고로(BF) 재건 또는 재라이닝 비용은 매우 높습니다. 따라서 고로 캠페인 수명을 연장하는 기술은 중요하며 적극적으로 추구되어야 합니다.
대형 고로는 일반적으로 단위 부피당 약간 더 높은 캠페인 출력을 가집니다. 이 차이는 대형 고로가 일반적으로 더 현대적인 설계이고 잘 자동화되어 있기 때문입니다. 통합 제철소의 생존 가능성은 용선(Hot Metal, HM)의 연속적인 공급에 달려 있는데, 소수의 대형 고로를 가진 플랜트에서는 긴 캠페인 수명이 매우 중요합니다.
이 글에서는 캠페인 수명 향상을 위한 고로의 개선된 설계에 대해 논의합니다. 올바른 고로 본체 설계는 신뢰성 있는 운영, 야금적 성능, 지속적인 고생산성, 긴 캠페인 수명, 98% 이상의 가동률의 기초입니다.
고로 설계는 최근 수십 년간 많은 개선을 거쳤으며, 현재 20년 이상의 캠페인 달성이 가능합니다. 과거에는 보시(bosh), 샤프트(stack), 스로트(throat) 아머가 중요한 설계 영역이었지만, 오늘날 보시, 벨리(belly), 하부 및 중부 샤프트에 구리 스테이브, 구리 플레이트 쿨러, 흑연 및 SiC를 적용하고, 상부 샤프트에는 주철 스테이브 쿨러와 스로트 아머를 조합하여 긴 캠페인과 고생산성 운영을 가능하게 합니다. 하지만 지금은 견고한 보텀(bottom)과 허스(hearth) 설계의 중요성이 강조되고 있습니다.
첨단 고로 설계에는 고효율, 대용량 냉각 시스템과 첨단 계측 및 제어 시스템이 필요합니다. 이러한 시스템에는 공정, 운영, 라이닝 성능 모니터링을 위한 계측 및 제어 시스템이 포함됩니다.
고로 설계는 반응과 야금에 대처해야 합니다. 일반적으로 고로의 보시와 샤프트는 코크스에 의한 침식, 보텀과 허스는 용선에 의한 침식을 받습니다. 완전 최적화된 프리스트anding(free-standing), 얇은 쉘, 구조적으로 건전한 구조가 설치되어 캠페인 말기에도 응력과 열 피로 크랙을 견뎌야 합니다.
최신 프리스트anding 고로 쉘 설계는 접근 타워를 포함합니다. 최첨단 기계적 설계는 일반적으로 포괄적인 응력 분포 분석을 기반으로 합니다. 크랙 저항 강철 사용으로 최저 수준의 유지보수 요구사항을 보장합니다.
고로 설계 철학은 캠페인 내내 내부 프로파일이 취입(blow-in) 시점의 프로파일에 최대한 가깝게 유지되도록 하여 성능을 극대화하는 방향으로 지향됩니다. 선택된 원료 배합, 부담 관행, 기타 공정 파라미터에 따라 다양한 열적, 화학적, 기계적 공격 메커니즘이 영역별로 예측됩니다. 일반적으로 라이닝 설계는 이러한 공격 메커니즘의 효과를 크게 줄이는 슬래그와 부담 물질의 고체화된 층 형성을 목표로 합니다.
고로 가치 극대화 목표 달성에 중요한 영역을 식별하고 해당 영역 강화에 특별한 주의를 기울여야 합니다.
고로 프로파일은 대규모 기존 고로의 프로파일과 운영 결과, 고로 본체 내화물 마모, 안정적 운영, 기타 특성으로부터 얻은 경험을 바탕으로 결정됩니다.
샤프트 높이는 일반적으로 상충되는 요구사항 사이의 타협입니다. 연료 효율을 위해 가스/고체 접촉을 연장하여 현열과 가스의 환원력을 이론적 한계에 가깝게 활용하는 것이 바람직합니다. 또한 고로 샤프트 높이를 일정 값 이상으로 유지하여 철광석이 응집 구역(cohesive zone)에 최대 야금도(metallization)로 진입하도록 하여 허스가 칠링되지 않고 제련 문제를 일으키지 않도록 하는 것도 매우 중요합니다.
