시멘트 공정과 자동제어, 채석에서 출하까지
한눈에 보기
- 공정은 원료 준비·분쇄·소성·마무리 네 덩어리이고, 연료를 가는 계통이 나란히 붙습니다.
- 예열기는 각 단의 압력과 온도를 짝지어 봅니다. 온도만으로는 가스가 제대로 흐르는지 알 수 없습니다.
- 냉각기에서 데워진 공기가 소성로로 돌아가므로 둘을 따로 떼어 판단할 수 없습니다.
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 굳는 성질을 석고로, 조기 강도를 분말도로 조정합니다. 원료가 들어와 제품이 나갈 때까지의 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 | 곱게 갈면서 성분 비율을 맞춘다 |
| ③ 소성 | 예열기·하소로 → 소성로 → 냉각기 | 데우고 구워 클링커를 만든 뒤 식힌다 |
| ④ 마무리 | 시멘트분쇄기 → 사일로 → 출하 | 클링커에 석고를 섞어 갈고 내보낸다 |
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 미리 시켜 둡니다. 사이클론 단 자체는 연료를 태우는 곳이 아닙니다.
컨베이어가 많다는 것이 제어의 성격을 정합니다
시멘트 공장의 감시 화면을 처음 보면 컨베이어와 전동기가 유난히 많습니다. 원료를 캐서 옮기고, 갈아서 옮기고, 구워서 옮기고, 담아서 옮기는 일이 이어지기 때문입니다.
그래서 이 분야의 제어는 「하나씩 켜고 끄는 것」이 아니라 「줄줄이 엮인 것을 순서대로 세우고 다시 기동하는 것」에 가깝습니다. 사이에 받아 둘 곳이 없으면, 앞단이 서면 뒷단은 실어 보낼 것이 없고 뒷단이 서면 앞단은 보낼 곳이 없습니다. 그래서 한 대를 멈출 때 그 앞뒤도 함께 멈춰야 하므로, 화면에도 개별 기동·정지와 별도로 구역 단위로 함께 세우는 조작이 따로 놓입니다.
예열기는 압력과 온도를 짝지어 봅니다
소성로에 원료를 곧바로 넣지 않고 먼저 데웁니다. 이 일을 맡는 것이 예열기입니다. 원통형 분리기(사이클론)를 여러 단으로 쌓아 놓고, 원료는 위에서 아래로 내려가고 소성로에서 나온 뜨거운 가스는 아래에서 위로 올라갑니다. 탑 전체로 보면 두 흐름이 서로 반대 방향이어서, 탑을 오르내리는 사이에 가스의 열이 원료로 옮겨 갑니다. 사이클론 통이 맡는 일은 가스와 원료를 갈라 놓는 것입니다.
감시 화면에서 이 부분은 특징이 뚜렷합니다. 각 단마다 압력과 온도를 나란히 붙여 놓습니다. 두 값이 짝을 이루어야 그 단이 제대로 일하고 있는지 알 수 있기 때문입니다. 온도만 보면 열이 어디까지 올라왔는지는 알아도 가스가 제대로 흐르고 있는지는 모릅니다. 어느 단의 압력이 평소와 다르면 그 자리를 살펴볼 이유가 됩니다. 막힘이 대표적인 원인이지만, 바깥 공기가 새어 들어오거나 송풍기 부하·원료 투입량이 바뀌어도 압력은 달라집니다.
예열기 계통의 압력은 음(-)의 값으로 표시됩니다. 유인송풍기가 뒤에서 빨아들여 가스를 끌고 가기 때문에 계통 안이 대기압보다 낮게 유지됩니다. 음수라는 것 자체는 이상이 아닙니다. 다만 음수이기만 하면 되는 것이 아니라 그 크기가 평소 범위 안에 있어야 합니다.
연소는 산소와 일산화탄소를 함께 봅니다
연료는 소성로와 하소로 두 곳에서 타므로 얼마나 잘 타고 있는가를 봐야 합니다. 이때 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
구워 나온 클링커는 냉각기에서 식힙니다. 그런데 이 냉각기는 단순히 식히기만 하는 곳이 아닙니다. 여기서 데워진 공기를 소성로와 하소로로 되돌려 연소용 공기로 쓰기 때문입니다.
그래서 냉각기 운전을 바꾸면 소성로로 돌아가는 공기의 양과 온도가 함께 바뀌고, 그것이 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.
정지 중에도 돌려야 하는 것이 있습니다
소성로는 거대한 원통이 비스듬히 누워 천천히 도는 설비입니다. 운전을 멈추더라도 완전히 세워 두면 안 되는 구간이 있습니다. 한쪽에 열이 남아 있는 상태로 멈춰 있으면 자체 무게와 열로 통이 휘기 때문입니다.
그래서 정지 중에도 보조 구동으로 일정 시간마다 조금씩 돌려 줍니다. 감시 화면에는 이 상태를 위한 별도의 시간 표시가 있습니다. 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·소성·마무리 네 덩어리로 나뉘고, 연료 분쇄 계통이 나란히 붙습니다. 운반 설비가 많아 제어의 성격이 줄줄이 엮인 것을 순서대로 다루는 쪽으로 정해집니다. 예열기는 압력과 온도를 짝지어 보고, 연소는 산소와 일산화탄소를 함께 보며, 냉각기와 소성로는 공기를 주고받으므로 따로 떼어 판단할 수 없습니다. 정지 중에도 돌려야 하는 구간과 인터록 해제 표시는 이 분야 화면의 특징입니다.