【발명의 명칭】

성형탄 및 그 제조 방법

【기술분야】

성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는， 바아오 플라스틱을 적용한 성형탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

【발명의 배경이 되는 기술】

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 석탄층전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄층전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 연소가스는 석탄충전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.

성형탄은 석탄과 바인더를 흔합하여 제조된다. 이 경우, 바인더로서 당밀이 사용된다. 당밀의 성분은 산지에 따라 다르고， 제당 제조 공정에 따라 그.성분을 제어하기 어렵다. 따라서 당밀을 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하는 경우， 성형탄의 품질을 일정하게 제어할 수 없다. 특하, 높은 수분을 가지는 당밀을 사용하는 경우， 성형탄의 품질이 저하된다.

[발명의 내용]

【해결하고자 하는 과제]

바이오 플라스틱을 적용한 성형탄 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

[과제의 해결 수단】

환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 용융가스화로에 연결되고, 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치에서 용융가스화로의 듬부에 장입되어 급속 가열되는 성형탄의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법은 미분탄을 제공하는 단계， 전분， 산 수용액 및 물을 흔합하여 바인더 흔합물을 제조하는 단계; 미분탄 및 바인더 흔합물을 흔합하여 배합탄을 제조하는 단계; 및 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함한다.

바인더 흔합물을 제조하는 단계에서， 바인더 흔합물 100 중량 %에 대하여， 전분 20 내지 60 중량 % 산 수용액 0.01 내지 1 중량 %， 잔부로 물을 흔합할 수 있다. 더욱 구체적으로 전분 40 내지 55 중량 % , 산 수용액 0.01 내지 0.5 중량 %, 잔부로 물을 흔합할 수 있다.

산 수용액의 농도는 1 내지 10 중량 %가 될 수 있다.

산 수용액은 구연산， 아세트산， 젖산， 말산， 타르타르산 및 아스코르브 산 증 1종 이상을 포함할 수 있다.

바인더 흔합물이 pH 3 내지 6일 수 있다.

배합탄을 제조하는 단계에서， 배합탄 100 중량 %에 대하여 미분탄 90 내지 99 중량 % 및 바인더 흔합물 1 내지 10 증량 % 흔합할 수 있다. 구체적으로 미분탄 95 내지 98 중량 % 및 바인더 흔합물 2 내지 5 중량 % 포함할 수 있다.

배합탄을 제조하는 단계는 55 내지 200 ^° C의 온도에서 흔합이 행해질 수 있다.

배합탄을 제조하는 단계는 55 내지 65 ^° C의 온도에서 흔합이 행해지는 제 1 흔합 단계 및 상기 제 1 흔합 단계 후， 65 내지 20( C의 온도에서 흔합이 행해지는 제 2 흔합 단계를 포함할 수 있다.

성형탄을 제조하는 단계 이후， 성형탄을 100 내지 200 ^° C에서 10 내지 20분 동안 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄은 바이오 플라스틱 1 내지 10 중량 %， 수분 3 내지 15 중량 % 및 잔부로 석탄을 포함하고， 바이오 플라스틱은 아밀로 펙틴 40 중량 ¾> 이하 및 아밀로스 60 중량 % 이상으로 이루어진다.

바이오 플라스틱 3.5 내지 5 중량 %， 상기 수분 5 ^' 내지 10 중량 % 및 잔부로 석탄을 포함할 수 있다. - 바이오 플라스틱은 아밀로 펙틴 25 내지 35 증량 ¾> 및 아밀로스 65 내지 75 중량 %로 이루어질 수 있다. 【발명의 효과】

우수한 강도를 가진 성형탄을 제조할 수 있다 .

바인더 내에 κ성분이 없으므로， 배관 막힘 현상이 일어나지 않는다. 생석회 또는 소석회를 사용하지 않으므로 C0 ₂ 반응성이 저하되어 석탄의 연료 효율성이 개선된다.

바인더 배합비를 최소화 하여 기존 바인더 대비 경제성이 향상된다. 【도면의 간단한 설명】

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.

