제철을 위한 Tecnored 공정

제철 공정

Tecnored 공정은 브라질의 'Tecnored Desenvolvimento Tecnológico S.A.'가 개발한 저압 이동층 환원로를 기반으로 하여 저온 결합, 탄소 베어링, 자가 플럭싱 및 자가 환원 펠릿을 감소시킵니다. 환원은 전형적인 환원 온도에서 독특한 디자인의 짧은 높이 용광로에서 수행됩니다. 이 과정에서 뜨거운 금속(액철)이 생성됩니다.

Tecnored 기술은 '코크스가 없는' 제철 공정으로 구상 및 개발되어 고온 금속 생산 시 온실 가스 배출량을 크게 줄이는 것 외에도 환경에 유해한 코크스 오븐의 투자 및 운영을 방지합니다.

Tecnored 공정은 열풍과 냉풍의 조합을 사용하며 추가 산소가 필요하지 않습니다. 코크스 설비, 소결 설비 및 톤수 산소 설비가 필요하지 않습니다. 따라서 이 공정은 기존 제철 공정보다 운영 및 투자 비용이 훨씬 낮습니다.

Tecnored 공정은 처리할 수 있는 철 베어링 및 탄소 베어링 원료의 유형과 관련하여 유연합니다. 펠릿이나 연탄을 제련하는 공정의 능력, 또는 둘 다 혼합된 장입물은 광범위한 대체 사료 재료를 사용할 수 있는 수단을 제공합니다. 이 공정은 생산성이 높고 에너지 효율이 높습니다.

Tecnored 공정은 또한 철 망간과 같은 철 합금 생산에 적합하다고 주장되고 있습니다.

개발의 역사

Tecnored 공정 개발의 역사는 다양한 목표를 가진 여러 단계로 구성되며, 광범위한 원자재를 테스트하고 반응기의 고유한 크기와 개념을 사용합니다.

1979년에서 1985년 사이에 용광로의 금속성 부하로서 자기환원성 펠릿을 함유한 황철석 재를 사용하는 것에 관한 개발 활동이 수행되었다. 이 자기 감소 개념은 새로운 프로세스를 개발하기 위해 적용되었습니다. 1985년에 Tecnored 로의 개념은 이 기술의 두 가지 주요 특징으로 고체 연료용 측면 공급 장치와 상부 샤프트의 후연소를 포함하여 공식화되었습니다. 1985년에 Tecnored 용광로의 첫 번째 프로토타입 조립이 브라질 산타 카타리나(Santa Catarina) 주에 위치한 Joinvile 시에서 시작되어 파일럿 플랜트 규모에서 환원 과정을 경험했습니다.

1985년에서 1990년 사이에 첫 번째 작동 및 기하학적 매개변수를 설정하는 것 외에도 새로운 용광로 개념의 타당성을 입증하는 것을 목표로 직경 400mm의 작은 원형 용광로에서 공정 개발이 ​​이루어졌습니다. 이 개발 단계에서 우수한 연속 공급 및 태핑(최대 24시간 연속 가열)이 달성되어 Tecnored 퍼니스 개념의 적절성을 확인했습니다. 이 단계에서 얻은 결과는 표현력이 풍부했지만, 개발의 다음 단계를 결정하기 위해서는 경험적 개발 방법보다 프로세스에 대한 더 근본적인 이해가 필요했습니다. 따라서 더 큰 파일럿 용광로의 설계 및 구성을 위해 Tecnored 용광로에서 자체 환원 펠릿의 거동에 대한 매우 포괄적인 수학적 모델링이 구축되었습니다.

