KR102495858B1 - 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법 - Google Patents

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Abstract

전기로를 이용하여 저질 소강을 제련하는 방법이 개시된다. 제련은 이중-쉘 전기로를 사용하여 수행된다. 이중-쉘 전기로는 2개의 전기로 쉘이 있다. 이중-쉘 전기로의 아크 전력 시스템은 2개의 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 위해 사용되고, 여기서 전기 가열이 2개의 퍼니스 쉘 중 하나에서 수행될 때는 다른 퍼니스 쉘에서원료주입, 용융 풀의 밀봉 및 연소 매체 및 산소의 블로잉 단계를 순차적으로 수행한다. 전기 가열되는 퍼니스 쉘의 용강의 온도가 목표 온도에 도달할 때는 다른 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 시작한다. 본 발명의 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법은 제련 기간을 단축하고 전기로 생산 라인의 처리량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저질소강을 제련하여 고급 철강 시장의 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 전기로를 이용하여 저질 소강을 효율적으로 제련하는 방법은 먼지와 연기의 배출을 줄여 환경을 보호할 수 있다.

Description

전기로를 이용한 저질소강의 제련방법
본 발명은 제련방법에 관한 것으로, 특히 저질소강을 제련하는 방법에 관한 것이다.
전기로 제강(electric furnace steelmaking)은 주로 스크랩 스틸(scrap steel) 자원을 이용하여 제련하고 용철(molten iron)에 대한 의존도가 낮으며 탄소 배출량이 적고 환경친화적인 제강 공법이다. 그러나 컨버터 제강(converter steelmaking)에 비해 전기로 제강은 다음과 같은 두 가지 결함이 있다: 1, 제련 기간이 길고, 전기로 제강은 고효율 연속 주조, 특히 고효율 슬래브 연속 주조(slab continuous casting) 요건을 충족하기가 매우 어렵다; 2. 전기로에서 제련된 스틸은 질소 함량이 높고 일반적으로 30 ppm를 초과하여 질소 함량이 제한적인 고급 스틸을 제련할 수 없다. 이 두 가지 결함은 전기로 제강 개발을 심각하게 제한하고 있으며 현재 전기로 제강 생산 라인 1개의 연간 생산량은 150만 톤을 거의 넘지 않는다.
종래 기술에서는 전기로 제강의 생산 효율을 높이기 위해 용철 일부를 첨가하는 기술, 스크랩 스틸 예열 및 연속 원료주입 기술, 강화된 산소 블로잉 및 연소 지원 기술이 개발되었다. 그러나 용철을 첨가하면 전기로의 퍼니스 커버를 열어야 하므로 제련 기간이 길어진다. 스크랩 스틸 예열 및 연속 원료주입 기술은 다이옥신이 존재하고 관련 예열 장비의 유지 보수가 어렵다는 문제가 있다. 향상된 산소 블로잉 및 연소 지원 기술은 현재 핵심기술의 개발 방향이다.
2017년 12월 22일에 공개된 중국공개특허 CN107502702A호 "풀 스크랩 스틸을 사용하는 전기 아크로(electric arc furnace)의 청정 및 급속 제련방법"은 풀 스크랩 스틸을 사용하는 전기 아크로에서 깨끗하고 신속한 제련방법을 공개한다. 이 방법에서는 전기 아크로 바닥의 측면에 있는 내화물 내부에 매립된 블로잉 건(blowing gun) 을 사용하여 서로 다른 제련 단계에서 서로 다른 유형의 매체를 블로잉하고 용융 풀(molten pool)에서 침탄법(carburization)을 사용하여 카뷰레팅 제련 보조 단계(carburetting smelting-assisting stage)에서 용융을 가속화하고 용융 풀의 탄소 함량을 개선하여 최종적으로 빠른 제련 목표를 달성하지만 내장형 블로잉 건은 유지 관리가 어렵고 생산 안정성을 유지하기가 매우 어렵다.
