돌로마이트: 가공기술과 제철산업 핵심역할

돌로마이트 - 제철산업에서의 가공과 응용

돌로마이트(Dolomite)는 무수탄산염광물로 칼슘과 마그네슘의 이중탄산염(CaCO₃·MgCO₃)입니다. 제철생산 중요원료 중 하나입니다.

이론적조성: CaCO₃ 54.35%, MgCO₃ 45.65% 또는 CaO 30.41%, MgO 21.86%, CO₂ 47.73%. 자연산출물은 정확한비율아니므로 일반적으로 MgCO₃ 40~45% 범위함유암을 돌로마이트라 부릅니다.

제철산업 주요용도

1. 융제재료(플럭스)
2. 내화물라이닝보호
3. 내화물원료

제철용돌로마이트세형태사용: (1) 원돌로마이트(자연형태), (2) 소성돌로마이트, (3) 소결돌로마이트. 융제용: 원돌로마이트/소성돌로마이트. 내화물보호용: 소성형태. 내화물원료용: 소결돌로마이트. 용도와형태그림1.

그림 1 제철산업에서 돌로마이트 용도와 형태

돌로마이트 가공공정

채광후여러공정거쳐사용가능. 기본공정: (1)원돌로마이트채석, (2)파쇄·크기분급, (3)원돌로마이트소성, (4)소성돌로마이트수화→수화돌로마이트생산(필요시), (5)내화물용소결, (6)이송·저장·취급. 모든공정모든플랜트필수아님.

제철/제강용 3가지돌로마이트제품

(1) 원돌로마이트제품, (2) 소성돌로마이트제품, (3) 소결돌로마이트제품. 각가공설명:

첫공정돌로마이트광산: 채광석파쇄·스크리닝크기별분급. 제철플랜트일부원돌로마이트추가공정. 예: 소결플랜트해머밀 -3mm분쇄(85~90%).

돌로마이트 소성(Calcination)

원돌로마이트열분해, LOI/CO₂제거열처리. 고체상태흡열반응. 고품질돌로마이트일반적 MgCO₃ 40~43%, CaCO₃ 57~60%. 소성돌로마이트 1톤위해약 2톤원돌로마이트소요. CO₂제거로소성돌로마이트: (1)다공성, (2)고비표면적, (3)고반응성, (4)흡습성.

가열시돌로마이트탄산염분해:

CaCO₃·MgCO₃ + 약 725kcal열 = CaO·MgO + 2CO₂

원돌로마이트소성단일단계소성공정샤프트/로터리킬른. 투입→진행중2단계분해. 1단계: MgCO₃성분CO₂방출시작. 2단계: CaCO₃성분CO₂방출시작. 분해온도공정분위기CO₂분압의존.

돌로마이트분해 2단계:

• 1단계: CaCO₃·MgCO₃ = CaCO₃·MgO + CO₂ (550~700°C)
• 2단계: CaCO₃·MgO = CaO·MgO + CO₂ (810~900°C)

부분분해돌로마이트이용소성공정설명(그림2): 석회석과유사. 치밀탄산염코어주변다공성층. 킬른 Tgas→복사대류(h)→표면 Tsurface→열전도(A)→반응전선 Trc. 반응엔탈피>>내부에너지→코어열유입무시→코어온도≈전선온도. 열공급→화학반응상수(k)작용(구동력: CO₂분압평형편차 p-eq–p-f). 방출CO₂다공성층확산(Dp)→표면→대류(B)주위전달(표면분압 p-surface). 소성돌로마이트화학물리특성=소성영향←전도도·물질전달계수·확산도영향.

그림 2 소성중 돌로마이트 시료 프로파일

완전소성·미소성코어없는돌로마이트위해열표면→전도→코어관통필요. 코어최소단시간 900°C도달(내부순수CO₂). 표면 900°C초과가열필요(온도구배유지, 표면소성물단열극복). 단, 소성돌로마이트생산시표면 1,100~1,150°C초과금지: CaO재결정화→반응성저하·소석특성감소.

연소가스열→표면→코어열전달위해체류시간필요. 큰돌로마이트더긴소성시간. 원칙고온→체류시간단축. 과고온제품반응성악영향. 소성온도-체류시간-크기관계표1.

표 1 소성온도와 체류시간 관계
순번	원돌로마이트크기	소성온도	체류시간(근사)
단위	mm	°C	시간
1	50	1000	2.2
		1200	0.75
2	100	1000	8.5
		1200	3

소성용 킬른종류

로터리/샤프트킬른. 선택영향: 원료특성, 생산율, 연료비, 투자비, 가용연료, 현지조건, 인프라. 일반적으로실험실테스트포함데이터평가후선정.

로터리킬른(예열기유무): 10~50mm처리. 열수지: 배가스손실~25%, 쉘손실~20%. 예열기장착킬른연료에너지~60%만소성사용.

단일수직샤프트킬른: 소성존가용열-예열존필요열불균형. 이상적소성도폐가스>100°C. 병류재생(PFR)킬른: 소성존열이용률향상, 폐가스열손실최소화→톤당열소비감소.

