철강 및 금속
1. 철강생산
가. 철강샌상 공정의 이해
- 제성공정은 철강석에서 선철을 만드는 과정으로 원료 공정, 소결공정, 코크스 공정, 고로 공정으로 구분한다
- 제강공정은 선철을 이용하여 강을 제조하는 전로 공정과 철스크랩을 이용하여 강을 제조하는 전기로 공정으로 구분한다.
1) 제선공정
- 철광석에서 선철을 만드는 과정으로 원료 공정, 코크스 공정, 소결 공정, 고로 공정으로 구분한다.
(가) 원료공정
- 철광석, 유연탄, 석회석을 하역하여 원료 창고에 저장
- 유연탄은 원료로써 환원제, 열원으로서의 역할, 통기성 및 통액성 확보의 역할
(나) 코크스 공정
- 코크스는 원료탄을 코크스로에 넣어 1000~1300도씨 의 고온에서 구운 것으로 철과 산소의 화합물인 철광석을 환원시킴과 동시에 열원으로 이용
(다) 소결 공정
- 고로에 투입하기 전에 철광석 가루를 일정한 크기로 만드는 과정
(라) 고로 공정
- 코크스와 반응하면서 연소에 의해 생성된 CO에 의해 환원되어 선철을 생성하는 공정
2) 제강 공정
- 선철을 이용하여 강을 제조하는 전로공정과 철스크랩을 이용하여 강을 제조하는 전기로 공정
(가) 전로 제강 공정
- 전로에 용선을 부은 다음에 고압, 고순도의 산소를 주입하여 탄소를 연소 제거하고 불순물을 제거하는 공정
(나) 전기로 제강 공정
- 아크로 방식 : 전기양도체인 전극에 전류를 통하여 철스크랩 사이에 발생하는 아크 열에 의하여 철 스크랩을 녹임
- 유도로 : 도가니의 주위를 감은 코일에 전열을 통해서 유도전류에 의한 저항열로 정련
3) 연주 공정
- 쇳물을 모양이 있는 틀 안에 넣고 물로 냉각시키면서 고체를 만드는 공정
4) 압연 공정
- 연속주조 공정에서 생산된 슬래브, 빌릿, 블룸 등을 압연하기 적당한 온도인 1100~1300도씨로 가열한 후 회전하는 여러개의 롤 사이를 통과시켜 연속함을 가함으로써 늘리거나 얇게 만드는 공정
5) 일관제철 공정
- 철광석으로부터 철을 제련하기 위한 기본 공정인 제선, 제강, 압연의 세 공정을 같이 보유하고 있는 종합공정
나. 주요 배출시설의 이해
1) 코크스로 : 석탄의 고온건류에 사용되는 노
2) 소결로 : 분체를 융점 이하 또는 그 일부에서 액상이 생길 정도로 가열하여 구우면서 단단하게 하여 어느 정도의 강도를 가진 고체로 만드는 로
3) 용선로 또는 제선로(고로) : 철광석을 용해하여 선철을 생산하는 로로써 일반적으로 고로 또는 용광로
4) 전로 : 용광로에서 제조된 선철을 정련하여 용강으로 만드는데 사용되는 로
5) 전기로(전기아크로)
- 아크로 : 주로 대용량의 연강 및 고합금강의 제조
- 유도로 : 주로 고급 특수강이나 주물을 주조
6) 평로 : 소정 품질의 강재를 생산하는데 사용되는 로
다. 물질 에너지 수지의 이해
1) 코크스 오븐의 물질수지표
(가) Input
- 원료 : 석탄, 석유코크스
- 에너지 : 천연가스, COG, BFG, 전력, 스팀
- 기타 원료 : 공기, 용수
(나) Output
- 제품 : 코크스, 코크스브리즈, 타르
- 에너지 : COG, 폐가스, 스팀
- 온실가스 배출 : CO2
- 기타부산물 : 폐수
2) 소결로의 물질수지
(가) Input
- 원료 : 철광석, 기타 철원료, 석회, 석회석, BFG 먼지, 재활용 원료
- 에너지 : 천연가스, COG, BFG, 전력, 코크스
- 기타 원료 : 압축공기, 용수, 첨가제
(나) Output
- 제품 : 소정광
- 에너지 : 스팀
- 온실가스 배출 : CO2
- 기타부산물 : 폐수, 먼지, 슬러지
3) 펠릿 제조시설의 물질수지
(가) Input
