고알루미나 슬래그 및 고로 가동

고알루미나 슬래그 및 고로 작업

제철의 고로(BF) 공정은 철 함유 재료(소결 및/또는 펠렛 및 괴광)를 코크스와 함께 환원하고 사료 재료. 이 과정은 BF에서 일어나는 일련의 화학 반응의 결과입니다. 맥석 재료와 코크스재는 용융되어 용융 재료와 함께 슬래그를 형성합니다. 뜨거운 금속에서 슬래그의 분리는 액체 상태에서 발생합니다. 슬래그는 융점이 낮고 HM보다 가볍습니다. BF에서는 HM보다 더 높은 온도에 있습니다. 양질의 HM을 위해서는 양질의 슬래그가 필요합니다.

BF 슬래그는 주로 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 석회(CaO) 및 마그네시아(MgO)와 소량의 FeO(산화철), MnO(산화망간), TiO2(이산화티타늄), Na2O(산화나트륨)를 포함합니다. ), K2O(산화칼륨) 및 S(황). BF 슬래그 조성은 BF 성능에 영향을 미치는 물리화학적 특성에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 액체 슬래그의 물리화학적 특성은 탈황 정도, BF의 원활한 작동, 슬래그 처리, 코크스 소비, BF 생산성 및 HM의 품질을 크게 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

일련의 환원 반응으로 인해 BF 내부의 다른 영역에서 생성되는 별개의 조성을 가진 4가지 종류의 슬래그가 있습니다. 이 4가지 유형의 슬래그, 즉 1차 슬래그, 보쉬 슬래그, 송풍 슬래그 및 최종 슬래그는 각각 응집대, 적하대, 궤도 및 노상에서 발생합니다. 좋은 태핑은 주로 낮은 액상선 온도와 좋은 유동성을 갖는 데 필요한 최종 슬래그에 달려 있습니다.

BF의 슬래그 유동성은 응집 영역의 연화-용융 거동, 적하 영역의 액체 정체로 인한 가열로 하부의 투과성, 가열로 노로의 액체 흐름 및 배수 능력에 영향을 미칩니다. 탭홀에 의한 슬래그. 슬래그 유동성은 슬래그의 온도와 조성에 영향을 받으며, 후자는 코크스 및 미분탄의 광석 맥석 광물과 회분의 영향을 받습니다. 슬래그 조성의 CaO/SiO2비는 일반적으로 슬래그의 유동성 및 탈황 능력을 향상시키기 위한 부원료에 의해 1.2 내지 1.3의 범위로 조절된다. 슬래그 내 Al2O3 농도는 슬래그 유동성을 저하시키는 요인으로 생각되며, 철과 슬래그 및 슬래그의 축적을 방지하기 위해 반경험적으로 약 18%(낮을수록 좋음)의 상한선으로 설정한다. 퍼니스 하부 투수성 저하

높은 Al2O3 광석이 BF에서 광범위하게 사용되는 경우 일반 슬래그 시스템에서 최대 30%에 도달할 수 있는 Al2O3 함량을 가진 새로운 슬래그로 편차가 발생합니다. 또한 최근 PCI(Pulverized Coal Injection)의 증가를 비롯한 BF 공정의 변화로 Al2O3 농도가 증가하였다. 이러한 결과로 슬래그 시스템이 규산염 기반에서 알루민산염 기반으로 전환됩니다. 슬래그는 복합 산화물계이며 그 성질은 조성과 밀접한 관계가 있습니다. BF 슬래그의 물리화학적 특성을 결정하기 위해 여러 연구가 수행되었습니다. 그러나 이러한 연구의 대부분은 일반적으로 20% 미만의 Al2O3 함량을 갖는 낮은 Al2O3 BF 슬래그에 대해 수행되었습니다.

가장 큰 영향을 미치는 슬래그 특성은 점도, 황화물 용량, 알칼리 용량 및 액상 온도입니다. 이러한 속성은 전체 BF 프로세스에 큰 영향을 미칩니다. 낮은 Al2O3 BF 슬래그(Al2O3는 일반적으로 15% 미만)는 일반적으로 높은 Al2O3 슬래그와 비교하여 낮은 점도, 높은 황화물 용량, 낮은 액상 온도 및 낮은 슬래그 부피를 갖습니다. 높은 Al2O3 슬래그는 일반적으로 15% 이상의 Al2O3 함량을 가지고 있습니다. 높은 Al2O3 슬래그는 주로 철광석뿐만 아니라 소결에서 높은 Al2O3/SiO2 비율과 코크스의 높은 회분 함량 때문에 발생합니다. 이 슬래그는 점성이 높습니다.

