WO2016105007A2 - 성형탄의 제조 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing coal briquettes. More specifically, the present invention relates to a method for producing coal briquettes which can be manufactured at low cost while improving intermetallic strength. [Technique to become background of invention]
  • iron ore is reduced into a reducing furnace and reduced iron ore.
  • melt gasifier When iron ore is melted in a melt gasifier, coal briquettes are charged into a melt gasifier as a heat source for melting iron ore. Where reduced iron is
  • the coal briquettes charged into the melt gasifier form a coal seam layer.
  • Oxygen is blown through the tuyere provided in the melt gasifier, and then burns the coal seam layer to generate 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.
  • coal briquettes are produced by mixing coal and a binder.
  • molasses is used as the binder.
  • the component of molasses varies depending on the production region, and it is difficult to control the component according to the sugar production process. Therefore, when the coal briquettes are manufactured using molasses as a binder, the quality of the coal briquettes cannot be constantly controlled. In particular, when molasses having high moisture is used, the quality of coal briquettes is deteriorated.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing coal briquettes having excellent cold strength and which can be manufactured at low cost.
  • Method for producing coal briquettes comprises the steps of i) providing pulverized coal, ii) providing sugar cane syrup, Ui) sugar cane syrup and hardener in the pulverized coal Adding to provide a mixture, and iv) molding the mixture to provide coal briquettes.
  • Sugar cane syrup is 50 to 90 parts by weight of sucrose, carbon dioxide (C0 2 ), carbonic acid (H 2 C0 3 ) and hydrogen carbonate (HCO 3 ) 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of sugar cane syrup
  • the sugar cane syrup is 65 to 85 parts by weight of sucrose and at least one of carbon dioxide (C0 2 ), carbonic acid (3 ⁇ 4C0 3 ) and hydrogen carbonate (HCCV) 5 to 5 parts by weight.
  • the sugar cane syrup is 70 to 78 parts by weight of sucrose and carbon dioxide (C0 2 ), carbonic acid (H 2 C0 3 ) and hydrogen carbonate (1 in HCO) And at least 10 to 20 parts by weight of the species and the balance of water
  • the sugar cane syrup may further comprise 0.1 to 5 parts by weight of at least one of glucose and fructose.
  • Sugar cane syrup may further comprise 0.1 to 5 parts by weight of one or more of salulose, lignin and CaC0 3 .
  • Sugar cane syrup may further comprise 0.01 to 1 parts by weight of one or more of paraffin, glycerin and nucleic acid.
  • Sugar cane syrup may comprise 8 to 40 parts by weight of water.
  • the viscosity of the sugar cane syrup may be 100cp to 100OOcp.
  • Providing the sugar cane syrup includes the steps of crushing the sugar cane while injecting water, providing the sugar cane juice by juice the crushed sugar cane, and injecting the CO 2 and CaO or Ca (OH) 2 to the sugar cane juice. And concentrating the sugar cane juice to produce a sugar cane syrup.
  • Providing the sugar cane syrup may further include the step of adding a foam inhibitor to the sugar cane syrup after preparing the sugar cane syrup.
  • the antifoam can be at least one of paraffin glycerin and nucleic acid.
  • the pH of the sugar cane juice may be 8 to 10.
  • a curing agent In the step of providing the mixture, greater than 0 and less than 12 parts by weight of sugarcane syrup and 1 part by weight to 6 parts by weight of a curing agent may be added based on 100 parts by weight of pulverized coal. More specifically, 5 to 10 parts by weight of sugarcane syrup and 2 to 4 parts by weight of a curing agent may be added to 100 parts by weight of pulverized coal.
  • Curing agents include quicklime (CaO), slaked lime (Ca (OH) 2 ), calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, magnesium oxide (MgO),
  • It may be at least one of magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), phosphoric acid and sulfuric acid.
  • Curing agents include quicklime (CaO), hydrated lime (Ca (OH) 2 ), magnesium oxide (MgO) and
  • It may be one or more of magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ).
  • Adding a sugarcane syrup and a hardener to the pulverized coal provides a mixture by adding a hardener to the pulverized coal, and providing a mixture by mixing the first mixture with the sugarcane syrup. It may include.
  • Adding the sugar cane syrup and the hardener to the pulverized coal to provide a mixture can be mixed for 5 to 30 minutes by adding the sugar cane syrup and the hardener to the pulverized coal.
  • Sugar cane syrup containing sucrose and C0 2 can be used to efficiently ensure the strength of the coal briquettes.
  • the sugar cane syrup can be produced inexpensive and coal briquettes having excellent intermetallic strength.
  • the coal briquettes can be manufactured at low cost since it is not necessary to repeat the supersaturated concentrated recrystallization process for producing raw sugar.
  • Sugar cane syrup is also easy to store for a long time. [Brief Description of Drawings]
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a manufacturing method of coal briquettes according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing the chemical formula of the components of the sugar cane syrup used in the method for producing coal briquettes of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view of a manufacturing apparatus for providing the sugar cane syrup of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus for manufacturing molten iron using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of another apparatus for manufacturing molten iron using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • first, second, and third are used to describe various parts, components, regions, layers and / or sections, but are not limited to these terms. It is only used to distinguish an area, layer or section from other parts, components, regions, layers or sections. Thus, one part, component, region, layer or section described below is within the scope of the present invention. May be referred to as a second part, component, region, layer or section.
  • FIG. 1 schematically shows a flow chart of a method for producing coal briquettes according to an embodiment of the present invention.
  • the flowchart of the manufacturing method of the coal briquette of FIG. 1 is only for illustration of this invention, Comprising: This invention is not limited to this. Therefore, the manufacturing method of the coal briquettes can be variously modified.
  • the method for cleaning the coal briquettes comprises the steps of providing a powdered coal (S10), ii) providing a sugarcane syrup (S20), and iii) adding a sugarcane syrup and a hardener to the pulverized coal mixture. Providing a step (S30), and iv) molding the mixture to provide a coal briquette (S40).
  • step S10 pulverized coal is provided. Pulverized coal is used as raw coal. Pulverized coal is mixed with moisture in advance to reduce the amount of moisture mixed with pulverized coal from 3wt% to
  • the fine coal particles can be well bonded to each other to efficiently improve the cold strength of the coal briquettes.
  • the coal particles may be pulverized so that 90 wt% or more of the coal particles becomes 3 mm or less.
  • the pulverized coal may be coal briquettes, fine coal, lignite or anthracite. That is, the coal briquettes with improved hot strength can be produced by mixing sugarcane syrup with pulverized coal of the aforementioned coal species. Therefore, it is possible to prevent the phenomenon that the hot strength and the hot strength of the coal briquettes decrease due to the change in the coal type of the pulverized coal.
  • sugar cane syrup includes as essential components at least one of sucrose, carbon dioxide (C0 2 ), carbonic acid (H 2 CO 3 ) and hydrogen carbonate (HCCV) and water.
  • Figure 2 shows the chemical formula of the components of the sugar cane syrup used in the manufacturing method of the coal briquettes of FIG. That is, Figure 2 shows the chemical formula of sucrose, glucose, fructose.
  • Sucrose is also known as sucrose and its product name is sugar.
  • Sucrose is a disaccharide obtained by combining ⁇ -glucose (glucose) and ⁇ -fmctose (fructose) 1 and 2, and its molecular formula is CuH Ou, and is the main component of sugar in juices such as sugar cane, sugar beet and sugar maple.
  • Sucrose has excellent sweetness quality and strength, and is used as a reference material for sweetener evaluation.
