중주파 코어리스 유도로는 일반적으로 저용량 제강소의 강철 생산에 사용됩니다. 유도로는 전원 50Hz 주파수에서 필요한 중주파를 생성하기 위한 컨버터를 장착합니다. 이를 위해 정류기에서 직류 전압을 생성하고, 평활 초크로를 통해 인버터에 공급하며, 보상 커패시터와 노 코일 인덕턴스 도움으로 인버터에서 중주파 전압을 생성합니다. 컨버터 제어는 내장 제어 전자장치로 수행. 노 제어는 운전 캐비닛 장치로, 필요시 프로세서 도움으로 수행합니다.
변압기가 에너지 공급에 사용됩니다. 노 변압기는 전원 네트워크에 연결됩니다. 변압기는 공급 전압을 노 작동에 필요한 전압(일반적으로 중주파 유도로 770V)으로 변환. 변압기는 보통 온도계, 오일 레벨 모니터링, 부홀츠 릴레이, 공기 제습기 같은 내장 모니터링 장치 장착.
용해는 내화 도가니에서 수행되며, 일반적으로 산성(실리카 기반) 또는 중성(알루미나 기반) 단일체 내화물로 만듭니다. 도가니는 도가니를 둘러싼 유도 노 코일에 의해 가열됩니다.
유도로에서 1회 용해(히트) 제조는 특정한 주기적 활동으로 구성. 이를 '히트 사이클' 또는 '생산 사이클'이라 부릅니다. 히트 사이클은 두 구성요소: (1) 용해 사이클, (2) 비생산 사이클. 용해 사이클은 노에 최대 전력이 지속적으로 인가되고 장입이 이루어지는 기간. 비생산 사이클은 전력이 인가되지 않거나 감소된 기간: 초기 장입 시, 슬래그 제거 시, 온도 측정이나 분석 시료 채취 시, 분석 결과 대기 시, 노 완전 탭핑 시 등. 노 이용률은 용해 사이클을 히트 사이클로 나눈 백분율. 용해 사이클 80분, 비생산 사이클 40분이면 히트 사이클 120분. 80분 용해 사이클 ÷ 120분 히트 사이클 × 100 = 66.67% 이용률. 유도로에서 1히트당 10톤 액체 강철 탭핑 필요하고 66.67% 이용률만 달성 가능하면 히트당 15톤 용해 가능한 전원 공급 필요.
스펀지 아이언 용해용 유도로는 단면적 대 부피 비율이 커야 열전달이 높고 슬래그를 뜨겁고 유동적으로 유지할 수 있습니다.
유도로는 유도 변압기 원리를 사용합니다. 즉 전기 도체가 변동 자기장 내 위치하면 도체에 전압 유도. 도가니로에서 이 전압은 강한 와전류 유발, 소재 저항으로 인해 가열되어 최종 용해. 물은 코일 냉각에 사용. 냉각수 라인은 유량과 온도 측면에서 모니터링.
강철 생산 중 상당한 전기 에너지 필요. 강철 생산 이론적 에너지 외에 강철 생산 중 발생하는 손실 보상 에너지 필요. 에너지 손실은 단위 에너지 소비를 증가시키고 노 효율 감소. 강철 생산 중 발생 손실: (1) 열 손실, (2) 노 코일 손실, (3) 커패시터 뱅크 손실, (4) 컨버터 손실, (5) 주측 변압기 손실. 열 손실이 주요 손실로 에너지 손실 최대 기여. 유도로 주요 열 손실(그림 1): (1) 노 상부 복사 손실, (2) 내화 라이닝 전도 손실, (3) 코일 냉각수 열 손실, (4) 제거된 슬래그 운반 열, (5) 노 상부 배출 가스 운반 열. 또한 히트 제조 중 노는 냉각수와 쉘 및 상부 노출 금속 표면 복사로 지속적으로 열 손실. 이 열 손실 보상 위해 전기 에너지 소모. 따라서 히트 시간 길수록 에너지 소비 크고 노 비효율 높음.
그림 1 유도로 주요 열 손실
노 전기 에너지 소비에 영향 주는 요인(그림 2): (1) 스크랩과 함께 유입되는 먼지, (2) 녹슨 장입 재료, (3) 스크랩 낮은 벌크 밀도, (4) 강철 거의 준비됐을 때 재카버라이징, (5) 최대 전력 미사용, (6) 과도한 슬래그 형성, (7) 과도한 흄 및 배출가스 생성, (8) 유출 및 튀김에 의한 금속 손실 과다, (9) 히트 제조 시간(긴 생산 사이클 = 복사/전도 열 손실 증가), (10) 완료된 히트 노 내 보관.
