되며 상기 연화층에 삽입되는 상기 철봉의 일단부의 위치를 조절하는 구동 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 건류로는 건류로 본체, 그리고 상기 건류로 본체의 바닥에 설치되어 상기 반응관을 가열하는 히터를 포함할 수 있다.
상기 반응관 내의 상기 석탄의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 센서는 선형 가변 변위 변환기(Linear Variable Displacement Transducer, LVDT)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법은 반응관 내에 튜브를 설치하고 상기 반응관 내에 석탄을 장입하는 단계, 상기 반응관을 건류로 내부에 설치하고 상기 석탄을 가열하여 연화층을 형성하는 단계, 상기 튜브를 관통하여 상기 연화층에 철봉을 삽입하는 단계, 그리고 상기 철봉에 가해지는 압력의 변화를 측정하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 단계를 포함한다.
상기 연화층의 두께를 측정하는 단계는 상기 철봉에 연결되는 로드 셀을 이용하여 상기 철봉의 일단부에 가해지는 압력의 변화를 측정하는 단계, 그리고 상기 로드 셀에 연결되는 위치 센서를 이용하여 상기 압력의 변화에 의해 측정되는 상기 연화층의 상부면 및 하부면의 위치를 감지하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법은 가열되는 석탄에서 생성되는 연화층에 철봉을 삽입하고 삽입되는 철봉에 가해지는 압력의 변화를 감지하여 연화층의 두께를 측정함으로써, 석탄의 점결성을 보다 정확하게 평가할 수 있다. 따라서, 코크스의 품질을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
또한, 코크스용 석탄의 점결성을 새롭게 평가하고, 이를 코크스용 석탄의 배합에 활용하여 코크스의 품질을 향상시키고, 편차을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법을 이용하여 석탄 A(저휘발분 석탄)에서 생성되는 연화층의 두께를 측정하는 방법을 설명하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법을 이용하여 석탄 B(코크스용 배합탄)에서 생성되는 연화층의 두께를 측정하는 방법을 설명하는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템에 대하여 도면을 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템은 건류로(100), 반응관(200), 튜브(300), 철봉(400), 로드 셀(load cell)(500), 위치 센서(600), 구동 모터(700), 온도 측정부(800), 그리고 석탄 가스 배출구(900)를 포함한다.
건류로(100)는 석탄(10)을 가열할 수 있다. 석탄(10)은 약 1.5mm 이하의 입도를 가지는 분석탄일 수 있고, 석탄(10)은 약 6 내지 9%의 수분을 함유할 수 있다.
건류로(100)는 건류로 본체(110), 그리고 히터(120)를 포함할 수 있다. 건류로 본체(110)는 그 내부 공간을 가지는 통 형상을 가질 수 있다. 히터(120)는 건류로 본체(110)의 바닥에 설치되어 반응관(200)을 가열할 수 있다. 히터(120)는 건류로 본체(110)의 바닥에 설치되므로 반응관(200) 내부의 석탄(10)을 하부에서 상부로 점차 가열시킬 수 있다. 따라서, 석탄(10)을 가열하여 형성되는 연화층(20)의 생성 방향을 수직 방향으로 만들 수 있으므로, 연화층(20)의 두께를 이용하여 석탄(10)의 점결성을 정확하게 평가할 수 있다. 이러한 건류로(100)는 일방향 건류로일 수 있다.
이 때, 건류로(100)는 석탄(10)을 2℃/min 내지 4℃/min으로 가열 속도로 가열할 수 있다. 이는 용광로에서 진행하는 가열 속도를 유사하게 모사하기 위함이다.
반응관(200)은 건류로(100) 내부에 설치되어 건류로(100)에 의해 가열될 수 있다. 이러한 반응관(200) 내부에 석탄(10)이 장입될 수 있다.
반응관(200) 내에 장입된 석탄(10)은 히터에 의해 가열되어 석탄(10)의 하부에 액상의 연화층(20)을 생성하게 되며, 연화층(20) 아래에는 고상의 세미 코크층(30)이 생성될 수 있다.
튜브(300)는 반응관(200) 내에 설치되며 반응관(200) 내부에 장입된 석탄(10)을 관통할 수 있다. 따라서, 튜브(300)의 내부에는 석탄(10)이 존재하지 않는다. 이러한 튜브(300)는 종이 등의 가연성 재질로 이루어지므로, 이후 가열 공정에서 탄화되어 소멸될 수 있다. 이러한 튜브(300)의 직경은 대략 직경 2 내지 3mm이고, 튜브(300)의 직경은 약 60mm일 수 있다. 튜브(300)는 수직 가이드(도시하지 않음)를 이용하여 수직 상태를 유지할 수 있다.
