소결 공정 개선 기술

리턴파인 – 모자이크 임베딩 철광석 소결 공정

소결층의 투자율을 높여 소결광 생산성을 향상시키기 위해 '리턴파인-모자이크 매립 철광석 소결'(RF-MEBIOS) 공정이 개발되었습니다. RF-MEBIOS 공정은 미세한 우회 과립을 되돌리는 기술입니다. 이 과정에서 과립화된 원료에 건조 입자를 첨가하여 미세하게 복귀시킨 후 소결기에 장입하여 소결기의 생산성을 향상시킵니다.

생산성 증가는 과립화 시 유사 입자 크기가 증가하고 충전 후 소결 충전층의 부피 밀도가 감소하여 발생합니다. 전자는 과립화 시 원료의 더 높은 수분 함량에 의해 달성됩니다. 후자는 부피 밀도를 감소시키는 역할을 하는 건조 및 습식 입자 화합물로 구성된 소결 베드에서 더 높은 마찰에 의해 달성됩니다. By-pass return fine ratio 및 size를 증가시켜 소결속도 및 소결 생산성을 높입니다.

그림 3은 소결로에서 일반적인 재료 흐름을 보여줍니다. 반환 벌금의 운송은 분기 댐퍼에 의해 두 가지 경로로 분기됩니다. 하나는 기존의 작은 반송용 쓰레기통에, 다른 하나는 새로운 바이패스 반송 쓰레기통에 보내는 것입니다. 기존의 회수미인 빈과 기타 소결원료의 회수미인을 믹서에서 물과 함께 혼합, 과립화한다. 바이패스 리턴 파인 빈의 리턴 파인은 믹서 후에 추가됩니다. 그림 3의 우측에 주어진 단면은 댐퍼와 벨트 컨베이어 사이의 위치 관계를 보여줍니다. 댐퍼 위치는 바이패스 리턴 파인의 비율을 제어하도록 조정됩니다. 댐퍼는 상부층(바이패스 리턴파인)과 하부층(과립화 리턴파인) 사이의 리턴파인을 분리할 수 있습니다. 벨트 컨베이어는 코스 입자를 상층으로 배출하므로 상대적으로 큰 입자는 바이패스 리턴 파인 bin으로 이송됩니다.

그림 3 소결로에서 미세회송로의 일반적인 배치

투과성은 (i) 낮은 미세 유사 입자 크기(마이너스 0.25mm) 비율 및 (ii) 낮은 벌크 밀도라는 두 가지 요소에 의해 증가됩니다. 전자는 충전 시 수분 함량이 일정할 때 과립화 후 건조 리턴 미인이 추가되어 수분 함량이 높은 과립화에 의해 발생합니다.

이중 레이어 충전

소결 스트랜드에 소결 혼합물이 균일하게 장입되면 온도가 높아져 소결 혼합물이 융합될 수 있습니다. 이것은 하강 기류와 소결 과정을 제한합니다. 쌍층 장입에서는 코크스 분의 농도가 높은 더 작은 입자 크기의 장입물이 최상층에 장입됩니다. 코크스 산들 농도가 낮은 더 큰 입자 크기 물질(광석 및 소결 회수)이 바닥층에 충전됩니다. 이는 하부층의 적절한 열 전달, 높은 층 투과성 및 연료의 효율적인 사용을 보장합니다.

소결 혼합 공급 장비 개선

소결 혼합물의 분리된 블렌드 로딩은 소결 기계 가닥의 팔레트에서 소결 혼합물 상단의 작은 입자가 혼합되는 동안 펠릿의 소결 혼합물 바닥에서 큰 입자로 귀결됩니다. 분리된 블렌드 로딩은 혼합물의 투과성을 높여 기계 생산성을 개선하는 데 도움이 됩니다. 분리된 적재를 위한 충전 시스템에는 여러 가지 설계가 있습니다. 그 중 일부는 (i) 기존 경사 슈트에 추가 스크린 설치, (ii) 강화 선별 피더, (iii) 분리된 슬릿 와이어 및 (iv) 자기 차단 피더입니다. 그림 4는 분리된 혼합 장입 시스템이 없는 장입 시스템과 다양한 유형의 소결 혼합물 장입 시스템이 있는 장입 시스템을 보여줍니다.

