KR101405480B1 - 성형탄의 제조 방법 - Google Patents

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) 탄소원을 소성하는 단계, iii) 미분탄과 소성된 탄소원을 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및 iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 혼합물 중 탄소원의 양은 0 보다 크고 혼합물의 30wt% 이하일 수 있다.

Description

성형탄의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURINFG COAL BRIQUETTES}

본 발명은 성형탄의 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 우수한 열간 품질을 가진 성형탄의 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 용융가스화로에 열원으로서 장입된다. 용융가스화로에 장입된 석탄은 돔부의 고온 가스에 의해 촤로 변환되면서 용융가스화로의 하부로 하강하면서 환원철을 용융하기 위한 열원으로 사용된다. 따라서 환원철을 잘 용융시키기 위해서는 성형탄이 용융가스화로의 돔부의 고온 가스에 의해 분화되지 않으면서 용융가스화로의 하부로 낙하하면서 없어지지 않고 그 형상을 계속해서 유지할 필요가 있다.

우수한 열간 품질을 가지는 성형탄을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법에서, 성형탄은 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 i) 미분탄을 제공하는 단계, ii) 탄소원을 소성하는 단계, iii) 미분탄과 소성된 탄소원을 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및 iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 혼합물 중 탄소원의 양은 0 보다 크고 혼합물의 30wt% 이하일 수 있다.

상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원은 석유 코크스, 무연탄, 아역청탄, 역청탄, 반무연탄 및 갈탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 탄소원을 소성하는 단계에서, 탄소원은 아역청탄, 역청탄 및 반무연탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.

혼합물을 제공하는 단계에서, 탄소원의 양은 5wt% 내지 30wt%일 수 있다. 탄소원을 입도 선별하는 단계를 더 포함하고, 혼합물을 제공하는 단계에서 탄소원의 입도는 0 보다 크고 3mm 이하일 수 있다.

탄소원을 소성하는 단계에서, 탄소원의 소성 온도는 700℃ 내지 1100℃일 수 있다. 탄소원의 소성 온도는 800℃ 내지 1000℃일 수 있다.

탄소원을 소성하는 단계에서, 탄소원이 석유 코크스인 경우, 혼합물 중 석유 코크스의 양은 혼합물의 10wt% 내지 50wt%일 수 있다. 탄소원을 소성하는 단계에서, 탄소원이 무연탄인 경우, 혼합물 중 무연탄의 양은 혼합물의 5wt% 내지 30wt%일 수 있다. 탄소원을 소성하는 단계에서, 탄소원이 갈탄인 경우, 혼합물 중 갈탄의 양은 혼합물의 5wt% 내지 30wt%일 수 있다.

석유 코크스, 무연탄 또는 갈탄 등 비교적 저가의 탄소원을 성형탄에 첨가하여 성형탄의 열간 강도를 향상시키면서 성형탄을 저가로 제조할 수 있다. 그 결과, 용융가스화로에 장입된 성형탄이 고온 분화되지 않도록 하면서 촤의 입경과 강도를 증가시킬 수 있으므로, 조업을 효율적으로 실시할 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.

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) 석유 코크스를 소성한 탄소원을 제공하는 단계, iii) 미분탄과 탄소원을 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및 iv) 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계를 포함한다. 이외에, 성형탄의 제조 방법은 다른 단계를 다 포함할 수 있다.

먼저, 단계(S10)에서는 미분탄을 제공한다. 원료탄으로서 미분탄을 사용한다.

다음으로, 단계(S20)에서는 탄소원을 소성한다. 탄소원으로서 석유 코크스, 무연탄 또는 갈탄 등을 사용할 수 있다. 석유 코크스는 다양한 석유 정제 공정에서 부산물로 나온다. 석유 코크스는 1wt% 미만의 회분 및 10wt% 내지 12wt%의 휘발분을 포함한다. 즉, 석유 코크스에 함유된 회분 및 휘발분의 양이 적으므로, 석유 코크스는 원료탄의 발열량보다 10% 이상 높은 발열량을 가진다. 따라서 석유 코크스를 사용하는 경우, 성형탄의 회분을 저감시키면서 성형탄에 함유된 고정 탄소의 양을 증가시킬 수 있다.

