KR20080061846A - 전로의 보수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로의 보수 방법에 관한 것으로, 전로에 열간 보수재를 투입하는 단계와, 상기 전로를 경동하여 상기 열간 보수재를 보수하고자 하는 부위에 위치시키는 단계와, 상기 열간 보수재가 고체 상태로 될 때까지 상기 보수하고자 하는 부위의 ±40도 범위 내로 유동하도록 전로를 경동시키는 단계 및 상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계를 포함하는 전로의 보수 방법이 제공된다. 이에 따라서, 양생 시간을 단축시킬 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다.

제강, 전로, 정련, 침식, 보수, 보강, 열간 보수재, 니더재, 양생

Description

전로의 보수 방법{METHOD FOR REPAIRING A CONVERTER}

도 1은 종래 전로의 보수 방법을 포함한 전로 정련 공정의 작업 진행을 도시한 공정 순서도.

도 2는 본 발명의 전로의 보수 방법을 포함한 전로 정련 공정의 작업 진행을 도시한 공정 순서도.

도 3은 전로 대기시 노내 온도를 도시한 그래프.

도 4는 전로의 보수 공정시 전로 위치를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전로

20 : 공기 공급 호스

30 : PLC

40 : HMI 모니터

본 발명은 전로의 보수 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로용 열간 보수재인 니더재를 이용하여 전로의 소손된 특정 부위를 보수하는 전로의 보수 방 법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 전로 공정은 용광로에서 만들어진 용선을 용강으로 정련하는 공정이다. 이 공정에 사용하는 전로는 고온의 용융물이 담겨지는 일종의 자루형의 용기로, 외부는 두터운 철피로 되어 있으며, 그 철피 내부로 내화물이 축조된다. 상기 전로 내화물의 주성분은 부위별 약간의 차이는 있으나 마그네시아(MgO)와 카본으로 구성되어 있으며, 장입물의 충격, 노체 경동, 취련 중 용철 및 슬래그(slag)와의 격렬한 교반, 더스트(dust) 및 가스의 대량 발생, 급격한 온도 변화 등에 의해 그 사용 조건은 다른 제강용 내화물보다 상당히 가혹하다. 전로의 내화물 특성이 우수하다고 해도 제강 전로 공정에 있어서, 노체의 급격한 온도 변화, 고철 장입에 따른 노체에 대한 물리적인 충격 또는 산소 취입에 의한 용강 교반에 의해 노체에 충격이 가해짐에 따라 기계적 마모, 화학적 및 열적 침식이 진행된다.

따라서, 이와 같은 내화물의 기계적 마모, 화학적 및 열적 침식으로부터 마모율을 저하시키기 위해 각종 코팅 기법(coating) 기법을 사용하고 있다. 일반적으로 내화물 침식을 억제하기 위해 잔류 슬래그 및 코팅제를 이용한 질소 스프레쉬 코팅(nitrogen splash coating) 등을 실시한다. 또한, 노체 사용 횟수가 증가함에 따라 내화물 침식이 많이 일어난 경우, 전로의 국부적으로 소모된 부위를 보수하여 전로 내화물 수명 연장을 도모할 목적으로 다양한 보수 방법이 채용되고 있다. 가장 효과적인 방법으로, 열간 보수재인 니더재를 투입하여 보수하는 방법을 사용하고 있다.

도 1은 종래 전로의 보수 방법을 포함한 전로 정련 공정의 작업 진행을 도시 한 공정 순서도이다.

우선 전로에 고철과 용선을 장입한 후 취련 작업을 진행한다. 전로의 취련 도중 대기 발생이 예상되는 경우에는, 전로를 보수하기 위한 보수재를 준비한다. 취련 작업을 마친 전로를 경동하여 용강을 래들(ladle)로 내보내는 출강 작업을 실시한다. 다음으로, 슬래그를 소정량 1차 배재한 후 코팅제를 투입하여 고압의 질소 가스의 분사를 이용하여 질소 분사 코팅을 하고, 전로를 경동하여 코팅 혼합물이 전로 내화물에 골고루 부착되도록 잔류 슬래그 코팅을 한다. 잔류 슬래그를 슬래그 포트에 완전 배재한다.