그림 4 소결 혼합물 로딩 시스템

점화로의 다중 슬릿 버너

점화로에서 소결기의 소결 믹스 베드 상단을 점화하는 동안 버너의 화염 안정성이 필수적입니다. 다중 슬릿 버너는 화염 영역을 제거하고 점화를 위한 최소한의 열 입력을 공급하는 하나의 넓고 안정적인 화염을 생성하는 데 도움이 됩니다. 이는 결과적으로 점화 후드의 에너지 입력을 절약합니다. 일본 공장에서 다중 슬릿 버너를 사용한 점화를 위한 총 열 입력이 기존 버너에 비해 약 30% 감소했다고 보고되었습니다. 멀티 슬릿 버너의 개요는 그림 5와 같습니다.

그림 5 멀티 슬릿 버너의 개요

스탠드 지지 소결

팰릿에 부착된 강철 스탠드(바 또는 플레이트)로 소결 케이크를 지지하는 '스탠드 지지 소결'이라는 새로운 소결 기술이 일본에서 개발되었습니다. 이 기술은 수축, 다공성 및 환원율을 향상시킵니다. 스탠드 지지 시스템으로 인해 소결기의 생산성이 크게 향상되고 기계가 더 안정적으로 작동합니다.

스탠드 지지 소결법에서는 소결 과정에서 소결 혼합 베드 상부의 소결 케이크의 하중을 스틸 스탠드에 의해 지지합니다. 그 아래의 연소 용융 영역에 가해지는 소결 케이크의 하중은 소결 혼합 베드를 수축(베드 압축)시켜 베드의 투과성을 크게 저하시킵니다. 소결 팰릿 내부에 설치된 지지대는 스탠드 상부 주변의 소결 베드 부분이 가열 및 용융 후 응고되기 시작하는 시점에 상부 소결 케이크의 하중을 지지하기 시작한다. 그 후 베드 하부의 소결과정은 부하를 감소시켜 진행하며, 그 부분에 투과망이 잘 발달하여 투과성을 향상시킨다.

폐열 회수

소결로에서의 열회수는 소결공정의 효율을 높이는 수단이다. 뜨거운 소결은 냉각이 필요합니다. 소결 냉각기에서 회수된 열은 점화로의 버너용 연소 공기를 예열하거나 전력 생산에 사용할 수 있는 고압 증기를 생성하는 데 사용됩니다. 고압증기발생의 경우 폐가스에너지회수시스템의 설비구성은 후드, 집진기, 열회수보일러, 순환팬, 탈포기로 구성된다.

소결 플랜트는 (i) 소결 섹션 및 (ii) 고온 소결 냉각 섹션의 두 가지 측정 섹션으로 구성됩니다. 두 부품의 열 회수는 소결 섹션 배기 가스와 냉각 섹션 냉각 가스에서 개발되었습니다. 그림 6은 두 섹션의 가스 온도 분포를 보여줍니다. 그림과 같이 단면의 위치에 따라 온도차가 크다. 두 섹션의 평균 가스 온도는 100°C에서 150°C 범위에 있으며 이는 효과적인 열 회수를 위해 너무 낮습니다. 열회수는 가스온도가 300℃ 이상인 고온구간인 소결구간 마지막 부분과 냉각구간 초기부분으로 제한된다. 열회수 영역은 제한되어 있지만 소결 공정의 가스 부피는 상업적으로 실행 가능한 실제 열 회수에 충분할 정도로 큽니다. 또한 부식성으로 인해 열회수 후 가스 온도는 가스의 산성점 이상으로 유지되어야 합니다.

그림 6 소결로의 폐열 회수

소결기 배기가스 열회수는 순환형과 비순환형으로 분류할 수 있다(그림 6). 순환형은 열회수 후의 가스를 냉각가스 대체용으로 소결기로 순환시키는 반면, 비순환형은 열회수 후의 가스를 가스처리시설로 직접 인도한다. 순환식을 채택하여 열회수 효율을 높였습니다.

열 회수 외에도 이 시스템은 SOx, NOx 및 미립자 배출을 줄이고 생산성, 수율 및 소결 강도를 개선하는 데 도움이 됩니다. 이 방법으로 30% 수준의 에너지 회수가 달성되고 있습니다.

