KR101228808B1

KR101228808B1 - 전기로를 이용한 일관제철시스템 및 일관제철방법

Info

Publication number: KR101228808B1
Application number: KR1020110071414A
Authority: KR
Inventors: 정준양; 권오준; 박성호; 박종수; 이종환; 백찬준; 김도형; 김동수; 최진식; 김성연
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-01-31
Also published as: BR112013016889A2; CN103562414A; KR101228638B1; EP2660339A4; KR20120075330A; EP2660339A2; WO2012091437A2; KR20120075329A; CN103562414B; RU2013135274A; RU2549027C2; KR101289217B1; KR20120075326A; WO2012091437A3

Abstract

본 발명은 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강과정에서 철광석의 환원과 승온을 모두 일으킴으로써 매우 콤팩트하고 환경친화적인 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 일관제철시스템은 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 및 유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 괴상화장치를 포함하는 괴상화환원철제조장치와 괴상화환원철제조장치에서 제조된 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 전기로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 원료환경에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 현저히 저감할 수 있으며, 전기로에서 철광석을 최종 용융환원처리함으로써 콤팩트한 일관제철시스템 및 이를 이용한 일관제철방법을 제공할 수 있다.

Description

전기로를 이용한 일관제철시스템 및 일관제철방법{INTEGRATED IRON AND STEELMAKING SYSTEM AND METHOD USING ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은 전기로를 이용한 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강과정에서 철광석의 환원과 승온을 모두 일으킴으로써 매우 콤팩트하고 환경친화적인 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것이다.

통상적으로, 용강은 고로에서 제조된 용선을 주 원료로 사용하여 전로에서 정련하여 제조되고 있다.

현재 용선생산에 있어서 에너지 효율면이나 생산성 측면에서 고로공정을 능가하는 제선공정은 개발되지 않았으나, 이와 같은 고로공정에서는 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로서 특정 원료탄을 가공처리한 코크스에 의존하여야 하고, 철원으로서는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

즉, 현재의 고로공정은 코크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비를 반드시 수반하고, 이는 결국 고로설비이외에 추가적인 부대설비의 구축이 필수적으로 필요하여 설비를 위한 막대한 비용소요를 가져오게 된다.

또한, 상기와 같은 원료예비처리설비에서는 SOx, NOx 또는 분진과 같은 환경오염물질이 상당히 발생되기 때문에, 이의 정화처리를 위한 별도의 설비가 필요하고, 특히 현재 세계적으로 환경오염에 대한 규제가 엄격해져 가고 있어 이를 극복하기 위한 막대한 처리설비 투자비용 등으로 현재의 고로공정을 통한 용선의 생산에서는 그 경쟁력은 저하되고 있는 실정이다.

따라서, 별도의 원료예비처리 공정을 통하지 않고 철광석을 환원시킴으로써 이산화탄소나 SOx, NOx, 기타 오염물질의 발생이 최소화된 공정에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

뿐만 아니라, 철광석의 환원반응을 제강과정에서도 수행함으로써 공정이 간소화된 일관제철시스템 및 일관제철방법에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 원료의 예비처리없이 철광석을 환원하여 환원분철광석을 제조한 후 이를 직접 전기로에서 용융환원처리함으로써 오염물질의 발생을 최소화한 일관제철시스템 및 일관제철방법이 제공된다.

본 발명의 일측면에 따른 일관제철시스템은 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 및 유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 괴상화장치를 포함하는 괴상화환원철제조장치와 괴상화환원철제조장치에서 제조된 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 전기로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유동환원로설비는 순환관을 포함하고 상기 유동환원로설비의 최초유동환원로는 상기 순환관을 통하여 최종유동환원로에 가스소통관계로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 순환관에는 이산화탄소 제거장치가 구비되어 있는 것이 유리하다.

그리고, 상기 전기로에는 주원료로서 괴상화환원철 이외에 스크랩이 더 장입될 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조기와 압연 장치가 직결된 슬라브 주조 장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연속주조기는 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하는 것이 유리하다.

또한, 상기 연속주조기의 주속은 4~15mpm인 것이 효과적이다.

이때, 상기 압연 장치는 조압연기와 사상압연기를 포함하고, 상기 조압연기와 사상압연기의 사이에는 강판가열수단이 더 포함되는 것이 유리하다.

