KR20110108964A - 전기로 조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 조업방법에 관한 것으로, 전기로에서 고철 용락 이후 상기 전기로 내의 용강에 탄소 파우더를 투입하는 단계와, 상기 탄소 파우더의 투입 후에 상기 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전기로 조업방법에 의하면 산화도 저감에 의한 실수율 향상과 용강 온도 상승에 의한 전력 원단위 절감의 효과를 기대할 수 있는 이점이 있다.

Description

전기로 조업방법{Operating method of electric furnace}

본 발명은 전기로 조업방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 원단위를 절감하면서도 생산성을 향상시킬 수 있는 전기로 조업방법에 관한 것이다.

전기로의 조업은 전기에너지를 이용하여 고철과 같은 고체 철원을 용해, 정련하여 용강을 제조하는 것이다.

전기로 내의 반응은 장입한 고철이 용해되는 용해기, 탈탄 및 탈린과 같은 산화정련이 일어나는 산화기, 탈황반응과 성분 및 온도 조정이 이루어지는 환원기로 구분된다.

이 중 용해기는 고철을 용해하여 원하는 용락 성분과 온도를 얻는 공정으로 전기로 조업의 전력 원단위와 조업시간의 대부분을 차지하기 때문에 가능한 한 짧은 시간 내에 효율적으로 고철을 용해시키는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 전력 원단위를 절감하고 실수율을 향상시키며 조업시간을 단축할 수 있는 전기로 조업방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전기로에서 고철 용락 이후 상기 전기로 내의 용강에 탄소 파우더를 투입하는 단계와, 상기 탄소 파우더의 투입 후에 상기 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하는 단계를 포함한다.

상기 알루미늄 드로스는 상기 탄소 파우더의 투입 후 5~10분 후에 투입한다.

상기 탄소 파우더의 투입시 용강 온도와 탄소농도를 조절하기 위해 상기 전기로 내에 산소를 취입한다.

상기 알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1.0~2.5kg이 투입된다.

전기로 조업시, 슬래그 포밍 후 환원 환경에서 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하고 조업한다.

상기 알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1.0~2.5kg이 투입된다.

본 발명은 고철이 80% 정도 용해된 시점인 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하고 조업한다. 알루미늄 드로스의 투입은 용강 온도를 상승시켜 조업시간을 단축시키면서도 전력 원단위를 절감한다.

또한, 알루미늄 드로스는 탄소 파우더 투입에 의한 용강 산화도를 저감시켜 용강의 회수율을 향상시킨다. 특히, 본 발명은 알루미늄 드로스가 슬래그 포밍 후 환원 환경에서 투입되므로 내화물 수명을 향상시키고 슬래그 포밍에 의한 전력 원단위 절감 효과와 온도 상승에 의한 전력 원단위 절감 효과를 동시에 얻을 수 있어 조업시간 단축과 회수율 향상에도 효과가 크다.

이에 따라, 에너지 절감 기술에 대한 관심이 높은 현재 전기에너지를 절감하면서도 생산성은 향상시킬 수 있어 원가 경쟁력 향상을 기대할 수 있는 유용한 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 전기로 조업방법은 전기로 에너지 저감을 위해, 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하고 조업하는 것이다. 고철 용락은 고철이 80% 정도 용해된 시점을 의미한다.

전기로 조업은 고철을 전기로 내에 장입하고 산화·정련과정을 통해 용강을 제조하는 공정이다. 고철을 용해하기 위해 주로 사용되는 에너지원은 전력에너지와 산소 취입의 방법이 있다.

최근 들어, 초고전력 조업 이론이 실용화되면서 전기로 설비가 대형화되고 용강의 연속주조 기술이 실현됨에 따라 생산성이 크게 향상되었다.

그런데, 초고전력 조업은 전력 원단위의 증가를 초래하고 내화물 수명을 단축시켜서 생산 원가를 증가시킨다. 또한, 초고전력 조업은 전기로 용해기 산화기를 거치면서 슬래그의 산화도를 크게 증가시킨다. 슬래그의 산화도가 증가하면 용강 중의 Fe, Cr, Mn과 같은 원소도 산화되어 용강의 실수율을 저하시키게 된다.

따라서 슬래그의 산화도를 저감시킬 필요가 있으며, 슬래그의 산화도를 저감하기 위해 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하고 조업하는 것이다.

알루미늄 드로스는 알루미늄을 녹일 때 용탕 표면에 형성되는 산화물층을 회수한 것이다. 알루미늄 드로스는 국내 연간 4만t 가량이 발생하고 있으나 일반 폐기물로 취급돼 전량 매립되고 있는 실정이다. 따라서, 알루미늄 드로스를 사용할 경우 폐기되는 알루미늄 드로스를 재활용하는 효과도 크다.

알루미늄 드로스는 발생원에 따라 조성에서 차이가 발생하나 일반적으로 금속 알루미늄 20~80%, 산화알루니늄 10~40%, 질화알루미늄 10~30의 범위에서 조성된다. 이 외에도 미량의 플러스 성분 등을 각각 함유하고 있다.

