소결 기술의 가장 기본 형태는 매우 단순하며 20세기 초부터 사용되어 왔습니다. 그러나 기본 기술이 단순함에도 불구하고 공정 제어는 매우 복잡한 상호 의존적 공정 매개변수들에 의존하며, 이 매개변수들이 생산 능력과 소결 품질에 미치는 영향에 대한 철저한 이해가 필요합니다.
소결 기술은 기본적으로 미세 철광석을 열을 이용해 작은 입자 표면을 녹여 더 큰 응집체로 만드는 응집 공정입니다. 일반적인 소결 공장은 소결기를 중심으로 여러 순차 운전 단위들로 구성됩니다. 단순화된 공정 순서는 다음과 같습니다.
철광석 분광, 코크스 브리즈, 석회석, 돌로마이트, 망간광, 석회, 석영석, 모래 등의 슬래그 조절제, 밀스케일, 선별분, 분진, 슬러지, 컨버터 슬래그 등의 폐자재 등 원료를 배칭하여 혼합 시스템으로 이송합니다. 원료는 소결 회수 분광과 물을 첨가한 후 회전 혼합 드럼에서 혼합하여 공정용 그린 피드를 만듭니다. 이 혼합 공정을 보통 '노듈라이징'이라 부릅니다. 노듈라이징된 그린 피드는 크기 조정된 하스층 위에 소결기 스트랜드에 장입되어 '소결층'을 형성합니다. 이 층은 점화로(후드)를 통과해 반응을 개시합니다. 후드 버너가 그린 피드에 장입된 코크스 브리즈의 탄소를 점화합니다. 반응은 배기 팬에 의해 소결층을 통해 빨려 들어가는 공기와 탄소 간 화학 반응으로 전파됩니다. 소결은 수직으로 연소하면서 층은 수평으로 배출 단부 쪽으로 이동합니다. 소결된 물질은 뜨거운 소결 분쇄기를 통해 소결 냉각기로 배출되며, 바닥에서 주변 공기가 분쇄된 뜨거운 소결 물질을 통해 불어집니다. 냉각 후 소결은 분쇄 및 선별 섹션으로 이송되어 크기 조정된 후 최종적으로 고로 저장소 또는 소결 저장소로 이송됩니다.
일반적으로 대형 소결공장에는 직선형 소결기, 소형 소결공장에는 환형 소결기가 사용됩니다. 배기 가스는 대기로 배출되기 전 사이클론과 정전 분리기로 정제됩니다.
기타 모든 요구사항 외에 스트랜드형 소결기를 갖춘 현대 소결공장 설계는 원료 준비 및 취급, 제품 크기 조정 및 취급, 합리적으로 정교한 제어 및 계측 요구사항도 충족해야 합니다.
소결 원료 혼합물의 우수한 균질성과 높은 투과성은 에너지 소비 절감과 함께 높은 소결 생산성과 품질 달성의 결정적 요소입니다.
냉각 후 소결 제품은 분쇄 및 선별 섹션에서 크기 조정됩니다. 거기서 냉각된 소결 물질은 세 가지 용도로 다운사이징됩니다: (i) 소결 공정용 회수 분광, (ii) 하스층, (iii) 고로 부담용. 미세 입자는 소결 공정으로 재순환, 중간 크기 입자는 팔레트 카 보호를 위한 하스층으로, 큰 입자는 고로로 이송됩니다.
소결기 본체는 소결 제조 기술의 핵심이며 주요 구성요소(Fig 1)를 가집니다: (i) 펠릿 카, (ii) 소결 스트랜드 구동장치, (iii) 테이크업 메커니즘, (iv) 점화로, (v) 크래시 데크와 뜨거운 소결 분쇄기. 이들 소결기 구성요소에 대한 설계 요구사항과 엔지니어링 접근 개요는 아래에 설명합니다.
Fig 1 소결기 주요 구성요소
팔레트 카는 그린 피드 물질을 기계 스트랜드를 따라 윈드 박스(음압 시스템) 위로 이송하며 그린 피드 물질의 소결 공정이 진행됩니다. 소결 스트랜드는 여러 펠릿 카로 구성되며 운동 때문에 비연결 무한 체인으로 간주할 수 있습니다. 이로 인해 펠릿 카는 다음 응력에 노출됩니다.