또한, 상기 강판가열수단과 사상압연기 사이에는 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 코일박스가 더 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또한가지 측면에 따른 일관제철방법은, 분철광석을 유동환원시켜 환원분철광석을 제조하는 단계; 상기 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하는 단계; 및 상기 괴상화환원철을 전기로에서 가열하고 환원하여 용강을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유동환원되는 환원분철광석의 환원율은 80% 이상인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 유동환원로설비의 최초유동환원로에서 배출되는 배가스를 환원가스로 순환시키고, 이 순환되는 가스를 이산화탄소 제거장치에 의해 제거하는 단계 및 가열기에 의해 온도를 조절하는 단계 중 하나의 단계에 의하여 처리한 다음 최종유동환원로에 공급하는 것이 유리하다.

또한, 상기 전기로에 스크랩을 주원료 전체 중량대비 30중량% 이상의 비율로 더 장입하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제강단계에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조 단계와 압연 단계가 직결된 슬라브 주조 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

또한, 상기 연속주조기는 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하는 것이 유리하다.

또한, 상기 압연 단계는 조압연 단계와 사상압연 단계를 포함하고, 상기 조압연 단계와 사상압연 단계의 사이에는 강판 가열단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 강판 가열단계와 사상압연 단계 사이에는 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 저장 단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 원료환경에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 현저히 저감할 수 있으며, 전기로에서 철광석을 최종 용융환원처리함으로써 콤팩트한 일관제철시스템 및 이를 이용한 일관제철방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 일 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에서 의미하는 일관제철이라 함은 철광석을 원료로 하여 용강을 제조하는 과정을 모두 포함하는 제철법을 의미하는 것으로서, 본 발명의 일관제철시스템은 철광석을 예비환원하여 괴상화환원철을 제조하는 단계와 상기 괴상화환원철로부터 용강을 제조하는 제강단계로 나누어 설명할 수 있다.

제선단계는 분철광석을 환원한 후 괴상화하여 괴상화환원철을 제조한다. 상기 괴상화환원철은 중간환원된 괴상의 환원철로서 아직 완전히 철로 환원된 상태는 아니다. 완전히 환원된 상태의 용강을 얻기 위해서 본 발명에서는 전기로에 상기 괴상화환원철을 투입하고 승온하여 환원과정을 유도한다. 이때, 경우에 따라서는 스크랩을 같이 투입할 수도 있다.

본 발명의 일관제철시스템의 일례가 도 1에 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일관제철시스템(1)은 괴상화환원철제조장치(10)와 전기로(20)를 포함한다.

도 1에 도시된 괴상화환원철제조장치(10)의 한가지 바람직한 예는 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 환원분철광석제조장치(11); 및 이 환원분철광석제조장치에서 환원된 분철광석을 괴상화하는 괴상화장치(13)를 포함한다.

상기 환원분철광석제조장치(11)는 유동환원로설비(111)를 포함하고, 상기 유동환원로설비(111)는 하나 이상의 유동환원로를 포함한다. 상기 유동환원로설비(111)는 분광석을 가스에 의해 유동시키면서 환원하는 설비이다. 분광석은 상기 유동화설비를 이루는 일련의 유동화로 내에서 단계적으로 환원과정을 겪게 된다. 즉, 유동화로는 투입된 분광석이 환원가스에 의해 단계적으로 환원되는 곳으로서, 그 개수에는 제한이 없으나, 충분한 환원을 위하여 2개 또는 그 이상이 포함되는 것이 바람직하며 4개가 포함되는 것이 보다 바람직하다.

그러나, 앞에서도 언급하였듯이 각 유동환원로설비(111)의 유동환원로의 개수를 반드시 제한할 필요는 없다.

도 1에 예시한 일관제철시스템에서는 상기 유동환원로설비(111)는 4개의 유동환원로(1111,1112,1113,1114)를 포함하는 형태를 나타내고 있다.

상기 유동환원로(1111,1112,1113,1114) 내에는 통상의 유동환원로에서와 같이 가스를 분산시키는 가스분산판(도시되어 있지 않음)이 구비될 수 있다.

