KR19990045642A - 스크랩과 가열가스의 병류를 갖는 용융금속처리로를 위한 강철스크랩을 예열하기 위한 장치 및공정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노의 배기포트로부터 방출되는 고온의 폐가스로부터 회수되는 열을 주로 사용하여, 철스크랩혼합물을 금속처리용 노 내에 이송하기 전에 이 철스크랩혼합물을 예열하기 위한, 그리고 동시에 철스크랩 및 폐가스로부터 나오는 오염물질을 감소시키기 위한, 고온폐가스와 아래쪽으로 강하하는 스크랩의 아래쪽으로 흐르는 병류를 갖는 예열장치를 제공한다. 이 장치는 차가운 스크랩을 최상부 구획 내에 놓기 위한 차가운 스크랩 입력 및 노의 배기포트와 흐름이 연결되는 고온폐가스 유입구를 갖는 최상부 구획을 포함한다. 챔버는 또한 노 애에 가열된 스크랩을 강제운송하기 위한 가열된 스크랩 방출용 메커니즘 및 사용된 폐가스를 배기하기 위한 진공배기부와 흐름이 연결된 폐가스 유출구를 갖는 바닥 구획을 갖는다. 가스 투과성 게이트는, 폐쇄된 게이트 위치에 있는 차가운 스크랩 입력수단으로부터 중력이송되는 스크랩의 장입물을 동시에 수용하기 위해 각 챔버사이에 배치되고 폐쇄 게이트 위치와 개방 게이트 위치 사이에서 연속적으로 작동하여 고온 폐가스가 최상부 구획 내의 고온가스 유입구로부터 흘러나와 스크랩 장입물을 아래쪽으로 통과하고 폐쇄된 게이트 수단을 통과하여 투과하여 바닥 구획 내의 폐가스 유출구로부터 흘러나가는 동안에 소정의 체류기간 동안 상기 장입물을 지지하는, 그리고 체류기간이 끝날 때 개방위치에 있는 상기 장입물이 최상부 구획으로부터 바닥 구획으로 중력강하하는 것을 제어한다. 게이트는 스크랩이 낙하할 때 혼합하고, 체류기간이 끝날 때 스크랩 장입물이 최상부 구획으로부터 바닥 구획으로 중력강하하는 것을 제어하는 기능을 한다.

Description

스크랩과 가열가스의 병류를 갖는 용융금속처리로를 위한 강철스크랩을 예열하기 위한 장치 및 공정시스템

본 발명은, 결과적으로, 예열된 장입물을 더 높은 에너지효율로 급속히 용융하기 위해, 금속처리용 전기아크로에서 나오는 고온 폐가스의 화학적 현열을 주로 사용하여, 철스크랩혼합물인 차가운 장입물을 통합된 경사철스크랩용기 승강기에 의해 반연속식으로 자체장입하고, 단계적으로 예열하고, 예열된 장입물을 인접하며 탬덤식으로 작동 중인 금속처리용 전기아크로 내에 운송하기 위한 생태학적으로 친화적이고 에너지 효율이 높고, 자율적이고, 기밀한, 자체장입식 철스크랩예열장치 및 폐쇄회로 공정시스템에 관한 것이다. 이 장치 메커니즘은 청구항 1에 명확하게 기술되고 장치 및 공정시스템의 실시방법은 청구항 10에 명확하게 기술된다.

제철 및 제강의 금속처리공정은 전체 산업의 모든 제조공정 중에서 가장 에너지 집약적인 제조공정 중의 하나이다. 그러므로, 그 전체 에너지수지는 언제나 금속공학자들의 큰 관심의 대상이었다. 재생되지 않는 에너지 공급원의 한계를 더 명확히 인식하고, 결국 1970년대의 에너지 위기로 인해 에너지 생산자 및 공급자들 쪽에서도 에너지소비를 줄이기 위한 집중적인 활동이 시작되었다. 더욱이, 생태학적인 고려 및 환경보호에 대한 절대적인 필요성이 산업의 모든 분야를 통제하는 결정요인이 되어가고 있다. 제철 및 제강의 금속처리공정은 또한 공기를 오염시키는 유독가스를 많이 배출고 고체 유해폐기물을 생성하므로, 더욱더 일반대중과 특히 환경오염을 방지할 책임이 있는 정부당국의 관심의 대상이 되는 것은 필연적이다. 상기 이유로 인해 에너지효율을 최대한 높임으로써 금속처리공정의 에너지수지를 개선하려는 국제적인 노력이 이루어지고 있다. 이러한 노력은 한가지 형태의 연료 또는 에너지를 생태계, 경제성 및 효용성을 최대로 고려하여 특정 공정 또는 특정 단계에 더욱 적합한 다른 연료 또는 에너지로 대체함으로써 어느정도 성과를 이루었다. 대다수의 제련 및 용융 금속처리공정의 에너지소비를 감소시키기 위해 최우선적으로 해야할 일은 폐배기가스의 화학적 현열과 같은, 지금까지 사용되지 않았던 공정시스템 에너지손실분을 최대한 사용하는 것이라는 것은 명백하다. 이 에너지의 일부를 가능한 최단경로에 의해 폐배기가스를 생성하는 금속처리공정 내에 되돌려 보냄으로써, 초기 에너지 필요량이 감소되어 공정전체의 에너지효율이 증가될 것이라는 것은 명백하다. 이에 따라, 폐가스 중에 포함된 폐에너지를 가능한한 직접적인 방법으로 이용하기 위한 면밀한 연구는 에너지를 회수하는 스크랩예열장치를 현재의 전기아크로 구조에 포함시키는 설계로 이어진다. 지금까지는, 예상과는 반대로, 현기술수준에 의한 복잡한 설계의 통합된 전기아크로 집합체는 기대했던 실행결과의 일부만 달성하고 있다. 초기 비용 및 설치 비용이 높고, 메커니즘의 작동이 불량하고, 대규모의 유지보수가 필요하고, 오염 및 안전문제로 인해 위험한 폭발을 일으킬 수 있다는 것이 보편적으로 사용하는데 의문을 제기하는 이유이다. 현기술수준에 의한 스크랩예열장치로부터의 독성물질 방출량은 대기 중에 방출되는 독성 물질의 허용수준에 대한 현행 또는 제안된 모든 규정 및 기준을 만족시키지는 못하고 있기 때문에, 현행 환경보호법 및 향후의 환경보호법에 대해, 이러한 의문은 점차 적절한 것이 될 것이다.

한편, 특히 스크랩을 원료로하는 전기아크로 제강을 위해 간접적으로 에너지를 절약하기 위한 가장 가능성 있고 효율적인 방법은 금속장입물을 노에 장입하기 전에, "장입전 철스크랩예열"로 더 잘 알려진, 분리된 가열장치 내에서 고온예열하는 방법이라는 것은 잘 알려져 있다. 그렇다고는 해도, 전기아크로 제강을 위해 이러한 형태의 스크랩예열장치의 이러한 형태의 충분히 개발된 설계는 사용될 수 없었기 때문에, 개발이 덜된 "버킷 내의 스크랩예열" 구성에만 때때로 사용되었다.

에너지 및 생태계에 대한 관심을 불러일으키는 것과 동시에, 전기아크로 제강공정의 모든 면을 강화하려는 노력, 그 중에서도 무엇보다도 생산성을 증가시키고 작동비용을 감소시키려는 노력이 줄곧 이루어져 왔다. 공정강화 방법의 구성에 적용될 수 있는 다양한 방법들 중에서, 다음은 현재 공정강화에 자주 사용되는 주요 방법들이다.: 즉, 적절한 포말성 슬래그가 가해지는 최적으로 증가된 이차 전압에 의해 전력입력을 더욱 증가시키는 방법; 가연성 가스가 배출되기 전에 노용기 내에서 직접적으로 가연성 가스의 포스트-연소에 의해 화학적 에너지를 즉시 회수하는 방법; 신속한 스크랩용융을 강화 및 가속하기 위해 산소-연료 버너를 노용기에 추가하는 방법; 철스크랩 장입물을 산소-연료 버너 외에 폐가스 중에 함유된 화학적 현열에너지를 사용하여 노 내에 장입하기 전에 예열하는 방법; 그리고 마지막으로, 탈탄을 강화하고 슬래그를 발포하기 위해 초음속 산소가스 취입랜스를 도입하는 방법이다.

상기 공정강화 방법들 중에서, 다른 수단을 사용한 후 전기아크에 의해 철스크랩의 온도를 증가시키기 위한 세가지 방법은 다음과 같다.: 즉, 포스트-연소에 의해 용기 내에서 화학적 에너지를 즉시 회수하는 방법; 노용기에 산소연료 버너를 추가하는 방법 그리고 철스크랩 장입물을 노용기 내에 장입하기 전에 예열하는 방법이다.

첫 번째 방법의 목적은 화학적 에너지가 배출되기 전에 스크랩용융공정에 의해 생성된 폐가스의 가연성 성분을, 산소가스에 의해, 연소하여 노용기 내에서 직접 화학적 에너지를 즉시 회수하는 것이다. 이 방법을 평로, 순산소전로 및 에너지최적화로에서 이용하면 항상 성공하는 것은 아니다. 산소부화공기를, 산소가스 대신에 사용될, 이미 용기에서 배출된 폐가스의 현열에 의해 예열하는 것은 이 방법의 한 변형이다. 그럼에도 불구하고, 전기아크로에 적용된 이 방법이 성공한 것은 주로 전기아크와 동시에 스크랩을 용융하는 단계 중에서 사용될 때 단지 한정된 생산성 향상 및 전기에너지 절약이 단지 제한적이라는 것과, 실제 에너지 절약은 원래의 위치에서의 스크랩예열의 결과라는 것을 보여준다. 이미 용융된 철스크랩과 함께 전기아크로 내에서 포스트-연소를 행하는 것은, 포스트-연소 가스로부터, 열적으로 절연성이며 발포성인 슬래그의 깊은 층으로 덮인 욕(bath) 내로의 불만족스러운 열전달계수에 의해 실제로 상당히 억제된다. 이 때문에, 전기아크로 내에서의 포스트-연소는 스크랩이 용융된 후에도 역시 매우 효율적이라는 현혹적인 주장은 다음의 뒷받침하는 사실로부터 제기된다.; 즉, 발포성 슬래그로부터 발생하는 폐가스의 가연성 성분의 연소 또는 이른바 포스트-연소는 온도를 증가시키고 결과적으로 슬래그 위의 빈공간 내에서의 폐가스의 체적을 증가시킨다. 연속적이며, 비례적으로 증가된 노용기 내의 폐가스의 압력은, 따라서, 차가운 주위 공기의 노용기 내로의 유입량을 감소시킨다. 그러므로, 노용기의 필요한 내부온도를 동일하게 유지하는 동안, 차가운 공기를 가열하기 위한 전기에너지가 필요하지 않으므로, 궁극적으로 절약된다. 추가적인 산소를 필요로하여 비용을 증가시키는 포스트-연소와 비교할 때, 노용기를 적절히 밀폐하여 이로 인해 차가운 공기의 유입을 방지함으로써, 비용이 들지 않으면서 에너지를 동일하게 또는 더 많이 절약할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 더욱이, 전기아크로를 적절히 밀폐함으로써 얻어지는 특이한 이점은 노에서 배출되는 고온 폐가스의 양이 엄청나게 감소한다는 것이다. 110 메트릭톤의 노의 경우에는, 취급할 가스의 양은 50% 이상 감소하여(90,000 Nm³/h 내지 40,000 Nm³/h), 배기 팬 중 하나를 정지시킬 수 있다.

