KR20000068375A - 용융금속을 생산하는 설비 및 방법 - Google Patents
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Abstract
금속실행에서 장입물질로 발생하는 임의의 금속매체를, 이른바 가장 다양한 정량 성분으로 사용하여 금속용탕을 생산할 수 있도록, 금속용탕을 생산하는 설비에는 다음 특징부가 제공된다:
금속용탕 및/또는 스크랩 및/또는 직접환원금속, 특히 직접환원철, 및/도는 광석용 하나의 장입구(11, 21) 및 적어도 하나의 전극(16) 및 하나의 슬래그 출탕수단(22)이 제공된 전기아크로(1),
하나의 용탕 출탕수단(41)이 제공된 산소-송풍 전로(3),
여기서, 상기 산소-송풍 전로(3)와 상기 전기아크로(1)는 오버플로 위어(34)를 거쳐 연결되며 기초 위에 견고하게 장착된 유닛을 형성하고,
여기서, 용탕체적에 특히 관련된 용탕표면은 전기아크로(1)에서보다 산소-송풍 전로(3)에서 보다 적고,
Description
전기로강(electric steel) 생산용으로 사용되는 오늘날의 표준 집합체는 a.c. 또는 d.c. 전기 아크로(electric arc furnace)이다.
- 60 내지 100%의 고철, 각종 정량비율의 직접환원철-해면철 및 때로는 탄화철(현재, 총 장입량의 약 10 내지 20% 까지), 및
- 0 내지 40%의 액체 및/또는 고체 선철
을 포함하는 장입된 철매체는, 산소 랜스 - 원한다면, 버너, 노즐 및/또는 불활성가스 플러싱 - 를 사용하는 하나 이상의 전기 아크로에 의하여 탄소매체 및 슬래그포머를 첨가하면서 용융된다. 다음에, 전기 아크로 내의 플랫용탕(flat bath)기간(5 내지 10분) 도중에 용강(steel bath)은 출탕에 필요한 온도 및 성분으로 되어 출탕중에 레이들(ladle)에서 약화된다. 에너지 및 재료 소모는 물론 설비의 생산성은 각각의 장입 비율 및 용융 실행을 함수로 하여 크게 변한다.
전세계적으로 소개된 2차 금속처리 방법은 물론 구조적, 전기적 및 기술적 분야에서의 일련의 개발로 인하여, 전기 아크로 용융은 지난 수년간 장입물질 및 생산된 철강 품질면에서 보다 융통성이 있고 효과적이며, 더욱이 전로 야금술에 비하여 실질적인 장점을 가지고 상기 전로 야금술과의 경쟁에서 성공을 거둔 방법로 변했다. 신규 방법의 개발로, 용융시간 및 소정의 전기 에너지 소모면에서 저감된 것이 중요하며, 또한 전기 아크로 내에서의 전기로강 생산의 소정의 운전 및 투자 비용의 절감이
집적스크랩 예열 및/또는 해면철 고온장입/고온-연탄화된 직접환원된 철
장입운전 실행을 위하여 전원오프 시간을 최소로하며, 장입물질(철매체, 탄소매체, 플럭스 등)의 대부분을 계속해서 첨가
최적의 발포 슬래그 운전 및
전기 에너지의 대체물로서 보다 싼 1차 에너지(석탄, 천연가스 등)를 가함으로써 달성되고, 오프가스-후연소 운전이 향상되며 열이 보다 유효하게 사용된다.
그러나, 용융집합체로서 사용되는 전기아크로에 의하여 전기로강을 생산하는 공지의 방법에서는, 전술한 방법 개발에 따른 상당한 장점이 단지 한정된 범위로만 사용되었다. 또한, 요구가 증가함에도 불구하고, 많은 부분의 액체 선철 및/또는 다른 탄소가 풍부한 철매체(해면철, 탄화철 등)는 물론 전기아크로 내에 자동차 스크랩과 함께 약 30 내지 70%가 장입된 문제가 많은 스크랩(폐차)을 높은 생산성 및 에너지 사용으로 환경에 대하여 허용할 수 없는 부하를 가하지 않고 용강으로 방법하는 것은 아직까지 불가능하다. 전기아크로 기술에 따르며 경제적인 관점에서 이러한 조건하의 효율이 높은 기술 및 설비의 상용화는 아직 필요하다.
종래의 전기아크로에 대하여 전술한 바와 같이 한정하는 것은 준고정(quasi-stationary) 계속 방법코스가 불가능한 용광로의 구성 때문이다. 장입, 용융, 정련, 가열 및 출탕운전이 얼마간의 시간 오프셋 필요성 및 장입 및 전류공급의 차단으로 한쪽 사이트에서 일어나서 - 적어도 출탕 이전 및 이후 - 조강의 원하는 조성물 및 온도(액상온도에 대하여 균질성 및 과열)를 얻는다. 전기아크로에서의 현재 방법 과정은 단속적이므로 그 성능이 한정된다. 이 점에 있어서, 다음을 유의하게 된다:
1. 출탕 중량 70 내지 150톤에 대하여, 이미 도달된 탭 대 탭 시간을 종래의 전기아크로에는 ≤55분으로, 샤프트를 가진 전기아크로에는 ≤35분으로 한 경우, 파워오프상(power-off phase)의 추가 감소가 강하게 제한될 수 있다. 이것은 파워온상 - 이러한 상태하에서 경제에너지를 위하여 장입톤 및 시간유닛 입력이 제한되기 때문에 - 즉 전체적인 용융시간이 거의 도달되도록 지지한다.
2. 해면철, 특히 용융 선철 및 탄화철(약 6.1% C)의 장입량이 많은면 실질적으로 시간이 오래 걸리는 플랫용탕(flat bath)운전에서 장입은 물론 정련 및 가열을 계속하면, 열손실이 증가되고 실제 트랜스포머 출력이 대체로 전기아크로에 의하여 완전하게 사용되지 않는다.
오스트리아특허 AT-B-295.566에 따르면, 전기아크용융로에서, 예비환원된 광석을 용융시킨 후 세미스틸(semi-steel) 용탕을 철강으로 정련함으로써 철강생산을 계속하는 방법은 정련대 및 적어도 하나의 슬래그 포집체임버가 연결되어 있는 것으로 알려져 있는 용광로상(melting hearth)을 포함하고, 여기에서 예비환원된 철광석이 용광로상의 전기아크대 내로 덩어리 또는 입자형태로 투입되며, 금속은 용광로상 내에서 계속 교반 및 순환운동을 하여 금속이 철강으로 정련되면서 산소함유가스의 분취로 정련대를 관통하는 반면, 슬래그로 인하여 정련대 길이의 적어도 일부분을 따라 금속과 반대로 흐르게 된다. 슬래그는 슬래그 포집체임버 내에 심하게 혼합되지 않고 가라앉은 다음 슬래그 포집체임버로부터 배출된다.
상기 공지의 방법에 있어서, 플랜트 스크랩 및 용융선철은 아주 제한된 양으로만 장입될 수 있다. 오프가스는 정련대에서 직접, 즉 전기아크용융로를 거치지 않고 배출된다. 정련대는 채널형 반응로로 구성되어 특정의 표면면적이 크게 되어 열손실이 높다. 채널형 반응로의 정련대를 따라 탱크의 농도 균형을 이루지 않고 C-농도구배로 정련되므로, C함유량의 조정 및 제어가 곤란하다. 따라서, 공지의 방법은 제한적인 범위, 첫째로 예비환원된 광석으로부터 조강을 생산하는데 적용가능하다.
독일특허 DE-C 3 609 923호에 따르면, 스크랩을 조강으로 계속해서 용융시키는 방법 및 설비가 개시되어 있다. 주로 스크랩 용융(용융선철 및/또는 해면철의 장입에 대하여는 언급이 없음)에 한정된 상기 방법에 있어서, 용광로가스의 열이 스크랩을 가열하는데 사용된다. 스크랩은 용광로상형 용광로의 중앙에 위치된 샤프트에서 예열되어 용광로상형 용광로의 중앙으로 투입되고, 이로써 원뿔형 파일(pile)의 형성으로 전기아크로 저면에 지지되며 스크랩 예열로의 상단부에 제공된 스크랩 장입구까지 도달가능한 스크랩컬럼이 형성된다. 피봇가능한 전극(바람직하게는 전극 4개가 전기아크로 내의 스크랩컬럼을 중심으로 대칭으로 배열되어 스크랩의 용융에 도움을 준다. 스크랩 용융 도중의 전극의 중앙축과 수직선 사이의 경사각은 각각의 전극에 대하여 20°이상이다. 따라서, 용광로상형 용광로는 전기아크가 중앙으로 도입된 스크랩컬럼과 용광로상형 용광로의 벽 및 리드(lid) 사이에서 연소되기 때문에 강한 열부하에 노출된다. 한편, 이로 인하여 내화라이닝의 마모가 증가되어 수리에 드는 재료 및 시간 비용이 상승하게 된다. 또한, 용광로벽 및 용광로리드에의 조사(照射)로 인하여 대량의 입력에너지가 가해지고 없어진다. 또한, 스크랩컬럼 내의 가능한 연결 - 전극에 의하여 스크랩컬럼 내로 용융된 용윰캐번(melt caverns)의 위 - 로 인하여 스크랩컬럼(또는 그 일부)이 낙하하게 되어 전극을 파손하고 방법에 지장을 줄 수 있다.
MPT 인터내셔널 2/1996, 페이지 56 - 60에 보면, 스크랩을 이른바 환형 샤프크로에서 계속해서 용융하는 콘티아크(Contiarc) 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 전적으로 스크랩 용융에 대한 것이며; 해면철 및/또는 용융선철의 장입에 대하여는 전혀 언급이 없다. 상기 방법에 관련된 한 가지 단점은, 링형상으로 배열된 스크랩의 액체용탕과의 접촉면적이 매우 크기 때문에, 조강의 온도를 출탕운전 개시 직전 및 실행 도중에 조정하기가 곤란하다는 것이다. 또한, 상기 방법으로 정련 되어 계속해서 배출되는 용탕의 농도의 균형 또는 화학적 균일성에 있어서 곤란함이 생길 수 있다.
Consteel 방법(Electric Furnace Conference Proceedings 1992, pp. 309 - 313 참조)에 따르면, 스크랩은 길다란 수평 예열로를 사용하여 예열되어 전기로, 이른바 전기로의 한쪽에서 장입된다. 전기로에서 발생한 오프가스는 스크랩용 길다란 예열기를 거쳐 배출된다. 그러나, 스크랩은 오프가스에 의하여 통과하지 않고 오프가스만 스크랩을 거쳐 통과하기 때문에, 이 방법에는 가스가 최적으로 사용되지 않는다. 스크랩용 길다란 예열채널은 고정적으로 배열되는 반면, 전기로는 기울어질 수 있도록 장착되어 이 방법에서는 단속적인 조강 출탕운전이 가능하게 된다. 따라서, 이렇게 모두를 피봇가능한 용광로로 구성하면 고가로 된다. 용광로의 내화라이닝이 기계적으로 마모된다. 스크랩은 용광로의 한쪽으로만 투입, 즉 용광로의 가장자리 영역에 퇴적되기 때문에, 스크랩은 단속적으로 장입된다. 따라서, 용융 및 혼합운전이 최적의 방식으로 실행될 수 없고, 전기로의 버너를 사용하여 스크랩의 용융에 도움을 주게 되면 효율이 낮게 달성된다. 스크랩이 오프가스로부터 여과되지 않기 때문에 오프가스 내의 분진 함유량은 비교적 높다.
본 발명은 용융금속, 특히 용강, 용융조강 또는 용융선철과 같은 용융철을 생산하는 설비 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 본 발명의 설비의 수직단면도이고.
도 2는 도 1의 선 II-II에 따른 단면도이고,
도 3, 4 및 도 5, 6 및 도 7, 8 및 도 9, 10은 도 1 및 도 2와 유사하게 도시된 다른 실시예를 각각 나태내는 도면이다.
본 발명의 목적은 이들 단점 및 곤란함을 회피하며, 용융금속, 특히 철용탕을 생산하는 설비 및 방법을 제공하는 것으로서, 이것은 기본적으로 금속 프랙티스에서 발생하는 임의의 금속매체. 바람직하게는 각종 물리화학적성질을 가진 예를 들면 고철, 액체 및/또는 고체 선철, 탄화철, 해면철, 예비환원 온도가 상이한 철광석, 신터(sinter), 스케일(scales), 금속분진, 건조된 슬러지 등의 철매체를 여러 가지 조성물로 하여 장입할 수 있고, 예를 들면 한 가지 철매체가 부족한 경우, 다른 것이 용량 제한없이 대신 사용될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 설비는 다음 특징을 가진
금속용탕 및/또는 스크랩 및/또는 직접환원된 금속, 특히 직접환원된 철, 및/또는 광석용 적어도 하나의 장입구 및 적어도 하나의 전극은 물론 적어도 하나의 슬래그 출탕수단이 제공된 전기아크로,
적어도 하나의 금속 출탕수단이 제공된 산소-송풍 전로를 포함하고, 여기서
산소-송풍 전로와 전기아크로는 오버플로 위어(overflow weir)를 거쳐 연결된 유닛을 형성하며,
용탕의 체적에 특징적으로 관련된 용탕의 표면은 전기아크로에서 보다 산소-송풍 전로에서 보다 작고,
산소-송풍 전로는 이들 용광로의 용탕레벨 위에 배열된 공통의 반응공간을 전기아크로와 공유한다.
본 발명에 따른 설비는 전술한 과제를 해소하는 외에, 설비부품의 내화라이닝이 온도변화로 인한 약간의 스트레인(strain)을 계속해서 출탕되는 경우에는 받지 않고, 단속적인 출탕의 경우에만 받는다는 장점을 제공한다.
전로와 전기아크로로 구성된 유닛이 바람직하게 기초(foundation)에 대하여 견고하게 배열되어 있기 때문에, 용광로, 특히 용광로의 내화라이닝 상에는 거기로부터 야기되는 기울어짐 또는 임의의 중량이동에 의한 기계적 부하가 걸리지 않는다. 또한, 상기 로에는 C가 풍부한 용융금속이 항상 슬래그 상에 환원영향을 미치거나 또는 슬래그 내의 FeO함유량을 낮추기 때문에, 전기아크로 내부의 내화 벽돌라이닝이 보호된다. 전기아크로 내의 온도는 비교적 낮고, 즉 1600℃ 이하이다.
산소-송풍 전로의 최적의 정련운전을 위하여, 산소-송풍 전로의 금속용탕 출탕레벨이 전기아크로의 금속용탕 레벨 아래에 위치되는 것이 바람직하며, 산소-송풍 전로의 저면은 전기아크로의 저면보다 낮은 레벨 상에 배열되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 산소-송풍 전로에 산소 또는 산소함유가스 혼합물용 하나의 송풍랜스가 제공된다.
바람직한 변형예에 있어서, 산소-송풍 전로에는 저면용광노즐, 바람직하게는 산소-송풍 저면용광노즐이 제공된다.
전기아크로에 적어도 하나의 금속 출탕수단이 제공되는 것이 바람직하다.
적합하게는, 슬래그 출탕수단은 전기아크로와 유닛을 형성하는, 오버플로위어와 정반대로 배열되는 것이 바람직한 경사로(decanting vessel) 상에 제공된다. 따라서, 용융금속과 역류로 전기아크로 내와 연통하는 산소-송풍 전로에 슬래그가 형성될 수 있다.
적합하게는, 산소-송풍 전로 및/또는 전기아크로에는 금속장입물질, 광석, 플럭스, 합금, 탄화제를 장입하는 장입구가 제공되고, 또한 산소-송풍 전로에는 산소함유가스 또는 산소를 공급하는 후연소 노즐 및/또는 랜스가 바람직하게는 2개의 용광로 사이의 전이부 근처에 그 중 적어도 하나가 제공된다.
바람직한 실시예에 있어서, 전기아크로에는 고체 철매체를 공급하는 적어도 하나의 예열로가 전기아크로의 위, 바람직하게는 그 측면 또는 용광로의 환형으로 위에 배열되어 제공되므로, 예열된 스크랩 및/또는 해면철 또는 다른 철매체가 간단한 방식으로 장입될 수 있는 한편, 전기아크로에 발생하는 오프가스의 열을 사용할 수 있다. 예열로는 중앙으로 또는 중앙과 떨어진 위치에 배열될 수 있으며, 가스침투가능한 차단장치(핑거(fingers))는 제공되지 않는 것이 바람직하고, 즉 예열로는 전기아크로의 저면 상에 그 베이스를 가지는 컬럼을 형성하는 고체 철매체를 전기아크로 내로 어떤 방해도 없이 직접 배출한다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 컨베이어벨트에는 예열로로에 들어가는 케이싱이 제공되는 것이 바람직하고, 여기에서 케이싱은 케이싱에 장착되며 후연소 수단 및/또는 산소함유가스를 공급하는 관을 가지는 버너로 구성된 가열수단에 의하여 들어가는 것이 적합하다.
공급된 에너지를 유효하게 사용하기 위하여, 예열로 및/또는 케이싱 및/또는 전기아크로의 리드 및/또는 산소-송풍 전로의 리드의 내면 중 적어도 일부는 내화재와 라이닝되는 것이 바람직하다.
전기아크로에는 용융금속, 바람직하게는 선철을 공급하는 수단이 제공되는 것이 바람직하다.
다른 변형예에 있어서, 전기아크로에는 전기아크로의 위에 배열되고 가스침투가능하며 냉각된 차단장치를 거쳐 전기아크로와 연통되는 예열사프트가 제공된다.
다른 실시예는 예열로가 전기아크로의 위에 중앙으로 배열되고, 전기아크로의 리드는 환형으로 설계되어 예열로를 둘러싸며 상기 예열사프트를 전기아크로와 연결하고, 전극, 바람직하게는 흑연전극이 리드로부터 전기아크로의 내부로 경사지게 관통하는 것을 특징으로 한다.