더욱이 대형 고로의 경우 일반적으로 고로 내경을 늘려 고로 내적을 확대하며 고로 높이는 거의 변경하지 않습니다. 과거 운영 결과 경험에 비추어 볼 때, 주어진 내적에서 높이가 작고 직경이 큰 고로가 높이가 크고 직경이 작은 고로보다 투과성(permeability)과 탭핑 효율 측면에서 더 우수한 것으로 일반적으로 간주됩니다.
스로트 아머 파손은 부담 분포(stock line distribution)와 그 바로 아래에 심각한 악영향을 미칩니다. 이는 불규칙한 부담 하강과 공정 안정성 저하를 초래합니다. 따라서 스로트 아머 설계는 스폴링(spalling) 저항, 온도 변동, 응력 크랙, 피로, 마모/침식에 대한 저항 측면에서 최적화되어야 합니다.
상부 샤프트(스로트 영역)에는 일반적으로 스테이브 쿨러가 사용되어 고로 프로파일을 유지하고, 스로트 아머(마모) 플레이트 아래의 벽돌 마모와 결합된 부담 분포 장애를 방지합니다. 고정 스로트 아머 시스템용 수냉식 지지 플레이트 또는 쿨링 박스 설치도 아머 부분 고정에 사용되었습니다.
샤프트와 벨리 영역은 열 하중과 심한 마모에 노출됩니다. 보시 영역은 운반하는 하강 부담과 인근 레이스웨이 가스에 의해 심각하게 하중을 받습니다. 이 영역들이 올바르게 설계되지 않으면 냉각체와 라이닝 마모가 취입 후 너무 빨리 임계 수준까지 내려가 돌출(breakout) 위험을 초래합니다. 보시 영역에서는 부담이 튜이어 노즈와 점보 쿨러에 의해 운반되어 빈번한 비계획 정지를 유발합니다. 따라서 요즘 보시와 샤프트 설계는 구리 스테이브 쿨러 또는 구리 플레이트 쿨러와 고전도 흑연, 상부 영역의 보호용 실리콘 흑연으로 구성됩니다. 이 설계는 열 하중의 약 95%를 냉각수로 전달하여 고로 쉘 온도를 50°C 미만으로 유지하는 데 도움이 됩니다. 냉각수 시스템, 스테이브 수와 위치, 물 유량, 계측 및 열 모니터링 시스템은 모두 고로 쉘 수명 극대화와 최소 유지보수 요구사항을 보장하도록 완전히 최적화되어 있습니다.
스테이브 쿨러 개발은 소위 4세대 스테이브로 이어졌습니다. 특징은 스테이브 코너에 추가 냉각 파이프, 쉘 측의 추가 구불구불한(서펜타인) 파이프, 내화 라이닝용 확장 홀딩 리브입니다. 이로 인해 보호 벽돌 공사가 불필요해졌습니다. 3세대 스테이브는 코너와 스테이브 상하단에서 크랙과 과도한 마모가 발생함을 보였습니다. 4세대에서는 코너 파이프를 도입하여 이러한 문제를 해결했습니다. 구불구불한 냉각 파이프 추가는 다른 냉각 파이프 고장 시 백업 냉각 시스템 역할을 합니다.
4세대 스테이브의 추가 개발은 용광로 라이닝이 주조 공장에서 테이퍼 리브로 고정된 스테이브에 부착되는 것입니다. 냉각 스테이브 금속의 마모 속도가 스테이브 금속 앞의 벽돌보다 10분의 1 이하임을 고려하여, 벽돌 두께를 200mm로 줄이고 스테이브 두께를 400mm로 늘려 전면 벽돌과 스테이브의 수명이 거의 동일하게 유지되도록 했습니다. 4세대 스테이브는 스테이브에 주조된 벽돌로 구성된 얇은 벽 유닛 구조입니다. 이 유닛 구조는 벽돌 쌓기 작업을 없애고 핫 페이스 프로파일 변화를 최소화하여 고로 운영 안정화에 기여했습니다. 특히 4세대 스테이브의 개선은 스테이브 내구성을 크게 높였습니다. 4세대 스테이브의 일반적인 장점은 (i) 내화 라이닝 수명 연장, (ii) 스테이브 코너의 크랙과 과도한 마모 감소, (iii) 구불구불한 냉각 파이프 추가로 파이프 고장에 의한 냉각 용량 손실 방지입니다.
고로 운영 안정화를 위한 안정적인 핫 페이스 프로파일 유지, 스테이브 벽 두께 감소, 스테이브 수명 연장을 목적으로 구리 스테이브가 도입되었습니다.
