철광석 미분 소결 공정

철광석 미립자의 소결 공정

소결 공장은 일반적으로 통합 강철 바지의 용광로에서 뜨거운 금속을 생산하는 것과 관련이 있습니다. 소결 공정은 기본적으로 철광석 미분 및 야금 폐기물(포집된 분진, 슬러지 및 밀스케일 등)로부터 고로용 소결이라고 하는 장입물을 생산하기 위한 제철 중 전처리 공정 단계입니다.

소결 기술은 원래 철강 공장의 야금 폐기물에 존재하는 철광석 미립자와 철을 고로에서 활용하기 위해 개발되었습니다. 그러나 현재 초점이 바뀌었습니다. 이제 소결 공정은 고로에 대한 고품질 부담을 생산하는 것을 목표로 합니다. 오늘날 소결은 대형 고로의 주요 금속 부담입니다.

소결 공정은 10mm 미만의 입자 크기를 갖는 철광석(혼합물), 귀환 미세분, 플럭스 및 코크스의 혼합물을 덩어리화하여 10mm에서 30mm의 스크리닝된 크기를 갖는 소결체를 만드는 데 사용됩니다. 용광로의 압력 및 온도 조건을 견딜 수 있습니다. 

소결 원리

소결은 철광석, 회수분말, 철강 플랜트 산업의 재활용 제품(밀스케일, 고로 분진 등), 슬래그의 혼합물을 가열하는 열처리(1300 ~ 1400 ℃에서 수행)입니다. 성형 요소, 플럭스 및 코크스 미분은 고로에 공급할 적절한 화학 조성, 품질(물리적) 및 입도 측정의 소결 제품을 제조할 목적으로 소결 공장에서 응집되어 균질하고 안정적인 작동을 보장합니다. 고로 . 소결 전에 과립화라는 중요한 공정이 있습니다. 과립화는 사전 응집된 제품을 얻기 위해 7~8%의 물과 함께 회전 드럼에서 철광석 혼합물을 균질화한 다음 지속적으로 움직이는 화격자 또는 가닥 위에 층으로 전달하여 소결 제품. 이 공정은 적절한 소결층 투과성을 보장하여 소결기의 우수한 생산성을 보장하기 때문에 기본적인 역할을 합니다.

소결 공정의 유연성으로 인해 철광석 미분, 포집된 분진, 광석 정광 및 기타 작은 입자 크기(예:밀 스케일)의 철 함유 물질을 포함하여 다양한 물질을 클링커와 같은 덩어리로 전환할 수 있습니다.

소결 과정에는 사전 응집된 제품을 가열하여 용광로에 공급하는 데 필요한 크기와 강도 특성을 가진 다공성 소결 조각으로 응고되는 반용융 덩어리를 생성하는 과정이 포함됩니다.

제품 소결

소결 과정의 산물을 소결이라고 하며 좋은 소결의 품질 특성에는 (i) 화학 분석, (ii) 입도 분포, (iii) 환원성, (iv) 소결 강도가 포함됩니다. 소결의 일반적인 특성은 표 1에 나와 있습니다.

철광석의 소결 생성물은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 철광석 소결체

소결 유형

소결체는 산성 소결체, 자가 플럭스 소결체 및 수퍼 플럭스 소결체로 분류됩니다. 자체 플럭스 소결은 산 성분(SiO2 및 Al2O3)을 플럭스하는 데 필요한 CaO(석회)의 충분한 함량을 가지고 있습니다. Super-fluxed sinter는 고로에 도입된 산 성분을 다른 부하 물질을 통해 융제하기 위해 CaO를 추가로 함유하고 있습니다. self-fluxing 및 super-fluxed 소결의 경우 석회는 소결 혼합물의 용융 온도를 낮추고 상대적으로 낮은 온도(1100 ~ 1300 deg C)에서 FeO의 존재하에 강한 결합이 형성됩니다. 다음은 소결체에 Flux를 첨가할 때의 장점입니다.

• 철광석 및 고체 연료에 존재하는 불순물과 함께 슬래그를 생성하여 입자의 응집에 적합한 매트릭스를 생성합니다.
• 소결물의 물리적 및 야금학적 특성을 향상시킵니다.
• 소결 혼합물의 용융 온도를 낮춥니다.
• 용광로에서 석회석의 첨가를 줄이거나 제거하여 고로에서 석회석(CaCO3 =CaO + CO2)의 소성 반응에 필요한 연료를 절약하여 고로 내 코크스 비율을 줄입니다.

소결 공정

소결 공정은 철광석 미분, 플럭스, 공장 내 야금 폐기물, 소결 공장의 연료 및 회수 미분으로 구성된 원료 준비로 시작됩니다. 이러한 재료는 회전하는 펠릿화 드럼에서 혼합되고 원료 혼합물의 적절한 응집에 도달하기 위해 물이 추가됩니다. 이 덩어리는 마이크로 펠렛 형태입니다. 이 마이크로 펠릿은 소결 과정에서 최적의 투과성을 얻는 데 도움이 됩니다. 그런 다음 이 마이크로 펠릿은 소결기로 운반되어 충전 혼합물의 상층을 형성합니다.

