가열(요로) 시스템

시스템 개요

가열(요로) 시스템

요(窯)나 로(爐)는 물체에 물리적, 화학적 변화를 일으키기 위한 가열장치를 총칭함. 요(窯)는 요업업종에 주로 사용하는 공업로로서 킬른(Kiln)으로 호칭되며, 로(爐)는 금속업종에 사용하는 공업로로서 훠니스(Furnace)로 부르기도 함. 이와 같이 다양한 요ㆍ로 설비는 일반적으로 업종별, 사용목적, 조업방식, 열원별, 가열(전열)방식, 화염진행 방식, 재료이송 방식, 폐열회수 방식, 형상, 연소장치의 설치위치 등에 따라 분류할 수 있음

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시스템 구성도
가열(요로) 시스템 시스템 구성도
주 설비
  • 금속용해로
    금속용해로

    금속용해로는 원료광석이나 금속을 용융점 온도 이상으로 가열시켜 액체상태의 금속으로 용해시키는 설비로서 금속의 제선, 제강, 제련이나 주물업종 등에서 사용하는 요로시스템으로 금속용해로에는 크게 제철용, 주철용, 비철금속용으로 구분됨

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  • 금속가열로
    금속가열로

    금속가열로는 Slab, Bloom, Billet 및 기타 특수형상의 강편 및 강괴를 열간압연 또는 단조하기 위하여 그 목적온도까지 재가열하는 설비로 조업양식에 따라 연속식과 Batch식이 분류됨. 일반적으로 철강재 가열에서는 연속식 가열로가 주류를 이루고 있으며 처리물량이 크고 따라서 연료사용량도 대체적으로 크며 Batch식은 특수한 형상의 강편가열에 보조적으로 사용되고 있으며 단조작업 용도로 많이 채용되고 있음

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  • 열처리로
    열처리로

    열처리로는 처리물(금속, 비철금속 및 요업재료)을 적당한 은도에서 가열, 냉각 등의 각종 작업을 통하여 재질의 경화, 인성향상, 균질화 및 표준화 등 특별한 성질을 부여하는 요로시스템으로 가열열원, 가열방식, 용도, 로의 형식, 이송방식 등에 따라 각종 형식이 존재함

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  • 소성로
    소성로

    소성로는 시멘트, 내화물, 도자기, 타일 등을 제조에 사용하는 노로서 피가열물의 안정된 조성과 열적, 기계적, 화학적 강도를 갖게 하기 위한 목적과 피가열물의 화학적 변화를 유도하는 요로시스템으로 크게 도자기 ,내화물, 타일과 같이 성형된 피가열물을 소성하는 로와 석회나 시멘트와 같은 입상의 피가열물을 소성하는 노로 구분됨

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  • 소각로
    소각로

    소각로는 피가열물을 연소시켜 소각하는 노로서 일반적으로 폐기물 소각로가 대표적이다. 소각로는 크게 수동로와 기계로로 구분되며, 기계로는 로 내에 공급된 폐기물을 체인콘 베어, 요동 화격자, 단계 화격자, 회전로 등으로 반건시키면서 건조 및 연소가 효과적으로 이루어지게 되어 있음

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  • 화학공업용로
    화학공업용로

    화학공정에서 유체를 가열하여 증류, 분해, 개질 등의 공정에 주로 사용하는 노로서 크게 가열로, 분해로, 회수로 등으로 구분됨. 주로 석유공업분야에서 사용되나 석탄 건류 및 황회수로 등도 화학공업용로에 속함

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  • 전기로
    전기로

    전력을 공급하여 피가열물을 가열하는 로(Furnace)를 총칭하여 “전기로”라고 함. 전기로는 화석 연료를 사용하는 연소로와 비교하면 설비비나 전력비가 비싼 경우도 있으나 환경 문제가 감소되고 높은 온도를 정밀하게 얻을 수 있고 제품에 불순물의 혼입을 제거시킬 수 있으며 효율이 좋은 특징이 있으며, 가열 방식에 따라 아크가열에 의한 아크로, 유도가열에 의한 유도로, 저항가열에 의한 저항로가 있음