2010년 12월 1일에 공개된 중국공개특허 CN101899548A호 "스크랩 스틸 예열 및 예비 용융 및 효율적인 전기로 제강을 위한 새로운 방법"은 먼저 스크랩 스틸이 인덕턴스로(inductance furnace)에 의해 용융된 다음 용강을 제련을 위해 전기로에 추가한다. 전기로 제련 기간을 단축할 수 있지만 인덕턴스로의 에너지 소비가 높고 제련 기간이 길어 인덕턴스로의 생산 리듬이 전기로의 생산 리듬과 맞지 않는 결과를 가져온다.
이를 감안하여 긴 제련 기간의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 저질소강을 제련할 수 있는 전기로 제강 방법을 획득하여 고급 철강 시장의 요구 사항을 충족시킬 것으로 기대된다.
본 발명의 목적은 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 이 방법은 긴 제련 기간의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 저질소강을 제련하여 고급 철강 시장의 요구 사항을 충족할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 제련을 수행하기 위해 이중-쉘 전기로(dual-shell electric furnace)를 채택하고, 여기서, 이중-쉘 전기로는 2개의 퍼니스 쉘(furnace shells)과 아크 전력 시스템을 제공하며, 상기 방법은 2개의 퍼니스 쉘에서 각각 순차적인 원료주입(feeding), 용융 풀(molten pool)의 밀봉, 연소 매체(combustion medium) 및 산소의 블로잉(blowing) 및 전기가열 단계를 포함하고, 구체적으로 2개의 퍼니스 쉘에서 아크 전력 시스템에 의해 교대로 전기 가열을 수행하되, 전기 가열이 2개의 퍼니스 쉘 중 하나에서 수행될 때는 다른 퍼니스 쉘에서 원료주입, 용융 풀의 밀봉 및 연소 매체 및 산소의 블로잉 단계를 순차적으로 수행하고, 전기 가열되는 퍼니스 쉘의 용강(molten steel) 온도가 1,600~1,660 ℃의 목표 온도에 도달할 때는 다른 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 시작한다. 본 명세서에서 "교대로(alternately)"라는 용어는 아크 전력 시스템이 매번 하나의 퍼니스 쉘에서만 전기 가열을 수행할 수 있고 2개의 퍼니스 쉘에서 동시에 전기 가열을 수행할 수 없는 경우를 의미한다. 아크 전력 시스템이 퍼니스 쉘 중 하나에서 전기 가열을 수행할 때, 원료주입, 용융 풀의 밀봉, 연소 매체의 블로잉, 산소의 블로잉 등의 작업이 퍼니스 쉘에서 완료되었다.
본 발명의 기술적 해결 수단에서, 이중-쉘 전기로가 제련을 수행하기 위해 채택되고, 이중-쉘 전기로에는 2개의 퍼니스 쉘이 제공되며, 2개의 퍼니스 쉘은 아크 전력에 의해 교대로 전기 가열되는데, 여기서 전기 가열이 2개의 퍼니스 쉘 중 하나에서 수행될 때, 다른 퍼니스 쉘에서 원료주입, 용융 풀의 밀봉 및 연소 매체 및 산소의 블로잉이 순차적으로 수행되고, 전기 가열되는 퍼니스 쉘의 용강의 온도가 목표 온도에 도달하면 다른 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 시작하여 제련 기간이 크게 단축되고 생산 효율이 향상된다.
또한, 일부 실시예에서, 각각의 퍼니스 쉘의 용강 제련 용량은 100-250 t일 수 있다. 또한, 이중-쉘 전기로의 퍼니스 도어와 아크 전력 시스템의 전극 포트 모두에 자동 밀봉 퍼니스 커버를 제공할 수 있다. 용융 풀의 밀봉 단계에서, 용융 풀은 다음과 같은 방식으로 밀봉될 수 있다: 이중-쉘 전기로의 퍼니스 커버, 퍼니스 도어 커버 및 전극 포트 커버가 닫히고 원료주입 개구가 분리기에 의해 용융 풀로부터 분리되어 먼지와 연기의 방출을 감소시켜 환경을 보호한다. 또한, 용융 풀의 밀봉 단계에서 용융 풀은 외부 공기로부터 분리될 수 있으므로, 연소 매체 및 산소의 블로잉이 제련을 시작하는 후속 단계에서 방출되는 탄소 산화물은 용융 풀의 질소를 낮은 수준으로 유지하도록 한다. 그리고 연소 매체와 산소를 블로잉하는 전체 단계에서 탈질화(denitrification)만 실행되고 질소는 증가하지 않으므로 저질소강의 제련에 도움이 된다. 연소 매체는 연료 가스 또는 연료 오일일 수 있거나, 연료 가스와 연료 오일의 혼합물일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 일부 실시예에서, 연소 매체의 블로잉 단계 전에, 먼지 및 연기의 배출을 감소시키기 위해 이중-쉘 전기로와 통합된 먼지 제거 장치를 시작하여 환경을 보호할 수 있다.
