KR101818372B1

KR101818372B1 - 전기로 조업방법

Info

Publication number: KR101818372B1
Application number: KR1020160120570A
Authority: KR
Inventors: 신대훈; 김종덕; 위창현; 조종오; 홍민기; 안재환; 윤인주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-01-12

Abstract

전기로 조업 방법에 대한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 전기로 조업 방법은 전기로 내부에 스크랩을 투입하는 단계; 상기 전기로에 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하는 단계; 상기 전기로 내에 산소를 취입하여 상기 용강을 산화 정련하는 단계; 및 상기 용강을 출강하는 단계;를 포함하며, 상기 용선은, 상기 전력 인가 후, 4분 이내에 장입을 시작하여, 11분 이내에 장입을 완료한다.

Description

전기로 조업방법 {OPERATING METHOD FOR ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은 전기로 조업 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 용선을 사용하는 전기로의 조업 방법에 관한 것이다.

전기로(EAF, electirc arc furnace)는, 전기에너지를 이용하여 금속 또는 합금을 가열하여 용해한다. 일반적으로, 노의 내부에 스크랩을 장입한 후 3개의 전극과 스크랩 사이로 아크 형태의 전류를 발생시켜 가열하여 스크랩을 용해하게 된다.

전기로 공정은 전체 공정(제강, 연주 및 압연) 중에서, 생산원가(원료, 전력 및 유틸리티 등)의 절반 이상을 차지하고, 생산성을 좌우하며, 이차 정련의 개재물 초기 유입 수준(출강 산소)과 성분(산소,인 및 Tramp 원소 등) 조정/제어 등 용강 품질을 확보하는 중요한 공정이다.

상기 전기로에서 제조된 용강은 출강구를 통하여 래들(ladle)로 출강된 후 후공정으로 이송된다. 래들로 출강된 용강은 연속 주조기로 이송되어 슬라브(Slab), 블룸(Bloom), 또는 빌렛(Billet) 등의 반제품으로 제조된다.

용강 품질 제어를 위해 전기로 조업시, 용강 내 산소량, 슬래그 유출량, 및 용강 내 탄소/인 함량 등의 변수가 중요하게 작용한다. 또한, 상기 전기로 조업시 생산성 및 경제성을 고려하여 조업 시간, 조업시 전력 인가량 및 부원료 투입량 등의 변수가 조절된다.

본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2016-0062611호(2016.06.02. 공개, 발명의 명칭: 전기로 제강조업 중 총 산소 제어방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 용강 품질이 우수한 전기로 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 용강 탈탄능이 우수한 전기로 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전력 원단위 저감 효과 및 용강 조업 시간 단축효과가 우수한 전기로 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 조업 안정성, 용강 생산성 및 경제성이 우수한 전기로 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 전기로 조업 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전기로 조업 방법은 전기로 내부에 스크랩을 투입하는 단계; 상기 전기로에 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하는 단계; 상기 전기로 내에 산소를 취입하여 상기 용강을 산화 정련하는 단계; 및 상기 용강을 출강하는 단계;를 포함하며, 상기 용선은, 상기 전력 인가 후, 4분 이내에 장입을 시작하여, 11분 이내에 장입을 완료한다.

한 구체예에서 상기 스크랩 및 용선 전체 중량에 대하여, 스크랩 65~75 중량% 및 용선 25~35 중량% 포함될 수 있다.

한 구체예에서 상기 전기로 내 산소 취입은, 상기 전력 인가 후 10분 이내에 취입을 시작하며, 상기 용선 장입은, 상기 전력 인가 후 4분 이내에 장입을 시작하여, 상기 산소 취입 후 1분 이내에 완료될 수 있다.

한 구체예에서 상기 용선 장입은 7.1~16.7 톤/분의 장입 속도로 장입될 수 있다.

