KR102288801B1 - 코크스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 코크스 제조방법은 비점결탄과 배합탄을 혼합하고 성형하여 성형탄을 제조하는 단계, 및 상기 성형탄과 배합탄을 혼합한 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계를 포함한다.

Description

코크스 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING COKE}

야금용 코크스 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 비점결탄을 이용한 코크스 제조 방법에 관한 것이다.

용광로에서 철광석으로부터 용선을 제조하기 위해서는 코크스가 필수적으로 사용되며, 이들 코크스는 탄소가 주성분의 다공성 물질로서 용광로 내에서 환원가스(CO)를 공급하는 환원제, 가스와 용선 및 슬래그의 이동을 용이하게 하는 통기 및 통액성 제공과 용광로를 고온으로 유지하는 열원의 역할을 한다.

조강생산량의 증가로 인해 철광석 및 야금용 코크스 제조를 위한 석탄의 수요가 점차 증가하고 있어, 석탄의 가격 상승과 양질의 코크스 제조용 점결탄에 대한 고갈우려 및 확보에 대한 어려움이 커지고 있다. 이런 환경 하에서 코크스 제조용 원료탄을 다양화하고, 점결력이 약한 석탄(이하 미점결탄이라 한다)의 사용비를 증가시키기 위한 여러 기술들이 개발 적용되고 있다. 전체 매장 석탄 중 대략 30% 정도가 코크스 제조용 점결탄이며, 나머지는 점결력이 없는 비점결탄으로 구성된다. 비점결탄들이 발전이나 난방용 연료로 사용되며, 이 중에서 코크스 제조용 점결탄 대비 가격이 저렴한 발전소 연료로 사용되는 석탄(이하, 비점결탄이라 한다)을 코크스 제조용 원료탄으로 사용하기 위한 기술 개발들이 이루어지고 있다.

야금용 코크스 제조에 사용되는 석탄은 점결성을 갖는 석탄으로, 점결성 정도에 따라 강점결탄과 미점결탄으로 분류할 수 있으며, 이들 석탄들은 매장량이 제한되어 있고 지역적으로 편중되어 있다.

야금용 점결탄으로 코크스를 제조하는 공정은 다음과 같다. 탄종별로 야드에 야적된 석탄을 일정 입도가 되도록 파쇄한 후 각각의 호퍼에 저장한다. 이들 석탄으로부터 일정한 품질의 코크스를 제조하기 위해 각 탄종별 배합비를 계산한다. 이 배합비를 바탕으로 호퍼로부터 탄종별로 일정량의 석탄을 배출하여 배합하며, 배합된 석탄은 밸트를 타고 이동하다 중간중간의 슈트를 거치면서 혼합된다. 혼합된 석탄은 코크스 오븐의 석탄 저장빈(Coal Bin)로 공급된다. 석탄 저장빈(Coal Bin)로부터 일정량의 석탄을 장입차로 불출하여 코크스 오븐에 장입하게 된다. 오븐에 장입된 석탄은 일정 시간 동안 고온에서 건류되어 코크스화 되어 오븐으로부터 압출되며, 압출된 적열 코크스는 습식이나 질소 냉각에 의해 소화된다.

통상, 발전용으로 사용되는 비점결탄의 발열량은 6000kcal/kg 정도이며, 불활성분위기에서 가열시 점결성이 없으며, 석탄내 기공이 많아 상대적으로 많은 수분을 내포하며, 회재(ash)가 대략 15 질량% 정도로 다소 많은 양이 포함된다.

고품질의 코크스 제조용 점결탄 수급이 어려워지고, 코크스 제조 원가를 낮추기 위해, 발전용 석탄을 이용한 야금용 코크스 제조에 기술 개발을 하고 있으나, 발전용 석탄을 코크스용 배합탄과 혼합 사용시 점결력이 없기 때문에 코크스 품질이 급격하게 하락하게 된다.

