전기로 공정 내 화학에너지 증대를 위한 Coke 및 Al-Dross의 용해 거동 및 반응 모델 개발 = Development of dissolution behavior and reaction model of Coke and Al-Dross to increase chemical energy in EAF process

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The reduction of CO2 emission is an important issue for the sustainable production and processing of steel in EAF (Electric Arc Furnace). The way to decrease CO2 emissions can be achieved by reducing the use of electrical energy and by increasing the use of chemical energy. In general, the chemical energy of EAF can be improved by the heats of oxidation reaction and the carbon combustion. However, by adding carbon based materials into the molten steel, the carbon is not dissolved completely and floated to the slag layer due to low density. On the other hand, Al dross is a by-products of Al smelting process and it includes 27 mass% of metallic Al. In general, the oxidation heat of aluminium is three times higher than that of carbon. In the present study, the optimized fuel ratio of Al-dross was investigated by maximum dissolution ratio. After dissolution of fuel with optimized ratio, the temperature changes in molten steel was measured during oxygen blowing and simulated by the coupled reaction model.

국문 초록 (Abstract)

CO2 배출 감소는 EAF에서 철강의 지속 가능한 생간 및 가공을 위해 중요한 문제이다. CO2 배출량을 줄이는 방법은 전기에너지의 사용을 줄이고 화학에너지의 사용을 증대시킴으로서 달성할 수 있다. 일반적으로 EAF의 화학에너지는 산화 반응열 및 탄소 연소열에 의해 향상시킬 수 있다. 그러나 용강 내 탄소계 재료를 첨가하면 낮은 밀도와 높은 용융점으로 인해 탄소가 완전히 용해되지 않고 슬래그 층으로 부유하게 된다. 한편, Al-Dross는 알루미늄 제련 공정의 부산물이며, 금속성 알루미늄을 약 23mass% 함유하고 있다. 일반적으로 알루미늄의 산화열은 탄소의 연소열보다 약 3배 높으며, 낮은 용융점으로 비교적 용해가 쉽다. 본 연구에서는 화학에너지의 연료로서 코크스와 Al-Dross를 혼합하여, 다양한 배합비 및 온도에서 용강 내 탄소 및 알루미늄의 용해 농도, 용해 효율 및 용해 속도 상수를 조사하였으며, 최적의 배합비를 도출하였다. 또한 최적화 된 비율로 연료를 용해시킨 후, 산소 취입 중 용강의 온도 변화를 측정하고 Coupled reaction model로 Oxygen blowing Model을 구축했다.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT ⅶ
• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 제강 공정 내 EAF Process 1
• 제 2 절 화학에너지 연료 8
• 1. 탄소(Carbon)계 연료 8
• 2. 알루미늄(Aluminium)계 연료 10
• 제 3 절 본 연구의 목적 12
• 제 2 장 대체 연료 용해 실험 13
• 제 1 절 실험 방법 13
• 1. 샘플 준비 13
• 2. 실험 과정 17
• 3. 분석 방법 20
• 제 2 절 용해 실험 결과 및 고찰 21
• 1. 용강 내 탄소 및 알루미늄의 농도 21
• 2. 용강 내 탄소 및 알루미늄의 최대 용해 농도 25
• 3. 용강 내 탄소 및 알루미늄의 최대 용해 효율 28
• 4. 대체 연료의 최적 배합비 32
• 5. 용해 속도 상수 34
• 제 3 장 산소 취입 실험 모델 42
• 제 1 절 실험 방법 42
• 제 2 절 모델 설명 45
• 제 3 절 산소 취입 실험 결과 및 모델 검증 50
• 제 4 장 결 론 54
• 참고문헌 55