스트랜드형 소결기 개발과 구성요소 재료가 1세기 이상 지속되었음에도 불구하고, 위 엄격한 임무로 인해 가장 적합한 재료(구상흑연주철, 플레이크흑연주철, 백주철 등)도 제한된 사이클 내 피로 파괴됩니다. 따라서 많은 소결공장이 펠릿 카 교체 계획을 평균 수명 10년, 연간 330일 미만 기준으로 수립합니다.
팔레트 카 구성요소 재료와 형태 선택은 추가 요구사항에 의해 결정됩니다: (i) 그레이트 바 압력 강하 최소화, (ii) 그레이트 바 내마모성 최대화, (iii) 그린 피드와 소결 물질 슬라이딩 운동에 대한 턱 플레이트 연성과 내마모성 최대화, (iv) 숙련되지 않은 인력도 마모/불량 부품 신속 교체 가능.
연결되지 않은 팔레트 카는 기계 프레임 상부 스트랜드를 따라 구동 스프로킷에 의해 밀려 이동합니다. 스프로킷은 공통 샤프트에 수축 디스크로 장착됩니다. 스프로킷은 보통 특수강 정밀 주조 교체형 치아 세그먼트를 장착합니다. 치아는 각 팔레트 카에 부착된 4개 스터브 액슬 어셈블리 내측 바퀴에 회전 작용을 가합니다. 스터브 액슬 어셈블리 외측 바퀴는 구동 및 배출 스테이션에서 팔레트 안내 역할을 하며, 내측 바퀴는 스트랜드를 따라 팔레트가 밀릴 때 정적/동적 하중을 지지합니다.
소결 스트랜드 구동장치는 열과 유지보수성 이유로 보통 배출 단부에 배치하지 않습니다. 주동기 선택: (i) 가변 속도 구동 전자기계식, (ii) 가변 용량 펌프/모터 전자유압식. 이중 또는 단일 구동 사용 가능. 구동장치 및 배치 선택 주이유: (i) 샤프트 장착 유성 기어박스로 오버행 하중 감소, (ii) 속도 범위, (iii) 유지보수성.
이동 팔레트 카와 프레임, 레일, 윈드 박스 간 차등 열팽창 보상하면서 팔레트 본체 면 간 분리 방지 충분한 압력 유지 위해 테이크업 메커니즘 제공. 테이크업 메커니즘은 일반적으로 카운터웨이트/풀리 시스템 또는 유압 시스템으로 자동화. 유압 시스템 이점: (i) 최소 압력 유지로 팔레트 본체 면 간 마찰 마모 감소, (ii) 이중 작동 실린더 사용으로 단일 팔레트 어셈블리 교체(스트랜드 개방) 용이.
기계 제작사들은 대형 기계 스트랜드에 대해 기술적 이유로 배출 단부에 테이크업 메커니즘 설치. 소형 기계 스트랜드에는 냉간 구동 단부 설치가 더 실행 가능. 어느 경우든 메커니즘은 휠/레일 장치 장착 또는 현수형 이동 장치로 설계. 구동 스테이션이 스트랜드 중심선 정렬되도록 정확한 안내 메커니즘 필요.
소결기 점화로는 내화물 라이닝 강철 상자로, 두 개 이상 수평 대향 버너 배치. 코크스로 가스, 고로 가스, 혼합 가스, 천연가스 등 기체 연료, 액체 연료, 고체 연료(분말 석탄) 모두 열원으로 사용 가능. 수직 작동 도어가 그린 피드 상단 레벨까지 점화로 면 차단해 열손실 최소화. 점화로 목적은 그린 피드 내 코크스 브리즈 탄소 점화로 상부 층 점화.
