KR101499200B1

KR101499200B1 - 용광로

Info

Publication number: KR101499200B1
Application number: KR1020130074365A
Authority: KR
Inventors: 홍진명; 김해곤; 이재협
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: KR20150001888A

Abstract

용광로(Furnace)가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 용광로는, 도가니와, 이러한 도가니에 적어도 하나 이상 설치되는 탄소 전극봉과, 이러한 탄소 전극봉의 소모가 억제되도록 도가니 내부로 산화철 증가 억제재를 주입하는 억제제 공급장치를 포함한다.

Description

용광로{FURNACE}

본 발명은 용광로에 관한 것이다.

전기양도체인 전극봉에 전류를 흘려서 아크(Arc)열을 발생시키는 방식의 용광로로는 예를 들어 래들 퍼니스(Ladle Furnace)와 전기 아크로(Electric Arc Furnace)가 있다. 래들 퍼니스는 용선예비처리와 전로제강공정을 거친 쇳물(용강)을 2차 정련할 때 주로 사용되며, 전기 아크로는 고철과 같은 스크랩을 녹여서 강을 제조하는 공정에 주로 사용된다.

예를 들어 래들 퍼니스의 경우, 전극봉은 아크에 의해 발생한 고열을 용강에 공급하여 용강의 온도를 올리는 역할을 한다. 이러한 전극봉으로는 흑연과 같은 탄소 전극봉이 주로 사용된다.

이때, 공기와 슬래그가 접촉하는 접촉면에서의 아크에 의한 재산화 반응으로 인해 탄소 전극봉 주변에 국부적으로 산화철(FeO)의 농도가 증가할 수 있으며, 이렇게 증가한 산화철(FeO)은 탄소 전극봉의 탄소(C)와 하기의 화학식의 반응을 하여 탄소 전극봉이 소실된다.

C + FeO = CO + Fe

이와 같은 본 발명의 배경 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0130719호(2011.12.06, 전기로의 랜스 장치)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 탄소 전극봉의 소모를 억제할 수 있는 용광로를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 도가니; 상기 도가니에 적어도 하나 이상 설치되는 탄소 전극봉; 및 상기 탄소 전극봉의 소모가 억제되도록 상기 도가니 내부로 산화철 증가 억제재를 주입하는 억제제 공급장치를 포함하는 용광로가 제공된다.

상기 산화철 증가 억제제는 산화철(FeO)보다 산소 친화도가 큰 물질을 포함할 수 있다.

상기 산화철 증가 억제제는 알루미늄 계열의 물질을 포함할 수 있다.

상기 산화철 증가 억제제는 고체상의 분말 형태로 이루어질 수 있다.

상기 억제제 공급장치는, 상기 산화철 증가 억제제가 상기 도가니 내로 분사되도록 상기 도가니를 관통하여 설치되는 분사 노즐과; 상기 분사 노즐과 연결되어 상기 도가니로 상기 산화철 증가 억제제를 공급하는 억제제 저장용기를 포함할 수 있다.

상기 억제제 공급장치는, 캐리어가스가 충전된 캐리어가스 저장탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 억제제 공급장치는, 상기 공급관 상에 설치되며, 상기 캐리어가스 저장탱크로부터 제공된 캐리어가스를 이용하여 상기 억제제 저장용기의 억제제를 상기 분사 노즐로 공급하는 디스펜서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용광로는, 산화철(FeO)의 증가를 억제할 수 있는 산화철 증가 억제제를 도가니 내부로 주입함으로써 산화철과 탄소 전극봉이 반응하는 것을 최소화하여 탄소 전극봉의 소모를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용광로를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A' 절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 용광로의 도가니 상측에 설치된 분사 노즐과 공급관을 개략적으로 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 용광로의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용광로를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1의 A-A' 절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 용광로의 도가니 상측에 설치된 분사 노즐과 공급관을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 용광로(1000)는, 도가니(100)와 탄소 전극봉(200)과 산화철 증가 억제제 공급장치(300)를 포함한다.

이러한 본 실시예에 따르면, 산화철(FeO)의 증가를 억제할 수 있는 산화철 증가 억제제를 도가니 내부로 주입함으로써 산화철과 탄소 전극봉의 탄소(C)가 반응하는 것을 최소화할 수 있으며 이를 통해 탄소 전극봉의 손실을 억제할 수 있다

참고로, 여기서 용광로(furnace)라 함은 전기양도체인 전극봉에 전류를 흘려서 아크(Arc)열을 발생시키는 방식의 용광로로서 예를 들어 래들 퍼니스(Ladle Furnace)와 전기 아크로(Electric Arc Furnace)를 포함할 수 있다.

이하 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 용광로(1000)가 전기로인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 실시예에 따른 용광로(1000)가 래들 퍼니스에도 적용될 수 있음은 물론이다.

이하 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 용광로(1000)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도가니(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 원형에 가까운 관 형상의 몸체(110)와 이러한 몸체(110)의 상부에 포개어 설치되는 루프(roof, 120)를 포함할 수 있다.

