WO2012047066A2 - 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물 - Google Patents

연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물 Download PDF

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10L10/04—Use of additives to fuels or fires for particular purposes for minimising corrosion or incrustation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents

Definitions

  • the present invention relates to an ionic alkali metal additive composition having a function of promoting combustion and lowering the melting point, and more particularly, oxidation and combustion reactions such as coal and coke, which are fuels used as heat sources during combustion in various furnaces used for various purposes.
  • a liquid composition that promotes the high temperature in the furnace By adding a liquid composition that promotes the high temperature in the furnace, the combustion efficiency is improved by inducing the high temperature to be generated, thereby reducing the amount of fuel used as a heat source due to the combustion according to the high thermal efficiency, By lowering the melting point and increasing the efficiency of sintering, while suppressing or eliminating the formation of the Bird Nest formed around the blast furnace race-way, the combustion is further enhanced by the expansion of the combustion space and the productivity in the sintering and blast furnace processes.
  • Ionic Alkali Metal Additive Composition with Combustion Promotion and Melting Point Reduction Capability It's about water.
  • blast furnace operations are the production of pig iron from sintering and steelmaking processes from iron ore.
  • the blast furnace industry burns iron ore into a variety of blast furnaces such as reverberation furnaces, steel bed furnaces, fluidized bed furnaces, and furnaces of the Finex method, and then burns them by supplying coke as a heat source. It is applied to produce iron and remove oxygen in iron ore by inducing reducing action.
  • the coke which is a heat source
  • the coke is produced by charging coal in a separate coke oven and heating it at a high temperature (about 1,000 to 1,300 ° C.) for a long time to produce it, which is introduced into the blast furnace in a blast furnace operation and is composed of a compound of iron and oxygen. It is used to serve as a heat source for melting iron ore and at the same time as a reducing agent for separating iron from iron ore.
  • pulverized coal injection equipment PCI
  • the pulverized coal injection facility is designed to increase the combustion efficiency of the blast furnace by injecting the pulverized coal obtained by the crushing of low quality coal into the blast furnace in order to improve the output per unit volume of the blast furnace and reduce the fuel cost.
  • PCI pulverized coal injection facility
  • alkali metals promote combustion in a high temperature combustion state, but are difficult to manage at ordinary temperature without a special device.
  • Alkali oxides that provide oxygen are also unstable at room temperature and are difficult to exist in a liquid state. There was a problem that it is difficult to exert a proper combustion efficiency by using the non-ion state.
  • the present invention is to solve the above problems, by adding a composition consisting of an ionized liquid alkali metal compound to the fuel used as a heat source in the blast furnace to induce the generation of high temperature according to the acceleration of the oxidation reaction and combustion reaction
  • the purpose of the present invention is to provide an ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function capable of increasing combustion efficiency and thermal efficiency, and lowering the melting point of ash and ore to increase productivity in the sintering and blast furnace processes. .
  • limestone main component: calcium carbonate
  • the burning rate and the melting point are further enhanced, and the sintering property is further improved.
  • the ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function proposed by the present invention is added to a fuel used as a heat source during combustion in a blast furnace, and includes an alkali metal compound ionized in water in a liquid state.
  • the alkali metal compound may be formed of at least one alkali metal compound selected from the group consisting of potassium, sodium, and lithium, and the alkali metal compound may be formed to be used by mixing two or more selected from the alkali metal compounds.
  • the alkali metal compound of the composition is made such that the alkali metal ionized in the water dispersion state is present in the positive (+) state.
  • the alkali metal compound is formed of at least one alkali metal compound selected from the group consisting of a compound of hydroxide series, a compound of carbonic acid series, and an oxide compound.
  • composition may further comprise an amine-based surfactant which ionizes the alkali metal compound in water.
  • the composition is composed of 5 to 80 parts by weight of the alkali metal compound, preferably 20 to 35 parts by weight, and more preferably 10 to 25 parts by weight of the alkali metal compound, based on 100 parts by weight of water.
  • the ionized alkali metal as a composition added to the fuel forms a ionic state and is widely distributed in the mineral fuel as it is present in the liquid phase in the liquid. It promotes the oxidation reaction and the combustion reaction, which leads to the generation of high temperature, thereby obtaining the effect of improving the combustion efficiency and thermal efficiency.
  • the composition in which the alkali metal forms a liquid phase in the ionic state is added to the fuel and distributed in the fuel, the melting point of the ash and the ore is lowered, thereby improving the productivity of the blast furnace operation.
  • 1 is a graph showing the amount of coke used before and after addition and no addition in the additive composition according to the present invention.
  • Figure 2 is a graph showing the pig iron production before and after addition and no addition in the additive composition according to the present invention.
  • the present invention is to add to the fuel used as a heat source during combustion in the blast furnace, the ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function comprising an alkali metal compound ionized in water in a liquid state of the technical configuration It features.
  • the alkali metal compound is characterized by an ionic alkali metal additive composition having a promoting function and melting point lowering function consisting of at least one alkali metal compound selected from the group consisting of potassium, sodium, lithium.
  • the alkali metal compound is characterized by an ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function to form a mixture of two or more selected from the alkali metal compound to the technical configuration.
  • the alkali metal compound of the composition is characterized in that the ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function is made so that the alkali metal ionized in the water dispersion state in the positive (+) state.
  • the alkali metal compound describes an ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function formed of at least one alkali metal compound selected from the group consisting of a hydroxide compound, a carbonate compound, and an oxide compound. It is characterized by the configuration.
  • composition of the present invention is characterized by an ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function, which further comprises an amine-based surfactant which ionizes the alkali metal compound in water.
  • the composition is 5 to 80 parts by weight of the alkali metal compound, preferably 20 to 35 parts by weight of the alkali metal compound, more preferably 10 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of water.
  • an ionic alkali metal additive composition having a melting point lowering function.
  • the ionic alkali metal additive composition is characterized by the technical configuration.
  • the ionic alkali metal additive composition having combustion promoting and melting point lowering functions is used in addition to coal and coke, which is a fuel used as a heat source during combustion in a blast furnace, and is used in a liquid in a certain amount of water. It consists of a composition containing an alkali metal compound ionized with. Of course, other materials that can be ionized other than water, such as a surfactant may be used.
  • compositions to the fuel are such that the composition is sufficiently coated on the surface of the fuel. That is, the composition is added to the fuel by spraying the composition evenly toward the fuel or immersing the fuel in the composition.
  • the composition containing the ionized alkali metal compound has a larger surface area than the solid state and the non-ionic state. In addition, it has excellent combustion acceleration and melting point lowering functions.
