KR100236485B1 - 전기 아아크로를 이용한 후 연소 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 아아크로내에서 후 연소를 수행하기 위한 방법을 제공하려는 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 전기 아아크로내에서 가스흐름을 형성하는 단계와, 일산화탄소를 가스흐름내로 농축시키는 단계와, 그리고 일산화탄소들이 농축되는 가스흐름내로 후 연소 산소를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

전기 아아크로를 이용한 후 연소 방법

제1도는 본 발명에서 사용되는 전기 아아크로의 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 전기 아아크로의 개략적인 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전기 아아크로 2 : 용융금속

3 : 액상금속 4 : 슬래그

5,6 : 랜스 9 : 배기구

10 : 덕트 12 : 가스흐름

13 : 2차 산소 14 : 중앙영역 외부

15 : 중앙영역 16 : 전극

본 발명은 전기 아아크로를 이용한 제강법에 관한 것이며, 특히 전기 아아크로를 이용한 제강에 있어서의 후 연소에 관한 것이다.

철이나 강의 용융 또는 정련은 용융 금속욕을 달성하여 유지하는데 고온이 요구되는 에너지 집약적인 공정이다. 따라서, 제강산업 분야에서는 유용한 에너지를 보다 효율적으로 사용하기 위한 연속적인 시도들이 이루어져 왔다. 이러한 목적으로 제강산업 분야에서 폭넓게 사용되는 한 가지 방법은 후 연소방법이다. 제강용 용융 금속욕에 있어서, 산소는 금속욕내에서 기포를 형성하고 금속욕 밖으로 배출되는 일산화탄소를 형성하도록 탄소와 반응한다. 후 연소는 이산화탄소를 형성하도록 일산화탄소와 반응하기 위해서 제강용기내로 2차 산소를 분사시키는 것이다. 예를 들어 강 스크랩과 연관된 오염입자들의 파손에 의해서 또는 메탄가스나 석탄의 부분적인 산화에 의해서 수소 및/또는 탄화수소가 형성된다. 그리고, 그와 같은 수소 및/또는 탄화수소는 물과 이산화탄소를 형성하도록 후 연소반응에서 2차 산소와 반응한다. 이러한 반응들은 발열반응이며, 이 반응의 결과로서 배출된 에너지는 제강용기에서 열로서 바람직하게 채용된다.

제강에 있어서 후 연소를 개선시키려는 노력들이 최근 수년동안 상당히 많이 이루어져왔다. 마스터슨(Masterson)이 획득한 미합중국 특허 제4,599,107호에는 부표면 공기식 강정련에서 후 연소를 수행하기 위한 방법이 개시되어 있는데, 여기에서 2차 산소는 랜스를 통해서 금속욕 표면 윗쪽의 상부공간내로 분사된다. 금속욕 윗쪽의 랜스 높이 및/또는 분사된 2차 산소의 속도는 후 연소의 효과적인 실행을 달성할수 있도록 조정된다.

다까하시(Takahasi)등이 획득한 미합중국 특허 제5,065,985호에는 철광석의 환원을 위한 개선된 방법이 개시되어 있는데, 여기에서는 후 연소용 산소가 슬래그 층내로 분사된 후 강하게 교반됨으로써 슬래그층 내에서 후 연소가 수행된다. 이바라끼(Ibaraki)등이 Approach To Commercial lronmaking, l&SM, 12, 1990, pp. 30-37에 Development of Smelting Reduction Of lron Ore라는 타이틀로 발표한 바에 따르면, 상기 미합중국 특허와 유사한 후 연소방식이 개시되어 있는데, 여기에서는 산소분자들이 거품투성이의 슬래그와 충돌하여 슬래그내로 운송될 때까지 분무상태를 유지한다. 산소는 거품의 형태인 수소와 일산화탄소를 태운다. 2차 산소분무가 슬래그를 관통하거나 또는 슬래그를 교반시킴으로써 다른 효과가 달성된다.