철봉(400)은 반응관(200) 내에 설치되며 튜브(300) 내부에 삽입될 수 있다. 따라서, 철봉(400)은 석탄(10)과는 접촉하지 않고, 석탄(10)의 하부에 형성되는 액상의 연화층(20)과 접촉하며, 철봉(400)의 일단부(400a)가 하부로 하강하면서 연화층(20)에 삽입될 수 있다. 튜브(300)는 철봉(400)이 수직 방향으로 이동할 수 있도록 가이드할 수 있다.
로드 셀(500)은 철봉(400)에 연결되며 철봉(400)의 일단부(400a)에 가해지는 압력의 변화를 측정할 수 있다. 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300) 내에 위치하는 경우에는 철봉(400)의 일단부(400a)에 거의 저항이 미치지 않으므로 압력이 비교적 작게 된다. 그러나, 철봉(400)의 일단부(400a)가 하부로 하강하면서 철봉(400)의 일단부(400a)가 액상의 연화층(20)과 접촉하여 연화층(20) 내부로 삽입되는 경우에는 철봉(400)의 일단부(400a)에 미치는 압력의 크기는 증가하게 된다. 이러한 압력의 변화를 이용하여 연화층(20)의 상부면을 감지할 수 있다. 그리고, 철봉(400)의 일단부(400a)가 액상의 연화층(20)을 관통하여 연화층(20) 아래에 형성된 고상의 세미 코크층(semi-coke layer)(30)과 접촉하는 경우에는 철봉(400)의 일단부(400a)는 고상의 세미 코크층(30)을 관통하지 못하게 되므로, 철봉(400)의 일단부(400a)에 미치는 압력의 크기는 감소하게 된다. 이러한 압력의 변화를 이용하여 연화층(20)의 하부면을 감지할 수 있다.
위치 센서(600)는 철봉(400) 및 로드 셀(500)에 연결되며 철봉(400)의 일단부(400a)에 가해지는 압력의 변화를 이용하여 연화층(20)의 두께를 측정할 수 있다. 즉, 로드 셀(500)에 의해 감지된 연화층(20)의 상부면 및 하부면의 위치를 위치 센서(600)로 측정하여 연화층(20)의 두께를 측정할 수 있다. 이러한 위치 센서(600)는 선형 가변 변위 변환기(Linear Variable Displacement Transducer, LVDT)를 포함할 수 있다.
구동 모터(700)는 철봉(400)의 타단부(400b)에 연결되며 연화층(20)에 삽입되는 철봉(400)의 일단부(400a)의 위치를 조절할 수 있다.
온도 측정부(800)는 반응관(200) 내의 석탄(10)의 온도를 상중하로 측정할 수 있다. 측정된 석탄(10)의 온도를 히터(120)에 피드백하여 가열 속도 등을 조절할 수 있다. 온도 측정부(800)는 수직 가이드(도시하지 않음)를 이용하여 수직 상태를 유지할 수 있다. 이러한 온도 측정부(800)는 열전대(thermo couple)을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 구조의 온도 측정 장치가 가능하다.
석탄 가스 배출구(900)는 건류로(100)의 상부에 설치될 수 있다. 석탄 가스 배출구(900)를 통해 석탄(10)의 건류 과정에서 생성되는 코크 오븐 가스(Coke Oven Gas, COG)를 배출하며, 배출된 코크 오븐 가스(COG)는 버너(Burner)에서 연소하여 외부로 배출한다.
이와 같이, 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템은 가열되는 석탄(10)에서 생성되는 연화층(20)에 철봉(400)을 삽입하고 삽입되는 철봉(400)에 가해지는 압력의 변화를 감지하여 연화층(20)의 두께를 측정함으로써, 석탄(10)의 점결성을 평가할 수 있다. 즉, 연화층(20)의 두께는 여러 종류의 석탄을 혼합하여 코크스화되는 과정에서 석탄 입자간 결합, 가스발생, 코크스 조직치밀도 등에 영향을 주기 때문에, 연화층(20)의 두께를 측정하여 석탄의 점결성을 평가할 수 있다.
