재가열로: 유형, 기능, 산업적 적용

재가열로는 열간 압연 밀에서 강재(빌릿, 블룸, 슬래브)를 약 1,200°C 압연 온도로 가열하여 강철 소성 변형과 압연에 적합하게 만드는 설비입니다. 재가열로 내 가열 공정은 연속 공정으로 강재가 로 입구에서 장입, 로 내 가열, 로 출구에서 방출됩니다. 열은 강재가 로 통과하는 동안 주로 버너 가스와 로 벽면으로부터 대류와 복사로 전달됩니다(그림 1).

그림 1 재가열로 내 열전달 메커니즘

강재 장입 온도 범위: 상온~800°C. 목표 출측 온도는 압연 공정 요건에 따라 결정되며, 압연 속도, 강재 치수, 강종 조성 의존. 강재 품질 측면은 온도 구배와 표면 온도 제약. 연료: 고체, 액체, 기체 연료 사용 가능. 푸셔 타입 재가열로 개략도 그림 2.

그림 2 푸셔 타입 재가열로 개략도

재가열로 크기는 보통 냉재에서 열간 강재를 압연 밀 공급 능력으로 표현, 단위: 톤/시간. 재가열로 에너지 효율: 강재 열함량 증가량(10°C→1,200°C 가열) / 사용 연료 에너지(잠열+현열). 대표적 재가열로 종단면도 그림 3.

그림 3 재가열로 대표적 종단면도

로 에너지 효율 영향 다수 설계 특징: (1) 버너 유형, (2) 로 치수, (3) 로 존 수, (4) 벽·지붕 단열 유형, (5) 스키드 설계, (6) 로 출구 배기가스 열로 연료·연소 공기 예열하는 회수기. 효율적 로: 주어진 시간 내 로 용량만큼 강재 균일 온도 가열, 최소 연료와 인시. 로 설계 중요 파라미터: (1) 장입물에 전달할 열량, (2) 로 내 충분 열 발생(강재 가열 + 모든 열손실 극복), (3) 발생 열 강재 표면 전달, (4) 강재 내부 온도 균질화, (5) 로 열손실 최소화.

조업 관행과 에너지 효율

이상적: 정격 용량, 단일 강종, 동일 조성·치수 강재 연속 운전. 실제: 이뤄지지 않음. 로 효율 영향 요인: (1) 다른 치수·조성·초기 온도 강재 동시 로 내 상주, (2) 압연 지연으로 강재 로 내 이동 지연/정지, (3) 연료 조성·가용성 변동, (4) 버너·로 내부 조건 열화.

로 에너지 효율 보통 산키 다이어그램으로 표현. 냉장입 재가열로 대표적 산키 다이어그램 그림 4.

그림 4 재가열로 대표적 산키 다이어그램

재가열로 분류

4가지 분류 기준: (1) 가열 방식, (2) 장입 방식, (3) 로 내 강재 이동 방식, (4) 열회수 방식.

가열 방식: 연소 가열형 또는 전기 가열형. 연소 가열형: 고체/액체/기체 연료 사용.

장입 방식: 배치식 또는 연속식. 배치로: 장입물 고정 위치에서 가열/단조 온도까지 체류. 연속로: 장입물 로 통과하며 이동, 진행 중 압연 온도까지 가열.

연속로 내 강재 이동 방식: 푸셔로, 로터리 하스 로, 워킹 빔 로, 워킹 하스 로, 롤러 하스 로.

열회수: 재생형 또는 회수형. 재생형: 재생 버너 사용. 회수형: 배기가스 열 회수기(회수기) 사용.

주요 재가열로 유형 상세

배치로

모든 강종·크기 가열 가능 구형 로. 강재 전면 도어로 장입기 통해 장입/인출. 크기 범위: 단일 출입문 1m² 미만 허스에서 6m 깊이, 15m 길이, 5~6개 출입문 허스까지. 배치로는 연속로보다 1,320°C 부근 고온 가열 더 만족스럽. 1차 밀 직접 나온 열재 보유 저장소로 후공정 피니싱 밀용 활용 가능.

