KR20210003173A - 전기 아크로 및 대응하는 장치의 용융 방법 - Google Patents

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KR20210003173A
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다니엘리 오토메이션 에스피에이
다니엘리 앤드 씨. 오피시네 메카니케 쏘시에떼 퍼 아찌오니
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Abstract

본 발명에 따르면, 고체 금속 재료(M)를 전기로(11)에 적재는 단계, 적어도 하나의 전극(13)과 금속 재료(M) 사이에 전기 아크를 발생시키는 단계, 상기 전극(13)이 상기 금속 재료(M)를 통해 이동하는 동안 금속을 천공하는 단계, 용융된 재료를 얻기 위해 고체 금속 재료(M)를 용융하는 단계, 반응 화합물을 첨가하여 상기 용융된 재료를 정제하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 상기 단계 동안 전기 아크의 전기 파라미터를 조절하기 위해 제공되는 용융 방법이 개시되어 있다.

Description

전기 아크로 및 대응하는 장치의 용융 방법
본 발명은 전기 아크로에서의 용융 방법 및 대응하는 용융 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 금속 재료를 용융시키는 데 사용되는 전기로 분야에 적용된다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 비제한적이나, 3상 전기 아크로(arc furnaces)를 위한 것이다.
아크로의 용융 사이클은 일반적으로 하기의:
-금속 재료(일반적으로 스크랩)를 위에서 하역하는 바스켓에 의해 또는 스크랩 및/또는 직접 환원 철(DRI)이 공급되는 연속 적재 운송 장치에 의해 아크로에 적재하는 단계;
-전기 아크를 발생시키는 단계;
-발생된 전기 아크에 의해 금속 재료층을 천공하는 단계;
-용융 금속조를 형성하는 단계;
-상기 금속조의 온도와 강철의 탄소 함량을 조절하기 위해 용융된 재료를 정제하는 단계 및/또는 화학성분을 추가하여 강철의 원하는 조성물을 정의하는 단계;
-발생 가능한 디슬래깅(deslagging) 후, 전기로에 있는 용융 재료를 탭핑하는 단계를 제공하고,
전기 아크를 발생시키는 동안 전극이 전극의 단부와 피용융 재료 사이에 발생되는 용융 전기 아크를 유발할 때까지 전극이 금속 재료를 향해 하강되며, 천공하는 단계 동안 스크랩의 실제 용융이 시작되어 완전히 융합된다.
적재, 전기 아크 생성 및 천공 작업은 한 번의 용융 사이클 동안 여러 번 반복될 수 있다. 예를 들어, 융용 재료의 정제를 진행하기 전에 전기로에서 금속 재료의 첫 번째 장입 및 장입의 용융 후, 용융 재료의 추가 장입 및 후속 용융의 도입이 제공될 수 있다.
연속 장입 용융 공정의 경우, 위에서 설명한 용융 사이클은 다르며 일반적으로 제 1 바스켓을 전기로에 적재, 충분한 리퀴드 힐(liquid heel) 수준을 생성하기 위한 후속 용융, 및 탭하려는 수량에 도달하기 위해 피용융 재료의 연이은 후속 도입이 제공된다.
천공 단계 동안, 전극과 금속 재료의 장입 사이의 전기 아크가 매우 불안정한 동작을 나타내며, 이는 용융이 진행됨에 따라 점차 개선된다. 그 동안, 이로 인해 메인 전원 공급망에 또한 부정적인 영향을 미치는 예기치 않은 갑작스런 변화가 흡수된 전력에 야기되고 상기 전력 공급망에 의해 공급되는 사용자 장치에도 손상을 줄 수 있다.
천공 및 용융 중에, 실제로, 수집되었지만 아직 용융되지 않은 스크랩으로 인해 전극에 붕괴가 발생해 용융 작업에 유용한 유효 전력이 상당히 감소하고 메인 전력망에 의해 흡수된 전류가 급격히 증가하는 단락 상태가 발생될 수 있다.
용융이 진행됨에 따라, 즉, 아크가 고체 재료 또는 거품 액체(슬래그)로부터 적절하게 차폐되면, 전기 아크의 거동이 점점 더 안정적이 되어, 이런 식으로 아크 길이를 늘릴 수 있어, 이에 따라 피용융 재료에 전달되는 열 출력을 증가시킨다. 아크의 전압과 길이는 용융 공정의 함수로 조절되므로 내화물의 과도한 마모를 방지한다.
