KR20150014030A - 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전기로 제강을 이용한 강 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 전기로에 스크랩을 장입하는 단계, 전기로에 용선을 장입하는 단계 및 전기로를 가열하여 용강을 얻는 단계를 포함한다.

Description

전기로 제강을 이용한 강 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING STEEL BY ELECTRIC FURNACE STEELMAKING}

본 발명은 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로(EAF, electirc arc furnace) 는 전기에너지를 이용하여 금속이나 합금을 가열하여 용해한다. 노의 내부에 스크랩을 장입한 후 3개의 전극과 스크랩 사이로 아크 형태의 전류를 발생시켜 가열하여 스크랩을 용해한다.

이러한 과정으로 전기로에서 제조된 용강은 출강구를 통하여 레이들로 출강된 후 후공정으로 이송된다. 레이들의 용강은 연속 주조기로 이송되어 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 강 제품으로 제조된다.

한편, 전기로 제강을 이용한 강 제조 시 스크랩을 사용하는 방법은 성분 및 온도 제어를 위해 산소를 과하게 사용하는 과산화 조업을 실시하여, 용강 중 질소가 흡질되는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0020211호(2013.02.27, 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 전기로 제강을 이용한 강 제조 시 보다 효과적으로 질소를 제거할 수 있는 강 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전기로에 스크랩을 장입하는 단계, 전기로에 용선을 장입하는 단계 및 전기로를 가열하여 용강을 얻는 단계를 포함하는 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법이 제공된다.

여기서, 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 용선을 장입하는 단계 이전에, 용강 중 질소의 목표 성분량에 따라 전기로에 대한 용선의 장입량을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

용선의 장입량을 산출하는 단계는 하기의 수학식 1을 만족하여 산출될 수 있다.

(수학식 1)

N=-0.063*A+72.4

(N : 용강 중 질소의 목표 성분량(ppm), A : 용강에 대한 용선의 장입 비율(%))

용강에 대한 용선의 장입 비율은 80% 이하일 수 있다.

그리고, 용강을 얻는 단계 이후에, 용강을 레이들로 출강하는 단계 및 레이들을 진공조 내에 장입하고 진공을 부여하여 용강 내 질소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전기로 제강을 이용한 강 제조 시 스크랩과 용선을 전기로에 장입하여 보다 효과적으로 질소를 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법에서 질소가 제거되는 메커니즘을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법에서 용강에 대한 용선의 장입 비율에 따른 실험 결과를 나타내는 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법에서 질소가 제거되는 메커니즘을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법에서 용강에 대한 용선의 장입 비율에 따른 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 전기로에 스크랩을 장입하는 단계(S100)로부터 시작된다.

이 경우, 전기로는 전기에너지를 이용하여 스크랩 및/또는 용선을 가열하여 용강을 얻는 부분으로, 전기로는 노의 내부에 스크랩 및/또는 용선을 장입한 후 3개의 전극으로 스크랩 및/또는 용선 사이에 아크 형태의 전류를 발생시켜 가열하여 용강을 얻을 수 있다.

다음으로, 전기로에 용선을 장입할 수 있다(S300).

여기서, 용선이란 고로 등에 의해 철광석 등의 원재료를 용융시킨 물질로서, 용선 내에는 다량의 탄소가 함유되어 있는 것이 일반적이다.

다음으로, 전기로를 가열하여 용강을 얻을 수 있다(S400).

만약, 전기로에 스크랩만을 장입하여 용강을 만드는 경우에는, 성분 및 온도 제어를 위해 산소를 과하게 사용하는 과산화 조업을 실시하여, 용강 중 질소가 흡질되는 등 품질에 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 전기로에 스크랩 뿐만 아니라 용선을 장입하여 용강 중의 질소를 제거할 수 있다.

구체적으로, 용강 중의 질소를 제거하는 메커니즘을 도 2을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이 다량의 탄소가 함유되어 있는 용선을 전기로에 장입하여 가열하면서 용강을 만든다면, 전기로 내에 산화탄소의 발생량이 증가할 수 있다. 이 때, 발생되는 산화탄소는 대기 중으로 배출되게 되며, 이 과정에서 용강 중의 질소가 산화탄소에 포집되어 함께 제거될 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 강 제조 시 스크랩과 용선을 전기로에 장입하여 보다 효과적으로 질소를 제거할 수 있다.