그림 2 유도로 에너지 소비 영향 요인
금속 장입 재료 금속 손실은 구성요소 물리적 크기와 품질에 의존하지만 일반적으로 5% 미만, 이 손실 상당 부분은 탈슬래깅과 주조 작업 중 유출과 튀김 때문. 에너지 소비에 최대 영향 주는 요인은 노 이용률 수준. 이용률 높을수록 에너지 효율적 생산 사이클.
히트 제조용 장입 재료는 유도로 제강 품질 관리에 중요. 재료들은 주조 후 목표 기계적 특성과 화학 조성을 갖고 결함 없는 액체 강철 생산 보장. 강철 품질 외에도 장입 재료는 (1) 생성 슬래그 양, (2) 내화 라이닝 수명, (3) 플랜트 및 작업자 안전 영향. 또한 장입 재료와 장입 관행은 단위 전기 에너지 소비와 노 생산성에 상당한 영향.
유도로에서 주요 장입 재료는 스크랩과 스펀지 아이언으로 구성된 금속류. 강철 스크랩과 철 스크랩 모두 사용. 철 스크랩은 노 욕조에 탄소 공급. 선철도 일부 노에서 욕조 탄소 도입 위해 사용. 이 재료들 히트 생산용 비율은 플랜트 위치에서 경제적 비용으로 상대적 가용성에 따라 달라짐. 유도로에서 고 스펀지 아이언/스크랩 비율 사용 시 카버라이저(예: 무연탄 또는 석유 코크스)도 욕조 탄소 함량 제어 위해 추가.
노 내 용해 작업 제어와 액체 강철 화학은 금속류 혼합이 최적화될 수 있는 정도에 의존. 금속류 품질은 노 효율적 운전을 위한 적절한 장입 믹스 위해 알려져야 함.
생산 강철 품질 향상 위해 입력 스크랩 품질 제어 필요. 스크랩 장입에서 제어 필요 중요 매개변수: (1) 크기, (2) 벌크 밀도, (3) 화학 조성, (4) 스크랩 재료 청결도(녹, 스케일, 모래, 먼지, 오일/그리스 등 오염 없음), (5) 비금속 코팅(아연, 주석, 크롬 등 없음).
스크랩에서 오는 가장 골치 아픈 잔류 원소(구리, 코발트, 주석, 비소, 안티모니, 니켈, 몰리브덴 등.)는 궁극적으로 강철에 농축. 강철 내 존재 시 바람직하지 않은 변형 저항, 열적 취성, 기계적 결함 유발.
스크랩 단면이 길어 노 상부 밖으로 뻗어나가면 결국 녹지만 시간 걸려 노 이용률 영향. 스크랩 크기는 장입이 브리징되지 않도록 보장 중요. 평균적으로 각 조각 치수 33% 이하, 어떤 치수도 50% 초과 안 함. 시스템 공급률은 실제 용해 사이클 65~70% 내 전체 장입 노 투입 가능해야 함.
초기 재료는 최대한 빨리 충분한 밀도로 노 장입돼 최대 전력 가능해야. 최적 성능 위해 장입 재료 밀도 높아야 하고 1.3톤/㎥ 미만 안 됨. 초기 노 장입 재료량은 노 정격 용량 상당 비율 구성해야.
강철 스크랩 용해 중 대부분 스크랩이 노 내 공기와 함께 현탁. 유도장이 스크랩 온도 올리면 탄소 없어 강철 융점까지 가야 하므로 초기 용해에 더 많은 에너지와 시간 필요. 또한 강철 온도 약 700℃ 도달 시 산화 급격 증가, 700~1540℃ 가열 중 강철 스크랩 표면 점점 더 높은 속도 산화 지속. 한번 용융되면 강철 방울 계속 산화되며 장입 아래로 낙하해 바닥 도달해 탄소 더 높은 용융 욕조 합류 희망. 욕조 탄소가 철 산화 정지. 가장 얇은 강철 스크랩은 단 1~2분 만에 실온에서 체리 레드 색상 도달해 산화 증가. 산화철은 형성 슬래그 양 증가. 이 모든 산화는 고반응성 FeO 슬래그 생성.