적합하게는, 용광노즐 및/또는 랜스가 제공되어 전기아크로와 연통하고, 또한 철매체용 공급수단 및/또는 광석 공급수단 및/또는 석탄 또는 탄소매체용 공급수단 및/또는 슬래그포머용 공급수단 및/또는 산소 또는 산소함유가스용 공급수단 및/또는 탄화수소 공급수단 및/또는 불활성가스용 공급수단에 연결된다.
바람직하게는, 산소-송풍 전로에는 용광노즐 및/또는 랜스가 제공되고, 또한 철매체용 공급수단 및/또는 광석 공급수단 및/또는 석탄 또는 탄소매체용 공급수단 및/또는 슬래그포머용 공급수단 및/또는 산소 또는 산소함유가스를 공급하는 공급수단 및/또는 탄화수소 공급수단 및/또는 불활성가스용 공급수단에 연결된다.
바람직하게는, 용광노즐은 서브용탕(sub-bath) 용광노즐 및/또는 저면 플러싱벽돌(flushing bricks)로 구성되거나 또는 랜스는 이동가능하게, 특히 그들의 종축방향으로 피봇가능 및/또는 변위가능하게 배열된다.
바람직한 실시예에 있어서, 전기아크로에는 위에서부터 용광로 내로 돌출하는 (하나의) 대략 중앙으로 배열된 전극 및 선택적으로 저면전극이 제공된다.
설비를 광범위한 용도로 사용하기 위하여, 예열로는 전기아크로 및 케이싱으로부터 분리가능 및 교환가능한 유닛으로 구성하는 것이 바람직하다.
용이한 취급을 위하여, 전기아크로의 리드 및 산소-송풍 전로의 리드는 유닛을 형성하거나 또는 유닛으로 구성된다.
적합하게는, 적어도 하나의 제어 및/또는 수리용 개구가 전기아크로에서부터 산소-송풍 전로의 전이부 위에 제공되는 것이 바람직하다.
설비의 개별 부품이 수리를 필요로 할 때 중요한 장애를 방지하기 위하여, 바람직한 실시예는 산소-송풍 전로가 전기아크로와 분리가능 및 교환가능한 구조적 유닛으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 전기아크로에는 경사로를 향하는 방향으로 하향하여 경사지며 경사로의 대략 수평으로 위치된 저면부 내로 합쳐지는 저면이 제공되고, 저면의 최하단 포인트는 경사로에 제공되며 금속 출탕수단은 경사로 저면의 최하단 포인트에 제공된다.
용융금속, 특히 조강 용탕과 같은 용강을 생산하는 방법는 다음 공정단계의 결합을 특징으로 한다.
전기아크로에서, 예비용탕이 생산되어 소정의 온도레벨 및 소정의 화학조성물로 되고,
예비용탕은 오버플로 위어를 거쳐 산소-송풍 전로 내로 계속해서 역류하지 않고 흐르고,
예비용탕은 산소-송풍 전로에서 바람직하게는 조강으로 계속해서 정련되고,
정련된 금속은 산소-송풍 전로에서 계속적 또는 단속적으로 배출되고,
산소-송풍 전로에 형성되는 슬래그는 전기아크로 내로 역류로 흘러서 거기로부터 배출된다.
적합하게는, 전기아크로에서 예비정련이 행해지고 산소-송풍 전로에서 금속제품의 최종 정련이 행해진다.
바람직하게는, 산소-송풍 전로에서 용융금속의 화학적 성분 및 온도가 최종 용탕 또는 출탕하기 위한 원하는 최종 제품의 화학적 성분 및 온도에 대응하여 계속적으로 조정된다.
용융효율을 높게 조정하기 위하여, 산소-송풍 전로에 형성된 오프가스가 전기아크로를 거쳐 배출되며, 후연소 CO + H2는 산소-송풍 전로 및 전기아크로 양자 모두로부터 배출되고, 전기아크로에 발생하는 오프가스 및 산소-송풍 전로에서 전기아크로 내로 흘러드는 오프가스를 채택하여 전기아크로 내에 장입된 괴상 장입물질을 예열하는 것이 적합하다.
에너지를 효과적으로 사용하기 위하여, 예열에 채택된 오프가스는 예열방법 중에 단계적으로 후연소된다.
전기아크로 및 산소-송풍 전로에는 부압(negative pressure)이 유지되는 것이 바람직하다.
선철을 생산하는 다른 바람직한 방법는 다은 공정단계의 결합을 특징으로 한다:
전기아크로에, 선철이 액체형태로 장입되어 소정의 온도레벨로 되고,
전기아크로에서의 예비정련 중에 Si- 및 P-함유량을 낮추고,
용융선철은 오버플로 위어를 거쳐 산소-송풍 전로 내로 개속해서 흐르고,
또한, 용융선철은 산소-송풍 전로에서도 계속해서 부분적으로 정련되고,
부분적으로 정련된 선철은 산소-송풍 전로에서부터 단속적 또는 계속적으로 배출되고,
산소-송풍 전로에 형성된 슬래그는 전기아크로 내로 역류로 흘러서 거기로부터 배출되고, 부분적으로 정련된(예비처리된) 선철은 설비에 추가로 제공된 전로 또는 전기아크로에서, 다른 철매체를 공급하지 않거나 또는 공급하여, 종래의 방법에 의하여 액체상태의 최종 제품으로 최종적으로 정련된다.
금속 장입혼합물은 다음 구성품 중 적어도 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
고철과 같은 스크랩, 및/또는 고체 선철 또는 주철,
펠릿 및/또는 브리켓 및/또는 탄화철 형태의 직접환원된 철,
용융선철.
합금강 용탕 또는 특수강 용탕 또는 스테인리스강 용탕을 생산하기 위하여, 금속 장입혼합물은 합금강 스크랩 및 액체 및/또는 고체 합금제 및/또는 합금철 중 적어도 하나로 형성된다.
바람직하게는, 산소-송풍 전로에서 출탕된 용강은, 부압(진공)을 가지거나 또는 가지지 않고, 탈탄화를 포함하는 후속의 2차 금속처리에서 예비용탕로 추가 처리된다. 진공처리는 VOD, RH-OB 또는 KTB설비에서 실행된다. 예비용탕은 생산될 품질에 필요로 하는 C 함유량이 초과되어 있다.
산소-송풍 전로에서의 처리 후 C 함유량이 최종 용탕에 원하는 함유량만큼 낮은 경우, 산소-송풍 전로에서 출탕된 용강은 후속의 2차 금속처리, 예를 들면 레이들로 또는 플러싱유닛에서 최종 용탕으로 추가 처리된다.
슬래그로 인한 스컬(skulls)을 방지하고 슬래그에 대하여 분량컨트롤을 실행할 수 있도록, 산소-송풍 전로에서 소정의 방법시간 후에 슬래그의 액화 또는 환원 처리를 각각 행한다.
다음에, 본 발명을 첨부도면에 개략적으로 도시한 여러 가지 예시적인 실시예를 들어 상세하게 설명한다.
d.c.전기아크로(1)는 경사로(2)와 산소-송풍 전로로서 구성된 전로(3) 사이의 중간조로 제공되며, 예를 들면 이들 조(2, 3) 중 각각 하나와 직접 연결되어 3개의 운전대를 포함하는 결합된 반응로설비를 구성한다. 전기아크로(1)는 특히 용융 즉 용융환원 및 가열대로서, 전로(3)는 특히 정련 및 가열대로서, 경사로(2)는 경사대(침하대)로서 기능한다. 용광로(1)의 측면에는, 예열로(5)가 그 리드(4) 상에 위치되며, 예열로 금속 장입물질(7) - 주로 고철, 선택적으로 또한 고체 선철 및/또는 해면철 - 이 상기 예열로 내에 바람직하게는 컨베이어벨트(8)에 의하여 장입될 수 있다. 적합하게는, 컨베이어벨트(8)는 케이싱(7)에 수용되어 가열부(9)가 형성되고, 상기 가열부에서 장입물질(7)이 벨트로 반송되는 동안 버너 및/또는 후연소 용광노즐(10)에 의하여 예열될 수 있다. 가열부(9) 및 예열로(5)는 서로 직접 연결되어 있다. 용광로(1)의 리드(4)에는, 고체 괴상 철매체(직접환원된 철, 미분 스크랩, 예비환원된 철광석, 신스터, 스케일, 필터분진 및/또는 슬러지 브리켓, 선택적으로 미분 스크랩, 등) 및 탄소매체(석탄, 코크스, 압축 유기 라이트 분급물 등) 및/또는 슬래그포머(석회, 형석, 규사, 보크사이트, 등)를 계속적으로 공급하는 적어도 하나의 장입구(11)가 제공된다. 컨베이어벨트(15) 즉 컨베이어벨트들을 거쳐 공급된다. 용광로(1), 전로(3), 경사로(2), 예열로(5) 및 가열부(9)를 포함하는 유닛이 도 1, 2에 나타낸 본 발명에 따른 설비의 제1 실시예의 코어(core)를 구성한다.
용광로(1)가 d.c.구성인 경우에는 한 개 또는 a.c.구성인 경우에는 여러개의 흑연전극(16)을 가져서 전기에너지를 공급하는 것이 바람직하다. 전극(16)은, 필요한 경우, 용광로(1)의 중앙을 향하는 수직 방향에 대하여는 0°내지 30°범위의 경사각 내 및 용광로(1)의 벽을 향하는 반대 방향으로는 10°까지 피봇가능할 수 있다. 경사각은 각각의 개별 전극(16)에 대하여 상이하게 조정 및/또는 제어될 수 있으며, 용융운전 중에 이 각도는 약 15°내지 20°가 일반적이다. 일반적으로, 전극(16)은 수직이며 피봇가능하지 않다. 용광로(1)의 저면(18) 중앙에 제공된 저면 애노드가 카운터전극(17)(직류가 채택된 경우)으로 기능한다.
예열로(5)에서 상승하는 고온 오프가스(19)에 의하여 예열된 금속 장입물질(7)은, 전력의 계속 공급으로 실행되는 계속 용융운전으로 인하여, 설비의 용광로(1) 내로 계속적으로 통과한다.
산화철부(해면철, 미분 스크랩, 예비환원된 광석, 분진 브리켓, 등)를 가지는 고체 철매체(12) 및, 필요한 경우, 코크스, 압축 유기 라이트 분급물, 등과 같은 탄소매체(13)는 리드(4)에 배열된 장입구(10)를 거쳐 용광로(1) 및 전로(3)에서부터 용탕이 배출되도록 조정된 속도로 계속적으로 용광로(1) 내에 장입된다.
용융선철(20)은 슈트(chute)로 설계되며 용광로(1) 내로 개방된 선철 공급수단(21)을 거쳐 계속적으로 용광로(1) 내에 공급된다. 용광로(1)의 측면에 제공되는 것이 바람직한 슈트(21)의 반대쪽에 위치된 슬래그도어(22)를 거쳐서 슬래그는 제거되며, 방법가 제어될 수 있고, 추가의 랜스 매니퓰레이터(23)를 제공할 수 있어서 유지관리작업을 용광로(1) 영역 내에서 실행할 수 있다.
설비의 형태에서 나타낸 바와 같이, 용광로(1) 내의 장입 및 용융은 액체삼프(liquid sump)(24)로 항상 실행된다. 액체삼프로 인하여 형성된 슬래그(25) 및 이 슬래그로 거의 완전하게 둘러싸인 전기아크(26)로 거의 계속적인 반고정 용융운전이 가능하다. 이로써 트랜스포머의 출력 및 열효율은 높아지고 소음이 적게 난다.
다음의 요구사항
미립 철매체(12')(예를 들면, 탄화철, 해면철 스크리닝 불합격품, 필터 분진, 등)의 프로세싱,
발포 슬래그(25)의 생산 및 제어
전기아크로 내에 에너지 입력의 증가에 의한 장입물질(7, 12, 13, 14) 용융처리의 가속(발포 슬래그(25) 내 또는 위의 오프가스(19)의 CO 및 H2의 후연소 포함) 및 용융조(24) 내의 농도 및 온도구배 균형화, 및
필요한 전기에너지를 값싼 1차 에너지로 대체
에 부합하기 위하여,
미립 철매체(12') 및/또는
미립 석탄(13') 또는 다른 탄소매체(처리된 유기 라이트 분급물, 예를 들면, 강판 라이트 분급물) 및/또는
미립 슬래그포머(14')(석회, 형석, 등) 및/또는
가스질 산소 및/또는 다른 산화가스(27)(CO2, H2O, 등) 및 2차 공기(O2-농축 공기 포함) 및/또는
CH4또는 다른 탄화수소(29) 및/또는
불활성가스(30)(N2, Ar)
를 용광로(1)에 위치 및 시간 필요사항에 맞춘 제어량으로
전술한 물질(12', 13', 14', 27, 28, 29, 30) 중 적어도 한 가지를 톱송풍(top-blowing) 또는 송풍하기 위하여 슬래그 표면의 위 및/또는 아래의 전기아크로 리드 및/또는 벽 영역 내의 여러 지점에 제공된 보호 및/또는 비보호 노즐 및/또는 랜스(32)(이동가능하게 및/또는 고정되게 설치된, 선택적으로 결합된 랜스/버너(32a)로 설계된 랜스) 및/또는
전술한 물질(12', 13', 14', 27, 28, 29, 30) 중 적어도 한 가지를 송풍하기 위한 보호 서브용탕 노즐(33)(바람직하게는 고압 노즐) 및/또는 저면 플러싱벽돌 또는 서브용탕 노즐, 또는 불활성가스(30)용 플러싱벽돌
중 하나 여러개를 거쳐 추가로 공급된다.
명료하게 하기 위하여, 이들 장치 모두가 도 1에 도시되어 있지 않다.
용광로(1)에 형성된 일정량의 액체섬프(24)는 위어(34)를 거쳐 전로(3)로 흘러서 정련과 동시에 가열되어 출탕된다. 이를 위하여, 전로(3)는
- 노즐, 이른바 상기 물질(12', 13', 14', 27, 28, 29, 30) 중 적어도 한 가지를 톱송풍(top-blowing)/송풍하기 위하여 슬래그 표면의 위 및/또는 아래의 전로 리드 및/또는 벽 영역 내의 여러 지점에 제공된 보호(천연가스 -Ar, CO2및 보호가스로서 사용가능한 고탄화수소에 의하여 보호) 및/또는 후연소용 슈퍼조 노즐과 같은 비보호 노즐 및/또는 랜스(35)(이동가능하게 및/또는 고정되게 설치된, 선택적으로 결합된 랜스/버너로 설계된 랜스) 및/또는
- 보호 서브용탕 노즐(36)(및/또는 물질(12'. 13'. 14', 27 내지 30) 중 적어도 한 가지를 송풍하는 저면 플러싱벽돌 및 불활성가스(30)용 플러싱벽돌) 및/또는
- 괴상 철매체(12). 탄소매체(13) 및 슬래그포머(14) 첨가용으로 개별적 또는 결합된 적어도 하나의 개구(39)
중 적어도 하나, 바람직하게는 여러 개를 포함하고,
이 중, 전로(3)의 바람직한 변형설계에 따르면,
- 여러 개의 랜스(35)를 통하여 전적으로 가스질산소(27)가 톱송풍된다. 전로(3)의 리드(37)에 대략 대칭으로 배열된 랜스(35)는 수직방향으로 변위가능한 동시에, 융융금속(24)의 흐름방향(38)에 대하여 수직 또는 반대방향에 대하여 경사각 약 0°내지 30°내에서 피봇가능하다.
- 전로(3)의 저면에 배열된 여러 개의 보호 서브용탕 노즐(36) 및/또는 플러싱벽돌을 통하여 전적으로 불활성가스(임의의 원하는 혼합율의 N2및/또는 Ar)가 공급된다. 서브조 노즐 및/또는 플러싱벽돌(36)은 전로(3)의 저면에 대략 대칭배열로 제공된다.
- 전로(3) 내로는 전적으로 괴상 슬래그포머(14)(석회, 형석, 규사, 보크사이트, 등)가 컨베이어벨트(40)에 의하여 리드개구(39)만 전적으로 통하여 공급된다.
- 위어(34)의 대략 위에는, 제어 및 수리용 개구(50)가 제공된다.
괴상 슬래그포머(14)를 리드개구(39)를 통하여 전로(3)에 첨가하면 - 조강 출탕개구(25)의 대략 위 - 석회 용해가 가속되며, 산화철 함유량이 많은 반응성 정련 슬래그(25) 형성물이 전로(3) 영역에 형성된다.
그 자체의 중력 및 랜스(35, 35')에 의하여 가해진 관성으로 운전됨으로써, 정련 슬래그(25)는 전로(3)에서부터 용광로(1)를 향하여 용융금속(24)의 역류로, 화살표(42)방향으로 이동하고, 용융금속(24)은 일정하게 온도가 감소되며 수반되는 요소(C, Si, Mn, P, S, 등)의 함유량이 증가되어 이들이 가열 및 정련되고, 니들에 의하여 냉각 및 환원된 다음 슬래그(25)는 경사로(2)의 말단에 제공된 슬래그도어(22)를 통하여 출탕된다.
이러한 "금속/슬래그 역류이동"의 장점은 다음과 같다:
1) 슬래그(25)가 슬래그도어(22)를 통하여 경사로(2)에서 배출될 때 열 및 철강의 손실이 적고, 그 이유는, 한편으로는, 슬래그(25)가 "콜드 사이드(cold side)" 상에서 설비로부터 배출되며, 다른 한편으로는, 슬래그(25)로부터 금속 액적의 이른바 "레이닝아웃(raining out)"이 경사로(2)의 용광로(1) 내에 일차로 발생하는 산화철 옆에서 일어나기 때문이다.
2) 슬래그포머(14)의 소모가 실질적으로 낮고 폼슬래그(25)의 소정량이 적은, 따라서 설비의 내화 마모가 낮은 원하는 스틸 등급을 얻을 수 있다. 전로(3) 내의 슬래그량은 금속용탕 레벨에 따르며, 슬래그의 높은 유지시간 또는 매우 양호한 사용율이 달성될 수 있다.