따라서, 비점결성 발전용 석탄을 야금용 코크스 제조에 사용하여, 코크스 제조 원가저감 및 코크스 제조용 탄종 다양화하고자 한다. 이를 위해, 발전용 석탄과 야금용 점결탄을 혼합시 석탄간 접촉을 밀접하게 하고, 코크스 제조시 코크스 품질하락을 최소화 하기 위해 오븐에 장입되는 석탄의 장입밀도를 향상하기 위한 기술 개발이 요구된다.

본 발명은 비점결성의 발전용 석탄을 야금용 코크스 제조용 원료탄으로 사용하기 위해 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 발전용 석탄과 배합탄 입자 간의 접촉을 향상시키고, 코크스 오븐에 장입시 장입밀도를 증가시키기 위해, 발전용 석탄을 코크스 제조용 배합탄과 혼합하여 일정량을 성형탄으로 제조한 후, 코크스 제조용 배합탄과 성형탄을 혼합하여 야금용 코크스를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 코크스 제조방법은, 비점결탄과 배합탄을 혼합하고 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 및 상기 성형탄과 배합탄을 혼합한 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계;를 포함한다,

상기 혼합탄은 혼합탄 전체 100질량% 기준으로 비점결탄을 0 초과, 및 10 질량% 이하로 포함하는 것일 수 있다.

상기 비점결탄은 휘발분 함량이 50 질량% 이하인 것일 수 있다.상기 비점결탄은 휘발분 함량이 25 내지 50 질량% 이하인 것일 수 있다.

상기 혼합탄 내의 비점결탄 함량은 7 질량% 이하인 것일 수 있다.

상기 혼합탄 내의 비점결탄 함량은 3 내지 7 질량%인 것일 수 있다.

상기 비점결탄은 휘발분 함량이 25 질량% 이하인 것일 수 있다.

상기 혼합탄은 혼합탄 전체 100질량% 기준으로 비점결탄을 3 내지 10 질량% 포함하는 것일 수 있다.

상기 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계에서 배합탄은 분탄인 것일 수 있다.

비점결탄을 점결탄과 함께 사용하여 코크스 품질 및 강도를 확보할 수 있는 야금용 코크스를 제공한다.

저가의 비점결탄을 활용함으로써, 코크스 제조 원가 저감, 및 코크스 제조용 원료탄의 다양성을 확보할 수 있다.

도 1는 야금용 코크스 제조방법에 대한 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일 구현예에 따른 코크스 제조방법 순서도이다.
도 3은 비점결탄과 배합탄을 단순 혼합하여 코크스를 제조하는 방법의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 코크스 제조방법의 개략도이다.
도 5는 배합탄 1에 비점결탄 1의 투입량에 따른 유동도를 나타낸 그래프이다.
도 6는 배합탄 2에 비점결탄 2의 투입량에 따른 유동도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 배합탄 1에 비점결탄 1의 투입량에 따른 장입밀도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 배합탄 1에 비점결탄 1의 투입량에 따른 코크스의 냉간강도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 배합탄 2에 비점결탄 2의 투입량에 따른 코크스의 냉간강도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 배합탄 1에 비점결탄 1의 투입량에 따른 코크스의 열간강도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 배합탄 2에 비점결탄 2의 투입량에 따른 코크스의 열간강도를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서, 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. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

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. 예를 들어, 혼합은 배합과 동일한 의미로 사용된다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

도 1는 야금용 코크스 제조방법을 나타낸 것이다. 야금용 코크스는 야드에 적재된 야금용 원료탄을 탄종별로 파쇄기에서 일정한 입도로 분쇄한 후, 여러 종류의 원료탄을 혼합하는 배합조에 각 탄종별로 호퍼에 저장되며, 코크스 제조에 요구되는 탄종별 배합비에 따라 각 호퍼에서 일정양이 불출되어 벨트 상에서 배합된다. 통상 배합탄의 수분은 9~10% 정도이며, 혼합된 배합탄은 석탄 건조설비의 유무에 따라 건조되거나 건조되지 않은 상태로 코크스 오븐의 석탄 저장조에 공급된다. 코크스 오븐의 저장조에 저장된 배합탄은 장입차에서 일정량을 불출하여 고온으로 가열된 코크스 오븐의 탄화실에 장입하여 일정시간 건류후 적열 코크스로 배출되며, 이들 적열 코크스는 습식이나 건식 소화에 의해 코크스로 제조된다. 제조된 코크스는 용광로에 공급되어 용선제조에 사용된다.

