KR100471459B1 - 제강용 아크식 전기로 - Google Patents

Abstract

노체 강도를 저하하지 않고, 피용해재의 용해온도까지 균일하게 승온하고 가속하여, 용해 정련시간도 단축하는 아크식 전기로를 제공한다.

아크식 전기로의 노껍질 철피(1)의 노바닥측 하방면(B)에 내화물층(2)을 내부에 설치하고, 또한 그 노껍질 철피(1)의 노벽측 상방면(A)에 냉매 유통로(6)를 내장함과 동시에, 그 노껍질 철피(1)를 관통하는 산소 공급 파이프(10)를 연접하고, 또한 피용해재 방향으로 지향하는 산소가스 분출구(11)를 노 주위 방향으로 다수 천설한 산소가스 분산공급실(9)을 소정의 장소에 병설한 냉매 유통 패널(3)을 내부에 설치한 제강용 아크식 전기로.

Description

제강용 아크식 전기로{ELECTRIC ARC FURNACE FOR STEEL MANUFACTURING}

본 발명은, 전극 간에 발생하는 전기 아크의 열을 이용하여 냉재인 피용해재를 용해하여 정련하는 제강용 아크식 전기로에 관한 것이다.

아크식 전기로에는 간접식 아크로와 직접식 아크로가 있다. 간접식 아크로란, 상방의 전극 상호간에 발생하는 아크의 복사열에 의하여 피용해재를 용해 정련하는 것으로, 스탯사노로나 렌너휄트로와 같은 복사 아크식 전기로가 있다. 직접식 아크로란, 전극과 피용해재와의 사이에서 발생하는 아크의 열에 의하여 피용해재를 용해 정련하는 것으로 전류가 일방의 전극으로부터 강재, 용강, 강재를 거쳐 타방의 전극으로 흘러갈 때에 발생하는 아크의 열에 의하여 용해 정련하는 엘식 전기로와 같은 열식(列式) 아크 전기로, 상방의 전극으로부터 흘러가는 전류가 강재, 용강을 거쳐 하방의 노바닥 전극에 들어가는 지로식 전기로와 같은 노바닥 극식(極式) 아크 전기로가 있다. 이와 같은 아크식 전기로는, 고온(1800∼1900℃)의 열이 얻어지므로 용강의 온도 조정이 용이하고, 열효율이 높으며, 노내 분위기를 산화성 또는 환원성 어느 쪽으로도 조정하기 쉬우며, 용강 중의 P나 S 등의 불순물 원소를 제거할 수 있으며, 장입 원료의 제약이 적고, 노체 설치 면적이 작아 설비비가 저렴하다는 등 많은 이점이 있어 보통강에서부터 합금강의 제조에까지 폭넓게 이용되고 있다.

또한, 아크식 전기로의 노체 구조는 바구니형 패널식 노껍질이나 분할 노껍질 등 노껍질 철피의 노바닥측 아래 방면에 크롬 또는 마그네시아 연와 등의 내화 연와나 마그네시아 클린커(clinker), 돌로마이트 클린커 등의 부정형 내화물을 내부에 설치하고, 그 상방의 노 벽측 상방면에 냉각수 유통로를 내장하는 구조의 수냉 패널을 내부에 설치한다. 노껍질 측면에는 개폐문을 가진 출강구(出鋼口)와 출재구(出滓口)가 설치되어 있다. 또한 노체의 노 정부(頂部)에는 설철이나 선철과 같은 냉재나 용선 또는 용강 외에 석재나 형석 등의 용제나 코크스나 규소철 등의 환원제 등 많은 종류의 피용해재를 투입하는 장입구와 그 장입구를 개폐하는 노 뚜껑이 설치되어 있다. 또한 노체를 가동하기 위하여 필요한 노체 경동장치, 전극 승강장치 등 많은 종류의 부대장치 외에, 용해 시간을 단축하고 생산성을 향상시키기 위하여 산소 또는 산소와 연료를 동시에 피용해재 또는 강욕면에 분사하는 산소 랜스(lance)나 산소 버너가 노벽 상방에 설치되어 있다.

