가스 용광로 산업 사례 연구: 제철소에서 단조 공장까지
지난 20년간 몬테 인텔리전스는 제철소, 단조 공장, 주조 공장, 압력 용기 제조업체, 자동차 부품 제조업체 등 다양한 산업 분야에 가스 연소로 설계 솔루션을 제공해 왔습니다. 각 산업 분야는 고유한 공정 요구 사항, 생산량 목표 및 운영 방식을 가지고 있습니다. 다양한 적용 사례와 각 설비 설계에 영향을 미친 결정 사항들을 보여주는 몇 가지 대표적인 사례 연구를 살펴보겠습니다.
사례 연구 1: 제철소 재가열로
동남아시아의 한 제철소는 연간 50만 톤의 열연강판을 생산하고 있었으며, 시간당 100톤 용량의 연속 주조기가 열연강판에 강판을 공급하고 있었습니다. 기존의 푸셔형 재가열로는 30년 된 노후 설비로, 냉풍 버너를 사용하고 연료 효율은 35%에 불과했습니다. 이 제철소는 재생 버너를 장착하고 연료 효율을 60%까지 높일 수 있는 최신식 워킹 빔로로 설비를 업그레이드하고자 했습니다.
몬테 인텔리전스는 시간당 100톤 용량의 워킹 빔로를 공급했습니다. 이 워킹 빔로는 양쪽에 각각 8개씩(총 16개)의 재생 버너와 4개의 가열 구역, 그리고 PLC 기반 제어 시스템을 갖추고 있습니다. 이로는 두께 200~250mm의 슬래브를 상온에서 1250℃까지 60~75분 만에 가열하며, 연료 소비량은 톤당 1.2GJ입니다.
연료 효율이 35%에서 60%로 향상됨에 따라 제지 공장은 연간 800만~1,000만 달러의 가스 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 이산화탄소 배출량은 연간 20만~25만 톤 감소합니다. 해당 용광로는 2022년에 가동을 시작하여 18개월 동안 정격 처리량으로 가동되었으며, 가동률은 98%를 넘습니다.
사례 연구 2: 단조 공장 보기형 용광로
텍사스에 위치한 한 단조 공장은 연간 5만 톤의 단조 부품을 생산하고 있었으며, 한 번에 10톤에서 100톤에 이르는 다양한 하중을 처리했습니다. 기존의 보기형 노상로는 25년이나 되었고, 항공우주 고객들이 요구하는 온도 균일성 조건을 충족하는 데 어려움을 겪고 있었습니다. 이 공장은 전체 작업량에 걸쳐 ±5도 이내의 온도 균일성을 갖춘 새로운 노상로가 필요했습니다.
몬테 인텔리전스는 6개 구역 제어, 고속 열회수 버너 및 세라믹 섬유 모듈 라이닝을 갖춘 150톤 용량의 보기형 노를 공급했습니다. 이 노는 최대 6m(폭) x 5m(높이) x 12m(길이)의 화물을 처리할 수 있으며, 최대 작동 온도는 950도입니다.
작동 온도에서 온도 균일성은 최대 작업 부하에 걸쳐 ±5도 Цельсия 이내로 검증되었습니다. 이 용광로는 2023년에 가동을 시작했으며, 주요 항공우주 고객 세 곳으로부터 단조 가공 부품의 열처리 용도로 승인을 받았습니다.
사례 연구 3: 주조용 어닐링로
인도의 한 주조 공장은 연간 3만 톤의 연성 주철 주물을 생산하고 있었는데, 소형(50kg) 및 대형(5톤) 주물이 혼합되어 있었습니다. 기존의 배치식 어닐링로는 탑햇형 설계에 냉풍 버너를 사용했으며, 한 번에 30~36시간이 소요되었습니다. 이 공장은 어닐링 시간을 단축하고 연료비를 절감하고자 했습니다.
몬테 인텔리전스는 100톤 용량의 차량 하부형 용광로, 고속 열회수 버너 및 다중 구역 제어 시스템을 공급했습니다. 이 용광로는 주물을 920도까지 가열하여 완전 어닐링을 수행하며, 한 번에 18~24시간이 소요됩니다.
