재가열로에서의 철강 가열

재가열로에서 강철 가열

재가열로는 열간 압연 과정에서 중요한 장비입니다. 열간 압연기의 핵심입니다. 강철의 재가열은 연속적인 과정입니다. 압연될 강재는 재가열로 입구에 장입된다. 강철 재료는 램이 강철 재료와 직접 접촉하는 푸셔 기계에 의해 노의 노로에서 앞으로 밀려납니다. 강재는 재가열로의 예열, 가열 및 침지 영역을 통과하면서 예열, 가열 및 침지됩니다. 노의 침지 영역 끝에서 강재는 압연기에서 압연을 위해 이젝터에 의해 노에서 배출됩니다. 방전 시 가열된 강재의 온도는 여러 요인에 따라 달라지며 1100℃ ~ 1250℃ 범위에서 변할 수 있습니다.

재가열로의 크기는 일반적으로 시간당 톤 단위로 충분히 뜨거운 강을 압연기에 공급할 수 있는 용량으로 표시됩니다. 서로 다른 재료 구성, 치수 및 장입 온도를 가진 강재가 동시에 용광로에 존재할 수 있습니다.

강재 가열에 사용되는 재가열로는 일반적으로 에너지 소비가 높은 것으로 간주됩니다. 또한 열 발생에 사용되는 공정이 연소 공정이기 때문에 대기 중 오염 물질을 다량 배출합니다. 재가열 공정은 압연기 작업의 경제성에 상당한 영향을 미칩니다.

압연기에 사용되는 연속 재가열로는 일반적으로 세 가지 유형이 있습니다. (i) 푸셔형로, (ii) 보행로, (iii) 보행빔로입니다.

푸셔형 로는 (i) 내화 노로의 빈번한 손상, (ii) 가열된 강재의 스키드 마크, (iii) 스키드의 수냉으로 인한 에너지 손실, (iv) 강철의 지지 구조를 포함하는 몇 가지 단점이 있습니다. 상부 및 하부 소성로의 재료가 에너지 사용에 해로운 영향을 미치는 경우 (v) 재료의 충전과 함께 강재의 배출이 수반되어야 하는 경우 (vi) 강재의 크기 및 중량 및 용광로 길이가 제한됨 마찰에 의해 용광로에 강재가 쌓일 가능성이 있고 (vii) 사방에서 강재가 가열될 가능성이 없습니다.

재가열로는 장입된 강재를 압연기에서 열간 압연을 위한 압연 온도로 가열합니다. 압연 온도는 압연 과정에서 강재를 소성 변형에 적합하게 만드는 온도입니다. 이를 위해 강철은 미세 조직이 오스테나이트 범위에 있는 온도를 가져야 합니다.

압연되는 강철은 일반적으로 빌렛, 블룸 또는 슬래브 형태입니다. 모양은 정사각형, 직사각형, 평면 또는 원형이 될 수 있습니다. 퍼니스의 충전 베드를 형성합니다. 퍼니스는 상부 연소 또는 상부 및 하부 연소가 가능합니다. 버너는 퍼니스 끝, 퍼니스 측면 또는 퍼니스 지붕에 위치할 수 있습니다. 재가열로는 액체 연료, 기체 연료 또는 고체 연료를 사용할 수 있습니다. 버너는 균일한 열 분포를 얻을 수 있는 방식으로 배치됩니다.

강재를 압연 온도로 가열하기 위한 재가열로에서 일반적인 또는 기존의 가열 방법은 사용되는 연료의 화학량론적 비율 또는 그보다 약간 높게 작동하는 버너에 의해 연소되는 가열로에서 강을 가열하는 것입니다. 100% 화학양론비는 연료의 완전한 연소를 생성하고 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 및 수증기( H2O). 100% 화학량론보다 약간 높은 공연/연료 비율에서의 연소는 용광로의 기체 분위기에서 적은 비율의 산소(O2)를 생성합니다. 또한 용광로에 존재하는 고온으로 인해 일부 N2가 질소 산화물로 전환됩니다.