일반적으로 석탄에 함유된 회분의 양이 큰 경우, 상대적으로 가연성인 탄소와 수소의 함량이 낮으므로 석탄의 발열량이 낮아진다. 용융가스화로에 장입된 석탄의 회분이 높은 경우, 회분은 대부분 촤 중에 잔존하므로 촤의 발열량이 감소할 뿐만 아니라 촤에 포함된 회분을 용해시키고 슬래그로 배출시키기 위한 열량이 추가로 요구된다. 이는 용철을 생산하기 위해 필요한 석탄 사용량을 증가시키므로, 제조 원가의 상승 측면에서 바람직하지 않다. 따라서 성형탄에 함유된 회분의 양을 감소시키기 위해 낮은 회분의 함량을 가지는 석유 코크스를 가공하여 첨가한다. 이러한 방법을 사용하여 제조된 성형탄이 촤로 변환하는 정도인 촤수율(char yield)도 높일 수 있다.

석유 코크스는 통상적으로 500℃ 이하의 저온에서 제조된다. 따라서 저온 열처리 이력을 가진 석유 코크스를 저온 열이력보다 높은 온도에서 열처리하는 경우, 석유 코크스가 수축하거나 열적으로 팽창하면서 열적으로 변형된다. 따라서 석유 코크스를 첨가한 성형탄을 제조하는 경우, 1000℃ 이상의 융융가스화로내에서 석유 코크스가 변형되어 성형탄이 매우 작은 크기의 촤로 분화된다.

그러므로 단계(S20)에서는 500℃ 이하의 열적 이력을 가지는 생석유 코크스(green petroleum coke, G-PC)를 고온에서 소성한다. 즉, 생석유 코크스를 700℃ 내지 1100℃의 고온에서 소성한다. 생석유 코크스의 소성 온도가 너무 낮은 경우, 생석유 코크스의 휘발분 방출 반응과 탄소 골격에 부착된 수소가 가스로 방출되는 탈수소 반응이 일어나지 않는다. 한편, 생석유 코크스의 소성 온도가 너무 높은 경우, 고온 처리로 인해 에너지가 많이 소비된다. 따라서 생석유 코크스의 소성 온도를 전술한 범위로 조절함으로써 열처리 시간을 줄이면서 생석유 코크스의 휘발분 방출 반응과 탈수소 반응을 일으킨다. 바람직하게는 생석유 코크스는 800℃ 내지 1000℃에서 소성한다.

석유 코크스를 소성하는 경우, 분위기 가스로서 불활성 가스 또는 공기 등을 사용할 수 있다. 좀더 바람직하게는 공기를 공급하여 석유 코크스의 가연성 성분을 연소시킨다. 석유 코크스의 가연성 성분이 연소되어 석유 코크스의 온도를 상승시키므로, 소성에 필요한 별도의 에너지를 공급할 필요가 없다. 석탄의 공업분석방법으로 측정하는 경우, 석유 코크스의 소성 정도는 그 휘발분이 2% 미만 정도가 되면 충분하다. 또한, 소성된 석유 코크스의 입도는 0보다 크고 3mm 이하인 것이 바람직하다. 석유 코크스의 입도가 너무 큰 경우, 석유 코크스가 미분탄과 균일하게 혼합되지 않으므로, 성형탄의 품질이 저하된다. 따라서 전술한 범위로 석유 코크스의 입도를 조절한다.