원료주입 단계에서, 일부 실시예에서, 원료주입은 다음과 같은 방식으로 수행될 수 있다: 소량의 가볍고 얇은 스크랩 스틸, 코크스 및 소량의 석회를 첨가한 다음 용철을 첨가하고 마지막으로 용융 풀의 부피에 따른 일반적인 스크랩 스틸을 첨가한다. 일부 다른 실시예에서, 용철은 또한, 직접 환원된 철 또는 선철(pig iron)로 대체될 수 있으며, 이 경우 직접 환원된 철 또는 선철은 가볍고 얇은 스크랩에 놓은 다음 동일한 재료 바스켓에 가볍고 얇은 스크랩 스틸과 함께 추가되어 원료주입 시간을 절약하고 직접 환원된 철 또는 선철이 용융 풀에 과도하게 들어가는 것을 방지하여 퍼니스 바닥의 동결을 방지할 수 있다. 추가로, 일부 실시예에서, 2개의 퍼니스 쉘의 대체 및 원형 제강 공정에서, 특정한 양(일부 실시예에서, 30 내지 40 t)의 용강 및 스틸 슬래그(steel slag)가 각 퍼니스 쉘로부터 탭핑한 후 퍼니스에 남을 수 있으며, 이는 잔류 용강과 잔류 슬래그가 탭핑 공정에서 퍼니스 슬래그가 철강 래들(steel ladle)로 들어가 후속 공정에서 높은 탈산 부하를 유발하는 경우를 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 잔류 용강과 잔류 슬래그는 다음 제련 공정에서 요구되는 스틸 슬래그의 양을 절약할 수 있으며, 잔류 용강을 이용하여 스크랩 스틸을 녹여 스크랩 스틸의 용융 열효율을 개선할 수 있다.
또한, 소량의 가볍고 얇은 스크랩 스틸을 첨가하는 것은 후속 용철 첨가 공정에서 고온 및 고산화성의 잔류 슬래그 및 용철 사이의 격렬한 반응이 일어나지 않도록 하여 심각한 스플래싱(splashing)을 방지하기 위함이다. 가볍고 얇은 스크랩 스틸의 첨가량은 가볍고 얇은 스크랩 스틸이 잔류 용강과 잔류 슬래그를 덮을 수 있는 요건을 충족해야 한다. 가볍고 얇은 스크랩 스틸을 첨가하는 과정에서, 코크스와 소량의 석회가 가볍고 얇은 스크랩 스틸의 재료 바스켓과 함께 첨가될 수 있으며, 일부 다른 실시예에서는 코크스와 소량의 석회 또한, 원료주입함(feed bin)으로부터 첨가될 수 있다.
그런 다음 용철을 첨가하고, 용융 풀 속의 가볍고 얇은 스크랩 스틸의 양이 적기 때문에 첨가된 용철은 스크랩 스틸 층을 빠르게 잠기게 할 수 있고, 혼돈 상태인 스크랩 스틸과 접촉하는 대신 액상 미완성 용강과 빠르게 접촉할 수 있어 용철이 스플래싱되는 것을 감소시키고 방출되는 먼지와 연기의 양도 많이 감소시켜 용철의 첨가 속도를 상승시킨다. 또한, 가장 중요한 것은 용철 첨가 속도가 빨라지고, 스플래싱 양이 감소하고, 첨가 후 용철이 직접 액체 용융 풀에 들어가므로 질소 흡수량이 크게 감소하고 또한 유익하게도 용철의 금속 수율을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에서 아크 전력 시스템은 DC 아크 전력 시스템이다.
