코크스 제조 시 혼합탄에 포함될 석탄 선택

콜라 제조 시 혼합탄에 포함될 석탄 선택

석탄의 혼합은 고가의 프라임 또는 경질 점결탄의 비율을 줄이고 이를 중질 또는 연질 점결탄으로 대체함으로써 경제적인 관점에서 필요합니다. 일부 코크스 오븐 공장에서는 소량의 비점결탄 또는 증기탄도 혼합에 사용되었습니다.

부산물 코크스 오븐에 사용할 적절한 석탄 혼합물을 선택하는 것은 다음 요구 사항을 충족해야 하기 때문에 코크스 생산자에게 항상 큰 도전입니다.

• 석탄 준비 중 파쇄 요건을 충족하기 위한 것입니다. 석탄의 모든 구성 요소는 과도하게 분쇄되거나 과소 분쇄되지 않습니다. 코크스 오븐을 충전하기 위한 크기의 석탄 혼합은 밀도, 흐름 및 크기 비율의 요구 사항을 충족해야 합니다.
• 고로(BF) 코크스의 품질 요건을 충족하는 품질의 코크스를 생산하기 위해 필요한 점결성 및 점결성을 가져야 합니다. BF 코크스의 세 가지 기본 품질 요구 사항은 (i) 고로에서 일어나는 흡열 반응에 열을 제공하고, (ii) 필요한 환원 가스를 생성하여 환원제로 작용하고, (iii) 투과성을 제공하는 것입니다. BF에서 철을 지탱하는 부담을 지지합니다.
• 코크스 오븐에서 안전한 미는 성능을 제공하기 위함입니다. 코크스화 과정에서 코크스 오븐 벽에 과도한 압력을 가하여 손상시키지 않아야 합니다.
• BF 코크스뿐만 아니라 코크스 오븐 가스의 수율 요구 사항을 충족해야 합니다. 적절한 석탄 혼합은 과도한 견과 코크스와 코크스 산들바람을 생성하지 않습니다.
• 경제적이어야 합니다.

위의 다양한 유형의 요구 사항을 고려하여 혼합탄에 대한 결정은 임시로 결정되지 않고 신중하게 고려한 후에 이루어집니다. 사실 석탄 혼합은 배터리 수명의 중요성을 염두에 두면서 처리량, 고품질, 비용 효율성 등과 같은 경쟁적인 요구 사항 사이에서 균형을 이룰 수 있도록 설계해야 합니다.

위의 요구 사항을 염두에 두고 석탄 혼합 설계 노력은 (i) 코크스의 물리적 특성을 만족시키기 위해, (ii) 코크스의 화학적 특성을 만족시키기 위해, (iii) 코크스 오븐 추진 성능을 만족시키기 위해, (iv) 낮은 가치의 탄소 재료(연탄)의 최대 사용, (v) 경제적 요구 사항 충족, (vi) 빈번한 혼합 변경을 피하기 위해 석탄 분획의 지속적인 가용성 보장. (그림 1)

그림 1 석탄 혼합 설계의 요구 사항

일반적으로 석탄 혼합 설계는 일련의 단계를 통해 수행됩니다. 이러한 단계는 혼합에 새로운 석탄을 추가할 때도 필요하며 아래에 설명되어 있습니다. 

• 공급자가 제공한 석탄의 품질 데이터 시트에 따라 혼합에 포함될 석탄의 품질을 연구합니다. 데이터 시트를 기반으로 혼합에 석탄 사용에 대한 품질을 평가합니다. 또한 석탄의 비용과 장기 가용성이 결정됩니다. 이러한 매개변수가 예비 충족되면 5kg 샘플이 요청됩니다.
• 이 5kg 샘플에서 석탄 품질을 결정하고 이러한 품질이 공급업체의 데이터 시트와 일치하는지 확인하기 위해 다양한 실험실 테스트가 수행됩니다. 이 테스트 결과는 석탄 혼합에 사용할 수 있는 석탄의 비율을 결정합니다. 그런 다음 석탄에 대한 예비 경제 평가가 수행됩니다. 만족스러운 평가를 받으면 파일럿 오븐 탄화 테스트를 위해 충분한 양의 석탄이 주문됩니다.
• 파일럿 오븐 탄화 테스트는 일반적으로 (i) 100%의 신규 석탄과 (ii) 혼합에 계획된 신규 석탄의 비율과 함께 혼합 석탄에 대해 수행됩니다. 파일럿 오븐 탄화 동안 수축 및 가스 압력 테스트도 수행됩니다. 파일럿 오븐 탄화 테스트가 성공하면 석탄은 플랜트 시험을 위한 석탄 혼합에서 계획된 비율로 사용됩니다. 공장 시험 중에 모든 매개변수에 대한 면밀한 모니터링이 수행됩니다.
• 발전소 시험이 성공하면 석탄을 혼합하여 정기적으로 사용합니다.

