KR830001740B1 - 함탄 미립자 집괴방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

함탄 미립자 집괴방법

본 발명은 집괴, 특히 코오크스 미립자, 역청탄 및 무연탄 미립자, 갈탄, 탄화석탄, 탄화갈탄, 탄화목(炭花木) 및 그 유사물과 같은 함탄 미립자의 집괴에 관한 것이다.

코우크스의 생산, 취급 및 수송시에 상당량의 미립자들이 발생된다. 약 1/4인치 보다 큰 물질은 제강용 용선로, 용광로의 연료와 같은 여러가지 용도로 사용될 수 있다. 그러나 더 작은 미립자나 탄재는 그러한 용도로서 적당치가 못하며, 따라서 일반적으로 비용 효율이 더 낮은 용도로서 상당한 저가로서 팔리거나 폐기물로서 버려진다.

현재 상당량의 역청탄 및 무연탄 미립자가 취급, 수송등의 난점으로 인해서 이용에 제한을 받고 있다. 비조리용 역청탄 및 무연탄 및 갈탄은 코우크스제조용으로 사용되는 특정한 역청탄보다 훨씬 더 풍부하다. 이들 물질을 가열하여 온도를 상승시켜 휘발성분을 제거하면 남은 탄화물은 케이크형이 아닌 분말형 코우크스용 석탄의 공급이 제한된 몇나라에서는 여러공정에서 코우크스대신 탄화목을 사용한다. 탄화공정중에 발생된 상당량의 탄화목 미립자는 상술한 다른 것들 처럼 사용에 제한을 받는다.

이들 유용한 미립상 물질들의 이용폭을 넓히기 위해서는 그들을 용이하게 취급, 수송 및 제강 공정용 연료를 포함한 다양한 목적으로 이용할 수 있도록 파쇄-내성 셉릿, 단광(團鑛) 및 그 유사물로 집괴할 수 있는 방법이 분명이 필요하다. 얼마간의 이들 미립상 물질은 아스팔트나 타트(tar)결합제 및 고압 압착기를 사용하여 단광으로 만들어 보았으나, 이렇게 만들어진 단광은 매우 약하고 보통의 취급과 수송시에도 부스러지는 경향이 있었다. 강화된 파쇄-내성광물 집괴물을 생성하는데 통상적으로 사용되는 소결(燒結) 공정의 사용온도는 함탄재료의 연소온도보다 상당히 높다. 광석 및 비교적 큰 고유 강도를 갖는 철이 풍부한 철강공장 폐기물을 집괴하고 강화시키기 위한 저온 열수방법이 사용되어왔다.

이러한 방법은 미국특허 제3,235,371, 3,770,416 및 3,895,088호에 예시되어 있다. 그러나 출원자가 아는 바로는, 비교적 낮은 고유강도를 지닌 가연성 유기성분을 주로 함유하는 물질을 집괴 및 강화시키는데는 이러한 방법이 사용되지 않았다.

본 발명의 한가지 목적은 함탄 미립자로부터 강화된 파쇄-내성 집괴물을 비교적 싸게 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제강 공정용 연료로서 적합한 집괴물을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 인조 코우크스나 연기가 적게나는 일반 연료로서 사용키에 적합한 메시가 작은 함탄 미립자로부터 강화된 파쇄-내성 집괴물을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적, 형태 및 잇점에 대해서는 다음의 설명과 첨부한 청구범위를 보면 이 분야의 숙련 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다.

본 발명의 방법을 구성하는 단계는 평균 입자크기가-3메시미만인 함탄 미립자를 주성분으로 하고 약1-15중량%의 결합제 및 이 결합제와 반응하여 규산염이나 수소화규산염 결합물을 형성하는 SiO₂를 함유하는 약 0.25-10중량%의 규산물질을 포함하는 습윤 혼합물을 제조하고, 결과의 혼합물을 함탄 미립자 모세공 내부의 유리 수분의 상당량이 그 표면으로 이동되도록 충분히 방치하고, 이 혼합물을 개별적인 밀집 집괴물로 만들고, 이 녹색의 집괴물을 유리 수분함량이 약 5 중량% 또는 그 이하가 되도록 건조시킨다음 충분한 시간동안 집괴물을 증기와 접촉시켜 열수강화 시킴으로서 전체적으로 결합 강화된 덩어리를 형성시키는 것으로 되어 있다.

