철광석 소결 품질 및 공정

철광석 소결 품질 및 공정

소결은 일반적으로 고로(BF) 장입 부담의 주요 구성요소입니다. 소결은 철광석을 소결하는 과정에서 생성되는 많은 광물상으로 구성됩니다. 소결의 품질과 특성은 소결의 광물 구조에 따라 달라집니다. 그러나 소결 조건은 일반적으로 소결 베드 전체에 걸쳐 균일하지 않기 때문에 상 조성 및 이에 따른 소결 품질은 소결 베드에서 다양합니다.

소결 구조가 균일하지 않습니다. 그것은 다양한 크기의 기공과 각기 다른 특성을 가진 광물상의 복잡한 집합체로 구성됩니다. 소결 품질을 결정하지만 소결 특성의 예측을 매우 어렵게 만드는 것은 이러한 기공과 광물상의 조합, 그리고 이들 간의 상호 작용입니다. 소결에 대해 많은 연구가 수행되었지만, 화학적 조성과 소결 광물학의 특성 및 거동 사이의 상관관계는 여전히 명확하게 이해되지 않고 있습니다.

소결 혼합물과 제품 소결의 개략도는 그림 1과 같습니다.

그림 1 소결 혼합물 및 제품 소결 개략도

소결 공정은 작동 압력 및 온도를 견딜 수 있는 소결체를 생성하기 위해 입자 크기가 -10mm인 철광석, 플럭스 및 코크스 및 식물 고형 폐기물의 녹색 혼합물의 응집 공정을 설명하는 데 사용되는 일반적인 용어입니다. BF에 존재하는 조건. 분진, 슬러지, 슬래그 및 밀 스케일 등과 같은 고형 폐기물은 이들 물질의 복잡한 화학 구조 및 광물 성분으로 인해 소결 혼합물에 사용됩니다. 소결 과정은 http://www.ispatguru.com/the-sintering-process-of-iron-ore-fines-2/

링크에서 사용할 수 있는 별도의 기사에 자세히 설명되어 있습니다.

소결 과정에서 미세한 코크스 입자의 연소가 700℃에서 800℃ 사이의 온도에서 시작되면서 CO(일산화탄소) 가스가 형성됩니다. 철광석 코어의 표면과 부착된 미세 입자는 자철광으로 환원됩니다. 온도가 1100℃까지 상승함에 따라 Fe2O3.CaO, FeO.CaO 및 FeO.SiO2와 같은 저융점 상이 고체-고체 반응에 의해 형성됩니다. 이 단계에서 SFCA(칼슘과 알루미늄의 규소페라이트)라고 하는 상이 형성됩니다. SFCA는 소량의 Al2O3와 SiO2가 용해된 CaO.2Fe2O3의 고용체로 식별됩니다. 이 단계는 복잡한 4차 단계로 간주됩니다.

소결 과정에서 소결층을 빠르게 통과하는 화염면으로 인해 평형 상 관계에 정상적으로 도달하지 못합니다. 이는 소결의 높은 정도의 불균일성과 열역학적 고려 사항에서 예상하지 못한 비평형 상의 형성을 초래합니다. 따라서 소결의 조성은 개별 광석 및 플럭스 입자의 특성과 이들 사이의 반응 정도에 따라 벌크 재료의 장소에 따라 다릅니다.

거시적으로 소결은 불규칙한 기공이 큰 불균일한 구조를 가지고 있습니다. 미시적으로 그것은 결합 단계, 잔존 광석 입자, 남은 유리상 및 매우 작은 불균일한 기공 및 균열로 구성됩니다. 온도, 조성, 산소 분압, 시간 및 대기와 같은 다양한 매개변수에 따라 다른 상이 다른 비율로 형성되고 다른 형태가 발생합니다. 형태는 본질적으로 형성 방식을 반영하며 특정 화학 조성, 소결의 가열 및 냉각 속도와 관련이 있습니다.

침상 SFCA는 1185℃ 이하에서 형성되기 시작합니다. 온도가 1245℃로 상승하면 미반응 적철광이 사라지고 SFCA 결정 크기가 증가합니다. SFCA는 온도가 1300℃를 초과하면 분해되기 시작하여 산소분압이 높고 온도가 1350℃보다 낮으면 적철광을 형성하고, 산소분압이 낮고 온도가 1350℃보다 높으면 자철광을 형성한다. 슬래그 성분이 있는 C는 용융물로 재분배됩니다. SFCA의 분해는 분해 온도 이상의 시간에 의해 강화되고 최대 온도가 증가합니다.

소결 공정에서 위의 화학 반응은 고온에서 발생하여 철광석 미분 및 플럭스의 동화 및 결합을 위한 고체 액체 반응 동안 사용되는 용융상을 형성합니다. 공정 동안, 용융물의 형성은 온도가 1100℃ 이상인 화염면에서 발생합니다. 이것은 용융물이 응고되어 소결 내 다른 상 대부분을 구성하는 결합 상이 됩니다. 주요 결합 단계는 일반적으로 SFCA로 구성됩니다.