따라서, 용융 공정 동안 전기 아크의 상기 거동을 고려하면, 적어도 천공 및 용융 단계 동안, 예를 들어 스크랩이 용융조(溶融槽)에 붕괴됨으로 인한 아크의 중단 또는 셧다운이 없게 위해 높은 전류값을 유지하는 것이 최신 기술에 알려져 있다. 그러나, 아크의 평균 전류값은 아크의 발생가능한 갑작스런 피크가 용융 장치의 전기 부품을 어떻게든 손상시키는 것을 방지하기 위해 최대 임계치 아래로 설정된다.
그 후, 정제 단계 동안, 발생할 수 있는 전류 서지의 결과로 전극 자체에 의해 유도될 수 있는 고온으로 인한 전극 및 전기로의 내화 라이닝의 과도한 마모를 방지하기 위해 아크의 전류값을 예를 들어 10% 내지 30%까지 줄이는 것이 알려져 있다.
용융조에 공급되는 열 에너지의 감소를 또한 수반하는 전류 감소를 보상하기 위해, 상당한 양의 화합물을 추가하여 흡열 반응을 발생시키고 충분히 두꺼운 슬래그 층을 생성하여 용융조가 덮이는 것을 보장하는 것이 공지되어 있다.
실제로, 슬래그 층은 용융조를 산화로부터 보호하는 것 외에도 용융조의 열 소실에 대한 보호막 역할을 한다.
더욱이, 전류 강도의 감소는 높은 생산 비용과 함께 용융주기, 즉 전원 공급 시간의 더 긴 지속 시간을 수반한다.
JP 2282413은 전기 아크로에 전력 공급을 제어하는 시스템을 기술한다. 이 시스템은 메인 전력망에 직접 연결된 전원 공급 장치가 있는 공장의 효율성을 높이기 위해 공정 중 역률을 개선하도록 제공된다. 이 참조 문헌에 기술된 방안은 용융 공정 중에 전류값을 변경할 수 있도록 제공하지만, 시스템이 과도하게 불균형해지지 않도록, 전기 파라미터의 균형을 유지하기 위해 과전류 방전 시스템을 지속적으로 사용해야 한다.
본 발명의 한 가지 목적은 용융 공정의 효율을 증가시키는 전기 아크로에서의 용융 방법을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각의 용융 사이클의 시간을 감소시킬 수 있는 전기 아크로에서의 용융 방법을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기로의 내화 라이닝 및 전극의 지속 시간을 증가시킬 수 있는 용융 방법을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬래그 생성을 위해 화합물의 첨가와 관련된 비용을 억제할 수 있는 용융 방법을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 경제적인 용융 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 효율적이고 각 용융 사이클의 시간을 감소시키는 용융 장치를 제공하는 것이다.
본 출원인은 최신 기술의 단점을 극복하고 이러한 목적 및 다른 목적과 이점을 얻기 위해 본 발명을 고안하고 테스트하여 구현했다.
본 발명은 독립 청구항에 기술되고 특징으로 하는 한편, 종속 청구항은 본 발명의 다른 특징 또는 주요 발명의 아이디어에 대한 변형을 기술한다.
상기 목적에 따라, 본 발명에 따른 용융 방법은:
-고체 금속 재료를 전기로에 적재하는 단계;
-적어도 하나의 전극과 금속 재료 사이에 전기 아크를 발생시키는 단계;
-상기 전극이 상기 금속 재료 통해 이동하는 동안 상기 금속 재료를 천공하는 단계;
-용융된 재료를 얻기 위해, 상기 전기 아크의 전원 전류를 제 1 전류값으로 시간에 걸쳐 일정하게 유지하도록 제공하여 고체 금속 재료를 용융시키는 단계;
-반응 화합물을 첨가하여 상기 용융된 재료를 정제하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상기 정제 단계 동안, 상기 전기 아크의 전원 전류를 제 1 전류값의 1.04 내지 1.2배 사이에 포함된 제 2 전류값으로 증가시키도록 제공된다.
이러한 방식으로, 전기로의 유형과 최신 기술과 관련하여 동일하게 유지되는 수반된 전력으로, 아크의 전원 전류의 증가가 전기 아크의 전원 전압의 동시 감소를 수반한다.
전기 아크의 전원 전압은 본 출원인이 개선한 경험적 관계에 의해 전기 아크의 길이와 직접적인 상관 관계(Larc = Varc-35mm)가 있다. 이것으로부터 아크 전압의 감소는 또한 전기 아크 길이의 동시 감소를 수반한다. 이러한 전기 아크 길이의 감소는 전기로에서 전극의 위치를 조정하여 얻을 수 있다.
