코크스 오븐 내화물 수리 전문 서비스: 최적 성능 유지

코크스 오븐 내화물 수리

코크스 오븐 배터리는 강철 및/또는 콘크리트 외골격 내 포함된 내화물 구조물. 이 외골격은 강철 벅스테이(buckstays) 사이 타이 로드(tie rods) 시리즈로 횡방향 고정. 벅스테이는 오븐 사이 가열 벽 단부에 위치한 수직 강철 빔. 종방향 타이 로드는 배터리 양단 피니언 월(pinion walls) 사이 연장.

가열 벽은 전통적으로 실리카 내화물로 시공. 실리카가 내화물 선택 주된 이유: 정상 코크스 오븐 배터리 운전 온도에서 실리카 내화물 최소 크리프(creep) 발생. 또한 실리카 벽돌 거의 모든 팽창이 650℃ 이하 온도에서 일어나므로 벽 적정 온도 변동이 정상 조업 중 벽 구성 내화물 체적 안정성 영향 없음.

코크스 오븐 배터리 운전 수명 20~40년(조업 조건, 배터리 유지보수 의존). 올바른 조업과 적시 수리로 40~50년 작동 예시 다수. 반면 10년 미만 내화물 실패 사례도 존재. 보통 배터리 내화물, 강철 구조물, 기계 특정 수리 필요. 적절 수행 시 배터리 수명 연장.

오븐 벽 손상 방지 중요성

코크스 오븐 배터리 수명 연장 위해 오븐 벽 손상 회피 필수. 특히 벽돌 파손 회피 중요: 벽돌 벽 개구 유발, 오븐 정지 필요, 아이들링 과정 중 벽돌 공사 추가 손상 가능.

코크스 오븐 벽은 기계적 하중, 일상 조업 반복 가열·냉각 열하중 받음. 손상 매년 꾸준히 악화. 코크스 오븐 벽 2가지 주요 손상 유형:

• 벽돌 벽 두께 감소: 벽돌 침식, 다년 조업 모르타르 손실로 벽 거친 표면 탄소 퇴적. 탄소 퇴적물 떨어지거나 벽 분리 시 붕괴 벽돌 추가 박리, 벽돌 공사 추가 침식 유발.
• 수직 관통 균열 발생·전파: 석탄 충전 시 기계적 충격, 반복 가열·냉각 유도 열응력 하 종방향 균열 형성, 결국 연소실 도달. 탄소 균열 유입 시 오븐 본체 팽창.

내화물 손상 원인

• 내화물 노후화 자연 열화: 두께 손실, 표면 마모성 증가, 오븐 벽돌 벽 스팔링(spalling)
• 배터리 조업 기술적 규율 위반
• 가열 벽 양측 차압 불균형 대응 가열 벽 이동
• 탄화 중 벽 과도 코킹 압력(코킹 석탄 특성 의존)
• 붙음 오븐 밀기 실패: 하드 푸시 시 국소 600N 힘 발생, 손상 오븐 허용 한계 도달 유발 벽 파손

오븐 내화물 수명: 조업 효율, 손상 적시 진단, 예방 유지보수 품질 의존. 벽돌 공사 최초 경미 손상 조업 초년 관찰. 이후 손상 발달 특성 점점 복잡. 오븐 벽 손상 발달 복잡성 그림 1.

그림 1 오븐 벽 손상 발달

오븐 벽 벽돌 손상 점점 뚜렷해짐에 따라 밀기 실패 등 안정적 코크스 오븐 조업 저해 문제 발생 빈도 증가. 이런 조건에서 기존 방법으로 문제 코크스 오븐 효율적 수리 점점 어려워짐. 따라서 오븐 벽 손상 부위 조기 탐지·정량 분석이 계획적·적시 내화물 수리 필수.

코크스 오븐 내화물 핫 수리 기술 기준

• 생산 사이클 중단 없음
• 신뢰성 있고 수리 부위 긴 수명 성능 제공
• 단순, 비용 효율적, 시간 절약

내화물 수리: 냉간 상태(콜드 수리) 또는 열간 상태(핫 수리) 수행 가능. 코크스 오븐 벽돌 핫 수리 3가지 방법 적용. 아래 설명.