용융상의 부피는 소결 과정에서 중요한 역할을 합니다. 과도한 용융은 균질한 유리질 구조로 되어 환원성이 낮고, 용융 농도가 너무 낮으면 강도가 부족하여 리턴 미인이 많이 발생합니다.

소결 중 화학 반응은 불균일한 미세 구조를 가진 다상 재료인 소결 케이크의 형성을 초래합니다. 그것은 주요 상이 적철광, 자철광, 철광석, SFCA, 규산이칼슘 및 유리상인 여러 광물상으로 구성됩니다. 상이한 상의 광물학적 분포는 기계적 강도 및 BF 감소 동안의 거동과 같은 소결의 품질을 부여하는 소결의 미세 구조를 결정합니다. SFCA는 소결에 풍부하고 소결 품질에 큰 영향을 미치기 때문에 결합 단계에서 가장 중요한 구성 요소로 간주됩니다.

소결 메커니즘에서 소결 상은 1100℃ 이상의 온도에서 소결 공정 중에 주로 형성된다는 것이 분명합니다. 따라서 소결 공정의 온도-시간 특성은 소결의 미세 구조 및 상 조성에 크게 기여합니다.

소결층의 온도 프로파일은 가열 사이클 동안 최대 온도까지 급격하게 상승하는 것이 특징입니다. 도달한 최대 온도는 일반적으로 1300°C보다 높으며 1350°C까지 높을 수 있습니다. 최대 온도에 도달한 후 완만한 경사는 냉각 주기 동안 완성된 소결의 냉각이 상대적으로 느리다는 것을 나타냅니다.

소결 공정 중 베드 투과성의 변화로 인해 소결 베드에서 위에서 아래로 다른 온도 프로파일이 얻어집니다. 따라서 가열 속도, 최대 온도 도달, 1100℃ 이상의 온도에서의 시간 및 냉각 속도는 일반적으로 소결층의 상부, 중간 및 하부 층에서 다릅니다. 다른 온도-시간 특성으로 인해 소결층을 통한 상 조성의 변화가 있습니다. 이러한 차이 때문에 소결은 다음과 같이 분류될 수 있습니다.

• 상부 소결 - 일반적으로 약하고 부서지기 쉬우며 허용되는 크기 등급으로 낮은 소결 수율을 제공합니다. 이 소결체는 고온에서 용융되고 그 후 즉시 냉각된다. 소결은 소결 가닥에서 차갑게 배출됩니다.
• 중간 소결 – 이 소결은 용융 및 어닐링을 위한 최적의 조건에서 형성되며 허용되는 크기 등급으로 최대 소결 수율을 제공합니다. 소결은 소결 가닥에서 차갑게 배출됩니다.
• 바닥 소결 – 이 소결은 뜨거운 소결 브레이커와 배출 스크린을 거쳐 소결 냉각기로 통과하면서 뜨겁게 배출되고 심하게 냉각됩니다. 이는 허용 가능한 크기 등급으로 더 낮은 소결 수율을 제공하는 열악한 물리적 특성을 초래합니다. on-strand 냉각이 적용되면 소결은 중간층의 소결과 거의 동일한 특성을 갖습니다.

  일반적으로 소결체는 부피 기준으로 산화철 40~70%, 페라이트 20~50%가 대부분 SFCA, 규산이칼슘 약 10%, 유리상 약 10%로 구성됩니다. 또한 황화물(FeS), 휘석[(Mg,Fe)SiO3], 석영 및 석회를 소량 포함할 수 있습니다. 소결 반응은 각 광물상의 부피 분율을 조절하고 SFCA 상의 농도와 미세 구조를 특별히 조절합니다. 이것은 차례로 소결의 특성을 제어하고 향상시킵니다.

소결 품질은 소결의 물리적 및 야금학적 특성을 나타냅니다. 소결 품질은 일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.

• 파쇄 또는 텀블러 시험으로 측정한 실온 소결물의 물리적 강도 또는 냉간 강도
• 환원 분해 시험에 의해 결정된 저온(550℃)에서 환원 후 소결 파괴인 환원 분해 지수(RDI)의 값입니다.
• 900℃에서 환원성 시험에 의해 결정된 소결의 환원성을 결정하는 연성 지수(RI)
• 1150℃ 이상의 온도에서 환원하는 동안 소결이 연화, 용융 및 적하되기 시작하는 온도와 관련된 소결의 고온 연화 및 용융 특성
• 이러한 모든 특성은 소결의 미세구조, 특히 결합 단계, 특히 SFCA에 의해 좌우되며, 이는 소결 내 대부분의 단계(최대 80%)를 구성합니다.