강화된 집괴물의 압축강도의 파쇄 내성은 집괴물을 강화단계 이후에 건조시킴으로서 사실상 모든 유리 수분을 제거시키면 더욱 증가될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예를 들면 다음과 같다.

본문에 사용한 용어 함탄미립자”란 코우크스나 코우크스탄재, 역청탄, 무연탄, 갈탄, 탄화역청탄및 무연탄, 탄화갈탄, 탄화목 및 50중량% 이상의 탄소를 함유하는 그 유사물의 미세하게 분리된 입자를 의미한다. 이러한 물질의 하나 또는 그 이상의 혼합물을 함탄미립자”란 용어로 나타낸다.

출발 혼합물을 먼저 함탄 미립자, 미분된 결합제, 미분된 규산물과 개별적인 집괴물 덩어리를 형성시킬 수 있는 습윤물질을 만들기에 충분한 양의 물과 함께 완전히 혼합함으로서 제조된다. 원한다면 출발 혼합물의 교체성분은 건조한 형태로 함께 혼합한 다음 습윤시키거나 물과함께 첨가한다음 균질상의 분산액을 형성하도록 혼합될 수도 있다.

적당한 결합제는 칼슘 및 마그네슘의 산화물, 수산화물 및 탄산염을 포함하며, 연소된 석회, CuO, 및 수산화석회, Ca(OH₂)를 가진 그것의 혼합물이 바람직하다. 사용된 결합제의 양은 건조 고체의 총중량을 기준으로 하여 약 1-15중량%이다. 결합제의 사용량을 약 1중량% 미만으로하면 결과의 강화된 집괴물은 취급이나 수송에 적당치 못한 낮은 파쇄 내성이나 압축강도를 지니게 된다. 다른 한편, 결합제의 양이 약 15중량%를 초과하게 되면 강화된 집괴물의 압축강도는 거의 더이상 증가하지 않으며 탄소함유량만 바람직하지 못하게 희석시킬뿐이다. 출발 혼합물에 사용되는 결합제의 바람직한 양은 건조 고체의 총중량을 기준으로 하여 약 3-10중량%이다.

규산물로서는 열수 강화단계의 조건하에서 결합제와 반응하여 규산염이나 수소화 규산염 결합물 형성할 수 있는 SiO₂를 함유하는 어떠한 자연의 또는 인조의 규산물도 사용될 수 있다. 적당한 규산물의 대표적인 예에 포합되는 것들로서는 미세하게 빻은 석영, 규산모래, 벤토나이트, 규조토 풀러토(Fullerls earth), 나트륨, 칼슘, 마그네슘 및 알루미늄 규산염, 화열(火熱)규산, 각종 수화된 규산 및 이들의 혼합물이 있다. 이들중에서 바람직하기로는 미세하게 빻은 석영과 규산 모래이다.

출발 혼합물에 첨가하는 규산물의 양은 건조 고체의 총중량을 기준으로하여 약 0.25-10중량%이며, 바람직하게는 약 1-3중량%이다. 규산물의 사용량을 약 0.25 중량% 미만으로 하면 실제로 적당한 강화시간 내에서 약 125파운드 이상의 압축강도를 지닌 강화된 집괴물을 일반적으로 얻을수 없다. 반대로 약 10중량% 이상으로 하면 압축강도는 더이상 증가시키지 못하고 바람직하지 못하게도 탄소 함량만 희석시킬 뿐이다.

출발 혼합물에 포함된 물의 양은 어떤 집괴기술을 이용하는가에 따라서 틀리다. 예컨대, 구상 펠릿을을 형성하기 위해 드럼이나 디스크를 사용하는 펠릿화 방법을 사용하는 펠릿화 방법을 사용할때는 습윤한 출발 혼합물중의 물의 총량은 일반적으로 약 10-20중량%의 범위가 되어야하며, 바람직 하기로는 약 15-17중량%이다. 이와달리 단광압력이 사용될 때는 습윤한 출발 혼합물중의 물의 양은 일반적으로 약 5-15중량%가 되어야 하며, 바람직하게는 약 8-10중량%이다.

