차세대 기계식 진공기술 번역(영어 원본)Latest generation mechanical vacuum technology for secondary metallurgy Steel producers are striving to increase productivity, reduce operation costs and cut CO2 emissions. This article describes how advanced, third generation mechanical vacuum systems can help users reach these goals, leaving the traditional beaten path of steam-ejector usage. Newly designed mechanical vacuum solutions offer highest
value and reduced cost-ofownership for steel degassers used in secondary metallurgy processes. Why to use mechanical vacuum solutions for steel degassing?
In the production of higher grade steels, secondary steelmaking processes such as vacuum degassing (VD) or vacuum oxygen decarburization (VOD) are utilized to reduce impurity levels. During VD, molten steel is degassed at pressures of less than 1 mbar vacuum to reduce dissolved gases (mainly hydrogen) which increases strength and resistance. During VOD, the carbon content is reduced by oxygen injection onto the liquid steel surface at pressures around 50 – 200 mbar vacuum. Experience from the application of modern mechanical vacuum systems in secondary steelmaking has revealed three major challenges:
– high gas flows,
– short evacuation times,
– high dust load.
Depending on the degasser size and the steel quality (especially for the VD process), the gas flows to be removed may be very high. Suction speeds between 50,000 and 500,000 m³/h are a standard requirement. To reach highest production yield, users try to reduce cycle times as much as possible. Most specifications today require maximum pump-down times of only 4 – 8 minutes. Evaporation from the molten steel surface condenses and generates high amounts of fine metal and metal-oxide powder which may enter the vacuum system. While suitable vacuum systems must be designed to provide enough suction speed for evacuation and degassing, they must also be capable of handling the dust generated during the process.
Traditionally, vacuum solutions installed in VD/VOD processes are comprised of large multi-stage steam-ejector pump systems. The motive steam for these ejectors is produced by steam boilers. Generally, the pumping principle of a steam-ejector is not very energy-efficient. Therefore, it is expensive, in particular if the steam boiler is fuelled by coal, oil or natural gas generating significant amounts of CO2.
Steam-ejectors are a well known technology to steel producers, but this technology creates specific problems which these producers often have become accustomed to living with. Steam-ejectors require regular cleaning to remove dust layers from the jet systems. This causes delays in production. Steam-ejectors produce massive amounts of waste water laden with dust. This water requires treatment. Dust will settle in hot wells and the re-circulated water will never become fully dust free. Pipes and valves exposed to this abrasive particle-laden water tend to wear down over time.
For evaluating the costs of a steamejector system, one must therefore not only look at steam costs and the relatively low capital costs of these systems. Also the investment and operation costs of a water-treatment system must be taken into account. Degasser system downtimes caused by steam-ejector maintenance lead to further costs and lost production. During the last decade, the use of mechanical vacuum pumping systems has found growing acceptance in the market.
First generation systems used combinations of large Roots-blowers, backed up by liquid-ring vacuum pumps (LRP). These solutions did not turn out to be a real challenger for steam-ejectors as use of the LRP resulted in several weaknesses. Their capabilities depend strongly on the availability of cold operation water. As steel plants try to use re-circulated water cooled in cooling towers, the temperature of this water especially in hot climate regions such as India, Latin America and South East Asia is simply too high to ensure a good ultimate vacuum level. To compensate for this, additional stages of Roots pumps are required, making the systems more expensive
and less energy-efficient. Furthermore, power consumption of LRPs is high. At the same time, they also produce particle-laden waste water and tend to build up dust, causing increased downtime due to the requirement of short regular cleaning intervals. Second generation system suppliers promoted dry claw primary pumps.
These solved the cooling water issues and provided a stable and high ultimate vacuum level. Nevertheless, claw pumps did not show enough robustness to withstand the dust challenge. Even if regularly cleaned by “air flushing”, these pumps often got blocked by dust and required regular dismantling and service.