전기 아아크로는 추후 정련을 위한 강과 같은 금속을 용융시키는데 사용된다. 전기 아아크로는 비교적 짧고 넓은 원통형 밀폐물을 포함하는데, 이 밀폐물은 비교적 넓고 좁은 노상을 갖는다. 노상내에서 금속이 용융된다. 하나 또는 그 이상의 전극들, 일반적으로는 3개의 전극들이 전기 아아크로의 지붕을 관통하여 전기 아아크로의 중앙으로 배열된다. 이러한 전극들에 의해서 금속을 가열하고 용융시키는데 필요한 전기적인 에너지를 제공한다. 전기 아아크로에서 사용된 후 연소에 대해서는 브로츠만(Brotzmann)등이 획득한 유럽특허 제257,450호를 들수 있다. 여기에서는, 일산화탄소의 균등한 연소를 위해서 전기 아아크로 전체에 걸쳐서 산소송풍을 제공하도록 다수의 상부 송풍장치를 통해서 전기 아아크로의 상부지역내로 산소가 분사된다. 크냅(Knapp)등이 획득한 미합중국 특허 제4,986,847호에는 슬래그층내의 용융금속에 인접한 지역에 산소공급용 설비를 구비한 내용이 기재되어 있다.

전기 아아크로의 이용은 스크랩 금속의 재활용도가 증가할수록 증가한다. 그러므로, 전기 아아크로의 작동에서의 개선은 유용하고 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기 아아크로의 작동을 개선시킬 수 있는 후 연소방식을 제공하는데 있다.

상기한 목적과 다른 목적들이 본 발명에 다른 방법에 의해서 달성될 수 있다는 것을 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 명세서를 통해서 쉽게 이해할수 있을 것이다.

전기 아아크로내에서 후 연소를 수행하기 위한 방법은, (A) 상기 전기 아아크로의 중앙영역내에 적어도 하나의 전극이 위치되어 있고 상기 전기 아아크로의 상기 중앙영역의 외부에 배기구가 구비되어 있는 상기 전기 아아크로내에서 금속을 용융시키는 용융단계와, (B) 상기 전기 아아크로내에서 일산화탄소를 발생시키는 단계와, (C) 상기 전기 아아크로내로부터 상기 배기구로 가스 흐름을 형성하고 상기 전기 아아크로내에서 발생된 일산화탄소를 상기 가스흐름내에서 상기 배기구로 이동시키는 단계와, (D) 상기 가스흐름내로 산소를 공급하는 단계와, 그리고 (E) 상기 배기구의 상기 가스흐름 상류내에서 상기 산소를 상기 일산화탄소와 반응시키는 단계를 포함한다.

여기에서 사용된 “중앙영역”이라는 말은 전극들을 포함하고 있는 전기 아아크로의 내부를 나타낸다.

여기에서 사용된 “용융 금속욕”이라는 말은 슬래그가 있거나 또는 없는 액체금속을 포함하는 전기 아아크로내의 함유물을 나타낸다.

일반적으로, 본 발명은 전기 아아크로내에서 인정된다. 왜냐하면, 전극들과 상기 전극들로부터 떨어져서 전기 아아크로의 상부에 구비된 배기구의 상대적인 위치로 인하여 일산화탄소가 전기 아아크로의 중앙영역 또는 영역들에서 농축되는 경향을 갖기 때문이다. 하기에서 설명할 후 연소는, 금속을 균등하게 가열하기 위해서 일산화탄소와 다른 연소가능한 가스들을 전기 아아크로내에서 균등하게 연소시키는 것을 목적으로 한다. 본 출원인은 전기 아아크로내에서 수행되는 후 연소의 특정 실시예를 통해서 바람직한 결과를 발견하였다. 이것은 특정한 위치에서 전기 아아크로내로 후 연소용 산소를 공급함으로써 달성된다. 비록, 이것은 국부적인 열 발생을 초래하지만, 특정위치들이 다량으로 발생된 일산화탄소를 포함하고 있기 때문에, 후 연소는 종래기술에 비해서 보다 효율적으로 수행되고, 보다 높은 수준의 열이 용융 금속욕내로 전달된다. 또한, 2차 산소와 다른 전기 아아크로 함유물과의 반응을 축소하여도 되므로, 후 연소용 산소를 공급하기 위한 설비를 줄일 수 있다는 바람직한 효과를 가져온다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