전로(3) 내에 형성된 고온 오프가스(19)는 용광로(1) 내를 먼저 통과하며, 여기에 형성된 오프가스와 혼합된 후, 예열로(5)를 통하여 상승하여 예열로(5)의 상측영역에 제공된 오프가스관(46)을 통하여 배출되거나 또는 가열부(9) 내로 통과한다(가열부가 없는 변형예, 도 5, 9 참조). 설비 각 부분의 국부열 필요량에 따라, 오프가스는 도중에, 바람직하게는 산소(27)에 의하여, 선택적으로 공기(28) 또는 공기/산소 혼합물에 의하여, 랜스(32, 35) 및/또는 노즐(47), 가열부의 랜스(10)를 거쳐 부분적으로 후연소된다. 이렇게 함으로써, 소정의 장입율로 고온의 후연소온도가 기술적으로 가능하고, 소정의 방법 제어조건하에서, 용광로(1)에서 배출될 때는 50% 이상 및 예열로(5) 또는 가열부(9)에서 배출될 때는 90-100℃에 이른다. 따라서, 현재의 방법 및 설비 개념으로는, 오프가스(19) 대부분의 화학적 및 민감한 열은 전로(3) 및 용광로(1) 내에 직접적으로 또는 가열부(9) 및/또는 예열로(5)에서 장입물질을 예열함으로써 금속조(24)에 반송되고, 따라서 방법에 즉시 사용된다. 동시에, 제어되지 않고 CO가 많이 배출될 가능성이 배제된다. 예열로(5) 내의 장입물이 필터로서 작용하여 오프가스 내의 분진 함유량을 저감시키게 된다.
스크랩 예열(약 25 내지 40%)이 없는 종래의 전기아크로 및 집적 스크랩 예열(약 15 내지 25%)이 있는 단속적으로 운전되는 전기아크로와 비교하여, 동일항 장입물질을 사용하는 본 발명에 따른 설비 및 방법에서는 전기에너지 소모가 낮다. 설비의 생산성은 스크랩 예열이 없는 종래의 전기아크로에 비하여 대략 동일한 크기 및 전기아크로 설비(트랜스포머 출력, 랜스, 버너, 등)로 대략 2배이다.
설비 구성
설비의 개별 부품 구성, 예를 들면
- 용광로(1)
- 에열로(5)
-가열부(9)(제공된 경우, 장입혼합물 중 〉30% 스크랩이 바람직함),
- 전로(3)
- 경사로(2)
- 용광로(1)의 장입구(11) 및 전로(3)의 장입구(39) 배열
은
- 사용될 장입물질, 특히 철매체(7)(형상, 크기, 조성, 온도 및 집성상태)
- 원하는 생산량
- 철강 품질에 대한 필요사항
- 설비(계속 또는 반계속과 단속 출탕), 또한 선행 및/또는 계속적으로 배열된 설비(예를 들면, 선철 생산, 직접환원, 2차 금속처리, 계속주조, 등)와의 원하는 일체성에 필요한 운전모드
- 이용가능한 에너지의 유형 및 가격
을 함수로 하여 실행된다.
구조의 주요 목적은 방법, 즉 예열, 장입, 용융 또는 용탕 환원, 정련, 가열 및 출탕의 부분단계를 설비 내에서, 그러나 국부적으로 오프셋되어 가능한 서로가 독립적임, 상이한 설비 부분품에서와 동시에 각각의 바람직한 물리화학적, 반응-운동 및 열-기술적 조건의 제어가능한 운전으로 실행하여, 구체적으로 응용하기 위한 거의 완전하게(고효율적으로) 작업되는 조립식 반응로를 포함하는 전체적인 설비를 얻으려는 것이다.
본 발명에 따른 설비는, 전체 설비를 기울이지 않고, 한편으로는 용광로(1)및 경사로(2)로 구성된 설비대를 상호 독립적으로 비울 수 있고(출탕구(43)를 거쳐), 다른 한편으로는 전로(3)를 출탕구(41)를 거쳐 비울 수 있고, 따라서 이들 2개 중 임의의 대의 고온상태에서, 필요성이 발생한 경우, 설비를 감속시키면서 급히 검사 및 간단한 수리를 할 수 있다. 본 발명에 있어서, 설비 부분품 모두는 유닛으로 견고하게 결합되어 운전 중에 이동블가능하며 기울어지지 않게 하는 것이 바람직하다. 설비의 하측로 및 리드(4, 37) 양자 모두가 바람직하게 구성되기 때문에, 수리가 필요한 개별 또는 여러 개 부분품 또는 노는 횡방향 수축 시(예열로(5)에도 적용됨) 교환될 수 있다. 생산이 장시간 중단되지 않도록, 노의 교환, 즉 즉시 사용할 수 있고, 선택적으로 예열가능한 대기로(예를 들면, 전로(3) 및 용광로(1) 및 경사로(2)로 구성된 유닛)가 단시간 내에 사용가능한 것이 바람직하다.
장입혼합물에 따른 설비 변형예(전체 설비구성을 선택하기 위한 가이드라인):
도 1에 나타낸 바와 같은, 스크랩 예열로(5) 및 가열부(9)를 가진 전체 설비구성은 장입혼합물 내에 소정의 최소량의 고체 스크랩(7)이 채택된 경우에 적용할 수 있다. 전체 설비구성을 장입혼합물의 함수로서 선택하기 위한 일반적인 가이드라인으로서, 다음 표 I이 사용될 수 있다:
표 I
| 선택기준으로서의 장입혼합물 내 스크랩부(%) | 설비 구성 | |
| 주요 설비 부분품 | 변형예 도면 | |
| 〈 15% | 용광로(1), 전로(3) | 3/4 |
| 15 - 30% | 예열로(5), 용광로(1), 전로(3) | 5/6, 9/10 |
| 〉30% | 가열부(9), 예열로(5), 용광로(1), 전로(3) | 1/2, 7/8 |
도 3, 4에 있어서, 스크랩부(12)는 컨베이어벨트 및 슈트시스템(15, 15' 또는 40)에 의하여 리드개구(11 또는 39)를 거쳐 용광로(1) 및/또는 전로(3) 내로 투입되며, 스크랩부(12)의 최대 크기는 소정의 크기(예를 들면, 200 mm)를 초과할 수 없다.
도 5, 6에 있어서, 스크랩 예열로(5)는 단지 소량의 스크랩만이 장입되기 때문에 단면이 작고, 스크랩은 예열기능, 예를 들면 가열부(9)없이 스크랩 컨베이어벨트(8)에 의하여 계속 장입된다. 상기 변형예에 있어서, 필요하다면, 큰 스크랩부는 장입 전에 분리 및 절단되어야 한다. 오프가스는 오프가스관(46)을 거쳐 스크랩 예열로(5)의 상측, 이른바 후드영역(5')에서 배출된다.
도 1, 2 및 도 7, 8에 도시된 변형예에 있어서, 적어도 하나의 스크랩 예열로(5)에는 예열기능을 가진 적어도 하나의 스크랩 컨베이어벨트(8), 예를 들어 가열부(9)에 의하여 계속 장입된다.
장입혼합물(특히 스크랩부)
소정의 적용케이스에 존재하는 실제 공간 및 높이 조건(설비 레이아웃)
원하는 운전 매개변수(설비 생산성, 전기에너지 소모, 예를 들어 천연가
스, 석탄, 등과 같은 화석연료의 이용가능성),
예를 들면, 스크랩 예열로(5) 및 가열부(9)의 다음 변형예를 생각할 수 있다:
하나의 스크랩 컨베이어벨트(8) 또는 평행으로 배열된 여러 개의 스크랩 컨베이어벨트(8)를 가진 가열부(9)가 있는 스크랩 예열로(5)(도 1, 2 참조)
적어도 하나의 스크랩 컨베이어벨트(8)를 내장하는 하나의 가열부(9)를 각각 가지거나 또는 공통 가열부(9)를 공유하는 2개의 스크랩 예열로(5)(도 7, 8 참조)에 따라서, 오프가스(19)가 가열부(9)의 입구에 배설된 도시되지 않은 고온가스관을 거쳐 배출된다.
도 9 및 도 10에 도시된 변형예에 있어서, 가스침투가능하며 물로 냉각된 차단장치(5")를 가진 예열로(5)가 용광로(1)의 리드(4) 상단에 장착되어 있고, 이 샤프트에는 금속장입물질(7) - 주로 고철, 선택적으로 고체 선철 - 이 바람직하게 컨베이어벨트(15)를 거쳐 장입될 수 있다. 용광로(1)에는 선택적으로 중공전극(hollow electrode)으로 구성되며 전기아크로 및 장착된 예열로(5)에 대하여 대칭배열로 배치되는 것이 바람직한 여러 개의 음극적으로 전환된 경사진 흑연전극(16)이 구비된다. 전극(16)은 용광로(1)의 중심방향의 수직에 대하여 경사각 0 내지 30°이내 및 용광로(1)의 벽쪽의 반대방향으로 10°까지 피봇가능하다. 경사각은 각각의 전극(16)에 대하여 상이하게 조정 및/또는 제어될 수 있다. 용융운전 도중에는 약 15 내지 20°로 되는 것이 일반적이다. 가끔, 전극(16)이 피봇되지 않을 수 있다. 카운터전극(17)이 용광로(1)의 저면(18)에 중앙으로 배열된 저면 애노드로 작용한다.
방법의 기능 및 제어 근본원리를 다음과 같이 요약한다:
장입물질/처리매체의 공급 및 제품의 배출:
장입물질 및 매체를 제어가능 속도로 용광로(1)(주량(principal amount))와 동시에 전로(3)(냉각제로서 그 일부량) 내에 계속 공급.
장입혼합물에 따라 적어도 두개의 설비 부분품으로부터 제품, 이른바 바람직하게는 전로(3)에서부터 조강 및 용광로(1)에 바로 인접하여 배열된 경사로(2)에서부터 슬래그(25)는 물론 설비구성에 따른 오프가스(19)의 계속 배출:
도 3, 4의 설비 변형예를 가진 용광로에서부터,
도 5, 6의 변형예 및 도 9, 10의 설비 변형예를 가진 예열로(5)로부터 또는
도 1, 2 및 도 7, 8의 설비 변형예를 가진 가열부(9)로부터.
조강을 전체 설비를 기울이거나 기울이지 않고 전로(3)에서부터 단속적으로 출탕할 수 있고, 높은 품질의 조강을 원하는 경우 용광로 말단의 오버플로 위어(34) 상에 지지댐을 장착하여, 조강이 단속적으로 출탕되는 도중 및 그 후(용광로(1) 및 전로(3) 내의 슬래그레벨이 동일하게 설정될 때 까지)에 용융슬래그(25)가 전로(3) 내로 역류하는 것을 제한 또는 방지한다.
방법 순서 및 혼합율:
조강의 계속적인 출탕의 경우 -
전체 설비의 각 노 내의 온도, 농도, 흐름, 혼합 및 금속, 슬래그 및 오프가스에 대한 계속적인 반고정 조건
조강의 단속적인 출탕의 경우 -
전로(3) 내의 금속과 슬래그 및 용광로(1) 내의 슬래그에 대한 전기한 기준에 대하여 현저한 출탕사이클, 그렇지 않으면 반 고정
조강의 출탕방식에 상관없이(계속적으로나 또는 단속적으로), 방법코스에 대한 다음 필요사항은 계속해서 충족된다:
→ 용광로(1) 및 전로(3) 내의 조에서의 강한 혼합,
→ 모든 설비부에의 대형 반응 및 열교환면
→ 전로(3) 내의 조강은 출탕에 필요한 조성물 및 온도로 항상 유지된다.
예열, 용융, 정련 및 온조제어:
장입물질의 물리화학적 성질(특히, 온도, 화학조성물 및 물질의 상태)을 단계적으로 변화시켜, 다음 계획에 따라 에너지를 최적으로 사용하여 조강 용탕을 주제품으로, 슬래그 및 오프가스를 부산물로 생산한다:
가열부(9) 및 예열로(5):
스크랩은 설비구성을 선택하는 기준을 고려하여 예열하고(장입혼합물 중 스크랩이 100% 까지), 가열부(9)(제공된 경우)에서 저온, 예를 들면 최대 400-500℃로 예열되며 예열로(5)(제공된 경우)에서 보다 상승된 온도, 예를 들면 ≥800℃(스크랩 예열온도가 100℃ 이상으로 완전히 가능하고, 가능하게는 라이닝된 예열로에서)로 예열된다.
스크랩 외의 다른 장입물질, 예를 들면
＊ 괴상 슬래그포머(백운암, 석영암 등),
＊ 괴상탄 또는 괴상 코크스,
＊ 선택적으로 해면철(가열부(9) 및/또는 예열로(5)에 의하여 한정된 부분의 장입물질까지)이,
그러나, 원하지 않는 현상(재산화, 화염 부스러기(chipping) 증가, 등)의 가능성을 고려하여, 그들의 지지시간 및 가열부(9) 및/또는 예열로(5)의 예열온도에 따라서 예열될 수 있다.
용광로(1):
＋ 장입물질의 대부분(주량)이 장입혼합물(전로(3)에 필요하며 거기에 직접 장입되는, 냉각제로서 제공된 보다 소량의 장입물질은 제외하고) 내에 용융되는 동시에
＋ 장입혼합물에 따라 대략 다음 성질을 가지는 예비용탕을 생산하기 위하여 금속을 탄화 및 예비정련하고:
% Si ≤ 0.10
% C = 1.0 - 3.0
T = 1540-1560℃(Ø 약 1550℃),
예비용탕이 전로(3) 내로 흐르고, 평균 탈탄화 속도는 장입혼합물에 따라 분당 0.06 내지 0.10 (최대 0.12)% C에 달하며,
＋ 냉 장입혼합물 구성품, 예를 들면, 해면철 및/또는 탄화철, 선택적으로 미분 스크랩 및/또는 고온 장입혼합물, 예를 들면, 용융선철(선행하여 배열된 용광로 또는 용융환원로에서부터), 고온 해면철 및/또는 탄화철 및 괴상탄 및/또는 미분 석탄(코크스, SLF), 괴상 및/또는 분진형 슬래그포머(석회, 백운암, 석영암, 규석, 등)의 계속 공급하에서.
전로(3):
＋ 최종 정련(주로 탈탄화 및 심도있는 탈인산화)과 동시에 용광로(1)에서부터 항상 넘쳐흐르는 탄소함유가 많은 예비용탕을 계속 가열하여 조강의 출탕에 필요로 하며, 이미(항상) 전로에 조정되어 있는 조강의 조성 및 온도로 하는 한편, 조에서 강도있게 혼합하여 농도 및 온도의 균형을 맞추고(균질화)
＋ 괴상 및/또는 미립 냉각제(장입혼합물 구성품 포함) 및/또는 슬래그포머, 및/또는 탄소매체, 예를 들면 해면철 및/또는 탄화철, 미분 스크랩, 광석, 스케일, 금속 분진/슬러지, 석회암, 백운암, 석회, 석영암, 형석, 등, 석탄,(코크스), 처리된 강판 라이트 분급물을 계속 공급하고 및
＋ 조강이 단속적으로 출탕되는 동안 정련방법를 방해하지 않고, 만약의 경우, 예를 들면, 선행하여 연결된 설비 부분품(선택적으로 약간 경사지게 할 수 있음)에서의 방법 코스를 방해 및 상당한 영향을 주지않고,
＋ 장입혼합물에 따라 분당 0.08 내지 0.13 (최대 0.15) % C에 달하는 바람직한 탈탄화 속도.
슬래그 제어
방법의 개념은 용광로(1)/전로(3) 영역 내의 금속(24) 및 슬래그(25)의 역류흐름을 근거로 한 것이며, 예를 들면 슬래그는 설비의 부분품인 전로(3)에서부터 용광로(1)를 거쳐 가장 높은 온도 및 금속조의 가장 높은 산소 전위로 - 이 용광로는 온도가 낮고 금속용탕에 탄소가 많이 함유되어 있기 때문에 금속조의 산소전위가 낮음 - 경사부(2) 말단에 있는 슬래그도어(22)방향으로 흘러서, 여기에서 슬래그(25)가 맨 처음 설비로부터 배출될 수 있다. 슬래그(25)의 이러한 이동 뒤의 구동력, 특히, 중력은 전로(3) 및 용광로(1)에서의 조의 강한 혼합으로 인하여 슬래그(25)에 전달된 임펄스에 의하여 도움을 받는다. 이러한 이동과정에서(특히 용광로(1)를 통과할 때), 슬래그(25)는 온도가 낮고 Si 및 C 함유량이 많은 용융금속(24)과 마주치게 되며, 조의 강한 혼합으로 인하여, 상기 용탕에 의하여 FeO함유량이 감소되는 동시에 냉각된다. 또한, 전로(3)의 소량의 슬래그(25)는 용광로(1) 및 경사부(2), 이른바
- 장입혼합물(해면철, HBI, 탄화철, 스크랩, 등) 구성품 중 맥석(gangue) 및 재(ashes),
- 장입혼합물(액체 및/또는 고체 선철, 스크랩 등)에 존재하는 산소의 친화성에 의한 Si, Mn, P 및 다른 요소의 산화,
- 용광로(1)에 공급된, 예를 들면 조정 플럭스로서 첨가된 슬래그포머,
- 용광로(1) 및 경사부(2)의 내화물 마모
로부터 발생하는 비금속상과 혼합된다. 그 결과 용광로(1) 내에 형성된 슬래그(25)의 양이 전로(3) 내에 형성된 슬래그의 양보다 상당히 많다. 경사부(2) 내에서 슬래그(25)의 소정의 "진정(quieting)"(조의 강한 혼합없이) 및 슬래그에 함유된 금속 액적의 부분 쇄도(raining out) 후에, 슬래그(25)는 경사부(2)의 말단에 있는 슬래그도어(22)를 통하여 배출된다.
