KR20050065204A

KR20050065204A - 슬래그 포밍 조성장치

Info

Publication number: KR20050065204A
Application number: KR1020030096974A
Authority: KR
Inventors: 은종고; 조정우; 김종균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-06-29
Also published as: KR101030551B1

Abstract

전기로의 슬래그 포밍 조성장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 분체 카본을 전기로 전극봉의 내주관을 통하여 로내의 슬래그 층에 투입하여 슬래그 포밍이 조기에 조성되도록 한 전기로 전극봉을 이용한 슬래그 포밍 조성장치에 관한 것으로서, 상부 전극봉에 형성된 내주관을 통해 카본을 전기로 중앙의 슬래그 계면에 투입함으로서 가스반응을 촉진시키고 슬래그 포밍의 쉽게 조성할 수 있으며, 이로인한 전력사용량과 카본 사용량을 절감하고 흡질을 최소화하여 성분격외를 방지하는 슬래그 포밍 조성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치는 용강을 가열하는 전극봉과 슬래그 포밍재를 공급하는 랜스를 포함하는 전기로의 슬래그 포밍 조성장치에 있어서, 상기 전기로의 상부중심에 설치되어 상기 용강으로 탄소원을 공급을 공급하는 내주관이 관통형성된 전극봉과, 상기 전기로의 측면 일측에 설치되어 상기 용강으로 산소원을 공급하는 산소 랜스를 포함한다.

Description

슬래그 포밍 조성장치 {SLAG FOAMING PREPARATION APPARATUS}

본 발명은 전기로의 슬래그 포밍 조성장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 분체 카본을 전기로 전극봉의 내주관을 통하여 로내의 슬래그 층에 투입하여 슬래그 포밍이 조기에 조성되도록 한 전기로 전극봉을 이용한 슬래그 포밍 조성장치에 관한 것이다.

일반적으로 스테인레스강 등의 용강류를 제조할 때에는 전기로를 사용하여 금속을 용융한다. 이러한 전기로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기를 이용하여 금속이나 합금을 가열, 용해하는 것으로서, 전기로(10)의 상부를 개폐시키는 커버(12)에 수직 방향으로 설치된 전극봉(20)에 고전류를 통전하면 고열의 아아크 열이 발생되면서 전기로(10) 내부의 고철과 합금철을 용해하는 것이다. 한편, 상기 전기로(10)에서 용해작업을 할 때에는 용강(P)의 상부에 슬래그(Slag)(S)가 부상되며 이때 상기 슬래그(S)를 포밍시키기 위해서 산소와 탄소원을 각각 공급하는 산소 랜스(16)와 카본 랜스(18)를 이용하여 슬래그(S)의 상부에 분체 카본을 취입하고 있다. 상기 카본을 취입하는 이유는 고철과 합금철을 용해시 필요되는 전력소모량(ton/kwh)의 절감및 전극에 의해서 발생되는 아아크에 의한 전기로(10) 벽면의 파손을 방지하여 노벽을 보호하기 위한 것이다.

전술된 바와 같이 구성된 전기로(10)에서의 용강(P)을 제조하는 방법은 고철을 전기로(10)에 장입한 후 전극봉(20)을 이용하여 아아크(Arc)를 발생시켜 고철을 용해하고 배재구(14)를 차단하고 있는 고철을 산소 컷팅(Cutting)용해 한 후 산소 랜스(16)를 진입시켜 산소를 취입함으로써 고철 용해가 이루어지며 용해된 용강(P)을 적정한 온도 및 성분으로 조성하기 위하여 산소 랜스(16)와 카본 랜스(18)를 통해 각각 산소와 탄소원을 각각 슬래그(S) 중에 취입시켜 공급된 탄소원을 산화반응시키고 이때 발생하는 산화반응열을 이용하여 용강(P)을 목표온도(1600±10℃)까지 승온하고 용강(P)중의 불순성분을 산화정련한 후 출강을 행하게 된다.

특히, 상기 카본 랜스(18)를 통해 분체카본을 슬래그(S) 중에 투입함으로써 슬래그 포밍(거품현상)을 조성하여 전력사용량 절감과 전극에 의해서 발생되는 아크(Arc)에 의한 전기로(10) 벽체 파손과 산소 랜스(16)와 카본 랜스(18)의 취입시 발생하는 용강의 유동에 의한 전기로(10) 벽체 용손을 방지하고 있다.