스크랩 청결도 매우 중요. 더럽거나 오염된 스크랩은 노 내화물에 슬래그 층 퇴적 경향. 이는 도가니 내 액체 레벨 또는 바로 아래에서 발생해 노 인가 전력량 제한. 노 내부 유효 직경 감소도 발생해 장입 더 어렵고 지연. 이는 다시 노 에너지 효율 영향. 또한 녹슨 스크랩 용해 더 오래 걸림. 단위 장입당 금속 적음. 더러운 금속 장입 → 더 높은 슬래그 양 → 더 높은 단위 전력 소비. 1500℃에서 1% 슬래그 형성당 에너지 손실 10kWh/톤.
노 내 스펀지 아이언 장입 특징: (1) 높은 다공성, (2) 낮은 밀도, (3) 낮은 열전도도, (4) 높은 비표면적, (5) 높은 산소 함량, (6) 중간 탄소 함량. 스펀지 아이언은 균일한 화학적 물리적 특성. 트램프 금속 원소 저비율(약 0.02%)과 저황 함량 하지만 보통 고인 함량 연관. 높은 탄소 함량 스펀지 아이언 선호 - 노 내 카버라이저 필요량 감소.
스펀지 아이언 용해 공정은 스펀지 아이언 물리적, 화학적, 열적 특성에 크게 영향. 이 특성들: 형상, 크기, 밀도, 화학 분석, 금속화도. 기타 매개변수: 장입 방법, 노 유형, 욕조 온도, 노 내 액체 금속 화학 조성, 입자 주변 유체 흐름도 상당 중요.
스펀지 아이언 강게 함량과 미환원 산화철 함량 최대한 낮아야. 저 산화철 함량은 안전 이유와 에너지 소비 이유 모두 중요. 대량 미환원 산화철이 고탄소 욕조 고온에서 도입되면 극도로 위험한 격렬한 탄소 비등 발생 가능.
유도로 스펀지 아이언 사용 장점: (1) 추가 탈황 불필요, 동시에 강철 저황 달성, (2) 최종 제품 크롬, 구리, 몰리브덴, 주석 등 잔류 금속 저함량, (3) 장입 시간 감소로 전체 열 손실 감소, (4) 제품 품질 일관성 향상.
유도로 제강 중 카버라이저 역할은 FeO 형태로 존재하는 스펀지 아이언 산소 제거와 액체 강철 탄소 픽업 원하는 수준 제공. 무연탄과 석유 코크스 두 인기 카버라이저. 탄소 회수율은 카버라이저 크기와 품질, 첨가 방법, 첨가 시간에 의존. 85~95% 범위 기대. 카버라이저 높은 회분 함량은 욕조 탄소 첨가 낮추면서 슬래그 생성 증가. 선철이나 주철 스크랩 통한 욕조 탄소 입력이 탄소 회수율 더 바람직. 카버라이저 매우 미세 입자 크기 사용 피해야 - 과도한 손실 때문. 기타 사용 가능 카버라이저: 야금 코크스, 탄화철, 야금 탄화규소(63% Si, 31% C). 탄화규소는 보통 스크랩과 장입, 장점: (1) 더 빠른 흡수, (2) 탈산제 역할도 함, (3) 라이닝 수명 개선.
금속류와 카버라이저 외 탈산제도 유도로 제강에 사용. 탈산제는 페로 합금(실리코망간, 페로망간, 페로실리콘), 알루미늄. 페로 합금 수율은 사양(크기, 등급, 조성)에 의존.
재료 분석 기반 정확한 장입 믹스 계산 필요. 또한 장입 재료와 첨가제(카버라이저, 탈산제) 정확한 중량 결정과 계량은 용해 시간과 전력 수요 최소화와 액체 강철 적정 조성 보장 기본 전제. 깨끗하고 건조한 장입 재료 사용 필요.
수동 또는 기계적 장입 여부 불문, 장입 재료 계량 필요, 재료 노에 맞아야. 크레인 저울로 장입 재료 계량 가능.
강철 제조용 중주파 코어리스 유도로는 섬프(힐) 없이 운전. 재료 빈 노에 노 코일 상단 가장자리까지 장입.
이전 히트 탭핑 직후 라이닝 재료 상태 검사 후 스크랩 장입 시작. 스크랩 장입 시작과 함께 히트 사이클 시작. 장입 재료 품질, 장입 순서가 히트 사이클에 상당한 영향.
