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2017-01-16 11:12:22

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제선[iron making]

간접제강법에 있어서 고로(高爐)나 용융환원로에 의해 선철을 만들기까지의 공정. 이하에 고로에 의한 제선법의 개략을 설명한다.

원료는 고농도의 Fe2O3을 주성분으로 하는 철광석이다. 이것은 광산에서 파내어 분쇄한 것만을 괴광석(塊鑛石)으로 사용하는 경우도 있으나, 통상은 분광석을 석회와 함께 구워서 단단하게 한 소결광으로 사용한다. 또 미분광석은 펠릿으로 쓰인다. 주요 연료는 코크스인데 이것은 강점결탄을 코크스로로 건류하여 얻는다. 최근에는 부재료로서 미분탄이 송풍구로 불어 넣어진다. 철광석과 코크스는 정립(整粒)한 석회석과 함께 고로의 노정(爐頂)에서 교대로 장입한다. 노상(爐床)의 송풍구는 열풍로에서 1150～1250℃로 가열되었다. 습분과 산소량을 조절한 공기가 흡입된다. 송풍구 전방에는 코크스의 연소가 격렬하게 일어나고 레이스웨이라고 하는 공동이 생긴다. 여기서 생긴 고온의 CO는 노내를 상승하고 각종 산화물을 환원한다. 한편 고온의 질소가스는 반응에는 관여하지 않으나 상승 중에는 장입물과 열을 교환하고 가열하는 중요한 작용을 하고 있다.

철광석은 노정에서 내려와 질소가스에 의해 가열되고, CO에 의해 순차

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

로 환원된다. 이 때 생성되는 CO2는 송풍구 부근에서는 코크스와 반응하고 다시 CO가 된다. 이 반응은 부도어반응이라고 하여 큰 흡열을 수반하므로 노내의 온도분포에 영향을 미치는 중요한 반응이다. 환원된 Fe는 코크스와 접촉하면 C를 흡수하고 저융점의 Fe-C합금의 용선이 되어 용융․낙하하면서 노 바닥에 모인다. 철광석 중에는 SiO2, P2O5, Al2O3 등 맥석성분이라고 하는 것도 포함되고 있다. 이 중에서 SiO2와 P2O5의 일부는 노상 부근의 고온부에서 환원되어 Si, P로 용선 속에 넣는다. 그러나 맥석의 대부분은 석회석과 반응하여 저융점의 산화물 융체인 슬래그가 된다. 어느 정도 용선이나 슬래그가 노상에 모이면 출선구에서 동시에 배출된다. 이들은 홈통을 흐르는 사이에 분리되고, 용선은 토피도라고 하는 잠수함형의 운반용 용기에 넣어져 제조공장에 운반된다. 슬래그는 슬래그레이들에 넣어져 수재(水滓)공장에 운반된다. 거기서는 슬래그에 물로 냉각하고 고로시멘트용 원료의 수재를 만든다. 용선 및 슬래그의 대표적 조성을 표에 나타낸다.

고로의 성능을 나타내는 지표로 출선비와 코크스비가 있다. 출선비(出銑比)는 노용적 1m3당 하루의 출선량을 톤으로 나타낸 것이다. 통상의 출선비는 2정도이므로, 노용적이 5000m3인 고로에서는 하루 약1만톤의 선철이 생산된다. 코크스비는 1톤의 선철을 만드는데 필요로 하는 코크스량을 킬로그램으로 나타낸 것이다. 이것이 작을수록 양호한 고로라고 생각되는데, 일본의 통상 고로에서는 400을 다소 하회하는 정도이다. 송풍구에서 미분탄이 흡입되는 경우는 사용하는 코크스량과 미분탄량을 첨가한 연료비라는 지표가 쓰인다. 이것은 470정도이다.

이전에 노내는 블랙박스였으나 여러 번의 고로 해체 조사결과, 노내상황이 상당히 밝혀지게 되었다. 그것을 모식적으로 그림에 나타내었다. 그림의 상부에 평행하게 늘어선 층 가운데서 사선 부분이 광석층, 하얀 부분이 코크스층으로 이 부분을 괴상대(塊狀帶)라고 한다. 약간 아래의 중앙은 하얀 코크스층 뿐이고, 광석층의 중앙부는 없어져 그 근방의 환원률이 30% 이상으로 된 부분이 있다. 이 부분은 반용융상대로 융착대(融着帶)라고 한다. 융착대에서 중심부는 코크스만이 채워져 있어 이것을 환원시켜 가탄용융한 용선이 통과하는 적하대(滴下帶)라고 한다. 융착대에

용선 및 슬래그의 조성예

용선[mass%]	슬래그[mass%]
C 4.50	SiO2 32.8
Si 0.39	CaO 42.5
Mn 0.27	Al2O3 14.3
P 0.10	MgO 6.5
S 0.03	MnO 0.25
	S 0.96

해체조사에 기인하는 노내상황과 광석의 환원률분포

[大谷正康외 편, 강좌․현대의 금속학 제련편1 철강제련, p.134, 일본금속학회 (1979) 그림3․35를 기본으로 작도]

서는 틈새의 코크스층을 통해서만 가스가 흐르므로, 이것의 통기성을 어떻게 균일하게 유지하는가가 고로작업의 중요한 점이 된다. ☞제철용코크스