KR20190075446A - 전기로를 이용한 용강의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전기로 내부의 내화물을 안정적으로 경화시키면서, 생산성을 향상시킬 수 있는 용강의 제조 방법을 제공한다.
용강의 제조 방법은, 전기로의 내부에 제1 배합비를 가지는 제1 스크랩을 장입하고, 전기로의 내부를 가열하여 전기로의 내부에 장입된 제1 스크랩을 용해하고, 전기로의 내부에 제2 배합비를 가지는 제2 스크랩을 장입하고, 전기로의 내부를 가열하여 전기로의 내부에 장입된 제2 스크랩을 용해하고, 전기로의 내부에 용선을 장입하고, 전기로의 내부에 산소를 취입하고, 전기로의 내부를 가열하는 과정을 포함한다.

Description

전기로를 이용한 용강의 제조 방법{Method for Manufacturing Molten Steel Using Electric Furnace}

본 발명은 전기로를 이용하여 용강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기로에 고철과 용선을 장입하여 용강을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로를 이용하여 용강을 제조하는 방법은, 노내에 스크랩을 장입하고, 하부 전극과 상부 전극봉 사이의 아크(Arc) 저항 열을 이용하여 스크랩을 용해하는 공정을 포함한다.

스크랩을 녹이기 위해 전기로의 내부는 고온으로 가열되는 과정이 필요하고, 이와 같은 승온 과정이 반복됨에 따라 전기로를 구성하는 내화물의 손상되면, 주기적으로 내화물을 점검, 수리하는 등의 작업이 필요하게 된다.

내화물을 점검, 수리하는 작업을 위해서는 전기로의 바닥부의 핫힐(Hot Heel)까지 남김 없이 출강해야 하며, 이를 풀 태핑(full tapping) 조업이라 한다.

그리고 풀 태핑(full tapping) 조업 이후, 전기로 내에 처음으로 고철을 장입하는 공정을 톱 차지(top charge) 공정이라 하며, 이러한 톱 차지(top charge) 공정에서는 노내의 내화물을 충분히 경화시키는 것이 필요하다.

그런데, 내화물을 충분히 경화시키기 위해 전기로 내부에 스크랩만 장입하여 노내의 온도를 서서히 올릴 경우, 내화물 경화에는 도움이 되나, 전체적인 용강 제조 시간이 늘어나게 되어 생산성이 저감되는 문제가 있다.

이와 반대로, 스크랩 장입 후, 바로 용선을 다량 사용하게 되면 용강 제조 시간은 줄어들지만 내화물의 경화가 안정적으로 이루어지지 못하여 내화물이 분리되면서 노내의 다른 부품들이 손상될 우려가 있다.

본 발명은 전기로 내부의 내화물을 안정적으로 경화시키면서, 생산성을 향상시킬 수 있는 용강의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강의 제조 방법은, 전기로의 내부에 제1 배합비를 가지는 제1 스크랩을 장입하고, 상기 전기로의 내부를 가열하여 상기 전기로의 내부에 장입된 상기 제1 스크랩을 용해하고, 상기 전기로의 내부에 제2 배합비를 가지는 제2 스크랩을 장입하고, 상기 전기로의 내부를 가열하여 상기 전기로의 내부에 장입된 상기 제2 스크랩을 용해하고, 상기 전기로의 내부에 용선을 장입하고, 상기 전기로의 내부에 산소를 취입하고, 상기 전기로의 내부를 가열하는 과정을 포함한다.

상기 제1스크랩을 용해하는 과정, 상기 제2스크랩을 용해하는 과정 및 상기 용선을 상기 전기로 장입한 후 상기 전기로를 가열하는 과정에서 상기 전기로에 공급되는 전류 및 전압은 단계적으로 증가할 수 있다.

상기 용선의 장입량은 상기 제1 스크랩의 장입량보다 작을 수 있다.

상기 용선을 장입한 후 상기 전기로에 공급되는 전력은 상기 제1 스크랩을 장입한 후 상기 전기로에 공급되는 전력보다 더 클 수 있다.

