WO2014104631A1 - 성형탄 제조 방법 및 성형탄 제조 장치 - Google Patents

성형탄 제조 방법 및 성형탄 제조 장치 Download PDF

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WO2014104631A1
WO2014104631A1 PCT/KR2013/011666 KR2013011666W WO2014104631A1 WO 2014104631 A1 WO2014104631 A1 WO 2014104631A1 KR 2013011666 W KR2013011666 W KR 2013011666W WO 2014104631 A1 WO2014104631 A1 WO 2014104631A1
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coal
coal briquettes
briquettes
binder
storage tank
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PCT/KR2013/011666
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허남환
최재훈
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주식회사 포스코
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    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C21B13/143—Injection of partially reduced ore into a molten bath

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing coal briquettes and an apparatus for producing coal briquettes. More specifically, the present invention relates to a method for producing coal briquettes and an apparatus for producing coal briquettes, which can implement excellent hot strength by using an abyss.
  • an iron oreol reduction furnace and a melt gasification furnace for melting the reduced iron ore are used.
  • a melt gasifier coal briquettes are charged into a melt gasifier as a heat source for melting iron ore.
  • the reduced iron is melted in the molten gasifier, converted to molten iron and slag and then discharged to the outside.
  • the coal briquettes charged into the melt gasifier form a coal seam layer.
  • Oxygen is blown through the tuyere installed in the melt gasifier and then burns the coal bed impulse to produce combustion gas.
  • the combustion gas is converted into a high temperature reducing gas while rising through the coal seam bed.
  • the high temperature reducing gas is discharged to the outside of the melt gasification furnace and supplied to the reduction furnace as reducing gas.
  • molten gasification furnace in the molten iron manufacturing apparatus comprising a molten gasification furnace in which reduced iron is charged, and iii) a reducing furnace connected to the molten gasification furnace, providing reduced iron. It is charged to the dome of the tube and applied to rapid heating.
  • Method for producing coal briquettes i) providing powdered coal, H) providing a coalescence to suppress the high temperature differentiation of coal briquettes, iii) providing a hardener and a binder, iv) powdered coal , By mixing the hardener and the binder by any chance, to provide a mixture, and V) molding the mixture to provide coal briquettes.
  • the ratio of the amount of graphite to the sum of the amount of powdered coal and the amount of coals is greater than 0 and less than or equal to 0.3.
  • the ratio of the amount of flax to the sum of the amount of coal and the amount of flax may be 0.1 to 0.15.
  • the fluke may be an impression fluke or a quiche fender.
  • the step of providing the froth may be provided after pressure transporting the graphite into a gas and stored in the fluke reservoir.
  • the abyss can be mixed directly with the curing agent and binder without being premixed with the coal.
  • the gas may contain nitrogen or byproduct gas.
  • the amount of binder may increase as the amount of graphite increases.
  • the coal briquettes may have an X-ray peak at 26 ° to 27 ° when the coal briquettes are analyzed by X-ray diffraction.
  • Apparatus for producing coal briquettes according to an embodiment of the present invention, i) coal powder storage tank in which the powdered coal is stored, ii) nib storage tank in which the abyss is stored, iii) abyssal that is connected to the geum storage tank by pressure transport of the gas in the graphite storage tank as a gas Transfer tube, iv) a binder reservoir in which the binder is stored, V) a curing agent reservoir in which the curing agent is stored, vi) a coal supplied from the coal storage tank, a coalite provided in the storage bin, a binder provided in the binder reservoir, and a curing agent provided in the curing agent storage tank.
  • a mixer for providing a mixture and vii) a molding machine for receiving the mixture from the mixer and molding the mixture.
  • the graphite reservoir can be connected directly to the mixer.
  • coal briquettes are manufactured using graphite, the cold strength and the hot strength of the coal briquettes can be greatly improved. That is, it is possible to improve the size and strength of the left seat obtained by suddenly pyrolyzing the coal briquettes using molten gas in a molten gasifier.
  • coal briquettes added with alum may be used in a molten iron manufacturing process to improve operating efficiency. have.
  • FIG. 1 is a schematic flowchart of a method of manufacturing coal briquettes according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of the coal briquette manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a molten iron manufacturing apparatus connected to the coal briquette manufacturing apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a schematic view of another molten iron manufacturing apparatus connected to the coal briquette manufacturing apparatus of FIG.
  • FIG. 6 is an X-ray diffraction graph of coal briquettes prepared according to Experimental Examples 10 to 13 and Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is an X-ray diffraction graph of coal briquettes prepared according to Experimental Examples 10 to 13 and Comparative Example 1.
  • first, second and third are used to describe various parts, components, regions, layers and / or sections, but are not limited to these. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first part, component, region, layer or section described below may be referred to as the second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • graphite refers to a substance belonging to a hexagonal system, having a plate-like crystal, and having a black color and a metallic luster.
  • abyss is interpreted to include both natural and artificially manufactured abyss.
  • FIG. 1 schematically shows a flow chart of a method for producing coal briquettes according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the coal briquettes of FIG. 1 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the method of manufacturing coal briquettes may be variously modified.
  • the manufacturing method of coal briquettes the step (S10) for providing a coal, the step (S20) for providing a coal, the step (S30) for providing a hardener and a binder, powdered coal, graphite, a hardener and a binder And mixing (S40) to provide a mixture, and forming a mixture to provide coal briquettes (S50).
  • the method of manufacturing coal briquettes may further include other steps.
  • the powdered coal can provide raw coal selected by particle size.
  • raw coal having a particle size of 8 mm or less can be provided as powdered coal.
  • the raw coal may be sorted to classify the coal into fine coal having a small particle size and lump coal having a large mip degree.
  • Coal briquettes having excellent cold strength can be produced by using powdered coal having a small particle size as raw coal.
  • Goe charcoal which is a raw coal having a particle size exceeding 8 mm, may be directly charged or crushed into a melt gasifier.
  • coal for quality control may be mixed with powdered coal.
  • coal having a reflectance of a predetermined value or more may be used as the coal for quality control.
  • step S20 graphite is provided.
  • a natural alum, impression graphite, or chysi graphite can be used.
  • Kishi Abyss is the Comes as a by-product Addition of the coal to the coal briquettes improves the particle diameter and strength of the char produced when the coal briquettes are added to the molten gasifier.
  • the coal contained in the coal briquettes charged in the melt gasifier is differentiated as cracks are generated by shrinkage and expansion. Therefore, thermally stable graphite is added to the coal briquettes to prevent crack generation and propagation. Since the alum is thermally stable, it exists stably during the expansion and contraction of coal in the coal briquettes. Therefore, the abyss plays a role similar to the aggregate used in the production of large treats or mortar, it is possible to effectively prevent the differentiation of the coal briquettes at a high temperature.
  • the particle size of the coal briquettes increases with the addition of abyss.
  • Increasing the particle diameter of char means that the hot coal of the coal briquettes is improved because coal briquettes are not easily differentiated in the molten gasifier.
  • Abyss is composed of carbon, and hexagonal benzene ring structure is much more developed than other coals.
  • the coal briquettes have an ability to transfer electrons or heat through the planar polycyclic carbon structure.
  • the thermal conductivity of coal increases with higher coalification. For example, the thermal conductivity ( ⁇ : Wm K- 1 ) of bituminous coal mainly used for steelmaking is 1 or higher.
  • the thermal conductivity of the abyss is tens of times higher than that of bituminous coal. In other words, the heat transfer rate is very high.
  • Coal briquettes are differentiated at high temperatures by heat transfer characteristics. In other words, in the case where the reaction generated by the coal briquettes is pyrolyzed and divided into several stages, the phase coal briquettes injected into the hot melt gasifier have a heat transfer phenomenon from the surface to the inside. Therefore, even when the surface portion of the coal briquettes reaches a high temperature of 1000 ° C. The coal briquettes are present in a much lower state than 100CTC.
  • the temperature difference between the inside and the outside of the coal briquettes leads to a difference in shrinkage rate, and the shrinkage difference for each coal briquette portion causes cracking. Thus, a seat with a small particle size is finally produced. In other words, as the temperature difference increases, the differentiation phenomenon increases.
