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[김종대의 스틸스토리] 아르셀로미탈, 철강생산 멈추지않고 고장 수리 "OK"

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[김종대의 스틸스토리] 아르셀로미탈, 철강생산 멈추지않고 고장 수리 "OK"

독일 필츠 자동화 시스템 PSS4000 적용
압연공장 가열로 버너 모니터링 최적화

철강제조업체 아르셀로미탈. 사진=로이터이미지 확대보기
철강제조업체 아르셀로미탈. 사진=로이터
아르셀로미탈은 벨기에 겐트의 다운파이프 냉간 압연공장 가열로에서 버너 모니터링을 최적화했다. 이를 위해 필츠의 자동화 시스템인 PSS4000을 적용했다.

벨기에 겐트 공장의 가동 최적화를 위한 자동화 시스템은 효율적 진단과 안전관리를 중점으로 한다. 필츠는 겐트 공장 전 과정을 스마트화하면서 자동화 시스템으로 각 설비의 고장을 바로 찾아내고, 공장 가동을 멈추지 않고도 수리와 유지가 가능하게 했다. 이는 철강 공장 운영기업들이 주목하는 방법이다.
겐트의 냉간압연 공장은 강철코일(스트립 강재 롤)을 정제하기 위해 산세, 냉간압연, 어닐링, 템퍼링, 마감 등 5단계를 거친다. 이 과정에서 필츠의 자동화 시스템이 가동상황을 세밀하게 관리한다.

복잡한 생산 공정


자동화 시스템의 효과를 이해하기 위해서는 복잡한 공정을 알아야 한다. 공정 과정은 다음과 같다.

겐트 공장의 시작은 압연공정이다. 압연공정은 열을 가해 강판을 규격에 맞게 눌러 펴는 곳이다. 이 과정에서 금속 표면의 스케일 등을 산용액으로 제거하는 산세작업을 한다.

다음 단계는 냉간 압연공정이다. 여기서는 산세 처리된 열간 압연 강판을 냉각하고 압력과 장력으로 두께를 줄인 냉간 성형 강판을 열처리공정으로 보낸다. 이곳은 스마트 자동화 시스템을 적용하는 데 중요하다. 두 개의 벨 어닐링 영역, 즉 폐쇄된 어닐링 챔버에서 강철 스트립이 잠시 머무르는 벨 어닐링과 강철 코일이 빠르게 통과하는 연속 어닐링에서 강철 스트립을 정제한다.

다음은 벨 어닐링 영역을 나온 강철 코일을 템퍼링하여 강판의 기계적 표면 특성을 개선한다. 그리고 마지막 단계인 스트립 강판 롤을 포장하여 고객에게 발송하는 것이다.

아르셀로미탈의 냉간압연 유지 보수팀은 연속 어닐링 플랜트에서 PLC(Programmable Logic Controller)와 버너 설정을 관리한다. 이 팀의 목표는 가열로를 지속적으로 최적화하여 생산을 멈추지 않게 하는 것이다.

그러나 프로세스에서는 가끔 공장 가동을 멈춰야 하는 오작동이 발생한다. 예를 들어 메인 버너에 불을 붙이는 과정에서 시동 버너가 자주 꺼지는 경우이다. 벨기에 철강 공장은 이 단계를 최적화하기 위해 노력했다.

개선과정을 구체적으로 보자. 공정이 시작될 때 가열로는 최대 1,200°C까지 가열된다. 총 50개의 메인 버너가 화력을 내뿜는다. 이때 30개의 시동 버너에서 연료를 공급한다. 만약 이 버너가 정지하면 용광로 온도는 760°C 이하로 떨어지므로 메인 버너는 항상 가열로를 재가동할 수 있게 유지해야 한다.

이런 공정 과정은 표준에 따라야 한다. DIN EN 746에 의무 사항이 규정되어 있다.

고장 진단이 과제


과거에는 시동 버너가 모듈을 통해 제어되고, 화염 모니터링이 UV(Ultraviolet)셀을 통해 이루어졌다. 이 때문에 UV 셀 하나에 결함이 생기면 플랜트 전체를 멈추고 처음부터 다시 시작해야만 했다.

재가동할 경우 미연소 가스를 배출하는 데 최소 40분의 시간이 걸렸다. 또 결함을 보인 UV 셀도 매번 교체해야 했다. 이 교체도 쉬운 일이 아니었다. 어느 UV 램프가 고장 났는지 알 수 없어서 결함을 찾느라 시간이 많이 걸렸다. 이런 상황이 반복되면 가동 중단 시간은 엄청나게 길어지고 생산 비용은 기하급수로 증가했다.

아르셀로미탈의 공장에서는 버너 제어 모듈이 가스와 공기공급, 그리고 UV 감지기에 대한 정보를 PLC에 전달했지만 분석 기회가 제한적이었다. 또한 고장을 찾아내는 시간도 예측할 수 없을 만큼 오래 걸렸다. 대부분의 문제 해결방식이 비효율적이었다.