아크 길이를 줄이면 전기 아크 자체를 보호하기 위해 용융 금속 위에 생성되는 슬래그의 두께를 줄일 수 있다. 이는 단지 예로써 석회, 석탄, 산소와 같은 슬래그를 생성하기 위해 더 적은 화학 반응 화합물을 사용하여 결과적으로 정제 비용을 감소시킬 수 있다.
더욱이, 용융 금속과의 더 적은 양의 슬래그 및 화학 반응 화합물은 또한 전기로에 적재되는 것에 대해 탭핑된 용융 재료의 더 큰 수율을 얻을 수 있게 한다. 본 출원인은 또한 본 발명이 용융 사이클 시간을 감소시킬 수 있음을 발견하였다.
정제 단계에서, 공정의 안정성으로 인해, 전원 전류는 시간이 지남에 따라 상당히 안정적이며 갑작스러운 증가 또는 감소의 영향을 덜받는다. 금속을 정제하는 단계에서 제공되는 전류의 증가는 전극의 소비율을 더 높이지 않고도 안정성을 이용하게 할 수 있다.
더욱이, 본 발명으로, 종래 기술에서 사용되는 전기로와 동일한 전기로가 주어지면, 정제 단계에서 전극에 공급되는 전력을 증가시켜 결과적으로 용융 사이클의 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 금속 재료가 도입되고 금속 재료를 향하여 전기 아크를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 전극이 제공되는 전기 아크로, 및 적어도 전기 아크의 전원 전류를 조절하도록 구성된 명령 및 제어 유닛을 포함하는 용융 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 용융 장치는 적어도 용융 단계 및 정제 단계 동안에 전기 아크의 적어도 전원 전류를 조절하도록 구성된 조절 장치를 포함하여 전원 전류가 용융 단계 동안 제 1 전류값으로 그리고 정제 단계 동안 제 1 전류값의 1.04배 내지 1.2배 사이에 포함된 제 2 전류값으로 유지되도록 한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 주어진 몇몇 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
-도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 아크로의 전력 장치의 개략도이다.
-도 2는 주조의 마지막 바스켓을 적재, 천공, 용융 및 정제 단계 동안, 최신 기술(실선)의 공지 방안과 본 발명에 따른 2개의 가능한 실시예(점선 및 대시점선)으로 아크의 전원 전류의 시간 변화를 도시한다.
-도 3은 주조의 마지막 바스켓을 적재, 천공, 용융 및 정제 단계 동안, 최최신 기술(실선)의 공지 방안과 본 발명에 따른 2개의 가능한 실시예(점선 및 대시점선)으로 아크 전압의 시간 변화를 도시한다.
-도 4는 주조의 마지막 바스켓을 적재, 천공, 용융 및 정제 단계 동안, 최신 기술(실선) 및 본 발명에 따른 2개의 가능한 실시예(점선 및 대시점선)의 공지된 방안에서 아크의 평균 전력의 시간 변화를 도시한다.
-도 5는 주조의 마지막 바스켓을 적재, 천공, 용융 및 정제 단계 동안, 최신 기술(실선)의 공지 방안과 본 발명에 따른 2개의 가능한 실시예(점선 및 대시점선)으로 아크 길이의 시간 변화를 도시한다.
-도 6은 주조의 마지막 바스켓을 적재, 천공, 용융 및 정제 단계 동안, 최신 기술(실선)의 공지 방안과 본 발명에 따른 2개의 가능한 실시예(점선 및 대시점선)으로 슬래그 두께의 시간 변화를 도시한다.
이해를 돕기 위해, 가능하다면, 도면에서 동일한 공통요소를 식별하기 위해 동일한 참조번호를 사용했다. 일 실시예의 요소 및 특성은 추가 설명없이 편리하게 다른 것에 통합될 수 있음이 이해된다.
본 발명의 실시예는 전체적으로 참조번호 10(도 2)으로 표시되고 전기 아크로(11)를 포함하는 용융 장치에 관한 것이다.
전기로(11)는 용기(12) 또는 쉘을 포함하고, 그 안에 금속 재료(M)가 도입되어 연이어 용융된다.
전기로(11)에는 또한 적어도 하나의 전극(13)이 제공되며, 이 경우에는 금속 재료(M)를 통해 전기 아크를 발생시키고 이를 용융시키도록 구성된 3개의 전극(13)이 도시되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 전극(13)을 금속 재료(M)쪽으로/로부터 선택적으로 이동 시키도록 구성된 이동 장치(14)에 전극(13)이 설치된다. 전극(13)의 이동으로 특정 생산 단계와 관련하여 전극의 위치가 조정될 수 있다. 특히, 전극(13)의 위치를 조정함으로써, 전극(13)과 금속 재료(M) 사이에 형성된 전기 아크의 길이를 관리하는 것도 또한 가능하다.