한편, 석유 코크스 대신에 무연탄 또는 갈탄을 탄소원으로 사용할 수도 있다. 무연탄은 석탄 중 탄화도가 가장 높으며, 휘발분의 함량이 가장 작다. 따라서 상대적으로 무연탄의 소성시 휘발분의 방출량이 작으며, 이로 인해 무연탄의 소성 후 회수 가능한 탄소원의 양이 많다. 석탄 중 탄화도가 가장 낮은 갈탄을 사용하여 성형탄의 열간 품질을 향상시킬 수 있다. 이외에, 아역청탄, 역청탄 또는 반무연탄 등도 탄소원으로 사용할 수 있다.

다음으로, 단계(S30)에서는 미분탄과 탄소원을 혼합한 혼합물을 제공한다. 즉, 석유 코크스, 무연탄 또는 갈탄 등을 소성한 탄소원과 미분탄을 혼합하여 성형탄의 원료로서 제공한다. 이 경우, 혼합물 중 탄소원의 양은 혼합물의 50wt% 이하이다. 탄소원을 혼합물에 너무 많이 혼합하는 경우, 성형탄의 제조 원가가 상승한다. 따라서 탄소원의 양을 전술한 범위로 조절한다. 더욱 바람직하게는 탄소원의 양은 혼합물의 53wt% 이하일 수 있다.

마지막으로, 단계(S40)에서는 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조한다. 예를 들면, 당밀 등의 바인더를 혼합하여 혼합물에 첨가한 후 혼합물을 성형해 성형탄을 제조할 수 있다. 즉, 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. 즉, 성형탄은 1000℃로 유지되는 용융가스화로의 상부에 투입되므로, 성형탄이 급속한 열충격을 받는다. 따라서 성형탄이 용융가스화로의 하부로 이동하면서 분화될 수 있다.

이러한 분화 조건을 극복하기 위해 비투멘을 성형탄의 바인더로 사용하여 성형탄의 강도를 향상시키는 공정이 알려져 있다. 그러나 비투멘을 바인더로 사용하는 경우, 제조비가 크게 증가할 뿐만 아니라 1000℃의 용융가스화로의 상부에서 성형탄이 잘 분화되는 문제점이 있다. 따라서 성형탄의 열간 강도를 높여서 용융가스화로 내에서 성형탄이 잘 분화되지 않도록 할 필요가 있다.

이에 대하여 도 1의 방법으로 제조한 성형탄은 높은 열간 강도를 가지므로, 용융가스화로(10)의 돔부에서 분화되지 않고, 용융가스화로(10)의 하부까지 강하한다. 성형탄의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 풍구(101)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

석유 코크스, 무연탄, 및 갈탄을 첨가하여 용융가스화로에 장입하기 위한 성형탄을 제조하였다. 성형탄을 제조시 당밀을 바인더로 사용하였다. 제조한 성형탄의 품질을 평가하기 위하여 1000℃로 유지된 반응관에 1000g의 성형탄을 추입하여 분당 10회전, 즉, 10rpm의 회전 속도로 60분 동안 열처리한 후 얻어진 촤를 분급하였다. 체눈으로 10mm 이상인 촤의 무게를 전체 촤의 무게에 대한 백분율로 나타냄으로써 성형탄의 열간강도지수를 평가하였다.

석유 코크스 첨가 실험

미분탄과 소성된 석유 코크스의 총량 100에 대해 당밀을 8.5로 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 석유 코크스의 주요 물성을 하기의 표 1에 나타낸다.

실험예 1

표 1의 물성을 가진 미소성 석유 코크스 또는 이를 800℃에서 소성한 석유 코크스 10%를 36%의 휘발분을 함유한 석탄 A에 첨가하여 융융가스화로에 장입하기 위한 성형탄을 제조하였다. 성형탄의 물성과 열간 품질을 하기의 표 2에 나타낸다. 소성된 석유 코크스는 C-PC(Calcined Petroleum Coke)로 나타낸다.