제1도 내지 제2도를 참조하면, 전기 아아크로(1)는 용융 금속(2)을 함유한다. 금속은 비록 선철, 직접환원 철, 고온 브리케트화된 철, 여러 가지 형태의 고온 금속 및 산화철과 같은 다른 적당한 재료가 사용될수 있지만, 일반적으로는 스크랩 강이다. 적어도 하나의 전극이 중앙영역(15)내에 위치한다. 전극 또는 전극들은 중앙영역에서 전체적으로 또는 부분적으로 위치한다. 도면에 도시된 실시예들에서는 3개의 전극(16)이 구비된다.

전극들에 전기가 인가되면 전극들 및/또는 전극들과 금속사이에 전기 아아크가 형성된다. 그 결과로서 생긴 열은 금속을 용융시키는 기능을 수행한다. 그래서, 전기 아아크로내에 용융 금속욕이 형성된다. 용융 금속욕은 용융금속 또는 액상 금속(3)을 포함하고, 매번 상당한 양의 가스를 포함하고 있을 슬래그(4)를 함유한다. 슬래그는 상당한 양의 가스를 포함하고 있기 때문에 슬래그 거품을 발생시키며, 슬래그 거품은 전기 아아크로의 작동시간중 1/4에 달하는 시간동안 존재한다. 슬래그는 일반적으로 하나 또는 그 이상의 산화칼슘, 이산화 규소, 산화 마그네슘, 산화 알루미늄 및 산화철을 함유한다.

주 산소는 랜스(5)를 통해서 기체상으로 용융 금속욕내로 공급된다.

이러한 주 산소는 공기중의 산소농도를 초과하는 산소농도를 갖는 혼합물이나 공기의 형태로 공급된다. 바람직하게도, 주 산소는 적어도 80 몰%의 산소농도를 갖는 유체로서 용융 금속욕내로 공급된다. 주 산소는 산화철과 같은 고체의 형태로 용융 금속욕에 공급된다. 주 산소는 일산화탄소를 발생시키도록 용융 금속욕내의 탄소와 반응한다. 용융 금속욕내의 탄소는 금속과 연관된 탄소, 용융 금속욕내로 직접 추가되는 탄소 또는 용융 금속욕이나 주 산소 근처에 추가되는 탄소와 같은 하나 또는 그 이상의 공급원으로부터 공급된다. 용융 금속욕내에서 일산화탄소를 발생시키도록 진행되는 탄소와 산소의 반응은 추가의 열을 전기 아아크로에 제공하고, 용융 금속욕의 교반을 제공하며, 전기 아아크로부터 용융 금속욕으로 충분한 열전달을 가능하게 하도록 슬래그를 형성한다.

전기 아아크로(1)의 지붕에 구비된 배기구(9)는 전기 아아크로로부터로 가스를 배출시키도록 기능하는 덕트(10)와 연통한다. 배기구는 전기 아아크로의 중앙영역 외부에 위치한다. 이 부분은 제2도에서 참조부호(14)로 나타내었다. 배기구(9)와 덕트(10)를 통해서 배출된 로 가스의 유동은 전기 아아크로내에서 가스흐름을 형성시킨다. 가스흐름은 스크랩으로부터 배기구로 이동하고, 용융 금속욕이 존재하는 경우에는 용융 금속욕의 상부에서 슬래그로부터 배기구로 이동한다. 즉, 가스흐름은 거품 슬래그내에서 발생한다. 이러한 가스흐름은 도면들에서 참조부호 (12)로 나타내었다.