콜드 수리(Cold Repairs)

오븐 바닥부터 지붕 아래까지 전체 배터리 관통 벽 교체 필요 시, 배터리 내화물 대기 온도로 냉각 후 수리 수행. 이 배터리 냉각 후 수행 수리: 배터리 콜드 수리.

전체 배터리 관통 벽 교체: 배터리 제어 조건 하 냉각 허용 후 수리. 냉각 최대 21일 소요, 상하 타이 로드 조정으로 오븐 벽 압력 유지. 오븐 지붕 지지 필수. 벽 재시공 후 열업 전 모든 체커 재생기에서 제거, 필러 벽 균열 청소 후 세라믹 플로스(ceramic floss) 패킹 후 체커 교체로 열업 시 벽돌 팽창 방해 방지.

수리 배터리 신규 배터리와 동일 방식 열업.

전체 신규 관통 벽 수리 배터리, 적절 유지보수 시 신규 코크스 오븐 배터리 비용 일부로 약 15~20년 수명 기대.

거니팅 수리(Guniting Repairs)

거나이트 절차: 건식/습식 거닝(gunning), 스프레이 방법. 코팅 거닝 재료 최적 수명 위해 여러 요소 고려: 다른 거닝 머신, 장비, 액세서리부터 경제적·생태적 가공까지.

내화물 수리 제품 가공 시 항상 재료-물 최적 혼합비 조정 중요. 특히 거닝 수리 시 균일 재료 흐름 중요: 먼지·리바운드 발생 감소.

코크스 오븐 벽돌 거닝 수리 보통 로터 거닝 머신 사용. 도징: 로터, 패킹 와셔 시스템. 구동: 전기 기어 모터 또는 압축 공기 모터. 머신 견고, 휴대용, 이동 가능, 0.25~4.0 ㎥/hr 거닝 용량 적합.

거니팅 수리: 그다지 효과적 수리 아님, 임시적·화장품적 결과 제공.

세라믹 용접(Ceramic Welding)

세라믹 용접: 널리 인정된 수리 방법. 세라믹 용접 기술: 다양한 물리·화학 조성 라이닝 수리, 고온 반응기 수명 연장 충분 기회 제공. 유럽 유리 로 개발, 이후 코크스 오븐 적용해 손상 내화물 핫 수리 수행. 첨단 세라믹 용접 기술 고품질 재료 사용으로 수리 부위 장기 지속 달성 가능.

세라믹 용접 공정 1970년대 최초 적용. 운전 온도에서 코크스 오븐 내화물 수리, 생산 최소 중단. 수리 재료 세라믹 본드로 손상 내화물 결합, 2200℃ 초과 발열 반응 융합 공정 이용. 세라믹 용접 본드 강도: 기존 벽돌 공사 구조적 무결성 복원 우수 수리 가능.

세라믹 용접 전 공압 블라스팅 시스템으로 내화물 세정. 이 세정: 주변 내화물 최소 트라우마로 수행.

세라믹 용접: 이름 뜻 그대로 코크스 오븐 내 실리카 벽돌 용접. 실리카 풍부 분말 혼합물 산소 풍부 압축 공기 스트림 통해 작은 파이프 랜스 이송. 분말 실리카 혼합물 랜드 끝 분사, 코크스 오븐 뜨거운 벽에 거의 폭발적 점화. 반응열 실리카 벽돌 관통, 실리카 플라스틱 존 생성. 반응 분말 실리카 혼합물 용융 질량 전환, 앞서 언급 실리카 벽돌 플라스틱 존에 본드. 외관 용접 이음부 유사. 효과도 유사: 새롭고 동등 강도 재료 기존 마모·균열 실리카 벽돌 위에 증착.