1990년에서 1993년 사이에 직경 600mm의 더 큰 원형로에서 공정 개발이 ​​수행되었습니다. 이것은 더 긴 캠페인, 더 높은 운영 안정성, 수학적 모델링 및 사후 연소의 더 높은 수율을 기반으로 한 기하학적 및 운영 조정을 달성하는 것을 목표로 수행되었습니다. 이 단계에서 달성한 결과는 보다 긴 기간 동안 부드러운 작동 안정성, 장입량 공급 속도의 제어 및 유지, 슬래그 및 열간 금속 태핑 절차의 제어, 공정의 유체 역학 개선, 열 및 기체에 대한 면밀한 평가였습니다. 용광로 내부의 프로필. 그러나 600mm 용광로는 기술의 실험적 개발을 지원하기 위해 한계에 도달했으며 3년의 실험 끝에 직경 1000mm의 더 큰 새로운 파일럿 용광로에서 개발 프로세스를 계속하기로 결정했습니다. 또한 이 기간의 공정에 대한 수학적 모델링은 더 큰 용광로 외에 더 높은 생산량을 달성하기 위해 Tecnored 용광로에서 적절한 궤도 및 화염 엔지니어링을 유지하기 위해 용광로의 형상이 원형에서 변경되어야 함을 나타냅니다. 직사각형 단면으로.

1994년에서 ​​1995년 사이에 1000mm 직경의 원형로에서 공정 개발이 ​​수행되었습니다. 이는 모델링에 표시된 대로 원형로의 증가하는 한계를 확인하는 것 외에도 대형 용해로에서 기하학적 및 작동 매개변수를 확인하기 위한 목적으로 수행되었습니다. 더 큰 원형 시험로의 운전 중 달성된 결과는 높은 운전 안정성, 우수한 용광로 제어, 긴 캠페인 기간, 우수한 용선 및 슬래그 품질 등을 확인했습니다. 또한 1000mm 직경의 시험로는 용광로의 수학적 모델링 예측을 확인했습니다. 크기는 원형 동안 증가할 수 없으며 모듈식 개념의 생성을 위한 길을 열었습니다. 즉, 직사각형 용광로를 사용하면 고정 단면을 유지하면서 추가 모듈을 추가하여 생산량을 늘릴 수 있습니다. 이로 인해 직사각형 단면의 Tecnored 용광로의 전체 크기 모듈식 슬라이스를 만들기로 결정했습니다.

1996년에 새로운 용광로 개념의 테스트는 하나의 풍구만 있는 작은 파일럿 용광로를 사용하여 수행되었습니다. 달성된 운영 결과는 자가 환원 덩어리를 사용하는 제철에 대한 새로운 개념의 적절성을 입증했습니다. 결과를 바탕으로 Tecnored 파일럿 용광로의 전체 크기 모듈식 슬라이스가 구성되었습니다.

1997년에서 2000년 사이에 전체 크기 슬라이스를 사용하여 산업로의 설계를 지원하는 위험 감소 절차 및 테스트가 수행되었습니다. 이 새로운 직사각형 디자인을 기반으로 하는 용광로의 모듈성은 예비 셀룰러 용광로의 성공적인 건설 및 테스트를 통해 활용될 수 있습니다. 이 단계에서 100개 이상의 개별 테스트에서 전체 규모의 모듈식 슬라이스에서 일주일 동안 지속되는 테스트 실행이 수행되어 최대 1000시간의 작동 시간이 추가되었습니다. 이 100번의 테스트 실행을 통한 개발 과정에서 1000톤 이상의 고품질 고온 금속이 생산되었습니다. 용선의 품질은 고로의 용선과 유사했습니다. Tecnored 공정 개발의 파일럿 플랜트 단계를 성공적으로 완료함으로써 순수 철 설비 플랜트와 광산 및 제철소 폐기물 재활용 플랜트를 위한 산업 규모의 시설 건설을 위한 기반을 마련했습니다.

파일럿 플랜트 운영 중에 Tecnored 퍼니스는 이 야금 공정을 개발하는 새롭고 매우 유익한 방법임이 입증되었으며 첫 번째 운영 시설에 필요한 기본 퍼니스 설계 매개변수는 파일럿 플랜트 테스트 과정에서 결정되었습니다. 테스트는 연간 75,000톤을 처리할 수 있는 IDP(산업 실증 플랜트) 건설 프로젝트 개발에 도움이 되었습니다.

IDP는 브라질 상파울루 주의 Pindamonhangaba 시정촌에 있습니다. 2008-2009년 동안 IDP의 건설이 완료되고 운영 라이센스가 획득되었습니다. 2011년까지 Tecnored 노의 주변 장치 및 액세서리에 대한 수정이 완료되고 원료 개발 프로젝트가 시작되었으며 Tecnored 노의 시동이 시작되었습니다. 2012년에는 Tecnored 용광로 가동이 시작되었고 브라질 파라 주의 Carajas에 연간 300,000톤의 더 큰 공장 건설을 위한 타당성 조사가 시작되었습니다.