함탄 미립자의 평균 입자 크기는 약 -3메시 미만이어야 하며, 약 200-400메시의 범위가 바람직하다. 일반적으로 결합제와 규산물의 평균입자크기는 약 200-400메시이다. 출발 혼합물 내의 모든 고체물질의 최소한 반이 약 325메시 미만의 평균입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

함탄 미립자에는 일반적으로 수많은 작은 모세관형 구멍 또는 동공이 있다. 혼합물단계동안 이들 구멍 또는 공동속으로 물이 흡수되려는 경향이 있다. 이 유리내부 수분이 열수강화 단계에서 증기로 변환된어 강화된 집괴의 압축강도를 상당히 떨어뜨리며, 그 구멍 및 공동속에 너무 많은 량의 수분이 존재할 때는 균열이나 파괴를 일으키기도 한다. 이 난점은 습윤 혼합물을 집괴하기 전에 함탄 미립자의 세공 내부의 유리 수분의 상당량이 그 표면으로 이동되도록 충분한 시간 방치시킴으로서 극소화될 수 있다.

이 단계에서의 시간과 조건은 사용하는 합탄 미립자와 결합제의 형태에 따라서 상당히 변한다. 예컨대, 코우크스 미립자 및 탄화 역청탄 미립자와 같은 열분해된 미립자는 역청탄 또는 무연탄 미립자 보다 구멍이 더욱 많아 일반적으로 더많은 수분을 흡수한다. 따라서 열분해된 미립자에 대해서는 방지 시간을 더길게 하여야 한다. 이단계는 실제적으로 혼합물로부터 습기를 제거할 필요는 없기 때문에 실내온도에서 수행될 수 있다. 그러나 그 모세공이나 합탄 물질로부터 과량의 수분의 바람직한 이동은 상승된 온도로 이습윤 혼합물을 가열합으로서 가속될 수 있다.

결합제로서 석회 및 또는 산화 마그네슘이 사용될때 이것은 혼합물 내외에 존재하는 수분과 반응하여 수화물을 형성한다. 이 발열 수화반응은 함탄 미립자의 모세공으로 부터 수분의 이동을 가속시키는 경향이 있어서, 외부의 가열없이도 요구된 방치시간을 단축시킨다.

일반적인 가이드로서 습윤 혼합물의 방치 허용시간은 대략 대기압과 약 60-90℃의 온도에서 약 1-48시간이며, 바람직하게는 약 2-3시간이다. 더높은 온도와 압력을 사용할 수도 있으나 작동비용이 더 높아지기 때문에 덜 바람직하다. 석회나 산화 마그네슘이 결합제로서 사용될때, 발열 수화반응의 잇점을 얻을 수 있도록 습윤 혼합물을 밀폐된 열 절연 용기속에 두는 것이 바람직하다.

출발 혼합물에 강화 첨가제를 포함시켜서 강화된 접괴물의 강도를 더욱 증가시킬 수도 있다. 예컨대, 미분된 철광을 건조 고체의 총중량을 기준하여 약 50중량%에 까지 달하는 량으로 첨가하여 이 목적을 이룰수 있다. 함탄 미립자와 철광 미립자를 함유하는 집괴물은 특히 제강 공정용 연료로서 적절하다.

그다음 습윤 혼합물은 주형만들기, 단광법, 펠릿화, 압출등과 같은 공지의 집괴 기술에 의해서 소기의 목적에 사용하기 위한 크기 및 모양을 지닌 녹색의 집괴물로 형성된다. 블론(Balling)디스크나 드럼으로 펠릿화 시키는 것이 작동비용이 덜 들기 때문에 바람직하다. 녹색의 집괴물은 원통, 구, 계란형, 벼개모양등과 같은 비교적 밀집한 형태로 만들어지고 취급이나 수송시에 균열이나 파괴되기 쉬운 얇은 부분이나 날카로운 모서리는 사실상 없도록 하는 것이 바람직하다. 집괴물의 형태는 또한 그들을 함께 쌓아 놓았을때 빈틈없이 밀집되지못하게 조절함으로써 후속 열수강화 단계시에 그들사이의 가열된 습윤한 유체의 통과를 방해하지 않도록 한다. 구상 펠릿의 형태일 경우에는 녹색 집괴물의 직경이 일반적으로 약 5-50mm이며, 바람직하게는 약 10-25mm이다. 단광법을 이용할때는 집괴물은 벼개나 계란형이 바람직하며, 직경의 범위는 약 75mm에 까지 이른다. 필요하다면 더 큰 펠릿과 단광이 이용될 수도 있다.