단속적인 방법과는 반대로, 전로(3) 내의 금속량에 따른 소정량의 슬래그는 용광로(1)에서 넘쳐흐르는 예비용탕 중 톤당 매우 소량의 슬래그와 동일하지 않고 훨씬 많으며, 조강 계속 출탕모드 운전 및 전로(3) 내의 금속용탕 레벨이 거의 일정할 때, 용광로(1)와 전로(3)간의 높이 차이에 의하여 결정되거나 또는 소정의 영역 내에서 제어될 수 있다는 중요한 방법 특징을 알 수 있다. 동시에, 이 방법 특징은 전로(3) 내에 형성된 슬래그(25)(탈인산화 및 탈탄화에 대하여 매우 양호한 성질을 가진)의 전로(3) 내에서의 지지시간이 예를 들면, 단속적인 LD전로에서보다 상당히 높고, 또한 제어가능하다는 효과를 가지고, 따라서 다음 장점이 있다:
→ 전로(3)에 공급된 슬래그포머의 정련성질의 사용 증대,
→ 조강 내에 P 및 S의 함유량을 매우 낮게 할 수 있는 가능성(이에 대하여 방법 및 설비가 하나의 요인이며, 원칙적으로 소량의 슬래그를 중간에 출탕하는 단속적인 방법에 대응한다),
→ 슬래그의 양이 매우 소량이므로 전로(3)의 산소-송풍 랜스(35)에 스컬이 형성될 위험이 없고, 이것은, 예를 들면 사전처리된 선철(탈Si + 탈P)의 장입 및 스틸 톤당 슬래그가 ≤ 30kg으로 슬래그가 적은 정련(슬래그 최소화 방법)을 하는 단속적 전로 방법에서 발생하는 것으로 알려져 있다.
용광로(1)에 공급된 슬래그포머를 양호하게 사용하기 위하여, 슬래그포머를 가능한 작은 괴상형태로 투입하여 슬래그(25) 내에서 가능한 신속하고 완전하게 용해되게 하는 것이 바람직하다. 이것은 특히 석회 및 백운암에 해당한다. 100%의 석회 또는 백운암을 용광로(1)에 미립상태(분말 석회 또는 분말 백운암)로 바람직하게 공급함으로써, a.c.로 구성된 용광로의 경우에 이른바 "핫 스폿(hot-spot)"의 부정적인 영향을 상당히 제한할 수 있다. 전로(3)에는 괴상 슬래그포머가 공급되는 것이 바람직하다(미립 슬래그포머는 조강이 반드시 부합되어야 하는 품질의 절대 조건이 필요한 경우에만 공급된다).
전로(3) 및 용광로(1) 내의 본 발명에 따른 바람직한 슬래그(25)의 성질(경사부(2) 말단 상의 슬래그도어(22)에서 배출되는 최종 슬래그와 대략 동일함)을 다음과 같이 요약할 수 있다:
전로 슬래그
- 기술적 석회 포화 범위 내
- %CaO/%SiO2≥3.4
- %MgO≥7
- %FeOn= 25-30 조강의 경우
% C = 0.03-0.05
Ttap= 1620-1630℃
- 괴상 슬래그포머(석회, 백운암, 석영암)의 바람직한 공급
- 전로(3)의 바람직한 지지시간: ≥80분
용광로 슬래그 = 설비에서 배출되는 최종 슬래그
- %CaO/%SiO2= 1.8-2.0
-%MgO≥7
- %FeOn= 10-15% 예비용융물의 경우
%C = 1.0-3.0
Toverflow= 1540-1560℃
EAF → LD
- 미립 슬래그포머(특히, 분말 석회, 분말 백운암)의 용광로 리드(4) 내/통한 여러 개의 노즐/랜스를 거친 바람직한 공급, "핫 스폿"영역 내에 물질의 공급
이들 기본적인 슬래그 제어 원리는 조강을 단속적으로 출탕하는 방법 뵨형예에도 적용된다. 선택적으로 사용될 수 있으며 고품질을 필요로 하는 경우에만 채택되는 댐으로 인하여 근본적인 차이는 발생하지 않는다.
오프가스 매개변수(포착, 후연소, 온도, 분진 및 천연가스 내의 독성 성분):
오프가스는 전로(3) 및 용광로(1)에서부터 스크랩 예열로(5), 제공되어 있는 경우, 및 선택적으로는 오프가스의 화학적 및 물리적 열이 최적으로 (분포 및) 사용되는 가열부(9)를 통하여 배출되고; 예열로(5)가 제공되지 않은 경우, 오프가스는 용광로(1)에서부터 여기에 직접 연결된 고온가스관 내를 통과한다. 장입운전을 실행하는 설비 부분품을 개방할 필요가 없기 때문에, 제어되지 않은 배출을 최소로하고 오프가스 내의 열, 분진 및 독성 성분으로 인한 부하를 최소로하며 거의 100%의 오프가스가 차단시스템에 의하여 포착된다. 오프가스는 소정의 필요사항 및 장입혼합물에 따라, 전로(3)에서부터 용광로(1), 계속해서 예열로(5) 및 가열부(9)로 진행할 때 심하게 후연소된다.
다음 표준값을 유의:
| 설비 부분 | CO + H2- 후연소 정도 % | 오프가스 온도 ℃ |
| 전로(3) | 10-15 | T ≤ 1700 |
| 용광로(1) | 샤프트가 없으면 약 30샤프트가 있으면 약 40 | T ≤ 1700 |
| 예열로(5) | 60-70 | 800 ≤ T ≤ 1500 |
| 가열부(4) | 85-100 | 800 ≤ T ≤ 1300 |
오프가스 후연소용 바람직한 매체
매체 유형 바람직한 적용
O2전로(3)
O2+ 공기 용광로(1), 예열로(5)
공기 가열부(9)
모든 설비 부분품에 대하여, O2/공기 혼합물은 사용가능하고, 그 혼합비율은 원하는 대로 조정될 수 있다.
열 요구를 충족시키기 위하여 열 소스/에너지를 추가로 공급
다음 표에 따른 표준값:
| 열 요구를 충족하는 표준 부분 (%) | |||||
| 설비 부분 | Fe의 산화 | 수반하는 요소C, Si 등의산화1 | CO +H2후연소 | 버너 | 전기 에너지 |
| 가열부(9)예열로(5)용광로(1)전로(3) | 3-920-30-15-25 | 〈1〈110-20≥60 | ≥80≥7015-2010-15 | 0-10-10-15- | --50-60- |
1은 산화제품을 슬래그하는 슬래그형성 열을 포함
예시적인 실시예
다음의 세 가지 예시적인 실시예는, 세계적으로 가장 중요한 장입물질(철매체), 예를 들면 고철, 해면철 및 용융선철로부터 조강을 계속해서 생산하는 본 발명의 방법 및 설비 변형예의 적용에서 달성가능한 기술적 순서 및 결과를 나타낸다. 장입혼합물은 각 예시적인 실시예에 따라 상이한데, 즉:
예시적인 실시예 1: 100% 고철
예시적인 실시예 2: 40% 고철
30% 해면철
30% 용융선철
예시적인 실시예 3: 50% 해면철
50% 용융선철
또한, 본 발명의 방법 및 설비 변형예는 100% 해면철 또는 100% 용융선철로부터 조강을 계속해서 생산할 수 있으며, 용융선철인 경우 광석, 카보네이트, 스케일, 분진 브리켓, 등이 개별적으로 또는 결합하여 냉각제로서 채택될 수 있다.
Fe-함유 장입물질 외에, 예시적인 실시예에 있어서 다음 장입물질이 또한 사용되며, 이들 모두는 제강산업에 일반적이다.
플럭스: 반연소 석회, 백운암, 석영암
가스: 산소, 질소, 천연가스, 공기(컴프레서 및 벤틸레이터)
고체 석탄: 괴상 석탄, 미립 석탄(석탄 송풍)
내화재: 용광로 및 전로(3)를 라이닝하는 벽돌, 분무 물질(수리)
흑연전극: 용광로(1)용 및
냉각수: 용광로(1), 예열로(5) 및 가열부(9)의 물냉각이 필요한 패널용
비용이 적게 들고 스틸 품질이 양호하다는 장점에도 불구하고, 아래 장입물질은 다음의 예시적인 실시예에는 사용될 수 없다.
Fe-함유 장입물질: 고체 선철
Fe-매체 및/또는 냉각제로서: 탄화철, 필터분진, 스케일, 건조된 슬러지, 광석(Fe-/Mn 광석)
플럭스: 미세한 석회, 미세한 백운암, 형석
매체: Ar(불활성가스 저면 플러싱용)
에너지원: 강판 라이트 분급물.
이용가능한 장입물질 및 가스의 품질 및 온도를 표 II, III, 및 IV에서 알 수 있다.
방법를 실행하기 위하여, 다음 설비구성이 채택된다:
예시적인 실시예 1 및 2:
도 1에 따른 설비는
가열부(9)(예열기능을 가진 컨베이어벨트(8))
단면이 타원형인 스크랩 예열로(5)
용융 및 사전정련로인 AC-EAF로 구성된 용광로(1)
LD-S형 전로(3)＊
용광로(1)와 결합된 경사부(2)
를 포함한다.
예시적인 실시예 3:
본 발명에 따른 설비는
용광로(1), 용융 및 예비정련로로서의 AC 전기아크로
LD-S형 전로(3)＊
경사부(2)
를 포함한다.
＊는 불활성가스 저면 플러싱 N2/Ar을 가진 전로.
표 II
Fe-함유 장입물질의 화학 성분 및 온도
| 고철 0.30% C 2.5% 재 0.50% Mn 0.2% 수분 0.20% Si 0.030% S 25℃ 0.020% P |
| 해면철 팰릿 91.9% FEtot(MIDREX-DRI) 92.9% 금속화정도 1.8% C 4.6% 맥석 약 0.5 맥석 염기도 25℃ |
| 용융선철 4.2% C 1320℃ 0.5% Mn 0.6% Si 0.04% S 0.09% P |
표 III
플럭스, 고체 연료 및 내화재의 화학 성분, 입경 및 온도
| 석회(10-30mm) | 백운암(10-30nn) | 석영암(〈5mm) |
| 92.0% CaO | 54.0% CaO | 96.0% SiO2 |
| 1.0% MgO | 41.0% MgO | |
| 2.4% SiO2 | 2.9% SiO2 | |
| 25℃ | 25℃ | 25℃ |
| 괴상 석탄 (3-15mm) | 미분 석탄 (〈3mm) | 라이닝(벽돌) EAF 및 LD 전로 |
| 84.0% C | 92.0% C | 96.5% MgO 97.0% MgO |
| 0.5% S | 0.5% S | 2.1% CaO 1.9% CaO |
| 9.4% 휘발성 물질 | 2.0% 휘발성 물질 | |
| 6.1% 재 | 5.5% 재 | 10% C＊10% C＊ |
| 25℃ | 25℃ | 1550℃ 1620℃ |
| 분무재: ≥95% MgO |
＊는 잉여 C(firing in red.atm at 1000℃ - British Coking Test)
표 IV
가스의 화학 성분(체적 %), 온도
| 천연가스 | 산소(랜스) | 산소(버너) | 질소(반송 + 플러싱) | 공기(송풍기 공기,압축기 공기) |
| 96 v.% CH4 | 99.7 v.% O2 | 96.0 v.% O2 | 99.9% N2 | 79 v.% N2 |
| 21 v.% O2 | ||||
| 25℃ | 25℃ | 25℃ | 25℃ | 25℃ |
세 가지 실시예 모두에 있어서, 용광로(1) 및 전로(3)는 다음의 동일한 구성 및 설비를 가지며, 그 명세는 표준라인에 따른 종래의 단속적 설비를 참조한다:
용광로(1)의 명세:
- 약 11 t 액체 섬프(잉여 섬프)의 중량 90 t 조강 단속적인 출탕구에 대응하는 직경 약 6 m의 노,
- 70 MVA 트랜스포머 생산, a.c.,
- 직경이 각각 560 mm인 흑연전극(16) 3개(a.c.전력공급으로 저면 애노드(17)가 없음),
- 액체 선철(20)를 계속 공급하는 1 개의 선철 슈트(21),
- 리드(4)에 배열되어 컨베이어벨트 및 슈트시스템(15)을 거쳐 스폿으로 반송된 해면철 펠릿 및/또는 미분 스크랩(12), 괴상 석탄(13) 및 괴상 슬래그포머(석회, 백운암, 석영암)(14)를 계속 공급하는 2 개의 장입구(11),
- 석회분진 또는 분말 백운암으로 용광로(1) 내에 공급된 석회 및 백운암의 100% 까지 공기(28)를 캐리어가스로서 사용하여 고온스폿 내로 계속 송풍하는 용광로(1) 리드(4)에 있는 3 개의 석회 노즐,
- 가스질 산소(27) 및/또는 미분 석탄(13)(캐리어가스로서 공기(28))을 용광로(1) 내의 슬래그(25) 표면 하측에 계속 송풍하는 2 개의 물로 냉각된 매니퓰레이터 랜스(하나의 랜스(32)는 용광로(1)의 측벽을 관통하고, 하나의 랜스(23)는 용광로(1) 내로 돌출하는 경사부(2)의 슬래그도어(22)를 관통한다),
- 공기(28)를 캐리어가스로 사용하여 미분 석탄(13)을 계속 송풍하는 3 개의 석탄 서브조 노즐(33),
- 용광로(1) 내의 금속(24)과 슬래그(25)가 강하게 혼합되도록 활성가스(30)(N2/Ar, 비율은 원하는대로 조정가능함)를 계속 송풍하는 6 개의 불활성가스 서브조 노즐(33),
- 가스질 산소(27)를 계속 송풍하는 천연가스 또는 LPG(액화 프로판가스)(29)로 보호되며, 용광로(1)의 저면, 바람직하게는 스크랩 예열로(5) 하측에 배치되어 있는 3 개의 O2서브조 노즐(33),
- 스크랩 예열로(5) 하측에 대략 대칭배열로 용광로(1)의 측벽에 배치된 최대 3.5 MW 용량을 각각 가진 5 개의 천연가스/산소 버너(32a),
- 가스질 산소(27) 및/또는 공기(28)(산소/공기 비율은 원하는대로 조정가능함)용으로 용광로(1)의 리드(4)에 배치된 이동가능한 랜스, 즉 후연소 랜스로 구성되는 것이 바람직한 3 개의 후연소 노즐(35),
- 내화층이 제공되어 있는 물로 냉각된 패널로 내측(용광로 내부)으로부터 외측 상에 형성된 용광로(1)의 리드(4),
- 위어(34)로 구성되어, 한편으로는 설비의 하측부를 용광로(1) 및 전로(3) 내로 분할시키고, 다른 한편으로는 상기 2 개의 노에 공유되는 상측부를 형성하고, 이로써 용융금속(240, 슬래그(25) 및 오프가스(19)가 단지 중력에 의하여 반응로(1, 3) 사이로 계속 반송되며, 금속(24)은 슬래그(25)의 방향과 반대방향으로 흐르고(이른바 금속/슬래그 역류이동), 오프가스는 용광로(1) 및 전로(3) 내에 분할된 부분으로부터 장입된 스크랩(7)을 통하여 용광로(1) 및 그 바로 위에 위치된 스크랩 예열로(5)의 내부로 소정의 오프가스 흡입에 의하여 구동되거나 또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전체 설비 구성에 스크랩 예열로(5) 및/또는 가열부(9)가 제공되지 않은 경우, 용광로(1)에서 도시되지 않은 오프가스 처리설비의 고온가스관 내로 직접 통과하는 전로(3) 측면 상의 용광로(1) 측벽의 넓은 부분.
전로(3)의 명세:
- 약 76.5 m3의 신규 라이닝 후의 내부 체적,
- 약 0.85 m3/t 금속 함유 소정의 체적(종래 설비용의 약 90 t/조강의 단속적 출탕구 중량에 대략 일치함),
- 시간당 최대 10000 Nm3O2를 톱송풍하는 물로 냉각된 1 개의 전로랜스(톱랜스),
- 전로(3)의 리드(37) 및 원뿔형 상측부의 가스질 산소(27) 및/또는 공기(28)(산소/공기 비율은 원하는대로 조정가능함)용으로, 이동가능한 짧은 랜스, 즉 후연소 랜스로 구성되는 것이 바람직한 3 개의 후연소 노즐(35),
- 전로 리드(37)에서 단지 하나만 운전(도 1 및 3에 하나만 도시되어 있음)되어 미립 스크랩(여기서는 크기가 ≤100 mm인 강판 스크랩 조각) 및/또는 해면철 펠릿(DRI)(12), 괴상 석탄(13) 및 컨베이어벨트/슈트시스템(40)을 거쳐 스폿으로 반송된 괴상 슬래그포머(석회, 백운암, 석영암)을 계속 공급하는 것이 바람직한 2 개의 장입구(39),
- 금속(24)과 슬래그(25)가 전로(3)에서 강하게 혼합되도록 불활성가스(30)(N2/Ar, 비율은 원하는대로 조정가능함)를 계속 송풍하는 6 개의 불활성가스 서브조 노즐(36),
- 조강(24)의 출탕속도 제어유닛 및 자동 폐쇄수단(여기서는 더 상세하게 설명하지 않음)을 가지고, 필요한 경우, 단속 출탕운전을 방해하는 조강 출탕구(41),
- 용광로(1)의 리드(4)와 동일한 구성이며, 차단 상태에서, 운전 도중에 그 사이에 유닛(단면 구성)을 형성하는 전로(3)의 리드(37). 위어(34)의 대략 상측에는, 제어 및 수리용 개구(50)기 제공된다. 이 개구는 계속 방법공정 중에는 폐쇄되어 있다.