연료 효율이 30%에서 50%로 향상됨에 따라 주조 공장은 연간 150만 달러의 가스 비용을 절감할 수 있습니다. 사이클 시간이 30시간에서 22시간으로 단축되어 생산량이 30~40% 증가합니다. 이 용광로는 2024년에 가동을 시작하여 12개월 동안 정격 용량으로 가동되었습니다.
사례 연구 4: 압력 용기 응력 완화
한국의 한 압력용기 제조업체는 연간 직경 최대 6m, 무게 최대 300톤에 달하는 대형 압력용기를 100~150개 생산하고 있었습니다. 기존의 대차형 용광로는 200톤 용량으로 제한되어 있었고, LNG 시장의 수요 증가에 맞춰 더 큰 용량의 용기를 생산하기 위해서는 더 큰 용광로가 필요했습니다.
몬테 인텔리전스는 8개 구역 제어, 저질소산화물(NOx) 버너 및 세라믹 섬유 모듈 라이닝을 갖춘 400톤 용량의 보기형 노를 공급했습니다. 이 노는 최대 7m x 7m x 25m 크기의 화물을 처리할 수 있으며, 최대 작동 온도는 950°C입니다.
이 용광로는 한국 최대 규모이자 아시아에서도 손꼽히는 대형 노상 설비를 자랑합니다. 저질소산화물(NOx) 버너를 사용하여 NOx 배출량을 Nm³당 50mg 미만으로 유지함으로써 엄격한 국내 기준을 충족하고 있습니다. 운전 온도에서의 온도 균일도는 ±8℃ 이내로 검증되었습니다. 이 용광로는 2025년에 가동을 시작했으며 현재 최대 출력 확보 단계에 있습니다.
사례 연구 5: 강판용 연속 어닐링 라인
중동의 한 철강 가공업체는 연간 20만 톤의 냉간압연 강판을 생산하고 있었는데, 강판의 폭은 최대 1500mm, 두께는 0.3mm에서 2.0mm에 이르렀습니다. 기존의 연속 소둔 라인은 20년이나 되었으며, 자동차 고객사의 표면 마감 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있었습니다.
몬테 인텔리전스는 수평형 용광로, 가스 연소식 복사관, 수소-질소 보호 분위기를 갖춘 연속 어닐링 라인을 공급했습니다. 이 용광로는 스트립을 750~850도까지 가열하며, 스트립 이송 속도는 분당 30~100m입니다. 수소-질소 보호 분위기 소모량은 시간당 50~100m³입니다.
새로운 생산 라인은 자동차 규격에 부합하는 밝고 산화물 없는 표면을 생산합니다. 연료 효율은 55~60%로, 동급 라인 중 업계 최고 수준입니다. 이 라인은 2023년에 가동을 시작하여 18개월 동안 최대 생산 능력으로 운영되고 있습니다.
공통 주제
이러한 사례 연구들을 살펴보면 몇 가지 공통적인 주제가 나타납니다.
첫째, 기존 가스 난방기의 연료 효율은 일반적으로 30~40%에 불과하지만, 최신 모델은 50~65%에 달합니다. 이러한 효율 차이는 연료비를 30~50% 절감해 주어 새 난방기 구매 비용을 2~5년 안에 회수할 수 있게 해줍니다.
둘째, 기존 설계의 온도 균일도는 일반적으로 ±15~20도C인 반면, 최신 설계는 ±5~10도C를 달성합니다. 이러한 균일도 개선은 새로운 고객 기회를 창출하고 기존 제품의 불량률을 줄여줍니다.
셋째, 기존 설계의 제어 시스템은 일반적으로 아날로그 또는 1세대 디지털 방식인 반면, 최신 설계는 완전한 데이터 로깅 및 원격 모니터링 기능을 갖춘 PLC 기반 제어 방식을 사용합니다. 이러한 제어 시스템 개선을 통해 국제 표준(AMS 2750, CQI-9, ISO 9001)에 따른 공정 인증을 획득할 수 있으며, 항공우주 및 자동차 고객이 요구하는 추적성을 제공합니다.
넷째, 구형 설계에 사용되는 버너 기술은 일반적으로 냉기 대기압식 또는 저속식인 반면, 최신 설계는 고속 회수형 또는 재생형 버너를 사용합니다. 버너 업그레이드만으로도 20~50%의 연료 절감 효과를 얻을 수 있으며, 투자 회수 기간은 12~24개월입니다.
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