알맞는 파쇄 내성 또는 압축강도를 지닌 강화된 집괴물을 얻기위해서는 녹색의 집괴물은 열수 강화단계전에 유리 수분함량이 약 5중량%이하, 바람직하기로는 약 3중량%이하가 되도록 건조되어야 한다. 이 건조작업은 녹색의 집괴물을 오븐속에 두거나 또는 그위로 뜨거운 가스를 불어대는 것과 같은 통상의 방법에 의하고 함탄물질의 분해온도까지의 건조온도를 사용하여 성취될 수 있다.

녹색 집괴물의 유리 수분 함량을 약 5중량%이하로 감소시키는데 드는 시간은 사용된 건조온도, 녹색 집괴물의 수분함량, 수분함량이 감소되는 수준, 녹색 집괴물의 크기 및 형상등에 의한다. 원한다면 녹색 집괴물을 사실상 완전히 마른 상태로 건조시킨 다음 필요한 만큼 수분함량을 올릴수 있도록 충분한 물을 분무한다.

녹색의 집괴물이 부분적으로 또는 완전히 건조된 후, 고압솔(atuoclave)과 같은 반응실 또는 압력용기로 보내져서 습기의 존재하에 상승된 온도로 가열됨으로써 개개의 입자들이 완전한 고강도 덩어리로 결합 강화된다. 이 열수강화 단계에서 생긴 강화된 집괴물의 압축강도는 온도, 시간 및 사용된 대기의 수분함유량에 어느정도 의존한다.

녹색의 집괴물에 열을 작용시키는 방법은 여러가지이다. 증기를 사용하는 것이 열수반응에 필요한 수분과 열을 동시에 공급할 수 있기 때문에 바람직하다. 충분히 포화된 증기의 포화증기를 이용할 수도 있다. 과열된 증기는 강도가 감소된 강화집괴물을 생성시킨다. 그러므로 포화된 증기의 것과 갈거나 비슷한 온도 및 압력에서의 증기가 바람직하다. 녹색의 집괴물을 적당한 시간동안에 필요한 만큼 강화시키는데 이용되는 만족스러운 온도 범위는 일반적으로 약 100-250℃이며, 바람직하기는 약 200-225℃이다.

강화시간을 줄이고 최종의 강화된 집괴물의 강도를 개선시키기 위해서 고압솔 압력은 대기압보다 사실상 높게 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 경제적인 조건은 최대압이 약 35기압을 초과해서는 안된다는 것이며, 약 10-25기압이 바람직하다.

집괴물이 반응실 또는 압력 용기속내에서 보유되는 시간은 반응실의 압력, 온도 및 분위기와 집괴물의 조성등의 여러가지 공정 변수에 의존한다. 어떤 경우에도 이 시간은 개개의 입자를 강화된 고강도 조건으로 결합강화시킬 만큼 충분하여야 한다. 높은 온도와 압력을 사용할때 열수 강화단계를 위한 시간은 일반적으로 약 5분-약 8시간이며, 약 30-60분이 바람직하다.

강화된 집괴물을 반응실에서 들어내어 냉각시켜 사용할 준비를 한다. 고온의 강화 집괴물을 보통 유리 수분을 약 1.5중량%까지 포함하며 대부분 용도에 적합한 압축강도 특성을 지닌다.

강화 집괴물을 냉각시키기전에 반응실에서 들어낸 즉시, 급히 건조시켜 유리수분을 사실상 모두 제거시키면 압축강도가 현저히 증가한다.

이 건조작업은 고온의 강화 집괴물을 오븐속에 둔다던가 또는 그위로 뜨거운 가스를 불어댄다든가 하는 어떤 통상의 방식으로도 행할 수 있다. 일반적으로 이 후속강화 건조단계에 이용되는 온도는 약 100-350℃이며, 약 150-250℃가 바람직하다.

다음의 실시예는 본 발명의 바람직하 구체예를 예시할 뿐이지 본 발명을 제한하는 것으로 받아들여서는 안된다.

