고로 내화물의 알칼리 침식 거동 및 슬래그 응고층 두께 예측 모델 개발 = Alkali Corrosion Behavior of Blast Furnace Refractory and Development of Solidified Slag Layer Prediction Model

국문 초록 (Abstract)

고로 수명은 효과적인 노체 냉각 기술과 함께 내화재의 고급화에 의하여 점차 연장되는 추세지만, 내화재 고급화에 따른 비용 상승으로 인해 내화물 침식에 관한 연구는 현재까지도 다양하게 진행되어 왔다. 고로 내부의 내화물은 부위별로 다양한 종류의 내화물이 사용되며, 고로 하부는 마모와 열충격에 강한 SiC 계열의 내화물이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 SiC 계열의 내화물은 산화성 분위기 및 알칼리 가스에 매우 취약하며, 알칼리 침식을 방지하기 위한 방법 중 하나로 slag freezing 조업이 제시 되고 있다. Slag freezing 조업은 수냉식 냉각 장치를 통해 내화물 표면에 국부적인 슬래그 응고층을 형성하여 내화물의 침식을 억제하는 방법이다.
따라서, 본 연구는 slag freezing 조업의 최적화를 위한 기초 연구로써 고로 내화물의 알칼리 침식 거동에 대한 실험을 진행하고, 슬래그 응고층의 알칼리 내침식성에 대한 연구를 진행하였다. 실험 결과 고로 하부에 사용되는 SiC 및 Si3N4내화물은 불활성 분위기에서도 알칼리 가스에 의한 침식이 발생하였으며, 내화물 표면에 슬래그 응고층이 존재할 경우 슬래그 성분인 CaO와 알칼리 성분인 Na2O가 결합하여 알칼리 침식을 방지하는 것을 확인하였다. 또한, 슬래그 응고층의 두께를 예측하기 위하여 응고 실험을 진행하고 슬래그 응고층의 유효 열전도도를 정의하였다. 슬래그 응고층의 유효 열전도도는 성분에 따른 변화는 적지만, 온도에 따른 변화가 큰 슬래그의 열전도도의 특성을 보완하기 위해 제시 한 것으로써, 이러한 유효 열전도도 값을 사용했을 때 슬래그 응고 해석의 신뢰도를 높일 수 있었다. 본 연구를 통해 제시된 슬래그의 유효 열전도도는 1차원 열전달 모델과 2차원 수치해석 모델을 통해 신뢰성을 검토하였다. 각 모델을 통해 계산된 슬래그 응고층 두께는 실험 측정값과 근사하게 나타났으며, 슬래그 응고층의 유효 열전도도에 대한 유효성을 확인하였다.

참고문헌 (Reference)

1. 재료공학의 이동현상개론, Gaskell David R., , 2004