그러나 혼합에 추가할 석탄의 최종 선택은 가격, 석탄 준비 공장 요구 사항 및 조달 중에 필요한 품질 관리도 고려합니다.

석탄 혼합 설계 시 집중해야 하는 석탄의 특성은 다음과 같습니다.

코크스의 물리적 특성을 위한 석탄 혼합 설계

안정적인 고로 운전을 위해 중요한 코크스의 물성은 (i) 코크스 반응성 지수(CRI), 코크스 반응 후 강도(CSR), (iii) 운모 지수입니다.

CRI는 상온에서 파손을 견디는 코크스의 능력을 측정하고 고로 외부와 고로 상부의 코크스 거동을 반영합니다. CSR은 고로의 환원 분위기에 노출된 후 코크스의 강도를 나타냅니다. 고온 CO/CO₂에서 코크스가 더 작은 크기로 부서질 가능성을 측정합니다. 용광로의 하부 2/3에 걸쳐 존재하는 환경. 운모 지수는 드럼 테스트이며 실온에서 코크스 강도를 나타냅니다. M40(100회 회전 후 +40mm 원형 구멍에 남아 있는 코크스의 백분율) 값이 더 크고 M10(100회 회전 후 - 10mm 원형 구멍 코크스) 값은 일반적으로 강도가 더 높은 코크스를 나타냅니다.

석탄의 암석학적 분석은 코크스 강도를 예측하는 주요 도구입니다. 코크스 강도 예측을 위한 석탄의 중요한 특성은 다음과 같습니다.

• 도가니 팽창 수(CSN) – 점결탄의 CSN 범위는 최소 3에서 최대 6입니다. 프라임 점결탄은 CSN 값이 더 높고 연점탄은 CSN 값이 낮습니다.
• 최대 팽창 – 최대 팽창 값은 최소 55%입니다. 석탄 혼합 성분의 최대 팽창 값에 따라 다릅니다.
• 최대 유동성 – 최대 유동성 값은 점결탄에서 최소 600ddpm입니다. 유동성이 높을수록 코크스 오븐에서 유동성이 향상됩니다.
• 회색 왕 코크스 유형 – 회색 왕의 값은 점결탄에서 최소 G 5입니다. 유연탄의 경우 Gray king 값의 한계는 G min입니다.
• 평균 최대 반사율(MMR) – 점결탄의 MMR 값은 0.85% – 1.35% 범위에서 다양합니다. 유연탄은 MMR이 낮고 단단한 점결탄은 MMR이 높습니다.
• 비트리나이트 – 점결탄의 비트리나이트 값은 최소 50%입니다. 유연탄의 경우 한도는 45%입니다.
• 비트리나이트 분포(V9 – V14) – 점결탄의 비트리나이트 분포 값은 최소 70%입니다.

콜라 크기에 맞는 석탄 혼합 디자인

코크스의 형성 상태는 석탄 혼합물에 존재하는 불활성 성분의 양에 의해 영향을 받습니다. 불활성 함량이 감소함에 따라 코크스의 크기가 감소합니다. 따라서 석탄 유형은 코크스 크기에 영향을 미칩니다. 코크스 크기도 운영 변수에 크게 의존합니다. 일반적으로 고로의 코크스 크기는 대부분 선별에 의해 제어됩니다.

코크스 및 코크스 오븐 가스 생산량을 위한 석탄 혼합 설계

코크스 오븐에서 생산되는 코크스의 양은 석탄 휘발 물질에 반비례합니다. 석탄 휘발성 물질 범위는 고강도 코크스 생산에도 중요합니다. 석탄 휘발성 물질은 또한 제철소의 가스 균형에 중요한 매개변수인 코크스로 가스 수율에도 영향을 미칩니다.

코크스의 화학적 특성을 위한 석탄 혼합 설계

고로에서 물리적으로 안정적인 원료 세트를 사용하면 화학적 특성의 제어를 통해 고로 공정의 추가 제어가 달성됩니다. 코크스의 가장 중요한 화학적 특성은 수분, 고정 탄소, 회분, 황, 인 및 알칼리입니다. 이러한 속성의 대부분은 주로 사용되는 석탄에 따라 달라집니다. 코크스회, 황, 알칼리는 CSR에 부정적인 영향을 미칩니다. 그러나 인은 CSR에 긍정적인 영향을 주지만 완전히 용선 속으로 들어가므로 바람직하지 않다. 고품질의 코크스를 높은 수율로 얻으려면 혼합탄에 수분, 회분, 황, 알칼리, 인 및 고정 탄소 함량이 적은 것이 바람직합니다. 추가 재 융합 온도는 코크스화 과정에서 중요한 특성입니다. 코킹 온도보다 높아야 합니다.