자동화 시스템 PSS 4000의 해결책


아르셀로미탈 겐트공장은 고장해결 시간을 획기적으로 줄여야 했다. 이 회사 엔지니어들은 먼저 UV 감지기 대신 이온화 방식으로 전환했다. 두 번째 단계에서는 ‘오래된’ 버너 제어 모듈을 교체했다. 대체품은 필츠의 자동화 및 안전 자동화 시스템인 PSS 4000을 사용했다. PSS시스템은 제어 기능을 분산하면서도 일관성을 유지할 수 있게 했다.

벨기에의 겐트 철강공장은 이전부터 독일 필츠와 상호 협력관계를 맺어왔다. 다른 공장에서도 이미 필츠 안전 솔루션을 설치한 적이 있었다. 따라서 이번에 설비를 전환한 구성품의 품질과 서비스 지원 사항은 만족스러웠다고 엔지니어들은 전한다.

원스톱 역량의 장점


필츠가 냉간 압연기 전환과 관련된 전체적인 절차를 지휘한 것은 성공적이었다. 이 전환 과정은 전 세계에서 유사한 공정을 갖고 있는 철강 기업들이 주목할 만한 사례가 되었다. 필츠는 개선 전환과정을 보고서에 자세히 밝혔다.

보고서에 따르면 필츠는 우선 용광로를 각각 10개의 버너가 있는 5개의 구역으로 나눴다. 3번 구역을 가장 먼저 개조했다. 이 과정의 첫 번째 단계에서는 이전에 사용되었던 모듈 사양을 문서화했다. 그 다음 필츠는 설계 사양을 자동화 시스템 중 하나인 PSS Universal PLC 컨트롤러로 전송했다.

필츠가 목표로 하는 것은 더 긴 임무 시간과 빠른 속도를 통해 적절한 진단을 할 수 있는 옵션이다. 따라서 버너의 상태를 표시하는 효율적인 시각화 기능을 새로운 전용 제어 캐비닛에 PSS Universal PLC와 함께 설치했다.

버너는 표준에 따라 다양한 단계와 순서를 거쳐 작동할 수 있게 했다. 이 과정에서 특정 조건을 충족해야 하므로 시각화는 작업자가 디스플레이에서 관련된 진행 상태를 한 눈으로 읽을 수 있도록 설계했다.

또한 10개의 버너 모두에 켜진 불꽃을 그래픽으로 표시하고 버너 컨트롤러의 센서 데이터가 디스플레이에 표시되게 했다. 이렇게 하면 값이 너무 낮아지면 과거보다 훨씬 더 빠르게 대응할 수 있다.

마지막으로, 구역 4와 구역 5에는 모두 두 개의 PSS Universal PLC가 있는 추가 제어 캐비닛을 설치했다. 이 캐비닛의 상태는 구역 3의 디스플레이에서도 확인할 수 있다.

버너 소프트웨어 블록이 솔루션 핵심


자동화 시스템 PSS 4000의 소프트웨어를 사용하면 특정 애플리케이션 시나리오(이 경우 버너 애플리케이션)에 맞춘 기능 블록을 구성할 수 있었다.

버너 관리 소프트웨어 패키지를 사용하면 다양한 버너 유형을 간단하고 유연하게 제어할 수 있었다. 또 안전 게이트 접점, E-STOP 및 라이트 커튼과 같은 안전 기능 수행 프로그램을 구현할 수 있었다. 버너 관리를 위해 인증된 기성품 기능 블록을 사용하면 설치와 검증이 간소화되는 것을 확인했다.

자동화 시스템용 소프트웨어에서는 수많은 다른 기능 블록을 사용할 수 있었다. 이 회사 엔지니어는 자동화 시스템의 가장 큰 장점은 고객의 특정 요구 사항을 충족하는 애플리케이션을 구현할 수 있다는 점이라고 설명한다.

아르셀로미탈 벨기에 철강공장은 용광로가 개조된 이후로 거의 중단 없는 가동이 이뤄지고 있다고 전한다. 아르셀로미탈의 엔지니어들은 전환된 가동을 ‘숙면’이라고 한다. ‘숙면’은 결함이 있는 UV 센서를 찾기 위해 밤새워야 했던 경우가 한 두 번이 아니었기 때문에 지어진 이름이다.

이 회사 엔지니어들은 “이제 다 지나간 일이다”라며 “지금은 철강공장 가동이 큰 중단 없이 이뤄지고, 오작동이 발생하면 어디가 결함인지를 즉시 찾을 수 있게 되었다”고 회고한다.

PSS 4000 자동화 시스템은 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소, 그리고 네트워크 장치와 실시간 인터넷 간에 최적합 상태의 상호작용이 이뤄지고 있음을 아르셀로미탈 벨기에 철강공장이 대변한다.

한국에서는 인천공항 건설 당시 수하물 처리 시설에 필츠의 Safety PLC가 채택됐고 GM 대우자동차에서도 신규 프로젝트에 공식 제품으로 사용하고 있다. 현대-기아자동차와 유지보수에도 PSS 4000 등 관련제품이 공급되었다.


김종대 글로벌이코노믹 철강문화원장