다른 수단을 사용한 후 전기로에 의해 스크랩의 온도를 증가시키기 위한, 공정 강화 방법 중 두 번째 방법의 목적은 노용기에 산소-연료버너를 추가함으로써 신속한 스크랩용융을 강화 및 가속하는 것이다. 30여년전 전기아크로의 슬래그 문 터널 영역에서 철스크랩을 더 빠르게 용융하기 위해 산소-연료 버너를 도입하여 긍정적인 결과를 얻었지만, 수냉패널을 갖는 초고전력(Ultra High Power)로가 세워지고 나서야 광범위하게 사용되었다. 전극들 사이의 "차가운" 영역 내에 있는 용기벽에 위치한 단염 산소-연료 버너의 이로운 성능은 노 내에서 모든 스크랩을 용융하기 위한 시간을 단축시킨다. 이러한 긍정적인 결과로 인해 전기로의 용기에 버너를 추가하는 것이 큰 유행이 되었다. 지난 몇 년간, 용량이 계속 증가한, 수 많은 형태의 산소-연료 버너 설계가 전기아크로에 이용되어 왔다. 현재, 이 버너들의 열동력 입력은 몇몇 경우에 있어서, 초기 전기에너지 동력 입력의 50% 이상을 나타낸다. 이렇게 전체 동력 입력을 낮은 비용으로 추가하는 것은 탭사이의 시간을 단축시켜 원하는 생산성이 증가하고 다른 작동상의 이점 및 경제적인 이점을 유발하지만, 많은 다른 중요한 단점들은 간과되어지고 감추어진다. 일반적으로, 중요한 단점들 중 몇가지로는 스크랩의 높은 산화도, 폐가스의 증가된 체적, 버너가 전기아크로 동력 입력과 동시에 작동될 때, 특히 버너가 항상 가열 중에서 작동될 때 실질적으로 낮아진 열전달계수를 들 수 있다. 실제 작동 결과에 의하면 가열이 버너에서만 시작되어, 장입물이 약 800℃의 온도에 도달 한 후에만 전기아크로 대체되는 경우에 가장 높은 에너지효율이 얻어진다. 이 2단계 작동을 실행한 결과 전기에너지가 15-20% 절약되고 화석연료 및 산소가 10-15% 절약되었다. 그러나, 두 가지 형태의 열에너지를 연속해서 사용하기 때문에, 탭사이의 시간은 10-12% 증가하였다. 경제적으로는, 기존 노용기에 산소-연료 버너를 설치하는 비용은 상대적으로 낮지만, 거의 모든 경우에 있어서 전체 배기시스템을 재건조-확장하는데 상당한 비용이 들게 된다. 폭넓은 생태학적인 관점에서 보면, 산소-연료 버너 용량이 너무 크고 에너지 효율이 낮으며, 불균형적으로 큰 체적을 갖는 유해성분함유 폐가스를 생성하는 전기아크로의 작동은 절대적으로 수용할 수 없게 된다.

다른 수단을 사용한 후 전기로에 의해 스크랩의 온도를 증가시키기 위한, 공정 강화 방법 중 세 번째 방법의 목적은, 생태학적인 이유 및 고려를 위해 필요하다면, 철스크랩 장입물을 노 내에 장입하기 전에, 산소연료 버너를 사용하는 것 이외에 폐가스 중에 함유된 화학적 현열을 효율적으로 사용함으로써, 예열하는 것이다.

도입될 때부터, 철스크랩예열은 몇 번의 발전단계를 거쳤다.: 즉, 노로부터 배출되는 고온 폐가스로 또는 공기-연료 및 산소-연료 버너로 장입버킷 내에서 배치식으로 예열하는 단계; 노와 공기-연료 및 산소-연료 버너로부터 배출되는 고온 폐가스의 조합을 사용하여 경사회전가마 또는 수평진동컨베이어에 의해 연속적으로 예열하는 단계; 노의 필수적인 부분이면서 향류 내에서 노로부터 배출되는 고온 폐가스를 사용하고, 스크랩강하를 제어하는, 연속적으로 수직예열하는 메커니즘; 그리고 노 내에 이미 장입되어 있는 스크랩을 서로 다른 다양한 설계의 공기 및 산소연료 버너에 의해 전기아크와 동시에 가열이 시작될 때에 "원래의 위치에서" 예열하는 단계이다. 상기 논의된 시스템과 다소 성공적인 작동과의 조합인 몇가지 다른 독특한 철스크랩예열 메커니즘이 있다.

철스크랩예열은 오랫동안 인정받지 못하다가, 현재 인정받고 있다. 그 가능성이 크다는 것을 인식하여, 전기에너지 절약, 전극소비의 감소, 탭사이의 시간의 단축에 의한 생산성의 증가 및 일반적인 환경오염의 감소라는 매우 중요한 이점 면에서 주로 스크랩을 원료로하는 전기아크로 제강을 위한 다음 제조공정의 이정표가 될 것이라고 현재 여겨지고 있다.

주로 전기아크로 내에서 차가운 철스크랩인 재생된 철장입물의 혼합물을 원료로 하는 제강공정의 에너지효율을 최대로 향상시키려는 노력에서 비롯된 다양한 공지의 방법들의 실제 작동결과와 경험에 근거하여 간략하게 말하자면, 신속하고 효율적인 용융을 위해 노 내에 장입하기 전에 스크랩을 적절히 예열하는 것이 가장 적합한 방법이라는 결론이 나온다. 장치 및 공정시스템에 대한 다음의 개요는, 최대 에너지효율을 얻기 위해 그리고 동시에 스크랩예열장치를 갖고 탠덤식으로 작동중인 전기아크로 공정시스템을 사용하고 차가운 철스크랩을 원료로 하여 제강을 유리하게 행하기 위해, 바람직하고 실제적으로 달성가능한 특성 및 매개변수를 갖는 자율적이고, 간단하고, 견고하며, 신뢰할 수 있는 장치 및 공정시스템을 기술하려는 것이다. 본 발명의 목적이기도 한 이러한 장치 및 공정시스템은 안전성 및 작업조건이 향상되고, 생태학적으로 좀더 진보된 것이어야만 한다.

자율적인 예열장치의 이송-장입을 위해서는, 알맞은 크기로 마련된 차가운 철스크랩을 허용 거리 및 허용 높이에 위치한 스크랩 공급-저장 영역으로부터 스크랩을 예열장치 내에 장입하기 위한 메커니즘 내에 연속식으로 또는 반연속식으로 운송하여야 한다. 스크랩예열장치 내에 스크랩을 장입-이송하기 위한 메커니즘은 스크랩에열장치의 일부분이 된다. 장입버킷 및 오버헤드 크레인을 사용하여 스크랩을 스크랩예열장치 내에 배치장입하는 것은 허용되지 않는다. 자율적인 스크랩예열장치의 설계 및 위치는 인접한 전기아크로가 전통적인 방식으로 작동하는 것을 방해하지 말아야 하며, 이것은 스크랩예열장치의 우회를 가능하게 하고 오버헤드 크레인으로 운송되는 표준 장입버킷을 사용하여 스윙이 제거된 루프를 갖는 노의 노정장입을 가능하게 한다. 우회 시에, 철스크랩예열장치는 노에서 배출되어 최종 연소챔버 및 덕트 내에 다시 보내져서 스크랩예열장치의 최종단계에서 배출되는 고온폐가스를 위한 우회도관 및 클로우져도 역시 구비하여야 한다.

제조비용 절감을 기대한다면, 스크랩예열장치를 노에서 배출되는 고온폐가스의 실제 최대 화학적 현열에너지까지 이용할 필요가 있다. 현재 일반적으로 천연가스의 형태인 화석연료는 노쉘벽 및/또는 루프의 서로 다른 위치에서 공기-연료 또는 산소-연료 버너에 의해 노 내에서 용융공정을 증강하는데 사용된다. 에너지효율을 향상시키기 위해서는 이 산소-연료 버너들을 적절한 위치로 이동시켜 스크랩예열장치의 일부분이 되도록 하는 것이 필수적이다. 이렇게 이동시킴으로써 예상되는 이익 및 개선은 에너지효율이 더 높아지고, 노에서 배출되는 고온가스의 온도의 순환특성이 스크랩예열장치의 작동에 미치는 영향을 감소시키고; 스크랩예열장치에 사용되는 버너들이 주로 단일 배관에 대해 고정되어 있기 때문에 안전성을 크게 향상시키고; 버너가 없음으로 인해서 노쉘의 최상부 및 수냉벽 패널이 단순화되고 따라서 유지보수 필요조건에 이롭게 영향을 주고, 전체 버너의 수를 감소시키고 최상부 어셈블리의 교환을 간단하게 하는 것이다. 에너지 비용을 더 감소하기 위해서는 탄소함량이 높은 폐기물의 적절한 양을 철스크랩예열장치 내에 장입된 차가운 스크랩혼합물 내에 도입하는 것이 바람직하다.

자율적인 철스크랩예열장치 내에서의 장입전 철스크랩예열공정으로부터 방출된 결과적인 고온스크랩은 스크랩조각의 크기에 따라서 650℃ - 800℃(1,200℉ - 1,470℉)의 범위 내에 있는 계산된 온도로 예열되는데, 평균온도는 700℃(1,290℉)이고, 가열가스의 평균온도는 1,050℃(1,920℉)의 범위 내에서 유지되면서 일반적으로 감소하는 특성을 갖는다고 예상되고; 더욱이, 스크랩예열장치 및 연소챔버에서 배출되고 여전히 감소하는 특성을 갖는 가스의 온도는 950℃ - 1,000℃(1,740℉ - 1,830℉)의 범위 내의 온도를 갖고, 이 온도 범위는 다이옥신 및 푸란을 포함하는 원치않는 휘발성 탄화수소를 연소-크래킹하는데 필요한 임계치 보다 높은 온도라고 예상된다.

최근 몇 년간, 스크랩을 예열하기 위한 목적으로 더 논의된 몇가지 형태의 장치 및 공정이 전기아크로 제강산업에 도입되어 사용되었는데, 일반적으로 다음의 미국 특허에 따른다.:

- 미국 특허 제 4,543,124(24.09.1985) 호, "Consteel"로 업계에 알려진 "연속식 제강용 장치". 이 공정은 노의 폐가스 및 연료를 특수 수평 예열터널 내의 컨베이어 상에서 이동하는 스크랩을 장입전에 예열하는데 사용한다. 스크랩은 쉘 측벽 내의 구멍을 통해서 노 내에 이송된다. 폐가스는 철스크랩에 대해 역방향으로 흐른다. EAF는 탭핑 후에 액체힐을 유지한다. 현재 전기아크로 소비기준과 비교할 때 350-400 kWh/ton의 범위에서의 전기에너지 소비는 너무 많다. 이 장치는 컨베이어를 위한 넓은 공간을 필요로 하고; 스크랩이 주로 위에서부터 예열되기 때문에, 컨베이어 상에서의 스크랩예열은 에너지 면에서 매우 효율적이지는 않다.

- 미국특허 제 4,852,858(01.08.1989) 호, 업계에서 "에너지 최적화로"로 알려진 "금속처리용 제련장치를 위해 장입물을 예열하기 위한 장입물예열장치"는 유리한 결과를 보이고 생산에 사용된다. 그러나, 스크랩강하를 제어하는 이 반연속식 수직 스크랩예열장치는, 예열장치 아래에 위치한 노용기 내에서의 거의 완전한 포스트-연소로부터 배출된 향류 고온 폐가스를 사용하는 비전기 금속처리용 노의 필수적인 부분이다. 이 설계의 유리한 작동결과로 인해 결국 몇몇 전기-금속처리용 설비 설계자들이 이 개념을 상당히 변형하여 전기아크로에 적용하게 되었다. 전체적인 높이 및 크기, 각 챔버 내에 폴스에어(false air)의 제어되지 않은 유입이 단점으로 여겨진다.