도 2는 아밀로 펙틴의 아밀로스로의 전환 및 전분과 바이오 플라스틱의 형성 원리를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형탄 제조 장치의 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치의 개략적인

^' 도면이다.

도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 또 다른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.

도 6은 실시예 1에서 시험한 점탄성 측정 결과이다.

도 7은 실시예 2에서 시험한 점탄성 측정 결과이다.

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

제 1 , 게 2 및 제 3 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 거 U 부분， 성분， 영역， 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제 2 부분， 성분， 영역， 층 또는 섹션으로 언급될 수 았다.

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 성형탄와제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이， 성형탄의 제조 방법은 미분탄을 제공하는 단계 (S10) , 전분，산 수용액 및 물을 흔합하여 바인더 흔합물을 제조하는 단계 (S20) , 미분탄 및 바인더 흔합물을 흔합하여 배합탄을 제조하는 단계 (S30) , 및 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계 (S40)를 포함한다. 이외에， 필요에 따라 성형탄의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있^ ·

먼저， 단계 (S10)에서는 미분탄을 제공한다. 여기서， 미분탄은 석탄을 파쇄한 것이며， 일반적으로 석탄은 탄화도에 따라 탄소분이 약 60%인 이탄， 약 70%인 아탄 및 갈탄, 약 70% 내지 80%인 아역청탄， 약 80V 내지 9OT인 역청탄， 90% 이상인 무연탄으로 구분된다. 여기서 사용하는 석탄의 종류는 특별히 한정되지 않으며， 단일 탄종이나 다양한 종류의 석탄을 흔합하여 사용할 수 있다. 품질의 편차를 줄이기 위해 미분탄의 입도가 일정한 것이 바람직하며， 구체적인 기준으로서， 입도 3隱 이하가 80wt 이상， 입도 5mm 이하가 90wt% 이상인 입도 분포를 갖는 미분탄을 사용할 수 있다.

다음으로， 단계 (S20)에서 전분， 산 수용액 및 물을 흔합하여 바인더 흔합물을 제조한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면， 이미 제조된 바이오 플라스틱을 직접 미분탄과 흔합하여 성형탄의 바인더로서 적용하는 것이 아니고， 바이오 플라스틱의 원료가 되는 전분，산 수용액 및 물을 바인더 흔합물로 제조하고， 후술할 단계 (S30) 등에서 미분탄과 흔합시키는 동시에 바이오 플라스틱으로 합성함으로서 성형탄 바인더로서의 역할을 하게한다. 이미 제조된 바이오 플라스틱을 직접 미분탄과 흔합하는 경우， 미분탄 표면에 도포하는 것이 원활치 아니하며, 바이오 플라스틱을 고온에서 재용융 시키는 과정이 필요하다. 이 때， 재용융된 바이오 플라스틱은 탄성 회복력이 낮아 제조된 성형탄의 즉시 강도가 낮게 된다. 반면， 본 발명의 일 실시예에서는 원료가 되는 전분, 산 수용액 및 물을 바인더 흔합물로 제조하고, 후술할 단계 (S30) 등에서 바이오 플라스틱을 합성하여， 미분탄 표면에 도포가 원활히 이루어지고， 아울러 제조된 성형탄의 즉시 강도를 향상시킬 수 있게 된다.

전분은 아밀로스 20 내지 30 중량 %와 아밀로 펙틴 70 내지 80 중량 %로 구성되어 있다. 아밀로스는 선형의 헬릭스 (Hel ix) 구조이므로 탄력적이고， 매질에 효과적으로 도포가 가능하다. 또한 고밀도로 도포되므로 바인더로서 매우 효율적이다. 하지만 아밀로 펙틴은 가지 구조로 되어있어 하드하므로 바인딩 하고자 하는 물질에 효과적으로 도포되지 못한다. 또한 가지 구조는 선형 구조에 대비 밀도가 낮으므로 바인딩 후 바인더 부분의 강도가 취약하므로 외압에 의한 변형에 취약하고， 점탄성 능력이 약하다. 본 발명의 일 실시예에서는 단계 (S30) 등에서 전분이 바이오 플라스틱으로 합성되어, 바인더로서 유리한 아밀로스 구조가 늘어나고， 아밀로 펙틴 구조가 줄어들게 되어, 성형탄의 넁간 강도 및 열간 강도가 향상된다.