소결 공정은 코크스 바람이 있는 상태에서 충전 혼합물(광석 미분, 반환 미분, 플럭스 등) 층을 처리하여 층 표면에 배치된 버너의 작용을 기반으로 하는 연속 공정입니다. 이러한 방식으로 가열은 상부에서 하부로 발생합니다. 충전 믹스 층은 스트랜드 시스템 위에 놓이고 배기 시스템은 전체 두께가 믹스의 부분 용융 및 후속 응집에 적합한 온도에 도달하도록 합니다.

Dwight-Lloyd 소결 기계에서 소결 화격자는 소결 스트랜드를 만드는 일련의 팔레트 카의 결합으로 형성된 큰 길이와 너비의 연속 체인입니다(그림 2). 각 팔레트 카는 주로 리턴 소결로 구성된 노상 층을 형성하는 30mm ~ 60mm 두께의 층에 거친 입도 측정 재료(10mm ~ 20mm)로 먼저 장입되는 장입 호퍼 아래를 통과합니다. 노상 층은 소결 과정에서 과열로부터 강철 화격자를 보호합니다.

그림 2 Dwight Lloyd 머신

마이크로 펠릿의 두 번째 층은 노상 층 위에 채워지고 평평해집니다. 그런 다음 팰릿 카는 충전 혼합물의 표면에서 가연성 점화가 일어나는 초기화로 아래를 통과합니다. 동시에, 혼합물은 소결 장입물을 통해 다운 드래프트 흡입을 받습니다. 다운 드래프트 흡입으로 인해 공기가 움직이는 베드를 통해 흡입되어 연료가 연소됩니다.

팰릿카는 과정을 계속하고 연소는 가스 흐름 방향으로 진행됩니다. 이러한 방식으로 소결 과정이 발생합니다. 연소 과정은 베드의 전체 두께에서 동시에 발생하지 않습니다. 반대로 연소는 층을 통해 수직으로 이동하는 수평 층으로 발생합니다. 이 층의 두께는 침대의 작은 부분입니다. 베드의 투과성은 충전 믹스의 품질 요구 사항이므로 충전 믹스의 과립화 공정은 소결 공정의 중요한 단계입니다(과립화로 인해 베드의 투과성이 향상됨).

연소 구역 위의 영역에서 매우 뜨거운 소결 제품은 이 층을 통과하는 공기를 가열합니다. 이러한 방식으로 예열된 공기가 연소 영역에 도달합니다. 이전에 가열된 공기/가스의 열은 이러한 차가운 부분에 흡수되어 부하를 예열하고 충전 혼합물의 수분을 증발시킵니다. 이러한 맥락에서 부분 용융을 일으키는 고온에 도달하여 소결 과정이 발생합니다.

높은 열 효율은 소결 영역 또는 화염 전면이라고 하는 충전 혼합물의 부분 층에 열이 축적되어 발생합니다. 화염 전면은 10mm에서 30mm/min 범위의 속도로 소결 화격자를 향해 진행합니다. 약 500mm의 베드 높이에서 프로세스는 일반적으로 약 25분이 걸립니다. 스트랜드의 끝에 도달하면 소결된 재료가 배출되고 냉각, 파쇄 및 스크리닝됩니다.

소결 공정은 폐가스의 온도가 최고 값에 도달하는 지점으로 정의되는 '연소점'(BTP)에 의해 제어됩니다. 화염면이 소결층 바닥 바닥에 도달하는 지점입니다. 소결 기계 속도와 가스 흐름은 소결이 배출되기 직전에 연소점이 발생하도록 제어됩니다. 번스루 지점 결정은 프로세스를 안정화하고 품질과 생산성을 모두 향상시키기 위해 매우 중요합니다.

기계의 끝에서 케이크 형태의 소결 재료는 뜨거운 소결 분쇄기로 배출됩니다. 여기에서 뜨거운 소결 케이크는 미리 결정된 최대 입자 크기로 분쇄됩니다. 여기에서 소결은 직선 또는 원형 냉각기일 수 있는 소결 냉각기로 배출됩니다. 냉각 후 소결물은 일반적으로 3개의 입도 분획으로 분할되는 스크리닝 섹션으로 옮겨집니다. 첫 번째 분획은 0mm에서 5mm로 구성되며 반송 미세분무라고 하며 공급 호퍼로 보내집니다. 입도 측정 범위가 5mm에서 15mm인 소결 분획이 소결 가닥의 노상 층으로 사용됩니다. 노상층에 사용되지 않은 5mm~15mm의 잔량은 15mm~50mm 크기 범위의 세 번째 입도분획과 혼합되어 고로로 보내집니다.

소결 과정에서 불가피하게 발생하는 회수미인은 소결 과정에서 다시 재활용됩니다. 회송 미립자는 일반적으로 철 함유 재료의 약 30~40%로 구성됩니다. 소결 체질의 회분은 높은 칼슘 페라이트 함량이 낮기 때문에 고로 체질의 회분보다 약간 쉽게 동화됩니다.

