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WO2014098413A1 - 성형탄 및 그 제조 방법 - Google Patents

성형탄 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2014098413A1
WO2014098413A1 PCT/KR2013/011549 KR2013011549W WO2014098413A1 WO 2014098413 A1 WO2014098413 A1 WO 2014098413A1 KR 2013011549 W KR2013011549 W KR 2013011549W WO 2014098413 A1 WO2014098413 A1 WO 2014098413A1
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WO
WIPO (PCT)
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coal
briquettes
low
pulverized coal
pulverized
Prior art date
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Ceased
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PCT/KR2013/011549
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English (en)
French (fr)
Inventor
류진호
손창일
허남환
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Posco Holdings Inc
Original Assignee
Posco Co Ltd
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Publication date
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    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces

Definitions

  • the present invention relates to coal briquettes and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to coal briquettes containing low grade coal and a method of manufacturing the same.
  • iron ore is used as a reducing furnace and a molten gasifier for melting the reduced iron ore.
  • 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 filling layer.
  • Oxygen is blown through the tuyere installed in the melt gasifier and then burns the coal packed bed to produce combustion gas. Combustion gas is converted into hot reducing gas while rising through the coal-filled 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 can be produced using bituminous coal.
  • Bituminous coal is very low in coal, while bituminous coal is not produced in Korea. Therefore, all of the bituminous coal required for manufacturing molten iron is imported from overseas. Since most bituminous coals are produced only in some countries, such as Australia, Canada, and the United States, high-quality bituminous coal used for metallurgy is gradually depleted, resulting in supply and demand imbalances and fluctuating prices.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing coal briquettes containing low quality coal.
  • the molten gas in which the reduced iron is charged and is connected to the molten gasifier in the molten iron manufacturing apparatus including a reducing furnace for providing reduced iron is charged in the dome portion of the molten gasifier Is rapidly heated.
  • the process for producing coal briquettes includes the steps of i) providing pulverized coal, ii) mixing 1-5 parts by weight of a curing agent and 5-15 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of pulverized coal, and iii) forming a mixture. Steps.
  • pulverized coal comprises i) low grade coal which is greater than 0 and 50 wt% or less, and ii) the remaining coal ash.
  • Low quality coal has a volatility (dry basis) of 25 wt% to 40 wt% and has a crucible expansion index of greater than 0 and less than 3.
  • the anhydrous baseline gross calorific value may be 5,500 Kcal / kg to 7,000 Kcal / kg.
  • a carbon source additive greater than 0 and up to 20 wt% may be added to the pulverized coal.
  • the carbon source additive may include one or more carbon sources selected from the group consisting of powdered coke, coke dust, graphite, activated carbon and carbon black.
  • the amount of the first carbon included in the carbon source additive may be greater than the amount of the second carbon included in the carbonaceous material.
  • the amount of low-grade coal may be 10wt% to 40wt%. More preferably, the amount of low quality coal may be 15wt% to 30wt%.
  • the curing agent may be at least one material selected from the group consisting of quicklime, slaked lime, limestone, calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, phosphoric acid, sulfuric acid and oxides.
  • the binder may be one or more materials selected from the group consisting of molasses, bitumen, asphalt, coal tar, pitch, starch, water glass, plastics, polymer resins and oils.
  • coal briquettes are manufactured using low grade coal, the production cost of the coal briquettes can be greatly reduced.
  • the use of low-grade coal can increase the area of resource utilization.
  • 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 diagram of an apparatus for manufacturing molten iron using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • FIG. 3 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. 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 portion, component, region, layer or section described below may be referred to as the second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the invention.
  • hole is to be interpreted to include all shapes that are drilled or dug in the form of points, lines or faces.
  • a “hole” includes both shapes formed as holes or shaped like channels.
  • 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 producing coal briquettes includes the steps of i) providing pulverized coal, ii) mixing 1-5 parts by weight of a curing agent and 5-15 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of pulverized coal. And iii) molding the mixture.
  • the method of manufacturing coal briquettes may further include other steps.
  • Pulverized coal includes low grade coal and the remaining coal ash.
  • the amount of volatile matter contained in the pulverized coal is 20wt% to 35wt%. If the amount of volatile matter is too small, coal briquettes made of pulverized coal cannot be charged into a molten gasifier to produce a sufficient amount of reducing gas for the reduction of iron ore. In addition, when the amount of volatile matter is too large, the coal briquettes charged into the molten gasifier are easily differentiated, so that the heat source necessary for melting the reduced iron charged into the molten gasifier cannot be sufficiently secured. Therefore, the amount of volatile matter is adjusted to the above-mentioned range.
  • Coal can be classified in various ways.
  • the criteria for coalification can be used for the classification of coal.
  • Coalization degree refers to a process in which plant volatile matter decreases and the amount of fixed carbon increases as time, pressure, and temperature change underground.
  • Coal can be classified as follows according to the degree of coalification. That is, coal has a carbon content (dry ash free basis) of less than about 60% peat, about 60 ⁇ 70% lignite, about 70 ⁇ 75% sub-bituminous coal, about 75 ⁇ 85% depending on the degree of coalification. It is divided into bituminous coal and anthracite coal of about 85% to 94%.
  • coal may be classified into coking coal and non-coking coal depending on the coking property.
  • Coking bituminous coal has the property that coal particles bind to each other when dry.
  • Coking property means that when coal is heated, it shows thermosoftening property and flow phenomenon around 350 ⁇ 400 °C and coal particles are bonded to each other and expand by pyrolysis gas generation and exhibit shrinkage phenomenon by solidification around 450 ⁇ 500 °C.
