부산물 코크스 오븐 배터리에서 코크스 만들기

부산물 코크스 오븐 배터리에서 코크스 만들기

코크스는 용선 생산 과정에서 비용의 최대 50%를 차지합니다. 따라서 고품질 코크스의 비용 효율적인 생산은 철 생산의 경쟁력을 위해 가장 중요합니다.

야금 코크스는 철광석을 철로 환원시키기 위해 철강 산업 공정(주로 고로에서)에 사용됩니다. 총 코크스 생산량의 90% 이상이 고로 작업에 사용됩니다. 주조 코크스는 잔고의 대부분을 구성하며 금속 용해 및 주형 준비를 위한 용광로의 주조 공장에서 사용됩니다. 주조 코크스 생산은 야금 코크스에 사용되는 것과 비교하여 다른 점결탄 혼합, 긴 점결 시간 및 낮은 점결 온도를 사용합니다.

대부분의 코크스는 부산물 코크스 오븐 배터리를 사용하여 세계에서 생산되며 대부분의 코크스 공장은 철강 생산 시설과 통합되어 있습니다.

공기가 없는 상태에서 석탄을 가열하여 코크스를 제조하는 것은 1709년 영국에서 Abraham Darby가 철광석 제련에 사용했을 때의 산업 혁명 초기에 시작되었습니다. 코크스 생산 방법은 처음에는 목탄 생산, 둥근 더미에 석탄을 비축하고 말뚝에 불을 붙인 다음 점토로 측면을 덮는 목탄 생산과 동일했습니다. 이것은 벌집 코크스 제조의 기초를 마련했습니다. 점진적인 발전은 벌집, 반사 및 부산물 오븐의 개발로 이어졌으며, 약 100년 전에 부산물을 회수하여 재생 코크스 오븐으로 절정에 달했습니다.

석탄은 석탄의 파괴적인 증류에 의해 대형 코크스 오븐 배터리에서 코크로 전환됩니다. 코크스화 공정은 휘발성 화합물을 제거하기 위해 공기가 없는 상태에서 석탄을 가열하는 것으로 구성됩니다. 결과 물질은 단단하지만 다공성인 탄소 물질인 코크스라고 하는 탄소 덩어리입니다. 부산물 코크스 오븐은 코크스 오븐 가스, 타르 및 오일의 형태로 석탄의 휘발성 물질을 회수합니다.

야금 코크스의 제조에는 세 가지 입증된 공정이 있습니다. 이들은

• 벌집 콜라 오븐. 이 오븐은 비회수 오븐입니다.
• 열회수 또는 에너지회수 코크스 오븐. 이러한 코크스 오븐은 비회수 코크스 오븐이라고도 합니다.
• 부산물 코크스 오븐

코크스 부산물 제조 공정은 산소가 없는 대기에서 고온에서 석탄을 탄화시키는 공정입니다. 이 공정은 석탄의 휘발성 물질을 제거하고 탄소를 농축합니다. 이 과정에서 오프 가스가 수집되어 다양한 부산물(코크스 오븐 가스, 타르, 암모니아 및 조 벤졸)이 회수되는 부산물 공장으로 보내집니다.

부산물 코크스 오븐 플랜트는 석탄 처리 플랜트 및 석탄 준비 섹션, 코크스 급냉 설비가 있는 부산물 코크스 오븐 배터리, 코크스 분쇄 및 선별 플랜트의 세 가지 주요 섹션으로 구성됩니다. 부산물 코크스로 공장의 일반적인 공정 흐름과 배출 흐름은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 일반적인 공정 흐름 및 배출 흐름

  점결탄 및 코크스 품질에 영향을 미치는 요인

  점결탄은 코크스 특성을 결정하기 때문에 부산물 코크스로에서 코크스 생산에 중요한 원료입니다. 필요한 코크스 특성은 균일한 크기, 우수한 강도(CRI, CSR 및 운모 값), 최소의 휘발성 물질 및 최소의 회분을 갖는 다공성입니다.

점결탄은 점결 특성에 따라 분류할 수 있습니다. 그들은 주요 점결탄, 중간 점결탄, 반 점점탄 또는 저점점탄입니다. 좋은 코크스를 생산하기 위한 석탄의 코크스 특성에는 유동성, 팽창, 도가니 팽창 수, 그레이 킹 값, 평균 최대 반사율 값(MMR)으로 표시되는 석탄 등급, 유리질 및 유리질 분포(V9-V14)가 포함됩니다. 코크스 특성 외에도 석탄의 다른 중요한 특성에는 수분, 회분, 황, 인 및 알칼리 비율, 회분 융합 온도가 포함됩니다. 석탄의 낮은 수분, 회분, 황 및 인 함량은 양질의 코크스 생산에 바람직합니다. 코크스의 품질에 영향을 미치는 석탄의 다른 특성 중 일부는 입자 크기, 부피 밀도 및 석탄의 풍화입니다. 점결탄은 또한 휘발성 물질이 낮거나 중간이거나 높을 수 있습니다. 코크스 온도, 코크스 속도, 담금질 시간, 담금질 연습 및 코크스 취급도 코크스 품질에 영향을 미칩니다.