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보조설비
  • 연소장치
    연소장치

    연소장치(Burner)란 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 장치로서 연료의 종류에 따라 기체연소장치, 액체연료장치, 고체연료장치 등으로 구분할 수 있음. 요로시스템에서 사용하는 연소장치(Burner)는 범용적으로 쓰이는 범용버너와 기타 특수공정에 맞게 개발된 특수버너로 대별하며 버너 자체보다는 연소공간의 크기,모양 및 분위기에 따라서 조화있게 설계 되어야 하며 이와 함께 제어장치도 같이 고려되어야 함

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  • 연료
    연료

    연료란 열을 발생하여 그 열로 피가열물을 고온으로 가열 또는 용융하거나 동력을 얻기 위한 에너지원으로서 연료로 사용되고 있는 것은 탄소, 수소를 주성분으로 한 것으로 공기 중의 산소에 의해 연소하여 열에너지를 방출함. 연료로서 가장 중요한 것은 석유, 석탄 및 천연 가스로 이들은 모두 천연산이며 정제 과정을 거치거나 혹은 2,3차 가공을 거쳐 연료로 사용하기도 함

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  • 전열장치
    전열장치

    전열장치는 전력을 이용하여 요로시스템에서 열을 발생시키는 장치로서 종류로는 가열방식에 따라 크게 아크가열, 유도가열, 저항가열 등으로 구분됨. 요로시스템에서는 범용적으로 사용되는 열원장치임

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  • 열교환기
    열교환기

    요로시스템은 사용목적상 대부분 고온에서 운전되며 연소가스 또한 고온으로 배출됨. 이러한 고온의 배기가스는 보유하고 있는 현열량이 크므로 전체 요로시스템의 효율을 저하시키므로 에너지이용 합리화와 요로시스템의 효율향상을 위해 배가스 온도를 가급적 낮게 유지하기 하여야 함. 배기열 회수장치로는 공기예열기(Air-preheater)와 급수예열기(Economizer), 증기가열기(SAH) 등이 있으며 회수가능열량, 회수목적, 이용대상 및 투자경제성 등을 감안하여 장치규모를 선정함

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  • 내화물
    내화물

    내화물은 요로 및 고온공업에 쓰이는 고온에서 난용성인 비금속무기재료의 총칭이며, 형태에 따라 정형내화물(내화벽돌),부정형내화물(캐스타블,모르타르) 및 섬유상 고온재료로 분류되며 재질(주로 화학성분)에 따라 특성을 달리하므로 용도에 적합한 형태 및 재질을 선택해야 함. 내화재를 선택할 때는 요로의 천장, 벽면, 노상, 연돌 등 사용부위에 따라 사용조건이 달라지므로 이에 따른 내화물의 요구특성도 달라지게 됨. 그러므로 요로의 종류 및 부위에서의 사용조건을 면밀히 검토한 후 조업조건에 적합한 요구특성을 가진 내화재를 선택해야 함

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  • 이송장치
    이송장치

    요로시스템에서 이송장치는 장입물을 적재하여 로 내로 공급하고 추출하는 장치로서 이송장치의 내화물 부분은 급열, 급냉에 열적변형이 적고, 철제부분은 부식방지 및 이송장치의 하부방열을 감소시키기 위해 로체와 대차 내화물간, 대차간의 기밀을 유지하여야 함. 특히, 이송장치는 축열손실을 방지하기 위하여 최대한 경량화를 도모해야 함

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  • 냉각장치
    냉각장치

    소성로나 열처리로에서의 냉각장치는 고온으로 가열된 장입물을 냉각하여 물리적 및 화학적인 변화를 부여하기 위하여 가동하며 전력을 열원으로 사용하는 전기로에서는 로체 및 가열코일, 판넬 등의 보호를 위하여 냉각장치를 가동하기도 한다. 특히, 열처리로에서 냉각장치는 매우 중요한 설비로서 열처리의 목적, 처리품의 재질과 형상 등에 따라 적절한 냉각제와 그 교반기능 및 온도 조절기능을 가지며 필요한 열용량의 것을 선택해야 한다.