  • the coking property is evaluated by a free swelling index (FSI) by the Coal-Crucel Expansion Index Measurement (KS E ISO 501), which measures coal's expansion characteristics by heating coal to a final temperature of 820 W 5 ° C.
  • Coal with a crucible expansion index of 3 or more is classified as coking coal, and coal with a crucible expansion index of less than 3 is classified as non-coking coal.
  • Coking bitumen is mainly used for metallurgy for coke production.
  • non-coking coal has no binding capacity between the coal particles, so the coke quality is reduced when used for the production of coke was not used for metallurgy. Therefore, lignite, sub-bituminous coal, and non-caking bituminous coal, which are non-caking coal and have a high volatile content, have been mainly used for power generation.
  • anthracite coal which is non-coking coal, and has high fixed carbon and calorific value, has been mainly used in pulverized coal injection (PCI).
  • PCI pulverized coal injection
  • Low-grade coal is non-coking coal having a crucible expansion index (FSI) of less than 3, which means low-cost coal having a high volatile content.
  • Low quality coal has been pulverized into pulverized coal and used for power generation.
  • low-cost coal is used that is not used as metallurgical coal.
  • the coal briquettes charged into the melt gasifier are rapidly heated to 30 ° C./min or more in direct contact with a hot gas stream of about 1000 ° C. in a dome located at the top of the melt gas furnace.
  • a hot gas stream of about 1000 ° C. in a dome located at the top of the melt gas furnace.
  • Non-caking coal that does not melt at extremely low heating rates of 3 ° C./min also melts at rapid heating rates.
  • the viscosity change is large with respect to the temperature of coal, and the tar particles are large and the heating rate is high, the flow rate changes with the release of the tar, and the oxygen is high and crosslinking easily occurs at a low heating rate.
  • the fluidity of coal increases by rapid heating. Therefore, soft melting occurs by rapid heating even when melting is not easy.
  • coal briquettes are rapidly heated to 30 ° C./min or more in direct contact with a hot gas stream of about 1000 ° C. in the dome section of the melt gasifier. Therefore, coal briquettes can be manufactured using low-cost, low-cost coal, which could not be used in the manufacture of metallurgical coke. For example, power generation coal can be used as a low grade coal.
  • the pulverized coal forming the coal briquettes charged into the melt gasifier determines the behavior of the melt gasifier. Therefore, only pulverized coal with limited properties can be used in the melt gasifier.
  • the pulverized coal must satisfy various conditions in terms of cold strength, hot strength, high temperature differentiation rate, ash content and fixed carbon amount.
  • good quality coal can be produced by mixing coal for quality control with a high average reflectance to pulverized coal, but there is a problem that the cost of manufacturing coal briquettes increases.
  • the amount of low quality coal may be greater than zero and less than or equal to 50 wt%. If the amount of low-grade coal is too large, the quality of the coal briquettes to be produced is deteriorated, so the coal briquettes are well differentiated at high temperatures, the coal briquette strength is lowered, and the operation of the molten gasifier may become unstable. Therefore, the quantity of low quality coal is adjusted to the above-mentioned range.
  • the amount of low grade coal may be 10 wt% to 40 wt%. More preferably, the amount of low-grade coal may be 15wt% to 30wt%.
  • Anhydrous base high calorific value of low-grade coal may be 5,500 Kcal / kg to 7,000 Kcal / kg.
  • the calorific value indicates the amount of heat released when a unit mass of coal is completely burned.
  • the calorific value is measured by the KS E3707 standard and is represented by the gross calorific value on the anhydrous basis.
  • bituminous coals mainly used for metallurgy hard coking coal having a high coking force has a high calorific value of about 7,500 Kcal / kg or more, and uncoal coal has a calorific value of 7,000 Kcal / kg to 7,500 Kcal / kg.
  • Metallurgical coal has a high calorific value of more than 7,000 kcal / kg, while low-grade coal has 25 wt% to 40 wt% of volatile matter (dry basis), crucible expansion index greater than 0 and less than 3 and 5,500 Kcal / kg to 7,000 Kcal / It has a low calorific value of kg.
  • coal having a high crucible expansion index among coals having a volatile content of less than 25% is an expensive high-quality coal mainly used for metallurgy for coke production.
  • non-coking coal having a low crucible expansion index is anthracite coal mainly used in pulverized coal blowing processes and is a coal having a high calorific value. Accordingly, there is no coal having a low volatile content and a low crucible expansion index and a low calorific value in the low-grade coal.
  • Coal with a high crucible expansion index can be used for coke production and is traded at high prices. If coal with high crucible expansion index is used for power generation, coal is expanded as the temperature rises in the process of blowing pulverized coal and the blowing nozzle is blocked. Therefore, only non-caking coal can be used for power generation or pulverized coal injection process so that the crucible expansion index is larger than 0 and less than 3 so that the blowing nozzle is not blocked during blowing.
  • the calorific value of the low grade coal is too low, sufficient heat amount for melting the reduced iron when the coal briquettes are charged into the melt gasifier cannot be secured.
  • low-grade coal having a high calorific value may be used, non-coking coal having a high calorific value has a low volatile content as anthracite coal mainly used in pulverized coal blowing processes. Therefore, there is no coal having high calorific value as non-coking coal having a volatile matter content (dry basis) of 25% to 40% in low-grade coal and having a low crucible expansion index. Therefore, the calorific value of low-grade coal is maintained in the above-mentioned range.
  • a carbon source additive of greater than zero and 20wt% or less.
  • the carbon source additive powdered coke, coke dust, graphite, activated carbon or carbon black may be used.