[실시예]

본 발명에 따라-200메시 코우크스 미립자로 형성된 강화 집괴물의 파쇄내성 또는 압축강도를 산정하기 위해서 일련의 시험을 하였다. 이 시험에서 출발 혼합물에 사용된 CaO, SiO₂및 물의 양은 여러가지로 하였다. 혼합성분들을 팬(Pan) 혼합기에 넣고 약 2분간 함께 섞었다. 최종 혼합물을 밀폐용기에 넣고서 0℃로 2시간동안 저장하였다. 이 혼합물을 가지고 통상적인 볼링장치로 녹색의 구상 펠릿(약간은 직경이 3/4인치이고 그 밖에는 1-1/2인치였다)을 제조하였다. 이 녹색 펠릿을 온도가 약 110℃인 오븐속에서 약 60분간 건조시켜 수분함량이 약 1중량%가 되도록 하였다. 다음에 각 베줘(Batch)의 건조 펠릿을 끓는 물이 1.5리터 들어있는 5-리터 센코 멘젤(Cenco-Menzel) 고압솥속에 넣었다. 이 고압솥을 가열하고215℃의 온도 및 22기압으로 유지시켰다. 다른 보유시간후 각 배줘의 강화된 펠릿을 고압솥에서 꺼내어 온도가 약 110℃인 오븐속에 넣고 약 30분간동안 건조시켜 유리부분을 사실상 모두 제거하였다. 냉각후 딜론(Dillon)스프링 시험기로 펠릿의 압축강도를 측정하였다. 이시험의 결과를 요약하여 하기 표 1에 실었다.

역청탄 미립자와 탄화 역청탄을 가지고서 유사한 결과를 얻었다.

[표 1]

여러가지 양의 결합제 및 규산물질을 함유하는 펠릿의 압축강도

이들 결과에서 알수 있듯이 본 발명에 의하면 코우크스미립자를 가지고 비교적 낮은 압력과 온도 및 1시간이라는 짧은 유지시간으로 125파운드가 넘는 압축강도를 지닌 강화 펠릿을 생성할 수가 있다. 강화 집괴물내에 있는 적당량의 석회는 수많은 용도에 있어서 해가 없으며, 사실상 이립다. 예컨대 석회는 용광로 및 용선로 공정과 같은 제강 공정에서 융해제로서 사용된다. 또한 석회는 황함유 탄화 미립자 집괴물을 연료로 사용할때 황-흡수제로서 작용한다. 즉, 통상 굴뚝 가스에서 제거시켜야 하는 이산화황을 연소시에집괴물속의 석회로 부분적으로 제거시켜 재와함께 수집할 수가 있게 된다. 탄화코킹, 갈탄 및 목재에서 생긴 탄화 미립자는 본 발명의 방법으로 집괴하여 인조 코우크스나 또는 일반용으로 연기가 적은 연료로서 사용할 수 있다.

이상의 것으로부터 이 분야의 숙련기술자는 본 발명의 기본적인 특징을 쉽게 알수 있을 것이며, 또한 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 여러가지 용도와 조건에 적용할 수 있도록 변형시킬수 있다.

Claims (1)

1. 평균입자가 3메시 이하인 함탄 미립자를 주성분으로 하고 혼합물 속의 건조 고체의 중량을 기준으로 하여 약 1-15 중량 의 칼슘 및 마그네슘 및 그 혼합물을 산화물, 수산화물 및 탄산염으로 구성된 그룹으로 부터 선택된 결합제 및 이 결합제와 반응하여 규산염이나 수소화 규산염 결합물을 형성할 수 있는 SiO₂를 함유하는 약 0.25-10 중량%의 규산물질을 포함하는 습윤 혼합물을 제조하고, 함탄 미립자 모세공 내부의 유리수분의 상당량이 그 표면으로 이동할 수 있도록 충분한 시간동안 이 혼합물을 방지시켜, 이 습윤 혼합물을 개별적인 집괴물로 형성시키고, 이 집괴물을 유리수분 함량이 약 5중량 이하가 되도록 건조시킨 다음, 약 100-250℃의 온도에서 증기와 충분한 시간동안 접촉시켜 열수강화 시킴으로써 전체적으로 결합 강화된 덩어리를 형성시킴을 특징으로 하는 함탄미립자의 집괴 방법.