전분은 바인더 흔합물 100 증량 %에 대하여， 전분 20 내지 60 중량 % 흔합될 수 있다. 전분이 너무 많이 포함뙤는 경우， 전분과 산 수용액의 균일한 흔합이 어려워 질 수 있다. 전분이 너무 적게 포함되는 경우， 바인딩 효과가 미미하게 될 수 있다. 따라서 전분의 흔합량을 전술한 범위로 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 바인더 흔합물 100 중량 %에 대하여， 전분 40 내지 55 중량 %흔합될 수 있다.

산 수용액은 후술할 단계 (S30) 등 에서 전분을 바이오 플라스틱으로 변형시키는 역할을 한다. 산 수용액은 산 및 물을 포함한다: 산은 구연산， 아세트산, 젖산, 말산， 타르타르산 및 아스코르브 산 중 1종 이상이 될 수 있다. ^'

산 수용액의 농도는 1 내지 10 중량%가 될 수 있다. .

산 수용액은 바인더 흔합물 100 중량 %에 0.01 내지 1 중량 % 흔합될 수 있다 더욱 구체적으로 0.01 내지 0.5 중량 % 흔합될 수 있다. 잔부는 물이 될 수 있다.

바인더 흔합물의 pH는 3 내지 6이 될 수 있다. 바인더 흔합물의 pH가 너무 높으면， 바이오 플라스틱의 점탄성을 적절하게 얻기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 바인더 흔합물의 pH가 너무 낮으면， 바이오 플라스틱의 점탄성이 낮아지고 아울러 장비의 부식이 발생할 수 있다. 따라서 전술한 범위로 pH를 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 바인더 흔합물의 pH 는 4 내지 5가 될 수 있다.

단계 (S20)은 5 ^' 내지 50 ^° C의 온도에서 수행될 수 있다. 은도가 너무 높은 경우， 후술할 단계 (S30)에서 미분탄과 흔합되기 전에 전분이 바이오 플라스틱으로 변형될 수 있다.

전술한 단계 (S10) 및 단계 (S20)은 각각 독립적인 단계로서， 단계 (S20)을 단계 (S10)보다 먼저 수행하거나， 단계 (S10) 및 단계 (S20)을 동시에 수행할 수도 있다.

'다시 도 1로 돌아오면， 단계 (S30)에서는 미분탄 및 바인더 흔합물을 흔합하여 배합탄을 제조한다.

배합탄 100 중량 %에 대하여 미분탄 90 내지 99 중량 % 및 바인더 흔합물 1 내지 10 중량 % 흔합할 수 있다. 바인더 흔합물을 너무 적게 흔합하는 경우， 성형탄의 강도가 낮아질 수—있다. 바인더 흔합물을 너무. 많이 흔합하더라도 성형탄의 강도 향상에는 한계가 있으며, 바인더 내에 존재하는 수분이 성형탄의 품질을 열화시킬 우려가 있다. 따라서 바인더 흔합물의 흔합양을 전술한 범위로 조절할 수 ^' 있다. 더욱 구체적으로 배합탄

100 중량 %에 대하여 미분탄 95 내지 98 중량 % 및 바인더 흔합물 2 내지 5 중량 %흔합할 수 있다.

단계 (S30)은 55 내지 200 ^° C의 온도에서 행해질 수 있다. 단계 (S30)이 적절한 온도에서 수행됨으로써 전분이 바이오 플라스틱으로 변형될 수 있다. 전분이 바이오 플라스틱으로 변형되는 메커니즘을 구체적으로 설명하도록 한다.

