KR20150113345A - 전기로 조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 조업 시 용강과 반응하여 용강의 온도를 상승시키는 발열재를 최종회 스크랩 장입 후 용락시점에 전기로에 장입함으로써, 송전(送電) 시간 및 전체 조업 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 그로 인해 전력 원단위를 절감할 수 있게 하는 전기로 조업방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 스크랩를 장입한 후 용해시켜 용강을 제조하는 단계; 용강 제조 단계 중, 최종회 스크랩 장입 후 용락 시점에 산화반응에 의해 반응열을 상기 용강에 제공할 수 있는 Fe-Si 합금철 분말로 이루어진 발열재를 장입하는 단계; 제조된 용강 승온시키는 단계; 및 승온된 용강을 출강시키는 단계;를 포함한다.

Description

전기로 조업방법{METHOD FOR OPERATING ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은 전기로 조업방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기로 조업 시 송전(送電) 시간 및 전체 조업 시간을 단축시킬 수 있게 할 뿐만 아니라 그로 인해 전력 원단위를 절감할 수 있게 하는 전기로 조업방법에 관한 것이다.

일반적으로 용선 및 용강을 생산하기 위한 방법은 고로 조업 및 전기로 조업으로 나누어진다. 고로 조업은 철광석과 코크스를 이용하여 고로에서 용선을 생산하는 방법이고, 전기로 조업은 고철 스크랩을 이용하여 전기로에서 용강을 생산하는 방법이다.

다시 말해, 전기로는 전극 사이에 고철 스크랩을 적치한 후, 전기를 통전시켜 이때 발생하는 아크(arc)열을 이용하여 고철 스크랩을 용융시키는 설비이다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제 0270117 호(등록일자: 2000. 07. 27. 명칭: "용강의 탈가스 처리시 용강의 승온방법")가 있다.

본 발명은 전기로 조업 시 용강과 반응하여 용강의 온도를 상승시키는 발열재를 최종회 스크랩 장입 후 용락시점에 전기로에 장입함으로써, 송전(送電) 시간 및 전체 조업 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 그로 인해 전력 원단위를 절감할 수 있게 하는 전기로 조업방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기로 조업방법은, 스크랩를 장입한 후 용해시켜 용강을 제조하는 단계(S1); 용강 제조 단계(S1) 중, 최종회 스크랩 장입 공정 후 용락 시점에 알루미늄 금속과 카본 금속이 혼합된 발열재를 장입하는 단계(S2); 제조된 용강 승온시키는 단계(S3); 및 승온된 용강을 출강시키는 단계(S4);를 포함할 수 있다.

구체적으로 단계(S2)에서의 알루미늄 금속과 카본 금속은 3~4 : 6~7 비율로 혼합될 수 있다.

구체적으로 발열재는 용해되는 용강 1톤당 4.5~6.5㎏이 장입될 수 있다.

구체적으로 발열재는 5㎜ 이하의 입경을 가지면서 2.0~3.5bar의 압력으로 전기로에 구비된 랜스를 통해 용강과 슬래그 사이로 투사될 수 있다.

구체적으로 발열재는 랜스를 통해 4~7분 동안 분 당 80~150㎏ 투사될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전기로 조업방법에 의하면, 용강과 반응하여 용강의 온도를 상승시키는 발열재를 최종회 스크랩 장입 후 용락시점에 전기로에 장입시킴으로써, 발열재의 반응열을 이용해 용강의 온도를 상승시켜 송전(送電) 시간 및 전체 조업 시간을 단축시킬 수 있기 때문에 전력 원단위를 절감할 수 있게 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 전기로를 개략적으로 나타낸 도면이며, 그리고
도 2는 본 발명에 따른 전기로 조업방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명과 관련된 전기로를 개력적으로 나타낸 도면으로서, 전기로(100)의 노체(110)는 스크랩이나 다른 부자재를 장입할 수 있도록 선회가 가능한 상부(110a)와, 강판제 철판과 내부에 축조된 내화벽으로 이루어진 하부(110b)로 나누어진다. 이러한 전기로(100)는 전열(電熱)을 이용하여 피용융재인 스크랩을 용융시키거나 가열하는 것으로, 전기로(100)는 발열방식에 따라 저항로, 아크로, 유도로로 나누어진다.

도 1에 도시된 전기로(100)는 전술한 전기로(100) 중 아크로를 나타낸 것으로, 아크로는 노체(110) 안에 놓인 3개의 전극(120)과 피용융재(스크랩) 사이에 발생하는 아크(arc)형태의 전류를 피용융재에 인가할 수 있도록 형성된다.

그리고 피용융재인 스크랩은 인가되는 전류에 의해 용융되어 용강(M)을 형성하며, 용강(M)은 출강구(130)를 통해 노체(110)와 별도로 구비되는 래들(200)로 출강된다.