전술된 슬래그의 포밍 방법은 전기로(10) 정련시 고철(Scrap) 및 용선을 장입하여 용해 후 용강(P) 표면에 포밍재를 분사할 수 있는 산소와 카본 랜스(16, 18)로 포밍재를 약 48도의 각도로 주입하면 아크를 사용할 때 열방산 손실을 억제하거나 강욕으로 열전도율을 향상시키기 위하여 필요한 것으로서, 포밍(Foaming)을 통하여 전류 및 전압 편차를 줄일수 있으며 아크 발생에 따른 소음을 흡수하고 나아가서 대기중으로부터 흡질을 줄일 수 있다.

전술된 바와 같이, 용강에 슬래그 포밍을 일으키기 위한 방법으로는 포밍재를 취입하는 방법이 사용된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 포밍재로는 카본(Carbon)이 주로 사용되고 있으며, 산소를 수송가스(Carrier Gas)로하여 탄소(C) 분체를 용강(P)표면의 슬래그(S)층으로 취입하여 폼을 유발하고, 이 폼에 의하여 열 방산 손실을 막고 전극봉(20)의 아크에 의한 노체 측벽의 손상을 방지할 수 있게 된다. 이러한 카본 취입은 또한 강의 탈산 및 FeO의 환원효율을 향상시켜 아크로의 열효율도 향상시켜 높이며 유가금속의 회수를 위하여도 사용된다. 이때, 사용되는 화확반응은 반응식 1과 반응식 2와 같이 표현된다.

전술된 바와같이, 용강에 슬래그 포밍을 일으키기 위한 방법은 FeO의 환원반응에서 발생되는 CO가 슬래그(S)층에 포집되어 융기되는 현상을 활용한다. 또한, FeO의 환원 반응은 흡열 반응이므로 슬래그 포밍조업의 기본 조건은 온도 유지가 필요하다. 따라서 여러가지 조건이 동반되어야 하는데 분체 카본을 전기로(10)의 배재구(14)측에서 횡취시에는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.

먼저, 슬래그(S)의 계면, 즉, 슬래그(S)층에 카본을 취입해야하고, 상기 카본을 전기로(10) 중앙으로 분사하여야 하며 노내의 온도를 확보해야 한다.

그러나, 이러한 종래의 카본취입 방법은 전기로(10) 배재구(14)측에서 횡취를 하게되므로 전기로(10) 조작실에서 산소 랜스(16)와 카본 랜스(18)의 각도를 조정하여 슬래그(S)층에 분사하고 있으나, 전기로(10)의 내부에서 발생하는 화염과 흄(Fume)에 의해서 랜스 조작자가 카본 취입상태를 육안으로 확인이 곤란하였다. 전술된 문제점으로 인해 전기로(10) 올 스크랩(All Scrap) 조업시 랜스 조작자가 정확히 전기로(10) 중앙의 슬래그(S) 계면에 카본을 투입하지 못하므로써 산소와 Carbon의 투입 위치와 투입각의 부적절에 의한 슬래그(S) 포밍이 불량해지고, 반응식 1과 같이 가스발생이 왕성히 일어나지 않아 슬래그(S) 포밍을 조성하는데에 장시간이 소요되었으며 산소취입량 증가로 인한 과산화 발생과 제강시간을 증가시키는 원인이 되었다.

특히, 상기 전기로(10)의 스크랩 조업시 배재구(14) 전면에 존재하는 고철(Scrap)이 용해되지 않아 전기로(10)내의 카본투입이 지연되므로 상부전극 주위에 슬래그(S) 포밍의 발생이 늦어져 용강(P)의 유동량이 증가되며 증가되며 전기로(10) 수냉 판넬(Panel)에 지속적인 열부하로 인하여 설비에 과부하가 걸리고, 고장의 원인이 되는 문제점이 있다. 또한 랜스(16, 18)를 슬래그(S)층에 투입하기 위해 카본 랜스(18)를 용강(P) 탕면에 담궈 분사하므로 랜스(16, 18)가 용손되고 지금이 부착되어 출강 완료 후 지금제거 작업을 해야하는 등 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상부 전극봉에 형성된 내주관을 통해 카본을 전기로 중앙의 슬래그 계면에 투입함으로서 가스반응을 촉진시키고 슬래그 포밍의 쉽게 조성할 수 있으며, 이로인한 전력사용량과 카본 사용량을 절감하고 흡질을 최소화하여 성분격외를 방지하는 슬래그 포밍 조성장치을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치는 용강을 가열하는 전극봉과 슬래그 포밍재를 공급하는 랜스를 포함하는 전기로의 슬래그 포밍 조성장치에 있어서, 상기 전기로의 상부중심에 설치되어 상기 용강으로 탄소원을 공급을 공급하는 내주관이 관통형성된 전극봉과, 상기 전기로의 측면 일측에 설치되어 상기 용강으로 산소원을 공급하는 산소 랜스를 포함한다.

