KR100441041B1 - 전기아크용광로에서충전물을용융시키는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용광로에서, 구체적으로 고철을 용융시켜서 강철을 생산하는 전기 아크 용광로에서, 충전물의 용광로 스페이스내로 산소-함유 가스를 주입함으로써 충전물 및 후-연소 가스에 용용 에너지를 공급하여 충전물을 용융시키는 방법을 제공하는데 있다. 상기 산소-함유 가스는 복수개의 제트 형태로 주입되는데, 각 제트는 약 50 내지 1,200 Sm³/h의 유체 속도와 약 10 내지 150 m/s의 주입기(11과 12) 배출 속도를 갖는다.

Description

전기 아크 용광로에서 배치를 용융시키는 방법

전기 아크 용광로, 특히 강철을 생산하기 위해 고철을 용융시키는 전기 아크용광로에서는 기본적으로 용광로의 흑연 전극을 통해 용융 에너지를 충전물에 공급하여 고철을 용융시키는데, 이때 상기 흑연 전극에는 상기 용광로에 존재하는 고철을 용융시키기에 충분한 양의 에너지를 방출시킬 수 있도록 고압 전류를 통과시킨다.

현재에는 이러한 용광로의 생산성을 향상시키기 위해서 화석 연료 에너지가 보다 많이 사용되고 있다. 그러므로, 바스켓에 충전되거나 또는 랜스(lance)를 통해 주입되는 석탄을 사용하면 화석 연료 에너지를 이용할 수 있다. 그러나, 석탄의 연소가 불완전하기 때문에, 이러한 에너지는 단지 부분적으로만 사용된다. 따라서, 다량의 일산화탄소(CO)가 탄소의 산화에 의해 방출된다. 이러한 일산화탄소는 전기 아크 용광로에 있어 후연소라고 칭하는 공정, 예를 들면 미국 특허 제5,166,950호, 미국 특허 제5,373,530호 및 유럽 특허 A-127,492호에 기재된 공정에 따라 용광로에서 산소에 의해 연소된다.

미국 특허 제5,166,950호(본 출원인 명의로 출원됨)에는, 특히 강철을 생산하기 위해 고철을 용융시키는 전기 아크 용광로에서 충전물에 용융 에너지를 공급하여 상기 충전물을 용융시키고, 충전물 위에 위치한 용광로의 공간 내로 산소 함유가스를 주입하여 연기의 후연소를 수행하는 방법 및 장치가 기재되어 있다. 상기 방법에서는 산소 주입기들을 사용하여 상기 충전물 위에 위치한 용광로의 공간에서 상호 역방향으로 회전하는 가스 유체들을 형성시킨다. 이것의 효과는 산소 함유 산화제 가스와 존재하는 연소성 가스, 예를 들면 충전물에 의해 생성된 일산화탄소 및/또는 수소를 효과적으로 확실히 혼합시켜 용광로에서 이들 가스를 균일하게 후연소시키는 것으로, 여기서 후연소는 용광로의 수직축 부근 및 그 주위에 배치된 수직 전극과 협력하여 상기 충전물을 용융시키는 데 기여한다.

미국 특허 제5,373,530호(및 유럽 특허 A-127,492호)에는, 용광로의 축에 대하여 비방사 방향의 산소 함유 가스 제트를 공급하기 위해서 용광로의 덮개를 관통하도록 설치된 산소 함유 가스 주입기가 기재되어 있다.