첫 스크랩 로트 노 장입 즉시 전원 투입, 비교적 낮은 전압에서 높은 전류가 노 유도 코일 흐르며 코일 중앙 공간(도가니 위치) 내 유도 자기장 생성. 유도 자속이 도가니 내 가용 장입재 전체 통과 생성. 자기 자속이 스크랩 통과 회로 완성 시 스크랩 내 와전류 유도. 이 유도 와전류가 고저항 스크랩 욕조 통과하며 막대한 열 발생, 용해 시작. 따라서 용해 속도는 주로 (1) 자기 자속 밀도, (2) 장입 밀도에 의존. 장입 밀도 높고 노 내 더 많은 공간 차지하면 용해 시간 단축, 에너지 소비 감소.
충분한 장입재 노 내 있어 전력 인가 가능해지면 즉시 가열 시작. 목표: 에너지를 최대한 빠르고 효율적으로 장입재에 투입. 히트 사이클 전체 최대 전력 공급 가능한 전원은 최적 용해율 달성. 장입재 용해 과정 거치며 코일 인가 전압 증가 허용. 이 증가는 두 이점: (1) 최대 킬로와트 코일 지속 인가 보장, (2) 높은 코일 전압 = 장입재 유도 전압 높음 = 장입재 접촉 가열 더 효율. 일반적으로 전력 소모가 장입재 용해 과정 중 감소하는 전원 대비 10% 용해율 개선 결과.
중주파 노에서 열 주로 장입재 금속 외곽 림에서 발생하나 전도로 중심부 빠르게 전달. 곧 바닥 액체 금속 풀 형성, 장입 가라앉음. 용해 물질 뭉쳐지고 노 재충전 가능. 중주파 노에서 재료 액체 욕조 아닌 아직 고체 재료 위에 장입.
이 시점 추가 장입 점진적 수행. 장입재 생성 와전류 다른 용도: 액체 강철에 용융 효과 부여, 교반/혼합/균질 가열. 교반 효과는 노 주파수 반비례. 용해 계속돼 노 부피 약 절반 액체 강철 채워질 때. 이 시점 분석용 시료 채취, 노 틸팅으로 슬래그 포트 슬래그 제거. 중주파 코어리스 노 발생 슬래그 일반적으로 유동적이지 않고 꽤 무겁고 끈적하며 종종 건조한 드로스 형태. 슬래그 제거 중 전원 오프로 모든 슬래그 표면 부상 제거 보장. 전원 오프 길수록 전체 노 이용률 영향 커짐.
분석 결과 기반 추가 스크랩, 스펀지 아이언, 카버라이저 장입 필요량 결정, 장입 계속. 욕조 볼록 표면 발달 시 볼록성 평탄화와 순환율 감소를 위해 전력 입력 일시 감소.
스펀지 아이언 액체 금속 직접 추가 가능 - 교반 작용이 열전달 가속화, 용해 촉진. 스펀지 아이언 추가 전 충분한 용융 풀 확보 필요.
스펀지 아이언 노 장입 시 슬래그 연속 제거 필요 - 슬래그 액체 욕조 상부에서 고체화돼 추가 스펀지 아이언 용해 방해. 슬래그 연속 제거는 슬래그 퍼내기로 수행. 슬래그 제거 보통 긴 강철 막대 장착 탈슬래깅 스푼으로 용이. 이 스푼들 특별 제작. 스푼 슬래그 제거 가능 - 이 단계 슬래그 두껍고 점도 높기 때문. 수동 슬래그 제거 힘들고 불쾌한 작업.
수동 슬래그 제거는 슬래그 응고제 사용으로 향상 가능. 슬래그 응고제 박리돼 슬래그 조각 묶어 들어올릴 수 있게 함. 슬래그 응고제 사용 시 노 라이닝 재료 화학적 공격 방지 위해 사용 엄격 관리.
슬래그 양은 깨끗하고 적절한 장입 재료 선택과 총철 비율 높은 스펀지 아이언으로 감소 가능. 용해율 향상도 슬래그 형성 감소.
장입 내 스펀지 아이언 비율 높을 경우 산소 제거 위해 욕조 탄소(무연탄/석유 코크스) 추가 필요. 스펀지 아이언 산소 FeO 형태 존재, 액체 욕조 탄소와 격렬 반응해 열전달, 슬래그-금속 접촉, 욕조 균질성 개선. 탄소 비등은 슬래그-금속 계면에서 3FeO + 2C = 3Fe + CO + CO₂ 반응으로 발생.
액체 욕조 탄소 함량 적정 수준 유지해 용해 기간 적절한 탄소 비등 유지. 스펀지 아이언 FeO 함량 환원 필요 탄소량(C, kg) = 1.67[100 - %M - {(%슬래그/100) × %Fe}]. M = 금속화도, Fe = 슬래그 내 철량.