여기서, 상기 전극봉의 상단은 상기 내주관과 연통하여 포밍재를 공급하기 위한 립플을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극봉은 복수개로 분절된 다수의 전극블록으로 이루어지고, 각각의 전극블록에는 인접되는 전극블록과 결합되는 나사부가 형성될 수 있다. 나아가, 하단에 상기 전극봉에 결합되기 위한 나사부가 형성되며 내부에 상기 내주관과 연통하는 통로가 형성되고, 상기 립플의 상단에는 상기 통로와 포밍재 공급부를 연통하는 가스공급관가 연결가능한 소켓이 형성될 수 있다.

슬래그 포밍 조성장치는 전력을 방출하는 전극봉과 포밍재를 공급하는 랜스를 포함하는 전기로에 있어서, 상기 전극봉은 길이방향으로 관통된 내주관이 형성되고, 상기 전극봉의 상단에 결합되어 상기 내주관과 연통하여 포밍재를 공급하기 위한 립플을 포함한다.

여기서, 상기 전극봉은 복수개로 분절된 다수의 전극블록으로 이루어지고, 각각의 전극블록에는 인접되는 전극블록과 결합되는 나사부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 립플은 하단에 상기 전극봉에 결합되기 위한 나사부가 형성되며 내부에 상기 내주관과 연통하는 통로가 형성되고, 상기 립플의 상단에는 상기 통로와 포밍재 공급부를 연통하는 가스공급관가 연결가능한 소켓이 형성될 수 있다.

전술된 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치는 용강의 제련시 용강의 계면에 슬래그 포밍이 조성되도록 상기 전극봉의 내주관을 통해 전기로 중앙부의 슬래그 층 또는 용강 계면에 포밍재를 투입한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치의 구성도이다. 본 발명에 의한 슬래그 포밍 조성장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기로(50)의 상부에 커버(52)가 설치되고, 상기 전기로(50)의 일측에는 상기 용강의 계면에 포밍이 발생되도록 산소를 공급하는 산소 랜스(56)가 설치된다. 또한, 상기 커버(52)의 중심에는 상기 전기로(50)에 저장된 용강의 제련을 위해 고전력을 방출하는 전극봉(60)이 설치된다. 상기 전극봉(60)의 하단은 상기 전기로(50)의 용강이 인접되게 위치된다. 또한, 상기 전기로(50)의 저부에는 두 개의 빌레트형 하부전극(57)과 상기 하부전극(57)으로 전력을 공력하는 하부전력 공급관(58)이 설치된다. 상기 전극봉(60)에는 (도시되지 않은) 정류기의 음(-)극이 연결되고, 상기 하부전극(57)에는 (도시되지 않은) 정류기의 양(+)극이 연결된다.

