고로에서 너트 코크스의 사용

용광로에서 견과류 콜라 사용

고로(BF) 코크스라고도 하는 야금 코크스는 BF의 안정적인 운영에 중요한 역할을 합니다. BF 코크스는 일반적으로 30mm~60mm(일부 노에서는 40mm~80mm 크기의 BF 코크스를 사용) 크기를 가지며 이는 용선(HM) 생산 비용의 큰 구성 요소입니다. 높은 비용은 코크스 오븐에서 BF 코크스를 생산하는 동안 상당 부분의 코크스가 생성되기 때문입니다. 이러한 마이너스 부분을 코크스 브리즈(-10mm) 및 너트 코크스(10mm ~ 30mm)라고 합니다. 코크스 브리즈의 전체 양은 일반적으로 광석 미분을 소결하는 동안 소결 공장에서 소비됩니다. 이전에는 일관제철소에서 너트 코크스를 거의 사용하지 않았고 다른 사용자에게 판매되었습니다. V.I. Loginov 교수는 1960년대에 소결과 혼합된 BF에 견과류 코크스를 충전할 것을 제안했습니다. 이 아이디어는 성공적으로 테스트되었지만 BF에서 너트 코크스를 사용하는 것에 대한 초기 저항이 있었습니다.

그러나 BF에서 너트 코크스를 BF 코크스의 일부 대신 사용하는 것은 이제 입증된 기술로 간주되며 BF 광석 부담에 너트 코크스를 추가하는 것은 거의 표준 관행이 되었습니다. 견과류 코크스의 사용은 가용성에 크게 의존합니다. 일부 BF에서 1톤당 100kg 이상의 너트 코크스의 월 평균 소비량(kg/tHM)이 성공적으로 달성되었습니다. 일부 유럽 BF의 평균 연간 지수에 대한 통계 분석에 따르면 BF 부담에 견과류 코크스를 도입하면 계수 대체 계수가 1.0에 가깝습니다.

기존의 BF 제철 방식에서는 철 부하(덩어리 광석, 소결 및 펠릿)와 BF 코크스가 교대로 장입됩니다. 너트 코크스는 일반적으로 철 부하와 혼합된 BF에 충전됩니다. BF의 철 부하층에 견과 코크스를 추가하면 (i) 점결탄의 탄화 과정에서 발생하는 저부가가치 제품의 효과적인 활용에 도움이 되고, (ii) BF에서 BF 코크스 소비량 감소, (iii) BF 생산성, (v) BF 제련 작업의 가스 역학 체제 최적화, (v) HM의 생산 비용 감소로 인해 BF의 기술-경제적 지표 개선, (vi) CO2 감소 더 적은 양의 코크스가 코크스 오븐에서 생산되기 때문에 배출량이 줄어듭니다. 그림 1은 BF 내 광석 부하의 기존 장입과 너트 코크스 혼합 장입을 비교한 것입니다.

그림 1 광석 부담의 기존 장입과 너트 코크스 혼합 장입 비교

여러 연구가 수행되었으며 이러한 연구를 기반으로 BF에서 HM을 생산하는 동안 BF 코크스의 소비를 줄이기 위해 많은 공정 변경이 수행되었습니다. 견과류 코크스 혼합 장입은 연화층과 용융층의 투과성을 향상시킬 뿐만 아니라 직접적인 환원을 향상시킨다는 여러 연구 결과가 있습니다. 견과 코크스의 경우 이러한 현상에 탁월한 효과가 있습니다. 많은 BF의 가동으로 철분을 혼합한 견과코크스를 사용할 경우 코크스 절약 및 BF의 생산성 향상 가능성이 입증되었지만 이러한 현상의 원인과 메커니즘은 최근까지 명확하게 밝혀지지 않았다. 기본적으로 세 가지 이유가 코크스율 감소에 영향을 줄 수 있습니다. 이는 (i) BF의 '건조 구역'의 가스 투과성 개선, (ii) 철 부하의 환원 조건 개선 및 (iii) 견과류 콜라의 반응성이 더 높습니다.