몸체(110) 내부에는 예를 들어 고철과 같은 스크랩이나 용선예비처리와 전로제강공정을 거친 용강이 수용될 수 있도록 중공부가 형성될 수 있다.

루프(120)에는 후술할 탄소 전극봉(200)이 상하로 관통하여 설치될 수 있다. 즉, 탄소 전극봉(200)의 일단부는 도가니(100)의 내측에 위치할 수 있으며, 탄소 전극봉(200)의 타단부는 도가니(100)의 상부를 관통하여 외측으로 연장될 수 있다.

탄소 전극봉(200)은 직류 또는 교류 전원으로부터 전압을 인가하여 발생하는 전류가 흘려서 아크(Acr)열을 발생시킬 수 있고, 이렇게 발생한 아크열을 이용하여 용강의 온도를 올리거나 고철을 녹일 수 있다.

본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 3개의 탄소 전극봉(200)이 루프(120)에 설치된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 그 개수는 조절될 수 있다.

산화철 증가 억제제 공급장치(300)는 산화철(FeO)의 증가를 억제할 수 있는 산화철 증가 억제제를 도가니(100) 내부로 주입할 수 있는 장치이다.

앞서도 살펴본 바와 같이, 공기와 슬래그가 접촉하는 접촉면에서의 아크에 의한 재산화 반응으로 인해 탄소 전극봉(200) 주변에 국부적으로 산화철(FeO)의 농도가 증가할 수 있으며, 이렇게 증가한 산화철(FeO)은 탄소 전극봉(200)의 주성분인 탄소(C)와 반응하여 탄소 전극봉(200)이 소실되는 원인이 된다.

본 실시예에서는, 아크에 의한 재산화 반응으로 인해 탄소 전극봉(200) 주변에 산화철(FeO)의 농도가 증가하는 것을 억제할 수 있도록, 억제제 공급장치(300)를 이용하여 산화철 증가 억제제를 도가니(100) 내부에 주입할 수 있다.

구체적으로, 산화철 증가 억제제는 산화철(FeO)보다 산소 친화도가 큰 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질로는 예를 들어 알루미늄 계열의 물질이 사용될 수 있다. 구체적으로, 산화철 증가 억제제로는 알루미늄 드로스(Al dross) 또는 알믹스(Almix)와 같은 물질이 사용될 수 있다.

즉, 하기의 화학식과 같이, 산화철보다 산소 친화도가 큰 알루미늄 계열의 물질을 탄소 전극봉(200) 주변에 공급함으로써 알루미늄(Al)이 산화철(FeO)과 반응하여 산화알루미늄(Al₂O₃)을 생성하고 이를 통해 탄소와 반응하는 산화철의 증가를 억제할 수 있다.

3(FeO) + 2Al = Al₂O₃

이 경우, 알루미늄 계열의 산화철 증가 억제제는 고체상의 분말 형태로 도가니(200) 내에 공급될 수 있다.

이와 같이 산화철 증가 억제제를 고체상의 분말 형태로 도가니(100) 내에 주입함으로써, 탄소 전극봉(200) 주변에 국부적으로 발생하는 산화철과 반응하는 접촉면을 증가시킬 수 있으며 이를 통해 산화철 증가 억제제와 산화철 간의 반응을 활성화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 산화철 증가 억제제 공급장치(300)는 산화철 증가 억제제를 탄소 전극봉(200) 주변에 효과적으로 공급할 수 있는 장치이다.

구체적으로, 산화철 증가 억제제 공급장치(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 분사 노즐(310)과 공급관(320)과 억제제 저장용기(330)를 포함할 수 있다.

분사 노즐(310)은 산화철 증가 억제제가 도가니(100) 내로 분사되도록 도가니(100)를 관통하여 설치되는 부재로서, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 탄소 전극봉(200)이 내측 중심부에 위치하도록 그 주위를 따라 설치될 수 있다.

본 실시예의 경우는, 도가니(100)의 루프(120)를 관통하도록 설치된 탄소 전극봉(200)을 중심으로 그 외측에 복수개의 분사 노즐(310)이 반사상으로 배치된 것을 도시하고 있다. 그러나, 분사 노즐(310)의 배치 형태나 설치 위치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

공급관(320)은 도 1에 도시된 바와 같이 분사 노즐(310)과 억제제 저장용기(330) 간을 상호 연결하는 부재이다.

이러한 공급관(320)은 도가니(100)와 인접하게 설치되므로 열에 강한 내열성 재질로 이루어질 수 있다. 본 실시예의 경우, 공급관(320)은 그 외주면이 내열성 재질로 코팅된 호스가 사용될 수 있다. 이러한 공급관(320)은 도가니(100)의 용강 출강시 도가니(100)의 기울어짐에 대응할 수 있도록 신축성(flexible) 있는 재질로 이루어질 수 있다.

억제제 저장용기(330)는 앞서 상술한 형태의 산화철 증가 억제제를 분말 형태로 내부에 수용할 수 있으며, 그 하부는 도 1에 도시된 바와 같이 공급구(미도시)가 형성된 호퍼 형상을 가질 수 있다.