  • the coal briquettes may be differentiated into oppositions, or a char that maintains the shape of the coal briquettes may be manufactured.
  • the grain size of char obtained by rapid pyrolysis of the coal briquettes is large and its strength is also high.
  • the pendulum may be stored in the pendulum reservoir after being pressure-transported to the gas.
  • nitrogen or by-product gas can be used as a gas.
  • a curing agent and a binder are provided.
  • quicklime, slaked lime, metal oxides, fly ash, clay, surfactant, cationic resins, fasteners, fibers, phosphoric acid, sludge, waste plastics, waste lubricants and the like can be used.
  • molasses starch, sugar, polymer resin, pitch, tar, bitumen, oil, cement, asphalt or water glass may be used as the binder.
  • the cold strength of the coal briquettes can be greatly improved by the use of molasses as a binder and quicklime as a hardener, by gluconate bonding in the production of coal briquettes.
  • step S40 the powdered coals, the flax, the hardener and the binder are mixed to provide a mixture.
  • the powdered coal, the abyss, the hardener, and the binder may be mixed in any order or a specific raw material may be mixed first.
  • the coal and the abyss may be first mixed, then the binder may be mixed and the curing agent may be mixed.
  • the abyss can be directly mixed with the curing agent and binder without prior mixing with the coal powder. That is, the coke dust dried in the abdomen is immediately mixed with the curing agent and the binder, because the amount of moisture contained therein is not required to be premixed with the powdered coal.
  • the amount of molasses or bitumen which is a binder
  • the amount of molasses or bitumen must be increased in order to combine coal and coal. That is, it is necessary to increase the amount of binder as the amount of graphite is increased.
  • alum is added in the state where the amount of binder is small, shaping
  • Raw coal can be prepared and then mixed with a curing agent and a binder.
  • the produced coal briquettes may be screened to screen raw coals having a predetermined particle size or more. By crushing the selected raw coal, the particle size of the raw coal can be adjusted to be suitable for producing coal briquettes. That is, the powdered coal and the alum are crushed and provided as raw coal.
  • the ratio of the amount of flax to the sum of the amount of coal and the amount of graphite may be greater than zero and less than or equal to 0.3. If the amount is too large, the cold strength of the coal briquettes is lowered. Therefore, the amount of abyss is adjusted to the above-mentioned range. More preferably, the ratio of the amount of graphite to the sum of the amount of powdered coals and the amount of coals may be 0.1 to? 5.
  • step S50 the mixture is molded to provide coal briquettes.
  • coal briquettes may be produced by continuously compressing the mixture using a molding machine including a pair of moldings.
  • the coal briquettes contain carbon. Therefore, when the coal briquettes are analyzed by X-ray diffraction, the coal briquettes have an X-ray peak (2 ⁇ ) at 26 ° to 27 °. Preferably the coal briquettes have an X-ray peak (2 ⁇ ) at 26.6 °
  • FIG. 2 schematically shows a coal briquette manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 100 for manufacturing coal briquettes in FIG. 2 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the structure of the coal briquette manufacturing apparatus 100 may be variously modified.
  • the coal briquette manufacturing apparatus 100 includes a coal dust storage tank 10, a coal storage tank 20 for quality control, a coal storage tank 30, a binder storage tank 40, a hardener storage tank 50, and a mixer 60. And a molding machine 70.
  • the coal briquette manufacturing apparatus 100 may include a crusher 80, a mixed coal storage tank 92, a recovered coal storage tank 94, a transfer pipe 303, a coal transport device 305, and a particle size separator 801, 803, 805).
  • the coal briquette manufacturing apparatus 100 may further include other devices as necessary.
  • the specific structure and operation method of each device included in the coal briquette manufacturing apparatus 100 of FIG. 2 can be easily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Omit the description.
  • the powdered coal storage tank 10 stores the powdered coal. Apart from this can be used for quality control coal to improve the quality of coal briquettes, the quality control coal is stored in the quality control coal storage tank (20). After passing the coal through the particle size separator 801 to separate the coal and the powdered coal, the powdered coal can be stored in the powdered coal storage tank 10. For example, coal having a particle size of 8 mm or less can be used as the powdered coal. On the other hand, the lump coal separated by the particle size selector 801 may be charged directly to the melt gasifier 200 (shown in FIG. 3).
  • the graphite storage tank 30 stores the abyss supplied from the abyss transporting device 305 through a graphite transport pipe 303.
  • a tank lorry or the like can be used as the graphite transport device 305.
  • the margin is provided after being pressure-transported into the gas and stored in the graphite storage tank 30 from the apparatus 305 .
  • nitrogen or by-product gas as a gas.
  • the by-product gas uses a gas generated in the process in the steel mill.
  • Graphite is mixed directly with the curing agent and binder without being premixed with coal dust.
  • the transfer pipe 303 may be used to manufacture the pipe itself in a special material or to coat the inner surface of the pipe with basalt, etc. in order to prevent abrasion due to transport transport. Since the abyss is transported in a large-capacity bag, it is preferable to use it after loading it in the abyss transport device 305, but the bag may be directly removed and stored in the debris storage tank 30.
  • the mixed coal is classified in the particle size selector 803, and the mixed coal of a predetermined particle size or more is crushed in the crusher 80.
  • the shredded mixed coal and the mixed coal having a predetermined particle size are stored in the mixed coal storage tank 92.
  • the mixed coal stored in the mixed coal storage tank 92 is provided to the mixer 60.
  • the binder is stored in the binder reservoir 40.
  • the binder binds the coal dust and the abyss together to make it suitable for producing coal briquettes.
  • the binder reservoir 40 is connected with the mixer 60 to provide a binder to the mixer 60.
  • the curing agent is stored in the curing agent reservoir (50).
  • the hardener can be combined with coal, coal and binder to cure the coal briquettes to optimize their strength.
  • the hardener reservoir 50 is connected with the mixer 60 to provide the hardener to the mixer 60.
  • the mixer 60 provides a mixture for producing coal briquettes by mixing coal, coal, binder, hardener, and the like with each other.
  • the storage tank 30 may be directly connected to the mixer 60 to directly supply graphite to the mixer 60. The abyss can be used directly in the mixer 60 because the moisture and particle size are controlled.
  • the molding machine 70 rotates in opposite directions.
  • the coal briquettes are produced by feeding the mixture between a pair of s and compressing the mixture by a pair of rates. Meanwhile, the produced coal briquettes are classified again through the particle size sorter 805 to store the powdered coal in the recovered coal storage tank 94.
  • the coal dust stored in the recovered coal storage 94 may be fed back to the mixer 60 and used as a raw material for the coal briquettes. As a result, the utilization efficiency of powdered coal can be improved.
  • FIG. 3 schematically shows a molten iron manufacturing apparatus 200 connected to the forming coal manufacturing apparatus 100 of FIG. 2 and using the forming coal produced in the forming coal manufacturing apparatus 100.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 3 is merely to illustrate the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 3 may be modified in various forms.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 3 includes a melt gasifier 210 and a reduction furnace 220.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 may include other devices as necessary.
  • Reduction furnace 220 is charged by reducing the iron ore. Iron ore charged in the reduction furnace 220 is made of reduced iron while passing through the reduction furnace 220 after being pre-dried.
  • Reduction furnace 220 is a packed-bed reduction reactor, receives a reducing gas from the melt gasifier 210 to form a packed bed therein.
  • a coal seam layer is formed inside the molten gas furnace 210.
  • the upper portion of the melt gasifier 210 is formed with a foot 2101.
  • High temperature reducing gas is present in the dome portion 2101 formed in a wider space than other portions of the melt gasification furnace 210.
  • the forming coal is charged to the bottom portion 2101 of the melt gasifier 210 and then rapidly heated to fall to the lower portion of the melt gas furnace 210.
  • the char generated by the pyrolysis reaction of the coal is moved to the lower portion of the melt gasifier 210 to exothermicly react with oxygen supplied through the tuyere 230.
