제조공정
산업 제조
제철을 위한 Romelt 공정
제철용 로멜트 공정은 용선(액철) 생산을 위한 제련 환원 공정입니다. 이 공정은 러시아 국립과학기술대학 'MISiS'(이전에는 모스크바 철강 합금 연구소로 알려짐)에서 개발했습니다. 이 프로세스의 개발 작업은 Vladimir Roments가 이끄는 'MISiS' 과학자 그룹이 이 프로세스의 설계 작업을 시작한 1978년에 시작되었습니다. 러시아 최초의 특허는 1979년에 획득되었습니다.
노볼리페츠크 제철소(NLMK)에서 1985년에 20제곱미터의 노로 면적과 연간 40,000톤의 용선을 생산할 수 있는 시험 생산 공장이 시운전되었습니다. 파일럿 플랜트는 Moscow Gipromez가 설계했습니다. 신뢰할 수 있는 Vanyukov의 용광로의 설계는 이 새로운 뜨거운 금속 제조 방법의 원형으로 채택되었습니다. 이 공정은 1985년과 1998년 사이에 이 파일럿 공장에서 테스트 및 마스터되었습니다. 이 기간 동안 41개의 캠페인이 수행되었으며 각 캠페인에는 시작 및 감속이 포함되었으며 용광로에서 용광로의 슬래그와 용광로의 전체 태핑이 포함되었습니다. 이 기간 동안 파일럿 플랜트에서 40,000톤 이상의 고온 금속이 생산되었으며 제강용 BOF(염기성 산소로)에서 추가로 사용되었습니다.
로멜트 기술을 기반으로 한 열간 금속 생산을 위한 최초의 산업 공장이 미얀마에 건설되고 있습니다. 이 공장은 Leningrad Gipromez가 설계했으며 Rostec의 자회사인 Tyazpromexport가 공급하고 있습니다. 이 공장은 연간 200,000톤의 생산 능력을 가지고 있으며 Pang Pet 광상으로부터의 선광 없이 철광석을 가공하는 기반입니다. Pang Pet 광상은 Fe 함량이 최대 29%입니다. 이 공장은 계태 석탄전에서 나오는 무점결탄을 사용할 것입니다. 미얀마 Romelt 공장의 전경은 그림 1과 같습니다.
그림1 미얀마 로멜트 공장 전경
원료 및 공정의 특수 기능
Romelt 공정에 공급되는 산화철은 어떤 철 함유 물질도 될 수 있습니다. 철광석 미분 및 정광, 고로 및 BOF 분진 및 슬러지, 밀 스케일, 철 함유 슬래그, 스카핑 폐기물 및 선삭, 철 분진 등 15% ~ 20% 휘발성 물질 및 약 8%의 습식 비점결탄 10% 재를 사용할 수 있습니다. 고형 공급물(석탄, 산화철 및 플럭스)은 용광로에서 중력에 의해 충전됩니다.
Romelt 공정의 특별한 특징에는 (i) 광범위한 철 함유 재료를 사용할 수 있는 유연성, (ii) 원료 준비가 필요 없음, (iii) 비점결탄을 연료 및 환원제로 사용, (iv) ) 코크스 오븐 및 소결 설비와 같은 지원 생산 장치가 필요하지 않음, (v) 산소 설비를 포함한 전체 설비 요구 사항을 충족하기에 충분한 전력을 생성할 수 있는 능력, (vi) 용광로(BF)에 비해 용선 비용 절감 ) 경로 및 (vii) 폐기물 처리에 사용할 수 있으며 이 경우 용선 비용이 더욱 절감됩니다.
