고로 주탕장(Cast House) 운영 최적화: 효율성과 신뢰성 향상

고로 주탕장(Cast House)과 그 운영

고로(BF) 주탕장은 용선과 액체 슬래그가 고로에서 탭핑(tapping)되어 레들(토피도 카 또는 개방형 레들)로 붓거나, 고형화(피그 주조 및 슬래그 과립화) 또는 처리(주탕장 탈황)로 유도되는 작업 구역입니다.

양호한 무결점 주탕장 운영은 저비용 운영을 위한 고생산성 고로의 중요한 요구사항입니다. 주탕장 기능 설계, 운영 관행, 내화물 기술, 자동화, 환경 요구사항은 주탕장으로부터 더 높은 신뢰성과 출력을 충족하기 위해 검토해야 할 중요한 이슈들입니다. 모든 고로에서 주탕장은 전체 BF 조업 중 가장 노동 집약적인 영역입니다. 설계는 예상 용선 생산량, 허스(hearth) 체적, 탭핑 관행과 완전히 통합되어야 하며, 노동력, 정비, 자재 사용을 최소화하고 작업 환경을 개선해야 합니다. 주된 목적은 주탕장 트러프(trough), 러너(runner), 주탕장 설비 가용성이 아닌, 제련율, 유효 허스 체적, 허스를 '건조(dry)' 상태 유지 바람직함에 의해 결정되는 주조 속도와 일일 탭핑 횟수로 용선을 고로에서 제거하는 것입니다. 일반적인 BF 주탕장 레이아웃은 그림 1에 나와 있습니다.

주탕장 설계 및 운영 목표

주탕장 설계와 운영은 다음 파라미터 측면에서 BF 조업 효율을 개선해야 합니다.

• 용선 및 액체 슬래그 탭핑에 종사하는 작업자 작업 조건 개선
• 용선 온도 유지를 통한 열 손실 감소
• 액체 슬래그와 함께 손실되는 용선 양 감소
• 탭핑 중 발생 오염물질 양 대폭 감소

주탕장은 비상시 작업자가 대피할 수 있는 일정 수의 입구, 통로, 출구를 가져야 합니다. 작업자가 탭홀 앞을 지나거나 러너를 넘지 않고 주탕장 어떤 영역에서도 탈출할 수 있도록 설계되고 위치해야 합니다.

주탕장 크기는 로 생산 능력에 의존하지만, 작업자와 설비를 수용할 충분한 공간이 있는 것도 중요합니다. 특히 로 옆과 탭홀 양쪽에 최대한 자유 공간이 있어야 합니다. 이상적으로 러너를 가능한 한 짧게 유지하는 레이아웃이어야 합니다. 틸팅(tilting) 또는 스윙(swinging) 러너와 대용량 용선 레들로 주탕장 작업 조건을 개선하고 탭핑을 더 쉽게 할 수 있습니다. 또한 신중한 탭홀 개방 및 닫기는 고로 성공의 핵심 요소입니다.

주탕장에서 효율적인 분진 및 흄 포집을 위해 철 러너는 덮여 있어야 합니다. 그러나 탭핑 공정과 탭홀 정비는 러너 전면 영역에 무방해 접근을 필요로 합니다. 다양한 트러프 커버 조작기 설계가 주탕장에서 유연한 솔루션을 제공합니다.

주탕장 금속 및 슬래그 측 바닥은 매끄러운 표면이어야 하며 특정 부분은 약간 경사져야 합니다. 경사각은 단순히 슬래그와 용선 제거 용이성만으로 선정되어서는 안 됩니다. 경사가 너무 가파르면 주탕장 작업이 불필요하게 힘들고 낙상 위험이 커집니다.

러너 깊이는 내화물 라이닝 존재를 고려한 후 최대 가능한 용선 흐름을 수용할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다.

탭홀을 메인 러너와 연결하는 시스템 선정에 특별한 주의를 기울여 고로와 탭핑 플로어 사이에 단절이 없도록 해야 합니다.

