공업로기술/ 환경 대응형 고효력 아크로
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환경 대응형 고효력 아크로
(1) 프로필
근년, 로부터의 배가스에서 폐기를 예열하는 것에 관한 에너지 효율의 향상을 목표로한 고 효률의 아크로가 얼마쯤 제안을 함에 있어 실기로한 가동할수 있는 물건도 있다. 이로부터 의 아크로는 산소사용량이 약30~35m3n/t에 전력원단위260~290kwh/t정도라고 알려지고 있 다. 한면으로 환경규제의 강화로부터 집중적으로 장식출구배가스중의 백연, 악취, DXN류의 제거가 의무적이고 DXN류에 관하여 우리국가에서는 2002년12월부터 신설로에서 0.5ngTEQ/ m3n이하에 아니면 안된다고 한다.

NKK에서는 지금 예상하던 이산화탄소 저감을 포함한 환경규제 강화에 대응하는 전기원단 위가 200kwh/t이하(목표치 150kwh/t)에 있는 이런 차세대 환경대응형 고효율 아크용해로의 개발을 1997년부터 진행하였다. 금후 5t규모의 실증실험을 걸쳐 예전의 아크로의 고정관념 으로부터 개방시킨 새로운 발상에 이르기까지 환경대응형고효률 아크용해로 ECOARCTM 의 개발에 성공시킨 결과 岸和田製鋼(株)殿부터 初號機를 수여받고 그것은 2001년 가을에 이동한다. 본 광고 에서는 ECOARCTM의 특징, 실증실험의 결과 및 비실기에서의 적용예 를 진술한다.

(2)ECOARCTM라는?
(2-1)로및 비수업개요
그림1에서 이번에 개발하는 ECOARC 의 개략을 표시한다. ECOARCTM은 용해실에 직결된 예열대부터 더욱이는 뒤단에서 배가스중의 DXN류를 열분 해하기 위한 연소실과 열분해후에 DXN류의 재합성을 방지하기 위한 직결 수분무식의 냉각 실부터 성립되였다고 한다. 용해실과 예열대는 문자만큼 직결되여 있고 예열 샤프트 용해실 과 함께 움직인다. 그때문에 결합부분으로부터 샤프트에로의 공기의 침입은 없다. 또 용해실 주위에도 공기의 침입을 극히 적게 받고 있고 로전체가 반밀봉구조로 되였다고 한다.



탄소제 품이 보조열원이라고 하는 코스트와 원소를 용해실내로 불어들이기 위한 장치로 구비되여있 다. 또 폐기는 예열대부분부터 폐기수준이 일정치이상을 보장하기에 로내 에 장입하였다. 로 부터의 배가스는 예열대를 내보낸후 DXN 를 매우 열분해하기 위한 온도, 체류기간을 만족 하는 연소실, DXN류의 재합성을 방지하기 위하 배가스온도를 많이 내리게 하는 것인 직접 수분무식의 급속냉각실, 집중된 장치를 경유하고 대기에 노출시킨다.

용해는 코드스타트시를 제거하고 프라트바스조업에서 폐기가 정상적인 용탕과 접촉하면 서 용해실로부터 예열대에 련속하는 존재상태를 보존한다. 용해실내에서 폐기의 용해가 진 행과 예열대내의 폐기가 하강한다. 여기에서 샤프트상부로부터 새로운 폐기를 장입하고 뒤 이어 용해실로부터 예열대에 폐기가 연속하는 존재상태를 보존한다. 용해기간 용해실내에서 는 용융 탱크과 미용해 폐기가 공존하기 위해 용융탱크 온도는 1.500°C~1.530°C 정도라고 한다.
1 피드 이상의 용탕이 생성하는 시간에서 용해실과 예열대에 폐기가 계속 존재하는 상태에서 로를 출탕구측으로 경향하고 승 온기에 이동한다. 승온기에 대해서는 로경향으로 관한 용해실내의 용융탱크과 폐기의 접촉면적이 감소되고 용융탱크의 온도를 노출 시 대단 한 온도까지 승온시킬 수 있다. 승온후1피드량의 용해를 노출한다. 노출후 폐기물만 남은 로를 용해기 상태에 머무르게 하고 다음 피드의 용해로 된다.

(2-2)ECOARCTM의 특징
ECOARCTM에서는 용해실과 예열대가 직결함에 있어서 자주 폐기가 용해실과 예열대에 연속하는 존재상태를 보존하면서 용해한다. 그 결과 아래와 같은 특징, 메니트가 있다.