스테이브는 고로 쉘 전체 면적을 냉각하는 주요 장점이 있는 반면, 냉각 플레이트는 국소 영역만 냉각합니다. 그러나 손상된 냉각 플레이트는 쉽게 교체할 수 있는 반면, 고로를 블로우다운(blow down)하지 않고는 스테이브를 교체하는 것이 사실상 불가능합니다.
그러나 고로 쉘 전체 면적 냉각이라는 장점이 더 중요하며, 냉각 요소를 쉽게 교체할 수 없다는 단점은 극도로 길고 안전한 수명을 위한 설계로 극복해야 합니다. 이는 최첨단 주철 스테이브의 12~15년 대비 고로 수명과 동일한 목표 수명을 가진 스테이브 개발로 이어졌습니다. 주철 스테이브 경험에 따르면 마모와 재료 손실이 먼저 코너에서, 그 다음 에지에서 발생합니다. 이는 주조 요건을 충족하고 허용 가능한 벤딩 형상을 제공하기 위해 주조된 파이프가 스테이브 에지에서 약 80mm, 코너에서 약 110mm 떨어져 있어야 하기 때문입니다. 이러한 조건은 주철의 상대적으로 낮은 열전도율과 함께 에지와 코너가 적절히 냉각되지 못하게 합니다. 냉각 조건은 인접한 두 주철 스테이브 사이의 상대적으로 넓은 비냉각 간극으로 더욱 악화됩니다. 또한 주조 중 탄소 흡수를 방지하기 위한 절연 파이프 코팅으로 인해 고온 측 온도가 상승하여 크랙과 마모 증가로 이어지는 냉각 문제도 발생합니다. 주철 스테이브 코너와 에지의 크랙 방지를 위해 4세대 스테이브에 코너 파이프를 설치했는데, 이는 추가 파이프, 고로 쉘 구멍, 추가 물과 에너지 요구를 의미했습니다.
이러한 문제는 압연 구리 스테이브에는 존재하지 않습니다. 구리 플레이트는 좁은 공차로 압연되어 에지 가까이 가공할 수 있습니다. 냉각 채널은 최소 벽 두께(누수 방지)가 허용하는 한 에지와 코너에 가깝게 정확하게 드릴링할 수 있습니다. 마지막으로 스테이브 간 간격을 좁게 하여 이 중요한 비냉각 영역을 사실상 제거할 수 있습니다. 물리적 특성 측면에서 구리의 열전도율은 주철의 10배이며, 구리의 기계적 강도로 인해 온도를 120°C 이하로 유지해야 하므로 구리 스테이브 사용 시 다른 스테이브 냉각 시스템보다 고로에서 더 많은 열이 제거됩니다. 이 효과를 피하기 위해 구리 스테이브 핫 사이드에 저전도성 고알루미나 내화 벽돌을 설치하는 설계 솔루션이 발견되었습니다. 운영 경험에 따르면 극도로 안정적인 부착층(accretion layer)이 추가로 스테이브를 보호하고 고로의 높은 열 손실을 방지합니다.
구리 스테이브 현장 결과는 매우 우수했습니다. 9년 운영 후 주철 스테이브는 일반적으로 심한 마모, 크랙, 노출된 냉각 파이프를 보이는 반면, 구리 스테이브는 날카로운 에지와 코너를 유지하며 사실상 미사용 상태처럼 보입니다. 남은 구리 재료는 이 기간 후에도 원래 물리적 특성을 유지했습니다. 구리 스테이브 사용의 주요 기술적 측면은 다음과 같습니다.
전체적으로 구리 스테이브 냉각 고로는 클래식 스테이브 시스템 고로보다 냉각 요소 관련 부분에서 약 10% 투자 비용이 높고, 조밀하게 배치된 구리 냉각 플레이트 고로보다 5.4% 더 비쌉니다. 이는 구리 스테이브 앞의 저렴한 내화 재료와 구리 스테이브의 더 긴 수명으로 보상됩니다.
연속적이고 원활한 고로 운영과 좋은 코크스 품질은 긴 허스 수명의 전제 조건입니다. 고분탄 주입(PCI)은 투과성 감소와 난류 증가로 허스 캠페인 수명에 도전합니다. 큰 허스 부피와 섬프 깊이(sump depth)는 액체 속도를 감소시킵니다. 낮은 액체 속도는 낮은 열 하중을 초래합니다. 낮은 열 하중은 낮은 라이닝 온도를, 낮은 라이닝 온도는 더 긴 수명을 가져옵니다.