  • the coal briquettes can be used as a heat source for maintaining the melt gasification furnace 210 as silver.
  • ⁇ provides breathability, A large amount of gas generated in the lower portion of the melt gasifier 210 and the reduced iron supplied from the reduction furnace 220 may more easily and uniformly pass through the coal seam layer in the melt gasifier 210.
  • a bulk coal material or coke may be charged into the melt gasifier 210 as necessary.
  • the outer wall of the melt gasifier 210 is provided with a tuyere 230 to blow oxygen. Oxygen is blown into the coal seam bed to form a combustion zone.
  • the coal briquettes may be burned in a combustion zone to generate reducing gas.
  • FIG. 4 schematically shows another apparatus for manufacturing molten iron 300 connected to the coal briquette manufacturing apparatus 100 of FIG. 2 using the coal briquettes manufactured in the coal briquette manufacturing apparatus 100.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 300 of FIG. 4 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 300 of FIG. 4 may be modified in various forms. Since the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 300 of FIG. 4 is similar to that of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 3, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 includes a melt gasifier 210, a fluidized bed reduction furnace 310, a reduced iron compression device 320, and a compressed reduced iron storage tank 330.
  • the compressed reduced iron storage tank 330 may be omitted.
  • the produced coal briquettes are charged into the melt gasifier 210.
  • the coal briquettes generate a reducing gas in the melt gasification furnace 210 and the generated reducing gas is supplied to the fluidized bed reduction furnace 310.
  • the iron ore is supplied to the fluidized-bed reduction furnace 310 and is made of reduced iron while flowing by the reducing gas supplied from the melt gasifier 210 to the fluidized-bed reduction furnace 310.
  • the reduced iron is compressed by the reduced iron compression device 320 and then stored in the reduced reduced iron storage tank 330.
  • the compressed reduced iron is supplied from the compressed reduced iron storage tank 330 to the melt gasifier 210 and melted in the melt gasifier 210.
  • the mixture was prepared by mixing coal and graphite.
  • Coal briquettes were manufactured by mixing molasses in an amount of 8.5 weight based on the weight of the mixture 100.
  • 1000 g of coal briquettes were added to a semi-ungung pipe maintained at 1000 ° C., and the coal briquettes were heat-treated for 60 minutes while rotating 10 minutes per minute.
  • the molded tanol obtained by heat processing was classified.
  • the weight of char over 10mm of the trunk was expressed as a percentage of the weight of the char and evaluated as the hot strength index of coal briquettes.
  • Table 1 The experimental results are collectively shown in Table 1 below.
  • Coal briquettes were manufactured using coal A, a coking coal without coking force.
  • the volatilization amount of coal A was 35%. If one were added to a hokyeon lOwt 0 /. preparing a seonghyeongtan, it increased the grain size of the char of seonghyeongtan. That is, the proportion of char of coal briquettes having a grain diameter of char of coal briquettes of 10 mm or more rapidly increased to 77.7%.
  • Coal briquettes were manufactured using coal A, a coking coal without coking force.
  • the volatilization amount of coal A was 35%.
  • the particle size of the left side of the coal briquettes was increased. That is, the particle diameter of the left side of the coal briquettes increased rapidly to 91.2% of the char of the coal briquettes of 10 mm or more.
  • Coal briquettes were manufactured using coal A, a coking coal without coking force.
  • the volatilization amount of coal A was 35%.
  • the particle size of the char of the coal briquettes was slightly increased. That is, the particle size of the left side of the coal briquettes increased to 89% of the char of the coal briquettes of 10 mm or more.
  • Coal briquettes were manufactured using coal B, which is a coking coal having a large coking force.
  • the amount of volatile matter in coal B was 25%.
  • the coal briquettes were manufactured by adding 10 wt 0 /.
  • the particle diameter of the char of the coal briquettes was increased. That is, the particle diameter of the left side of the coal briquettes is 10mm It increased rapidly to 72.9% of the char of coal briquettes above.
  • Coal briquettes were manufactured using coal B, which is a coking coal having a large coking force.
  • the amount of volatile matter in coal B was 35%.
  • the particle diameter of the char of the coal briquettes was increased. That is, the ratio of the left side of the coal briquettes of which the grain diameter of the left side of the coal briquettes is 10 mm or more increased to 93.2%.
  • FIG. 4A is a photograph of coal briquettes prepared according to Experimental Example 5, and FIG. 4B is a photograph of char obtained by heat-treating the coal briquettes of a of FIG.
  • a saw was produced in which the shape of the coal briquettes remained almost as it was. That is, the particle size of the left side was maintained to be substantially the same as that of the coal briquettes before heat processing so that the ratio of 10 mm or more of the left diameter of the coal briquettes was 93.2%.
  • Coal briquettes were manufactured using only coal A without adding a pendulum for comparison with the experimental example. Experimental procedure was the same as in Experiment 1 described above. In this case, since the ratio of the opposition of 10 mm or more in the magnitude
  • Coal briquettes were manufactured using coal A, a coking coal without coking force.
  • the volatilization amount of coal A was 35%.
  • Particle size of the char of seonghyeongtan is rather small. That is, the ratio of the left side of the coal briquettes having the grain diameter of the coal briquettes of 10 mm or more was 83.8%, which was lower than that of the coal briquettes of Experimental Examples 1 to 5. Therefore, it turned out that the addition effect of graphite falls.
  • Table 1 below compares Experimental Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 and Comparative Example 2 described above.
  • the mixture was prepared by mixing coal with abyss. Molded tanol was prepared by mixing molasses in an amount of 8.5 weight based on the weight of the mixture 100. And when the coal briquettes charged through the high temperature dome of the melting gasifier is converted to char, an experiment is carried out to check whether the strength of the char is lowered as the char is increased. Was carried out. The strength of the char was evaluated under the same conditions as the method of measuring the hot strength (CSR) of the metallurgical coke used in the blast furnace.
  • CSR hot strength
  • Molded tanol was prepared using kish abyss and impression graphite. And the hot strength of the coal briquettes was measured.
  • Coal briquettes were manufactured by adding a kishi abyss produced by the steelmaking process. Kishi abyss is produced by precipitating carbon components dissolved in molten iron, which is very excellent in purity and crystallinity. Coal briquettes prepared by adding 10 ⁇ % chisimyeon to coal A were converted to char. In this case, the hot strength index of char of the coal briquettes was 82.7%. In addition, the I-drum strength index indicating the strength of the bond was 86%, which was relatively high.
  • Impression Graphite was added to produce coal briquettes.
  • Coal briquettes prepared by adding 10 ⁇ % impression coal to coal A were converted to the left.
  • the hot strength index was 77.7%, which was somewhat lower than the hot strength index of the char of the coal briquettes of Experimental Example 6.
  • the I drum strength index indicating left strength was 84%, similar to the left strength of the coal briquettes of Experimental Example 6.
  • Coal briquettes containing 2% by weight of molasses and using molasses as a binder were prepared.
  • the coal briquettes were charged into a melt gasifier to observe the operation.
  • the operation was carried out continuously, and the coal type and molasses were kept the same during the continuous operation.
  • the hot strength of the coal briquettes, the molten iron production and the fuel cost of the molten gasifier are summarized as average values during the operation period.
  • the hot strength was shown as + 16mm, and hot iron strength was greatly increased by the addition of abyss, molten iron production was greatly increased as the air permeability and liquid permeability were improved, and fuel cost was also reduced.
  • the hot quality of the coal briquettes prepared by adding shingles or kishi graphite was excellent.
  • the coal briquettes prepared by the addition of the agglomerates had a difference in the carbon crystals from the coal briquettes without the addition of the alum. This could be confirmed through X-ray diffractometry. In other words, the 2 ⁇ value of carbon contained in coal is about 21 ° and the 2 ⁇ value increases slightly as the degree of coalification increases.
  • coal briquettes were further acid-treated in 48% hydrofluoric acid (HF) solution heated to 5 (C) for 2 hours or more, washed with distilled water, and then dried.