Today’s modern third generation mechanical vacuum systems show the desired reliability and capabilities as required by the steel industry. While vacuum system combinations comprised of Roots pumps (vacuum boosters) and dry pumps are still used, both pump types have been clearly enhanced over the last decade. As primary pumps,
dry compressing screw-type vacuum pumps are chosen, which now also offer excellent dust handling capability. Both Roots pumps and screw pumps have been optimized with a view to enhanced operating robustness and reduced dimensions, noise generation and power consumption. These modern mechanical vacuum pumps offer highest reliability and can easily supplant traditional steam-ejectors. Such mechanical vacuum pumps are standard products that are mass produced, which ensures fast worldwide availability. |
차세대 기계식 진공기술 번역(한국어 번역본)2차 야금을 위한 차세대 기계식 진공 기술 철강 제조업체들은 생산성을 증대시키고, 운용비를 절감하며, CO2 배출량을 감소시키기 위해 노력하고 있다. 본 글은 스팀 이젝터를 사용하는 전통적인 방식에서 벗어나 최신 3세대 기계식 진공시스템이 사용자가 이러한 목표를 달성하는데 얼마나 도움이 될 수 있는지를 설명한다. 새롭게 설계된 기계식 진공 솔루션은 최상의 가치를 제공하고, 2차 야금 공정에 사용되는 강철 가스제거기의 소유 비용을 절감시켜 준다. 왜 강철 탈가스에 기계식 진공 솔루션을 이용해야 하는가? 높은 등급의 강재를 생산할 시에는 진공 탈가스(VD)나 진공 산소 탈탄(VOD) 같은 2차 제강 공정을 이용해 불순물의 수준을 감소시킨다. VD를 실시하는 동안에는 1 mbar 진공 이하의 압력으로 용강에서 가스를 제거하고 유중 가스 (주로 수소)를 감소시켜 강도와 저항성을 증대시킨다. VOD의 경우에는 약 50-200 mbar 진공 압력으로 액체강 표면에 산소를 주입해 탄소 함량을 감소시킨다.
2차 제강에 최신 기계식 진공시스템을 사용한 경험에서 세 가지 주요 과제가 드러났다.
– 높은 가스 유량
– 짧은 배기 시간
– 높은 분진 부하
가스제거기의 크기와 강철의 품질 (특히, VD 공정의 경우)에 따라 제거해야 하는 가스 유량은 매우 높아질 수 있다. 표준 흡입 속도 요건은 50,000-500,000 m3/h 이다. 사용자는 주기 시간을 최대한 감소시켜 생산 수율을 높이고자 한다. 오늘날 대부분의 규격은 불과 4-8분의 최대 펌프 다운 시간을 필요로 한다. 용강 표면에서 증발이 일어나면 진공시스템으로 들어갈 수 있는 미세금속과 금속 산화 분말이 다량으로 응축, 생성된다. 적합한 진공시스템은 반드시 가스를 제거하고 배기하는데 충분한 흡입 속도를 제공할 수 있도록 설계되어야 하며, 공정이 진행되는 동안 생성된 분진 역시 처리할 수 있어야 한다.
전통적으로 VD/VOD 공정에 설치되는 진공 솔루션들은 대형 다단계 스팀 이젝터 펌프시스템으로 구성되어 있다. 이러한 이젝터의 구동용 스팀은 스팀 보일러에서 생성된다. 일반적으로 스팀 이젝터의 펌핑 원리는 에너지 효율적이지 못하다. 그러므로 특히, 석탄이나 오일, 천연가스를 연료로 하는 스팀 보일러의 경우에는 비용이 많이 들고 상당한 양의 CO2가 발생한다.
