현대 고로에서 100% 소결광을 사용하는 것은 실용적이지 않습니다. 이는 낮은 가스 투과성과 관련된 심각한 조업 문제를 야기하기 때문입니다. 소결광의 불규칙한 모양과 미세 입자로 부서지기 쉬운 특성은 노를 통해 위로 올라가는 필수 환원 가스의 흐름을 막아 효율성, 안정성 및 생산성을 저하시킬 수 있습니다. 소결광은 필수적이고 비용 효율적인 구성 요소이지만, 단독으로는 제 역할을 할 수 없습니다.
이상적인 고로 장입물은 단일하고 균일한 재료가 아니라 공학적으로 혼합된 재료입니다. 핵심 과제는 화학적 반응성과 물리적 강도 및 투과성의 균형을 맞추는 것입니다. 100% 소결광 장입물은 효율적인 가스 흐름을 위한 개방적이고 투과성 있는 기둥을 유지하는 데 필요한 구조적 무결성이 부족하여 이 과제를 해결하지 못합니다.
투과성의 핵심 역할
대향류 가스 반응기
고로를 거대한 수직 반응기라고 생각해보십시오. 뜨겁고 일산화탄소가 풍부한 가스가 바닥에서 강제로 주입되어 위로 이동해야 합니다. 철 함유 물질("장입물")은 상단에 장입되어 천천히 하강합니다.
전체 공정은 상승하는 가스와 하강하는 고체 사이의 긴밀한 접촉에 달려 있습니다. 가스가 자유롭고 균일하게 흐르지 못하면 반응이 불완전해지고 연료가 낭비되며 노의 조업이 불안정해집니다.
자갈 대 모래 비유
균일하고 둥근 자갈로 채워진 높은 원통형 용기에 공기를 불어넣으려고 한다고 상상해보십시오. 자갈 조각들 사이에 크고 일관된 빈 공간이 있기 때문에 공기는 쉽게 통과할 것입니다. 이것은 이상적이고 매우 투과성이 높은 층입니다.
이제 그 원통형 용기가 자갈, 모래, 먼지 혼합물로 채워져 있다고 상상해보십시오. 공기를 불어넣으려고 하면 매우 어려울 것입니다. 미세 입자가 빈 공간을 막아 엄청난 저항을 만듭니다. 이것은 낮은 투과성 층이며, 100% 소결광 장입물이 정확히 이러한 문제를 야기합니다.
소결광의 본질적인 한계
물리적 형태 및 열화
소결광은 미세한 철광석 입자를 다공성 케이크 모양의 덩어리로 융합시킨 다음, 분쇄하고 선별하여 생산됩니다. 본질적으로 불규칙한 모양을 가지며, 처음부터 피할 수 없는 미세 입자를 포함하는 넓은 입도 분포를 가집니다.
더 중요한 것은, 소결광이 노를 통해 하강할 때, 위에 있는 수 톤의 물질로부터 엄청난 기계적 압력과 극한의 열 응력을 받게 됩니다. 이로 인해 소결광은 열화되고 부서져, 노 샤프트 내부에서 더 많은 미세 입자를 생성합니다.
막힘 효과
새로 생성된 이 미세 입자들은 장입물의 더 큰 조각들 사이의 틈을 채웁니다. 이러한 막힘 작용은 전체 물질 기둥의 투과성을 급격히 감소시킵니다.
그 결과는 심각합니다:
- 높은 압력 강하: 송풍기는 노를 통해 가스를 강제로 통과시키기 위해 훨씬 더 많은 노력을 해야 하므로 에너지가 낭비됩니다.
- 가스 채널링: 가스는 균일하게 흐르지 못하고 저항이 가장 적은 경로를 찾아 위로 "채널링"하여 장입물의 많은 부분을 우회하게 됩니다.
- 불안정한 조업: 가스-고체 접촉 불량은 비효율적인 환원, 예측 불가능한 노 거동, 그리고 "슬립" 및 "행잉"과 같은 잠재적인 안전 문제를 초래합니다.
혼합 장입물의 시너지 효과
소결광의 약점을 보완하기 위해, 조업자들은 구조적 지지력을 제공하고 투과성을 유지하는 재료와 소결광을 혼합합니다.
펠릿의 장점
철광석 펠릿은 작고 구형의 광석으로, 매우 단단하고 내구성이 있도록 소성됩니다. 주요 장점은 균일한 크기와 높은 강도입니다.
