용광로용 내화 벽돌

대부분의 산업용 용광로에서 올바른 내화 벽돌을 선택하는 것은 용광로 작동 온도, 슬래그 및 가스의 화학적 특성, 기계적 부하 및 열 순환에 따라 달라집니다. 고알루미나 벽돌은 고온의 산화성 환경에서, 실리카 벽돌은 실리카가 풍부한 산성 환경에, 마그네시아 및 마그네시아-탄소 벽돌은 기본 슬래그가 풍부한 철강 환경에, 단열 내화 벽돌은 고밀도 라이닝 뒤에 배치하면 에너지를 절약할 수 있습니다. 적절한 재료 선택, 올바른 설치, 건조 제어 및 정기적인 유지보수로 수명 연장 내화 안감 수명을 늘리고 운영 비용을 절감할 수 있습니다.

1. 내화 벽돌이란 무엇이며 왜 중요한가?

내화 벽돌은 화학적 공격, 기계적 침식, 열충격에 견디면서 극도로 높은 온도를 견디도록 설계된 세라믹 벽돌 유닛입니다. In 용광로 내화 라이닝은 열 차단, 운영 효율성, 제품 순도, 주요 가동 중단 간격을 결정합니다. 라이닝을 잘못 선택하거나 설치가 잘못되면 잦은 수리, 예기치 않은 가동 중단, 안전 위험, 연료 소비 증가로 이어집니다. 재료 화학, 다공성 및 설치 품질의 조합은 단기 성능과 총 수명주기 비용을 모두 제어합니다.

2. 화학 물질 분류 및 화학이 성능을 좌우하는 이유

내화물은 종종 주요 화학 산화물에 따라 분류되며, 이는 다시 제품이 산성, 염기성 또는 중성으로 작동하는지 여부를 정의합니다. 이러한 분류는 슬래그와 용광로 대기가 라이닝과 화학적으로 상호 작용하기 때문에 중요합니다:

• 산성 내화물 는 높은 실리카 또는 알루미노-실리케이트 상을 포함합니다. 이들은 산성 슬래그에는 내성이 있지만 염기성 화합물에는 취약합니다.

• 기본 내화물 (마그네시아, 마그네시아-카본)은 산성 성분의 공격을 받으면서도 염기성 슬래그와 칼슘이 풍부한 환경에 저항합니다.

• 중성 내화물 (예: 크로마이트, 지르코니아)는 산성 및 염기성 용융물 모두에 대해 상대적으로 화학적 안정성을 보여줍니다.

예상되는 슬래그, 플럭스 및 용광로 대기와 호환되는 화학 물질을 선택하면 용해, 침투 및 화학 물질 분출을 줄일 수 있습니다.

3. 일반적인 벽돌 유형, 구성 및 일반적인 용광로 용도

다음은 주요 내화 벽돌 제품군과 일반적인 산업적 역할입니다.

내화 점토 벽돌

• 구성: 수화 알루미늄 규산염, 일반적인 Al₂O₃ 함량 ~25-48%, 상당량의 SiO₂ 함유.

• 강점: 비용 효율적이며 적당한 온도와 일반 용광로 구역에 적합합니다.

• 일반적인 용도: 보일러, 저온 용광로 구역, 백업 단열재.

고알루미늄 벽돌

• 구성: Al₂O₃ 함량은 등급별로 일반적으로 48%에서 90% 이상입니다.

• 강점: 높은 내화성, 우수한 기계적 강도, 산화 및 환원 분위기에서 안정적입니다.

• 일반적인 용도: 강철 재가열로, 열처리, 유리 탱크 크라운 및 재생기 라이닝.

실리카 벽돌

• 구성: 매우 높은 SiO₂, 종종 90%를 초과합니다.

• 강점: 실리카가 호환되는 높은 열 안정성, 산성 슬래그에 대한 우수한 내성, 큰 열 팽창은 조심스럽게 다루어야 합니다.

• 일반적인 용도: 코크스 오븐, 유리로 재생기 벽.

