가열로 주 기능은 반제품 강재(빌릿, 블룸, 슬래브, 라운드)를 일반적으로 1000°C~1250°C 사이 온도로 높여 열간 압연기에서 원하는 단면, 크기, 형상으로 압연할 수 있을 만큼 소성 상태가 되도록 하는 것입니다. 가열로는 야금적, 생산성 이유에서 가열 속도 측면 특정 요구사항과 목표도 충족해야 합니다. 가열로 내 소재 연속 흐름이 로 내 이동하며 원하는 온도로 가열됩니다.
열간 압연 작업은 최저 비용과 압연기 최적 생산률로 고품질 재가열 반제품 강재 요구. 열간 압연기 반제품 강재 가열용 가열로는 대량 에너지 소비, 동시에 대량 오염물질 생성. 이로 인해 에너지 소비와 오염물질, 비용 절감 방법 모색 필요. 이는 가열로 연료 효율 개선으로 달성 가능.
가열로 연소 시스템은 재가열 반제품 강재 품질과 연료 필요량 모두에 큰 영향. 오늘날 가열로 중요한 기대: 오염물질 배출과 에너지 소비 저감뿐만 아니라 가열 강재 품질 향상, 신뢰성, 균일 온도, 열유속, 설비 및 인원 안전. 이 모두 연소 시스템에 상당한 영향 미치는 핵심 요소.
연소 개시와 지속에 필요한 3가지 기본 요소: (1) 연료, (2) 산소, (3) 점화 충분 에너지. 연료와 산소가 제한 없이 만나 반응할 때 연소 공정 가장 효율적. 그러나 실제 가열 응용에서 효율적 연소만 고려 충분하지 않고 열전달 측면도 고려해야 함. 가열로 연소 시스템 중요 매개변수:
78% 질소, 1% 아르곤으로 희석된 산소로 구성된 공기는 연소와 열전달 최적 조건 제공하지 않음. 공기 중 질소는 연소 과정 중 가열되어 이 에너지가 질소로 전달되는 손실 피하기 위해 에너지 회수 필요.
고체 제품 표면으로 열전달은 대류, 전도, 복사. 제품 내부 열전달은 전도만. 이는 시간 변화하는 제품 표면, 반제품 강재 치수와 재료, 로 내부 치수도 중요함 의미.
효율적 균일 가열 위해 로 내 가스 조성, 유동 패턴 중요. 전통적 비최적화 가열 전략은 정상 상태 조건에서 충분해 보일 수 있으나 생산 중단, 제품 등급/치수 변화, 목표 드롭아웃 온도 변화 시 최적 품질과 비용 성능 제공 못함. 오늘날 모든 조건에서 최고 품질, 최저 비용 가열, 환경 최소 영향 솔루션 필요.
지구 온난화로 엄격한 환경 규제, 질소산화물(NOx) 등 오염물질 동시 저감하면서 특정 연료 소비 최소화 요구. 최소 에너지 소비와 오염물질 배출 상충 목표, 생산 요구 충족하면서 운전자와 설비 공급자 모두 가용 기술 총동원해 에너지 효율적, 환경 준수 연소 시스템 설계 과제.
기존 버너 설계로 이 두 목표 종종 상충. 그러나 최신 기술과 확산 연소 기법 버너 설계로 예열 연소 공기 활용 고효율, 저NOx 배출 달성 가능.
제철소 운영 중 여러 가열로 유형. 가열로 구조 여러 구역 구성. 가열로는 보통 다중 가열 구역 설계: (1) 예열대, (2) 가열대, (3) 침적대(soaking zone). 반제품 강재 예열대 공급, 가열대와 침적대 순차 통과. 강재 조각들 목표 온도 대략 예열대와 가열대에서 가열, 침적대에서 침적되어 강재 조각 전체 균일 온도 유지, 주로 주변 가스 복사 열전달로 가열. 각 구역 다른 목적, 연소 생성물 이전 구역 통과해 배기구로 배출되더라도 구역별 독립 버너 제어 일반적. 공기-연료 비율 보통 배기가스 원하는 과잉 산소 수준 생산 의도 설정. 목적: 모든 연료 가열로 내 연소되도록 하되 과도한 연소 공기로 가열 효율 저하 방지.