또한, 전기 아크 용광로에 있어 후연소 공정은 P. 매튜 및 G. 도프트리지에의한 "전기 아크 용광로에서 효과적인 후연소를 위한 산소 주입"이라는 명칭의 논문에도 공지되어 있고, 이러한 공정에서는 풀(pool) 위로 초음속(일반적으로 300 m/s 이상) 하에 산소를 주입하는데, 이로써 산소가 용융된 금속 풀(슬래그)의 표면에 충돌하여 철이 산화철 (FeO) 형태로 산화되고, 철이 존재하는 이산화탄소 가스에 의해 산화되어 산화철 (FeO) 및 일산화탄소를 생성시킬뿐만 아니라, 탄소가 이산화탄소와 반응하여 일산화탄소를 생성시킨다. 따라서, 이러한 초음속 산소 주입은, 특히 상기 언급한 반응의 결과로서, 다량의 이산화탄소 및 다량의 일산화탄소를 함유한 가스 혼합물을 생성시킨다. 따라서, 상기 공정의 결점은 용광로에서 생성된 일산화탄소를 사용하여 에너지를 발생시키는 가능성을 충분하게 이용하지 못한다는 점이다.

본 발명은 용광로, 특히 전기 아크 용광로에서 충전물에 용융 에너지를 공급하여 상기 충전물을 용융시키는 방법에 관한 것으로, 상기 충전물의 용융 과정 중에는 가스, 특히 1종 이상의 연소성 가스, 구체적으로 일산화탄소가 발생하는데, 이 방법에서는 상기 연소성 가스의 후연소를 수행하기 위해 25 부피% 이상의 산소를 함유한 산화제 가스를 적어도 일정 기간 동안 주입한다.

"25 부피% 이상의 산소를 함유한 산화제 가스"라는 용어는 표준 온도 및 압력 조건 하에서 25 부피% 이상의 산소를 함유한 가스, 특히 바람직하게는 50 부피% 이상의 산소, 보다 바람직하게는, 구체적으로 VSA(Vacuum Switch Adsorption; 진공 스위치 흡착) 유형의 흡착 장치에 의해 또는 막을 사용하는 시스템을 비롯한 공업적으로 순수한 산소를 위한 임의의 다른 발생기에 의해 생성된 산소를 비롯하여 공업적으로 순수한 산소, 즉 88 부피% 이상의 산소를 함유한 산소 농후 가스를 의미한다.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 전기 용광로의 수직 단면의 개략도를 도시한 것이다.

도 2는 도 1에서 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 취한 수평 단면의 개략도를 도시한 것이다.

도 3은 용광로의 산소 주입기의 길이 방향 단면을 보다 크게 확대한 상세도를 도시한 것이다.

도 4는 용광로의 개략적 평면도를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 연소와 종래 기술의 연소를 비교한 개략적 비교도를 도시한 것이다.

도 6은 사용된 주입기의 수를 고려하여 특이적 산소 소비율의 함수로서 특이적 전기 소비율의 곡선을 도시한 것이다.

도 7은 일산화탄소량을 기준으로 하여 조정되는 2 단계 수준 사이에서 산소주입을 예시 설명한 실시태양을 도시한 것이다.

도 1과 도 2에 도시된 전기 아크 용광로는 강철을 생산하기 위해 고철을 용융시키기 위한 것이다. 전기 아크 용광로는 바닥부(2), 소위 슬래그 도어(4)를 구비한 측벽(3) 및 용융된 생성물을 위한 분출구(5) 뿐만 아니라, 수직축 X-X 주위에 균일하게 배치된 3개의 전극(7, 8, 9)을 위한 지지체를 형성하기도 하는 천정부(6)를 포함한다. 상기 천정부는 연기 배출 도관(10)을 포함한다.

