수치해석 기법을 통한 제선 소결 공정의 성능 개선에 관한 연구

Abstract

소결 공정은 제철공정에서 사용되는 철광석을 생산하는 공정이다. 제철공정에서는 균일한 품질의 원료를 사용하기 위하여 분말 형태의 철광석을 사용하는데 분말형태의 철광석이 용광로에 장입 될 경우 통기성이 악화되므로 5~50mm 이상의 크기를 가지는 괴성광으로 만들어 주어야 한다. 소결 공정에서는 원료에 고체연료를 사용하여 입자의 온도를 올리고 부분 용융 및 응고를 통해 입자의 크기를 키우게 된다. 소결기는 고체 연료가 함유된 원료를 베드 형태로 장입하고 베드를 이송시키면서 베드 내부의 고체연료를 연소시켜 생성된 연소열을 가지고 입자의 크기를 키운다. 이때 베드의 상류와 하류에서 베드로 유입되는 유량이 다라지면서 상하부에서 일어나는 연소가 균일하지 못하고 베드의 온도가 불균일하게 분포되는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 소결기의 생산효율을 떨어트리므로 이를 해결하기 위한 연구들이 진행되었다. 이번 연구에서 다루는 내용은 기체상의 운전조건을 변화하여 소결 공정의 성능을 개선하는 것이므로 기체상의 입력조건이 중요하게 여겨진다. 유속이 10%상승할 경우 베드에 공급되는 기체상의 질량이 10% 상승하는 것과 같고 또한 베드내의 열전달 계수나 연소반응률에 영향을 미치게 된다. 유속이 10% 증가한 고체-기체간 대류열전달량은 15%가 상승하고, 연소반응열의 경우에는 베드로 유입되는 산소량이 많아짐에 따라 연소가 상부에서 하부로 전파되는 속도가 증가하고 연소반응률에서 확산에 의한 효과가 증가하여 동일한 높이에서 연소열의 변화를 살펴 보았을때, 연소열의 최고점의 위치가 50s, 4%가량 앞당겨지고, 최고점의 위치가5%가량 높아지는 결과로 나타났다. 이러한 영향은 베드의 온도분포에도 영향을 미치고 생산성도 6.5% 가량 증가하게 되었다. 따라서 유속의 입력은 전체 해석의 결과에 많은 영향을 미치므로 연구에서 사용되는 모델에서 가정된 기체상의 입력방법이 얼마나 정확한지 확인하고, 실제 pot test를 하기 힘든 경우에도 기체상의 운전조건을 정확하게 설정하기 위한 방법을 모색하였다.