- 미국특허 제 5,153,894(06.10.1992) 호, 업계에서 "직립로"로 알려진 "탈착가능한 축형 장입물 예열장치를 구비한 제련플랜트"는 노의 필수적인 부분인 축형 장입물 예열장치를 구비하고 고온 가스의 향류를 갖고 배치식으로 장입되는 제련플랜트이다. 용기 덮개와 함께, 노용기와 유지구조물 사이의 상대적인 수평운동에 의해 장입물은 스크랩바스켓으로부터 노용기 내에 직접 장입되거나 또는 변위된 축을 통해서 노용기의 다른 영역 내에 장입될 수 있다. 장입물은 축 내에서 내부의 블로킹 부재에 의해 유지될 수 있고, 정련 단계 중에 가열될 수 있다. 대안들 중 하나는, 직접 노정장입을 가능하게 하거나 또는 쉘을 교체하기 위해 축과 두 개의 피벗팅 어셈블리로부터 노 내에 배치식으로 장입함으로써 나타나는 복잡한 설계, 스크랩예열을 위해 측면장착된 축구조물로 인한 쉘의 외관손상, 단지 쉘 만을 경사배치하여 생기게 되는 쉘과 루프 사이의 큰 틈으로 인한 열손실, 스크랩의 대부분이 때때로 막히고 미끄러지게하는 축을 통한 제어되지 않은 철스크랩강하, 축 내에서의 고르지 않은 스크랩예열로 이어지는 축을 통한 가스의 부적절한 향류 등의 몇가지 내재된 설계상의 문제점 및 두 가지의 심각한 공정시스템상의 문제점을 갖는다.: 즉, 축으로부터 배출될 때에 폐가스의 낮은 온도로 인한 일시적이며 제어할 수 없는 폭발성 혼합물의 생성 및 독성 물질의 방출이다. 버너에 의해 이 가스를 재가열하면 원칙적으로 그리고 사실상 이러한 형태의 예열시스템의 목적을 이루지 못하게 한다는 것 외에, 독성물질의 방출 및 폭발 가능성은 사라지지 않고, 이러한 종류의 각 노 상에서 때때로 발생한다.

- 미국특허 제 5,264,020(23.11.1993) 호, 업계에서 "이중 직립로"로 알려진 "병치된 두 개의 용융로를 갖는 제련플랜트"는 실제로 병치된 두 개의 직립로의 집합체이며 서로 번갈아 가며 작동되는데, 용융공정에서 생성된 노정가스는 장입물을 예열할 목적으로 별도로 다른 용융로 내에 도입되고; 장입물이 적재된 축은 각 용융로와 결합되고, 용융모드로 작동 중인 노로부터 나오는 폐가스는 다른 노의 장입 후에, 다른 노의 덮개를 통해서 축으로부터 도입되고 그 축으로부터 제거된다. 전체 제련공정 중에서 이 공정은 장입물의 예열을 가능케하고 노정가스가 장입물을 통과할 때 여과할 수 있도록 한다. "이중 직립로"는 사실상 "직립로"와 매우 유사하고 장입배치만 약간 다르며, "직립로"에 관한 모든 설명은 이 노 집합체에도 적용된다.

- 미국특허 제 5,499,264(12.03.1996) 호, 업계에서 "트윈쉘 노"로 알려진 "이중 노 장치를 작동하기 위한 공정 및 배치". 사실상 이 배치도 결국 병치된 두 개의 단일 전기아크로의 실제적으로 완전한 기계적 어셈블리의 집합체이다. 이것은 선, 전력공급장치, 장입물을 위한 장치 및 가스의 추출 및 정제를 위한 장치에 의해 연결된 두 개의 아크로를 갖는 이중 노 설비를 작동하기 위한 공정으로서 개시된다. 내부에 위치한 장입물을 용융하기 위한 전력공급원에 두 개의 노 중 첫 번째 것을 연결하고, 전력공급원으로부터 두 번째 것을 완전히 끊는 단계를 포함한다. 두 번째 노는 장입물로 장입되고 덮개로 닫힌다. 닫힌 두 번째 노 내에 있는 연도가스를 장입컬럼 위에서 빨아내고 연도가스를 두 개의 노 사이에 마련된 연결선에 의해 두 번째 노를 통해 용융된 장입물의 표면 위에서 첫 번째 노 밖으로 빨아낸다. 원료 공기가 첫 번째 노의 덮개 영역 내에서 동시에 유입하면서 연도가스를 두 번째 노 밖으로 빨아내는 동안 첫 번째 노의 가스 정제 장치로의 연도가스 연결은 중단된다.

원칙적으로는, 예열가스의 흐름은 스크랩에 대해 역방향이다. 배기시스템의 복잡한 설계로 인해 높은 생산성을 얻는다. 스크랩예열이 불균일하여 산화소모가 커지게 된다. 두 개의 용기의 노정장입은 노 루프의 제거를 여전히 필요로하여, 추가적인 열손실을 가져온다.

- 미국 특허 제 5,513,206(30.04.1996) 호, "스크랩의 예열 및 장입을 위한 장치". 스크랩을 예열 및 장입하기 위한 장치는 축형 예열챔버 및 장입장치를 포함한다. 노 배기가스는 낙하하는 철스크랩에 대해 역방향으로 흐른다. 2단계 스크랩압출기는 장입물을 루프의 개구를 통해 두 개의 DC 전극 사이의 공간 내에 운송한다. 예열된 철스크랩을 수용하는 두 개의 전극 DC 노는 완전히 밀봉되어 수냉벽패널을 사용하지 않는다. 이 노는 극히 복잡한 설계로 되어 있다. 철스크랩압출은 복잡하다. 축은 좁고, 따라서 몇 개의 브리징 방지용 장치들이 설치되어 있다. 또한 전체 높이는 중요한 단점이다.

- 미국특허 제 5,555,259(10.09.1996) 호, 업계에서는 "Contiarc"으로 알려진 "철스크랩용융을 위한 공정 및 장치". 개시된 노는 중앙 그래파이트 전극을 둘러싸서 보호하는 외부 및 내부 용기에 의해 형성된 환상 축을 갖는 DC 아크가열식 수직로이다. 스크랩을 노의 하부에서의 용융속도에 상당하는 속도로 적절한 시스템에 의해 연속적으로 환상 축의 상부 내에 이송한다. 스크랩이 강하하는 중에, 스크랩을 상승하는 가스에 의해 예열한다. 이 가스가 저온에서 철스크랩컬럼의 상부로부터 떠날 때에, 고리모양 덕트 내에 포획하여 폐가스 처리를 위해 운송한다. 이 노는 스크랩컬럼의 여과작용 때문에 폐가스를 통해 방출되는 분진의 양이 적다고 주장된다. 이 설계는 전기로와 스크랩예열을 하나로 통합하려는 노력에 따르는, 통합된 설계이다. 스크랩장입시스템은 복잡하고, 스크랩강하는 제어되지 않으므로 브리징이 발생한다. 노는 경동메커니즘을 갖지않으므로 바닥부의 교체나 또는 교환이 어렵다.

- 미국특허 제 5,573,573(12.11.1996) 호, 업계에서 "Comelt"로 알려진 "제강용 전기아크로 장치". 노용기 내의 플럭스 뿐만 아니라 스크랩, 특히 철스크랩 및/또는 해면철 및/또는 선철의 용융에 의한 제강용 전기아크로가 개시되는데, 그 내부에 적어도 하나의 그래파이트 전극이 돌출되어 있고, 그 길이방향으로 치환이 가능하며, 전기아크는 그래파이트 전극과 장입물 원료 사이에서 점화한다. 특히 높은 에너지 입력을 얻기 위해서는, 경사 그래파이트 전극이 측면으로부터 노용기의 하부 내에 돌출되어 있고, 그래파이트 전극의 영역 내에서 하부는 상부에 비해 방사상으로 바깥쪽을 향해 튀어나온 확대관을 갖는다. 노는 연장된 수직축을 갖고 컨베이어에 의해 차가운 스크랩이 연속적으로 장입된다. 하강하는 스크랩에 대해 역방향으로 흐르는 폐가스는 축의 최상부에서, 스크랩을 예열한 후에, 여전히 충분히 뜨겁고 희석에 의해 급속히 냉각되어, 독성가스가 방출되지 않는다고 주장되어 진다. 다른 변형에서는, 가스가 수거된다. 복잡하고 통합된 설계로 인해 전기에너지 소비가 매우 적어진다.

위에서 열거되고 논의된 종래 기술의 그리고 공정강화방법에 관련된 장치, 기기 및 공정시스템에 대한 불리한점 및 단점에 대해 적절하고 구체적인 설명을 하는 것 이외에, 이들 모두가 근본적이고, 의심할 나위 없는 불리한점 및 단점 즉, 스크랩의 흐름에 대해 역방향인 고온 폐가스의 흐름을 갖는다. 이 근본적인 기능상 불리한 특징은 종래 기술의 스크랩예열장치, 기기 및 공정시스템에 있어서, 성능이 충분히 만족스럽지 않은 주원인이다.

간략히 말하자면, 생산성, 에너지절약, 오염 그리고 끝으로 가장 중요한 작동의 안전성에 대해, 종래 기술의 스크랩예열장치를 사용하고, 주로 스크랩을 원료로 하는 전기아크로제강의 공정을 강화하려는 노력의 결과는, 그 성과의 수준이 물리학의 기본 법칙을 적절히 적용하고 실제 경험을 올바르게 이용하는 "장입전" 스크랩예열장치에 의해 도달되는 성능의 수준보다 낮다는 것을 명백히 나타내고 있다.

본 발명의 목적은 차가운 철스크랩의 혼합물, 즉 철스크랩을 반연속식으로, 제어하여, 단계적이고 점진적으로 예열하기 위한 그리고 인접하고, 탠덤식 작동 중이고, 밀폐된 금속처리용 전기아크로 내에 방출 및 강제운송하기 위한 자율적이고, 독립적으로 작동하고, 보충적이고, 에너지 효율적이고, 오염을 감소시키고, 작동상 안전하며 스크랩과 고온 폐가스가 같은 방향으로 흐르는 장치 및 공정시스템을 제공하는 것으로서, 이 모든 특징들로 인해 상기 단점 및 불리한 점들을 극복할 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은 고유의 각기둥 형태를 갖는 주 수직챔버를 제공하는 것으로서, 이 챔버는 철스크랩 혼합물의 차가운 장입물을 내부에 반연속식으로 이송 및 장입하기 위해 바닥부에 피라미드 형태의 수렴부와 챔버 최상부에 탈착가능한 밀폐용 덮개를 갖는다.

본 발명의 또다른 목적은 적절한 자체직립식 지지구조물에 부착된 내화물 또는 수냉 세그먼트로 이루어진 벽을 갖는 주 수직챔버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 차가운 철스크랩 혼합물을, 바람직하게는 낮은 바닥부 상에 위치하고 장입버킷 또는 오버헤드 크레인을 사용하지 않는 인접한 스크랩 저장소로부터, 장입개구밀폐용 클로우져를 구비한 주 수직챔버의 최상부 구획 내에 반연속식으로 이송하기 위한, 독립적으로 작동하고, 간단하며 견고한 장입-공급 메커니즘을 제공하는 것으로서, 장입 메커니즘은 원칙적으로 영구 장입용기를 구비한 적어도 하나의 고속경사승강기로 이루어진다.

본 발명의 또다른 목적은 하나 이상의 강하고 적절히 냉각된 스크랩중력강하 제어메커니즘을 제공하는 것으로서, 각각은 연속적인 회전 및 후퇴-연장 동작을 수행하는 반격자를 갖는 프레임으로 이루어지고, 주 수직챔버의 체적을 적어도 두 개의 구획으로 분할하며, 인접하고, 탠덤식으로 작동 중인 금속처리용 전기아크로를 1회 가열하는데 필요한 공칭 장입량의 1.5배 이상을 항상 유지할 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은 연속적으로 연소를 제어하여 결국 주 수직챔버의 전체 높이를 통해 연소가스를 생성하기 위해, 가변성 산소/연료 비율을 신속하게 제어하는 하나 이상의 산소-연료 버너를 주 수직챔버의 각 구획 내에 마련하는 것으로서, 방출 전에 장입된 철스크랩혼합물을 제어하여 점진적으로 필요한 온도까지 예열하게 된다.

본 발명의 또다른 목적은 실시간 즉시 분석 및 온도측정을 위한 센서를 주 수직챔버의 각 구획 및 가스흐름 덕트의 다른 장소에 제공하는 것으로서, 이 센서는 적절한 배기압력의 신속한 수정 및 제어와 예열공정 중에 생성되는 가연성 가스의 점진적인 연소를 위해 사용된다.