Tecnored 프로세스

Tecnored 공정은 철광석 미분 또는 철 함유 잔류물과 애완용 코크스, 석탄, 목탄 또는 탄소 함유 잔류물의 미세분말에서 생성된 냉간 접착 자가 환원 응집체(펠렛 또는 연탄)를 사용하는 제철 기술에 대한 새로운 접근 방식입니다. 융제 및 결합제와 혼합된 이러한 재료는 건조기에서 응집 및 경화되어 Tecnored 공정의 물리적 및 야금학적 요구에 충분한 강도를 갖는 연탄/펠렛을 생성합니다. 생산된 덩어리는 Tecnored 노로 알려진 고효율 및 독특한 디자인의 용광로에서 제련됩니다. Tecnored 로는 낮은 굴뚝 높이로 인해 녹색 석유 코크스, 석탄 또는 반 코크스와 같은 저렴한 고체 연료를 사용합니다.

이 공정의 주요 특징은 미세한 철광석이나 잔류 산화물, 석탄/숯 미분말(또는 석유 코크스)과 같은 비교적 저렴한 재료를 환원제/연료로 사용한다는 것입니다. Tecnored 용광로는 프로세스의 핵심입니다.

공정의 개략적인 흐름도는 그림 1에 있습니다.

그림 1 Tecnored 프로세스의 개략적인 순서도

이 공정은 시멘트를 바인더로 사용하여 140mesh 이하의 철광석 미분말, 200mesh 이하의 코크스 미분말, 140mesh 이하의 소석회와 같은 플럭스를 펠릿화하는 공정으로 구성됩니다. 펠릿은 Tecnored 노의 상단에 공급되기 전에 200℃에서 경화 및 건조됩니다. 퍼니스의 내부 압력은 약 0.25kg/sq cm ~ 0.37kg/sq cm 범위로 유지됩니다. 퍼니스에서 장입물의 총 체류 시간은 약 30분에서 40분입니다. 40mm에서 80mm 범위의 고체 연료는 측면 공급기를 사용하여 뜨거운 펠릿 영역 아래의 용광로에 공급됩니다. 약 1150℃의 뜨거운 공기는 코크스에 연소 공기를 제공하기 위해 노 측면에 위치한 송풍구를 통해 불어넣어집니다. 소량의 용광로 가스는 고체 연료 건조 및 예열에 사용하기 위해 측면 공급기를 통해 흐를 수 있습니다. 콜드 블라스트 공기는 상부 샤프트에서 CO의 사후 연소를 촉진하기 위해 더 높은 지점에서 불어넣어집니다. 황 함량이 높은 고체 연료를 사용하는 경우 환경 규정을 충족하기 위해 노 가스에 대한 정교한 세척 시스템이 필요합니다. 생산된 뜨거운 금속은 슬래그를 제거하기 위해 레이들을 기울일 수 있는 레이들 카의 레이들에 두드립니다. 액체 철은 국자에서 탈황되고, 슬래그는 슬래그 냄비에 긁어 모아집니다.

용광로는 (i) 상부 샤프트 구역, (ii) 용융 구역, (ii) 하부 샤프트 구역의 3개 구역이 있습니다.

용광로의 상부 샤프트 구역에서 고체 연료가 상부 샤프트에 충전됩니다. 연료의 부두아르 반응(CO2 + C =2 CO)을 방지하여 에너지를 절약합니다. 노의 이 구역에서 후연소는 CO를 연소시켜 예열 및 장입물 감소를 위한 에너지를 제공합니다. 또한 펠릿 내부에서 다음 반응이 매우 빠른 속도로 발생합니다.

FexOy + yCO =xFe + yCO2

yCO2 + yC =2yCO

용융 영역에서는 충전물의 환원 분위기로 인해 재산화가 방지됩니다. 전하의 용융은 환원 분위기에서 발생합니다.