  • the amount of the first carbon included in the carbon source additive may be greater than the amount of the second carbon included in the carbonaceous material. Therefore, the amount of fixed carbon of the coal briquettes can be increased by the carbon source additive.
  • low-grade coal has a high volatile matter content and the content of fixed carbon is less than that of bituminous coal, and thus it cannot be used to manufacture molten iron.
  • the amount of reducing gas generated by the coal briquettes is large, but the amount of coal produced is relatively low. In this case, more coal briquettes have to be put into the melt gasifier in order to supply sufficient amount of coal to the melt gasifier. In this case, the reducing gas is in a surplus state, but since the amount of coal used per tonne of molten iron is increased, the cost of manufacturing molten iron increases. Therefore, the carbon source additive having a high carbon content is partially mixed with the pulverized coal to secure the amount of fixed carbon required for the coal briquettes.
  • a mixture of 1 to 5 parts by weight of a curing agent and 5 to 15 parts by weight of a binder is prepared based on 100 parts by weight of pulverized coal in step S20.
  • the hardener quicklime, hydrated lime, limestone, calcium carbonate, cement, bentonite, clay, silica, silicate, dolomite, phosphoric acid, sulfuric acid, or an oxide may be used. If the amount of the curing agent is too small, the compound bonding of the binder and the curing agent does not sufficiently occur, and the strength of the coal briquettes cannot be sufficiently secured.
  • the amount of the curing agent is adjusted to the above-mentioned range.
  • the binder molasses, bitumen, asphalt, coal tar, pitch, starch, water glass, plastic, polymer resin or oil may be used.
  • the amount of the binder is too small, the strength of the coal briquettes may deteriorate.
  • the amount of the binder is too large, problems such as adhesion during the mixing of the pulverized coal and the binder occur. Therefore, the amount of binder is adjusted to the above range.
  • curing agent and a binder can arbitrarily set the mixing order. Therefore, the curing agent may be mixed with pulverized coal and then a binder may be mixed therein or the binder may be mixed with pulverized coal and then the curing agent may be mixed therein.
  • step S30 the mixture is molded.
  • the coal briquettes in the form of pockets or strips may be manufactured by charging a mixture between paired rolls rotating in opposite directions. As a result, coal briquettes having excellent hot strength and cold strength can be produced.
  • FIG. 2 schematically shows an apparatus for manufacturing molten iron 100 using the coal briquettes manufactured in FIG. 1.
  • the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 2 is merely for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto. Therefore, the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 2 may be modified in various forms.
  • the molten iron manufacturing apparatus 100 of FIG. 2 includes a melt gasifier 10 and a reduction furnace 20. In addition, other devices may be included as needed. Iron ore is charged and reduced in the reduction furnace 20. Iron ore charged into the reduction furnace 20 is made of reduced iron while passing through the reduction furnace 20 after being pre-dried. Reduction furnace 20 is a packed-bed reduction reactor, receives a reducing gas from the melt gasifier 10 to form a packed bed therein.
  • the coal briquettes manufactured by the manufacturing method of FIG. 1 are charged into the molten gasifier 10, a coal filling layer is formed inside the molten gasifier 10.
  • the dome part 101 is formed in the upper part of the melt gasifier 10. That is, a wider space is formed than the other parts of the melt gasifier 10, where a high temperature reducing gas exists. Therefore, the coal briquettes charged to the dome portion 101 by the high temperature reducing gas may be easily differentiated.
  • the coal briquettes manufactured by the method of FIG. 1 have high hot strength, the coal briquettes do not differentiate from the dome portion of the melt gasifier 10, and fall to the lower portion of the melt gasifier 10.
  • the char generated by the pyrolysis reaction of the coal briquettes moves to the lower portion of the molten gasifier 10 and exothermicly reacts with oxygen supplied through the coal gas.
  • the coal briquettes can be used as a heat source for keeping the molten gasifier 10 at a high temperature.
  • a large amount of gas generated in the lower portion of the melt gasifier 10 and the reduced iron supplied from the reducing furnace 20 can pass through the coal filling layer in the melt gasifier 10 more easily and uniformly. Can be.
  • a bulk coal material or coke may be charged into the melt gasifier 60 as necessary.
  • An air vent 80 is provided on the outer wall of the melt gasifier 60 to blow in oxygen. Oxygen is blown into the coal packed bed to form a combustion zone.
  • the coal briquettes may be burned in a combustion zone to generate reducing gas.
  • FIG. 3 schematically shows an 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. 3 is merely for illustrating 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. Since the structure of the apparatus for manufacturing molten iron 200 of FIG. 3 is similar to that of the apparatus for manufacturing molten iron 100 of FIG. 2, 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 molten gasifier 10, a reducing furnace 22, a reduced iron compression device 40, and a compressed reduced iron storage tank 50.
  • the reduced reduced iron storage tank 50 can be omitted.
  • the manufactured coal briquettes are charged into a molten gasifier 10.
  • the coal briquettes generate a reducing gas in the molten gasifier 10 and the generated reducing gas is supplied to a fluidized bed reducing furnace.
  • the iron ore is supplied to a plurality of reducing furnaces 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 reducing furnaces 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.
  • coal briquettes are supplied to the molten gasifier 10 and turned into air permeable, a large amount of gas and compressed reduced iron generated in the lower part of the molten gasifier 10 make the coal filling layer in the molten gasifier 10 easier and more uniform. It can be passed through to produce high quality molten iron.