알루미늄 드로스는 용강에 투입되면 철을 환원시키는 환원제로 작용한다.

반응은 알루미늄 드로스 중의 금속 알루미늄이 용강 중의 산화철과 반응하여 철과 산화알루미늄을 형성한다. 이 반응은 환원되면서 열을 발생하는 발열반응이므로 용강 온도를 상승시킨다. 발열반응에 의한 용강 온도 상승은 전기로 조업시간을 단축시키면서도 전력 원단위를 절감한다.

즉, 알루미늄 드로스 투입으로 산화도가 저감되고 전력 소비 없이도 용강 온도가 상승하는 것이다. 특히, 알루미늄 드로스는 중성 내지 환원성 분위에서는 고온에서도 안정하므로 조업에 안정적으로 적용할 수 있다.

알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1.0~2.5kg이 투입된다.

알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1kg 미만으로 투입되면 그 효과가 미비하고, 2.5kg을 초과하면 탈산 효과로 출강 산소 확보가 부족하여 후속 공정의 작업성을 저하시키게 된다.

알루미늄 드로스 대신 순수 알루미늄이 투입되어도 된다. 그러나 순수 알루미늄의 경우 고가이므로 생산원가 절감 효과가 미비하다.

더 구체적으로, 알루미늄 드로스는 고철 용락 이후 탄소 파우더가 투입되고 5~10분 후에 투입된다.

탄소 파우더는 고철 용락 후 슬래그 포밍을 위해 투입된다. 탄소 파우더가 투입되고 5~10분 후에 알루미늄 드로스를 투입하는 것은 탄소 파우더가 용강에 균일 혼합되고 슬래그 포밍이 되는 시간을 두기 위함이다.

슬래그 포밍은 용강 표면에 잔존하는 슬래그의 부피가 기포에 의해 팽창되는 현상이다. 슬래그 포밍은 에너지를 공급하는 아크의 열방출을 방지하고 용강 내로의 열전도율이 향상되도록 하는 역할을 한다. 이러한 슬래그 포밍은 전력에너지 손실을 최소화하므로 내화물 수명을 향상시키며 전력 원단위 절감에도 기여한다.

알루미늄 드로스는 탄소 파우더가 투입되고 5분 이전에 투입되면 슬래그 포밍이 미비하여 전력에너지 손실 감소 효과가 미비하다. 반면, 10분을 초과하여 투입되면 흡열반응에 의해 용강 온도가 낮게 유지되므로 용강 온도 상승을 위해 다량의 알루미늄 드로스가 투입되어야 한다. 다량의 알루미늄 드로스 투입은 출강 산소 확보 부족을 야기하고 후속 공정의 작업성을 저하시키게 된다.

탄소 파우더는 용강 1ton 당 18~20kg이 투입된다.

탄소 파우더는 산화도 저감을 위해 다량 첨가할 수도 있다. 그러나 과다한 탄소 파우더의 사용은 용강 중 탄소 농도의 증가를 초래한다. 또한, 탄소 파우더 첨가시 발생하는 철 산화물의 환원반응이 흡열반응이므로 용강 온도를 낮게 유지시킨다. 용강 온도가 낮게 유지되면 조업 시간이 증가하고, 결국 온도 보상을 위해 추가적인 전력 공급을 요구하므로 전력 원단위 상승을 야기하게 된다.

즉, 탄소 파우더는 용강 1ton 당 18kg 미만으로 투입되면 슬래그 포밍 효과가 미비하고, 용강 1ton 당 20kg를 초과하면 용강 온도가 낮게 유지되어 추가적인 전력 공급을 요구하거나 다량의 알루미늄 드로스를 투입해야하는 문제점이 발생된다.

탄소 파우더는 수냉 랜스를 통해 전기로 내의 용강에 투입된다. 여기서, 탄소 파우더는 미분 탄재를 의미한다.

탄소 파우더의 투입시 용강 온도와 탄소농도를 조절하기 위해 전기로 내에 산소를 취입할 수 있다. 탄소 파우더와 산소는 동시에 전기로 내에 취입될 수도 있고, 탄소 파우더의 투입직후 취입될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 실험을 통해 설명하기로 한다.

<실험1>

표 1은 실조업에서 사용한 알루미늄 드로스의 성분이다.

(단위:wt%)

M.Al	Al2O3	SiO2	MgO	C
31.6	34.8	8.6	5.7	≤2

실험방법은, 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스를 2kg/ton 을 투입하고 전력 원단위, 실수율, 작업시간 등을 비교예 1, 비교예 2와 비교하였다.

비교예 1은 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 탄소 파우더와 산소를 취입한 경우이다.

비교예 2는 고철 장입 단계에서 알루미늄 드로스를 장입하고 고철 용락 후 전기로 내의 용강에 탄소 파우더를 투입한 경우이다.

