제철을 위한 Redsmelt 공정

제철을 위한 Redsmelt 공정

Redsmelt는 두 가지 환원 단계를 기반으로 하는 새로운 제철 공정입니다. 이들은 (i) 회전 노상로(RHF)에서 철 함유 재료의 사전 환원 및 (ii) 뜨거운 사전 환원 철(DRI, 직접 환원 철)의 제련입니다. 원래 수중 아크로(SAF)가 두 번째 단계에 사용되었습니다. SAF는 이제 'New Smelting Technology'(NST)로 알려진 석탄 및 산소 취입 전로(산소 석탄 반응기)로 대체되었습니다. RHF는 철광석, 환원제 미분 및 결합제로 만들어진 녹색 펠릿을 감소시켜 고온의 금속화된 DRI를 생성하며, 이 DRI는 고온 금속으로 제련하기 위해 NST에 충전됩니다.

Redsmelt 공정은 비용 효율적이고 환경 친화적인 기술로 구성되어 있습니다. 프로세스의 중요한 하이라이트는 다음과 같습니다.

• 프로세스에는 준비된 충전 재료가 필요하지 않습니다.
• DRI 제련은 화학 에너지를 사용하여 수행되므로 공정에 전기 에너지가 필요하지 않음
• 제련소의 생산성이 높아 투자 비용이 제한됨
• 제철소의 각종 공정에서 발생하는 잔류물(슬러지, 밀스케일 등)을 거의 모두 사용할 수 있어 증가하는 철강폐기물 처리 문제를 해결합니다.
• 제련로에서 나오는 부생가스는 전체 에너지 활용을 최적화하면서 RHF에서 연료로 사용됩니다. 그 결과 에너지 소비가 효과적으로 감소합니다.

2단계 제련 환원 공정이 있는 Redsmelt 시범 공장이 건설되어 피옴비노 공장(이탈리아)에서 용선 생산을 위한 테스트를 거쳤습니다. 실증 플랜트는 2003년에 시운전되었습니다. 실증 플랜트의 두 가지 생산 단계는 RHF에서 철 함유 물질의 사전 환원과 순탄 전로에서 고온 DRI의 제련을 기반으로 합니다. 이 공장은 연간 30,000톤에서 35,000톤의 정격 고온 금속 생산량과 함께 연간 최대 65,000톤의 사료 재료(건조 기준)를 처리하도록 설계되었습니다.

Redsmelt 공정 기술은 대규모 일관제철소에서 기존의 용광로 경로에 대한 대안으로 저렴한 비용으로 환경 친화적인 제철에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 개발되었습니다. 이 공정을 갖춘 공장은 연간 300만 톤에서 연간 100만 톤의 용선 생산 능력을 위해 설계될 수 있다. 이 공정은 주로 (i) 공장의 철 함유 부산물을 가치 있는 고온 금속으로 전환하는 것과 (ii) 중소 규모의 고온 금속을 생산하는 두 가지 기본 응용 프로그램을 위해 설계되었습니다. 연도), 핫메탈을 스크랩 대체재로 사용하는 미니밀 개념에 맞추기 위함입니다.

Redsmelt 공정의 개념은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 Redsmelt 프로세스의 개념

프로세스

프로세스는 아래와 같이 여러 단계로 구성됩니다.

자료 준비 – 석탄 또는 석유 코크스와 같은 미세하게 분쇄된 철 함유 재료 및 탄소 기반 환원제는 그린 펠릿 제조에 사용됩니다. 펠릿화 공정에는 100마이크로미터 미만 80% 및 250마이크로미터 미만 100%인 최적에 가능한 한 입도 측정법이 있는 재료가 필요합니다. 물과 소량의 결합제(벤토나이트)를 첨가하여 이러한 재료를 조심스럽게 투입하는 믹서에서 습식 블렌드를 제조합니다. 준비된 혼합물은 더 많은 물을 첨가하여 디스크 펠릿화기에서 펠릿화됩니다. 그런 다음 생산된 그린 펠릿을 선별하여 재활용되는 크기가 작은 부분을 제거하고 크기가 조정된 제품을 금속 벨트 건조기에 적재합니다.

그린 펠릿 건조기 – 그린 펠릿 건조기의 두 가지 목적은 (i) RHF 공급 시스템에서 고착 문제를 방지하고 (ii) RHF에서 그린 펠릿의 퇴화를 방지하는 것입니다. 그린 펠릿의 건조에 필요한 열은 RHF의 배출 가스에 의해 제공됩니다. 이는 또한 프로세스의 전반적인 에너지 효율성을 향상시키는 결과를 가져옵니다.

