KR20130073675A - 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 스크랩에 예열이 이루어지는 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 노체, 상기 노체의 상부에 전극부가 구비되는 덮개부, 상기 노체의 일측면과 연통되며 상기 노체의 내부로 철 스크랩을 공급하는 샤프트, 상기 노체와 결합되며 상기 샤프트의 맞은편에 구비되어 상기 노체의 내부로 탄소를 공급하는 탄소공급부 그리고 상기 노체와 결합되며 상기 노체와 샤프트가 연결된 연결부의 측부에 위치되어 상기 노체의 내부로 산소를 공급하는 산소공급부가 포함되어 이루어지며, 상기 노체에서 발생되는 배가스는 상기 연결부로 유입되기 직전에 상기 산소공급부로부터 공급되는 산소에 의해 2차 연소 반응이 일어나 2차 연소열에 의해 상기 샤프트 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 예열되는 것을 특징으로 하는 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법을 제공한다.

Description

샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법{SHAFT TYPE ELECTRIC ARC FURNACE AND POST-COMBUSTION OPERATION METHOD THEREFOR}

본 발명은 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철 스크랩에 예열이 이루어지는 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로는 전기양도체인 전극에 전류를 통하게 함으로써 전극과 철 스크랩 사이에서 발생하는 아크열에 의해 원료를 용해, 정련하여 강을 제조하게 된다.

이러한, 전기로의 작동상태를 살펴보면 먼저, 전기로의 내부로 철 스크랩의 장입이 이루어지게 된다. 여기서, 철 스크랩은 노체의 상부에 구비되는 덮개부가 개방된 상태에서 기중기에 의해 노체의 내부로 장입된다.

다음으로, 노체의 내부로 철 스크랩이 장입된 후 덮개부는 노체의 상부에 결합된다.

다음으로, 전극부에는 전류가 공급되어 노체의 내부에 구비되는 철 스크랩은 용해된다.

다음으로, 용해된 철 스크랩은 노체의 출강구를 통해 외부로 출강되어 다양한 제품으로 제조된다.

이와 같이, 종래의 전기로는 덮개부가 개방된 상태에서 노체의 내부로 철 스크랩의 장입이 이루어지기에 작업 시간이 오래 걸리는 문제가 있으며, 작업 과정이 연속적으로 이루어지지 못하는 문제가 있다.

또한, 전기로의 내부로 투입되는 철 스크랩에는 별도의 예열 작업이 이루어지지 않아 철 스크랩을 용해함에 있어 전극부의 전력 사용이 높아지는 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 철 스크랩에 예열이 이루어지는 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 노체, 상기 노체의 상부에 전극부가 구비되는 덮개부, 상기 노체의 일측면과 연통되며 상기 노체의 내부로 철 스크랩을 공급하는 샤프트, 상기 노체와 결합되며 상기 샤프트의 맞은편에 구비되어 상기 노체의 내부로 탄소를 공급하는 탄소공급부 그리고 상기 노체와 결합되며 상기 노체와 샤프트가 연결된 연결부의 측부에 위치되어 상기 노체의 내부로 산소를 공급하는 산소공급부가 포함되어 이루어지며, 상기 노체에서 발생되는 배가스는 상기 연결부로 유입되기 직전에 상기 산소공급부로부터 공급되는 산소에 의해 2차 연소 반응이 일어나 2차 연소열에 의해 상기 샤프트 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 예열되는 것을 특징으로 하는 샤프트형 전기로를 제공한다.

한편, 본 발명은 샤프트의 상부로 철 스크랩이 채워지는 단계, 상기 샤프트의 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 노체의 내부로 공급되는 단계, 상기 노체 내부로 공급된 상기 철 스크랩이 전극부에 의해 용해되는 단계 그리고, 상기 샤프트의 맞은편에 구비되는 탄소공급부는 상기 노체의 내부로 탄소를 공급하고, 상기 노체와 상기 샤프트가 연결된 연결부의 측부에 위치되는 산소공급부는 상기 노체의 내부로 산소를 공급하는 단계가 포함되어 이루어지며, 상기 노체에서 발생되는 배가스는 상기 연결부로 유입되기 직전에 상기 산소공급부로부터 공급되는 산소에 의해 2차 연소 반응이 일어나 2차 연소열에 의해 상기 샤프트 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 예열되는 것을 특징으로 하는 샤프트형 전기로의 2차 연소 조업방법을 제공한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 샤프트형 전기로 및 그의 2차 연소 조업방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 산소공급부는 연결부와 가까운 지점인 연결부의 측부에 위치되어 집진에 의해 샤프트 방향으로 이동되는 CO 가스에 산소를 공급하여 배가스가 연결부로 유입되기 직전에 2차 연소 반응이 일어나도록 한다.