  • Alkali metal constituting the alkali metal compound is a generic term for six elements of potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), rubidium (Rb), cesium (Cs), Francium (Fr), including similar properties. At room temperature, it reacts with water to generate hydrogen, producing a strong base hydroxide. More specifically, the alkali metal is a silvery white soft metal which loses its luster soon, and has a low specific gravity, a melting point and a boiling point, and has a flame reaction, and is directly active with many nonmetallic elements. In particular, it is a metal that is well combined with oxygen and reacts with hydrogen to form hydrides.
  • alkali metals have a characteristic of reacting with moisture (for example, carbon dioxide, etc.) in the air when they are left in the air as usual, it is preferable to store them in petroleum or paraffin during storage.
  • the alkali metal compound is composed of at least one alkali metal compound selected from the group consisting of potassium, sodium, and lithium among six alkali metal elements.
  • the alkali metal compound may be formed by applying one kind of alkali metal compound selected from potassium, sodium, and lithium, and may be formed to mix and use two or more kinds selected from alkali metal compounds of the alkali metal compound. .
  • the promotion of combustion by the ionic and catalytic properties synergistically has the effect of further improving the combustion promoting and melting point lowering function of the metal of the alkali metal compound It is preferable to mix and use a compound in 2 or more types.
  • the alkali metal compound of the composition is made such that the alkali metal ionized in the state of water dispersion is present in the positive (+) state. That is, since the alkali metal compound is ionized in the liquid state and is present in the liquid (water) in an ionic state such as K + , Na + , Li + , it is widely distributed in minerals such as fuel and ash, thereby promoting combustion and melting point reduction functions. Will be enhanced.
  • the alkali metal compound may include at least one alkali metal compound selected from the group consisting of a hydroxide compound, a calcium carbonate compound, and an oxide compound.
  • alumina oxide may be used for the combustion of iron ore of low quality containing a large amount of alumina oxide (Al 2 O 3 ) among iron ores. To prevent melting. That is, the alkali metal compound promotes the formation of calcium ferrite to increase the combustion efficiency in burning iron ore of low quality.
  • the hydroxide-based compound is composed of at least one selected from compounds consisting of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), the hydroxide-based compound is a hydroxide (OH) during combustion
  • KOH potassium hydroxide
  • NaOH sodium hydroxide
  • LiOH lithium hydroxide
  • the carbon conversion efficiency is increased to increase the combustion efficiency, and the melting point of the alumina oxide contained in the iron ore is easily removed to suppress the formation or suppress the formation of the fusion.
  • the compound of the carbonic acid series is potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium carbonate (NaCO 3 ), lithium carbonate (LiCO 3 ), potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ), sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), lithium carbonate (LiHCO 3
  • K 2 CO 3 potassium carbonate
  • NaCO 3 sodium carbonate
  • LiCO 3 lithium carbonate
  • KHCO 3 potassium hydrogen carbonate
  • NaHCO 3 sodium hydrogen carbonate
  • LiHCO 3 lithium carbonate
  • LiHCO 3 lithium carbonate
  • One or more types are selected and comprised from the compound which consists of).
  • the carbonic acid-based compound When composed of the carbonic acid-based compound, it generates carbon dioxide (CO 2 ) during combustion. More specifically, the carbon dioxide generated by the carbonic acid-based compound reacts actively with carbon while contacting the surface of the coke, which is a heat source, and increases the reduction of iron ore as a large amount of carbon monoxide is produced.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the compound of the oxide is potassium oxide (K 2 O), sodium oxide (Na 2 O), lithium oxide (Li 2 O), potassium peroxide (K 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), lithium peroxide ( Li 2 O 2 ), potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), lithium nitrate (LiNO 3 ) is selected by at least one selected from the compound, and the compound of the oxide generates oxygen during combustion By promoting the reaction with the carbon to generate a high temperature to improve the combustion efficiency and thermal efficiency.
  • the composition may further comprise an amine-based surfactant which ionizes the alkali metal compound in water.
  • an amine-based surfactant which ionizes the alkali metal compound in water.
  • the amine-based surfactant is formed of a highly viscous ethanolamine having a hydroxyl group and an amine group and preventing oxygen from being decomposed from the alkali metal compound.
  • the ethanolamine is hygroscopic and has the ability to absorb carbon dioxide, and the kind thereof includes monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), and the like. It is desirable to.
  • the triethanolamine serves as a dispersant to reduce the difference in specific gravity between the materials so that the alkali metal compound constituting the composition can be uniformly dispersed in water. That is, when the triethanolamine is mixed with an alkali metal compound having a high pH, the high temperature of the triethanol delays the decomposition of the composition even at a certain high temperature (about 200 ° C) due to combustion due to the high viscosity of the triethanol. When the temperature reaches about 250 ° C., oxygen radicals are rapidly generated to further increase the combustion promoting ability.
  • the surfactant may be formed of an amine-based triethanolamine which is excellent in dispersibility and stability while achieving nucleophilicity, and may be an ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) capable of inducing highly viscous substances and complexes. It is also possible to form.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • Minerals combusted using the fuel to which the composition is added are mainly iron ores, but may be applied to include all the minerals applied to the blast furnace industry, without particularly limiting the type of minerals.
  • the fuel to which the composition of the present invention is added is described as coal and coke, which is one of the solid fuels, but this does not specifically limit or limit the type of fuel, but it is a solid fuel (for example, coal and coke, biomass, etc.).
  • solid fuel for example, coal and coke, biomass, etc.
  • liquid fuels e.g. kerosene, diesel, coal tar, crude oil, liquefied petroleum, etc.
  • gaseous fuels e.g.
  • hydrocarbon-based fuels such as natural gas
  • the type of the furnace is combusted by applying the fuel to which the composition is added, the other of the steelmaking furnace (reverberatory furnace matte smelting), fluidized bed furnace, of the Finex method using a powdered fuel It can be applied to all kinds of furnaces.
  • the fuel to which the composition is added can be applied to various operations requiring combustion, including blast furnace operation such as sintering and steel making process, and can promote combustion, and especially when applied to pulverized coal injection equipment (PCI) during blast furnace operation. High combustion efficiency can be exhibited.
  • blast furnace operation such as sintering and steel making process
  • PCI pulverized coal injection equipment
  • the manufacturing method of the present invention is prepared to be uniformly dispersed because it is mixed in an content ratio of 5 to 80 parts by weight of the alkali metal compound with respect to 100 parts by weight of water. More specifically, the alkali metal compound is slowly added to and mixed with water, and one or more alkali metal compounds to be added among the alkali metal compounds are sequentially added in accordance with the content ratio to dissolve in water in an ionized state. It is prepared to form.
  • the mixture is dissolved in an amount ratio of 20 to 35 parts by weight of the alkali metal compound with respect to 100 parts by weight of water. Furthermore, it is most preferable that the composition is dissolved and ionized while mixing at a content ratio of 10 to 25 parts by weight of the alkali metal compound with respect to 100 parts by weight of water.