용광로를 통과하는 강재의 이동 중에 강재와 직접 접촉하는 고온 버너 가스의 대류와 가열된 용광로 벽 및 가열된 용광로 지붕의 복사에 의해 에너지가 강재로 전달됩니다. . 강재 내부의 에너지 전달은 전도에 의해 발생합니다. 복사에 의한 열에너지 전달은 열에너지 전달의 가장 효율적인 방법이다. 열 에너지의 복사 전달은 강철 재료의 베드에 의해 생성된 유용한 열 전달 영역을 통해 발생합니다.

재가열로의 주요 구성요소는 (i) 높은 작동 온도에서 열을 유지하기 위한 내화 및 절연 재료로 구성된 챔버, (ii) 강철을 지지하고 운반하기 위한 노 노로, (iii) 다음과 같은 버너 세트로 구성됩니다. 챔버의 온도를 높이고 유지하기 위해 고체, 액체 또는 기체 연료를 사용할 수 있습니다. 용광로 챔버에서.

앞서 언급한 바와 같이 퍼니스는 기본적으로 (i) 예열 영역, (ii) 가열 영역, (iii) 담금 영역의 세 영역으로 나뉩니다. 예열 영역에서는 장입된 강재가 예열됩니다. 예열 영역의 역할은 강재의 온도를 점진적으로 높이는 것입니다. 강철 표면의 느린 가열은 강철 재료의 열 응력 제어를 위해 처음에 필요합니다. 가열 영역에서는 강재의 표면 온도가 급격히 상승합니다. 강재에 의한 열 흡수의 대부분은 이 영역에서 이루어집니다. 소킹 존에서는 강재의 단면 전체에 걸쳐 가능한 한 균일한 온도를 갖도록 강재의 내부 온도를 제어한다. 이 영역의 온도는 강재의 목표 또는 원하는 배출 온도가 되도록 점진적으로 증가합니다.

재가열로에서 가열의 대부분은 가열 영역에서 발생합니다. 코어와 강재 표면 사이의 원하는 한계까지 온도 균일성은 소킹 영역에서 달성됩니다. 연도가스는 강재와 반대방향으로 이동하므로 예열영역에서 대류에 의한 상당한 폐열회수를 보장한다. 예열 구역은 때때로 복열 구역이라고도 합니다. 용광로 내 배기 가스의 속도와 체류 시간은 현열을 강재로 효과적으로 전달하는 데 중요합니다.

재가열로는 연료 효율이 높아야 합니다. (i) 적절한 지붕 프로파일, (ii) 효과적인 구역별 열 분포, (iii) 환열 전달을 위한 최적의 예열 구역 길이, (iv) 버너의 적절한 위치, (v) 출구의 적절한 위치가 필요합니다. 배기 가스용 포트, (vi) 강재를 가열하고 모든 열 손실을 극복하기 위해 노실 내의 충분한 열 방출 (vii) 노 가스에서 강재 표면으로 사용 가능한 열의 효과적인 전달 가열, (viii) 최소 노 표피 온도를 갖는 적절한 단열, (ix) 대기 공기 유입을 제거하기 위한 노 챔버 압력의 효과적인 제어, (x) 중요한 노 매개변수 제어에 필요한 장비, (xi) 용광로용 장비 폐열 회수 및 (xii) 배출 제어 장비.

재가열로의 기본 작동 요구 사항에는 (i) 강철 압연에 필요한 원하는 최소 온도를 일관되게 달성하기 위해, (ii) 표면, 코어 및 강재 길이를 따라 온도 차이를 최소화하는 것이 포함됩니다. 15°C ~ 25°C의 원하는 수준, (iii) 강철 충전물의 스키드 마크라고도 하는 콜드 스팟을 최소화하기 위해, (iv) 강철의 과열 및 연소를 피하기 위해, (v) 스케일을 최소화하기 위해 형성, (vi) 강재 표면의 탈탄 최소화, (vii) 충전재의 열 응력 및 균열 방지, (viii) 강재 바닥 표면의 스크래치 제거, (ix) 낮은 에너지 용광로에서 소비 및 열 손실 최소화, (x) 배기 가스의 현열 회수 극대화, (xi) 연소 발생 배출량이 적고, (xii) 간단하고 쉬운 제어 기능 시스템을 갖습니다.

