편심 하부 탭핑(EBT) 시스템은 1980년대 후반부터 전기로에 표준으로 적용되어 왔지만, 여전히 전기로 가동에서 가장 흔한 고장 원인 중 하나입니다. 탭 홀이 첫 시도에서 열리지 않으면 한 번의 가열 작업당 3~8분의 손실이 발생합니다. 한 달에 600번의 가열 작업을 한다고 가정하면, 이는 30~80시간의 생산 손실로 이어지며, 100~250번의 가열 작업을 아예 하지 못한 것과 마찬가지입니다.
몬테 인텔리전스는 15톤에서 120톤에 이르는 용광로용 EBT 시스템을 설계 및 공급해 왔습니다. 이 글에서는 EBT 시스템의 신뢰성을 결정하는 엔지니어링 설계, 운영 방식 및 유지보수 절차에 대해 다룹니다.
EBT(Electronic Bragg Test) 방식은 이론상으로는 간단합니다. 기존 용광로처럼 슬래그 배출구를 통해 용강을 배출하는 대신, EBT 용광로는 용광로 중심선에서 벗어난 바닥에 배출구가 있습니다. 용광로를 앞으로 기울이면 배출구가 용강 표면 아래로 내려가 중력에 의해 용강이 흘러나옵니다. 뒤로 기울이면 배출구가 닫힙니다. 그 결과 슬래그가 없는 배출이 가능해집니다. 슬래그는 용강 위에 떠서 용강 주입이 거의 끝날 때까지 배출구에 도달하지 않으며, 설령 마지막 단계에서도 작업자는 슬래그가 용강 위로 흘러나오기 전에 용광로를 뒤로 기울여 흐름을 멈출 수 있습니다.
실제는 훨씬 더 복잡합니다. EBT 시스템은 1600~1650°C의 용융강을 처리해야 하고, 만재된 용광로의 유압(100톤 용광로가 가득 찼을 때 출구 구멍에서 약 0.5bar)을 견뎌야 하며, 안정적인 개폐 메커니즘을 유지하고, 용융 및 정련 단계 동안 가스 누출을 방지해야 합니다.
용탕 배출구 직경은 설계에서 가장 중요한 결정 사항입니다. 배출구 직경은 용탕 배출 속도와 배출 시간을 좌우합니다. 50톤급 용광로의 경우, 배출구 직경이 80~100mm이면 분당 2~3톤의 용탕 배출 속도와 15~25분의 총 배출 시간이 확보됩니다. 직경이 작으면 제트 분열 및 공기 혼입이 증가하고, 직경이 크면 레이들 내부의 난류가 과도하게 발생하여 레이들 내화물이 손상되고 온도 손실이 심해질 수 있습니다.
탭 홀 슬리브는 실제 탭핑 채널을 형성하는 소모성 내화 튜브입니다. 슬리브 재질로는 산화마그네슘-탄소(MgO-C), 산화마그네슘-크롬(MgO-Cr2O3), 산화알루미늄-탄소(Al2O3-C) 등이 있습니다. MgO-C 슬리브는 우수한 슬래그 저항성과 적절한 열충격 저항성을 모두 갖추고 있어 시장에서 널리 사용됩니다. 일반적인 슬리브 수명은 슬리브당 80~150회 가열 공정입니다.
슬리브 마모는 균일하지 않습니다. 마모가 가장 심한 부분은 용융강 욕조와 접촉하는 슬리브 끝부분인 고온면입니다. 이 부분은 가장 높은 온도에 노출되고 슬래그로부터 가장 많은 화학적 침식을 받기 때문입니다. 고온면의 마모율은 저온면(외부 끝부분)의 마모율보다 2~3배 높을 수 있습니다. 이러한 이유로 일부 업체에서는 고온면 부분만 나머지 부분과 별도로 교체할 수 있는 2피스 슬리브 설계를 사용하여 전체 내화물 비용을 약 20% 절감합니다.
충진용 모래는 용탕 사이사이에 용탕 배출구를 채우는 재료입니다. 용탕을 배출하기 위해 용광로를 앞으로 기울일 때, 모래가 자유롭게 흘러나와야 강철이 따라 나올 수 있습니다. 여기서 자유 개방률이라는 개념이 중요해집니다. 자유 개방률이 95%라는 것은 100번의 용탕 중 95번이 산소 주입 없이 첫 시도에 용탕이 열린다는 것을 의미합니다.
