시멘트 공정과 자동제어, 채석에서 출하까지
한눈에 보기
- 공정
- 원료 준비 → 분쇄·조합 → 소성 → 마무리 네 덩어리이고, 연료를 가는 계통이 나란히 붙는다
- 예열기
- 계측이 들어간 단마다 압력과 온도를 짝지어 본다— 온도만으로는 가스가 제대로 흐르는지 알 수 없다
- 냉각기와 소성로
- 따로 떼어 판단할 수 없다— 냉각기에서 데워진 공기가 소성로와 하소로로 돌아가기 때문이다
시멘트 공장은 돌을 부수고, 갈고, 굽고, 다시 가는 크게 네 가지 일을 이어 붙인 곳입니다. 그 가운데 굽는 공정이 연료의 대부분을 쓰고 클링커의 품질을 정합니다. 마무리 분쇄에서는 굳기 시작하는 때를 석고로, 초기 강도를 분말도로 조정합니다. 석회석을 캐는 데서 시작해 포장·출하로 끝나는 흐름을 따라가며, 자동제어가 어디에 붙고 무엇을 보고 있는지 정리했습니다.
공정은 크게 네 덩어리입니다
| 덩어리 | 지나는 곳 | 하는 일 |
|---|---|---|
| ① 원료 준비 | 채석 → 크러셔 → 원료 저장 | 석회석·점토를 캐서 부수고 쌓아 둔다 |
| ② 분쇄·조합 | 원료분쇄기 → 블렌딩 사일로 | 계량해 배합한 원료를 곱게 갈고, 사일로에서 고르게 섞는다 |
| ③ 소성 | 예열기·하소로 → 소성로 → 냉각기 | 데우고 구워 클링커를 만든 뒤 식힌다 |
| ④ 마무리 | 시멘트분쇄기 → 사일로 → 출하 | 클링커에 석고를 섞어 갈고 내보낸다 — 분말도가 초기 강도를 좌우한다 |
연료 쪽에도 같은 흐름이 하나 더 붙습니다. 석탄을 따로 갈아 미분탄으로 만들어 소성로와 하소로에 넣는 계통인데, 본류와 나란히 놓인 별도의 분쇄 계통이라고 보면 됩니다.
하소로는 예열탑 아래쪽에 붙어 연료를 태우는 곳입니다. 그 열로 원료의 탈탄산을 소성로에 들어가기 전에 대부분 시켜 둡니다. 나머지는 소성로에서 마무리됩니다. 탈탄산은 석회석이 이산화탄소를 내놓고 생석회로 바뀌는 것을 말합니다. 사이클론 단 자체는 연료를 태우는 곳이 아닙니다. 하소로를 지난 원료는 최하단 사이클론에서 가스와 갈라진 뒤 소성로로 들어갑니다.
컨베이어가 많다는 것이 제어의 성격을 정합니다
시멘트 공장의 감시 화면을 처음 보면 컨베이어와 전동기가 유난히 많습니다. 그래서 이 분야의 제어는 설비를 하나씩 켜고 끄는 쪽이 아니라, 줄줄이 엮인 설비를 순서대로 세우고 다시 기동하는 쪽에 가깝습니다. 원료를 캐서 옮기고, 갈아서 옮기고, 구워서 옮기고, 담아서 옮기는 일이 이어지기 때문입니다.
앞단이 서면 뒷단은 실어 보낼 것이 없고, 뒷단이 서면 앞단은 보낼 곳이 없습니다. 사이에 받아 둘 곳이 있으면 이야기가 달라지지만, 없는 구간이 많습니다. 그래서 한 대를 멈출 때 그 앞뒤도 함께 멈춰야 하고, 화면에도 개별 기동·정지와 함께, 구역 단위로 한꺼번에 세우는 조작이 놓입니다.
예열기는 압력과 온도를 짝지어 봅니다
소성로에 원료를 곧바로 넣지 않고 먼저 데웁니다. 이 일을 맡는 것이 예열기입니다. 분리기(사이클론)를 여러 단으로 쌓아 놓은 구조입니다. 탑 전체로 보면 원료는 위에서 아래로 내려가고, 소성로와 하소로에서 나온 뜨거운 가스는 아래에서 위로 올라갑니다.
다만 한 단씩 떼어 보면 원료와 가스가 같은 방향으로 움직입니다. 원료는 단 아래 상승관에 들어가 가스에 실려 함께 올라가고, 열은 대부분 이 함께 올라가는 구간에서 옮겨 갑니다. 사이클론이 맡는 일은 그렇게 섞여 올라온 둘을 다시 갈라 내는 것입니다.