이후, 고철 슈트에 미리 준비해 놓은 열간 보수재인 니더재를 전로에 투입하고, 니더재의 유동성을 이용하여 투입된 니더재가 보수하고자 하는 부위에 위치되도록 전로를 경동시켜 양생시킨다. 니더재는 마그네시아 클린커, 돌로마이트 클린커 등의 염기성 내화성 골재에 분말상 피치 및 기타 첨가제를 혼련하여 이루어진다. 니더재는 전로에 투입되는 초기에 전로 내부의 1400℃의 고온으로 인해 내화성 골재와 분말상의 피치가 엉겨 붙으면서 시커먼 화염이 발생되며 유동성을 갖게 된다. 이러한 유동성을 이용하여 전로의 보수 부위에 위치되도록 전로를 경동하면, 유동성을 갖는 니더재는 함몰된 보수 부위를 채우며 니더재의 분말상 피치가 타오르며 주변의 내화성 골재를 굳히고 전로 내화물에 부착한다. 전로에 장입되는 니더재는 이러한 과정을 통해 양생되며 전로의 소손된 부분을 보수하게 된다.

니더재는 온도가 높을수록 빠르게 양생된다. 그러나 전로에 니더재를 투입하여 보수하는 경우, 전로 대기시 노내 온도를 도시한 도 3에서 볼 수 있듯이, 초기 에는 1400℃의 온도를 유지하나, 시간이 흐를수록 주변 온도 및 전로 철피 외부에 설치된 철피 냉각 장치에 의해 온도가 급격히 감소하여 60분 후에는 900℃전후로 저하된다. 노내 온도가 낮아질수록 분말상의 피치가 함유한 휘발성 성분을 태울 수 있는 열량이 부족하기 때문에 니더재의 양생 시간이 길어지는 문제점이 있다.

특히, 니더재의 보수 물량이 많을수록 양생 시간이 길어지게 되는데, 이는 1톤당 한 시간 정도의 양생 시간이 필요하며, 보수 물량이 많을 시에는 육안으로 양생되어 보인다 해도 실제로는 1 내지 2시간이 더 필요하다. 또한, 낮은 온도에서 양생된 니더재의 경우, 많은 양의 니더재를 투입하여 보수하여도 보수 이후 노체의 사용 횟수가 적은 편이다. 따라서, 작업자들은 보통 1톤 정도의 니더재 만을 투입함으로써 자주 보수하게 되는데, 이는 작업을 번거롭게 하며 생산성을 저하시키는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 반복적으로 900℃로 감소했다가 1700℃로 증가되며 생기는 온도 변화에 따른 물리적인 변화로 인한 전로 내화물의 스트레스로 노체 침식이 가중되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 니더재의 휘발성 성분을 조기 연소시키며, 전로에 코크스를 투입하여 노내 온도를 고온에 일정하게 유지함으로써, 양생 시간을 단축시킬 수 있고, 또한 대량의 니더재를 투입하며 이에 따른 노체의 사용 회수를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있고, 온도 변화로 인한 스트레스를 경감하여 노체 수명을 연장할 수 있는 전로의 보수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 전로에 열간 보수재를 투입하는 단계와, 상기 전로를 경동하여 상기 열간 보수재를 보수하고자 하는 부위에 위치시키는 단계와, 상기 열간 보수재가 고체 상태로 될 때까지 상기 보수하고자 하는 부위의 ±40도 범위 내로 유동하도록 전로를 경동시키는 단계 및 상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계를 포함하는 전로의 보수 방법에 의해 달성된다.

여기서 상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계는, 상기 코크스를 투입한 후 산소를 공급하는 것이 바람직하다.

또한 상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계는, 상기 전로 내부 온도를 1100 내지 1500℃로 유지하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전로에 열간 보수재를 투입하는 단계 이전에, 상기 전로에 고철과 용선을 장입하여 취련하는 단계와, 상기 전로를 경동하여 출강하는 단계와, 상기 전로에 코팅제를 투입하여 질소 분사 및 잔류 슬래그 코팅하는 단계 및 상기 전로에 남은 잔류 슬래그를 완전 배재하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전로의 보수 방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 제강 공정의 취련 설비인 전로를 보수하는 방법에 관한 것으로서, 용광로에서 생산된 용선을 제품으로 만들기 위한 중간 공정에 해당된다. 일반적으로 전로 정련 공정은 장입 작업, 취련 작업, 출강 작업 및 배재 작업 순으로 진행 된다.

