KR20230167923A - 전기로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광석 기반 철원(OBM's: Ore Based Materials) 및 저입도 스크랩(Scarp)과, 일반 스크랩을 병행 투입하여, 분리벽을 이용하여 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리하면서, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로를 가지는 전기로에 관한 것으로서, 제 1 철원이 투입되어 용해되는 제 1 용해로의 제 1 상부 공간을 이루는 제 1 상부 셀과, 상기 제 1 상부 셀과 상기 수평 방향으로 배치되고, 제 2 철원이 투입되어 용해되는 제 2 용해로의 제 2 상부 공간을 이루는 제 2 상부 셀과, 상기 제 1 상부 셀 및 상기 제 2 상부 셀의 하부에 결합되어, 상기 제 1 용해로의 제 1 하부 공간과 상기 제 2 용해로의 제 2 하부 공간을 하나의 통합된 공간으로 이루는 하부 셀과, 상기 제 1 상부 셀과 상기 제 2 상부 셀 사이에 수직 방향으로 승하강 가능하게 설치되어, 상기 하부 셀에 의해 통합되게 형성된 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 하부 공간과 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 하부 공간을 분리하는 격벽 유닛 및 상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되어 생성된 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속의 레벨에 따라 상기 격벽 유닛이 상승 또는 하강할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 전기로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광석 기반 철원(OBM's: Ore Based Materials) 및 저입도 스크랩(Scarp)과, 일반 스크랩을 병행 투입하여, 분리벽을 이용하여 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리하면서, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로를 가지는 전기로에 관한 것이다.
기존의 탄소질 내화물은 용선내 탄소가 과포화된 고로의 하부에 일부 사용되었으며, 탄소가 포화되지 않은 전기로에서는 탄소질 내화물이 용강과 반응하여 과침식 되기 때문에 사용할 수 없었다. 그래서 활용한 것이 산화물 형태의 내화물이였고, 영구연와로는 고융점에 내화성을 갖는 MgO기반 성분에 슬래그와 젖음성이 낮은 탄소질을 일부만 첨가한 MgO-C를 주로 사용해왔다. MgO-C의 경우 탄소가 산소와 반응하여 생성되는 가스인 CO나 MgO가 환원된 Mg 가스로 인하여 발생된 공극으로 내화물의 침식이나 용손을 가속화할 수 있다.
또한, 현재의 전기로는 1기의 전기로를 이용하여 용해하는 경우가 대부분으로 노내 용강과 슬래그를 분리할 수 있는 분리벽에 대한 활용이 존재하지 않았다. 슬래그의 분위기도 용강 내 P를 제거하기 용이하도록 전기로 조업에서는 산화성 슬래그를 생성하는 것이 일반적이었다. 향후, 스크랩과 직접환원철을 동시에 용해할 수 있는 듀얼 전기로에서는 환원성, 산화성 슬래그가 모두 발생되기에 이를 효과적으로 활용하기 위해서는 분리벽을 이용하여 용해 공정 중 슬래그의 분리가 반드시 필요하다. 그렇지 않으면 듀얼 전기로가 아닌 단일 전기로에서는 철 원료별로 슬래그 메이킹을 각각 순차적으로 진행해야 하기에 대량생산을 위한 조업에는 적합하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이, 직접환원철(DRI)과 스크랩을 동시에 용해할 수 있는 전기로 1기는 1개의 전기로에서 광석과 고철의 특성을 모두 고려해야하는 문제점이 있었다. 슬래그와 원료가 다양해짐에 따라 직접환원철과 스크랩을 동시에 사용하게 되면 형성되는 슬래그가 환원성이면 Fe의 실수율은 증가하지만, P가 용강내로 픽업되어 P함량이 증가하게 되고, 슬래그가 산화성이면 P의 제거에는 유리하나 Fe의 실수율이 감소하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 광석 기반 철원 전용 전기로와 스크랩 전용 전기로 2기를 붙인 형태의 듀얼 전기로에서는 광석 기반 철원과 스크랩에 따른 슬래그가 서로 혼합되지 않고, 동시에 구현되도록 할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 분리벽을 이용하여 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리하면서, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로를 가지는 전기로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기로가 제공된다. 상기 전기로는, 서로 다른 철원을 용해할 수 있도록, 두 개의 용해로의 적어도 일부분이 합쳐진 형태의 이중 용해로를 가지는 전기로에 있어서, 제 1 철원이 투입되어 용해되는 제 1 용해로의 제 1 상부 공간을 이루는 제 1 상부 셀; 상기 제 1 상부 셀과 상기 수평 방향으로 배치되고, 제 2 철원이 투입되어 용해되는 제 2 용해로의 제 2 상부 공간을 이루는 제 2 상부 셀; 상기 제 1 상부 셀 및 상기 제 2 상부 셀의 하부에 결합되어, 상기 제 1 용해로의 제 1 하부 공간과 상기 제 2 용해로의 제 2 하부 공간을 하나의 통합된 공간으로 이루는 하부 셀; 상기 제 1 상부 셀과 상기 제 2 상부 셀 사이에 수직 방향으로 승하강 가능하게 설치되어, 상기 하부 셀에 의해 통합되게 형성된 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 하부 공간과 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 하부 공간을 분리하는 격벽 유닛; 및 상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되어 생성된 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속의 레벨에 따라 상기 격벽 유닛이 상승 