마그네시아 벽돌(기본)

• 구성: 마그네시아 또는 소결 마그네시아가 풍부하게 함유되어 있습니다.

• 강점: 기본 슬래그 및 석회에 대한 내성이 뛰어나 제강 용기에 적합합니다.

• 일반적인 용도: 기본 산소로, 변환기, 시멘트 가마의 라이닝.

실리콘 카바이드(SiC) 브릭 및 SiC 결합

• 구성: 탄화규소 함량이 높으며 때로는 탄소 첨가제가 포함되어 있습니다.

• 강점: 높은 열전도율, 마모 및 침식에 대한 내성, 우수한 열충격 저항성.

• 일반적인 용도: 난로, 로터리 가마, 내마모성이 필요한 부위.

탄소 및 탄소 결합 벽돌

• 구성: 바인더의 탄소 함량이 높으며 내화 산화물과 함께 사용되는 경우가 많습니다.

• 강점: 금속 침투 및 열 충격에 대한 저항성이 뛰어나 제강에 사용됩니다.

• 일반적인 용도: 전기 아크 용광로, 래들 덮개, 금속 접촉이 발생하는 구역.

단열 내화 벽돌(IFB)

• 구성: 가볍고 다공성인 알루미노 규산염 바디.

• 강점: 열전도율이 낮아 열 손실을 줄이는 데 사용되며 기계적 강도가 낮습니다.

• 일반적인 용도: 밀도가 높은 벽돌 뒤나 빠른 가열이 필요한 가마에서 단열재를 뒷받침합니다.

4. 성능을 제어하는 중요한 물리적 특성

다음 매개변수를 이해하면 브릭이 서비스에서 어떻게 작동할지 예측하는 데 도움이 됩니다.

• 내화성(최대 온도 안정성): 변형 저항성을 나타내며, 일반적으로 Al₂O₃가 높을수록 내화성이 높아집니다.

• 열 전도성: 값이 낮을수록 단열에 유리하고, 값이 높을수록 열을 분산시키고 국부적인 핫스팟을 줄이는 데 도움이 됩니다. 에너지 효율과 기계적 내구성 사이의 균형이 필요합니다.

• 명백한 다공성: 높은 다공성은 열전도율을 낮추지만 슬래그 침투를 허용할 수 있고, 낮은 다공성은 강도와 내화학성을 높입니다.

• 대량 밀도: 기계적 강도와 관련이 있으며, 벽돌이 무거울수록 마모가 오래 지속되지만 구조적 하중이 증가합니다.

• 냉간 분쇄 강도(CCS): 종료 및 재구축 중 압축 부하 용량을 나타냅니다.

• 열팽창 및 내충격성: 벽돌과 구조물 사이 또는 서로 다른 벽돌 층 사이의 차등 팽창은 균열과 갈라짐으로 이어지는 응력을 발생시킵니다.

• 내화학성: 화학 및 불순물 수준에 따라 달라지는 슬래그에 대한 민감성을 설명합니다.

5. 용광로 유형 및 운영 체제별 선택 전략

서비스 요구 사항과 소재의 강도를 일치시켜 안감을 선택하세요:

• 유리 용광로: 고온, 부식성 유리가 녹는 경우 크라운에는 고알루미나 벽돌을, 실리카 호환성이 필요한 경우 실리카 또는 특수 벽돌을, 상부 구조물 지지에는 단열 벽돌을 선호합니다.

• 강철 용광로(EAF, 국자): 기본 슬래그 화학 규칙. 마그네시아-탄소 및 마그네시아 벽돌은 침투 및 기계적 마모에 강하고, SiC-탄소 혼합물은 EAF 지붕에 열충격 저항성을 제공합니다.

• 시멘트 가마: 긴 길이, 연마성, 기본 슬래그, 마그네시아 내화물 및 특수 모놀리식 라이닝이 일반적입니다.

• 열처리 및 단조 용광로: 고온 지역용 고알루미나, 빠른 사이클과 연료 사용량 감소가 우선시되는 곳에 사용되는 단열 벽돌.