본 발명에 의한 슬래그 포밍 조성장치의 전극봉이 도시된 사시도, 분해사시도, 단면도인 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 전극봉(60)은 상기 용강의 계면에 포밍재를 공급할 수 있도록 길이방향으로 관통된 내주관(62)이 형성된다. 또한, 상기 전극봉(60)의 상단에는 상기 내주관(62)과 연통하는 립플(67)이 결합된다. 이를 위해 상기 립플(67)의 하단에는 상기 전극봉(60)에 결합되기 위한 나사부(67a)가 형성되며 상기 전극봉(60)의 내부에는 상기 내주관(62)과 연통하는 통로(68)가 형성된다. 상기 통로(68)는 상기 전극봉(60)으로 포밍재를 공급하기 위한 것으로서, 상기 립플(67)의 상단에는 상기 통로(68)와 (도시되지 않은) 포밍재 공급부를 연통하는 가스공급관(69)이 연결되기 위한 소켓(67b)이 형성된다. 여기서, 상기 전극봉(60)은 복수개로 분절된 다수의 전극블록(64, 65, 66)으로 이루어지고 각각의 전극블록(64, 65, 66)에는 인접되는 전극블록(64, 65, 66)과 결합되는 결합부가 형성된다. 상기 전극블록(64, 65, 66)은 일단에 수나사부가 형성되고, 타단에는 인접된 다른 전극 블록의 수나사부와 체결되도록 상기 수나사부와 대응되는 형상의 암나사부가 형성된다. 본 발명의 실시예에서 상기 전극봉(60)은 직경이 28인치로 형성되고, 상기 전극봉(60)의 내주관(62)은 내경이 40mm로 형성된다. 또한, 상기 립플(67)은 최상단에 위치된 전극블록(64, 65, 66)의 상단에 형성된 암나사부에 결합되도록 나사산이 형성된다. 한편, 상기 립플(67)의 상부에는 상기 립플(67)의 파지를 용이하게 하기 위한 핸들(67c)이 형성된다. 전술된 전극블록(64, 65, 66)와 립플(67)의 연결부위에는 상기 내주관(62)을 통해 공급되는 포밍재의 누설을 방지할 수 있도록 실링제가 포함되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 전극봉(60)과 립플(67)의 체결이 완료되면 상기 가스공급관(69)의 말단부의 체결너트를 상기 립플(67)의 중앙으로 돌출된 전극블록(64, 65, 66)에 체결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 슬래그 포밍 조성장치(50)는 용강의 제련함에 있어서 열손실을 억제거하나 강욕으로 열전도율을 향상시키기 위해 용강의 계면에 포밍을 발생시킨다. 이를 위해 전극봉(60)의 내주관(62)을 통해 분체 카본을 공급하고 산소 랜스(56)를 통해 산소를 공급하여, 상기 분체 카본과 산소가 용강의 표면과 화학적으로 반응되도록 한다. 이때, 상기 분체 카본은 고압의 산소를 이용하여 상기 전극봉(60)으로 수송된다.

본 발명에서 포밍재의 투입량은 슬래그(S) 조제와 포밍 증가를 위해 생석회 2.5톤, 경소백운석 1톤을 스크랩 용해시 투입 하며 전기로(50)에서 카본 취입 시기는 1차 용해 → 2차용해 →정련기로 구분 하는데 전기로(50) 포밍 조업은 스크랩이 80%이상 용해된 시점("용락기"라고 칭함)을 기준으로 취입한다.

또한, 카본 취입 조건으로는 용강의 상부에 위치된 전극봉(60)의 내주관(62)이 용해 작업시 용강(P) 비산에 의하여 고착되어 막히지 않도록 용해 개시와 동시에 카본 인젝션 스타트(Carbon Injection Start)를 실시하면 산소 퍼지가 계속되면서 내주관(62)의 막힘을 방지한다.

또한, 용락기가 되어 카본투입 조건이 되면 조작 판넬에서 모터를 기동시켜 상부전극봉(60) 내주관(62)에서 고압의 산소 수송가스와함께 카본이 인젝션 되면 카본은 용강(P) 속으로 침투되어 반응식 3과 같은 반응으로 많은량의 CO가스가 슬래그(S)층으로 분출되면서 아주 좋은 포밍 조건이 형성되어 포밍이 왕성하게 일어나게 된다. 전술된 반응식은 아래의 반응식 3과 같이 정리된다.

전술된 바와 같이 슬래그 포밍 조성장치(50)를 이용한 포밍 방법은, 반응식 3과 같이, 슬래그(S) 포밍 조성이 왕성하면 전극의 아크에 의해 발생되는 소음이 현저히 감소되고, 전력효율이 증가하며, 노내 측벽 마모 감소 등의 효과가 발생되어 전기로(50) 조업에서 원가를 절감할수 있는 획기적인 조업 방법이다.

이하, 실시예를 통해 자세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예에 의한 슬래그(S) 포밍 조성용 전기로를 이용한 조성장법은 145톤 D.C형 트윈쉘(Twin Shell) 전기로(50)에 고철원료가 1차분으로 90톤 장입되면 전극봉(60)에 전력을 공급하여 아아크(Arc)를 발생시켜 고철원료를 용해한 후 다시 고철 50톤을 장입하여 산소 및 탄소(C)원을 취입하면서 전극에 전력을 투입하여 아아크(Arc)를 발생시켜 고철원료를 용해하는 작업이 이루어진다. 여기서, 탄소(C)원 투입은 상부전극봉(60)으로 고철원료를 용해하면서 상부전극봉(60)의 내주관(62)을 통하여 고압의 산소와 함께 분체카본을 분사하므로 고철 컷팅시 바로 분사하여 슬래그(S) 포밍을 조기에 조성할 수 있으며 용융물에 탄소원이 투입되면서산화반응열에 의하여 고철용해 촉진과 슬래그(S) 포밍을 조성하게 된다.