탭핑 플로어 개구부는 탭핑된 액체와 슬래그 배출용으로, 작업자가 추락하지 않도록 차폐되어야 합니다.

슬래그 레들 폭발은 드물지만 불가능한 일은 아니며, 각 설치 유형에 대해 작업자를 슬래그 비산으로부터 보호하기 위한 가장 적절한 조치를 취해야 합니다.

또 다른 위험은 금속 레들에서 레일과 주변으로 용선 유출 또는 누출입니다. 지반이 젖어 있으면 폭발이 발생할 수 있습니다. 지하수, 빗물, 고로 물이 스며들거나 배수되지 않도록 적절한 조치를 취해야 합니다. 레일 사이에 고일 수 있는 물 배수 시설이 있어야 합니다.

주탕장은 작업자가 사고 위험 없이 용선 및 슬래그 레들 충전을 감독할 수 있도록 설계되고 설비되어야 합니다.

슬래그 과립화 플랜트 선정과 위치에 주의를 기울여 냉각수 증기가 주탕장으로 날려 들어오지 않도록 해야 합니다. 용선이 실수로 슬래그와 함께 탭핑될 때 발생할 수 있는 폭발로부터 작업자와 설비를 보호하는 시스템이 설치되어야 합니다.

주탕장에서 사용되는 수송 및 취급 기계는 신중하게 선택되어야 합니다. 수작업은 절대 최소화되어야 하며 탭핑 플로어 모든 부분에 접근 가능해야 합니다. 기계에는 하나 이상의 오버헤드 주행 크레인 또는 기타 리프팅 장치, 지게차 및 기타 취급 트럭이 포함되어야 합니다. 취급 트럭용 진입로와 탭핑 플로어 기동 공간이 제공되어야 합니다.

탭핑 작업 중 주탕장 작업자 노출 위험

• 용선 및 용융 슬래그 고온과 복사열
• 용선 및 슬래그 폭발 및 비산
• 오버플로 및 유출
• 로 돌출(breakout)
• 흄, 분진, 가스, 증기
• 탭홀 랜싱용 산소 사용
• 탭홀 건 및 드릴, 공압/유압/전기 설비 등 기계 사용
• 수공구 사용
• 자재 및 폐기물 취급
• 러너 건조용 가연성 가스 사용
• 보온용 쌀겨와 모래 사용
• 소음

현대 고로 주탕장 설비, 도구, 소모품

• 탭홀 드릴
• 드릴 로드 체인저
• 탭홀 클레이 건
• 탭홀 클레이 건 로더
• 트러프 커버 및 트러프 커버 조작기
• 토피도 카 레벨 측정 시스템
• 틸팅 러너
• 잭 댐 드릴
• 제어 캐빈
• 온도 측정 및 시료 채취
• 내화물 소모품
• 모래, 쌀겨, 랜싱 파이프, 피어싱 로드 등 기타 소모품
• 랜싱용 산소 및 러너 건조용 연료 가스

이 중 일부를 자세히 설명합니다.

탭홀 드릴

경제적 탭핑에는 고성능 탭홀 채널이 필요합니다. 적절한 탭홀 클레이 선택과 최적 개방 전략 외에도 탭핑 파라미터 최적 조정과 재현성이 중요합니다. 탭홀 드릴은 검증된 고성능 드릴 해머와 최대 유연성을 결합하여 효과적인 드릴링을 보장해야 합니다. 탭홀 드릴 기본 설계 및 설치 요구사항은 다음과 같습니다.