본 발명의 기술적 해결 수단에서, 바람직하게는 아크 전력 시스템은 아크 전력 시스템의 안정적인 작동을 보장하고, 초고-전력 전력 공급을 충족시키며, 전력 소비, 전력망 및 퍼니스 벽의 용융 손실에 대한 영향을 줄이기 위한 DC 아크 전력 시스템이다. 확실히, 일부 다른 실시예에서, 아크 전력 시스템은 또한 AC 아크 전력 시스템일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에 있어서, DC 전기-아크 전력 공급 시스템의 정격 출력(rated power)은 용강의 용융을 가속화시키기 위해 용강 톤당 0.7~1 메가와트이다. 정격 출력의 단위는 본 출원에서 "용강 톤당 MW"로도 표시된다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에 있어서, DC 아크 전력 시스템은 중공 아르곤 블로잉 전극(hollow argon blowing electrode)를 제공하고, 여기서 상기 중공 아르곤 블로잉 전극의 바닥 전극은 플레이크 전극(flake electrode)이다.
이 바람직한 기술적 방안에서, DC 전기-아크 전원 공급 시스템에는 중공 아르곤 블로잉 전극이 제공되며, 여기서 바닥 전극은 전극 손실을 줄이고 유지를 용이하게 하기 위한 플레이크 전극이다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에 있어서, 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉은 전체 전기 가열 공정에 걸쳐 이루어지므로 퍼니스 쉘에 질소가 존재하지 않는다..
본 발명의 기술적 해결 수단에서 전극의 전원을 켠 후에 전극 포트가 필연적으로 공기를 난로로 빨아들이므로, 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉은 전체 전기 가열 공정을 통해 아크 영역에 질소가 포함되지 않도록 하여 용강의 질소가 아크에 의해 증가하는 경우를 방지한다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에서 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉 플로우를 분당 50-100 표준 리터로 제어하여(본 발명에서 "분당 표준 리터(standard liters per minute)"는 "NL/min"로도 표시된다) 아크가 안정되도록 한다. 아르곤 블로잉 플로우가 100 NL/min보다 크면 아크가 불안정해질 수 있고, 아르곤 블로잉 플로우가 50 NL/min보다 작으면 질소 증가를 방지하는 효과를 얻을 수 없다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에서 연소 매체와 산소를 블로잉하기 위한 4~6개의 블로잉 건(blowing guns)이 구비되고, 각 블로잉 건의 산소 블로잉 플로우(oxygen blowing flow)가 시간당 2,500-4,000 표준 입방 미터이다(본 발명에서 "시간당 표준 입방 미터(standard cubic meters per hour)"는 "Nm3/h"로도 표시된다). 여기서 산소 블로잉 플로우의 범위는 필요한 탈탄 속도 및 생산 안정성에 따라 결정된다. 플로우가 4,000 Nm3/h보다 크면 격렬한 반응이 생산에 영향을 미칠 수 있고, 플로우가 2,500 Nm3/h보다 작으면 탈탄 속도가 낮아질 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에서 연소 매체와 산소를 블로잉하는 단계에서 연소 매체와 산소를 동시에 5~10분간 블로잉한 다음, 탈탄 제련을 시작하기 위해 산소만을 블로잉한다.
본 발명의 기술적 방안에서 연소 매체와 산소를 블로잉하는 단계에서 연소 매체와 산소를 동시에 5~10분간 블로잉한 후, 산소만을 블로잉하여 탈탄 제련을 시작하고, 초기 제련 공정으로 노즐 선단에 다량의 스크랩 스틸이 축적되고 연소 매체와 산소가 동시에 블로잉될 때 연소에 의해 방출되는 에너지는 스크랩 스틸에 잘 흡수되어 스크랩 스틸을 녹일 수 있으며, 5~10분 후에 노즐 선단의 스크랩 스틸 층이 녹지만 연료 가스를 계속 블로잉하면 열효율이 크게 저하된다. 따라서 연소 매체와 산소를 동시에 5~10분간 블로잉한 후 산소만 블로잉하여 탈탄 제련을 한다.