배합탄에 포함되는 야금용 석탄은 점결성이 있어 건류시 연화-용융-고화 단계를 거쳐 덩어리 형태의 코크스로 된다. 역청탄과 아역청탄 중 점결성이 있는 석탄이 야금용 석탄으로 사용될 수 있다.

반면 발전용 석탄으로 이용되는 비점결탄은 점결성이 없기 때문에 건류시 덩어리 형태의 코크스로 되지 않는다. 또한, 비점결탄을 야금용 점결탄과 혼합 사용시 점결력이 없기 때문에 코크스 품질이 급격하게 하락하게 된다. 역청탄과 아역청탄 중 점결성이 없는 석탄과 갈탄 등이 발전용 석탄으로 사용될 수 있다. 이와 같은 점결탄 및 비점결탄의 구분은 불활성 분위기에서 석탄을 가열하였을 때 석탄 입자가 연화-용융-재고화되어 덩어리 형태로 뭉치는 현상을 평가하는 로가지수, 자유팽창지수, 전팽창 및 유동도 분석 방법에 의한다.

본 발명은 비점결성 발전용 석탄을 야금용 코크스 제조에 사용하여, 야금용 코크스에 요구되는 강도를 만족하는 코크스를 제조하고, 코크스 제조 원가저감 및 코크스 제조용 탄종 다양화하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 제조방법은 비점결탄과 배합탄을 혼합하고 성형하여 성형탄을 제조하는 단계, 및 상기 성형탄과 배합탄을 혼합한 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계를 포함한다. 이 경우, 코크스 오븐에 석탄 장입시 장입밀도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 코크스의 강도를 향상시킬 수 있다. 더불어, 점결성이 낮은 비점결탄을 배합탄에 단순 투입하여 혼합하는 것이 아니라, 비점결탄과 배합탄을 혼합하여 성형함으로써, 석탄 입자 간의 접촉력을 향상시키고, 제조되는 코크스의 강도를 향상시킬 수 있다.

상기 성형탄 제조시 배합탄 및 비점결탄과 함께, 소량의 타르를 바인더로 첨가하여 성형탄을 제조하는 것일 수 있다.

상기 혼합탄에 포함되는 비점결탄은 혼합탄 전체 100 질량% 기준으로 0 질량% 초과, 및 10 질량% 이하일 수 있다. 구체적으로 3 내지 10 질량%, 3 내지 7 질량%, 또는 3 내지 5 질량%일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 장입 밀도를 향상시키고, 제조되는 코크스의 강도를 확보할 수 있다.

상기 비점결탄은 배합탄과 혼합하여 성형된 성형탄 형태로 혼합탄에 포함되며, 상기 성형탄에 포함된 비점결탄은 성형탄 전체 100 질량%를 기준으로 0 질량% 초과 및 33 질량% 이하일 수 있다.

상기 비점결탄의 휘발분 함량은 50 질량% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 초과 및 50 질량% 이하일 수 있다. 비점결탄의 휘발분 함량은 적을수록 코크스 강도 향상에 유리하며, 이는 비점결탄이 코크스용 배합탄과 혼합 가열되어 코크스화 되는 과정에서 휘발분이 많으면 방출되는 가스에 의해 코크스 내 크랙이 발생하여 코크스 강도를 저하시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 비점결탄은 휘발분 함량이 25 내지 50 질량% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 25 질량% 초과 및 50 질량%이하 일 수 있다.

이 경우, 상기 혼합탄 내의 비점결탄 함량은 7 질량% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 초과 및 7 질량% 이하, 또는 3 내지 5 질량%일 수 있다.

상기 비점결탄 휘발분 함량과, 혼합탄 내의 비점결탄 함량을 만족하는 경우, 비점결탄을 첨가하지 않은 코크스와 동등하거나, 그 이상의 열간강도를 가지는 코크스를 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 비점결탄은 휘발분 함량이 25 질량% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 0 초과 및 25 질량% 이하, 0 초과 및 25 질량%, 10 내지 25 질량%, 또는 15 내지 25 질량% 일 수 있다.