스크랩 예열로(5), 가열부(9) 및 스크랩-컨베이어벨트(8)의 명세:
(장입혼합물 내 100%, 40%, 0% 스크랩)을 고려하여 3 가지 실시예에서 스크랩을 공급 및 예열하는데 있어서 다른 요구사항을 충족시키기 위하여, 다음 수단이 제공된다:
1. 약 11.5 m2의 큰 내부 유효단면 및 둥근에지를 가지는 스크랩 에열로(5)(도 1 및 2 참조),
- 샤프트 높이 전체를 통하여 대략 일정한 샤프트 단면,
- 용광로(1)의 리드(4) 위, 즉 샤프트가 용광로(1) 내로 들어가는 레벨 위의 예열로(5) 상측 후드영역(리드)까지의 샤프트 높이는 약 6.50m이고, 이 중
- 예열로(5)는 물로 냉각된 패널로 형성되며, 상측 후드영역에는 내화플레이트가 내부에 제공되고(도 1에서 알 수 있음),
- 예열로(5)에는 산소(27), 공기(28) 또는 산소/공기 혼합물용 12개의 후연소 노즐(47)이 제공되며, 이들 후연소 노즐(47)은 대략 대칭배열로 샤프트의 외주 상에 6개의 노즐이 각각 제공된 2개의 평면으로 배치되어 있고,
- 예열로(5)의 상측 후드영역에는, 2개의 천연가스/산소/공기 결합 버너(10)가 제공되며, 이것은 후연소 랜스 및 버너 당 최대 3.5MW로 동작될 수 있는 버너들로 또한 사용될 수 있다.
기본적으로, 예열로(5) 전체는 내부가 벽돌 라이닝으로 된 물로 냉각된 패널로 구성되므로, 다음과 같은 장점이 달성될 수 있다:
→ 예열로 내의 냉각수로 인하여 열손실이 적고, 즉 소량의 냉각수만이 필요하며
→ 높은 스크랩 예열온도 및 샤프트로부터 배출되는 오프가스의 온도를 파손위험이 없이 조정가능하다.
2. 약 5 m2의 작은 내부 유효단면 및 둥근 에지를 가진 스크랩 예열로(5)(도 1에 도시된 바와 같음):
- 샤프트 높이를 통하여 샤프트 단면이 대략 일정하고,
- 총 샤프트 높이는 약 6.50 m이고, 이 중
- 예열로(5)는 상측 후드영역에 내화플레이트가 내측으로 제공된 물로 냉각된 패널로 구성되고,
- 예열로(5)에는 산소(27), 공기(28) 또는 산소/공기 혼합물용 8개의 후연소 노즐(47)이 제공되며, 이들 후연소 노즐(47)은 대략 대칭배열로 샤프트의 외주 상에 4개의 노즐이 각각 제공된 2개의 평면으로 배치되어 있고,
- 예열로(5)의 상측 후드영역에는, 천연가스/산소/공기 결합 버너(10)가 제공되며, 이것은 후연소 랜스 및 최대 3.5MW의 용량으로 설계된 버너로 또한 사용될 수 있다.
3. 가열부(9)에는 2개의 동일한 스크랩 컨베이어벨트(8)가 나란히 평행으로 배치되어 가열부(9) 내부에 제공되어 있고, 이 벨트는 내화댐(도시되어 있지 않음)에 의하여 공통의 케이싱 내에서 서로 공간적으로 격리되어 있다. 가열부(9) 및 컨베이어벨트(8)의 개념은 다음과 같이 요약될 수 있다:
스크랩 컨베이어벨트(8)
개수(동일 구조): 2
벨트 폭: 2.0 m
벨트 길이: 40.2 m
평균 벨트하중(벨트면 m2당 스크랩 톤) 0.30 t/m2
벨트 속도: 최대 8 m/분
벨트(8) 당 스크랩 반송용량: 최대 4.8 t/분
가열부(9)
케이싱 형상
상부: 내면 상에 벽돌라이닝을 가진
부분적으로 원형이며, 물로 냉각된 패널형상
저부: 벽돌라이닝을 가지지 않은
장방형의 물로 냉각된 패널형상
2개의 스크랩 컨베이어벨트(8) 각각의 위에 대칭배열로 가열부(9) 벽돌 리드에 2개의 열(각 열당 5개)로 배치된 10개의 천연가스/산소/공기 결합 버너/랜스(10)(버너로 동작되는 경우: 버너 당 최대 3.5 MW, 혹은 후연소 랜스로 동작되는 경우: 랜스(10)당 공기 또는 공기/산소 혼합물 최대 3000 Nm3/시간).
수직으로 위치된 내화댐(벽)이 가열부(9)의 내부 전체를 종축방향으로 분할하여 각각 하나의 컨베이어벨트(8)를 가지는 서로 거의 완전하게 분리된 2개의 부분으로 된다.
방법 과정 및 결과
예시적인 실시예 1
장입혼합물은 표 II에 나타낸 성분을 가지는 100% 고철(홈합 스크랩)을 포함한다. 방법는 내부 유효단면이 11.5 m2인 스크랩 예열로(5) 및 나란히 평행으로 배열되며 스크랩(7)이 예열로(5) 내로 배출되기 전에 길이가 10 m인 공통의 가열부(9)를 통과하는 2개의 컨베이어벨트(8)(각 벨트의 폭은 2.0 m, 길이는 40 m) 및 예열로(5)의 상측 후드영역 내로 직접 통하는 가열부(9)를 가지는 도 1에 나타낸 설비의 변형예를 사용하여 실행된다.
크기가 ≤100 mm인 스크랩 소량(11.50%)을 온도 25℃에서 냉각제(12)로서 전로(3) 내에 공급한다. 스크랩의 최대 길이가 1.5 m인 나머지 스크랩(즉, 88.50%)을 4개의 스크랩 장입크레인에 의하여 2개의 스크랩 컨베이어벨트(8) 상으로 장입하여 가열부(9) 및 예열로(5)에서 예열 후 계속적으로 용광로(1) 내에 공급하여 거기에서 용융된다. 예열로(5) 내 스크랩컬럼(7)의 평균 높이는 약 2.5 m이다. 스크랩(7)을 가열부(9) 및 예열로(5)에서 예열하는데 채택된 열원은 현열(엔탈피) 및 용광로(1)에서부터 예열샤프트(5) 또는 가열부(9) 내로 현저하게 흐르는 오프가스(19)의 화학적 열(부분 후연소로부터의 열)은 물론 스크랩의 예열 중에 일어나는 특정의 스크랩 산화로부터 발생하는 열이다. 예열로(5)에서의 오프가스(19)의 부분 후연소는 두 단계, 차가운 공기(28) 및 가스질 산소(27)를 2개의 평면에 배치된 12개의 후연소 노즐(47)을 통하여 대략 공기/산소의 체적비율을 ∼ 4.2로 계속 송풍하여 실행된다. 가열부(9)에서, 차가운 공기(28)를 가열부(9)의 리드에 배열(각 스크랩 컨베이어벨트(8) 위에 2 x 5 결합 버너/랜스(10))된 10개의 결합 버너/랜스(10)(여기서는 단지 후연소 랜스만 칭함)를 통하여 계속 송풍함으로써 단계식으로 후연소가 실행된다.
가열부(9) 및 예열로(5)에서의 방법 과정에 대한 중요한 방법 변형예를 다음 표에 나타낸다:
| 방법 변형예(입력)출력 | 유닛 | 가열부(9) | 예열로(5) |
| 1. 스크랩 매개변수 | |||
| 유속＊ | t/분 | 약 4.6 | 약 4.6 |
| 양 | t | 약 11.9 | 약 21.3 |
| 지지시간 | 분 | 약 2.6 | 약 4.7 |
| 온도 | ℃ | 25/327 | 327/834 |
| 산화 | % | 0.31 | 1.70 |
| 2. 오프가스 매개변수 | |||
| 유속 | Nm3/분 | 672/1111 | 522＊＊/672 |
| 온도 | ℃ | 829/812 | 1571＊＊/829 |
| 후연소 정도 (총 CO-H2) | % | 66.0/97.6 | 38.5＊＊/66.0 |
| 분진 함유량 | g/Nm3 | 약 49.0 | 약 76.4 |
| 3. 금속 수율＊＊＊ | % | 99.8 | 101.2 |
＊는 비금속 성분 포함
＊＊는 용광로(1)에서부터의 일부량
＊＊＊는 (금속제품 t/금속장입물 t)x100
가열부(9) 및 예열로(5)에서 예열된 스크랩(7)은 용광로(1)에서 계속 용융되며, 용광로(1) 내에서 이렇게 형성되는 금속용탕(24)이 탄화되는 동시에 Si는 적고 C는 풍부하게 부분적으로 정련되며 다음 성질
1.86% C 약 1550℃
0.20% Mn
≤0.05% Si 액체 온도 약 1400℃
0.032% S
0.005% P
을 가지고, 위어(34)를 거쳐 전로(3) 내로 넘쳐 흐른다. 용광로(1) 내의 금속용탕(24)은 대략 전술한 성질을 항상 가진다.
용광로(1) 내에서 용융 및 정련 방법는 계속 진행되며, 조가 매우 강하게 혼합되면서 반고정식으로 실행되는 한편 다음 물질, 매체 및 에너지가 다음 방법조건 하에서 계속 공급된다:
- 온도 약 834℃의 예열된 스크랩(7) 분당 약 4.61톤,
- 온도 약 1620℃의 액체, FeOn-농축, 고염기(CaO/SiO = 3.55) 및 고온 전로 슬래그(25), 이것은
- 금속용탕이 위어(34)를 거쳐 용광로(1) 내로 흐르는 반대방향의 전로(3)에서부터 배출,
- 석회(14)(이 중 약 60%는 석회노즐(35)를 거쳐 분말 석회형태로, 이 중 약 40%는 용광로(1)의 리드(4)에 배열된 장입구(11)를 거쳐 괴상 석회형태로 공급되며, 분말 석회/괴상 석회의 비율은 원하는대로 조정될 수 있음),
-용광로(1)의 리드(4)에 제공된 장입구(11)를 거쳐 석탄(괴상 석탄)(13)을 장입하고,
- 용광로(1)의 매니퓰레이터 랜스(32, 23) 및 석탄 서브조 노즐(33)을 거쳐 석탄(미분 석탄)(13)을 송풍하고,
- 용광로(1)의 버너(32a)를 거쳐 천연가스(29) 및 가스질 산소(27),
- 용광로(1)의 불활성가스 노즐(33)을 거쳐 N2및 천연가스(29),
- 용광로(1)의 매니퓰레이터 랜스(32 및/또는 23)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 용광로(1)의 리드(4)에 배열된 후연소 랜스(35)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 전로(3)에서 용광로(1)로 바로 흐르는 전로 오프가스 내의 분진을 포함하는 전로 오프가스(19),
- 용광로(1)의 부압으로 인하여 외부 환경으로부터 슬래그도어(22)를 전적으로 통하지만 리드(4)에 배열된 전극용 개구를 거쳐 용광로(1) 내로 흡입된 적절치 않은 공기,
- 랜스/노즐(35, 32, 23 및 33)을 거쳐 반송가스로서 공기(28)를 송풍하고,
- 전극(16)을 거쳐 약 53.1 MW의 전기에너지를 계속 입력하여 용광로(1)의 에너지 요구를 충족시키고, 이 입력으로 전체 설비의 생산성 분 당 약 4.87톤의 조강(작업시간 당 약 292톤의 조강)은 조강 톤 당 약 181.6 kWh의 전기에너지 소모에 대응한다.
용광로(1)의 제품도 마찬가지로 계속 및 반고정적으로 배출되며, 즉:
- C가 풍부하며 Si 함유량이 낮고, 전술한 성질을 가진 예비 용탕(24)을 분 당 약 4.46톤으로 위어(34)를 거쳐 전로(3) 방향으로,
-다음 성질을 가진 슬래그(25)를 분 당 약 415kg:
약 12.2% FeOn0.46% P2O5
약 5.0% Femet0.21% S
40.9% CaO 염기도(CaO/SiO2)= 2.0
7.8% MgO 온도 ∼ 1550℃
5.8% MnO
20.4% SiO2
7.0% Al2O3
이것은 경사부(2)를 거쳐 슬래그도어(22)를 통하여 계속해서 설비로부터 배출되고,
- 다음 성질을 가진 오프가스 내의 분 당 약 522 Nm3의 오프가스(19) 및 분 당 약 79.1 kg의 분진
오프가스(가스질상) 오프가스(분진)
37.0 체적% CO 72.5% FeOn
23.1 체적% CO29.0% CaO
3.3 체적% H23.4% SiO2
8.4 체적% H2O 4.8% C
25.8 체적% N25.7% ZnO
1.7 체적% O2밸런스=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5
밸런스=Ar+SO2+F2
총 후연소 정도 43.9%
온도 ∼ 1570℃
이것은 용광로(1)에서부터 스크랩 예열로(5) 내로 통과한다.
위어(34)를 넘쳐 흐른 후, C가 많고 Si가 적은 예비용탕은 전로(3) 내를 계속 통과하여 조의 이동을 매우 강하게 하여 전로(3)에 항상 있는 조강 용탕(24)과 혼합되고, 그 성질은 공차가 적게 계속적으로 제어된다:
- 양: 약 90톤,
- 전로(3) 내의 금속조 레벨: 위어(34) 레벨 하측 약 0.5 m,
- 조강에 필요한 태핑값과 동일한 성분(특히 C함유량) 및 온도, 이 경우는:
C = 0.05%
T = 1620℃
전로(3) 내의 조강 용탕(24) 위에는 액체 전로 슬래그(25)가 포집되며, 약 1.8 - 2.0 m의 전로(3) 내의 슬래그층 높이에서의 그 표면이 용광로(1) 내의 슬래그층 높이보다 0.5 - 1.0 m까지 높고, 따라서 중력 및 전로(3) 내부의 조의 이동으로부터의 임펄스에 의하여 구동되어 위어(34)를 거쳐 용광로(1) 내로 계속해서 넘쳐흐른다.
전로(3)의 방법 제어를 위하여, 다음 작업이 계속적으로/부단하게 실행된다:
- 용광로(1)에서부터 흐르는 C가 높고 Si가 낮은 예비용탕을 상기 예비용탕이 전로(3)에서부터 조강 출탕구(41)를 거쳐 출탕될 때 조강(24)에 필요한 성질로 정련 및 가열되는 동시에, 상기 금속용탕의 이 부분흐름이 전로(3)에 항상 있는 금속조(24)와 혼합되며, 즉 조강용탕(24)이 전로(3)에서 균질화되어 흐르거나 또는 출탕구(41)를 거쳐 배출되고,
- 전로가 용광로(1)를 향하여 동작하는 동안 계속해서 발생하는 전로 슬래그(25) 및 전로 오프가스(19)를 배출하고,
- 전로(3) 내의 조강 용탕(24), 슬래그(25) 및 오프가스(19)의 수량, 성분 및 온도에 대한 조건을 조정하고, 이것은 시간 내내 대략 일정하며 원하는 성질로 조정되며, 출탕구(41)를 거친 조강(24)의 원하는 출탕속도(즉 원하는 설비 생산성으로)는 조강 출탕속도 및 전로(3)의 정련속도에 의하여 특정의 범위 내에서 조절된다.
고려중인 경우에 있어서, 전로(3)의 정련 방법는 조를 매우 강하게 혼합하며, 다음의 물질, 매체 및 에너지를 계속 공급하는 반고정식으로 다음의 방법 조건하에서 행해진다:
- 용광로(1)에서부터 전술한 성질을 가진 C가 높고 Si가 낮은 예비용탕을 분 당 약 4.46톤,
- 전로 리드(37)에 배열된 장입구(39)를 거쳐 미분 스크랩(12)을 냉각제로서 분 당 약 0.59톤, 이 미분 스크랩(12)의 성분은 표 I에 나타낸 혼합 스크랩의 성분과 대략 대응하며 최대 길이는 ≤100mm이고,
- 또한, 전로 리드(37)의 장입구(39)를 거쳐 괴상 석회(14), 석영암 및 괴상 석탄(13),
- 물로 냉각된 전로 랜스(35')를 거쳐 가스질 산소(27),
- 후연소 랜스(35)를 거쳐 가스질 산소(27) 및
- 전로(3)의 저면 플러싱 노즐(36)을 거쳐 N2(30) 및 천연가스(29).
전로(3)의 제품 또한 계속적 및 반고정식으로 배출되며, 즉:
- 다음 성질을 가진 조강(24)이 분 당 약 4.87톤(= 시간 당 약 292톤)으로 전로(3)의 출탕구(41)를 거쳐 배출되고,
0.05% C 약 620 ppm O 용해
0.14% Mn 약 30 ppm N
Si의 자취 ≤ 1.5 ppm H
0.026% S
0.0038% P T = 1620℃
0.21% Cu
- 다음 성질을 가진 FeOn이 풍부한, 고염기 액체 전로 슬래그(25)가 용광로(1)를 향하여 위어(34)를 거쳐 배출되고,
약 25.0% FeOn0.27% P2O5
약 5.0% Femet0.21% S
42.0% CaO 염기도(CaO/SiO2) = 3.55
7.9% MgO 온도 ∼ 1620℃
4.8% MnO
11.8% SiO2
2.9% Al2O3
- 다음 성질을 가진 전로 오프가스 분진을 포함하는 전로 오프가스(19)가 전로(3)에서부터 용광로(1) 내로 직접 배출된다.
오프가스(가스질상) 오프가스(분진)
84.0 체적% CO 91.2% FeOn
9.3 체적% CO23.5% CaO
3.0 체적% H20.7% SiO2
1.4 체적% H2O 0.8% C
0.6 체적% N21.7% ZnO
1.2 체적% O2밸런스=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5
밸런스=Ar+SO2+F2
총 후연소 정도 11.0%
온도 ∼ 1620℃.