액체 충전 레벨 코일 상단 가장자리 도달(히트 완료 임박) 시 딥 프로브로 욕조 분석 시료, 욕조 온도 측정. 이 활동 위해 전원 홀드. 온도 측정과 분석 시료 채취 즉시 홀드 전력 노 복구. 정확성과 속위 위해 분광 분석 보통 수행.
분석 결과 기반 트리밍 첨가 욕조서 수행해 욕조 분석 조정. 트리밍 첨가 재료 용해, 욕조 온도 탭핑 온도 80~100℃ 아래까지 상승. 트리밍용 카버라이저 소립자여야 표면적 증가해 빠르게 용해.
탭핑 레들 준비되면 노 스키밍 후 탭핑 온도 도달. 중주파 노 경우 2~5분 소요. 탭핑 온도 결정 시 페로합금 첨가 칠링 효과 고려. 탭핑 전 소량 페로합금 노 장입해 탭핑 중 비등 작용 방지.
주조 레들 바닥에 필요량 페로합금과 카버라이저(필요시) 넣고 금속 탭핑. 탭핑 중 노 빠를수록 좋음. 노 비우기 시간 노 이용률 영향.
용해 공정은 미리 정확하게 예측할 수 없는 용융 재료 위험 항상 동반. 알려진 위험은 위험 아니거나 적어도 예상 가능하고 대응 가능한 위험이라 말함. 유도로 제강 중 중요한 안전 관련 이슈: 용융 금속 튐/작은큰 방울 분출, 용해 욕조 열복사, 수증기 폭발. 이 발생들 설명.
상대적 저용량 용융 금속에서 매우 작은 금속 부품이 용해 욕조 접촉 시 튀김 생성, 분출. 이 부품들 젖거나 습하면 작은큰 방울 분출 유도. 운전실 조작자 많은 열 노출. 적절한 보호구(PPE) 미착용 시 피부 화상, 눈 손상.
수증기 폭발은 액체 욕조 표면 아래 액체 진입 시 항상 발생. 극단 경우 1cc 물이 표면 깊숙이 침투 순간 1,600배 원래 부피 팽창. 물은 장입 재료나 젖은/습한 도구로 용해 공정 중 용해 욕조 진입 가능.
유도로 운전 중 램밍 믹스 손상돼 용융물 코일 앞까지 이동 가능. 이 조건이 권선 차단과 물 방출 유도면 물 용융물 아래 침투, 용융물 급격한 상방 분출 유발. 강력한 수증기 폭발로 용융물 노 플랫폼 밖으로 던져질 수 있음.
중요 예방조치 및 안전 이슈:
도가니 상태 육안 검사 필요, 측정 장치 도움으로 잔여 벽 두께 결정. 주파수 표시로부터 평균 잔여 벽 두께 평가 가능.
제조공정
알루미늄 금형은 신속 CNC 기계에서 밀링됩니다. 기존 사출 성형은 일반적으로 수백만 개 부품을 생산할 수 있는 강철 툴링을 사용하지만, 금형 제조에 몇 달이 걸리고 5만 달러 이상의 자본 투자가 필요합니다. 하지만 생산 수요가 더 적은 수량을 요구한다면 어떨까요? 거기서 알루미늄 툴링이 이상적입니다. 강철과 알루미늄 툴링의 차이점을 빠르게 살펴보겠습니다. 알루미늄 툴링으로 저용량 생산 금형 생산 및 부품 15일 이내 금형 약 $1,500부터 시작하는 저렴한 제조 비용 소재 유형과 기하학에 따라 최대 10,000개 이상 생산
스완톤 웰딩 팀의 역량이 시험대에 올랐던 프로젝트, 지지 강철 프로젝트를 30일 만에 완료했습니다. 고객이 유리 용해로의 무게를 견딜 지지 강철 프로젝트 초안을 가져왔으며, 블라스팅과 도장 같은 맞춤 제작 역량도 활용했습니다. 프로젝트 개요 고객이 이 지지 강철 프로젝트의 초기 설계를 제안하고 그렸습니다. 엔지니어드 보강재 산업용 유리 용해로를 둘러싸고 지지합니다. 스완톤 웰딩은 20피트 높이 유리 용해로용 타이 로드, 플랫폼 강철, 계단, 사다리 등을 공급했습니다. 제작, 블라스팅, 도장은 고객 사양에 맞춰 맞춤화됐습니다. 제작