코크스 오븐에 장입되는 석탄은 일반적으로 두 개 이상의 코크스 석탄을 혼합한 것입니다. 혼합은 생성된 코크스의 특성을 제어하고 부산물의 품질과 양을 최적화하며 코크스화 과정 동안 오븐 벽에 과도한 압력을 유발할 수 있는 특정 유형의 석탄에 의해 나타나는 팽창을 방지하기 위해 필요합니다.

석탄 처리 공장 및 석탄 준비 섹션

  석탄 처리 공장 및 석탄 준비 섹션은 탄화에 적합한 석탄 혼합물을 준비합니다. 관련된 다양한 단계는 석탄 하역 및 저장, 다양한 등급의 석탄 혼합, 석탄 분쇄 및 석탄 저장탑으로 운송하는 것입니다.

컨베이어 벨트는 필요에 따라 석탄 저장고에서 다양한 유형의 석탄이 저장되는 혼합 용기로 석탄을 옮깁니다. 혼합탄은 혼합통에서 석탄 분쇄기로 옮겨져 보통 -3mm 크기로 분쇄됩니다.

그런 다음 미분탄을 혼합하고 혼합하고 때로는 물과 기름을 첨가하여 혼합물의 부피 밀도를 조절합니다. 준비된 혼합탄은 코크스 오븐 배터리 상단의 석탄 저장탑으로 운송됩니다.

석탄은 준비 과정의 다양한 단계에서 저장되어야 하며 석탄 준비 구간을 따라 운반되어야 합니다. 분쇄 및 스크리닝은 석탄 처리 공장의 중요한 부분입니다. 분쇄는 석탄의 전체 크기를 줄여 더 쉽게 처리하고 취급할 수 있습니다. 스크린은 석탄의 크기를 측정하는 데 사용됩니다. 화면은 정적이거나 기계적으로 진동할 수 있습니다.

코크스 오븐 배터리 부산물

코크스 오븐은 공기가 없는 상태에서 석탄을 탄화시키고 석탄에서 휘발성 물질을 증류하여 석탄을 코크로 변환하는 내화물로 만들어진 챔버입니다. 부산물 코크스 오븐 설비는 다수의 코크스 오븐을 포함하는 하나 이상의 코크스 오븐 배터리로 구성됩니다(각 배터리에서 20에서 100까지 다양할 수 있음). 석탄은 장입구를 통해 코크스로에 장입됩니다. 7m 높이의 코크스 오븐 배터리의 일반적인 단면이 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 7m 코크스 오븐 배터리의 일반적인 단면

칭량된 석탄이 축전탑에서 배출되어 배터리 길이만큼 주행할 수 있는 충전 차량인 충전 차량으로 배출된다. 충전 차량은 비어 있는 뜨거운 오븐 위에 위치하며, 충전 구멍의 뚜껑이 제거되고 석탄은 충전 차량의 호퍼에서 오븐으로 배출됩니다.

장입 중 오븐에서 가스 누출을 최소화하기 위해 증기 흡입을 사용하여 장입된 석탄 위 공간에서 수집 메인으로 가스를 끌어옵니다. 호퍼로부터의 석탄 배출은 석탄 위의 공간을 막을 수 있는 석탄 피크를 피하기 위해 각 호퍼가 비워지는 순서를 제어하여 '단계적'이며, 이는 장입 중에 생성된 가스 제거를 방해합니다. 장입 순서가 거의 끝나갈 무렵, 오븐에 있는 석탄의 봉우리는 수평기 도어라고 하는 오븐 측면의 작은 문을 통해 푸셔 카에서 캔틸레버로 연결된 강철 막대로 수평이 맞춰집니다. 이 레벨링 프로세스는 균일한 코크스화를 돕고 코크스화 프로세스 동안 발생하는 가스가 가스 수집 시스템으로 흐를 수 있도록 깨끗한 ​​증기 공간과 출구 터널을 제공합니다. 오븐에 석탄을 충전한 후, 레벨링 도어를 닫고, 충전 포트의 뚜껑을 교체하고 젖은 점토 혼합물로 밀봉(유착)하고, 흡인을 끄고 가스 혼합물, 흡인을 끄며, 그리고 가스는 배출 시스템과 수집 메인으로 보내집니다.

