석회석은 자연산출 풍부한 퇴적암으로, 광물 칼사이트 형태의 탄산칼슘(CaCO₃) 고함량 함유. 일부 석회석은 탄산마그네슘(MgCO₃) 소량 함유하며, 이를 돌로마이트질 석회석이라 부릅니다.
석회석은 중요한 산업광물이기도 합니다. 화학적 특성으로 광범위한 산업/제조용도 가치. 제철산업 필수원료 중 하나입니다.
정의상 석회석은 중량기준 최소 50% CaCO₃(칼사이트 형태) 함유 암석. 석영(실리카), 장석(알루미노실리케이트), 점토광물, 황철석(황화철), 시데라이트(탄산철), 기타광물 소량 동반. 모든석회석은 최소수% 타물질함유. 불순물: 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃), 황(황화물/황산염), 인(P₂O₅), 포타시(K₂O), 소다(Na₂O). 실리카와 알루미나가 주불순물. 제철용석회석은 최소 85% 탄산칼슘과 저알루미나요구. 제강용은 최소 92% 탄산칼슘과 극저불순물, 특히 실리카비율 요구.
석회석은 보통 세형태사용: (1) 원석회석(자연형태), (2) 소성석회석(생석회/소석회), (3) 수산화석회(소석회). 융제용으로는 원석회석이나 소성석회석사용. 수산화석회는 일반적으로 고칼슘생석회서생산, 산화칼슘 72~74%, 화학결합수 23~24% 함유.
채광후석회석은다양공정거쳐각공정사용가능. 기본공정: (1)원석회석채석, (2)채광석회석파쇄·크기분급으로사용준비, (3)원석회석소성, (4)소성석회석수화로수산화석회생산(필요시), (5)각종이송·저장·취급작업. 모든공정모든플랜트필수아님.
(1) 원석회석제품, (2) 소성석회석/생석회제품, (3) 수산화석회제품. 각제품가공설명:
첫공정은석회석광산에서채광석파쇄·스크리닝으로광석크기별분급. 제철플랜트일부장소에서원석회석추가공정. 예: 소결플랜트원석회석해머밀분쇄 -3mm(일반85~90%).
원석회석열분해, LOI(점화감량) 또는 CO₂성분제거위한열처리공정. 고체상태흡열반응. 제강용고품질생석회일반적 90~95% CaO함유. 이론적 100kg CaCO₃ 완전소성시 56kg CaO생성. 실제다양요인으로변동. 소성중 CO₂제거로생석회: (1)다공성, (2)비표면적증가, (3)고반응성, (4)흡습성. 생석회 1톤생산위해약 1.8톤석회석소요.
흡열화학반응이므로상당에너지투입필요. 가열시탄산칼슘분해:
CaCO₃ + 약 42.5kcal열 = CaO + CO₂
석회석소성은단일단계소성공정으로샤프트킬른/로터리킬른수행. 5공정단계: (1)주위→입자표면열전달, (2)표면→반응전선열전도, (3)전선화학반응속도론, (4)다공성산화층통해CO₂확산→표면, (5)주위전이.
석회석킬른투입→진행중분해/소성. CaCO₃분해 810°C부터시작.
부분분해석회석조각이용소성공정설명(그림1): 치밀탄산염코어주변다공성층. 킬른내 Tgas온도에서복사대류(h)로고체표면 Tsurface가열. 열전도(A)로산화층관통→반응전선 Trc도달. 반응엔탈피내부에너지보다훨씬커반응중코어로열유입무시가능. 코어온도전선온도약간낮음. 열공급시화학반응상수(k)작용, 구동력 CO₂분압편차(p-eq–p-f). 방출CO₂다공성산화층확산(Dp)→표면→대류(B)주위전달(표면CO₂분압 p-surface존재). 석회화학물리특성소성영향받고, 소성은전도도, 물질전달계수, 석회층확산도영향.
그림 1 소성중 석회석 시료 프로파일
완전소성·미소성코어없는석회석위해열이석회석표면→전도열전달로코어관통필요. 코어최소단시간 900°C도달필요(내부분위기순수CO₂). 석회석표면 900°C초과가열로필요온도구배유지, 표면소성물질단열효과극복. 단, 생석회생산시표면온도 1,100~1,150°C초과금지: CaO재결정화→반응성저하→생석회소석특성감소.