이러한, 샤프트형 전기로는 배가스의 2차 연소율을 향상시킴으로써 샤프트 내부에 구비된 철 스크랩의 예열 온도를 효과적으로 높이게 된다.

여기서, 2차 연소에 의해 예열 온도가 높아진 철 스크랩이 노체의 내부로 공급되는 경우에는 용강으로의 용해가 빨리 이루어질 수 있어 철 스크랩의 장입 시간이 단축될 수 있다.

둘째, 샤프트의 내부에 구비되는 철 스크랩은 2차 연소율이 향상된 배가스에 의해 예열처리가 이루어지기에 노체로 공급되는 철 스크랩의 용융이 수월하게 이루어질 수 있어, 샤프트형 전기로의 전력원단위를 낮출 수 있다.

셋째, 샤프트의 내부에 구비되는 철 스크랩은 푸셔에 의해 노체의 내부로 지속적인 공급이 이루어질 수 있기에 철 스크랩의 용융 작업은 연속적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 노체에 탄소공급부와 산소공급부가 결합된 상태를 보여주는 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 조업방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 2차 연소율과 전력원단위 변화를 보여주는 측정도이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 노체에 탄소공급부와 산소공급부가 결합된 상태를 보여주는 개략 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 조업방법을 보여주는 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트형 전기로의 2차 연소율과 전력원단위 변화를 보여주는 측정도이다.

참고로, 본 발명에서의 "1차 연소"는 탄소공급부(40)가 슬래그(3)와 용강(2)의 계면사이로 탄소를 공급하여 탄소와 용강(2)중의 산소 또는 슬래그(3)중의 산화철(FeO)과의 반응을 통해 CO 가스가 발생되는 것을 1차 연소라 하고, "2차 연소"는 산소공급부(50)가 1차 연소를 통해 발생된 CO 가스에 산소를 공급하여 CO 가스와 산소의 반응을 통해 CO₂가 발생되는 것을 2차 연소라 한다.

그리고, 본 발명에서의 "2차 연소율"은 {CO₂/(CO+CO₂)}*100 의 수식을 통해 2차 연소율의 값이 구해진다.

도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이 샤프트형 전기로(100)는 노체(10), 덮개부(20), 샤프트(30), 탄소공급부(40) 및 산소공급부(50)가 포함되어 이루어진다.

여기서, 샤프트형 전기로(100)는 전열(電熱)을 이용하여 피용융재인 철 스크랩(1)을 가열하는 노이다.

이러한, 샤프트형 전기로(100)는 전극부(21)로부터 철 스크랩(1)에 아크 형태로 전류를 흘리도록 하여 철 스크랩(1)을 가열하게 된다.

이때, 전극부(21)의 전원은 3상의 교류이며, 용량은 수백 내지 수천 kw로 공급되어 철 스크랩(1)을 용융시켜 용강(2)을 형성하게 된다.

이러한, 노체(10)의 내부에는 철 스크랩(1)이 수용되는 수용공간부(11)가 형성되고, 노체(10)의 바닥부에는 용강(2)을 배출시키는 출강구(12)가 구비된다.

한편, 덮개부(20)는 노체(10)의 상부에 구비되며 노체(10)와 선택적인 결합이 가능하도록 이루어진다. 이러한, 덮개부(20)에는 철 스크랩(1)을 용융시키기 위한 전극부(21)가 구비된다.

여기서, 전극부(21)는 수용공간부(11)에 수용된 철 스크랩(1)에 아크 전류를 흘려보내 철 스크랩(1)을 가열함으로써 용강(2)이 형성되도록 한다.

한편, 샤프트(30)의 하측부에 형성된 투입홀(31)은 노체(10)의 상부 일측면과 연통되도록 이루어진다. 따라서, 샤프트(30)의 내부에 구비되는 철 스크랩(1)은 투입홀(31)을 통해 수용공간부(11)로 공급될 수 있다.

여기서, 샤프트(30)의 내부에 구비되는 철 스크랩(1)은 푸셔(32, Pusher)의 작동에 의해 노체(10)로 공급된다.

그리고, 샤프트(30)의 내부에 구비된 철 스크랩(1)이 노체(10)로 공급되는 경우에는 외부로부터 샤프트(30)의 상부로 철 스크랩(1)의 공급이 이루어져 샤프트(30)의 내부에는 철 스크랩(1)이 가득 채워지게 된다.