재가열로의 열효율

재가열로의 열효율은 초기 온도에서 압연 온도로 가열할 때 강 장입물의 열 함량 증가를 잠열 에너지와 현열 에너지를 모두 포함하는 연료가 제공하는 에너지로 나눈 값으로 정의됩니다. .

재가열로는 연속 푸셔 방식의 재가열로를 갖는 압연기의 전체 에너지 소비량의 약 70~80%를 소비한다. 푸셔형 로는 저효율이라는 영원한 문제를 안고 있다. 이러한 유형의 가열로의 열효율은 많은 열이 손실되기 때문에 일반적으로 약 20%에서 30% 범위입니다. 용광로의 열 손실은 (i) 용광로 구조에 저장된 열, (ii) 용광로 외부 벽 및 구조로부터의 열 손실, (iii) 도구, 도구 및 장비, (iv) 가열로의 냉기 침투를 가열하는 데 필요한 열, (v) 가열로의 연소에 사용되는 과잉 공기에 의해 운반되는 열, (vi) 배기 가스의 열 손실, (vii) 다음으로 인한 열 손실 누출 및 (viii) 스키드 냉각에 사용되는 냉각수의 열 손실. 열 손실의 가장 큰 원인은 용광로에서 나오는 배기 가스를 통하는 것입니다. 노 온도가 높을수록 배기 가스를 통한 손실이 커집니다. 푸셔형 재가열로의 대표적인 열수지도는 그림 1과 같다.

그림 1 푸셔형 로의 일반적인 열 균형 다이어그램

강철 가열 및 작동 방식

재가열로에서 강재의 가열은 작동 방식의 영향을 받습니다. 우수한 작동 방식은 스케일 형성, 연료 소비 및 가열 품질을 더 잘 제어할 수 있습니다. 또한 로 생산성에도 영향을 미칩니다. 운영 관행에 영향을 미치는 요인에는 (i) 노상 덮개, (ii) 강재의 배출 온도, (iii) 강재의 길이와 단면에 따른 온도 균일성, (iv) 연료 연소 제어, (v) 배기 가스의 O2 제어, (vi) 용해로 압력 제어 및 (vii) 폐열 회수를 통한 용해로의 과잉 공기 유입

연소 제어는 강재에 의해 흡수되는 현열을 최적화합니다. 연료의 효율적인 사용은 노 분위기 내에서 배기 가스의 흐름을 제어합니다. 퍼니스에서 연료의 특정 소비는 (i) 연료의 발열량(CV), (ii) 퍼니스 대기의 과잉 공기, (iii) 연소 공기의 예열 온도, (iv) 소성 구역 온도, (v) 용광로 입구에서 강재의 온도, (vi) 강재에 의한 노상 피복, (vii) 강재의 배출 온도, (viii) 용광로로부터의 열 손실, (ix) 압연기 지연.

석탄 재가열로의 경우 석탄의 CV 외에 (i) 회분, 수분, 석탄의 휘발분 함량, (ii) 분쇄 시 입도분율의 일관성, (iii) 균일성 미분탄과 이송 매체(연소 공기)의 혼합, 및 (iv) 버너로의 미분탄의 일정한 공급 속도. 미분탄은 일반적으로 공기 중에 부유하여 운반됩니다. 희박한 위상 전달 방법이 사용됩니다. 이 방법은 일반적으로 전달 공기를 버너의 1차 공기로 사용합니다. 이 경우 운반 요구 사항은 일반적으로 1차 공기 흐름을 결정합니다. 이것은 버너 노즐의 1차 공기 배출 속도가 운동량과 연소를 최적화하는 데 사용할 수 있는 유일한 변수임을 의미합니다.

풍속은 석탄을 부유 상태로 유지하기에 충분해야 하지만 너무 높으면 급격한 마모와 과도한 압력 손실이 발생할 수 있습니다. 권장되는 최소 이송 속도는 22m/s이며 최적값은 25m/s이고 절대 최소값은 19–20m/s입니다. 저속에서는 석탄이 탈락하여 사각 공간에 축적되어 축적된 석탄이 자연 발화되기 때문에 심각한 화재 및 폭발 위험이 발생할 수 있습니다.