위 요구사항 충족 위해 점화로에 다음 기능 장착 필요:
크래시 데크는 팔레트 카에서 배출되는 뜨거운 소결 물질을 뜨거운 소결 분쇄기(핑거 크러셔)로 안내합니다. 크래시 데크는 심한 충격과 마모 받으므로 두껍게 라이닝. 일부 기계는 세라믹 큐브로 라이닝. 라이너 수명 연간 계획 정비 주기와 일치해야. 소형 소결기 크래시 데크 라이닝은 보통 내마모강판 또는 주조 내마모 슬래브로 충분.
뜨거운 소결 분쇄기는 소결 케이크 덩어리를 150mm 미만으로 분쇄해 냉각 및 2차 분쇄 준비. 소결 케이크가 스트랜드 떠날 때 약 850°C 온도 유지하므로 뜨거운 소결 분쇄기 매우 열악한 환경 작동. 설계 시 이 환경 고려 필수. 설계 특징: (i) 교체형 핑거/핑거 휠, (ii) 차폐 베어링, (iii) 수냉 샤프트(대형 소결기), (iv) 핑거, 베어링, 베어링 실드 포함 완전 샤프트 어셈블리 신속 교체. 분진 캐노피 용이 제거, 크러셔 구동 용이 분리 시설 요구.
소결 냉각기는 구식 기술로 저생산성, 고운영/유지비 야기하며 소결 생산 병목이 되곤 합니다. 보통 환형 냉각기 사용. 일부 소결기 직선 냉각기 사용.
환형 냉각기 설계는 이제 본질적으로 재료 중심 유지 용이 지속 가능한 강성 링 프레임 구성. 냉각기 슈트 첨단 설계로 소결물질이 냉각기 위에 더 균일하게 분포, 큰 직경 조각 하단, 작은 조각 상단 유지. 냉각 성능 향상, 팬 동력 소비 감소, 관련 장비 손상 방지. 이동 냉각기 트로프와 공기 채널 시스템 사이 특수 고무 씰로 냉각 공기 더 효율적 이용.
소결공장 에너지 효율 추가 향상 위해 소결 냉각기에서 배기 공기 현열 이용해 전력 또는 공정 증기 생성하는 여러 열회수 시스템 설치. 일반적으로 사용되는 세 가지 열회수 대안: (i) 점화로 연소 공기 예열 및 갓 점화된 소결 후열, (ii) 선택적 배기가스 재순환 시스템으로 코크스 및 CO₂ 절약, (iii) 증기/전력 생성용 폐열 회수 플랜트.
소결공장 설계 시 시험은 보통 삼중 목적: (i) 기존 유사 소결공장 기반 사전 선택 공정 매개변수 확인, (ii) 제안 소결공장 생산 능력 측면 선택 매개변수 평가, (iii) 제안 소결공장 특화 설계 정보 획득.
코크스 브리즈 첨가 비율 변경, 덜 중요하지만 물 첨가 비율 변경으로 운영 매개변수 세트 최적점 도달. 조건 세트 목표에 충분히 가까우면 '소결 분광 비율'(생성 분광 중량 / 그린 피드 회수 분광 중량)로 최적화 판단, 1에 최대한 가까워야 함(비율 0.95~1.05 사이면 양호한 소결).
물과 코크스 브리즈 변화로 소결 분광 비율 달성 못하면 설정 층 깊이와 압력 강하(흡입) 조건에서 그린 피드 혼합물 소결 분광 입력 변경으로 추가 최적화만 가능.
직선형 기계에 대해 보통 초기 식별 공정 매개변수와 시험용 사전 선택 값:
시험 대안은 제안 소결공장 예상 운영 요구사항 기반 선택. 제안 대안: (i) 분진/슬러지 첨가 없는 광석 분광만 베이스 케이스, (ii) 노듈라이징 없이 광석 분광에 일정 비율 분진/슬러지 첨가, (iii) 광석 분광과 혼합 전 분진/슬러지 예비 노듈라이징.
