선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 철강 공정용 열설비의 생산성 및 청정성 확보와 co2 배출 저감을 위한 산소연소 가열기술의 실용화를 목표로 저 NOx 산소연소기 개발과 이를 이용한 순산 소 연소 단조 가열로의 강재가열특성에 관한 실험적 연구를 수행하여 기초적 가열제어 방법을 도출코자 하였다.
- 한편 강재 가열에 있어서 균일가열은 강재의 품질에 미치는 영향이 크므로 시간당 가열량이 온도 균일화에 미치는 영향을 살펴보았다.
제안 방법
- 설치되었고。2 노즐 내부 연료 노즐을 역시 편심 설치하여 각각의 노즐이 독립적으로 회전함으로써 다양한 화염형상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 복사열 전달량을 증가시킬 수 있게 설계되었다. 본 실험에서는 CO2 공급을 차단하고 Table 1의 세 가지 경우에 대하여 가열실험을 수행하였다.
- 360 분석기를 이용하여。2, CO, CO2 및 NOx 농도를 측정하였다. 분석기는 실험을 수행하기 전에 표준가스를 사용하여 교정하였다.
- 그리고 가열 시 door틈새로 외부 공기 유입을 차단하기 위해 벽체와 약간의 경사를 갖도록 하여 기밀성을 유지하도록 하였다' 그리고 시뮬레이터 내부의 온도변화 특성을 파악하고자 로 상단 천정부와우측 벽에서 로내 분위기 온도를, 연소로 후단에는 배가스 온도를 측정하기 위해 R-type 의 Thermocouple을 설치하였다.
- 강재의 정확한 온도 이력을 파악하고자 강재 내부중심과 표면에서 중심축 방향으로 1/4 지점에 K-type의 thermocouple을 삽입한 후 세라믹 울 (wool)S. 단열처리를 하여 온도를 측정하였다.
- 2와 같은 구조적 형태를 기본으로 하는 CO2 재순환 산소버너로써, CO2 노즐 내부에。2 노즐이 편심으로 설치되었고。2 노즐 내부 연료 노즐을 역시 편심 설치하여 각각의 노즐이 독립적으로 회전함으로써 다양한 화염형상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 복사열 전달량을 증가시킬 수 있게 설계되었다. 본 실험에서는 CO2 공급을 차단하고 Table 1의 세 가지 경우에 대하여 가열실험을 수행하였다. 여기서 버너 A는 21.
- 순산 소 연소 시 대두되는 경제성을 판단하기 위하여 1톤-강재를 1, 200^까지 단순 가열할 경우 공기연소 대비 승온시간을 Fig. 4에 비교하였다. 동일한 시간당 가열량 (연소 부하) 조건에서 공기연소의 경우 1, 200V 승온에 약 80。분이 소요되는 반면 산소연소의 경우는 약 310분이 소요되어 약 61%의 가열 시간 단축 즉, 에너지 소비 절감이 가능함을 보이고 있다.
- 순산 소 연소를 이용한 가열실 온도와 강재 온도 및 배가스 온도 변동 특성 실험을 통해 다음과 같은 결과를 도출하였다.
- 시간당 가열량에 따른 승온특성을 알아보기 위하여 Case I, II 및 Ⅲ에 대하여 가열 경과 시간에 따른 가열실 평균온도, 강재 평균온도 및 배 가스 온도를 Fig. 5에 비교하였다.
- 일반적으로 연소기 용량이 동일한 경우, 시간당 가열량이 크면 연료-산화제의 분사 운동량이 커져서 가열 실내의 가스혼합이 촉진되는 효과를 기대할 수 있으나, 본 실험의 경우에는 시간당 가열량이 커짐에 따라 가열 실내 국부적 온도상승이 가열실 분위기 가스의 흔합 및 강재로의 대류 전열율보다상대적으로 커지는데 기인하는 것으로 판단된다. 아울러 시간당 가열량이 동일한 경우에 연소기에서의 분사 운동량이 가열실 분위기 가스의 혼합 및 강재의 온도 편차에 미치는 영향을 알아보기 위하여 Case n 조건의 동일한 가열량에 대하여 2대의 저부하 연소기를 사용한 경우와 1대의 고 부하 연소기를 사용한 경우에 대하여 Fig. 10에 비교하였다. 즉, 2대의 A 버너를 사용한 경우, 연료 분사유속은 약 15m/sec, 산소 분사유속은 약 27m/sec 이었고, 1대의 B 버너를 사용한 경우 연료 유속은 약 30m/sec이고 산소의 유속은 약 108m/sec 이었다.
- 따라서 최소의 에너지 투입으로 최단 시간에 요구온도까지 승온시키기 위한 최적의 가열패턴을 도출하기 위해서는 강재의 승온특성을일반화 할 수 있는 방법이 요구된다. 이를 위하여 Fig. 5의 승온결과를 총 투입 열량에 따른 승온특성으로 변환하여 비교하였다. 즉, 각 조건에서의 시간당 가열량을 고려하여 가열 경과 시간을 그에 상응하는 누적 가열량으로 변환하고 가 열 실분 위기 및 강재의 평균온도 승온특성을 Fig.
- 5톤까지 장입하여 가열할 수 있도록 설계되었다. 장입된 강재의 크기와 연소기의 화염 길이를 고려하여 가열실 체적 및 연소부하를 결정하였고 로체는 노 벽으로부터 열 손실을 최소화하기 위해 그 내벽에 300mm 두께의 세라믹모듈로 단열 처리를 하였다[6〕.
