KR101828702B1

KR101828702B1 - 전기로 조업 방법

Info

Publication number: KR101828702B1
Application number: KR1020160119766A
Authority: KR
Inventors: 위창현; 김종덕; 신대훈; 정익산; 조종오; 안재환; 윤인주
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-02-12

Abstract

전기로 조업 방법에 대한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 전기로 조업 방법은 전기로 내부에 스크랩, 가탄제 및 연소가스를 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 포함한다.

Description

전기로 조업 방법 {OPERATING METHOD FOR ELECTRIC ARC FURNACE}

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

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, 탈린 제어능 및 용강 내 산소량 제어 효과가 동시에 우수한 전기로 조업 방법을 제공하는 것이다.

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

본 발명의 일 실시예에 의하면, 용락 시점의 목표 용강 온도 및 용강 내 산소량 예측값 적중률이 우수한 전기로 조업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점은 전기로 조업 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전기로 조업 방법은 전기로 내부에 스크랩, 가탄제 및 연소가스를 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 전기로 내 전력 인가량은, 하기 식 1에 의해 결정된다:

[식 1]

전력 인가량(MWh) = ((스크랩 톤 당 용해 전력(kWh/ton) x 용선 및 스크랩 장입량(ton)) - (발열 에너지(kWh)))/1000(MWh/kWh)

(상기 식 1에서, 상기 발열 에너지는 하기 식 2에 의해 도출된다)

[식 2]

발열 에너지(kWh) = 61.8 + (0.0039 x 가탄제 사용량(kg)) + (0.0642 x (연소가스 취입량(Nm³))

한 구체예에서 상기 전기로 내 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점에서, 용강 내 산소량 예측값은 하기 식 3을 통해 도출될 수 있다:

[식 3]

용강 내 산소량 예측값(ppm) = ((0.1737 x 전기로 내 산소 취입량(Nm³)) - 405.28

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 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점에서, 상기 용강 온도는 1540℃~1570℃이며, 용강 내 산소량은 100~250ppm일 수 있다.

한 구체예에서 상기 전기로 내 산소 취입량은 2908.9~3772.5Nm³ 일 수 있다.

한 구체예에서 상기 전력 인가량은 30.7~36.2MWh 일 수 있다.

한 구체예에서 상기 출강시 용강 중 인(P) 함량은 0.01 중량% 이하일 수 있다.

본 발명의 전기로 조업 방법을 적용시, 탈린 제어능 및 용강 내 산소량 제어 효과가 동시에 우수하며, 전력 원단위 저감 효과 및 조업 시간 단축효과가 우수하여 경제성이 우수하고, 용강 온도 및 용강 내 산소량 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수하여 용락 시점의 용강 온도 및 용강 내 산소량을 최적의 수치로 제어하여 고품질 용강 생산이 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전기로 조업 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기로 조업 구간에 따른 용강 내 인(P) 함량 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기로 조업시, 산소 취입량과 용락 시점에서의 용강 중 산소량 예측값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기로 조업시, 용락 시점에서의 용강 온도 및 용강 내 산소량에 따른 용강 내 인 함량의 변화를 나타낸 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, 가탄제 및 연소가스 투입 단계; (S20) 용해 단계; (S30) 산화 정련 단계; 및 (S40) 출강 단계;를 포함한다.

좀 더 구체적으로, 상기 전기로 조업 방법은 (S10) 전기로 내부에 스크랩, 가탄제 및 연소가스를 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 포함한다.

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

(S10) 스크랩, 가탄제 및 연소가스 투입 단계

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

본 발명에서 상기 스크랩은 전기로 전극에 전력을 인가하여 발생하는 아크열에너지 및 발열 에너지에 의해 용융될 수 있다. 한 구체예에서 상기 발열 에너지는, 스크랩과 후술할 용선을 포함하는 주원료 내 함유되는 산화성 원소(탄소, 실리콘, 망간 및 크롬 등)와 전기로 내 투입되는 가탄제와의 산화 반응열 에너지, 및 상기 스크랩의 커팅 및 용해성 향상의 목적으로 투입되는 연소가스의 연소열 에너지를 포함한다.

상기 연소가스 투입시 스크랩 및 슬래그 표면으로 화염을 발생하여 상기 스크랩을 커팅하며, 스크랩 용해성을 향상시킬 수 있다. 한 구체예에서 상기 연소가스로는, 액화 천연 가스(liquefied natural gas, LNG)를 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 가탄제로는, 괴탄(lump coal)을 사용할 수 있다.