  • HF hydrofluoric acid
  • X-ray diffraction analysis was performed using a copper (Cu) target at a rate of 1 ° / min with acceleration voltages of 20 kV and 100 mA.
  • Coal briquettes containing 5 ⁇ % of chalcedony were prepared. The remaining process for producing coal briquettes was the same as that of Experimental Example 1 described above. Analytical samples were extracted according to the method described above. Example 11
  • Coal briquettes containing 15 ⁇ % of graphite were prepared. The remaining process for producing coal briquettes was the same as that of Experimental Example 1 described above. Analytical samples were extracted according to the method described above.
  • Coal briquettes containing 20 wt% of abyss were prepared. The remaining process for producing coal briquettes was the same as that of Experimental Example 1 described above. Analytical samples were extracted according to the method described above.

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Abstract

우수한 열간 강도를 가지는 성형탄 및 그 제조 방법을 제공한다. 성형탄의 제조 방법은, i) 분탄을 제공하는 단계, ii) 성형탄의 고온 분화를 억제하는 흑연을 제공하는 단계, iii) 경화제 및 바인더를 제공하는 단계, iv) 분탄, 흑연, 경화제 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제공하는 단계, 및 v) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 분탄의 양과 흑연의 양의 합에 대한 흑연의 양의 비는 0보다 크고 0.3 이하일 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭.】
성형탄 제조 방법 및 성형탄 제조 장치
【기술분야】
본 발명은 성형탄 제조 방법 및 성형탄 제조 장치에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 혹연을 사용하여 우수한 열간 강도를 구현할 수 있는 성형탄의 제조 방법 및 성형탄의 제조 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
용융환원제철법에서는 철광석올 환원로와 환원된 철광석을 용융하는 용융가스화로를 사용한다. 용융가스화로에서 철광석을 용융하는 경우, 철광석을 용융할 열원으로서 성형탄을 용융가스화로에 장입한다. 여기서， 환원철은 용융가스화로에서 용융된 후, 용철 및 슬래그로 전환된 후 외부로 배출된다. 용융가스화로에 장입된 성형탄은 석탄층전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄층전충을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄층전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다. ·
성형탄을 사용하는 경우, 용철의 생산량을 증대시키고 연료비를 줄여서 용철 제조 공정을 효율화하기 위한 추가적인 제어 수단이 필요하다. 이를 위해서는 성형탄의 용융가스화로내에서의 분화량이 저감되어 용융가스화로내에서 성형탄을 큰 입도로 유지시켜야 한다. 이 경우, 용융가스화로내에서 기체와 액체가 원활히 통과하는 통기성 및 통액성을 확보하여 각 물질간의 반웅 효율과 열전달 효율을 증대시킬 수 있다. 또한， 분화로 인해 용철 제조시에 효율적으로 사용하지 못하는 미분의 발생량을 줄일 수 있다. 다양한 석탄의 배합에 의해 미분의 발생량을 저감시키는 것은 한계가 있다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
우수한 열간 강도를 가지는 성형탄의 제조 방법을 제공하고자 한다. 또한, 우수한 열간 강도를 가지는 성형탄의 제조 장치를 제공하고자 한다.
【기술적 해결방법】 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은, i) 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 ϋ) 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되도톡 적용된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은, i) 분탄을 제공하는 단계， H) 성형탄의 고온 분화를 억제하는 혹연을 제공하는 단계, iii) 경화제 및 바인더를 제공하는 단계, iv) 분탄, 혹연, 경화제 및 바인더를 흔합하여 흔합물을 제공하는 단계, 및 V) 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다. 흔합물을 제공하는 단계에서， 분탄의 양과 혹연의 양의 합에 대한 흑연의 양의 비는 0보다 크고 0.3 이하이다.
분탄의 양과 혹연의 양의 합에 대한 혹연의 양의 비는 0.1 내지 0.15일 수 있다. 혹연은 인상 혹연 또는 키시 혹연일 수 있다ᅳ 혹연을 제공하는 단계는 흑연을 기체로 압력 수송하여 혹연 저장조에 저장한 후 제공할 수 있다. 흔합물을 제공하는 단계에서, 혹연은 분탄과 사전 흔합되지 않은 상태로 경화제 및 바인더와 직접 혼합될 수 있다. 기체는 질소 또는 부생가스를 함유할 수 있다. 흔합물을 제공하는 단계에서， 흑연의 양이 증가함에 따라 바인더의 양이 증가할 수 있다. 성형탄을 제공하는 단계에서， 성형탄을 X선 회절 분석하는 경우 성형탄은 26° 내지 27° 에서 X선 피크를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 장치는, i) 분탄이 저장되는 분탄 저장조, ii) 혹연이 저장되는 혹연 저장조, iii) 혹연 저장조와 연결되어 흑연 저장조에 혹연을 기체로 압력 수송하는 혹연 이송관, iv) 바인더가 저장된 바인더 저장조, V) 경화제가 저장된 경화제 저장조, vi) 분탄 저장조로부터 제공된 분탄, 혹연 저장빈으로부터 제공된 혹연, 바인더 저장조로부터 제공된 바인더， 그리고 경화제 저장조로부터 제공된 경화제를 상호 흔합하여 흔합물을 제공하는 믹서, 및 vii) 믹서로부터 흔합물을 제공받아 흔합물을 성형하는 성형기를 포함한다. 흑연 저장조는 믹서와 바로 연결될 수 있다.
【유리한 효과】
흑연을 사용하여 성형탄을 제조하므로, 성형탄의 냉간 강도 및 열간 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 즉, 혹연올 사용하여 성형탄이 용융가스화로에서 급격하게 열분해되어 얻어지는 좌의 크기 및 강도를 등시에 향상시킬 수 있다. 또한, 혹연을 첨가한 성형탄을 용철제조공정에 사용하여 조업 효율을 향상시킬 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 2의 성형탄 제조 장치와 연결된 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 4는 도 2의 성형탄 제조 장치와 연결된 또다른 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 5는 실험예 5에 따라 제조한 성형탄의 사진과 이 성형탄을 열처리하여 얻어진 좌의 사진이다.
도 6은 실험예 10 내지 실험예 13과 비교예 1에 따라 제조한 성형탄의 X선 회절 그래프이다.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
제 1, 제 2 및 제 3 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 제 1 부분， 성분， 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제 2 부분， 성분， 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 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.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식올 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 않는다.
이하에서 사용하는 흑연이라는 용어는 육방정계에 속하고 판 모양의 결정을 가지며, 검은색을 띠고 금속 광택이 있는 물질을 의미한다. 또한, 혹연은 천연 혹연과 인공적으로 제조된 혹연을 모두 포함하는 것으로 해석된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 성형탄의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 성형탄 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이 , 성형탄의 제조 방법은， 분탄올 제공하는 단계 (S10), 혹연을 제공하는 단계 (S20), 경화제 및 바인더를 제공하는 단계 (S30), 분탄, 흑연, 경화제 및 바인더를 흔합하여 흔합물을 제공하는 단계 (S40), 그리고 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계 (S50)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 성형탄의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저， 단계 (S10)에서는 분탄을 제공한다. 분탄은 원료탄을 입도 선별하여 제공할 수 있다. 예를 들면, 8mm 이하의 입도를 가지는 원료탄을 분탄으로서 제공할 수 있다. 즉, 원료탄을 입도 선별하여 작은 입도를 가지는 분탄과 큰 밉도를 가진 괴탄으로 분급할 수 있다. 원료탄으로서 작은 입도를 가지는 분탄을 사용함으로써 냉간 강도가 우수한 성형탄을 제조할 수 있다. 8mm를 초과하는 입도를 가지는 원료탄인 괴탄은 용융가스화로에 직접 장입되거나 파쇄하여 사용할 수 있다. 한편, 도 1에는 예시하지 않았지만, 용철의 품질을 향상시키기 위하여 품질조절용 석탄을 분탄에 함깨 흔합시킬 수 있다. 여기서, 품질조절용 석탄으로서 기설정된 수치 이상의 반사율을 가진 석탄을 사용할 수 있다.