용광로(1) 및 전로(3)에서의 방법 과정에 대한 중요한 방법 변형예를 다음 표에 나타낸다:
| 방법 변형예(입력/출력) | 유닛 | 용광로(1) | 전로(3) |
| 1. 유속 | |||
| 금속 | t/min | 4.61/4.46 | 4.46/4.87 |
| 슬래그 | kg/min | 416 | |
| 오프가스 | Nm3/min | 522 | |
| 2. 양 | |||
| 금속 | t | 약 90 | 약 90 |
| 슬래그 | t | 약 10 | 약 15 |
| 3. 지지시간 | |||
| 금속 | min | 약 20.2 | 약 18.5 |
| 슬래그 | min | 약 24 | 약 119 |
| 4. 온도 | |||
| 금속 | ℃ | 834/1550 | 1550/1620 |
| 슬래그 | ℃ | 1620/1550 | -/1620 |
| 오프가스 | ℃ | 1620/1570 | -/1620 |
| 5. 슬래그 매개변수 | |||
| FeOn-함유량 | % | 약 25.0/약 12.2 | -/약 25.0 |
| 염기도(CaO/SiO2) | - | 3.55/2.0 | -/3.55 |
| 6. 오프가스 매개변수 | |||
| 후연소 정도 (총 CO+H2) | % | 43.9 | 11.0 |
| 분진 함유량 | g/Nm3 | 약 152 | |
| 7. 금속 수율＊ | % | 96.8 | 96.4 |
| 8. 탈탄화 속도 | % C/min | 0.070 | 0.110 |
＊는 (금속 제품 t/금속 장입물 t)x100
예시적인 실시예 2
장입혼합물은 표 II에 나타낸 성질을 가지는
40% 고철
30% 해면철(펠릿) 및
30% 용융선철을 포함한다.
이 경우에 있어서, 설비 구성 및 채택된 기본 방법 과정에 관한 한 상기 예시적인 실시예 1과 근본적인 상이점은 없다. 설비 구성 및 방법 제어에 있어서의 상이점은 장입혼합물의 상이한 양비 및 성분의 성질로 야기된다. 또한, 방법는 도 1에 나타낸 설비 변형예를 사용하여 실행되지만,
- 약 5 m2의 작은 유효 단면을 가지는 스크랩 예열로(5)를 채택하고, 여기서 약 11.5 m2의 큰 유효 단면을 가지는 스크랩 예열로(5)에 대한 차이는 용광로(1)의 리드(4)에 작은 유효 단면을 가지는 예열로(5)와 합치되는 추가의 리드를 제공함으로써 채운다. 도시되지 않은 추가의 리드는 용광로(1)의 리드(4)와 동일하게 구성되며, 작은 유효 단면을 가지는 샤프트(5)를 사용하는 경우에 리드와 견고하게 결합되어 기밀유닛이 형성되고,
- 2개의 스크랩 컨베이어벨트(8) 중 단지 하나를 채택하여 반송, 예열(전술한 동일 가열부(9)의 구조 내에서) 및 스크랩(7)을 작은 유효 단면을 가진, 즉 활성적인 스크랩 예열로(5) 내로 장입하고, 가열부(9)에서 합계 10개의 천연가스/산소/공기 결합 버너/랜스(10) 중 활성적인 스크랩 컨베이어벨트(8) 위에 위치된 절반만이 운전되는 한편, 가열부(9)의 나머지 절반(전술한 내화댐 뒤에 위치된) 및 제2 스크랩 컨베이어벨트(8)는 소극적, 즉 비운전상태로 있다.
예시적인 실시예 1과 다른 상이점은, 이 경우에 있어서는 용융선철(20)은 선철 슈트(21)를 거치고, 해면철 펠릿(12)은 장입구(11)를 거쳐 계속해서 용광로(1) 내에 공급된다는 사실이다. 해면철 펠릿(12)은 전로(3)에 냉각제, 이른바 장입혼합물의 약 8.8%, 즉 장입혼합물에 30%가 포함되는 약 29.3%의 해면철 펠릿으로 장입된다.
장입혼합물 중 스크랩 모두는 스크랩 장입크레인에 의하여 스크랩 컨베이어벨트(8) 상에 장입되어 가열부(9) 및 예열로(5)에서 예열된 후 용광로(1) 내로 계속 공급되거나 또는 용융된다. 예열로(5)의 스크랩컬럼(7)의 평균 높이는 2.5 m이다. 스크랩(7)을 가열부(9) 및 예열로(5)에서 예열하는 열원으로서는 용광로(1)에서부터의 오프가스가 부분적으로 후연소된 물리적 및 화학적 열 및 예열 중에 스크랩의 부분산화로부터의 열이 사용된다.
예열로(5)에서의 오프가스(19)의 부분 후연소는 두 단계로 실행되며, 차가운 공기(28) 및 가스질 산소(27)는 2개의 평면에 배치된 8개의 후연소 노즐(47)을 통하여 대략 공기/산소의 체적비율을 ∼ 3.7로 계속 송풍된다. 가열부(9)에서, 예열은 차가운 공기(28) 및 가스질 산소(27)를 활성적인 스크랩 컨베이어벨트(8) 위에 배치된 가열부(9) 리드에 배열된 합계 5개의 결합 버너/랜스(10)를 거쳐 계속 송풍함으로써 활성적인 스크랩 컨베이어벨트(8)를 가진 절반부를 따라서 단계식으로 에열이 실행된다.
가열부(9) 및 예열로(5)에서의 방법 과정에 대한 중요한 방법 변형예를 다음 표에 나타낸다:
| 방법 변형예(입력/출력) | 유닛 | 가열부(9) | 예열로(5) |
| 1. 스크랩 매개변수 | |||
| 유속＊ | t/min | 2.1 | 2.2 |
| 양 | t | 약 5.94 | 약 9.41 |
| 지지시간 | min | 약 2.8 | 약 4.4 |
| 온도 | ℃ | 25/379 | 379/1057 |
| 산화 | % | 0.47 | 2.42 |
| 2. 오프가스 매개변수 | |||
| 유속 | Nm3/min | 574/760 | 452＊＊/574 |
| 온도 | ℃ | 1302/1086 | 1571＊＊/1302 |
| 후연소 정도 (총 CO+H2) | % | 68.3/88.1 | 38.5＊＊/68.3 |
| 분진 함유량 | g/Nm3 | 약 46.5 | 약 48.3 |
| 3. 금속 수율＊＊＊ | % | 99.6 | 103.3 |
＊는 비금속 성분 포함
＊＊는 용광로(1)에서부터의 일부량
＊＊＊는 (금속제품 t/금속장입물 t)x100
가열부(9) 및 예열로(5)에서 예열된 스크랩(7)은 용광로(1)에서 계속 용융되는 한편, 용융선철(20)은 선철 슈트를 거치고 장입혼합물에 포함된 70.7%의 해면철 펠릿(12)은 장입구(11)를 거쳐 계속 공급된다. 이렇게 형성되는 금속용탕(24)은 Si는 적고 C는 풍부하게 탄화되는 동시에 용광로(1)에서 부분적으로 정련된다. 위어(34)를 거쳐 전로(3) 내로 넘쳐흐르기 전의 금속용탕은 다음의 성질을 나타낸다:
1.69% C 약 1550℃
0.14% Mn 액체 온도 약 1413℃
≤0.05% Si
0.025% S
0.008% P
용광로(1) 내의 금속용탕(24)은 전체 방법를 통하여 대략 전술한 성질을 가진다.
용광로(1) 내에서 용융 및 정련 방법는 계속 진행되며, 조가 매우 강하게 혼합되면서 반고정식으로 실행되는 한편 다음 물질, 매체 및 에너지가 다음 방법조건 하에서 계속 공급된다:
- 온도 약 1057℃의 예열된 스크랩(7)이 샤프트(5)를 거쳐 분당 약 2.19톤,
- 표 II에 따른 성질을 가진 용융선철(20)이 선철 슈트(21)를 거쳐 분 당 약 1.60톤,
- 표 II에 따른 성질을 가진 해면철 펠릿(12)이 장입구(11)를 거쳐 분 당 1.13톤,
- 온도 약 1620℃의 FeOn-농축, 고염기(CaO/SiO2= 3.55) 액체 및 고온 전로 슬래그(25), 이것은 금속용탕이 위어(34)를 거쳐 용광로(1) 내로 흐르는 반대방향의 전로(3)에서부터 배출되고,
- 석회(14)(이 중 약 60%는 석회노즐(35)를 거쳐 분말 석회형태로, 이 중 약 40%는 용광로(1)의 리드(4)에 배열된 장입구(11)를 거쳐 괴상 석회형태로 공급되며, 분말 석회/괴상 석회의 비율은 원하는대로 조정될 수 있음),
- 용광로(1)의 매니퓰레이터 랜스(32, 33) 및 석탄 서브조 노즐(33)을 거쳐 석탄(미분 석탄)(13)을 송풍하고,
- 용광로(1)의 버너(32a)를 거쳐 천연가스(29) 및 가스질 산소(27),
- 용광로(1)의 불활성가스 저면노즐(33)을 거쳐 N2(30) 및 천연가스(29),
- 용광로(1)의 매니퓰레이터 랜스(32 및/또는 23)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 용광로(1)의 리드(4)에 배열된 후연소 랜스(35)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 전로(3)에서 용광로(1)로 바로 흐르는 전로 오프가스 내의 분진을 포함하는 전로 오프가스(19),
- 용광로(1)의 부압으로 인하여 외부 환경으로부터 슬래그도어(22)를 전적으로 통해서만 아니라 리드(4)에 배열된 전극용 개구를 거쳐 용광로(1) 내로 흡입된 적절치 않은 공기(도 1에 도시되어 있지 않음),
- 랜스/노즐(35, 32, 23 및 33)을 거쳐 반송가스로서 공기(28)를 송풍하고,
- 전극(16)을 거쳐 약 53.2 MW의 전기에너지를 계속 입력하여 용광로(1)의 열 요구를 충족시키고, 이 입력으로 전체 설비의 생산성 분 당 약 4.94톤의 조강(작업시간 당 약 296톤의 조강)은 조강 톤 당 약 179.6 kWh의 전기에너지 소모에 대응한다.
용광로(1)의 제품도 마찬가지로 계속 및 반고정적으로 배출되며, 즉:
- C가 풍부하며 Si 함유량이 낮고, 전술한 성질을 가진 예비 용탕(24)을 분 당 약 4.67톤으로 위어(34)를 거쳐 전로(3) 방향으로,
-다음 성질을 가진 슬래그(25)를 분 당 약 428kg
약 12.4% FeOn0.87% P2O5
약 5.0% Femet0.16% S
42.1% CaO 염기도(CaO/SiO2)= 2.0
7.3% MgO 온도 ∼ 1550℃
4.4% MnO
21.0% SiO2
6.8% Al2O3
이것은 경사부(2)를 거쳐 슬래그도어(22)를 통하여 계속해서 설비로부터 배출되고,
- 다음 성질을 가진 오프가스 내의 분 당 약 452 Nm3의 오프가스(19) 및 분 당 약 79.8 kg의 분진
오프가스(가스질상) 오프가스(분진)
40.7 체적% CO 79.7% FeOn
25.5 체적% CO29.4% CaO
1.4 체적% H23.5% SiO2
3.6 체적% H2O 1.4% C
26.5 체적% N22.0% ZnO
1.7 체적% O2밸런스=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5
밸런스=Ar+SO2+F2
총 후연소 정도 40.9%
온도 ∼ 1570℃
이것은 용광로(1)에서부터 스크랩 예열로(5) 내로 통과한다.
위어(34)를 넘쳐 흐른 후, C가 많고 Si가 적은 예비용탕(24)은 전로(3) 내를 평균속도 분 당 4.67톤으로 계속 통과하여 조의 이동을 매우 강하게 하여 전로(3)에 항상 있는 조강 용탕(24)과 혼합되고, 그 성질은 공차가 적게 계속적으로 제어된다:
- 양: 약 90톤,
- 전로(3) 내의 금속조 레벨: 위어(34) 레벨 하측 약 0.5 m,
- 조강에 필요한 출탕값과 동일한 성분(특히 C함유량) 및 온도, 이 경우는:
C = 0.05%
T = 1620℃
전로(3) 내의 조강 용탕(24) 위에는 액체 전로 슬래그(25)가 포집되며, 약 1.8 - 2.0 m의 전로(3) 내의 슬래그층 높이에서의 그 표면이 용광로(1) 내의 슬래그층 높이보다 0.5 - 1.0 m까지 높고, 따라서 중력 및 전로(3) 내부의 조의 이동으로부터의 임펄스에 의하여 구동되어 위어(34)를 거쳐 용광로(1) 내로 계속해서 넘쳐흐른다.
이 경우, 전로(3) 내의 계속적인 방법 제어에 의하여 실행되는 작업은 예시적인 실시예 1에서와 동일하다.
전로(3)의 정련 방법는 조를 매우 강하게 혼합하며, 다음의 물질, 매체 및 에너지를 계속 공급하는 반고정식으로 다음의 방법 조건하에서 행해진다:
- 용광로(1)에서부터 전술한 성질을 가진 C가 높고 Si가 낮은 예비용탕(24)을 분 당 약 4.67톤,
- 전로 리드(37)에 배열된 장입구(39)를 거쳐 표 II에 나타낸 성분을 가진 해면철 펠릿(12)을 냉각제로서 분 당 약 0.47톤,
- 또한, 전로 리드(37)의 장입구(39)를 거쳐 괴상 석회(14), 석영암 및 괴상 석탄(13),
- 물로 냉각된 전로 랜스(35')를 거쳐 가스질 산소(27),
- 후연소 랜스(35)를 거쳐 가스질 산소(27) 및
- 전로(3)의 저면 플러싱 노즐(36)을 거쳐 질소(30) 및 천연가스(29).
전로(3)의 제품 또한 계속적 및 반고정식으로 배출되며, 즉:
- 다음 성질을 가진 조강(24)이 분 당 약 4.94톤(= 시간 당 약 296톤)으로 전로(3)의 출탕구(41)를 거쳐 배출되고,
0.05% C 약 620 ppm O 용해
0.08% Mn 약 30 ppm N
Si의 자취 ≤ 1.5 ppm H
0.022% S
0.0038% P T = 1620℃
0.08% Cu
- 다음 성질을 가진 FeOn이 풍부한, 고염기 액체 전로 슬래그(25)가 용광로(1)를 향하여 위어(34)를 거쳐 배출되고,
약 25.0% FeOn0.28% P2O5
약 5.0% Femet0.145% S
41.9% CaO
8.4% MgO 염기도(CaO/SiO2) = 3.55
2.6% MnO 온도 ∼ 1620℃
11.8% SiO2
4.8% Al2O3
- 다음 성질을 가진 전로 오프가스 분진을 포함하는 전로 오프가스(19)가 전로(3)에서부터 용광로(1) 내로 직접 배출된다.
오프가스(가스질상) 오프가스(분진)
84.8 체적% CO 93.1% FeOn
9.4 체적% CO23.5% CaO
2.3 체적% H20.7% SiO2
1.1 체적% H2O 0.7% C
0.5 체적% N20.3% ZnO
1.3 체적% O2밸런스=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5
밸런스=Ar+SO2+F2
총 후연소 정도 10.8%
온도 ∼ 1620℃.
용광로(1) 및 전로(3)에서의 방법 과정에 대한 중요한 방법 변형예를 다음 표에 나타낸다:
| 방법 변형예(입력/출력) | 유닛 | 용광로(1) | 전로(3) |
| 1. 유속 | |||
| 금속 | t/min | 2.19＊/4.67 | 4.67/4.94 |
| 슬래그 | kg/min | 428 | |
| 오프가스 | Nm3/min | 452 | |
| 2. 양 | |||
| 금속 | t | 약 90 | 약 90 |
| 슬래그 | t | 약 10 | 약 15 |
| 3. 지지시간 | |||
| 금속 | min | 약 19.3 | 약 18.2 |
| 슬래그 | min | 약 23.4 | 약 117 |
| 4. 온도 | |||
| 금속 | ℃ | 1057＊/1550 | 1550/1620 |
| 슬래그 | ℃ | 1620/1550 | -/1620 |
| 오프가스 | ℃ | 1620/1570 | -/1620 |
| 5. 슬래그 매개변수 | |||
| FeOn-함유량 | % | 25.0/12.4 | -/25.0 |
| 염기도(CaO/SiO2) | - | 3.55/2.0 | -/3.55 |
| 6. 오프가스 매개변수 | |||
| 후연소 정도 (총 CO+H2) | % | 40.9 | 10.8 |
| 분진 함유량 | g/Nm3 | 약 176 | |
| 7. 금속 수율＊＊ | % | 95.2 | 96.1 |
| 8. 탈탄화 속도 | % C/min | 0.065 | 0.110 |
＊는 예열된 스크랩 값
＊＊는 (금속 제품 t/금속 장입물 t)x100
예시적인 실시예 3
장입혼합물은 표 II에 나타낸 성질을 가지는
50% 해면철(펠릿) 및
50% 용융선철을 포함한다.
이 경우에 있어서, 도 3 및 4에 따른 설비 변형예가 방법를 실행한다. 장입혼합물에 스크랩이 포함되어 있지 않기 때문에, 가열부(9)나 예열로가 필요하지 않다. 기본 방법 과정은 예시적인 실시예 2와 매우 유사하며: 설비 구성 및 방법 제어에 있어서의 상이점은 다음과 같이 주로 용광로(1)에 관한 것으로서,
스크랩 예열로(5)는, 종래의 전기아크로에서는 일반적인 바와 같이, 용광로(1)와 고온가스관(도 3에 도시되어 있지 않음) 사이의 연결부로서 종래의 물로 냉각된 노 엘보우와 대체되고,
용광로(1) 내의 5개의 천연가스/산소 버너(32a)는 버너로서 동작되지 않고, 다시 필요할 때 까지 공기가 통하지 않게 하거나 또는 선택적으로(그러나, 이 경우에 있어서는 선택적인 아님) 용광로(1)의 리드(4)에 이미 제공된 후연소 랜스(35) 외에 추가의 후연소 노즐(32a)로서 사용함으로써 손상되지 않게 보호되고,
오프가스 특성(온도, 후연소 정도, 분진 함유량 등)에 있어서, 상기 설비 및 방법 변형예와 종래의 전기아크로 사이에는 주요한 상이점이 없고, 즉 용광로(1)에서부터의 물리적 및 화학적 열은 대부분 사용되지 않고 잔류되며 오프가스(19) 내의 분진 함유량은 종래의 전기아크로의 분진 함유량과 비교할 만 하다.