고로 허스는 까다로운 공정 및 운영 조건에 직면하므로 허스 라이닝 성능이 중요합니다. 고로 허스 성능은 현재 많은 기존 플랜트에서 제한 요소이며, 고로 허스 상태가 캠페인 수명을 결정합니다. 액체 흐름은 침식과 탄소 용해 같은 메커니즘을 통해 상당한 마모를 유발합니다. 또한 가열 시 팽창으로 인한 변위로 허스 구조적 무결성이 영향을 받을 수 있습니다.
허스 수명 연장 조치로는 허스 냉각 용량 증대와 허스용 탄소 블록 품질 개선이 필요합니다. 가장 침식이 심한 허스 측벽 구간(각 탭홀 아래 부분)에는 높은 열전도율을 제공하는 주철 스테이브나 구리 스테이브도 사용됩니다. 또한 냉각수 온도를 낮춰야 합니다. 허스에는 데드맨(deadman)이 과냉각으로 비활성화되는 것을 방지하기 위해 2단계 냉각 시스템이나 도넛형 냉각 시스템 등 냉각 속도 조절 가능한 시스템이 일반적으로 사용됩니다. 보텀 내화물에는 탄소 블록과 내부 세라믹 라이닝 조합이 사용됩니다. 탄소 블록 수명은 주로 내화 재료의 열전도율과 용선 저항성 개선을 통해 연장되었습니다. 첨단 고로 허스 설계에는 보텀 수냉과 허스 쉘 재킷 냉각이 포함되어 쉘 내 공간을 더 확보합니다.
탭홀은 극도로 동적인 환경에 노출됩니다. 높은 온도와 압력뿐만 아니라 화학적 공격이 상당하며, 빈번한 탭홀 드릴링과 플러깅으로 상황이 더욱 복잡해집니다. 20년 이상의 캠페인 수명 동안 고로 운영을 지원할 궁극의 탭홀 설계는 고로 설계자에게 부과되는 가장 까다로운 과제 중 하나입니다. 오늘날 탭홀 주변 쉘의 우수한 냉각, 이중 라이닝 설계, 충분한 모니터링 능력으로 최적의 결과를 달성할 수 있습니다.
허스의 섬프 깊이(탭홀에서 바닥 표면까지 거리)는 탭핑 중 용선 흐름에 의한 허스 벽 마모의 결정적 요인으로 보입니다. 데드맨이 허스 바닥에 완전히 놓이거나 용선 섬프에 완전히 뜨도록 하는 것이 권장됩니다. '코끼리 발(elephant's foot)' 마모를 방지하기 위해 데드맨의 부분적 부유는 피해야 합니다. 시간이 지남에 따라 보텀 마모로 인해 처음에 바닥에 완전히 놓여 있던 물체가 부분적으로 뜨게 될 수 있습니다. 따라서 섬프 깊이는 처음부터 데드맨이 뜰 수 있는 수준으로 선택되어야 합니다. 필요한 임계 섬프 깊이는 고로 크기와 운영 방식에 따라 달라집니다.
부담 조성 변화가 평균 부담 층 두께와 그에 따른 데드맨에 대한 부담 압축 응력을 변경하여 허스 내 상황과 탭핑 시 용선 흐름을 변화시킬 수 있음을 고려해야 합니다. 예를 들어 전량 코크스 운영과 고유분/석탄 주입 운영의 차이입니다. 탭홀 아래 허스 벽 마모 진행을 방지하는 또 다른 가능성은 허스 재킷을 테이퍼지게 하고 이 영역의 내화 라이닝 벽 두께를 늘리는 것입니다.
탭핑 기술과 탭홀 설계는 고로 캠페인 수명에 큰 영향을 미칩니다. 패키드 베드(데드맨 시뮬레이션)를 가진 14m 허스 직경 고로의 1:10 수 모델(1.4m 직경)에서 모델 계산과 탭핑 시험이 수행되었습니다. 이 시험에서 고로가 가스가 빠져나갈 정도로 비워져서는 안 된다는 것이 권장되었습니다. 이 비율 준수는 보텀-월 조인트 영역에서 마모를 촉진하는 에디(eddy) 형성을 방지할 수 있습니다. 탭핑 공정 중단은 가능한 한 짧게 유지해야 합니다. 이는 용해 구역에서 온 뜨겁고 불포화된 용융 금속이 내화 라이닝과 접촉하여 카본 벽돌을 용해시키는 것을 방지합니다. 탭홀 직경은 작게 유지해야 하는데, 이는 전체 유량 수준을 낮추는 데 도움이 되기 때문입니다.