본 발명의 또다른 목적은 간단하고, 고온인 예열된 스크랩을 주 수직챔버의 수렴하는 아래부분에 있는 개구로부터 제어하여 방출하고, 예열된 스크랩을 쉘측벽 또는 루프를 통해 인접한 금속처리용 전기아크로 내에 운송하기 위한 견고한 내열 방출 메커니즘을 제공하는 것으로서, 이 방출 메커니즘은 원칙적으로 주 수직챔버의 수렴부에 있는 개구, 스크랩 레벨링 롤 및 왕복운동을 하는 내부 램을 갖춘 트롤리-트로프을 갖는 경사왕복승강장치로 이루어진다.

본 발명의 또다른 목적은 두 개의 유입 개구를 최상부 구획의 최고점에 제공하는 것으로서, 그 중 하나는 금속처리용 전기아크로로부터 나오며 화학적 현열에너지를 갖는 고온 폐가스의 유입을 위한 것이고, 나머지 하나는 부분적으로 재순환되며 최종 포스트-연소 챔버로부터 나오는 회수용 고온가스를 유입하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 장치의 서로 다른 지점에서 적당한 흡입효과를 만들어내고 가장 중요하게는 주 수직챔버로 들어가는 모든 가스의 조합을 중력에 의해 강하하는 스크랩의 흐름과 같은 방향으로 흐르는 스크랩의 층들을 통해서 최상부 구획의 최고점으로부터 아래쪽으로 강제로 흐르도록 하는 적절한 부압을 제공하는 것으로서, 조합된 고온 가스는 탠덤식으로 작동하는 금속처리용 전기아크로로부터 나오는 초기 고온 폐가스, 최종 포스트-연소 챔버로부터 나오는 회수용 고온가스, 구획들의 벽에 위치한 산소-연료 버너에 의해 생성되는 고온가스 그리고 투입된 산소, 산소로 부화된 공기 또는 공기에 의한 장입물 중에 함유된 가연성 물질의 산화에 의해 발생되는 고온 가스를 포함한다.

본 발명의 또다른 목적은 유사하며, 조합된 두 개의 평행한 최종 연소챔버/수렴집진기들의 한 세트와 주 수직챔버의 방출용 수렴바닥구획 아래에 직접 수직으로 직렬연결된 드롭-아웃 박스를 제공하는 것으로서, 주 수직챔버의 수렴바닥부의 두 개의 슬릿 개구로부터 배출되는 고온 폐가스는 가연성 물질의 최종 총연소 및 온도 조절을 위해 가변비율 산소-연료 버너를 장착한 각 최종 연소챔버/집진기의 최상부로 보내어져, 다이옥신 및 푸란의 생성을 방지한다.

본 발명의 또다른 목적은, 탠덤식으로 작동 중인 전기아크로로부터 두 개의 조합된 최종 연소챔버/발산집진기의 상부공간이 고온폐가스가 노로부터 최종연소침버 내에 직접 배출되도록 하는 예열장치 내에 주배기덕트를 연경하기 위한 적절한 폐쇄/개방 덕트를 구비한, 하나 이상, 바람직하게는 두 개의 고온 폐가스 우회 덕트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 다이옥신의 새로운 합성의 낮은 임계온도보다 낮은 고온폐가스의 순간충격냉각을 제공하는 우선적인 기능을 갖고, 가스를 세척하는 추가적인 기능을 갖는 슬릿형 벤튜리 스크러버(Venturi Scrubber)를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은, 첨부된 도면과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예 및 상세한 설명에 대한 다음의 개요로부터 명백히 드러날 것이다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하려는 목적으로만 도입되는 것이고 본 발명을 제한하지 않는 다는 것을 이해해야하며, 이것을 위해서는 첨부된 청구범위를 참조해야 한다.

본 발명 및 공정시스템을 더 명확히 이해하기 위해서, 도면 및 한정되지 않는 일반적인 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명 및 예시할 것이다. 첨부된 도면에서는, 같은 참조부호는 여러 도면을 통해 같은 종류의 구성요소를 표시한다.:

도 1은 본 발명을 따르는, 도 2의 스크랩 예열장치 및 탠덤식으로 작동 중인 인접한 전기아크로의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 취한 수직 길이방향의 왼쪽 단면을 도시한다.

도 2는 본 발명을 따르는, 도 1의 스크랩 예열장치의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 취한 수직측면방향의 오른쪽 부분을 도시한다.

도 3는 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 또다른 실시예의 수직측면방향의 단면을 도시한다.

도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 취한 수평면에서, 본 발명의 대상인 스크랩 중력강하 제어메커니즘의 두 개의 격자의 절반씩을 나타내는 개략적인 수평도면을 도시한다.

도 5a, 5b, 5c, 5d, 5e 및 5f는 회전동작, 후퇴동작, 연장동작을 하는 스크랩강하 제어메커니즘을 통과하는, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 취한 확대된 개략적인 수직단면을 도시한다.

도 6은 도 1에 도시된 스크랩 용기의 확대된 상세도를 도시하는데, 이 스크랩 용기의 최상부 방출위치에서 주 예열챔버의 최상부 구획의 밀폐용 클로우져는 개방되어 있다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1: 스크램예열장치 2: 전기아크로 3: 예열챔버

4: 격자 5: 최상부구획 6: 중간구획

7: 바닥구획 8: 스크램 혼합물 10: 짧은 아래쪽 벽부분

11: 공동 12: 빈 공간 13: 산소-연료버너

14: 내화물로 안을 댄 벽 15: 긴 아래쪽 벽부분

16: 지레 메커니즘으로 작용하는 유압실린더

17: 짧은 위쪽 벽 18: 수평폐쇄패널 19, 39, 52, 63, 76: 개구

20: 주도관 21, 27: 위쪽벽 22: 장입개구

23, 30, 33: 축 24: 밀폐용 엔클로우져 25, 34: 지레 메커니즘

26, 35, 64:유압실린더 28, 29: 곡선형 패널 31: 수직 벽 패널

32: 문 37: 스크램용기 38, 49: 내부공간

40: 센서 41, 42, 43, 44: 수냉형 세그먼트

45, 47: 직사각형 개구 46, 56: 버터플라이 밸브

48: 내화물로 안을 댄 도관 49: 내부공간 50: 드롭아웃박스

51: 분진입자 53: 역전 가스채널 54, 55: 도관

57: 장입 메커니즘 58: 직사각형 도관 60, 80: 롤러

61: 왕복 플런저 램 62, 67: 복동식 유압실린더

65: 디스크모양 연장부분 66: 주회전 프레임 68: 수냉지지물

70: U자형 가이드 71: 바퀴

72: 자체장입 장치 어셈블리

73: 케이블 74, 89: 풀리 75: 호이스트

77: 수냉문 78: 쉘측벽 79: 최종 포스트-연소챔버

81: 연결빔 82: 클레비스 커넥터 83: 스위블 커넥터

86: 우회도관 87: 우회개구 88: 우회버터플라이밸브

89: 풀리

따라서, 공지된 종래기술의 스크랩 예열장치 및 방법의 단점을 극복하기 위해서, 본 발명의 목적에 따르는 스크랩 예열은 독립적이면서 자율적이며, 분리되고, 자립적이며, 자체장입 및 방출식이며, 간단하면서 강한 설계를 갖고, 유지보수가 거의 필요 없고, 밀폐된 금속처리용 전기아크로에 인접한 스크랩 예열장치 및 공정시스템 내에서 수행되어야 하는데, 상기 예열장치 구조물은 경제적으로 그리고 기존 및/또는 새로운 전기아크로 용융설비를 크게 변경하지 않으면서 추가될 수 있으며, 본 발명의 목적에 따르는 스크랩 예열장치 및 폐쇄회로 공정시스템의 높은 에너지효율 및 작동 성능은 이러한 제강 공정에 상당한 영향을 준다. 오염을 일으키는 독성 가스 및 독성 물질의 양을 현저히 감소시킨다는 특히 중요한 이점 이외에도, 본 발명의 목적에 따르는 스크랩예열장치 및 폐쇄회로 공정시스템은, 그 중에서도 특히, 안전 및 작업환경의 개선과 함께 전기 및 기타 에너지의 소비를 감소시키고, 전극 소비를 감소시키고, 탭사이의 시간을 단축시켜, 전체적으로 성능 및 수익성을 향상시킨다.

본 발명에 의하면, 상기 목적은 전기아크로 내에서의 차가운 철스크랩 혼합물로부터의 제강공정에 직접적으로 또는 간접적으로 관련된 서로 다른 열에너지원에 의한 열생성 및 열전달에 특유한 물리적 및 화학적 공정 현상을 새롭게 그리고 독특하게 이용하는 것과 새롭고, 좀더 진보되고 적합하고 고기능성 구조의 설계 및 구성요소를 동일한 목적으로 도입하는 것이다.

하나 이상의 장입 버킷 하중에 의해 최상부 장입된 차가운 철스크랩 혼합물을 갖는 종래의 최신 제강 전기아크로의 작동을 고려하면, 노에서 배출되거나 또는 빠져나간 공정가스의 양은 몇가지 요인에 따라 좌우된다. 이 요인들은 다음과 같다.: 즉, 장입물의 조성, 사용된 석회 및 다른 첨가제들의 양과 질, 산소연료 버너에 의해 생성된 가스의 양, 슬래그 등의 발포를 위해 도입된 탄소 및 산소의 양, 그리고 가장 중요한 것으로는, 노 내에 불어넣어진 주변의 차가운 공기의 양이다. 실제적으로 가능한 노용기의 밀폐, 기밀을 행하지 않으면, 루프의 네변째 구멍에 의한 이른바 직접 배기의 경우에서도, 배기가스의 양은 350-450 m³/제조된 강의 메트릭톤에 이를 수 있다. 노를 기밀, 밀폐하고 탈탄용 산소기체 취입랜스를 사용하지 않음으로써, 차가운 공기를 불어넣지 않으면, 네 번째 구멍을 통해 배출되는 고온 폐가스의 양은 90-120 m³/제조된 강의 메트릭톤의 범위까지 감소된다. 탈탄용 산소기체 취입랜스를 사용하면, 배출된 가스의 양은 주입된 탈탄용 산소의 양에 비례하여 증가하여 200-220 m³/제조된 강의 메트릭톤의 범위에 이른다.

더욱이 배출된 고온 폐가스는 상당한 양의 유해한 부산물을 함유한다. 공기가 노용기 내에 불어 넣어질 때, 네 번째 구멍을 통해 배출되는 고온 폐가스 중의 일부 불순물의 한 예가 표 1에 표시된다. 전기로를 둘러싸는 매우 높은 온도 및 노용기 내의 높은 온도로 인해 일반적으로 많은 양의 이산화탄소가 생성되고, 또한 이어서 질소산화물 및 황산화물, 시안화물, 플루오르화물, 다이옥신 및 푸란과 같은 미세부산물이 생성된다. 질소산화물 및 시안화물의 농도는, 주로, 차가운 공기와 함께 노 내에 불어넣는 질소의 양, 전기로의 전력 및 노 내부에서의 질소분자의 분해도에 따라 달라진다. 가스 중의 황산화물의 양은 대개 아주 많지는 않다. 가스 중의 플루오르화물의 농도는 또한 낮고 슬래그 중의 형석의 함량과 직접적인 관련이 있다. 다이옥신 및 푸란의 함량은 장입된 스크랩 중에 포함된 가연성 오염물질의 양에 의해 결정되는데, 그 생성 및 파괴는 폐가스의 온도에 의해 조절된다.

전기 아크로로부터 배출되는 고온 폐가스 중의 유해 가스 생성물의 함량

유해물질	평균농도mg/m3	배출된 부산물의 양 g/제조된 강의 메트릭톤
탄소 산화물	13,500.0	1,350.0
질소 산화물	550.0	270.0
황 산화물	5.0	1.6
시안화물	60.0	28.4
플루오르화물	1.2	0.56

가스와 함께 노로부터 배출되는 분진의 부피의 60-70%까지는 지름이 3마이크로미터 보다 적은 입자로 이루어진다. 노 내에 공기를 불어넣어 가열하는 중에 생성된 분진은 많은 양의 산화철 Fe₂O₃를 함유한다.