• 드릴은 탭홀 정확한 드릴링을 위해 충분히 강력하고 강성이 있어야 함
• 특정 위치에 드릴 잠금 가능해야 함
• 드릴 모든 움직임과 기동이 원격 제어 가능해야 함
• 언제든 정지 가능해야 함
• 드릴 작동 전 자동 경고 사이렌/부저 작동
• 미사용 시 작업자 자유 이동 및 수리 가능하도록 설치, 기계와 장애물 사이 1인 통행 공간 확보
• 기계 주변 작업자 보호 수단 제공, 기계도 보호
• 전력선 열과 돌출 대비 보호, 양호한 기계적 강도
• 전기 사용 시 최소 2개 독립 회로(하나는 안전 회로)로 공급 권장
• 유압/공압 제어 시 적정 크기 어큐뮬레이터 설치

탭홀 클레이 건

어떤 조건에서도 로를 닫는 것은 핵심 안전 요구사항입니다. 이는 탭홀 클레이 건에 극도로 높은 신뢰성과 견고성을 요구합니다. 탭홀 건 기본 설계 및 설치 요구사항은 다음과 같습니다.

• 건은 고로 내부 압력 전체 힘에 맞서 탭홀 클레이를 탭홀에 압출할 수 있을 만큼 강력해야 함(압력이 정상 이상 상승 시에도)
• 슬래그나 기타 물질에 의한 방해에도 건 입구를 탭홀에 정확히 위치시킬 수 있어야 함
• 플러그에 필요한 모든 클레이 압출 가능해야 함
• 다양한 위치에 건 잠금 가능
• 모든 움직임과 기동 원격 제어, 언제든 정지 가능
• 작동 전 자동 경고 사이렌/부저
• 미사용 시 작업자 자유 이동 및 수리 가능, 1인 통행 공간 확보
• 작업자 보호 수단 제공, 기계도 보호
• 전력선 열과 돌출 대비 보호, 양호한 기계적 강도
• 전기 사용 시 최소 2개 독립 회로(하나는 안전 회로) 권장
• 유압 제어 시 적정 크기 어큐뮬레이터 설치

제어 캐빈(Control Cabins)

탭홀 건과 드릴 제어 캐빈은 비상시에도 조작 가능하도록 위치, 보호, 설비되어야 합니다. 따라서 다음 기본 특징을 가져야 합니다.

• 제어 캐빈 위치는 요원이 돌출이나 폭발 위험에서 완전히 보호받고 조업을 완벽히 관찰할 수 있어야 함
• 건설에 가연성 물질 사용 금지
• 최소 2개 서로 다른 독립 입구 제공, 하나는 외부 비상 대피 플랫폼 접근용(항상 확보)
• 캐빈에서 러너로 통하는 문 없어야 함
• 탭핑 영역 조망 관찰창: (i) 최소 크기이나 조업 영역과 건/드릴 위치 완전 조망 가능, (ii) 바깥으로 열리는 프레임에 '트리플렉스(Triplex)' 유리 패널, 그릴 보호, (iii) 조작기 조작하며 조업 진행 추적 가능하도록 창문 옆에 컨트롤 위치, 우발 조작 방지 조치, (iv) 고로 조업 관련 다른 장소와 통신용 최소 2개 독립 구두 통신 시스템(내선전화, 인터컴, 무선전화 등) 제공
• 오염되지 않은 구역에서 공기 흡입하는 환기 시스템 구비
• 캐빈이 비산/폭발 방호 구역에 위치할 수 없으면 안전 조치 강화. 특히 문은 폭발 시 열리는 게 아니라 닫히도록 설정, 벽/문/지붕 난연/내열재로 덮기

산소에 의한 탭홀 피어싱(Taphole Piercing with Oxygen)

탭홀 피어싱 장비는 산소 공급용 플렉시블 파이핑, 랜스 홀더, 산소 랜스로 구성됩니다. 산소 랜스는 하나 이상의 강관으로 구성됩니다. 작업자가 항상 탭홀에서 충분히 멀리 있어 불꽃과 비산을 피하도록 하는 것이 중요합니다. 따라서 랜스가 길이 끝까지 타도록 두지 말고, 미연소 구간을 회수해 원래 길이 관으로 만드는 것이 바람직합니다. 이러한 관 결합 시 용접부 산소 누출 방지에 각별히 주의해야 합니다. 상태 나쁜 관은 폐기. 관은 주탕장 납품 시 이미 탈지되어 있어야 함. 기름진 관 사용 금지. 관은 오일, 그리스, 분진, 풍화로부터 보호된 구역에 보관. 최소 안전 요건 충족 구간만 재사용 위해 회수.