이와 같은 구조의 아크식 전기로에 장입구로부터 냉재나 용제 등의 피용해재를 투입한 후, 노 내에 장입된 전극에 전류를 통과시키고, 피용해재와의 사이에 전기 아크를 발생시켜, 그 전기 아크열 및 노 내에 분사된 산소와 용해재에 포함되는 산소나 규소 및 장입 또는 분사되는 연료 등의 산화반응열에 의하여 피용해재를 용해한다. 피용해재의 용해 중에 강욕으로부터 발생하는 대량의 CO 가스의 일부가 노 내에 침입하는 공기 중의 산소에 의하여 노 내에서 연소되어, 그 연소열로 피용해재의 용해를 촉진하고 또한 노내 온도를 상승시키며, 나머지는 노 내로부터 배출된다. 배출된 CO 가스는 작업환경을 악화시키고 공해문제를 유발하는 문제가 있어, CO 가스 드래프트 회수 장치의 연소탑에서 완전 연소시켜 배가스화한다. 이 배가스의 열은 피용해재의 예열 등에 일부 이용되나, 이 방법으로는 CO 가스 연소열의 많은 부분을 노내 침입 공기나 연소탑의 냉각수 등에 빼앗기게 되므로 열손실이 크다. 따라서 노내에서 CO 가스를 연소시키기 위하여 이차 연소 산소 랜스를 설치하고, 이들로부터 분출되는 산소에 의하여 노 내에서 CO 가스를 가능하면 많이 연소시켜, 노 내에서의 열 회수를 증대시키는 방법이 근년 채용되기 시작하였다.

그러나 종래의 이차 연소 랜스는 노껍질 철피의 상방부로부터 수냉 패널의 관통공에 꽂는 듯이 장착하여 사용되나, 강욕으로부터 발생하는 CO 가스를 고효율로 연소시키기 위하여 노체 주위로부터 가능한 한 균등하게 산소를 불어넣는 것이 좋으므로, 노체 주위를 거의 균등하게 분할하도록 복수개 설치하는 것이 많았다. 이와 같이 이차 연소 산소 랜스를 설치한 아크식 전기로는 노내에서 발생하는 CO 가스를 노내에서 연소시키고 그 연소열이 피용해재를 용해하는 열로서 유효하게 이용된다는 점에서는 평가할 만 하다. 그러나, 노벽에 장착하는 이차 연소 산소 랜스의 수는 보통 4개, 많게는 8개 정도이다. 그 이상으로 많은 이차 연소 산소 랜스를 노벽에 장착하면 노체의 유지 강도가 저하되어 고온의 열이나 노체의 경사 구동 조작에 견디지 못하여, 노체 수명이 단축되고, 노체 보수비가 올라가는 문제가 있었다. 또한 이와 같은 문제는 적은 개수의 이차 연소 랜스의 장착에 의하여 해결할 수 있으나, 발생하는 CO 가스를 충분히 연소시켜 피용해재의 용해열로 재이용하려면, 하나의 이차 연소 산소 랜스로부터 다량의 산소가스를 세게 분출하여야 하는데, 이 경우 산소가스의 공급이 일부분에 머무는 폐해가 발생하여, 피용해재에 콜드 스폿부, 핫 스폿부라 불리는 불균일한 가열 편차와 상승온도의 지연화 현상을 일으키는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제의 해결을 목적으로 한 것으로, 노체 강도를 저하시키지 않고, 피용해재의 용해 온도까지 균일하게 승온하고 가속하며, 용해 정련시간도 단축하는 아크식 전기로를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은 이와 같은 목적을 달성한 것으로, 그 요지로는, 아크식 전기로의 노껍질 철피의 노바닥측 하방면에 내화물층을 내부에 설치하고, 또한 그 노껍질 철피의 노벽측 상방면에, 냉매 유통로를 내장함과 동시에, 그 노벽 철피를 관통하는 산소가스 공급 파이프를 연접하고 또한 피용해재 방향으로 지향하는 산소가스 분출구를 노 주위 방향으로 다수 천설(穿設)한 산소가스 공급실을 소정의 위치에 병설한 냉매 유통 패널을 내부에 설치하여 구성한 제강용 아크식 전기로이다.