현재의 일반적인 환경오염의 상태를 고려할 때, 전반적인 산업공정에 의해 도달가능한 최소 생성량까지 유해 생성물을 감소시키는 것은 극히 중요하다. 그러나, 이 과제는 산업계에서 수용할 수 있는 수단에 의해 이루어져야만 한다. 산업제조공정에 의해 생성되는 오염물질의 감소는 엄격한 경제적인 관점에서 제조공정을 리엔지니어링함으로써 이루어져, 필수적으로 경제적인 이득이 얻어지면서 더 안전하고 개선된 작업환경이 뒷받침되도록 해야만 한다.

간단히 말하자면, 본 발명의 목적에 따르는, 용융금속처리로를 위해 단계적으로 철스크랩을 예열하기 위한 그리고 스크랩과 고온가스의 병류를 갖는 장치 및 공정은, 다수의, 주요한 기능 및 공정시스템 작동에 있어서의 특징 및 파라미터 그리고 부차적인 기능 및 공정시스템 작동에 있어서의 특징 및 파라미터를 포함하고, 이것들은 하나의 실시예에 조화롭게 집합되어 있는데, 그 내용은 다음과 같다: 즉,

- 스크랩예열 장치 및 공정시스템 전체를 투자시기가 빨리 돌아오는 기존 용융플랜트(Melt Shop) 내의 대다수 전기아크로에 추가할 수 있는 기능;

- 차가운 철스크랩혼합물로부터의 제강을 위해 대부분의 금속처리용 용융로와, 바람직하게는 기밀 밀폐된 전기아크로와 동조되어 탠덤식으로 작동할 수 있는 기능;

- 노용기로부터 산소연료버너 및 "포스트-연소" 공정을 완전히 제거함으로써 전기아크로로부터 배출된 고온 가스의 양을 현저히 감소시킬 수 있는 기능;

- 스크랩예열장치를 전기아크로와 탠덤식으로 작동시킴으로써 그리고 에너지효율이 높지 않은 산소연료 버너를 노쉘용기로부터 제거하여 스크랩예열장치에 재배치함으로써 에너지효율을 향상시킬 수 있는 기능;

- 전기아크로용기 내에서의 소위 "포스트-연소" 공정을 제거함으로써 그리고 가스로부터 스크랩으로의 열전달효율이 거의 두배인 예열장치의 구획 내의 전기아크로로부터 배출되는 고온 폐가스 중에 포함된 화학적 현열에너지를 이용함으로써 에너지효율을 향상시킬 수 있는 기능;

- 스크랩의 장입물이 오버헤드 크레인 및 장입버킷에 의해 노 내에 운송될 때마다 전기아크로의 루프를 제거해야할 필요를 없앰으로써 에너지효율을 향상시킬 수 있는 기능;

- 통합되고, 반연속식으로 자체장입되는 스크랩용기 승강메커니즘에 의한 자체장입기능 때문에 오버헤드 장입 크레인 및 전형적인 장입 버킷을 사용할 필요를 없앨 수 있는 기능;

- 종래의 높이가 낮은 스크랩운송용 수평컨베이어 또는 도로 운송용 스크랩 취급설비에 의해 통합된 반연속식 스크랩용기 승강메커니즘의 스크랩용기를 간단하고 문제없이 채울 수 있는 기능;

- 장치의 최상부 구획 내에 반연속식으로 장입된 차가운 철스크랩 혼합물을 바닥 구획으로부터 방출될 때에 소정의 온도까지 이르도록 효율적으로 예열할 수 있는 기능으로서, 장치 내에 도입되는 모든 가연성 물질의 가장 가능성 높은 연소를 포함하고 장치의 서로 다른 지점에서 적절한 흡입효과를 제공하고 가장 중요하게는 주 수직챔버로 들어가는 모든 가스들의 조합을 최상부 구획의 최고점으로부터 아래쪽으로 스크랩을 통과하여 중력에 의해 강하하는 스크랩의 흐름과 병류의 방향으로 강제적으로 흐르도록하는 기능이고, 조합된 고온 가스는 금속처리용 전기아크로로부터 나오는 초기 고온 폐가스, 최종 포스트-연소 챔버로부터 나오는 회수용 고온가스, 구획들의 벽에 위치한 산소연료 버너에 의해 생성된 고온 가스 그리고 투입된 산소, 산소로 부화된 공기 또는 공기에 의해 장입물 중에 함유된 가연성 물질의 산화에 기인한 고온 가스를 포함한다.

- 노를 "차가운 상태에서 가동"하기 전에 예열장치의 산소연료 버너 만을 사용하고 예열된 스크랩을 초기의 증가된 속도로 노용기 내에 강제운송함으로써 인접하고 탠덤식으로 작동 중인 전기아크로로부터 고온 폐가스를 배출하지 않으면서, 철스크랩 혼합물을 필요한 공칭 예열온도까지 예열하고, 이렇게 함으로써, 특히 산소-연료/산소 취입랜스 및 발포성 슬래그의 초기 형성과 함께 증가할 때 전극(들) 아래에 용융금속의 풀이 신속히 형성되기 때문에 통상의 "평욕(flat bath)" 작동 조건에 급속히 도달하도록 하는 기능;

- 실시간으로 제어되는 산소-연료 버너의 동력 입력 및 산화제의 도입에 의한 중간온도 및 가스조성 조절과 함께 철스크랩 혼합물을 제어하면서 점진적으로, 단계적으로 예열함으로써 스크랩의 산화소모를 감소시킬 수 있는 기능;

- 간단하면서 강하고, 적합하게 냉각된 스크랩강하 제어메커니즘에 의해 철스크랩혼합물의 반연속식 중력강하를 제어할 수 있는 기능;

- 예열된 철스크랩혼합물을 노 내에 강제운송하기 위해 수렴바닥부로부터 내열 트롤리-트로프 내에 확실하고 문제없이 방출시킬 수 있는 기능으로서, 강제운송된 각 스크랩의 양을 필요한 정확도로 측정하는 것을 포함한다.

- 예열된 철스크랩혼합물을 예열장치로부터 인접하고, 탬덤식으로 작동 중인 전기아크로 내에, 노의 용융 능력의 속도로 반연속식으로 강제운송할 수 있는 기능으로서, 중단되지 않는 고온 금속욕을 가지며, 전기아크가 적합한 깊이, 일관성 및 화학적 성질을 갖는 발포성 슬래그 중에 영구히 잠기고 그 결과로서 고온 금속욕 내에 잠기는 스크랩을, 열효율 높고 신속하게 용융-융해하는 기능;

- 예열되고, 적당한 크기로 마련된 철스크랩 혼합물을 노의 용융 능력의 속도로 노용기 내에 반연속식으로 강제운송함으로 인하여 인접하고 탠덤식으로 작동 중이며, 밀폐된 금속처리용 전기아크로가 고온 금속욕과 함께 연속적으로 작동할 수 있도록 하는 기능;

-- 차가운 스크랩을 사용하는 전통적인 노의 작동과 비교할 때, 상기 열거된 본 발명에 따르는 기능들은 다음의 기술적 파라미터 및 경제적인 요소들을 실질적으로 향상시킨다.:

-- 전기동력 입력 및 노 변압기 용량의 30-35%의 범위 내에서의 감소;

-- 전기에너지 소비의 25-35%의 범위 내에서의 감소;

-- 전극소비의 15-20%의 범위 내에서의 감소;

-- 배출되는 폐가스의 양의 40-45%의 범위 내에서의 감소;

-- 분진 및 유해물질 생성의 20-25%의 범위 내에서의 감소;

-- 다이옥신 및 푸란의 현 허용한계 미만으로의 감소;

-- 전압 플리커의 허용한계 미만으로의 감소;

-- 최적화된 노의 임피던스를 갖는 전기 HV 보상장치의 가능한 제거;

-- 15-20%의 범위 내에서의 탭사이의 시간의 단축;

-- 25-30%의 범위 내에서의 백하우스 용량의 가능한 최소화;

-- 단락회로의 대폭적인 감소 및 작동의 요동 전력 입력 특성에 기인한 감소된 유지보수 필요조건;

-- 노를 예열된 스크랩으로 반연속식으로 그리고 반자동식으로 장입하여 이로써 미리 배치된 위험한 개방로의 폭발, 장입버킷에 의해 젖은 스크랩의 장입 그리고 소음공해 수준을 효과적으로 낮추는 것에 주로 기인한 개선된 안전성 및 작업환경조건

(본 발명의 바람직한 실시예)

도 1에 도시된 스크랩예열장치 및 공정시스템의 바람직한 실시예 및 다른 도면들은, 기능적으로 서로 연결되어 있고, 근본적인 본 발명의 두개의 구성요소 즉, 스크랩예열장치(1) 및 인접하고 탠덤식으로 작동 중인 전기아크로(2)를 포함한다. 더욱이, 도 1에 도시된 자율적인 스크랩예열장치(1)의 바람직한 실시예는 세 개의 구조상 그리고 기능상 어셈블리 즉, 수직 주예열챔버(3), 경사스크랩용기(37)를 승강하기 위한 자체장입 어셈블리 및 예열된 철스크랩혼합물(8/3)을 수직 주예열챔버(3)로부터 운송하고 철스크랩혼합물(8/3)을 인접한 전기아크로(2) 내에 강제운송하기 위한, 경사진 철스크랩혼합물(8/3)의 운송-장입 메커니즘으로 이루어진다.

스크랩예열장치(1)의 주요 구성요소는, 두 벌의 스크랩강하제어격자(4/1 및 4/2 그리고 5/1 및 5/2)에 의해 최상부 구획(5), 중간 구획(6) 및 바닥 구획(7)의 세 구획으로 분할된다. 이 세 구획의 각각은, 차가운 철스크랩혼합물(8/1)이 격자(4/1 및 4/2 그리고 5/1 및 5/2)의 제어된 운동에 의해, 연속적으로, 스크랩예열장치(1)에 도입되고 중력에 의해 반연속식으로 강하할 때, 차가운 철스크랩혼합물(8/1)의 온도를 가장 효과적으로 제어하여 점진적으로 증가시키기 위해 특정한 과제 및 목적을 갖는다.

도 1의 최상부 구획의 내부공간(38)뿐만 아니라 예열장치(1)의 주 수직챔버(3) 전체를 주위 대기로부터 밀폐시키기 위한 밀폐용 구조물은 기밀한 수냉벽으로 구성된다. 직사각형 모양의 이 구획의 짧은 아래쪽 벽부분(10)은 안쪽으로 구부려진 바닥단부를 갖는데, 이 부분은 격자(4/1 및 4/2)와 함께 나와서 격자(4/1 및 4/2)가 낮아질 때 스크랩(8/1)의 강하를 더 잘 제어하기 위해 가이드와 유사한 크레이들을 형성한다. 동시에 짧은 벽부분(10)의 안쪽으로 구부려진 바닥부의 뒤에 있는 공동(11)은, 중간 구획 내에 있는 스크랩(8/2)과 격자(4/1 및 4/2)의 바닥부 사이의 빈 공간과 함께 최상부 구획(5)으로부터 격자(4/1 및 4/2)를 통해 투과되는 가스와, 중간 구획(6)의 공간을 기밀하게 밀페시키며 내화물로 안을 댄 벽(14) 내에 설치된 산소연료 버너(13)으로부터 나오는 가스를 혼합하거나 필요하다면 연소하기에 충분한 공간을 형성한다. 도 3에 도시된, 최상부 구획(5)의 긴 아래쪽 벽부분(15)의 바닥단부는 또한 스크랩(8/1)을 더 잘 가이딩하기 위해 그리고 유압실린더로 작동되며 빗모양의 격자(4/1 및 4/2)의 운동을 제어하기 위한 지레 메커니즘(16)을 수용하기 위해 안쪽으로 구부려진다.