전반적으로, 이동 장치(14)는 전극(13)의 개별 이동을 제공할 수 있어 전극들 중 각각의 하나에 의해 발생된 전기 아크의 길이를 제어할 수 있다.
바람직한 방안으로, 전극(13)의 위치는 전극(13)에 의해 발생된 전기 아크가 서로 실질적으로 동일하도록, 즉, 서로 다른 전극 사이에 위상 불균형이 없도록 조정된다.
이동 장치(14)는 기계 액추에이터, 전기 액추에이터, 공압 액추에이터, 유압 액추에이터, 관절식 메커니즘, 기계적 키네마틱, 유사 및 필적할만한 부재 또는 이들의 가능한 조합 중 적어도 하나를 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다.
본 발명의 가능한 방안에 따르면, 3개의 전극(13)이 있는 경우, 이들 각각은 각각의 전력 위상에 연결된다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 용융 장치(10)는 메인 교류 전압(Ur) 및 메인 교류 전류(Ir)를 공급하고 메인 교류 전압(Ur) 및 메인 전류(Ir)를 베이스 교류 전압(Ub) 및 베이스 교류 전류(Ib)로 변환하도록 구성되며 전력망(16)에 직간접적으로 연결된 적어도 하나의 변압기(15)를 포함한다.
본 발명의 가능한 방안에 따르면, 메인 전력망(16)은 3상일 수 있다.
베이스 전압 "Ub" 및 베이스 전류 "Ib"는 변압기(15) 자체의 설계 특성, 즉, 변압기의 변압비(transformation ratio)에 의해 미리 정의되고 설정된다.
예를 들어, 멀티탭 유형의 변압기(15)에는 특정 요건과 관련하여 변압기(15)의 전기적 변압비를 선택적으로 조절하기 위해 제공된 조절 장치(미도시)가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 장치(10)는 또한 변압기(15)에 연결되고 베이스 교류 전압(Ub) 및 전류(Ib)를 직류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 정류기(19)를 포함한다.
구체적으로, 정류기(19)는 베이스 교류 전압(Ub) 및 전류(Ib)를 각각의 직류 전압 및 전류로 정류할 수 있게 한다.
정류기(19)는 다이오드 브리지 및 사이리스터 브리지(thyristor bridge)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
가능한 방안에 따르면, 정류기(19)는 예를 들어 다이오드, SCR(Silicon Controlled Rectifier), GTO(Gate Turn-Off thyristor), IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor), MCT(Metal-Oxide Semiconductor Controlled Thyristor), BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 장치(10)는 정류기(19)에 연결되고 직류 전압 및 전류를 전극(13)의 전원 전압 "Ua" 및 전원 전류 "Ia"로 변환하도록 구성된 복수의 컨버터(20)를 포함한다.
전원 전압 "Ua" 및 전원 전류 "Ia"는 후술되는 바와 같이 선택적으로 조절된다.
가능한 방안에 따르면, 컨버터(20)는 예를 들어 SCR(Silicon Controlled Rectifier), GTO(Gate Turn-Off thyristor), IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor), MCT(Metal -Oxide Semiconductor Controlled Thyristor), BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), 및 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 그룹에서 선택된 장치를 포함한다.
컨버터(20)는 용융로(11)의 전극(13) 및 컨버터(20)의 기능을 제어 및 명령하고 시간에 따라 전극(13)의 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)를 조절하도록 구성된 제어 및 명령 유닛(21)에 연결된다.
구체적으로, 제어 및 명령 유닛(21)은 상기 교류 전원 장치의 파라미터를 선택적으로 설정하도록 상기 컨버터(20)를 제어한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 제어 및 명령 유닛(21)에는 교류 전원 장치의 전원 전류 "Ia" 및 전원 전압 "Ua"를 조절하도록 구성된 조절 장치(22)가 제공된다.
본 발명의 가능한 방안에 따르면, 조절 장치(22)는 단지 예로써 포함할 수 있다.
가능한 방안에 따르면, 정류기(19)는 적어도 하나의 중간 회로(23)에 의해 컨버터(20)에 연결될 수 있다.
중간 회로(23)는 직류로 작동하고 단지 예로서 DC-링크를 포함할 수 있다.
중간 회로(23)는 전기 에너지를 연속적으로 저장하고 전극(13)과 정류기(19) 사이에, 이에 따라 메인 전력망(16)과 분리를 생성하도록 구성된다.
특히, 프로세스로부터 유도된 급격한 전력 변동은 전력망(16)에 미치는 영향을 감소시키는 중간 회로(23)를 통해 부분적으로 필터링된다.