- 5의 승온결과를 총 투입 열량에 따른 승온특성으로 변환하여 비교하였다. 즉, 각 조건에서의 시간당 가열량을 고려하여 가열 경과 시간을 그에 상응하는 누적 가열량으로 변환하고 가 열 실분 위기 및 강재의 평균온도 승온특성을 Fig. 7에 비교하였다. 여기서 가열실 분위기 평균온도 승온특성은 누적가열량에 비례하여 증가하고 있으나, 강재의 경우는 변태 온도(760℃)까지는 시간당 가열량과는 무관하게 누적 가열량에 따라 승온특성이 일정함을 보이고 있으며 변태온도 이상에서는 시간당 가열량에 비례적으로 승온되고 있다.
대상 데이터
- 본 실험은 Fig. 1과 같이 가열시뮬레이터 본체, 연소기, 연료와 산화제 공급 및 제어장치 그리 고배 가스 측정 장치로 이루어져 있다.
- 실험에 사용된 연료는 충남도시가스를 사용하였고 산소는 액체산소를 기화시켜 각각 비례조절 밸브를 이용하여 공급량을 제어하였다.
- 장입된 강재는 직경 0.5m, 길이 LOm의 원통형 강재(SM45C)를 사용하였고 중량은 L45 톤이다. 강재의 정확한 온도 이력을 파악하고자 강재 내부중심과 표면에서 중심축 방향으로 1/4 지점에 K-type의 thermocouple을 삽입한 후 세라믹 울 (wool)S.
성능/효과
- 1) 동일한 연소 부하 조건에서 산소연소의 경우는 공기연소 대비 약 61%의 가열 시간 단축과 약 37%의 운전비용의 절감이 확인되었다. 따라서 산소연소 가열에 따른 생산성 향상 및 경제성을 확인할 수 있었다.
- 2) 전반적으로 가열실 온도 및 강재온도의 승온율은 시간당 가열량에 비례함을 보였다. 특히 배 가스 온도는 가열 경과 시간에 따라 승온되다가감소된 후 재 승온되는 경향을 보이고 있고 재승온시 온도구배는 시간당 가열량에 비례함을 보였다.
- 3) 순산 소 연소 가열에 있어서도 초기 고 부하-후기 저부하 가열패턴 및 고 운동량 연소기 적용 등을 통해 배 가스 손실의 최소화와 가열실 및 강재 온도의 균일화를 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
- 4) 배 가스 중 CO2 농도는 80-90% 이상 유지하였으며, NOx 및 CO는 각각 최대 40ppm 및 lOppm 미만을 유지하여 개발 산소버너의 연소성능은 매우 우수함을 보였다.
- 시간당 가열량에 비례함을 보였다. 특히 배 가스 온도는 가열 경과 시간에 따라 승온되다가감소된 후 재 승온되는 경향을 보이고 있고 재승온시 온도구배는 시간당 가열량에 비례함을 보였다.
- 동일한 시간당 가열량 (연소 부하) 조건에서 공기연소의 경우 1, 200V 승온에 약 80。분이 소요되는 반면 산소연소의 경우는 약 310분이 소요되어 약 61%의 가열 시간 단축 즉, 에너지 소비 절감이 가능함을 보이고 있다. 한편 산소연소시 소비되는 산소량 (2.5 以m’-fuei)을 고려한 경제성을 비교한 결과 공기연소 대비 약 37%의 운전 비용 (연료비용+산소 비용) 절감이 확인되었다. 가열 시간의 단축은 생산성 향상과 생산량 변동 추종 성 향상 및 강재 표면의 스케일 생성저감을 의미하지만 상대적으로 강재 내부온도의 불균일로 인한 품질저하로 이어질 수 있으므로 강재의 용량 및 형태와 가열실 구조를 고려한 신속 균일가열 패턴의 도줄은 중요하다.
후속연구
- 이러한 결과로부터, 생산성과 관련되어 제한된 총 가열시간올 고려할 때, 변태온도 이하에서는 가급적 시간당 가열량을 크게 하여 승온시간을단축하고 변태온도 이상에서는 가열 실의 최고 허용온도 및 잉여 가열 시간을 고려하여 시간당 가열량을 주기적으로 변동 제어하는 방법을 고려할 필요가 있음을 알 수 있다. 아울러 모든 경우에 있어서 가열실의 승온율은 초기 가열과정을 제외하고는 일정하게 유지하는 반면, 배가스의 온도는 가열 경과 시간에 따라 변동되고 있으며 특히 일정 구간에서는 온도변동이 상대적으로 작다는 결과로부터 시간에 따른 배 가스 온도변동율이 가열 실의 온도변동율보다 클 경우에 배가스 손실을 저감하기 위하여 시간당 가열량을 저하시키는 제어패턴도 고려될 수 있다.
- 이러한 기초적 결과를 바탕으로 향후 실용 급 10 톤/charge용량의 단조로에 확대 적용하여 가열제어기술로서의 실용성을 검증할 계획이다.
- 이상의 결과를 종합하면, 소재의 품질과 생산성 측면에서 강재 가열패턴은 변태온도 이하에서는 가급적 시간당 가열량을 크게 하여 승온시간을단축하고 변태온도 이상에서는 가열 실의 최고 허용온도 및 잉여 가열 시간을 고려하여 시간당 가열량을 주기적으로 변동 제어하는 방법을 고려할 필요가 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.