돌로마이트소성용 킬른비교데이터

표 2 돌로마이트소성용 각종킬른비교
킬른유형	용량	돌로마이트크기	비연료소비	비전력소비
	tpd	mm	kcal/kg	kWh/톤
직사각형PFR킬른	100-400	30-120	810-870	약 20
원형PFR킬른	300-800	30-160	810-870	약 20
환상샤프트킬른	200-600	15-200	910-980	약 30
단일샤프트킬른	50-300	10-100	980-1100	약 35
예열기로터리킬른	300-1200	10-50	1150-1350	약 30
예열기없는장대로터리킬른	300-1000	10-50	1600-1700	약 20

돌로마이트 소결(Sintering) - 제3가공유형

원돌로마이트소결(로스팅). 소결돌로마이트=내화물제품제조용. 데드번드돌로마이트라고도함: 원돌로마이트 1,650°C이상, 바람직 1,800°C초과가열제조. 목적: 최대벌크비중·내수화저항성달성.

가장일반적소결돌로마이트생산: 샤프트/로터리킬른단일단계소성. 투입→진행중 2단계분해(1단계 550°C~ MgCO₃ CO₂방출, 2단계 810°C~ CaCO₃ 분해). 완전소성후소결온도가열. 이온도에서이미소성물질다공성감소→벌크비중증가→내화물용도필수.

대표소비량·킬른투입원료크기표3.

표 3 돌로마이트소결대표파라미터
순번	파라미터	단위	고온수직킬른	로터리킬른
1	열에너지	kcal/kg	약 1200	약 2400
2	전기에너지	kWh/톤	약 65	약 65
3	원료투입크기	mm	10-50	5-50

소결공정성능=원돌로마이트소결성강의존→화학조성, 순도, 균질성, 기원, 생성, 다공성, 결정구조등텍스처특성영향. 추가연료(고체연료회분등)연소공정최종제품품질유의미영향. 고순도원돌로마이트경우연료불순물'소결보조제'역할로만족품질자주달성. 원돌로마이트특성제품품질부정적영향→저/불균질벌크비중또는내수화저항성불량. 이파라미터하나가내화물산업적용제한(특히최고급내화벽돌생산시). 킬른운전수정으로교정거의불가능.

돌로마이트소결용 수직샤프트킬른

소성돌로마이트브리켓투입원료사용. 향류원리작동, 높이약 10m 원통강철쉘, 염기성내화물라이닝. 소성돌로마이트브리켓킬른상부투입호퍼진입. 상부예열존통과시상류킬른고온가스집중접촉→주위온도~소결온도가열.

단일샤프트킬른설계로 2,000°C초과킬른온도달성가능(내화물용소결돌로마이트생산최저비열소비). 달성요소: (1)향류원리, (2)특수방사형멀티버너시스템, (3)연속작동배출테이블, (4)배출존통합제품냉각시스템.

고온수직샤프트킬른: 품질기준충족+저생산비용강요구동시만족. 개념→감산안정운전가능. 컴팩트설계→신뢰성·연속부드러운운전보장. 짧은체류시간+최적킬른분위기노출→고비생산율대비작은킬른치수. 다양한운전파라미터·정의된온도프로파일쉬운조정→운전고유연성. 저비열소비·저운영/투자비결합.

제철/제강공정 돌로마이트응용

고로(BF) 제철

돌로마이트소결공정투입또는고로직접투입. 보통원돌로마이트사용. BF슬래그목표MgO%획득위해투입. 소결통한투입선호(돌로마이트CO₂소결중제거). 소결시해머크러셔 -3mm(85~90%)분쇄→소결믹스혼합. 고로직접투입시덩어리돌로마이트(10~30mm)사용.

소결투입시요즘소성돌로마이트직접사용. 소결공정소성돌로마이트장점: (1)소결믹스결합특성개선, (2)소결기생산성향상, (3)소결강도개선, (4)배가스량감소연관장점.

소결용돌로마이트고실리카(SiO₂)선호: SiO₂가BF내알루미나(Al₂O₃)효과상쇄.

회전킬른법 DRI생산

돌로마이트탈황제사용. 원돌로마이트 4~8mm사이즈사용.

제강공정

제강에서돌로마이트융제·내화물양쪽사용. 제강용 SiO₂(산성)함량극저<1%바람직. 융제용: 소성형태사용. 융제로서이중역할: 1차일부라임(CaO)공급→소성라임소비감소. 2차더중요: 제강온도슬래그MgO과포화상태만들어마그네시아-카본라이닝보호.

요즘슬래그스플래싱기술BOF(전로)라이닝수명연장광범위적용. 잔류액체슬래그보유BOF용기에스플래싱전소성돌로마이트첨가→슬래그점도증가(부착성향상)+내화도향상.

소성돌로마이트합성슬래그일부증가사용: 래들야금중첨가→래들라이닝특히슬래그라인보호.

내화물용도

내화물용: 소결돌로마이트형태. 제강용타르돌로마이트벽돌, 피치함침돌로마이트벽돌, 레진본드돌로마이트벽돌생산→BOF, AOD(아르곤산소탈탄소), 일부전기로라이닝. 강래들라이닝에도사용.

돌로마이트기반단일체내화물(거닝믹스)제강로내화물유지보수용. 거닝보통내화물라이닝고마모영역시행. EAF헤스/뱅크형성유지정기적. 고철소결돌로마이트자주사용: 회전기계로열간사이수분내수톤펫들링투입. 빠르고저비용솔루션, 내화물급속마모부위특히적용.