이 경우, 상기 혼합탄은 혼합탄 전체 100질량% 기준으로 비점결탄을 3 내지 10 질량% 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 5 내지 10 질량%, 또는 7 내지 10 질량% 일 수 있다.

상기 비점결탄 휘발분 함량과, 혼합탄 내의 비점결탄 함량을 만족하는 경우, 코크스 강도 향상 효과를 극대화할 수 있다. 이는 비점결탄이 혼합탄과 함께 가열되어 코크스화되는 과정에서, 비점결탄의 휘발분 차이에 의한 코크스 내 크랙 발생의 차이 때문이다.

발전용 석탄으로 사용되는 비점결탄은 점결성이 없기 때문에 건류시 덩어리 형태의 코크스가 되지 못하여 단독으로는 코크스 제조용으로 사용할 수 없다. 따라서, 비점결탄은 코크스 품질에 크게 영향을 주지 않는 범위 내에서 사용할 필요가 있으며, 본 발명은 비점결탄을 첨가하여 코크스를 제조함에 있어서, 코크스 품질을 저하시키지 않는 비점결탄 함량을 제시할 수 있다.

상기 혼합탄을 제조시 혼합탄 100 질량%를 기준으로 성형탄을 10 내지 40 질량% 와 잔부 배합탄이 되도록 혼합할 수 있다. 이 경우 장입밀도가 크게 향상되고, 제조되는 코크스의 강도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로 상기 성형탄의 함량은 10 내지 35 질량%, 20 내지 35 질량%일 수 있다. 후술하는 실시예에서는 혼합탄 내의 성형탄이 30 질량%이고, 분탄형태의 배합탄 70 질량%를 혼합하여 혼합탄을 제조하였으며, 이는 성형탄 혼합 비율이 30 질량%인 경우 장입밀도 향상 효과가 크기 때문에 이와 같은 비율로 혼합탄을 제조하였다.

상기 비점결탄은 최고 입도가 5mm 이하로 입도가 조정된 것일 수 있다. 상기 비점결탄의 입도 범위를 만족하는 경우, 코크스의 품질 영향을 최소화할 수 있고, 배합탄과 혼합시 입자간 밀접하게 접촉될 수 있고, 균일하게 분산될 수 있어, 코크스 품질 확보에 유리하다.

상기 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계에서 배합탄은 분탄 형태인 것일 수 있다. 이 경우 코크스 제조용 배합탄은 10mm 이하로 석탄 입도가 3mm 이하 분율이 80 내지90 질량% 가 되도록 하는 분탄이며, 성형탄과 분탄 형태의 코크스 제조용 배합탄을 혼합하게 되면 코크스 오븐 내의 장입밀도가 증가하여 코크스 강도를 증가시키는 이점이 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 코크스는 비점결탄을 포함하는 성형탄 및 배합탄을 포함하는 코크스이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 코크스 제조방법에 의하여 제조된 코크스는 야금용 코크스로 사용되기 위해 필요한 강도를 확보할 수 있다. -

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

배합탄 준비

코크스 제조용 원료탄은 파쇄기에서 10mm 이하로 파쇄하여 파쇄된 석탄 입도가 3mm 이하 분율이 80 내지 90 질량%가 되도록 하며, 파쇄된 석탄은 호퍼에 저장된다. 호퍼에 저장된 여러 종류의 석탄은 각 석탄의 석탄화도, 점결성 지수 등을 고려하여 배합조에서 일정한 배합비로 배출되어 혼합된다.

평균 입도가 10mm 이하로 조절된 10 여종의 단일탄을 혼합하여 하기 표 1과 같은 물성을 가지는 배합탄 1, 및 2를 제조하였다. 배합탄 1, 및 2의 입도는 3mm 이하가 85 질량%가 되도록 하였다.

표 1은 배합탄 1 및 2 의 물성을 나타낸다.