용광로의 하부 샤프트 구역에는 저등급 고체 연료가 장입됩니다. 저등급 고체 연료에는 용광로의 낮은 스택 높이로 인해 폐기된 플라스틱 및 중고 타이어도 포함될 수 있습니다. 이 구역에서 잔류 산화철의 잔류 환원 및 맥석 물질과 연료 재의 슬래깅 반응이 액체 상태에서 발생합니다. 또한 금속 및 슬래그 방울의 과열이 발생합니다. 이 과열된 금속 및 슬래그 방울은 중력으로 인해 용광로 노로로 가라앉고 거기에 축적됩니다.

이 공정은 탄소 단위의 두 가지 다른 투입물, 즉 (i) 환원제 및 (ii) 고체 연료를 사용하여 공정의 유연성을 최적화합니다. 환원제는 일반적으로 석탄 미분이지만 실질적으로 모든 유형의 탄소 농축 물질의 미분을 사용할 수 있습니다. 자체 환원 응집체(펠렛 또는 연탄)가 생성되는 혼합물에 첨가됩니다. 필요한 석탄 미분의 양은 C/F(탄소 대 광석 미분) 비율에 의해 결정되며, 일반적으로 공정에 필요한 열을 제공함으로써 충전량을 완전히 감소시키기에 충분합니다. 자체 환원에서 외부 CO는 환원 과정에서 중요한 역할을 하지 않습니다.

울퉁불퉁한 고체 연료는 측면 공급기를 통해 충전되며(상부 샤프트에서 흡열 용액 손실 Boudouard 반응을 피하기 위해) 숯 베드를 형성하고 공정에서 요구하는 대부분의 에너지를 제공합니다. 이 에너지는 1차 폭발(C + O2 =CO2)과 2차 폭발에 의해 형성되며, 여기서 상류의 CO는 노로에서 고체 연료의 가스화에 의해 생성되며 연소됩니다(CO + ½O2 =CO2). 그림 2는 Tecnored 퍼니스의 개략적인 횡단면을 보여줍니다. 여기에서 이 두 가지 중요한 특징이 강조됩니다.

그림 2 Tecnored 노의 단면

Tecnored 공정에 사용되는 두 탄소 단위의 궁극적인 기능이 다르기 때문에 화학적 조성뿐만 아니라 크기 범위와 관련하여 이 두 탄소 단위의 고유한 사양이 있습니다. 고체 연료 부분에는 Tecnored 공정에서 고체 연료에 필요한 물리적 및 열적 요구 사항을 처리할 수 있는 일반적으로 40mm에서 80mm 크기의 덩어리진 물질이 필요합니다.

Tecnored 퍼니스에 사용되는 덩어리진 연료는 액체 및 기체상의 균일한 흐름을 위해 퍼니스의 노로에서 투과성을 생성하는 데 필요합니다. 따라서 공정에서 사용하도록 선택된 고체 연료는 측면 공급기의 끝점에서 탄화 공정(그림 3) 후 장입물의 하중을 지지할 수 있을 만큼 충분히 강한 골격을 가진 울퉁불퉁한 탄화물을 제공해야 합니다. , 적절한 RAFT(레이스웨이 단열 화염 온도) 및 화염 기하학을 촉진하는 좋은 반응성 외에. 또한 숯 베드 상단에서 원하는 CO/CO2 비율을 생성할 수 있어야 합니다.

그림 3 Tecnored 노에서 고체 연료의 차화 과정

그러나 용광로의 높은 체적 생산성으로 인해 차르 베드에 가해지는 기계적 부하가 극도로 작아서 샤프트 높이가 더 낮은 용광로가 생성된다는 점을 언급하는 것이 다소 중요합니다. 이 공정의 특징은 코크스를 사용하지 않고 노의 기능을 설명하고 저급 고체 연료의 사용을 허용하는 주요 이유 중 하나입니다.

고온 금속 1톤당 연료의 특정 소비량은 탄소 3~4.5% 및 Si 0.2~1.0%가 포함된 고온 금속을 생산하기 위한 석탄 250kg과 고체 연료 310kg입니다. 뜨거운 금속 온도는 일반적으로 1380°C에서 1430°C 사이입니다.