탭홀 길이가 허스 벽 유동 응력에 미치는 영향은 계산과 모델링으로 조사되었습니다. 더 긴 탭홀로 유동 공격 지점이 탭홀 좌우로 이동합니다. 공격 강도는 탭홀로부터 거리가 증가함에 따라 감소합니다. 고로 공정 제어 목표는 따라서 탭홀을 가능한 한 길게 유지하여 탭핑 흐름을 허스 벽에서 허스 내부로 이동시키는 것입니다.
한 고로에 탭홀 설계가 설치되었는데, 구리 캡슐화가 탭홀 영역을 가스 밀폐시킬 뿐만 아니라 물 유입으로부터도 보호했습니다.
일반적으로 탭홀 벽돌은 알칼리, 스폴링, 산화, 용선/슬래그 내 용해, 산소에 의한 개방에 대한 저항성이 우수해야 합니다. 탭홀 안정화를 위해 내구성이 좋은 Al2O3-C-SiC 벽돌이 개발되어 고로에 적용되었습니다. 개발된 재료는 산화 저항성을 제외하고 우수한 성능을 보였습니다. 또한 탄소 블록은 Al2O3-C-SiC 재료보다 용선 내 용해 저항성과 산화 저항성이 낮습니다.
고로 각 구역에 적합한 내화물과 냉각 시스템 선택은 긴 고로 캠페인 수명에 중요합니다. 내화물 설계는 지속적으로 개발되고 있으며, 오늘날 긴 생산성 캠페인 측면에서 잘 입증되었습니다. 최신 설계와 재료는 캠페인 수명, 공정 운영, 냉각 요구사항, 플랜트 레이아웃, 시공 절차를 고려한 통합적 접근으로 적용됩니다.
마모가 주로 기계적인 상부 샤프트에서 고로 라이닝용 내화물은 일반 내화 점토 벽돌(Al2O3 39%)에서 건식 압축 치밀 내화 점토 등급(Al2O3 약 45%)으로 수년간 진화했습니다. 이 영역에서의 장점은 우수한 내마모성과 높은 산화 저항성입니다. 열충격 저항성이 낮은 것이 문제이므로, 상부 샤프트 중요 영역에서는 열충격 저항성 향상을 위해 Al2O3 60%와 실리콘 카바이드를 포함한 다양한 유형의 복합 라이닝이 사용됩니다. 훨씬 높은 비용의 고급 벽돌을 사용하지 않고는 내구성 개선이 어렵기 때문에 이 구역에 대한 새로운 개발 기대는 크지 않습니다.
상부 샤프트 아래 구역, 즉 보시, 벨리, 튜이어 레벨까지의 하부 샤프트는 추가로 열적 및 화학적 마모에 노출됩니다. 즉 고온, 높고 변동하는 열 플럭스, 알칼리, 아연, 슬래그 등의 화학적 공격이 마모와 결합된다는 의미입니다.
이 구역의 마모 솔루션은 열적 솔루션과 내화물 솔루션으로 나눌 수 있습니다.
열적 솔루션은 흑연, 반흑연, SiC 벽돌이며, SiC 벽돌은 원료 경도 때문에 이 구역에서 수용되었습니다. 한 고로에서 보시 라이닝이 1980년 재라이닝 대비 복합 흑연/반흑연 시스템에서 완전 흑연 설계로 업그레이드되었는데, 완전 흑연 내화물 설계가 높은 온도와 온도 변동에 더 잘 대처할 수 있기 때문입니다.
