KR101403139B1 - 일관제철시스템 및 일관제철방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료처리과정 및 제선공정에서 발생하는 환경오염물질의 발생량을 현저히 감소시킬 뿐만 아니라, 에너지 사용량을 감소함으로써 환경친화적인 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 석탄계 용융환원 방법은 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 철광석을 입상화하여 입상화광을 제조하고, 상기 입상화광을 상기 유동환원로설비에서 환원되는 분철광석의 일부로 공급하는 입상화장치; 유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 괴상화장치; 및 상기 괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로를 포함하는 제선장치와 상기 제선장치에서 제조된 용선과 스크랩을 장입하여 용강을 제조하는 제강장치를 포함한다.

Description

일관제철시스템 및 일관제철방법{INTEGRATED IRON AND STEELMAKING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료처리과정 및 제선공정에서 발생하는 환경오염물질의 발생량을 현저히 감소시킬 뿐만 아니라, 에너지 사용량을 감소함으로써 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.

한편, 상기와 같은 고로공정에서 발생되는 문제를 해결하기 위하여 많은 다른 공정의 연구 및 개발이 있었는데, 현재 개발되고 있는 제선공정중 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하며, 철원으로서는 전세계 광석생산량의 80% 이상을 점유하고 있는 분철광석을 직접 사용할 수 있도록 하여 용선을 제조하는 석탄계 용융환원공정이 우수한 생산공정으로 알려져 있다.

그러나, 상기 석탄계 용융환원 공정은 일정 입도(이에 한정하는 것은 아니나 최대 입도가 10mm 이하이며, 평균 1~3mm의 입도를 가짐. 또한 125㎛ 이하의 극미분의 비율은 15중량% 이하임)이상의 적철광계 분철광석에만 적용가능한 것으로서, 아직도 상당량 채취되고 있는 극미분의 자철광계 분철광석 (반드시 이에 한정하는 것은 아니나 통상 80중량% 1mm 이하의 입도를 가지며, 평균입도가 40~300㎛ 범위에 속한다)에는 적용이 곤란하다. 이는 극미분광은 유동로에서 사용시 입도가 작아 비산 가능성이 클 뿐만 아니라, 유동환원시 불균일 유동이 유발되어 가스와의 접촉가능성이 저하되기 때문이다. 뿐만 아니라, 자철광은 난환원성 광석으로서, 환원에도 불리하다는 단점을 가진다.

본 발명의 일측면에 따르면, 극미분의 자철광계 분철광석도 사용가능한 제선공정을 포함하는 일관제철시스템 및 일관제철방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 또하나의 측면에 따르면, 상술한 일관제철시스템 및 일관제철방법으로부터 제조된 용강을 하나의 공정에서 주조와 압연을 수행함으로써 강판을 얻는 일관제철시스템 및 일관제철방법이 제공된다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 충분히 이해가능할 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 석탄계 용융환원 방법은 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 철광석을 입상화하여 입상화광을 제조하고, 상기 입상화광을 상기 유동환원로설비에서 환원되는 분철광석의 일부로 공급하는 입상화장치; 유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 괴상화장치; 및 상기 괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로를 포함하는 제선장치와 상기 제선장치에서 제조된 용선과 스크랩을 장입하여 용강을 제조하는 제강장치를 포함한다.

이때, 상기 제강장치는 전로 또는 전기로를 포함할 수 있다.

또한, 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조기와 압연 장치가 직결된 슬라브 주조 장치를 더 포함할 수도 있다.

이때, 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 형태를 가질 수 있다.

그리고, 상기 연속주조기와 사상압연기 사이에는 조압연기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또하나의 측면인 일관제철방법은 분철광석을 유동환원시켜 환원분철광석을 제조하는 단계; 상기 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하는 단계; 및 상기 괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용선제조단계를 포함하는 제선단계와 상기 제선단계에서 제조된 용선을 용강으로 변환하는 제강단계를 포함하고, 상기 분철광석은 평균 입도 40~300㎛의 극미분 철광석을 0.4~4mm로 입상화한 입상화광과 입상화하지 않은 입도 0.4~12mm의 미입상광을 포함한다.

이때, 상기 제강단계에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조 단계와 압연 단계가 직결된 슬라브 주조 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 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 포함될 수 있다.

그리고, 상기 주조단계와 사상압연단계 사이에는 조압연단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일측면은 극미분 자철광을 미세 입자화함으로써 상당량 채취되는 극미분 자철광을 용융환원 공정에 사용가능하다.