일반적으로 표준화된 시험에 따라 평가되는 위의 모든 특성은 소결체의 광물학, 미시적 및 거시적 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 품질을 평가하기 위해 소결 입자에 대해 수행되는 이러한 테스트의 재현성은 이러한 소결 입자가 동일한 벌크 재료에서 얻은 경우에도 소결 입자 간의 상 조성의 높은 정도의 변동성으로 인해 낮습니다.

광석 입자 크기는 중요한 역할을 합니다. 미세한 광석의 동화 능력은 거친 입자의 동화 능력보다 큽니다. 철광석 미분말의 반응 표면적이 높기 때문에 반응 속도가 더 빨라집니다. 그러나 더 높은 농도의 용융물이 형성되면 용융물의 유동성이 감소합니다. 따라서 용융물과 고체 입자 사이의 대규모 이동 증가와 관련이 있기 때문에 소결층의 투과성을 개선하기 위해 소결 혼합물에 굵은 입자를 포함할 필요가 있습니다.

더 큰 입자가 포함된 소결 베드의 소결성은 소결 베드의 개선된 투과성과 공정 중 개선된 소결 반응으로 인해 개선됩니다. 더 큰 입자가 소결층에서 사용 가능하면 입자 주위에 낮은 밀도 영역이 형성되어 소결층의 투과성을 향상시킵니다. 소결층 투과성의 증가로 인해 가스 유속과 화염 선단 속도는 미세한 입자보다 큰 입자 주위에서 더 높습니다. 따라서 용융 반응과 동화는 용융의 높은 유동성으로 인해 큰 입자 주위에서 빠르게 발생합니다.

소결의 중요한 품질 관련 특성

다음은 소결체의 중요한 품질 관련 특성입니다.

• 소결 구조는 소결 강도 및 환원성에 유익한 특성을 가진 페라이트의 존재를 포함합니다. 최적의 구조는 일반적으로 침상 페라이트 격자로 둘러싸인 적철광 핵에 의해 형성됩니다. 이 구조는 더 높은 소결 염기도로 작업할 때 선호됩니다.
• 철광석의 크기는 소결성에 영향을 미칩니다. 철광석의 크기가 커지면 소결 생산성은 높아지지만 텀블러 강도를 약간 낮추고 콜라를 조금 절약할 수 있다.
• 소결의 광물학은 물리적 및 화학적 특성보다 화학적 구성에서 더 쉽게 예측할 수 있습니다.
• 소결에서 MgO 농도를 높이면 스피넬(마그네슘 산화알루미늄)과 유리상의 양이 증가합니다. MgO가 자철광을 안정화시켜 적철광 함량을 감소시키고 적철광이 자철광으로 환원되는 동안 소결에 더 낮은 응력을 유발하기 때문에 소결에 MgO가 존재하면 RDI가 향상됩니다.
• 소결에서 SiO2 농도를 높이면 총 SFCA의 양이 증가하고 침상/기둥형 SFCA 비율과 유리상 함량이 감소합니다.
• SFCA 상의 농도는 증가했지만 소결체의 Al2O3 함량이 증가하면 화학적 및 물리적 특성이 급격히 저하됩니다. 알루미나 함량이 증가함에 따라 침상, 주상 및 괴상 SFCA의 양이 크게 증가하고 수지상 및 공융 SFCA의 양이 크게 감소합니다.
• 철 소결체의 MgO 및 SiO2 함량은 물리적 및 화학적 특성에 상호 관련된 영향을 미치는 것으로 보입니다. 따라서 다양한 양의 MgO 및 SiO2가 소결 특성에 미치는 영향을 예측하는 것은 복잡합니다. 유일한 명확한 경향은 MgO 함량이 증가함에 따라 증가하는 AI(마모 지수)와 소결의 SiO2 함량이 증가함에 따라 감소하는 소결의 RI 및 AI입니다.
• FeO 함량이 낮은(<8%) 소결체는 더 나은 환원성을 제공합니다. 광석 혼합물의 화학적 조성이 고정되면 FeO는 소결 조건, 특히 코크스 비율의 표시를 제공할 수 있습니다. 소결 내 FeO 함량의 증가는 RDI 지수를 낮추(개선)합니다. 그러나 FeO 함량이 증가하면 환원성이 감소합니다. 다른 소결 특성을 변경하지 않고 RDI를 개선하려면 최적의 FeO 함량을 찾는 것이 중요합니다.
• 플럭스가 원료 소결 혼합물에 첨가되는 광물 형태(예:산화물 대 탄산염)는 생성된 소결의 광물학 및 특성에 뚜렷한 영향을 미칩니다.
• 원재료의 다양한 화학 조성과 입자 크기 분포가 불균일하기 때문에 소결 과정에서 반응이 불균일하고 불균일한 구조의 소결이 생성됩니다.