도 2는 본 발명에 따른 전로의 보수 방법을 포함한 전로 정련 공정의 작업 진행을 도시한 공정 순서도이다.

우선 본 발명에서 열간 보수재를 이용한 전로의 보수 작업을 실시하기 전의 제강 공정은 다음과 같다.

전로에 고철과 용선을 장입한 후 취련 작업이 시작된다. 전로 상부의 랜스로부터 고압의 산소 가스를 취입하여 용선이 가지고 있는 현열과 불순물의 산화 반응 시 발생되는 열인 반응열을 활용하여 부원료와 고철을 용해하며 불순물을 태운다. 이러한 취련 과정을 거치며, 용강의 온도는 약 1400℃ 내지 1700℃를 유지하는 고온이 되고, 전로 내화물의 열적, 화학적인 침식이 발생한다. 전로의 취련 도중 대기 발생이 예상되는 경우에는, 전로를 보수하기 위한 보수재를 준비한다.

상술한 바와 같이 용선에 대한 취련 작업을 실시하여 청정성을 확보한 용강을 제조하고, 그 다음 전로를 경동하여 용강을 래들로 내보내는 출강 작업을 실시한다. 그 다음, 슬래그를 소정량 1차 배재한 후, 코팅제로서 일정량의 돌로마이트와 경소돌로마이트를 투입한다. 고압으로 압축된 질소 가스를 노내에 분사시켜 코팅 혼합물을 전로 내화물에 골고루 부착되도록 질소 분사 및 잔류 슬래크 코팅을 실시하고, 전로 내에 남은 잔류 슬래그를 슬래그 포트에 완전 배재한다.

이후, 전로 내화물의 보수 작업을 실시하게 된다.

이를 위해 고철 슈트에 미리 준비해 놓은 열간 보수재를 전로에 투입한다. 열간 보수재로는 염기성 내화성 골재에 분말상 피치 및 기타 첨가제를 혼련하여 이 루어진 니더재를 사용할 수 있다. 상기 니더재는 마그네시아클리커와 돌로마이트클린커를 5:5의 비율로 함유한 염기성 내화성 골재 75 내지 85wt% 및 분말상 피치 15 내지 25wt%를 포함한다.

전로에 투입된 열간 보수재는 1400℃ 정도의 전로 자체의 고온으로 인해 분말상의 피치와 내화성 골재가 엉겨 붙으며 시커먼 화염이 발생되면서 고체 상태에서 액체 상태로 변하여 유동성을 갖게 된다. 이러한 유동성을 이용함으로써, 전로를 경동하여 열간 보수재가 전로의 보수하고자 하는 부위에 위치되도록 한다. 또한 열간 보수재가 고체 상태로 될 때까지는, 상기 보수 부위로부터 상하한으로 40도 범위로 전로를 경동하여 열간 보수재가 용융 상태에서 지속적으로 유동하도록 한다. 이에 따라, 열간 보수재의 휘발성 성분을 조기 연소시킬 수 있다. 즉, 전로의 경동 없이 열간 보수재가 보수 부위에 그대로 유지되어 있는 경우에는 열간 보수재 중의 휘발성 성분의 연소가 늦어지고 고체 상태로 유지되는 시간이 많이 소요되며, 결국 양생 시간이 길어지게 된다. 반면, 상기와 같이 열간 보수재가 고체 상태로 될 때까지 보수 부위의 ±40도로 상하 경동하는 경우에는 열간 보수재 중의 휘발성 성분이 조기 연소되어 양생 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 고체 상태로 되기까지 전로를 경동함에 의해, 열간 보수재는 보수 부위의 주변에 넓게 펴지게 되고, 즉 뭉쳐있지 않고 얇고 넓게 펴져 양생됨으로써 내화물과의 부착력도 개선할 수 있고, 보수 이후 노체의 사용 횟수를 증가시킬 수 있다.

이와 같은 전로 경동이 완료되면, 전로에 코크스를 투입한다. 이는 코크스에서 발생되는 열을 이용하여 노내 온도를 1100℃ 이상으로 유지하기 위한 것이다. 상기 코크스는 지게차를 이용하여 전로 내부에 투입될 수 있다. 코크스는 [C] 95%로 이루어지며, 다음 반응식에 의하여 열이 발생한다.