이하에서, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템을 이용한 석탄의 점결성의 평가 방법에 대해 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법은 우선, 반응관(200) 내에 튜브(300)를 설치하고, 반응관(200) 내에 석탄(10)을 장입한다(S100). 튜브(300)는 반응관(200) 내에 수직으로 설치될 수 있다. 반응관(200) 내에 장입된 석탄(10)은 평탄화 장치(도시하지 않음)를 이용하여 평탄화될 수 있다.
다음으로, 반응관(200)을 건류로(100) 내부에 설치하고 석탄(10)을 가열하여 연화층(20)을 형성한다(S200). 이 때, 반응관(200) 내부에 온도 측정부(800)를 삽입할 수 있다. 예컨대, 히터(120)를 이용하여 석탄(10)의 온도가 250℃가 될 때까지는 약 8℃/min의 가열 속도로 가열하고, 석탄(10)의 온도가 250℃가 된 이후에는 약 3℃/min의 가열 속도로 가열하며, 반응관(200) 내에 장입된 석탄(10)의 표면 온도가 650℃에 도달하면 연화층(20)의 두께 측정을 종료한다.
다음으로, 철봉(400)을 하강하여 튜브(300)를 관통한 후 철봉(400)을 일정한 시간 간격으로 주기적으로 연화층(20)에 삽입한다(S300).
다음으로, 철봉(400)에 가해지는 압력의 변화를 측정하여 연화층(20)의 두께(t)를 측정한다(S400). 이 때, 철봉(400)은 튜브(300)를 관통하여 주기적으로 수직 방향으로 연화층(20) 내부에 삽입될 수 있다.
이하에서, 연화층(20)의 두께를 측정하는 단계에 대해 상세히 설명한다.
우선, 철봉(400)에 연결되는 로드 셀(500)을 이용하여 철봉(400)의 일단부(400a)에 가해지는 압력의 변화를 측정한다.
그리고, 로드 셀(500)에 의해 측정되는 압력의 변화를 통해 연화층(20)의 상부면 및 하부면의 위치를 감지한다. 즉, 로드 셀(500)은 액상의 연화층(20)에 의한 저항을 감지하여 연화층(20)의 상부면의 위치를 감지하고, 고상의 세미 코크층(30)에 의한 저항을 감지하여 연화층(20)의 하부면의 위치를 감지할 수 있다.
그리고, 로드 셀(500)에 연결되는 위치 센서를 이용하여 연화층(20)의 두께(t)를 측정한다.
그리고, 반응관(200) 내부에 장입된 석탄(10)의 상부층이 세미코크화되면 연화층(20)의 두께 측정을 종료한다. 예컨대, 석탄(10)의 표면 온도가 600℃에 도달하면 철봉(400)의 삽입을 중지하고, 석탄(10)의 표면 온도가 650℃에 도달하면, 연화층(20)의 두께 측정을 종료한다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법을 이용하여 석탄 A(저휘발분 석탄) 및 석탄 B(코크스용 배합탄)에서 각각 생성되는 연화층의 두께를 측정하여 석탄의 점결성을 평가하는 방법을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법을 이용하여 석탄 A(저휘발분 석탄)에서 생성되는 연화층의 두께를 측정하는 방법을 설명하는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법을 이용하여 석탄 B(코크스용 배합탄)에서 생성되는 연화층의 두께를 측정하는 방법을 설명하는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 방법에 사용된 석탄에 대한 물성치를 아래 표 1에 나타내었다.
구분 공업분석(db, wt%) 유동도
(LMF) 		전팽창
(%) 		석탄화도 (Rm, %)
석탄종류 ASH VM FC
석탄A 11.59 19.11 69.30 1.98 57 1.37
석탄B 9.32 25.23 65.45 2.41 72 1.10
표 1에서, 석탄 A는 비트리나이트 반사율이 높은 저휘발분 석탄으로 유동도(LMF)와 전팽창이 상대적으로 낮지만 강점결탄으로 분류된다. 그리고, 표 1에서, 석탄 B는 용광로용 코크스 제조에 사용되는 여러 종류의 석탄을 혼합한 배합탄이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반응관(200) 내 석탄 하부 온도는 630℃에 도달하고 반응관(200)의 상부에 위치하는 철봉(400)을 튜브(300) 내부를 통해 수직 하강하면서 철봉(400)에 연결된 로드 셀(500)에서 측정된 압력의 변화를 확인할 수 있다.