주탕장 내화물 소모품

주기적으로 철과 슬래그를 탭핑하는 고로 탭홀에는 탭 후 구멍을 막기 위해 즉시 사용 가능한 탭홀 혼합물(탭홀 클레이라고도 함)이 사용됩니다. 이 열경화성 재료는 다음 탭을 위해 드릴링됩니다. 철과 슬래그가 분리되고 철이 레들로 향하는 트러프와 러너에는 수경 결합 캐스터블(castable)이 기본 라이닝과 수리용 거닝 재료로 사용됩니다.

탭홀 클레이(Taphole Clay)

탭홀 클레이는 탭핑 후 탭홀을 막아 물질 누출 방지하고 다음 탭홀 개방 전까지 막아두는 재료입니다. 오늘날 탭홀 클레이 선택과 사용은 다음 요소들과 연관됩니다.

• 고로 운전 조건(크기, 운전 방식 의존) - 클레이는 공정 핵심 요소로 신뢰성과 안전 보장, 고로 생산성 방해 방지
• 탭홀 영역 특정 배치와 관리 - 클레이는 용융 금속 공격 견딜 뿐 아니라 허스 배수와 홀 길이에 의한 주변 철 흐름에 긍정적 영향
• 환경적 측면 - 주탕장 수준 인간 작업 조건 개선 정책과 일반 환경 보호 모두로 간주
• 경제적 측면 - 톤당 용선 생산 최적 단가 제안, 탭홀 클레이 비용이 주탕장 운영 상당한 비용으로 남음

탭홀 클레이는 다음 기능을 일관되고 안전하게 수행할 특성을 가져야 합니다.

• 클레이 건에 의해 밀려 흐르며 탭홀 막음. 탭홀 클레이는 올바르게 주입될 만큼 가단성이 있어야 함
• 플러그-탭 시간 동안 탭홀 내부에서 경화되나 수축 없이 밀착 씰 보장
• 로 내부 압력 견딜 만큼 충분히 빨리 경화
• 허용 가능한 시간 내 드릴링 가능
• 비산 없이 안정적이고 제어된 용융 스트림 허용
• 탭핑 중 용선과 슬래그 침식 및 화학 공격 견딤
• 다음 플러그 위한 안정적 기질 형성
• 안정적이고 제어 가능한 탭홀 길이 제공
• 증류 가스 탈출 허용할 만큼 다공성
• 특정 경우 악화된 탭홀 유지 및 정상 상태 복구에도 적합

탭홀 클레이 요구사항은 다음과 같습니다.

• 향상된 가소성 - 더 나은 작업성 제공
• 높은 내식/내마모성 - 일정한 탭홀 직경과 길이 제공
• 좋은 소결성 - 좋은 강도 제공
• 접착 강도 - 새 탭홀 혼합물과 기존 것 적절한 부착 위해 필요
• 좋은 가스 방출 능력 - 내부 가스 압력 형성 감소
• 쉬운 탭핑 또는 드릴링

무수 클레이는 물 함유 클레이보다 내마모성이 더 좋습니다. 후자는 현대 고로에 사용할 수 없으며 사용할 때 특별한 예방조치 필요. 탭홀 클레이 원료: 융합 알루미나, 소성 보크사이트, 샤모트, 내화점토, 점토 광물, 파이로필라이트, 실리카, 미분 모래, 카이나이트, 미분 소성 알루미나, 흄 실리카, 지르코늄, 크로마이트, 탄화규소, 탄소, 질화규소, 금속 분말, 코크스, 초미립 탄소, 타르, 수지, 특수 오일.