제어 및 명령 유닛(21)은 또한 이동 장치(14)에 차례로 연결되어 용융 공정의 상이한 단계와 관련하여 전극(13)의 위치를 조정할 수 있다.
특히, 전극(13)은 이동 장치(14)에 의해 이동되어 재료의 위치를 따라가며 이에 따라 아크의 길이를 수정한다.
이러한 방식으로, 제어 및 명령 유닛(21)은 공정의 특정 단계와 관련하여 적어도 다음 파라미터: 전원 전압(Ua), 전원 전류(Ia) 및 전극(13)의 위치를 관리하고 명령할 수 있다.
다양한 파라미터를 제어할 수 있는 높은 가능성으로 인해 공정에 에너지 전달을 최적화하고 동시에 용융로 측 전력의 급격한 변화로 인한 전력망(16)에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 제어 및 명령 유닛(21)은 또한 상기 전원 장치의 전원 주파수 "fa"를 조절하도록 구성될 수 있다.
가능한 방안에 따르면, 변압기(15), 상기 변압기(15)에 연결된 정류기(19) 및 컨버터(20)가 함께 전력 모듈(24)을 정의한다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 장치(10)에는 서로 병렬로 연결되고 전력망(16) 및 전기로(11)에 연결된 복수의 전력 모듈(24)이 제공될 수 있다.
여러 전력 모듈(24)의 조합으로 전력이 공급될 전기로(11)의 특정 크기에 따라 크기가 확장 가능한 용융 장치(10)를 얻을 수 있다.
가능한 방안에 따르면, 제어 및 명령 유닛(21)은 모든 전력 모듈(24)에 연결되어 적어도 각각의 컨버터(20)를 제어하여 각 모듈이 동일한 전압(Ua), 전류(Ia) 및 전원 주파수 "fa"값을 전극(11)에 공급하도록 한다. 이러한 방식으로, 전체 시스템의 오작동을 방지할 수 있다.
가능한 방안에 따르면, 전력망의 전기 에너지를 전력 모듈(24)에 공급될 전기 에너지로 변환하도록 제공되는 경우, 또 다른 변압기(25)가 전력망(16)과 전력 모듈(24) 사이에 개입될 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 전기로(11)에 고체 금속 재료(M)를 적재하는 단계를 포함하는 용융 방법에 관한 것이다.
적재 단계는 미리 정의된 양의 금속 재료(M)를 전기로(11)에 삽입하도록 제공된 적재 바스켓을 사용하여 수행될 수 있다.
가능한 변형 실시예에 따르면, 금속 재료(M)를 적재하는 단계는 예를 들어 진동 컨베이어 또는 컨베이어 벨트의 도움으로 실질적으로 연속적으로 발생할 수 있다.
실질적으로 연속적인 적재의 경우, 천공 단계가 시작되기 전에 전기로(11)에 적재될 총 수량의 일부인 미리 정의된 양의 금속 재료(M)가 적재될 수 있다. 하나 이상의 바스켓에 의해 또는 연속 적재에 사용되는 동일한 컨베이어에 의해 적재가 수행될 수 있다.
그런 후 천공 단계가 시작된다. 천공 단계 및 용융 단계 동안, 전기로(11)에 추가 금속 재료(M)가 실질적으로 연속으로 적재되며, 이는 금속 재료(M)를 정제하는 단계의 시작 또는 바로 이전까지 계속된다.
연이은 설명에서 그리고 도 2-6을 참조로 불연속 적재가 있는 공정을 참조나, 그러한 고려 사항뿐만 아니라 도 2-6에서 식별된 파라미터의 경향도 또한 연속 적재와 함께 용융 공정에도 채택될 수 있음을 배제하지 않는다.
연속으로 적재하는 용융 공정의 경우, 금속 재료를 용융하는 단계는 도 2-6에 도시된 것보다 더 긴 시간을 갖는다. 단지 예로서, 연속적인 적재의 경우, 용융 단계의 지속 시간은 정제 단계 지속 시간의 적어도 3배이다.
본 발명에 따른 방법은 또한 금속 재료를 용융시키는 단계를 시작하기 위해 전극(13) 각각과 금속 재료(M) 사이에 전기 아크를 발생시키는 단계를 제공한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 상기 고체 금속 재료(M)를 용융하는 단계로 용융된 재료를 얻을 수 있고, 이 용융 중에, 시간이 지남에 따라 전원 전류(Ia)를 제 1 전류값(I1)으로 실질적으로 일정하게 유지하게 한다(도 2).
단지 예로서, 제 1 전류값(I1)은 100톤 전기로의 경우 40kA 내지 70kA 사이로 구성될 수 있다.