철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부에 위치하는 경우에는 철봉(400)의 일단부(400a)가 연화층(20)가 접촉하지 않으므로, 철봉(400)에 압력이 가해지지 않는다. 그리고, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 22mm 위치한 지점에 도달한 경우에는 철봉(400)에 가해지는 압력이 증가하기 시작한다. 여기서, 철봉(400)에 가해지는 압력이 증가하기 시작하는 위치가 연화층(20)의 상부면에 해당한다. 그리고, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 34.5mm 위치한 지점에 도달한 경우에는 압력이 최대가 되어 철봉 삽입을 중지하고 철봉(400)을 수직 상승시킨다. 여기서, 철봉(400)에 가해지는 압력이 최대가 되는 위치가 연화층(20)의 하부면에 해당한다.
튜브(300)의 상부부터 22mm 위치한 지점에서 석탄(10)이 연화 및 용융되어 액상 형태의 연화층(20)이 생성되고, 연화층(20)은 하강하는 철봉(400)에 저항을 주어 압력이 상승하게 되며, 튜브(300)의 상부에서 34.5mm 위치한 지점부터는 석탄(10)이 고화되어 세미 코크층이 생성되므로, 철봉(400)은 더 삽입되지 못하고 수직 상승하여 후퇴하게 된다.
따라서, 튜브(300)의 상부부터 22mm 위치한 지점 내지 34.5mm 위치한 지점까지의 구간이 연화층(20)에 해당되며, 이러한 연화층(20)의 두께(t)는 약 12.5mm임을 알 수 있다.
15분후 두번째 측정에서 반응관(200) 내 석탄 하부 온도는 688℃에 도달하며, 반응관(200)의 상부에 위치하는 철봉(400)을 동일한 방식으로 튜브(300) 내부를 통해 수직 하강하면, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 19.7mm 위치한 지점 내지 26.8mm 위치한 지점까지 구간에 연화층(20)이 형성되어, 연화층(20)의 두께(t)는 약 7.1mm임을 알 수 있다.
그리고, 15분후 세번째 측정에서 반응관(200) 내 석탄 하부 온도는 744℃에 도달하며, 반응관(200)의 상부에 위치하는 철봉(400)을 동일한 방식으로 튜브(300) 내부를 통해 수직 하강하면, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 14.4mm 위치한 지점 내지 20.9mm 위치한 지점까지의 구간에 연화층(20)이 형성되어 연화층(20)의 두께(t)는 약 6.5mm임을 알 수 있다.
이와 같이, 석탄 A가 탄화도가 높아 고온에서 연화, 용융, 및 고화되는 특성이 있으며, 일방향 건류로(100)의 하부에서 석탄 A가 고화되어 상부로 이동하기 때문에 반복적으로 측정함에 따라 연화층(20)의 두께가 감소하게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 반응관(200) 내 석탄 하부 온도는 553℃에 도달하며, 반응관(200)의 상부에 위치하는 철봉(400)을 튜브(300) 내부를 통해 수직 하강하면서 철봉(400)에 연결된 로드 셀(500)에서 측정된 압력의 변화를 확인할 수 있다.
철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부에 위치하는 경우에는 철봉(400)의 일단부(400a)가 연화층(20)과 접촉하지 않으므로, 철봉(400)에 압력이 가해지지 않는다. 그리고, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 31.5mm 위치한 지점에 도달한 경우에는 철봉(400)에 가해지는 압력이 증가하기 시작한다. 그리고, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 59mm 위치한 지점에 도달한 경우에는 압력이 최대가 되어 철봉 삽입을 중지하고 철봉(400)을 수직 상승시켜 후퇴한다.
튜브(300)의 상부부터 31.5mm 위치한 지점에서 석탄(10)이 연화 및 용융되어 액상 형태의 연화층(20)이 생성되고, 연화층(20)은 하강하는 철봉(400)에 저항을 주어 압력이 상승하게 되며, 튜브(300)의 상부에서 59mm 위치한 지점부터는 석탄(10)이 고화되어 세미 코크층(30)이 생성되므로, 철봉(400)은 더 삽입되지 못하고 수직 상승하여 후퇴하게 된다.
따라서, 튜브(300)의 상부부터 31.5mm 위치한 지점 내지 59mm 위치한 지점까지의 구간이 연화층(20)에 해당되며, 이러한 연화층(20)의 두께(t)는 약 27.5mm 임을 알 수 있다.
15분후 두번째 측정에서 반응관(200) 내 석탄 하부 온도는 601℃에 도달하며, 반응관(200)의 상부에 위치하는 철봉(400)을 동일한 방식으로 튜브(300) 내부를 통해 수직 하강하면, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 29.9mm 위치한 지점 내지 58.1mm 위치한 지점까지 구간에 연화층(20)이 형성되어, 연화층(20)의 두께(t)는 약 28.2mm임을 알 수 있다.