  • the amine-based surfactant is added after the addition of the alkali metal compound, preferably added in an amount capable of sufficiently exhibiting dispersibility and stability within a range that does not affect the physical property change of the alkali metal compound.
  • Method and process for producing the composition is not particularly limited, it is possible to manufacture through the production method and process according to the general mixing.
  • composition 1000: 10-22: 3-5.
  • water added with the composition to the fuel serves to increase the contact surface area with the fuel with respect to the composition, and when the addition ratio of the water is too large or too small or the addition ratio of the water is too small to reduce the effect of the combustion promotion do.
  • composition After the composition is added to the fuel, it is preferable to go through a drying process so as to dry by applying various drying methods for a sufficient time.
  • the additive 1 and the additive 1 which ionized potassium carbonate (alkali metal compound) at a rate of 30 kg per 100 kg of water in a blast furnace having a capacity of 500 tons / hour of pig iron having a pulverized coal injection plant (PCI)
  • the amount of Cokes used in Additive 1 decreased by 1.6% from 34.7% to 33.1% per ton of iron without addition, and Additive 2 decreased by 0.8% to 33.9%, and iron production decreased from 87.8% to 92.5, respectively. % (4.7% increase) and 90.1% (2.3% increase).
  • the iron ore used in this test was 58.0W% of iron, and the effect could be different depending on the quality of iron ore, coal, coke and operating conditions.
  • the amount of coke used was reduced to 34.7% and 33.9% using the unadded fuel and the additive 2 fuel, and 33.1% using the fuel of additive 1, respectively, and the production of pig iron was 87.8% ( Unadded) and 90.1% (additive 2) and increased to 92.5% with fuel from Additive 1.
  • the ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function configured as described above, as the composition to be added to the fuel ionized alkali metal is in an ionic state and present in the liquid phase in the liquid It is widely distributed in the fuel, which is a mineral, to promote the oxidation reaction and the combustion reaction, which induces the generation of high temperature, thereby making it possible to improve the combustion efficiency and the thermal efficiency.
  • composition in which the alkali metal forms a liquid phase in the ionic state is added to the fuel and distributed in the fuel, it is possible to increase the productivity of the blast furnace operation by lowering the melting point of the ash and the ore.
  • the combustion state before and after the addition of the ionic alkali metal additive composition having a combustion promoting and melting point lowering function according to the present invention was measured and measured, respectively.
  • the iron ore used in the following examples is iron content of 58.0W%
  • coal is China anthracite volatiles 16W%
  • ash 35W% is China anthracite volatiles 16W%
  • sulfur 1W% is the result and operating conditions of the blast furnace, etc. The effect can be different.
  • Sample 1 (130 kg including water) was prepared by dissolving 30 kg of potassium carbonate (alkali metal compound) in 100 kg of water at room temperature to prepare an ionic alkali metal additive composition having a function of promoting combustion and lowering the melting point.
  • sample 2 which is 30 kg of potassium carbonate in a solid state, samples 1,2 were prepared to have the same potassium molar ratio.
  • Samples 1 and 2 were prepared and prepared in the same conditions and methods as in Example 1, and the melting point (IDT) was tested by ASTM D 1857 method with coal, and the results are shown in Table 2 below.
  • Sample 1 which is added to the fuel using the ionic alkali metal additive composition having combustion promoting and melting point lowering functions of the present invention, has a melting start temperature as compared with no addition.
  • the melting point was 27.02 ° C.
  • the sample 2 in the solid state was 22.50 ° C. lower than the no addition in the solid state
  • the effect of the sample 1 ionized in the liquid state was 4.52 ° C. more than the sample 2 in the solid state. That is, it can be seen that the more effective in lowering the melting point when using the ionized composition of the present invention.
  • the forward speed of the flame is to measure the sintering rate due to the rise of the flame temperature. That is, the rate at which the flame complexed to the raw material surface charged into the blast furnace burned down was measured.
  • the recovery rate was measured by the melting point decrease of the sintered ore and the flame speed.
  • Drop strength and low temperature reduction differentiation strength are to measure the strength increase of sintered ore. That is, the drop strength is an index of cold strength indicating the degree of differentiation during transport from sintering to blast furnace charging, and the low temperature reduction differentiation strength is an index indicating degree of differentiation in the reduction process of the sintered ore charged in the blast furnace.
  • Reduction rate is for measuring porosity enhancement and breathability enhancement. That is, it measures by ferrous oxide (B) of a reduced sample.
  • RI (%) ((Wo-Wf) / WI (0.43A-0.112B)) ⁇ 100
  • the sintering process was tested by applying the additive composition of the present invention based on the above measurement evaluation criteria. Looking at the above experimental example in detail, after preparing a 40kg grade sintering port (Sinter Port) and then the components of 58% by weight of T.Fe, 1.2% by weight of SiO 2 , 2.97% by weight of Al 2 O 3 (more than 2.80) The iron ore powder was evenly mixed with 10% calcium carbonate and 3% powdered coke.
  • the ionized additive of the present invention is accelerated by the high temperature formation and the melting point drop by the acceleration of combustion to accelerate the flame advancement and the melting point of the ore is lowered, resulting in the improvement of the strength and productivity of the sintered ore.
  • This increases the sintering speed due to the increase in the amount of ore melts and the overall sinterability is enhanced by the formation of hard sintered ore.
  • the efficiency of the blast furnace is improved by ensuring the air permeability of the blast furnace.
  • Example 3 As shown in Table 3, ionized sample 1 increased 2.42 mm compared to no addition in case of FFF, while non-ionized sample 2 increased only 0.8 mm in case of strength (SI). 1 increased by 1.48%, while Sample 2 had a 0.04% drop, showing little effect. In reducibility (RI), sample 1 showed 1.98% and sample 2 showed 0.98%, showing a difference in reducible effect. In this case, it can be seen that Sample 1 was further improved by 2.38% (4.96-2.58) compared to Sample 2.

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Abstract

본 발명은 다양한 용도로 사용되는 각종 로에서 연소시 열원으로 사용되는 연료인 석탄 및 코크스 등에 산화반응 및 연소반응을 촉진하는 액상의 조성물을 첨가함으로써, 로 내에 고온이 발생하도록 유도하여 연소효율을 증진시킴에 따라 열효율을 높이고, 이처럼 높은 열효율에 따른 연소로 인해 열원인 연료의 사용량을 절감하며, 광석 및 회분의 융점을 저하시켜 소결의 효율성을 높이면서 고로 하부에 형성되는 융착물의 생성을 억제하거나 제거하므로 소결 및 고로 공정에서의 생산성을 증진시킬 수 있도록, 고로 내에서 연소시 열원으로 사용되는 연료에 첨가하는 것으로서, 물에 액체상태로 이온화한 알칼리금속화합물을 포함하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 제공한다.