도 1은 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 일 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 다른 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 또다른 하나의 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 2의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 3의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타낸 개략도이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 의미하는 일관제철이라 함은 철광석을 원료로 하여 용선을 제조하고 상기 용선으로부터 용강을 제조하는 과정을 모두 포함하는 제철법을 의미하는 것으로서, 상기 일관제철시스템은 용선을 제조하는 제선단계와 용강을 제조하는 제강단계로 나누어 설명할 수 있다.

도 1에는 본 발명의 일관제철시스템의 또한가지 바람직한 구현례를 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 한가지 구현례에 따른 일관제철시스템(1)은 제선장치(10)와 제강장치(20)(도면에서는 바람직한 한가지 예로서 전로를 들고 있음. 이하 전로 위주로 설명함)를 포함한다.

도 1에 도시된 제선장치(10)의 한가지 바람직한 예는 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 환원분철광석제조장치(11); 이 환원분철광석제조장치에서 환원된 분철광석을 괴상화하는 괴상화장치(13); 및 이 괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로(12)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 3개 또는 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 용융로(12)는 상기 괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하도록 구성된다.

상기 용융로(12)는 상기 환원분철광석제조장치(10)의 유동환원로설비(111)의 최종유동환원로(1111)와 가스공급관(121)을 통해 가스 소통관계로 연결되어 있고, 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.

한편, 분철광석의 전부 또는 일부는 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.

또한, 통상은 상기 유동환원로 설비로 공급되는 분철광석은 호퍼 등을 통하여 별도의 처리없이 공급될 수 있으나, 본 발명에서는 극미분 자철광을 환원하기 위해 별도의 입상화장치(14)를 추가적으로 포함할 수 있다. 즉, 상기 입상화장치(14)는 통상의 분철광석 공급경로(도면상에 도시하지는 않았음)와는 별도의 경로에 추가적으로 구비되는 장치로서, 극미분의 자철광을 유동환원로 설비에서 환원하기에 적합한 입도로 입상화 한 후, 상기 유동환원로 설비(1114,1113,1112,1111) 중 최초유동환원로(1114)에 공급한다. 도 1에 기재된 상기 입상화장치(14)의 일례는 극미분 자철광을 입상화기(granulizer)(143)를 포함한다. 상기 입상기(143)의 일례로는 극미분 자철광을 펠렛화하는 펠렛타이저(pelletizer)를 들 수 있으나 반드시 이에 제한하지 않고, 극미분의 자철광을 0.4~4mm 범위로 입상화할 수 있는 장치라면 모두 본 발명의 입상화기(143)으로 사용될 수 있다. 상기 펠렛타이저의 전방에는 철광석을 불출하는 호퍼(141)와 상기 호퍼에서 불출되는 철광석을 평량하고 혼합하는 혼합기(142)가 더 포함될 수 있으나, 반드시 이로 제한하지는 않는다. 상기 입상화기(143)으로 공급되는 분철광석은 100% 극미분 자철광일 수도 있으나, 경우에 따라서는 유사한 입도를 가지는 집진된 적철광도 사용될 수 있다. 이때, 상기 집진된 적철광의 함량은 중량기준으로 15% 이하일 수 있으며, 10% 이하가 보다 바람직하다. 본 발명에서는 상기 입상화된 광석을 간단히 '입상화광'으로 부를 수도 있다. 또한, 본 발명에서 분철광석이라 함은 상술한 입상화광과 입상화하지 않은 통상의 분철광석(경우에 따라서는 이를 '미입상화광'이라고도 부름)을 모두 지칭한다는 점에 유의할 필요가 있다.

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)가 설치될 수 있다.

상술한 제선단계 이후의 제강단계는 전로 또는 전기로 등의 정련설비를 포함하는 제강장치에 의해 수행될 수 있다.

전로는 산소 또는 산소 함유 가스를 로내에 공급하여 용선 중 탄소를 연소시켜 탄소가 포화 수준으로 용해된 용선을 용강으로 전환시키는 장치로서, 탄소 또는 기타의 산화성분이 산소에 의해 연소되는 연소열에 의해 용강의 승온작업도 동시에 이루어지는 장치이다.