노에서 가까우며 짧은, 도 1의 최상부 구획의 위쪽 벽(17)은 수직으로 연장되어 일반적으로 수평인 폐쇄패널(18)을 만난다. 전기아크로(2)에서 나오는 고온 폐가스가 정사각형 수냉덕트(20)에 의해 최상부 구획(5) 내에 들어가도록 하기 위해 짧은 위쪽 벽에는 정사각형 개구(19)가 마련되어 있다. 전기아크로에서 나오는 고온 폐가스가 정사각형 개구(19)에 의해 최상부 구획(5)에 들어가는 것을 방지할 필요가 있는 경우에는, 수냉덕트(20)는 지레 메커니즘(34) 및 유압실린더(35)에 의해 제어되고, 수냉축(33)의 주위를 회전할 수 있는 직사각형의 수냉문(32)을 구비한다. 노에서 멀며 짧은, 구획(5)의 위쪽 벽(21)은 중심을 향해 위쪽으로 수렴하고 스크랩을 최상부 구획(5)의 공간 내에 반연속식으로 장입하는 동안에 스크랩용기(37)가 들어가도록 하기 위한 정사각형의 개구(22)의 바닥부에서 끝난다. 정사각형의 장입개구(22)의 위쪽 단부는, 곡선이면서 투영하였을 때 정사각형인 수냉 밀폐 엔클로우져(24)가 연결되는 수냉축(23)에 의해 한정된다. 밀폐 엔클로우져(24)의 위치는 지레메커니즘(25) 및 유압실린더(26)에 의해 제어된다.

도 2의 최상부 구획(5)의 긴 위쪽벽(27)은, 처음에 중심을 향해 안쪽으로 수렴한 후 수직으로 연장하여 정사각형의 장입개구(22)의 수직측면을 한정하는, 긴 아래쪽 벽(15)과의 연결선으로부터 나온다. 위쪽 위치에 있는 긴 위쪽벽(27)의 형태는 아치형의 팬블레이드 형태이다. 수직이며 긴 위쪽벽(27)의 아치형 부분은, 내구성이면서 곡선모양이고, 일반적으로 수평인 패널(28)과 부분적으로 연결되어 있다. 수직이며 긴 위쪽벽(27)들 사이에 있는 아치형의 나머지 부분은 곡선모양이고, 일반적으로 수평인 패널(29)로 덮여있고, 도 1의 수평으로 방향이 잡힌 수냉축(30) 주위를 회전할 수 있다. 곡선모양의 패널(29)의 길이는 부분적으로 회전한 스크랩용기(37)의 위치에 따라 결정되는데, 이것은 부분적으로 회전한 스크랩용기(37)로부터의 철스크랩혼합물(8)의 방출이 시작되기 전에 부분적으로 회전한 스크랩용기(37)의 최상부 정사각형 프로파일-레지는 이미 곡선모양의 패널(29)의 단부 밑에 있어야만 한다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 곡선모양의 패널(29)의 결정된 길이는, 중심에서 멀며 경사진, 긴 위쪽벽(27)의 말단레지의 위치를 지정한다는 것을 의미한다.

도 1, 도 3 및 도 6의, 일반적으로 수직인 벽패널(31)은, 내구성이며 곡선모양인 패널(29)의 중심단부 및 수평으로 방향이 잡힌 수냉축(23)에 가까운, 수직이며 긴 위쪽벽(27)들 사이의 틈을 폐쇄한다. 최상부 구획(5)의 밀폐되고, 기밀한 구조의 엔클로우져의 상기 배치는, 차가운 철스크랩혼합물(8/1)을 장입용기(37)에 의해 예열장치(1) 내에 장입하는 동안에, 동시에, 장입스크랩용기(37)의 측면과 수직이며 긴 위쪽벽(27) 사이 그리고 회전스크랩용기(37)와 곡선모양의 패널(29) 사이를 일시적으로 밀폐하기 위해 공동을 형성한다.

도 1의 주 수직챔버(3)의 최상부 구획(5)의 특정한 목적 및 과제 중의 하나는, 할당된 체류시간 동안에 원하는 초기온도를 얻는데 필요한 철스크랩혼합물(8/1)의 적절한 양을 초기에 수용하여 빗모양의 격자(4/1 및 4/2) 상에 쌓는 것인데, 차가운 철스크랩혼합물(8/1)은 1회 이상 빠르게 왕복하는 장입스크랩용기(37) 내에서, 대개 밀폐엔클로우져(24)에 의해 폐쇄되는 개구(22)를 통해 최상부 구획(5) 내에 반연속식으로 운송된다. 밀폐엔클로우져(24)의 개폐는 장입스크랩용기(37)를 비우는 동안의 그 밀폐 위치와 동조되기 때문에, 차가운 철스크랩혼합물(8/1)을 장입스크랩용기(37)로부터 개구(22)를 통해 최상부 구획(5) 내에 장입하는 동안에 원치않는 폴스에어가 다량 유입되는 것이 방지된다. 최상부 구획(5)의 또다른 과제 및 목적은, 전기아크로(2)에서 나오고 개구(19)를 통해 적절한 양의 쌓인 철스크랩(8/1) 위의 빈공간(38) 내에 운송되는 고온 폐가스를, 최종 포스트-연소 챔버(79)에서 나오고 도관(54 및 55)을 통해 운송되어, 관련된 모든 가스의 혼합물을 적합하게 연소하기 위한 개구(39)를 통해 최상부 구획(5)의 빈 공간(38) 내에 들어가는 회수 고온가스와 적절하고 안전하게 혼합하는 것을 가능하게 하고 또한 확실하게 하는 것이다. 이것은 가스분석, 압력 및 온도센서(40)로부터의 정보에 의거한 실시간 전자조절시스템에 의해 제어되는, 표준화된 가변연료산소비율 산소연료버너(13)에 의해 이루어진다. 적합한 비율로 미리 조정된 부분연소를 통해 결과되는 최종가스혼합물의 필요한 온도를 얻은 후에는, 온도가 조절된 가스는 투과성 격자(4/1 및 4/2) 상에 체류하는, 쌓인 양의 철스크랩혼합물(8/1)을 통과하여 아래쪽 병류로 강제로 보내어진다. 철스크랩혼합물(8/1)의 면적과 깊이의 최적비율로 인해 고온가스는 가장 유리한 속도로 그리고 현저히 높은 열전달계수를 갖고 철스크랩혼합물(8/1)을 투과한다.

마지막으로, 할당된 체류시간 중에 부분적으로 예열된 철스크랩혼합물(8/1)의 전체 쌓인 양을 중력에 의해, 1회의 간단한 작동 중에, 일정한 혼합도를 갖지만 충격없이 격자(4/1 및 4/2)의 릴리스작동에 의해 미리 비워진 중간 구획(6) 내에 운송하는 것이 최상부 구획(5)의 또다른 특정한 목적 및 과제이다.

주 수직챔버(3)의 중간 구획(6)의 특정한 목적 및 과제는 최상부 구획(5)의 목적 및 과제와 유사하다. 중간 구획(6)의 가장 중요한 과제 및 목적은, 격자(4/1 및 4/2)가 철스크랩혼합물(8/1) 아래에서 그 위치로부터 제거될 때, 중력에 의해 최상부 구획(5)으로부터 운송되고 이미 부분적으로 가열된 철스크랩혼합물(8/2)의 전체 양을 수용하여 격자(5/1 및 5/2) 위에 안전하게 보유하는 것이다. 중간 구획(6)의 다음 목적 및 과제는, 격자(4/1 및 4/2)를 통해, 이미 온도가 증가된 철스크랩혼합물(8/3) 위의 빈공간(11 및 12) 내에 들어가는 가스혼합물을 추가적으로 적절하게 부분연소하는 것을 가능하게 하고 또한 확실하게 하는 것이다. 일반적으로, 격자(4/1 및 4/2)를 통과하여 투과하는 가스혼합물은, 철스크랩혼합물(8/2) 중에 포함된 가연성이며 오염성인 불순물로부터 주로 나오고 최상부 구획(5) 내에서의 이전의 가열단계 도중에 산화제가 존재하지 않는 상태에서 고온에 노출된, 상당한 양의 가연성 기체성분을 함유한다. 또한 최상부 구획(5) 내에서의 이전의 가열단계 도중에, 철스크랩혼합물(8/1)을 통과하여 아래쪽으로 흐를 때 초기에 고온인 가스는 자신의 열에너지의 일정량을 철스크랩혼합물(8/1)로 보냈으므로 역시 온도가 조절되어야만 한다. 표준화된 가변 연료산소비율을 갖는 가스의 온도가 증가하는 것과 동시에 격자(4/1 및 4/2)를 통과하여 중간 구획(6) 내의 철스크랩혼합물(8/2) 위에 있는 빈공간(11 및 12) 내에 들어가는 가스혼합물의 필요한 그리고 추가적이고 적절한 부분연소를 행하기 위해서는, 산소연료버너를 최상부 구획(5) 내에서와 동일한 방식으로 사용한다. 표준화된 버너(13)는 최상부 구획(5) 내에서와 동일한 방식으로 제어한다. 열전달계수뿐만 아니라 중간 구획(6) 내에서 철스크랩혼합물(8/2)를 통과하며 아래쪽으로 흐르는 재가열된 가스의 병류는 최상부 구획(5) 내에서와 동일하다. 할당된 체류시간 중에 중간 구획(6) 내에서 예열되어 온도가 더 증가된 철스크랩혼합물(8/2)은 격자(5/1 및 5/2)의 릴리스작동에 의해 미리 비워진 바닥 구획(7) 내에 중력에 의해 운송된다.

수직 주예열챔버(3)의 바닥 구획(7)의 특정한 목적 및 과제는 또한 최상부 구획(5) 및 중간 구획(6)의 목적 및 과제와 유사하다. 바닥 구획(7)의 주 과제는 중간 구획(6)으로부터 중력에 의해 운송되고 고도로 예열된 철스크랩혼합물(8/3)의 전체 양을 수용하여 반전된 피라미드 형태의 공동 내에 안전하게 보유하는 것이다. 바닥 구획(7)의 수렴하며 피라미드 형태를 갖는 부분은 내화물로 안을 댄 벽(14) 및 수냉형 세그먼트(41; 42; 44/1 및 44/2)로 이루어지며, 이들 모두는 바닥에서 직사각형 개구(47)를 형성한다. 개구(47)는 700℃의 평균 온도로 예열된 철스크랩혼합물(8/3)을 경사진 운송-장입 메커니즘(57) 내에 방출하는 기능을 한다. 운송-장입 메커니즘(57)은 필요한 고온까지 예열된 철스크랩혼합물(8/3)을 예열장치(1)로부터, 수냉문(77)으로 노의 경사작동 중에 폐쇄되는, 쉘측벽(78) 내의 개구(76)를 통해 인접한 전기아크로(2) 내에 운송 및 강제장입하는 기능을 한다. 운송-장입 메커니즘(57)은 부분적으로 수냉되고, 직사각형 단면을 갖고, 방출개구(47)의 폭과 일치하는 폭을 갖는 도관(58)으로 이루어진다. 직사각형 도관(58)은 역시 일치하는 직사각형 단면의 내부 왕복 플런저-램(61)을 구비한다. 직사각형 도관(58)의 내부에서 플런저-램(61)의 왕복운동은 수냉 복동식 유압실린더(62)에 의해 제어된다. 직사각형 도관(58)은, 그 길이방향 축을 따라서 이동할 수 있도록 해주는 롤러(60) 위에 위치한다. 직사각형 도관(58)이 그 길이방향 축을 따라 움직이는 것을 재배치하는 것은 복동식 유압실린더(59)에 의해 제어된다. 방출개구(47)로부터 나오는 예열된 철스크랩혼합물을 수용하기 위해서 직사각형 도관(58)의 최상부 벽은 개구(63)를 가지며, 이것의 크기 및 위치는 방출개구(47)의 크기에 해당된다. 장입모드가 아닌 대기상태에서 복동식 실린더(59)는 끌어당겨지고, 정사각형 도관(58)은 전기아크로(2)로부터 회수되지만, 플런저(61)는 도관(58)의 내부에서 연장된 모드로 남아있으므로, 예열된 철스크랩혼합물이 장입메커니즘(57) 내에 낙하하는 것을 방지하는 방출개구(47) 전체를 덮어 밀폐한다.