회전 노로 – 회전하는 환형 노상이 매달린 지붕으로 덮인 용광로 챔버에 배치됩니다. RHF의 측벽, 지붕 ​​및 난로는 최대 1450°C의 작동 온도를 허용하도록 내화 라이닝 ​​처리되어 있습니다. 건조된 녹색 펠릿은 진동 공급기를 통해 RHF에 충전되고 약 20°C의 균일한 층으로 난로 전체에 분포됩니다. 화로의 전체 너비 주위에 mm(1개에서 3개의 펠릿).

연료 가스와 연소 공기는 3개의 제어 구역으로 분류된 여러 측면 버너를 통해 도입됩니다. 각 연소 구역에서 연료 및 공기 유량은 원하는 온도와 가스 조성(CO 및 O2)을 얻기 위해 제어 시스템에 의해 개별적으로 제어됩니다. 구역 1과 2에서 2차 공기는 환원 과정에서 방출된 CO의 연소를 위해 별도의 공기 유입구를 통해 도입됩니다. 충전 후 펠렛은 환원 온도까지 빠르게 가열됩니다. 총 체류 시간은 70%에서 90%의 최종 금속화 정도에 도달하기 위해 RHF 노로에서 10분에서 18분 범위입니다. 다양한 원료의 특성에 따라 DRI의 특정 생산량은 60kg/sqm hr에서 100kg/sqm hr 범위로 다양합니다.

공정에 필요한 열은 4가지 다른 에너지원, 즉 (i) 보조 연료의 연소(NST 원자로 용기의 CO가 풍부한 가스), (ii) 산화철 환원으로 인한 CO의 연소, (iii) 환원제(석탄)에서 방출되는 휘발성 물질의 연소 및 (iv) 환원제 자체의 일부 연소(탄소 연소). 이러한 에너지원의 활용은 바람직하지 않은 철 재산화 현상과 분명히 경쟁합니다. RHF의 설계는 특히 이 복잡한 가스 역학 시스템을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 여기에는 2차 연소 공기 주입을 위한 특수 버너와 공기 흡입구가 포함되어 있어 각 구역과 노실의 각 수준에서 적절한 난류 수준을 조정할 수 있습니다. 우수한 RHF 설계에 필요한 또 다른 중요한 요소는 생산된 펠릿의 일관된 기계적 및 화학적 특성을 얻기 위해 난로 전체 영역에 대한 매우 정확한 온도 제어가 필요하다는 것입니다. 버너 시스템은 일반적으로 이러한 모든 목표를 충족하고 최소 NOx 형성을 보장하도록 설계되었습니다.

생산된 DRI 펠릿은 수냉식 스크류를 통해 슈트로 배출된 다음 연속 금속 벨트 컨베이어(뜨거운 DRI 운송용으로 설계됨)에 의해 제련로로 이동됩니다. 금속 컨베이어는 내열성 재료로 만들어지며 기밀 샤프트로 둘러싸여 있습니다. RHF와 건조기를 떠나는 오프 가스는 후연소, 공기 희석, 물 주입 및 백 필터를 통한 먼지 제거를 거쳐 대기로 배출됩니다.

RHF의 폐가스 에너지의 일부는 녹색 펠릿을 건조하는 데 사용됩니다. 또한 폐가스 에너지는 연소 공기를 예열하고 원료 건조를 위한 열을 제공하는 데 사용됩니다. 대규모 공장에서는 폐가스 에너지를 사용하여 폐열 보일러에서 증기를 생산할 수도 있습니다.

용광로 – 원래의 Redsmelt 공정 개념에서는 DRI의 제련 및 최종 환원을 위해 수중 아크로가 포함되었습니다. 그러나 Piombino의 Redsmelt 시연에서는 DRI의 제련 및 최종 환원에 NST 제련로가 사용되었습니다.

NST 제련로는 기울어지지 않는 수직 원자로 용기로 구성됩니다. 바닥 부분(로)에는 소형 용광로 또는 용광로(슬래그 및 용선 분리기를 이용한 용선 분리)에 채택된 것과 유사한 사이펀 탭홀이 장착되어 있습니다. 뜨거운 DRI는 용기 중앙에 위치한 수냉식 슈트에 의해 상부에서 중력에 의해 충전됩니다. 랜스 팁 주위의 에어 커튼은 폐가스 흐름과 직접적으로 DRI의 캐리오버를 최소화합니다. 덩어리 크기의 플럭스는 별도의 공급 포트를 통해 충전됩니다. 슬래그 및 금속-슬래그 계면 영역에서 원자로 용기의 냉각은 특수 구리 냉각 요소에 의해 수행됩니다. 원자로 용기의 지붕과 배출 가스 덕트는 파이프 대 파이프 용접을 통해 수벽으로 만들어졌습니다.