그리고, 15분후 세번째 측정에서 반응관(200) 내 석탄 하부 온도는 651℃에 도달하며, 반응관(200)의 상부에 위치하는 철봉(400)을 동일한 방식으로 튜브(300) 내부를 통해 수직 하강하면, 철봉(400)의 일단부(400a)가 튜브(300)의 상부부터 24.4mm 위치한 지점 내지 56.3mm 위치한 지점까지의 구간에 연화층(20)이 형성되어 연화층(20)의 두께(t)는 약 31.9mm임을 알 수 있다.
이와 같이, 석탄 B는 여러 종류의 석탄을 혼합한 배합탄으로서, 휘발분이 높은 석탄은 낮은 온도에서 연화 및 용융되며, 휘발분이 낮은 석탄은 높은 온도에서 연화 및 용융되기 때문에 연화층(20)의 두께가 석탄 A 대비하여 더 클 수 있다.
따라서, 석탄(10)의 점결성 차이에 따라 연화층(20)의 두께가 서로 달라짐을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 점결성의 평가 시스템 및 방법은 가열되는 석탄에서 생성되는 연화층에 철봉을 삽입하고 삽입되는 철봉에 가해지는 압력의 변화를 감지하여 연화층의 두께를 측정함으로써, 석탄의 점결성을 보다 정확하게 평가할 수 있다. 따라서, 코크스의 품질을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
또한, 코크스용 석탄의 점결성을 새롭게 평가하고, 이를 코크스용 석탄의 배합에 활용하여 코크스의 품질을 향상시키고, 편차을 저감할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 석탄 20: 연화층
30: 세미 코크층 100: 건류로
200: 반응관 300: 튜브
400: 철봉 500: 로드 셀
600: 위치 센서 700: 구동 모터
800: 온도 측정부 900: 석탄 가스 배출구

Claims (7)

  1. 석탄을 가열하는 건류로,
    상기 건류로 내부에 설치되어 상기 건류로에 의해 가열되는 반응관,
    상기 반응관 내에 설치되며 상기 석탄을 관통하는 튜브,
    상기 반응관 내에 장입되어 가열되는 상기 석탄에서 생성되는 액상의 연화층에 삽입되는 철봉,
    상기 철봉에 연결되며 상기 철봉의 일단부에 가해지는 압력의 변화를 측정하는 로드 셀, 그리고
    상기 철봉 및 상기 로드 셀에 연결되며 상기 압력의 변화를 이용하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 위치 센서
    를 포함하고,
    상기 철봉은 상기 튜브에 삽입되어 상기 연화층과 접촉하는 석탄의 점결성의 평가 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 철봉의 일단부에 연결되며 상기 연화층에 삽입되는 상기 철봉의 일단부의 위치를 조절하는 구동 모터를 더 포함하는 석탄의 점결성의 평가 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 건류로는
    건류로 본체, 그리고
    상기 건류로 본체의 바닥에 설치되어 상기 반응관을 가열하는 히터
    를 포함하는 석탄의 점결성의 평가 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 반응관 내의 상기 석탄의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하는 석탄의 점결성의 평가 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 위치 센서는 선형 가변 변위 변환기(Linear Variable Displacement Transducer, LVDT)를 포함하는 석탄의 점결성의 평가 시스템.
  6. 반응관 내에 튜브를 설치하고 상기 반응관 내에 석탄을 장입하는 단계,
    상기 반응관을 건류로 내부에 설치하고 상기 석탄을 가열하여 연화층을 형성하는 단계,
    상기 튜브를 관통하여 상기 연화층에 철봉을 삽입하는 단계, 그리고
    상기 철봉에 가해지는 압력의 변화를 측정하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 단계
    를 포함하는 석탄의 점결성의 평가 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 연화층의 두께를 측정하는 단계는
    상기 철봉에 연결되는 로드 셀을 이용하여 상기 철봉의 일단부에 가해지는 압력의 변화를 측정하는 단계, 그리고
    상기 로드 셀에 연결되는 위치 센서를 이용하여 상기 압력의 변화에 의해 측정되는 상기 연화층의 상부면 및 하부면의 위치를 감지하여 상기 연화층의 두께를 측정하는 단계
    를 포함하는 석탄의 점결성의 평가 방법.
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