전로 내 이차연소율에 따른 MgO-C 열화 거동 연구 = MgO-C Degradation Behavior Based on Post-Combustion Ratio in the Converter

국문 초록 (Abstract)

세계적으로 탄소중립 2050 목표 달성을 위한 노력이 이어지고 있다. 국내 산업 업종 별 온실가스 배출량에서 철강 산업은 2018년 기준 약 37%를 차지하며 탄소배출량 감축을 위하여 여러 조업 프로세스에 대한 검토를 수행중이다. 고로 조업은 코크스를 사용하여 열원 및 효과적인 환원제로 사용되지만 이로 인해 생산되는 용선은 높은 탄소배출량을 가진다. 이러한 용선 사용의 감축이 요구됨에 따라서 용선 중 스크랩의 장입비 증가가 검토되고 있다. 전로 내 용선 중 스크랩 장입량 증가 시 탄소배출량 저감효과가 기대된다. 반면 열효율을 고려한 관점에서 전로 내 스크랩 장입 시 용선의 온도 저감에 따른 영향 및 스크랩의 용해 시간 등에 대한 여러 검토가 이어지고 있다. 조업 온도 확보를 위하여 LNG 버너를 사용한 스크랩 예열과 이차연소버너를 활용한 이차연소율 확보 등의 방안이 제시된다. 특히 이차연소는 순산소 버너를 통해 용선을 탈탄한 가스인 CO의 재산화에 따른 발열반응으로 엔탈피를 회수하여 조업 온도의 상승이 가능하다. 전로 내 상저취 조업 시 이차연소율 향상에 따른 스크랩 장입에 따른 열 효율 확충을 기대할 수 있으나 이차연소에 따른 고온의 온도와 CO2가스의 증가에 의한 전로 내 MgO-C의 극심한 열화가 우려된다. 전로 내 이차연소 조업 조건을 고려한 온도(1450~1600℃)와 이차연소율(10~30%)에서 고주파유도로를 사용한 MgO-C 열화 실험을 수행하였다. CO-CO2 혼합가스는 MFC(Mass Flow Controller)를 사용하여 이차연소율에 따른 비율에 맞추어 취입되었다. 열화된 MgO-C 시편의 중량 감소를 측정하였으며 X-ray CT 분석과 광학이미지를 통해 열화 정도를 비교 분석하였다. 이차연소율 증가에 따라 MgO-C 내화물의 열화는 증가하였으나, 이차연소율 10%에서 온도 증가에 따라 열화는 감소하였다. 실험 결과 및 분석을 바탕으로 이차연소 분위기 내 MgO-C의 열화 매커니즘을 열역학적으로 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• 표목차
• 그림목차
• 국문요약
• 1. 서론
• 1.1 연구 배경
• 2.이론적 배경
• 2.1. 철강제조공정에서 내화물
• 2.2. MgO-C 내화물
• 3.3. MgO-C내화물 열화
• 3. 실험 방법
• 3.1. 시편 준비
• 3.2. 실험 장비
• 3.3. 고주파 유도로 열화 실험
• 3.4. 실험 결과 분석
• 4. 결과 및 고찰
• 4.1. 온도에 따른 중량감소
• 4.2. PCR에 따른 중량감소
• 4.3. 이차연소 분위기 내 반응의 열역학적 고찰
• 4.4. 열화 시편 단면 분석
• 4.5. X-ray CT 분석
• 4.6. 이차연소 분위기 내 열화 반응 매커니즘
• 4.7. 열화에서 온도 및 의 영향 비교
• 5. 결론
• 참고문헌
• Abstract