용광로(1)는 2개 이상, 전형적으로 3개 이상의 산소 함유 가스 주입기로 각각 이루어진 적어도 2 단계의 연속 주입기(11과 12)를 구비한다. 제1 연속 주입기(11)는 바닥부(2)의 최저점(2')에서 천정부(6)의 최고점(6')에 이르는높이(H)의 약 1/2에 가까운 수준(N₁)에 위치하는 한편, 제2 연속 주입기(12)는 상기 동일 높이(H)의 약 3/4 수준(N₂)에 위치한다. 그러므로, 한쪽 연속 주입기(11)와 나머지 한쪽 연속 주입기(12)는, 최고 천정 높이(H)의 약 1/4 만큼 수직 방향으로 분리되어 있는 2 단계 수평면에 위치한다. 각각의 주입기는 접선 방향의 주요 부재와 구심 방사 방향의 부재를 갖도록 배향되어 있다. N₁= H/2 수준에서 하부 연속 주입기(11)의 배출구는 위에서 보면 반시계 방향으로 모두 배향되어 있어서 반시계 방향으로 회전 순환을 하는 하부 가스 유체를 형성시킨다(도 2). N₂= 3H/4 수준에서 상부 연속 주입기(12)의 배출구는 위에서 보면 시계 방향으로 모두 배향되어 있어서 시계 방향으로 회전 순환을 하는 상부 가스 유체를 형성시킨다.

주입기에는, 공급원(13)(도 2)으로부터 90% 이상의 순도를 갖는 산소가, 각각의 조절 부품(15)이 구비된 각각의 도관(14)을 통해 공급된다.

또한, 용광로는 도관(10)을 통해 방출되는 연기 중의 일산화탄소(CO) 함량을 분석하기 위한 분석기(16)를 갖추고 있는데, 이 분석기는 실제 시간에서 연속적으로 입수하는 측정 값의 함수로서 주입기(11과 12)에 공급되는 공급량을 조절하는 부품(15)을 제어하는 수단을 갖는다.

도 3을 참조하면, 주입기(11)와 주입기(12) 중 어느 하나, 예를 들면 주입기(11)는 용광로의 벽(3) 두께를 관통하여 배치되어 있고, 실질적으로 축(18)의 실린더형 가스 통로를 갖는 헤드부(17)를 포함하는데, 상기 축(18)은 도 1에 표시된 용광로 수직축 X-X에 대하여 방사 방향으로 연장되는 축(19)에 대하여 α각도만큼 기울어져 있다.

상기 헤드부(17)는 일반적으로 실린더형 본체(20)의 말단에 형성되어 있고, 상기 실린더형 본체의 축은 용광로 상에 주입기를 장착할 경우 축(19)과 일치하며, 상기 실린더형 본체는 헤드부를 통과하는 축(18)을 따라 연장하는 가스 통로가 관통하고 있고, 이로써 상기 본체(20)는 도 2에 개략적으로 도시한 지지체 구조물(22)에 의해 통상적으로 지지된 용광로 벽(3)의 외부 표면(21)으로부터 돌출되어 있다.

주입기의 본체(20)는 도면 3에 개략적으로 도시되어 있는 지지체 베어링(23)에서 축(19) 주위를 회전할 수 있도록 장착되어 있다. 용광로의 구체적인 특성에 따라 회전을 조절할 경우, 주입기의 위치는 헤드부(17)와 이 헤드부를 수납하는 벽(3)의 실린더형 개구부(25) 사이에 배치된 내화성 충전 재료(24)에 의해 고정된다. 상기 조절과는 상관 없이, 헤드부의 정면(26)은 실질적으로 벽(3)의 내면(27)과 동일 평면 상태로 존재한다.

또한, 도 3은 냉각수와 같은 냉각 유체를 순환시키기 위한 회로(28)를 나타내고 있다. 이러한 주입기의 다른 특징 및 이점은 유럽 특허 A-127,492호(본 출원인 명의로 출원됨)에 기재되어 있다.

본체(20)의 후단에 제공된 카운터싱크(31)에는 교정된 고정 오리피스(30)을 포함하는 다이아프램(29)이 장착되고, 이 장치에는 공급 도관(14)이 접속되어 있다. 또한, 주입기 배출구의 직경은 고정되어 있고, 오리피스(30)의 직경보다 훨씬 더 크다. 상기 배출구의 직경은 약 3 cm 내지 6 cm이고, 바람직하게는 약 5 cm이다.

또한, 상기 언급한 유럽 특허에서와 같이 도관(14)의 선단은 보호용 귀환 방지 밸브(도시되어 있지 않음)를 구비할 수도 있다.