프로세스 원칙
Romelt 공정은 단일 단계 액상 철 환원 공정입니다. 이 과정에서 철 함유 재료는 중력에 의해 슬래그 수조에 공급되고 가스에 의해 교반됩니다. 그들은 슬래그에 용해됩니다. 철 산화물은 석탄 탄소의 도움으로 슬래그에서 환원되며, 석탄도 중력에 의해 공급되어 수조로 불어넣어집니다. 열 및 물질 전달을 강화하기 위해 슬래그 표면 아래에 주입되는 산화 가스로 슬래그 배스 버블링이 수행됩니다. CO 및 H2를 포함하는 가스는 용융된 슬래그에서 발생합니다. 발생된 가스는 상단에서 연소됩니다. 이 후 연소의 열은 대부분 슬래그 수조에서 일어나는 반응에 열 에너지를 제공합니다. 효과적인 공정의 핵심 요소는 연소 후 영역과 슬래그 수조 사이의 활성 열 전달입니다.
프로세스 설명
Romelt 공정은 용선 생산을 위한 단일 단계 제련 환원 기술을 사용합니다. 이 공정은 철광석 및 폐기물의 산화철 환원을 위해 무점결탄을 사용합니다. 프로세스의 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2 Romelt 프로세스의 개략도
철 함유 물질, 석탄 및 플럭스는 계량 호퍼를 사용하여 해당 빈에서 공통 컨베이어로 공급됩니다. 퍼니스로의 장입은 퍼니스 지붕의 구멍을 통해 수행됩니다. 장입 후의 재료는 격렬한 교반으로 인해 슬래그 수조에 직접 들어가기 때문에 장입 재료의 예비 혼합이 필요하지 않습니다. 압력 하에서 작동하는 다른 공정의 장치에 사용되는 수문 장치는 Romelt 용해로에서 필요하지 않습니다. Romelt 노의 작업 공간은 유도 통풍 팬에 의해 보장되는 1mm ~ 5mm 수주의 음압하에 있습니다. Romelt 용해로의 제련로의 개략도는 그림 3에 나와 있습니다.
그림 3 Romelt 노의 개략도
액체 슬래그 수조는 슬래그 층 아래에 위치한 하부 송풍구를 통해 산소 또는 산소-공기 혼합물과 함께 송풍됩니다. 송풍구는 구조가 간단하고 작동이 안정적입니다. 그들은 슬래그 수조의 필요한 교반을 보장합니다. 교반 액체 슬래그에 존재하는 비점결탄은 철 함유 부담에 존재하는 산화철을 감소시킨다. 산화철의 환원으로 생성된 액체 철은 탄소가 풍부해집니다. 액체 철 방울은 중력 때문에 용광로로 이동합니다.
용광로에는 3개의 구역이 있습니다. 첫 번째 영역은 교반된 슬래그의 영역입니다. 이것은 모든 반응이 일어나는 영역입니다. 두 번째 영역은 생산된 뜨거운 금속이 수집되는 난로 바닥입니다. 세 번째 구역은 잔잔한 슬래그 구역으로 첫 번째 구역과 두 번째 구역 사이에 위치합니다. 두 번째와 세 번째 구역은 생산된 용선과 슬래그를 수용할 수 있는 충분한 용량이 필요합니다.
2개의 라이닝된 챔버(수조)가 퍼니스의 끝 측면 중 하나에 각각 위치합니다. 그들은 뜨거운 금속과 액체 슬래그의 분리 태핑에 사용됩니다. 섬프는 높이가 다른 채널로 작업 공간과 연결됩니다. 이것은 뜨거운 금속과 액체 슬래그를 금속과 슬래그 섬프로 분리하여 운반하는 것을 보장합니다. 다른 높이에 위치한 뜨거운 금속 및 액체 슬래그의 탭핑을 위한 탭 구멍이 있습니다. 이 배열은 용광로 용량과 일치하는 속도로 액체 제품(용열 금속 및 슬래그)의 연속적이고 자유로운 태핑을 보장합니다.
슬래그 욕에서 부하 물질의 용융 및 환원에 필요한 열은 하부 송풍구 근처에서 무점결탄의 탄소가 CO로 연소되기 때문에 이용 가능한 열보다 높습니다. 따라서 이 공정의 주요 특징은 상부 송풍구를 통해 불어오는 산소에 의해 욕조에서 방출되는 CO, H2 및 석탄의 휘발성 물질의 연소 후입니다. CO2 및 H2O로의 가스 후 연소는 원료 처리를 유지하는 데 필요한 슬래그 수조에 추가 열을 제공합니다.