가열로 다중 구역 구조는 구역 상호작용, 끊임없이 변화하는 제품 요구사항, 인출 속도 변화, 봉재 인출 행위 등으로 연소 최적화 매우 어렵게 만듦. 최종 결과 드리프트(drift) 유발 여러 이슈:
버너 능력과 원하는 과잉 산소 수준 기반, 각 구역 고정 화학량론비 필요. 구역별 비율 다를 수 있는 두 이유:
보통 가열로 운전자 배기 가스 산소가 원하는 설정값 근방인지 실시간 공정 피드백 없어 모름. 이 불확실성 수준으로 로 운전 결과 심각할 수 있음. 버너 반응과 이론적 연소 생성물 고려 시 설정값 벗어난 화학량론비 가능성 존재. 실제 배기 가스 산소 레벨 설정값 초과 시 효율 저하, 불필요 연료 비용 추가. 실제 산소 레벨 설정값 미만 시 일산화탄소 레벨 증가, 안전하지 않은 운전 조건 및 미연소 연료 로 배출로 효율 저하. 또한 가열로 공기-연료 비율 제어기 변화하는 로 요구 충족 위해 설정값 지속 조정, 산화 상태도 항상 변화. 실제 가열로 어느 정도 불완전 연소 경험. 불량 혼합 기여 여러 이슈:
불량 혼합 불완전 연소는 일산화탄소와 산소 공존 초래. 실제 둘 다 공존 흔함. 따라서 적절한 센서로 실시간 연소 생성물 데이터 필요.
회수기(recuperator)는 가열로에서 폐열 회수 장치로 고열효율, 에너지 절약 실현 위해 보통 사용. 회수 폐열로 연소 공기 예열 후 버너 공급. 예열 공기 에너지 절약, 좋은 연소 성능 결과. 단점: 대규모 폐열 회수 시스템 필요. 예열 공기 온도 보통 최대 600~700°C.
최근 반제품 강재 가열 분야 두 주요 발전: (1) 고온 공기 연소, (2) 산소 연소.
고온 공기 연소(HiTAC) 기술은 1000°C 초과 예열 공기 활용. 이 연소 기술 가열로 채택으로 제철소 에너지 소비 동시 감소, 이산화탄소와 질소산화물 배출 감소 크게 기여. HiTAC 기술 활용으로 기존형 로 대비 물리적 크기 감소도 결과.
HiTAC 기본 개념: 고사이클 재생기 최대 폐열 회수와 고예열 연소 공기-연소 가스 제어 혼합 결합으로 균일, 상대적 저온 화염 생성.
HiTAC 기술용 재생 버너 독특 연소 특성. 이 특성들로 균일 온도, 열유속 프로파일 가진 효율적 청정 화염 결과. 이 특성들로 생산율 향상, 제품 품질 개선, 로 부품 훨씬 온화한 환경. HiTAC 기술 운영 비용 감소 결과.
HiTAC 기술 모든 연료-공기 혼합(매우 린 혼합 포함)에서 현저히 높은 화염 안정성, 높은 열전달, 낮은 스택 열손실(폐열) 제공. 고온 측(연소 가스) 열을 적절한 열교환 방법으로 미연소 혼합물 측으로 재순환시키는 수단 제공. 예열로 연소 생성물 희석 없이 미연소 혼합물 추가 엔탈피 부여.
HiTAC 기술로 현저히 다른 화염 특징, 화염 안정성, 배출 감소, 상당한 에너지 절감. 화염 색상 일반 청색/황색과 매우 다름. 특정 조건에서 청록색, 녹색 화염 관찰. 반면 무화염(색 없는) 산화도 관찰.
HiTAC 기술 주요 특징:
재생 버너에서 쌍 구성, 각 버너 발사와 배기 사이 사이클. 연소 공기 버너 내 두 경로 세트 사이 순환. 한 세트 진입, 버너 내 재생기 물질서 열 흡수. 연소 생성물 가스 다른 세트 배출, 재생기 물질 고온 가열. 다음 사이클 연소 공기-연소 생성물 경로 전환.
HiTAC 개념 그림 1에 설명, 기존 가열로 연소와 비교. 연료와 고온 신선 공기 직접 연소 시 보통 극고온 화염 생성. 수정된 로 형상 결과, 고속 입구 공기 전단 운동으로 기본 화염 소멸뿐만 아니라 연료-공기 입구 분리하여 연소 전 연소 가스(BH)와 공기 희석 필요. 일반 공기 온도에서 일반 연소 지속 불가 조건임. 또한 별도 주입 연료도 로 내 연소 가스 포집, 이 준비 기간 동안 연료 열분해, 분해, 액체 연료 증발 등 변화. 연료-포집 생성물(B*F) 약한 연소 반응 발생 가능, 주 연소는 다량 연소 가스 포함 희석 공기-연료 혼합 구역(B*F*BH)에서 이어짐. 연소 가스 고율 재순환으로 저산소 농도 인한 화염 변화, 상대적 느린 반응 일어나는 확장 반응대 생성 가능성. 예열 공기 없는 기존 연소에서 연료-신선 공기 직접 연소(F*A) 버너 근방 발생. 이후 하류 부분에서 연소 가스 포집으로 희석 조건 일부 연소 이어짐. 버너 근방 연소(F*A) 로 내 최대 온도, 로 배출 질소산화물 대부분 여기 형성. 그러나 이 영역 연소 로 내 연소 유지 필수, 이 부분 소멸 시 전체 화염 존재 불가.