배출 최적화된 소결 시스템

많은 양의 배기 가스와 청소해야 하는 요소의 낮은 농도는 항상 소결 설비의 문제 중 하나였습니다. 배출 최적화 소결(EOS) 시스템의 기본 목표는 깨끗한 공기와 재활용된 공기가 모두 공급되는 소결 화격자 위에 후드를 배치하여 청소할 가스의 양을 줄이는 것입니다(최대 50% 감소 가능). 바람 상자에서 공기. 그림 7은 EOS 시스템을 사용한 소결 가닥을 보여줍니다.

그림 7 방출에 최적화된 소결 시스템이 있는 소결 스트랜드

먼지 배출 제어

소결 기계의 생산량 증가는 더 높은 분진 발생으로 이어지며 이는 더 높은 미립자 배출을 의미합니다. 이러한 배출물에는 먼지가 많이 포함되어 있으며 다양한 유기 및 중금속 유해 대기 오염 물질(HAP)이 포함되어 있습니다. 음으로 대전된 파이프를 통해 폐가스를 전기 집진기로 보내면 폐가스 흐름의 입자상 물질이 음으로 대전됩니다. 이 흐름을 양전하를 띤 판을 지나게 하면 음전하를 띤 입자상 물질을 끌어당겨 수집하여 깨끗한 폐가스를 생성하고 증기 회수량을 증가시킵니다. 굵은 먼지는 건식 먼지 포집기로 제거하여 재활용합니다. ESP(전기집진기)를 사용하여 배기가스의 먼지 수준을 줄입니다.

EFA 프로세스

이 과정을 '동반된 흐름 흡수기(EFA)'라고 합니다. Paul Wurth가 개발했습니다. EFA 공정은 소결 플랜트 공정의 마지막에 설치됩니다. 본질적으로 동반된 흐름 흡수 장치와 백형 필터로 구성됩니다. 이 장비를 사용하여 소결로 배출 가스, 먼지, 황산화물, 염산, 불산, 다이옥신 및 푸란을 포집합니다. 흡수기는 수화석회(수산화칼슘)와 갈탄 코크스와 함께 작동하여 다이옥신과 푸란을 흡수합니다. 최적의 반응 조건은 고압에서 반응기에 물을 분사하고 온도를 80℃ ~ 110℃ 범위로 유지함으로써 도달됩니다. 주입된 물은 증발되고 오프 가스의 먼지는 백에 포집됩니다. - 유형 필터. 황 함량은 STP에서 정액당 50mg 미만, 먼지 함량은 STP에서 정액당 5mg 미만, 푸란/다이옥신 함량은 STP에서 정액당 0.1나노그램 미만입니다.

MEROS 프로세스

MEROS(Maximized Emission Reduction of Sintering) 공정은 Primetals Technologies가 소결 공장에서 배출되는 오염 물질을 줄이기 위해 개발한 혁신적인 기술입니다. 특정 첨가제의 사용을 통해 가스 흐름의 오염 성분이 결합된 패브릭 필터에서 결합 및 분리됩니다. 공정은 '반건식'이므로 100% 폐수가 발생하지 않습니다.

MEROS 공정은 먼지, 산성 가스, 유독성 금속 및 유기 화합물을 여러 단계로 제거하는 세척 공정입니다. 이 공정은 (i) 탄소 기반 흡착제 및 탈황제를 소결 배출 가스 스트림에 역류 방향으로 주입하여 중금속 및 유기 화합물을 결합하는 단계, (ii) 다음을 통한 가스 스트림의 순환으로 구성됩니다. 가스가 수분을 공급하고 주입된 미세 미스트에 의해 약 100℃의 온도로 냉각되는 컨디셔닝 반응기(SO2 및 기타 산성 가스 성분의 결합 및 제거에 필요한 화학 반응 가속화, 및 (iii) 오프 가스 스트림 컨디셔닝 반응기를 떠나는 필터는 갇힌 오염 물질과 함께 먼지가 제거되는 백 필터를 통과합니다.