작업 중에는, 충전 단계/주조 성형 및 용융 단계를 교대로 실시한다. 각각의 단계를 실시하는 동안, 분석기(16)는 연기 중의 일산화탄소 농도를 하부 설정점 값과 비교하고, 이에 따라 주입기로 공급되는 공급량을 조절한다.

작업 전반에 걸쳐, 1개의 주입기 당 산소 유량은 약 50 Sm³/h 내지 1,200 Sm³/h(1 Sm³/h는 표준 온도 및 압력 상태 하에서 1 m³임)으로 유지시키고, 산소 배출 속도는 주입기의 치수와 실질적으로 대기압인 배출 압력을 고려했을 때 약 5 m/s 내지 150 m/s이다. 바람직한 수치 범위는, 예를 들면 1개의 주입기 당 유량이 100 Sm³/h 내지 900 Sm³/h이고, 배출 속도가 15 m/S 내지 125 m/S이다.

1개의 주입기 당 유량이 약 1,200 Sm³/h를 초과하는 경우, 용광로의 벽(3)을 구성하는 내화성 패널의 급속한 붕괴 및/또는 1개 이상의 전극 및/또는 금속 풀의 산화를 초래할 위험이 매우 크다.

그러한 파라미터들을 조합하면, 주어진 특이적 산소 소비율에 대한 특이적 전기 소비율이 매우 낮은 것으로 관찰되었다.

이것은, 도 1 내지 도 3에서 예시 설명한 유형으로서 배출구 직경이 50 mm인 6개의 주입기를 구비한 85 톤 용량의 용광로를 사용하고, 조절 장치(16) 상에 표시되는 1개의 주입기 당 최대 유량을 700 Sm³/h로 하며, 유체가 흐르지 않는 기간 동안 주입기 보호 유량을 약 50 Sm³/h 내지 70 Sm³/h의 소량으로 하여 실시한 시험에 의해 확인된 것이다.

이러한 용광로에서 전기 소비율은, 특이적 산소 소비율이 실질적으로 동일한 상태에서, 산소를 모든 주입기를 통해 공급하는 경우가 산소를 6개 중 4개의 주입기를 통해 공급하는 경우보다 훨씬 더 적은 것으로 밝혀졌다. 이것은 산소 제트의 주입기 배출 속도를 감소시키는 경우 후연소 성능이 향상된다는 것을 입증해 보여준다.

도 4는 용광로에서 가스의 흐름을 개략적으로 나타낸 아크 용광로의 개략적평면도를 도시한 것이다. 용광로(40)는 용광로의 천정을 관통하는 3개의 전극(41, 42 및 43)을 포함하는데, 그 천정을 통해 가스가 배출될 수 있다. 공기는 기본적으로 개구부(44) 또는 슬래그 도어를 통해 유입되고, 기본적으로 "제4 구멍"(51)을 통해 연기와 함께 배출된다. 용융된 금속은 주조 성형용 구멍(51)을 통해 방출된다. 6개의 산소 주입기(45, 46, 47, 48, 49 및 50)는 용광로의 둘레를 따라 실질적으로 모두 동일한 수평면에 균일하게 배치되어 있다. 용광로에서 가스와 연기의 이동은 화살표(52, 53, 54 및 55)에 의해 도시한다.

작업 중, 전극의 호광(arcing)에 의해 가스는 전극 주위로 이동한다. 화살표(53)에 의해 개략적으로 도시한 유체는 중심부(전극)으로부터 출발하여 벽(40)을 향해 이동하고, 이어서 그 벽을 따라 제4 구멍(51)까지 계속 이동한다.또한, 화살표(54)에 의해 개략적으로 도시한 유체는 용광로의 벽을 따라 제4 구멍을 통해 배출된다. 슬래그 도어를 통해 유입되는 공기(55)는 "제4 구멍(51)"을 향해 이동하고, 유체(52)는 전극으로부터 벽쪽을 향해 도어(44) 및 구멍(51)의 방향으로 이동한다.