전분 내에 존재하는 아밀로스와 아밀로 펙틴은 크리스탈 구조로 되어 있다. 아밀로스는 선형이고 아밀로 펙틴은 아밀로스 구조에 가자를 가지고 있는 구조이 . 여기에 열을 가하고 물을 첨가하여 주면 물이 크리스탈 내부로 침투하게된다. 상온에서는 물이 결정사이로 침투하기가 어렵다. 결정사이로 침투한 물은 아밀로스와 아밀로 펙틴을 수소 결합 (hydrogen bonding)으로 결합한다. 아밀로 펙틴은 산에 의해 가지가 절개되어 아밀로스로. 형성된다. 아밀로스 결정름으로 물이 침투하게 되면 수소 결합 (hydrogen bonding)이 일어나면서 친수기 소수기 상호작용에 의해 친수기 0H 그룹은 밖으로 향하고 소수기인 C-C 결합은 안으로 향하게 되아 헬릭스 (Hel ix) 구조로 변형이 일어난다. 그리고 전분 내에 존재하는 극성 지방질 (pol ar l ipid)과 결합하여 극성 지방질 중심으로 더블 헬릭스 (double hel ix) 구조를 형성하게 된다. 극성 지방질과 결합하지 않은 헬릭스는 헬릭스끼라 더블 헬릭스 구조를 이루게 된다. 아밀로스의 경우도 더블 헬릭스로 공유되었다가 물은 밖으로 배출이 되고 결정 구조를 형성하게 된다.

아말로 펙틴이 아밀로스로 변화하는 메커니즘은 다음과 같다. 아밀로스는 글루코스 (glucose) 가 알파 l ,4-bonding으로 구성되어 있다. 아밀로 펙틴은 메인 골격구조 (back-bone)가 1 , 4-bonding으로 구성되어 있고， 가지 부분은 알파 1 , 6-bonding을 통하여 골격구조 에 연결되어 있다.

구체적인 아밀로 펙틴의 아밀로스로의 전환 및 전분과 바이오 플라스틱의 형성 원리를 도 2에 나타내었다.

PH 4 내지 5 사이 및 온도가 50 ^° C 이상에서 알파 1， 4— bonding은 절개가 되지 않는 반면， _a - 1 , 6-bonding 은 절개가 일어난다. 그러므로 산 존재하에서 선택적으로 a -l , 6-bonding 절개가 가능하다. 그러므로 아밀로 펙틴의 가지를 절개하여 아밀로스와 유사한 선형으로 만드는 것이 가능하다 이 같은 과정을 통해 아밀로 펙틴 60 중량 % 이하 및 아밀로스 40 중량 % 이상으로 이루어진 바이오 폴라스틱을 합성할 수 있다. 더욱 구체적으로 바이오 플라스틱은 아밀로 펙틴 25 내지 35 중량 % 및 아밀로스 65 내지 75 증량 % 로 이루어진다. 바이오 플라스틱은 밀도가 상대적으로 높아 성형탄의 강도가 증가하고， 선형 분자가 헬릭스 구조를 형성하여 미분탄 표면에 효과적인 점착이 가능하다.

하기 표 1에 아밀로 펙틴과 아밀로스의 화학적 구조 및 성질을 정리하였다.

8 정정용지 (규칙 제 91조) ISA/KR 단계 (S30)은 55 내지 65 ^° C의 온도에서 흔합하는 제 1 흔합 단계 및 제 1 흔합 단계 후 65 내지 200 ^° C의 온도에서 흔합하는 제 2 단계를 포함할 수 있다. 다시 도 1로 돌아오면， 단계 (S40)에서는 미분탄 및 바인더 흔합물을 흔합하여 배합탄을 제조한다.

도 1에는 도시하지 않았지만， 상호 반대 방향으로 회전하는 쌍를들 사이에 흔합물을 장입하여 포켓 형태， 또는 스트립 형태의 성형탄을 제조할 수 있다. 그 결과， 우수한 열간 강도 및 넁간 강도를 가지는 성형탄을 제조할 수 있다.