또한, 본 발명에 따른 전기로를 이용한 저질소강을 제련하는 방법에서, 퍼니스 쉘을 전기 가열할 때, 상기 퍼니스 쉘에 슬래깅 물질을 첨가하여 폼 슬래그를 형성하는 단계; 폼 슬래그가 형성된 후, 스틸의 탄소 함량에 따라 산소 블로잉 플로우를 조절한다. 즉, 탄소 함량이 0.5% 미만인 경우, 산소 블로잉 플로우가 산소 블로잉의 40% 내지 60%로 감소한다. 탄소 함량이 0.5%를 초과할 경우, 제련을 끝까지 유지시킨다.
본 발명의 기술적 해결 방안에서는 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 수행할 때 슬래깅 탈인(slagging dephosphorization), 산소 블로잉 탈탄 및 가온 작업이 완료되어야 한다. 구체적으로, 퍼니스 쉘에서 5-10분 동안 전기 가열을 한 후에 석회와 백운석을 포함하는 슬래깅 물질을 퍼니스 쉘에 첨가하여 폼 슬래그(foam slag)를 형성하여 탈인을 수행함으로써 퍼니스의 MgO 함량을 증가시키고 슬래그 및 내화물의 부식을 방지한다. 폼 슬래그가 형성된 후, 스틸의 탄소 함량에 따라 산소 블로잉 플로우가 조절된다. 즉, 탄소 함량이 0.5% 미만일 때 탈탄을 수행하기 위해 제련이 최종적으로 완료될 때까지 산소 블로잉 플로우는 이전 산소 취입 유량의 40% 내지 60%로 감소된다.
또한, 본 발명에 따른 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법은 원료주입 단계에서 탭핑 후 스틸의 총 탄소 함량이 용강의 최종 양의 1.5~2.5 wt%이다. 탈탄에 의해 생성된 CO 기포를 탈질에 사용할 수 있기 때문에 탈탄에 의해 탈질을 실시하여 탭핑 후 용강의 질소 함량이 25 ppm 미만이 되도록 함으로써 질소를 낮게 유지한다. 종래 기술의 전기로가 이용될 때, 탭핑 후 질소 함량은 40-60 ppm이고; 본 출원에서 언급된 저질소강은 탭핑 후 질소 함량이 30ppm 미만인 스틸을 의미한다. 전기로 제련이 종료된 후, 질소 함량은 탭핑 후 용강의 질소 함량보다 낮으므로 이 경우 탭핑 후 용강의 질소 함량을 기준으로 한다.
본 발명의 기술적 해결 방안에서, 작동 시간의 측면에서 2개의 퍼니스 쉘이 서로 매칭될 수 있도록 하기 위해, 이중-쉘 전기로의 아크 전력 시스템에 의해 2개의 퍼니스 쉘에서 교대로 전기 가열을 수행할 수 있다. 원료주입 단계에서 용강의 총 탄소 함량은 탭핑 후 용강의 최종 량의 1.5~2.5 wt%로 조절된다.
또한, 본 발명에 따른 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법에서 가볍고 얇은 스크랩 스틸 및 직접 환원된 철 중 적어도 하나를 원료 주입하는 단계에서 코크스 및 석회를 먼저 추가한 다음 용철을 추가하고 마지막으로 일반 스크랩 스틸을 추가한다. 이러한 원료주입 모드는 퍼니스 슬래그를 두껍게 하고 용철의 스플래싱을 효과적으로 방지하는 것을 목표로 한다. 이전 철강 제련 공정의 잔류 퍼니스 슬래그가 많을 것이고, 잔류 퍼니스 슬래그는 산화성이 높기 때문에 용철을 첨가하는 과정에서 퍼니스 슬래그가 두꺼워지지 않으면 탄소가 격렬하게 반응하여 퍼니스 슬래그가 스플래싱되기 용이해진다.