BF 제철의 경우 슬래그 점도는 여러 가지 로 운전에 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 물성이다. 슬래그 점도는 반응 역학 및 최종 슬래그의 환원 정도와 관련된 수송 특성입니다. 슬래그 점도는 또한 슬래그-금속 분리 효율을 결정하고, 결과적으로 금속 수율 및 불순물 제거 능력을 결정합니다. 작동 중 슬래그 점도는 용해로에서 슬래그를 추출할 수 있는 용이성을 나타내며 따라서 에너지 요구 사항 및 공정 수익성과 관련이 있습니다.

슬래그의 점도는 기체 투과성, 열전달 및 SiO2, FeO 등의 환원에 영향을 미칩니다. 저온에서도 양호한 유동성을 제공할 수 있는 슬래그 시스템을 찾는 것이 바람직합니다. BF 슬래그의 점도에 대해 보고된 여러 데이터가 있습니다. 그러나 이러한 데이터의 대부분은 주로 10% ~ 15% 범위의 Al2O3를 포함하는 낮은 Al2O3 슬래그에 대한 것입니다. 또한, 이러한 점도 데이터는 CaO/SiO2 비율이 높은 슬래그, FeO, TiO2 및 Fe2O3와 같은 첨가제의 양이 매우 많고 최종 BF 슬래그에서는 흔하지 않은 것을 나타냅니다.

BF 슬래그 Al2O3 함량은 주로 철광석 투입 재료의 Al2O3 함량에 주로 의존합니다. 철광석 Al2O3 함량이 1% 미만인 경우 슬래그의 Al2O3 함량은 거의 10%를 초과하지 않습니다. 그러나 Al2O3 함량이 2% 이상인 철광석에서는 BF 슬래그의 Al2O3 수준을 20% 이상으로 높입니다. 이러한 높은 Al2O3 슬래그로 BF를 운전하는 것은 상당히 어렵고, 슬래그의 Al2O3 함량이 증가함에 따라 BF에 액체 슬래그가 과도하게 축적되는 등의 문제가 있기 때문에 BF 작업자와 다른 유형의 기술이 필요합니다. 난로 및 용광로 하부의 압력 강하 증가. 따라서 슬래그의 Al2O3 함량을 BF 운전 중 좋은 슬래그 유동성을 보장하는 한계로 유지하는 것이 중요합니다. 이를 통해 태핑 중 슬래그의 침투성과 배수가 잘됩니다.

BF 슬래그의 점도는 조성과 온도에 따라 다릅니다. 낮은 점도는 액체 슬래그의 이온이 슬래그/금속 반응 계면으로 이동하는 효과에 의해 반응 속도를 제어하는 ​​데 도움이 될 뿐만 아니라 노의 원활한 작동을 보장합니다. 염기성 산화물의 증가와 슬래그의 액상선 온도 이상의 온도 증가는 모두 점도를 감소시킵니다. CaO-MgO-SiO2-Al2O3 시스템의 경우, Al2O3와 SiO2는 둘 다 이들 용융물의 점도를 증가시키지만 그 효과는 몰 기준으로 동등하지 않습니다. 점도에 대한 전자의 영향은 슬래그의 석회 함량에 따라 다릅니다. 이는 Al3+ 이온이 전기적 중성을 유지하기 위해 Ca2+ 이온과 결합된 경우에만 규산염 네트워크에서 Si4+ 이온을 대체할 수 있기 때문입니다.

BF는 0.05% 이하의 S 함량으로 HM을 생성할 것으로 예상됩니다. 따라서 슬래그의 탈황 능력, 즉 HM과 슬래그 사이의 S 분배 비율을 아는 것은 항상 큰 관심입니다. HM과 슬래그 사이의 S 분할은 Al2O3 함량이 15% 이하에 매우 가까운 슬래그에 대해 BF에서 평형을 달성하는 것으로 나타났습니다. 이 슬래그는 용해로 온도보다 낮은 액상선 온도를 가지며 점도가 낮습니다. 이러한 조건은 평형을 달성하는 데 유리합니다.