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  • 분위기가스 및
    제조장치
    분위기가스 및
    제조장치

    열처리로에서의 분위기 가스는 노말라이징, 어닐링, 퀜칭, 납땜, 소결 등의 열처리에 이용되는 가스로 종류로는 질소, 알곤, 수소 등이 있으며, 이 외에 탄화수소(프로판, 메탄 등)나 암모니아를 원료로 하여 열처리 공장에서 발생기에 의해 제조,사용함. 최근에는 공기에서 질소를 분리하는 질소 발생기가 열처리 공장에서 사용되기 시작했으며 에너지 절감, 자원절감 대책으로서 연소 배기가스 분위기 가스로 개질하여 이용하는 것도 행해지고 있음. 분위기 가스의 제조장치는 크게 발열형, 질소형, 흡열형, 암모니아형 등으로 구분됨

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제어기술
  • 온도제어
    온도제어

    요로시스템에서 열원기기 운영시 로 내의 목표온도 유지를 위하여 열원의 제어가 필요하며, 온도제어의 방식으로는 크게 On/Off제어 , High-Low제어, 비례제어(PID), Pulse Firing제어 등으로 구분할 수 있음

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  • 공기비 제어
    공기비 제어

    연소로에서 공기비 제어는 연료의 연소에 필요한 공기량을 제어하는 것으로 공기량이 과잉으로 투입하면 연소에 소요된 공기를 제외한 잉여공기는 노 내 연소열을 갖고 연돌로 배출되어 배가스 손실의 증가로 열효율 저하의 원인이 되며 연소용 공기량이 부족하면 연료의 불완전연소에 의한 연료손실과 특히, 액체 및 고체연료의 경우에는 그을음이 발생되어 로 내부의 Scale 등을 생성시키고 환경오염의 문제도 발생됨

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  • 로내압 제어
    로내압 제어

    요로시스템에서 로내압은 통풍압이라고도 하며, 설계나 조작기술상 매우 중요하며, 요로의 성능은 노압분포와 밀접한 관계가 있음. 일반적으로 요로는 정압(+)관리가 원칙이며, 부압(-)으로 운영시 개부구를 통하여 로 내에 외부공기가 침입하여 로내온도를 떨어뜨리고 침입한 공기는 부력현상으로 상부로 이동하여 외부로 방출되어 열손실이 증가함

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기타기술
  • 열처리

    열처리란 금속재료(주로철강재료)에 요구하는 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 가열과 냉각을 시행하는 열적 조작기술이며 크게는 단단하게 만들어 기계적, 물리적 성능를 향상시키는 기술과 재료를 무르게 하여 가공성을 개선시키는 기술로 대변할 수 있음. 철강 재료는 같은 성분이라도 열처리 방법에 따라 조직이 크게 달라질 수 있어 열처리를 알맞게 하면 필요에 따라 철강 재료의 기계적 성질과 그 밖의 성질을 변화시켜 사용 용도에 따라 효과적으로 이용할 수 있음

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  • 전기로
    전력계통
    영향 최소화

    전기로에 의한 계통영향을 최소화하기 위한 방안에는 첫째로 무효전력 보상장치의 설치로 계통의 전압변동을 최소화 시킬 수 있고 둘째로는 필터나 수동필터 등의 설치로 계통의 고조파를 저감시키는 방법이 있음. 수요관리 분야 중에 하나인 부하관리를 통하여 최대부하와 최저부하간의 차이를 감소시켜 부하 평준화를 도모하고, 전력공급 설비의 이용효율을 향상시킬 목적으로 시행됨

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  • 전기로
    부하관리

    아크로에서 부하관리 방안은 디멘드 컨트롤(Demand control)방식을 사용하고 있으며 조업 중 전력공급량을 줄이거나 일시적인 휴지상태로 전력의 Peak cutting을 실시함. 유도로에서 부하관리 방안은 용해와 용해 사이에 장시간 대기시간이 발생하는 전력소비 패턴이 나타나며, 이와 같은 전력소비 패턴은 설비 용량에 여유가 있거나 후 공정에서 대기할 수 있는 여유가 있으므로 수요관리 측면에서 특정 시간대에 피크 전력을 피할 수 있음. 저항로의 수요관리 방안은 기존에 실시되고 있는 자율 절전을 이용한 Peak Cutting을 생각해 볼 수 있다. 이러한 방안은 온도변화가 적은 벽돌축로가 이루어진 열처리로가 가능할 것임. 또한, 벽돌 시공된 연속 열처리로 할 경우 조업시간이 끝난 시간 동안 익일 조업 개시까지 저온에서 운용할 수 있으므로 심야에 조업하는 Load Shifting이 가능할 것임

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