1. 열효력이 극히 높다.
용해실에서 산소와 코스트의 인젝션(주입)에 있어 발생하는 CO를 제페하는 2차 연료공기와 반응하여 얻은 고온의 CO, CO2가스가 하방의 샤프트 용해실내 스크랩(폐기)에 직접 접결한 열교환이 진행하기 위해 열효율이 극 히 높다. 계산에 따르면 용해속도는150t/h, 샤프트(대) 높이는6.7m, 산소 량33m*n/t, 배가스의 산화도가 0.7의 조건에서 예열온도는 850°C정도로 되면 전기원단위는 210kwh/t라고 한다. 진술하 그 예열방식에서는 배가스에서 예열하는 폐 기가 용해실로부터 떨어지기 위해 배가스가 스크래프트에 도달하기전에 공간에서 顯熱손실 이 발생할수 있으며 그 결가 270kwh/t정도가 한계에 이르게 된다고 생각한다.

2. 대량의 산소를 사용한다.
용해실과 예열대가 직결하기 위해 예열대부터 용해실 폐기를 공급하는 후이가등 설비가 불 필요이라고 한다. 그 때문에 熱負荷제 약이 환화되고 산소사용량을 증가시키는 것이 할수 있는것에서 더욱이는 의 예열온도를 올릴것이다. 예를들면 45m3n/t에서 1.000°C이상의 예 열온도라고 하면 전기원단위는 150kwh/t라고 계산할수 있다.
진술한 그 예열방식에서는 예 열하는 스크래프트가 용해실로부터 떨어지기 위하여 스크래프트를 용해실로 제공하는 설비 가 필요하다고 하며 그 때문에 산소량 증가에 관한 熱負荷에 있어 스크래프트 공급되는 고 온배가스에 관한 열영향이懸念시켜 사용하는 산소량에 제한이 있다고 생각된다.

3. 반밀도 구조에서 산화대책을 한다면
ECOARCTM 는 용해실과 예열대(샤프트)가 직결하고 전체가 반밀도구조로 되기 위하여 로 내 에너지의 공기 침입이극히 적다. 그 때문에 가스 분위기중의 산소농도를 5%이하로 보존 하고 예열샤프트 내에서의 스크래프산화의 문제는 없다. 예열 분위기중 산소농도및 비예열 온도와 스크래프의 산소량을 구하는 실험에 있어서 산소농도를5%이하로 하면 1.000°C의 온도에서도 산화는 거의 일어나지 않는다는 결과를 얻게 된다고 한다. 진술한 그 예열방식 에서는 용해 실은 예열실과 분리되여 있어 단독적으로 傾動한다.
이 때문에 용해실과샤프트 간의 공간은 없으면 안된다고 한다. 로부터 배가스의 배출을 하지 않는경우 여기부터 공기 가 침입하고 로내의 산화율는 1.0가까이 되고 산소농도는 10%이상이 될 가능성이 있다. 그 결과 스크래프트의 산화, 용해가 잘되지 않는 문제도 보고해야 한다고 한다.

4. 배가스량이 극히 적은 경우
ECOARCTM에서는 공기의 침입이 공제되는데 대하여 토탈의 배가스량은 생산성이 같은 로의 1/3부터 1/4정도에 있다고 한다. 로내 산화율를 0.6부터0.7정도에 유지하고 남은 CO를 뒤단에 설치하여 연소실에 공기와 혼합하여 연소시킨 백연, 악취, DXN 류대책이 많을 땐 850°C이상의 온도에 할수 있다. 반대로, 남은 CO량이 많지 않은 경우에도 배가스량이 적 게하기 위해 850°C 에 승온한 부가에너지도 적지않다.

5. 다스트(먼지) 량이 적은 경우
샤프트내 스크래프층의 다스트 섭취제거 효과나 로내에 산화분위기가 없는 것에 관한 다스 트 발생량이 저감의 기대된다.

6.반밀봉 프라드배스조업은 베리트가 많다.
많은 프라드바스에 있기 위하여 오픈아크에 있긴 힘들고, 침입공기도 적은 편이고, 질소 비크비크가 적다.

(3)실증실험
(3-1)개발과제

본 ECOARCTM에 있어서는 상술과 같은 많은 메니트가 있고 다음과 같은 프로세스 엔지 니어링우의 과제를 생각해 보았다.
1.흔히 용해실내에 있어서 용융탱크과 미용해스크래프트가 공존할수 있는 상태에서 1,60 0°C정도의 용융탱크가 얻어질가?
2.샤프트부터 용해실에로의 스크래프 제공이 안정할수 있을가? 스크래프트의 용해는 어 떠할가?
3.흔히 용해실내에 있어서 용융탱크과 미용해 스크래프트가 공존할수 있는 상태에서 저 탄소의 용탕이 이루어질가?
4.샤프트가 내분위기가스중의 산소농도를 5%이하에서 산화율를 0.5~0.7에 보존될가?
5.DXN류 대책에 관하여 배가스를 닫고 연소와 급랭에 의한 DXN류는 규제치를 만족시 킬수 있을가?
이러한 과제확인을 위해 5t규모의 실증실험로를 제작하고 확인 실험을 하였다. 또 5에 관하 여서는 새로운 에너지, 산업기술종합개발기구로부터 위탁업무라는 평성11년도의 [다이오키 신류 배출저감촉진기술의 개발/제강공정에 따르는 다이오키신류저감 기술개발]에서 확인되 였다.