Description

연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물
본 발명은 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 용도로 사용되는 각종 로에서 연소시 열원으로 사용되는 연료인 석탄 및 코크스 등에 산화반응 및 연소반응을 촉진하는 액상의 조성물을 첨가함으로써, 로 내에 고온이 발생하도록 유도하여 연소효율을 증진시킴에 따라 열효율을 높이고, 이처럼 높은 열효율에 따른 연소로 인해 열원인 연료의 사용량을 절감하며, 광석 및 회분의 융점을 저하시켜 소결의 효율성을 높이면서 고로 하부 Race-Way 주변에 형성되는 융착물(Bird Nest)의 생성을 억제하거나 제거함으로써 연소 공간의 확대 등으로 연소가 더욱 증진되고 소결 및 고로 공정에서의 생산성을 증진시킬 수 있는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 고로조업은 철광석으로부터 소결 및 제선 공정을 통해 선철을 생산하는 작업이다. 즉, 고로조업은 제철용 로인 반사 로,(Reverberatory Furnace Matte Smelting), 유동층 로, 파이넥스 공법의 로 등 각종 고로 내에 철광석을 투입한 후 열원인 코크스를 공급하면서 연소하므로 고온상태에서 일산화탄소 또는 탄소에 의한 환원작용이 일어나도록 유도하여 철광석 중의 산소를 제거하고 선철을 생산하는데 적용된다.
여기서, 열원인 코크스는 석탄을 별도의 코크스로에 장입한 후 고온(약 1,000~1,300℃)에서 장시간 동안 가열하여 구우므로 생산되는 것이며, 이는 고로조업에서 고로 내에 투입되어 철과 산소의 화합물로 이루어진 철광석을 녹이는 열원인 동시에 철분을 철광석에서 분리시키는 환원제로서의 역할을 수행하도록 사용하게 된다.
이러한, 고로조업에서 작업량을 확보하고자 보다 빠르게 연소하므로 생산성을 높이기 위해서는 그만큼 더욱 많은 양의 열원을 공급해야만 한다. 하지만, 열원인 연료 및 코크스의 과다한 사용은 고로의 한정된 공간을 더욱 좁혀 고로의 단위 선철 생산량을 감소시키고, 열원 중에 코크스는 상당히 고가여서 과다하게 사용하게 되면 원료비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 종래의 코크스의 역할을 부분적으로 대체적용한 방법으로서 코크스의 전체적인 사용량은 줄이고 직접환원율을 높일 수 있는 미분탄 취입설비(PCI)가 개발되어 사용하고 있다. 즉, 미분탄 취입설비는 고로의 단위 용적당 생산량의 향상 및 연료비 저감을 위해서 저질인 석탄의 파쇄로 얻어진 미분탄을 열풍과 함께 고로 내부에 취입하여 고로의 연소효율을 높이는데 착안한 것이다.
그러나, 미분탄 취입설비(PCI)는 열원인 화석연료(석탄 등)의 사용으로 연소시 고로의 하부 주변에 회분(ash)이 녹아 생성되는 융착물로 인해 고로의 열효율 및 선철 생산량이 줄어들기 때문에 정상적인 고로의 운전에 어려움이 있었다.
따라서, 소결 공정에서는 고온의 열원과 융점저하로 광석의 소결성을 높여 생산성을 높여야 하며, 고로 및 고로 취입설비(PCI)에 있어서는 고로하부에 고온 형성 및 회분의 융점 저하로 안정적인 조업 및 생산성이 요구되므로 고로 내에 연소효율성을 높이는데 있어서 물리적인 방법보다는 화학적인 방법이 바람직하고, 최근에는 화학적인 방법으로서 첨가제를 이용한 화학적인 반응을 통하여 고로조업의 효율성을 높이도록 하는 첨가제 조성물이 대두되고 있다.
이와 관련하여, 고로의 효율을 높이기 위한 것으로서, 미분탄 취입설비에서 사용하는 연료에 연소촉진촉매 및 산소화합물을 첨가하여 사용하므로 고로의 연소효율 및 열효율을 높이는 기술(대한민국공개특허 제10-2002-0075758호)이 개발되었고, 최근에는 연소촉진촉매로 알칼리금속과 산소를 가진 화합물을 혼합사용하는 알칼리금속촉매를 적용하여 사용함에 따라 연소반응의 촉진 및 융점이 저하되어 고로의 안정적인 운전을 유도하고, 높은 생산성을 발휘하게 되었다.
그러나, 종래의 첨가제로서 알칼리금속은 고온인 연소상태에서는 연소를 촉진하나 평상시 상온에서는 특별한 장치 없이 관리하기가 어려우며, 산소를 제공하는 알칼리산화물도 상온에서 불안정하여 액체상태로 존재하기가 어려워 고체상태 및 이온이 아닌 상태로 사용하여 제대로 된 연소효율을 발휘하기가 어려운 문제점이 있었다.
이에, 안정성이 뛰어나면서도 이온성이 강한 액체상태의 첨가제 조성물이 절실히 요구되고 있는 실정이므로 이온화된 알카리 금속을 활용할 경우 연소속도 증진 및 고온의 형성 그리고 광석 및 회분의 융점저하로 소결광에서는 다량의 소결광을 만들어 내고, 고로 및 취업설비에 있어서는 고로 하부에 고온 형성 및 융착물의 생성을 억제할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고로에 열원으로 사용되는 연료에 이온화된 액체상태의 알칼리금속화합물로 이루어진 조성물을 첨가함에 따라 산화반응 및 연소반응의 촉진에 따른 고온의 발생을 유도하여 연소효율 및 열효율을 높이고, 더불어 회분 및 광석의 융점을 저하시켜 소결 및 고로 공정에서의 생산성을 증진시킬 수 있는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
뿐만 아니라, 고로의 열원인 연료(석탄 및 코크스)의 양을 적게 사용하여도 높은 연소효율 및 열효율이 발휘됨에 따라 고가인 코크스와 함께 연료의 사용량을 절감하여 작업시 소요되는 원료비용을 최소화하고, 고로를 적은 양의 코크스로 운전함과 동시에 고로 내에 융착물이 생성됨을 억제하여 선철의 용출이 원활하게 이루어지므로 생산성을 극대화할 수 있는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 제공하기 위한 것이다.
특히, 소결공정에 있어서 현재 용융제로 라임스톤(주성분 : 탄산칼슘)을 사용하고 있으나, 본 발명의 첨가제와 함께 사용함으로써 더욱 연소속도 및 융점의 하락이 증진되어 소결성이 더욱 증진된다.
본 발명이 제안하는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물은 고로 내에서 연소시 열원으로 사용되는 연료에 첨가하는 것으로서, 물에 액체상태로 이온화한 알칼리금속화합물을 포함하여 이루어진다.