본 발명에 따른 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법은 종래 기술과 비교하여 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법은 제련 기간을 단축하고 전기로 생산 라인의 처리량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 저질소강을 얻을 수 있어 고급 철강 시장의 요구 사항을 충족시킨다. 또한, 본 발명에 따른 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법은 먼지와 연기의 배출을 줄여 환경을 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법은 구체적인 실시예와 결합하여 아래에서 추가로 설명하고 예시할 것이지만, 그 설명 및 예시는 본 발명의 기술적 해결 방안에 대한 부적절한 제한을 구성하지 않는다.
실시예 1-6
실시예 1 내지 6에 따른 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법의 제련 공정은 다음과 같다.
제련을 수행하기 위해 이중-쉘 전기로를 사용하고 상기 이중-쉘 전기로에는 2개의 퍼니스 쉘이 제공되며 각 퍼니스 쉘의 용강 제련 용량은 100~250 t이다. 용량이 250 t를 초과하면 주조에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 주조 시간이 지나치게 길어 주조 후기에 용강의 온도가 지나치게 낮아 주조에 영향을 미칠 수 있고, 용량이 100 t보다 작으면 처리량에 영향을 주어 본 발명에서 요구하는 효율적인 생산에 실패할 수 있다. 2개의 퍼니스 쉘은 이중-쉘 전기로의 DC 아크 전력 시스템에 의해 교대로 전기 가열되고, 상기 DC 아크 전력 시스템에는 중공 아르곤 블로잉 전극이 제공되고, 바닥 전극은 플레이크 전극이며 정격 출력은 용강 1톤당 0.7~1 MW이다. 2개의 퍼니스 쉘 중 하나에서 전기 가열이 수행되면 원료주입, 용융 풀의 밀봉 및 연소 매체 및 산소의 블로잉이 다른 퍼니스 쉘에서 순차적으로 수행되어 제련을 시작하고, 전기 가열된 퍼니스 쉘의 용강 온도가 목표 온도인 1,600~1,660 ℃에 도달하면 다른 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 시작한다. 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉은 전체 전기 가열 공정에 걸쳐 이루어지며, 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉 플로우는 50-100 NL/min으로 제어된다. 또한, 이중-쉘 전기로의 퍼니스 도어와 DC 아크 전력 시스템의 전극 포트에는 자동 밀봉 퍼니스 커버가 제공된다. 연소 매체와 산소를 블로잉하기 위한 4~6개의 블로잉 건이 각 퍼니스 쉘에 배치되어 있다. 연소 매체는 연료 가스 또는 연료 오일일 수 있거나, 연료 가스와 연료 오일의 혼합물일 수 있다.
또한, 원료주입 단계에서는 소량(예: 10~20톤)의 가볍고 얇은 스크랩 스틸과 직접 환원된 철, 코크스, 석회 중 하나 이상을 첨가한 후 용철을 첨가하고 마지막으로, 용융 풀의 부피에 따라 일반적인 스크랩 스틸이 추가된다. 용강의 총 탄소 함량은 탭핑 후 용강 최종 양의 1.5~2.5 wt%이고 탭핑 후 용강의 질소 함량은 25 ppm 미만이다.
용융 풀의 밀봉 단계에서는 이중-쉘 전기로의 퍼니스 커버, 퍼니스 도어 커버 및 전극 포트 커버를 닫고, 원료주입 개구를 분리기에 의해 용융 풀과 격리하여 먼지와 연기를 방출함으로써 환경을 보호한다.
제련을 시작하기 위해 연소 매체와 산소를 블로잉하는 단계에서 제련을 시작하기 전에 이중-쉘 전기로와 통합된 먼지 제거 장치를 켜서 먼지와 연기의 배출량을 줄여 환경을 보호한다. 그런 다음 연소 매체와 산소는 다음과 같이 동시에 블로잉된다: 블로잉 건이 동시에 작동하고 블로잉 건에 의해 블로잉되는 연소 매체의 총 유량은 300-400 NL/h이고 단일 블로잉 건의 산소 블로잉 유량은 1,000~1,200 Nm3/h이며, 여기서, 처음 2분 동안 연소 매체의 총 유량은 180~240 NL/h로 제어된다. 타이밍은 연소 매체와 산소를 블로잉한 순간부터 수행하여 블로잉을 5~10분간 수행한 다음 연소 매체의 블로잉을 중단하고 산소만 블로잉하여 탈탄 제련을 하며, 단일 블로잉 건의 산소 블로잉 유량은 3,000 Nm3/h이다.