(3-2)실험로 개발
에누케케마테리아루내에 설치된 실험로이 구조를 사진1에 표시한다. 또 실험로의 주사양을 표1에서 표시한다.
실험로의 용탕유지량은 최대7t이라고 한다. 사용하는 직결전원 은 유휴설비를 이용한것이고 본ECOARC는 교류전원에서도 양호한것이 말할 것도 없다. 샤프트는 900mm라고 한다. 탄 소 란스는 수냉 구조로서 탄소는 99.5% 순도의 물건을 사용했다. 또 보조연료인 코크스는 소모형의 파이프에 의해 들어온다. 스크래프는 용량 약400kg의 장입 통에 의해 샤프트가 상 부분부터 간접적인 장입이였다. 샤프트내 스크라프의 위치기측을 위해 미크로 파의 레베루 와 로내샤프트가 내의 배가스 분석장치를 설비하고 있다.
다음, 이 실증실험로에는 당초 샤프트가를 나온뒤의 연소찌꺼기, 랭각찌꺼기는 준비함에 있 어가シャフト내의 배가스의 산화도와 산소농도를 결정범위에 제어할수 있어 어딘가가 주목 받고 2000년9월부터는 연소찌, 랭각찌를 함유하고 ECOARCTM원래의 자세에서 실험을 실 시한다. 사용한 스트라프트는 시내중심에서 구입한 시오레다와 헤비부스러기에서 실기가모 에서는 최대 1.2m의 스크라프트 대응하고 3.6m 정도의 샤프트가 경로를 고려하는 것으로부 터 1/4사이즈의 최대40mm를 한도로 하여 사용한다.
다음, 1회/주의 실험빈도에서 실험은 매회 냉각로(冷爐)부터 스타트에 까지 실험종료시간에 서도 열적평형이 얻어지면 용탕온도의 하강속도가 3~3.5°C/min이고 로체내 열물에로의 방 열로스가 실기에 비교하면 대단히 큰 실험이라고 했다.

(3-3) 실험결과

3.3.1 용탕온도를 많이 올렸다면
ECOARCTM에서는 용해기에서 사정량의 용탕이 생성되는 시간에서 로체를 출탕구측으로 유도시키는 것에 관해 스크라프트와 용탕의 접촉면적을 저감시켜 용탕을 승온한다. 승온기 의 경동속도가 크면 그때의 용탕량이 적은만큼 접촉면적도 작아진 다. 접촉면적과 같은 의 미를 가진 [경동각/용탕량]을 지표로 하면 려경동후의 승온시간이 20분의 용강온도상승을 전제로 그림2에 표시한다. 이로부터 알수 있는바 [경동각/용탕량]이 큰 다름아닌 접촉면적이 작게되는 만큼 승온 후의 용강온도가 높아짐에 따라 온도가 1,600°C이상까지도 가능하다.

3.3.2 배가스중 산소 제어는 가능하다
평시 아크로를 놓고보면 대량의 공기가 로내에 침입하고 배가스의 산화도가 1.0에 가까우며 산화농도도 상승하고 샤프트에서 스크라프트 산화,융착현상이 일어난고 스크라프트가 하강 하여 돌아오지 않는 경우가 있다. 탄소 주입량과 산소량으로부터 2차연소공기량을 계산하고 로내의 압력이 약간 마이나스와 비슷한 온도개발을 정리하는것에 의한 배 가스의 산화도는 0.5~0.7의 범위에 또 산소농도는 5%이하에 보존하는것이 가능하다.

3.3.3 스크라프트는 안정하강이였다.
로용량이 15바케트까지 장입할수 있다. 배가스의 조성 제어(산소 5%이하)에 관한 350kg정 도의 스크라프를 거의 8분간격에서 장입할수 있고 융착에 관한 棚制는 될수있다. 사진2에는 샤프트아래의 용해실내의 의 예열상 스크라프 상황을 표시한다.

3.3.4 용강 카본제조는 가능하다
탄소도는 용해기와 승온기의 산소 코크스공급량의 평형에 의한 제어가 가능하고 0.03~0.1% 조성의 용탕을 안정시켜 얻을것이라고 한다.