또한, 상기 전극봉(60)의 아크열, 그리고 산소취입에 의한 주용해작업이 완료되면 상기 전극봉(60)의 전원을 차단한 상태로 산소를 단독 취입하여 용강(P)의 온도를 목표온도(1600±10℃)까지 승열시키게 된다.

이때, 상기 용강(P)의 온도가 목표온도 보다 낮을 경우에는 산소 랜스(56)와 상기 전극봉(60)의 내주관(62)을 통해 산소와 탄소원을 각각 슬래그(S)(Slag) 중에 취입시켜 공급된 탄소(C)원을 산화반응시키고 이때 발생하는 산화반응열을 이용하여 용강(P)을 목표온도(1600±10℃)까지 승온하고 용강(P)중의 불순성분을 산화정련한 후 출강을 행하게 된다.

여기서, 산소와 탄소(C)원이 반응하여 발생하는 열에 의해 용강(P)의 온도를 승온시켜야 하므로 반응장소가 중요하며 산소와 탄소(C)의 반응장소는 용강(P) 및 슬래그(S)(Slag) 내에서 반응이 진행되어야 한다. 또한, 상기 전극봉(60)의 내주관(62)에 의해 투입되는 탄소(C)원은 취입되는 산소와 쉽게 접촉할 수 있도록 취입하여야 하며, 이를 위해 상기 전극봉(60)을 용강(P)중 또는 슬래그(S)층에 담가서 불어 넣어 용강(P) 및 슬래그(S)(Slag) 중으로 침투하여 반응하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 조건에 근접할수록 상기 전극봉(60)의 내주관(62)에 의해 로내에 투입되는 탄소(C)는 취입되는 산소와 활발한 반응을 일으키면서 용강(P)표면의 슬래그(S)(Slag)를 거품화하는 슬래그(S) 포밍(Slag Foaming)을 양호하게 조성하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치는 상부 전극봉에 형성된 내주관을 통해 카본을 전기로 중앙의 슬래그 계면에 투입함으로서 가스반응을 촉진시키고 슬래그 포밍의 쉽게 조성할 수 있으며, 이로 인한 전력사용량과 카본 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 슬래그 포밍 조성 중 흡질이 최소화되어 용강의 성분격외를 방지할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 슬래그 포밍 조성장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치의 전극봉이 도시된 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치의 전극봉이 도시된 분해사시도

도 5는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 조성장치의 전극봉이 도시된 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 전기로 52 : 커버

56 : 산소 랜스 57 : 하부전극

58 : 하부전력 공급관 60 : 전극봉

62 : 내주관 64, 65, 66 : 전극블록

67 : 립플 67a : 나사부

67b : 소켓 67c : 핸들

68 : 통로 69 : 가스공급관

Claims

용강을 가열하는 전극봉과 슬래그 포밍재를 공급하는 랜스를 포함하는 전기로의 슬래그 포밍 조성장치에 있어서,

상기 전기로의 상부중심에 설치되어 상기 용강으로 탄소원을 공급을 공급하는 내주관이 관통형성된 전극봉과,

상기 전기로의 측면 일측에 설치되어 상기 용강으로 산소원을 공급하는 산소 랜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 조성장치.
청구항 1에 있어서, 상기 전극봉의 상단은 상기 내주관과 연통하여 포밍재를 공급하기 위한 립플을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 조성장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 립플은 하단에 상기 전극봉에 결합되기 위한 나사부가 형성되며 내부에 상기 내주관과 연통하는 통로가 형성되고, 상기 립플의 상단에는 상기 통로와 포밍재 공급부를 연통하는 가스공급관가 연결가능한 소켓이 형성된 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 조성장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 전극봉은 복수개로 분절된 다수의 전극블록으로 이루어지고, 각각의 전극블록에는 인접되는 전극블록과 결합되는 나사부가 형성된 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 조성장치.