다음으로 단계 (S20)에서는 흑연을 제공한다. 혹연으로는 천연 혹연, 인상 흑연 또는 키시 흑연 등을 사용할 수 있다. 여기서, 키시 혹연은 제철 공정의 부산물로 나온다. 혹연을 성형탄에 첨가함으로써 성형탄을 용융가스화로에 첨가시에 생성되는 촤의 입경과 강도를 향상시킨다. 용융가스화로에 장입된 성형탄에 포함된 석탄은 수축 및 팽창에 의해 크랙이 생성되면서 분화된다. 따라서 크랙 발생 및 전파를 방지하기 위하여 열적으로 안정한 흑연을 성형탄에 첨가한다. 혹연은 열적으로 안정하므로, 성형탄내의 석탄이 팽창 및 수축하는 중에도 안정하게 존재한다. 따라서 혹연은 큰트리트 또는 모르타르를 제조하는 경우에 사용하는 골재와 유사한 역할을 하므로, 성형탄의 고온에서의 분화를 효율적으로 방지할 수 있다.
혹연을 첨가함에 따라 성형탄 촤의 입경이 증가한다. 촤의 입경이 증가하는 것은 용융가스화로내에서 성형탄이 잘 분화되지 않으므로, 성형탄의 열간 강도가 향상된다는 것올 의미한다. 혹연은 탄소로 구성되며, 혹연에서는 6각형의 벤젠환 구조가 다른 석탄에 비하여 매우 발달되어 있다. 즉, 혹연에 가까운 다환 탄소 구조가 발달할수록, 평면상의 다환족 탄소 구조를 통하여 성형탄은 전자 또는 열을 전달할 수 있는 능력이 급증한다. 석탄의 열전도도는 석탄화도가 높을수록 증가한다. 예를 들면， 제철용으로 주로 사용하는 역청탄의 열전도도 (λ: W.m K-1)는 1 또는 이보다 약간 높다. 이에 비해 혹연의 열전도도는 역청탄의 경우보다 수십배 높은 값을 가진다. 즉, 혹연은 열전달 속도가 매우 높다. 성형탄은 열전달 특성에 의해 고온에서 분화된다. 즉, 성형탄이 열분해되어 좌로 생성되는 반웅을 여러 단계로 나누어 보는 경우， 고온의 용융가스화로에 투입된 상은의 성형탄은 그 표면에서 내부로 열전달 현상이 일어난다. 따라서, 성형탄의 표면부위가 1000°C의 고온에 도달한 경우에도 성형탄 내부는 100CTC 보다 훨씬 낮은 상태로 존재한다. 이러한 성형탄의 내부 및 외부의 온도차는 수축율 차이로 이어지고 성형탄 부위별 수축율 차이는 균열을 발생시킨다. 따라서 최종적으로는 입경이 작은 좌가 제조된다. 즉, 온도 차이가 클수록 분화 현상은 증가한다.
성형탄에 열전도도가 높고 열팽창율이 매우 낮은 흑연을 첨가하는 경우, 성형탄 내의 온도차가 감소된다. 즉, 혹연이 첨가되면 성형탄 전체의 온도가 좀더 균일해진다. 따라서 성형탄의 온도차에 기인한 수축율 변화에 따른 균열 발생을 억제할 수 있으므로， 성형탄은 작은 조각으로 분화되지 않고 큰 입경으로 존재한다. 또한, 촤에 일단 균열이 발생하더라도 열적으로 안정한 흑연이 균열 전파를 억제시킨다. 따라서 성형탄을 급속하게 가열하는 경우에도 성형탄이 대립으로 분화되거나 성형탄 형상을 그대로 유지하는 촤를 제조할 수 있다. 전술한 원리에 따라 흑연을 첨가하여 성형탄을 제조하는 경우, 성형탄이 급속 열분해되어 얻어진 촤의 입경은 크고 그 강도도 높다.
한편， 혹연은 기체로 압력 수송된 후 혹연 저장조에 저장될 수 있다. 여기서, 흑연의 발화를 방지하기 위해 기체로서 질소 또는 부생 가스를 사용할 수 있다. 성형탄 제조시에는 흑연 저장조에 저장된 혹연을 반출하여 사용할 수 있다. 다음으로, 단계 (S30)에서는 경화제 및 바인더를 제공한다. 경화제로서 생석회, 소석회, 금속산화물, 플라이애쉬 (fly ash), 점토, 계면활성게， 양이온수지, 급결제, 섬유질, 인산， 슬러지， 폐플라스틱, 폐윤활유 등을 사용할 수 있다. 또한, 바인더로서 당밀, 스타치, 설탕， 고분자수지， 피치, 타르, 비투멘, 오일, 시멘트, 아스팔트 또는 물유리 등을 사용할 수 있다. 예를 들면， 바인더로서 당밀올 사용하고, 경화제로서 생석회를 사용하여 성형탄 제조시 당산염 결합에 의해 성형탄의 냉간 강도를 크게 향상시킬 수 있다.
다음으로, 단계 (S40)에서는 분탄, 혹연, 경화제 및 바인더를 흔합하여 흔합물을 제공한다. 여기서， 분탄, 혹연, 경화제 및 바인더는 임의의 순서로 흔합하거나 특정 원료를 먼저 흔합할 수도 있다. 예를 들면, 분탄과 혹연을 먼저 흔합한 후 바인더를 흔합하고 경화제를 흔합할 수 있다. 또는, 혹연을 분탄과 사전 흔합하지 않은 상태로 경화제 및 바인더와 직접 흔합할 수 있다. 즉, 혹연 중 건조된 코크스 더스트는 그 내부에 함유된 수분량이 조절되어 분탄과 사전 흔합할 필요가 없으므로, 바로 경화제 및 바인더와 흔합한다.
흑연을 성형탄에 다량으로 첨가하는 경우， 혹연과 분탄을 결합하기 위하여 바인더인 당밀 또는 비투멘의 사용량을 증대시켜야 한다. 즉 흑연의 양을 증가시킴에 따라 바인더의 양을 증가시킬 필요가 있다. 바인더의 양이 적은 상태에서 혹연을 첨가하는 경우, 성형탄으로의 성형이 어렵고, 성형탄의 상온 강도가 낮아진다. 따라서 성형탄의 수송 또는 저장시 성형탄이 분화된다. 즉, 바인더의 양이 너무 작거나 너무 큰 경우, 성형탄의 냉간 강도가 저하된다. 따라서 흔합물에 함유된 바인더의 양을 전술한 범위로 조절한다. 예를 들면， 흔합물에 함유된 바인더의 양을 8.5wt% 내지 9wt%로 조절할 수 있다.
한편, 도 1에는 도시하지 않았지만, 분탄과 혹연을 사전 혼합하여 원료탄을 제조한 후 경화제 및 바인더와 흔합할 수 있다. 제조한 원료탄은 선별하여 기설정된 입도 이상의 원료탄을 선별할 수 있다. 그리고 선별된 원료탄을 파쇄함으로써 원료탄의 입도를 성형탄 제조에 적합하게 조절할 수 있다. 즉, 분탄과 혹연은 파쇄되어 원료탄으로서 제공된다.
분탄의 양과 흑연의 양의 합에 대한 혹연의 양의 비는 0보다 크고 0.3 이하일 수 있다. 혹연의 양이 너무 많은 경우, 성형탄의 냉간 강도가 낮아진다. 따라서 혹연의 양을 전술한 범위로 조절한다. 좀더 바람직하게는, 분탄의 양과 혹연의 양의 합에 대한 흑연의 양의 비는 0.1 내지 ΐ5일 수 있다.
마지막으로, 단계 (S50)에서는 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공한다. 예를 들면, 한 쌍의 성형를들을 포함하는 성형기를 이용해 흔합물을 연속적으로 압축하여 성형탄을 제조할 수 있다.