본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 전기 아크를 발생시키는 단계와 용융 단계 사이에 금속 재료를 천공하는 단계가 제공되며, 그 동안 전극(13)이 금속 재료(M)를 통해 이동하여 결과적으로 용융된다. 금속 재료(M)가 점차 용융됨에 따라 전극(13)은 금속 재료(M)의 여전한 고체부를 관통하며 금속 재료를 점차 용융시킨다. 전극(13)이 용기(12) 내부의 위치에 도달하면, 전극(13)을 둘러싼 나머지 금속 재료(M)의 실제 용융이 시작된다.
가능한 방안에 따르면, 용융 재료의 최종 정제 전에 천공 단계 및 용융 단계를 여러 번 반복될 수 있으며, 그 사이에 추가 금속 재료(M)를 전기로(11)에 적재하는 단계가 제공된다. 이러한 방식으로, 총 용량에 도달할 때까지 전기로(11)에 완전한 적재가 달성될 수 있다.
천공 단계 동안, 전원 전류 "Ia"는 상기 제 1 전류값(I1)(도 2)과 실질적으로 동일하고, 전원 전압 "Ua"는 용융 동안 가해진 전원 전압(Ua)의 0.3배 내지 0.7배, 바람직하게는 0.4배 내지 0.6배 사이에 포함된 값을 갖는다(도 3). 이로부터, 평균 전력(도 4)도 전원 전압(Ua)의 경향과 실질적으로 유사한 경향을 보이는 것으로 주시된다.
천공 단계 동안, 제한된 전력의 유지로 전극(13) 사이의 발생 가능한 단락으로 인해 발생할 수 있는 전력의 가능한 서지를 보상할 수 있다. 이는 용융 장치(10)의 전기 부품에 손상을 방지한다.
천공 단계 동안, 전기 아크의 길이(도 5)는 용융 단계 동안 있는 전기 아크 길이의 0.3배에서 0.7배 사이로 구성된다. 이는 천공 단계 동안 결과적으로 용융 효율을 감소시키는 전기 아크의 원치 않는 스위치 오프를 방지한다.
금속 재료(M)의 완전한 용융 후, 용융된 재료에 반응 화합물을 추가하도록 제공되는 용융된 재료의 정제가 제공된다.
반응 화합물은 단지 예로서 석탄, 석회, 산소, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 바나듐, 실리카 등과 같은 합금 원소를 포함할 수 있다.
반응 화합물은 용융된 재료의 조성을 변경하고 위에 배치된 보호 슬래그 층을 생성하고 용융된 재료를 보호하기 위해 제공될 수 있다.
실제로 슬래그 층은 용융 금속 재료의 산화에 대한 장벽을 생성하고 외부로의 열 복사에 대한 차폐물로서 역할한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 정제하는 동안, 전기 아크의 전원 전류 "Ia"를 용융 동안 제공된 제 1 전류값(I1)의 1.04배 내지 1.2배 사이로 구성되는 제 2 전류값(I2)(도 2)으로 증가시키는 것이 제공된다.
전원 전류(I1)의 증가로 용융 동안 전극(13)에 의해 공급되는 열 입력이 증가된다.
본 발명의 가능한 방안에 따르면, 제 2 전류값(I2)은 용융 동안 제공된 제 1 전류값(I1)의 1.05배 내지 1.15배 사이에 포함된다.
도 2-6에 대시-점선으로 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 용융 동안 전원 전압(Ua)은 제 1 전압값(U1)으로 유지되고, 정제 단계 동안 제 1 전압값(U1)의 0.6배 내지 0.85배 사이에 포함된 제 2 전압값(U2)으로 유지되는 것이 제공된다.
이 제 1 실시예(도 4)에 따르면, 용융 단계 동안 전극(13)에 공급되는 전력에 대해 7% 내지 15% 사이에 포함된 값만큼 전극(13)에 공급되는 전력을 감소시키는 것이 정제 단계 동안 제공된다.
정제 단계 동안 전원 전압(Ua)의 감소로 용융 단계 동안 적용되는 길이에 대해 전기 아크의 길이가 감소되게 한다.
단지 예로서, 정제 단계 동안 전기 아크의 길이가 용융 단계 동안 아크 길이의 0.6배 내지 0.85배 사이로 구성되는 것이 제공될 수 있다.
아크 길이의 감소는 용융 금속으로의 전류 전달 효율을 증가시켜 따라서 가열 효율을 증가시킨다.
