그만큼 강철 제철 산업은 현대 사회기반시설의 초석이며 건설, 운송, 에너지, 제조업 등 모든 분야에 영향을 미칩니다. 세계에서 가장 규모가 크고 중요한 산업 중 하나인 제철 산업은 극한 환경에서 운영되기 위해 기술에 크게 의존합니다. 제철 공정의 모든 단계는 정밀하고 내구성이 뛰어나며 효율적인 방식으로 안전과 성능을 요구합니다. 제련, 주조, 압연 등 고온에서 진행되는 공정은 안전, 제품 품질, 그리고 공정의 연속성을 유지하는 데 도움이 되는 열 모니터링 기술에 의존합니다.
도전 과제
대규모 제철소에서 고온 송풍관, 연소실, 고로 돔에 설치된 열전대의 조기 고장으로 인해 잦은 조업 병목 현상이 발생했습니다. 이 부분들은 제철 공정에서 가장 열적으로 가혹한 환경에 노출되는 곳으로, 1200°C 이상의 고온에 노출되며 온도 변화율 또한 매우 높습니다.
귀금속 열전대(R, S, B형)를 사용했음에도 불구하고 해당 발전소는 다음과 같은 문제를 겪었습니다.
- 유지보수 전 센서 고장률이 높음
- 신뢰할 수 없는 측정은 신뢰할 수 없는 공정 제어로 이어진다
- 긴급 교체로 인한 고로 생산성 저하
기술팀은 열전대가 예상 수명을 견디지 못했다는 점을 지적하며 설계 및 설치 위치에 대한 면밀한 검토가 필요하다고 밝혔습니다.
우리의 해결책
템센스코리아 현장 기반 진단 방식을 도입했습니다. 저희 엔지니어들은 공장을 방문하여 설치 조건, 공정 영역을 조사하고 내화 라이닝 및 장착 어셈블리의 구조 설계를 검토했습니다.
관찰 내용:
그만큼 열전대 또한, 이물질에 너무 깊숙이 설치되어 열 응력으로 인한 침식 영역에 노출되었습니다.
내화재 외부에 노출된 길이가 권장되는 100mm보다 짧아 측정 정확도가 저하되고 센서 보호 기능이 손상되었습니다.
열전대의 전체 길이가 필요 이상으로 길어 기계적 스트레스와 취급상의 문제가 발생했습니다.
재설계 프로세스
템프센스는 특정 용광로 구역에 최적화된 전체 길이와 삽입 길이를 모두 고려하여 열전대 어셈블리를 재설계할 것을 제안했습니다.
| 적용 분야 | 기존 설계 (총계/삽입량) | 재설계됨 (총/삽입) |
| 스토브 돔/연소 구역 | 1600mm / 1370mm | 1420mm / 1220mm |
| 고온 폭발 라인 | 1070mm / 850mm | 975mm / 750mm |
이러한 수정으로 인해 고온 접합부는 열적으로 가장 안정적인 측정 위치에 배치되었으며, 필수적이지 않은 고응력 영역에 대한 노출은 최소화되었습니다.
열전대 유형의 적절한 선택
우리는 높은 정확도의 귀금속 열전대를 계속 사용했지만, 각 공정 사양에 맞춰 정확하게 선택했습니다.
- R형(Pt-Rh 13%) – 산화 환경이 안정적인 연소 구역에 적합
- S형(Pt-Rh 10%) – 더 긴 수명과 뛰어난 공정 호환성에 이상적입니다.
- B형 (Pt-Rh 30% / 6%) – 1500°C 이상의 고온 환경에 이상적입니다.
모든 자재는 템프센스의 NABL 인증 연구소에서 추적성 및 국제 표준에 따라 인증된 1등급 자재입니다.
기계적 보강
장착 시스템과 고정 튜브를 SS310 및 인코넬 600과 같은 합금으로 교체하여 다음과 같은 이점을 확보했습니다.
- 향상된 부식 및 산화 저항성
- 열팽창에 따른 기계적 안정성
- 식물 내화벽돌과의 매끄러운 접합
또한 내화벽에서 떨어진 곳에 충분한 노출을 확보하여 열 반응을 개선하고 측정값 지연을 줄였습니다.
결과
제철소는 센서 설치 후 센서 수명과 측정 신뢰성이 즉시 향상되는 것을 확인했습니다. 재설계된 센서는 여러 가지 운영 및 경제적 이점을 제공했습니다.
정량화 가능한 결과:
- 위치에 따라 열전대의 수명이 2~3배 향상됩니다.
- 예기치 않은 정전이 크게 감소했습니다.
- 고로 조업 제어력 향상으로 공정 정확도가 개선되었습니다.
- 유지보수 빈도 감소로 인력 및 교체 비용 절감
둘째로, 유지보수 담당자들은 예상치 못한 고장에 대응하는 대신 예방적 유지보수를 계획하는 데 더 큰 자신감을 갖게 되었습니다.
결론
제철소 용광로와 같은 고온 환경에서는 값비싼 재료를 사용하는 것이 중요한 것이 아니라, 문제 해결에 접근하는 방식이 중요합니다.
이는 팀 엔지니어링과 프로세스 맞춤형 설계의 강점을 보여주는 상세한 사례입니다. 템프센스의 열전대 재설계는 단순한 제품 업데이트가 아니라, 운영 시간 단축, 측정 정확도 향상, 비용 절감으로 즉시 이어지는 프로세스 개선 접근 방식이었습니다.
템프센스는 현장 기반 정보와 첨단 열 설계의 통합을 통해 고객이 안정적이고 정확하며 오래 지속되는 온도 측정을 구현할 수 있도록 지원했습니다. 이는 균일한 용융 금속 생산과 고로 제어의 핵심 요소입니다.
템프센은 여전히 고온을 견뎌내는 것을 넘어, 고온을 주도하는 스마트한 열 솔루션을 제공합니다.
템프센스 소개
템프센스 인스트루먼트는 철강, 시멘트, 전력, 석유화학, 유리 등 핵심 산업 분야에 온도 센싱 및 케이블 솔루션을 제공하는 기업입니다. 70여 개국에서 사업을 운영하는 템프센스는 고성능 열전대, RTD, 케이블, 히터 및 교정 시스템 개발을 전문으로 합니다.
당사는 단순히 센서를 생산하는 데 그치지 않고, 실제 공정 조건에 맞는 맞춤형 열 측정 솔루션을 설계하여 가동 시간, 정확성 및 운영 안정성을 향상시키는 것을 핵심 철학으로 삼고 있습니다.