성형탄은 탄소를 포함한다. 따라서 성형탄을 X선 회절 분석하는 경우, 성형탄은 26° 내지 27°에서 X선 피크 (2Θ)를 가진다. 바람직하게는 성형탄은 26.6°에서 X선 피크 (2Θ)를 가진다ᅳ
일반적으로, 비투멘 등의 바인더를 사용하여 성형탄의 열간 강도를 향상시키는 방법이 시도되어 왔다. 그러나 고온에서 성형탄이 분화되므로, 촤의 입경과 강도를 증가시킬 수 있는 효율적인 수단과 방법이 필요하다. 또한， 석탄의 종류를 변형하여도 성형탄의 열간 강도를 향상시키기 어렵다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄 제조 장치 (100)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 성형탄의 제조 장치 (100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 성형탄 제조 장치 (100)의 구조를 다양하게 변형할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 성형탄 제조 장치 (100)는 분탄 저장조 (10)， 품질조절용 석탄 저장조 (20), 혹연 저장조 (30), 바인더 저장조 (40), 경화제 저장조 (50), 믹서 (60) 그리고 성형기 (70)을 포함한다. 이외에, 성형탄 제조 장치 (100)는 파쇄기 (80)， 흔합탄 저장조 (92)， 회수탄 저장조 (94)， 혹연 이송관 (303), 혹연운반장치 (305), 그리고 입도선별기 (801, 803, 805)를 더 포함한다. 필요에 따라 성형탄 제조 장치 (100)는 다른 장치들을 더 포함할 수 있다. 도 2의 성형탄 제조 장치 (100)에 포함된 각 기기들의 구체적인 구조 및 작동 방법은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다.
분탄 저장조 (10)는 분탄을 저장한다. 이와는 별도로 성형탄의 품질을 향상시키기 위하여 품질 조절용 석탄올 사용할 수 있으며， 품질 조절용 석탄은 품질조절용 석탄 저장조 (20)에 저장한다. 석탄을 입도선별기 (801)에 통과시켜 괴탄과 분탄으로 분리한 후， 분탄을 분탄 저장조 (10)에 저장할 수 있다ᅳ 예를 들면, 분탄으로서 8mm 이하의 입도를 가지는 석탄을 사용할 수 있다. 한편, 입도선별기 (801)에 의해 분리된 괴탄은 용융가스화로 (200)(도 3에 도시)에 바로 장입할 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이. 흑연 저장조 (30)는 흑연 이송관 (303)을 통하여 혹연운반장치 (305)로부터 공급된 혹연을 저장한다. 예를 들면, 흑연운반장치 (305)로서 탱크 로리 등을 이용할 수 있다. 혹연은 기체로 압력 수송되어 혹연운반장치 (305)로부터 흑연 저장조 (30)에 저장한 후 제공된다. 이 경우, 기체로서 질소 또는 부생 가스를 사용하여 혹연의 발화를 방지할 수 있다. 부생 가스는 제철소내에서 공정 중에 발생되는 가스를 사용한다. 흑연은 분탄과 사전 흔합되지 않은 상태로 경화제 및 바인더와 직접 흔합된다.
한편, 혹연 이송관 (303)은 수송증 혹연에 의한 마모를 방지하기 위해 배관 자체를 특수 소재로 제조하거나 배관 내면을 현무암 등으로 코팅하여 사용할 수 있다. 혹연은 대용량의 자루에 담겨져 수송되므로， 혹연운반장치 (305)에 적재한 후 사용하는 것이 바람직하지만, 직접 자루를 뜯어서 혹연 저장조 (30)에 저장할 수도 있다.
흔합탄은 입도 선별기 (803)에서 분급되고, 일정 입도 이상의 흔합탄은 파쇄기 (80)에서 파쇄된다. 파쇄된 흔합탄과 일정 입도 미만의 흔합탄은 혼합탄 저장조 (92)에 저장된다. 흔합탄 저장조 (92)에 저장된 혼합탄은 믹서 (60)에 제공된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 바인더는 바인더 저장조 (40)에 저장된다. 바인더는 분탄과 혹연을 상호 결합시켜서 성형탄 제조에 적합한 상태로 만든다. 바인더 저장조 (40)는 믹서 (60)와 연결되어 믹서 (60)에 바인더를 제공한다.
한편, 경화제는 경화제 저장조 (50)에 저장된다. 경화제는 분탄, 혹연 및 바인더와 상호 결합되어 성형탄을 경화시킴으로써 그 강도를 최적화할 수 있다. 경화제 저장조 (50)는 믹서 (60)와 연결되어 경화제를 믹서 (60)에 제공한다. 믹서 (60)는 분탄, 혹연, 바인더 및 경화제 등을 상호 흔합하여 성 형 탄을 제조하기 위 한 흔합물을 제공한다. 한편, 혹연 저장조 (30)는 믹서 (60)와 바로 연결되어 믹서 (60)에 흑연을 바로 공급할 수도 있다. 혹연은 그 수분과 입도가 제어된 상태이므로 혹연을 믹서 (60)에 바로 사용할 수 있다.
도 2에 도시 한 바와 같이 , 성 형 기 (70)는 상호 반대 방향으로 회 전하는 한
.쌍의 롤들을 포함한다. 한 쌍의 를들의 사이로 흔합물을 공급하여 한 쌍의 률들에 의 해 흔합물을 압축함으로써 성 형 탄을 제조한다. 한편, 제조한 성 형탄을 입도선별기 (805)를 통해 다시 분급하여 분탄을 회수탄 저장조 (94)에 저장한다. 회수탄 저 장조 (94)에 저장된 분탄은 다시 믹서 (60)에 재공급되 어 성 형 탄의 원료로 사용될 수 있다. 그 결과, 분탄의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 성 형 탄 제조 장치 (100)와 연결되어 성 형 탄 제조 장치 (100)에서 제조한 성 형탄을 사용하는 용철제조장치 (200)를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 용철제조장치 (200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위 한 것 이며， 본 발명 이 여 기에 한정 되는 것은 아니다. 따라서 도 3의 용철제조장치 (200)를 다양한 형 태로 변형할 수 있다.
도 3의 용철제조장치 (200)는 용융가스화로 (210) 및 환원로 (220)를 포함한다. 이외 에 용철제조장치 (200)는 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 환원로 (220)에는 철광석 이 장입되 어 환원된다. 환원로 (220)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로 (220)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 환원로 (220)는 충전층형 환원로로서， 용융가스화로로 (210)부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성 한다.
도 2의 성 형탄 제조 장치 (100)에서 제조한 성 형 탄은 도 3의 용융가스화로 (210)에 장입되므로, 용융가스화로 (210)의 내부에는 석 탄층전층이 형성 된다. 용융가스화로 (210)의 상부에는 듬부 (2101)가 형성 된다. 용융가스화로 (210)의 다른 부분에 비 해 넓은 공간으로 형성된 돔부 (2101)에는 고온의 환원가스가 존재한다. 성 형 탄은 용융가스화로 (210)의 듬부 (2101)에 장입 된 후 급속 가열되어 용융가스화로 (210)의 하부까지 낙하한다. 성 형 탄의 열분해 반응에 의 해 생성된 촤는 용융가스화로 (210)의 하부로 이동하여 풍구 (230)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 그 결과, 성 형 탄은 용융가스화로 (210)를 고은으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편, 촤는 통기성을 제공하므로, 용융가스화로 (210)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 환원로 (220)에서 공급된 환원철이 용융가스화로 (210)내의 석탄층전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
전술한 성형탄 이외에 필요에 따라 괴상 탄재 또는 코크스를 용융가스화로 (210)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로 (210)의 외벽에는 풍구 (230)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄층전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.