본 발명에 의하면, 산소 주입기는 연기에 대하여 실질적으로 역류 방향으로 산소를 주입시킬 수 있도록 배치되어 있다. 즉, 주입기(50)는 가스 유체(52)에 대하여 역류 방향으로 배치되고, 주입기(48과 49)는 가스 유체(53)에 대하여 역류방향으로 배치되며, 주입기(46과 47)는 가스 유체(54)에 대하여 역류 방향으로 배치되고, 주입기(45)는 가스 유체(55)에 대하여 역류 방향으로 배치되어 있다.

도 5는 종래 기술(도면의 오른쪽 부분)과 본 발명 기술(도면의 왼쪽 부분)을 비교하여 예시한 것이다. 종래 기술에 의하면, 금속 풀(60) 위의 슬래그(61)의 표면을 향해 있는 산소 랜스(73)는 산소가 용광로(62)에서 가스/연기를 통과하도록 산소를 고속(초음속)으로 주입한다.

이러한 고속 주입에 의해, 산소는 용융된 강철과 접촉하여 하기 반응식 1에 따른 반응을 수행한다.

[반응식 1]

Fe + 1/2 O₂→FeO

이 반응은 철과 산소를 소비하여 슬래그를 형성하기 때문에 불리하다.

또한, 철은 일산화탄소와 산소와의 반응에 의해 생성된 이산화탄소와도 반응을 한다. 이러한 이산화탄소는 하기 반응식 2에 따라 고속 주입된 산소에 의해 금속 풀과 접촉하여 휠씬 더 많은 FeO 슬래그와 약간의 일산화탄소를 발생시킨다.

[반응식 2]

Fe + CO₂→FeO + CO

불행하게도, 형성된 일산화탄소는 산소와 반응을 하지 않는데, 그 이유는 상당량의 산소를 주입하지 않는 한(상기 참조), 산소는 다른 곳에서 소비되고 그 일부는 소실되기 때문이다.

또한, 이산화탄소는 용융된 강철 중의 탄소와 반응하여 탈탄화 반응(이것은 유해한 반응임)을 발생시키고, 자체 연소되지 않는 CO를 발생시킨다.

본 출원인은 상기 언급한 여러 기술적 문제점을 밝히고, 각종 유해한 반응을 분석한 후에 주입기(63)을 통해 저속으로 산소를 주입하여 기체상 연기(64)를 발생시킨 후 이 연기를 상기 금속 풀(60) 위에 잔류시킴으로써 풀의 영역(65)으로 유입되는 CO와 하기 화학 반응식 3에 따라 반응(CO와만 배타적으로 하는 반응)시키는 본 발명을 개발하였다.

[반응식 3]

CO + 1/2 O₂→CO₂

따라서, 풀에 의해 생성된 모든 일산화탄소는 산소와 반응하여 연소되므로, 상당히 최대화된 양의 산소에 의해 CO의 실제(발열) 후연소가 이루어진다.

도 6은 다른 모든 것들을 동일하게 하면서 4개의 주입기를 사용한 경우의 특이적 산소 소비율에 대한 특이적 전기 소비율(kwh/t)(백색원)과, 6개의 주입기를 사용한 경우(검정색 원)를 도시한 것이다. 각각의 원은 1회 주조 성형을 나타낸 것이다. 특이적 전기 소비율은 4개의 주입기를 사용한 경우보다는 6개의 주입기를 사용하는 경우에 크게 향상되는 것이 명백하다.

수 회의 주조 성형을 평균하여 하기 표 1과 같은 결과들을 얻었다.