그림 1 HiTAC 기술 혼합 및 연소 개념
고예열 공기 사용에도 평균 온도, 순간 피크 온도 모두 HiTAC가 일반 연소보다 현저히 낮음.
산소-연료(oxy-fuel)는 연소 산화제 공급원으로 공기를 완전히 산소(극저온 기술 또는 흡착 기술 생산)로 대체하는 관행. 공기 대체 산소 일반 이점: 공기와 함께 연소 공정 유입 질소 거의/완전 제거. 연소 중 질소 감소로 연소 가스 부피 감소, 화염서 열 빼앗아 배기 손실 열 감소로 더 높은 화염 온도, 연소 효율. 따라서 공기-연료 연소 대비 산소-연료 연소 이점:
위 이점 외 산소-연소 사용 시 회수기나 배출 제어 설비 등 효율 개선 다른 방법 대비 낮은 자본 투자 결과 가능. 산소-연소는 더 나은 제어와 짧은 가열 시간으로 스케일 손실 감소도 가능.
공기-연료 대비 산소-연소는 두 연소 생성물 CO2, H2O 대해 훨씬 높은 분압. 열전달 속도 개선. 배기 가스 질소로 희석되지 않아 기체 상 열전달 과정 더 적극적 참여, 열전달 전도도와 열용량 CO2, H2O 높을뿐만 아니라 둘 다 고열복사 3원자 가스이기 때문.
산소-연료 로 유동 패턴 공기-연료 대비 유리. 배기 가스 부피 70~80% 감소(질소 없음, 연료 절감). 가스 체류 시간 길어, 제품 열전달 더 많은 시간. 제품 사실상 CO2, H2O 구성 기체 배기 유체(습윤 분위기, 높은 열전달 용량)에 잠김.
동일 로 온도 설정 산소-연료 로와 공기-연료 로 비교 시, 소재 설정값 도달 속도 산소-연료 로 더 빠름. 기체 특성 때문.
산소-연소로 공기-연소 대비 가용 열 상당한 증가. 가용 열 증가는 에너지 소비 감소, 로 처리량 증가 직접 관련.
연소 가용 열 증가는 배기 손실 열 감소, 총 에너지 입력 더 큰 비율 가열로 작업 남음 의미. 가용 열 증가 시 일정 작업량 위해 필요한 총 에너지 입력 감소.
에너지 절감 연료 유형, 기존 연소 비율, 연소 공기 온도 따라 다름. 배기구 크기 감소, 복사 손실 감소 등 다른 요인도 산소-연료 실제 에너지 감소율 영향. 산소-연소 연소 효율 증가로 가열 속도 증가, 더 많은 로 처리량 얻는 것 또 다른 영향.
산소-연료 화염 온도 일반 공기-연료 화염 온도보다 500~800°C 높음. 복사 열전달 열원-수신자 온도 차 4제곱 의존하므로 산소-연소 화염-소재 복사 잠재력 큰 증가. 산소-연소 연소 생성물도 더 나은 복사 열전달원. 공기-연소 생성물 다수 질소, 이산화탄소, 수증기 주성분 산소-연소 생성물만큼 효율적 복사 열전달 메커니즘 아니기 때문.
일부 경우 로 생산 허용 배기 배출량 제한. 산소-연소 배기 배출 감소로 허용 배출 상한 내 생산 능력 증가 수단 가능.
산소-연소 배기 가스 부피 실질적 감소. 산소-연소 총 배기 가스 부피 일반 공기-연소 총 배기 가스 부피 70~90% 적음. 많은 경우 배기 가스 부피 감소만으로도 이점, 특히 기존 오염 제어 설비 제한적/미립자 배출 우려 시. 산소-연소 더 중요한 결과: 특정 배기 가스 성분 배출 저감. 산소-연소 가장 명백 결과: 연료 소비 감소. 연료 소비 감소로 단위 시간/단위 가열 반제품 강재 당 CO2 배출 낮아짐. CO2 생성 현재 주요 관심사 아니나, 지구 온난화, 기후 변화 진행으로 향후 더 엄격한 CO2 배출 조건 요인 될 수 있음. 많은 로 운전자 더 즉각적 관심사: NOx 배출. 산소-연소로 연소 생성물 질소 분압 급격 감소, 고화염 온도에서도 NOx 생성 잠재력 낮춤. 산소-연료 노 NOx 배출률 영향 다수 요인. 산소 제품 순도 한 요인. 그러나 산소-연료 NOx 배출 최소화 주요 요인: 로 압력 제어. 2차 공기 누설과 고 산소-연료 화염 온도 결합 시 산소-연소 NOx 제어 기술 영향 크게 감소 가능.
