주물기술/ 용선로에 대한 주물용 코크스(Coke) 폼의 작용
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용선로에 대한 주물용 코크스 폼(Foundry Foam Coke)의 작용

중국대인국제무역(유) 총경리: 김 문 걸
1. 코크스(coke)란
석탄이나 석유에서 생산되는 탄소를 주요 성분으로 하는 고체. 넓은뜻으로는 유기물에 공기를 차단하고 가열(건류)하였을 때 휘발분이 빠진 다음에 남는 탄소질 물질의 총칭이다. 좁은 뜻으로는 석탄의 고온건류에 의해 생성되는 단괴상의 탄소질 물질을 말하고 저온건류에 의한 것은 저온코크스라 하여 구별하는 경우가 많다.
회색을 띤 검정색이며 금속성 광택이 있다. 주요 성분은 고정탄소이고, 회분(灰分)·휘발분이 약간 함유되어 있다. 공업적 규모로 처음 사용한 것은 제철용으로 용광로의 연료였다. 유럽에서는 이미 14세기 무렵에 수차(水車)를 동력으로 목탄을 연료로 하는 용광로가 있었으나, 이는 삼림자원을 고갈시켜 석탄을 그 대체연료로 하는 시도가 각지에서 이루어졌다. 그러나 석탄은 용광로 내에서 연화용융하거나 분화하므로 통기성이 악화되어 안정작업이 곤란하였다.
따라서 영국 A. 데이비부자(父子)는 이러한 것을 개선하기 위하여 미리 코크스화하여 용광로에 넣는 방식을 개발하여 1735년 처음으로 코크스만으로 제철하는 데 성공하였다. 당시의 코크스제조는 들판에 석탄을 쌓아올리고 가루코크스 등으로 덮은 뒤 불을 붙여 굽는 원시적인 방법으로 가스나 타르는 대기 중에 방출되었다. 영국 W. 머독은 제철 레토르트(retort)를 사용하여 석탄가스를 이용하는 방법을 고안하여 1811년 런던에 가로등이 켜지게 되었다. 그 뒤 도시가스제조를 주목적으로 하는 여러 코크스로(爐)가 개발되었으나 타르와 코크스는 가치가 없는 부산물이었다.



이것이 화학공업 원료로서 구실을 하게 된 것은 19세기 말엽부터이다. 코크스는 주물용·용광로용·가스화용 등이 있으며 그 밖에 비철금속정련용·카바이드용·일반용 등이 있다. 용광로내에서 코크스의 역할은 열원·환원가스원·통기유지재(通氣維持材) 등 3가지이다. 열원과 환원가스원은 기체나 액체 연료로 대체되지만 통기성까지 갖춘 연료는 코크스뿐이다. 용광로 제선법(製銑法)이 존속하는 한, 코크스의 수요가 없어지지 않는 것도 이러한 이유 때문이다. 석유에서 얻어진 코크스는 석유코크스라 하여 따로 분류한다.



2. Foundry Form Coke의 개요
주물(주조)에 사용되는 Foundry Form Coke는 두말할 것 없이 일반 상태에서 주조된 코크스보다 용선로의 정련과정의 요구에 더 부합되는 것이다. Foundry Form Coke는 주조자가 바라는 코크스 덩어리 모양으로 균일하여 먼지와 유황 성분이 적으며, 고 열량의 요구에 적합하다.
용선로의 사용 사례를 보면 주조 Foundry Foam coke는 코크스의 소모를 낮출 뿐만 아니라 쇳물의 온도를 제고하고, 용선로 내의 저항력을 낮추며 용선로의 상황이 아주 온전하여 화로에서 꺼낸 쇳물의 온도와 화학성분의 파동을 감소시키고 대량의 질 좋은 주조물을 생산하는데 양호한 생산조건을 마련해 준다. 또한 주조 Foundry Foam Coke의 덩어리가 균일하고 강도가 크며, 파손율이 감소하여 주조형 석탄의 사용률을 높일 뿐만 아니라 용선로의 먼지에 따라 나오는 물질을 감소시키고 저장, 원자재 준비, 원료배합 등 조직과정을 간략하게 만들었다.



(1) 용선로의 용련과정
용선로는 금속용련로 중 하나이다. 윗부분 재료구에서 분출한 제련원료는 연속 용선로에 가입되어 예열, 융해 및 과열 된다. 그 후 쇳물이 용선로의 밑부분에서 흘러나오기 때문에 용선로는 연속으로 용련하여 구조가 간단하고 열효율이 높은 특점을 가지고 있다. 생철은 다수 용선로에 의해 주조해 낸 것이다.