상기 알칼리금속화합물은 칼륨, 나트륨, 리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물로 이루어지고, 상기 알칼리금속화합물은 상기 알칼리금속화합물 중에 선택된 2종 이상을 혼합하여 사용하도록 형성하는 것이 가능하다.
상기 조성물의 알칼리금속화합물은 수분산 상태로 이온화된 알칼리금속이 양(+)이온 상태로 존재하도록 이루어진다.
상기 알칼리금속화합물은 수산화물계열의 화합물, 탄산계열의 화합물, 산화물의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물로 형성된다.
또한, 상기 조성물에는 물에 상기 알칼리금속화합물을 이온화시키는 아민계열 계면활성제를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 조성물은 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 5~80중량부, 바람직하게는 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 20~35 중량부, 더욱 바람직하게는 10~25중량부로 이루어진다.
상기 조성물의 첨가비율은 연료:물:조성물=1000:2~100:1~10의 중량비, 바람직하게는 1000:10~22:3~5이다.
본 발명에 따른 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물에 의하면, 연료에 첨가되는 조성물로서 이온화된 알칼리금속이 이온상태를 이루며 액체 속에 액상으로 존재함에 따라 광물질인 연료에 넓게 분포되어 산화반응 및 연소반응의 촉진시키고, 이는 고온의 발생을 유도하므로 연소효율 및 열효율을 증진시킬 수 있는 효과를 얻는다.
뿐만 아니라, 알칼리금속이 이온상태로 액상을 이루는 조성물이 연료에 첨가되어 연료에 분포되므로 회분 및 광석의 융점을 저하시켜 고로조업의 생산성을 증진시키는 효과가 있다.
또한, 연료를 적게 사용하여도 높은 연소효율 및 열효율이 발휘됨으로써, 상대적으로 고가인 코크스 및 전반적인 연료의 사용량을 절감하여 원료비용을 최소화하고, 연료의 양을 줄이면서 알칼리금속에 따른 화학반응의 영향으로 고로 내에 융착물이 생성되는 것을 억제함에 따라 선철의 용출이 원활하게 이루어져 생산성을 극대화할 수 있는 효과가 있으며 연료의 종류와 운전 조건에 따라 효과가 달리 나올 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 첨가제 조성물에 있어서 첨가 전/후 및 미첨가의 코크스 사용량을 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 첨가제 조성물에 있어서 첨가 전/후 및 미첨가의 선철 생산량을 나타내는 그래프.
본 발명은 고로 내에서 연소시 열원으로 사용되는 연료에 첨가하는 것으로서, 물에 액체상태로 이온화한 알칼리금속화합물을 포함하여 이루어지는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 알칼리금속화합물은 칼륨, 나트륨, 리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물로 이루어지는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 알칼리금속화합물은 상기 알칼리금속화합물 중에 선택된 2종 이상을 혼합하여 사용하도록 형성하는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물의 알칼리금속화합물은 수분산 상태로 이온화된 알칼리금속이 양(+)이온 상태로 존재하도록 이루어지는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 알칼리금속화합물은 수산화물계열의 화합물, 탄산계열의 화합물, 산화물의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물로 형성되는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 조성물에는 물에 상기 알칼리금속화합물을 이온화시키는 아민계열 계면활성제를 더 포함하여 이루어지는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 5~80중량부, 바람직하게는 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 20~35 중량부, 더욱 바람직하게는 10~25중량부로 이루어지는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물의 첨가비율은 연료:물:조성물=1000:2~100:1~10의 중량비, 바람직하게는 1000:10~22:3~5의 중량비로 이루어지는 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 기술구성의 특징으로 한다.
다음으로 본 발명에 따른 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예는 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물은, 고로 내에서 연소시 열원으로 사용되는 연료인 석탄 및 코크스에 첨가하여 사용하는 것으로서, 일정한 양의 물에 액체상태로 이온화한 알칼리금속화합물을 포함하는 조성물로 이루어진다. 물론 물이외의 이온화 시킬 수 있는 다른 물질인 계면활성제 등을 사용할 수도 있다.
상기 조성물을 연료에 첨가함에는, 연료의 표면에 상기 조성물이 충분히 입혀지도록 형성된다. 즉, 연료를 향해 조성물을 고르게 분무하거나 연료를 조성물이 담긴 곳에 담그는 방법 등을 사용하여 연료에 조성물을 첨가하게 되는데, 상기 이온화한 알칼리금속화합물을 포함하는 조성물은 고체 상태 및 비 이온상태 보다도 넓은 표면적을 가질 뿐만 아니라 연소 촉진 및 융점 강하 기능이 뛰어나다.
상기 알칼리금속화합물을 이루는 알칼리금속이란 비슷한 성질을 갖는 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li)을 비롯하여 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)의 6원소를 총칭하는 것이고, 상온에서는 물과 반응하여 수소를 발생시키며 강한 염기인 수산화물을 생성하게 된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 알칼리금속은 은백색의 무른 금속으로 공기 중에서는 곧 광택을 잃어버리며, 비중과 녹는점 및 끓는점 등이 낮은 것을 특징으로 하고, 불꽃반응을 나타내면서 많은 비금속원소들과 활발하게 직접 작용하는데, 특히 산소 등과 잘 화합하며 수소와 반응하여 수소화물을 만드는 특징이 있는 금속이다.
또한, 알칼리금속은 평소 공기 중에 그대로 방치할 경우, 공기 중에서 습기(예를 들면, 이산화탄소 등)와 반응하는 특성이 있기 때문에, 보관시에는 석유나 파라핀 속에 넣어 저장하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리금속화합물은 알칼리금속 6원소 중에서 칼륨, 나트륨, 리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물로 이루어진다.
상기 알칼리금속화합물은 칼륨, 나트륨, 리튬 중에서 선택된 1종의 알칼리금속화합물을 적용하여 형성하는 것도 가능하고, 상기 알칼리금속화합물의 알칼리금속화합물 중에 선택된 2종 이상을 혼합하여 사용하도록 형성하는 것도 가능하다.
상기 조성물은 상기 알칼리금속화합물의 금속화합물을 2종 이상으로 혼합했을 때, 이온성 및 촉매성에 의한 연소촉진이 상승작용하여 연소촉진 및 융점저하 기능을 더욱 증진시키는 효과가 있으므로 상기 알칼리금속화합물의 금속화합물을 2종 이상으로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리금속화합물의 금속화합물을 2종 이상으로 혼합하는 경우에 상기 금속화합물의 알칼리금속인 칼륨, 나트륨, 리튬 중에서 2종 이상을 선택하여 혼합사용하는 것도 가능하고, 상기 금속화합물의 알칼리금속(칼륨, 나트륨, 리튬) 1종 이상과 그외의 알칼리금속인 루비듐, 세슘, 프랑슘 중에서 1종 이상을 선택하여 혼합 사용하는 것도 가능하다.