슬래그의 관점에서 노내 면적별 슬래그 배수와 BF 하부 투수성에 초점을 맞춘 BF 운전에 대한 슬래그 내 Al2O3 농도의 영향을 체계적으로 평가하기 위해 유동성이 높은 Al2O3 슬래그(슬래그 Al2O3 20%) 운전 실험은 일본의 실험 BF(그림 1)에서 수행되었습니다.

그림 1 실험용 고로의 단면도

실험 중 관찰된 사항 중 일부를 그림 2에 그래프로 나타내었습니다. 실험 결과는 아래에 요약되어 있습니다.

• BF 노상에서 슬래그 배수 현상은 점도가 지배하는 유동화 현상이다. 슬래그의 점도가 증가함에 따라 슬래그 배수율은 감소한다. 따라서, 예를 들어 슬래그의 높은 Al2O3 함량 하에서 슬래그 배수를 유지하기 위해서는 슬래그 내 MgO 농도의 증가가 효과적이다. 또한, 슬래그 결정화 온도가 슬래그 배수율에 미치는 영향은 슬래그 점도의 영향에 비해 상대적으로 작다.
• 슬래그의 Al2O3 농도가 증가함에 따라 적하 영역의 압력 강하는 증가합니다. CaO/SiO2 비율이 증가하더라도 적하 영역의 압력 강하는 증가합니다. 압력 강하는 주로 슬래그 정전기 유지로 인한 습윤성 효과에 의해 발생하며, 적하 슬래그 점도 및 결정화 온도의 영향으로 인해 거의 발생하지 않습니다. Al2O3 농도가 높은 슬래그에서 적하영역의 압력강하 증가를 억제하기 위해서는 CaO/SiO2 비율의 감소에 의한 홀드업 감소가 있는 경우에 효과적이다.
• 고온에서 소결광의 투과 저항 지수로 인해 응집 영역의 투과 저항은 Al2O3 농도에 영향을 받습니다. 투수 저항은 광석의 Al2O3 농도가 증가함에 따라 증가합니다. 예를 들어, 투수 저항의 증가는 광석에서 MgO의 증가에 의해 억제될 수 있습니다. 위의 고려 사항에서 BF의 고 Al2O3 슬래그 작업에서 노의 각 영역에 대한 슬래그 유동성의 영향이 체계적으로 조사되고 평가되었습니다. 그 결과, 슬래그 배수 및 투과성을 적절히 유지하기 위해서는 슬래그 내 MgO를 증가시키고 슬래그 내 CaO/SiO2 비율을 감소시키는 BF 슬래그 설계가 효과적인 것으로 판단되었다.

BF 작업에 영향을 미치는 그림 2 슬래그 속성

고알루미나가 슬래그에 미치는 영향

BF 슬래그의 Al2O3 함량이 높으면 많은 부작용이 있습니다. 철광석에서 Al2O3의 증가는 소결 강도뿐만 아니라 응집대 고온에서의 특성에도 영향을 미친다. 슬래그 내 Al2O3 농도는 슬래그 유동성을 저하시키고 액상선 온도를 높이는 요인으로 생각된다. 슬래그 내 높은 Al2O3의 영향은 다음과 같습니다.