단계 (S40) 이후， 성형탄을 100 내지 200 ^° C에서 10 내지 20분 동안 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 건조하는 단계를 더 포함함으로써 성형탄 내에 존재하는 수분을 성형탄 100 중량 %에 대하여 수분올 3 내지 15 중량 % 포함하도록 조절할 수 있다. 전술한 범위에서 성형탄의 강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 성형탄은 바이오 플라스틱 1 내지 10 중량 %， 수분 3 ,내지 15 중량 % 및 잔부로 석탄을 포함하고， 바이오 플라스틱은 아밀로 펙틴 40 중량 % 이상 및 아밀로스 60 중량 % 이하로 이루어진다. 본 발명의 일 실시예에 의한 성형탄은 바이오 플라스틱의 점탄성으로 인하여 우수한 강도를 갖는다.

더욱 구체적으로, 바이오 플라스틱 3.5 내지 5 중량 ¾， 상기 수분 5 내지 10 중량 % 및 잔부로 석탄을 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로， 바이오 플라스틱은 아밀로 펙틴 25 내지 35 중량 % 및 아밀로스 65 내지 75 중량 %로 이루어질 수 있다. 도 3은 도 1에서 도시한 성형탄의 제조 방법을 적용한 성형탄 제조 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 성형탄 제조 장치의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 3의 성형탄 제조 장치를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 성형탄 제조 장치는 빈 ( 1， 2， 3)을 포함한다. 빈 ( 1， 2， 3)은 전분， 산 수용액 및 물을 공급한다. 빈 ( 1， 2， 3)은 바인더 흔합기 (5)와 연결되며 , 빈 ( 1， 2 , 3)으로부터 공급된 전분， 산 수용액 및 물은 바인더 흔합기 (5)에서 흔합된다. 이 때， 바인더 흔합기 (5)는 5 내지 50 ^° C의 온도를 유지하여 전분이 바이오 플라스틱으로 변형되는 것을 방지할 수 있다.

바인더 흔합기 (5)는 배합탄 흔합기 (6)와 연결되며， 배합탄 흔합기 (6)에 바인더 흔합물을 공급한다. 또한， 배합탄 흔합기 (6)는 미분탄 빈 (4)으로부터 미분탄을 공급받는다. 배합탄 흔합기 (6)는 공급받은 미분탄 및 바인더 흔합물을 흔합하고， 흔합된 배합탄을 니더 (7)에 공급한다. 배합탄 흔합기 (6)는 55 내지 65 ^° C의 온도를 유지할 수 있다.

배합탄 흔합기 (6)로부터 공급된 배합탄은 니더 (7)를 통해 일정시간 교반된다. 이 때， 니더의 온도를 65 내지 200 ^° C로 유지하여， 흔합물 내의 전분을 바이오 플라스틱으로 변형시킬 수 있다. 니더 (7)에서 3분 이상 교반될 수 있다.

니더 (7)에서 교반된 배합탄은 성형기 (8)에 공급되어 성형탄으로 성형된다. 성형기 (8)는 -5 ^° C 이상에서 작동 될 수 있다. 좀더 구체적으로는 상온에서 작동 될 수 있다. 도 4는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용하는 용철제조장치 ( 100)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 용철제조장치 ( 100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 4의 용철제조장치 ( 100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 4의 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 층전층을 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 풍구 (30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반웅한다. = 결과， 성형탄은 용융가스화로 ( 10)를 고온으로 유지하는 열원으로서 사용될 수 있다. 한편， 좌가 통기성을 제공하므로， 용융가스화로 ( 10)의 하부에서 발생한 다량의 가스꽈 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 ( 10)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로 ( 10)의 외벽에는 풍구 (30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄층전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다. ,

도 5는 도 1에서 제조한 성형탄을 사용한 용철제조장치 (200)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 용철제조장치 (200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 5의 용철제조장치 (200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 5의 용철제조장치 (200)의 구조는 도 4의 용철제조장치 ( 100)의 구조와 유사하므로， 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5에 도시한 바와 같이， 용철제조장치 (200)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 좌로 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. 실시예 1 ： pH에 따른바이오플라스틱의 점탄성 시험

전분 704g, 물 793g , 5wt% 산 수용액 (아세트 산) 70.4g을 흔합하여 pH 3.0 , 4.0 , 5.0， 6.0의 바인더 흔합물 ： 제조하였다. 비교를 위해 산 수용액올 흔합하지 않은 pH 7.0의 바인더 흔합물도 제조하였다. 이후， 바인더 흔합물을 70 ^° C로 승온하여 바이오 플라스틱을 제조하였다.