도 4는 도 2의 성형탄 제조 장치 (100)와 연결되어 성형탄 제조 장치 (100)에서 제조한 성형탄을사용하는 또다른 용철제조장치 (300)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 용철제조장치 (300)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 4의 용철제조장치 (300)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 4의 용철제조장치 (300)의 구조는 도 3의 용철제조장치 (200)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 용철제조장치 (100)는 용융가스화로 (210)， 유동층형 환원로 (310), 환원철 압축장치 (320) 및 압축 환원철 저장조 (330)를 포함한다. 여기서, 압축 환원철 저장조 (330)는 생략할 수 있다ᅳ
제조된 성형탄은 용융가스화로 (210)에 장입된다. 여기서, 성형탄은 용융가스화로 (210)에서 환원가스를 발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로 (310)에 공급된다. 분철광석은 유동층형 환원로 (310)에 공급되고， 용융가스화로 (210)로부터 유동층형 환원로 (310)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된다. 환원철은 환원철 압축장치 (320)에 의해 압축된 후 압축 환원철 저장조 (330)에 저장된다. 압축된 환원철은 압축 환원철 저장조 (330)로부터 용융가스화로 (210)에 공급되어 용융가스화로 (210)에서 용융된다. 성형탄은 용융가스화로 (210)에 장입되어 통기성을 가진 촤로 변하므로, 용융가스화로 (210)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 압축된 환원철이 용융가스화로 (210)내의 석탄층전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과하여 양질의 용철을 제조할 수 있다. 한편, 풍구 (230)를 통해서 산소가 공급되어 성형탄을 연소시킨다. 이하에서는 실험예를 통하여 본 발명올 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
성형탄의 좌의 크기 측정 실험
석탄과 흑연을 흔합하여 흔합물을 제조하였다. 흔합물 중량 100을 기준으로 흔합물에 당밀을 8.5 중량으로 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 그리고 융융가스화로의 고온 듬부를 통해 장입되는 성형탄의 평가를 위하여 1000°C로 유지된 반웅관에 1000g의 성형탄을 투입하여 분당 10 회전하면서 60분 동안 성형탄을 열처리하였다. 그리고 열처리에 의해 얻어진 성형탄올 분급하였다. 체눈 10mm 이상의 촤의 무게를 전체 촤 무게에 대한 백분율로 나타내어 성형탄의 열간강도지수로 평가하였다. 실험 결과를 하기의 표 1에 정리하여 나타낸다.
실험예 1
점결력이 없는 미점탄인 석탄 A를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 A의 휘발분의 양은 35%이었다. lOwt0/。의 혹연을 첨가하여 성형탄을 제조한 경우, 성형탄의 촤의 입경이 증가하였다. 즉, 성형탄의 촤의 입경이 10mm 이상인 성형탄의 촤의 비율이 77.7%로 급격히 증가하였다.
실험예 2
점결력이 없는 미점탄인 석탄 A를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 A의 휘발분의 양은 35%이었다. 15^%의 혹연을 첨가하여 성형탄을 제조한 경우, 성형탄의 좌의 입경이 증가하였다. 즉, 성형탄의 좌의 입경이 10mm 이상인 성형탄의 촤의 91.2%로 급격히 증가하였다.
실험예 3
점결력이 없는 미점탄인 석탄 A를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 A의 휘발분의 양은 35%이었다. 30wt0/。의 혹연을 첨가하여 성형탄을 제조한 경우, 성형탄의 촤의 입경은 다소 증가하였다. 즉, 성형탄의 좌의 입경이 10mm 이상인 성형탄의 촤의 89%로 증가하였다.
실험예 4
큰 점결력을 가지는 점결탄인 석탄 B를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 B의 휘발분의 양은 25%이었다. 10wt0/。의 혹연을 첨가하여 성형탄을 제조한 경우， 성형탄의 촤의 입경이 증가하였다. 즉, 성형탄의 좌의 입경이 10mm 이상인 성형탄의 촤의 72.9%로 급격히 증가하였다.
실험예 5
큰 점결력을 가지는 점결탄인 석탄 B를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 B의 휘발분의 양은 35%이었다. 15^%의 혹연을 첨가하여 성형탄을 제조한 경우, 성형탄의 촤의 입경이 증가하였다. 즉, 성형탄의 좌의 입경이 10mm 이상인 성형탄의 좌의 비을이 93.2%로 급격히 증가하였다.
도 4의 a는 실험예 5에 따라 제조한 성형탄의 사진이고, 도 4의 b는 도 4의 a의 성형탄을 열처리하여 얻어진 촤의 사진이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 성형탄의 형상의 거의 그대로 남아 있는 촤가 제조되었다. 즉， 성형탄의 좌의 입경이 10mm 이상의 비율이 93.2%일 정도로 좌의 입경이 열처리전의 성형탄의 입경과 거의 동일하게 유지되었다.
비교예 1
실험예와의 비교를 위하여 혹연을 첨가하지 않고 석탄 A만으로 성형탄을 제조하였다. 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 이 경우, 얻어진 성형탄의 촤의 크기에 있어서 10mm 이상의 대립의 비율은 12.3%로서 매우 낮았으므로, 성형탄이 급속으로 열분해되어 작은 조각으로 분화되는 것올 알 수 있었다.
비교예 2
점결력이 없는 미점탄인 석탄 A를 사용하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 A의 휘발분의 양은 35%이었다. 40wt0/。의 흑연올 첨가하여 성형탄올 제조한 경우, 성형탄의 촤의 입경은 다소 작았다. 즉, 성형탄의 촤의 입경이 10mm 이상인 성형탄의 좌의 비율은 83.8%로서 실험예 1 내지 실험예 5의 성형탄의 촤의 비율에 비해 감소하였다. 따라서 흑연의 첨가 효과가 저하되는 것을 알 수 있었다. 전술한 실험예 1 내지 실험예 5와 비교예 1 및 비교예 2를 비교하여 하기의 표 1에 나타낸다.
성형탄의 좌의 강도 측정 실험
석탄과 혹연을 흔합하여 흔합물을 제조하였다. 흔합물 중량 100을 기준으로 흔합물에 당밀을 8.5 중량으로 흔합하여 성형탄올 제조하였다. 그리고 융융가스화로의 고온 돔부를 통해 장입되는 성형탄이 촤로 변환되는 경우, 촤의 크기 증가에 따라 촤의 강도가 저하되는지 여부를 확인하기 위해 실험을 실시하였다. 고로에 사용되는 야금용 코크스의 열간강도 (CSR) 측정 방법과 동일한 조건하에서 촤의 강도를 평가하였다. 촤를 코크스의 열간강도 (CSR) 측정용 I형 드럼에 넣고 분당 20 회전 속도로 600 회전한 후 10mm 이상의 크기로 남아 있는 좌의 함량을 측정하였다. 여기서, I형 드럼의 길이는 600mm 이었다. 실험 결과를 하기의 표 1에 정리하여 나타낸다. 혹연을 첨가하지 않은 비교예 1의 경우 촤 강도는 75%인데 비하여 흑연을 첨가한 실험예 1 내지 실험예 5에서는 촤 강도가 모두 80% 이상으로 증가하였다.
【표 1】
Figure imgf000014_0001
혹연 유형에 따른 성형탄의 열간강도 측정 실험
키시 (kish) 혹연과 인상 흑연을 사용하여 성형탄올 제조하였다. 그리고 성형탄의 열간강도를 측정하였다.
실험예 6
제철 공정에서 부생되는 키시 혹연을 첨가하여 성형탄을 제조하였다. 키시 혹연은 용철 중에 용해되어 있던 탄소 성분이 석출되어 생성되므로， 그 순도 및 결정성이 매우 우수하다. 석탄 A에 10^%의 키시혹연을 첨가하여 제조한 성형탄을 촤로 변환하였다. 이 경우, 성형탄의 촤의 열간강도지수는 82.7%이었다. 또한， 촤의 강도를 나타내는 I드럼 강도지수는 86%로서 비교적 높게 나타났다.
실험예 7
인상 흑연을 첨가하여 성형탄을 제조하였다. 석탄 A에 10^%의 인상혹연을 첨가하여 제조한 성형탄을 좌로 변환하였다. 이 경우， 성형탄의 좌의 열간강도지수는 77.7%로서 실험예 6의 성형탄의 촤의 열간강도지수보다 다소 낮았다. 또한, 좌의 강도를 나타내는 I 드럼 강도지수는 84%로서 실험예 6의 성형탄의 좌 강도와 유사하게 나타났다.