이 과정에서 소결 가스에 존재하는 먼지, 산성 가스, 유해 금속 및 유기 화합물이 고효율로 제거됩니다. 2007년에 첫 번째 설비가 Linz(오스트리아)에서 가동되기 시작했으며 가스 처리 용량은 시간당 100만 N cum입니다. MEROS 공정으로 배출되는 분진은 N cum 당 5mg 미만으로 낮아집니다. 수은, 납, 유기 화합물(예:다이옥신 및 푸란(PCDD/F)), HCl, HF 및 총 응축 가능한 VOC(휘발성 유기 화합물)의 배출량은 N cum당 0.1나노그램 미만으로 낮아집니다. MEROS 공정의 가장 두드러진 특징 중 하나는 현재의 환경 규정을 충족하고 가까운 장래에 설정될 수 있는 제한 내에서 작동할 수 있다는 것입니다. MEROS 프로세스의 기본 흐름도는 그림 8에 나와 있습니다.

그림 8 MEROS 프로세스의 기본 흐름도

선택적 폐가스 재순환 시스템

소결 과정에서 흡입된 공기량은 일반적으로 화염 전면의 고속을 허용하기 위해 연료의 완전 연소에 필요한 것보다 높습니다. 따라서 소결 폐가스는 일반적으로 약 12% ~ 15%의 잔류 산소를 포함합니다. 또한 임계 이슬점보다 훨씬 높은 온도에 있습니다. 이것은 소량의 보충 공기를 첨가한 후 소결 공정으로 재순환시키기에 충분합니다.

'선택적 폐가스 재순환 시스템'에서, 소결 기계의 선택된 구역에서 나오는 배출 가스는 냉각기 배출 공기와 혼합된 다음 소결 가닥으로 재순환됩니다. 선택적 폐가스 재순환 시스템은 초기에 소결 용량을 증가시키고 특정 배출량을 감소시키면서 일정한 수준으로 배출 가스 부피를 유지하기 위해 개발되었습니다. 이를 통해 가스 정화 시설에 대한 투자 및 운영 비용을 수용 가능한 수준으로 유지할 수 있습니다.

선택적 폐가스 재순환 시스템의 일반적인 개략도는 그림 9에 나와 있습니다. 이 그림에서 소결 기계의 첫 번째 및 세 번째 섹션에서 나오는 뜨거운 폐 배기 가스는 소결 냉각기의 외기와 주변 공기와 혼합되어 다시 순환됩니다. 소결 기계의 두 번째 섹션. 폐가스의 일부는 소결 가닥의 일부를 덮는 후드로 다시 재활용됩니다.

그림 9 선택적 폐가스 재순환 시스템의 일반적인 개략도

이 시스템의 장점은 (i) 단위 소결당 폐가스 부피가 약 50% 감소하고, (ii) 폐가스 열 활용 및 CO(일산화탄소) 포스트로 인해 특정 고체 연료 소비가 10~15% 감소한다는 것입니다. 연소, (iii) 폐가스 정화 설비에 대한 투자 및 운영 비용 절감, (iv) 생산성 및 소결 품질 수준 유지, (v) CO2 배출량 감소, (vi) SOx, NOx, PCDD/ PCDF(디벤조-p-다이옥신/디벤조푸란) 및 중금속

소결 공정 모델링

소결 과정에서 열 전선 변화뿐만 아니라 국부 가스 조성의 변형과 원료 혼합물의 초기 용융 온도로 인해 여러 화학 반응과 상 변형이 발생합니다. 고체의 국부적 온도와 조성에 도달하면 대부분 상 변형은 액체 형성 메커니즘이 주요 역할을 하는 입자 층 내에서 발생하는 열 공급 및 확산에 의해 주도됩니다. 국부적 온도가 용융 온도에 도달하면 재료가 부분적으로 녹고 이동하면서 차가운 가스와의 접촉이 재응고를 촉진하여 입자 덩어리가 연속적인 다공성 소결 케이크를 형성합니다. 최종 소결 케이크의 특성은 열 순환, 원료의 초기 화학 조성, 소결 중에 발생하는 열-물리적 특성에 크게 의존합니다. 소결 과정의 수학적 모델은 고로 소결의 산업적 생산에서 소결 기계 내에서 발생하는 현상을 시뮬레이션합니다.