한편, 탄소공급부(40)는 노체(10)와 결합되며 노체(10)의 내부로 탄소를 공급하게 된다.

여기서, 탄소공급부(40)는 슬래그(3)와 용강(2)의 계면사이로 탄소를 공급하여 CO 가스 버블을 형성하는 슬래그 포밍을 유도한다.

다시 말하면, 탄소공급부(40)는 슬래그(3)와 용강(2)의 계면사이로 탄소를 공급하여 용강(2)중의 산소 또는 슬래그(3)중의 산화철(FeO)과 1차 연소을 통해 CO 가스를 발생시키게 된다.

이렇게, 1차 연소를 통해 발생된 CO 가스는 슬래그(3)의 상부로 이동되며, 슬래그(3)의 상부로 이동된 CO 가스는 집진에 의해 샤프트(30)의 내부를 거쳐 외부로 배출된다.

이러한, 탄소공급부(40)는 노체(10)에서 샤프트(30)의 맞은편에 구비되도록 이루어진다.

이는, 탄소와 용강(2)중의 산소 또는 슬래그(3)중의 산화철(FeO)과 1차 연소를 통해 발생된 CO 가스가 집진에 의해 샤프트(30)로 이동되는 과정에서 산소공급부(50)로부터 공급되는 산소와의 2차 연소반응을 위한 시간과 거리를 확보하기 위함이다.

또한, 탄소공급부(40)로부터 공급되는 탄소는 0.5 ~ 4mm 사이즈를 갖는 결정성인 탄소형태로, 탄소공급부(40)가 연결부(13)와 가까운 지점에 구비되는 경우에는 탄소가 집진에 의해 빨려들어가는 문제가 발생될 수 있다.

그리고, 탄소공급부(40)가 연결부(13)와 가까운 지점에 구비되는 경우에는 1차 연소가 이루어진 CO 가스는 산소공급부(50)로부터 공급되는 산소와 2차 연소 반응을 하지 못한 상태에서 집진에 의해 샤프트의 내부로 이동될 수 있다. 이는, 배가스로부터 철 스크랩(1)이 가열됨에 있어 예열 효율이 낮아지는 문제가 있다.

또한, 1차 연소만 이루어진 CO 가스의 농도가 2차 연소가 이루어진 CO₂가스의 농도보다 높은 상태로 연소탑(미도시)으로 배가스의 배출이 이루어질 경우에는 미반응된 CO 가스가 연소탑에서 폭발될 위험이 있다.

이에 따라, 샤프트(30)의 일측벽을 뚫고 샤프트(30)의 내부로 산소를 공급하여 샤프트(30)의 내부에 존재하는 미반응된 CO 가스에 대해 2차 연소를 행할 수도 있으나, 이 경우에는 샤프트(30)의 냉각수 판넬(미도시)을 손상시킬 수 있으며 샤프트(30)의 수명을 단축시키는 문제가 있다.

이에, 탄소공급부(40)는 샤프트(30)에서 멀리 떨어진 지점인 맞은편에 구비되도록 한다.

그리고, 노체(10)의 내부로 산소를 공급하는 산소공급부(50)는 노체(10)와 샤프트(30)가 연결된 연결부(13)의 측부에 위치된다.

이러한, 산소공급부(50)는 연결부(13)에 측부에 위치되어 노체(10)의 내부로 철 스크랩(1)이 장입될 경우에 걸림이 되지 않도록 이루어진다.

그리고, 산소공급부(50)는 연결부(13)의 측부에 위치됨에 있어 연결부(13)와 가까운 지점에 위치되어 집진에 의해 CO 가스가 샤프트(30) 방향으로 이동되는 과정에서 CO 가스에 산소를 공급하여 배가스가 연결부(13)로 유입되기 직전에 2차 연소반응이 일어나도록 한다.

이러한, 산소공급부(50)는 연결부(13)의 측부 이외에 연결부(13)의 테두리를 따라 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있음은 물론이다.

그리고, 2차 연소 반응에 의해 발생된 2차 연소열은 샤프트(30)에 구비된 철 스크랩(1)을 가열하게 된다.

이러한, 산소와 CO 가스의 2차 연소를 통해 CO+1/2O₂= CO₂가 발생되는 2차 연소열은 탄소와 용강(2)중의 산소 또는 슬래그(3)중의 산화철(FeO)과의 1차 연소를 통해 C+1/2O₂= CO 가 발생되는 1차 연소열에 비해 2배 이상의 연소열을 발생시킨다.