- 원료 : 철광석, 벤토나이트, 감람석, 석회석, 돌로마이트
- 에너지 : COG, 천연가스, 코크스, 석탄, 오일, 전력
- 기타 원료 : 압축공기
(나) Output
- 제품 : 펠렛
- 에너지 : 스팀
- 온실가스 배출 : CO2
- 기타부산물 : 먼지
4) 고로 공정의 물질수지
(가) Input
- 원료 : 소결광, 철광석, 펠렛, 코크스, 석탄, 중유, 석회, 재순화물질, 플라스틱
- 에너지 : COG, BF가스, 천연가스, 전력
- 기타 원료 : 압축공기, 용수, 스팀, 산소
(나) Output
- 제품 : 용선
- 에너지 : BF가스, 전력, 폐열
- 온실가스 배출 : CO2
- 기타부산물 : 폐수, 슬랙, 폐기물
5) 전로의 물질수지
(가) Input
- 원료 : 선철, 스크랩, 철광석, 기타 철 원료, 코크스, 석회, 돌로마이트, 합금철
- 에너지 : 천연가스, 전력
- 기타 원료 : 압축공기, 용수, 스팀, 산소
(나) Output
- 제품 : 용강
- 에너지 : BOF가스, 전력, 폐열
- 온실가스 배출 : CO2
- 기타부산물 : BPF 슬랙, 폐수, 폐기물
6) 전기아크로의 물질수지
(가) Input
- 원료 : 선철, 스크랩, 석회, 석탄, 흑연전극, 라이닝, 고온금속(액체), 직접환원철
- 에너지 : 총 에너지, 전력
- 기타 원료 : 산소
(나) Output
- 제품 : 액상철
- 에너지 : BF가스, 전력, 폐열
- 온실가스 배출 : CO2
- 기타부산물 : 노슬랙, 래들 슬랙, 먼지, 폐수, 폐기물
라. 최적실용화기술(BAT) 이해
1) 코크스 오븐
- 지속적인 유지관리를 통하여 COG 누출 최소화, 결과적으로 연료 소비량 절감
- 코크스 건식 퀜칭 공정은 습식 퀜칭 공정에 비해 에너지 회수의 이점
2) 소결로
- 소성 및 소결광 냉각과정에서의 열을 다음의 방법에 의해 회수하여 이용함으호써 에너지 절감
- 배출가스중의 열을 열교환기를 이용하여 회수하거나 폐가스를 소결로 등으로 재순환
- 소결광 냉각기의 뜨거운 공기를 폐열보일러를 이용한 스팀생산, 연소용 공기의 예열등에 사용
3) 펠릿제조시설
- 경화 스트랜드의 가스 흐름에서 열을 효율적으로 재사용함으로써 여료 소비량 절감
- 1차 냉각부분에서 배출되는 뜨거운 공기를 화염부의 2차 연소용 공기로 사용하고 배출되는 열을 경화 스트랜드의 건조부분에서 사용
- 또한 2차 냉각 부분의 열을 건조부분에서 사용
4) 고로 공정
- 코크스의 일부를 중질연료유, 오일잔사, 입상 또는 분말 석탄, 천연가스 또는 폐플라스틱 등 탄화수소원으로 대체하여 환원제로서 노 의 송풍구 수준에서 직접 주입함으로써 에너지 소비량 절감
- 고로가스로 부터 에너지 회수
- 고로의 상층 가스 자체만으로는 에너지 함량이 낮으므로 고로가스를 가스탱크에 저장 후 코크스 오븐 가스 또는 천연가스와 혼합하여 연료로서 사용
- 고압의 상층 고로가스는 가스정제시설 후단에 설치된 확장 터빈을 통하여 에너지를 회수
- 이때 얻어지는 에너지 회수 정도는 상층 가스의 양, 압력 경사, 유입온도의 영향을 받게 되며, 고로가스 정제시설과 분배 네트워크에서 압력 강하가 낮아야 실행이 가능
- 다양한 방법을 통하여 핫스토브의 에너지 효율 최적화
5) 염기성 산소 제강공정
- BOF 가스로부터 에너지 회수
6) 전기아크로
- EAF 공정을 최적화 함으로써 생산성 향상 및 단위에너지 소비량 절감
- 배가스 중의 폐열을 이영하여 스크랩을 예열함으로써 전력 소비량 절감
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