그런데, 전술한 아크로를 이용한 용강 제조 조업은 전력에너지와 산소만으로 스크랩을 용해하기 때문에 전력의 소모가 과다한 문제점이 있었다. 또한 종래의 전기로 조업에서는 용강을 제조하는 시간이 길어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 용강을 제조하는 시간을 단축할 수 있으면서 전력의 소모를 줄일 수 있는 전기로 조업방법이 요구되고 있는 실정이다.

하기에는 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기로 조업방법을 설명한다.

본 발명에서는 전기로 조업 시 용강과 반응하여 용강의 온도를 상승시키는 발열재를 최종회 스크랩 장입 후 용락시점에 전기로에 장입하여 제조되는 용강의 온도를 상승시켜 송전(送電) 시간 및 전체 조업 시간을 단축시킴으로써, 전력 원단위를 절감할 수 있게 하는 전기로 조업방법을 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 전기로 조업방법을 나타낸 순서도로서, 본 발명에 따른 전기로 조업방법은, 전기로(100)에 스크랩를 장입한 후 용해시켜 용강을 제조하는 단계(S1), 전술한 용강 제조 단계(S1) 중, 최종회 스크랩 장입 후 용락 시점에 발열재를 장입하는 단계(S2), 제조된 용강을 후속되는 공정에 적합하도록 대략 1500~1650℃로 승온시키는 단계(S3), 및 승온된 용강을 출강시키는 단계(S4)를 포함한다.

여기서, 용강을 승온시키는 단계(S3), 및 승온된 용강을 출강시키는 단계(S4)는 종래의 전기로 조업과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 단계(S1)에서의 스크랩 장입 및 장입된 스크랩의 용해는 총 2회로 분할되어 전기로(100)에 장입되어 용해되거나, 또는 총 3회로 분할되어 전기로(100)에 장입되어 용해된다.

이때, 스크랩이 총 2회로 분할되어 전기로(100)에 장입될 경우 1차 스크랩 장입 단계에서는 전체 스크랩 장입량의 약 75%의 스크랩이 장입된 후 1차 용해되고, 2차 스크랩 장입 단계에서는 전체 스크랩 장입량의 약 25%의 스크랩이 장입된 후 2차 용해된다.

그리고 스크랩이 총 3회로 분할되어 전기로(100)에 장입될 경우 1차 스크랩 장입 단계에서 전체 스크랩 장입량의 약 40~50%의 스크랩이 장입된 후 1차 용해되고, 2차 스크랩 장입 단계에서 전체 스크랩 장입량의 약 25~30%의 스크랩이 장입된 후 2차 용해되며, 3차 스크랩 장입 단계에서 전체 스크랩 장입량의 약 25~30%의 스크랩이 장입된 후 3차 용해된다.

이러한 스크랩 장입은 원료 베이(bay)에서 집게 또는 자석을 이용하여 다수의 바스켓(basket)에 나누어져 적입되며, 스크랩 장입 및 장입된 스크랩의 용해는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

한편, 발열재의 장입(S2)은 분할되어 장입되는 스크랩 장입 공정 중, 최종회 스크랩 장입 공정 후 용락 시점에 장입된다. 여기서 용락은 전기로(100)에 장입된 스크랩이 80% 정도 용해된 시점으로 용강(M)의 온도는 대략 1480~1520℃이며, 전체 투입전력의 70~80% 투입 시점을 말한다.

발열재는 반응열을 일으킬 수 있는 재료, 즉 발열재는 전기로(100) 내에 장입된 후 산화반응에 의한 반응열을 용강(M)에 제공할 수 있게 하는 재료를 채택한다.

바람직하게는 발열재는 통상의 알루미늄 금속과 카본 금속이 혼합된 혼합물로써, 알루미늄 금속과 카본 금속이 3~4 : 6~7 비율로 혼합되어 이루어진다. 여기서 알루미늄 금속 3 미만으로 첨가되고 카본 금속이 6 미만으로 혼합되면 본 발명에서 발열가 미비하게 되고, 알루미늄 금속이 4를 초과하여 혼합되면 용강(M) 제조에 따른 제조단가가 상승하게 된다. 그리고 카본 금속이 7을 초과하여 혼합되면 발열효과보다는 탄소성분을 보정하는 효과만을 가지게 된다.

이와 같은 발열재는 전기로(100)에 장입하면 아래의 반응식 1 및 반응식 2와 같은 발열 화학반응에 의해 용강(M)의 온도는 상승하게 된다.