소성된 석유 코크스는 휘발분이 제거된 상태로 존재하므로, 소성된 석유 코크스를 첨가하는 경우에 성형탄에 첨가된 고정탄소의 양이 증가한다. 한편, 성형탄의 열간강도지수는 54.3%로 크게 향상되었으며, 이는 비교예 1의 성형탄의 열간강도지수인 12.3%, 비교예 2의 성형탄의 열간강도지수인 8.7%보다 훨씬 커서 큰 입도의 최를 생성할 수 있다. 따라서 성형탄에 소성된 석유 코크스를 첨가하는 경우, 고온 열처리 과정에서 석유 코크스가 물리적으로 변화하지 않으므로, 성형탄이 대립의 촤를 생성할 수 있다.

실험예 2

성형탄에 혼합된 소성된 석유 코크스의 양을 30wt%로 조절하였다. 성형탄의 나머지 제조 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

표 2에 기재한 바와 같이, 소성된 석유 코크스의 첨가량이 증가하므로, 성형탄에 함유된 회분의 양이 더욱 저감되면서 고정 탄소의 양이 크게 증가하였다. 또한, 촤수율도 크게 증가하였으며, 성형탄의 고온 조건에서의 분화 저항능력인 열간강도지수도 크게 증가하였다.

비교예 1

석탄 A에 당밀 바인더를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 이 경우, 성형탄의 휘발분은 40% 정도로 높으므로, 성형탄의 고정탄소의 양은 50.1%로서 매우 낮았다. 또한, 성형탄을 1000℃에서 60분간 열처리하여 얻어진 촤의 수율은 62.4%로서 낮았다.

비교예 2

성형탄의 회분을 저감하고 촤수율을 향상시키기 위하여, 석탄 A에 10wt%의 미소성 석유코크스(Green Petroleum Coke, G-PC)를 10% 첨가하여 제조하였다. 이 경우, 성형탄의 회분이 약간 감소하였고, 그 고정탄소의 양은 증가하였다. 또한, 촤의 수율은 64.5%로 증가하고, 촤의 회분은 감소하였다. 그러나 이러한 성형탄의 물성 개선에도 불구하고 성형탄의 열간강도지수는 8.7%로 오히려 감소하였다. 이는 회분 저감용으로 첨가된 점결력이 없는 석유 코크스가 고온 조건에서 승온되는 과정 중 열적 변화에 따라 성형탄의 결합에 기여하지 못하고 작은 입자로 분화되는 현상에 기인한다.

비교예 3

50wt%의 석탄 A와 50wt%의 소성된 석유 코크스를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 2와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

이 경우, 성형탄의 회분의 양은 감소하고, 고정탄소의 양은 증가하였으며, 촤수율도 증가하였지만, 성형탄의 열간강도지수는 오히려 감소하였다. 성형탄을 급속 가열하는 경우, 분말의 입자들의 서로 융착되어 괴상의 촤가 형성된다. 그러나 점결력이 낮은 원료탄인 석탄 A의 특성상 고체 분말인 소성된 석유 코크스의 첨가량이 50% 이상으로 높은 경우, 대립의 촤를 얻을 수 없었다. 즉, 석유 코크스는 점결성이 전혀 없는 고체 분말 형태이므로, 성형탄 제조시의 첨가량에는 한계를 가진다.

소성 무연탄 첨가 실험

석유 코크스 대신에 무연탄을 사용하여 성형탄을 제조하였다. 무연탄은 석탄 중 가장 높은 탄화도를 가진다. 소성한 무연탄과 소성하지 않은 무연탄을 미분탄과 혼합하여 성형탄을 제조하였다.

실험예 3

800℃에서 소성한 5wt%의 무연탄과 95wt%의 석탄 A를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 실험예 3에 따라 제조한 성형탄의 물성과 열간 품질을 하기의 표 3에 나타낸다.