(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. 한 구체예에서, 용선은 론더를 이용하여 상기 전기로에 장입될 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.

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 조업 시간 단축효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 스크랩 70 중량% 및 용선 30 중량% 포함될 수 있다.

한 구체예에서 상기 전기로 내 전력 인가량은, 하기 식 1에 의해 결정된다:

[식 1]

[식 2]

상기 식 1에서, 상기 “스크랩 톤 당 용해 전력”은, 전기로 내부에 장입되는 스크랩 1톤을 용해하는 데 필요한 이론상의 전력량을 의미한다.

상기 식 1 및 식 2에 따라 도출된 전력 인가량을 적용시, 후술할 용락 시점에서의 용강 온도 및 용강 내 산소량 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수할 수 있다. 따라서 용락 시점의 용강 온도 및 용강 내 산소량을 최적의 수치로 제어하여 고품질 용강 생산이 가능할 수 있다.

한 구체예에서, 상기 전기로의 전력 인가량은 30.7~36.2MWh일 수 있다. 상기 범위로 전력 인가시, 용락 시점에서의 용강 온도 및 용강 내 산소량 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수하여, 고품질 용강 생산이 가능할 수 있다.

(S30) 산화 정련 단계

상기 단계는 상기 전기로 내에 산소를 취입하여 상기 용강을 산화 정련하는 단계이다. 도 2는 본 발명에 따른 전기로 조업 구간에 따른 용강 내 인(P) 함량 변화를 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 한 구체예에서, 스크랩의 70~80% 이상이 용해되는 용락(melting down) 시점은, 실질적인 전기로 내 탕면이 형성되는 시기이며, 용강 내 인 함량을 제어 하는데 가장 중요한 시점이다. 따라서, 용강 내 인 함량을 제어하여 고품질 용강을 생산하기 위해서는 용락 시점의 탈린 제어능이 중요하게 작용한다.

한편, 용선에서 유입되는 인(P) 성분의 제어는 전기로 내에서만 가능하며, 용강 탈린의 중요한 인자는 용강 온도 및 용강 산소이다.

한편, 고품질 용강 제조를 위해서는, 산화 알루미늄(Al₂O₃) 등의 개재물 제어를 위해 전기로 출강 산소를 낮추어야 하는데, 이는 탈린 시 요구되는 고산소 조건과는 상반되기 때문에, 이들 사이에 최적의 제어 범위가 요구된다.

도 3은 본 발명에 따른 전기로 조업시, 산소 취입량과 용락 시점에서의 용강 중 산소량 예측값의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 한 구체예에서 상기 전기로 내 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점에서, 용강 내 산소량 예측값은 하기 식 3을 통해 도출될 수 있다.

[식 3]

상기 식 3과 같이, 전기로 내 산소 취입량을 이용하여 용강 내 산소량 예측값 도출시, 탈린 제어능 및 용강 내 산소량 제어 효과가 동시에 우수할 수 있다.

(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.

도 4는 본 발명에 따른 전기로 조업시, 용락 시점에서의 용강 온도 및 용강 내 산소량에 따른 용강 내 인 함량의 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4를 참조하면, 출강시 용강 중 인 함량 목표치를 충족하기 위해서, 용락 시점에서 용강 내 인을 제어해야 하며, 용락 시점에서의 용강 온도 및 용강 내 산소 함량을 도출해야 함을 알 수 있다. 상기 도 4와 같이, 용강 온도가 증가하면, 산소량도 증가하는 경향을 가지므로, 용강의 고품질화를 위해서는 용락 시점에서부터 용강 내 산소량을 최적화하여 제어해야 하며, 이때 탈린 제어도 가능하게 된다.

한 구체예에서 상기 전기로 내 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점에서, 상기 용강 온도는 1540℃~1570℃일 수 있다. 상기 범위로 제어시 용강의 인 함량 제어 효율이 우수할 수 있다.

상기 용강 온도를 1540℃ 미만으로 제어시 용강의 승온 시간이 길어지게 되어 경제성이 저하되며, 1570℃를 초과하여 제어시 용강 내 인 함량이 증가하여 제어가 어려워지게 된다.