본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 용선을 장입하는 단계 이전에, 용강 중 질소의 목표 성분량에 따라 전기로에 대한 용선의 장입량을 산출하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 용강 중 질소의 목표 성분량이란, 품질 관리 기준 등에 따라 용강 내에 함유되어 있는 질소 성분의 적정량을 일컫는 것으로서, 용강의 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 전기로에 스크랩만 장입하는 경우보다 용선의 장입량을 증가시킬 수록 질소의 제거가 더 효과적일 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 용강 중 질소의 목표 성분량에 따라 용선의 장입량을 미리 산출한 후, S300 단계에서 산출된 양만큼 용선을 장입함으로써, 보다 효과적으로 용강에서 질소를 제거할 수 있다.

여기서, S200 단계는 하기의 수학식 1을 만족하여 산출될 수 있다.

(수학식 1)

N=-0.063*A+72.4

(N : 용강 중 질소의 목표 성분량(ppm), A : 용강에 대한 용선의 장입 비율(%))

도 3에 도시된 바와 같이, 용강 중 질소의 목표 성분량과 용강에 대한 용선의 장입 비율은 일정한 상관 관계에 있다는 것을 실험 결과를 통해 파악할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 상기의 수학식 1에 따라 용선의 장입 비율을 결정함으로써, 보다 정밀하게 용강에서 질소를 제거할 수 있다.

본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법에서, 용강에 대한 용선의 장입 비율은 80% 이하일 수 있다.

상술한 바와 같이, 용선의 장입 비율을 높일수록 용강 중 질소의 제거 효과가 높아질 수 있으나, 용선의 장입 비율이 지나치게 높은 경우 스크랩을 통한 용강 제거 목적인 전기로 제강이 비효율적일 수 있다.

즉, 용선의 장입 비율이 지나치게 높다면 생산성 및 경제성 면에서 전기로 제강이 더 불리할 수 있으므로, 용선의 장입 비율은 80% 이하로 설정하는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 S400 단계 이후에, 용강을 레이들로 출강하는 단계(S500) 및 레이들을 진공조 내에 장입하고 진공을 부여하여 용강 내 질소를 제거하는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 레이들은 전기로 등에서 출강되는 용강을 받아서 운반하는 데 사용되는 용기로서, 별도의 운반 장치와 결합되어 용강을 운반할 수 있다.

그리고, 레이들은 용강을 출강하기 위한 홀이 형성될 수 있고, 노즐 등과 같이 용강의 대기와의 접촉을 최소화하면서 용강을 출강할 수 있는 장치가 결합될 수 있는 등 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

진공조는 진공상태에서 환류가스 유량과 진공도 조절로 탈가스 처리를 수행하는 장치로서, 베셀, 상승관 및 하강관 등을 포함할 수 있다.

전기로에 용선을 장입하더라도 용강 중 질소의 목표 성분량만큼 충분히 질소를 제거하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법은 용강을 레이들로 출강한 후 별도의 탈질 처리를 수행하여 용강에서 충분히 질소가 제거되도록 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 용강
20: 슬래그

Claims (5)

1. 전기로에 스크랩을 장입하는 단계;
   상기 전기로에 용선을 장입하는 단계; 및
   상기 전기로를 가열하여 용강을 얻는 단계;
   를 포함하는 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 용선을 장입하는 단계 이전에,
   상기 용강 중 질소의 목표 성분량에 따라 상기 전기로에 대한 상기 용선의 장입량을 산출하는 단계;
   를 더 포함하는 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 용선의 장입량을 산출하는 단계는
   하기의 수학식 1을 만족하여 산출되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법.
   (수학식 1)
   N=-0.063*A+72.4
   (N : 용강 중 질소의 목표 성분량(ppm), A : 용강에 대한 용선의 장입 비율(%))
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 용강에 대한 상기 용선의 장입 비율은 80% 이하인 것을 특징으로 하는 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용강을 얻는 단계 이후에,
   상기 용강을 레이들로 출강하는 단계; 및
   상기 레이들을 진공조 내에 장입하고 진공을 부여하여 상기 용강 내 질소를 제거하는 단계;
   를 더 포함하는 전기로 제강을 이용한 강 제조 방법.
   

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