용융 단계와 정제 단계 사이에 아크 길이를 줄이면 용융 금속 위의 슬래그 층의 두께를 줄일 수 있다. 이는 전기로에 도입되는 반응 화합물의 양을 감소시키는 동시에 또한 전기로(11)에 도입된 금속 재료(M)의 수율을 증가시킨다.
본 발명의 가능한 방안에 따르면, 정제 단계 동안 슬래그 층은 용융 단계 동안 제공된 슬래그 층 두께의 0.5배 내지 0.85배로 구성된 두께를 갖는다.
도 2-6에 점선으로 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 정제 단계 동안 전극(13)에 인가되는 전력이 용융 단계 동안 전극에 인가되는 전력의 0.9배 내지 1.1배 사이에 포함되도록 전극(13)의 전원 전압(Ua)이 조절되는 것이 제공된다.
본 발명의 이 방안은 상당한 연간 에너지 절약으로 용융 사이클 시간을 약 3%까지 감소시킬 수 있다.
이 방안에 따르면, 상기 용융 단계 동안 전원 전압(Ua)은 제 1 전압값(U1)으로 유지되고, 상기 정제 단계에서는 제 1 전압값(U1)의 0.8배 내지 0.95배 사이에 포함된 제 2 전압값(U2)으로 유지된다.
이 제 2 실시예에 따르면, 제 2 전류값(I2)은 제 1 전류값(I1)의 1.12배 내지 1.17배 사이에 포함되도록 제공될 수 있다.
이 방안에 따르면, 정제 단계 동안 전기 아크의 길이는 용융 단계 동안 아크 길이의 0.8배에서 0.95배 사이로 구성될 수 있다.
이 제 2 방안에 따르면, 정제 단계 동안 슬래그 층은 상기 용융 단계 동안 제공된 슬래그 층의 0.8배 내지 0.95배 사이에 구성된 두께를 갖는다.
아래의 표 1-6은 최신 기술에 따른, 및 본 발명에 따라 상술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 용융 장치의 상이한 기능의 전기 파라미터 간의 비교를 나타낸다. 구체적으로, 보고된 값은 모두 100톤 용량의 용융로가 있는 용융 장치를 참조한다.
평균 전력 [MW]
최신 기술 실시예 1 실시예 2
천공 38 38 38
용융 72.2 72.2 72.2
정제 66 66 72.6
최대 전력 [MW]
최신 기술 실시예 1 실시예 2
천공 42.2 42.2 42.3
용융 76 76 76
정제 68 68 74.8
전류 [kA]
최신 기술 실시예 1 실시예 2
천공 54.9 54.9 54.9
용융 54.9 54.9 54.9
정제 54.9 63 60
전압 [V]
최신 기술 실시예 1 실시예 2
천공 235 235 235
용융 440 440 440
정제 392 335 392
Arc length [mm]
최신 기술 실시예 1 실시예 2
천공 200 200 200
용융 405 405 405
정제 357 300 357
슬래그 두께 [mm]
최신 기술 실시예 1 실시예 2
천공 210 210 210
용융 425.3 425.3 425.3
정제 374.7 315.2 375
본 발명의 분야 및 범위를 벗어남이 없이 상술한 바와 같은 용융 방법 및 대응 장치(10)에 대해 변형 및/또는 부품 추가를 할 수 있다는 것이 명백하다.
몇몇 특정 예를 참조로 본 발명을 설명하였으나, 당업자는 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 용융 방법 및 대응하는 장치(10)의 다른 많은 등가 형태를 확실히 달성할 수 있고 따라서 모두가 이에 의해 정의된 보호 분야에 속하는 것임이 또한 분명하다.
하기 청구범위에서, 참조번호를 괄호로 묶은 유일한 목적은 읽기를 용이하기 위한 것이다: 이들을 특정 청구범위에서 청구된 보호 분야와 관련하여 제한적 요소로 간주해서는 안된다.