가스흐름(12)은 전기 아아크로내에서 로 가스들을 구성한다. 하나 또는 그 이상의 연소가능한 가스, 즉 일산화탄소, 수소 및 탄화수소에 추가하여, 로 가스들은 이산화탄소, 수증기, 질소 및/또는 산소를 포함할 것이다.

일산화탄소(스크랩에서 형성되거나 용융 금속욕으로부터 거품의 형태로 배출되거나 또는 여전히 슬래그내에 존재함)는 로의 다른 부분을 따르는 것에 대항하여 가스흐름내로 바람직하게 추출된다. 그러므로, 가스흐름의 유동작용은 일산화탄소, 수소나 탄화수소와 같은 다른 연소가능한 가스를 용융 금속욕으로부터 배기구로 유동하는 가스흐름으로서 가스흐름내로 집중시키는 기능을 수행한다.

2차 또는 후 연소용 산소(13)는 랜스(6)로부터 가스흐름(12)내로 제공된다. 2차 산소는 공기중의 산소농도 이상의 산소농도를 갖는 혼합물이나 공기의 형태로 공급된다.

바람직하게도, 2차 산소는 적어도 80 몰%의 산소농도를 갖는 유체로서 가스흐름내로 제공된다. 2차 산소는 전기 아아크로가 작동하는 시간의 일부시간 동안 또는 전체 작동시간 동안에 제공될 수 있다. 2차 산소는 용융 금속욕 윗쪽의 가스흐름으로서 제공된다. 바람직하게도, 만일 슬래그가 존재하면, 2차 산소는 슬래그내에 제공된다. 2차 산소는 스크랩내에 제공될수도 있다. 바람직하게도, 2차 산소는 가능한한 낮게 제공된다. 즉, 가스흐름내에서의 2차 산소의 잔류시간을 증가시키기 위해서 배기구를 통과하는 2차 산소의 형성점들에 가깝게 제공된다. 이에 의해, 후 연소의 정도가 개선되고, 스크랩 및/또는 용융 금속욕으로의 열전달이 개선된다.

2차 산소는 배기구에 도달하기 전에 2차 산소내에 있는 일산화탄소와 반응한다. 그리하여, 전기 아아크로내에서의 흡열반응에 의해서 이산화탄소가 형성된다. 2차 산소는 가스흐름에 존재할 다른 연소가능한 가스들과 반응한다. 수소나 탄화수소와 같은 다른 연소가능한 가스는 스크랩과 연관된 오염물질들의 파괴 또는 메탄이나 다른 탄화수소의 부분적인 산화와 같은 다른 방식에 의해서 전기 아아크로내에 형성된다. 그 결과로서 생긴 열은 금속을 가열하거나 또는 금속을 용융시키도록 활용될 수 있다. 후 연소반응이 전기 아아크로의 국부적인 영역에서 발생할지라도, 반응물들, 산소, 일산화탄소 및 다른 연소가능한 가스들이 상기 영역에서 집중되기 때문에, 후 연소 반응은 고 효율로 진행하고, 만일 후 연소가 전기 아아크로 전체를 통해서 보다 균등하게 수행되는 경우 보다 양호하게 높은 열이 발생하게 된다. 단지 하나의 작은 후 연소용 랜스만이 본 발명을 수행하는데 필요하기 때문에, 설비비가 줄어든다. 2차 산소는 도면들에 도시된 바와같이 주 산소공 1급용 랜스와 분리된 랜스에 의해서 제공되거나, 또는 이중의 원형 랜스를 통해서 제공된다. 원형 랜스는 분리된 산소회로를 통해서 전기 아아크로내로 주 산소를 또한 제공한다.