  • sucrose may be included 50 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of sugar cane syrup. Specifically, sucrose may be included from 65 to 85 parts by weight. More specifically, sucrose may be included in 70 to 78 parts by weight. If the amount of sucrose in the sugarcane syrup is too small, the strength of the granulated coal briquettes cannot be secured and the microbial propagation cannot be suppressed. In particular, the microorganisms contained in a large amount of sugar cane syrup reduces the sugar content by fermenting the sucrose contained in the sugar cane syrup with an alcohol component, thereby reducing the strength of coal briquettes. Therefore, it is necessary to prevent sugar cane syrup from being fermented by microorganisms.
  • the amount of sucrose when the amount of sucrose is too large, a problem may occur in which the mixture does not stick well to the coal briquettes in the manufacture of coal briquettes and the mixture adheres to the coal. Therefore, the amount of sucrose in the above-mentioned range
  • the sugar cane syrup may further include one or more of glucose and fructose.
  • Glucose has a typical aldonucleus source, six carbons, It is a monosaccharide which has an aldehyde group.
  • Glucose is the central compound of carbohydrate metabolism, capable of synthesizing 38 ATPs per molecule, and the molecular formula is C 6 H 12 0 6 .
  • fructose is a kind of 2-ketonucleose, also called levu se, and is composed of levan ( ⁇ -2,6-fructan) or inulin ( ⁇ ) in the form of free and disaccharides in fruits, vegetables and honey. -1,2-fructan). If the sugarcane syrup further comprises at least one of glucose and fructose, the amount may be 0.1 to 5 parts by weight relative to 100 parts by weight of sugarcane syrup.
  • Sugar cane syrup includes one or more of carbon dioxide (C0 2 ), carbonic acid (H 2 CO 3 ), and hydrogen carbonate (HCCV). As shown in Reaction 1 below, the carbon dioxide (C0 2 ) present in the sugar cane syrup is reversibly reacted with carbonic acid (H 2 CO 3 ) and hydrogen carbonate (HC0 3 ⁇ ). In the following description, carbon dioxide is used in a wide range of concepts including carbon dioxide (C ( 3 ⁇ 4)) as well as carbon dioxide and hydrogen carbonate in which carbon dioxide is reversible.
  • the carbon dioxide dissolved in the sugar cane syrup reacts with the curing agent in step S30 to be described later, thereby generating CaC0 3 as shown in the following reaction formula 2, thereby further improving the intermetallic strength of the coal briquettes.
  • carbon dioxide may be included by 5 to 30 parts by weight, and more specifically, 10 to 20 parts by weight may be included. If too much carbon dioxide is contained, CaC0 3 may be excessively produced, and thus the coal strength of the coal briquettes may be reduced, so that the carbon dioxide content may be controlled within the above range.
  • Sugar cane syrup may further comprise one or more of salulose, lignin and CaC0 3 .
  • Salulose and lignin are materials that are treated as impurities in the production of sugar cane syrup, but when sugar cane syrup is used as a binder of coal briquettes, cellulose and lignin act as a binder in the production of coal briquettes to further increase the strength of coal briquettes. Can be improved.
  • CaC0 3 can be produced by combining Ca component in sugar cane syrup with carbon dioxide. When one or more of cellulose, lignin and CaC0 3 is included, 0.1 parts by weight 5 parts by weight based on 100 parts by weight of sugar cane syrup may be included.
  • Sugar cane syrup may further comprise one or more of paraffin, glycerin and nucleic acid.
  • Paraffin can prevent sugar cane syrup and foaming caused by organic acids. That is, when carbon dioxide contained in the sugar cane syrup is ejected to the outside, bubbles are generated. When the sugar cane syrup is agitated, the container storing the sugar cane syrup may explode due to the presence of an organic substance which is a foaming surfactant, resulting in volume increase and foaming.
  • paraffin, glycerin and nucleic acids are used to prevent this.
  • 0.01 to 1 part by weight may be included based on 100 parts by weight of sugar cane syrup.
  • Sugar cane syrup may include water in the balance. Specifically, the water may include 8 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of sugar cane syrup. If too little water is included, the flowability is not good, the efficiency of the manufacturing process of coal briquettes may be lowered. If too much water is included, it is not suitable for use as a binder. Therefore, the content of water can be adjusted to the above-mentioned range. The water content affects the viscosity of the sugar cane syrup, and the viscosity of the sugar cane syrup may be lOOcp to lOOOOcp.
  • Sugar cane syrup is composed of the above-mentioned ingredients, in addition to the above-mentioned ingredients may further include other ingredients, in the case of further comprising other ingredients in the present invention
  • FIG. 3 schematically shows a manufacturing apparatus 15 for providing a sugar cane syrup.
  • the manufacturing apparatus 15 of FIG. 3 is only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the manufacturing apparatus 15 can be modified also in another form.
  • the manufacturing apparatus 15 includes a grinder 151, a juicer 152, a sugar cane juice storage tank 153, an impurity remover 155, a sugar cane concentrator 157, and quicklime.
  • the manufacturing apparatus 15 may further include other components as necessary.
  • the grinder 151 Since the grinder 151 has irregularities on its surface, the sugar cane that is charged with the injected water is pulverized finely.
  • the finely ground sugar cane is juiced in the juicer 152 and extracted into sugar cane juice.
  • Sugar cane juice is stored in the sugar cane juice reservoir 153. Since sugar cane juice is prepared by grinding sugar cane, there are many impurities mixed in the sugar cane growing process. Therefore, the quickened lime (CaO) or hydrated lime (Ca (OH) 2 , lime) from the quicklime reservoir 159 to the sugar cane juice transferred to the impurity remover 155 to remove the impurities contained in the sugar cane juice. At this time, C0 2 is supplied together with CaO or Ca (OH) 2 .
  • Sugar cane syrup can be used directly or concentrated and used as a coal briquette binder.
  • Sugar cane syrup has a very low viscosity, which is advantageous for pipe transportation compared to molasses.
  • the sugar cane syrup has excellent mixing efficiency, the cold strength variation of the coal briquettes can be reduced by uniform mixing.
  • the sugar cane syrup stably maintains the cold strength of the coal briquettes regardless of the variation of the coal species.
  • 0.01 to 1 part by weight of antifoaming agents such as paraffin, glycerin and nucleic acid may be added to the sugar cane syrup.
  • Paraffin can prevent foaming of sugarcane syrup by organic acids and the like. That is, when carbon dioxide contained in the sugar cane syrup is ejected to the outside, bubbles are generated. When the sugar cane syrup is agitated, the container storing the sugar cane syrup may explode due to the presence of an organic substance which is a foaming surfactant, resulting in volume increase and foaming. Therefore, paraffin is used to prevent this.
  • the sugar cane syrup is further concentrated in the sugar cane concentrator 157, and is transferred to the coal briquette manufacturing process for use. Sugar cane syrup is distilled and recrystallized in a vacuum pan 154 to produce a raw sugar solution.
  • the sugar cane syrup is obtained by juice and condensation of sugar cane
  • the production process is simple, and the crystal production process requiring high investment cost is unnecessary.
  • the step of making the solution in order to use as a binder can be omitted. Therefore, the process can be simplified as a whole and the process can be streamlined. And when the distance between the sugar cane syrup production site and the coal briquettes production site is close, the transportation cost is low, the price of sugar cane is low, the binder price is low to reduce the manufacturing cost.
  • the sugar cane syrup does not adhere well to the forming roll, the shape defect of the coal briquettes can be prevented, and the viscosity can be uniformly applied to the coal briquettes as compared with the viscosity of the molasses.
  • the sugar cane syrup has a higher adhesive ability than molasses and thus improves the cold strength of the coal briquettes, it is possible to prevent a decrease in the cold strength and the hot strength due to the change in the carbon type of the coal briquettes.
