전로(BOF)용 최적 내화물: 라이닝 수명 및 생산성 향상

전로(Basic Oxygen Furnace)용 내화물

전로(BOF)용 내화물 개발 주요 목적: 마모 라이닝 유용 수명 확보로 전로 최대 가용성 달성. 더 긴 라이닝 수명은 내화물 비용 절감뿐만 아니라 전로 가용성 증대로 생산성 향상도 가능.

BOF 내화물 기본 요구사항

• 열충격 저항성(Thermal spalling resistance)
• 내식성(Corrosion resistance)
• 내마모성(Abrasion resistance)
• 내산화성(Oxidation resistance)
• 고온 파열 강도(Hot modulus of rupture)

BOF는 보통 영구 라이닝(permanent lining) 위에 마모 라이닝(wear lining) 구조. 영구 라이닝 두께 100~120mm, 크롬-마그네사이트 영구 라이닝이 BOF 전 높이에 시공.

BOF 마모 라이닝용 가용 내화물: 타르/피치 본드 돌로마이트 또는 마그네시아(MgO), 크롬 마그네사이트, 마그네시아-크롬 내화물부터 수지 본드, 금속, 흑연, 소결/용융 마그네시아(순도 99% 가능) 등 첨단 내화물까지 범위. 벽돌은 BOF 히트 사이클 전반 고온 및 급변 조건/환경 견디도록 중요 물성 조합 설계. 고온 강도, 내산화성, 내슬래그성 균형이 BOF 내화물 양호 성능 위해 필요.

BOF 내화물 발전 역사

1950년대 BOF 제강 도입 시 컨버터 타르 돌로마이트 벽돌, 안정화 번트 돌로마이트 벽돌 라이닝. 이후 반안정화 번트 돌로마이트 벽돌, 합성 마그네시아-돌로마이트 클링커 타르 본드 및 소성 벽돌 대체. 크롬 마그네사이트, 마그네시아-크롬 내화물 일부 BOF 라이닝 사용. 고순도 번트 마그네시아 벽돌 일부 BOF 라이닝 사용. 1970년대 후반 마그네시아-카본 벽돌 내식성·내열충격성 개발되어 BOF 라이닝 급속 도입. 이 벽돌은 고염기성 슬래그 부식에 대한 마그네시아 저항과 흑연(탄소) 높은 열전도도·저습윤성 활용. 오늘날 마그네시아-카본 내화물 BOF 라이닝 관행 매우 일반적.

마그네시아-카본 벽돌 성능 향상 기술

마그네시아-카본 벽돌 안정성 증대: 흑연 산화 방지, 마그네시아 클링커 내식성 개선.

• 흑연 산화 방지: 쉽게 산화되는 금속(알루미늄, 마그네슘-알루미늄), 탄화물(실리콘 카바이드 SiC, 붕소 카바이드 B₄C), 붕화물(칼슘 붕화물 CaB₆) 첨가. 고순도 흑연 사용도 산화 방지.
• 마그네시아 내식성 개선: 전기융합 마그네시아 또는 해수 마그네시아 사용으로 마그네시아 클링커 순도 수준 향상. 마그네시아 클링커 입도 분포 최적화로도 개선. 열응력 완화 위해 지르콘(ZrSiO₄) 첨가한 마그네시아-카본 벽돌도 개발.

현대 고순도 마그네시아 생산

주요 마그네시아 공급원: 심정 또는 해수 염수. 마그네슘 하이드록사이드 Mg(OH)₂, 소성 돌로마이트 또는 석회석 반응으로 이 공급원들로부터 침전. 결과 마그네슘 하이드록사이드 슬러리 여과로 고형분 함량 증가. 여과 케이크 직접 회전로 공급 내화급 마그네시아 생산. 요즘 여과 케이크 900~1000℃ 다단 화덕로에서 소성해 마그네슘 하이드록사이드 활성 마그네시아 전환. 이 소성 마그네시아 브리켓팅 또는 펠렛화 후 샤프트 킬른 약 2000℃에서 소성 치밀 내화급 마그네시아 생산. 최종 제품: 소결 마그네시아. 용융 마그네시아: 내화급 마그네시아 또는 타 마그네시아 전구체 전기로 용해 생산. 용융물 로에서 꺼내 냉각, 파쇄해 내화물 제조용. 마그네시아 불순물: 마그네시아 원료(염수/해수), 소성 돌로마이트/석회석 조성, 가공 기술로 제어. 특히 CaO, SiO₂ 비율·백분율 효과적 제어, B₂O₃ 극저수준 유지. 이렇게 생산된 고급 내화 마그네시아 마그네시아 내화물 생산용.

존 라이닝(Zonal Lining) 설계

BOF 다른 존(zone)별 마모 책임 요인 상이. 따라서 BOF 존 라이닝 실시: 다른 유형 마그네시아-카본 벽돌 또는 타 벽돌 다른 존 설치로 마모 균형 달성, BOF 라이닝 수명 연장. 전형적 BOF 존 라이닝 그림 1.

그림 1 전형적 BOF 존 라이닝

마모 라이닝 설계 최적화 위해 균형 라이닝 개발 필수: 마모 패턴 신중한 연구 기반으로 컨버터 라이닝 다양한 존에 다른 내화물 품질과 두께 할당. 균형 라이닝에서 덜 마모 예상 라이닝 세그먼트 저품질 또는 얇은 내화물 할당, 가장 심한 마모 받을 로 구간 고내마모성·고비용 내화물 배정. BOF 존 라이닝 위한 각 존 마모 조건과 제안 내화물 표 1.

다양한 벽돌 품질로 내화물 비용 폭넓은 범위. 최고가 벽돌 기존 타르/피치 본드 돌로마이트 벽돌 6배 비용. 라이닝 설계 업그레이드로 요즘 BOF 라이닝에 고비용 내화물 더 많이 사용. 그러나 고비용 내화물 사용은 BOF 숍 전체 테크노 이코노믹스 정당화해야.

예: 4000 히트 평균 BOF 숍 라이닝 비용 25% 증가 시 라이닝 수명 5000 히트 증가해야 내화물 비용 유지. 그러나 전로 가용성이 생산성 위해 필요 시, 고생산 필요 기간 전로 가용성 더 크다면 라이닝 수명 덜 증가, 더 높은 내화물 비용 정당화 가능.

라이닝 설계가 성능·비용 최적화 위해 업그레이드됨에 따라 조업 변수 라이닝 마모 영향 아는 것 중요. 이 정보로 라이닝 마모 악영향 파라미터 제어 가능성, 조업비 증가로 라이닝 수명 연장 경제적 트레이드오프 더 잘 평가 가능. 일반적으로 서브랜스 등 공정 제어 개선 관행 라이닝 수명 혜택. 추가로 돌로마이트 석회 충전으로 슬래그 MgO 제공, 형석 충전 최소화, 플럭스 첨가·블로잉 관행 제어로 슬래그 저 FeO 수준 산출 관행 도움. 이 관행들 가장 비용 효율적 라이닝 성능 위해 최적화 필요.

많은 조업 조건 개선, 균형 마모 라이닝 설계 최적화, 최상 벽돌 기술 사용해도 마모 균일 발생 안 함. 일반적으로 내화물 건닝(gunning), 슬래그 코팅 등 유지보수 관행으로 라이닝 수명 연장.