연료와 연소
연료의 종류
연료는 그 상태에 따라 고체, 액체, 기체 연료 등이 있으나, 압연 공장에서 사용되고 있는 연료는 대부분 액체와 기체이다.
압연재료의 열간 가공을 위한 가열이나 열처리 등에 사용디고 있는 연료는 유류, 고로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스 및 이러한 연료의 혼합물 등이 있따. 특수한 경우 전열도 사용된다.
1)연료유
연료유로는 주로 증유가 쓰이는데 ,증유에는 A,B,C 증유가 있다. 가열용으로는 주로 B 또는 C 증유가 쓰이고 있다. 이것은 저장, 운반, 연소 조절이 쉽고 고온을 얻기 쉬우며, 발열량은 10,000kcal/kg 정도로 탄화수소가 주성분이다.
2)가스
(1)고로가스(BFG)는 제철용 고로에서 나온 가스 청정한 것으로 연소 주성분은 CO이며, 발열량은 800kcal/Nm3 정도이다.
(2)코크스로 가스는 코크스로에서 나온 석탄가스로서 수소, 메탄, CO가 연소성분이고 ,발열량은 4500kcal/Nm3 정도이다.
(3)천연가스는 탄화수소를 주성분으로 하며, 발열량은 9000~10000kcal/Nm3 정도이다.
3.1.2 연소 ( 착화온도 : 불을 붙이지 않고 자연적으로 점화되는 온도)
연료의 연소라 함은 C나 H 등의 구성 원소와 산소와 급격한 화학 반응을 하여 반응열을 발생하는 것을 의미한다.
반응 생성물인 CO2, H2O는 넓은 온도 범위에서 매우 안정한 기체 분자이므로 거의 손실이 없는 비가역적으로 반응이 진행되며 활발한 분자 운동으로 연료 물질의 표면으로부터 속히 날아가서 새로운 반응열이 계속하여 노출되기 때문에 산화 반응이 속히 진행되어 반응열이 집중적으로 나타난다.
연료가 연소를 시작하기 위해서 다음 조건이 필요하다.
(1)산소를 공급할 것
(2)착화 온도 이상을 가열할 것
연료는 어떠한 상테의 것이라도 고체탄소, 가스 상 탄화수소, 수소 및 일산화탄소의 연소로 분류된다. 이러한 것을 소 연료라 한다. 모든 연료는 먼저 소연료 형태로 분해하여 다음과 같은 연소 반응을 일으킨다.
고체탄소 = C + O2 = CO2, C+CO2=2CO
탄화수소 = CmHn = C + Cm'Hn' + Cm"Hn" ...
가열
가열이란 가열할 재료에 열에너지를 전달하는 과정을 의미한다. 따라서 가열된 재료의 원자나 분자는 운동 에너지가 증가하여 온도가 상승한다. 열은 전도, 대류 및 복사에 의하여 전달된다 .그러나 이 세가지 작용이 똑같이 가열에 기여하는 것은 아니며, 가열로 내의 상태, 재료 표면 및 재료의 배치와 이동 등에 따라 달라진다.
가열로의 종류
가열로는 균열로, 가열로, 열처리로 등이 있다. 압연용 재료는 가급적 균일하게 가열되어야 하며, 표면과 내부의 온도차가 적도록 해야한다. 그러나 중량이 큰 압연재는 내, 외부의 온도차가 30~70도 정도 생기는 것이 보통이다.
1)균열로
균열로는 조괴장소 옆에 설치되어 있어 주형에서 유출한 적열 상태의 강괴를 균열로에 유입으로 열효율을 높이고, 강괴 내, 외부의 온도를 균일하게 유지하여 압연하도록 하는 로이다.
2)가열로
가열로는 주형에서 유출하여 냉각된 강괴 또는 빌릿 등을 열간 압연하기 위해서 가열하는 로인데, 배치식(batch type)과 연속식이 있다. 또한 가공 경화한 재료를 연화하기 위하여 비교적 낮은 온도로 가열하는 열처리로 사용하기도 한다.
가열 방법
제품의 산화를 방지하거나 광택을 잃지 않게 하기 위해 노내 분위기를 보호 가스로 바꾸어 가열해야 한다. 가열 속도가 너무 빠르면 재료 내 , 외부의 온도차가 생기고, 온도차는 재료 내의 응력에 영향을 미치며, 재료에 따라서 이러한 응력 때문에 균열을 일으키는 수도 있다. 이것을 가열 균열 또는 클링킹(clinking)이라 한다. 산화 분위기에서 가열을 하게 되면 제품에 따라서 탈탄 현상이 생기는 수가 있으므로 유의해야 한다.
공형 설계
강판 압연에서 두께의 압하 만하고 밀 에지(강판 양측 면)는 절단해서 판의 폭을 조정하면 되지만, 형강은 모양이 복잡하여 압연 후 치수를 교정할 수가 없으므로 공형 압연 과정에서 필요한 치수의 형상을 완성해야 한다. 따라서 재료가 각 패스공형을 통과한 후 재료에 결함이 없도록 공형 설계가 이루어 져야 한다.
1쌍의 롤 사이에 가공된 홈 공간을 공형(grooves, caliber)이라 한다. 공형에는 개방 공형과 폐쇄 공형이 있다.
개방공형(Bloom, Billet, 선재)
개방공형은 1쌍의 롤에 똑같은 공형이 반씩 패어 있고 중심선과 롤 선이 일치되며, 롤과 롤의 경계에는 공형 간극이 있다. 공형 간극선이 롤 축과 평행이 아닌 경우 각도 알파가 60도보다 작을 때도 개방 공형이라 한다. 개방 공형은 압연할 때 재료가 공형 간극으로 흘러나가는 결점이 있어 성형 압연 전의 조압연 단계에서 사용된다.
폐쇠공형(형강)
알파가 60도 이상일때 폐쇄 공형이라한다. 롤의 지름은 크게 되나, 재료의 모서리 성형이 잘되므로 형강의 성형 압연에서 거의 폐쇄공형이 사용되고 있다.
공형의 구성 요건
1.제품의 치수, 형상이 정확하고 표면상태가 좋을것
2.롤에 국부 마멸을 일으키지 않고 롤 수명이 길것
3.압연할 때 재료의 흐름이 균일하고 작업이 쉬운것
4.능률과 실수율이 높을것
5.정해진 롤 강도, 압연 토크 및 롤 스페이스를 만족시킬 것.6
공형 설계의 원칙
상 하부 양 롤에 의하여 재료에 압하를 가하면 폭 증가를 일으킨다.
데드 홀(dead hole)은 공형 두께보다 얇은 재료부를 넣고 높이 방향으로 압하를 주어 두께 방향으로 폭 증가를 일으키도록 하고 ,리브 홀(rib hole)은 공형 두께보다 두꺼운 재료부를 넣어서 두께 방향으로 압하를 주어 높이 방향으로 폭 증가를 일으키도록 한다.