스팀 이젝터는 철강 제조업체들에게 잘 알려져 있는 기술이지만 이 기술에는 이러한 제조업체들이 대개 감수하는데 익숙해져 버린 특정한 문제들이 있다. 증기 이젝터는 제트시스템의 분진층을 제거하기 위해 정기적으로 청소를 해야 한다. 이로 인해 생산이 지연되게 된다. 증기 이젝터는 분진이 잔뜩 포함된 대량의 폐수를 발생시킨다. 이러한 폐수는 처리를 해야 한다. 분진이 온수 탱크에 가라앉을 것이고 재순환된 물에서는 분진이 완전히 제거되지 않을 것이다. 이러한 연마 입자들이 가득한 물에 노출되는 파이프와 밸브는 시간이 지나면 마모된다.
그러므로 스팀 이젝터 시스템의 비용을 평가할 시에는 반드시 스팀 비용만이 아니라 이러한 시스템의 비교적 낮은 자본비도 살펴보아야 한다. 물 처리시스템의 운용비와 투자비 역시 반드시 고려해야 한다. 스팀 이젝터의 유지보수로 인해 발생하는 탈가스 시스템의 중단 시간은 비용 추가의 원인이 되며 생산성을 저하시킨다.
지난 10년 간, 기계식 진공 펌프 시스템은 시장에서 사용 허용 범위가 점점 확대되고 있는 것으로 나타났다.
대형 루츠 블로워 조합을 이용한 1세대 시스템은 액체 링 진공 펌프(LRP)의 도움을 받았다. LRP의 사용에는 몇 가지 취약점이 있기 때문에 이러한 솔루션은 스팀 이젝터의 실제 도전자가 되지 못하는 것으로 판명되었다. 이러한 솔루션의 능력은 차가운 작동수의 이용 가능성에 대단히 좌우된다. 제철소들은 냉각 타워에서 냉각되는 재순환된 물을 사용하고자 하기 때문에
특히 인도, 남미, 동남아시아와 같이 기온이 높은 지역에서는 이러한 물의 온도가 극한 진공 수준을 보장하기에 지나치게 높다. 이를 보완하려면 루츠 펌프의 단계들을 추가해야 하므로 시스템의 비용은 더욱 높아지고 에너지 효율성은 저하된다. 더욱이 LRP는 전력 소비량도 높다. 동시에 이는 입자가 가득한 폐수를 발생시키고, 분진이 축적되어 정기적인 청소 간격이 짧기 때문에 중단 시간이 증가하는 원인이 된다.
2세대 시스템 공급업체들은 건식 크로(claw) 1차 펌프를 판촉했다. 이를 통해 냉각수 문제가 해결됐고 안정적이고 높은 수준의 극한 진공이 제공되었다. 그러나 크로 펌프는 분진 문제를 해결할 만큼 충분히 강력하지 못한 것으로 나타났다. “에어 플러싱”을 이용해 정기적으로 청소를 한다고 해도 이러한 펌프들은 대개 분진에 의해 막혔기 때문에 정기적으로 분해하고 수리를 해야 했다.
오늘날의 최신 3세대 기계식 진공시스템은 철강 산업에서 요구하고 바라는 신뢰성과 능력을 보여주고 있다. 진공시스템 조합은 루츠 펌프들 (진공 부스터)로 구성되어 있고 건식 펌프들이 여전히 이용되고 있지만, 이 두 종류의 펌프는 모두 지난 10년 간 눈에 띄게 향상되었다. 1차 펌프로 건식 압축 스크류형 진공 펌프를 선택해 이제 탁월한 분진 처리 능력도 제공된다. 루츠 펌프와 스크류 펌프는 모두 최적화되어 운전 견고성이 강화되고 면적, 소음 발생, 전력 소비량이 감소되었다. 그러므로 최신 기계식 진공 펌프는 최고의 신뢰성을 제공하며, 전통적인 스팀 이젝터를 쉽게 대체할 수 있다. 그러한 기계식 진공 펌프들은 대량 생산된 표준 제품들로 전 세계 각지에서 빠른 속도로 이용 가능해 지고 있다. |