  • Pulverized coal having an average property and having a particle size of 3.4 mm or less was prepared. Pulverized coal was prepared by mixing metallurgical coal and low grade coal. The pulverized coal was further mixed with a carbon source additive. The properties of the used metallurgical coal, low quality coal and carbon source additives are shown in Table 1 below. The volatile matter content of low-grade coal D and low-grade coal E was 30% or more, and the free swelling index was 1.
  • Pulverized coal was prepared using metallurgical coal and carbon source additives without using low-grade coal for comparison with the above-described experimental example.
  • the manufacturing process of the remaining coal briquettes was the same as the above-described experimental example.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 35 wt% metallurgical coal A, 25 wt% metallurgical coal B, 30 wt% low-grade coal E, and 10 wt% carbon source additive.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 35 wt% metallurgical coal A, 20 wt% metallurgical coal B, 30 wt% low grade E, and 15 wt% carbon source additive.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 60 wt% of metallurgical coal A, 30 wt% of low grade D, and 10 wt% of a carbon source additive.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 40 wt% metallurgical coal A, 50 wt% low-grade coal D, and 10 wt% carbon source additive.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 40 wt% metallurgical coal A, 30 wt% metallurgical coal B, and 30 wt% low grade coal D.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 20 wt% of metallurgical coal A, 70 wt% of low grade coal D, and 10 wt% of a carbon source additive.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 20 wt% of metallurgical coal C, 70 wt% of low-grade coal D, and 10 wt% of a carbon source additive.
  • Pulverized coal was prepared by mixing 35 wt% metallurgical coal A, 25 wt% metallurgical coal B, 30 wt% metallurgical coal C, and 10 wt% carbon source additive.
  • the hot strength of the coal briquettes was measured to determine the degree of differentiation of the coal briquettes generated in the melt gasification furnace.
  • about 1 kg of coal briquettes at room temperature were introduced into a cylindrical reactor having a diameter of 280 mm under heating conditions set at 1000 ° C. and a nitrogen inert atmosphere, and the cylindrical reactor was rotated for 15 minutes at a rotation speed of 2 rpm. Then, by rotating the cylindrical reactor for 30 minutes at a rotation speed of 20rpm to produce a char briquette (char).
  • the strength of the coal briquettes was evaluated by using an I-type drum device for measuring the hot strength of metallurgical coke in order to determine whether the strength of the coal produced in the coal briquette hot strength measuring device was lowered. That is, 200g of coal briquettes having a particle size of 16 mm or more are put in a type I drum for measuring coke hot strength having a length of 600 mm, rotated 600 at a speed of 20 revolutions per minute, and the residual ratio of 10 mm or more is measured and the wear resistance of the coal briquettes is measured. And impact strength were measured.

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Abstract

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법을 제공한다. 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 미분탄 100 중량부에 대해 1~5 중량부의 경화제와 5~15 중량부의 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 iii) 혼합물을 성형하는 단계를 포함한다. 미분탄을 제공하는 단계에서, 미분탄은 i) 0보다 크고 50wt% 이하인 저품위탄, 및 ii) 나머지 탄재를 포함한다. 저품위탄은 25wt% 내지 40wt%의 휘발분(무수 기준, dry basis)을 가지고, 0 보다 크고 3 미만의 도가니 팽창지수를 가진다.

Description

성형탄 및 그 제조 방법
본 발명은 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 저품위탄을 포함하는 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
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 석탄충전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄충전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄충전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.
성형탄은 역청탄을 사용하여 제조될 수 있다. 석탄 중 역청탄이 차지하는 비율이 매우 낮은 반면에 한국에서는 역청탄이 전혀 생산되지 않는다. 따라서 용철 제조에 필요한 역청탄 전량을 해외에서 수입하여 사용하고 있다. 전세계적으로도 대부분의 역청탄을 호주, 캐나다, 미국 등 일부 국가에서만 생산되고 있으므로, 야금용으로 사용되는 양질의 역청탄은 점차 고갈되면서 수급 불균형이 초래되고 가격이 급변동하고 있다.
저품위탄을 포함하는 성형탄의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은, 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열된다. 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 미분탄 100 중량부에 대해 1~5 중량부의 경화제와 5~15 중량부의 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 iii) 혼합물을 성형하는 단계를 포함한다. 미분탄을 제공하는 단계에서, 미분탄은 i) 0보다 크고 50wt% 이하인 저품위탄, 및 ii) 나머지 탄재를 포함한다. 저품위탄은 25wt% 내지 40wt%의 휘발분(무수 기준, dry basis)을 가지고, 0 보다 크고 3 미만의 도가니 팽창지수를 가진다.
미분탄을 제공하는 단계에서, 저품위탄의 무수기준 고위발열량(gross calorific value)은 5,500Kcal/kg 내지 7,000Kcal/kg일 수 있다. 미분탄을 제공하는 단계에서, 미분탄에 0보다 크고 20wt% 이하의 탄소원 첨가제를 첨가할 수 있다. 탄소원 첨가제는 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 탄소원을 포함할 수 있다. 탄소원 첨가제에 포함된 제1 탄소의 양은 탄재에 포함된 제2 탄소의 양보다 많을 수 있다.
미분탄을 제공하는 단계에서, 저품위탄의 양은 10wt% 내지 40wt%일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 저품위탄의 양은 15wt% 내지 30wt%일 수 있다.
혼합물을 제조하는 단계에서, 경화제는 생석회, 소석회, 석회석, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산, 황산 및 산화물로 이루어진 군에서 선택한 하나 이상의 물질일 수 있다. 혼합물을 제조하는 단계에서, 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 및 오일로 이루어진 군에서 선택한 하나 이상의 물질일 수 있다.
