석회석 – 철강 산업에서의 처리 및 적용

석회암 – 철강 산업에서의 처리 및 적용

석회암은 미네랄 방해석의 형태로 높은 수준의 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성된 자연적으로 발생하고 풍부한 퇴적암입니다. 일부 석회암에는 소량의 탄산마그네슘(MgCO3)이 포함될 수 있습니다. 이 석회암을 백운암 석회암이라고 합니다.

석회석은 또한 매우 중요한 산업 광물입니다. 화학적 특성으로 인해 광범위한 산업/제조 용도에 유용한 광물입니다. 석회석은 또한 철강 생산에 사용되는 중요한 원료 중 하나입니다.

석회암은 정의상 방해석 형태의 CaCO3가 중량 기준으로 50% 이상 함유된 암석입니다. 석영(실리카), 장석(알루미노-규산염), 점토 광물, 황철석(황화철), 측석(탄산철) 및 석회석과 관련된 기타 광물의 작은 입자가 있을 수 있습니다. 모든 석회암에는 최소한 몇 퍼센트의 다른 물질이 포함되어 있습니다. 석회석의 불순물은 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 황(황화물 또는 황산염), 인(P2O5), 칼륨(K2O) 및 소다(Na2O)로 구성될 수 있습니다. 실리카와 알루미나는 석회암의 주요 불순물입니다. 제철에 사용되는 석회석은 최소 85%의 탄산칼슘과 낮은 비율의 알루미나를 함유해야 합니다. 마찬가지로 제강에 사용되는 석회석은 탄산칼슘을 92% 이상 함유해야 하며 불순물, 특히 실리카 비율이 매우 낮아야 합니다.

철강 산업에서 석회석의 주요 용도는 (i) 용제 및 (ii) 탈황제, 선금 주조기의 금형 코팅, 산성수 중화, 수처리, 폐수( 유출물) 처리, 연도 가스 처리, 슬러지 및 하수 처리. 합성슬래그의 구성성분이기도 하다. 석회암은 일반적으로 세 가지 형태로 사용됩니다. 이들은 (i) 석회석의 천연 형태이기도 한 원시 석회석, (ii) 소성 석회암 또는 생석회, 또는 단순히 석회, (iii) 수화석회입니다. 석회석이 플럭싱 재료로 사용되는 경우 원시 석회암 또는 소성 석회암으로 사용됩니다. 수화석회는 일반적으로 고칼슘 생석회에서 생산되며 72~74%의 산화칼슘과 23~24%의 화학적 결합수를 함유합니다.

석회석 처리

채광 후 석회석은 다양한 공정에 사용되기 전에 여러 처리를 거쳐야 합니다. 석회석 생산의 기본 공정은 (i) 원시 석회석 채석, (ii) 파쇄 및 크기 조정을 통해 사용하기 위해 채광된 석회석 준비, (iii) 원시 석회석 소성, (iv) 소석회석을 수화하여 추가 처리하는 것입니다. 사용에 필요한 경우 수화석회를 생산하고 (v) 기타 운송, 저장 및 취급 작업. 이러한 모든 과정이 모든 공장에 반드시 필요한 것은 아닙니다.

기본적으로 3가지 유형의 석회석 제품이 철강 공장에서 사용됩니다. 그것들은 (i) 원시 석회석 제품, (ii) 소성 석회석 또는 생석회 제품, 및 (iii) 수화 석회 제품입니다. 이러한 제품의 석회석 처리는 아래에 설명되어 있습니다.

첫 번째 공정은 채광된 광석이 다양한 크기의 광석을 분리하기 위해 분쇄 및 스크리닝을 받는 석회석 광산에서 수행됩니다. 철강 공장에서는 일부 장소에서 원시 석회석을 추가로 처리합니다. 예는 원시 석회석을 해머 밀에서 – 3mm 크기(일반적으로 85% ~ 90% 범위)로 분쇄하는 소결 공장입니다.