전로에는 여러가지가 있으나, 본 발명에서는 모두 사용가능하다. 즉, 상취,저취 또는 상하취 복합취련 등과 같은 취련 방식의 차이, 기타 각 철강사의 설계 방식에 따른 상이한 형식에 상관 없이 모두 본 발명에서 사용가능하다. 특히, 상술한 방법을 이용할 경우에는 풍부한 용선량의 확보가 가능하므로, 경우에 따라서 높은 HMR 유지가 가능하며, 그에 따라 전로의 열원확보의 문제가 해소될 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 따라서, 통상의 상취 전로만으로도 충분한 역할을 할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

본 발명의 일관제철시스템의 다른 바람직한 구현례가 도 2 및 도 3에 나타나 있다.

도 2에 도시된 일관제철시스템(2)은 제1유동환원로설비(111)가 3개의 유동환원로(1111,1112,1113)를 포함하고 있다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 일관제철시스템(1)와 실질적으로 동일하다.

도 3에 도시된 일관제철시스템(3)은 제강장치로서 전로(20)이 아닌 전기로(20-1)이 사용되었다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 일관제철시스템(1)과 실질적으로 동일하다. 또한, 도 3에 도시된 일관제철시스템(2)에 기재된 용융환원로의 개수를 도 2와 동일하게 변경할 수도 있음은 이미 상술한 바이다.

도 4 내지 6에는 각각 도 1 내지 3의 본 발명의 바람직한 한가지 구현례인 일관제철시스템(1,2,3)에 슬라브 주조 장치(30)가 포함되어 있는 시스템을 예시하였다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 슬라브 주조 장치(30) 는 전로(20) 또는 전기로(20-1)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 더 바람직하다. 가장 바람직한 슬라브의 두께는 70~100mm이다. 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% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 25% 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.

필요에 따라 가열과정을 겪거나 그렇지 않은 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 한가지 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 한가지 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.

여기서 사용된 용어 '제1' 및 '제2'는 순서를 의미하는 것은 아니며, 단순히, 부재들을 구분하기 위하여 사용된 것이다.

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, 본 발명의 몇몇 구현례에서 제강단계에서 용선을 용강으로 전환하는 장치로서 전로를 예시하여 설명하였으나, 전기로를 사용할 수도 있음에 유의할 필요가 있다. 또한, 상술한 제강단계에서는 전로 공정 이후에, 추가적인 2차 정련(secondary refining) 과정이 더 포함될 수 있다. 2차 정련 과정은 전로 또는 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 전로에 후속하여 2차정련 설비가 더 포함될 수 있다.

뿐만 아니라, 제강단계에서는 전로와 용융로 사이에서 용융로에서 제조된 용선을 탈황 또는 탈린 처리하기 위하여 탈황 장치, 탈린 장치 및 탈황탈린 장치 중 1 이상을 더 포함하여 탈황 및/또는 탈린 처리된 용선을 전로 또는 전기로에 투입할 수도 있다. 기타, 철강 분야에서 소위 1차 정련이라 불리는 전로 또는 전기로 공정 전에 수행될 수 있는 예비처리 공정이라면 모두 본 발명에서 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제강 장치는 전로 또는 전기로 뿐만 아니라, 그 전 또는 후에 배치될 수 있는 용선예비처리(Hot metal pretreatment) 장치와 2차 정련 장치를 모두 포함할 수 있는 시스템적인 개념임에 유의할 수도 있다. 물론, 이들 장치는 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 또한가지 구현례에 따른 일관제철방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 유동환원로설비(111)를 갖는 환원분철광석제조장치(11), 괴상화장치(13) 및 용융로(12)를 포함하는 제선장치(10); 및 전로(20)를 포함하는 제강장치를 이용하여 용강을 제조한다.

본 발명의 한가지 구현례에서는 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 발명의 몇몇 구현례에서는 그 최대입도가 12mm 이하인 것이 바람직하며, 10mm 이하인 것이 보다 바람직하고, 8mm 이하인 것이 가장 바람직하다. 다만, 너무 입도가 작을 경우에는 비산 등에 의한 유실의 문제가 있기 때문에 상기 분철광석의 평균입도는 1~3mm 이상인 것이 바람직하며, 특히 입도가 125㎛인 분철광석의 비율은 전체 분철광석의 중량대비 15% 이하인 것이 바람직하며, 10% 이하인 것이 보다 바람직하다.