한 구체예에서 상기 전기로 내 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점의 용강 중 산소 농도 예측값은, 하기 식 1에 의해 도출될 수 있다:

[식 1]

용강 중 산소 농도 예측값(ppm) = (0.2464 x 산소 취입량(Nm³)) - 535.25

본 발명의 전기로 조업 방법을 적용시, 용강 탈탄능이 우수하여, 고품질 용강의 생산이 가능하고, 전력 원단위 저감 효과 및 용강 조업 시간 단축효과가 우수하며, 조업시 전기로 외부로 용강 슬래그 유출을 방지하여, 조업 안정성, 용강 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전기로 조업 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 전력 인가 후, 용선 투입 완료 시간에 대한 조업구 슬래그 유출 발생률을 나타낸 그래프이다.
도 3은 전기로 내 산소 취입량과, 용락 시점의 용강 내 산소량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예에 따른 전기로 조업시, 용락 시점의 용강 내 산소 예측값의 적중률을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예의 전기로 조업시, 조업구를 통한 용강 슬래그 유출 발생률을 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

전기로 조업 방법

본 발명의 하나의 관점은 전기로 조업 방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전기로 조업 방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 전기로 조업 방법은 (S10) 스크랩 투입 단계; (S20) 용강 형성 단계; (S30) 산화 정련 단계; 및 (S40) 출강 단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로 상기 전기로 조업 방법은 (S10) 전기로 내부에 스크랩을 투입하는 단계; (S20) 상기 전기로에 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하는 단계; (S30) 상기 전기로 내에 산소를 취입하여 상기 용강을 산화 정련하는 단계; 및 (S40) 상기 용강을 출강하는 단계;를 포함하며, 상기 용선은, 상기 전력 인가 후, 4분 이내에 장입을 시작하여, 11분 이내에 장입을 완료한다.

이하, 본 발명에 따른 전기로 조업 방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.

(S10) 스크랩 투입 단계

상기 단계는 전기로 내부에 스크랩을 투입하는 단계이다. 한 구체예에서 용강을 제조하기 위해 사용되는 주원료 중 스크랩(scrap)을 스크랩 버켓에 충전한 다음, 전기로 내부에 투입할 수 있다.

일반적으로 전기로 조업에서, 스크랩에 함유된 트램프(tramp) 원소를 제어하기 위해 선철, HBI, DRI 및 선지금 등 희석류 원료를 사용해서 스크랩 배합비를 조정한다. 그러나 희석류 원료는 그 종류에 따라 용해전력 상승, 생산성(TTT) 저하, 슬래그 발생량 증가(인(P) 및 맥석 함량 증가), 조업 사고 위험성 증가 등의 문제점이 있으며, 희석류 원료 중 선철의 경우, 고비중의 고체 원료를 용해시켜야 한다는 한계점이 있었다.

(S20) 용해 단계

상기 단계는 상기 전기로에 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하는 단계이다. 본 발명과 같이 전기로에 스크랩 및 용선을 장입하여 용강 제조시, 고품질의 용강 제조가 가능할 수 있다.

한편, 스크랩 만을 주원료로 사용하여 전기로 조업하는 경우, 스크랩 내 트램프(Tramp) 원소(구리(Cu) 및 주석(Sn) 등)가 다량 함유되어 있어, 용강 제품 품질에 악영향을 미치게 되고, 이로 인해 사용할 수 있는 스크랩의 종류가 제한적이다. 또한, 상기 용강 내 Tramp 원소의 함량을 줄이기 위해 고로에서 주선처리 된 선철을 일부 사용하는 경우도 있다.

상기 용선은 고로에서 주선처리 된 용융상태의 선철이며, 전기로의 주상에 설치된 용선 투입 설비(론더)를 사용하여 조업구를 통해 투입될 수 있다. 용선은 고온의 용융된 형태이므로, 조업 초기부터 탈탄 및 탈린 등의 정련 작업이 가능하다. 또한 용해에너지가 필요 없고, 자체적으로 열에너지를 지니고 있기 때문에 조업시간 단축에 유리하다.

한 구체예에서, 스크랩 및 용선 전체 중량에 대하여 상기 스크랩 65~75 중량% 및 용선 25~35 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 사용시, 상기 트램프 원소 제어효과가 우수하여 고품질 용강 생산이 가능하며, 전력 원단위 저감 효과 및 용강 조업 시간 단축효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 스크랩 70 중량% 및 용선 30 중량% 포함될 수 있다.

한편, 고온의 용선으로부터의 헌열은 상기 충전된 스크랩 용해 거동의 변수로 작용하여, 스크랩의 붕락속도(탕면 형성 속도)에 영향을 주게 된다. 또한, 용선에 함유된 고함량의 탄소(C)는 노벽 랜스를 통해 취입되는 산소와 반응하여 다량의 일산화탄소(CO) 가스가 발생하는데, 상기 일산화탄소 가스로 인해 조업구로부터 슬래그가 유출되는 현상이 발생하여 조업 안정성 및 생산성이 저하될 수 있어, 이를 방지하기 위해 용선 장입 제어 기술이 중요하게 작용하게 된다. 또한, 본 발명에서 주원료로 상기 스크랩과 함께 사용되는 용선은, 탄소(C), 인(P) 및 실리콘(Si) 등의 성분이 함유되어 있어, 스크랩 만을 사용하는 전기로 조업에서와는 달리 상기 탄소, 인 및 실리콘을 제거해야 한다.