상기 괴상화장치(13)는 상기 유동환원로설비(111)에서 환원된 환원분철광석을 공급받아 괴상화시키는 장치이다. 이때 상기 괴상화장치(13)에는 환원분철광석을 저장하고 제1괴상화장치(13)로 공급하는 호퍼(131)가 구비되어 있고, 이 호퍼(131)는 환원철공급관(132)을 통해 상기 유동환원로설비(111)의 최종유동환원로(1111)와 환원분철광석소통관계로 연결되어 있다.

상기 유동환원로설비(111)의 유동환원로들(1111,1112,1113,1114)은 가스공급관(도시되어 있지 않음)을 통하여 가스 소통관계로 연결되어 있다.

상기 가스공급관(121)을 통해 최종유동환원로(1111)에 공급된 환원가스는 유동환원로들(1111,1112,1113,1114)을 차례로 거쳐 최초유동환원로(1114)에 공급된다. 상기 환원가스로는 LNG, 합성가스(Syngas) 등을 사용할 수 있다. 또한, 자원 재활용 측면에서 제철공정에서 발생하는 부산가스 예를 들면, COG(Cokes Out Gas), 또는 FOG(Finex Out Gas; 본발명에서 Finex라 함은 상술한 괴상화환원철제조장치(10) 또는 유사장치에서 제조되는 괴상화환원철을 용융로에서 용융환원하는 설비를 의미한다) 등도 사용할 수 있다.

한편, 분철광석은 최초유동환원로(1114)에 먼저 공급되고, 유동환원로들(1114,1113,1112,1111)을 차례로 거쳐 최종유동환원로(1111)에 공급되며, 이렇게 유동환원로들(1114,1113,1112,1111)을 거치면서 분철광석은 환원가스에 의해 환원되게 된다.

본 발명의 바람직한 한가지 구현례에서는 상기 유동환원로설비(111)의 최종유동환원로(1111)와 최초유동환원로(1114)는 순환관(1115)을 통해 가스소통관계로 연결될 수 있다.

상기 순환관(1115)에는 이산화탄소 제거장치(118)가 추가로 구비될 수 있으며, 이 이산화탄소 제거장치(118)에는 배가스를 배출하기 위한 배가스배출관(1181)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 이산화탄소 제거장치(118)와 최종유동환원로(1111)사이의 상기 순환관(1115)에는 순환가스를 승온시키기 위한 가열기(도시되어 있지 않음)가 추가로 구비될 수 있다.

상기와 같이 순환관(1115)에 이산화탄소 제거장치(118)를 구비함으로써 최초유동환원로(1114)에서 배출된 배가스는 이산화탄소가 제거된 후 상기 최종유동환원로(1111)에 공급되어 환원가스로 재활용된다. 또한, 필요에 따라 상기와 같이 가열기를 구비함으로써 순환가스의 온도를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 또한가지 바람직한 구현례에서는 상기 순환관(1115), 즉 배가스 경로에 제진장치, 바람직하게는 습식제진장치(도시하지는 않았음)를 설치할 수 있다.

또한, 보다 안정적인 환원율을 얻기 상기 유동환원로설비(111)의 후방에는 예를 들면 회전로상식환원로(Rotary Hearth Furnace, 간단히 RHF)와 같은 추가환원설비(14)를 두어 상기 괴상화환원철을 더욱 환원시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 추가환원설비(14)는 괴상화장치(13)의 전방 또는 후방에 선택적으로 배치될 수 있다.

상술한 제선단계 이후의 제강단계는 정련설비를 포함하는 제강장치에 의해 수행될 수 있다. 이때, 제선단계에서 용선이 제공되는 것이 아니라, 괴상화환원철이 제공되는 것이므로 상기 괴상화환원철을 가열 및 환원시키기 위한 열량이 다량 공급될 필요가 있다. 이를 위해서는 본 발명에서는 전기로를 사용하는 것이 바람직하다. 전기로는 전극봉에 의해 발생하는 아크에 의해 열을 공급하는 장치로서 비교적 열량이 낮은 괴상화환원철의 가열에 유리하다.

이때, 사용되는 전기로는 사용되는 전류가 직류이든 교류이든 가리지 않으며, 교류전류의 형태 역시 2상과 3상을 가리지 않는다.