최근에는 철 성분과 혼합된 소량의 견과 코크스가 환원 반응 속도를 개선하고 환원제 소비를 줄이며 기체 및 액체 투과성을 향상시키는 것으로 밝혀졌습니다. 너트 코크스는 일반 BF 코크스의 대체품으로 청구됩니다. 그것의 활용은 코크스 층 두께 비율과 투자율에 대한 철 부담에 영향을 미칩니다. 그 활용도는 BF에서 BF까지 다양합니다. 저온 및 고온 모두에서 견과 코크스의 부담과 상호 작용이 중요합니다. 너트코크스가 적정량 이상 장입되면 소비되지 않은 너트코크스가 BF 하부로 하강하게 된다. 이것은 사용되지 않은 너트 코크스 미분말이 축적되어 데드맨 구역을 질식시키기 때문에 BF 난로에 해로운 영향을 미칩니다. 질식된 데드맨은 HM의 품질과 BF의 생산성을 방해합니다. 이 효과는 BF가 높은 석탄 주입 속도로 작동할 때 더 심각합니다. 이상적으로 너트 코크스는 응집 영역 이전에 완전히 소모됩니다. 그림 2는 BF 부담에서 너트 코크스가 없는 경우와 없는 경우의 BF 작업을 비교한 것입니다.

그림 2 BF 부담에서 너트 코크스가 없는 경우와 없는 경우의 BF 작동 비교

1,100℃에서 1,600℃ 범위의 온도에서 가스 투과율에 대한 소결 및 코크스 층 두께 및 소결 너트 코크스 혼합물의 영향에 대해 수행된 연구는 소결 및 광석 층의 두께가 감소함에 따라, 압력 강하가 감소합니다. 1,400g의 소결에 90g의 너트 코크스를 혼합하면 1,400℃에서의 압력 강하를 380mm WC(수주)에서 약 50mm WC로 줄일 수 있습니다. 연구의 결론은 BF에 높은 비율의 견과류 코크스 혼합 장입 기술을 적용하면 응집 영역의 가스 투과도가 향상된다는 것입니다.

다른 연구에서는 BF에 들어가기 전 장입 시스템의 너트 코크스 분리 및 방사형 분포가 이산 요소 방법을 사용하여 시뮬레이션되었습니다. 장입 호퍼에서 너트 코크스 질량의 원주 균형은 너트 코크스 분포에 영향을 미치는 매우 중요한 요소라고 보고되었습니다. 장입 슈트의 끝에 안정제를 적용하는 것이 너트 코크스 분리를 ​​방지하는 효율적인 방법이라는 것이 밝혀졌습니다.

여러 BF에서 너트 코크스-광석 혼합 장입을 사용한 환원 공정의 변화가 연구되었습니다. 직접 환원은 응집 구역에서 촉진될 수 있고 난로에서 억제될 수 있고, 따라서 난로의 가열이 개선된다는 것이 발견되었다. 코크스 소비에 대한 견과 코크스의 효과는 견과 코크스와 BF 코크스의 특성에 따라 다릅니다. 환원제와 베드 스페이서로서의 너트 코크스의 두 가지 개별 역할의 영향이 연구되었습니다. 광석 부담층의 너트 코크스의 크기 때문에 너트 코크스가 주로 소비되어 CO 가스를 재생하고 BF 코크스가 분해로부터 보호되어 베드 투과성을 향상시키는 것으로 밝혀졌습니다. 용액 손실 반응에 의한 너트 코크스의 우선 소비는 너트 코크스 크기에 따라 다릅니다. 그림 3은 BF의 광석 부하에 대한 기존 장입과 너트 코크스 혼합 장입을 비교한 것입니다.

그림 3 BF의 광석 부담에 대한 기존 장입과 너트 코크스 혼합 장입 비교

더 높은 수준의 BF 코크스를 너트 코크스로 대체하는 것이 항상 바람직하지만, 너트 코크스 사용량이 매우 높으면 항상 사용하지 않은 너트 코크스가 BF의 하부로 이동하여 사망자가 질식할 위험이 있습니다. 난로. 수학적 모델링과 실험을 기반으로 한 연구에서 너트 코크스 비율이 낮을 때 가스화 반응에 의해 완전히 소모되어 더 나은 투과율로 이어진다는 결론을 내렸습니다. 그러나 너트 코크스 비율이 매우 높으면 가스화 반응에 의해 완전히 소모되지 않습니다. BF 하부에 계속 존재하여 코크스 충전층의 압력강하를 증가시킨다. 특정 최적 농도를 초과하여 너트 코크스 활용도가 증가하면 노상 배수 용량에 영향을 미치고 제련 속도가 저하되고 BF 생산성이 저하된다는 BF 운영 경험을 바탕으로 발견되었습니다.