제련로에는 산소와 석탄을 주입하기 위한 2단계의 사이드 랜스(레벨당 3개의 랜스)가 장착되어 있습니다. 이 랜스의 위치와 방향은 공정에 적절한 화학적 및 유체 역학 조건을 생성하는 것을 목표로 합니다. 특히 이 시스템은 CO 가스의 후연소가 일어나는 상부 산화 영역과 산화철의 직접적인 환원 및 기타 흡열 반응이 일어나는 환원 영역 사이의 열 전달을 개선하도록 설계되었습니다. 상부 랜스는 에멀젼 레벨에 산소를 주입하여 전이 영역에서 후연소를 촉진하는 반면 하부 랜스는 산소와 석탄을 뜨거운 금속 수조에 주입합니다. 이러한 배열로 가스 주입은 필요한 열 에너지를 발열(연소 후) 구역에서 FeO 직접 환원이 일어나는 흡열(제련) 구역으로 전달하기에 충분한 슬래그 난류를 촉진합니다. 상대적으로 굵은 석탄은 탄소 손실을 줄이고 뜨거운 금속 침탄을 개선하는 데 사용됩니다. 생산된 용선은 공장 용량에 따라 샌드 몰드 또는 선금 주조기에서 선철로 주조됩니다.

제련소 상단에는 수냉식 지붕이 있어 후연소로 인한 고온으로 인한 내화 마모를 방지합니다. 그 후 수냉식 덕트는 담금질 시스템에 들어가기에 적합한 온도로 제련소 배출 가스를 수집하고 냉각합니다. 오프 가스는 연소 없이 냉각되고 청소되며 압력을 안정화하기 위해 작은 가스 홀더로 보내진 다음 RHF에서 버너 연료로 사용됩니다.

오프 가스 컨디셔닝 시스템 – 오프 가스 컨디셔닝 라인은 내화 라이닝된 연소 후 덕트, 물 스프레이가 있는 가스 냉각기, 공기 희석 스테이션 및 백 필터로 구성됩니다. RHF와 NST 배출 가스를 공통 흡입 시스템으로 결합하기 때문에 시스템의 적절한 설계가 특히 중요합니다. 특히 RHF 배출 가스 덕트가 중요합니다.

오프 가스는 약 1100℃의 온도에서 RHF를 떠나며 완전히 산화되지 않습니다. 그런 다음 내화 라이닝 ​​덕트로 운반됩니다. 신선한 공기 주입에 적합한 노즐은 CO와 같은 화합물을 태우고 비산회가 녹기 시작하는 값 이하로 온도를 제한하기 위해 내화 라이닝 ​​덕트의 배출 가스 입구 뒤에 위치합니다. 오프 가스의 완전 연소에 도달하는 데 적합한 조건은 (i) 3% 이상의 자유 산소 수준, (ii) 높은 난류 수준, (iii) 1초 이상의 체류 시간입니다. 공기 분사 노즐은 NOx 형성을 최소화하기 위해 덕트를 따라 균일하게 분포됩니다.

RHF를 떠나는 오프 가스와 비교하여 제련소에서 나오는 오프 가스는 온도가 더 높고(약 1700℃) 연소 후 정도가 낮아 결과적으로 미연 화합물 함량(CO+H2가 30% 초과) . 제련소 배출 가스는 연소 후 공기가 주입되는 수냉식 덕트로 운반됩니다. 연소 매개변수(체류 시간, 산소, 난류 및 온도)는 RHF 배기 가스 처리에 사용된 것과 동일합니다.

그런 다음 950°C 이하의 온도에서 RHF 및 제련소 가스를 동일한 냉각기로 이송하여 흄 온도를 약 320°C로 낮춥니다. '스필백' 유형 노즐을 사용하면 물방울과 빠른 가스 온도 감소.

블리더 밸브(비상시 자동 개방)가 장착된 비상 스택은 냉각기 상단에 배치됩니다. RHF 1차, 제련소 1차 및 2차 먼지 제거 공기는 최종적으로 먼지 제거 공장으로 보내집니다.

서브머지드 아크로를 사용한 Redsmelt 공정의 흐름도는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 제련 장치로 잠긴 아크로를 사용하는 Redsmelt 공정의 흐름도