  • sugar cane syrup instead of molasses binders can be used for coals of various types.
  • the content of solids is higher than 80% so that the viscosity
  • the viscosity of the sugar cane syrup is lOOcp to lOOOOcp.
  • Sugar cane syrup is 40 times lower than molasses. Therefore, it is easy to transport, store or quantitatively cut the coal briquettes.
  • the mixing efficiency can be increased to improve the coal briquette strength deviation.
  • step S30 sugarcane syrup and hardener are added to the pulverized coal to provide a mixture.
  • sugar cane syrup has been described above in detail, and sugar cane syrup is added to 12 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. If the amount of sugar cane syrup is high, the production cost of coal briquettes may increase. In addition, when the amount of sugar cane syrup is small, the strength of the coal briquettes may be lowered. Therefore, the amount of sugar cane syrup is adjusted to the above-mentioned range. Specifically, 5 to 10 parts by weight of sugar cane syrup may be added based on 100 parts by weight of pulverized coal. More specifically, the amount of sugarcane syrup added may be determined according to the sucrose content in the syrup.
  • sugar cane syrup when 70 to 78 parts by weight of sucrose is contained in sugar cane syrup, 5 to 10 parts by weight of sugar cane syrup may be added to 100 parts by weight of pulverized coal. In addition, when containing 65 to 75 parts by weight of sucrose in the sugar cane syrup, 6 to 1 parts by weight of sugar cane syrup may be added to 100 parts by weight of pulverized coal.
  • Curing agents include quicklime (CaO), slaked lime (Ca (OH) 2 ), calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, magnesium oxide (MgO),
  • Magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), one or more of phosphoric acid and sulfuric acid can be used, Specifically, quicklime (CaO), hydrated lime (Ca (OH) 2 ), magnesium oxide (MgO) and
  • magnesium hydroxide Mg (OH) 2
  • the curing agent may be added in an amount of 1 to 6 parts by weight based on 100 parts by weight of pulverized coal.
  • the amount of the curing agent in the above-described range, the cold strength of the coal briquettes can be greatly improved by blending with the sugarcane syrup described above. More specifically, 2 parts to 4 parts by weight of a curing agent may be added based on 100 parts by weight of pulverized coal.
  • the sugarcane syrup and the hardener may be added at the same time, but it is preferable for smooth mixing to add the hardener first and then the sugarcane syrup.
  • a hardener may be added to the pulverized coal to provide a first mixture, and the first mixture may be mixed with sugar cane syrup to prepare a mixture.
  • the mixture may be mixed for 5 to 30 minutes. If the mixing time is small, the sugar cane syrup is not evenly distributed in the pulverized coal. In addition, when there is too much mixing time, the fluidity
  • the mixing temperature of the mixture is preferably 50 ° C to 100 ° C for the same reason as described above.
  • step S40 the mixture is molded to provide coal briquettes.
  • a coal briquette in the form of a pocket or a strip may be manufactured by charging a mixture between pairs rotating in opposite directions.
  • the coal briquettes are rc to
  • coal briquettes can be prepared at 300 ° C. Since the coal briquettes are manufactured in the above-described temperature range, coal briquettes having excellent hot strength and intermetallic strength can be produced. The coal briquettes also contain sugar cane syrup, so that the strength of the coal briquettes can be improved.
  • the binder component contained in the coal briquettes can be analyzed as follows. first,
  • FIG. 4 is a molten iron manufacturing apparatus using the coal briquettes prepared in FIG. ) Roughly
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 4 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 may be modified in various forms.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 100 includes a melt gasifier 10, a fluidized bed reduction furnace 22, a reduced iron compression device 40, and a compressed reduced iron storage tank 50.
  • the compressed reduced iron storage tank 50 can be omitted.
  • the produced coal briquettes are charged into the melt gasifier 10 to form a coal seam layer inside the melt gasifier 10.
  • the coal briquettes are reduced gas in the melt gasifier (10)
  • the generated and generated reducing gas is supplied to the fluidized-bed reduction reactors 22.
  • the iron-iron ore is supplied to the plurality of fluidized-bed reduction reactors 22 having a fluidized bed, and is made of reduced iron while flowing by the reducing gas supplied from the melt gasifier 10 to the fluidized-bed reduction reactors 22.
  • the reduced iron is compressed by the reduced iron compression device 40 and then stored in the reduced reduced iron storage tank 50.
  • the compressed reduced iron is supplied from the compressed reduced iron storage tank 50 to the melt gasifier 10 and melted in the melt gasifier 10.
  • the chamfer 101 is formed in the upper part of the melting-gasifier 10.
  • coal briquettes charged into the chamfer 101 may be easily differentiated by the high temperature reducing gas. That is, the coal briquettes are injected into the upper portion of the melt gasification furnace maintained at 1000 ° C., so the coal briquettes are subjected to rapid thermal shock. Therefore, coal briquettes
  • the coal briquettes produced by the method of FIG. 1 have high hot strength, the coal briquettes are not differentiated in the dome portion 101 of the melt gasifier 10, and fall down to the lower portion of the melt gas furnace 10.
  • the left side produced by the pyrolysis reaction of the coal briquettes moves to the lower portion of the melt gasification furnace 10 and exothermicly reacts with oxygen supplied through the tuyere 30.
  • the coal briquettes can be used as a heat source for keeping the melt gasification furnace 10 at a high temperature.
  • a bulk coal or coke may be
  • the outer wall of the melt gasifier 10 has a tuyere 30 Install and 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.
  • Sugar cane syrup containing sucrose can be used to maximize the strength of the coal briquettes and lower the cost of coal briquettes. In addition, it is possible to maximize the operation efficiency of the fluidized bed reduction furnace, and reduce the logistics cost due to the long-haul transport of molasses.
  • FIG. 5 schematically shows another apparatus for manufacturing molten iron 200 using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 5 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 5 schematically shows another apparatus for manufacturing molten iron 200 using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 5 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 5 schematically shows another apparatus for manufacturing molten iron 200 using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 may be modified in various forms. Since the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 5 is similar to that of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 4, the same reference numerals are used for the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 5 includes a melt gasifier 10 and a layered layer reduction furnace 20.
  • the apparatus for manufacturing molten iron 200 may include other devices as necessary.
  • iron ore is charged and reduced. Filled layer type
  • the iron ore charged into the reduction furnace 20 is pre-dried and then the layered layer reduction furnace 20 is
  • the layered layer reduction furnace 20 receives the reducing gas from the melt gasifier 10 to form a layered layer therein.
  • Experimental Example 1-4 Molded carbon strength test according to the carbon dioxide content in the sugar cane syrup Coal, sugar cane syrup and hardener were prepared.
  • Sugar cane syrup was prepared sugar cane syrup containing 70 parts by weight of sucrose, carbon dioxide and the balance of the content shown in Table 1 with respect to 100 parts by weight of sugar cane.
  • Coal briquettes including 100 parts by weight of coal, 10 parts by weight of sugar cane syrup, 2.7 parts by weight of a curing agent and water were prepared. First, coal and the curing agent were mixed for 1 to 20 minutes, and then sugar cane syrup was added and mixed for 1 to 20 minutes.
  • the mixture was charged and compressed to prepare 100 parts by weight of a pillow-shaped coal briquette having a size of 64.5 mm ⁇ 25.4 mm ⁇ 19.1 mm.
  • Sugar cane syrup was prepared in a sugar cane syrup including sucrose, 10 parts by weight of carbon dioxide and the balance of water shown in Table 1 to 100 parts by weight of sugar cane.