영구적으로 뜨거운 금속과 잔잔한 액체 슬래그를 포함하는 화로와 노 수조의 하부는 내화 벽돌로 늘어서 있습니다. 이 구역에서 내화 라이닝은 적절한 온도와 대기의 비산화 특성으로 구성된 유리한 조건하에 있습니다. 교반 슬래그 영역에서 용광로 벽은 구리로 만든 수냉식 패널로 구성됩니다. 슬래그 스컬 라이닝의 형성은 열 손실을 줄이고 마모 가능성을 제거합니다. 이것은 또한 가스 슬래그 금속 에멀젼의 가장 공격적인 공격 장소에서 라이닝의 마모를 방지합니다. 슬래그 수조 위의 벽은 강철로 만든 수냉식 패널로 만들어집니다. 용광로 지붕도 수냉식입니다.
연소 후 최대 1700℃의 가스가 수냉식 배기관을 통해 폐열 보일러로 흐릅니다. 거기에서 가스는 자연적인 공기 유입으로 완전히 연소되고 250℃에서 300℃로 냉각됩니다. 에너지가 회수되고 가스가 냉각되면 가스 세정 시스템에서 세척되고 탈황되어 굴뚝을 통해 대기로 배출됩니다. 배기관에서 측정된 Romelt 노에서 발생하는 연도 먼지는 장입물 중량의 평균 약 3%입니다.
슬래그 수조에서 석탄의 거동
환원 메커니즘에 관계없이 석탄은 이 과정에서 환원제의 유일한 공급원입니다. 정상적인 조건에서 공정을 실행하는 데 사용되는 석탄의 범위에는 주요 제한 사항이 없습니다. 고정탄소, 회분 및 휘발성 물질의 함량이 다른 석탄 중 하나를 환원제로 사용할 수 있습니다. 그러나 특정 석탄과 산소 소비량은 사용된 석탄의 구성에 따라 크게 달라집니다.
Romelt 공정에서 준비되지 않은 습식 석탄은 위에서 슬래그 수조로 떨어지고 있습니다. 휘발성 물질은 슬래그 수조에서 발생하며 공정 진행에 자극적인 영향을 미칩니다. 공정의 재료 균형과 열 균형은 모두 휘발성 물질이 생성되는 방식과 형태 및 로에서 주요 공정을 수행하는 역할에 따라 다릅니다. 그렇기 때문에 석탄의 휘발성 물질의 거동은 사용되는 석탄의 등급에 관계없이 Romelt 공정에서 가장 중요한 포인트 중 하나입니다.
Romelt 공정의 석탄 사용량은 (i) 하부 송풍구에 주입된 산소와 반응하여 CO를 생성하는 데 필요한 석탄 소비량과 (ii) 산화물 환원에 필요한 석탄 소비량으로 구성됩니다. 석탄의 결핍은 슬래그 수조의 산화 가능성 증가의 원인이 될 수 있으며, 이는 슬래그 수조의 제어되지 않는 비등을 초래할 수 있습니다. 그러나 과도한 석탄 비율은 용선 생산 비용 증가와 함께 Romelt 노 내부의 열 조건을 악화시킵니다.
일반적으로 필요한 석탄의 양은 석탄의 고정탄소 함량에만 의존하는 것으로 보입니다. 그러나 Romelt 노에서 휘발성 물질은 액체 슬래그 수조에서 발생하는 공정에도 부분적으로 참여합니다. 휘발성 물질의 H2, CO 및 N2는 이러한 가스가 석탄에서 진화하여 기상을 생성하기 때문에 슬래그 수조에서 변화를 겪지 않습니다. 그러나 휘발성 물질의 CH4와 CO2는 CH4 =C + 2H2 및 CO2 + C =2CO 방정식에 따라 화학 반응에 참여합니다. CO2의 양이 적고 메탄(CH4)의 양이 많다면 이러한 화학적 변형은 산화물 환원을 위한 추가 탄소량의 가용성으로 이어집니다. 메탄 분해에 의해 생성된 탄소는 미세하게 분산되어 활성이 높으며 환원 반응의 동역학을 향상시킵니다.