연소가스열→석회석표면→코어열전달위해체류/잔류시간필요. 큰석회석더긴소성시간소요. 원칙적고온소성→필요체류시간단축. 단, 과고온제품반응성악영향. 소성온도-체류시간-석회석크기관계표1.
| 표 1 소성온도와 체류시간 관계 | |||
|---|---|---|---|
| 순번 | 석회석크기 | 소성온도 | 체류시간(근사) |
| 단위 | mm | °C | 시간 |
| 1 | 50 | 1000 | 2.1 |
| 1200 | 0.7 | ||
| 2 | 100 | 1000 | 8.3 |
| 1200 | 2.9 | ||
로터리킬른(예열기유무), 샤프트킬른등다양. 킬른선택강력영향: 원료특성, 예상생산율, 연료비, 투자비, 가용연료, 현지조건, 인프라등. 일반적으로실험실테스트포함모든데이터평가후소성킬른선정.
로터리킬른(예열기유무): 10~50mm 원료처리. 열수지: 배가스손실약 25%, 킬른쉘손실약 20% 총열소요량기준. 예열기장착킬른연료에너지약 60%만소성공정사용.
단일수직샤프트킬른: 소성존가용열-예열존필요열불균형존재. 이상적소성도폐가스온도 100°C초과가능. 병류재생(PFR)타입킬른: 소성존열이용률향상, 폐가스열손실최소화→톤당열소비감소.
단일수직샤프트킬른물질/가스흐름도, 로터리석회킬른주요구성요소, 로터리킬른열전달메커니즘그림2.
그림 2 단일수직샤프트킬른 개요도, 로터리킬른 구성요소, 로터리킬른 열전달메커니즘
| 표 2 석회석소성용 각종킬른비교 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 킬른유형 | 용량 | 석회석크기 | 비연료소비 | 비전력소비 | 비고 |
| tpd | mm | kcal/kg | kWh/톤 | ||
| 직사각형PFR킬른 | 100-400 | 30-120 | 810-870 | 약 20 | 고반응성생석회생산 |
| 원형PFR킬른 | 300-800 | 30-160 | 810-870 | 약 20 | 고반응성생석회생산 |
| 파인라임킬른 | 200-400 | 15-40 | 790-850 | 약 20 | 고반응성생석회생산 |
| 환상샤프트킬른 | 200-600 | 15-200 | 910-980 | 약 30 | 배가스고CO₂함량 |
| 단일샤프트킬른 | 50-300 | 10-100 | 980-1100 | 약 35 | 중경소성생석회생산 |
| 예열기로터리킬른 | 300-1200 | 10-50 | 1150-1350 | 약 30 | 고반응성생석회, 고생산율, 저황 |
| 예열기없는장대로터리킬른 | 300-1000 | 20-50 | 1600-1700 | 약 20 | 고생산율, 반응성생석회, 저황 |
| 현탁소성 | 300-1200 | 0.03-2 | 1300-1400 | - | 매우미세원료 |
수직샤프트킬른/수평로터리킬른두유형. 킬른종류따라석회석투입크기상이. 수직킬른: 석회석하강, 열가스상향이동→연소가스상향통로위해충분히큰석재필요. 보통 130~200mm사용. 온도상승완만→긴체류시간. 수직킬른연료효율적이나용량제한. 수평킬른: 킬른회전→석회석텀블링→전표면열가스노출. 일반 25~40mm. 킬른투입석회석크기균일성균일소성중요. 실용적긴밀사이징비쌈(다중스크리닝). 수평킬른 6mm이하미세석회석일정% 함유시덩어리째넘어짐→열가스노출감소→불균일노출→생석회품질저하. 수직킬른미세석회석공극차단→가스통로/열전달방해→불균일소성. 추가 3mm미만입자열화→미분생성→집진기제거필요.
소성중석회석해리표면→내부점진진행. 크기클수록소성어렵고시간많이소요. 킬른투입광범위입도분포열분포방해. 샤프트킬른대형석재형성공극사이소형석재축적→통풍/연소염가스흐름차단. 광범위크기소성시적정온도작은크기충분소성, 큰크기외각만소성. 제한된입도분포석회석(크기무관)소성용이. 크기=소성중요요소. 킬른진입시킬른내열가스노출. 열침투율석회석/주위가스온도차의존. 추가열침투시간소요. 크기작을수록열침투시간단축. 분쇄석회석경우 1분미만단축가능. 체류시간너무짧으면코어미소성·표면만소성. 너무길면표면수축·CO₂탈출공극폐쇄→불투과표면생성→경소성/데드번드라임→극저반응성·소석불량. 추가긴체류시간=저생산·고생산비.