상기 전기로에는 괴상화환원철의 환원을 보다 유리하게 진행하기 위하여, 환원제가 투입될 수 있다. 상기 환원제로는 가탄제, 석탄, 성형탄, 코크스, 분탄 등과 같은 탄소계 환원제, 폐 플라스틱 등의 폐기물 환원제, 페로실리콘, 페로망간 등의 합금철계 환원제, 알루미늄, 실리콘, 망간 등의 금속계 환원제 등을 들 수 있다.

또한, 전기로의 높은 승온기능을 고려하여 상기 전기로에는 상기 괴상화환원철 외에 스크랩이 더 추가되어 생산량을 증대할 수 있다. 이때, 투입되는 스크랩은 전체 주원료성 장입물(괴상화환원철+스크랩, 간단히 주원료라고도 함) 중 약 30중량% 이상, 바람직하게는 30~90중량% 비율까지 첨가될 수 있다.

또한, 상기 전기로(20)와 괴상화장치(13) 사이는 괴상화환원철이 이동가능한 괴상화환원철 이송관(23)을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결될 수 있다. 이렇게 상기 전기로(20)와 괴상화장치(13)가 괴상화환원철 이송관(23)을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결됨으로써 환원된 괴상화환원철의 산화를 막을 수 있다. 상기 괴상화환원철 이송관(23)에는 질소 가스 분위기를 유지할 수 있다.

본 발명의 또한가지 바람직한 구현례에서는, 용강흐름방향에서 보아 상기 제강장치에 후방에 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 슬라브 주조 장치가 배치될 수 있다. 이때, 보다 콤팩트한 설비구성을 위해서는 슬라브 주조 장치는 연속주조기와 압연 장치를 포함하는 것이 바람직하며, 연속주조기와 압연 장치는 서로 직결되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 직결이라 함은 상기 주조부의 슬라브 배출부와 압연 장치의 슬라브 인입구가 동일하며, 실질적으로 공간적으로 연결되어 있다는 것을 의미한다.

도 2에는 도 1의 본 발명의 바람직한 구현례인 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치(30)가 포함되어 있는 시스템을 예시하였다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 슬라브 주조 장치(30) 는 전기로(20)에서 제조된 용강을 연속주조기(31)에서 연속주조 방식으로 슬라브를 주조하여 배출한다. 슬라브의 두께가 너무 두꺼울 경우에는 압연 장치의 압하부담이 증가하기 때문에 연속주조기(31)에서 주조된 슬라브를 바로 압연하기 위해서는 상기 연속주조기(31)에서 제조되는 슬라브는 30~150mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 두께는 120mm 이하이며, 100mm 이하가 가장 바람직하다. 이를 위한 보다 바람직한 방법의 일례로서, 연속주조기(31) 몰드(313)에서 배출되는 슬라브의 두께는 40~200mm인 것이 바람직하고, 이후 연속주조기(31) 배출전에 위치하는 액상 압하(liquid core reduction) 영역(314)에서 반드시 여기에 한정하는 것은 아니지만 40% 이하의 액상 압하를 실시할 수도 있다. 두께가 충족되는 경우에는 상기 액상 압하는 실시하지 않을 수도 있다.

상기 연속주조기(31)로부터 배출되는 슬라브는 압연 장치(32)에 의해 압연된다. 처리속도가 다를 수도 있는 연속주조기(31)와 압연 장치(32) 사이의 연속성을 보장하기 위하여 연속주조기와 압연 장치 사이에는 슬라브 절단 장치(315)가 포함될 수도 있다.

상기 압연 장치는 사상압연기(326)을 포함하고 상기 사상압연기(326)에서 압연하여 강판을 제조한다. 상기 연속주조기(31)와 사상압연기 사이에는 가열수단(324)이 추가될 수도 있다. 상기 가열수단(324)은 유도로나 터널로 등이 이용될 수 있으며, 유도로 방식이 보다 콤팩트한 설비구성을 위해 바람직하다. 또한, 상기 가열수단의 전방 및 후방 중 1이상의 개소(도면에서는 전방에 구비된 형태를 도시함)에 슬라브 배출수단(323)을 구비하는 것이 보다 바람직하다. 상기 슬라브 배출수단(323)은 슬라브 진행방향의 수직방향(횡방향)으로 슬라브를 배출하기 위한 것으로서 전,후공정에서 조업장애가 발생하였을 때, 처리가 불가한 슬라브를 생산라인으로부터 배출하는 기능을 한다. 상기, 슬라브 배출수단의 길이는 슬라브 1매 ~ 2매의 길이(예를 들면 5.5~11m)에 대응되는 것이 바람직하다.