단점: (1) 생산량 대비 높은 설비 투자비, (2) 낮은 허스 면적 효율, (3) 가열 제품 톤당 높은 인시, (4) 실질적 유연성 없음, (5) 가열 가능 제품 길이 제한.

푸셔 타입 로

푸셔 타입 로: 냉재 장입 측 푸셔로 전진 추진. 초기: 빌릿 또는 소형 블룸 가열 설계. 초기 로 허스 길이 짧고 종방향 방출 측 향해 하향 경사(강재 로 통과 용이). 현재: 허스 길이 25~30m 장대화. 상부 연소 또는 상하부 연소 장착. 보통 3존: (1) 예열존, (2) 가열존, (3) 침적존. 5존 슬래브 재가열로 등 다존 로도 설계·운전.

냉재 장입: 단부 또는 측면 도어. 어느 경우든 마지막 장입재를 장입 측 푸셔로 밀면 연속 재료 라인 밀려 가열재 방출단 방출. 방출: 중력 엔드 도어→롤러 테이블→압연 밀, 또는 측면 도어 수동/기계적 수단으로 밀 롤러 테이블, 또는 엔드 도어 기계적 추출기로 인출.

장점: (1) 단위 투자비 대비 높은 생산량, (2) 높은 허스 면적 효율, (3) 단위 공간 활용 대비 높은 비생산량, (4) 낮은 유지보수비, (5) 장입·방출 용이, (6) 밀려진 두 재료 간 온도 차 적음, (7) 전 온도 레벨 가열 속도 제어 용이, (8) 점진적 온도 상승으로 전 강종 냉재 장입 가능, (9) 가열 제품 길이 길게 제작 가능→압연 밀 수율 향상.

단점: (1) 강재 단면 제한(접촉면 정방향이어야 로 내 적재 방지), (2) 소량/박판 강재 효율적 가열 유연성 실질적 없음, (3) 수냉 스키드 유지보수 곤란, (4) 수냉 스키드→가열 강재 콜드 스트라이프 발생, (5) 수냉 스키드 사용 시 강재 두께 300~350mm 최대 제한, (6) 허스 스케일 축적 문제, 스케줄 종료 시 로 비우기 고비용, (7) 혼합 크기 강재 로 통과 바람직하지 않음.

로터리 하스 로

파이프 밀 원형 빌릿 가열, 단조 플랜트 단길이 블룸/빌릿 가열용. 고정 로 지붕(고정 로 벽 지지), 회전 원형 허스 구성(그림 5). 로 내 양압 유지로 외부 찬공기 유입 방지. 내부·외부 수봉으로 로 압력 유지. 버너 외부·내부 벽 또는 로 지붕 장착. 외부 벽에 장입·방출 도어, 장입·방출기 도움으로 장입·방출 동시 진행. 원형 빌릿 장입 시 허스 바닥 일정 각도 회전. 원형 빌릿 로 내 방사상 경로 따라 단일/다중 열 배열. 로터리 허스: 예열·가열·침적 존 구분. 예열존 버너 없음. 플루 개구부 장입 도어 근처 측벽 배치. 고온 배기가스 반대 방향 로터리 허스 통과→플루·굴뚝→대기 배출. 배기가스 흐름 중 예열존 빌릿 주로 대류 가열. 예열존 길이 로터리 로 둘레 약 1/4. 침적존 길이 둘레 약 3/20. 장입·방출 도어 사이 빌릿·버너 없음, 중앙 칸막이 벽. 장입·방출 도어 거리 둘레 약 1/10.

그림 5 로터리 하스 재가열로

강재 수평 또는 완만 경사 허스 위 이동→푸셔로 과도 경사 허스 단점 없음. 배치로 대비 전 온도 레벨 가열 속도 제어 수단 더 양호. 단점: (1) 생산량 대비 높은 설비비, (2) 높은 공간/단위 비율, (3) 낮은 허스 면적 효율, (4) 허스 레벨 벽 내화물·실링 높은 유지보수 레벨 필요.

워킹 빔 로

초기: 합금강 워킹 빔 직접 로 열 노출, 열 부식 겪음. 최대 1,065°C 운전. 1,320°C 재가열 강종 부적합.