석회석의 소성은 원시 석회석을 열분해하고 그 조성의 LOI(발화 손실) 또는 이산화탄소(CO2) 부분을 제거하기 위한 열처리 공정입니다. 하소 공정은 고체 상태에서 수행되는 흡열 반응으로 구성됩니다. 제강에 사용되는 고품질 석회는 일반적으로 약 90~95%의 CaO를 함유합니다. 이론적으로 완전 하소 동안 100kg의 CaCO3에서 56kg의 CaO가 생성됩니다. 그러나 실제로는 여러 요인으로 인해 다양합니다. 석회석을 소성하는 동안 CO2가 제거되기 때문에 석회(i)는 다공성(ii) 표면적이 더 크고, (iii) 반응성이 높으며, (iv) 흡습성이 있다. 1t의 생석회를 생산하려면 약 1.8t의 석회석이 필요합니다.

흡열 화학 반응 때문에 석회석의 소성에는 상당한 에너지 투입이 필요합니다. 석회석을 가열하면 다음 식과 같이 탄산칼슘이 분해된다.

CaCO3 + 열량 약 42.5kcal =CaO + CO2

석회석의 하소는 샤프트 가마 또는 회전 가마에서 수행되는 간단한 단일 단계 소성 공정입니다. 5가지 프로세스 단계로 구성됩니다. 이들은 (i) 주변에서 입자 표면으로의 열 전달, (ii) 표면에서 반응 전면으로의 열 전도, (iii) 전면에서의 화학적 동역학, (iv) 다공성 산화물 층을 통해 표면으로의 CO2 확산 및 (v)입니다. ) 그런 다음 주변으로 옮깁니다. 석회석은 가마에 장입되고 가마를 통과하는 동안 분해되거나 소성됩니다. CaCO3의 분해는 810 deg C에서 시작됩니다.

소성 과정은 부분적으로 분해된 석회석 조각을 사용하여 설명할 수 있으며 CO2 분압 및 온도 프로파일은 그림 1에 나와 있습니다. 샘플은 다공성 층으로 둘러싸인 조밀한 탄산염 코어로 구성됩니다. 온도 T의 소성 가마에서 T 가스 열은 복사와 대류('h'로 표시)에 의해 T표면의 온도에서 고체 표면으로 전달됩니다. 열 전도(A)를 통해 열은 산화물 층을 통해 침투하여 온도가 Trc인 반응 전선에 도달합니다. 반응 엔탈피가 내부 에너지보다 몇 배나 크기 때문에 반응 중에 코어로 더 흐르는 열은 무시할 수 있습니다. 따라서 중심 온도는 전면 온도보다 약간 낮습니다. 열이 공급되면 평형(p-eq – p-f)에서 CO2 분압의 편차가 원동력인 화학 반응 상수(k)가 발생합니다. 방출된 CO2는 다공성 산화물 층을 통해 표면으로 확산(Dp)되고 최종적으로 대류(B)에 의해 CO2 분압 p-표면이 존재하는 주변으로 전달됩니다. 석회의 화학적 및 물리적 특성은 소성에 의해 영향을 받으며, 이는 차례로 석회층의 전도도, 물질 전달 계수 및 확산도에 영향을 받습니다.

그림 1 소성 중 석회석 시료의 프로파일

석회석의 완전한 소성 및 미소성 석회석의 잔류 코어가 없도록 하려면 석회석 표면에 공급된 열이 코어로의 전도성 열 전달을 통해 침투해야 합니다. 재료 내부의 대기가 순수한 CO2이기 때문에 최소한 짧은 시간 동안 코어에서 900℃의 온도에 도달해야 합니다. 석회석 표면은 필요한 온도 구배를 유지하고 석회석 표면에서 하소된 재료의 단열 효과를 극복하기 위해 900℃ 이상으로 가열되어야 합니다. 그러나 생석회를 생산할 때 표면 온도는 1,100 deg C ~ 1,150 deg C를 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 CaO의 재결정화가 일어나 반응성이 낮아져 생석회의 슬레이킹 특성이 감소하기 때문입니다.