도 7은 단계적 제어된 산소 주입의 예를 도시한 것이다. 연기 중의 일산화탄소 함량이 4 부피% 이상인 경우에는, 충전물에 대한 용융 시간의 초기 60% 동안 최대 800 Sm³/h의 산소를 용광로 내로 주입시킨다. 일산화탄소 함량이 4 부피% 미만인 경우에는, 100 Sm³/h의 산소 유량을 주입시킨다. 용융 시간의 60% 내지 75% 동안에는 주입 수준을 400 Sm³/h 내지 100 Sm³/h로 하고, 이어서 용융 시간의 75% 내지 100 % 동안에는 주입 수준을 200 Sm³/h 내지 100 Sm³/h로 하여 동일한 방식으로 조절한다. 곡선(100)은 굵은 실선으로 도시한다. 제1 변형예에 의하면, 800 Sm³/h 내지 100 Sm³/h(곡선 102을 따름)의 단계 수준을 유지시킬 수 있다. 또한, 용융 시간의 60% 내지 100% 동안에는 400 Sm³/h 내지 100 Sm³/h(곡선 101을 따름)의 단계 수준을 유지시킬 수도 있다.

물론, 모든 주입기는 동일한 설정점 값, 예를 들어 연기 중의 4 부피%의 CO를 기준으로 하여 조절하거나, 또는 상이한 설정점 값(1개 주입기 당 1개의 값 또는 1 이상의 주입기 군에 대해 동일한 값)을 기준으로 하여 조절할 수 있다.

[실시예]

비교예

하기 실시예는 종래 기술에 따른 작동 장치(이후에는 "버어너 PC"라고 칭함)와 본 발명의 방법에 따른 동일한 작동 장치(이후에는 "본 발명의 PC"라고 칭함)를 비교한 것이다. 이 비교예는 18 kw/h/ton(생산된 금속)의 에너지 절약을 보여주는데, 거의 1 시간 이상 동안 약 100 톤의 주조 성형 시 1,800 kw/h/ton의 에너지가 절약됨을 말해준다. 종래 기술에 따른 장치는 4개의 고속 산소 주입(250 m/s)을 포함하는 반면, 본 발명에 따른 장치는 본 발명에 따른 4개의 저속 산소 주입(110 m/s)을 포함하였다. 하기에 기재한 것 이외의 조건은 실질적으로 양자의 경우 모두동일하게 하였다. 얻은 결과들을 하기 표 2에 기재하였다.

본 발명에 따른 방법의 목적은, 용광로의 내화성 내면의 높은 내구성을 보장하고, 전극을 과도하게 산화시키지 않으면서도, 후연소에 의해 방출되는 에너지와 이에 상응하는 에너지의 금속 풀로의 전이를 모두 최대화시킴으로써 후연소의 에너지 효율을 향상시키는 데 있다. 이러한 목적을 위해서, 본 발명에 따른 방법은, 다른 바람직하지 못한 반응, 특히 철과 산소와의 산화 반응(Fe + 1/2 O₂⇒ FeO) 및 이산화탄소 가스와 철과의 반응(CO₂+ Fe ⇒ FeO + CO)을 비롯한 반응들을 억제시키고, 가능한 일산화탄소와 산소와의 반응을 촉진시켜 이산화탄소를 생성시킨다.