자유 개방 속도는 모래 품질, 충전 절차 및 탭 홀 상태라는 세 가지 요소에 따라 달라집니다. 모래 품질은 화학적 조성에서 시작됩니다. 모래는 실리카 함량이 높아야 하고(최소 97% SiO2) 산화철 함량이 낮아야 합니다(최대 0.5% Fe2O3). 산화철은 제강 온도에서 모래 입자의 소결을 촉진하여 자유로운 흐름을 방해합니다. 입자 크기 분포도 제어해야 합니다. 입자가 너무 미세하면 모래가 너무 촘촘하게 다져지고, 너무 굵으면 입자 사이로 강철이 침투할 수 있습니다.
충전 절차 또한 매우 중요합니다. 모래는 반드시 건조해야 합니다. 모래에 수분이 있으면 증기 폭발 위험이 발생하고 소결이 촉진됩니다. 모래는 탭 홀 입구보다 500~800mm 높은 곳에서 부어 자연스럽게 다져지도록 해야 합니다. 모래를 다지는 것은 피해야 합니다. 다져진 모래는 유동성이 떨어집니다. 다음 가열 시 강철이 슬리브 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 모래는 슬리브의 가열면보다 약 50~100mm 높은 곳까지 탭 홀을 채워야 합니다.
탭 홀 상태는 개방성에 영향을 미치는데, 슬리브 표면이 거칠거나 침식되면 모래가 고정되는 기계적 지점이 생기기 때문입니다. 20~30회 가열 후에는 보어스코프를 사용하여 탭 홀을 검사해야 합니다. 슬리브 침식이 원래 직경의 20%를 초과하거나, 균열 길이가 50mm를 초과하거나, 금속이 슬리브 벽으로 침투한 경우에는 슬리브를 교체해야 합니다.
산소 주입은 탭 홀이 자유롭게 열리지 않을 때 사용하는 보조 방법입니다. 6~8mm 산소 노즐이 달린 랜스 파이프를 탭 홀 아래쪽에서 삽입하고 8~12bar의 압력으로 산소를 불어넣어 막힌 부분을 태워 없앱니다. 랜싱은 슬리브 내화물을 손상시키는데, 랜싱을 할 때마다 슬리브 수명이 약 2~3회 가열 공정만큼 단축됩니다. 따라서 랜싱 횟수를 최소화하는 것이 탭 홀의 자유 개방률을 높게 유지하는 데 직접적인 경제적 이점이 됩니다.
게이트 시스템은 용융 과정에서 강철이 출탕구멍으로 유입되는 것을 방지하는 기계식 밸브입니다. 시장에는 슬라이딩 게이트와 로터리 게이트라는 두 가지 유형의 게이트 시스템이 경쟁적으로 사용됩니다. 슬라이딩 게이트는 출탕구멍 개구부를 가로질러 수평으로 미끄러지는 내화판을 사용합니다. 로터리 게이트는 관통 구멍이 있는 회전 실린더를 사용합니다. 슬라이딩 게이트는 밀폐성이 더 뛰어나기 때문에 80톤 이상의 대형 용광로에서 주로 사용됩니다. 로터리 게이트는 가격이 약 30% 저렴하기 때문에 소형 용광로에서 흔히 사용됩니다.
게이트 유지보수는 체계적인 작업입니다. 매 가열 공정 후, 게이트 메커니즘을 육안으로 검사하여 내화물 마모, 금속 축적 및 유압 시스템 누출 여부를 확인해야 합니다. 유압 실린더 스트로크는 설계 사양과 비교하여 검증해야 합니다. 설계 스트로크에서 5mm 이상 벗어나는 경우, 연결 메커니즘에 마모가 발생한 것으로 간주합니다.
용탕을 뽑아낼 때 국자가 놓이는 EBT 피트 또한 설계에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 용탕이 튀면 주변 장비가 손상되고 작업자에게 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 피트는 용융강과의 직접적인 접촉을 견딜 수 있는 주조 가능한 내화재로 라이닝해야 합니다. 또한, 유출된 강철이 전기 케이블이나 유압 라인에 닿지 않도록 배수 시스템을 설치해야 합니다.
몬테 인텔리전스 EBT 시스템은 적절한 작동 관리를 통해 95% 이상의 자유 개방률을 달성하도록 설계되었습니다. 당사의 표준 패키지에는 MgO-C 또는 고객 지정 재질의 탭 홀 슬리브, 인증된 화학 성분 및 입자 크기를 갖춘 충진 모래, 유압 동력 장치가 포함된 게이트 시스템, 그리고 전체 설치 감독이 포함됩니다.
EBT 시스템에 대한 문의 사항이나 특정 난방 시스템 구성에 대한 상담을 원하시면 helenxu@cnlymonte.com으로 연락주십시오.