현재: 워킹 빔 수냉 강재에 내화물 라이닝→내화물만 로 열 노출. 대안: 빔·지지대 수냉 파이프 섹션, 상부 버튼으로 열재 직접 수냉 파이프 접촉 방지. 현재 워킹 빔 로: 빌릿, 블룸, 슬래브 재가열용.

워킹 빔 로: 고정 빔과 이동 빔 2세트. 강재 고정 빔 위 안착. 전진 위해 이동 빔이 강재 들어올려 설정 거리 전진 후 허스 다음 스텝 안착. 강재 안착 후 이동 빔 원위치 복귀(그림 6).

그림 6 워킹 빔 메커니즘

보통 엔드/사이드 장입·방출 설계. 빔 유압/기계식 작동. 측벽 버너 상하 크로스 파이어링 사용. 일부 로: 복사형 지붕 버너 또는 지붕·하부 버너로 가열.

장점: (1) 가열재 간격 두어 스티커 방지, (2) 로 내 적재·체류 시간 감소, (3) 빔 메커니즘 작동으로 양측 로 비우기 가능, (4) 수냉 스키드 라인 접촉 없어 스키드 마크 없음, (5) 재료-허스 마찰 없어 허스 마모·재료 손상 실질적 없음, (6) 적정 워킹 빔 수 선택으로 혼합 크기 장입 시 허스 활용도 향상, (6) 전체 로 길이 연장 잠재력으로 배기가스 활용도 제고·연료 소비 저감.

단점: (1) 시스템 복잡성, (2) 높은 설비비, (3) 허스 실링·내화물 높은 유지보수, (4) 가열 중 탈락 스케일 야기 문제.

워킹 하스 로

워킹 빔 로와 강재 가열실 통과 방식 유사. 차이: 이송 방식. 워킹 하스 로: 강재 고정 내화물 피어 위 안착. 피어 허스 관통 연장, 상단 가열 중 재료 위 허스 표면 위. 로 가스 재료 바닥면 대부분과 허스 사이 순환 가능.

방출 측 향 이송 위해: 허스 수직 상승→재료 최초 접촉→피어 위 짧은 거리 추가 상승→허스 설정 거리 전진→정지→피어 위 새 위치 재료 하강→최저 위치 계속 하강→장입 측 기점 후진→다음 스트로크 대기. 장단점 워킹 빔 로와 유사. 워킹 하스 재가열로 메커니즘 그림 7.

그림 7 워킹 하스 재가열로 메커니즘

롤러 하스 재가열로

매우 긴 빌릿/블룸/슬래브 가열 시 푸셔/워킹 빔 로 비현실적 상황 유리. 롤러 하스 로: 허스 = 수냉 구동 롤러 세트, 강재 위 전진. 롤러 하스 로 단면도 그림 8.

그림 8 롤러 하스 로 대표적 단면도

장점: (1) 매우 긴 제품 처리 가능, (2) 크로스 파이어링 시 존 제어 단순, (3) 재료 기계적 손상 거의 없음, (4) 스키드 마크 없음, (5) 롤러 하스 로 자기 비움 가능.

단점: (1) 단위 용량당 높은 초기 비용, (2) 롤러 적절히 단열 안 되면 수냉으로 열손실 증가, (3) 동일 용량 푸셔/워킹 빔 로 대비 좁고 김.

연속 재가열로 일반 이슈

단일 존 파이어링 로: 높은 스케일 손실 연관. 단일 존 파이어링 로: 상하 파이어링 로 대비 고탄소강 탈탄 경향 높음(수소·수증기 조합 로 가스 장시간 노출). 강철 스케일링 의도적 수행로 탈탄 표면층 제거하기도. 상부 파이어링 로: 상하 파이어링 로 대비 동일 생산량 위해 더 긴 허스 필요. 사이드 방출 로: 엔드 도어 방출 로 대비 열단 공기 침투 적음. 일반 중력형 엔드 도어 방출: 방출단 굴뚝 효과로 찬공기 유입. 엔드 도어 방출: 가열재 기계적 인출 단순. 수평 허스: 충입 측 향 상향 경사 허스 굴뚝 효과 제거. 이 굴뚝 효과 열단 찬공기 유입→연료 소비·스케일 손실 증가.