| 초록 |
구리의 건식 제련법에 사용되는 자용제련공정에 관한 연구는 오래 전부터 진행되어 왔다. 우리 나라에서도 온산 동제련소가 Outokumpu 공정에 의해서 가동되고 있으며 자용제련에 대해 많은 연구를 하고 있다. 자용제련공정은 건조된 유화 동광석 입자(평균크기 75㎛)가 고농도의 산소와 함께 자용로 안에 분사되고, 이 입자들은 주위의 고온가스에 의해 온도가 급상승하여 발화하고 자용로 아래로 낙하하면서 주위의 산소와 매우 빠른 반응을 한다음 용융 상태로 자용로 바닥에 떨어져 용융 slag, matte, 혹은 blister copper로 분리되는 공정이다. 자용공정에서 분진발생에 대한 문제는 분진 내 포함되어 있는 구리의 손실 및 환경 문제의 유발이라는 측면에서 신속히 처리해야 할 과제이다. 분진의 발생량은 자용공정에서 발생되는 off-gas의 양에 비례하나 경우에 따라서는 자용로 내의 유체역학적 흐름분포나 온도분포 및 정광의 반응정도에 따라 발생량에 차이가 있을 수 있다. 또한 자용로 내의 유동장 분포와 온도분포 등은 자용로에 주입되는 정광의 분산과 이들의 반응정도에 따라 변하기 때문에 정광과 반응기체를 자용로에 주입시키는 버너의 모양 및 배열(shape & configuration)에 따라서도 분진 발생량이 변하게 된다. 본 연구에서는 Outokumpu형 제련공정의 자용로를 모델로 Fluent code를 이용하여 상온에서의 자용로 내 유동장 분포, 입자의 유동경로 및 분산정도 등을 모사하였다. 가스계의 난류현상을 나타내기 위한 모델로는 Launder와 Spalding에 의해 제안된 2-Equation(k-ε) 모델이 사용되었다. 가스에 의해 정광로로 분사된 고체입자들은 그들이 각기 지나온 궤적에 따라 서로 다른 성질을 갖게 된다. 컴퓨터에 의한 계산 시간과 노력을 경제적으로 줄이면서 계를 효율적으로 해석하기 위하여 고체입자들의 수지계산은 Lagrangian 방식에 의해 일련의 궤적들을 따라 계산하였다. 단순화된 모델에 의한 모사의 기본이된 실측 크기의 정광로의 단면도를 Fig. 1에 보였다. (a) 그림은 y축에서 바라본 노의 단면이고 (b) 그림은 z축에서 바라본 단면이다. Fig. 2는 노의 표면격자를 나타낸 그림이다. 정광로 좌측의 반응로 상부에는 Fig. 3에 보인 바와 같은 원주 방향 분사 버너(type 2)와 Fig. 4에 보인 바와 같은 원주 방향 분사와 축 방향 분사를 같이하는 버너(type 3), Fig. 5에 보인 바와 같은 2차 흐름 주입구의 형태를 변형 시킨 원주 방향 분사 버너(type 4)와 Fig. 6에 보인 바와 같은 크기를 증가시킨 원주방향 분사 버너(type 5)가 위치한다. 각 버너의 inlet-1과 inlet-2로 각각 입자 분산용 가스와 공정가스를 주입하고, particle-inlet으로 입자를 분사시킨다. 단순화된 모델에 의한 모사를 하기 위한 조건으로써 1차 흐름의 유속은 22.4 ㎧, 2차 흐름의 유속은 18.6 ㎧, 입자의 크기는 100㎛, 버너의 형태는 type 2∼5로 변화시켰다.
|