선택 시에는 수명 주기 비용 모델링(초기 자재 비용, 설치 시간, 열 손실, 유지보수 주기)이 포함되어야 합니다. 다운타임을 줄이거나 프로세스 안정성을 높일 수 있다면 약간 더 비싼 브릭을 선택하세요.

6. 수명을 결정하는 설치 방법 및 작업 기술 요소

소재 선택만으로는 성능을 보장할 수 없습니다. 설치 품질은 라이닝이 예상 수명을 달성할 수 있는지 여부를 결정합니다.

주요 사례

• 표면 준비: 벽돌 접착을 방해하는 느슨한 스케일, 페인트, 기름, 오염 물질을 제거합니다.

• 공동 제어: 가스 누출과 응력 집중을 방지하기 위해 얇고 고른 모르타르 접합부(정밀 라이닝의 경우 일반적으로 1~2mm)를 사용합니다.

• 본딩 재료: 벽돌 유형에 화학적으로 일치하는 모르타르를 사용하세요. 일치하지 않는 모르타르는 약한 층을 만듭니다.

• 배치 패턴: 엇갈린 조인트, 연동 헤더 및 스트레처, 확장 조인트 제공으로 장시간 연속되는 약한 평면을 방지합니다.

• 앵커링: 무거운 라이닝이나 차동 움직임이 예상되는 곳에는 기계식 앵커 또는 강철 앵커가 필요한 경우가 많습니다.

• 허용 오차: 평탄도와 정렬을 유지하세요. 작은 불일치는 국부적인 응력 집중으로 이어집니다.

설치 옵션

• 건식 벽돌 작업: 모르타르로 굳힌 프리폼 벽돌. 정확한 모양과 모듈식 수리에 적합합니다.

• 캐스터블 + 브릭 조합: 캐스터블은 어색한 형상을 채우고 브릭은 마모된 표면을 제공합니다.

• 샷크리트 또는 총격전: 신속한 수리 또는 접근이 어려운 지역에 유용합니다. 필요한 밀도를 달성하려면 적절한 장비와 숙련된 작업자가 필수입니다.

7. 예열, 경화 및 건조 모범 사례

부적절한 건조는 조기 고장의 가장 흔한 원인 중 하나입니다. 모르타르나 몸체 기공에 갇힌 물은 증발하여 폭발적인 파손을 일으킬 수 있습니다.

• 열 램프 제어: 급격한 증기압 상승 없이 수분이 빠져나갈 수 있도록 단계적인 온도 상승을 사용합니다. 업계 참고 자료에서는 라이닝 두께와 재질에 따른 특정 램프 속도를 권장합니다.

• 환기 계획: 초기 예열 중에 증기가 빠져나갈 수 있도록 통풍구와 제어된 개구부를 마련하세요.

• 모니터링: 중요 지점에서 열전대를 사용하여 온도를 기록하세요. 비정상적인 스파이크가 나타나면 램프를 멈추거나 속도를 늦추세요.

• 열 후 안정화: 작동 온도에 도달한 후에는 전체 기계적 또는 열적 부하를 가하기 전에 바인더와 위상이 평형을 이루도록 일정 시간 동안 안정적으로 작동합니다.

8. 일반적인 고장 모드 및 진단 단서

장애 패턴을 이해하면 재발을 방지하는 해결 방법을 선택하는 데 도움이 됩니다.

• 화학적 마모(용해): 화학적 매칭 문제로 작업면의 매끄러운 후퇴, 샘플 및 슬래그 분석을 통해 비호환성을 확인합니다.

• 열 파편화: 갇힌 습기나 급격한 온도 변화로 인해 벗겨지거나 큰 조각이 분리되는 경우, 일반적으로 건조/제어 문제입니다.

• 침식/마모: 기계적 흐름이나 고체가 충돌하는 거칠고 움푹 패인 표면, SiC 또는 밀도가 높은 벽돌은 이에 저항합니다.

• 차동 팽창으로 인한 균열: 서로 다른 재료가 만나는 인터페이스 또는 모서리의 규칙적인 균열 패턴, 확장 조인트 또는 호환 가능한 인접 재료를 포함하도록 설계를 수정합니다.