따라서, 2차 연소열은 샤프트(30)에 대기중인 철 스크랩(1)을 효과적으로 가열하여 철 스크랩(1)의 예열 온도를 높여줌으로써 전극부(21)가 철 스크랩(1)을 용해시키기 위한 전력 사용을 줄일 수 있다.

이렇게, 예열된 철 스크랩(1)은 푸셔(32)에 의해 노체(10)로 공급된다.

그리고, 노체(10)의 내부로 탄소와 산소를 공급하는 탄소공급부(40)와 산소공급부(50)는 버너나 랜스 등으로 이루어질 수 있으며, 노체(10)에 적어도 하나 이상으로 다양한 위치에 구비될 수 있음은 물론이다.

다음으로, 샤프트형 전기로(100)의 조업방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 3을 참조하면 먼저, 샤트프(30)의 상부로 철 스크랩(1)이 채워진다.(S100)

다음으로, 샤프트(30)의 내부에 구비된 철 스크랩(1)은 노체(10)의 내부로 공급된다.(S200)

여기서, 샤프트(30)의 내부에 구비된 철 스크랩(1)은 푸셔(32)에 의해 소량씩 잔탕이 구비된 노체(10)의 내부로 공급된다.

이때, 샤프트(30)로부터 노체(10)로 철 스크랩(1)이 공급되는 경우에는 샤프트(30)의 상부로는 또 다른 철 스크랩(1)이 공급되어 샤프트(30)의 내부는 철 스크랩(1)으로 가득 채워진다.

이러한, 샤프트형 전기로(100)는 덮개부(20)를 개방하지 않은 상태에서도 샤프트(30)를 통해 노체(10)의 내부로 철 스크랩(1)이 지속적으로 공급될 수 있기에 철 스크랩(1)이 노체(10)로 장입되는 장입시간은 단축될 수 있다.

또한, 샤프트형 전기로(100)는 철 스크랩(1)의 지속적인 공급으로 연속적인 용융작업이 가능하기에 철 스크랩(1)을 용융하기 위한 전력손실을 줄일 수 있다.

다음으로, 전극부(21)에는 전류가 공급되어 노체(10) 내부로 공급된 철 스크랩(1)을 용해시키는 된다.(S300)

여기서, 전극부(21)의 전원은 3상의 교류이며, 용량은 수백 내지 수천 kw로 공급되어 철 스크랩(1)을 용융시켜 용강(2)을 형성하게 된다.

다음으로, 탄소공급부(40)에 의해 노체(10)의 내부로 탄소가 공급되고, 산소공급부(50)에 의해 노체(10)의 내부로 산소가 공급된다.(S400)

여기서, 탄소공급부(40)는 버너, 랜스, 카부젯 등으로 이루어져 노체(10)의 내부로 탄소를 공급하게 된다.

이러한, 탄소공급부(40)는 슬래그(3)와 용강(2)의 계면사이로 탄소를 공급하여 CO 가스 버블을 형성하는 슬래그 포밍을 유도한다.

여기서, 탄소공급부(40)는 노체(10)에서 샤프트(30)의 맞은편에 구비되도록 이루어진다.

이는, 탄소와 용강(2)중의 산소 또는 슬래그(3)중의 산화철(FeO)과 1차 연소를 통해 발생된 CO 가스가 집진에 의해 샤프트(30)로 이동되는 과정에서 산소공급부(50)로부터 공급되는 산소와의 2차 연소반응을 위한 시간과 거리를 확보하기 위함이다.

그리고, 산소공급부(50)는 버너나 랜스 등으로 이루어져 노체(10)의 내부로 산소를 공급하게 된다.

이때, 산소공급부(50)는 노체(10)와 샤프트(30)가 연결된 연결부(13)의 측부에 위치되되 연결부(13)의 내부로 배가스가 유입되기 직전에 산소와 CO 가스의 2차 연소반응이 일어나도록 한다.

다시 말해서, CO 가스가 샤프트(30) 방향으로 집진에 의해 이동되는 과정에서 산소공급부(50)는 CO 가스에 산소를 공급하여 CO 가스와 산소의 2차 연소를 발생시킨다. 그리고, 2차 연소 반응이 일어난 배가스는 샤프트(30)에 구비된 철 스크랩(1)을 가열하며 배출된다.

다음으로, 노체(10)에 용강이 일정 이상으로 채워지게 되면 잔탕을 제외한 노체(10)에 수용된 용강은 출강구(12)를 통해 외부로 출강된다.