이 경우에 있어서, 장입혼합물에 포함된 약 24%의 해면철 펠릿(12), 즉 총 장입혼합물의 약 12%가 냉각제로서 전로(3) 내에 계속해서 장입된다. 또한, 장입혼합물 성분 중 잔여량(주요량)은 용광로(1)에 계속해서 장입. 이른바
- 용융선철(20)은 선철 슈트(21)를 거치고
- 장입혼합물에 포함된 약 76%의 해면철 펠릿(12)은 장입구(11)를 거쳐 장입된다.
용광로(1) 내에 전기에너지의 공급으로 형성된 금속용탕(24)은 Si는 적고 C는 풍부한 용탕로 탄화(아주 제한된 석탄 공급으로)되는 동시에 부분적으로 정련되고, 위어(34)를 거쳐 전로(3) 내로 넘쳐흐르기 전의 금속용탕은 다음의 성질을 가진다:
1.98% C 약 1550℃
0.10% Mn 액체 온도 약 1394℃
≤0.05% Si
0.023% S
0.009% P
용광로(1) 내의 금속용탕(24)은 전체 방법를 통하여 대략 전술한 성질을 가진다.
용광로(1) 내에서 용융 및 정련 방법는 계속 진행되며, 조가 매우 강하게 혼합되면서 반고정식으로 다음 물질, 매체 및 에너지의 계속 공급 및 다음 방법조건 하에서 실행된다:
- 표 II에 따른 성질을 가진 용융선철(20)이 선철 슈트(21)를 거쳐 분 당 약 2.56톤,
- 표 II에 따른 성질을 가진 해면철 펠릿(12)이 장입구(11)를 거쳐 분 당 약 1.94톤,
- 온도 약 1620℃의 FeOn-농축, 고염기(CaO/SiO2= 3.53) 액체 및 고온 전로 슬래그(25), 이것은 전로(3)에서부터 위어(34)를 거쳐 금속용탕이 흐르는 반대방향으로 용광로(1) 내로 흐르고,
- 석회(14) 및 백운암(14)(이 중 약 60%는 석회노즐(35)를 거쳐 분말 석회 또는 분말 백운암형태로, 이 중 약 40%는 용광로(1)의 리드(4)에 배열된 장입구(11)를 거쳐 괴상 석회 도는 괴상 백운암형태로 공급되며, 분말 물질/괴상 물질의 비율은 원하는대로 조정될 수 있음),
- 용광로(1)의 하나 또는 여러 개의 매니퓰레이터 랜스(32, 33) 및/또는 석탄 서브조 노즐(33)을 거쳐 석탄(미분 석탄)(13)을 송풍하고,
- 용광로(1)의 불활성가스 저면노즐(33)을 거쳐 질소(30) 및 천연가스(29),
- 용광로(1)의 매니퓰레이터 랜스(32 및/또는 23)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 용광로(1)의 리드(4)에 배열된 후연소 랜스(35)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 전로(3)에서 용광로(1)로 바로 흐르는 전로 오프가스 내의 분진을 포함하는 전로 오프가스(19),
- 용광로(1)의 부압으로 인하여 외부 환경으로부터 슬래그도어(22)를 주로 통해서만 아니라 리드(4)에 배열된 전극용 개구를 거쳐 용광로(1) 내로 흡입된 적절치 않은 공기(도 3에 도시되어 있지 않음),
- 랜스/노즐(35, 32, 23 및 33)을 거쳐 반송가스로서 공기(28)를 송풍하고,
- 전극(16)을 거쳐 약 53.2 MW의 전기에너지를 계속 입력하여 용광로(1)의 열 요구를 충족시키고, 이 입력으로 전체 설비의 생산성 분 당 약 4.67톤의 조강(작업시간 당 약 280톤의 조강)은 조강 톤 당 약 190.0 kWh의 전기에너지 소모에 대응한다.
용광로(1)의 제품도 마찬가지로 계속 및 반고정적으로 배출되며, 즉:
- C의 함유량이 높고 Si 함유량이 낮은, 전술한 성질을 가진 예비 용탕(24)을 분 당 약 4.27톤으로 위어(34)를 거쳐 전로(3) 내로,
-다음 성질을 가진 슬래그(25)를 분 당 약 415kg
약 12.0% FeOn1.13% P2O5
약 5.0% Femet0.15% S
43.1% CaO 염기도(CaO/SiO2)= 2.0
7.2% MgO 온도 ∼ 1550℃
3.1% MnO
21.5% SiO2
6.7% Al2O3
이것은 경사부(2)를 거쳐 슬래그도어(22)를 통하여 계속해서 설비로부터 배출되고,
- 다음 성질을 가진 오프가스 내의 분 당 약 500 Nm3의 오프가스(19) 및 분 당 약 74.7 kg의 분진
오프가스(가스질상) 오프가스(분진)
50.9 체적% CO 82.2% FeOn
21.8 체적% CO210.0% CaO
1.0 체적% H23.7% SiO2
1.6 체적% H2O 0.7% C
22.8 체적% N2밸런스=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5
1.5 체적% O2
밸런스=Ar+SO2+F2
총 후연소 정도 31.2%
온도 ∼ 1545℃
이것은 용광로(1)에서부터 노 엘보우를 거쳐 오프가스 처리설비의 고온가스관 내로 통과한다.
위어(34)를 넘쳐 흐른 후, C가 많고 Si가 적은 예비용탕(24)은 전로(3) 내를 평균속도 분 당 4.27톤으로 계속 통과하여 조의 이동을 매우 강하게 하여 전로(3)에 항상 있는 조강 용탕(24)과 혼합되고, 그 성질은 공차가 적게 계속적으로 제어된다:
- 양: 약 90톤,
- 전로(3) 내의 금속조 레벨: 위어(34) 레벨 하측 약 0.5 m,
- 조강에 필요한 출탕값과 동일한 성분(특히 C함유량) 및 온도, 이 경우는:
C = 0.05%
T = 1620℃
전로(3) 내의 조강 용탕(24) 위에는 액체 전로 슬래그(25)가 포집되며, 약 1.8 - 2.0 m의 전로(3) 내의 슬래그층 높이에서의 그 표면이 용광로(1) 내의 슬래그층 높이보다 0.5 - 1.0 m까지 높고, 따라서 중력 및 전로(3) 내부의 조의 이동으로부터의 임펄스에 의하여 구동되어 위어(34)를 거쳐 용광로(1) 내로 계속해서 넘쳐흐른다.
또한, 이 경우, 전로(3) 내의 계속적인 방법 제어에 의하여 실행되는 작업은 예시적인 실시예 1 및 2에서와 동일하다.
전로(3)의 정련 방법는 다음의 물질, 매체 및 에너지를 계속 공급 및 다음의 방법 조건하에서 반고정식으로 조를 매우 강하게 혼합하여 실행된다:
- 용광로(1)에서부터 전술한 성질을 가진 C가 높고 Si가 낮은 예비용탕(24)을 분 당 약 4.27톤,
- 전로 리드(37)에 배열된 장입구(39)를 거쳐 표 II에 나타낸 성분을 가진 해면철 펠릿(12)을 냉각제로서 분 당 약 0.62톤,
- 또한, 전로 리드(37)의 장입구(39)를 거쳐 괴상 석회(14), 및 괴상 석탄(13),
- 물로 냉각된 전로 랜스(35')를 거쳐 가스질 산소(27),
- 후연소 랜스(35)를 거쳐 가스질 산소(27),
- 전로(3)의 저면 플러싱 노즐(36)을 거쳐 질소(30) 및 천연가스(29).
전로(3)의 제품 또한 계속적 및 반고정식으로 배출되며, 즉:
- 다음 성질을 가진 조강(24)이 분 당 약 4.67톤(= 시간 당 약 280톤)으로 전로(3)의 출탕구(41)를 거쳐 배출되고,
0.05% C 약 620 ppm O 용해
0.05% Mn 약 30 ppm N
Si의 자취 ≤ 1.5 ppm H
0.021% S T = 1620℃
0.0038% O
- 다음 성질을 가진 FeOn이 풍부한, 고염기 액체 전로 슬래그(25)가 용광로(1)를 향하여 위어(34)를 거쳐 배출되고,
약 25.0% FeOn0.30% P2O5
약 5.0% Femet0.13% S
42.4% CaO 염기도(CaO/SiO2) = 3.53
7.8% MgO 온도 ∼ 1620℃
1.7% MnO
12.0% SiO2
5.6% Al2O3
- 다음 성질을 가진 전로 오프가스 분진을 포함하는 전로 오프가스(19)가 전로(3)에서부터 용광로(1) 내로 직접 배출된다.
오프가스(가스질상) 오프가스(분진)
79.6 체적% CO 92.8% FeOn
14.1 체적% CO24.1% CaO
2.1 체적% H20.9% SiO2
1.6 체적% H2O 1.0% C
0.4 체적% N2밸런스=MgO+MnO+Al2O3+SnO2+P2O5
1.6 체적% O2
밸런스=Ar+SO2+F2
총 후연소 정도 16.1%
온도 ∼ 1635℃.
용광로(1) 및 전로(3)에서의 방법 과정에 대한 중요한 방법 변형예를 다음 표에 나타낸다:
| 방법 변형예(입력/출력) | 유닛 | 용광로(1) | 전로(3) |
| 1. 유속 | |||
| 금속 | t/min | 2.56＊/4.27 | 4.27/4.67 |
| 슬래그 | kg/min | 415 | |
| 오프가스 | Nm3/min | 500 | |
| 2. 양 | |||
| 금속 | t | 약 90 | 약 90 |
| 슬래그 | t | 약 10 | 약 15 |
| 3. 지지시간 | |||
| 금속 | min | 약 21.1 | 19.3 |
| 슬래그 | min | 약 29.8 | 약 104 |
| 4. 온도 | |||
| 금속 | ℃ | 1320＊/1550 | 1550/1620 |
| 슬래그 | ℃ | 1620/1550 | -/1620 |
| 오프가스 | ℃ | 1635/1545 | -/1635 |
| 5. 슬래그 매개변수 | |||
| FeOn-함유량 | % | 25.0/12.0 | -/25.0 |
| 염기도(CaO/SiO2) | - | 3.53/2.0 | -/3.53 |
| 6. 오프가스 매개변수 | |||
| 후연소 정도 (총 CO+H2) | % | 31.2 | 16.1 |
| 분진 함유량 | g/Nm3 | 약 150 | |
| 7. 금속 수율＊＊ | % | 94.9 | 95.5 |
| 8. 탈탄화 속도 | % C/min | 0.090 | 0.125 |
＊는 용융선철 값
＊＊는 (금속 제품 t/금속 장입물 t)x100
전술한 예시적인 실시예에서 달성될 수 있는 중요한 방법 매개변수 및 생산성은 표 V에서 알 수 있는 반면, 표 VI는 본 발명의 방법 및 설비 변형예를 사용하여 조강 1톤을 생산하는 소비 수치를 요약한 것이다.
표 V
예시적인 실시예 1 내지 3에 대한 방법 매개변수 및 생산성
| 예시적인 실시예 | 번호 | 1 | 2 | 3 |
| 장입혼합물용융선철고철DRI 펠릿 | wt.% wt.% wt.% | - 100 - | 30 40 50 | 50 - 50 |
| 기준 매개변수 | 유닛 | 방법 매개변수 및 생산성 | ||
| 트랜스포머 출력최소 요구량 | MVA | 69.5 | 69.7 | 69.7 |
| 방법 매개변수 | ||||
| 탭에서 탭까지 시간 | min | 12.3 | 12.1 | 12.8 |
| 파워-온-타임 용광로 | min | 계속적 | 계속적 | 계속적 |
| 산소 송풍시간 | min | 계속적 | 계속적 | 계속적 |
| 용광로의 평균 정련율 | % C/min | 0.070 | 0.065 | 0.090 |
| 전로의 평균 정련율 | % C/min | 0.110 | 0.110 | 0.125 |
| 스틸 출탕온도 | ℃ | 1620 | 1620 | 1620 |
| 슬래그 출탕온도 | ℃ | 1550 | 1550 | 1550 |
| 고온가스관으로유입 시의 오프가스온도 | ℃ | 812 | 1086 | 1545 |
| 고온가스관으로유입 시의 오프가스 내 산소량 | vol.% | 5.1 | 3.8 | 1.5 |
| 고온가스관으로유입 시의 탄소후연소 정도 | % | 97.6 | 88.1 | 30.0 |
| 고온가스관으로 유입 시 CO+H2후연소 정도 | % | 97.6 | 88.6 | 31.1 |
| 생산성 | ||||
| 년간 네트 인원일(교환로) | days/year | 300.0 | 300.0 | 300.0 |
| 분 당 산출량 | t/min | 4.87 | 4.94 | 4.67 |
| 시간 당 산출량 | t/hour | 292.2 | 296.4 | 280.2 |
| 하루 산출량 | t/day | 7012.8 | 7113.6 | 6724.8 |
| 년간 산출량 | t/year | 2103840 | 2134080 | 2017440 |
표 VI
예시적인 실시예 1 내지 3에 대한 소모값
| 예시적인 실시예 | No. | 1 | 2 | 3 | |
| 장입혼합물용융선철고철DRI 펠릿 | wt.% wt.% wt.% | - 100 - | 30 40 50 | 50 - 50 | |
| 소모 유형 | 유형 | 유닛 | 소모량, 조강 t 당 유닛 | ||
| 금속 장입물질 | |||||
| 용융선철 | 액체 | t | 0.323 | 0.548 | |
| 고철(혼합) | 고체 | t | 1.058 | 0.430 | |
| DRI/HBI | 펠릿 | t | 0.323 | 0.548 | |
| 비금속 장입물질 | |||||
| 석회 | 괴상 | kg | 29.88 | 33.20 | 36.04 |
| 백운암 | 괴상 | kg | 0.00 | 0.00 | 0.88 |
| 석영암 | 괴상 | kg | 0.91 | 0.34 | 0.00 |
| 내화재 | 벽돌 | kg | 2.95 | 3.00 | 2.97 |
| 내화재 | 분무물질 | kg | 0.73 | 0.75 | 0.74 |
| 흑연전극 | 흑연 | kg | 1.23 | 1.06 | 0.94 |
| 매체 | |||||
| O2(랜스+서브조노즐) | 가스질 | Nm3 | 31.16 | 28.89 | 39.19 |
| O2(버너+슈퍼조노즐) | 가스질 | Nm3 | 21.12 | 16.70 | 7.52 |
| N2(저면 플러싱) | 가스질 | Nm3 | 0.31 | 0.28 | 0.26 |
| 압축공기 | 공기 송풍 | Nm3 | 6.92 | 3.31 | 1.94 |
| 폴스공기 + 송풍기공기 | 흡입공기 + 송풍공기 | Nm3 | 163.57 | 98.31 | 28.51 |
| 에너지원 | |||||
| 전기에너지 | kWh | 181.6 | 179.6 | 190.0 | |
| 천연가스 | Nm3 | 3.70 | 1.28 | 0.26 | |
| 석탄 장입 | 괴상 | kg | 12.32 | 3.70 | 5.20 |
| 석탄 송풍 | 미립 | kg | 20.53 | 8.40 | 4.28 |
| 치수, 샘플 | |||||
| 온도 프로브 | pcs | 0.017 | 0.017 | 0.017 | |
| 샘플링 프로브(금속) | pcs | 0.033 | 0.033 | 0.033 | |
| CELOS 프로브(aO, T) | pcs | 0.017 | 0.017 | 0.017 | |
| 작업인원 | man year | 16.0 | 16.0 | 16.0 | |
| 제품 | |||||
| 조강 | t | 1.000 | 1.000 | 1.000 | |
| 슬래그 | kg | 85.47 | 86.65 | 88.84 | |
| 오프가스 | 응축물질 | kg | 11.18 | 10.22 | 16.00 |
| 오프가스 | 가스 | Nm3 | 222.08 | 153.90 | 106.98 |
조강의 생산 외에, 전술한 설비, 이른바 예열로(5) 및 가열부(9)가 없는 변형예는 철을 함유하거나 또는 함유하지 않은 금속용탕을 예열하는데 또한 사용될 수 있고, 특별한 경우, 부압으로 운전되는 것도 생각할 수 있다(에를 들면, 전체 노에 0.1바 이하의 잉여압력).
예시적인 실시예 4:
본 발명에 따른 용융선철의 예비처리, 이른바 탈실리콘화, 탈인산화 및 탈황산화는 다음과 같이 진행된다:
다음 성질을 가진 용융선철을 계속 공급(예를 들면, 용광로 또는 금속 환원설비의 고온 금속 슈트 또는 중간노에서부터 직접):
T = 1440℃(용광로) 4.3 % C
0.6 % Si
0.5 % Mn
0.100 % P
0.040 % S
용광로(1)에서 전기에너지에 의하여 계속 정련 및 선택적으로 예열하면서 다음 성질을 가지는 Si가 낮은 중간제품을 생산하고
4.0 - 4.1 % C T 1300 - 1400℃
≤ 0.10 % Si (원하는대로 조정가능함)
0.4 - 0.5 % Mn
0.060 - 0.080 % P
0.030 - 0.035 % S
전로(3)에서 Si가 낮은 중간제품의 최종정련을 계속하며, 필요한 경우, 예비처리된 선철을 다음 성질을 가지게 가열하고(부분 탈탄화를 통하여)
3.5 - 4.0 % C T = 1350 -1400℃
≤ 0.05 % Si
0.3 - 0.4 % Mn
≤ 0.020 % P
≤ 0.025 % S
이렇게 예비처리된 선철은 전로(3)에서 계속(예를 들면, 후속하여 연결된 중간노 내로) 또는 중간노 또는 선철 레이들 내로 단속적으로 출탕된 후, 전로 또는 전기아크로에 장입되거나 또는 주조기계에서 무쇠로 주조된다.
방법 과정 중에, 다음을 용광로(1) 및 전로(3) 양자 모두에 계속 공급하고
- 가스질 산소형태의 산소(랜스, 노즐) 및/또는 Fe광석, Mn광석, 스케일, 건조된 FeOn-풍부한 슬러지 등 형태의 산소를 랜스, 노즐 또는 장입슈트를 거쳐
- 슬래그포머(석회, 형광석 등), 바람직하게는 괴상 형태 및 선택적으로
- 탄소매체(석탄, 코크스, 등)는 물론
- 저면 플러싱제로서 불활성가스(N2)
이로써 방법 매개변수, 예를 들면 원하는 결과를 달성하는데 필요한 온도제어, 슬래그제어(염기도가 전로(3)는 약 3.0-3.5, 용광로(1)는 1.8-2), 조의 혼합 및 금속/슬래그 양비가 전로 및 용광로에서 조정될 수 있다.
