회전가마 내 마그네시안 플럭스 펠렛의 링 형성 메커니즘 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2397(2023) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 2월 28일에 게시되었습니다.

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링의 형성은 회전 가마에서 마그네시아 플럭스 펠릿의 주요 문제였으며, 이는 생산 효율성을 심각하게 제한했습니다. 펠렛 분말과 플럭스가 링의 원료였습니다. 이를 바탕으로 펠릿 분말과 플럭스와 혼합된 분말의 결합강도, 용융거동 및 미세구조를 조사하였다. 펠릿 분말의 고리 거동에 대한 염기성(R=CaO/SiO2)의 영향을 분석하고, 마그네시안 플럭스 펠릿의 고리 형성 메커니즘을 규명했습니다. 그 결과, 산성 펠릿 분말은 브리켓의 결합력이 낮아 고리 형성이 쉽지 않은 것으로 나타났다. 플럭스 혼합 후 결합 과정의 변화로 인해 마그네시안 플럭스 펠릿 분말은 융점이 낮은 페라이트 및 규산염 액상을 생성하여 적철광의 확산 및 재결정화를 촉진하고 브리켓의 압축 강도를 향상시켜 최종적으로 링을 형성하게 됩니다. 또한, 배소 온도를 1200℃ 이하로 조절하는 것이 요구되는데, 이는 마그네시안 플럭스 펠릿 분말이 파괴되기 쉬운 초기 고리를 형성하기 위한 필수 조건이다.

과도한 산업 용량을 대폭 줄이고 환경 개선이라는 이중 조치로 인해 중국 철강 산업은 구조 조정 및 업그레이드1의 압력을 받게 되었고, 이로 인해 철강 기업은 깨끗하고 효율적이며 고품질의 개발 경로에 착수하게 되었습니다. 마그네시아 플럭스 펠릿은 높은 등급, 낮은 에너지 소비 및 환경 보호 기능을 갖춘 고품질 및 효율성의 용광로 원료가 되었습니다2,3,4. 통계에 따르면, 소결 공정과 비교하여 펠릿화 공정에서 수많은 제품에서 발생하는 오염물질 CO2, SO2 및 NOx는 각각 75%, 53%, 16% 감소했으며, 펠릿화 공정의 에너지 소비는 11.9% 감소했습니다5,6 . 따라서 펠렛화 공정은 소결 공정보다 환경친화적이었습니다.

펠릿의 생산 공정에는 주로 고로, 벨트 로스터 및 화격자 회전 가마가 포함됩니다7,8,9. 화격자 회전 가마는 다양한 난방용 연료와 호환됩니다10. 더욱이 중국은 석탄 자원이 풍부하여 석탄 생산량이 전체 펠릿 생산량의 약 60%를 차지합니다11. 화격자 회전 가마 공정은 중국 펠렛 생산에서 주류 위치를 차지했습니다. 그러나 회전식 가마 공정은 펠릿 생산 시 링을 쉽게 형성할 수 있습니다. 특히 마그네시안 플럭스 펠렛의 생산 공정에서는 짧은 주기에 링이 자주 형성되어 마그네시안 플럭스 펠릿의 산업적 생산 공정을 심각하게 제한하고 있습니다.

현재 회전 가마에서 마그네시안 플럭스 펠렛에 의해 형성된 링의 성장 거동 및 형성 메커니즘에 대한 보고는 거의 없으며 주로 회전 가마에서 산성 펠릿, 플럭스 펠릿 및 석탄과 석탄재 사이의 반응에 초점을 맞추고 있습니다. 14. 이전 연구에 따르면 적철광으로부터 펠렛을 생산하는 동안 회전식 가마의 링은 주로 예열된 펠렛 분말과 석탄재에서 비롯되는 것으로 나타났습니다 15,16. 이전 연구자들은 순수 펠릿 분말은 회전가마에서 Fe2O3 재결정이 부족하여 고리를 형성하기 어려운 반면, 석탄재는 결합강도를 강화시켜 혼합분말에 의해 형성된 초기 고리가 파괴되기 어렵다는 것을 보여주었다17,18 ,19. Sefidariet al. 회전 가마에서 석탄에 바이오매스를 첨가하는 것이 고리 형성에 미치는 영향을 연구하고 고리 형성 추세와 회분 용융 점도 사이의 관계를 확립했습니다. 저온에서 고리의 형성 메커니즘은 주로 미연 석탄 분말이 적철광을 FeO로 환원시키고 석탄재와 반응하여 낮은 융점을 갖는 규산염 상을 형성하여 저온에서 액상을 생성하고 적철광 입자의 부착을 촉진한다는 것입니다. 고온에서 고리의 형성 메커니즘은 주로 적철광의 결정화 및 확산이며, 액체상은 고리 형성에 이차적인 역할을 합니다.