이와 같이, 샤프트형 전기로(100)는 노체(10)에 탄소공급부(40)와 산소공급부(50)가 구비되되 배가스가 연결부(13)의 내부로 유입되기 직전에 CO 가스와 산소의 2차 연소 반응이 이루어지도록 하여 샤프트(30) 내부에 구비된 철 스크랩(1)을 예열시키게 된다.

이러한, 2차 연소열에 의해 예열된 철 스크랩(1)이 노체(1)로 공급됨에 따라 철 스크랩(1)을 용해시키는 전극부(21)의 전력 사용은 저감될 수 있다.

한편, 표-1의 실시예와 비교예는 1 Charge 당 탄소의 공급량이 동일한 조건하에서 산소공급부(50)의 설치 여부에 따른 배가스의 2차 연소율, 전력원단위, 조업시간 및 철 스크랩 예열온도를 비교한 실험으로 도 4에서는 실시예와 비교예의 배가스의 2차 연소율과 전력원단위 변화를 보여준다.

먼저, 비교예와 실시예는 탄소공급부(40)가 샤프트(30)의 맞은편에 구비된 상태에서 비교예는 노체(10)의 내부로 산소를 공급하는 산소공급부(50)가 구비되지 않은 상태이고, 실시예는 노체(10)의 내부로 산소를 공급하는 산소공급부(50)가 연결부(13)의 측부에 구비된 상태에서의 실험이다.

표-1과 도 4에서 보는바와 같이, 연결부(13)의 측부에 산소공급부(50)가 구비된 실시예가 비교예에 비해 배가스의 2차 연소율, 전력원단위, 조업시간 및 철 스크랩 예열온도에 있어 우수함을 알 수 있다.

구체적으로, 실시예는 비교예에 비해 배가스의 2차 연소율이 10% ~ 15%가 증가되었고, 전력원단위도 20~30kwh/t가 절감되었으며, 조업시간도 4~5분이 단축되었고, 실시예의 철 스크랩 예열온도는 600~800℃로 비교예의 철 스크랩 예열온도 300~400℃에 비해 철 스크랩 예열온도가 높아짐을 알 수 있다.

이는, 실시예가 비교예에 비해 2차 연소가 활발히 이루어지고 2차 연소에 따른 철 스크랩(1)의 예열 작업이 효과적으로 이루어짐을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

1: 철 스크랩 2: 용강
10: 노체 12: 출강구
20: 덮개부 21: 전극부
30: 샤프트 40: 탄소공급부
50: 산소공급부 100: 샤프트형 전기로

Claims (2)

1. 노체;
   상기 노체의 상부에 전극부가 구비되는 덮개부;
   상기 노체의 일측면과 연통되며 상기 노체의 내부로 철 스크랩을 공급하는 샤프트;
   상기 노체와 결합되며 상기 샤프트의 맞은편에 구비되어 상기 노체의 내부로 탄소를 공급하는 탄소공급부; 그리고,
   상기 노체와 결합되며 상기 노체와 샤프트가 연결된 연결부의 측부에 위치되어 상기 노체의 내부로 산소를 공급하는 산소공급부가 포함되어 이루어지며,
   상기 노체에서 발생되는 배가스는 상기 연결부로 유입되기 직전에 상기 산소공급부로부터 공급되는 산소에 의해 2차 연소 반응이 일어나 2차 연소열에 의해 상기 샤프트 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 예열되는 것을 특징으로 하는 샤프트형 전기로.
2. 샤프트의 상부로 철 스크랩이 채워지는 단계;
   상기 샤프트의 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 노체의 내부로 공급되는 단계;
   상기 노체 내부로 공급된 상기 철 스크랩이 전극부에 의해 용해되는 단계; 그리고,
   상기 샤프트의 맞은편에 구비되는 탄소공급부는 상기 노체의 내부로 탄소를 공급하고, 상기 노체와 상기 샤프트가 연결된 연결부의 측부에 위치되는 산소공급부는 상기 노체의 내부로 산소를 공급하는 단계가 포함되어 이루어지며,
   상기 노체에서 발생되는 배가스는 상기 연결부로 유입되기 직전에 상기 산소공급부로부터 공급되는 산소에 의해 2차 연소 반응이 일어나 2차 연소열에 의해 상기 샤프트 내부에 구비된 상기 철 스크랩이 예열되는 것을 특징으로 하는 샤프트형 전기로의 2차 연소 조업방법.

Images