도 2는 전력 인가 후, 용선 투입 완료 시간에 대한 조업구 슬래그 유출 발생률을 나타낸 그래프이다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 용선은 상기 전력 인가 후, 4분 이내에 장입을 시작하여 11분 이내에 장입을 완료한다. 상기 조건으로 용강 장입시, 용강 탈탄능이 우수하며, 취입되는 산소와 반응하여 급격히 발생하는 일산화탄소 가스에 의해 용선이 역류하여 탕도를 통해 슬래그가 전기로 외부로 유출되는 현상을 방지하여, 조업 안정성이 우수할 수 있다.

상기 도 2와 같이 상기 전력 인가 후, 4분을 초과하여 장입 시작시 산소 취입에 의하여 발생하는 일산화탄소에 의해 슬래그 유출이 발생하여, 조업 안정성 및 용강 생산성이 저하될 수 있다. 또한 상기 전력 인가 후 11분을 초과하여 장입 완료시, 산소 취입에 의해 발생하는 일산화탄소에 의해, 상기 전기로 조업구를 통한 슬래그 유출이 발생하여 조업 안정성 및 용강 생산성이 저하될 수 있다. 예를 들면, 상기 전력 인가 후, 3분 30초 이내에 장입을 시작하여, 10분 이내에 장입을 완료할 수 있다.

(S30) 산화 정련 단계

상기 단계는 상기 전기로 내에 산소를 취입하여 상기 용강을 산화 정련하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 전기로 내 산소 취입은, 전기로 내 산소 랜스를 이용하여 상기 전력 인가 후 10분 이내에 취입을 시작할 수 있다. 상기 전력 인가 후, 10분을 초과하여 산소 취입 시작시, 조업 시간이 증가하며, 조업 효율성이 저하될 수 있다. 이때 상기 용선 장입은, 상기 전력 인가 후 4분 이내에 장입을 시작하여, 상기 산소 취입 후 1분 이내에 완료될 수 있다. 상기 조건에서 탈탄 제어능이 우수하며, 조업 안정성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 전력 인가 후 9분 이내에 산소 취입을 시작하며, 상기 용선 장입은, 상기 전력 인가 후 3분 30초 이내에 장입을 시작하여, 상기 산소 랜스를 통한 산소 취입 후 1분 이내에 용선 장입을 완료할 수 있다.

한 구체예에서 상기 용선 장입은 7.1~16.7 톤/분의 장입 속도로 장입될 수 있다. 상기 속도 범위로 장입시, 용선이 역류하여 전기로 외부로 유출되는 현상을 방지하면서, 용강의 탈탄 제어능이 우수할 수 있다. 상기 용선 장입을 7.1 톤/분 미만의 속도로 장입시, 용선 장입 완료 시점이 전기로 내 산소랜스를 사용한 산소 취입시점을 초과하여 슬래그 도어를 닫기 전 용강 슬래그가 유출되어 조업 안정성 및 용강 생산량이 저하되며, 16.7 톤/분을 초과하여 장입시, 지나치게 빠른 장입 속도에 의해 용강 역류하게 되어, 조업 안정성이 저하될 수 있다.

도 3은 전기로 내 산소 취입량과, 용락 시점의 용강 내 산소량과의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 최초 전기로 조업시 상기 전기로 내 스크랩이 70%~80% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점의 용강 중 산소 농도 예측값은, 하기 식 1에 의해 도출될 수 있다:

[식 1]

상기 전기로에 취입되는 산소 취입량을 이용한 수식을 적용시, 전기로 용락 시점에서 용강 중 산소 농도 예측값의 적중률이 우수할 수 있다. 따라서, 용강의 탈탄 제어능이 우수하여 고품질 용강을 생산할 수 있다.