석회석결정구조소성속도, 내부강도, 결과CaO결정크기영향. 미세결정소성중응집→대결정형성→수축·부피감소. 고킬른온도응집촉진. 응집많을수록최종제품부피수축증가. 밀도와결정구조상관관계. 결정형상→결정간공극공간→밀도결정. 큰공극CO₂가스소성중쉬운통과지만부피감소초래. 일부석회석결정구조로소성중분해→소성부적합. 타유형소성중과도치밀→CO₂탈출방해→비다공성→소성부적합.
대기압 100% CO₂분위기서 ~810°C부터소성시작. 해리표면→내부진행. 코어해리위해더고온필요. 크기클수록내부압력증가(CO₂탈출강제)→코어해리위해더고온필요. 온도증가영향, 온도유지보다해리율에훨씬큰영향. 이론소성온도 ~1,000°C. 실킬른온도훨씬높음(~1,350°C). 정확온도킬른운전원실험결정(크기, 품질, 킬른, 연료종류의존). 일반적으로최저온도·최단체류시간완전소성달성권장. 고소성온도→수축증가·부피감소. 고온→소성석회표면탄산화(석재방출CO₂+연소생성물)→비다공성→저반응성.
점진적균일상승필수. 대형석회석(100~150mm)특히중요. 대형소성시석회석다공성유지필요. 온도상승→외층해리온도→CO₂탈출→모세관통로형성→다공성. 가스탈출→부피최대 40%수축→중심부가스통로제한→추가CO₂탈출방해. 과긴체류시간→고온(1350°C이상)CaO+CO₂재결합→탄산화(CaCO₃). 온도상승너무빠르면외층급속소성→수축·공극폐쇄→내부압력증가→가스탈출불가→석회석폭발·분해→불량미분생성→생석회품질저하.
석회석종류/품질무관, 고온·장시간소성→경소성생석회: 고수축·고밀도·저다공성·저화학반응성. 반대(저온·단시간)→연소성고반응성생석회: 저수축·저밀도·고다공성. 소성시간작은/큰돌상대적가열소성시간∝두께²(불규칙형평균직경). 킬른체류시간크기·소성온도의존. 크기=소성가장중요요소. 킬른진입→열가스노출. 열침투율온도차기반. 추가열침투시간소요. 크기작을수록열침투시간단축. 분쇄석회석 1분미만. 체류너무짧음→코어미소성·표면만소성. 너무김→표면수축·공극폐쇄→불투과표면→경소성/데드번드라임→극저반응성·소석불량. 추가긴체류→저생산·고비용.
소성중석회석방출CO₂로킬른분위기CO₂농도상승. 적정소성위해CO₂연속제거필수. 미제거시고CO₂농도+고소성온도→소성석회탄산화→CaO→CaCO₃역전환. 추가CO₂석회석불순물과반응.
다공성·밀도·공극크기분포상호관계. 이요소들표준측정가능생석회특성(반응성, 유효석회, 입도분포, 비표면적)주영향. 소성온도 950~1070°C, 체류시간 1~4시간범위에서다공성·비표면적·반응성거의영향없고생석회벌크밀도일정. 과도소성온도·장기간소성→경소성→저반응성생석회생산.
생석회수축률=석회석/소성후라임밀도, LOI허용계산. 공식: S = 100×{[100/Ds-(100-L)/Dl]/100×Ds} (S=수축%, Ds=석회석밀도g/cc, Dl=생석회밀도g/cc, L=석회석LOI%). 수축→킬른석회석벌크밀도주영향. 수축클수록석회석공극감소→킬른충전→고압강하·배가스드래프트영향.
킬른효율·생석회품질주영향. 고체조연료(목탄, 숯, 석탄)초기부터사용. 분말석탄, 발생로가스, 천연가스, 중유사용. 천연가스최편리, 발생로가스최번거로움. 최종연료선택환경고려결정(유해배출경향차이). 일반적으로수직킬른오일/천연가스, 수평로터리킬른석탄. 양쪽킬른모든연료사용가능. 오일/석탄황화합물 0.5~3%함유. 황적정온도CaO와결합→황화칼슘/황산칼슘생성. 보통소성물질표면발생→비다공성→반응성저하. 추가석탄고회분→로터리킬른내화물축적→석회석흐름방해. 킬른주기적냉각·수동회분제거필요(번거롭고고비용). 천연가스최청정연료, 수직킬른주사용.