<반응식 1>

2Al(s) + 11/2O₂(g) = Al₂O₃

<반응식 2>

C(s) + 1/2O₂(g) = CO

즉, 발열재가 장입되면 발열재의 "Al", "C"가 용강(M) 중의 산화철과 반응하여 철과 환원되면서 열을 발생하여 용강(M)의 온도는 상승하게 된다.

한편, 발열재는 용강(M) 1톤당 4.5~6.5㎏ 장입된다. 그리고 발열재는 5㎜ 이하 입경 가지면서 2.0~3.5bar의 압력으로 전기로(100)의 구비된 랜스(도시되지 않음)를 통해 용강(M)과 슬래그 사이로 투사된다.

여기서 발열재가 용강(M) 1톤 대비 6.5㎏을 초과하여 장입되면 슬래그가 과다하게 발생되기 때문에 전력투입 효율이 떨어지고, 발열재가 용강(M) 1톤 대비 4.5㎏ 미만으로 장입되면 발열반응에 의한 용강(M) 온도의 상승 효과가 미비하게 된다.

그리고 발열재가 5㎜를 초과하는 입경을 가지면 랜스를 이용한 발열재 투사 중 입자들이 뭉쳐서 랜스에 막힘현상이 발생하게 된다. 또한 발열재의 투사 압력이 2.0bar 미만이면 발열재가 원활하게 투사되지 못하며, 발열재의 투사 압력이 3.5bar 초과하면 용강(M)과 슬래그가 교반되는 현상이 발생한다.

한편, 발열재는 랜스를 통해 4~7분(min) 동안 분(min) 당 80~150㎏ 투사되는데, 여기서 발열재가 4분 미만으로 투사되면 갑자기 다량의 발열재가 용강(M)가 반응하기 때문에 과다 화염발생으로 설비손상 및 안전상 위험이 발생하게 되며, 발열재가 7분을 초과하여 투사되면 조업시간이 길어지게 된다. 그리고 발열재가 분(min) 당 80㎏ 미만으로 투사되면 발열 효과가 미비하고, 발열재가 분(min) 당 150㎏를 초과하여 투사되면 다량의 발열재가 용강(M)가 반응하기 때문에 과다 화염발생으로 설비손상 및 안전상 위험이 발생하게 된다.

하기의 표 1.은 일반강용 용강 제조 시 종래 전기로 조업과 본 발명에 따른 전기로 조업을 비교한 결과이다.

	스크랩 장입량(T)	용강 회수율(%)	송전시간 (min)	조업시간 (min)	전기로 전력
					투입량(h)	원단위(h/T)
비교예	94.9	92.8	45.4	60.5	36,330	412.3
실시예	93.6.2	92.4	45.0	58.4	33,290	385.1

표 1에서 확인 할 수 있듯이, 본 발명에 따른 전기로 조업(실시예)은 종래 전기로 조업(비교예)에 비해 송전(送電) 시간이 다소 단축되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 송전 시간 단축으로 전력 원단위를 절감할 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한 송전 시간의 단축으로 인해 전체적인 조업 시간이 단축되는 것을 확인하였을 뿐만 아니라 용강 회수율이 다소 높아지는 것을 확인할 수 있었다.

이와 같은 본 발명의 전기로 조업방법에 의하면, 용강과 반응하여 용강의 온도를 상승시키는 발열재를 최종회 스크랩 장입 단계에서 스크랩과 함께 전기로에 장입시킴으로써, 발열재의 반응열을 이용해 용강의 온도를 상승시켜 송전(送電) 시간 및 전체 조업 시간을 단축시킬 수 있기 때문에 전력 원단위를 절감할 수 있게 한다.

상기와 같은 전기로 조업방법은위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100 : 전기로 110 : 노체
120 : 전극 130 : 출강구
M : 용강 200 : 래들

Claims (5)

1. 스크랩를 장입한 후 용해시켜 용강을 제조하는 단계(S1);
   상기 용강 제조 단계(S1) 중, 최종회 스크랩 장입 공정 후 용락 시점에 알루미늄 금속과 카본 금속이 혼합된 발열재를 장입하는 단계(S2);
   제조된 상기 용강 승온시키는 단계(S3); 및
   승온된 용강을 출강시키는 단계(S4);를 포함하는 전기로 조업방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단계(S2)에서의 알루미늄 금속과 카본 금속은 3~4 : 6~7 비율로 혼합되는 전기로 조업방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열재는 용해되는 상기 용강 1톤당 4.5~6.5㎏이 장입되는 전기로 조업방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열재는 5㎜ 이하의 입경을 가지면서 2.0~3.5bar의 압력으로 상기 전기로에 구비된 랜스를 통해 상기 용강과 슬래그 사이로 투사되는 전기로 조업방법.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 발열재는 상기 랜스를 통해 4~7분 동안 분 당 80~150㎏ 투사되는 전기로 조업방법.

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