세라믹 용접 중요 측면:

• 세라믹 용접 재료 화학·광물 조성 친화성: 복원 대상 벽돌 공사 특성
• 내화물 구조상 조성 동일성
• 용접층과 오븐 벽 벽돌 공사 강 원자간(결정) 결합

세라믹 용접법: 균열·칩뿐만 아니라 공동(cavities) 등 대면적 결함도 용접 가능. 또한 기술: 신구 벽돌 공사 이음부 신뢰적 용접 허용.

적절 설치 시 세라믹 용접 재료 20년 수명 제공. 그러나 평균 세라믹 용접 약 10년 지속.

세라믹 용접 개요 그림 2.

그림 2 세라믹 용접 개요

뜨거운 코크스 오븐 벽 재벽돌 쌓기(Rebricking)

다양한 깊이까지 핫 가열 벽 재벽돌 쌓기(완전 재벽돌 쌓기까지)도 인정된 효과적 수리법. 벽돌 공사 수리 보통: 엔드 플루(end flues) 교체, 오븐 바닥과 지붕 사이 오븐 벽 교체, 오븐 챔버 내 비상 수리. 배터리 핫 조건 코크스 생산 중 수행.

오븐 벽 벽돌 공사 수리: 오븐 바닥 위, 지붕 아래 관통 벽(푸셔 사이드~코크 사이드) 배치. 동시에 코벨(corbel) 영역, 페이스 벽돌 공사, 개별 오븐 지붕 교체 가능.

수리: 수리 벽 양측 1~2 버퍼 오븐(빈 오븐) 둔 핫 조건 배터리. 다른 오븐들 코크스 생산 가능. 손상 벽 철거 전: 인접 오븐 지붕 지지 빔 추가, 인접 핫 벽 단열 패널 설치, 충전차 레일 브리지 오븐 탑 설치, 교체될 벽 아래 오븐 지붕 지지 제공. 재생기 열, 인접 벽 열 유지 주의. 이 수리 주요 특징:

• 원래 형상 실리카 벽돌 사용
• 설계 벽돌 본드 각 코스(옛-새 부분 이음부 포함)로 시공
• 인접 가열 벽·수리 벽 잔여부 열전도·복사 열교환으로 벽돌 공사 층 부분 열업·팽창 연속 발생
• 수리 벽 최종 열업 수행, 보통 8~10일 소요
• 잔여 벽돌 공사 성장(수리 후 작업 온도 최종 열업 시) 미미, 실행 신규 벽돌 공사 내구성·기밀성 제공

벽돌 공사 시공과 시공 벽돌 공사 부분 열업 결합 핫 수리 최적 결과 달성 조건:

• 고품질 실리카 벽돌 수리용 사용
• 한 벽 동시 수리
• 재벽돌 쌓기 깊이 최소 4 버티컬(실리카·내화점토 버티컬 플루 지붕·오븐 지붕 존 포함) 이상
• 가열 벽 수리 중 오븐 솔 브릭(sole bricks), 가열 벽 하부 코스 단부 손상 벽돌도 교체(코킹 챔버 내도 동일)

인접 벽 안전성: 수리 중 가열 벽 온도 유지(750~850℃)로 실리카 변형 전환 배제 달성.

핫 수리 실리카 내화물 사용 기본 문제: 연속 수직 이음부(옛-신 벽돌 공사 부분 사이) 내구성·기밀성 유지. 가열 시 변형 인한 실리카 유의미 열팽창(1.2~1.4%) 때문. 이 때문에 일부 국가 코크스 오븐 벽돌 공사 수리 용융 석영 모듈(열팽창 계수 0.2~0.3% 작은) 사용.

이 수리법 장점:

• 기술적 규율 유지 시 코크스 오븐 배터리 수명 7~12년 연장
• 마모/손상 챔버만 수리하므로 배터리 생산 중단 없음(콜드 수리: 12개월 이상 무생산)
• 수리 중 마모 앵커리지(플래시 플레이트, 도어 프레임, 앵커 기둥 부분, 타이 로드) 및 내화물 벽돌 공사 교체. 교체 안 된 잔여 벽돌 공사·앵커리지 상태 악화 안 함.
• 배터리 핫 수리 콜드 수리 대비 테크노-이코노믹 우위. 수리비 콜드 수리 30~40% 수준.