표 3에 기재한 바와 같이, 소성된 무연탄을 첨가함에 따라 성형탄의 회분 함량은 다소 증가하였지만 성형탄의 고정탄소의 함량도 함께 증가하였다. 이는 첨가된 무연탄에 함유된 회분의 함량이 높아서 소성 과정에서 성형탄의 휘발분이 줄어들었기 때문이다. 성형탄의 휘발분의 양이 줄어들면서 성형탄의 고정탄소의 양이 증가하는 경우, 성형탄이 용융가스화로내에서 촤로 전환될 확률이 높아지므로 바람직하다.

실험예 4

무연탄을 사용하여 성형탄을 제조하였다. 800℃에서 소성한 10wt%의 무연탄과 90wt%의 석탄 A를 혼합하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 실험예 3에 따라 제조한 성형탄의 물성과 열간 품질을 하기의 표 3에 나타낸다.

소성한 무연탄의 사용량이 증가함에 따라 성형탄의 열간강도지수가 증가하였다. 이는 무연탄이 800℃에서 소성되어 열적으로 안정한 특성을 가지기 때문이며, 성형탄의 고정탄소의 양이 증가하고 휘발분의 양이 상대적으로 감소함에 따라 고온에서의 휘발분 방출량이 감소한 것에 기인한다.

실험예 5

무연탄을 사용하여 성형탄을 제조하였다. 800℃에서 소성한 15wt%의 무연탄을 사용하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 성형탄의 열간강도지수는 58.3%로서, 실험예 3에 비해 좀더 증가하였다.

비교예 4

90wt%의 석탄 A와 10wt%의 비소성 무연탄을 사용하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1와 동일하였다. 무연탄은 소성되지 않는 상태에서 성형탄에 첨가한 결과, 성형탄의 열간강도지수가 저하되었다. 이는 무연탄이 소성되지 않았으므로, 열적으로 안정되지 못한 것에 기인한다.

비교예 5

85wt%의 석탄 A와 15wt%의 비소성 무연탄을 사용하여 성형탄을 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1와 동일하였다. 무연탄은 소성되지 않는 상태에서 성형탄에 첨가한 결과, 성형탄의 열간강도지수가 더욱 저하되었다.

소성 갈탄 첨가 실험

전술한 실험예 3 내지 실험예 5에서 석탄 중 가장 높은 탄화도를 가지는 무연탄과 반대로 가장 낮은 탄화도를 가지는 갈탄을 이용하여 성형탄을 제조하였다. 갈탄의 물성을 하기의 표 4에 나타낸다. 표 4에 기재한 바와 같이, 갈탄은 많은 양의 수분과 회분을 포함하고, 점결력이 없다. 따라서 갈탄으로 제조한 성형탄은 낙하강도 또는 압축강도 등의 상온 강도가 낮은 특성을 가지므로, 바인더의 사용량을 증가시켜야 한다.

실험예 6

95wt%의 석탄 A와 5wt%의 소성된 갈탄을 이용하여 성형탄을 제조하였다. 여기서 갈탄은 800℃에서 소성하여 제조하였다. 성형탄의 제조 과정은 전술한 실험예 3과 동일하였다. 한편, 소성된 갈탄을 첨가한 성형탄의 열간 품질을 평가하였다. 하기의 표 5에는 갈탄을 첨가한 성형탄의 품질을 나타낸다. 이 경우, 성형탄의 열간강도지수는 23.6%로서 전술한, 비교예 1에 따라 제조한 성형탄의 열간강도인 12.3%보다 우수하였다.

실험예 7

90wt%의 석탄 A와 10wt%의 소성된 갈탄을 이용하여 성형탄을 제조하였다. 여기서 갈탄은 800℃에서 소성하여 제조하였다. 성형탄의 제조 과정은 전술한 실험예 6과 동일하였다. 제조한 성형탄의 열간강도지수는 31.5%로서 실험예 6에 비해 갈탄의 첨가량이 증가함에 따라 크게 증가하였다.

실험예 8

85wt%의 석탄 A와 15wt%의 소성된 갈탄을 이용하여 성형탄을 제조하였다. 여기서 갈탄은 800℃에서 소성하여 제조하였다. 성형탄의 제조 과정은 전술한 실험예 6과 동일하였다. 제조한 성형탄의 열간강도지수는 43.8%로서 실험예 7에 비해 갈탄의 첨가량이 증가함에 따라 크게 증가하였다.