소결층 높이에서 식별되는 4개의 영역이 있습니다. 아래에 나와 있습니다.

• 저온 및 습윤 영역 – 온도가 100℃ 미만인 소결층 영역을 포함합니다. 이 영역은 소결될 장입 혼합물에 의해 형성되며 상한은 수증기/수증기에 포화됩니다.
• 건조 구역 – 온도 범위가 100°C ~ 500°C인 소결층 영역을 포함합니다. 소결 혼합물 수분의 증발과 후속적인 수산화물 탈수가 이 구역에서 발생합니다.
• 반응 구역 – 500°C(코크스 점화 시작)에서 900°C(냉각 기간 시작) 사이의 온도 범위를 갖는 소결층 구역을 포함합니다. 이 구역에 도달하는 최대 온도는 섭씨 1300도에서 1400도 사이입니다. 이 구역에서 일어나는 주요 공정은 (i) 코크스 연소(발열), (ii) 탄산염 분해(흡열), (iii) ) 고체상 반응, (iv) 산화철의 환원 및 재산화, 및 (v) 소결 덩어리 형성 반응.
• 냉각 구역 – 이 구역은 반응 구역 직후에 있습니다. 이 영역에서 소결 제품의 냉각 및 재결정화가 발생합니다. 소결층의 나머지 부분보다 소결층이 부서지기 쉬운 표면 영역이 있습니다.

소결 공정 변동의 원인은 탄소 소비를 줄여 이산화탄소 배출량을 낮추기 위해 연구되었습니다. 플랜트 데이터의 빈도 분석(한 윈드박스에서의 배기가스 온도, 혼합물 충전 수준 및 혼합물 수분 함량)은 공급 혼합물 수분 변동이 특정 윈드박스에서 가스 배출 온도의 변동과 연결되어 있음을 나타냅니다. 좁은 범위의 값으로 공급 혼합물의 수분 함량을 제어하여 공정 제어를 개선하면 탄소 소비를 줄이고 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있습니다.

폐가스 회로는 완전히 누출되지 않아야 하며 대기 중 공기가 시스템에 의해 흡입되지 않도록 해야 합니다. 결과적으로 폐가스 회로의 전력이 절약됩니다. 폐가스는 사이클론, 전기 집진기, 습식 세정기 또는 섬유 필터에서 먼지 제거를 위해 처리됩니다. 소결 설비의 흐름도는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 소결로의 흐름도

소결 기계

소결 기계에는 (i) 원형 기계와 ii) 직선 기계의 두 가지 유형이 있습니다. 직선 기계는 Dwight Lloyd 기계로도 알려져 있습니다. Dwight와 Lloyd는 1906년에 최초의 연속 소결 공장을 건설했습니다.

원형 소결 기계는 일반적으로 유용한 부피가 650 Cu m 이하인 고로에 적합합니다. 일부 원형 기계의 man 매개변수는 탭 2에 나와 있습니다.

원형 기계의 다양한 기능은 다음과 같습니다.

• 직선 기계에 비해 자본 투자 비용이 낮고 공사 기간이 짧습니다.
• 윈드 박스가 화격자와 동시에 움직이고 워터 씰링이 채택되기 때문에 이 기계에서는 씰링이 더 좋고 공기 누출이 적습니다.
• 배출방식으로 별도의 파쇄기가 필요 없는 냉간소결 사이즈입니다.
• 순환 기계는 ​​운영 유연성이 높습니다.

원형 소결 기계는 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 원형 소결기

스트레이트 라인 머신은 일반적으로 고용량 소결 플랜트에 사용됩니다. 이러한 기계의 소결 면적은 일반적으로 50제곱미터 이상입니다. 현재의 직선 기계는 폭이 2m에서 5m 사이이고 유효 소결 면적이 200sqm에서 600sqm 사이에 설치되어 있습니다. 이러한 기계의 생산성은 일반적으로 30t/sqm/day에서 46t/sqm/day 범위입니다. 이러한 기계의 용량 범위는 연간 190,000톤에서 6.5Mtpa입니다. 스트레이트 머신은 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5 직선 소결기

소결 및 소결 설비와 관련된 중요 문제

다음은 소결 ​​및 소결로와 관련된 중요한 문제입니다. 

• 소결체를 사용하여 코크스율을 낮추고 고로의 생산성을 높입니다.
• 소결 공정은 철광석 채광 작업 중 생성되는 철광석 미분(0-10mm)의 활용을 돕습니다.
• 소결 공정은 철강 공장의 모든 철, 연료 및 플럭스 함유 폐기물을 재활용하는 데 도움이 됩니다.
• 소결 공정은 제철소의 부산물 가스를 활용합니다.
• 소결은 장기간 보관 시 과도한 미세먼지가 발생하여 장기간 보관할 수 없습니다.
• 소결은 소결 공장에서 여러 번 취급하는 동안 과도한 미세먼지/먼지를 생성합니다.






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