  • Molded tanol was prepared comprising 100 parts by weight of coal, 10 parts by weight of sugar cane syrup, 2.7 parts by weight of hardener and water. First, coal and the curing agent were mixed for 1 to 20 minutes, and then sugar cane syrup was added and mixed for 1 to 20 minutes.
  • the mixture was charged and compressed to prepare 100 parts by weight of a pillow-shaped coal briquette having a size of 64.5 mm ⁇ 25.4 mm ⁇ 19.1 mm.
  • Sugar cane syrup prepared a sugar cane syrup including 75 parts by weight of sucrose, 10 parts by weight of carbon dioxide and the balance of 100 parts by weight of sugar cane.
  • Coal briquettes containing 100 parts by weight of coal, sugarcane syrup in an amount summarized in Table 3, 2.7 parts by weight of a curing agent, and water were prepared.
  • Comparative Example 4 used 10 parts by weight of molasses instead of sugar cane syrup. First, coal and the curing agent were mixed for 1 to 20 minutes, and then sugar cane syrup was added and mixed for 1 to 20 minutes.
  • the mixture was charged and compressed to prepare 100 parts by weight of a pillow-shaped coal briquette having a size of 64.5 mm ⁇ 25.4 mm ⁇ 19.1 mm.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는 i) 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 ii) 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 사탕수수 시럽을 제공하는 단계, iii) 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 혼합물을 제공하는 단계, 그리고 iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
성형탄의 제조 방법
【기술분야】
본 발명은 성형탄의 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 넁간 강도를 향상키면서 저가로 제조할 수 있는 성형탄의 제조 방법에 관한 것이다. 【발명의 배경이 되는 기술】
용융환원제철법에서는 철광석을 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 석탄층전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄층전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.
일반적으로, 성형탄은 석탄과 바인더를 흔합하여 제조된다. 이 경우, 바인더로서 당밀이 사용된다. 당밀의 성분은 산지에 따라 다르고, 제당 제조 공정에 따라 그 성분을 제어하기 어렵다. 따라서 당밀을 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하는 경우, 성형탄의 품질을 일정하게 제어할 수 없다. 특히, 높은 수분을 가지는 당밀을 사용하는 경우, 성형탄의 품질이 저하된다.
【발명의 내용】
【해결하고자 하는 과제]
우수한 냉간 강도를 가지면서 저가로 제조할 수 있는 성형탄의 제조 방법을 제공하고자 한다.
【과제의 해결 수단】
본 발명의 일 실시예에서는 i) 환원철이 장입되는 용융가스화로， 및 ii)
용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계， ii) 사탕수수 시럽을 제공하는 단계, Ui) 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계, 그리고 iv) 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다.
사탕수수 시럽은 사탕수수 시럽 100 중량부에 대하여 자당 (sucrose) 50 내지 90 중량부, 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HCO3 중 1종 이상 1 내지 40 중량부 및 잔부 물을 포함할 수 있다. 구체적으로 사탕수수 시럽은 자당 (sucrose) 65 내지 85 중량부 및 이산화탄소 (C02), 탄산 (¾C03) 및 탄산수소이온 (HCCV) 중 1종 이상 5 내지 30 중량부 및 잔부 물을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 사탕수수 시럽은 자당 (sucrose) 70 내지 78 중량부 및 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HCO 중 1종 이상 10 내지 20 중량부 및 잔부 물을 포함할 수 있다. 사탕수수 시럽은 포도당 (glucose) 및 과당 (fructose) 중 1종 이상을 0.1 내지 5 중량부 더 포함할 수 있다.
사탕수수 시럽은 샐를로오스， 리그닌 및 CaC03 중 1종 이상을 0.1 내지 5 중량부 더 포함할 수 있다.
사탕수수 시럽은 파라핀， 글리세린 및 핵산중 1종 이상을 0.01 내지 1 중량부 더 포함할 수 있다.
사탕수수 시럽은 물을 8 내지 40 중량부 포함할 수 있다.
사탕수수 시럽의 점도는 100cp 내지 lOOOOcp일 수 있다.
사탕수수 시럽을 제공하는 단계는 물을 주입하면서 사탕수수를 분쇄하는 단계, 분쇄된 사탕수수를 착즙하여 사탕수수 주스를 제공하는 단계, 사탕수수 주스에 C02 및 CaO 또는 Ca(OH)2을 투입하는 단계, 및 사탕수수 주스를 농축하여 사탕수수 시럽을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
사탕수수 시럽을 제공하는 단계는 사탕수수 시럽을 제조하는 단계 이후, 사탕수수 시럽에 거품억제제를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
거품억제제는 파라핀 글리세린 및 핵산 중 1종 이상이 될 수 있다.
사탕수수 주스에 C02 및 CaO 또는 Ca(OH)2을 투입하는 단계에서, 사탕수수 주스의 pH는 8 내지 10가 될 수 있다.
흔합물을 제공하는 단계에서, 미분탄 100 중량부에 대하여 0보다 크고 12 중량부 이하의 사탕수수 시럽 및 1 중량부 내지 6 중량부의 경화제를 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부의 사탕수수 시럽 및 2 중량부 내지 4 증량부의 경화제를 첨가할 수 있다. 경화제는 생석회 (CaO), 소석회 (Ca(OH)2), 탄산칼슘， 시멘트， 벤토나이트, 클레이 (clay), 실리카, 실리케이트， 돌로마이트, 산화마그네슘 (MgO),
수산화마그네슘 (Mg(OH)2), 인산 및 황산 중 1종 이상이 될 수 있다.
경화제는 생석회 (CaO), 소석회 (Ca(OH)2), 산화마그네슘 (MgO) 및
수산화마그네슘 (Mg(OH)2) 중 1종 이상이 될 수 있다.
미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계는 미분탄에 경화제를 첨가하여 게 1흔합물을 제공하는 단계 및 제 1흔합물과 상기 사탕수수 시럽을 혼합하여 흔합물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계는 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 5 내지 30분 동안 흔합할 수 있다.
【발명의 효과】
자당 및 C02를 포함하는 사탕수수 시럽을 사용하여 성형탄의 넁간 강도를 효율적으로 확보할 수 있다. 또한, 사탕수수 시럽을 이용하여 저렴하면서 우수한 넁간 강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다. 사탕수수 시럽을 사용하는 경우, 원당을 생산하기 위한 과포화 농축 재결정 공정을 반복할 필요가 없어 성형탄을 저가로 제조할 수 있다. 또한, 사탕수수 시럽은 장시간 저장하기에도 용이하다. 【도면의 간단한 설명】
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인
순서도이다.
도 2는 도 1의 성형탄의 제조 방법에서 사용된 사탕수수 시럽의 성분들의 화학식을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 사탕수수 시럽을 제공하기 위한 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 4는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치의 개략적인 도면이다. 도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 또다른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
제 1， 제 2 및 제 3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분， 영역， 층 및 /또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다ᅳ 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역， 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다ᅳ 따라서, 이하에서 서술하는 게 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 지식을 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 성형탄의 제조 방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 성형탄의 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성형탄의 쎄조 방법은 0 미분탄을 제공하는 단계 (S10), ii) 사탕수수 시럽을 제공하는 단계 (S20), iii) 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계 (S30), 그리고 iv) 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계 (S40)를 포함한다.