(2) 코크스에 대한 용선로의 요구
용선로 내 코크스는 용선로 밑부분의 Base Coke와 용선로 윗부분에서 금속재련원료와 분층하여 가입된 Layer Coke코크스, 이렇게 두 가지 부분으로 이루어져있다. 코크스는 용선로 내 거의 전부의 열량을 제공 할 뿐만 아니라, 원료기둥을 지지하고 매질을 전도하는 등의 작용을 한다. 코크스가 연소하는 것은 사실Base Coke의 고정탄이 연소하는 것으로써, 코크스의 탄소함량이 높음을 요구한다. 용선로의 생산과정 중에 쇳물온도의 제고가 가장 뚜렷한 단계는Base Coke과열구에서 발생된다. 또한 쇳물의 온도를 제고하기 위하여 코크스의 합리적인 기공율을 요구하여 쇳물의 과열면적을 증가시킨다. 그러나 코크스의 강도와 기공율은 상대적으로 모순된 수치이며 실제로 보면 30%의 기공율이 가장 이상적인 수치이다. 한편, 용선로에 적당한 바람을 넣어주는 것은 용련 과정에 가장 중요한 과정이다. 바람이 너무 세면 용선로 안의 온도를 높이지 못하고 온도가 선명하게 하락한다. 반대로 바람이 너무 적으면 용선로 내의 연소가 불충분하여 온도를 효율적으로 상승시킬 수 없다. 바람의 크고 작음은 용선로 내의 바람저항력에 의하여 결정된다. 하여 용선로 내의 코크스 덩어리를 균일하게 하는 것이 용련과정의 가장 이상적인 목표가 되었다고 할 수 있다. 결론적으로 정리하자면, 이상적인 용선로용 코크스에 대한 요구는 : 고정탄 함량이 높고, 류화함유량이 낮으며 강도가 크고, 기공율이 합리하며 덩어리가 균일한 것이다.

(3) Foundry Form Coke의 생산
주조Foundry Form Coke는 한가지 혹은 여러 가지 성분이 부동한 석탄 본연의 특징에 의해 일정한 비율의 고체유황, 활성제 등의 첨가제를 과학적 배합으로 혼합하고, 그로 인해 그의 발열량, 휘발분, 고체류황율 등 기술수치가 예정된 수치에 도달하고, 분말, 혼합분배 후 모양을 갖추게 하는 등의 성형과정 가공을 거쳐 일정한 기하적 모양과 냉열 강도를 가지고, 양호적인 연소와 친환경적 효과가 있는 고체 공업연료로 완성된다.
주조Foundry Form Coke는 아래와 같은 장점이 있다.
- 냉적기계강도가 충분하도록 구비된다.
- 열온정성을 충족하도록 구비된다.
- 강한 습함을 견디고, 물을 방지하는 기능이 구비된다.
- 동결 방지 성능이 강하다.
- 자연적으로 덩어리화 되는 성능이 강하다
- 에너지 절감 효과가 있다.
- 친환경적이다.

3. 주조Foundry Form Coke의 기술적 수치
Foundry Form Coke는 신형적인 용선로 연로 중 한가지로서, 사용과정 중의 덩어리가 균일하고, 사용율이 높다는 이점을 가지고 있다. 또한 용선로의 용련 과정에 풍량 및 풍압의 파동범위가 작고, 용선로의 정황이 온정하고 쇳물의 온도가 높은 특점을 가지고 있다. 그러나 Foundry Form Coke 원료의 조성, 제작공예와 조직구조가 코크스와 다름으로 인해 사용과정 중 일반적인 코크스와 다른 상황이 발생할 수 있기 때문에 사용자들은 아래와 같은 사항을 참고하여야 한다.



(1) Base Coke높이와 바람강도
Base Coke는 용선로 밑부분부터 Base Coke면 까지 이 부분의 용선로 내 저장된 코크스를 말한다. 또한 Base Coke높이는 용선로 첫 번째 환풍구 중심선부터Base Coke위에 면까지의 높이를 말한다. Foundry Form Coke를 사용하는 것과 일반코크스를 사용하는 높이는 기본적으로 일치한다.
Foundry Form Coke는 덩어리가 균일하기 때문에 용선로의 용련 조건하에 용선로 내 저항력이 감소되고, 바람량이 증가 된다.
용련 과정 중에 쇳물의 온도가 높지 않고 녹는 속도가 가속화되면 바람량이 커지고Base Coke높이가 낮아진다. 이때는 응당 일정하게 바람량을 감소시키거나 연속 코크스를 넣어야 한다. 만약 신속한 조정이 이루어지지 않는다면 바람이 과한 현상이 일어날 수 있다.

(2) 불 붙이기
일반적인 코크스와 비교하여 Foundry Form Coke의 불 붙이기는 정황이 적합하고 연소가 균일하기 때문에 용선로에 넣기 전에 꼭 용선로 및 Base Coke의 높이를 측정해야 한다. Foundry Form Coke는 새로운 용선로 연료로써 사용과정 중에 알맞은 과정을 반드시 필요로 한다.
따라서 고객은 먼저 소량을 사용하고, 이후 점차 대량 사용할 것을 권유하며, 아울러 자신의 작업 조건에서 사용 경험을 토대로하여 불필요한 손해가 일어나지 않도록 주의하여야 한다.

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