통상 적철광을 사용할 경우에는 상술한 입도를 가진 것을 공급하는 것이 용이하다. 그런데, 매장량의 상당부분을 점유하는 자철광은 그 입도가 매우 작기 때문에(예를 들면, 평균입도 40~300㎛), 이를 사용하기 위해서는 적정량의 입도를 갖추도록 입상화하는 과정이 필요하다. 입상화된 광은 유동환원로에서 사용되기 적합한 입도를 가질 뿐만 아니라, 자철광 내에 존재하는 잔류 응력 또는 입상화 과정에 의해 형성되는 잔류 응력에 의해 쉽게 분쇄되어 넓은 표면적을 가질 수 있어, 자철광의 환원성을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 상기 입상화의 일례를 소개하면 다음과 같으나 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 즉, 입상화를 위해서는 극미분 자철광을 호퍼에서 불출하여 적당량을 평량한 후에, 입상화장치(14)를 이용하여 적정입도로 입상화하는 과정이 필요하다. 이를 통하여 상기 입상화광은 0.4mm 이상의 입도를 가질 수 있다. 입도의 상한은 상술한 바와 같은 입상화하지 않은 분철광석의 적정 입도의 상한일 수 있다. 다만, 입상화 효율 등을 고려할 경우에는 4mm 이하로 입도의 상한을 제한할 수도 있다. 이때, 입상화를 위하여 자철광과 함께 바인더가 물과 함께 첨가될 수 있다. 바인더와 물의 배합량은 통상의 입상화 방법에 준하여 사용하면 되므로 본 발명에서 특별히 제한하지는 않는다. 다만, 한가지 비제한 적인 예를 든다면 상기 바인더의 함량은 0.05~1중량% 범위에서 결정될 수 있다. 바인더의 함량이 너무 작을 경우에는 충분한 결합력을 제공하기 어려우며, 반대로 너무 클 경우에는 철광석이 차지하는 비율이 감소하여 생산성에 바람직하지 않기 때문이다. 바인더로서는 입상화 분야에서 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 사용가능하다, 한가지 바람직한 예를 든다면 벤토나이트와 같은 무기계 바인더를 들 수 있다. 또한, 상기 입상화시 자철광과 함께 15 중량%까지 또는 10중량% 까지의 집진된 적철광도 포함하여 함께 입상화 할 수도 있다.

상술한 과정에 의해 입상화광은 이후 유동환원로 설비에 공급되어 환원과정을 겪을 수도 있다. 이때, 통상의 분철광석(미입상화광)과 함께 투입되는 것이 바람직하며, 이러한 경우 입상화광은 전체 투입 분철광석의 70중량%까지 사용될 수 있다. 물론 입상화광을 전혀 사용하지 않아도 후술하는 유동환원과 용융환원을 통한 용선제조에는 문제가 없으나, 본 발명에서 의도하는 바와 같이 자철광의 활용도를 높이기 위해서는 입상화광은 입상화광에 포함된 자철광의 중량기준(즉, 전체 투입되는 광석의 중량 중 자철광이 차지하는 비율)으로 0중량% 초과의 비율로 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 분철광석은 상기 유동환원로설비(111)의 최초 유동환원로(1114)에 투입된후, 순차적으로 그 이후의 유동환원로(1113,1112,1111)를 거치면서 환원이 진행될 수 있다.

이때, 상기 유동환원로설비(111)에서 분철광석 환원은 용융로에서의 추가 환원이 용이하도록 환원율이 50% 이상이 되도록 행하는 것이 바람직하다. 다만, 후술하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 한가지 구현례에서는, 용융로(12)로부터 배출되는 환원가스를 사용하여 분철광석을 환원시키는데, 용융로(12)에서 배출되는 환원가스(소위 'FOG'가스라고도 함)는 먼지나 황 함량이 높아 분철광석의 환원율이 높아지면 내부에서 고착(sticking)현상이 발생하는 문제점이 있으며, 용융로에서 추가환원이 이루어질 수 있기 때문에 상기 환원율은 80% 이하인 것이 보다 바람직하다.

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 용융로(12)에 공급하여 용융하여 용선을 제조한다.