고온 철스크랩혼합물(8/3)을 전기아크로(2) 내에 강제운송 및 장입하는 것을 개시하려면, 직사각형 도관(58)의 내부에 있는 플런저(61)는 후퇴되어 철스크랩혼합물(8/3)이 직사각형 도관(58)의 공동 내에 낙하할 수 있도록 한 후, 롤러(60) 위에서 전방으로 이동하고 작동-연장 복동식 유압실린더(59)에 의해 전기아크로(2) 내에 삽입된다. 직사각형 도관(58)이 전방으로 이동하면 그 최상부 벽으로 방출개구(47)를 폐쇄한다. 복동식 유압실린더(62) 및 왕복 플런저-램(61) 후퇴된 위치에 있으므로, 예열된 고온 철스크랩혼합물(8/3)은 도관(58)의 내부에서 움직인다. 복동식 유압실린더(62)의 연장작동으로 인해 왕복 플런저-램(61)이 전방으로 이동하면, 예열된 고온 철스크랩혼합물(8/3)을 밀어내어 직사각형 도관(58)의 내부를 통과하도록 한다. 플런저-램(61)이 전방으로 이동한 후에, 예열된 고온 철스크랩혼합물(8/3)은 전기아크로의 부근에 있는 전기아크로(2) 용융조 내에 낙하하기 시작하고, 여기에서 직접 대류에의해 빠르게 용융한다. 예열된 고온 철스크랩혼합물(8/3)을 점진적으로 밀어내어 경사진 정사각형 도관(58)의 내부를 통과하도록 하지만, 상대적으로 낮은 마찰계수로 인해, 밀어내는 작동을 위해서는 단지 적절한 힘만이 필요하다.

바닥 구획(7)의 다음 목적 및 과제는, 아래쪽으로 흘러서 격자(5/1 및 5/2)를 통과하여 철스크랩혼합물(8/3) 위의 빈공간(11 및 12) 내에 들어가는 가스혼합물의 추가적이며 가장 가능성이 높은 연소를 가능하게 그리고 확실하게 하는 것이다. 다시, 이전의 단계 내에서와 같이, 초기에 고온가스는, 철스크랩혼합물(8/2)를 통과하여 아래로 흐를 때, 그 열에너지의 일정량을 철스크랩혼합물(8/2)에 전달하므로 다시 온도가 조절되어야만 한다. 표준화된 가변연료산소비율의 온도를 최종적으로 증가하는 것과 동시에, 바닥 구획(7) 내의 철스크랩혼합물(8/3) 위의 빈공간(11 및 12) 내에서 아래쪽으로 흘러 격자(5/1 및 5/2)를 통과하는 가스 혼합물을 최종적으로 필요한 추가적이며 적절한 최대 연소를 행하기 위해서는, 산소연료버너를 최상부 구획(5) 및 중간 구획(6) 내에서와 동일한 방식으로 사용해야만 한다. 표준화된 버너(13)는 이전의 최상부 구획(5) 및 중간 구획(6) 내에서와 동일한 방식으로 제어한다. 재가열된 가스의 아래쪽으로의 병류는 철스크랩혼합물(8/3)을 통과하여 투과한 후에, 바닥 구획(7)로부터 도 3의 두 개의 직사각형 개구(45/1 및 45/2)를 통하여, 발산하는 직사각형이며 내화물로 안을 댄 도관(48/1 및 48/2) 내에 배출되는데, 이 도관은 예열장치(1)가 없는 상태에서 작동하는 중에 필요할 때 예열장치(1)로부터 가스의 흐름이나오는 것을 방지하기 위해 그리고 전기아크로(2)로부터 나오는 가스의 우회흐름이 발산하는 직사각형이며 내화물로 안을 댄 집진용 도관(49/1 및 49/2) 내에 직접 들어갈 수 있도록하기 위해 버터플라이 폐쇄(46/1 및 46/2)를 구비한다. 도관(48/1 및 48/2)의 내부공간(49/1 및 49/2)은 또한 최종 포스트-연소 챔버(79)의 기능을 하고, 이 때문에, 구획(5, 6 및 7) 내에서와 동일한 방식으로 제어되는 표준화된 산소-연료 버너(13)을 구비한다. 덕트의 내부공간(49/1 및 49/2)은 드롭-아웃 박스(50)의 최상부에서 합쳐지는데, 여기에서 배기가스는 속도를 늦춘 후에, 무거운 분진입자를 드롭-아웃 박스(50)의 바닥부에 침전시킨다. 다이옥신 및 푸란을 포함하는 원치않는 휘발성 탄화수소의 연소-크래킹에 필요한 임계치보다 높은 온도를 갖는 완전연소된 가스는, 더 사용하고 처리하기 위해 개구(52) 및 도관(54)을 통해 드롭-아웃 박스(50)의 중심 최상부에 있는 반전된 가스채널(53)에 의해 배출된다. 에너지 회수를 더욱 개선하기 위해 고온 폐가스의 일부는 버터플라이 폐쇄밸브(56)를 구비한 도관(55)에 의해 도관(54)로부터 개구(39)를 통해 최상부 구획(5) 내에 반송된다.

본 실시예의 가장 중요한 특징 중의 하나는 철스크랩혼합물(8/1 및 8/2)의 반연속식 중력강하의 제어인데, 이것은 도 1, 도 2, 도 3, 도 4에서 전체로서 또는 부분으로서, 서로 다른 부분 및 단면이 도시된, 철스크랩혼합물의 중력강하 제어메커니즘 어셈블리(16)("강하제어메커니즘"으로 약함)에 의해 제어된다. 강하제어메커니즘(16)의 부품 및 구성요소의 특징적이며 이로운 기능상의 운동을 더 잘 이해하기 위해서, 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 취한 상세한 수직단면을 도 5a; 도 5b; 도 5c, 도 5d; 도 5e 및 도 5f에 도시한다. 강하제어메커니즘(16)의 기본적인 기능상의 구성요소들로는, 고정되며 수냉식인 다점 프레임 지지물(68), 주 회전프레임(66), 회전 제어용 단동식 유압실린더(64), 격자(5/1 및 5/2) 또는 격자(4/1 및 4/2), 격자(5/1 및 5/2)가 연장되거나 후퇴되는 것을 제어하는 복동식 유압실린더(67) 그리고 격자(5/1 및 5/2)를 연결하는 빔(81)이 있다. 주 회전프레임(66)은 각각의 격자(5/1 및 5/2)를 위한 일정한 간격을 갖는 직사각형의 가이딩 개구를 특징으로하고 그 길이방향의 축을 따라서 움직이도록 하는 단일체의 기계적 구조물이다. 프레임(66)에 부착되고 프레임(66)의 직사각형 가이딩 개구들 사이의 공간에 위치한 아이스하키 퍽모양의 연장부분(65)에 의해 주 회전프레임(66)의 회전이 가능하게 된다. 다른쪽에서는 회전프레임의 외측단부가, 길이방향의 축을 따라 움직이는 동안에 회전프레임 구조물(66)과 각각의 격자(5/1 및 5/2) 사이에서의 마찰을 감소시키기 위하여 그 상부에 부착된 롤러(80) 위에 있다. 각각의 격자(5/1 및 5/2)는 수평방향의 빔(81)과 로드 아이-클레비스형 연결에 의해 연결된 그 외측 단부 위에 있다. 빔(81)은 복동식 유압실린더(67)에 의해 주 회전프레임(66)과 연결되어 있다. 주 회전프레임(66)이 고정 다점 지지물(68)의 일치하는 비원형 개구에 자유롭게 삽입되는 아이스하키 퍽모양의 연장부분(65)의 중심선의 주위로 회전하는 것은 단동식 신축성 유압실린더(64)가 후퇴되거나 연장됨으로써 제어된다.

기본 작동 위치에 있는 도 5a에 도시된 바와 같이, 격자 어셈블리(5/1 및 5/2)의 빗모양 구성은 철스크랩혼합물(8/2)의 중력강하를 유지 및 방지하기 위해 수직 주예열챔버(3) 내에 수평으로 그리고 안쪽으로 연장된다. 이것은 연장된 신축성 유압식 실린더(64)를 압축함으로써 이루어진다. 철스크랩혼합물(8/2)의 제어된 중력강하를 원할 때에는, 일반적으로 연장된 단동식 신축성 유압실린더(64)로부터 유압액을 제어하여 방출함으로써, 이 신축성 유압실린더(64)가 끌어당겨지기 시작한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 철스크랩혼합물(8/2)의 중량으로 인해, 연장된 격자(5/1 및 5/2)를 포함하는 주 회전프레임(66)은, 내부에서 연장된 빗모양의 격자(5/1 및 5/2) 구성의 단부가 아래쪽으로 회전하도록하는 아이스하키 퍽모양의 프레임 연장부분(65)의 중심선의 주위에서 회전한다. 이 제어된 초기 작동에 의해서 철스크랩혼합물(8/2)의 일부는 중력에 의해 바닥 구획(7) 내에 강하한다. 철스크랩혼합물(8/2)의 전체 부하가 바닥 구획(7) 내에 중력강하하는 것을 완결하기 위해서 복동식 유압실린더(67)를 작동한다. 실린더(67)는 주 회전프레임(66)의 구조물과 수평방향 빔(81)의 사이에 설치되므로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 격자 어셈블리(5/1 및 5/2)는 모두 구획(7)으로부터 일반적으로 수직방향으로 빠져나와 철스크랩혼합물의 나머지가 바닥 구획(7) 내에 중력에 의해 강하하도록 한다. 빗모양의 격자 구성(5/1 및 5/2)을 안쪽으로 삽입된 초기 위치로 되돌리기 위해서는, 유압실린더(64)를 연장하여 끌어당겨진 격자(5/1 및 5/2)를 포함하는 주 회전프레임(66)을 주로 중력에 의해, 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 수평 위치로 강제적으로 되돌린다. 이 첫 번째 단계가 완결된 후, 복동식 유압실린더(67)를 끌어당기도록 작동시킨다. 유압실린더(67)를 후퇴시키면 빗모양 격자 구성(5/1 및 5/2)를 무부하 삽입하여 도 5f에 도시된 바닥 구획 내의 철스크랩혼합물(8/3) 위에서 그 초기 수평위치로 다시 돌아가도록 한다. 삽입된 초기 수평위치로 돌아감으로써, 격자 어셈블리(5/1 및 5/2)를 최상부 구획(5)으로부터 철스크랩혼합물(8/1)의 부분적으로 예열된 다른 부하의 운송을 수용할 준비를 즉시 갖추게 된다. 기술된 바와 같이, 주 회전프레임(66)이 연속적으로 회전하고 후퇴하고 연장하는 운동을 하는 것과 빗모양의 격자 구성(5/1 및 5/2)은 본 실시예의 극히 중요한 특징이다. 기술된 대로 배치하면 지연 및 대기 시간이 없어지고, 예열장치(1)의 전체구조의 높이를 감소시키게 된다. 이것은 다시 철스크랩혼합물 예열장치(1)를 기존의 용융플랜트 내에 설치할 수 있도록 하고, 이것은 설치 비용을 현저히 절감할 수 있다는 점에서 가장 중요하다.