Claims (11)

  1. -고체 금속 재료(M)를 전기로(11)에 적재하는 단계;
    -적어도 하나의 전극(13)과 금속 재료(M) 사이에 전기 아크를 발생시키는 단계;
    -상기 전극(13)이 상기 금속 재료(M)를 통해 이동하는 동안 상기 금속 재료를 천공하는 단계;
    -용융된 재료를 얻기 위해, 상기 전기 아크의 전원 전류(Ia)를 시간에 걸쳐 일정하게 제 1 전류값(I1)으로 유지하도록 제공하여 고체 금속 재료(M)를 용융시키는 단계;
    -반응 화합물을 첨가하여 상기 용융된 재료를 정제하는 단계;
    -직류 전압 및 전류를 얻기 위해 정류기(19)로 베이스 전압 및 베이스 전류를 정류하는 단계; 및
    -컨버터(20)를 사용하여, 상기 직류 전압 및 전류를 전원 전압 및 전원 전류로 변환하는 단계를 포함하고,
    -상기 전기로(11)에 전력 공급을 통해 적어도 하나의 변압기(15)로 메인 교류 전압 및 메인 교류 전류를 베이스 교류 전압 및 베이스 교류 전류로 변환하는 용융 방법으로서,
    상기 정제 단계 동안, 상기 전기 아크의 전원 전류(Ia)를 제 1 전류값(I1)의 1.04배 내지 1.2배 사이에 포함된 제 2 전류값(I2)으로 증가시키도록 제공되고, 정류기(19)는 직류로 작동하는 적어도 하나의 중간 회로(23)에 의해 컨버터(20)에 그리고 이에 따라 메인 전력망(16)과 연결되며, 상기 중간 회로(23)는 전기 에너지를 지속적으로 저장하고 전극(13)과 정류기(19) 사이에 분리를 발생하는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전류값(12)은 상기 제 1 전류값(11)의 1.05배 내지 1.15배 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전원 전압(Ua)이 상기 적어도 하나의 전극(13)에 인가되고, 상기 용융 단계 동안, 상기 전원 전압(Ua)이 제 1 전압값(U1)으로 유지되며, 상기 정제 단계에서는 상기 제 1 전압값(U1)의 0.6배 내지 0.85배 사이에 포함된 제 2 전압값(U2)으로 유지되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    용융 단계 동안 전극(13)에 공급되는 전력에 대해 7% 내지 15% 사이에 포함된 값만큼 정제 단계 동안 전극(13)에 공급되는 전력을 감소시도록 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 정제 단계 동안 전기 아크의 길이는 상기 용융 단계 동안 아크 길이의 0.6배 내지 0.85배 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융된 재료 위에 슬래그 층이 생성되고, 정제 단계 동안 상기 슬래그 층의 두께는 상기 용융 단계 동안 제공된 상기 슬래그 층 두께의 0.5배 내지 0.85배 사이로 구성되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    정제 단계 동안 상기 전극(13)에 인가되는 전력이 용융 단계 동안 상기 전극(13)에 인가되는 전력의 0.9배 내지 1.1배 사이에 포함되도록 상기 적어도 하나의 전극(13)의 전원 전압(Ua)을 조절하게 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정제 단계 동안 전기 아크의 길이는 상기 용융 단계 동안 아크 길이의 0.8배 내지 0.95배 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 정제 단계 동안 상기 슬래그 층은 상기 용융 단계 동안 제공된 슬래그 층 두께의 0.8배 내지 0.95배 사이로 구성된 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천공 단계 동안 상기 전원 전류(Ia)는 상기 제 1 전류값(I1)과 동일하게 유지되고 상기 전원 전압(Ua)은 용융 동안 인가된 전원 전압(Ua)의 0.3배 내지 0.7배 사이에 포함된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 방법.
  11. 금속 재료(M)가 도입되고 상기 금속 재료(M)를 향해 전기 아크를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 전극(13)이 제공되는 전기 아크로(11) 및 전기 아크의 적어도 하나의 전원 전류(Ia)를 조절하도록 구성된 명령 및 제어 유닛(21);
    메인 교류 전압 및 메인 교류 전류를 공급하기 위해 전력망(16)에 연결되며 상기 메인 전압 및 상기 메인 전류를 각각 교류 베이스 전압 및 베이스 전류로 변환하도록 구성된 변압기(15);
    -변압기(15)에 연결되고 상기 베이스 전압 및 상기 베이스 전류를 직류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 정류기(19); 및
    -상기 정류기(19)에 연결되고 직류 전압 및 전류를 교류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 컨버터를 포함한 용융 장치로서,
    적어도 용융 단계 및 정제 단계 동안에 상기 전기 아크의 적어도 상기 전원 전류(Ia)를 조절하도록 구성된 조절 장치(22)를 포함하여 전원 전류(Ia)가 상기 용융 단계 동안 제 1 전류값(I1)으로 그리고 상기 정제 단계 동안 제 1 전류값(I1)의 1.04 내지 1.2배 사이에 포함된 제 2 전류값(I2)으로 유지되도록 하고, 상기 장치는 정류기(19)를 컨버터(20)에 그리고 이에 따라 메인 전력망(16)과 연결하는 직류로 작동하는 적어도 하나의 중간 회로(23)를 더 포함하며, 상기 중간 회로(23)는 전기 에너지를 지속적으로 저장하고 전극(13)과 정류기(19) 사이에 분리를 발생하도록 구성되는 용융 장치.
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