슬라브는 이후 사상압연을 통하여 원하는 두께로 압하되어 최종 제품이 된다. 이때, 제품의 두께 및 수요가의 요구에 따라 코일 형태로 권취될 수도 있다. 상기 사상압연기(326)는 3~8개의 압연열로 이루어지는 것이 바람직하며, 4~7개의 압연열로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 사상압연기 후단에는 냉각장치(328)가 더 존재할 수 있다.

또한, 상기 사상압연기(326) 전방, 바람직하게는 가열수단(324) 후방에는 슬라브 또는 후술하는 한가지 바람직한 구현례에 따라 조압연된 강판을 권취하여 저장하는 코일 박스가(325) 더 포함될 수 있다. 상기 코일 박스(325)는 연속주조기(31) 또는 후술하는 본 발명의 보다 바람직한 구현례에 따라 포함되는 조압연기(322)와 사상압연기(326) 사이의 처리속도 불일치를 해소하거나, 강판 내 온도를 균일화하거나 또는 공정상 시간적 여유를 확보하기 위한 버퍼역할을 할 수 있다. 이때, 상기 코일 박스(325)는 단열되는 것이 보다 바람직하다. 연연속 압연시에는 강판은 상기 코일 박스(325)를 경유하지 않을 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 구현례에서는 상기 연속주조기(31)과 사상압연기(326) 사이에는 조압연기(322)가 더 포함될 수 있다. 상기 조압연기(322)의 위치는 연속주조기(31)과 사상압연기(326)의 사이라면 어디라도 좋으나, 보다 바람직하게는 상기 코일박스(325) 전방에 위치하는 것이 바람직하며, 가열수단(324)의 전방에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 조압연기(322) 및 사상압연기(326) 중 하나 이상의 전방에는 스케일 제거 장치(321)가 위치하여, 강판의 표면에 스케일이 제거된 채로 압연이 실시되는 것이 강판 또는 롤 보호를 위하여 보다 바람직하다. 사상압연기 후방에는 절단기(327)가 위치하여 제품을 원하는 규격으로 절단하도록 하는 것이 바람직하다. 절단기(327)의 바람직한 예로서는 전단기(shearing machine)를 들 수 있다.

상술한 본 발명에서 유동환원로, 괴상화장치 및 용융로 각각의 자체 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 가능하다.

또한, 여기서 사용된 '최초' 및 '최종'이라는 용어는 분철광석의 이동방향을 기준으로 정해진 것이며, 예를 들면, 분철광석이 가정 먼저 공급되는 유동환원로를 최초유동환원로라고 하고, 마지막으로 공급되는 유동환원로를 최종유동환원로라고 한 것이다.

또한, 상술한 제강단계에서는 전기로 공정 이후에, 추가적인 2차 정련(secondary refining) 과정이 더 포함될 수 있다. 2차 정련 과정은 전기로에서 배출된 용강의 성분을 최종 제품에 적합하도록 제어하며, 용강의 온도를 주조하기에 적합하도록 제어하는 공정을 의미하는 것으로서, 버블링 설비, 진공정련설비, 용강승온 설비 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 2차 정련 과정이라면 어떠한 과정이라도 더 포함될 수 있으므로 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 즉, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 상기 제강단계에서는 전기로에 에 후속하여 2차정련 설비가 더 포함될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제강 장치는 전기로 뿐만 아니라, 후에 배치될 수 있는 2차 정련 장치를 모두 포함할 수 있는 시스템적인 개념임에 유의할 수도 있다. 물론, 이들 장치는 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 일관제철방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 유동환원로설비(111)를 갖는 환원분철광석제조장치(11) 및 괴상화장치(13)를 포함하는 괴상화환원철제조장치(10); 및 전기로(20)를 이용하여 용강을 제조한다.