본 발명에 따른 용광로에서 충전물을 용융시키는 방법은, 후연소를 수행하는 동안 산화제 가스를 1종 이상의 산화제 가스 제트의 형태로서 상기 충전물 위로 저속 주입시키고, 각각의 제트는 약 50 Sm³/h 내지 1,200 Sm³/h의 유량과 약 5 m/s 내지 150 m/s, 바람직하게는 50 m/s 내지 125 m/s의 용광로 내로의 주입 속도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서, 용광로는 전기 아크 용광로이고, 본 발명에 따른 방법은 각각의 연소성 가스 제트의 주입 방향이 아크 불꽃에 의해 생성된 주요 가스 유체와 일치하고, 바람직하게는 서로에 대한 역류 방향인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시태양에 따르면, 본 발명의 방법은, 산화제 가스 주입기의 임의의 폐색을 방지 또는 저하시키기 위해, 용광로 내로의 산화제 가스 주입의 보유 유량을 적어도 용광로 내에서 후연소가 전혀 이루어지지 않는 일정 기간 동안 약 5 m/s 내지 20 m/s의 속도로 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시태양에 따르면, 본 발명의 방법은 1종 이상의 산화제 가스 제트를, 용광로의 벽에 대하여 25° 내지 40° 의 각도, 바람직하게는 약 30°각도의 접선 방향으로 주입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시태양에 따르면, 본 발명의 방법은 1종 이상의 산화제 가스 제트를, 수평면에 대하여 약 10°내지 20°의 각도, 바람직하게는 약 15°의 각도로, 용광로의 측벽에서 아래 방향으로 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 산화제 가스는, 바람직하게는 용광로의 측부 표면에 걸쳐 균일하게 배치된 3개 이상의 주입기, 바람직하게는 4개 이상의 주입기를 사용하여 주입하는 것이 좋다. 그러나, 용광로 내에서 필요한 공간을 입수할 수 있는 경우, 가능한 많은 주입기, 예를 들면 6개 또는 심지어 8개의 주입기를 제공하는 것이 바람직하다.

각각의 산화제 가스 제트는 약 80 Sm³/h 내지 850 Sm³/h의 유량과 약 50 m/s 내지 125 m/s, 바람직하게는 약 100 m/s의 주입기 배출 속도를 갖는 것이 바람직하다.

용광로부터 생성된 연기는 연속적으로 분석하고, 산화제 가스 유량은 이러한 분석 결과의 함수로서 조정하는 것이 바람직하다. 이것은 보다 많은 연소성 가스가 존재하는 경우, 이에 상응하게 보다 많은 산소가 주입된다는 것을 의미하는데, 단 산소의 주입은 주입기의 부근 온도를 용광로의 측부 패널(용광로 전체 둘레에 배치된 냉각수 패널)의 열안정성과 상용할 수 있는 값으로 제한할 수 있도록 단계적 방식으로 실시한다. 따라서, 일반적으로 산화제 가스 유량은 주조 성형 동안 다양하게 변할 수 있다.

연기 분석은 연기 중의 일산화탄소 농도(예를 들면, 4 부피%의 CO)를 측정하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 용광로의 수직축에 대하여 접선 방향의 부재를 배출구에 구비하고 있는 복수 군의 주입기를 사용하는 것이 바람직하고, 여기서 연속 군의 주입기는 동일한 수준 또는 상이한 수준에 배치된다.

본 발명의 또다른 대안적인 실시태양에 따르면, 용광로에서 보유 유량은 공기에 의해 생성될 수도 있다.

또한, 산화제 가스를 용광로 내로 주입하기 전에 예열시키는 것이 가능하고, 경우에 따라서는 바람직할 수 있다. 이를 수행하기 위해서는, 바람직하게 25 부피% 이상의 산소를 함유하는 산화제 가스를, 예를 들면 용광로와 간접 열교환에 의해 예열시킬 수 있다. 또한, 용광로로부터 배출되는 연기의 적어도 일부를 산화제 가스와 혼합시킨 후, 이들 양자를 용광로 내로 주입할 수도 있다. 이러한 경우, 산화제 가스(연기와 산화제 가스의 혼합물)는 25 부피% 미만, 심지어 21 부피% 미만의 산소를 함유할 수 있다.

주입기 수에 관해서는, 일반적으로 보다 많은 주입기를 사용하면 할수록 결과가 보다 더 양호해지기 때문에, 6개 이상의 주입기를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 주입기는 모두 용광로의 상반부에 위치하는 것이 바람직하며, 금속의 수준에 대하여 용광로의 상반부에 위치하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명은 이하의 도면과 함께 후술하는 예시적 실시태양을 참조하여 보다 용이하게 이해할 수 있으며, 이에 국한되는 것은 아니다.