• 금속 또는 슬래그 침투: 어두운 얼룩, 채널 또는 내부 약화; 낮은 다공성이 필요하거나 탄소 추가가 필요함을 나타냅니다. ssfbs.com+1

9. 비용을 절감하는 유지 관리, 검사 및 수리 전략

계획된 점검과 사소한 정기 수리를 통해 치명적인 장애를 예방할 수 있습니다.

• 검사 일정: 매주 육안 점검, 용광로가 오프라인 상태인 동안 매월 정밀 상태 모니터링, 정기 가동 중단 시 전체 라이닝 조사 등을 실시합니다.

• 매핑을 착용합니다: 고정된 지점에서 두께를 측정하여 마모율과 위치를 추적하고, 추세 분석을 통해 교체 시기를 예측합니다.

• 패치 복구 기술: 작은 구멍에는 캐스터블 또는 사전 제작된 벽돌을 사용하고, 접착 표면이 깨끗하고 수리 부위가 적절히 경화되도록 합니다.

• 예비 인벤토리: 가장 일반적인 벽돌 유형, 앵커 하드웨어 및 모르타르의 재고를 소량으로 유지하여 임시 수리를 신속하게 진행할 수 있도록 하세요.

• 데이터 로깅: 공정 사고와 라이닝 성능 저하를 연관시키고, 운영상의 이상으로 인해 마모가 가속화되는 경우가 많습니다.

10. 안전, 취급 및 환경 고려 사항

내화 재료와 그 설치는 관리가 필요한 직업적 위험을 초래합니다.

• 먼지 위험: 마른 벽돌을 절단, 연마 또는 취급할 때는 실리카 또는 기타 규제 대상 미립자를 포함할 가능성이 있는 호흡기 분진이 발생합니다. 적절한 호흡기 보호 및 먼지 제어 시스템은 필수입니다.

• 열 위험: 뜨거운 장비에서 작업할 때는 허가 시스템, 잠금 절차, 열 보호 장비가 필요합니다.

• 화학 물질 노출: 일부 내화물에는 극한 조건에서 유해한 연기를 발생시킬 수 있는 원소가 포함되어 있으므로 물질안전보건자료(MSDS) 지침을 따르세요.

• 폐기물 처리: 사용한 내화물을 폐기할 때는 현지 환경 규정을 따라야 하며, 일부 재료에 대해서는 재활용 옵션이 있습니다.

11. 비교 표 및 빠른 사양 참조

표 1 일반적인 내화 벽돌의 빠른 비교

(값은 일반적인 범위이며 정확한 수치는 공급업체 데이터시트를 확인하세요.)

표 2. 데이터시트에서 확인할 수 있는 속성 범위

(정확한 값은 브릭 등급과 등급에 따라 다릅니다.)

표 3: 일반적인 설치 체크리스트

(현지 규정 및 엔지니어링 도면에 맞게 조정합니다.)

12. 자주 묻는 질문(FAQ)

1. 전기 아크로 지붕에서 가장 오래 사용할 수 있는 벽돌 유형은 무엇인가요?
마그네시아 카본 벽돌 또는 SiC 강화 벽돌은 아크 퍼니스 지붕에서 열충격 저항성과 내식성 사이에서 최상의 균형을 제공하는 경우가 많습니다. 성능은 작동 주기와 슬래그 화학에 따라 달라집니다.

2. 겉으로 보이는 다공성은 벽돌 수명에 어떤 영향을 미치나요?
다공성이 높을수록 열전도율은 감소하지만 용융 금속이나 슬래그가 침투할 가능성은 높아집니다. 공격적인 용융물과 접촉하는 작업면의 경우 일반적으로 다공성이 낮은 벽돌이 더 오래 지속됩니다.

3. 단열 벽돌이 고밀도 벽돌을 완전히 대체할 수 있나요?
아니요. 단열 벽돌은 열 손실을 줄이지만 기계적 강도와 내마모성이 부족합니다. 일반적으로 단열 벽돌은 조밀한 작업 라이닝 뒤에 백업 레이어로 사용됩니다.