3.3.5 전기원단위
코스트의 마란스의 일례를 표2에서 표시한다. 이번에 사용하는 스크라프트중의 시오레다에 혼입시켜 C시에레다 등으로부터의 금속 알루미늄성분이 많았다. 그 때문에 산화열이 증가하 고 실기조업에서의 금속산화열은 80~130kwh/t에 대응하고 산소단위는 45m3n/t에서 전기원 단위 216kwh/t가 얻어졌다. 다음 이때의 샤프트내 배가스의 산화도는 약0.5에 있다. 또 승온 기 최종온도는 1,580°C에 있다. 경동각이 크고 접촉면적을 많이 저감하려면 40kwh/t정도에 서 1,580°C까지 승온해야 한다. 경동각도가 작은 경우 스크라프 의 용해에네르기의 영향 이 큰바 승온에 필요한 전기원단위는 커야 한다. 이런 상황은 토레사라는 첨가한 니칼의 농 도변화로 부터 확인할수 있다.

3.3.6 다스트(먼지)발생량은 적게 된다.
배가 다스트내와 집중된 설비에 다스트를 포집하고 다스트발생량을 조사한 결과 대략 6kg/t 의 결과를 얻었다. 보통로에서 15~20kg/t라고 말하는데 있어서ECOARCTM에서의 발생량은 절반이하로 예정되 였다.

3.3.7 질소
반밀봉·프라드바스 조업의 원인으로 보통스크라프 용해에서는 얻을수 없는 최종용탕의 질 소농도는 50ppm이하로 얻어진다고 한다.

3.3.8 배가스중DXN류 기측결과
연소실· 랭각실을 뒤로부터 설치하기 위해 레이아우트(윤곽)제약부터 배가스의 온도하강이 크며 연소실출입온도를 850℃이상으로 되기위해 燈油버너연소를 부가시켰다. 랭각실출구가 스온도를 200℃이라고 설정한 경우 랭각실출구의 DXN류 농도가 높아도 0.1ngTEQ/m3n 을 약간 초월한 정도이고 바구후이루타출구에서는 0.1ngTEQ/m3n이하가 쉽게 달성된다. 랭각실출구온도를 280℃에 설정한 경우 예상밖의 재합성원인으 로 DXN류의 농도가 랭각실 입구의 치보다 높을수 있다.

(4)실기조업 시미레션
(4-1)실기에로의 스크루아프(전기원단위)
실험로의 히타 평형으로부터 실기의 히타베런스를 추정한다. 실기에서는 로체방열이 실업로 보다 작고 또 투입 파워가 상대적으로 크므로 처리시간이 단축할수 있는것이다. 스크루아프 에 의한 수냉샤프트에로의 발열량이 하강하는것을 고려했다. 또 금속산화분은 실기에서는 100kwh/t라고 한다.
가스 스크라프간에 열전달을 막아버리고 실기에서 는 스크라프가 커서 열전달시의 단위체적이 당하는 표면적보다A가 작게 되는서이고 다른 방면에서 샤프트내가 스류동속도가 크게 되는 열전달수 h가 크게되는것을 고려했다. 더욱이는 샤프트내산화도를 0.6이라고 하면 결과를 표4에서 표시했다. 산소사용량45m3n/t의 전기원단위하고 추정되였다. 토탈의 입열도, 배가스온도를 900℃ 에 후연소하고 co를 남기는 조건에 있어서도 보통로의 80%정도 여서 작고ECOARCTM효률이 높다는것이 밝혀진다.

(4-2)배가스처리계
샤프트출구배가스량은 650m3n/min에서 보통 120t/h의 아크로로부터 모인 용량은 2.000m3n/min을 초과할것이다. CO가스를 함유한 배가스를 연소에서 2차 연소하면 900℃이 상에 승온한다. 그 다음 スプレ-랭각에 의한 150~200℃에 급랭각한다. 이배가스를 バグ フィルタ 입구온도에서 70~90℃까지 내려가면 물방울이 문제로 된다. 물방울을 피면하기 위 하여 집중적으로 건조한 곳에서 희석하고 집중기입구온도를 70~90℃정도에 내려가도록 한 다. 이에 의해 희석, 랭각에 관한 DXN류 농도를 0.1ngTEQ/m3n이하에 여유를 가지고 하는 것에 확보를 해두는것이 가능하다.

(5)결론
당사에서는 금후 예상한 환경규제 강화에 대응하는 동시에 전의 아크로에서는 달성하지 못 한 큰 전기원단위의 소감을 가능하면 화기적인 환경대응형-고효률 아크용해로, ECOARCTM의 개발에 성공할것이다. ECOARCTM은 이전의 아크의 고정관념에서 개방되 여 새로운 발상에 기초로하여 만들어진 물건이며 용해실에 직결 된 예열샤프트를 설치하고 흔히는 스크라프가 용해실로부터 예열샤프트에 련속되는 존재상태를 보존하면서 련속예열, 용해된것이라고 한다. 5t규모의 실증실험에 의하면 실기규모에 있어서 전기원단 위 150kwh/t가 달성할수 있는 見通을 얻는 동시에 실기화한 필요한 성과를 많이 얻을수가 있다.
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