상기 제1 배합비와 상기 제2 배합비는 서로 다를 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 내화물을 안정적으로 경화시킬 수 있어 내화물을 점검, 수리하기 위한 비용이 절감된다.

또한, 용강 제조 과정에서 용선을 장입함으로써, 용강 제조 시간이 단축되어 생산성이 증대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로를 이용한 용강의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로에 공급되는 전력의 패턴을 나타낸 표이다.
도 4는 전기로에 공급되는 전력량에 따른 산소 취입 패턴을 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전기로(1)는 본체(10)와 본체(10)의 상부를 덮는 루프(11)와, 루프(11)의 중앙부에 설치된 상부 전극(12)과, 본체(10)의 바닥부에 설치되어 상부 전극(12)과의 통전에 의해 아크(Arc)를 발생시키는 하부 전극(13)을 포함한다. 본체(10)의 내벽은 내화물(14)로 구성된다.

본체(10)의 일측에는 스크랩을 컷팅하기 위한 산소를 공급하는 수냉 랜스(15)가 마련되고, 본체(10)의 타측에는 용강을 래들(미도시)로 출강시키는데 사용되는 출강구(16)가 마련된다.

이하에서는 이러한 전기로(1)를 이용하여 톱 차지(top charge) 공정에서 용강을 제조하는 방법에 대해 개시한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로를 이용한 용강의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로에 공급되는 전력의 패턴을 나타낸 표이며, 도 4는 전기로에 공급되는 전력량에 따른 산소 취입 패턴을 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로를 이용한 용강의 제조 방법은 전기로(1)의 본체(10) 내부에 제1 배합비(配合比)를 가지는 제1 스크랩을 장입하는 과정(S100)으로 시작된다.

제1 스크랩은 자가고철, 고급고철, 저급고철 등을 포함하며, 상기 자가고철, 고급고철, 저급고철은 일정한 제1 배합비로 상기 제1 스크랩을 구성한다.

상기 제1 스크랩이 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 후, 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 상기 제1 스크랩을 용해시키기 위해 전기로(1)를 가열하는 과정(S200)이 진행된다.

전기로(1)를 가열하기 위해 전기로(1)에 전력이 공급되며, 공급된 전력은 상부 전극(12)과 하부 전극(13) 사이의 통전에 의한 아크(Arc)를 발생시켜 생성된 열로 상기 제1 스크랩을 용해(1차 용해)한다.

상기 제1 스크랩을 용해하는 과정에서 전기로(1)에 공급되는 전력은 도 3에 나타낸 표와 같이, 여러 공급 단계(S1, S2, S3, S4, S5)를 거치면서 점차 증가한다.

상기 제1 스크랩이 용해되면, 전기로(1)의 본체(10) 내부에 제2 배합비(配合比)를 가지는 제2 스크랩을 장입하는 과정(S300)이 진행된다.

제2 스크랩은 상기 제1 스크랩과 마찬가지로 자가고철, 고급고철 및 저급고철 등을 포함하며, 상기 자가고철, 고급고철 및 저급고철은 상기 제1 배합비와 다른 제2 배합비로 상기 제2 스크랩을 구성할 수 있다.

상기 제2 스크랩이 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 후, 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 상기 제1 스크랩 및 제2 스크랩을 용해시키기 위해 전기로(1)를 가열하는 과정(S400)이 진행된다.

앞선 가열 과정(S200)과 마찬가지로 전기로(1)를 가열하기 위해 전기로(1)에 전력이 공급되며, 공급된 전력은 상부 전극(12)과 하부 전극(13) 사이의 통전에 의한 아크(Arc)를 발생시켜 생성된 열로 상기 제1 스크랩 및 제2 스크랩을 용해(2차 용해)한다.

상기 제1 스크랩 및 제2 스크랩을 용해하는 과정에서 전기로(1)에 공급되는 전력은 도 3에 나타낸 표와 같이, 여러 공급 단계(S1, S2, S3, S4, S5)를 거치면서 점차 증가하며, 각 단계별로 2차 용해 과정에서 전기로(1)에 공급되는 전력이 1차 용해 과정 에서 전기로(1)에 공급되는 전력보다 큰 것을 알 수 있다.