산업용 스트랜드 기계의 소결 과정을 모델링하는 방법은 다공성 소결 형성의 국부적 현상을 고려한 기체, 고체 및 액체 상의 운동량, 질량 및 에너지의 다상 및 다성분 수송 방정식을 기반으로 합니다. 그림 10). 모델은 동시에 상호 작용하는 단계를 고려하고 각 단계의 화학 종은 화학 종 보존 방정식을 기반으로 계산됩니다. 운동량, 에너지 및 화학 반응에 대한 환율 교환에 대한 정확한 설명은 모델의 전체 정확도에 필수적입니다.

그림 10 소결 모델에 대해 고려된 운동량, 질량 및 에너지의 다상 전달

화학종은 기체 및 고체상의 각 화학종의 수송 방정식을 해결하여 개별적으로 고려됩니다. 고체상은 철광석 소결 공급물, 미세 소결(회수된 미세 소결), 코크스 브리즈(또는 기타 고체 연료), 스케일(제철소의 미세분) 및 플럭스의 혼합물을 설명합니다. 액상은 액상에서 녹고 형성된 성분으로 구성됩니다. 재응고상은 재응고된 액체와 재응고 과정에서 형성된 상으로 구성되며 국부적 액체 조성과 열 교환에 크게 의존합니다. 최종 소결 케이크는 이러한 재료의 혼합물로 형성되며 품질은 각 재료의 최종 조성 및 부피 분율 및 모자이크 소결 구조 내 분포에 따라 다릅니다.

소결 공정 모델에서는 형성된 액체상이 점도로 인해 남아있는 고체상과 함께 이동한다고 가정하고 액체가 용융되지 않은 입자의 표면에 부착되어 형성되는 것을 고려하여 운동량 전달 및 엔탈피 방정식은 다음과 같습니다. 고체는 점성 액체와 고체 물질의 혼합물을 설명합니다. 모델에서 온도 구성 종속 열-물리적 특성은 상 부피 분율에 의해 고려되는 개별 상 특성을 고려하기 위해 혼합물 규칙을 따르는 것으로 가정됩니다.

자동화 및 제어 시스템

소결 공정의 안정화, 생산성 향상, 생산 원가 절감을 궁극적인 목표로 하는 소결 공정 전반에 걸쳐 최적의 안정적인 운전을 보장하기 위해 소결 공장의 자동화 및 제어 시스템이 필요합니다. 이를 위해 베드 내 현상을 이해하고 프로세스를 최적의 작동으로 이끌기 위해 여러 가지 노력을 기울였습니다. 소결의 주요 제어 기술은 스트랜드 폭에 걸쳐 균일한 소결을 달성하기 위한 전하 밀도 제어와 최적의 생산성 및 소결 품질을 유지하기 위한 팔레트 속도 제어입니다.

The automation and control system for sinter plant is a three-level hierarchical system which uses the distributed control system (DCS), centralized process computer system (PCS), and central computer systems (CCS) of the steel plant. DCS performs functions such as measuring wind velocity distribution and gas temperature distribution along the sinter strand, and also ‘direct digital control’ (DDC). PCS performs functions such as process control to optimize sinter plant operation, and information services to operators. CCS performs functions such as planning, managing, and data analysis of production and operation based on the general-purpose data base. Fig 11 shows the automation and control system for sinter plant.

Fig 11 Automation and control system for sinter plant

The closed-loop sinter expert system is designed so that operator has to take ‘as few actions as possible, as many as necessary’ with the target to enable an optimized sinter operation needing minimal operator interactions. The expert system, which is designed as a rule based decision system , counteracts process fluctuations caused by changes in the raw mix composition and quality, human factors or process conditions. The sooner the system responds to an abnormal or changing process situation, the smoother the overall sinter operation is. The accurate timing of control activities and anticipation of disturbances are of utmost importance to avoid critical process conditions and to maintain a high production rate at low costs.

With the automation and control system, optimum process control conditions are achieved since perfect alignment of process parameters takes place. Integrated level 2 automation system at the sinter plant, the standard deviation of quality parameters can be decreased by around 5 % to 10 %. This system also helps in reduction of coke breeze consumption can be reduced by around 3 % and productivity can be increased by around 3 % to 5 %.