구분	배합탄 물성
	회재(Ash,질량%)	휘발분(VM, 질량%)	반사율(Rm,%)	유동도(LMF)	전팽창(TD, %)
배합탄 1	7.64	31.16	0.92	2.25	67
배합탄 2	7.92	32.41	0.84	2.30	72

비점결탄 준비

비점결탄은 입도가 5mm 이하로 조절된 비점결탄 1, 및 2를 제조하였다.

상기 입도 범위를 만족하는 경우 코크스 제조용 배합탄과 혼합하더라도 코크스의 품질 영향을 최소화할 수 있고, 배합탄과 혼합시 밀접하게 접촉되어 코크스 품질 확보에 유리하다.

표 2 는 비점결탄 1, 및 2의 공업/원소분석 및 발열량을 나타낸다.

구분	공업분석 (건조기준, 질량%)			원소분석 (건조기준, 질량%)					발열량 (kcal/kg)
	휘발분(V.M)	회재(Ash)	고정탄소(F.C)	C	H	N	S	O
비점결탄 1	47.48	4.89	47.63	57.2	5.91	1.29	0.24	30.47	6711
비점결탄 2	23.46	14.93	61.6	72.3	4.18	1.48	0.31	6.8	6697

평가예 1 - 유동도 평가

도 5는 배합탄 1에 비점결탄 1 배합량에 따른 유동도를 나타낸 것이고, 도 6는 배합탄 2에 비점결탄 2 배합량에 따른 유동도를 나타낸 것이다.

도 5, 및 도 6를 보면, 배합탄의 유동도는 비점결탄의 첨가에 따라 급격하게 감소되는 것을 알 수 있다.

이는 비점결탄은 점결성이 없기 때문에 배합탄에 첨가시 석탄의 점결성 지수인 유동도(fluidity)를 저감시키게 되므로, 점결성이 없는 비점결탄을 코크스 제조에 사용하기 위해서는 코크스 제조용 배합탄과 혼합하여 사용이 필요하다.

실시예 1, 및 2의 코크스 제조(비점결탄을 포함하는 성형탄과 배합탄을 혼합하여 혼합탄 제조 후 열처리)

비점결탄과 배합탄을 혼합하여 성형설비에서 성형탄을 제조하고, 성형탄을 다시 배합탄과 혼합하여 혼합탄을 제조하였다.

전체 혼합탄에 첨가된 비점결탄의 배합비는 혼합탄 전체 100 질량% 기준으로 각각 3, 5, 7, 및 10 질량%로 하였다.

전체 혼합탄 100 질량%기준으로 성형탄의 배합비는 30 질량%로 하였다.

40kg/charge의 코크스 시험로를 이용하여 코크스를 제조하였으며, 상업용 코크스 오븐과 같은 방식으로 양쪽 벽으로부터 열전달이 일어나도록 전기히터를 설치하여 석탄을 가열한다. 650℃로 가열된 시험로 내에 상기 혼합탄을 시험로 상부에서 중력 장입한 후, 가열벽 온도를 1100℃로 2.7℃/min의 가열속도로 가열하였다. 오븐 중심온도가 1080℃에 도달하면 1시간 유지한 후 압출하고, 압출된 적열 코크스는 질소분위기 하에서 소화 냉각시킨다. 석탄 건류과정에서 발생되는 가스는 에프터 버너(After burner)에서 연소시켜 대기로 방출한다.

실시예 1은 배합탄 1과 비점결탄 1를 사용하였고, 실시예 2는 배합탄 2와 비점결탄 2를 사용하여 코크스를 제조하였다.

비교예 1 및 2의 코크스 제조(비점결탄과 배합탄을 단순혼합한 혼합물 제조 후 열처리)

실시예의 배합탄 및 비점결탄을 단순 혼합하여 혼합물을 제조하고, 이를 실시예와 동일한 조건에서 코크스를 제조하였다.

전체 혼합물 100 질량%를 기준으로 비점결탄의 배합비는 각각 3, 5, 7, 10 질량%로 하였다.

비교예 1은 배합탄 1과 비점결탄 1를 사용하였고, 비교예 2는 배합탄 2와 비점결탄 2를 사용하여 코크스를 제조하였다.