먼저, 단계 (S 10)에서는 미분탄을 제공한다. 원료탄으로서 미분탄을 사용한다. 미분탄은 사전에 수분을 흔합하여 미분탄에 흔합된 수분의 양을 3wt% 내지
12^%로 유지한다. 미분탄에 흔합된 수분의 양을 전술한 범위로 조절하는 경우, 수분이 미분탄 입자의 기공을 막아줄 수 있다. 그 결과, 후속 공정에서 흔합되는 경화제와 바인더가 미분탄 입자내로 침투하지 못하고 미분탄 입자 외부에
존재하므로, 미분탄 입자들 상호간에 잘 결합되어 성형탄의 냉간 강도를 효율적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 석탄 입자의 90wt% 이상이 3mm 이하가 되도록 석탄 입자를 분쇄할 수도 있다. 후술하지만， 바인더로서 사탕수수 시럽을 사용하는 경우, 미분탄은 발전용탄, 미점탄, 갈탄 또는 무연탄일 수 있다. 즉, 사탕수수 시럽과 전술한 탄종의 미분탄을 흔합하여 열간 강도가 개선된 성형탄을 제조할 수 있다. 따라서 미분탄의 탄종 변경에 의해 성형탄의 열간 강도와 넁간 강도가 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
다음으로， 단계 (S20)에서는 사탕수수 시럽을 제공한다. 사탕수수 시럽은 자당 (sucrose), 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HCCV) 중 1종 이상 및 물을 필수 구성요소로서 포함한다.
도 2는 도 1의 성형탄의 제조 방법에서 사용된 사탕수수 시럽의 성분들의 화학식을 나타낸다. 즉, 도 2는 자당， 포도당, 과당의 화학식을 나타낸다. 자당은 수크로오스라고도 하며, 제품명은 설탕이다. 자당은 α-glucose (포도당)와 β- fmctose (과당)이 1 , 2 결합한 이당류로서， 분자식은 CuH Ou이며，사탕수수， 사탕 무， 당단풍 등의 즙액 중 당의 주성분이다. 자당은 감미의 질, 강도 등이 뛰어나 감미료 평가의 기준 물질로서 이용된다. 본 발명의 일 실시예에서 자당은 사탕수수 시럽 100 중량부에 대해 50 내지 90 중량부 포함될 수 있다. 구체적으로 자당은 65 내지 85 중량부 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 자당은 70 내지 78 중량부 포함될 수 있다. 사탕수수 시럽 내에 자당의 양이 너무 적은 경우, 층분한 성형탄의 강도를 확보할 수 없고 미생물 번식을 억제할 수 없다. 특히, 사탕수수 시럽에 다량 포함된 미생물은 사탕수수 시럽에 포함된 자당을 알코올 성분으로 발효시켜서 당 성분을 감소시키므로, 성형탄의 넁간 강도를 저하시킨다. 따라서 사탕수수 시럽이 미생물에 의해 발효되지 않도록 할 필요가 있다. 또한, 자당의 양이 너무 많은 경우, 성형탄 제조시 흔합물이 성형탄으로 잘 찍어지지 않고 흔합물이 를에 달라붙게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 자당의 양을
조절한다.
사탕수수 시럽에는 자당 외에도 포도당 (glucose) 및 과당 (fructose) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 포도당은 대표적인 알도핵소스, 즉 탄소 6개를 가지며 알데하이드기를 가지는 단당류이다. 포도당은 탄수화물 대사의 중심 화합물로서 , 한 분자당 38개의 ATP를 합성할 수 있으며, 분자식은 C6H1206이다. D형 및 L형 2종의 광학 이성질체가 있고, 천연으로는 D형만이 존재하며 이러한 D-글루코스를 포도당이라 한다. 한편, 과당은 레불로오스 (levu se)라고도 하는 2-케토핵소오스의 일종으로서, 과실, 채소, 꿀 등에 유리형 및 이당류의 형태로 레반 (β-2,6-프룩탄) 또는 이눌린 (β-1 ,2-프룩탄) 등의 호모 다당류의 형태로 분포한다. 사탕수수 시럽 내에 포도당 및 과당 중 1종 이상을 더 포함하는 경우, 그 양은 사탕수수 시럽 100 중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부가 될 수 있다.
사탕수수 시럽은 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HCCV) 중 1종 이상을 포함한다. 하기 반웅식 1에서 나타나듯이, 사탕수수 시럽 내에 존재하는 이산화탄소 (C02)는 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HC03-)으로 가역반웅을 하게 된다. 이하에서 이산화탄소라고 하면, 이산화탄소 (C(¾) 뿐만 아니라 이산화탄소가 가역반웅하는 탄산 및 탄산수소이온도 포함하는 광범위한 개념으로 사용한다.
C02 + H20 ^ H2C03 ^ H+ + HC03 " (1)
사탕수수 시럽 내에 용해된 이산화탄소는 후술할 단계 (S30)에서 경화제와 반응하여 하기 반웅식 2와 같이 CaC03를 생성시킴으로써 성형탄의 넁간강도를 더욱 향상시키는 역할올 하게 된다.
H20 + 2C02 + Ca(OH)2 ^ CaC03 + H2C03 + H20 ^→ Ca2+ + 2HC03 " +H20 (2) 사탕수수 시럽 100 중량부에 대하여 이산화탄소는 1 내지 40 중량부 포함될 수 있다. 구체적으로 이산화탄소는 5 내지 30 중량부 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 10 내지 20 중량부 포함될 수 있다. 이산화탄소가 너무 적게 포함되는 경우， 성형탄의 넁간강도가 층분히 향상되지 않을 수 있다. 이산화탄소가 너무 많이 포함되는 경우, CaC03가 과량 생성되어, 오히려 성형탄의 넁간강도가 떨어질 수 있다. 따라서 전술한 범위로 이산화탄소의 함량을 조절할 수 있다.
사탕수수 시럽은 샐를로오스, 리그닌 및 CaC03 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 샐를로오스 및 리그닌은 사탕수수 시럽 제조 과정에서 불순물로서 취급되는 물질이나, 사탕수수 시럽이 성형탄의 바인더로서 사용될 시, 셀를로오스 및 리그닌이 성형탄 제조 공정에서 결합제로 작용하여 성형탄의 넁간강도를 더욱 향상시킬 수 있다. CaC03는 사탕수수 시럽 내의 Ca 성분이 이산화탄소와 결합하여 생성될 수 있다. 셀를로오스, 리그닌 및 CaC03 중 1종 이상이 포함되는 경우， 사탕수수 시럽 100 중량부에 대하여 0.1 내자 5 중량부 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 셀를로오스, 리그닌 및 CaC03 각각이 0.1 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 사탕수수 시럽은 파라핀, 글리세린 및 핵산 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 파라핀은 유기산 등에 의한사탕수수 시럽와 거품 발생을 방지할 수 있다. 즉, 사탕수수 시럽에 함유된 이산화탄소가 외부로 분출되는 경우， 거품이 발생한다. 사탕수수 시럽을 교반하는 경우, 거품을 일으키는 계면 활성제인 유기 물질이 존재하여 부피 증가 및 거품 발생으로 사탕수수 시럽을 저장한 용기가 폭발할 수 있다. 따라서 파라핀, 글리세린 및 핵산을 이용하여 이를 방지한다. 파라핀, 글리세린 및 핵산을 더 포함하는 경우， 사탕수수 시럽 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부 포함될 수 있다.
사탕수수 시럽은 잔부로 물을 포함할 수 있다. 구체적으로 물은 사탕수수 시럽 100 중량부에 대하여 8 내지 40 중량부 포함할 수 있다. 물이 너무 적게 포함되는 경우, 흐름성이 좋지 않아 성형탄의 제조 공정 효율이 저하될 수 있다. 물이 너무 많이 포함되는 경우, 바인더로서 사용하기에 적합하지 않다. 따라서 물의 함량을 전술한 범위로 조절할 수 있다. 물의 함량은 사탕수수 시럽의 점도에 영향을 미치며, 사탕수수 시럽의 점도는 lOOcp 내지 lOOOOcp가 될 수 있다.