Romelt 공정에서는 수분 함량이 약 10% ~ 12%인 습식 석탄이 사용됩니다. 용광로에서 이 수분은 H2O + C =CO + H2 방정식에 따라 증발되고 부분적으로 분해됩니다. 이는 CO와 H2로 구성된 수성 가스 생성을 위한 물 분해 반응을 진행하기 위해 추가 탄소가 필요합니다.
메탄의 분해, CO2의 CO로의 환원, 물의 분해의 세 가지 반응은 모두 슬래그 수조에서 동시에 발생합니다.
공정의 화학적 및 야금학적 측면
환원 공정의 대부분은 교반 슬래그 구역에서 발생합니다. 산소 또는 산소와 공기의 혼합물을 하부 송풍구를 통해 불어넣어 매우 교반된 수조를 생성합니다. 원료 공급물은 용융 및 환원이 일어나는 교반된 슬래그로 떨어집니다. 슬래그 수조는 약 1400 ~ 1500 ℃로 유지됩니다. 비점결탄은 이 구역에서 환원제와 연료원으로 작용합니다. 교반 슬래그 영역에서는 다음과 같은 반응이 일어납니다.
환원된 철은 밀도가 높기 때문에 슬래그와 합쳐져 분리되는 작은 방울을 형성하여 잔잔한 슬래그 구역 아래의 노의 노로로 이동합니다. 교반 및 잔잔한 슬래그 영역에서 금속과 슬래그 사이의 상호 작용은 상 사이에 미량 원소의 분할을 통해 금속이 정제되도록 합니다.
수조에서 생성된 가스(주로 CO 및 H2)는 연소 구역으로 들어갑니다. 여기에서 가스는 상단 송풍구를 통해 유입된 산소와 반응하여 제련 반응에 사용되는 에너지를 방출합니다. 연소영역에서 일어나는 반응은 아래와 같다.
연소 반응에서 방출된 에너지는 수조로 다시 전달됩니다. 열 전달은 하부 송풍구에 의해 슬래그 수조에서 생성된 높은 정도의 난류에 의해 향상됩니다. 배출 가스는 용광로에서 부분적으로만 연소되어 기존의 폐열 보일러 시스템에서 추가로 에너지를 회수할 수 있습니다.
Romelt 공정은 주로 철의 액상 환원을 기반으로 합니다. 따라서 이 공정은 두 환원 단계, 즉 고체상과 액체상의 화학적 및 에너지 측면의 균형이 더 잘 맞습니다. Romelt 공정에서 가열 및 환원의 대부분은 액상 단계로 전달됩니다.
슬래그의 산화물에서 철의 환원은 석탄 입자와 슬래그의 금속 개재물에 용해된 탄소에 의해 수행됩니다. 용광로에서 산화철 환원에 석탄이 관여함을 나타내는 두 가지 방법이 있습니다.
Romelt 노에서 환원은 (i) 석탄 입자가 슬래그와 직접 접촉할 때(60%에서 80%), (ii) 탄소가 금속 방울과 직접 접촉할 때(10%에서 15%), 및 (iii) '가스-슬래그' 경계면(10% ~ 25%). 일반적으로 석탄 입자의 직접적인 참여로 철의 85~90%가 감소합니다. 이는 Romelt 공정에서 발생하는 액상 환원과 금속에 용해된 탄소가 환원 작업에서 실질적인 역할(DIOS) 또는 주요 역할(Hlsmelt)을 수행하는 다른 제련 환원 공정과 구별됩니다.