보시 평행부부터 중부 샤프트까지 내화물 시스템은 흑연과 실리콘 카바이드 조합입니다. 흑연의 주 목적은 실리콘 카바이드를 상대적으로 낮은 온도로 냉각시키는 것이고, 실리콘 카바이드의 주 목적은 흑연을 마모로부터 보호하는 것입니다. 보시, 벨리, 하부 샤프트용 내화물 솔루션으로 특수 커런덤 시알론(sialon) 벽돌 사용이 개발되었습니다. 이 벽돌의 열전도율은 양호하지만 온도에 따라 크게 변하지 않으며 실리콘 카바이드 벽돌보다 낮습니다. 커런덤 시알론 벽돌 등급은 SiC 벽돌과 유사하게 커런덤 입자와 비산화 결합 시스템을 가집니다. 이 벽돌로 만족스러운 운영 결과가 이미 달성되었습니다.
고로 허스 내화물은 일반적으로 고로 캠페인 수명을 결정합니다. 올바른 재료 선택, 사양, 검사, 설치는 안전하고 문제 없는 고로 허스를 위해 결정적입니다.
원칙적으로 지난 10년간 건설된 고로 허스 내화 라이닝은 '블랙(black)'과 '블랙/화이트(black/white)' 내화 라이닝 설계로 세분화될 수 있습니다. 블랙 허스의 경우 가변 품질의 소형 또는 대형 포맷 탄소 블록이 사용됩니다. 블랙/화이트 설계는 탄소 바닥 층 위나 아래에 세라믹 층이 있거나, 다양한 높이의 세라믹 캡 페이싱이 있는 탄소 블록으로 된 재라이닝 허스 벽을 가집니다. 허스 라이닝 구조의 또 다른 정의는 '열적 솔루션'(고전도 내화물과 강력한 냉각 조합)과 '내화물 솔루션'(저전도 내화물 재료)입니다.
'열적 솔루션' 라이닝 변형은 열역학적, 열화학적 특성 측면에서 개선되어야 했습니다. 원료 선택과 벽돌 제조 공정에 의해 영향을 받는 벽돌 특성은 대체로 반대 방향으로 작용하며 운영 적용에서의 효과를 평가해야 합니다.
탄소 기반의 개선된 현대식 허스 라이닝 벽돌 등급은 가능한 한 다른 특성을 악화시키지 않으면서 중요하다고 여겨지는 한 가지 특성을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이는 원료 선택, 제조 공정, 원료 배합의 금속 및/또는 세라믹 첨가제를 통해 달성됩니다. 따라서 다양한 벽돌 제조사들이 종종 고로 플랜트 및 연구소와 긴밀히 협력하여 서로 다른 방식으로 작업합니다. 다음이 새로운 개발로 이어졌습니다.
첨가제는 일반적으로 흑연 벽돌에 사용되지 않습니다. 금속 산화물 첨가제는 높은 소성 온도에서 환원됩니다. 반흑연 벽돌은 이러한 첨가제로 미세 다공성(micro-porous)이 됩니다. Si와 SiC 첨가제만 있는 반흑연 벽돌과 컴파운딩 중 Al2O3 분말을 혼합하는 것도 있습니다.
미세 다공성 비정질 탄소 벽돌은 안트라사이트 기반 전통 비정질 탄소 벽돌에 실리콘 또는 실리콘 변형물을 벽돌 컴파운딩에 추가하여 생산됩니다. 다른 제조사들은 용선에 의한 과포화 용해 저항성 향상을 위해 컴파운딩 중 Al2O3을 추가합니다. 침투 알칼리와 반응하여 체적 증가와 벽돌 박리(flaking)를 유발할 수 있는 Al2O3의 단점은 감수해야 합니다.
용선 내 용해 저항성과 용선 침투 저항성이 제조사와 사용자 모두에게 더 중요하게 여겨집니다. 더욱 미세한 기공과 슈퍼-마이크로-다공성(super-micro-porosity) 벽돌 유형으로의 추세에 따라 원료는 컴파운딩의 준비와 순도 측면에서 최적화되었습니다. 필요시 컴파운딩에 더 많은 흑연 비율을 포함시키기도 합니다.
지적되는 잠재적 장점은 (i) 더 높은 열전도율, (ii) 관통 벽 방향 블록 길이 감소, (iii) 시멘트 사용으로 열응력 완화, (iv) 벽돌이 스테이브와 밀착되어 허스 열전도율 개선, (v) 동시 가열과 압력 제조로 개발된 낮은 다공성이 물과 철 침투 최소화, (vi) 높은 알칼리 저항성입니다.
허스용 내화물 솔루션으로 포함된 벽돌은 고온에서 마모 메커니즘에 대한 높은 저항성을 특징으로 합니다. 외부에서 냉각 시스템 적용까지 마모율을 최소화하려 시도합니다. 이러한 탄소 벽돌은 안트라사이트 원료 기반입니다.