퍼니스 쉘에서 전기 가열을 수행할 때 슬래깅 탈인, 산소 블로잉 탈탄 및 가온 작업을 완료해야 한다. 구체적으로, 석회와 백운석을 포함하는 슬래깅 물질은 탈인을 수행하기 위해 폼 슬래그를 형성하기 위해 배치식 퍼니스 쉘에 첨가된다. 폼 슬래그가 형성된 후, 스틸의 탄소 함량에 따라 산소 블로잉 플로우를 조정한다. 즉, 탄소 함량이 0.5% 미만인 경우 산소 블로잉 플로우가 산소 블로잉 플로우의 40~60%로 감소하고, 탄소 함량이 0.5%를 초과하면 제련이 끝날 때까지 탈탄을 수행한다. 또한, 용융 풀에 있는 모든 스크랩 스틸이 녹으면 퍼니스 도어 커버가 열려 탈인된 슬래그가 자동으로 유출된다. 그 후 1분 동안 전기 가열을 계속한 후, 폼 슬래그를 유지하기 위해 탄소 분말을 블로잉한다. 그런 다음 용강의 온도가 목표 온도인 1,600-1,660℃에 도달할 때까지 전기 가열을 계속한 다음 탭핑 상태가 된다. 탭핑 후 30~40 t의 용강과 슬래그가 잔존한다.
표 1-1 내지 표 1-5는 실시예 1-6에 따른 전기로를 사용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법에서 사용되는 특정 공정 파라미터를 나열한다.
[표 1-1]
Figure 112021037816169-pct00001
[표 1-2]
Figure 112021037816169-pct00002
여기서 연소 매체는 주로 중유 또는 액체 가스를 사용하여 비용을 절감할 수 있지만 다른 천연 가스도 본 출원의 기술적 해결방안에 채택될 수 있다.
[표 1-3]
Figure 112021037816169-pct00003
[표 1-4]
Figure 112021037816169-pct00004
본 명세서의 "배치 첨가 횟수(batch adding number)"는 특정 제련로 슬래그 조건에 따라 다른 배치에서 동일한 공급량을 요구하지 않는다. 일반적으로 석회와 백운석을 혼합한 다음 혼합물을 일괄적으로 첨가한다. 또는 석회를 먼저 첨가한 다음 백운석을 첨가할 수 있다.
[표 1-5]
Figure 112021037816169-pct00005
표 2는 실시예 1 내지 6에 따른 전기로를 사용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법의 탭핑 수량, 소비 시간, 제련 기간 및 연간 생산량을 나열한다.
[표 2]
Figure 112021037816169-pct00006
본 발명의 기술적 해결방안에 따른 제련법을 채택함으로써 탭핑량은 100 t~250 t, 연간 생산량은 160~270만톤이고, 반면에 종래의 퍼니스의 최대 연간 생산량은 120만톤이며, 종래의 퍼니스의 연간 평균 생산량은 900,000톤 미만이다. 본 출원의 기술적 해결방안에서 제련 시간은 25-36분이고, 반면에 일반적인 이중-쉘로의 평균 제련 시간은 56분이다.
따라서, 본 발명에 의한 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법은 제련 기간을 단축하고 전기로 생산 라인의 처리량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 저질소강을 제련하여 고급 강철 시장의 요구 사항을 충족시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 전기로를 이용하여 저질소강을 효율적으로 제련하는 방법은 먼지와 연기의 배출을 줄여 환경을 보호할 수 있다.
본 발명의 보호 범위에서 종래 기술의 일부는 여기에 제공된 실시예에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이전 특허문헌, 선행공보, 선행출원 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 발명의 해결책에 모순되지 않는 모든 선행기술은 모두 본 발명의 보호 범위에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 특징의 조합은 청구범위에 기재된 조합 또는 특정 실시예에 기재된 조합에 한정되지 않는다. 여기에 설명된 모든 기술적 특징은 서로 모순되지 않는 한 어떤 방식으로든 자유롭게 결합될 수 있다.