평가예 2 : 실시예 1 및 비교예 1의 코크스 장입밀도 평가

도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 비점결탄 첨가량에 따른 장입밀도를 나타낸 것이다.

도 7을 보면, 비점결탄 첨가량이 동일한 경우에도 비점결탄을 첨가하는 방법에 따라 장입밀도가 달라지는 것을 알 수 있다.

배합탄에 비점결탄을 단순 첨가하는 비교예 1의 경우 비점결탄 배합비가 증가함에 따라 장입밀도가 서서히 증가하였다. 이는 이것은 비점결탄의 흐름성이 좋아 배합탄의 공극사이로 들어가 장입밀도가 향상된 것으로 파악된다.

비점결탄을 포함하는 성형탄을 배합탄에 첨가하는 실시예 1의 경우 비점결탄 5 질량%까지 장입밀도가 급격히 증가한 후, 거의 일정해지는 것으로 나타났으며, 비점결탄 첨가량이 동일한 경우에도 단순첨가 대비 장입밀도가 훨씬 높게 나타났다. 이는 비점결탄을 포함하는 성형탄을 배합탄과 혼합하여 코크스를 제조하는 경우 장입밀도 증가에 의한 코크스 강도 및 생산성 향상에 기여함을 의미하는 것으로 파악된다.

평가에 3 : 코크스 냉간강도 평가

냉간강도는 코크스 10kg을 직경 1.5m 드럼에서 150회 회전한 후, 15mm 이상 입도의 코크스 무게비로 측정한다.

도 8은 비교예 1, 및 실시예 1의 비점결탄 배합량에 따른 코크스의 냉간강도를 나타낸 것이다.

비교예 1의 경우 첨가량이 증가함에 따라 코크스 냉간강도는 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 비점결탄이 점결성이 전혀 없기 때문에 배합탄이 코크스화되는 과정에서 석탄 입자의 결합력을 떨어뜨려, 코크스 조직을 약화시킴으로써, 코크스 냉간강도가 하락하는 것으로 파악된다.

실시예 1의 경우 비점결탄 배합량 0 초과 및 10 질량% 범위에서, 비교예 1보다 높은 냉간강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.

즉, 비점결탄을 포함하는 성형탄과 배합탄을 혼합하여 코크스를 제조하는 경우 단순 혼합한 경우에 비해 냉간강도가 향상됨을 알 수 있다.

또한, 실시예 1의 경우, 비점결탄 배합량이 증가함에 따라 냉간강도가 약간 증가하다가 비점결탄 배합량이 5질량% 이상에서 급격히 감소하는 것으로 나타났다.

즉, 휘발분 함량이 47.48 질량% 인 비점결탄 1을 포함하는 성형탄과 배합탄을 혼합한 혼합탄으로 코크스를 제조시 전체 혼합탄 기준으로 비점결탄을 5 질량% 이하로 첨가하는 경우 제조된 코크스는 비점결탄을 혼합하지 않은 코크스와 비교하더라도, 유사 또는 유사 수준 이상 냉간강도를 가질 수 있다.

도 9는 비교예 2, 및 실시예 2의 비점결탄 배합량에 따른 코크스의 냉간강도를 나타낸 것이다.

비교예 2의 경우 비점결탄의 첨가량이 증가하더라도 코크스 냉간강도는 거의 유지되는 것으로 나타났다. 이는 비점결탄 2가 휘발분이 23.46 질량%로 비점결탄 1보다 휘발분 함량이 상대적으로 낮고, 점결성 측정장치로는 분석하기는 어려우나 건류시 약간의 덩어리 형상을 보여 코크스 제조시 입자의 결합에 기여한 것으로 판단된다.

실시예 2의 경우 비교예 2보다 높은 냉간강도를 가지는 것을 확인할 수 있다.

즉, 비점결탄을 포함하는 성형탄과 배합탄을 혼합하여 코크스를 제조하는 경우 단순 혼합한 경우에 비해 냉간강도가 향상됨을 알 수 있다.