이하, 본 발명의 제강용 아크식 전기로에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제강용 아크식 전기로의 일실시예를 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 종단면도, 도 2는 도 1의 X-X선 단면도를 나타낸다. 도 1에 있어서, 도면 부호 1은 아크식 전기로의 노껍질 철피이다. 노껍질 철피(1)는 아크식 전기로의 노체를 지지하는 것으로 보통강이나 특수강 등의 두꺼운 강판을 용접 또는 타출에 의하여, 노벽측 상방면 A는 원통형상으로, 또한 바닥부의 노바닥측 하방면 B는 접시형으로 성형 가공한 것으로, 필요에 따라서는 고온에 의한 변형을 방지하기 위하여 보강재를 각소에 사용한 일체물의 철피이다. 노체는 일반적으로 원형이나, 타원형 또는 구형 등의 여하한 형상이어도 무방하다. 도면 부호 2는 내화물층이다. 내화물층(2)은 노껍질 철피(1)의 노바닥측 하방면 B를 크롬 연와나 마그네시아 연와 등의 각종 내화 연와를 쌓거나, 또는 그 위에 마그네시아 클린커나 돌로마이트 등의 부정형 내화물 재료를 접시상으로 만드는 등으로 하여, 내부에 설치한 내화물의 내열구조로 만들어져 있다. 도면 부호 3은 냉매 유통 패널이고 노껍질 철피(1)의 노벽측 상방면(A)에서 노내에 붙어 있도록 설치되어 있다. 냉매 유통 패널(3)은 도 3에서 각 부분의 단면도를 도시하는 바와 같이, 내부에 공간을 가진 임의의 형상을 한, 예를 들면 구형 단면 형상의 패널 박스(4)의 내부에 유통 가이드 벽(5)(점선 도시)을 설치하고, 물이나 저온 가스 등의 냉매가 그 박스 전체를 냉각시키도록 사행하면서, 동일 방향으로 유통되는 냉매 유통로(6)를 내장하는 구조(도 3a의 내부 투시도)로 제작된다. 도면 부호 7은 냉매 도입구이고 냉매 공급장치(미도시)에 연접되며, 도면 부호 8은 냉매 도출구이고 냉매 공급원 회수장치(미도시)에 연접되어 있다. 또한 냉매 유통 패널(3)에는 산소가스 분산 공급실(9)이 소정의 위치에 설치된다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 냉매 유통 패널(3)의 노바닥측 하방면 B측에 산소가스 분산 공급실(9)을 설치한 경우의 일실시예를 도시한다. 그 산소가스 분산 공급실(9)에는 산소가스 공급원(미도시)에 연통된 산소가스 공급 파이프(10)가 노껍질 철피(1)를 관통하여 연접하고, 노 내측에는 피용해재 방향으로 지향하는 산소가스 송풍구(11)가 노 주위 방향으로 다수 천설된 경우의 예로, 도면 부호 12는 출강구이고, 도면 부호 13은 출재구를 나타낸다. 즉, 본 발명에 있어서 냉매 유통 패널(3)은 냉매 유통로(6)를 내장하는 구조로, 소정의 위치로부터 산소가스를 도입하고 또한 분출하는 산소가스 분산 공급실(9)이 소정의 위치에 병설되어 구성되어 있다.

도 1에 있어서, 도면 부호 14는 전극이다. 전극(14)은 피용해재의 용해 진행에 수반되어 상하로 가동하고, 또한 전류를 전도하는 승강이 자유로운 전극 파지기(미도시)에 지지되며, 노 내에 장입된 피용해재와 전극(14)과의 사이에 아크를 발생시키면서, 그 아크열의 높은 온도를 이용하여 피용해재를 용해 정련한다. 도면 부호 15는 노 뚜껑이고 피용해재의 장입 방법이나 노체의 구조에 따라 구조가 다르나, 피용해재를 노정에서 장입하는 경우에는 노 뚜껑 이동식, 노 뚜껑 이행식, 노 뚜껑 선회식 등이 많이 사용되고 있다. 또한 노 뚜껑(15)에는 전극(14)의 장입구가 설치되고, 그 밖에도 내열성이 요구되는 점에서 내화 연와를 내부에 설치하거나 또는 수냉 구조로 구축되어 있다.

상기한 바와 같이 구축된 본 발명의 제강용 아크식 전기로는 설철이나 선철 등의 냉재, 용선이나 용강 이외에 생석회나 코크스 등과 같은 통상 사용되는 피용해재를 노정의 피용해재 장입구(미도시)에 의하여 장입한다. 피용해재의 장입이 끝나면, 노 뚜껑(15)을 덮고 전극(14)을 강하시켜 노 내에 장입한 후, 전압 전류를 서서히 증대시키면서 전기 아크를 발생시켜 그 전기 아크열에 의하여 피용해재를 용해 정련한다. 용해 정련 중에는 소모식 산소 파이프(미도시) 또는 수냉식 산소 랜스(미도시)에 의하여 산소가스를 강욕에 불어넣으면서 본 발명의 냉매 유통 패널(3)에 설치한 산소가스 분출구(11)로부터 노 내에 산소가스를 불어넣는다. 소모식 산소 파이프 또는 수냉식 산소 랜스로부터 강욕에 불어넣은 산소가스는 피용해재에 포함되는 규소나 탄소 및 노 내에 산소와 동시에 불어넣어지는 코크스나 기타 연료 등을 연소시켜 피용해재의 용해를 촉진하나, 동시에 다량의 CO 가스를 강욕으로부터 발생시킨다. 본 발명의 냉매 유통 패널(3)에 설치한 산소가스 분출구(11)로부터 노 내에 불어넣은 산소가스는 산소가스 공급원으로부터 산소가스 공급 파이프(10)를 거쳐 산소가스 분산 공급실(9)에 공급되고, 여기서 일단 저류하여 균일한 가스압과 유량으로 조정된 후, 도 2에 도시하는 바와 같이 노 내측 노 주위 방향으로 다수 천설한 산소가스 분출구(11)로부터 분출되면서, 강욕으로부터 발생하는 CO 가스를 연소한다. 그 대부분의 연소열이 피용해재의 용해를 가속하는 열로서 이용되므로, CO 가스 드래프트 회수 장치가 저능력이어도 되고, 작업 환경의 악화나 공해 문제의 유발 가능성을 현저하게 저감하는 효과를 나타낸다.