C + O = CO + 1200kcal

0.95 ×　1200Kcal ×　1000kg = 114000Kcal/ton

전로에 투입된 코크스는 상기 식의 반응으로 Kg당 1200Kcal의 열량을 발생시킨다. 이러한 코크스의 연소시 발생되는 열을 이용하여 노내 온도를 1100 내지 1500℃ 범위의 고온으로 일정하게 유지하도록 한다. 이에 따라 열간 보수재의 성분 중 하나의 휘발성 타르가 빠르게 반응 연소하여 양생 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 상대적으로 낮은 온도에서는 열간 보수재가 넓게 펴지지 못하고 뭉쳐있게 되는 반면에, 상기와 같이 노내 온도를 1200℃ 정도의 고온에 유지함으로써 열간 보수재가 보수 주위의 주변에 얇고 넓게 펴져 단단하게 붙으며 떨어지지 않게 된다. 따라서 열간 보수재의 내화물과의 부착력을 향상시켜 보수 이후 노체의 사용 횟수를 증가시킬 수 있다. 또한, 노내 온도를 일정하게 유지함에 따라, 기존의 반복적인 노내 온도 변화에 따른 스트레스를 경감하여 노체 수명을 연장시킬 수 있다.

코크스를 전로에 투입한 후, 상기 코크스의 연소를 빠르게 진행시키기 위해 전로 내부에 공기, 즉 산소를 주입할 수 있다. 이를 위해, 도 4에 도시한 바와 같이 전로(10)의 출강구에 공기 노즐을 삽입하고 호스(20)를 이용하여 5 내지 6bar로 압축된 공기를 전로 내부에 공급하도록 HMI에서 조작할 수 있다. 이러한 산소의 공급 방법은 이에 한정되지 않고, 다른 방법으로 수행될 수도 있다. 상기의 단계에서 많은 양의 코크스가 투입되므로, 이의 연소를 빠르게 진행하기 위해서는 이러한 산소의 공급이 바람직하다. 전로 내부에 공급된 산소로 인해 코크스가 빠르게 연소되어 노내 현열을 상승시키고, 노내 온도를 고온 상태로 유지할 수 있다.

이러한 과정을 통해 열간 보수재인 니더재가 양생되며 전로의 국부적으로 소모된 부위를 보수하게 된다.

하기 표 1은 종래 기술과 본 발명에 따라 전로의 보수 공정을 진행하여 열간 보수재의 보수량 및 양생 시간을 비교한 것이다. 종래 기술의 경우, 전로에 열간 보수재를 투입하여 보수 부위에 위치되도록 전로를 경동한 후, 그대로 유지하였다. 반면 본 발명의 경우, 전로에 열간 보수재를 투입하여 보수 부위에 위치되도록 전로를 경동한 후, 열간 보수재가 고체 상태로 될 때까지 이로부터 ±40도 범위로 상하 경동하고, 코크스를 투입하여 연소시켜 노내 온도를 1150℃ 내지 1250℃의 고온 범위에 유지하였다.

상기 표 1을 참조하면, 종래에는 전로에 코크스를 투입하지 않고 그대로 유지함에 따라 노내 온도가 750℃까지 저하되는 것을 볼 수 있다. 또한, 열간 보수재를 2톤 이상의 많은 물량으로 투입하는 경우 이를 양생시키는 데 매우 오랜 시간이 걸리는 것을 볼 수 있다. 반면 본 발명에 따르면 전로에 코크스를 투입하여 연소시킴으로써, 노내 온도를 1200℃ 정도의 고온에 유지할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 열간 보수재를 전로의 보수 부위에 위치시켜 고체 상태로 될 때까지 보수 부위의 ±40도로 상하 경동시키고, 코크스를 투입하여 노내 온도를 1200℃ 정도의 고온에 유지함으로써, 종래에 비해 양생 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 또한, 2톤 이상의 많은 물량의 열간 보수재를 투입하는 경우에도 양생 시간을 현저하게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 대한 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

먼저 전로에 고철과 용선을 장입한 후 취련 작업을 진행한다. 취련 작업을 마친 전로를 경동하여 출강 작업을 실시한다. 슬래그를 소정량 배재하여 질소 분사 및 잔류 슬래그 코팅을 실시한 다음, 전로에 남은 잔류 슬래그를 완전 배재한다.