연소 가스에서 석회석 표면으로 열을 전달한 다음 표면에서 석회석 코어로 열을 전달하는 데 일정한 체류 또는 체류 시간이 필요합니다. 큰 석회암 조각은 작은 조각보다 소성 시간이 더 오래 걸립니다. 원칙적으로 더 높은 온도에서 하소하면 필요한 머무름 시간이 줄어듭니다. 그러나 너무 높은 온도는 제품의 반응성에 부정적인 영향을 미칩니다. 다양한 크기의 석회석에 필요한 소성 온도와 체류 시간의 관계는 표 1과 같습니다.

탭 1 하소 온도와 체류 시간의 관계
번호	석회암 크기	하소 온도	체류 시간(대략)
단위	mm	도 C	시간
1	50	1000	2.1
		1200	0.7
2	100	1000	8.3
		1200	2.9

소성 공정에는 여러 유형의 가마가 사용됩니다. 이러한 가마는 회전식 가마 또는 샤프트 가마일 수 있습니다. 선택하는 가마의 유형은 석회암의 특성, 예상 생산 속도, 연료 비용, 투자 비용, 사용 가능한 연료, 현지 조건, 기반 시설 및 기타 사항에 크게 좌우됩니다. 일반적으로 실험실 테스트를 포함한 모든 데이터는 소성로를 선택하기 전에 평가되어야 합니다.

예열기가 있거나 없는 회전 가마는 일반적으로 재료 크기가 10mm에서 50mm 사이인 석회석을 처리합니다. 이러한 유형의 가마의 열 균형은 배가스와 가마 외피를 통한 높은 손실로 다소 분류됩니다. 배출 가스 손실의 일반적인 값은 약 25% 범위이고 소성로 외피 손실의 경우 총 열 요구 사항의 약 20% 범위입니다. 예열기가 있는 가마로 유입되는 연료 에너지의 약 60%만이 하소 공정에 사용됩니다.

수직 단일 샤프트 가마의 경우 소성 구역에서 제공되는 열과 예열 구역에서 필요한 열 사이에 불균형이 존재합니다. 이상적인 하소 공정에서도 폐가스의 온도는 100℃보다 높을 수 있습니다. 병렬 흐름 재생(PFR) 유형의 가마의 경우 소성 구역의 열을 더 잘 활용하고 손실을 최소화합니다. 폐가스에 열이 발생하여 석회 1톤당 열 소모량이 줄어듭니다.

재료 흐름과 가스 흐름, 회전식 석회 가마의 주요 구성 요소 및 회전식 가마의 열 전달 메커니즘을 보여주는 수직 단일 샤프트 가마의 개략도가 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 수직 단일 샤프트 가마의 개략도, 회전 가마의 구성 요소 및 회전 가마의 열 전달 메커니즘

석회석 하소에 일반적으로 사용되는 다양한 소성로에 대한 데이터를 중요한 소비 수치 및 일반적인 원료 크기와 비교한 데이터는 표 2에 나와 있습니다.

탭 2 다양한 유형의 소성로 비교
하소 가마의 유형	가마 용량	석회암 크기	특정 연료 소비량	특정 전력 소비	비고
	tpd	mm	kcal/kg	kWh/톤
직사각형 PFR 가마	100-400	30-120	810-870	약 20	반응성이 높은 석회가 생성됨
원형 PFR 가마	300-800	30-160	810-870	약 20	반응성이 높은 석회가 생성됨
고운 석회 가마	200-400	15-40	790-850	약 20	반응성이 높은 석회가 생성됨
환형 샤프트 가마	200-600	15-200	910-980	약 30	배기 가스의 높은 CO2 함량
단축 가마	50-300	10-100	980-1100	약 35	중간 정도의 단단한 소석회가 생산됩니다.
예열기가 있는 회전식 가마	300-1200	10-50	1150-1350	약 30	반응성이 높은 석회가 생산되고 생산율이 높고 유황이 낮습니다.
예열기가 없는 긴 회전 가마	300-1000	20-50	1600-1700	약 20	높은 생산율, 반응성 석회 및 낮은 유황
현탁액 하소	300-1200	0.03-2	1300-1400		매우 좋은 원료

다음은 석회석 소성에 영향을 미치는 요인 및 작동 매개변수입니다.