상기 도 3을 참조하면, 전기로 2회 조업시 상기 용락 시점의 용강 중 산소 농도 예측값은, 하기 식 2에 의해 도출될 수 있다:

[식 2]

용강 중 산소 농도 예측값(ppm) = (0.048 x 산소 취입량(Nm³)) - 43.53

상기 도 3을 참조하면, 전기로 3회 이상 조업시 상기 용락 시점의 용강 중 산소 농도 예측값은, 하기 식 3에 의해 도출될 수 있다:

[식 3]

용강 중 산소 농도 예측값(ppm) = (0.354 x 산소 취입량(Nm³)) - 1,012

(S40) 출강 단계

상기 단계는 상기 용강을 출강하는 단계이다. 상기 측정된 용강 온도 및 용강 내 산소량이 목표치를 만족하는 경우, 전기로에서 수강 래들로 용강을 출강할 수 있다.

한 구체예에서 상기 출강시 용강 중 인(P) 함량은 0.01 중량% 이하일 수 있다. 상기 범위로 인 함량을 제어시, 고품질 용강을 생산할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예 및 비교예

실시예 1

스크랩 버켓에 스크랩을 충전한 다음, 전기로 내부에 상기 스크랩을 투입하였다. 상기 전기로에 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하였다. 이때, 스크랩 및 용선 전체중량에 대하여 스크랩 70 중량% 및 용선 30 중량%로 상기 전기로에 장입하였으며, 상기 용선은 상기 전력 인가 후, 3분 12초 경과한 시점에 장입을 시작하여, 전력 인가 후 10분 경과한 시점에 장입을 완료하였다. 한편, 상기 전력 인가 후 9분 경과한 시점에 전기로 내 산소 랜스를 이용하여 산소를 3,000Nm³취입하였다. 상기 용선은 8 톤/분의 장입 속도로 장입하였으며, 전기로 조업시 조업구로 용강 슬래그가 유출되지 않았다.

또한, 전기로 1회 조업시, 상기 전기로 내 스크랩이 80% 이상 용해된 용락(melting down) 시점의 용강 중 산소 농도 예측값을, 하기 식 1에 의해 도출하였다:

[식 1]

비교예 1

전기로 내 전력 인가 후 4분 5초가 경과한 시점에 용선 장입을 시작하여, 11분이 경과한 시점에 용선 장입을 완료한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전기로 조업을 실시하였다.

상기 용선 장입시 상기 전기로 내 유입되는 산소와 상기 용선에 함유된 탄소가 반응하여 생성된 일산화탄소 가스 발생량이 급격히 증가하여, 조업구를 통해 용강 슬래그가 유출되는 현상이 발생하였다.

도 4는 본 발명의 실시예 1 및 본 발명에 대한 비교예 1의 전기로 조업시, 용락 시점의 용강 내 산소 예측값의 적중률을 비교한 그래프이다. 상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 용선 장입 조건을 만족하는 전기로 조업을 적용한 실시예 1의 경우, 비교예 1 보다 용락 시점에서 용강 내 산소 예측값의 정확도가 우수하여, 적중률이 우수함을 알 수 있었다.

도 5는 본 발명의 실시예 1 및 본 발명에 대한 비교예 1의 전기로 조업시, 조업구를 통한 용강 슬래그 유출 발생률을 비교한 그래프이다. 상기 도 5를 참조하면, 본 발명의 용선 장입 조건을 만족하는 전기로 조업을 적용한 실시예 1의 경우, 용강 슬래그 유출 현상이 발생하지 않았으며, 본 발명의 용선 장입 조건을 벗어난 비교예 1의 경우, 조업구 슬래그 유출 발생률이 증가하여, 조업 안정성이 저하됨을 알 수 있었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

전기로 내부에 스크랩을 투입하는 단계;
상기 전기로에 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하는 단계;
상기 전기로 내에 산소를 취입하여 상기 용강을 산화 정련하는 단계; 및
상기 용강을 출강하는 단계;를 포함하며,
상기 용선은, 상기 전력 인가 후, 4분 이내에 장입을 시작하여, 11분 이내에 장입을 완료하는 것이며,
상기 전기로 내 산소 취입은, 상기 전력 인가 후 10분 이내에 취입을 시작하며,
상기 용선 장입은, 상기 산소 취입 후 1분 이내에 완료되고,
상기 전기로 내 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점의 용강 중 산소 농도 예측값은, 하기 식 1에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법:
[식 1]
용강 중 산소 농도 예측값(ppm) = (0.2464 x 산소 취입량(Nm³)) - 535.25
제1항에 있어서,
상기 스크랩 및 용선 전체 중량에 대하여, 스크랩 65~75 중량% 및 용선 25~35 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 용선 장입은 7.1~16.7 톤/분의 장입 속도로 장입되는 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
삭제