본 발명을 따라서, 예열장치 및 공정시스템(1)의 반연속식 자체장입을 위해, 차가운 스크랩용기(37)에 의해 차가운 철스크랩혼합물(8/1)을 승강하는 기능을 하는, 통합된, 경사 승강 메커니즘(72)의 실시예의 하나의 대안이 도 1에 도시되어 있고, 도 6에 더 상세히 도시되어 있다. 스크랩승강 메커니즘(72)의 주요 구성요소는, 간단하고 아주 튼튼하며 특정한 모양 및 적절한 부피를 갖고 바퀴(71)를 구비한 차가운 스크랩용기(37)이다. 바퀴(71)는, 강하고 적절히 구성된 U자 윤곽을 갖는 가이드(70)과 맞물려서 이 가이드에 의해 가이딩되어, 차가운 철스크랩용기(37)를 그 바닥 로딩 위치(84)로부터 가이드(70)의 구성에 의해 지정되는 소정의 경로를 정확히 따라서 최상부 언로딩 위치 내에 강제 이동시킨다. 차가운 철스크랩용기(37)의 상승 및 하강은, 호이스장치(75), 케이블(73), 케이블의 방향을 바꾸는 풀리(82) 및 케이블의 방향을 역전시키는 풀리(74)에 의해 제어된다. 케이블(73)은 회전 연결부(83)에 의해 차가운 스크랩용기(37)의 측면에 연결된다.

경사승강기 메커니즘(72)의 제시된 다른 실시예의 작동과정을 더 기술하면 이것이 이롭고, 신뢰할 수 있으며 실제적으로 유지보수가 필요없이 간단하게 작동하고, 용융플랜트의 작동 조건에 완벽하게 적합하다는 것을 증명하게 된다. 상승 모드로 작동할 때, 호이스트 장치(75)는, 이미 차가운 철스크랩혼합물(8/1)의 적절한 양이 로딩된 차가운 철스크랩용기(37)를 케이블(73) 및 풀리(82 및 74)에 의해 차가운 스크랩을 로딩하는 바닥위치(84)로부터 차가운 스크랩을 언로딩하는 최상부위치(85)로 견인하여 상승시킨다. 예열장치(1)의 밀폐 장입하기 위해서는, 차가운 스크랩용기(37)의 정사각형 최상부 프로파일-레지가 레지(27)에 도달하여 예열장치(1)의 최상부에 있는 정사각형 공동에 들어가자마자, 복동식 유압실린더(26)는 밀폐용 엔클로우져(24)를 회전시키고, 개구(22)를 완전히 개방시킨다. 그러한 방식으로, 예열장치(1)의 최상부에 있는 공동의 정사각형 프로파일 및 스크랩용기(37)의 최상부 프로파일의 정사각형 프로파일은 동적 밀폐를 이루어 최상부 구획(5)의 공간(38)이 주위 대기와 통하는 것을 방지한다. 밀폐용 엔클로우져(24)를 회전하여 제거하면 차가운 철스크랩혼합물(8/1)을 최상부 구획(5) 내에 자유롭게 그리고 구속되지 않은 상태에서 언로딩한다. 차가운 스크랩용기(37)에서 차가운 철스크랩혼합물(8/1)을 비운 후에, 호이스트 장치(75)를 하강 모드로 역전시키고 차가운 철스크랩용기(37)는, 자체 중량에 의해 중력복귀를 시작하여 바닥로딩위치(84)에 도달한다. 밀폐용 엔클로우져(24)는, 차가운 스크랩용기(37)와 예열장치(1)의 최상부의 정사각형 공동 사이를 동적 밀폐하는 것이 차가운 스크랩용기(37)의 복귀운동에 의해 중단되기 전에 실린더(26)에 의해 폐쇄된다.

필요한 경우에는, 전기아크로(2)로부터 나오는 고온 가스는, 유압 실린더(26)에 의해 작동될 때에는 정사각형의 수냉문(32)에 의해, 그리고 일반적으로 폐쇄된 버터플라이 밸브(46/1 및 46/2)를 개방함으로써, 주 도관(20) 및 두 개의 우회 도관(86/1 및 86/2)으로부터 경로변경-우회되어 직접 최종 연소챔버(79) 내에 들어간다.

본 발명은 예로써 제시된 상기 실시예에 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 보호범위 내에서 다양한 방식으로 변형될 수 있다.

본 발명은, 예열된 장입물을 더 높은 에너지효율로 급속히 용융하기 위해, 금속처리용 전기아크로에서 나오는 고온 폐가스의 화학적 현열을 주로 사용하여, 철스크랩혼합물인 차가운 장입물을 통합된 경사철스크랩용기 승강기에 의해 반연속식으로 자체장입하고, 단계적으로 예열하고, 예열된 장입물을 인접하며 탬덤식으로 작동 중인 금속처리용 전기아크로 내에 운송하기 위한 생태학적으로 친화적이고 에너지 효율이 높고, 자율적이고, 기밀한, 자체장입식 철스크랩예열장치 및 폐쇄회로 공정시스템을 제공할 수 있다.

Claims (20)

1. 노의 배기포트로부터 방출되는 고온의 폐가스로부터 회수되는 열을 주로 사용하여, 철스크랩혼합물을 금속처리용 노 내에 이송하기 전에 이 철스크랩혼합물을 예열하기 위한, 그리고 동시에 철스크랩 및 폐가스로부터 나오는 오염물질을 감소시키기 위한, 고온폐가스와 아래쪽으로 강하하는 스크랩의 아래쪽으로 흐르는 병류를 갖는 예열장치로서,

   차가운 스크랩을 최상부 구획으로 집어넣기 위한 차가운 스크랩 입력수단 및 노의 배기포트와 흐름이 연결되어 있는 고온 폐가스 유입구를 갖는 최상부 구획과;

   가열된 스크랩을 노 내에 이송하기 위한 가열된 스크랩 방출 수단 및 사용된 폐가스를 배기하기 위한 진공수단과 흐름이 연결되는 폐가스 유출구를 갖는 바닥 구획; 그리고

   상기 각 챔버들 사이에 배치되고 폐쇄된 게이트 위치와 개방된 게이트 위치의 사이에서 연속적으로 작동가능하고, 폐쇄된 게이트 위치에 있는 차가운 스크랩 입력수단으로부터 중력이송되는 스크랩의 장입물을 동시에 수용하기 위한, 그리고 고온 폐가스가 최상부 구획 내의 고온가스 유입구로부터 흘러나와 스크랩 장입물을 아래쪽으로 통과하고 폐쇄된 게이트 수단을 통과하여 투과하여 바닥 구획 내의 폐가스 유출구로부터 흘러나가는 동안에 소정의 체류기간 동안 상기 장입물을 지지하는, 그리고 체류기간이 끝날 때 개방위치에 있는 상기 장입물이 최상부 구획으로부터 바닥 구획으로 중력강하하는 것을 제어하기 위한, 가스투과성 게이트 수단

   을 포함하는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
2. 제 1 항에 있어서, 가스투과성 게이트 수단이

   챔버 내에 연장되는, 반대 거울상인 두 개의 격자 어셈블리와;

   스크랩을 지지하는 수평폐쇄위치로부터 아래쪽으로 경사진 개방위치로 격자 어셈블리를 회전하기 위한 격자경동수단; 그리고

   챔버 내의 격자 어셈블리를 후퇴시켜 후퇴된 위치에 있도록 하기 위한 그리고 격자 어셈블리를 수평으로 연장시켜 연장된 위치에 있도록 하기 위한, 격자축의 연장 및 후퇴 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
3. 제 2 항에 있어서, 격자 어셈블리는, 챔버 내에 연장되어 있고 일정한 간격으로 떨어져 있는 복수의 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
4. 제 1 항에 있어서, 가열된 스크랩 방출수단은

   바닥개구를 갖는 바닥 구획의 경사진 바닥벽을 포함하는 수렴 바닥부와;

   바닥개구와 노의 사이에서 연장되고, 개구를 통해 강하하는 스크랩을 수용하기 위해 내부에 가열된 스크랩이 축적되는 공간을 갖는 장입도관; 그리고

   장입도관을 통해 노 내에 스크랩을 강제운송하기 위한 가열된 스크랩 강제운송 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
5. 제 4 항에 있어서, 가열된 스크랩 강제운송 수단은 스크랩압출용 벌크헤드를 갖는 왕복램을 포함하고, 이 램은, 가열된 스크랩의 장입물이 바닥개구를 통해 낙하하여 벌크헤드에 앞서 축적되는 대기위치와 램이 가열된 스크랩을 노 내에 압출하기 위한 장입모드의 사이에서 작동가능한 것을 특징으로 하는 예열장치.
6. 제 1 항에 있어서, 챔버는, 최상부 구획과 바닥 구획의 사이에 배치되고, 각각의 상기 구획의 사이에 가스투과성 게이트 수단이 배치된, 적어도 1개의 중간 구획을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
7. 제 1 항에 있어서, 각 구획은, 버너를 제어하기 위해, 가스의 화학적 조성, 가스의 온도, 가스의 압력 및 스크랩의 온도로 이루어진 군으로부터 선택된, 폐가스 및 내부에 체류하는 스크랩의 특성을 모니터링하기 위한 센서 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
8. 제 1 항에 있어서, 각 구획은 연소속도와 폐가스 및 내부에 체류하는 스크랩의 온도를 제어하기 위한 구획버너수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
9. 제 1 항에 있어서, 고온폐가스 유입구는 폐가스 유출구와 흐름이 연결되는 우회도관 및 고온폐가스를 폐가스 유출구로 직접 우회시키기 위한 우회밸브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
10. 제 1 항에 있어서, 차가운 스크랩 입력 수단은 챔버로부터 떨어진 로딩 위치와 최상부 구획 내의 밀폐가능한 개구 내에 연장하는 언로딩 위치 사이에서 왕복하는 장입용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
11. 제 10 항에 있어서, 밀페된 개구는 적어도 하나의 밀폐된 문을 포함하고, 밀폐된 개구의 내부 에지는 언로딩 위치에 있는 장입용기의 인접외측벽과 정합되어 지도록 한 것을 특징으로 하는 예열장치.
12. 제 10 항에 있어서, 장입용기는, 호이스트 장치에 의해 추진되는 경사진 승강램프 위에서 구르는 것을 특징으로 하는 예열장치.
13. 제 1 항에 있어서, 폐가스 유출구는 폐가스로부터 고체 입자 오염물을 감소시키기 위한 침전수단을 갖는 포스트-연소 구획을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
14. 제 13 항에 있어서, 포스트-연소 챔버는 내부에 체류하는 폐가스 중의 가연성 오염물을 연소시키기 위한 포스트-버너 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
15. 제 13 항에 있어서, 포스트-연소 구획과 최상부 구획 사이를 연결하는 가스재활용 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
16. 제 13 항에 있어서, 침전 수단은 수직으로 구부려진 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
17. 제 13 항에 있어서, 침전 수단은 플레어확산기 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
18. 제 13 항에 있어서, 침전수단은 고체 입자 드롭-아웃 박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열장치.
19. 철스크랩혼합물을 금속처리용 노 내에 이송하기 전에, 노의 배기포트로부터 방출되는 고온폐가스로부터 회수된 열을 사용하며 동시에 스크랩 및 폐가스로부터 오염물질을 감소시키고, 고온폐가스 및 아래쪽으로 강하하는 스크랩의 아래쪽으로 흐르는 향류를 갖는, 철스크랩혼합물의 예열방법으로서,

    노의 배기포트와 흐름이 연결되는 고온폐가스 유입구를 포함하는, 챔버의 최상부 구획 내에서 가스투과성이며 폐쇄된 게이트 위에 차가운 스크랩의 장입물을 놓는 단계와;

    고온폐가스가, 최상부 구획 내의 고온가스 유입구로부터 흘러나와, 스크랩 장입물 및 폐쇄된 게이트를 통과하여 투과하여 챔버의 바닥 구획 내의 폐가스 유출구에서 흘러나가는 동안에 소정의 체류기간 동안 스크랩을 폐쇄된 게이트 위에서 지지하는 단계와;

    게이트를 개방하고 체류기간이 끝날 때에 스크랩이 최상부 구획으로부터 바닥 구획으로 흘러갈 수 있도록 함으로써 중력강하를 제어하는 단계와;

    가열된 스크랩을 바닥 구획으로부터 노 내에 강제운송하는 단계; 그리고

    이어지는 신중한 스크랩 장입을 위해 연속적이고 단계적인 방식으로 상기 단계들을 반복하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열방법.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 체류기간 중에 스크랩을 지지하는 단계가 각 구획 내에서 구획버너로 폐가스 및 스크랩을 더 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 예열방법.