감시 화면에서 예열기는 특징이 뚜렷합니다. 계측이 들어간 단마다 압력과 온도를 나란히 붙여 놓습니다. 두 값을 짝지어 보아야 그 단이 제대로 일하고 있는지 가늠할 수 있습니다. 온도만 보면 열이 어디까지 올라왔는지는 알아도 가스가 제대로 흐르고 있는지는 모릅니다.
어느 단의 압력이 평소와 다르면 그 단을 살펴볼 이유가 됩니다. 막힘이 대표적인 원인이지만, 바깥 공기가 새어 들어오거나 송풍기 부하·원료 투입량이 바뀌어도 압력은 달라집니다.
연소는 산소와 일산화탄소를 함께 봅니다
연료는 소성로와 하소로 두 곳에서 탑니다. 그래서 얼마나 잘 타고 있는지를 봐야 하는데, 산소 하나만 보지 않고 일산화탄소를 함께 봅니다.
| 값 | 말해 주는 것 |
|---|---|
| 산소(O₂) | 연소에 쓰고 남은 산소가 얼마나 되는가 |
| 일산화탄소(CO) | 덜 탄 것이 있는가 |
공기를 많이 넣으면 산소가 남고 일산화탄소는 줄지만, 남는 공기를 데우는 데 연료가 쓰입니다. 적게 넣으면 연료는 아끼지만 덜 타서 일산화탄소가 올라갑니다. 두 값을 함께 놓고 보아야 어느 쪽으로 치우쳐 있는지 알 수 있습니다.
냉각기는 소성로와 한 몸으로 봅니다
냉각기는 단순히 식히기만 하는 곳이 아닙니다. 구워 나온 클링커를 냉각기에서 식히는데, 냉각기에서 데워진 공기를 소성로와 하소로로 되돌려 연소용 공기로 씁니다.
그래서 냉각기 운전을 바꾸면 소성로로 돌아가는 공기의 양과 온도가 함께 바뀌고, 바뀐 공기가 다시 연소 상태를 바꿉니다. 조절하는 손잡이는 각각 있지만, 판단은 나누어 할 수 없습니다. 화면에서 두 구역이 붙어 있거나 한 화면에 함께 그려지는 이유가 여기 있습니다.
마무리 분쇄는 굳는 때와 초기 강도를 정합니다
클링커만 갈아서는 굳기 시작하는 때를 조절할 수 없습니다. 그래서 석고를 섞어 함께 갈아 냅니다. 석고는 그 시점을 늦추는 몫을 맡고, 얼마나 곱게 갈았는지를 뜻하는 분말도는 초기에 강도가 얼마나 빨리 오르는지를 좌우합니다.
곱게 갈수록 초기 강도는 빨리 오르지만 가는 데 드는 전력도 함께 늘어납니다. 그래서 분쇄기 쪽 화면에서는 처리량과 전력을 나란히 봅니다.
정지 중에도 돌려야 하는 것이 있습니다
소성로는 운전을 멈추더라도 완전히 세워 두면 안 되는 때가 있습니다. 거대한 원통이 비스듬히 누워 천천히 도는 설비인데, 한쪽에 열이 남아 있는 상태로 멈춰 있으면 자체 무게와 열로 통이 휩니다.
그래서 정지 중에도 보조 구동으로 일정 시간마다 조금씩 돌려 줍니다. 감시 화면에는 이 보조 구동을 위한 별도의 시간 표시를 두는 것이 보통입니다. 마지막으로 돌린 뒤 얼마나 지났는지를 보여 주는 것인데, 「지금 안 돌고 있다」와 「돌려야 할 때가 지났다」를 구별하기 위한 것입니다.
정리
- 시멘트 공정은 원료 준비 → 분쇄·조합 → 소성 → 마무리 네 덩어리로 나뉘고, 연료 분쇄 계통이 나란히 붙습니다.
- 운반 설비가 많기 때문에, 제어도 줄줄이 엮인 것을 순서대로 다루는 쪽이 됩니다.
- 예열기는 계측이 들어간 단마다 압력과 온도를 짝지어 봅니다. 유인송풍기가 가스를 뽑아 가므로 압력은 대개 음(-)의 값으로 뜹니다.
- 연소는 산소와 일산화탄소를 함께 봅니다. 한 값만으로는 어느 쪽으로 치우쳤는지 알 수 없습니다.
- 냉각기와 소성로는 공기를 주고받으므로 따로 떼어 판단할 수 없습니다.
- 마무리 분쇄에서는 석고가 굳기 시작하는 때를, 분말도가 초기 강도를 좌우합니다. 곱게 갈수록 전력이 늘어 처리량과 함께 봅니다.
- 정지 중에도 돌려야 하는 때가 있다는 것과 인터록 해제 표시는 이 분야 화면의 특징입니다.