바인더 흔합물의 pH 별로 각 바이오 플라스틱의 저장탄성률 G ' (storage modulus) 및 손실탄성률 G" ( loss modulus) 을 측정하여 도 6에 나타내었다. 실시예 2 ： 산종류에 따른바이오플라스틱의 점탄성 시험

실시예 1과 동일한 시험을 산의 종류를 구연산, 젖산， 말산， 타르타르산 및 아스코르브 산으로 교체하며 수행하였다.

산 종류 및 바인더 흔합물의 pH 별로 각 바이오 플라스틱의 복소점도 ( I * | ₁₀ )을 계산하여 하기 도 7에 나타내었다. 실험예 1

평균성상을 가지고 3mm 이하 9 이상의 입도를 가지는 석탄 16kg을 미분탄 (수분 함량 10wt% 이하)으로 준비하였다.

전분， 물， 5 %의 아세트 산 수용액을 하기 표 2에 정리된 배합비로 흔합하여 바인더 흔합물을 제조하였다. 제조한 바인더 흔합물의 온도를 45 ^° C로 유지하였다.

미분탄 및 바인더 흔합물 약 1.5kg을 믹서에 투입하고， 믹서 내부의 온도를 60 ^° C로 조절하여 3분간 흔합하고， 다시 이를 니더에 투입하여 니더 내부의 온도를 70 ^° C로 조절하여 10분간 처리하였다.

배합탄을 를프레스로 압축하여 64.5隱 X 25.4匪 X 19. 1誦 크기를 가진 브리켓 형상의 성형탄을 제조하였다. 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 압축 강도 및 낙하 강도를 측정하였다.

실험예 1에서 제조한 성형탄을 잘게 분쇄한다. 그런 다음 물에 하루 정도 교반을 하면서 저어준다. 그런 다음 필터를 하며 석탄과 용매를 분리하여 준다. 얻어진 용매를 rotary evaporat ion을 이용하여 10% 농축시켜준다. 그런 다음 요오드 용액을떨어뜨린다.

UV Spectrum을 이용하여 칼라의 비율을 계산하여 준다. 이러한 방법으로 성형탄 내에 존재하는 바이오 플라스틱을 분석한 결과 아밀로스가 70 중량 %， 아밀로 팩틴이 30 증량 % 포함되는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2

평균성상을 가지고 3隱 이하 90%이상의 입도를 가지는 석탄 16kg을 미분탄으로 준비하였다.

전분， 물， 5 %의 아세트 산 수용액을 하기 표 2에 정리된 배합비로 흔합하여 바인더 ^' 흔합물을 제조하였다. 제조한 바인더 흔합물의 온도를 45 ^° C로 유지하였다.

미분탄 및 바인더 흔합물 약 1.5kg을 믹서에 투입하고， 믹서 내부의 온도를 60 ^° C로 조절하여 3분간 흔합하고， 다시 이를 니더에 투입하여 니더 내부의 온도를 70 ^° C로 조절하여 15분간 처리하였다.

배합탄을 를프레스로 압축하여 64.5隱 X 25.4mm X 19. 1醒 크기를 가진 브리켓 형상의 성형탄을 제조하였다. 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 압축 강도 및 낙하 강도를 측정하였다.

비교예 1 평균성상을 가지고 3隱 이하의 입도를 가지는 석탄 16kg올 미분탄으로 준비하였다.

CaO 및 당밀을 하기 표 2에 정리된 배합비율로 흔합하고， 그 합량 약 1.5kg과 미분탄을 흔합하였다.