석탄 탄화 공정

석탄에서 코크스로의 변환이 시작됩니다. 열은 가열된 벽돌 벽에서 석탄 장입물로 전달됩니다. 약 375~475℃에서 석탄은 분해되어 각 벽 근처에 플라스틱 층을 형성합니다. 약 475~600℃에서 타르와 방향족 탄화수소 화합물이 현저하게 발생하고 플라스틱 덩어리가 반코크스로 재응고됩니다. 600~1100℃에서 코크스 안정화 단계가 시작됩니다. 이것은 코크스 덩어리의 수축, 코크스의 구조적 발달 및 최종 수소 발생을 특징으로 합니다. 플라스틱 단계에서 플라스틱 층이 각 벽에서 오븐 중심으로 이동하여 유리된 가스를 가두고 가열 벽으로 전달되는 가스 압력 상승을 생성합니다. 플라스틱 층이 오븐 중앙에서 만나면 전체 덩어리가 탄화됩니다. 백열 코크스 덩어리는 오븐에서 밀어내고 습식 또는 건식 급냉됩니다.

열 증류는 배터리라고 하는 오븐 그룹에서 발생합니다. 배터리는 고품질 실리카 및 기타 유형의 내화 벽돌로 만들어진 공통 측벽이 있는 다수의 인접한 오븐으로 구성됩니다. 인접한 오븐을 분리하는 벽과 각 끝벽은 일련의 가열 연도로 구성됩니다. 언제든지 주어진 벽에 있는 연도의 절반은 연소 가스이고 나머지 절반은 연소 연도에서 폐열을 '체커 벽돌' 열교환기로 전달한 다음 연소 스택으로 전달합니다. 20~30분마다 배터리가 '역전'되고 폐열 연도는 연소 연도가 되고 연소 연도는 폐열 연도가 됩니다. 이 프로세스는 석탄 덩어리의 더 균일한 가열을 제공합니다. 각 오븐의 작동은 주기적이지만 배터리에는 기본적으로 연속적인 코크스 오븐 가스의 흐름을 생성하기에 충분히 많은 수의 오븐이 포함되어 있습니다. 개별 오븐은 코크스 주기 동안 거의 동일한 시간 간격으로 충전 및 비워집니다. 코킹은 15~18시간 동안 진행되어 고로 코크스를 생산합니다. 이 기간 동안 석탄의 휘발성 물질은 코크스 오븐 가스로 증류됩니다. 코크스화 시간은 혼합탄, 수분 함량, 소성 속도 및 코크스의 원하는 특성에 따라 결정됩니다. 코크스 수요가 적으면 코킹 시간을 24시간까지 늘릴 수 있다. 코크스 온도는 일반적으로 900 ~ 1100℃ 범위이며 고로 코크스를 생산하는 범위의 더 높은 쪽으로 유지됩니다. 수집 메인에서 양의 배압을 유지하여 공기가 오븐으로 누출되는 것을 방지합니다. 오븐은 배터리에서 약 10mm 수주의 높은 유압 주압을 유지하여 양압으로 유지됩니다. 열 증류 중에 발생하는 가스와 탄화수소는 회수 시스템을 통해 제거되고 회수를 위해 부산물 공장으로 보내집니다.

코킹은 오븐의 중심 온도가 약 950-1000℃일 때 완료됩니다. 이 시점에서 오븐은 유압 본관과 격리되고 잔류 가스가 적절히 배출된 후 코크스를 밀어내기 위해 문이 열립니다. 코크스 기간이 끝나면 코크스 덩어리는 부피 수축이 커서 벽에서 덩어리가 분리되어 쉽게 밀 수 있습니다.

낮은 압력은 공기 유입으로 이어지는 반면 높은 압력은 과도한 가스 발생, 도어 누출, 스탠드 파이프 등으로 이어지기 때문에 오븐 압력의 제어는 매우 중요합니다. 석탄의 적절한 레벨링이 중요하며 위의 여유 보드 공간(약 300 mm)는 질식을 방지하기 위해 유지됩니다.

코크스 주기가 끝나면 오븐 양쪽 끝에 있는 문이 제거되고 푸셔 기계에서 연장된 램에 의해 백열 코크스가 오븐에서 밀려납니다. 코크스는 코크스 가이드를 통해 냉각 차량으로 밀어 넣습니다. 냉각 차량은 코크스를 습식 냉각 타워 또는 건식 냉각 플랜트로 운반하여 냉각됩니다.

코크스 분쇄 및 선별 설비

  냉각된 코크스는 컨베이어를 통해 코크스 분쇄 및 선별 공장이라고도 하는 분쇄 및 선별 공장으로 이동합니다. 여기에서 코크스가 분쇄되어 필요한 크기의 분수로 선별됩니다. 분쇄 및 선별 과정에서 코크스는 세 가지 크기로 분류됩니다. 이들은 코크스 브리즈(크기 – 10mm), 너트 코크스(크기 +10mm ~ – 25mm) 및 고로 코크스(+25mm ~ – 80mm)입니다. 크기가 조정된 고로 코크스와 너트 코크스는 고로에서 각각의 저장 시스템으로 운송됩니다. 코크스 산들 바람은 소결 공장으로 보내집니다.