사탕수수 시럽은 전술한 성분으로 구성되며, 전술한 성분 이외에도 다른 성분이 더 포함될 수 있으며, 본 발명에서 다른 성분을 더 포함하는 경우를
제외하는 것은 아니다.
이하에서는 사탕수수 시럽의 제조 공정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 사탕수수 시럽을 제공하기 위한 제조 장치 (15)를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 제조 장치 (15)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제조 장치 (15)를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이， 제조 장치 (15)는 분쇄기 (151), 착즙기 (152), 사탕수수 주스 저장조 (153), 불순물 제거기 (155), 사탕수수 농축기 (157) 및 생석회
저장조 (159)를 포함한다. 이외에, 제조 장치 (15)는 필요에 따라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
분쇄기 (151)는 그 표면에 요철을 가지므로, 주입되는 물과 함께 장입되는 사탕수수를 잘게 분쇄한다ᅳ 잘게 분쇄된 사탕수수는 착즙기 (152)에서 착즙되어 사탕수수 주스로 추출된다. 사탕수수 주스는 사탕수수 주스 저장조 (153)에 저장된다. 사탕수수 주스는 사탕수수를 분쇄하여 제조되므로, 사탕수수 재배 과정 등에서 섞인 많은 불순물들이 존재한다. 따라서 생석회 저장조 (159)로부터 생석회 (CaO) 또는 소석회 (Ca(OH)2, 라임)를 불순물 제거기 (155)로 이송된 사탕수수 주스에 투입하여 사탕수수 주스에 함유된 불순물을 제거한 사탕수수 시럽을 제조한다.ᅳ이 때, CaO 또는 Ca(OH)2와 함께 C02가 함께 공급된다. 사탕수수 주스의 pH를 8 내지 10으로 조절함으로써 불순물의 제거를 더욱 용이하게 할 수 있다. 사탕수수 시럽은 직접 사용되거나 농축되어 성형탄 바인더로 사용할 수 있다. 사탕수수 시럽은 매우 낮은 점도를 가지므로， 당밀에 비해 배관 수송에 유리하다. 또한,사탕수수 시럽은 우수한 흔합 효율을 가지므로, 균일 흔합에 의해 성형탄의 냉간 강도 편차를 줄일 수 있다. 또한， 사탕수수 시럽은 탄종의 변동에 관계없이 성형탄의 냉간 강도를 안정적으로 유지시킨다. 이 때， 사탕수수 시럽에 주입하는 물과 사탕수수의 양을 조절하여 사탕수수 시럽에 자당 등이 적절한 범위로 함유되도록 조절할 수 있다. 사탕수수 시럽의 수송을 위해 장기 보관이 필요한 경우, 사탕수수 시럽에 0.01 내지 1 중량부의 파라핀, 글리세린 및 핵산 등의 거품억제제를 첨가할 수 있다.
파라핀은 유기산 등에 의한 사탕수수 시럽의 거품 발생을 방지할 수 있다. 즉, 사탕수수 시럽에 함유된 이산화탄소가 외부로 분출되는 경우, 거품이 발생한다. 사탕수수 시럽을 교반하는 경우, 거품을 일으키는 계면 활성제인 유기 물질이 존재하여 부피 증가 및 거품 발생으로 사탕수수 시럽을 저장한 용기가 폭발할 수 있다. 따라서 파라핀을 이용하여 이를 방지한다. 사탕수수 시럽은 사탕수수 농축기 (157)에서 더욱 농축되어， 성형탄 제조 공정으로 이송되어 사용된다. 사탕수수 시럽은 원당 용액 제조를 위해 진공팬 (154)에서 증류 및 재결정되어
백하 (massecuite)로 추출되고, 원심분리기 (156)에서 원심 분리 공정을 통하여 원당이 추출된다. 이러한 과정을 진공팬 (154)과 원심분리기 (156)에서 지속적으로 반복하여 원당을 추출하고, 부산물인 당밀을 배출시킨다. 본 발명의 일 실시예에서는 사탕수수 농축기 (157)에서 농축된 사탕수수 시럽을 사용하므로, 재결정 및 원심 분리 공정을 거칠 필요가 없으며， 제조 공정이 단순하며, 단가가 저렴한 사탕수수 시럽을 사용하게 된다.
이처럼, 사탕수수 시럽은 사탕수수를 착즙 및 농축하여 얻어지므로, 그 생산 공정이 간단하고, 고도의 투자비가 필요한 결정 생산 공정이 불필요하다. 또한， 바인더로 사용하기 위해 용액 상태로 만들어야 하는 공정도 생략할 수 있다. 따라서 전체적으로 공정이 단순화되어 공정을 효율화할 수 있다. 그리고 사탕수수 시럽 생산지와 성형탄 제조지의 거리가 가까운 경우, 수송비가 적게 들고, 사탕수수의 가격이 저렴하므로, 바인더의 가격이 낮아서 제조 비용을 잘감할 수 있다. 또한， 사탕수수 시럽은 성형롤에 잘 부착되지 않으므로, 성형탄의 형상 불량 발생을 방지할 수 있으며, 점도가 당밀의 점도에 비해 낮아 성형탄에 균일하게 도포할 수 있다. 한편， 사탕수수 시럽은 당밀에 비해 접착 능력이 높아서 성형탄의 냉간 강도를 향상시키므로, 성형탄의 탄종 변화에 의한 냉간 강도와 열간 강도의 저하를 방지할 수 있다. 그리고 당밀 바인더 대신에 사탕수수 시럽을 사용하면 다양한 탄종의 석탄을 사용할 수 있다.
당밀 바인더를 농축하는 경우, 고형분의 함량이 80%보다 높아져서 점도가
25000cp 이상이 되므로, 성형탄 조업에 적용할 수 없다. 사탕수수 시럽의 점도는 lOOcp 내지 lOOOOcp 이다. 사탕수수 시럽의 점도는 당밀에 비해 40배 이상 낮다. 따라서 성형탄 제조를 위한 이송, 보관 또는 정량 절출이 용이하다. 또한, 미분탄과 흔합하는 경우, 흔합 효율이 증가하여 성형탄 강도 편차를 개선할 수 있다.
다시 도 1로 돌아오면， 단계 (S30)에서는 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공한다.
사탕수수 시럽에 대해서는 구체적으로 전술하였으며, 미분탄 100 중량부에 대하여 0보다크고 12 중량부 이하로 사탕수수 시럽을 첨가한다. 사탕수수 시럽의 양이 많은 경우, 성형탄의 제조 비용이 증가할 수 있다. 또한， 사탕수수 시럽의 양이 적은 경우， 성형탄의 넁간 강도가 저하될 수 있다. 따라서 사탕수수 시럽의 양을 전술한 범위로 조절한다. 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부의 사탕수수 시럽을 첨가할 수 있다. 더욱 구체적으로 시럽 내의 자당 함량에 따라 사탕수수 시럽의 첨가량을 정할 수 있다. 예컨데, 사탕수수 시럽 내에 자당을 70 내지 78 중량부 포함하는 경우, 미분탄 100 중량부에 대해 5 내지 10중량부의 사탕수수 시럽을 첨가할 수 있다. 또한 사탕수수 시럽 내에 자당을 65 내지 75 중량부 포함하는 경우， 미분탄 100 중량부에 대해 6 내지 1 1 중량부의 사탕수수 시럽을 첨가할 수 있다.