저품위탄을 사용하여 성형탄을 제조하므로, 성형탄의 제조 단가를 크게 낮출 수 있다. 또한, 저품위탄을 사용함으로써 자원 활용 영역을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 또다른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
제1, 제2 및 제3 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 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 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.
이하에서 사용하는 "홀"이라는 용어는 점, 선 또는 면 형태로 뚫리거나 파낸 형상을 모두 포함하는 것으로 해석된다. 따라서 "홀"은 구멍으로 형성되거나 채널처럼 형성된 형상을 모두 포함한다.
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 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 미분탄 100 중량부에 대해 1~5 중량부의 경화제와 5~15 중량부의 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 iii) 혼합물을 성형하는 단계를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 성형탄의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(S10)에서는 미분탄을 제공한다. 미분탄은 저품위탄 및 나머지 탄재를 포함한다. 미분탄에 함유된 휘발분의 양은 20wt% 내지 35wt%이다. 휘발분의 양이 너무 적은 경우, 미분탄으로 제조한 성형탄을 용융가스화로에 장입하여 철광석의 환원에 필요한 충분한 양의 환원가스를 제조할 수 없다. 또한, 휘발분의 양이 너무 많은 경우, 용융가스화로에 장입된 성형탄이 쉽게 분화되어 용융가스화로에 장입된 환원철을 용융하기 위해 필요한 열원을 충분히 확보할 수 없다. 따라서 휘발분의 양을 전술한 범위로 조절한다.
석탄은 다양한 방식으로 분류될 수 있다. 석탄의 분류를 위해 석탄화도라는 기준이 사용될 수 있다. 석탄화도란 지하에서의 시간, 압력, 및 온도 변화에 따라 식물의 휘발분(volatile matter)이 감소하고 고정 탄소(fixed carbon)의 양이 증가하는 과정을 의미한다. 석탄은 석탄화도에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 즉, 석탄은 그 석탄화도에 따라 탄소분(무수 무회 기준, dry ash free basis)이 약 60% 이하인 이탄, 약 60~70%인 갈탄, 약 70~75%인 아역청탄, 약 75~85%인 역청탄, 약 85~94%인 무연탄으로 구분된다.
한편, 석탄은 점결성 여부에 따라 점결탄과 비점결탄으로 분류될 수도 있다. 점결성을 가진 역청탄은 건류시 석탄입자가 서로 결합하는 특성을 가진다. 점결성은 석탄을 가열하면 350~400℃ 부근에서 열연화성 및 유동 현상을 보이면서 석탄 입자들이 상호 결합하여 열분해 가스 발생에 의해 팽창하며 450~500℃ 부근에서 고화에 의한 수축 현상을 나타내는 것을 의미한다. 점결성은 석탄을 820ㅁ5℃의 최종온도까지 가열하여 석탄의 팽창 특성을 측정하는 석탄-도가니 팽창지수 측정법(KS E ISO 501)에 의해 도가니 팽창지수(free swelling index, FSI)로 평가한다. 도가니 팽창지수가 3 이상인 석탄은 점결탄으로 분류하고, 도가니 팽창지수가 3 미만인 석탄은 비점결탄으로 분류한다.
점결성을 가진 역청탄은 주로 코크스 제조를 위한 야금용으로 사용된다. 한편, 비점결탄은 석탄 입자간에 결합 능력이 없으므로, 코크스 제조를 위해 사용시 코크스 품질이 저하되어 야금용으로 사용되지 못하였다. 그러므로 비점결탄이면서 높은 휘발분 함량을 가진 갈탄, 아역청탄 및 점결성이 없는 역청탄은 주로 발전용으로만 사용되어 왔다. 한편, 비점결탄이면서 높은 고정 탄소와 발열량을 가진 무연탄은 미분탄 취입 공정(pulverized coal injection, PCI)에 주로 사용되었다.
저품위탄은 도가니 팽창지수(FSI)가 3 미만인 비점결탄으로서, 높은 휘발분 함량을 가지는 저가탄을 의미한다. 저품위탄은 주로 미분탄으로 분쇄하여 발전용으로 사용하여 왔다. 본 발명의 일 실시예에서는 야금용 석탄으로 사용하지 않는 저가의 저품위탄을 사용한다.
용융가스화로에 장입되는 성형탄은 용융가스화로의 상부에 위치한 돔부에서 약 1000℃의 고온가스기류와 직접 접촉하여 30℃/min 이상으로 급속 가열된다. 가열 속도가 증가하면 연화대가 고온으로 높아지고 유동도도 빠르게 증가한다. 극단적으로 3℃/min의 저속가열속도에서는 용융되지 않는 비점결탄도 급속가열속도에서는 용융된다. 석탄의 온도에 대한 점도 변화가 크고, 타르 입자가 크면서 가열 속도가 빠른 경우, 타르 방출에 따라 유동도가 변화하며, 산소가 많고 저속가열속도에서 교차 결합이 쉽게 발생한다. 그 결과, 급속 가열에 의해 석탄의 유동성이 증가한다. 따라서 용융이 쉽지 않은 경우에도 급속 가열에 의해 연화 용융이 발생한다.
야금용 코크스는 3℃/min으로 저속 가열하여 제조하므로, 석탄 자체의 유동성이 높아야 양질의 코크스를 제조할 수 있다. 따라서 낮은 점결성과 유동성을 가지는 저가의 저품위탄을 사용하는 경우, 코크스의 품질이 저하된다. 이와는 대조적으로, 성형탄은 용융가스화로의 돔부에서 약 1000℃의 고온가스기류와 직접 접촉하여 30℃/min 이상으로 급속 가열된다. 따라서 야금용 코크스의 제조시 사용할 수 없었던 저가의 저품위탄을 사용하여 성형탄을 제조할 수 있다. 예를 들면, 저품위탄으로서 발전용탄을 사용할 수 있다.