다음의 예들은 설명을 위해서 제한된 것이며, 본 발명을 제한되지 않는다. 본 발명은 제1도 및 제2도에 도시된 것과 유사한 60톤 중량의 전기 아아크로내에서 수행된다. 전기 아아크로에는 강 스트립이 장입되고, 장입이 완료된 후에 용융이 시작된다. 후 연소용 산소는 배기구를 통과하는 로 가스흐름내로 공급된다. 즉, 먼저 스크랩 더미내로 제공되고, 다음에는 거품이 형성되는 경우에 슬래그내로 공급된다. 일산화탄소와 다른 연소가능한 가스들은 스크랩의 용융과 연관된 열을 방출하는 로의 가스흐름내에서 연소된다. 비교를 위해서, 후 연소용 산소가 사용되지 않은 것을 제외하고 상기 절차가 반복된다. 본 발명이 수행된 전기 아아크로와 본 발명이 수행되지 않은 전기 아아크로 사이의 전력 소비의 차이는 40Kwh/ton 이다. 이것은 산소의 열전달율 4.75Kwh/NM³후 연소 과정에서 방출하는 열의 81%에 달함)에 대응한다. 이것은 본 발명을 수행함으로써 얻을수 있는 바람직한 결과를 나타낸다.

본 발명은 특히 전기 아아크로에서의 작동에 관련된다. 왜냐하면, 전극 및 전극들이 전기 아아크로의 중앙에 위치 되고, 본 발명에 따른 배기구가 전기 아아크로의 중앙으로부터 벗어나서 위치함으로써, 전기 아아크로내에 가스흐름이 형성되기 때문이다. 비록, 본 발명은 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 통해서 설명되었지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 전기 아아크로의 중앙영역내에 적어도 하나의 전극이 위치되어있고 상기 중앙 영역의 외부에 배기구가 구비되어 있는 상기 전기 아아크로내에서 2차 산소를 주입함으로써 후연소를 수행하기 위한 방법으로서, (A) 전기 아아크로내의 용융 금속과 탄소를 포함하는 용융욕을 형성하는 단계와, (B) 상기 용융 금속으로 주 산소를 제공하여 용융 금속욕내에서 탄소와 주 산소를 반응시켜 노에 열을 제공하고 욕을 교반시키도록 노내에서 일산화탄소를 발생시키는 단계와, (C) 상기 주 산소가 용융 금속에 제공되어 있는 노로부터 배기구까지 노내의 가스 흐름을 형성하고 노내에 발생된 일산화탄소를 상기 가스 흐름내의 배기구를 향해 통과시키는 단계와, (D) 상기 용융 금속위의 가스 흐름으로 2차 산소를 제공하는 단계와, (E) 상기 배기구의 상기 가스 흐름 상부내의 상기 일산화탄소와 상기 2차 산소를 반응시켜 상기 아아크로내의 발열반응으로 이산화탄소를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 있어서, (F) 상기 단계(B)에서, 상기 주 산소를 상기 용융 금속의 상부를 통해서 제공하고, (G) 상기 단계(D)에서, 상기 2차 산소를 상기 가스흐름의 형성점에 가까운 상기 가스흐름에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속이 강으로 이루어져 있는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속이 철로 이루어져 있는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 2차 산소가 80 몰% 이상의 산소 농도를 갖는 유체로서 상기 가스흐름내로 제공되는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 2차 산소가 상기 용융 금속욕 윗쪽의 가스흐름내로 제공되는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 2차 산소가 상기 용융 금속욕의 거품있는 슬래그 부분내에서 상기 가스흐름내로 제공되는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 전기 아아크로는 스크랩을 포함하고 있고, 상기 2차 산소는 상기 스크랩내에서 상기 가스흐름내로 제공되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 배기구에서의 상기 가스흐름의 상류내에서 산소와 수소를 반응시키는 단계를 더 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 배기구에서의 상기 가스흐름의 상류내에서 산소와 탄화수소 가스를 반응시키는 단계를 더 포함하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 주 산소가 기체상으로 상기 용융 금속욕내로 제공되는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 주 산소가 고체의 형태로 상기 용융 금속욕 내로 제공되는 방법.