발명예는 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 탄소 파우더를 투입하고 10분 후 1.0kg/ton의 알루미늄 드로스를 장입한 경우이다.

비교예 2와 발명예의 경우 탄소 파우더 투입후 산소를 취입하였다.

표 2는 위 실험에 대한 결과를 나타낸 것이다.

조업조건	C(p)	C(p)+Al dross 장입	C(p)+Al dross 장입
C 투입량(kg/ton)	22	18	18
전력 원단위(kw/t)	457.9	456.3	449.1
TTT(min)	55.9	54.4	51.2
용강회수율(%)	95.2	95.26	97.50
비고	비교예 1	비교예 2	발명예

[TTT:조업시간]

표 2에 의하면, 탄소 파우더만 투입한 비교예 1의 전력 원단위가 가장 높았고, 조업시간도 길었으며, 용강 회수율도 낮았다. 전력 원단위가 높은 것은 탄소 파우더 투입에 의한 용강 온도 저하를 보상하기 위해 추가적인 전력 공급을 요구하였기 때문으로 보인다. 그럼에도 불구하고 조업시간이 길고, 용강 회수율도 낮았다.

고철 장입 단계에서 알루미늄 드로스를 투입한 비교예 2는 비교예 1에 비해 전력 원단위는 감소되었으나 조업시간이나 용강 회수율 측면에서 크게 개선되지는 않았다. 이는 고철 용락과 슬래그 포밍이 일어나기 전 알루미늄 드로스가 투입되어 슬래그 포밍에 의한 전력 원단위 개선 효과가 미비하였던 때문이다. 즉, 알루미늄 드로스가 역할을 할 환원 환경이 조성되지 않은 상태에서 알루미늄 드로스가 투입됨에 따라 용강 회수율이 낮았다.

탄소 파우더 투입 후 알루미늄 드로스를 장입한 발명예는 비교예 1과 비교예 2에 비해 전력 원단위가 감소되었고, 조업시간이나 용강 회수율 측면에서도 크게 개선되었다.

이는 탄소 파우더 투입에 의한 슬래그 포밍이 유도된 후 알루미늄 드로스가 투입되어 슬래그 포밍에 의한 전력 원단위 절감과, 알루미늄 드로스 투입에 의한 용강 온도 상승의 두 가지 요소가 함께 작용하여 전력 원단위가 절감된 때문이다. 이 경우 조업시간도 단축되고, 산화도가 저감되어 용강 회수율도 97% 이상이 되었다. 또한, 탄소 파우더의 사용량도 저감되었다.

<실험2>

고철 용락 이후 알루미늄 드로스를 0.5~3kg/ton 으로 변화시키면서 전력원단위 실수율, 작업시간 등을 비교하였다.

조업조건	C(p)+ Al dross 장입	C(p)+ Al dross 장입	C(p)+ Al dross 장입	C(p)+ Al dross 장입
C 투입량(kg/ton)	18	18	18	18
Al dross 투입량(kg/ton)	0.5	1.0	2.5	3
전력 원단위(kw/t)	456.2	449.1	447.8	449.2
TTT(min)	55.2	51.2	50.9	51.0
용강회수율(%)	95.32	97.50	97.51	96.5
비고	-	-	-	출강산소 부족
	비교예	발명예	발명예	비교예

[TTT:조업시간]

실험결과, 알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1kg 미만으로 투입되면 용강 회수율, 전력 원단위 절감, 조업시간 등에서 그 효과가 미비하고, 2.5kg을 초과하면 그 효과가 포화되는 것은 물론 탈산 효과로 출강 산소 확보가 부족하여 후속 공정의 작업성을 저하시켰다.

실험 1과 실험 2의 결과를 통해, 전기로에서 고철 용락 이후 전기로 내의 용강에 탄소 파우더를 투입하고 탄소 파우더의 투입 후에 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하는 조업방법에 의해 산화도 저감에 의한 실수율 향상과 용강 온도 상승에 의한 전력 원단위 절감의 효과를 기대할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (6)

1. 전기로에서 고철 용락 이후 상기 전기로 내의 용강에 탄소 파우더를 투입하는 단계와,
   상기 탄소 파우더의 투입 후에 상기 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로 조업방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 알루미늄 드로스는 상기 탄소 파우더의 투입 후 5~10분 후에 투입하는 것을 특징으로 하는 전기로 조업방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄소 파우더의 투입시 용강 온도와 탄소농도를 조절하기 위해 상기 전기로 내에 산소를 취입하는 것을 특징으로 하는 전기로 조업방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,
   상기 알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1.0~2.5kg이 투입되는 것을 특징으로 하는 전기로 조업방법.
5. 전기로 조업시,
   슬래그 포밍 후 환원 환경에서 전기로 내의 용강에 알루미늄 드로스(Al dross)를 투입하고 조업하는 것을 특징으로 하는 전기로 조업방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 알루미늄 드로스는 용강 1ton 당 1.0~2.5kg이 투입되는 것을 특징으로 하는 전기로 조업방법.