용융가스화로에 장입되는 성형탄을 형성하는 미분탄은 용융가스화로의 거동을 좌우한다. 따라서 제한된 특성의 미분탄만을 용융가스화로에 사용할 수 있다. 여기서, 미분탄은 냉간 강도, 열간 강도, 고온 분화율, 회분량 및 고정 탄소량 측면에서 다양한 조건을 충족시켜야 한다. 한편, 높은 평균반사율을 가진 품질조절용 석탄을 미분탄에 혼합하여 품질이 양호한 석탄을 제조할 수 있지만, 성형탄 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
저품위탄의 양은 0보다 크고 50wt% 이하일 수 있다. 저품위탄의 양이 너무 많은 경우, 제조되는 성형탄의 품질이 저하되므로, 성형탄이 고온에서 잘 분화되고 성형탄 촤강도가 저하되어 용융가스화로의 조업이 불안정해질 수 있다. 따라서 저품위탄의 양을 전술한 범위로 조절한다. 바람직하게는, 저품위탄의 양은 10wt% 내지 40wt% 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 저품위탄의 양은 15wt% 내지 30wt% 일 수 있다.
저품위탄의 무수기준 고위발열량은 5,500Kcal/kg 내지 7,000Kcal/kg일 수 있다. 발열량은 단위 질량의 석탄이 완전 연소시에 방출되는 열량을 나타낸다. 발열량은 KS E3707 표준에 의해 측정되며, 무수기준의 고위 발열량(gross calorific value)으로 나타낸다. 야금용으로 주로 사용되는 역청탄 중에서 높은 점결력을 가지는 강점탄은 약 7,500Kcal/kg 이상의 높은 발열량을 가지고, 미점탄은 7,000 Kcal/kg 내지 7,500Kcal/kg의 발열량을 가진다. 야금용 석탄은 7,000kcal/kg 이상의 높은 발열량을 가지지만, 저품위탄은 25wt% 내지 40wt%의 휘발분(무수 기준, dry basis), 0 보다 크고 3 미만인 도가니 팽창지수 및 5,500Kcal/kg 내지 7,000Kcal/kg의 낮은 발열량을 가진다.
저품위탄의 휘발분 함량이 너무 높은 경우, 성형탄을 용융가스화로에 장입시 성형탄에 함유된 휘발분 성분이 급속하게 방출되면서 성형탄이 분화된다. 그 결과, 용융가스화로의 조업이 불안정해질 수 있다. 휘발분 함량이 25% 미만인 석탄 중에서 도가니 팽창지수가 높은 점결탄은 코크스 제조의 야금용으로 주로 사용되는 고가의 고품위탄이다. 반대로, 도가니 팽창지수가 낮은 비점결탄은 미분탄 취입 공정에 주로 사용되는 무연탄으로서 발열량이 높은 석탄이다. 따라서, 저품위탄 중에서 휘발분 함량이 25% 미만이면서 도가니 팽창 지수가 낮고, 발열량도 낮은 석탄은 존재하지 않는다.
도가니 팽창지수가 높은 석탄은 코크스 제조용으로 사용이 가능하기 때문에 고가의 가격으로 거래된다. 만약, 도가니 팽창지수가 높은 석탄을 발전용으로 사용하는 경우, 미분탄이 취입되는 과정에서 온도 상승에 따라 석탄이 팽창해 취입 노즐이 막힌다. 따라서, 취입 도중에 취입 노즐이 막히지 않을 정도로 도가니 팽창지수가 0 보다 크고 3 미만 정도로 낮은 비점결탄만을 발전용이나 미분탄 취입 공정에 사용할 수 있다.
저품위탄의 발열량이 너무 낮은 경우, 성형탄을 용융가스화로에 장입시 환원철을 용융하기 위한 충분한 열량을 확보할 수 없다. 또한, 발열량이 높은 저품위탄을 사용해도 좋지만, 발열량이 높은 비점결탄은 미분탄 취입 공정에 주로 사용되는 무연탄으로서 낮은 휘발분을 가진다. 따라서, 저품위탄 중에서 25% 내지 40%의 휘발분 함량(무수 기준, dry basis)을 가지고, 낮은 도가니 팽창 지수를 가진 비점결탄으로서 발열량도 높은 석탄은 존재하지 않는다. 따라서 저품위탄의 발열량을 전술한 범위로 유지한다.
한편, 미분탄에는 0보다 크고 20wt% 이하의 탄소원 첨가제를 첨가할 수 있다. 탄소원 첨가제로서 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 또는 카본블랙 등을 사용할 수 있다. 여기서, 탄소원 첨가제에 포함된 제1 탄소의 양은 탄재에 포함된 제2 탄소의 양보다 많을 수 있다. 따라서 탄소원 첨가제에 의해 성형탄의 고정 탄소의 양을 증가시킬 수 있다.
즉, 저품위탄은 높은 휘발분 함량을 가지고, 고정탄소의 함량이 역청탄에 비해 적으므로, 용철 제조에 사용할 수 없었다. 이러한 저품위탄을 포함하는 성형탄을 용융가스화로에 사용하는 경우, 성형탄에 의한 환원가스의 발생량은 많지만 상대적으로 촤 생성량은 적어진다. 이 경우, 용융가스화로에 필요한 충분한 양의 촤를 공급허기 위해 좀더 많은 성형탄을 용융가스화로에 투입해야 한다. 이 경우, 환원가스는 잉여 상태이지만 용선 생산톤당 사용되는 석탄의 사용량이 증가하므로, 용철 제조 원가가 상승한다. 따라서 높은 탄소 함량을 가진 탄소원 첨가제를 미분탄에 부분적으로 혼합하여 성형탄에 필요한 고정 탄소의 양을 확보한다.