상기 상기 괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철은 500~800℃의 고온상태로 용융로에 장입하는 것이 바람직하다. 용융로(12)에는 상기 괴상화환원철을 환원시키기 위한 환원제를 같이 장입하여 용융된 환원철을 추가로 환원할 수 있다. 환원제로서는 탄소계 환원제를 사용할 수 있으며, 그 중에서도 성형탄이나 괴탄 또는 코크스 등과 같은 석탄계 환원제를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

이때, 용선중 포함되어 있는 중요한 원소중 하나인 Si는 제강장치에서 산소취입에 의한 연소반응에 의하여 용강중에 열을 공급하는 기능을 할 수 있다. 따라서, 상기 용선중 Si는 0.1중량% 이상인 것이 바람직하며, 0.3중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 다만, Si 함량이 너무 높을 경우에는 제강과정에서 슬래그 염기도를 과다하게 상승시켜서 탈황이나 탈린 등과 같은 작업시 작업효율이 감소할 수 있으므로, 상기 Si 함량의 상한은 1.0중량%로 한다. 보다 바람직한 Si 함량의 상한은 0.5중량%이다.

상기와 같이 상기 용융로(12)에서 제조된 용선과 스크랩을 상기 전로(20)에 공급하여 용강을 제조한다. 용선은 전로(20)에 공급하기 전에 탈황, 탈린, 또는 동시 탈황탈린 공정 중 1개 이상의 공정을 경유할 수도 있으며, 그 밖의 예비처리공정을 경유할 수도 있다.

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.

상기 전로(20)에서 용강 제조 시 생석회와 같은 물질의 입자를 같이 취입하여 슬래그의 염기도 제어 및 탈탄반응의 핵으로 작용할 수 있도록 할 수도 있다.

상술한 제강단계에서는 전로(또다른 구현례에서는 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 전로에 후속하여 2차 정련 과정이 더 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 전로공정에 선행하여 용선예비처리과정이 더 포함 될 수도 있다.

또한, 상술한 설명에서는 제강장치의 예시로서 전로를 들고 있었으나, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 전로에 대체하여 전기로도 사용가능하다는 점에 유의할 필요가 있다. 전기로는 아크에 의해 열을 발생시키는 설비이므로 비교적 낮은 용선비에서도 충분히 제강이 가능하다. 뿐만 아니라, 본 발명에서는 기존의 스크랩만 용해하는 전기로 제강법에 비해서는 용선을 다량 사용하므로 보다 다양하고 고품질의 제품 생산이 가능하다.

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 4 내지 6에 예시된 슬라브 주조 장치가 더 포함된 시스템을 통하여 본 발명의 몇몇 구현례를 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% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 보다 바람직하게는 25% 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.

1,2,3: 일관제철시스템
10: 제선장치
11: 환원분철광석제조장치
111: 유동환원로설비
1111,1112,1113,1114: 유동환원로
1115: 순환관
118: 이산화탄소 제거장치
1181: 배가스배출관
12: 용융로
121: 가스공급관
13: 괴상화장치
131: 호퍼
14: 입상화장치
141: 호퍼
142: 혼합기
143: 입상기
20: 전로
20-1: 전기로
21: 랜스
30: 슬라브 주조 장치
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 (9)

1. 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치;
   철광석을 입상화하여 입상화광을 제조하고, 상기 입상화광을 상기 유동환원로설비에서 환원되는 분철광석의 일부로 공급하는 입상화장치;
   유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 괴상화장치; 및
   상기 괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로를 포함하는 제선장치와
   상기 제선장치에서 제조된 용선과 스크랩을 장입하여 용강을 제조하는 제강장치를 포함하는 일관제철시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제강장치는 전로 또는 전기로를 포함하는 일관제철시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조기와 압연 장치가 직결된 슬라브 주조 장치를 더 포함하는 일관제철시스템.
   
4. 제 3 항에 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.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 연속주조기와 사상압연기 사이에는 조압연기를 더 포함하는 일관제철시스템.
   
6. 분철광석을 유동환원시켜 환원분철광석을 제조하는 단계;
   상기 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하는 단계; 및
   상기 괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용선제조단계를 포함하는 제선단계와
   상기 제선단계에서 제조된 용선을 용강으로 변환하는 제강단계를 포함하고,
   상기 분철광석은 평균입도 40~300㎛의 극미분 철광석을 0.4~4mm로 입상화한 입상화광과 입상화하지 않은 입도 0.4~12mm의 미입상광을 포함하는 일관제철방법.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제강단계에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조 단계와 압연 단계가 직결된 슬라브 주조 단계를 더 포함하는 일관제철방법.
   
8. 제 7 항에 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.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 주조단계와 사상압연단계 사이에는 조압연단계를 더 포함하는 일관제철방법.

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