상기 조성물의 알칼리금속화합물은 수분산 상태로 이온화된 알칼리금속이 양(+)이온 상태로 존재하도록 이루어진다. 즉, 상기 알칼리금속화합물은 액체상태에서 이온화되어 K+, Na+, Li+와 같은 이온상태로 액체(물) 속에 존재함에 따라 연료 및 회분 등의 광물질에 넓게 분포되므로 연소촉진 및 융점저하 기능을 증진시키게 된다.
또한, 상기 알칼리금속화합물은 수산화물계열의 화합물, 탄산칼슘계열의 화합물, 산화물계열의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물을 포함하여 이루어진다.
상기 알칼리금속화합물이 수산화물계열의 화합물이나 탄산칼슘계열의 화합물 및 산화물계열의 화합물로 구성하게 되면, 철광석 중에서도 알루미나산화물(Al2O3)이 다량으로 포함된 저품질을 이루는 철광석의 연소시 알루미나산화물로 인해 용융작용을 방해하는 것을 방지한다. 즉, 상기 알칼리금속화합물은 저품질의 철광석을 연소하는데 있어서, 칼슘페라이트(calcium ferrite)의 형성을 촉진시켜 연소효율을 높이게 된다.
상기 수산화물계열의 화합물은 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화리튬(LiOH)으로 이루어지는 화합물에서 1종 이상을 선택하여 구성하게 되며, 상기 수산화물계열의 화합물은 연소시 수산화물(OH)이 분해되면서 탄소전환효율을 증가시켜 연소효율을 높이고, 철광석에 함유된 알루미나산화물의 녹는점을 낮춰 연소시 생성되는 융착물을 쉽게 제거하거나 생성을 억제하여 준다.
상기 탄산계열의 화합물은 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(NaCO3), 탄산리튬(LiCO3), 탄산수소칼륨(KHCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산수소리튬(LiHCO3)으로 이루어지는 화합물 중에서 1종 이상을 선택하여 구성하게 된다.
상기 탄산계열의 화합물로 구성하게 되면, 연소시 이산화탄소(CO2)를 발생시킨다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 탄산계열의 화합물에 의해 발생하는 이산화탄소는 열원인 코크스의 표면에 접촉하면서 탄소와 활발하게 반응하며, 다량의 일산화탄소가 생성됨에 따라 철광석의 환원을 증가시켜 준다.
상기 산화물의 화합물은 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 산화리튬(Li2O), 과산화칼륨(K2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 과산화리튬(Li2O2), 질산칼륨(KNO3), 질산나트륨(NaNO3), 질산리튬(LiNO3)으로 이루어지는 화합물에서 1종 이상을 선택하여 구성하게 되고, 상기 산화물의 화합물은 연소시 산소를 발생시켜 탄소와의 반응을 촉진하므로 고온을 발생시켜 연소효율과 열효율을 증진시키게 된다.
또한, 상기 조성물에는 물에 상기 알칼리금속화합물을 이온화시키는 아민계열 계면활성제를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 아민계열 계면활성제는 상기 알칼리금속화합물로부터 산소가 분해되는 것을 방지하고 수산기 및 아민기를 가지면서 점성이 강한 에탄올아민으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 에탄올아민은 흡습성이 있으며 이산화탄소를 흡수하는 능력이 있고, 그 종류로는 모노에탄올아민(MEA), 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA) 등이 있으며, 상기 에탄올아민 중에서 트리에탄올아민으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 트리에탄올아민은 상기 조성물을 이루는 알칼리금속화합물이 물에 균일하게 분산될 수 있도록 물질 간에 비중의 차이를 줄여주는 분산제의 역할을 수행한다. 즉, 상기 트리에탄올아민은 pH가 높은 알칼리금속화합물과 혼재되어 있을 경우, 트리에탄올의 높은 점성으로 인해 상온은 물론 연소에 의한 어느 정도의 높은 온도(약 200℃)에서도 상기 조성물의 분해를 지연시키면서 높은 온도(약 250℃)가 되면 산소 라디칼을 급격히 발생시켜 연소촉진 능력을 더욱 높일 수 있게 된다.
상기와 같이, 계면활성제는 분산성 및 안정성이 우수하면서 친핵성을 이루는 아민계열의 트리에탄올아민으로 형성하는 것도 가능하고, 점성이 강한 물질 및 착물 형성을 유도할 수 있는 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA)으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 조성물이 첨가된 연료를 사용하여 연소하는 광물은 주로 철광석이나, 특별히 광물의 종류를 제한하는 것은 아니고 고로조업에 적용되는 모든 광물을 포함하여 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물이 첨가되는 연료는 고체연료 중에 하나인 석탄 및 코크스로 설명하고 있으나, 이는 연료의 종류를 특별히 한정하거나 제한하는 것은 아니고 고체연료(예를 들면, 석탄 및 코크스, 바이오매스 등), 액체연료(예를 들면, 등유, 경유, 콜타르, 크루드오일, 액화석유 등), 기체연료(예를 들면, 천연가스 등의 탄화수소계열 연료) 등의 연소에 적용되는 모든 연료를 포함하여 적용할 수 있다. 더불어, 상기 조성물을 첨가한 연료를 적용하여 연소가 이뤄지는 로의 종류를 고로에 한정하는 것은 아니며, 다른 제철용 로인 반사로(reverberatory furnace matte smelting), 유동층 로, 가루형태의 연료를 사용하는 파이넥스 공법의 로 등 각종 모든 로에 적용함이 가능하다.
또, 상기 조성물이 첨가된 연료는 소결 및 제선공정 등의 고로조업을 비롯하여 연소를 요하는 다양한 작업에 적용되어 연소를 촉진하는 것이 가능하고, 특히 고로조업중 미분탄 취입설비(PCI)에 적용할 경우 높은 연소효율을 나타낼 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법을 살펴보면, 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 5~80중량부의 함량비율로 혼합하므로 균일하게 분산되도록 제조한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 물에 알칼리금속화합물을 서서히 첨가하여 혼합시키는데, 알칼리금속화합물 중 첨가할 1종 이상의 알칼리금속화합물을 함량비에 맞춰 순차적으로 첨가하여 물에 수분산 상태로 용해시키므로 이온화 상태를 형성토록 제조한다.
바람직하게는, 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 20~35중량부의 함량비로 혼합 용해시켜 제조한다. 더 나아가, 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 10~25중량부의 함량비로 혼합하면서 용해하여 이온화되도록 조성하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 아민계열 계면활성제는 알칼리금속화합물을 첨가한 후 첨가하는데, 상기 알칼리금속화합물의 물성변화에 영향을 주지 않는 범위 내에서 분산성 및 안정성을 충분히 발휘할 수 있는 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 조성물을 제조하는 방법 및 과정은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일반적인 혼합에 따른 제조방법 및 과정을 거쳐 제조하는 것이 가능하다.