경화제는 생석회 (CaO), 소석회 (Ca(OH)2), 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이 (clay), 실리카， 실리케이트, 돌로마이트, 산화마그네슴 (MgO),
수산화마그네슴 (Mg(OH)2), 인산 및 황산 중 1종 이상을 사용할 수 있으며， 구체적으로 생석회 (CaO), 소석회 (Ca(OH)2), 산화마그네슘 (MgO) 및
수산화마그네슘 (Mg(OH)2) 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 경화제는 미분탄 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 6 중량부 첨가될 수 있다. 경화제의 양을 전술한 범위로 조절함으로써 전술한사탕수수 시럽과의 배합에 의해 성형탄의 냉간 강도를 크게 향상시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 미분탄 100 중량부에 대하여 2 중량부 내지 4 중량부의 경화제를 첨가할 수 있다.
사탕수수 시럽 및 경화제는 동시에 첨가될 수도 있으나, 경화제를 먼저 첨가하고, 후에 사탕수수 시럽을 첨가하는 것이 원활한 흔합을 위해 바람직하다. 구체적으로 미분탄에 경화제를 첨가하여 제 1 흔합물을 제공하고, 제 1흔합물과 사탕수수 시럽을 흔합하여 흔합물을 제조할 수 있다.
흔합물은 5 분 내지 30분 동안 흔합할 수 있다. 흔합 시간이 적은 경우, 사탕수수 시럽이 미분탄에 고르게 분포되지 않는다. 또한， 흔합 시간이 너무 많은 경우, 흔합물의 유동성이 저하되고 제조비가 증가한다. 따라서 흔합 시간을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 동일한 이유로 흔합물의 흔합 온도는 50°C 내지 100°C인 것이 바람직하다.
단계 (S40)에서는 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공한다. 예를 들면, 도 1에는 도시하지 않았지만， 상호 반대 방향으로 회전하는 쌍를들 사이에 흔합물을 장입하여 포켓 또는 스트립 형태의 성형탄을 제조할 수 있다. 이 경우, 성형탄을 rc 내지
300°C에서 제조할 수 있다. 전술한 온도 범위에서 성형탄을 제조하므로， 우수한 열간강도 및 넁간강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다. 또한, 성형탄에는 사탕수수 시럽이 함유되므로, 성형탄의 넁간 강도를 향상시킬 수 있다.
한편, 성형탄에 함유된 바인더 성분은 다음과 같이 분석할 수 있다. 먼저，
100g의 성형탄을 잘게 분쇄한다. 그리고 500mL의 에탄을을 첨가하고, 액체를 석탄과 분리한다. 다음으로, 액체를 여과하여 고체를 분리하고, 액체를 회전형 증발기 (rotary evaporator)를 이용하여 제거하고, 잔부를 물에 녹여서 0.01% 자당의 비율을 측정한다. 일반적인 당밀의 자당 비율은 30wt% 내지 40wt%이므로, 자당의 양이 그 이상인 경우 사탕수수 시럽을 성형탄 바인더로 사용한 것으로 추측할 수 있다, 도 4는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치 (100)를 개략적으로 나타낸다 도 4의 용철제조장치 (100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 4의
용철제조장치 (100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 용철제조장치 (100)는 용융가스화로 (10), 유동층형 환원로 (22), 환원철 압축장치 (40) 및 압축 환원철 저장조 (50)를 포함한다. 여기서, 압축 환원철 저장조 (50)는 생략할 수 있다.
제조된 성형탄은 용융가스화로 (10)에 장입되어 용융가스화로 (10)의 내부에 석탄층전층을 형성한다. 여기서， 성형탄은 용융가스화로 (10)에서 환원가스를
발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로들 (22)에 공급된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 유동층형 환원로들 (22)에 공급되고, 용융가스화로 (10)로부터 유동층형 환원로들 (22)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된다. 환원철은 환원철 압축장치 (40)에 의해 압축된 후 압축 환원철 저장조 (50)에 저장된다. 압축된 환원철은 압축 환원철 저장조 (50)로부터 용융가스화로 (10)에 공급되어 용융가스화로 (10)에서 용융된다.
용융가스화로 (10)의 상부에는 듬부 (101)가 형성되어 있다. 즉,
용융가스화로 (10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고， 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 따라서 고온의 환원가스에 의해 듬부 (101)에 장입되는 성형탄이 쉽게 분화될 수 있다. 즉, 성형탄은 1000°C로 유지되는 용융가스화로의 상부에 투입되므로, 성형탄이 급속한 열충격을 받는다. 따라서 성형탄이
용융가스화로의 하부로 이동하면서 분화될 수 있다.
이에 대하여 도 1의 방법으로 제조한 성형탄은 높은 열간 강도를 가지므로, 용융가스화로 (10)의 돔부 (101)에서 분화되지 않고, 용융가스화로 (10)의 하부까지 강하한다. 성형탄의 열분해 반응에 의해 생성된 좌는 용융가스화로 (10)의 하부로 이동하여 풍구 (30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 그 결과， 성형탄은 용융가스화로 (10)를 고온으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편, 좌가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로 (10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 유동층형 환원로 (22)에서 공급된 환원철이 용융가스화로 (10)내의 석탄층전충을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
전술한 성형탄 이외에 괴상 탄재 또는 코크스를 필요에 따라
용융가스화로 (10)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로 (10)의 외벽에는 풍구 (30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄층전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.
자당을 포함하는 사탕수수 시럽을 사용하여 성형탄의 넁간강도를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 성형탄 원가를 낮출 수 있다. 또한， 유동층형 환원로의 조업 효율을 극대화하고, 당밀의 장거리 수송에 따른 물류비를 절감할 수 있다.
도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용하는 또다른 용철제조장치 (200)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 용철제조장치 (200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 5의
용철제조장치 (200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 5의 용철제조장치 (200)의 구조는 도 4의 용철제조장치 (100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5의 용철제조장치 (200)는 용융가스화로 (10) 및 층전층형 환원로 (20)를 포함한다. 이외에, 용철제조장치 (200)는 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 충전층형 환원로 (20)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 충전층형
환원로 (20)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 층전층형 환원로 (20)를
통과하면서 환원철로 제조된다. 층전층형 환원로 (20)는 용융가스화로 (10)로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 층전층을 형성한다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1-4 : 사탕수수 시럽 내의 이산화탄소 함량에 따른성형탄강도실험 석탄， 사탕수수 시럽 및 경화제를 준비하였다. 사탕수수 시럽은 사탕수수 100 중량부에 대하여 70 중량부의 자당， 하기 표 1에 표시되는 함량의 이산화탄소 및 잔부 물을 포함하는 사탕수수 시럽을 준비하였다.
100 중량부의 석탄, 10 중량부의 사탕수수 시럽, 2.7 중량부의 경화제 및 수분을 포함하는 성형탄을 제조하였다. 먼저, 석탄과 경화제를 1분 내지 20분 동안 흔합한 후 사탕수수 시럽을 첨가하여 1 내지 20분동안 흔합하였다.
흔합물을 장입하고, 압축하여 64.5mm X 25.4mm X 19.1mm 크기의 베게 형상의 성형탄 100중량부를 제조하였다.
1시간 건조 후 압축강도 및 낙하강도를 측정하여 하기 표 1에 정리하였다. 【표 1】
Figure imgf000015_0001
표 1에 기재한 바와 같이， 사탕수수 시럽 내에 이산화탄소를 적정량 포함하는 실험예 1 내지 실험예 4가 비교예 1 및 비교예 2에 비해 압축강도 및 낙하강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 실험예 5-7 : 사탕수수 시럽 내의 자당 함량에 따른성형탄강도실험
석탄, 사탕수수 시럽 및 경화제를 준비하였다. 사탕수수 시럽은 사탕수수 100 중량부에 7 하기 표 1에 표시되는 함량의 자당, 10 중량부의 이산화탄소 및 잔부 물을 포함하는 사탕수수 시럽을 준비하였다.