가마 유형 – 석회석 소성에 사용되는 가마에는 두 가지 유형이 있습니다. 그들은 수직 샤프트 가마 또는 수평 회전 가마입니다. 가마의 종류에 따라 석회석 장입량의 크기가 다릅니다. 수직 가마에서 석회석은 아래쪽으로 이동하고 뜨거운 가스는 석회석을 통해 위쪽으로 흐르므로 돌은 연소 가스가 위쪽으로 이동하는 통로를 제공하기에 충분히 커야 합니다. 이 가마는 일반적으로 130mm에서 200mm 범위의 석회암 크기를 사용합니다. 이러한 유형의 가마에서는 온도 상승이 느려야 하므로 결과적으로 체류 시간이 길어집니다. 수직 가마는 연료 효율이 높지만 용량이 제한적입니다. 수평 가마의 경우 가마 본체가 회전하여 석회석이 굴러가게 하고 모든 표면을 뜨거운 가스에 노출시킵니다. 이러한 유형의 가마에 대한 석회암의 일반적인 크기는 25mm에서 40mm입니다. 가마 장입을 위한 석회석 크기의 균일성은 균일한 소성 공정을 위해 매우 중요합니다. 그러나 실용상 타이트한 사이징은 여러 번의 심사가 필요하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 수평 가마에서 일정 비율의 미세 입자가 있는 6mm 이하와 같은 작은 크기의 석회석은 질량이 펄럭이는 경향이 있어 입자가 뜨거운 가스에 노출되는 것을 줄입니다. 이 과정은 고르지 못한 노출을 초래하여 생석회의 품질을 저하시킵니다. 수직 가마에서 매우 작은 크기의 석회석이 있으면 석회석 사이의 공극을 막아 가스 통과를 방해하여 열 전달을 방해하여 불균일한 하소를 유발합니다. 또한, 작은 석회석 입자(3mm 미만)는 분해되는 경향이 있으며 집진기로 제거해야 하는 미세 입자를 생성합니다.

석회암의 크기 및 그라데이션 - 소성과정에서 석회석의 해리는 일반적으로 석회석의 표면에서 내부로 점진적으로 진행된다. 석회암의 크기가 클수록 소성하기 어렵고 시간도 더 많이 소요된다. 가마 공급물의 광범위한 입자 크기 분포도 가마의 열 분포를 방해합니다. 작은 돌은 샤프트 가마의 큰 돌에 의해 형성된 공극 사이에 쌓여 통풍과 연소 화염 및 가스의 흐름을 차단합니다. 또한, 광범위한 석회석 크기를 소성하는 동안 과소성 없이 더 작은 크기를 적절하게 소성하는 온도에서 더 큰 치수의 석회석 외부 껍질만 소성합니다. 따라서 크기와 상관없이 제한된 단계의 석회암은 소성하기가 훨씬 쉽습니다. 석회암의 크기도 소성 과정에서 중요한 요소입니다. 석회석이 가마에 들어갈 때 가마 내부의 뜨거운 가스에 노출됩니다. 열 침투율은 석회석의 온도와 주변 가스의 온도에 따라 달라집니다. 또한 열이 석회암에 침투하는 데 시간이 걸립니다. 석회암의 크기가 작을수록 열 침투 시간이 짧아집니다. 분쇄된 석회암의 경우 이 시간은 1분의 몇 분의 1일 수 있습니다.