생석회충분한물처리→산화물수산화물전환→건조분말수산화석회(슬레이크드라임). 배가스탈황용수산화석회: 향상된평균미립도, 고비표면적, 고공극부피요구. 수화반응화학적으로단순하나강력발열, CaO kg당 약 276kcal발열. 반응식:
CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + 열
비교: 고칼슘생석회 1,000톤수화발열열량 ≈ 석탄 35톤총발열량. 수화/소석자주혼용. 단, 명확한차이존재. 수화≈화학량론적물·라임반응→생성물수화물(건조분말, 자유수분<1%, 분말취급). 소석=과량물라임반응→라임슬러리생성(액체취급).
급속수화→미세입자생성경향(수화결정응집기회적음). 단, 최속반응필수조건아님. 원칙적고반응성라임반응 3단계발전(그림3): (1)운동론적, (2)전이적, (3)확산적. 운동론적단계매우짧음(<10초), 급격한온도상승(총상승 50%차지). 전이단계(종종<1분)킬른투입라임덩어리크기따라변화. 온도상승꺾임보임. 확산단계온도다시급상승→빠르게평탄→반응종료표시.
그림 3 수화반응 단계와 수화메커니즘
수화메커니즘도그림3. 라임입자수화메커니즘: 물초기접촉후수초강력반응시작(라임-물무방해접촉). 최초부분수화라임층표면생성→아래퀵라임층보호막역할(입자표면근처잔류). 부분수화라임층물침투지연. Ca(OH)₂결정점차최종형성→분리시작→물침투개선→반응재개. 다른중요요소: 반응발전=퀵라임덩어리크기함수.
석회석소결공정투입또는고로직접투입. 중성또는약염기성BF슬래그획득위해투입. 소결통한투입선호(석회석CO₂소결중제거). 소결시해머크러셔-3mm(85~90%)분쇄→소결믹스혼합. 고로직접투입시 10~40mm덩어리사용.
소결통한투입시요즘소성석회(생석회)직접사용. 소결공정생석회사용장점: (1)소결믹스결합특성개선, (2)소결기생산성향상, (3)소결강도개선, (4)배가스량감소연관장점.
소결용석회석고실리카(SiO₂)선호: SiO₂가BF내알루미나(Al₂O₃)효과상쇄.
석회석제강주용도2번째. 슬래그염기도(CaO/SiO₂)약 3유지용. 제강용소성형태사용. 제강용석회석SiO₂(산성)함량극저, 바람직<1%. 라임반응성매우양호해야함: 제강공정매우빠름(전공정<20분완료).
생석회/수산화석회소량용도: 탈황제, 주철주조기금형코팅, 산성수중화, 수처리, 폐수처리, 배가스처리, 슬러지/하수처리등. 합성슬래그성분첨가도.
제조공정
콜피츠 발진기는 선형 발진기이며 수많은 LC 발진기 중 하나입니다. 중요하게는 이 발진기는 커패시터(C)와 인덕터(L)의 기능적 통일을 사용하므로 LC 발진기라는 이름이 붙었습니다. 이 글에서는 콜피츠 발진기, 그 장점, 응용 분야 등을 논의하겠습니다. 또한 귀하의 필요에 맞는 올바른 콜피츠 발진기 연결을 배우고 파악하는 데 도움이 될 것입니다! 1. 콜피츠 발진기란 무엇인가요? 콜피츠는 전자 발진기입니다. 중요하게는 이 발진기는 인덕터와 커패시터를 사용하여 LC 회로에 기여합니다. 이 발진기의 동작에는 트랜지스터, 오피앰프, 전계
항공우주 응용 분야의 부품을 만들 때 부품의 형상, 무게, 내구성 등 많은 요소를 고려해야 합니다. 이러한 요소는 항공기의 비행 가치에 영향을 미칩니다. 오랜 세월 동안 항공우주 응용 분야의 소재 선택은 알루미늄이었습니다. 그러나 현대 제트 항공기에서는 구조의 20%만 차지합니다. 그러나 경량 항공기 수요로 인해 탄소 강화 폴리머와 허니컴 소재 같은 복합 소재 사용이 현대 항공우주 산업에서 지속적으로 증가하고 있습니다. 최근 몇 년간 항공우주 제조업체들은 알루미늄 대체재를 연구하기 시작했으며, 그 중 하나가 항공우주 등급 스테인리스