안트라사이트 벽돌의 경우 높은 강도와 용선 내 낮은 용해도가 장점으로 언급됩니다. 낮은 열전도율, 높은 η-모듈러스, 흑연 대비 높은 열팽창 계수, 낮은 알칼리 저항성은 단점으로 지적됩니다.
'세라믹 컵(ceramic cup)'도 여러 고로에 제안되고 설치된 허스용 내화물 솔루션입니다. 등온선 계산에서 볼 수 있듯이, 탄소 내화물에서 취성 층 형성에 책임이 있는 800°C 등온선이 세라믹 재료 내에 위치합니다. 충분한 허스 섬프 깊이와 결합하여 세라믹 컵은 탄소 블록 마모, 특히 '코끼리 발' 방지를 위한 추가 지원 조치입니다.
고로 허스가 캠페인 길이의 핵심 요소로 간주되므로, 허스 마모 진행 모니터링이 매우 중요합니다. 열전대 온도 측정은 허스 벽의 마모 진행을 모니터링하는 데 사용되며, 열전대는 허스 벽의 다양한 레벨 그리드에 설치됩니다. NiCr-Ni 열전대는 일반적으로 600°C 이상 온도 범위에서 포이즌(poisoned)되어 너무 낮은 온도 레벨을 나타낼 수 있습니다. 따라서 400°C 이상의 온도가 예상되지 않는 곳에만 열전대를 설치해야 합니다. 이러한 문제는 적절한 보호관을 가진 교체형 열전대 사용으로 피할 수 있습니다.
열전대는 국소적 마모만 나타내며, 극도로 높은 밀도의 열전대가 있어야만 포괄적 모니터링이 가능합니다. 일반적으로 평균 마모 경로만 감지할 수 있습니다. 마모 진행 모니터링의 대안적 방법은 열화상 카메라나 열플럭스 프로브 사용입니다.
연구 프로그램으로 한 고로의 허스 벽돌 공사에 12개의 열플럭스 프로브를 설치하여 열플럭스 밀도를 직접 측정했습니다. 열전대 대비 열플럭스 프로브의 장점은 다음과 같습니다.
열플럭스 프로브의 최적 국소 분포 계산 결과, 두 프로브 간 3m 거리가 신뢰할 수 있고 완전한 마모 제어에 충분한 것으로 나타났습니다. 열전대로 동일한 확실성을 얻으려면 탄소 벽돌 중앙에 약 1m 간격으로 배치해야 합니다. 마모 프로파일은 주어진 열플럭스 밀도 데이터를 기반으로 일반적으로 계산됩니다.
다양한 허스 라이닝 유형과 열플럭스 프로브 위치는 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1 다양한 허스 라이닝 유형과 열플럭스 프로브 위치
제조공정
고로(BF) 부담 제조 및 장입 개요 고로(BF)는 노 바닥(hearth)을 제외하면 기본적으로 가스와 부담 입자가 반대 방향으로 흐르는 통로입니다. 안정적인 고로 조업의 기본 요건은 변동이 적은 이동 부담층을 노 내에 유지하는 것입니다. 구체적으로 안정된 가스 흐름과 혼합 부담층이 없는 부담층 구조를 형성해야 하며, 이 둘은 밀접하게 연관됩니다. 가스 흐름 안정성은 거의 전적으로 부담 투과성(permeability)에 의존하는데, 이는 부담 충전 구조(입자 크기, 입도 분포, 미분 비율 등)와 부담 하강 거동(고체 흐름)에 의해
고로 제철 공정과 일본 해부 연구 개요 고로(BF) 제철은 검증된 성능, 유연한 원료 사용, 높은 열에너지 보존 능력 덕분에 선철(hot metal, HM) 생산의 가장 실행 가능한 수단입니다. 고로 제철의 시작 시기는 명확하지 않지만, 14세기 유럽에서 제철로에 중요 공정 설계와 재엔지니어링이 도입되기 시작했습니다. 이후 고로 공정은 다른 대체 제철법 대비 선호 공정으로 자리잡았습니다. 고로 제철 공정은 시작 이래 지속가능성과 생존을 위해 지속적인 진화적 발전을 거쳐 고효율 공정이 되었습니다. 주요 발전 사항은 (i) 설비 현대