코크스 오븐 추진 성능을 위한 석탄 혼합 설계

최대 코킹 압력은 0.14kg/sq cm를 초과하지 않아야 합니다. 모든 고유한 석탄 특성 중에서 등급 및 불활성 함량은 코크스로 벽의 코크스 압력에 가장 중요한 것으로 보입니다. 순위는 코킹 압력과 직접적인 관련이 있습니다. 낮은 휘발성 석탄은 과도한 코킹 압력을 가합니다. 그러나 그들은 또한 높은 코크스 강도에 기여하고 높은 코크스 수율을 생산합니다.

등급이 비슷하지만 높은 관성을 가진 석탄은 더 낮은 압력을 생성합니다. 호주의 저휘발성 석탄은 일반적으로 낮은 벽 압력을 생성하며 코크스 압력을 줄이기 위해 혼합물에 포함됩니다. 상업용 오븐에서 코킹(벽) 압력을 측정하는 것이 어렵기 때문에 파일럿 오븐의 벽 압력 및 가스 압력 측정은 일반적으로 상업용 오븐의 가스 압력 측정과 상관 관계가 있습니다. 상관 관계가 설정되면 상업 시설의 가스 압력 측정값을 사용하여 코크스 압력을 모니터링합니다. 가스 압력은 등급에 따라 증가하고 불활성 물질 함량에 따라 감소합니다.

석탄 전하 수축은 코크스화 과정의 두 가지 다른 단계에서 발생합니다. 첫 번째 단계는 플라스틱 층이 형성되는 동안 존재하며 주로 석탄 특성에 의존합니다. 플라스틱 층이 반코크스로 변형되면 두 번째 단계는 반코크스가 수축하는 동안 시작되며 주로 작동 조건에 따라 달라집니다. 일반적으로 최대 유동성 값은 측면 수축의 첫 번째 단계를 예측하는 데 사용됩니다. 수직 수축은 주로 코크스 온도 및 가열 속도와 같은 작동 매개변수에 따라 달라집니다.

저가의 탄소 소재 사용을 극대화하는 석탄 혼합 설계

코크스 품질을 유지하면서 운영 비용을 낮추기 위해 저부가가치 탄소 재료가 혼합탄에 다양한 양으로 첨가됩니다. 연탄, 미분탄, 코크스 브리즈, 콜타르, 석유 코크스, 아스팔텐(증류 잔류물) 및 비점결탄은 적절한 양으로 첨가된다면 코크스 품질과 코크스 작업에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 올바른 종류의 블렌드로. 이러한 관행으로 인해 비용이 절감되고 운영이 개선되었으며 자원이 절약되었습니다.

산화(풍화)탄은 또한 산화가 일반적으로 CSR, 안정성, 코크스 크기, 코크스 수율의 저하를 초래하고 일반적으로 팽창 및 벽 압력 특성을 악화시키기 때문에 낮은 가치의 탄소 재료로 간주되어야 합니다. CSR은 석탄 산화에 가장 민감합니다. CSR 하락의 규모는 가장 낮은 등급의 석탄에서 더 높습니다. 따라서 산화탄의 사용을 최소화해야 합니다.

경제적 요구 사항을 충족하는 석탄 혼합 설계

혼합탄의 기술 평가는 생산된 코크스의 이용 비용에 대한 경제성 평가로 보완되어야 합니다. 톤당 비용이 낮은 석탄은 생산된 코크스와 고로에서의 사용을 통합적으로 고려할 때 경제적이지 않을 수 있습니다. 이는 석탄 품질이 고로 생산성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 코크스로 전지의 코크스 수율과 고로의 BF 코크스 소비에 악영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 따라서 석탄 혼합 설계는 코크스 오븐에서 경제적으로 보이는 것이 아니라 사용 시점에서 궁극적으로 경제적임을 보장하는 것입니다. 고로에서 잠재적인 비용 절감이 가장 높은 코크스를 생산하는 혼합탄은 일반적으로 코크스 공장에서 사용하기 위해 채택됩니다.

탄탄의 지속적인 가용성을 보장하는 석탄 혼합 설계

혼합탄의 빈번한 변경을 피하기 위해 장기간 사용할 수 없는 석탄은 혼합에 포함되는 것을 고려하지 않아야 합니다.

코크스 제조 시 혼합탄에 포함할 석탄을 선택하기 위해 위에서 설명한 절차는 처리량, 높은 코크스 품질, 배터리 수명, 비용 효율성 및 전반적인 경제성 요구 사항 사이의 균형을 달성할 필요성이 있음을 설명합니다. 석탄의 지속적인 공급.