상기와 같은 제조방법에 따라 만들어진 상기 조성물은 연소의 열원인 연료에 첨가하여 사용하는데, 연료에 상기 조성물을 첨가하는 첨가비율은 연료:물:조성물=1000:2~100:1~10의 중량비로 이루어진다.
상기 조성물이 연료에 첨가되는 비율은 연료:물:조성물=1000:10~22:3~5의 중량비로 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 연료에 조성물과 함께 첨가되는 물은 조성물에 대해 연료와의 접촉표면적을 높이는 역할을 하는 것이고, 물의 첨가비율이 너무 많아 과다한 경우나 물의 첨가비율이 너무 적을 경우에는 연소촉진의 효과가 감소하게 된다.
상기 조성물을 연료에 첨가한 후에는 충분한 시간 동안을 다양한 건조방법을 적용하여 건조하도록 건조공정을 거치는 것이 바람직하다.
이어, 본 발명의 조성물을 첨가한 연료를 사용하여 연소한 경우와 그렇지 않은 연료를 사용하여 연소한 경우의 코크스 사용량 및 선철 생산량을 각각 실험한 결과 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조성물을 적용했을 때에 코크스의 사용량이 절감되었으며, 선철 생산량이 증가하는 효과를 나타냈다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 미분탄 취입설비(PCI)를 가지는 선철 생산량 500ton/1시간의 용량의 고로에 물 100㎏당 탄산칼륨(알칼리금속화합물)을 30㎏의 비율로 이온화한 첨가물 1과 첨가물 1에서 사용한 원소인 칼륨의 몰비가 동일한 고체상태의 탄산칼륨 적용한 첨가물 2를 연료:물:첨가물=1000:10:3의 중량비로 첨가한 후, 미첨가한 연료와 함께 각각 실험하여 코크스의 사용량 및 선철 생산량을 측정하였다.
그 결과, 첨가물 1을 사용한 경우의 Cokes의 사용량은 무첨가시 선철 1ton당 34.7%에서 33.1%로 1.6% 감소하였으며, 첨가물 2는 33.9%로 0.8% 감소하였고, 선철생산량은 무첨가시 87.8%에서 각각 92.5%(4.7%증가)와 90.1%(2.3% 증가)하였다. 본 시험에 사용한 철광석은 철함유량 58.0W%이었으며 철광석, 석탄, 코크스의 질 그리고 운전 조건 등 에 따라 효과는 다르게 나타날 수 있다.
즉, 미첨가한 연료를 사용하였을 때와 첨가물 2 연료를 사용하였을 때는 각각 34.7% 및 33.9%이고 첨가물 1의 연료를 사용하였을 때는 33.1%로 코크스의 사용량이 감소하였으며, 선철 생산량은 각각 87.8%(미첨가)와 90.1%(첨가물 2)이고 첨가물 1의 연료를 사용한 경우는 92.5%로 증가하였다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물에 의하면, 연료에 첨가되는 조성물로서 이온화된 알칼리금속이 이온상태를 이루며 액체 속에 액상으로 존재함에 따라 광물질인 연료에 넓게 분포되어 산화반응 및 연소반응의 촉진시키고, 이는 고온의 발생을 유도하므로 연소효율 및 열효율을 증진시키는 것이 가능하다.
뿐만 아니라, 알칼리금속이 이온상태로 액상을 이루는 조성물이 연료에 첨가되어 연료에 분포되므로 회분 및 광석의 융점을 저하시켜 고로조업의 생산성을 증진시키는 것이 가능하다.
또한, 연료를 적게 사용하여도 높은 연소효율 및 열효율이 발휘됨으로써, 상대적으로 고가인 코크스 및 전반적인 연료의 사용량을 절감하여 원료비용을 최소화하고, 연료의 양을 줄이면서 알칼리금속에 따른 화학반응의 영향으로 고로 내에 융착물이 생성되는 것을 억제함에 따라 선철의 용출이 원활하게 이루어져 생산성을 극대화하는 것이 가능하다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 첨가하지 전과 첨가한 후의 연소상태를 각각 실험하여 측정하였다. 그러나 이하 실시예에서 사용하는 철광석은 철함유량 58.0W%이며, 석탄은 중국산 무연탄 휘발분 16W%, 회분 35W%, 유황 1W%로서, 철광석과 석탄 및 코크스의 질과 함께 고로의 운전조건 등에 따라 결과 및 효과는 다르게 나타날 수 있다.
실시예 1: 연소성 실험
연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 제조하기 위해 상온에서 물 100㎏에 탄산칼륨(알칼리금속화합물) 30㎏을 용해시킨 샘플 1(물 포함 130㎏)을 제조하였고, 용해시키지 않은 고체상태의 탄산칼륨 30㎏인 샘플 2로서, 샘플 1,2 모두 칼륨 몰비가 동일하도록 준비하였다.
이어, 상기에서 준비한 샘플 1,2를 각각 연료:물:샘플=1000:20:3의 중량비로 첨가하여 건조시킨 다음 6시간 이상을 수분제거한 후, 연료시료(약 20㎎)를 30℃에서부터 800℃까지 연소시키면서 열중량 분석기를 이용하여 연소의 특성인 연소시작온도, 연소종료온도, 최대연소온도 및 연소최고속도를 단계별로 측정하였고, 첨가하지 않은 연료도 비교예(무첨가)로서 동일한 방법으로 비교측정하여 분석평가하였다. 그 평가결과는 하기 표 1에 나타내었다.
표 1 연소성 실험
구분 무첨가 첨가
샘플 1 차이 샘플 2 차이
연소시작온도(℃) 255.4 223.05 -32.35 239.58 -15.82
연소종료온도(℃) 504.75 516.34 11.59 517.89 13.14
최대연소온도(℃) 401.21 419.78 18.57 405.34 4.13
최대연소속도(%/min) 7.215 7.398 0.183 7.087 -0.128
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 사용하여 연료에 첨가한 경우(샘플 1)에는 첨가하지 않은 경우(무첨가)에 비해 연소시작온도는 32.35℃ 낮아졌지만, 고체상태인 샘플 2의 경우에는 무첨가에 비해 연소속도온도가 15.82℃ 낮아짐에 따라 고체상태의 샘플 2 보다 액체상태로 이온화된 샘플 1의 효과가 16.53℃ 더 크게 나타났으므로 이온화된 본 발명의 조성물을 사용하는 경우 연소촉진 및 연소효율이 뚜렷하게 증진되었음을 알 수 있다.