석회암의 결정 구조 및 밀도 – 석회석의 결정 구조는 소성 속도, 석회석의 내부 강도 및 석회에서 생성되는 CaO의 결정 크기에 영향을 미칩니다. 더 작은 결정은 하소 중에 응집되어 더 큰 결정을 형성하여 수축 및 부피 감소를 일으킵니다. 더 높은 가마 온도는 응집 과정을 돕습니다. 덩어리가 많을수록 최종 제품의 부피 수축이 커집니다. 석회암의 밀도와 결정 구조는 다소 관련이 있습니다. 결정의 모양은 결정 사이의 빈 공간을 결정하고 따라서 석회암의 밀도를 결정합니다. 더 큰 공극은 하소 중 CO2 가스가 쉽게 통과할 수 있도록 하지만 하소 중 부피 감소를 초래하기도 합니다. 일부 유형의 석회석은 결정 구조로 인해 소성 과정에서 분해됩니다. 이러한 유형의 석회석은 하소에 적합하지 않습니다. 반대 방향으로 행동하고 소성 중에 너무 조밀해져서 CO2의 탈출을 막고 비다공성이 되는 다른 유형의 석회암이 있습니다. 다시 말하지만, 이러한 유형의 석회암은 소성에 적합하지 않습니다.

하소 온도 – 석회석의 하소는 대기압 및 100% CO2로 구성된 대기에서 약 810℃에서 시작됩니다. 해리는 외부 표면에서 내부 표면으로 점진적으로 진행됩니다. 해리가 석회암 내부로 침투하려면 더 높은 온도가 필요합니다. 석회암 코어의 해리가 일어날 수 있도록 온도를 더 높여야 합니다. 석회석의 크기가 클수록 CO2 가스가 강제로 빠져나감에 따라 내부 압력이 증가하기 때문에 코어의 해리에 필요한 온도가 높아집니다. 온도의 증가는 온도 유지보다 해리 속도에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다. 또한, 소성에 필요한 이론적인 온도는 약 1,000℃ 정도이다. 그러나 실제로는 가마에서 유지되는 온도가 훨씬 더 높다(약 1,350℃). 가마의 정확한 온도는 석회암 크기, 가마 유형 및 사용되는 연료 유형에 따라 다릅니다. 소성로 작업자는 일반적으로 사용되는 석회석의 특정 크기와 품질에 대한 정확한 온도를 결정하기 위해 실험합니다. 일반적으로 완전한 하소를 달성하기 위해서는 체류 시간이 가장 짧은 최저 온도를 사용하는 것이 좋습니다. 더 높은 하소 온도는 수축을 증가시키고 부피를 감소시킵니다. 더 높은 소성 온도는 또한 소성 석회석 표면의 탄산화를 일으키며, 석회석에서 방출되는 CO2와 연소 부산물이 존재하여 석회를 비다공성으로 만들고 반응성을 감소시킵니다.

온도 상승률 – 온도 상승은 점진적이고 균일해야 합니다. 대형 석회석(100mm~150mm)을 사용할 때 특히 중요합니다. 대형 석회석을 소성할 때 석회석은 공정 중에 다공성을 유지해야 합니다. 온도가 상승함에 따라 석회석의 외부 층이 해리 온도로 가열되어 CO2가 석회석을 빠져 나와 석회를 다공성으로 만드는 모세관 통로를 남깁니다. 가스가 빠져나가면 석회석의 부피가 40%까지 줄어듭니다. 이러한 부피 수축은 석회석 중심에서 가스의 통과를 제한하여 추가 CO2 가스가 빠져나가는 것을 방지합니다. 체류 시간이 너무 길면 1350℃ 이상의 온도에서 CaO와 CO2가 다시 CaCO3(탄산화)로 결합하는 것을 촉진합니다. 온도 상승이 매우 빠르면 석회석 조각의 외층이 매우 빠르게 소성됩니다. 온도가 상승하면 석회암 조각의 표면이 줄어들고 CO2 배출로 인해 생성된 구멍이 닫힙니다. 이것은 석회석 내에서 증가된 내부 압력을 생성합니다. 가스가 빠져나갈 수 없기 때문에 석회석이 폭발하여 분해됩니다. 그 결과 생석회의 품질을 저하시키는 원치 않는 미세 입자가 생성됩니다.