전술한 예시적인 실시예에서의 전기에너지 요구량은 장입될 예비처리된 선철과 동일 온도에서 낮기 때문에(선철 t 당 5 - 10 kWh), 20 MVA의 약한 트랜스포머만 용광로(1)에 제공하여 설비의 용융선철 생산성이 분 당 10 t(= 시간 당 600 t)으로 한다. 실제로 대부분의 경우(P≤0.200%의 선철), 용광로(1)의 전극은 생략될 수 있다.
방법제어를 적절하게 함으로써, 전술한 방법 과정은 V, Ti, Mn 및 P가 많이 함유된 특정의 선철을 예비처리하는데 또한 효과적으로 채택될 수 있다. 그러나, 방법 및 설비 각각은 수반 요소(동시의 Si, Mn, P 및 S)의 함유량이 매우 낮은 용융선철, 즉 종래의 선철로부터 "SORELMETAL" 형의 선철용탕의 생산에 아주 적합하다.
예시적인 실시예 5
또한, 방법 및 설비의 적용을 스테인리스강 생산용 Cr이 높고 Ni가 높은 예비용탕을 후속의 VOD처리에 의하여 생산하는 예를 들어 설명한다. 본 발명에 따른 방법 과정은 다음과 같다:
도 1 및 2에 따른 설비에 있어서,
비합금 및/또는 합금 고철
FeCrHc, FeMo
Ni 금속 및/또는 FeNi
광석, 예를 들면 크롬, 니켈, 망간, 몰리브덴, 등의 광석
을 포함하는 고체 장입물질(7)이 컨베이어벨트(8)에 의하여 가열부(9)를 거쳐 예열로(5) 내 또는 전기아크로(1) 내로 계속 장입되어 예열된다.
액체 장입물질(20), 예를 들면
선철, 바람직하게는 예비 탈인산화된 선철(% P≤0.025), 및/또는
액체 FeCrHc(전기아크로 또는 유도로(induction furnace)에서부터)
이 채택된 경우, 이들 물질은 장입슈트(21)를 거쳐 전기아크로(1) 내로 계속 장입된다.
전기아크로(1)에서의 용융방법는 다음 조건하에서 조가 매우 강하게 혼합되면서 계속 실행된다:
가스질 산소(27) 및 불활성가스(30)(N2Ar)를 노즐(33)을 거쳐 계속 공급하고, O2/N2/Ar 비율은 원하는대로 조정할 수 있고,
가스질 산소(27)를 랜스(23, 32)를 거쳐 계속 공급하고,
슬래그포머(14), 예를 들면 연소 석회, 연소 백운암, 형광암 등을 - 괴상형태인 경우 장입구(11)를, 미분형태인 경우 노즐(33) 및/또는 랜스(23, 32)를 거쳐 계속 공급한다.
전기아크로(1)에서의 방법제어 목적은 소정의 방법 매개변수를 반ㅅ고정적으로 조정하는 것이며, 오스테닉(austenitic) 스틸제품 304용의 예비용탕을 생산하는 경우는 다음과 같다:
금속용탕(24)은 항상 대략 일정하며 다음 공차 내에 있는 성질을 가진다
1.5-2.0 % C(장입혼합물에 따름) T = 1620-1630℃
≤0.2 % Si
≤0.5 % Mn
17.0-18.5% Cr
약 6.5% Ni
항상 대략 일정하게 잔류하는 성분의 액체 슬래그(25), 예를 들면 다음의 표준 분석에서와 같은, 는 경사부(2)를 거쳐 슬래그도어(22)를 통하여 계속해서 설비로부터 배출된다.
48 % CaO 밸런스 = MnO, Al2O3등
31 % SiO2(장입혼합물에 따름)
≤5% MgO
≤4% Cr2O3
≤2% FeOn
운전 중에, 전술한 성질을 가지는 금속용탕(24)은 전기아크로(1)에서부터 위어(34)를 거쳐 전로(3) 내로 계속해서 흘러서, 전로(3)에 항상 존재하며 이 경우에는 다음 VOD처리용 예비용탕을 포함하고 전로(3)에서는 출탕에 필요한 다음 성분 및 온도를 항상 유지하는 조강 용탕(24)과 매우 강한 조의 이동으로 혼합된다.
약 0.25% C
약 1700-1710℃
정련방법(주로 탈탄화)은 전로(3)에서 다음 방법 조건하에서 실행된다:
가스질 산소(27) 및 불활성가스(30)(N2Ar)를 노즐(36)을 거쳐 계속 공급하고, O2/N2/Ar의 비율은 원하는대로 조정가능하며: 톱랜스(35')가 채택되지 않은 이 경우, 바람직한 탈탄화율은 분 당 0.03-0.05% C,
금속조(24)의 온도는 1700-1710℃,
장입혼합물 성분을 냉각 및 합금제(12) - Ni 및/또는 FeNi, 저-Si FeCrHC 및/또는 FeMnHC 등 - 로서 계속 공급하고,
슬래그포머(14), 예를 들면 연소 석회, 연소 백운암, 형광암 등 - 바람직하게는 괴상형태인 경우 장입구(9), 선택적으로는 또한 미분형태인 경우 노즐(36)을 거쳐 - 계속 공급하고,
대략 일정하게 잔류하는 성분을 가진 거의 고체형태의 슬래그(25)를 예를 들면 표준분석으로서 형성/축적한다.
약 30% CaO 2-5% Al2O3≤5% CaF2
≤ 15% SiO ≤ 5% FeOn
13-17% Cr2O3약 10% Femet
5-8% MgO ≤ 4% Crmet
금속제품(24) - 후속 VOD처리할 상기 성질을 가진 예비용탕 - 은 금속 출탕수단(41)을 거쳐 전로(3)에서부터 배출된다. 금속은 전기아크로(1)의 방법 과정을 방해하지 않고 계속적 또는 단속적으로 출탕될 수 있다.
전로(3) 및 전기아크로(1)에 형성되는 오프가스(19)는 예열로(5) 및 가열부(9)를 거쳐 예정대로 배출되는 동시에 고체 장입물질(7)을 예열하는데 채택된다. 동시에, 예열로(5)의 장입물은 오프가스(19)에 포함된 분진에 대하여 예비필터로서 작용한다.
슬래그(25)가 전로(3)에 과다하게 축적되는 것을 방지하며 이로 인한 스컬을 방지하기 위하여, 이른바 "세척작업" 즉 약간 많은 양의 FeSi, 석회 및 형광암을 전로(3)에 운전 약 3시간 후 투입한다. 이 운전은 전로(3)의 슬래그(25)를 액화시키는 동시에 Cr2O3함유량을 감소시켜서, 슬래그(25)가 위어(34)를 거쳐 금속(24)의 역류방향으로 어려움없고, Cr이 많이 손실되지 않으면서 인접하는 전기아크로(1) 내를 통과하여 전기아크로(1)에 형성된 슬래그부와 혼합된다. 이른바 세척작업은 특별한 비용이 발생하지 않고 실질적으로 생산성을 자감시키지 않고 행해질 수 있고, 양자 모두 설비는 금속(24)의 전로(3)에서부터 계속 출탕 및 단속 출탕으로 운전된다.
본 발명의 방법는, C함유량이 낮은(≤0.05%) 스테인리스제품의 생산, 예를 들면 VOD설비가 없이 또한 채택될 수 있다. 이 경우, C강의 제조하는 것과 같이 스틸의 탈산화 및 탈황산화는 전로(3)에서부터의 출탕 및 후속의 2차 금속처리(예를 들면, 레이들노 또는 플러싱 스테이션) 중에 일어난다.
스테인리스제품을 생산하는 공지의 단속적 방법와 비교하여 본 발명의 방법의 주요 장점은 다음과 같다:
- 방법 및 설비의 실질적인 생산성 증가
- 최적의 슬래그제어 및 고효율의 탈탄화 보장
- 실리콘, 슬래그포머 및 에너지원 -(C 매체 및/또는 전기에너지)의 저감
- 전력소모 감소
Claims (40)
- 금속용탕 및/또는 스크랩 및/또는 직접환원 금속, 특히 직접환원 철, 및/또는 광석용의 적어도 하나의 장입구(11, 21) 및 적어도 하나의 전극(16)은 물론 적어도 하나의 슬래그 출탕수단(22)이 제공된 전기아크로(1),적어도 하나의 금속 출탕수단이 제공된 산소-송풍 전로(3)를 포함하고, 여기서상기 산소-송풍 전로와 상기 전기아크로(1)는 오버플로 위어(34)를 거쳐 연결되는 유닛을 형성하고,용탕체적에 특히 관련된 용탕표면은 전기아크로(1)에서보다 산소-송풍 전로(3)에서 보다 적고,상기 산소-송풍 전로(3)는 상기 전기아크로(1)와 이들 노의 용탕 레벨 위에 배열된 공통 반응공간을 공유하는금속용탕, 특히 철용탕, 예를 들면 용강 또는 조강용탕 생산용 설비.
- 제1항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)와 상기 전기아크로(1)를 포함하는 유닛은 기초 상에 견고하게 장착되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)의 금속용탕 레벨은 상기 전기아크로(1)의 금속용탕 레벨 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)의 저면은 상기 전기아크로(1)의 저면보다 낮은 레벨 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에는 산소 또는 산소함유가스 혼합물용 적어도 하나의 송풍랜스(35, 35')가 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에는 저면노즐(36), 바람직하게는 산소-송풍 저면노즐이 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에는 적어도 하나의 금속 출탕수단(43)이 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래그 출탕수단(22)은 상기 전기아크로(1)와 유닛을 형성하며 상기 오버플로 위어(34)와 정반대로 위치되도록 배열되는 것이 바람직한 경사로(2) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3) 및/또는 상기 전기아크로(1)에는 금속장입물질, 광석, 플럭스, 합금, 탄화제를 장입하는 장입구(11, 39)가 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3) 및/또는 상기 전기아크로(1)에는 산소함유가스 또는 산소를 공급하는 후연소 노즐 및/또는 랜스(35)가 제공되며, 이 중 적어도 하나는 상기 두 개의 노(1, 3) 사이의 전이부 근처에 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에는 고체 철매체를 공급하는 적어도 하나의 예열로(5)가 제공되며, 상기 예열로는 상기 전기아크로(1)의 상측, 바람직하게는 그 측면 또는 상기 노(1)의 환형으로 상측에 배열되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제11항에 있어서, 적어도 하나의 컨베이어벨트(8)가 상기 예열로(5)로 들어가는 케이싱(6)에 제공되는 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 설비.
- 제12항에 있어서, 상기 케이싱(6)에는 상기 케이싱에 장착되며 후연소 수단(10) 및/또는 산소함유가스를 공급하는 관을 가진 버너로 구성된 가열수단(10)이 들어가는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예열로(5) 내면의 적어도 일부 및/또는 상기 케이싱(6) 및/또는 상기 전기아크로(1)의 리드(4) 및/또는 상기 산소-송풍 전로(3)의 리드(37)는 내화재로 라이닝되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에는 금속용탕(20), 바람직하게는 용융선철을 공급하는 수단(21)이 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에는 예열로(5)가 제공되며, 상기 예열로는 상기 전기아크로(1)의 상측에 배열되고 가스침투가능하며 냉각된 차단장치(5")를 거쳐 상기 전기아크로(1) 내로 개방되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제16항에 있어서, 상기 예열로(5)는 상기 전기아크로(1)의 상측에 중앙으로 배열되고, 상기 전기아크로(1)의 리드(4)는 환형으로 설계되어 상기 예열로(5)를 둘러싸며 상기 예열로를 상기 전기아크로(1)의 측벽과 연결하고, 전극(16), 바람직하게는 흑연전극이 상기 리드(4)를 관통하여 상기 전기아크로(1)의 내부로 경사지게 돌출하는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)의 내부로 개방되는 노즐(33) 및/또는 랜스(32) 및/또는 버너(32a)가 제공되며, 철매체 공급수단 및/또는 광석 공급수단 및/또는 석탄 및 탄소매체 공급수단 및/또는 슬래그포머 공급수단 및/또는 산소 및 산소함유가스를 공급하는 공급수단 및/또는 탄화수소 공급수단 및/또는 불활성가스 공급수단 중 어느 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에는 노즐(36) 및/또는 랜스(35)가 배열되며, 철매체 공급수단 및/또는 광석 공급수단 및/또는 석탄 및 탄소매체 공급수단 및/또는 슬래그포머 공급수단 및/또는 산소 또는 산소함유가스를 공급하는 공급수단 및/또는 탄화수소 공급수단 및/또는 불활성가스 공급수단 중 어느 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 노즐(33, 36)은 서브용탕 노즐 및/또는 저면 플러싱 벽돌로 구성되고, 또는 상기 랜스(32, 35)는 이동가능, 특히 그들의 종축방향으로 피봇가능 및/또는 변위가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에는 상측으로부터 상기 노(1) 내로 돌출하는 대략 중앙으로 배열된 (하나의) 전극(16) 및 선택적으로 저면 전극(17)이 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예열로(5)는 상기 전기아크로(1) 및 상기 케이싱(6)과 분리가능 및 교환가능한 유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)의 리드(4) 및 상기 산소-송풍 전로(3)의 리드(37)가 유닛을 형성하거나 또는 유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제어 및/또는 수리용 개구(50)가, 바람직하게는 상기 전기아크로(1)에서 상기 산소-송풍 전로(3)로의 전이부 상측에 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)는 상기 전기아크로(1)와 분리가능 및 교환가능한 구조유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에는 경사로(2) 쪽으로 하향하여 경사지며 상기 경사로(2)의 대략 수평으로 위치된 저면부 내로 합쳐지는 저면(18)이 제공되고, 상기 저면의 최하단 지점이 상기 경사로(2)에 제공되며 상기 경사로(2)의 상기 최하단 지점(18)에는 금속 출탕수단(43)이 제공되는 것을 특징으로 하는 설비.
- 금속용탕, 특히 용강, 예를 들면 조강용탕 또는 합금용탕 또는 특수강용탕 또는 스테린리스강용탕을 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 설비를 사용하여 생산하는 방법에 있어서,상기 전기아크로(1)에서, 예비용탕이 생산되어 소정의 온도레벨 및 소정의 화학성분으로 되고,상기 예비용탕이 오버플로 위어(34)를 거쳐 상기 산소-송풍 전로(3) 내로 계속해서 흐르고,상기 예비용탕이 상기 산소-송풍 전로(3)에서, 바람직하게는 조강으로 계속 정련되고,상기 정련된 용탕이 상기 산소-송풍 전로(3)에서부터 계속적 또는 단속적으로 배출되고,상기 산소-송풍 전로(3)에 금속과 역류로 형성되는 슬래그는 상기 전기아크로(1) 내로 흘러서 여기로부터 배출되는단계가 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에서는 예비정련이 행해지고, 상기 산소-송풍 전로(3)에서는 최종 정련이 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에서, 상기 금속용탕의 화학성분 및 온도가, 출탕에 필요한 최종 용탕 또는 최종 제품의 화학성분 및 온도에 대응하도록 계속적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항, 제28항 및 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에 형성된 오프가스는 상기 전기아크로(1)를 거쳐 배출되고, CO + H2-후연소는 상기 산소-송풍 전로(3) 및 상기 전기아크로(1) 양자 모두에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1)에 발생된 오프가스 및 상기 산소-송풍 전로(3)에서 상기 전기아크로(1) 내로 흘러 들어온 오프가스가 채택되어 상기 전기아크로(1) 내에 장입된 괴상 장입물질을 예열하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 예열용으로 채택된 상기 오프가스는 상기 예열방법 도중에 후연소되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기아크로(1) 및 상기 산소-송풍 전로(3)에는 부압이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 설비를 사용하여 용융선철을 생산하는 방법에 있어서,상기 전기아크로(1)에 선철이 액체형태로 장입되어 소정의 온도레벨로 되고,상기 전기아크로(1)에서 Si- 및 P- 함유량이 낮아지고,상기 용융선철이 상기 오버플로 위어(34)를 거쳐 상기 산소-송풍 전로(3) 내로 계속해서 흐르고,상기 용융선철이 상기 산소-송풍 전로(3)에서 계속해서 부분적으로 정련되고,상기 부분적으로 정련된 선철이 상기 산소-송풍 전로(3)에서부터 계속적 또는 단속적으로 배출되고,상기 산소-송풍 전로(3)에 형성되는 슬래그는 금속과 역류방향으로 상기 전기아크로(1) 내로 흘러서 여기로부터 배출되는단계가 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 부분적으로 정련된 선철은 상기 설비에 추가로 제공된 전로 또는 전기아크로에서 종래의 방법으로 최종 정련되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 장입혼합물은고철과 같은 스크랩(7), 및/또는 고체 선철 또는 주철,펠릿 및/또는 브리켓 형태의 직접환원철(12) 및/또는 탄화철,용융선철(20)중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 방법.
- 제36항에 있어서, 합금강용탕 또는 특수강용탕 또는 스테인리스강용탕을 생산하기 위하여, 상기 금속 장입혼합물은 적어도 합금고철 및 액체 및/또는 고체 합금제 및/또는 합금철로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에서부터 출탕된 상기 용강은 탈탄화를 포함하는 후속의 2차 금속처리에서 부압(진공)으로 또는 부압없이 예비용탕으로 추가 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 산소-송풍 전로(3)에서부터 출탕된 상기 용강은 후석의 2차 금속처리, 예를 들면 레이들노 또는 플러싱스테이션에서 최종 용탕으로 추가 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제27항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 방법시간이 지난 후, 상기 슬래그의 액화 또는 환원처리가 상기 산소-송풍 전로(3)에서 각각 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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