Romelt 공정에서 슬래그 수조의 석탄 입자 함량에 대한 특정 최적 값이 있지만 이 매개변수는 광범위한 값 내에서 변할 수 있습니다. Romelt 노는 석탄으로 과적되거나 과소 적재될 수 없습니다. 최적이 아닌 양의 석탄을 장입하면 슬래그 용융물의 과산화와 제어할 수 없는 거품이 발생합니다. 따라서 과산화를 방지하기 위해 계산량을 초과하는 석탄을 로에 장입하는 경우가 많으며, 이는 공정의 안정화에 도움이 되는 경우도 있습니다. 그러나 슬래그 내 석탄 입자의 초과량에는 한계가 있습니다. 이 한계는 또한 슬래그 수조의 온도 감소, 슬래그의 산화철 함량 증가, 배출 가스의 2차 연소 정도 감소, 폐열 보일러에서 더 많은 열이 발생합니다.
용광로에 추가 산소를 공급하면 산소가 슬래그 표면에 부유하는 석탄과 완전히 반응하지 않기 때문에 2차 연소가 촉진되지 않습니다. 이 조밀한 석탄층은 석탄의 과충전 또는 산화물 함유 원료의 과충전의 결과로 형성됩니다. 층의 존재는 슬래그가 벽에 분무 및 부착되는 것을 억제하며, 이는 주로 유동하는 슬래그 및 슬래그 필름의 방울을 통해 열 전달이 일어나기 때문에 1차 가스 연소 구역에서 슬래그 수조로의 열 전달에 부정적인 영향을 미칩니다. 2차 연소 구역의 벽을 따라 내려갑니다.
Romelt 노에서 슬래그 표층의 석탄 함량이 약 20% ~ 30%이면 공정이 석탄이 2차 연소 구역에서 수조로의 열 전달을 차단하는 바람직하지 않은 영역으로 이동하는 것으로 나타났습니다. 이 체제의 발생은 슬래그에 축적된 석탄의 양과 구성뿐만 아니라, 이 난류가 석탄이 슬래그 용융물의 다른 성분과 혼합되는 효율을 결정하기 때문에 슬래그의 난류 순환 속도에 따라 달라집니다. .
제품 특성 및 특정 소비량
Romelt 공정의 열선에 대한 일반적인 분석은 탄소(4.5%), 실리콘(0.1%), 망간(0.08%), 황(0.05%), 인(0.1%)으로 구성됩니다.
Romelt 공정에서 슬래그의 일반적인 분석은 CaO – 39%, MgO – 7%, SiO2 – 36%, Al2O3 – 11%, FeO – 3.0%, MnO – 3%, TiO2 – 0.1%, S – 0.04%로 구성됩니다.
뜨거운 금속 톤당 일반적인 특정 소비량 수치는 건조 비점결탄의 경우 약 940kg – 1200kg이고 산소의 경우 750N cum ~ 850N cum입니다.
로멜트 프로세스의 장점
다음은 Romelt 공정의 장점입니다.
제조공정
직접 환원 철 생산을 위한 PERED 기술 PERED 기술은 페르시아 환원 기술이라고도 합니다. 2007년 Mines and Metals Engineering GmbH에서 발명 및 특허를 받은 직접 환원 기술입니다. PERED 직접 환원 공정은 펠릿 또는 덩어리 형태의 산화철을 제강에 적합한 고도로 환원된 제품으로 전환합니다. 산화철의 환원은 수직 용광로에서 고체 상태의 환원 가스의 도움으로 녹지 않고 발생합니다. 이 기술은 직접환원철(DRI) 생산을 위한 직접환원 공정을 개선합니다. 공정은 최적의 효율적인 결과를 얻기 위해
제철을 위한 Matmor 공정 Matmor 공정은 현재 Environmental Clean Technologies Ltd(ECT)에서 개발 중인 제철 공정입니다. Matmor 공정 기술은 특허 기술입니다. 이 기술은 갈탄을 기반으로 하며 독특한 화학 및 용광로 설계로 인해 고급 철광석을 저렴한 대체 원료로 대체할 수 있습니다. 일반적으로 갈탄(갈탄이라고도 함)은 휘발성 물질과 수분 함량이 높기 때문에 야금 용도로 사용되지 않습니다. Environmental Clean Technologies Ltd는 공장, 장비 및 지적 재산(