BF 노로의 데드맨 구역에 대한 다른 시뮬레이션 연구에서 보이드가 데드맨 구역의 코크스 직경보다 더 중요하다는 사실이 밝혀졌습니다. 데드맨 구역의 낮은 공극은 뜨거운 가스가 낮은 BF 영역으로 침투하는 것을 감소시키고 데드맨 구역에서 저온 구역을 개발할 수 있습니다. 미세물 생성 및 그 축적은 투과성 데드맨 구역에 바람직하지 않습니다. 또한 BF 하부에 존재하는 코크스 미분은 압력 강하의 증가를 유발하고 이러한 압력 강하의 증가는 너트 코크스로 인한 응집 영역의 압력 강하 감소의 크기보다 더 큰 것으로 나타났습니다. 따라서 BF에서 전체 압력 강하는 증가합니다.

위의 결과는 너트 코크스 사용의 이점이 거의 없는 최적의 너트 코크스 양이 있음을 분명히 나타냅니다. 게다가 이것은 BF 거동에 약간의 이상을 일으키고 생산을 방해할 수도 있습니다.

철 부담이 있는 견과 코크스 장입 효과

고로에 철 부하가 있는 너트 코크스 장입은 BF 작업에 다음과 같은 영향을 미칩니다.

투과성 향상 – 투수성은 샤프트 기둥의 발파량과 압력 강하에 의해 제어되는 매개변수입니다. 일정한 발파량 조건에서 압력 강하를 줄임으로써 투과성을 향상시킬 수 있습니다. 베드 투수성은 BF 운영에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. BF 생산성은 더 높은 분사량으로 향상될 수 있으므로 적절한 가스 투과성이 필요합니다. 베드의 가스 투과성은 BF에서 환원 가스의 흐름을 결정합니다. BF에서 환원성 가스가 흐르는 방식은 생산성에 영향을 미칩니다. 철 분체에 너트 코크스를 추가하면 압력 강하를 줄일 수 있다고 믿어집니다.

철을 함유한 견과류 코크스의 사용은 BF의 건조 영역에서 더 나은 투과성의 이점이 있습니다. 철 부하에 견과류 코크스를 추가하면 가스 투과성에 긍정적인 영향을 미칩니다. 투자율에 대한 철 부담에 대한 견과류 코크스 첨가의 유익한 효과는 견과류 코크스 혼합 비율이 낮은 경우 덜 중요합니다. 철 부하에 약 10% 및 20% 견과 코크스를 사용하면 BF 생산성이 각각 1.5% 및 2.5% 향상될 수 있습니다.

연구는 BF에서 두 기간 동안 이루어졌습니다. 첫 번째 기간은 너트 코크스가 없는 기존 장입 방식으로 운영되었으며 두 번째 기간은 너트 코크스로 철분을 장입하는 방식으로 운영되었습니다. 두 기간 모두 광석 수량은 동일하게 유지됩니다. BF 가스의 압력 점프는 너트 코크스의 양에 따라 증가하고 변화하는 것으로 밝혀졌습니다. BF의 운영은 견과 코크스의 비율이 증가함에 따라 더 균일해졌습니다. BF 생산량도 증가했으며 생산량이 증가한 주요 원인은 BF 코크스 소비 감소였습니다. 퍼니스 가스의 더 나은 분배와 퍼니스의 더 균일한 작동으로 인해 가스 흐름의 가열 및 감소 용량이 완전히 활용됩니다.

광석과 혼합된 다량의 너트 코크스를 사용하는 BF 작업에 대한 또 다른 연구에서는 광석 담지층에 너트 코크스를 첨가하면 BF 하부의 투과성 저하를 방지한다는 결론이 내려졌습니다. 연구에서 너트 코크스의 선택적 용액 손실 반응의 결과로 하부에 일반 BF 코크스가 크게 남아있고, 너트 코크스가 철과 함께 장입되어 응집층 잔류물의 투과성이 양호함을 추론하였다. 부담.