이후, 비교예1 내지 비교예5의 경우, 전로에 니더재를 투입하여 보수 부위에 위치되도록 전로를 경동한 후, 그대로 유지하였다. 반면 실시예1 내지 실시예5의 경우, 전로에 니더재를 투입하여 보수 부위에 위치되도록 전로를 경동한 후, 니더재가 고체 상태로 될 때까지 이로부터 ±40도 범위로 상하 경동하고, 코크스를 투입하여 연소시켜 노내 온도를 1150℃ 내지 1250℃의 고온 범위에 유지하였다.

하기 표 2는 비교예 및 실시예의 전로 정련 이후의 보수 공정을 진행한 결과를 비교한 것이다.

상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예1 내지 5의 경우 비교예1 내지 5에 비해 니더재의 양생 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 이는 전로를 경동함에 따라 니더재의 휘발성 성분을 조기 연소시키고, 노내 온도를 1200℃ 정도의 고온에 유지함에 따라 휘발성 성분의 연소를 빠르게 하여 양생 시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

또한, 비교예1 내지 5는 니더재를 이용한 전로의 보수 이후 노체의 사용 횟수가 상대적으로 저조한 반면, 실시예1 내지 5는 이의 사용 횟수를 증가시킬 수 있다. 이는 유동성을 갖는 니더재에 대해 전로를 경동시키고 노내 온도를 고온에 유지함으로써, 니더재의 내화물과의 부착력을 개선하였기 때문이다. 즉, 니더재가 전로의 보수 부위에 얇고 넓게 퍼져 단단하게 부착되며, 내화물로부터 떨어지지 않고 견고하게 붙은 채 사용되는 횟수가 증가한다. 특히, 비교예1 내지 5의 경우 많은 물량의 니더재를 투입하여 장시간에 걸쳐 양생하였어도 보수 이후 노체의 사용 횟수가 그리 증가하지 않았으나, 실시예1 내지 5는 많은 물량의 니더재를 투입함에 따라 그 사용 횟수가 상대적으로 현저하게 증가한 것을 볼 수 있다.

이와 같이 본 발명은 전로의 보수 작업시 열간 보수재를 전로의 보수 부위에 위치시켜 고체 상태로 될 때까지 보수 부위의 ±40도로 상하 경동시키고, 코크스를 투입하여 연소시켜 노내 온도를 1200℃ 정도의 고온에 유지함으로써, 열간 보수재의 양생 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 전로의 보수 부위에 대한 보수재의 부착력을 개선하여 보수 이후 노체의 사용 횟수를 증가시킬 수 있다. 더욱이, 많은 물량의 니더재를 투입하는 경우에도 양생 시간을 단축시키고 보수 이후 노체의 사용 횟수를 현저하게 증가시킬 수 있어, 생산성의 향상에 기여할 수 있다. 또한, 노내 온도를 일정하게 유지함에 따라 기존의 반복적인 노내 온도 변화에 따른 스트레스를 경감하여 노체 수명을 연장시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 이용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

본 발명은 열간 보수재의 휘발성 성분을 조기 연소시키며, 전로에 코크스를 투입하여 노내 온도를 고온에 일정하게 유지함으로써, 양생 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 많은 물량의 열간 보수재를 투입하며 이에 따른 노체의 사용 회수를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 반복적인 온도 변화로 인한 스트레스를 경감하여 노체 수명을 연장할 수 있다.

Claims (4)

1. 전로에 열간 보수재를 투입하는 단계;

   상기 전로를 경동하여 상기 열간 보수재를 보수하고자 하는 부위에 위치시키는 단계;

   상기 열간 보수재가 고체 상태로 될 때까지 상기 보수하고자 하는 부위의 ±40도 범위 내로 유동하도록 전로를 경동시키는 단계; 및

   상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계;

   를 포함하는 전로의 보수 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계는,

   상기 코크스를 투입한 후 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 전로의 보수 방법.
3. 청구항 1 내지 청구항 2에 있어서,

   상기 전로에 코크스를 투입하여 연소시키는 단계는 상기 전로 내부 온도를 1100 내지 1500℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 전로의 보수 방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 2에 있어서,

   상기 전로에 열간 보수재를 투입하는 단계 이전에,

   상기 전로에 고철과 용선을 장입하여 취련하는 단계;

   상기 전로를 경동하여 출강하는 단계;

   상기 전로에 코팅제를 투입하여 질소 분사 및 잔류 슬래그 코팅하는 단계; 및

   상기 전로에 남은 잔류 슬래그를 완전 배재하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전로의 보수 방법.

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