정련 종료 말기는 유해한 산화성 슬러그(재)를 함유하는 강재를 출재구(13)로부터 퍼낸 후, 가탄재를 첨가하여 용강 중의 C 량을 조정하거나 또는 규소철이나 페로망간 등을 첨가하여 탈산반응의 촉진작업을 마친 후, 생석회나 형석을 첨가하여 조재(造滓) 작업을 하고, 출강구(12)로부터 용강을 꺼내어 일련의 작업을 마친다.

상기한 바와 같은 용해 정련작업은 본 발명의 제강용 아크식 전기로에 있어서 일실시예를 설명한 것으로, 여하한 조작으로 이루어지는 용해 정련작업에서도 사용할 수 있다는 것은 말할 것도 없다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 제강용 아크식 전기로에 의하면, 예를 들면 100t 전기로의 내부로부터 발생하는 CO 가스의 이차 연소율은 CO₂/(CO+CO₂)의 평균치로, 종래 (네 개의 이차 연소 랜스 사용)의 40%로부터 60%로 증가하였다. 또한 전력원 단위도 400kwh/t으로부터 370kwh/t로 저감하였다. 또한 피용해재의 편중 용해 현상 없이, 균일한 속도로 피용해재를 용해하고, 용해 정련 시간도 80분에서 74분으로 단축되었다.

또한 본 발명의 제강용 아크식 전기로에 있어서는, 산소가스 분출구를 노내 원주에 설치하여도 노체의 유지강도가 저하되지 아니하고, 산소가스 분출구가 냉매 유통 패널에 병설되는 구조로 설치되어 있으므로, 열에 의한 손상이 없고 장기간 사용할 수 있다는 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 제강용 아크식 전기로의 일실시예를 도시한다.

도 2는 도 1의 X-X선 단면도를 도시한다.

도 3은 본 발명에 있어서 냉매 유통 패널의 내부 구조를 확대하여 도시한 것으로, 노껍질 철피측 투시도(도 3a)와 도 3a의 Y-Y선 단면도(도 3b)와 도 3b의 Z-Z선 단면도(도 3c) 및 노내측 정면도(도 3d)를 도시한다.

*** 본 발명의 주요 도면 부호의 설명 ***

1 노껍질 철피 2 내화물층

3 냉매 유통 패널 4 패널 박스

5 유통 가이드 벽 6 냉매 유통로

7 냉매 도입구 8 냉매 도출구

9 산소가스 분산 공급실 10 산소가스 공급 파이프

11 산소가스 분출구 12 출강구

13 출재구 14 전극

15 노 뚜껑

A 노벽측 상방면

B 노벽측 하방면

Claims (1)

1. 아크식 전기로의 노껍질 철피(1)의 노바닥측 하방면(B)에 내화물층(2)을 내부에 설치하고, 또한 상기 노껍질 철피(1)의 노벽측 상방면(A)에 냉매 유통로(6)를 내장함과 동시에 상기 노껍질 철피(1)를 관통하는 산소가스 공급 파이프(10)를 연결하여 설치하고 또한 피용해재 방향으로 지향하고 상기 냉매 유통로(6)를 통과하는 냉매로 냉각되는 산소가스 분출구(11)를 노 주위 방향으로 다수의 화염이 빈틈없이 형성되도록 하는 간격으로 다수 천설(穿設)한 산소가스 분산 공급실(9)을 소정의 위치에 병설한 냉매 유통 패널(3)을 내부에 설치한 것을 특징으로 하는 제강용 아크식 전기로