장입물에 혼합되면, 구형 모양이 우리의 비유에서 자갈처럼 매우 예측 가능하고 투과성 있는 층을 만듭니다. 펠릿은 구조적 골격 역할을 하여 가스가 노 전체에 고르게 흐를 수 있는 통로를 열어줍니다.
괴광의 역할
고품질 괴광도 비슷한 기능을 할 수 있습니다. 이는 단순히 분쇄하고 선별한 천연 고품위 광석입니다. 펠릿과 마찬가지로, 열화에 강하고 장입물의 투과성을 유지하는 데 도움이 되는 더 크고 강한 입자를 제공합니다.
상충 관계 이해
소결광을 왜 사용해야 하는가?
소결광이 이러한 물리적 단점을 가지고 있다면, 왜 전 세계 많은 지역에서 지배적인 장입물 재료일까요? 그 이유는 주로 경제적이고 화학적입니다.
소결은 노에 직접 장입할 수 없는 저렴한 미세 철광석을 사용하는 훌륭한 방법입니다. 또한, 노내에서 발생하는 분진 및 코크스 미분과 같은 공장 내 폐기물을 재활용하여 폐기물을 가치 있는 원료로 전환하는 중요한 공정입니다. 또한, 다공성 구조는 우수한 화학적 반응성(환원성)을 제공합니다.
비용 대 성능 균형
소결광, 펠릿 또는 괴광을 얼마나 사용할지에 대한 결정은 끊임없는 균형 잡기입니다. 펠릿의 비율이 높으면 노 조업이 더 원활하고 생산적이지만, 종종 원료 비용이 높아집니다. 소결광 사용을 최대화하면 비용이 절감되지만, 불안정성 위험을 관리하기 위해 더 세심한 제어가 필요합니다.
대부분의 현대 고로는 60-80%의 소결광을 사용하고 나머지는 펠릿 및/또는 괴광으로 보충하여 최적의 성능을 달성하는 적절한 지점을 찾았습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 장입물 혼합을 선택하는 것은 생산성, 안정성 및 비용의 균형을 맞추는 전략적 결정입니다.
- 생산성 및 안정성 극대화에 중점을 둔다면: 원료 비용이 증가하더라도 우수한 투과성을 보장하기 위해 고품질의 균일한 크기의 펠릿 및 괴광의 비율을 높이는 것을 우선시하십시오.
- 조업 비용 최소화에 중점을 둔다면: 저렴한 광석 미분을 소비하고 공장 폐기물을 재활용하기 위해 소결광 사용을 최대화하되, 투과성을 관리하기 위한 정교한 공정 제어의 필요성을 받아들이십시오.
- 공급망 탄력성에 중점을 둔다면: 변화하는 시장 가격과 원료 가용성에 적응하기 위해 소결광, 펠릿 및 괴광의 다양한 혼합을 사용할 수 있는 조업 유연성을 개발하십시오.
궁극적으로 고로는 단일 "완벽한" 재료가 아니라 화학 반응과 물리적 흐름 모두를 위해 설계된 재료의 시너지 혼합으로 가장 잘 작동합니다.
요약표:
| 재료 | 주요 특성 | 고로 장입물에서의 역할 |
|---|---|---|
| 소결광 | 불규칙한 모양, 미분으로 열화 | 비용 효율적, 우수한 반응성, 하지만 투과성 감소 |
| 펠릿 | 균일하고 구형, 높은 강도 | 구조적 지지 제공, 가스 흐름 투과성 유지 |
| 괴광 | 천연, 크고 강한 입자 | 펠릿과 유사, 투과성 및 안정성 유지에 도움 |
| 이상적인 혼합 | 60-80% 소결광, 나머지는 펠릿/괴광 | 비용, 반응성 및 안정적인 조업을 위한 핵심 가스 흐름의 균형 |
최대 효율성과 안정성을 위해 고로 장입물을 최적화하십시오. 올바른 재료 혼합은 투과성을 유지하고 비용이 많이 드는 조업 문제를 방지하는 데 중요합니다. KINTEK은 소결광, 펠릿 및 광석과 같은 원료 분석을 위한 고품질 실험실 장비 및 소모품을 전문적으로 제공합니다. 당사의 솔루션은 재료 특성을 정밀하게 특성화하여 특정 목표에 맞는 완벽한 장입물을 설계하는 데 도움을 줍니다. 오늘 당사 전문가에게 문의하여 귀사의 제철 공정을 지원하고 실험실 역량을 강화하는 방법에 대해 논의하십시오.