하소 시간 – 석회석의 종류와 품질에 관계없이 높은 연소 온도와 긴 소성 기간은 수축률이 높고 밀도가 높으며 다공성이 낮고 화학 반응성이 낮은 단단한 연소 생석회를 생성합니다. 반대의 현상은 낮은 연소 온도에서 더 짧은 소성 기간으로 발생하여 수축률과 밀도가 낮고 다공성이 높은 바람직하고 부드러운 연소된 고 반응성 석회가 생성됩니다. 상대적 가열 및 소성 시간 측면에서 크고 작은 석재의 소성은 두께의 제곱(또는 불규칙한 모양의 석재의 경우 평균 직경에 정비례합니다. 가마에서의 체류 시간은 소성뿐만 아니라 석회석의 크기에 따라 다릅니다. 석회석의 크기는 소성에서 가장 중요한 요소로 석회석이 가마에 들어갈 때 가마 내부의 뜨거운 가스에 노출되며 열 투과율은 석회석과 석회석의 온도차에 따라 결정됩니다 이러한 온도차이외에도 열이 석회석에 침투하는데 시간이 걸리며, 석회석의 크기가 작을수록 열투과시간이 짧아진다. 머무름 시간이 너무 짧으면 석회석의 코어는 미소성 상태로 남아있고, 외부 표면은 소성되며, 머무름 시간이 너무 길면 n 석회암 조각의 표면이 수축하고 CO2 가스에 의해 생성된 기공이 닫혀서 불투수성 표면이 생성됩니다. 이런 종류의 석회를 굳게 태운 석회 또는 죽은 태운 석회라고 합니다. 이 석회는 반응성이 매우 낮고 잘 녹지 않습니다. 또한 보관 시간이 길수록 생산량이 줄어들고 생산 비용이 높아집니다.

가마 내 CO2 농도 – 소성 중 석회석에서 방출되면서 소성로 대기의 CO2 농도가 증가합니다. 적절한 하소를 위해 CO2는 지속적으로 제거되어야 합니다. CO2가 제거되지 않으면 높은 CO2 농도와 높은 소성 온도의 조합으로 소성된 석회석 조각이 탄산화되고 CaO가 CaCO3로 다시 전환됩니다. 또한 CO2는 석회석 불순물과도 반응합니다.

화학 반응성 – 기공도, 밀도 및 기공 크기 분포 사이에는 상호 관계가 있습니다. 이러한 요인들은 반응성, 이용 가능한 석회, 입자 크기 분포 및 표면적과 같은 생석회의 표준 측정 가능한 특성에 큰 영향을 미칩니다. 1시간 내지 4시간의 체류 시간은 950℃ 내지 1070℃의 소성 온도 범위에서 다공성, 표면적 또는 반응성에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으며 생석회의 벌크 밀도는 일정하게 유지되는 것으로 나타났습니다. . 과도한 소성 온도와 장기간의 소성 시간은 석회석의 단단한 연소로 이어지며 그 결과 반응성이 낮은 석회가 생성됩니다.

수축 특성 – 생석회의 수축률은 발화 손실(LOI)을 고려한 후 석회석과 석회의 밀도에서 계산할 수 있습니다. S =100*{[100/Ds-(100-L)/Dl]/100*Ds} 공식으로 계산됩니다. 여기서 S는 수축률(%), Ds는 석회석 밀도(g/cc), Dl은 그램/cc 단위의 생석회 밀도 및 L은 백분율 단위의 석회석 발화 손실입니다. 석회석의 수축은 가마 내 석회석 장입물의 부피 밀도에 큰 영향을 미칩니다. 수축이 높을수록 석회석 충전물의 공극이 적습니다. 그 결과 가마에서 석회석이 채워져 가마 바닥에서 높은 압력 강하가 발생하고 가마에서 나오는 연도 가스의 유입에 수반되는 영향을 받습니다.

