진동에 따른 제철소 용융 슬래그의 수증기 폭발 특성

Vapor Explosion Properties of Molten Slag with Vibration in Steelworks

2017년 11월 3일 23시경, 1,500℃의 용융 슬래그가 굉음과 함께 제철소 공장 밖 도로로 비산되었으며, 비산된 용융 슬래그는 주위 녹지대에 화재를 유발했고, 동반된 충격파는 주위 전기실의 창문을 파괴시키는 결과를 초래하였다. 이것은 고온의 용융 (鎔融) 슬래그를 다량 취급하고 냉각을 병행하는 제철 산업의 특성을 반영한 안전사고 중 하나이며, 해마다 반복되는 “수증기 폭발” 현상을 나타낸 것이다. 본 연구의 저자 (2019)는 슬래그 수증기 폭발이, 높은 염분 농도의 냉각수 40℃-55℃ 범위에서만 자발적으로 야기된다고 실험 연구를 통해 이를 증명한 바 있다. 그러나 위 연구에서는 제철소 현장 조업 중 발생하는 진동 값을 고려하지 않은 실험이기에, 진동에 의한 외부 충격 영향 (External Pulse)을 파악하고자 추가적인 실험을 수행하였다. 실험은 제철소 슬래그 (1,300℃-1,500℃)와 이를 냉각하기 위해 현장에서 사용하고 있는 냉각수 (20℃-80℃), 진동의 영향을 확인하기 위해 용융 슬래그 낙하 시, X축 (2.2mm), Y축 (3.79mm), Z축 (3.58mm)의 현장 진동측정값을 수조에 적용하였다. 실험 결과, 진동을 적용할 경우, 자발적 수증기 폭발 범위인 40℃-55℃ 범위보다 ±5℃의 범위가 확대된 35℃-60℃까지 수증기 폭발이 발생됨을 확인하였다. 이는 냉각수 내 염분에 의한 열전달율 향상이 슬래그 주위에 생성된 비등막을 불안정하게 만들어 자발적 수증기 폭발을 유발시키는 것 외에도, 부여된 진동의 힘이 자발적 수증기 폭발 범위 밖의 온도에서도 비등막을 불안정하게 만드는 것으로 확인되었다.