고순도 알루미나(Al2O3)는 극한 환경에서 뛰어난 열 안정성과 기계적 무결성 때문에 주로 선택됩니다. 특히 1600°C의 액체 슬래그에 삽입되어도 즉시 연화되거나 구조적으로 파손되지 않는 몇 안 되는 재료 중 하나로, 수소가 효과적으로 전달되도록 보장합니다.
수소 기반 슬래그 환원에서의 성공은 용융물 깊숙이 안정적인 주입 경로를 유지하는 데 달려 있습니다. 고순도 알루미나는 높은 융점과 구조적 강성의 중요한 조합을 제공하여 최대 반응 효율을 위해 필요한 지점에 정확하게 수소 기포를 전달합니다.
열 및 기계적 복원력
극한의 열 견딤
이 공정의 작동 환경은 약 1600°C의 액체 슬래그를 포함합니다. 고순도 알루미나는 이 환경에서 견딜 수 있는 충분히 높은 융점을 가지고 있기 때문에 선택됩니다.
연화 방지
낮은 등급의 재료나 금속과 달리 즉시 변형될 수 있는 것과 달리, 알루미나는 모양을 유지합니다. 삽입 시 즉각적인 연화이 발생하지 않습니다. 이 강성은 튜브가 신뢰할 수 있는 랜스로 기능하는 데 필수적입니다.
압력 하에서의 구조적 무결성
튜브는 이중 목적을 수행합니다. 외부의 열과 내부의 압력을 모두 견뎌야 합니다. 튜브가 파열되거나 붕괴되지 않고 통과하는 수소 가스의 내부 압력을 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 유지해야 합니다.
반응 효율 극대화
깊은 주입 능력
랜스의 주요 목표는 특정 위치로 가스를 전달하는 것입니다. 알루미나 튜브는 강성을 유지하기 때문에 도가니 바닥까지 삽입할 수 있습니다.
접촉 면적 증가
바닥으로 가스를 전달하는 것은 임의적이지 않으며 기능적 요구 사항입니다. 가장 낮은 지점에서 수소를 방출함으로써 랜스는 용융된 슬래그를 통해 상승하는 기포를 생성합니다.
반응 최적화
이 상승하는 기포는 슬래그에 현탁된 산화철과 환원 수소 가스 사이의 접촉 면적을 최대화합니다. 이 최대화된 표면 접촉은 환원 반응을 효율적으로 구동하는 데 중요합니다.
제약 조건 이해
고순도의 필요성
고순도 알루미나의 사양은 제안이 아니라 필수 사항입니다. 세라믹 매트릭스의 불순물은 융점이나 구조적 강도를 크게 낮출 수 있으며, 1600°C에서 조기 파손으로 이어질 수 있습니다.
물리적 한계
알루미나는 "충분한" 강도를 가지고 있지만, 파괴되지 않는 것은 아닙니다. 이 재료는 열 저항과 삽입 시의 기계적 응력 사이의 간극을 메우기 위해 특별히 선택되었지만, 공정 중 물리적 한계를 초과하지 않도록 올바르게 취급해야 합니다.
목표를 위한 올바른 선택
수소 주입 공정의 성공을 보장하기 위해 다음 주요 요소를 고려하십시오:
- 장비 생존이 주요 초점이라면: 랜스가 강성을 유지하고 1600°C에서 연화되지 않도록 고순도 알루미나 등급을 우선적으로 고려하십시오.
- 반응 속도가 주요 초점이라면: 랜스가 도가니 바닥에 도달할 수 있는 충분한 기계적 강도를 갖도록 하여 산화물 환원에 필요한 기포 형성을 보장하십시오.
올바른 랜스 재료를 선택하는 것은 철 산화물 환원의 화학 반응이 효율적으로 발생할 수 있도록 하는 기초 단계입니다.
요약 표:
| 특징 | 고순도 알루미나(Al2O3) 성능 |
|---|---|
| 작동 온도 | 1600°C까지 액체 슬래그에서 안정적으로 유지 |
| 구조적 강성 | 삽입 시 연화/변형 방지 |
| 화학적 순도 | 고순도로 융점 저하 방지 |
| 주입 효율 | 최대 접촉을 위한 도가니 바닥 전달 가능 |
| 기계적 강도 | 내부 수소 가스 압력 견딤 |
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참고문헌
- M. A. Levchenko, Olena Volkova. Reduction of Liquid Steelmaking Slag Using Hydrogen Gas as a Reductant. DOI: 10.3390/met15090984
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