연료의 품질 및 유형 – 연료의 품질과 종류는 소성로의 효율과 생산되는 석회의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 목재, 숯, 석탄과 같은 고체 원유는 아주 초기부터 사용되어 왔습니다. 미분탄, 생산 가스, 천연 가스 및 연료유가 가마에서 사용됩니다. 천연가스는 가장 편리한 연료이고 생산 가스는 가장 번거롭습니다. 일부 연료는 유해한 배출물을 통해 환경을 오염시키는 경향이 더 높기 때문에 연료의 최종 선택은 환경적 고려 사항에 의해 결정됩니다. 일반적으로 수직 가마는 연료로 석유 또는 천연 가스를 사용하는 반면 수평 회전 가마는 석탄을 사용합니다. 그러나 두 유형의 가마는 이러한 연료를 사용할 수 있습니다. 석유와 석탄에는 0.5%에서 3%까지 다양할 수 있는 특정 비율의 황 화합물이 포함되어 있습니다. 황은 일반적으로 적절한 온도에서 CaO와 결합하여 황화칼슘 또는 황산칼슘을 생성합니다. 이것은 일반적으로 하소된 재료의 표면에서 발생하고 재료를 비다공성으로 만들어 반응성을 감소시킵니다. 또한 석탄에 재의 비율이 높으면 회전 가마의 내화물에 축적되어 가마의 석회석 장입물의 흐름을 방해합니다. 가마는 주기적으로 냉각되어야 하고 축적된 재는 수동으로 제거해야 하며 이는 매우 지루하고 비용이 많이 드는 작업입니다. 천연 가스는 가장 깨끗한 연료이며 주로 수직 가마에서 사용됩니다.

석회석 가공의 세 번째 유형은 소석회 생산으로 구성되며, 이는 생석회를 물에 대한 화학적 친화성을 만족시키기에 충분한 물로 처리하여 산화물을 수산화물로 전환시켜 얻은 건조 분말입니다. 수화석회는 때때로 소석회라고도 합니다. 연도 가스 탈황의 경우, 소석회의 특성은 향상된 평균 섬도, 더 높은 표면적 및 더 큰 공극 부피를 필요로 합니다. 수화 반응은 화학적으로 간단하지만 CaO 1kg당 약 276kcal의 열이 발생하는 강한 발열 반응입니다. 반응은 아래와 같습니다.

CaO + H2O =Ca(OH)2 + 열

비교를 위해 고칼슘 생석회 1,000톤을 수화하여 발생하는 발열열은 석탄 35톤 정도의 총열량과 같다. 수화 및 슬레이킹이라는 용어는 종종 같은 의미로 사용됩니다. 그러나 명확하고 뚜렷한 차이가 있습니다. 수화는 일반적으로 화학량론적 양의 물과 석회가 반응하여 생성물인 수화물을 형성하는 과정으로 정의되며, 이는 건조 분말입니다. 그것은 1% 미만의 자유 수분을 함유하며 분말로 취급됩니다. 반면에 소석회는 석회가 과량의 물과 반응하여 액체로 처리되는 석회 슬러리를 형성하는 과정으로 정의됩니다.