비교예 6

90wt%의 석탄 A와 10wt%의 소성하지 않은 갈탄을 이용하여 성형탄을 제조하였다. 성형탄의 제조 과정은 전술한 실험예 6과 동일하였다. 제조한 성형탄의 열간강도지수는 8.3%로서 갈탄을 첨가하지 않은 비교예 1의 성형탄의 열간강도지수보다 작았다.

비교예 7

85wt%의 석탄 A와 15wt%의 소성하지 않은 갈탄을 이용하여 성형탄을 제조하였다. 성형탄의 제조 과정은 전술한 비교예 6과 동일하였다. 제조한 성형탄의 열간강도지수는 하기의 표 5에 기재한 바와 같이 12.9%로서 갈탄의 사용량이 증가함에 따라 성형탄의 열간강도가 다소 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

소성한 갈탄을 성형탄 제조에 사용하는 경우, 그 열적 안정성으로 인하여 성형탄의 열간 품질이 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 그러나 동일한 첨가 조건하에서 소성된 석유 코크스와 소성된 무연탄은 동일한 효과를 나타내었으며, 소성된 갈탄은 이보다 첨가 효과가 낮은 것을 알 수 있었다. 이는 탄소원의 회분 함량과 관계가 있는 것으로 추정되었다. 소성된 탄소원을 성형탄에 소량 첨가하여 성형탄의 열간 품질을 크게 향상시킬 수 있었다.

전술한 바와 같이, 소성된 석탄을 성형탄 제조시에 첨가하는 경우, 성형탄의 열간 품질이 향상되는 것을 알 수 있었다. 따라서 석유 코크스, 무연찬 및 갈탄 이외에의 다른 종류의 석탄을 소성하여 성형탄 제조시에 첨가하면, 성형탄의 열간 품질을 향상시킬 수 있다.

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.

Claims (10)

1. 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및
   상기 용융가스화로에 연결되어 환원가스를 공급받고, 상기 환원철을 상기 용융가스화로에 제공하는 환원로
   를 포함하는 용철제조장치에서 상기 용융가스화로의 돔부에 장입되어 급속 가열되고 환원가스를 발생시키는 성형탄의 제조 방법으로서,
   미분탄을 제공하는 단계,
   탄소원을 소성하는 단계,
   상기 미분탄과 상기 소성된 탄소원을 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및
   상기 혼합물을 성형하여 성형탄을 제공하는 단계
   를 포함하고,
   상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 혼합물 중 상기 탄소원의 양은 0 보다 크고 상기 혼합물의 50wt% 이하인 성형탄의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원은 석유 코크스, 무연탄 및 갈탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 성형탄의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원은 아역청탄, 역청탄 및 반무연탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 성형탄의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 탄소원의 양은 5wt% 내지 30wt%인 성형탄의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄소원을 입도 선별하는 단계를 더 포함하고, 상기 혼합물을 제공하는 단계에서 상기 탄소원의 입도는 0 보다 크고 3mm 이하인 성형탄의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원의 소성 온도는 700℃ 내지 1100℃인 성형탄의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 탄소원의 소성 온도는 800℃ 내지 1000℃인 성형탄의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원이 석유 코크스인 경우, 상기 혼합물 중 상기 석유 코크스의 양은 상기 혼합물의 10wt% 내지 50wt%인 성형탄의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원이 무연탄인 경우, 상기 혼합물 중 상기 무연탄의 양은 상기 혼합물의 5wt% 내지 30wt%인 성형탄의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 탄소원을 소성하는 단계에서, 상기 탄소원이 갈탄인 경우, 상기 혼합물 중 상기 갈탄의 양은 상기 혼합물의 5wt% 내지 30wt%인 성형탄의 제조 방법.

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