한 구체예에서 상기 용락 시점에서 상기 용강 내 산소량은 100~250ppm일 수 있다. 상기 범위로 제어시 용강의 인 함량 제어 효율이 우수할 수 있다. 상기 용강 내 산소량을 100ppm 미만으로 제어시 용강 내 인 함량이 증가하며, 250ppm 초과하여 제어시, 용강 개재물 함량이 증가하여, 용강 품질이 저하될 수 있다.

한 구체예에서 상기 전기로 내 산소 취입량은 2908.9~3772.5Nm³ 일 수 있다. 상기 산소 취입시, 상기 용락 시점에서 용강 내 산소량을 100~250ppm로 제어할 수 있어, 용강의 인 함량 제어 효율이 우수할 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

스크랩 버켓에 스크랩을 충전한 다음, 전기로 내부에 상기 스크랩과, 가탄제 (괴탄) 2톤 및 연소가스(액화 천연 가스(LNG))를 투입하였다. 그 다음에, 상기 전기로에 하기 식 1에 따른 전력을 인가하여 스크랩을 용해하면서 용선을 장입하여, 용강을 형성하였다. 이때 상기 전기로에 스크랩 및 용선 전체중량에 대하여 스크랩 70 중량% 및 용선 30 중량%로 장입하였다. 그 다음에, 상기 전기로 내에 산소를 3000 Nm³으로 취입하여 상기 용강을 산화 정련한 다음, 상기 용강을 출강하였다:

[식 1]

[식 2]

이때, 상기 전력 인가량은 36.2MWh 이었으며, 상기 스크랩의 80%가 용해되는 용락(melting down) 시점에서, 상기 용강 내 산소량 예측값은, 하기 식 3을 이용하여 도출하였으며, 용락 시점에서 용강 온도, 용강 내 산소량 및 상기 출강된 용강의 인(P) 함량을 측정하였다:

[식 3]

상기 용락 시점에서 용강 온도는 1570℃ 이었으며, 용강 내 산소량은 114ppm으로, 상기 식 3에 의해 도출된 용강 내 산소량 예측값(115.8ppm)과 유사하였으며, 상기 출강된 용강의 인(P) 함량은 0.009 중량%로 측정되었다.

비교예

전기로에 전력을 44.5 (MWh)를 인가한 것을 제외하고 상시 실시예와 동일한 방법으로 전기로 조업을 실시하였다. 이때, 상기 용락 시점에서 용강 온도는 1585℃ 이었으며, 용강 내 산소량은 330ppm으로, 상기 식 3에 의해 도출된 용강 내 산소량 예측값(115.8ppm)을 크게 벗어났으며, 상기 출강된 용강의 인(P) 함량은 0.015 중량%로, 실시예보다 용강 품질이 저하됨을 알 수 있었다.

이를 통해, 본 발명의 수식을 통한 전기로 내 전력 인가량을 적용하지 않은 비교예의 경우, 본 발명의 실시예보다 전력 소모가 증가하였으며, 용강 온도 및 용락시점의 용강 산소량 예측값의 정확성이 저하되어, 고품질 용강 제조가 어려움을 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 스크랩, 가탄제 및 연소가스를 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 전기로 내 전력 인가량은, 하기 식 1에 의해 결정되며,
상기 전기로 내 스크랩이 70% 이상 용해되는 용락(melting down) 시점에서, 용강 내 산소량 예측값은 하기 식 3을 통해 도출되고,
상기 용락 시점에서 용강의 온도는 1540℃~1570℃이며, 상기 용강 내 산소량은 100~250ppm이며,
상기 출강시 용강 중 인(P) 함량은 0.01 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법;
[식 1]
전력 인가량(MWh) = ((스크랩 톤 당 용해 전력(kWh/ton) x 용선 및 스크랩 장입량(ton)) - (발열 에너지(kWh)))/1000(MWh/kWh)
(상기 식 1에서, 상기 발열 에너지는 하기 식 2에 의해 도출된다)
[식 2]
발열 에너지(kWh) = 61.8 + (0.0039 x 가탄제 사용량(kg)) + (0.0642 x (연소가스 취입량(Nm³))
[식 3]
용강 내 산소량 예측값(ppm) = ((0.1737 x 전기로 내 산소 취입량(Nm³)) - 405.28.
삭제
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 전기로 내 산소 취입량은 2908.9~3772.5Nm³인 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 전력 인가량은 30.7~36.2MWh인 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
삭제