또한, 실시예 2의 경우 비점결탄의 첨가량이 증가함에 따라 냉간강도는 5 질량% 첨가시까지 증가한 후, 일정하게 유지되는 것으로 나타났다. 즉, 휘발분이 23.46 질량% 포함된 비점결탄을 포함하는 실시예2의 경우 비점결탄을 포함하지 않은 코크스 보다 냉간 강도가 향상됨을 알 수 있다. 이것은 비점결탄과 배합탄을 성형하여 밀접하게 접촉함으로서 입자간의 접촉성이 향상되고 성형탄 첨가로 인해 장입밀도가 증가되어 코크스 조직이 치밀해졌기 때문으로 판단된다.

평가예 4 : 코크스 열간강도 평가

열간강도는 20mm 코크스 시료 200g을 1100℃에서 2시간 동안 CO₂ 분위기에서 반응시킨 후, I drum 에서 600회 회전 후, 입도 10mm 이상인 입자의 무게비로 측정한다.

도 10은 비교예 1, 및 실시예 1의 비점결탄 배합량에 따른 코크스의 열간강도를 나타낸 것이다.

비교예 1의 경우 비점결탄의 첨가량이 증가함에 따라 열간강도가 선형적으로 감소하는 것으로 나타났다. 비점결탄 1은 휘발분 47.48 질량%로 건류시 기공이 많은 탄소조직으로 변환되어 이산화탄소와의 반응성이 높아지므로, 제조된 코크스의 이산화탄소 반응성이 증가하여, 열간강도가 감소하는 것으로 판단된다.

실시예 1의 경우 비교예 1보다 우수한 열간 강도를 가지는 것을 알 수 있다.

실시예 1의 경우에도 비점결탄의 첨가량이 증가함에 따라 열간강도가 감소하는 것으로 나타났다. 다만, 3 중량%까지는 열간 강도의 감소가 거의 없으므로, 본원의 일 구현예에 따라 비점결탄 1을 3 중량%이하로 첨가하는 경우 열간 강도의 저하가 거의 없음을 알 수 있다.

도 11은 비교예 2, 및 실시예 2의 비점결탄 배합량에 따른 코크스의 열간강도를 나타낸 것이다.

비교예 2와 실시예 2의 경우 모두 비점결탄 배합비 증가에 따라 코크스 열간강도가 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 비점결탄 2는 휘발분이 상대적으로 낮아 건류시 코크스 조직화되었을 때, 기공이 적고, 조직이 치밀하여, 이산화탄소와의 반응성이 낮아짐으로써, 코크스의 열간강도가 증가에 기여한 것으로 판단된다. 또한 본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 의하는 경우 장입밀도 향상효과가 있어서, 단순첨가 대비 냉간강도도 높고, 이산화탄소의 반응성이 떨어지기 때문에 열간강도가 높게 나타나는 것으로 파악된다.

따라서, 본원의 일 구현예에 따른 제조방법에 의하여 비점결탄을 첨가하여 코크스를 제조하는 경우, 코크스의 열간강도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

비점결탄을 첨가하는 방법에 따라서, 제조되는 코크스의 강도가 달라질 수 있음을 확인하였다. 구체적으로, 배합탄에 비점결탄을 단순첨가하여 혼합하고 열처리하는 방법에 비해 비점결탄을 포함하는 성형탄을 제조하고, 성형탄을 배합탄과 혼합한 혼합탄을 열처리하는 경우 코크스 냉간강도 뿐만 아니라, 열간강도 또한 높게 나타나는 것을 알 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (9)

1. 비점결탄과 배합탄을 혼합하고 성형하여 성형탄을 제조하는 단계; 및
   상기 성형탄과 배합탄을 혼합한 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계;를 포함하고,
   상기 비점결탄은 휘발분 함량이 25 질량% 이하인,
   코크스 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼합탄은 혼합탄 전체 100질량% 기준으로 비점결탄을 0 초과, 및 10 질량% 이하로 포함하는 것인,
   코크스 제조방법.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 혼합탄은 혼합탄 전체 100질량% 기준으로 비점결탄을 3 내지 10 질량% 포함하는 것인,
   코크스 제조방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 혼합탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 단계에서 배합탄은 분탄인,
   코크스 제조방법.

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