우리가 사용하는 금속 제품 대부분은
철강플랜트를 통해 생산된다.
제선-제강-연주-압연 공정을 거쳐 생산되고,
철강을 제조하는데는 아래와 같이 고로방식과 전기로방식, 파이넥스 방식이 있다.
고로 공정부터 알아보자.
1. 제선공정
전체 제선공정은 크게 3가지로 구성되어 있는데,
소결공정, 코크스공정, 제선공정으로 구성되어 있다.
1.1 소결공정
철광석은 보통 30~70%의 철분을 함유한 광석을 의미한다.
질 좋은 철광석이란 철분이 풍부하고 황(S), 인(P), 동(Cu)과 같은
유해성분이 적으며 크기가 균일한 것이다.
하지만 철광석은 원산지에 따라 품질, 성분, 형상이 각기 다르기에
그대로 고로에 투입할 수 없다. 따라서 고로조업전에 품질을 고르게 하고
철광석 가루를 일정한 크기로 만들어 내는데, 이를 소결공정이라 한다.
철광석의 성분을 균일화하고, 일정한 크기로 제조된 철광석을 소결광이라고 한다.
소결광 이외에도 광산에서 채굴할 때부터 사용하기 좋은 크기로 생산된 정립광과
극미분의 철광석을 소성시켜 만든 펠렛까지 3가지 원료를 용광로에 함께 사용한다.
물론 부산물을 제거하기 위한 석회석등의 부원료도 소량 들어간다.
구성 설비로는 혼합기, 점화로, 소결기, 배열회수설비 등으로 구성되어 있다.
1.2 코크스 공정
철광석을 녹이기 위한 열원을 만드는 공정입니다.
석탄(대게 유연탄이다)은 coke oven에 넣어 약 1,000~1,300ºC의 고온으로 구운 고체연료이다
철과 산소의 화합물질인 철광석을 고로 내에서 녹이는 열원인 동시에,
철분을 철광석에서 분리시키는 환원제의 역할을 수행한다.
미분탄은 석탄을 0.125mm 이하로 파쇄한 연료인데,
코크스 대비 원가가 저렴해서 경제적인 조업에 도움을 준다.
구성 설비로는 coke oven, 수송설비, 소화설비 등이 있다.
1.3 제선공정
철광석과 석탄을 높이 약 100m의 고로에 넣은 뒤
1,200ºC 정도의 뜨거운 바람을 불어 넣으면 연료탄이 타면서 나오는 열에 의해
철광석이 녹아 쇳물이 됩니다.
즉 연료탄(코크스)가 연소되면서 발생하는 일산화탄소가 철광석과
환원반응을 일으키면서 쇳물이 생산됩니다.
위에서 설명한 대로 연료탄은 철광석을 녹이는 열원인 동시에
산화철 상태인 철광석에서 산소와 쇳물을 분리시키는 역할을 수행합니다.
고로에 장입된 철광석이 쇳물로 나오는데 까지는 5~6시간이 소요되며
쇳물의 온도는 1,500ºC까지 올라갑니다.
물론 이 쇳물(용선)은 탄소나 유황등의 불순물이 함유되어 있는데 이를 슬래그(실리카+석회석)라고 부릅니다.
제선내의 불순물을 제거하기 위해 위에서 언급한 석회석 등의 부원료를 투입하고,
수재처리시설로 넘겨집니다.
여기서 발생한 가스는 집진기에서 먼지가 제거된 후 다시 동력원으로 변환됩니다.
화학반응식을 한번 살펴봅시다.
우선 철광석은 크게, 적철석 (Fe2O3)과 자철석 (Fe3O4)로 구분됩니다.
적철석이 코크스를 태우고 발생한 일산화탄소와 반응해 이산화탄소와 자철석을 생성합니다.
화학식 : 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
여기서 다시 자철석은 일산화탄소와 반응해서 이산화탄소와 철을 생성합니다.
화학식 : Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2
이렇게 나온 철을 용선이라고 불리우며 다음 공정은 제강공정으로 토페도카를 타고 넘어갑니다.
위에서 언급한 질소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 부생가스는
용관로 상단에 설치한 파이프를 통해 배출됩니다.
가스들은 1,2차 집진기를 통해 우선 먼지가 제거되고,
제철소 각 설비가동을 위한 전력을 생산하는데 사용됩니다.
좀더 디테일하게 확인해보면 아래와 같이 구성되어 있습니다.
위와 같은 설비로 구성되어 있습니다.
1. 철광석, 소결광 (환원성, 부산물 제거를 원활히 하기 위해 석회석등과 혼합)
2. 연료탄 (석탄)
3. 컨베이어벨트
4. Opening Valve (고로 내부로의 직접 접촉을 막기 위한 장치)
5. 연료탄 (석탄) 층
6. 철광석, 소결광 층
7. 열풍로 (약 1,200ºC의 열풍이 불어들어옴)
8. 슬레그 (불순물로, 하부 용선의 재산화 방지)
9. 용선 (Pig Iron)
10. Mixer (슬러그를 모음)
11. 토페도카(Topedo Car - 용선을 제강공장으로 전달하는 설비)
12. Dust Cyclone (집진설비 : 15 → 7 → 16 → 12 → 13 → 14 순서로 흘러감)
13. Air Heater (열풍로에 불어넣을 공기를 데우는 설비)
14. 굴뚝
15. 공기 흡입기
16. 고로 가스 이동 파이프
다음에는 제강공정에 대해 알아보겠습니다.
'플랜트 > 철강 플랜트' 카테고리의 다른 글
| 철강 플랜트#3 파이넥스 공법 (1) | 2020.10.13 |
|---|---|
| 철강 플랜트 #1 (0) | 2020.09.17 |