물은 소결 혼합물에 여러 이유 첨가, 가장 중요한 것은 노듈라이징 공정 중 미세 분진이 큰 입자에 응집 전파. 이는 노듈라이징 시간과 함께 소결 혼합물 투과성, 결과적으로 소결 케이크 제어에 핵심 역할. 또한 소결 케이크 품질(냉간 강도), 생산 속도, 수율, 소결 분광 비율 영향. 따라서 소결 공정 중 수분 제어 필요. 보통 물 첨가율 높으면 소결 중 더 높은 에너지 필요, 낮으면 적절한 노듈라이징 안 일어남. 따라서 물 첨가율 시험 통해 최적화 필요. 이 이유 최적 물 첨가 제어 안정적 운전과 적절한 설계 준비 필수. 그러나 물 첨가는 대규모 플랜트 시운전 중 추가 최적화 용이 매개변수.
소결 반응은 광석 분광 개별 입자 표면층 용융과 융합으로 전파. 이 반응 가용 열(에너지)은 소결 혼합물 첨가 코크스 브리즈 탄소와 층 통과 공기 산소 간 반응 제어. 두 매개변수 상호작용 복잡, 고정 공정 매개변수 세트에서 공정 출력(생산 속도, 수율, 소결 분광 비율, 소결 품질) 결정 큰 역할.
여러 공정 매개변수(압력 강하, 수율, 생산 속도, 점화 온도, 코크스 브리즈 첨가 등) 서로 완전히 독립 아님. 그러나 그린 소결 피드 첨가 코크스 브리즈 형태 탄소량이 가장 제어 중요. 소결 중 층 거동 결정, 냉각 특성 일부 영향.
일반적으로 소결 혼합물 탄소 과다 시 층 과도 융합 폐쇄돼 고정 압력 강하 공기 흐름 방해. 긴 소결 시간, 저생산 속도 초래. 반면 탄소 부족 시 적절한 소결 안되고 공정 회수 분광량 증가, 수율 저하. 시험이 소결 공정 최적화 필요 최적 탄소(코크스 브리즈) 비율 결정 최선 방법.
플랜트 설계 위한 시험 수행 시 특정 그린 소결 혼합물 최적 가용 데이터 기반 매개변수 세트 선택. 피드 첨가 코크스 브리즈량 변화시키며 소결 효과 공정 생성 분광량(본질적으로 미소결 물질, 마이너스 5mm 분율) 판단. 입력/출력 분광 비율 따라 코크스 브리즈량 조정.
앞서 언급했듯 소결 반응 전파는 시스템 내 탄소(코크스 브리즈)와 공기량 제어(반응 에너지 제공). 그러나 소결기에서 층 통과 공기량 제어 어렵고 비현실적, 따라서 공기량 대신 압력 강하 제어. 소결층 통과 공기량은 특정 압력 강하에서 소결 혼합물 투과성 의존, 투과성 변화로 소결 스트랜드 길따라 변동. 시스템 압력 강하 가스 정제 시스템 배기 팬 흡입으로 예정된 수준 유지. 개별 흡입 박스 제어 온라인 가능하나 점화 후드 하부 것 외엔 불필요. 점화 약 180~200 mm WG서 발생, 층 깊이와 무관. 소결 압력 강하 층 깊이 연관.
주어진 생산 속도 위해 폭, 길이, 층 깊이 변화 수많은 소결공장 구성 가능하나 약간 다른 영향. 깊은 층 주요 효과는 소결 생산 표면적과 부피 관계. 층 깊이 증가 시 부피/면적 비율 증가, 미소결 표면 분광 감소 기대. 보통 수율과 소결 분광 비율 영향, 생산 속도 필수 영향 아님.
원칙적으로 압력 강하 조정 시 생산 속도 영향 없음. 고정 수직 소결 속도(층 관통 연소 속도, 화염 전선 속도)로 상이한 층 깊이 비례 시간 필요. 그러나 소결 시간 따라 관통점 이동으로 소결 스트랜드 수평 속도 영향 가능.
보통 깊은 층에서 소결 혼합물 현저히 양호 수행. 깊은 층 소결 분광 비율과 스트랜드 속도 필요 생산 능력 유지하며 훨씬 더 수용 가능. 추가 이점: 코크스 브리즈 소비 대폭 감소. 또한 층 높이 증가 시 층 통과 필요 압력 강하 유연성 존재.