상기 제2 스크랩이 용해되면, 전기로(1)의 본체(10) 내부에 용선을 장입하는 과정(S500)이 진행된다. 용선 장입은 용선 래들(미도시)에 담긴 용선을 전기로(1)의 본체(10) 내부에 공급함으로써 수행될 수 있다.

용선 장입 시 용선이 비산되는 것을 방지하기 위해 용선은 상기 제1 스크랩 및 제2 스크랩을 용해하는 과정에서 상기 제1 스크랩 및 제2 스크랩에 형성된 홀에 장입될 수 있다.

전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입되는 용선의 양은 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입되는 상기 제1 스크랩 또는 제2 스크랩의 양의 50% ~ 70%가 될 수 있고, 구체적으로 대략 40톤(ton) 정도보다 작은 것이 바람직하다. 톱 차지(top charge) 공정 전에 전기로(1) 본체(10)의 내벽 또는 바닥을 형성하는 내화물(14)에 대한 수리가 수행되면, 부정형 내화물(14)이 본체(10)의 내벽 또는 바닥에 보충되고, 그만큼 본체(10) 내부의 용적이 작아지기 때문에 용선이 40톤(ton)을 초과하여 장입되면 본체(10) 외부로 넘칠 위험이 있기 때문이다.

상기 용선이 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 후, 전기로(1) 내부에 고압의 산소가 취입(S600)된다. 산소는 수냉 랜스(15)를 통해 전기로(1) 내부로 공급되며, 공급된 산소는 전기로(1)의 본체(10) 내부의 상기 제1 스크랩, 상기 제2 스크랩 등을 컷팅(cutting)하고, 용강의 온도를 높이게 된다.

이와 같이, 산소의 취입을 용선이 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 이후에 하는 이유는 용선 장입 전의 제1 스크랩이나 제2 스크랩을 장입하거나 용해하는 과정에서 산소를 취입하게 되면 경화가 되지 않은 부정형 내화물(14)이 고압의 산소에 의해 흩어질 수 있기 때문이다.

산소의 취입이 완료되면, 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 용선을 용해시키기 위해 전기로(1)를 가열하는 과정(S700)이 진행된다.

앞선 가열 과정(S200)과 마찬가지로 전기로(1)를 가열하기 위해 전기로(1)에 전력이 공급되며, 공급된 전력은 상부 전극(12)과 하부 전극(13) 사이의 통전에 의한 아크(Arc)를 발생시켜 생성된 열로 상기 제1 스크랩, 제2 스크랩을 용해(3차 용해)한다.

상기 제1 스크랩 및 제2 스크랩을 용해하는 과정에서 전기로(1)에 공급되는 전력은 도 3에 나타낸 표와 같이, 여러 공급 단계(S1, S2, S3, S4, S5)를 거치면서 점차 증가하며, 각 단계별로 3차 용해 과정에서 전기로(1)에 공급되는 전력이 1차 용해 및 2차 용해에서 전기로(1)에 공급되는 전력보다 큰 것을 알 수 있다.

이후 추가적으로 전기로(1)의 온도를 상승시키기 위해 전력을 공급하는 승열 과정(S800)을 통해 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 상기 제1 스크랩, 제2 스크랩 및 용선이 용해되어 용강이 형성되면, 출강구(16)를 통해 용강을 래들(미도시)로 출강시키는 과정(S900)이 진행된다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기로를 이용한 용강의 제조 방법에서는, 스크랩을 각각 배합비가 다른 제1 스크랩과 제2 스크랩으로 구별하여 시간 차를 두고 별개로 전기로(1)에 장입 및 용해하는 과정이 진행된다. 이는 한 번에 많은 스크랩을 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입하게 되면 경화가 진행되지 않은 내화물(14)에 스크랩이 혼합되면서 내화물(14)에 손상이 가해질 수 있기 때문이다.

제1 스크랩과 제2 스크랩을 전기로(1)에 장입 및 용해하는 과정 이후 내화물(14)의 경화가 완료되는 시점에 별개로 용선을 장입함으로써, 용선의 잠열을 통해 단시간에 전기로(1) 내부의 온도를 상승시킬 수 있고, 전기로(1) 내부의 온도를 상승시키기 위한 전력량을 절감할 수 있다.