즉, 억제제 저장용기(330) 내의 억제제가 공급관(320)을 따라 분사 노즐(310)로 이동할 수 있으며, 분사 노즐(310)을 통해 도가니(100) 내로 분사될 수 있다.

한편, 산화철 증가 억제제 공급장치(300)는 캐리어가스가 충전된 캐리어가스 저장탱크(340)를 더 포함할 수 있다.

캐리어가스 저장탱크(340)는 내부에 고압의 캐리어가스가 충전될 수 있으며, 그 출구가 도 1에 도시된 바와 같이 공급관(320) 또는 후술할 디스펜서(dispenser, 350)와 유체 흐름 가능하게 연결될 수 있다.

여기서, 캐리어가스로는 아르곤 가스가 사용될 수 있다. 본 실시예의 경우, 아르곤 가스는 캐이러가스 저장탱크(340) 내에 고압으로 충진될 수 있다. 이와 같이 고압의 아르곤가스가 분말 형태의 산화철 증가 억제제를 분사 노즐(310)로 운반할 수 있다.

또한, 산화철 증가 억제제 공급장치(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이 공급관(320) 상에 설치되며, 캐리어가스 저장탱크(340)로부터 제공된 캐리어가스를 이용하여 억제제 저장용기(330)의 억제제를 분사 노즐(310)로 공급하는 디스펜서(350)를 더 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 캐리어가스 저장탱크(340)로부터 캐리어가스를 공급관(320) 또는 디스펜서(350)로 공급하는 파이프라인(도면부호 미표기) 상에는 도 1에 도시된 바와 같이 개폐밸브(도면부호 미표기)가 설치될 수 있으며, 캐리어가스 저장탱크(340)의 개폐밸브를 개방하면 캐리어가스 저장탱크(340)로부터 고압의 캐리어가스가 고속으로 분출되어 파이프라인을 따라 공급관(320) 또는 디스펜서(350)로 공급될 수 있다.

이때, 디스펜서(350) 또는 공급관(320) 내부에는 고속으로 유입되는 캐리어가스로 인해 벤츄리 효과에 따른 음압이 형성되므로, 억제제 저장용기(330)로부터 분말가루 상태의 산화철 증가 억제제가 디스펜서(350) 또는 공급관(320) 내부로 흡입될 수 있다. 이렇게 흡입된 산화철 증가 억제제는 캐리어가스와 혼합되고 캐리어가스의 분사와 더불어 분사 노즐(310)를 통해 도가니(100) 내부로 분사될 수 있다.

본 실시예에서는 캐리어가스 저장탱크(340)로부터 제공된 캐리어가스가 디스펜서(350)를 통해 공급관(320)으로 공급됨으로써 억제제 저장용기(330)의 억제제를 분사 노즐(310)로 공급하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 캐리어가스 저장탱크(340)로부터 제공된 캐리어가스는 디스펜서(350)의 경유 없이 공급관(320)으로 바로 공급될 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 산화철(FeO)의 증가를 억제할 수 있는 산화철 증가 억제제를 도가니 내부로 주입함으로써 산화철과 탄소 전극봉의 탄소(C)가 반응하는 것을 최소화할 수 있으며 이를 통해 탄소 전극봉의 손실을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 용광로
100: 도가니
110: 몸체
120: 루프
200: 탄소 전극봉
300: 산화철 증가 억제제 공급장치
310: 분사 노즐
320: 공급관
330: 억제제 저장용기
340: 캐리어가스 저장탱크
350: 디스펜서

Claims

도가니;
상기 도가니에 적어도 하나 이상 설치되는 탄소 전극봉; 및
상기 탄소 전극봉의 소모가 억제되도록 상기 도가니 내부로 산화철 증가 억제재를 주입하는 억제제 공급장치를 포함하되,
상기 억제제 공급장치는,
상기 산화철 증가 억제제가 상기 도가니 내로 분사되도록 상기 도가니를 관통하여 설치되는 분사 노즐;
상기 분사 노즐과 연결되어 상기 도가니로 상기 산화철 증가 억제제를 공급하는 억제제 저장용기;
상기 분사 노즐과 상기 억제제 저장용기를 연결하는 공급관;
상기 공급관과 연결되며, 고압의 캐리어가스가 충전된 캐리어가스 저장탱크; 및
상기 공급관 상에 설치되며, 상기 캐리어가스 저장탱크로부터 제공된 고압의 캐리어가스를 이용하여 상기 억제제 저장용기의 억제제를 상기 분사 노즐로 공급하는 디스펜서를 포함하고,
상기 산화철 증가 억제제는 알루미늄 계열의 물질을 포함하는, 용광로.
제1항에 있어서,
상기 산화철 증가 억제제는 산화철(FeO)보다 산소 친화도가 큰 물질을 포함하는, 용광로.
삭제
제1항에 있어서,
상기 산화철 증가 억제제는 고체상의 분말 형태로 이루어지는, 용광로.
삭제
삭제
삭제