광석과 견과 코크스로 구성된 광석 담지층의 특성에 대한 또 다른 연구가 이루어졌습니다. 이 연구에서는 층을 혼합하는 두 가지 방법이 사용되었습니다. 첫 번째는 높이를 변경하고 레이어 수를 늘리는 것입니다. 두 번째는 너트 코크스의 양을 광석 층으로 변경하는 것입니다. 층고가 감소(층수 증가)에 따라 압력강하가 감소하고 3층 이상의 조건에서는 피크가 사라지는 것을 알 수 있었다. 압력 강하는 너트 코크스의 양이 증가함에 따라 급격히 낮아집니다. 침탄은 소결체와 코크스의 계면에서 발생한다고 생각되어 왔다. 금속이 경계면에서 녹을 때 가스는 주로 코크스와 그 주변을 통과하며 충진층의 투자율은 충분히 유지된다. 일반적으로 부담층의 공극이 클수록 투자율이 높아진다고 믿어집니다. 그러나 가스역학 연구를 통해 버디드층에 너트코크스가 혼입되면 공극은 감소하지만, 너트코크스가 없는 기존의 광석 장입에 비해 투과성은 향상되는 것으로 밝혀졌다. 따라서 하중 투과성을 연구할 때 공극과 공극 구조를 모두 고려해야 합니다.

광석 층에 너트 코크스를 추가하면 응집 영역의 가스 저항을 줄일 수 있습니다. 가스투과도 저항이 낮아지는 것은 혼합 코크스가 광석층에 새로운 공극을 추가하기 때문입니다.

환원 역학

BF의 철 부담은 주로 Fe2O3와 Fe3O4로 구성됩니다. 광석 부하에서 산소(O2)를 제거하는 것을 환원이라고 합니다. BF 공정은 철 부하 재료의 환원 거동을 기반으로 합니다. 환원율과 환원 정도는 BF 생산에 직접적인 영향을 미칩니다. BF의 열 저장 구역 온도는 집중적인 흡열 반응을 포함하는 코크스(C + CO2 =2CO)의 Boudouard 반응(용액 손실)의 시작 온도와 거의 일치합니다. Boudouard 반응은 BF 내부의 전체 반응을 제어합니다. 열보존 구역의 시작 온도를 낮출 수 있으면 FeO-Fe 환원 반응의 평형 농도(FeO + CO =Fe + CO2)가 더 높은 CO 가스 이용 효율로 이동됩니다. 그 결과 BF 상단에서 CO 가스 활용 효율이 향상되고 환원제 소비가 감소합니다.

BF 생산성을 높이려면 산화철의 환원율이 높을수록 바람직하다. 한 연구에서 900℃에서 1200℃로 산화철의 환원에 대한 실험적 분석에 기초하여, 환원을 위한 속도 조절 반응은 탄소의 산화임을 시사하였다. 산화철의 환원은 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계에서는 Fe3O4에서 FeO로 환원되고 두 번째 단계에서는 FeO에서 Fe로 더 환원됩니다. 첫 번째 환원 반응의 속도는 두 번째 반응보다 빠릅니다. 탄소(C)에 의한 FeO 환원의 마지막 단계에서는 페얄라이트(FeO·SiO2) 슬래그의 형성으로 인해 환원율이 더욱 감소한다. '환원지연' 현상은 특히 철 부하의 연화 중 및 연화 후에 발생합니다. 실험 관찰에 근거한 연구는 고온(1100℃ 이상)에서 너트 코크스가 없는 철 부하가 '환원 지연'을 겪는다는 것을 확인하지만, 너트 코크스가 혼합된 철 부하에서는 이러한 현상이 관찰되지 않습니다. 더 높은 환원 정도의 경우, 너트 코크스의 크기는 철 부하의 크기보다 작거나 비슷해야 함을 발견했습니다.

연화 및 용융 거동 – 광석이 연화되고 녹기 시작하는 영역을 응집대(cohesive zone)라고 합니다. 연화 및 용융은 물리적 현상이며 응집대 거동의 화학적 변화는 응집대 위치 및 형상 및 가스 흐름과 관련이 있으며 BF 작동에 중요한 영향을 미칩니다.

BF에서 더 낮은 압력 강하와 더 나은 투과성을 위해 더 얇은 응집 영역이 필요합니다. 이것은 연화와 용융 사이의 온도 차이가 적은 철 부하로 달성할 수 있습니다. 응집 영역 두께는 또한 철 부하에 너트 코크스를 혼합하여 변경할 수 있습니다. 연구에서 철분을 함유한 견과류 코크스에 대한 고온 실험을 수행함으로써 연화 및 용융 온도가 각각 86℃ 및 15℃ 증가하는 것으로 밝혀졌습니다. 연화 및 용융 온도의 차이는 71℃로 압축된다. 이는 너트 코크스 혼합 철 부하로 더 얇은 응집 영역이 형성되었음을 나타냅니다.