또한, 전술한 실시예는 본 발명의 특정예일 뿐이라는 점에 유의해야 한다. 분명히, 본 발명은 이러한 특정 실시예에 부당하게 제한되어서는 안 된다. 당업자에 의해 본 개시로부터 직접 또는 용이하게 도출될 수 있는 변경 또는 수정은 본 발명의 보호 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 전기로(electric furnace)를 이용하여 저질소강(low nitrogen steel)을 제련하는 방법으로서, 제련을 수행하기 위해 이중-쉘(dual shell) 전기로를 사용하고 상기 이중-쉘 전기로는 2개의 퍼니스 쉘(furnace shells)과 아크 전력 시스템(arc power system)을 제공하며, 상기 방법은 2개의 퍼니스 쉘에서 각각 순차적인 원료주입(feeding), 용융 풀(molten pool)의 밀봉, 연소 매체(combustion medium) 및 산소의 블로잉(blowing) 및 전기가열 단계를 포함하고, 구체적으로 2개의 퍼니스 쉘에서 아크 전력 시스템에 의해 교대로 전기 가열을 수행하되,
    전기 가열이 2개의 퍼니스 쉘 중 하나에서 수행될 때는 다른 퍼니스 쉘에서 원료주입, 용융 풀의 밀봉 및 연소 매체 및 산소의 블로잉 단계를 순차적으로 수행하고, 전기 가열되는 퍼니스 쉘의 용강(molten steel) 온도가 1,600~1,660 ℃의 목표 온도에 도달할 때는 다른 퍼니스 쉘에서 전기 가열을 시작하고, 상기 원료주입 단계는 먼저 가볍고 얇은 스크랩 스틸(scrap steel)과 직접 환원철, 코크스 및 석회 중 적어도 하나를 첨가한 다음, 용철(molten iron)을 첨가하고, 마지막으로 일반적인 스크랩 스틸을 첨가하는 단계를 포함하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아크 전력 시스템은 DC 아크 전력 시스템인 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 DC 아크 전력 시스템은 용강(molten steel) 톤당 0.7~1 MW의 정격 출력(rated power)을 갖는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 DC 아크 전력 시스템은 중공 아르곤 블로잉 전극(hollow argon blowing electrode)를 제공하고, 상기 중공 아르곤 블로잉 전극의 바닥 전극은 플레이크 전극(flake electrode)인 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉은 전체 전기 가열 공정에 걸쳐 수행되는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중공 아르곤 블로잉 전극의 아르곤 블로잉 플로우를 분당 50-100 표준 리터로 제어하는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 퍼니스 쉘에는 연소 매체와 산소를 블로잉하기 위한 4~6개의 블로잉 건(blowing guns)이 구비되고, 각 블로잉 건의 산소 블로잉 플로우(oxygen blowing flow)가 시간당 2,500-4,000 표준 입방 미터인 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연소 매체와 산소를 블로잉하는 단계는 5-10분 동안 연소 매체와 산소를 동시에 불로잉한 다음, 탈탄 제련(decarburization smelting)을 위해 산소 블로잉만을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기가열이 퍼니스 쉘에서 수행될 때, 슬래깅 물질(slagging material)이 퍼니스 쉘에 첨가되어 폼 슬래그(foam slag)를 형성하고, 상기 폼 슬래그가 형성된 후 스틸의 탄소 함량에 따라 산소 블로잉 플로우가 다음과 같이 조정되는 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법:
    탄소 함량이 0.5% 미만일 때, 산소 블로잉 플로우를 40% 내지 60%까지 감소시키고, 탄소 함량이 0.5% 초과일 때는 제련을 끝까지 유지시킴.
  10. 제1항에 있어서, 상기 원료주입 단계에서 용강의 총 탄소 함량은 탭핑(tapping) 후 용강 최종량의 1.5~2.5 중량%이고, 탭핑 후 용강의 질소 함량이 25 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 전기로를 이용한 저질소강의 제련방법.
  11. 삭제
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