【표 2】
Figure imgf000015_0001
성형탄의 용융가스화로 조업 실험
전술한 바와 같이, 실험실에서 확인된 결과를 용철 제조용 용융가스화로에 직접 적용하였다. 따라서 용융가스화로 적용에 따른 효과를 확인하였다. 이를 하기의 표 3에 정리하여 나타낸다.
실험예 8
2\ %의 혹연을 함유하고， 당밀을 바인더로 사용한 성형탄을 제조하였다. 성형탄을 용융가스화로에 장입하여 조업을 관찰하였다. 조업은 연속적으로 진행하였으며， 연속 조업기간 동안 석탄 종류와 당밀의 사용 조건은 동일하게 유지하였다. 그리고 성형탄의 열간강도， 용융가스화로의 용철 생산량과 연료비를 조업기간 동안의 평균값으로 정리하였다. 열간강도는 +16mm를 기준으로 나타냈으며， 혹연이 첨가됨에 따라 열간강도가 크게 증가하였고, 통기성 및 통액성이 개선됨에 따라 용철생산량이 크게 증가하였으며, 연료비도 저감되었다ᅳ 실험예 9
3wt%의 혹연을 함유하고, 당밀을 바인더로 사용한 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다. 실험 결과, 혹연이 첨가됨에 따라 열간강도가 크게 증가하였고, 용철생산량이 크게 증가하였으며, 연료비도 저감되었다. '
비교예 3
혹연을 첨가하지 않고 당밀을 바인더로 사용한 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험과정은 전술한 실험예 8과 동일하였다. 실험 결과, 실험예 2 및 실험예 3에 비해 성형탄의 열간강도지수 및 용철생산량이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
【표 3】
Figure imgf000016_0001
혹연 첨가성형탄의 X선 회절 측정 실험
민상혹연 또는 키시흑연을 첨가하여 제조한 성형탄의 열간 품질은 매우 우수하였다. 혹연을 첨가하여 제조한 성형탄은 혹연을 첨가하지 않은 성형탄과 탄소 결정에 있어서 차이점이 있었다. 이를 X선 회절분석 (X-ray diffractometry) 결과를 통해 확인할 수 있었다. 즉, 석탄에 함유된 탄소의 2Θ 값은 약 21° 근방에서 나타나며， 석탄화도가 증가할수록 2Θ 값도 미세하게 증가한다.
그러나 혹연을 첨가한 성형탄에서는 26.6°근방에서 피크가 나타났다. 이러한 혹연의 결정 특성을 이용하여 본 발명의 .실험예에 따라 제조한 성형탄의 특성을 확인할 수 있었다. 이 경우, 석탄을 구성하는 광물 중 Si02는 혹연과 가까운 범위에서 피크를 나타내므로 혹연만의 피크를 관찰하기 위하여 사전 처리에 의해 성형탄에 함유된 불순물을 제거하였다. 63μπι 이하로 파쇄한 성형탄 시료를 50%의 염산용액 50°C에서 3시간 이상 용출시킨 후 증류수를 이용하여 세척하였다. 다음으로, 유리질 (Si02)를 제거하기 위해 5( C로 가열된 48%의 불산 (HF) 용액에서 성형탄을 다시 3시간 이상 2차로 산처리한 후 증류수로 세척한 다음 건조시켜 분석용 시료를 제조하였다. 그리고 구리 (Cu) 타겟을 사용하고 20kV 및 100mA의 가속전압으로 1°/분의 속도로 X선 회절분석을 실시하였다.
실험예 10
5^%의 혹연올 함유하는 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형탄 제조 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 전술한 방법에 따라 분석용 시료를 추출하였다. 험예 11
10wt0/。의 혹연을 함유하는 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형탄 제조 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 전술한 방법에 따라 분석용 시료를 추출하였다.
실험예 12
15^%의 흑연을 함유하는 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형탄 제조 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 전술한 방법에 따라 분석용 시료를 추출하였다.
실험예 13
20wt%의 혹연을 함유하는 성형탄을 제조하였다. 나머지 성형탄 제조 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 전술한 방법에 따라 분석용 시료를 추출하였다.
도 5는 실험예 10 내지 실험예 13과 비교예 1에 따라 제조한 성형탄의
X선 회절 그래프를 나타낸다.
도 5에 도시한 바와 같이, 성형탄의 액스선 회절분석 결과, 비교예 1의 경우 2Θ 값이 26.6ᄋ에서 피크가 전혀 나타나지 않았다. 반면에， 실험예 10 내지 실험예 13에서 26.60에서 피크가 나타났다. 또한 혹연의 배합비가 증가함에 따라 피크의 강도는 증가하는 경향이 뚜렷하게 나타났다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만， 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
[부호의 설명]
10. 분탄 저장조
20. 품질조절용 석탄 저장조
30. 혹연 저장조
40. 바인더 저장조
50. 경화제 저장조
60. 믹서
70. 성형기 85. 파쇄기
90. 건조기
92. 흔합탄 저장조
94. 회수탄 저장조
100. 성형탄 제조 장치
200. 용철제조장치
210. 용융가스화로
220. 층전층형 환원로
230. 풍구
303. 혹연 이송관
305. 혹연이송장치
310. 유동층형 환원로
320. 환원철 압축장치
330. 압축 환원철 저장조
801,803, 805. 입도선별기
2101ᅳ ϋ T

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 환원철을 제공하는 환원로
를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 듬부에 장입되어 급속 가열되도록 적용된 성형탄의 제조 방법으로서，
분탄을 제공하는 단계,
상기 성형탄의 고온 분화를 억제하는 흑연을 제공하는 단계,
경화제 및 바인더를 제공하는 단계,
상기 분탄, 상기 혹연, 경화제 및 바인더를 흔합하여 흔합물을 제공하는 단계， 및
상기 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계
를 포함하고，
상기 흔합물을 제공하는 단계에서, 상기 분탄의 양과 상기 혹연의 양의 합에 대한 상기 혹연의 양의 비는 0보다 크고 0.3 이하인 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 2】
제 1항에 있어서,
상기 분탄의 양과 상기 혹연의 양의 합에 대한 상기 혹연의 양의 비는 0.1 내지 0.15인 성형탄의 제조 방법.
【청구항 3】
제 1항에 있어서,
상기 흑연은 인상 혹연 또는 키시 혹연인 성형탄의 제조 방법.
【청구항 4】
제 1항에 있어서,
상기 흑연을 제공하는 단계는 상기 혹연을 기체로 압력 수송하여 혹연 저장조에 저장한 후 제공하는 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 5】
제 4항에 있어서，
상기 흔합물을 제공하는 단계에서， 상기 혹연은 상기 분탄과 사전 혼합되지 않은 상태로 상기 경화제 및 상기 바인더와 직접 흔합되는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 6】
제 4항에 있어서,
상기 기체는 질소 또는 부생가스를 함유하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 7】
제 1항에 있어서,
상기 흔합물을 제공하는 단계에서， 상기 혹연의 양이 증가함에 따라 상기 바인더의 양이 증가하는 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 8】
제 1항에 있어서,
상기 성형탄올 제공하는 단계에서, 상기 성형탄을 X선 회절 분석하는 경우 상기 성형탄은 26° 내지 2T 에서 X선 피크를 가지는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 9】
분탄이 저장되는 분탄 저장조,
혹연이 저장되는 혹연 저장조,
상기 혹연 저장조와 연결되어 상기 혹연 저장조에 상기 혹연을 기체로 압력 수송하는 혹연 이송관，
바인더가 저장된 바인더 저장조，
경화제가 저장된 경화제 저장조,
상기 분탄 저장조로부터 제공된 분탄， 상기 혹연 저장빈으로부터 제공된 혹연, 상기 바인더 저장조로부터 제공된 바인더, 그리고 상기 경화제 저장조로부터 제공된 경화제를 상호 흔합하여 흔합물을 제공하는 믹서， 및 상기 믹서로부터 상기 흔합물을 제공받아 상기 흔합물을 성형하는 성형기 를 포함하는 성형탄 제조 장치.
【청구항 10】
제 9항에 있어서，
상기 혹연 저장조는 상기 믹서와 바로 연결된 성형탄 제조 장치.
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