다음으로, 단계(S20)에서 미분탄 100 중량부에 대해 1~5 중량부의 경화제와 5~15 중량부의 바인더를 혼합한 혼합물을 제조한다. 경화제로는 생석회, 소석회, 석회석, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산, 황산 또는 산화물 등을 사용할 수 있다. 경화제의 양이 너무 적은 경우, 바인더와 경화제의 화합 결합이 충분히 일어나지 않아 성형탄의 강도를 충분하게 확보할 수 없다. 또한, 경화제의 양이 너무 많은 경우, 성형탄내의 애쉬(ash)가 많아져서 용융가스화로내에서 연료로서 충분한 역할을 할 수 없다. 따라서 경화제의 양을 전술한 범위로 조절한다.
바인더로는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 또는 오일 등을 사용할 수 있다. 한편, 바인더의 양이 너무 적은 경우, 성형탄의 강도가 악화될 수 있다. 또한, 바인더의 양이 너무 많은 경우, 미분탄과 바인더의 혼합시에 부착 등의 문제점이 발생한다. 따라서 바인더의 양을 전술한 범위로 조절한다.
한편, 경화제와 바인더는 그 혼합 순서를 임의로 설정할 수 있다. 따라서 경화제를 미분탄과 혼합한 후 여기에 바인더를 혼합하거나 바인더를 미분탄과 혼합한 후 경화제를 여기에 혼합할 수 있다.
마지막으로, 단계(S30)에서는 혼합물을 성형한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 상호 반대 방향으로 회전하는 쌍롤들 사이에 혼합물을 장입하여 포켓 또는 스트립 형태의 성형탄을 제조할 수 있다. 그 결과, 우수한 열간강도 및 냉간강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다.
도 2는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용하는 용철제조장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 용철제조장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 2의 용철제조장치(100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 2의 용철제조장치(100)는 용융가스화로(10) 및 환원로(20)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 환원로(20)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 환원로(20)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로(20)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 환원로(20)는 충전층형 환원로로서, 용융가스화로로(10)부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성한다.
도 1의 제조 방법으로 제조한 성형탄은 용융가스화로(10)에 장입되므로, 용융가스화로(10)의 내부에는 석탄충전층이 형성된다. 용융가스화로(10)의 상부에는 돔부(101)가 형성된다. 즉, 용융가스화로(10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고, 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 따라서 고온의 환원가스에 의해 돔부(101)에 장입되는 성형탄이 쉽게 분화될 수 있다. 그러나 도 1의 방법으로 제조한 성형탄은 높은 열간 강도를 가지므로, 용융가스화로(10)의 돔부에서 분화되지 않고, 용융가스화로(10)의 하부까지 낙하한다. 성형탄의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 그 결과, 성형탄은 용융가스화로(10)를 고온으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편, 촤가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 환원로(20)에서 공급된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
전술한 성형탄 이외에 괴상 탄재 또는 코크스를 필요에 따라 용융가스화로(60)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로(60)의 외벽에는 풍구(80)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.
도 3은 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 용철제조장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 3의 용철제조장치(200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 3의 용철제조장치(200)의 구조는 도 2의 용철제조장치(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(100)는 용융가스화로(10), 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 장입된다. 여기서, 성형탄은 용융가스화로(10)에서 환원가스를 발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로에 공급된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 환원로들(22)에 공급되고, 용융가스화로(10)로부터 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. 성형탄은 용융가스화로(10)에 공급되어 통기성을 가진 촤로 변하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 압축된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과하여 양질의 용철을 제조할 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
평균성상을 가지고 3.4mm 이하의 입도를 가지는 미분탄을 준비하였다. 미분탄은 야금용탄과 저품위탄을 혼합하여 제조하였다. 미분탄에는 탄소원 첨가제를 추가로 혼합하였다. 사용한 야금용탄, 저품위탄 및 탄소원 첨가제의 특성을 하기의 표 1에 나타낸다. 저품위탄 D 및 저품위탄 E의 휘발분 함량은 30% 이상이었고, 점결성(free swelling index)은 1이었다.
표 1
Figure PCTKR2013011549-appb-T000001
제조한 미분탄 100 중량부에 대하여 경화제로서 생석회 2.7 중량부를 혼합한 후, 바인더로서 10 중량부의 당밀을 균일하게 혼합해 혼합물을 제조하였다. 혼합물을 롤프레스로 압축하여 64.5mm X 25.4mm X 19.1mm 크기의 베게 형상의 성형탄을 제조하였다. 그리고 성형탄의 열간강도를 측정하였다.
비교예
전술한 실험예와의 비교를 위하여 저품위탄을 사용하지 않고 야금용탄과 탄소원 첨가제를 이용하여 미분탄을 제조하였다. 나머지 성형탄의 제조 과정은 전술한 실험예와 동일하였다.
실험예 1
35wt%의 야금용탄 A, 25wt%의 야금용탄 B, 30wt%의 저품위탄 E, 및 10wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험예 2
35wt%의 야금용탄 A, 20wt%의 야금용탄 B, 30wt%의 저품위탄 E, 및 15wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험예 3
60wt%의 야금용탄 A, 30wt%의 저품위탄 D, 및 10wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험예 4
40wt%의 야금용탄 A, 50wt%의 저품위탄 D, 및 10wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험예 5
40wt%의 야금용탄 A, 30wt%의 야금용탄 B, 및 30wt%의 저품위탄 D를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험예 6
20wt%의 야금용탄 A, 70wt%의 저품위탄 D, 및 10wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험예 7
20wt%의 야금용탄 C, 70wt%의 저품위탄 D, 및 10wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
비교예 1
35wt%의 야금용탄 A, 25wt%의 야금용탄 B, 30wt%의 야금용탄 C, 및 10wt%의 탄소원 첨가제를 혼합하여 미분탄을 제조하였다.