Claims (19)

1. 용광로에서 충전물에 용융 에너지를 공급하여 상기 충전물을 용융시키는 방법으로서, 상기 충전물의 용융 과정 동안 가스, 특히 1종 이상의 연소성 가스, 구체적으로 일산화탄소가 생성되고, 상기 연소성 가스, 특히 일산화탄소의 후연소를 수행하기 위해, 25 부피% 이상의 산소를 함유한 산화제 가스를 적어도 일부 기간 동안 주입하는 방법에 있어서, 후연소를 수행하는 기간 동안 상기 산화제 가스를 1종 이상의 산화제 가스 제트의 형태로서 상기 충전물 위로 저속 주입하고, 각각의 제트는 약 50 Sm³/h 내지 1,200 Sm³/h의 유량과 약 5 m/s 내지 150 m/s의 용광로 내로의 주입 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 용광로는 전기 아크 용광로이고, 각각의 연소성 가스 제트의 주입 방향은 아크 불꽃에 의해 발생된 주요 가스 흐름과 일치하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용광로 내로 주입하는 산화제 가스의 보유 유량은, 산화제 가스 주입기의 폐색을 방지 또는 저하시키기 위해, 적어도 용광로 내에서 후연소가 전혀 이루어지지 않는 일부 기간 동안 약 5 m/s 내지 20 m/s의 속도로 제공하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1종 이상의 산화제 가스 제트는, 용광로의 벽에 대하여 25°내지 40°의 각도의 접선 방향으로 주입하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1종 이상의 산화제 가스 제트는, 수평면에 대하여 약 10°내지 20°의 각도로, 용광로의 측벽에서 아래 방향으로 주입하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화제 가스는 용광로 측부 표면에 걸쳐 균일하게 배치된 3개 이상의 주입기에 의해 주입하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 산화제 가스 제트는 약 80 Sm³/h 내지 850 Sm³/h의 유량과 약 50 m/s 내지 125 m/s의 주입기로부터의 가스 배출 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용광로부터 발생한 연기를 연속적으로 분석하고, 이러한 분석 결과의 함수로서 상기 산화제 가스 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 강철을 생산하기 위해 고철을 용융시키는 전기 아크 용광로에서 연기 분석은 연기 중의 일산화탄소 농도를 측정하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용광로(1)의 수직축(X-X)에 대하여 접선 방향인 부재를 배출구에 구비한 복수 군의 주입기를 사용하고, 상기 연속 군의 주입기는 상이한 수준(N₁, N₂)에 배치되며 교번 주위 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 모두 동일한 수준에 배치된 일련의 주입기를 사용하고, 이들 주입기 중 일부는 제1 방향에 위치한 주위 부재와 수평면에 대하여 제1 각도에 위치한 하향 부재를 구비하고 있으며, 나머지 주입기는 반대 방향에 위치한 주위 부재와 제2 각도에 위치한 하향 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산소 함유 가스는 88% 이상의 순도를 지닌 산소인 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화제 가스 유량은 주조 성형 동안 단계적 산소 주입에 의해 가변적인 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용광로 내로 주입하는 산화제 가스의 보유 유량은, 적어도 용광로 내에서 후연소가 전혀 이루어지지 않는 일부 기간 동안 제공하고, 그러한 가스는 공기인 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 6개 이상의 산화제 가스 주입기를 사용하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화제 가스 주입기는 모두 용광로의 상반부에 배치되는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
17. 제16항에 있어서, 산화제 가스 주입기는 모두 금속 수준에 대하여 용광로의 상반부에 배치되는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화제 가스를 용광로 내로 주입하기 전에 예열시키기 위해, 상기 산화제 가스를 상기 용광로에 의해 생산된 연기 중 적어도 일부와 혼합하는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.
19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화제 가스는 용광로 내로 주입하기 전에 예열시키는 것을 특징으로 하는 충전물을 용융시키는 방법.