산소-연료 화염: 공기-연료 화염보다 고온, 적은 부피, 짧은 길이. 강재 가열로는 국부 과열/과소열 방지 위해 균일 온도 분포 필요. 산소-연료 버너 유형, 배치는 가열로 유형과 반제품 강재 근접 화염 의존.
연소 생성물 재순환 가열실 가스 이동 촉진, 온도 차이 최소화. 연소 가스 산소-연료 화염 재순환 피크 화염 온도 낮춤, 더 균일 화염 복사 프로파일 촉진, 버너 최근접 제품 과열 보호. 특허 노즐 등 재순환 효과 얻기 여러 산소-연료 버너 설계, 산소-연료 화염 운동량 이용 가스 재순환 설계 포함.
효율 실질적 이점 제공하지만, 산소-연소 저배기 가스 부피 연소 제어 시스템 설계 시 특별한 주의 필요. 연소 비율 적절한 제어 재가열 공정 필수적: 연소 생성물 가열 분위기 구성, 궁극적으로 스케일 형성 속도, 유형 영향. 공기-연소 시스템에서 공기와 함께 유입 고부피 질소는 공기-연료 비율 변화에 대한 댐퍼/안전 계수 제공. 산소-연료 이 댐퍼 거의 완전 제거. 즉 산소-연료 연소 산소-연료 비율 % 변화가 공기-연소 동일 변화보다 가열로 분위기 더 큰 영향.
산소-연소 로 분위기 좋은 제어 위해 공기-연소보다 더 높은 정확도 제어 시스템 필요. 질량 유량 보상 보통 산소-연소 로 분위기 유지 위해 필요 정확도 충족 위해 요구됨. 산소-연소 제어 또 다른 중요 변수: 로 배기, 압력 제어 시스템.
산소-연소 배기 가스 부피 열효율 이득 양에 따라 공기-연소 배기 부피 10~30% 범위 감소. 공기-연소용 더 큰 배기구, 댐퍼 크기 사용 압력 제어 계기 제어 범위 산소-연소 배기 부피로 축소되어 비효과적 됨. 따라서 산소-연소 전환 시 배기구 크기 축소 필요, 또는 신규 가열로 설치 설계 시 낮은 배기 부피 보상 필요. 좋지 않은 로 압력 제어는 3차 공기 누설 결과, 추가 NOx 생성 질소 공급원 되어 배출 감소 잠재력 최소화/제거. 가열로 공기 누설은 로 분위기 영향, 강재 표면 품질 제어 복잡성 도입.
스케일 형성 속도, 유형은 연소 시스템 유형 불문 강재 가열로 조업 중요 고려사항. 강종 외 로 분위기, 가열 속도 스케일 형성 지배 주요 요인. 연소 비율, 로 압력 좋은 제어로 스케일 형성, 강재 표면 품질 제어 유지 필요. 그러나 이상적 조건에서도 산소-연소 생성 분위기 공기-연소 분위기와 다름.
제조공정
로 내 연료 연소와 열전달 로는 피가열물(로에서 가열할 재료) 가열과 화학 반응을 위해 열이 필요합니다. 열에너지의 세 가지 공급원은 (i) 연료 연소, (ii) 전기 에너지, (iii) 발열 반응을 통한 화학 에너지입니다. 전열로를 제외하면 이 열 요구량(화학 에너지 제외)은 연료 연소로 충족됩니다. 연료는 기체 연료(코크스 오븐 가스, 고로 가스, 전로 가스 같은 부생가스, 천연가스, LPG 등), 액체 연료(중유, 타르 등), 고체 연료(석탄, 코크스 등)일 수 있습니다. 연소 기초 모든 연료는 위치 에너지를 포함합니다. 연
시설에서 창고 보관을 개선하는 방법을 고민해 왔다면 팔레트 랙을 접해봤을 것입니다. 이는 창고에서 재고 보관을 관리하는 가장 기본적이고 보편적인 방법 중 하나입니다. 팔레트 랙 시스템은 매우 다재다능하여 대부분의 일반 산업 창고에서 최고의 보관 옵션 중 하나입니다. 또한 놀라운 이점을 제공합니다. 창고 생산성 향상 방법도 궁금하십니까? 선택적 팔레트 랙은 피킹 속도를 높여 효율성을 용량과 함께 향상시키는 논리적 구성과 접근 용이성을 제공합니다. 팔레트 랙 시스템이란? 먼저, 팔레트 랙이란 무엇일까요? 핵심적으로 팔레트 랙 시스템은