실시예 2: 융점 실험
실시예 1에서와 같이 동일한 조건 및 방법으로 샘플 1과 샘플 2를 각각 제조하여 준비하고 석탄으로 ASTM D 1857 방법에 의해서 회융점(IDT)을 테스트한 결과, 하기 표 2에 나타내었다.
표 2 회융점(IDT) 실험
구분 무첨가 첨가
샘플 1 차이 샘플 2 차이
회융점(IDT) 1350.45 1323.43 -27.20 1327.95 -22.5
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연소촉진 및 융점저하 기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물을 사용하여 연료에 첨가한 경우인 샘플 1은 첨가하지 않은 경우인 무첨가에 비해 융해시작 온도인 회융점이 27.02℃ 낮아졌으며, 고체상태인 샘플 2는 첨가하지 않은 경우인 무첨가에 비해 22.50℃가 낮아져 고체상태인 샘플 2에 비해 액체상태로 이온화된 샘플 1의 효과가 4.52℃ 더 크게 나타났다. 즉, 이온화된 본 발명의 조성물을 사용하는 경우 융점 강하하는데 더욱 효과적임을 알 수 있다.
실시예 3 : 소결성 실험
[측정평가기준]
① 화염의 전진속도(FFS:Flame Front Speed)
화염의 전진속도는 화염온도의 상승에 의한 소결속도를 측정하기 위한 것이다. 즉, 고로 내로 장입된 원료표면에 착화된 화염이 하부로 타들어가는 속도를 측정하였다.
- FFS(mm/min)=(Pallet층후×Pallet속도)/(유효화상길이)
② 회수율(YI)
회수율은 소결광의 융점저하와 화염의 전진속도에 의한 생산성을 측정하였다.
- YI(%)=((덤블링(30회전)+5mm중량(kg))/표층부소결광전체중량)×100
③ 낙하강도(SI), 저온환원분화강도(RDI)
낙하강도와 저온환원분화강도는 소결광의 강도증진을 측정하기 위한 것이다. 즉, 낙하강도는 소결에서부터 고로 장입시까지 수송과정 중 분화정도를 나타내는 냉간강도의 지수이고, 저온환원분화강도는 고로 내에 장입된 소결광이 환원과정에서의 분화정도를 나타내는 지수이다.
- SI(%)=(시험후+10mm중량)/(시험전+10mm중량)×100
- RDI(%)=(시험후-3mm중량)/(시험전중량)×100
④ 환원율(RI)
환원율은 다공성 증진 및 통기성 증진을 측정하기 위한 것이다. 즉, 환원개 시료의 산화제1철(B)에 의하여 측정한다.
- RI(%)=((Wo-Wf)/WI(0.43A-0.112B))×100
상기의 측정평가기준을 토대로 본 발명의 첨가제 조성물을 적용하여 소결 공정을 실험하였다. 상기와 같은 실험 예를 구체적으로 살펴보면, 40kg급 소결포트(Sinter Port)를 준비한 다음 T.Fe 58중량%, SiO2 1.2중량%, Al2O3 2.97(2.80보다 많음)중량%의 성분을 가진 철광석 분말에 탄산칼슘 10%, 분말 코크스 3%을 고르게 혼합한 성품을 만들었다
다음, 성품:물:첨가물=500:10:3의 비율로 Sample 1(본 발명의 이온화 조성물) 및 Sample 1(비이온화)을 만들어 대기압조건에서 코크스를 열원으로 하여 최고 1300℃까지 가열하여 소결 공정을 실험하였다.
표 3 소결 POT 실험
구분 무첨가 첨가
샘플 1 차이 샘플 2 차이
FFS(mm/min) 16.45 18.87 2.42 17.25 0.8
YI(%) 78.87 83.83 4.96 81.45 2.58
SI(%) 87.14 88.62 1.48 87.1 -0.04
RDI(%) 50.67 50.2 -0.47 50.87 0.2
RI(%) 76.35 78.33 1.98 77.3 0.95
입도분포(5mm이상) 66.42 67.98 1.56 66.58 0.16
본 발명의 이온화된 첨가제는 연소촉진에 의한 고온형성과 융점강하의 증진으로 인해 화염의 전진속도가 빨라지고 광석의 융점이 강하되어 소결광의 강도 및 생산성의 증진을 가져온다. 이는 광석의 융해물이 많아져 소결속도 빨라지고 단단한 소결광의 형성으로 전체 소결성이 증진되는 것이다. 이 같은 강도가 강한 소결광이 고로에 투입될 경우 고로의 통기성의 확보로 고로의 효율이 증진된다.
실시예 3 표에서와 같이 화염전진속도(FFS)의 경우 무첨가에 비해 이온화시킨 샘플 1은 2.42㎜가 증진된 반면에 비이온화된 샘플 2는 0.8㎜만 증가하였으며, 강도(SI)의 경우는 샘플 1은 1.48% 증진된 반면에 샘플 2는 0.04% 저하되어 거의 효과가 없었고, 환원성(RI)에 있어서는 샘플 1은 1.98%이고 샘플 2는 0.98%로서 환원성 효과에 차이를 보였고, 생산성(YI)에 있어서 샘플 1이 샘플 2에 비해 2.38%(4.96-2.58)가 더 증진되었음을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 고로 내에서 연소시 열원으로 사용되는 연료에 첨가하는 것으로서, 물에 액체상태로 이온화한 알칼리금속화합물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리금속화합물은, 칼륨, 나트륨, 리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 알칼리금속화합물은, 상기 알칼리금속화합물 중에 선택된 2종 이상을 혼합하여 사용하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물의 알칼리금속화합물은, 수분산 상태로 이온화된 알칼리금속이 양(+)이온 상태로 존재하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 알칼리금속화합물은, 수산화물계열의 화합물, 탄산계열의 화합물, 산화물의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물인 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 수산화물계열의 화합물은 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화리튬(LiOH)으로 이루어지는 화합물에서 1종 이상을 선택되고, 상기 탄산계열의 화합물은 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(NaCO3), 탄산리튬(LiCO3), 탄산수소칼륨(KHCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산수소리튬(LiHCO3)으로 이루어지는 화합물 중에서 1종 이상을 선택되며, 상기 산화물의 화합물은 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 산화리튬(Li2O), 과산화칼륨(K2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 과산화리튬(Li2O2), 질산칼륨(KNO3), 질산나트륨(NaNO3), 질산리튬(LiNO3)으로 이루어지는 화합물에서 1종 이상을 선택되는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은 상기 알칼리금속화합물을 이온화시키는 아민계열 계면활성제를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 아민계열 계면활성제는 트리에탄올아민(TEA)인 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은, 물 100중량부에 대하여 알칼리금속화합물 5~80중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물의 첨가비율은 연료:물:조성물=1000:2~100:1~10의 중량비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연소촉진 및 융점저하기능을 갖는 이온성 알칼리금속 첨가제 조성물.
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