본 발명에서는 괴상화환원철제조장치(10)의 상기 유동환원로설비(111)에서 각각 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조한다.

즉, 분철광석 등을 유동환원로에 장입하고, 장입된 분철광석 등을 가스공급관으로 유입되는 환원가스에 의해 가스유동층을 형성하면서 환원시켜 환원분철광석을 제조한다. 장입되는 분철광석은 충분히 넓은 비표면적을 가져서 환원이 용이하고 또한 유동화 가스에 의해 유동이 되도록 그 입도가 너무 크지 않은 것이 바람직하다. 본 발명에서는 12mm 이하인 것이 바람직하며, 10mm 이하인 것이 보다 바람직하고, 8mm 이하인 것이 가장 바람직하다.

상기 유동환원로설비(111)에서 분철광석 환원은 후속하는 전기로에서의 추가 환원이 용이하도록 환원율이 80% 이상이 되도록 행하는 것이 바람직하다. 환원율은 높을 수록 바람직하기 때문에, 상기 환원율의 상한은 특별히 제한할 필요가 없다.

상기와 같이 상기 유동환원로설비(111)에서 환원된 분철광석을 각각 상기 괴상화장치(13)에 공급하여 괴상화함으로써 괴상화환원철을 제조한다. 상기 괴상화장치(13)에 의해 괴상화환원철을 제조하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이미 공지된 방법으로서 예를 들면, 대한민국 특허공개공보 제10-2005-0068319, 제10-2003-0085795호에 기재된 장치를 이용하여 괴상화환원철을 제조하는 방법을 들 수 있으며, 그 밖에도 본 발명의 기술분야의 다양한 기술을 이용할 수 있다.

이후, 상기 괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철을 전기로(20)에 공급하여 용융하여 용강을 제조한다. 상기 상기 괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철은 500~800℃의 고온상태로 전기로(20)에 장입하는 것이 바람직하다.

이때, 상술한 본 발명의 유리한 환원율을 보다 안정적으로 얻기 위해서는 상기 유동환원로설비(111)의 후방에 회전로상식환원로(Rotary Hearth Furnace, 간단히 RHF)와 같은 직접환원철(DRI) 제조가 가능한 추가환원설비(14)를 두어 상기 괴상화환원철을 더욱 환원시키는 것이 바람직하다. 또한, 보다 안정적인 환원율을 얻기 상기 유동환원로설비(111)의 후방에는 회전로상식환원로(Rotary Hearth Furnace, 간단히 RHF)와 같은 추가환원설비(14)를 두어 상기 괴상화환원철을 더욱 환원시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 추가환원설비(14)는 괴상화장치(13)의 전방 또는 후방에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는 상기 유동화환원로설비에서의 환원율은 반드시 80%이상으로 될 필요는 없으며, 전기로에 투입되기 직전의 괴상화환원철의 환원율이 80% 이상이면 충분하다.

상기 유동환원로설비(111)에서는 최초유동환원로에서 배출된 배가스를 환원가스로 순환시킬 수 있다. 이때, 순환되는 배가스는 이산화탄소 제거장치(118)에 의해 이산화탄소를 제거하는 단계 및 가열기(도시하지 않았음)에 의해 온도를 조절하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 거친 후 상기 유동환원로설비(111)의 최종유동환원로에 공급되도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 제강단계에서는 전기로 공정 이후에, 추가적인 2차 정련(secondary refining) 과정이 더 포함될 수 있다. 2차 정련 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 2차 정련 과정이라면 어떠한 과정이라도 더 포함될 수 있으므로 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 즉, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 상기 제강단계에서는 전기로에 후속하여 2차 정련 과정이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일관제철방법의 또한가지 바람직한 구현례에서는, 상기 제강단계에 후속하여 슬라브 주조가 후속할 수 있다. 이때, 보다 콤팩트한 설비구성을 위해서는 슬라브 주조 단계는 연속주조 단계와 압연 단계를 포함하는 슬라브 주조 단계에 의해 수행되는 것이 바람직하며, 이때 연속주조 단계와 압연 단계는 서로 직결되는 것이 바람직하다.

