철광석 소결 공정에서, 소결층 내에서 달성되는 중요한 공정 온도는 일반적으로 1300°C에서 1480°C(약 2370°F에서 2700°F) 범위입니다. 이 온도는 전체 설비에 대한 단일 목표가 아니라, 재료층을 통과하면서 연소 구역에서 도달하는 최고 온도입니다. 이 특정 온도 범위를 달성하는 것은 고품질 소결재를 생산하는 데 필수적입니다.
소결의 목표는 단순히 재료를 가열하는 것이 아니라, 시작 융점(incipient fusion), 즉 정밀한 부분 용융을 유도하는 것입니다. 온도를 제어하는 것은 취급 중 파손되지 않을 만큼 충분히 강하면서도 용광로에서 효율적으로 작동할 만큼 다공성인 소결재를 만드는 사이의 균형 잡기입니다.
소결 품질에서 온도의 역할
소결 중 온도 프로파일은 최종 제품의 화학적 및 물리적 특성을 직접적으로 결정합니다. 이는 용광로 장입재의 품질을 제어하는 가장 중요한 단일 변수입니다.
시작 융점 달성
코크스 가루 연료 연소로 생성된 열의 주된 목적은 제한된 양의 액체 슬래그 상을 만드는 것입니다. 이 용융된 물질은 고체 광석 입자 사이를 흐르면서 결합제 역할을 합니다. 재료가 냉각됨에 따라 이 액체 상은 응고되어 소결이라고 불리는 강하고 다공성인 클링커와 같은 재료를 형성합니다.
소결 강도에 미치는 영향
형성되는 액체상의 양은 최고 온도에 정비례합니다. 더 높은 온도는 더 많은 액체를 생성하며, 이는 일반적으로 냉각 시 기계적으로 더 강한 소결재를 만듭니다. 이 강도(텀블러 강도라고 함)는 소결재가 용광로로 이송 및 장입되는 동안 먼지(미분)로 부서지는 것을 방지하는 데 중요합니다.
환원성에 미치는 영향
강도도 중요하지만, 소결재는 환원성(reducible)도 있어야 합니다. 이는 용광로 내부의 뜨거운 가스가 소결재 내부로 쉽게 침투하여 산화철에서 산소를 제거할 수 있음을 의미합니다.
온도가 너무 높으면 과도한 양의 유리질이며 비다공성인 슬래그가 생성될 수 있습니다. 이 "과도하게 융합된(over-fused)" 소결재는 매우 강하지만 환원성이 매우 나쁩니다. 가스가 침투할 수 없어 용광로에서 주요 비효율성과 연료 소비 증가를 초래합니다.
절충점 이해하기: 소결 온도 범위
1300°C에서 1480°C 범위는 임의적인 것이 아닙니다. 이는 상충되는 특성들이 균형을 이루는 중요한 작동 범위입니다. 이 범위를 벗어나면 심각한 부정적인 결과가 발생합니다.
낮은 온도(1300°C 미만)의 문제점
최적 온도 범위 미만에서 작동하면 충분한 액체상이 생성되지 않습니다.
이는 약한 소결재를 생성하며, 부서지기 쉽고 강도가 약합니다. 이는 취급 중에 쉽게 부서져 재소결해야 하는 과도한 "반송 미분(return fines)"을 생성하여 공장의 전체 수율과 효율성을 저하시킵니다.
높은 온도(1480°C 초과)의 위험성
최적 온도를 초과하는 것은 너무 낮은 온도에서 작동하는 것보다 더 해로울 수 있습니다.
이는 과도한 용융을 유발하여 조밀하고 유리질이며 환원성이 낮은 소결재를 만듭니다. 또한, 극심한 온도는 용융된 물질이 흘러내려 소결 기계의 격자 바를 막아 비용이 많이 드는 작동 지연 및 유지보수를 초래할 수 있습니다.
소결 온도 제어의 주요 요인
작업자는 온도를 직접 설정하지 않습니다. 대신, 소결층 내의 온도 프로파일을 종합적으로 결정하는 몇 가지 주요 투입 요소를 조작합니다.
연료율 (코크스 가루)
소결 원료에 혼합된 미세 코크스의 양은 온도를 제어하는 주요 조절 장치입니다. 코크스가 많을수록 연소에 필요한 연료가 많아져 최고 온도가 높아집니다. 이는 작업자가 가장 흔하고 즉각적으로 조정하는 사항입니다.
원료 화학 조성
철광석 및 석회석, 백운석과 같은 플럭스(용제)의 화학 조성은 융해에 필요한 온도에 큰 영향을 미칩니다. 플럭스는 융점을 낮추고 강도와 환원성에 모두 이상적인 규산칼슘철과 같은 특정 광물상을 형성하기 위해 첨가됩니다.
베드 투과성
연소에는 산소가 필요합니다. 대형 팬에 의해 공기가 소결층을 통해 아래로 빨려 들어갑니다. 투과성이 높은 베드는 균일하고 효율적인 공기 흐름을 허용하여 안정적이고 일관된 연소를 유도합니다. 투과성이 나쁘면 연소 구역에 공기가 부족해져 온도가 낮아지고 소결이 불완전해집니다.
소결 성능을 위한 온도 최적화
온도 제어에 대한 운영 전략은 특정 생산 목표와 과제에 의해 결정되어야 합니다.
- 주요 초점이 생산량 극대화인 경우: 빠른 연소율을 보장하기 위해 온도 범위의 높은 쪽에서 작동할 수 있지만, 용광로에 사용할 수 없는 제품을 만드는 것을 피하기 위해 소결 환원성을 지속적으로 테스트해야 합니다.
- 주요 초점이 용광로 효율인 경우: 강도와 환원성의 최상의 균형을 갖춘 소결재를 생산하기 위해 최적 범위 내에서 엄격한 온도 제어를 유지해야 하며, 이로 인해 최대 생산 속도가 약간 제한될 수 있음을 받아들여야 합니다.
- 반송 미분율이 높은 경우: 이는 평균 베드 온도가 너무 낮아 약한 응집이 발생하고 있음을 나타내는 분명한 신호입니다. 코크스 가루 투입량을 약간 제어하여 증가시키는 것이 첫 번째 시정 조치입니다.
궁극적으로 소결 온도를 마스터하는 것은 효율적이고 안정적인 용광로 작동을 위한 이상적인 장입재를 만들기 위해 상충되는 야금학적 특성 사이의 균형을 맞추는 것입니다.
요약표:
| 온도 범위 | 주요 결과 | 소결 품질에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 1300°C 미만 | 불충분한 융해 | 약하고 부서지기 쉬운 소결재; 높은 반송 미분 |
| 1300°C - 1480°C (최적) | 시작 융점 | 강하고 다공성인 소결재; 용광로에 이상적 |
| 1480°C 초과 | 과도한 융해 | 조밀하고 유리질인 소결재; 낮은 환원성 |
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