로타리킬른(회전식 튜브 전기로)의 구조적 열전달 모델

— 동일 체류시간 조건에서의 설계적 차이 —

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1. 열효율은 “출력”이 아니라 “전달 방식”의 문제입니다

열처리 장비의 성능을 단순히 kW로 비교하는 것은 충분하지 않습니다.
같은 60kW 히터라도,

• 열이 얼마나 균일하게 전달되는지

• 내부 저온 구간(cold spot)이 얼마나 빨리 사라지는지

• 추가 체류(유지) 시간이 얼마나 필요한지

는 장비 구조에 따라 달라집니다.

열효율의 본질은

투입 열량이 아니라
열이 제품 전체에 전달되는 방식입니다.

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2. 정지형 튜브 전기로의 열전달 특성

정지형 튜브 전기로에서는 분말이 거의 움직이지 않습니다.

이 구조에서는,

1. 외곽이 먼저 가열됨

2. 내부는 전도(Conduction)에 의존

3. 온도 분포 차이 발생

목표 온도 도달 이후에도
내부 균일 확보를 위해
추가 체류(유지) 시간이 필요합니다.

이는 과열을 위한 시간이 아니라,
온도 편차를 줄이기 위한 안전 여유 시간입니다.

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3. 로타리킬른(회전식 튜브 전기로)의 구조적 열전달

로타리킬른은 분말이 연속적으로 rolling 됩니다.

이 과정에서,

• 저온층이 반복적으로 벽면과 접촉

• 층간 위치 교환 발생

• 내부 전도 의존도 감소

• 온도 편차 축소

가 이루어집니다.

총 열량(Q = m·Cp·ΔT)은 동일합니다.
그러나 전달 방식이 다릅니다.

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4. 동일 체류시간 조건에서의 결정적 차이

체류시간이 같다고 해서
열전달 조건이 같은 것은 아닙니다.

정지형 튜브 전기로에서는
분말이 고정된 상태로 가열됩니다.

반면,

로타리킬른(회전식 튜브 전기로)에서는
동일 시간 동안 분말이 여러 번 뒤집히며
벽과의 접촉이 반복됩니다.

즉,

체류시간은 동일하지만 접촉 횟수는 다릅니다.

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5. 접촉 기회의 수치적 해석

충진율 15% 기준 계산 결과:

동일 체류시간 조건에서

300A는 100A 대비 약 2.7배 더 많은 접촉 기회를 가집니다.

이 값은 단순 이동거리 차이가 아니라
열 교환 횟수 증가를 의미합니다.

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■ 트레이 이송 방식 장비와의 구조 차이

정지형 튜브 전기로 및 모든 트레이 기반 이송 장비는
적재물이 고정된 상태로 가열됩니다.

→ 동일 체류시간 동안 열 접촉은 제한적
→ 내부 균일성은 전도 시간에 의존

즉, 정적 가열 구조입니다.

반면,

로타리킬른(회전식 튜브 전기로)은
동일 체류시간 동안 접촉이 반복 누적됩니다.

→ 열 교환 이벤트 증가
→ 내부 전도 의존 감소
→ 균일 도달 시간 단축

즉, 동적 혼합 기반 열전달 구조입니다.

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■ 설계 결론

접촉 기회 2.7배가
열효율 2.7배를 의미하지는 않습니다.

그러나,

동일 체류시간 조건에서
로타리킬른은 모든 트레이 이송 방식 장비 대비
구조적으로 더 많은 열 교환 기회를 갖는 설계입니다.

이 점이 열전달 안정성과 균일성에서
구조적 우위를 만듭니다.

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6. Rolling 영역 유지의 설계 의미

회전식 장비에서 중요한 것은 rpm 자체가 아닙니다.

Froude 수(Fr = ω²R/g)가
rolling 영역(Fr ≪ 1)에 유지되어야 합니다.

이 영역에서는,

• 원심 지배 없음

• 안정적 층간 교환

• 혼합 효과 유지

가 가능합니다.

이 조건이 유지될 때
구조적 열전달 이점이 실제 성능으로 이어집니다.

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7. 설계 관점의 최종 정리

정지형 튜브 전기로는
전도 중심 구조입니다.

로타리킬른(회전식 튜브 전기로)은
혼합을 활용해 전도 한계를 보완하는 구조입니다.

체류시간을 늘리는 장비가 아니라,
동일 체류시간 조건에서 접촉 기회를 증가시키는 설계입니다.

열효율은 출력이 아니라
구조에서 결정됩니다.