도 2에 예시된 슬라브 주조 장치가 더 포함된 시스템을 통하여 본 발명을 설명한다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 슬라브는 연속주조 단계에서 연속주조 방식으로 주조되어 배출된다. 슬라브의 두께가 너무 두꺼울 경우에는 압연 장치(32)의 압하부담이 증가하기 때문에 연속주조 단계에서 주조된 슬라브를 바로 압연하기 위해서는 상기 연속주조 단계에서 제조되는 슬라브는 30~150mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 두께는 120mm 이하이며, 100mm 이하가 더욱 바람직하며, 70~100mm가 가장 바람직하다. 이를 위한 보다 바람직한 방법의 일례로서, 연속주조 단계에서 사용되는 연속주조기(31) 몰드(313)에서 배출되는 슬라브의 두께는 40~200mm인 것이 바람직하고, 이후 연속주조 단계 배출전에 위치하는 액상 압하(liquid core reduction) 영역에서 반드시 여기에 한정하는 것은 아니지만, 40% 이하의 액상 압하를 실시할 수도 있다. 두께가 충족되는 경우에는 상기 액상 압하는 실시하지 않을 수도 있다. 또한, 연속주조 단계에서의 주조속도는 4~15mpm인 것이 바람직하며, 4~8mpm인 것이 보다 바람직하다.

상기 연속주조 단계로부터 배출되는 슬라브는 후속하는 압연 단계에 의해 압연된다. 이때, 처리속도가 다를 수도 있는 연속주조 단계와 압연 단계 사이의 연속성을 보장하기 위하여 연속주조 단계 후 슬라브를 절단하여 압연 단계에 공급할 수 있다.

상기 압연 단계는 사상압연단계를 포함하며, 사상압연단계에서 필요한 온도를 확보하기 위하여 상기 연속주조 단계와 사상압연 단계 사이에는 가열 단계가 추가될 수도 있다. 상기 가열 단계에서 사용되는 가열수단은 유도로나 터널로 등이 이용될 수 있으며, 유도로 방식이 보다 콤팩트한 설비구성을 위해 바람직하다. 또한, 비상시에는 상기 가열 수단의 전 또는 후에 슬라브 배출 단계가 더 포함될 수 있다. 슬라브는 이후 사상압연 단계를 통하여 원하는 두께로 압하되어 최종 제품이 된다. 이때, 제품의 두께 및 수요가의 요구에 따라 코일 형태로 권취될 수도 있다. 사상압연 단계 이후에는 냉각단계가 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 사상압연 단계 전에는 슬라브 또는 후술하는 바람직한 한가지 구현례에 따라 조압연된 강판을 권취하여 코일 박스(325)에 저장하는 저장 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 코일 박스는 연속주조기(31) 또는 후술하는 조압연기(322)와 사상압연기(326) 사이의 처리속도 불일치를 해소하거나, 강판 내 온도를 균일화하거나 또는 공정상 시간적 여유를 확보하기 위한 버퍼역할을 할 수 있다. 코일 박스에 권취되는 강판의 두께는 20mm이하인 것이 보다 바람직하다. 연연속 압연시에는 강판은 상기 저장 단계는 포함되지 않을 수도 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 한가지 구현례에 따르면, 상기 사상압연 단계 이전에 조압연 단계를 더 포함하는 것이 유리하다.

또한, 조압연 단계 및 사상압연 단계 중 하나 이상의 전에는 스케일 제거 단계가 위치하여, 강판의 표면에 스케일이 제거된 채로 압연을 실시하는 것이 강판 또는 롤 보호를 위하여 보다 바람직하다. 사상압연기 후방에는 절단단계가 위치하여 제품을 원하는 규격으로 절단하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 절단단계는 냉각단계의 전 또는 후에 수행될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일관제철시스템은 괴상화환원철을 전기로에 투입하여 승온함으로써 종래에 비하여 매우 콤팩트한 설비를 가지고도 용강의 제조가 가능하므로 매우 효율적인 시스템이다.