그린 소결 피드 점화는 연료 소스 버너로. 점화 시간은 코크스 브리즈 상층 충분히 점화돼 층 통과 반응 추가 전파되면 임계 매개변수 아님. 광석 소스 따라 0.5~2.0분 변동, 보통 1.5분 충분.
점화 시간과 달리 점화 온도 보통 임계적. 점화 중 온도 상층 두께 제어, 결과적으로 스트랜드 최종 제품 수율 영향. 또한 최종 제품 품질(강도), 수율, 생산 속도 영향. 너무 높은 점화 온도 열충격으로 소결층 가로 균열 형성, 공기 단락 발생 관찰. 균열 인접 구역 불완전 소결 발생, 저수율, 저생산 속도, 불량 소결 주요 원인.
단, 점화 온도와 점화 필요 에너지는 동일하지 않으며 혼동 말아야. 이상적으로 두 매개변수 개별 제어 필요하나 소결공장서 보통 어려움.
하스층 기본 비임계 기능: 소결 케이크가 하스에 부착돼 팔레트 카와 그레이트 바 손상 방지. 특정 저급 철광석 제조 일부 소결 혼합물은 하스층 불필요. 하스층 두께와 입도 분포가 소결 케이크 투과성 미미 영향 미치나 실용상 무의미. 그러나 소결공장 운영 중 우려: 순환 하스층 공급 연속성 어려움 가능. 올바른 크기 범위 충분량 없으면 하스층 공급 필요. 이 경우 소결 공정 하류 소결 분쇄 제어 필요.
소결 공정 수율 일반적으로 공정 투입 원료량 대비 생산 소결량 비율. 계산 배터리 한계(스트랜드 단부 또는 최종 제품) 따라 결과 다를 수 있음. 스트랜드 단부 수율은 LOI(점화 손실)와 배기 가스 시스템 흡입 분진 손실만 표시, 최종 제품 수율은 분광 분율(5mm 미만) 생성도 고려. 입력 물질 분석 기준 LOI 약 20%, 스트랜드 단부 소결 수율 80% 기대.
생산 속도 또는 생산 지수 소결공장 능력 판단 표준, 보통 유효 하스 면적 제곱미터당 시간당 소결 생산 질량 표현. 일부 지역 일당 생산량 표현. 그러나 유효 하스 면적 정의와 배터리 한계(스트랜드 단부 vs 최종 제품) 혼동 가능. 실용적 정의:
소결 분광 비율은 소결 공정 성능 결정 매개변수. 이상적 비율 1 목표: 생성 분광량 = 그린 피드 회수 분광량, 공정 평형. 소결 공정에서 소결 분광 비율 보통 0.95~1.05 변동 허용, 버퍼 저장 필요.
제조공정
맷모어 공정(Matmor Process for Ironmaking) 맷모어 공정은 현재 Environmental Clean Technologies Ltd(ECT)에서 개발 중인 제철 공정입니다. 맷모어 공정 기술은 특허 기술입니다. 이 기술은 갈탄(lignite coal, 갈탄/갈색탄)을 기반으로 하며, 독특한 화학과 로 설계 덕분에 고품위 럼프 철광석을 저비용 대체 원료로 대체할 수 있습니다. 일반적으로 갈탄(갈색탄으로도 알려짐)은 높은 휘발분과 수분 함량 때문에 야금용으로 사용되지 않습니다. Environmental Clean
공정 개선 기법은 제조 작업 최적화에 필수적입니다. 제대로 수행되면 최적화된 공정이 더 높은 효율로 이어집니다. 둘의 연결고리는 무엇일까요? 그리고 왜 공정 최적화가 더 높은 효율 달성에 그렇게 중요할까요? 답은 활동의 효과성에 있습니다. 많은 걸 생산하는 것만으론 부족합니다. 완제품 생산에 필요한 작업, 검사, 조정, 동작이 최소 투입으로 최대의 산출을 내도록 조율돼야 합니다. 많은 기업이 이를 지속적 개선의 길이라 표현합니다. 대부분 제조 운영에서 그 길은 머신을 중심으로 합니다. 오퍼레이터, 정비사, 기술자 같은 사람들은 습관
