16. 합금철 생산

합금철 생산

-합금철 생산의 개요 : 합금철은 철 이외의 금속(망간, 실리콘, 크롬, 니켈 등)의 혼합물로 이루어져 있으며, 철강 제련 과정에서 용탕(금속이 놋은 쇳물)의 황 성분 등 불순물을 제거하거나, 철 이외의 성분 원소 참가를 목적으로 제조 사용되고 있다. 합금철 생산은 일반적으로 4단계로 구분하며 원자재 투입(철광석, 비철금속, 환원제), 원료 배합, 정련 및 출탕, 기계적 파쇄 등을 거쳐 최종적으로 합금철 제품이 생산된다. 이외에도 적절한 크기의 합금철 선별 시설과 출하를 위한 건조설비 등이 후단에 붙어 있는 경우도 있다. 합금철 제조는 초기 단계에는 고로에서 이뤄졌으나, 고로에서 생산 가능한 품종 및 제품 규격이 한정되어 있으므로 전기로가 개발된 이후에는 주로 전기로에서 제조되고 있다. 합금철은 특성 및 용도에 따라 페로망간, 실리콘망간, 극저인탄소, 페로크롬, 페로 실리 크롬, 페로니켈 등으로 분류하고 있다. 페로망간은 철강 생산 과정에서 산소, 황 등 불순물을 제거할 뿐만 아니라 망간의 유용한 특성을 부여해준다. 망간은 철을 보다 단단하게 만드는 성질을 줄 뿐만 아니라 진공과 소음을 줄이는 제진 성을 갖고 있어 철강 제조 시 많이 사용되고 있다.

-합금철 생산공정 : 합금철 생산공정은 원자재 투입, 원료배합, 정련 및 출탕, 기계적 파쇄로 구분할 수 있다.

①원자재 투입 : 원자재 투입 공정은 철광석, 철 이외의 금속(실리콘, 망간, 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐 등), 탄소성 환원제(석탄, 코크스, 일부에서는 목탄과 나무 등 사용) 등을 혼합 투입하는 공정이다. 고로를 사용하는 경우에는 탄소성 환원제를 사용하였으나, 전기로를 사용하는 경우에는 전기양도체인 전극을 탄소봉을 사용하며, 탄소봉이 환원제로서 역할을 담당한다.

②원료 배합 공정은 투입된 원자재가 균일하게 혼합될 수 있도록 배합하는 공정으로 제품의 목표물성과 제련로(주로 전기로)의 반응 특성을 고려하여 투입 원자재의 배합 비율을 결정하게 된다.

③정련 및 출탕 : 정련 및 출탕 공정은 전기 아크로에서 전기의 양도 체인 전극(탄소봉)에 전류를 통하여 전극 사이에 아크열을 발생시키고, 이 전기열을 이용하여 철과 여타의 금속을 산화 정련하며, 산화 정련 후 환원제를 이용하여 환원 정련함으로써 탈산 및 탈황 과정을 거치게 된다. 이 과정을 거쳐 합금철이 생산되고, 출당하게 된다. 환원제로는 코크스 또는 탄소봉이 이용되며, 이과정에서 온실가스가 배출된다.

④기계정 파쇄 : 기계적 파쇄 공정은 출탕 공정 이후 생산된 합금철을 제품 규격에 맞추어 기계적으로 파쇄하는 공정이다.

⑤선별 및 건조 후 출하 : 생산된 합금철 중에서 원하는 크기로 선별하며, 최종적으로 생산된 합금철에 대하여 품질검사 실시 이후 합격한 합금철 제품을 건조시킨 후 출하한다.

-온실가스 배출량 산정 보고 검증 절차 : 합금철 생산에서는 소위 제강공정인 전로와 전기로가 배출시설로 분류되고 있다. 전로는 코크스와 같은 환원제의 야금환원과정에서 이산화탄소를 발생하고 실리콘계 합금철을 생산하는 경우 메탄을 발생시킨다. 전기로(전기아크로)는 전기양도체인 전극(탄소봉)에 전류를 통하여 고철과 전극 사이에 발생하는 아크열을 이용하여 고철 등 내용물을 산화 정련하며 그 이후 탄소봉에 의해 금속산화물이 환원되면서 탈산과정에 의해 이산화탄소가 발생하고 실리콘계 합금철을 생산하는 경우 메탄이 발생이 된다.

온실가스 배출량 산정 보고 검증 절차는 촐 9단계로 구성되어 있으며, 에너지 고정연소 부분에서 특화되어 설명해야 할 부분은 1, 2, 5단계에 대해서만 다루었다.

①1단계 조직경계설정 : 배출 형태는 크게 직접 배출과 간접 배출로 구분할 수 있으며, 직접 배출은 고정연소에 의한 배출, 공정배출, 이동연소에 의한 배출, 탈루배출로 구분할 수 있다. 특히 합금철 생산에서는 철광석(산화물 형태)과 투입되는 금속산화물을 환원하는 고정에서 공정배출인 이산화탄소가 다량 배출되는 특성을 지니고 있다.

②2단계: 합금철 생산시설의 온실가스 배출활동을 운영경계를 기준으로 살펴보면 직접 배출원과 간접 배출원으로 구분된다. 직접 배출원에는 고정연소, 이동연소, 탈루배출, 공정배출이 있고, 간접 배출원에는 외부 전기 및 열 증기의 사용이 있다.

합금철 생산시설의 온실가스 배출활동은 직접 배출원의 고정연소는 합금철 생산 및 부대시설에서 필요한 에너지 공금을 위한 연료의 연소에 의해 이산화탄소, 메탄, 아산화질소가 배출된다. 이동연소는 합금철 생산시설에서 업무용 차량 운행에 따라 이산화탄소, 메탄, 아산화질소가 배출된다. 탈루배출은 합금철 생산시설에서 사용하는 화석연료 사용과 연관되어 메탄을 배출한다. 공정배출원은 코크스와 같은 환원제의 야금환원과정에서 이산화탄소가 발생(전로)하고, 아크열을 이용한 고철 등 내용물을 산화 정련한 이후 탄소봉이 산화되면서 금속산화물을 환원하는 과정에서 이산화탄소가 발생(전기로)된다. 간접 배출원의 외부 전기 및 외부 열 증기 사용은 합금철 생산시설에서의 전력 사용에 따라 이산화탄소, 메탄, 아산화질소가 배출된다.

③5단계 배출활동별 배출량 산정방법론의 선택 : 합금철 생산의 배출량 산정방법론에서 정한 활동자료, 배출계수, 배출가스농도, 유량 등 각 매개변수에 대하여 자료의 수집 방법을 정하고 자료를 모니터링한다.