빠른 수화는 수화물 결정이 덩어리질 기회가 적기 때문에 더 미세한 입자를 생성하는 경향이 있습니다. 그러나 가장 빠른 반응이 반드시 최상의 조건은 아닙니다. 원칙적으로 전형적인 고 반응성 석회 반응은 세 가지 다른 단계로 진행됩니다(그림 3). 이러한 단계를 (i) 운동, (ii) 일시적 및 (iii) 확산이라고 합니다. 운동 단계는 일반적으로 매우 짧고(10초 미만) 급격한 온도 증가를 나타내며, 이는 전체 온도 증가의 50%만큼 높을 수 있습니다. 일시적인 단계의 길이(종종 1분 미만)는 수화기로 공급되는 석회 덩어리의 크기로 인해 변경될 수 있습니다. 온도 상승의 가시적인 굴곡을 보여줍니다. 확산 단계에서 온도는 빠르게 평평해져서 반응이 종료될 때까지 다시 급격히 상승합니다.

그림 3 수화 반응 단계 및 수화 메커니즘

수화 메커니즘은 그림 3에도 나와 있습니다. 석회 입자의 수화 메커니즘은 초기 물과의 접촉 후 석회와 물 사이의 방해받지 않는 접촉으로 인해 반응이 몇 초 안에 매우 강하게 시작됨을 보여줍니다. 부분적으로 수화된 석회의 첫 번째 층이 표면에 생성된 후 입자 표면 근처에 남아 있는 경향이 있기 때문에 아래의 생석회 층에 대한 보호막 역할을 합니다. 따라서 부분적으로 수화된 석회층은 수분 침투를 지연시킵니다. Ca(OH)2 결정이 점차 최종 모양으로 형성되면 분리되기 시작합니다. 이것은 반응 경향을 재개하는 물 침투를 개선합니다. 중요한 또 다른 요인은 반응의 발달이 생석회의 덩어리 크기의 함수라는 것입니다.

제철소에서 석회석 및 석회 사용

고로(BF) 경로에 의한 철 생산 중 석회석은 소결 과정에서 추가되거나 고로에서 직접 공급됩니다. 석회석은 일반적으로 중성 또는 약간의 염기성 BF 슬래그를 얻기 위해 제철 중에 첨가됩니다. 소결을 통한 석회석의 첨가는 소결 과정에서 석회석의 CO2가 배출되기 때문에 더 선호되는 경로입니다. 소결의 경우 석회석은 소결 혼합물에 혼합되기 전에 해머 크러셔에서 -3mm(85% ~ 90% 범위)로 분쇄됩니다. 고로에 직접 투입하는 경우 10mm~40mm 크기의 석회석 덩어리를 사용한다.

소결을 통한 석회석 첨가의 경우, 최근에는 소성 석회석(석회)도 직접 사용하고 있다. 소결공정에서 생석회를 사용하면 (i) 소결체의 결합특성 향상, (ii) 소결기 생산성 향상, (iii) 소결강도 향상, (iv) 소결강도 감소의 장점이 있다. 관련 이점이 있는 배기 가스의 양.

소결 목적으로 사용되는 석회석의 높은 실리카(SiO2) 함량은 SiO2가 고로에서 알루미나(Al2O3)의 영향을 상쇄하기 때문에 선호됩니다.

석회석의 두 번째 주요 용도는 제강입니다. 슬래그 염기도(CaO/SiO2)를 약 3으로 유지하기 위해 사용되고 있다. 제강에서 석회석은 소성된 형태로 사용된다. 제강에 사용하는 경우 석회석의 SiO2(산성으로 인해) 함량은 매우 낮아야 하며 바람직하게는 1% 미만입니다. 또한, 석회의 반응성은 제강 공정이 매우 빠른 공정이기 때문에 사용 가능한 시간이 짧기 때문에 매우 좋아야 합니다. 전체 제강 공정을 완료하는 데 20분이 채 걸리지 않습니다.

석회(하소 또는 수화)의 소량 사용은 탈황제, 양돈 주조기의 금형 코팅, 산성수 중화, 수처리, 폐수(폐수) 처리, 연도 가스 처리, 슬러지 및 하수 처리 등으로 구성됩니다. 또한 때때로 합성 슬래그의 성분으로 첨가됩니다.