실험 결과
실험예 1 내지 실험예 7와 비교예 1에 따라 제조한 성형탄의 열간강도, 촤강도 및 고정탄소를 측정하였다.
열간강도 측정 실험
용융가스화로 내부에서 발생하는 성형탄의 분화 정도를 파악하기 위하여 성형탄의 열간 강도를 측정하였다. 이를 위해 1000℃ 및 질소 불활성 분위기로 설정된 가열조건하에서 직경 280mm의 원통형 반응로에 실온의 성형탄 약 1Kg 정도를 투입한 후 2rpm의 회전속도로 원통형 반응로를 15분간 회전시켰다. 그리고 20rpm 회전속도로 원통현 반응로를 30분간 추가 회전시켜 성형탄 촤(char)를 제조하였다. 성형탄 촤의 분화정도가 적을수록 열간강도가 우수하다고 판단되므로 대립비율로 10mm이상의 입도를 가진 촤의 비율로 열간강도를 측정하였다.
최강도 측정 실험
성형탄 열간강도 측정장치에서 제조된 촤의 강도가 저하되는 여부를 확인하기 위하여 야금용 코크스의 열간강도 측정용 I형 드럼장치를 이용하여 성형탄 촤의 강도를 평가하였다. 즉, 16mm 이상의 입도를 가진 200g의 성형탄 촤를 600mm의 길이를 가지는 코크스 열간강도 측정용 I형 드럼에 넣고, 분당 20회전의 속도로 600 회전시킨 후 10mm 이상의 잔존 비율을 측정하여 성형탄 촤의 내마모 및 내충격 강도를 측정하였다. 열간강도 측정법에 의하여 얻어진 성형탄 촤의 대립비율이 크고 성형탄 촤강도가 높을수록 용융가스화로에서의 성형탄 분화가 적고, 고온에서의 촤강도를 확보할 수 있다. 전술한 열간강도 및 최강도의 측정 결과와 측정된 고정탄소의 양을 하기의 표 2에 나타낸다.
표 2
Figure PCTKR2013011549-appb-T000002
표 2에 기재한 바와 같이, 실험예 1 내지 실험예 5에 따라 제조한 성형탄의 열간강도, 촤강도 및 고정탄소는 비교예 1에 따라 제조한 성형탄의 열간강도, 촤강도 및 고정탄소와 거의 유사하였다. 따라서 저품위탄을 혼합하여 미분탄을 제조해도 저품위탄이 포함되지 않은 성형탄과 동일한 특성의 성형탄을 제조할 수 있었다. 다만, 실험예 6 및 실험예 7과 같이, 다량의 저품위탄을 사용하여 성형탄을 제조하는 경우, 최강도가 실험예 1 내지 실험예 5에 따라 제조한 성형탄의 최강도에 비해 낮았고, 그 열간강도도 저하되었으므로, 성형탄으로 사용하기에 적합하지 않았다. 따라서 저품위탄을 일정량 배합하는 경우, 성형탄의 제조비를 낮추면서 성형탄의 특성은 그대로 유지된다는 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
20, 22. 환원로
30. 풍구
40. 환원철 압축장치
50. 압축 환원철 저장조
100, 200. 용철제조장치
101. 돔부

Claims (8)

  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,
    상기 미분탄 100 중량부에 대해 1~5 중량부의 경화제와 5~15 중량부의 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및
    상기 혼합물을 성형하는 단계
    를 포함하고,
    상기 미분탄을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄은 0보다 크고 50wt% 이하인 저품위탄, 및 나머지 탄재를 포함하고, 상기 저품위탄은 25wt% 내지 40wt%의 휘발분(무수 기준, dry basis)을 가지고, 0 보다 크고 3 미만의 도가니 팽창지수를 가진 성형탄의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄을 제공하는 단계에서, 상기 저품위탄의 무수기준 고위발열량(gross calorific value)은 5,500Kcal/kg 내지 7,000Kcal/kg인 성형탄의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄을 제공하는 단계에서, 상기 미분탄에 0보다 크고 20wt% 이하의 탄소원 첨가제를 첨가하는 성형탄의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄소원 첨가제는 분코크스, 코크스 더스트, 흑연, 활성탄 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 탄소원을 포함하고, 상기 탄소원 첨가제에 포함된 제1 탄소의 양은 상기 탄재에 포함된 제2 탄소의 양보다 많은 성형탄의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미분탄을 제공하는 단계에서, 상기 저품위탄의 양은 10wt% 내지 40wt%인 성형탄의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 저품위탄의 양은 15wt% 내지 30wt%인 성형탄의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 경화제는 생석회, 소석회, 석회석, 탄산칼슘, 시멘트, 벤토나이트, 클레이(clay), 실리카, 실리케이트, 돌로마이트, 인산, 황산 및 산화물로 이루어진 군에서 선택한 하나 이상의 물질인 성형탄의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 바인더는 당밀, 비투멘, 아스팔트, 석탄타르, 피치, 전분, 물유리, 플라스틱, 고분자수지 및 오일로 이루어진 군에서 선택한 하나 이상의 물질인 성형탄의 제조 방법.
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