미분탄은 일반적으로 파이프 내의 이송 공기에 고르게 분포되지 않습니다. 종종 '로핑'으로 알려진 석탄의 심각한 부적절한 분배가 발생합니다. 이것은 예측할 수 없지만 시스템에 굴곡이 많을수록 파이프가 더 길어지는 경향이 있습니다. 로핑은 감지 및 정량화하기 어렵지만 화염 패턴 및 열 방출 프로필과 관련하여 버너의 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.

재가열로에서 나오는 배기 가스는 용해로에 있는 강재의 온도보다 높은 온도에서 용해로를 떠납니다. 용광로를 나가는 동안 배기 가스의 현열은 용광로에 입력되는 열의 약 35% ~ 55%를 전달할 수 있습니다. 과잉 공기의 양과 배기 가스의 온도가 높을수록 노에서 나오는 열이 더 높아집니다. 따라서 폐열회수는 재가열로의 연비를 결정짓는 매우 중요한 역할을 한다. 배기 가스의 현열을 노로 다시 재활용하는 중요한 방법 중 하나는 폐열 회수기에서 연소 공기를 예열하는 것입니다.

폐열 회수는 일반적으로 직간접적인 이점이 있습니다. 직접적인 이점에는 (i) 특정 연료 소비 감소로 가열 시스템 효율성 향상, (ii) 굴뚝에서 배출되는 배기 가스의 온도 감소, (iii) 예열된 연소 공기로 인한 화염 온도 상승, (iv) 더 빠른 가열 등이 있습니다. 용광로 내 강재의 양, (v) 용광로의 생산성 증가. 간접적인 이익에는 (i) 대기 오염 감소, (ii) 장비 크기 감소가 포함되며, 이에 따라 해당 장비를 가동하는 데 필요한 에너지도 감소합니다.

강철 장입물이 재가열로에 투입되면 입구, 예열영역, 가열영역, 침지영역, 출구 순으로 진행된다. 이동하는 동안 가열 곡선에 의해 제어되는 강철 표면 온도, 시간 및 용광로 내 강철의 체류 시간이 온도 균일성을 결정합니다. 또한 가열 곡선과 체류 시간은 에너지 고갈이나 연료 소비에 영향을 미칩니다. 표면 온도 분포는 주로 복사에 의해 좌우되고 부분적으로는 대류 및 전도성 열 전달에 의해 좌우됩니다. 강철 표면의 열평형을 가정하면 일반적인 가열 곡선(또는 강철의 표면 온도)은 아크 탄젠트 함수로 나타낼 수 있습니다. 강철의 위치(z)가 있는 표면 온도 분포(Ts)는 그림 2에 표시되어 있습니다. 여기서 곡선은 무차원화되고 장입 온도(Tc), 배출 온도(Td) 및 노 길이(L) 측면에서 정규화됩니다. .

그림 2 재가열로에서 강철을 가열하는 데 사용되는 일반적인 아크 탄젠트 곡선

난방 효율에 영향을 미치는 요소

재가열로의 낮은 열효율에 기여하는 요인에는 (i) 용광로의 용량이 압연기 용량과 일치하지 않음, (ii) 연소에 사용된 부적절한 장비, (iii) 용량이 불충분한 복열기 또는 복열기가 제공되지 않는 것 등이 있습니다. 또는 비효율적인 복열기, (iv) 공연비 제어 시스템의 제공 또는 우회, (v) 자동 온도 제어 및 로 압력 제어 시스템의 제공, (vi) 로 및 연소 시스템의 부적절한 유지 관리 및 작동, ( vii) 용광로 구조의 열 저장, (viii) 용광로 외부 벽 또는 구조의 손실, (viii) 로드 컨베이어, 고정 장치, 트레이 등에 의해 용광로 외부로 전달된 열, (ix) 개구부로 인한 복사 손실, 뜨거운 노출 부품 등, (x) 용광로로의 찬 공기 침투에 의해 전달되는 열 및 (xi) 버너에서 사용되는 초과 공기에 의해 전달되는 열.