배합탄을 를프레스로 압축하여 64.5誦 X 25.4画 X 19. 1腿 크기를 가진 브리켓 형상의 성형탄을 제조하였다. 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 압축 강도 및 낙하 강도를 측정하였다.

비교예 2

평균성상을 가지고 3隱 이하의 입도를 가지는 석탄 16kg을 미분탄으로 준비하였다.

전분， 물， 5wt%의 아세트 산 수용액 및 CaO을 하기 표 2에 정리된 배합비로 흔합하여 바인더 흔합물을 제조하였다. 제조한 바인더 흔합물의 온도를 45 ^° C로 유지하였다.

미분탄 및 바인더 흔합물 약 1.5kg을믹서에 투입하고， 믹서 내부의 온도를 60 ^° C로 조절하여 3분간 흔합하고， 다시 이를 니더에 투입하여 니더 내부의 온도를 70 ^° C로 조절하여 15분간 처리하였다.

_^ 배합탄을 를프레스로 압축하여 64.5匪 X 25.4隱 X 19. 1隱 크기를 가진 브리켓 형상의 성형탄을 제조하였다. 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 압축 강도 및 낙하 강도를 측정하였다. - 비교예 3

평균성상을 가지고 3瞧 이하의 입도를 가지는 석탄 16kg을 미분탄으로 준비하였다.

전분， 물을 하기 표 2에 정리된 배합비로 흔합하여 바인더 흔합물을 제조하였다. ^'

미분탄 및 바인더 흔합물 약 1.5kg을 믹서에 투입하고， 믹서 내부의 온도를 50로 조절하여 3분간 흔합하고, 다시 이를 니더에 투입하여 니더 내부의 온도를 90로 조절하여 8분간 처리하였다.

배합탄을 를프레스로 압축하여 64.5隱 X 25.4隱 X 19. 1瞧 크기를 가진 브리켓 형상의 성형탄을 제조하였다. 하기 평가 방법에 의해 성형탄의 압축 강도 및 낙하 강도를 측정하였다. 압축강도평가실험

실험예 1， 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 성형탄 30개를 각각 즉시， 상온에서 1시간 후， 상온에서 24시간 후， 90 ^° C로 10분간 건조 후 또는 150 ^° C로 10분간 건조 후에 하부는 고정하고 상부에서 일정한 속도로 눌러서 파괴될 때까지의 최고 하중을 측정하여 평균값을 표시하였다.

낙하강도평가실험

실험예 1， 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 성형탄을 상온에서 1시간 후， 상온에서 24시간 후， 지상으로부터 50m 높이에서 4회 또는 8회 낙하시켜 20mm 이상의 입도로 형태를 유지한 성형탄의 무게 비율을 전체 성형탄의 무게에 대한 백분율로 나타내었다.

실험 결과

전술한 실험예 1， 실험예 2， 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 성형탄의 실험 결과를 하기의 표 3에 요약하여 나타낸다.

【표 2】

【표 3]

(Kgf ) 상온 24시간 45.2 51.4 52.6 30.2 35.1

90 ^° C 10분 60.4 80 110 60 80

150 ^° C 10분 60.4 . 110 150 110 110 낙하 4회 1시간 90.5 78.5 95.5 15 18 강도 24시간 85.5 94.6 98.4 20.2 25

(%) 8회 1시간 75.5 54.4 77.9 2.3 5

24시간 65.5 75.2 79.5 5.1 10 표 3에서 나타나는 것과 같이， 실험예에서 제조한 성형탄의 강도가 기존의 당밀 및 CaO를 사용한 비교예 1과 대등하거나， 우수함을 확인할 수 있었고， 비교예 2 및 3에서 제조한 성형탄의 강도에 비해 월등이 우수함을 확인할 수 있었다. 특히， 즉시 강도면에서 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.

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.

【부호의 설명】

1-4. 빈

5. 바인더 흔합기

6. 배합탄 흔합기

7. 니더

8. 성형기

10. 용융가스화로

20， 22. 환원로 ^'

30. 풍구 .

40. 환원철 압축장치 50. 압축 환원철 저장조 100， 200. 용철제조장차 101. 돔부