또한, 장입된 용선에 함유된 카본과 고압으로 취입되는 산소가 반응하여 CO, CO2 기포가 생성되면서 불필요한 성분의 산화물이 부상하고, 생석회와 반응하여 산화 슬래그가 생성된다. 이러한 슬래그는 용강의 온도 저하를 방지 하고 아크 방전(arcing)에 의한 저항 열을 더 빠르게 전달시키는 역할을 하므로, 전기로(1) 내부의 온도 상승에 기여하게 되고, 이는 전체적인 용강 제조 시간의 단축으로 이어질 수 있다.

도 3의 표에 나타낸 바와 같이, 제1 스크랩을 용해하는 초기과정(1차 용해) 또는 제2 스크랩을 용해하는 과정(2차 용해)에서 다른 과정에 비해 상대적으로 저전압이 공급되고, 저전류가 흐르도록 하여, 아크 방전(arcing) 시 발행하는 스플래쉬(splash)에 의해 전기로(1) 내부의 부품들이 손상되는 현상이 방지된다. 또한 스크랩이 용해되면서 상부 전극(12)이 스크랩의 내부로 진입하게 되면 스플래쉬(splash)에 의한 손상이 방지된다.

아울러 제1 스크랩을 용해하는 초기과정(1차 용해) 또는 제2 스크랩을 용해하는 과정(2차 용해)에서 다른 과정에 비해 상대적으로 저전압이 공급되고, 저전류가 흐르도록 하면, 본체(10) 내부의 내화물(14)이 손상되지 않고 안정적으로 경화될 수 있는 시간을 제공할 수 있다.

이 후 승열 과정에서 상대적으로 고전압이 공급되고, 고전류가 흐르도록 하여 빠른 속도로 스크랩을 용락시켜 전체적인 용해 시간을 단축시킬 수 있으며, 이는 전체적인 용강 제조 시간의 단축으로 이어질 수 있다.

도 4는 전기로에 공급되는 전력량에 따른 산소 취입 패턴을 나타낸 도면으로 도 4에 도시된 바와 같이, 고압의 산소는 용선이 전기로(1)의 본체(10) 내부에 장입된 후 본체(10) 내부로 취입되고, 산소 취입량은 승열 과정까지 단계적으로 증가하면서, 상기 제1 스크랩, 상기 제2 스크랩 등을 컷팅(cutting)하고, 용강의 온도를 높이는 역할을 수행하게 된다.

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

1: 전기로
10: 본체
11: 루프
12: 상부 전극
13: 하부 전극
14: 내화물
15: 수냉 랜스
16: 출강구

Claims (5)

1. 전기로의 내부에 제1 배합비를 가지는 제1 스크랩을 장입하고,
   상기 전기로의 내부를 가열하여 상기 전기로의 내부에 장입된 상기 제1 스크랩을 용해하고,
   상기 전기로의 내부에 제2 배합비를 가지는 제2 스크랩을 장입하고,
   상기 전기로의 내부를 가열하여 상기 전기로의 내부에 장입된 상기 제2 스크랩을 용해하고,
   상기 전기로의 내부에 용선을 장입하고,
   상기 전기로의 내부에 산소를 취입하고,
   상기 전기로의 내부를 가열하는 과정을 포함하는 전기로를 이용한 용강의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1스크랩을 용해하는 과정, 상기 제2스크랩을 용해하는 과정 및 상기 용선을 상기 전기로 장입한 후 상기 전기로를 가열하는 과정에서 상기 전기로에 공급되는 전류 및 전압은 단계적으로 증가하는 전기로를 이용한 용강의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 용선의 장입량은 상기 제1 스크랩의 장입량보다 작은 전기로를 이용한 용강의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 용선을 장입한 후 상기 전기로에 공급되는 전력은 상기 제1 스크랩을 장입한 후 상기 전기로에 공급되는 전력보다 더 큰 전기로를 이용한 용강의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 배합비와 상기 제2 배합비는 서로 다른 전기로를 이용한 용강의 제조 방법.

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