100 중량부의 석탄, 10 중량부의 사탕수수 시럽, 2.7 중량부의 경화제 및 수분을 포함하는 성형탄올 제조하였다. 먼저, 석탄과 경화제를 1분 내지 20분 동안 흔합한 후 사탕수수 시럽을 첨가하여 1 내지 20분동안 흔합하였다.
흔합물을 장입하고， 압축하여 64.5mm X 25.4mm X 19.1mm크기의 베게 형상의 성형탄 100중량부를 제조하였다.
1시간 건조 후 압축강도 및 낙하강도를 측정하여 하기 표 1에 정리하였다. 【표 2】
Figure imgf000015_0002
표 2에 나타나듯이， 사탕수수 시럽 내에 자당의 함량 (농도 및 배합비 )o 적절한 범위에 포함되는 실험예 5 내지 실험예 7이 비교예 3에 비해 압축강도 및 낙하강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 실험예 7-9 : 사탕수수 시럽 내의 양에 따른성형탄강도실험
석탄, 사탕수수 시럽 및 경화제를 준비하였다. 사탕수수 시럽은 사탕수수 100 중량부에 75중량부의 자당， 10 중량부의 이산화탄소 및 잔부 물을 포함하는 사탕수수 시럽을 준비하였다.
100 중량부의 석탄， ^기 표 3에 정리된 양의 사탕수수 시럽, 2.7 중량부의 경화제 및 수분을 포함하는 성형탄을 제조하였다. 비교예 4는 사탕수수 시럽 대신 당밀 10 중량부를 사용하였다. 먼저, 석탄과 경화제를 1분 내지 20분 동안 흔합한 후 사탕수수 시럽을 첨가하여 1 내지 20분동안 흔합하였다.
흔합물을 장입하고, 압축하여 64.5mm X 25.4mm X 19.1mm크기의 베게 형상의 성형탄 100중량부를 제조하였다.
1시간 건조 후 압축강도 및 낙하강도를 측정하여 하기 표 1에 정리하였다. 【표 3】
Figure imgf000016_0001
표 3에 나타나듯이, 사탕수수 시럽을 바인더로 사용한 실험예 7 내지 실험예 9가 당밀을 바인더로 사용한 비교예 4에 비해 압축강도 및 낙하강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
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. 용융가스화로
15. 사탕수수 시럽 제조 장치
20. 층전층형 환원로
22. 유동층형 환원로
30. 풍구
40. 환원철 압축장치
50. 압축 환원철 저장조
100, 200. 용철제조장치
101. 돔부
151. 분쇄기
' 152. 착즙기
153. 사탕수수 주스 저장조
154. 진공팬
155. 불순물 제거기
156. 원심분리기
157. 사탕수수 농축기
159. 생석회 저장조

Claims

【특허청구범위】
【청구항 1
환원철이 장입되는 용융가스화로， 및
상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 환원철을 제공하는 환원로
를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법으로서,
미분탄을 제공하는 단계,
사탕수수 시럽을 제공하는 단계,
상기 미분탄에 상기 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계 및
상기 흔합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계
를 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 2]
제 1항에 있어서,
상기 사탕수수 시럽은 사탕수수 시럽 100 중량부에 대하여 자당 (sucrose) 50 내지 90 중량부, 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HC03 중 1종 이상 1내지 40 증량부 및 잔부 물을 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 3
제 1항에 있어서，
상기 사탕수수 시럽은 자당 (sucrose) 65 내지 85 중량부 및 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HC03 ) 중 1종 이상 5 내지 30 중량부 및 잔부 물을 포함하는 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 4
제 3항에 있어서，
상기 사탕수수 시럽은 자당 (sucrose) 70 내지 78 중량부 및 이산화탄소 (C02), 탄산 (H2C03) 및 탄산수소이온 (HCO 중 1종 이상 10 내지 20 증량부 및 잔부 물을 포함하는 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 5
제 1항에 있어서，
상기 사탕수수 시럽은 포도당 (glucose) 및 과당 (fructose) 중 1종 이상을 0.1 내지 5 중량부 더 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 6】
거 U항에 있어서,
상기 사탕수수 시럽은 셀를로오스， 리그닌 및 CaC03 중 1종 이상을 0.1 내지 5 중량부 더 포함하는 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 7]
제 1항에 있어서, ,
상기 사탕수수 시럽은 파라핀, 글리세린 및 핵산 중 1종 이상을 0.01 내지 1 중량부 더 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 8】
제 1항에 있어서,
상기 사탕수수 시럽은 물을 8 내지 40 중량부 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 9】
제 1항에 있어서,
상기 사탕수수 시럽의 점도는 lOOcp 내지 lOOOOcp인 성형탄의 제조 방법.
【청구항 10]
제 1항에 있어서，
상기 사탕수수 시럽을 제공하는 단계는
물을 주입하면서 사탕수수를 분쇄하는 단계，
상기 분쇄된 사탕수수를 착즙하여 사탕수수 주스를 제공하는 단계， 상기 사탕수수 주스에 C02, 및 CaO 또는 Ca(OH)2를 투입하는 단계, 및 상기 사탕수수 주스를 농축하여 사탕수수 시럽을 제조하는 단계를 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 11】
제 10항에 있어서,
상기 사탕수수 시럽을 제공하는 단계는
사탕수수 시럽을 제조하는 단계 이후, 사탕수수 시럽에 거품억제제를 투입하는 단계를 더 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 12】
제 11항에 있어서, 상기 거품억제제는 파라핀 글리세린 및 핵산 중 1종 이상인 성형탄의 제조 방법.
【청구항 13】
제 10항에 있어서，
상기 사탕수수 주스에 C02, 및 CaO 또는 Ca(OH)2을 투입하는 단계에서, 사탕수수 주스의 pH는 8 내지 10인 성형탄의 제조 방법.
【청구항 14】
제 1항에 있어서,
흔합물을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄 100 중량부에 대하여 0보다 크고 12 중량부 이하의 사탕수수 시럽 및 1 중량부 내지 6 중량부의 경화제를 첨가하는 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 15]
제 14항에 있어서,
흔합물을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부의 사탕수수 시럽 및 2 중량부 내지 4 중량부의 경화제를 첨가하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 16】
제 1항에 있어서,
상기 경화제는 생석회 (CaO), 소석회 (Ca(OH)2), 탄산칼슘, 시멘트， 벤토나이트, 클레이 (clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 산화마그네슘 (MgO),
수산화마그네슘 (Mg(OH)2), 인산 및 황산 중 1종 이상인 성형탄의 제조 방법.
【청구항 17]
제 16항에 있어서,
상기 경화제는 생석회 (CaO), 소석회 (Ca(OH)2), 산화마그네슘 (MgO) 및 수산화마그네슘 (Mg(OH)2) 중 1종 이상인 성형탄의 제조 방법 .
【청구항 18】
거 11항에 있어서,
상기 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계는
상기 미분탄에 경화제를 첨가하여 게 1흔합물을 제공하는 단계 및 상기 제 1흔합물과 상기 사탕수수 시럽을 흔합하여 흔합물을 제공하는 단계를 포함하는 성형탄의 제조 방법.
【청구항 19】
저 11항에 있어서，
상기 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 흔합물을 제공하는 단계는
상기 미분탄에 사탕수수 시럽 및 경화제를 첨가하여 5 내지 30분 동안 흔합하는 성형탄의 제조 방법 .
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