1,2: 일관제철시스템
10: 괴상환원철제조장치
11: 환원분철광석제조장치
111: 유동환원로설비
1111,1112,1113,1114: 유동환원로
1115: 순환관
118: 이산화탄소 제거장치
1181: 배가스배출관
121: 가스공급관
13: 괴상화장치
131: 호퍼
132: 환원철공급관
20: 전기로
31: 연속주조기
311: 레이들
312: 턴디시
313: 몰드
314: 액상 압하 영역
315: 슬라브 절단 장치
32: 압연 장치
321: 스케일 제거 장치
322: 조압연기
323: 슬라브 배출수단
324: 가열수단
325: 코일 박스
326: 사상압연기
327: 절단기
328: 냉각장치
329: 코일

Claims

하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 및
유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 괴상화장치를 포함하는 괴상화환원철제조장치와
괴상화환원철제조장치에서 제조된 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 전기로를 포함하는 일관제철시스템.
제1항에 있어서, 상기 유동환원로설비는 순환관을 포함하고 상기 유동환원로설비의 최초유동환원로는 상기 순환관을 통하여 최종유동환원로에 가스소통관계로 연결되며, 상기 순환관에는 이산화탄소 제거장치가 구비되어 있는 일관제철시스템.
제1항에 있어서, 상기 유동환원로설비의 후방에 추가환원설비가 더 포함되는 일관제철시스템.
제1항에 있어서, 상기 전기로와 괴상화장치는 괴상화환원철이 이동가능한 괴상화환원철 이송관을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결되며, 상기 괴상화환원철 이송관(23)에는 질소 가스 분위기가 유지되는 일관제철시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 전기로에는 주원료로서 괴상화환원철 이외에 스크랩이 더 장입될 수 있는 일관제철시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조기와 압연 장치가 직결된 슬라브 주조 장치를 더 포함하는 일관제철시스템.
제6항에 있어서, 상기 연속주조기가 주속 4~15mpm의 조건으로, 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하고,
상기 압연 장치가 사상압연기를 포함하고, 상기 연속주조기와 상기 사상압연기의 사이에는 강판가열수단과 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 코일박스가 더 포함되는 일관제철시스템.
제7항에 있어서, 상기 슬라브의 두께는 70~100mm인 일관제철시스템.
제7항에 있어서, 상기 연속주조기의 주속은 4~8mpm인 일관제철시스템.
제7항에 있어서, 상기 연속주조기와 사상압연기 사이에는 조압연기를 더 포함하는 일관제철시스템.
분철광석을 유동환원시켜 환원분철광석을 제조하는 단계;
상기 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하는 단계; 및
상기 괴상화환원철을 전기로에서 가열하고 환원하여 용강을 제조하는 단계를 포함하는 일관제철방법.
제11항에 있어서, 상기 유동환원되는 환원분철광석의 환원율은 80% 이상인 일관제철방법.
제11항에 있어서, 상기 유동환원로설비의 최초유동환원로에서 배출되는 배가스를 환원가스로 순환시키고, 이 순환되는 가스를 이산화탄소 제거장치에 의해 제거하는 단계 및 가열기에 의해 온도를 조절하는 단계 중 하나의 단계에 의하여 처리한 다음 최종유동환원로에 공급하는 일관제철방법.
제11항에 있어서, 상기 유동환원로설비에서 배출되는 분철광석을 추가환원하는 단계를 포함하는 일관제철방법.
제11항에 있어서, 상기 전기로와 괴상화장치는 괴상화환원철이 이동가능한 괴상화환원철 이송관을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결되며, 상기 괴상화환원철 이송관(23)에는 질소 가스 분위기가 유지되는 일관제철방법.
제11항에 있어서, 상기 전기로에 스크랩을 주원료 전체 중량대비 30중량% 이상의 비율로 더 장입하는 일관제철방법.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제강단계에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조 단계와 압연 단계가 직결된 슬라브 주조 단계를 더 포함하는 일관제철방법.
제17항에 있어서, 상기 연속주조단계가 주속 4~15mpm의 조건으로, 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하고,
상기 압연 단계가 사상압연단계를 포함하고,
상기 연속주조단계와 상기 사상압연단계의 사이에는 강판 가열단계와 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 저장 단계가 더 포함되는 일관제철방법.
제18항에 있어서, 상기 슬라브의 두께는 70~100mm인 일관제철방법.
제18항에 있어서, 상기 연속주조단계의 주속은 4~8mpm인 일관제철방법.
제18항에 있어서, 상기 주조단계와 사상압연단계 사이에는 조압연단계를 더 포함하는 일관제철방법.