4. 리빌드 후 조기 스폴링의 원인은 무엇인가요?
제어되지 않은 급격한 가열로 인해 안감 내부에 습기나 휘발성 성분이 갇히면 폭발적인 파손으로 이어질 수 있습니다. 불충분한 환기 또는 불충분한 예열이 문제의 원인입니다.

5. 퍼니스 라이닝의 두께는 어느 정도여야 하나요?
두께는 공정 온도, 예상 열유속, 기계적 부하에 따라 달라집니다. 열 모델링과 경험 기반 규범에 따라 필요한 두께가 결정되지만, 일반적인 작업 라이닝은 소형 가마에서 50mm부터 중공업 용광로에서 수백 밀리미터까지 다양합니다.

6. 벽돌 등급이 설치 품질보다 더 중요합니까?
둘 다 중요합니다. 프리미엄 벽돌은 부실한 시공을 극복할 수 없습니다. 설치 오류는 초기 장애의 대부분을 차지하는 경우가 많습니다.

7. 내화성 검사는 얼마나 자주 실시해야 하나요?
매주 육안 점검, 매월 상태 점검, 계획된 정전 시 전수 조사를 실시합니다. 고부하 용광로의 경우 더 자주 모니터링해야 할 수도 있습니다.

8. 설치 시 어떤 개인 보호 장비가 필수인가요?
실리카 등급, 눈 보호, 장갑, 청력 보호용 방진 마스크. 고온 작업의 경우 열 보호 복과 고온 작업 허가가 필요합니다.

9. 친환경 내화 옵션이 있나요?
사용한 벽돌을 저급 용도로 재활용하고 저에너지 제조 공정을 선택하면 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 점점 더 많은 공급업체가 수명 주기 데이터를 공개하고 옵션을 조기에 평가합니다.

10. 언제 브릭 대신 모놀리식 캐스터블을 선택해야 하나요?
캐스터블은 복잡한 형상, 빠른 수리 또는 조인트를 최소화하여 성능을 향상시킬 수 있는 경우에 적합합니다. 치수 정확도, 모듈식 교체 또는 더 높은 기계적 강도가 필요한 경우에는 여전히 벽돌이 선호됩니다.

13. 실용적인 선택 체크리스트

1. 최대 작동 온도 및 과도 피크를 정의합니다.

2. 슬래그 및 대기 화학을 샘플링하고 분석합니다.

3. 슬래그와 호환되는 화학 제품군을 선택합니다.

4. 작업면과 백업 단열재 레이어링을 결정합니다.

5. 다공성, 밀도 및 CCS 타겟을 지정합니다.

6. 설치 방법, 모르타르 유형 및 환기를 계획합니다.

7. 드라이아웃 및 열전대 모니터링 계획을 만듭니다.

8. 검사 간격과 예비품 재고를 예약하세요.

9. 안전, 먼지 관리 및 MSDS 참조를 문서화하세요.

10. 마모율을 추적하고 운영 변경 사항이 발생하면 자료를 조정하세요.

14. 최종 권장 사항

1. 시스템 접근 방식 사용: 자재 선택, 설치 품질, 운영이 수명과 비용을 통제하는 삼위일체를 이룹니다.

2. 기본 슬래그에 노출되는 고강도 구역에는 마그네시아 또는 마그네시아-탄소 벽돌을, 산화성 고온 구역에는 고알루미나 벽돌을, 실리카 호환성이 존재하는 곳에는 신중하게 제어된 실리카 벽돌을 설치하면 우수한 내화학성을 제공합니다.

3. 설치자 교육에 투자하고 엄격한 건조 프로토콜을 시행하세요. 대부분의 초기 실패는 재료의 본질적인 결함보다는 제작 과정과 관련이 있습니다.

4. 데이터 보관: 마모를 측정하고, 인시던트를 기록하고, 트렌드 분석을 통해 후속 재구축 시 더 스마트한 소재 선택을 할 수 있습니다.