• 높은 Al2O3 슬래그는 일정한 염기도(CaO/SiO2)를 위해 점도가 높습니다. 그러나 염기성 산화물의 증가와 슬래그의 액상선 온도 이상의 온도가 증가함에 따라 높은 Al2O3 슬래그의 점도는 어느 정도 감소합니다.
• 액체 슬래그의 점도는 기본적으로 화학 성분과 온도에 따라 달라집니다. 슬래그 점도는 BF 공정의 중요한 공정 변수입니다. 반응 역학 및 최종 슬래그의 환원 정도와 관련된 것은 슬래그의 수송 특성입니다. 점도가 낮으면 액체 슬래그의 이온이 슬래그/금속 계면으로 이동하는 데 영향을 주어 반응 속도를 제어하는 ​​데 도움이 됩니다. 또한 슬래그 금속 분리 효율, 금속 수율 및 불순물 제거 능력을 결정합니다. 또한 퍼니스의 원활한 작동을 보장합니다.
• BF 작업에서 BF 노로의 슬래그 배수 현상은 점도가 지배하는 유동화 현상입니다. 슬래그 점도가 증가함에 따라 슬래그 배수율이 감소합니다.
• 높은 Al2O3 슬래그는 실리콘(Si) 환원 경향이 더 크며 HM Si 수준이 증가하는 경향이 있습니다. 이는 Si의 평형 농도가 증가하거나 평형 수준에 전혀 도달하지 못하기 때문일 수 있습니다.
• HM의 S 함량은 슬래그의 Al2O3 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향이 있습니다. 따라서 높은 Al2O3 슬래그는 덜 효율적인 탈황에 기여합니다. 금속과 슬래그 사이의 S의 평형 분포가 부정적인 영향을 받을 뿐만 아니라 그러한 분포에 도달하는 속도도 현저하게 느린 것으로 관찰됩니다. 따라서 S 평형이 BF 내에서 달성되지 않기 때문에 높은 Al2O3 슬래그에 의해 S가 더 느리게 픽업됩니다.
• 슬래그의 Al2O3 농도가 증가함에 따라 적하 영역의 압력 강하는 증가합니다. CaO/SiO2 비율이 증가하더라도 적하 영역의 압력 강하가 증가합니다. 압력 강하는 주로 슬래그의 정전기 유지로 인한 습윤성 효과에 의해 발생하며, 적하 슬래그 점도 및 결정 온도의 영향으로 인해 거의 발생하지 않습니다. 슬래그의 Al2O3 함량이 증가함에 따라 응집 영역의 투과 저항이 증가합니다.

고알루미나 효과 희석 대책

슬래그의 높은 Al2O3의 악화 효과는 MgO 함량을 증가시켜 상쇄됩니다. 슬래그의 Al2O3 농도는 철과 슬래그의 축적과 BF 하부의 투과성 저하를 피하기 위해 많은 국가에서 상한선인 약 16%로 반경험적으로 설정되어 있습니다.

응집 영역에서 투과 저항의 증가는 부담에서 MgO의 증가에 의해 억제될 수 있다. 슬래그에서 증가된 MgO 함량의 물리적 효과는 Al2O3의 물리적 효과와 정반대입니다. MgO는 태핑 중 노에서 슬래그 배수를 양호하게 유지하는 데 도움이 됩니다. 높은 Al2O3 슬래그에서 MgO의 수준이 증가함에 따라 HM의 S 함량은 주어진 범위의 Si에 대해 향상됩니다. 이것은 아마도 높은 MgO 슬래그의 더 높은 유동성 때문일 것입니다. 높은 MgO 슬래그는 S와 Si의 제어에 유리합니다. 슬래그 염기도의 감소도 도움이 됩니다. BF의 높은 Al2O3 슬래그 작업의 악화 효과를 상쇄하기 위해 중요한 조치가 아래에 설명되어 있습니다.

슬래그 MgO의 증가는 높은 Al2O3 슬래그 운전에서 노상 배수율을 향상시키므로 슬래그 내의 MgO는 최소 수준 이상의 수준으로 유지되어야 한다. 슬래그의 더 높은 MgO 수준은 또한 BF의 응집 영역에서 투과성을 향상시킵니다.

적하 영역의 압력 강하 증가를 억제하려면 CaO2/SiO2 비율을 낮추어 슬래그 보유량을 줄이는 것이 중요합니다. 슬래그 내 슬래그 CaO/SiO2 비율을 약 1%로 감소시켜 적하 영역의 투과성을 개선합니다.

슬래그 내 높은 Al2O3의 영향을 줄이는 또 다른 방법은 BF 부하에 추가 슬래그 형성 물질을 추가하여 슬래그의 Al2O3 수준을 희석하여 농도를 낮추는 것입니다. 그러나 이는 더 많은 슬래그 부피를 초래하고 더 높은 플럭스 및 코크스 비율과 BF의 더 낮은 생산성을 수반합니다. 이 방법은 가끔 치료하는 용도로만 사용할 수 있습니다.