또는 하강할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 격벽 유닛은, 탄소를 주성분으로 하는 탄소질 내화물(Carbonaceous Refractories)로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 격벽 유닛은, 상기 이중 용해로의 높이 방향인 상기 수직 방향을 기준으로, 하단부의 적어도 일부분이 상측에서 하측 방향으로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 형성되어, 상기 하단부가 첨단(尖端) 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 전에는, 상기 이중 용해로 내부에 제 1 높이로 잔류하는 이전 조업의 잔탕(Hot Heel)의 탕면에 상기 격벽 유닛의 상기 하단부가 위치할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 하강 또는 상승시켜 상기 하단부를 상기 제 1 높이로 위치시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 시, 상기 제 1 철원으로부터 발생하는 제 1 슬래그와 상기 제 2 철원으로부터 발생하는 제 2 슬래그를 계속해서 분리할 수 있도록, 상기 격벽 유닛의 상기 하단부가, 상기 잔탕의 탕면의 높이인 상기 제 1 높이와, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 완료 시의 상기 용융 금속의 탕면의 높이인 제 2 높이 사이에 위치하도록, 상기 격벽 유닛을 상기 제 1 높이로부터 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 시, 상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되는 과정에서 계속해서 상승되는 상기 용융 금속의 탕면 상승에 맞추어, 상기 격벽 유닛을 계속해서 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 완료 후, 상기 제 1 슬래그의 배재 전까지는, 상기 제 1 슬래그와 상기 제 2 슬래그를 분리할 수 있도록 상기 격벽 유닛의 상기 하단부를 상기 용융 금속의 탕면의 높이인 제 2 높이로 위치시키고, 상기 제 1 슬래그의 배재 후에는, 상기 제 2 슬래그가 상기 용융 금속의 탕면을 모두 덮을 수 있도록 상기 격벽 유닛의 상기 하단부를 상기 제 2 높이 이상으로 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 상부 셀은, 상기 제 1 상부 셀의 상측에 형성된 제 1 루프부의 소천정을 통해 적어도 일부분이 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 상부 공간으로 삽입되어, 아크열에 의해 상기 제 1 철원을 용해시키는 제 1 전극부; 및 상기 제 1 전극부의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되어, 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 상부 공간을 통해 상기 제 1 철원을 공급하는 복수의 철원 공급부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 상부 셀은, 상기 제 2 상부 셀의 상측에 형성된 제 2 루프부의 소천정을 통해 적어도 일부분이 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간으로 삽입되어, 아크열에 의해 상기 제 2 철원을 용해시키는 제 2 전극부; 및 상기 제 2 상부 셀의 상측에서 상기 제 2 전극부의 일측에 설치되어, 내부의 저장 공간의 소정량의 상기 제 2 철원을 임시 저장하고, 상기 제 2 용해로 내부에서 발생된 폐열을 이용하여 상기 저장 공간에 임시 저장된 상기 제 2 철원을 예열시킨 후, 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간을 통해 상기 제 2 철원을 공급하는 예열 공급부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용해로에 투입되는 상기 제 1 철원은, 광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials)을 포함하고, 상기 제 2 용해로에 투입되는 상기 제 2 철원은, 스크랩(Scrap)을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 격벽 유닛을 이용하여 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리하면서, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로를 가지는 전기로를 구현할 수 있다.
또한, 격벽 유닛을 슬래그의 분위기에 상관없이 슬래그 전체와 젖음성이 낮아 단일 성분으로 구성할 수 있는 탄소를 주성분으로 하는 탄소질 내화물로 형성함으로써, 산화물 재질의 분리벽 침식으로 인한 용강 내에 비금속 개재물에 대한 우려를 줄일 수 있고, 이로 인한 용강 품질의 악화를 저감시킬 수 있다. 또한, 용강에 카본 투입이 필요한 조업에서 카본 투입 설비(인젝션, 저취 등)나 원료(가탄재)의 투입 부하 및 시간을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 격벽 유닛을 이용하여, 광석 기반 철원과 스크랩을 동시에 용해할 수 있는 듀얼 전기로에서 슬래그의 특성이 서로 반대(슬래그1 환원성, 슬래그2 산화성)이거나 필요에 의해 서로 분리가 필요한 경우 용이하게 선택적으로 분리할 수 있으며, 격벽 유닛을 탄소질 내화물로 구성함으로써, 슬래그 특성별로 격벽 유닛의 재질을 구성하지 않아 기존 대비 설치 공간에 대한 우려를 감소시킬 수 있고, 슬래그 젖음성이 낮아 슬래그로 인한 침식, 분리벽의 탈락과 이로 인한 문제 발생을 예방할 수 있는 전기로를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취한 전기로의 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취한 전기로의 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 도 1의 전기로의 조업 과정을 단계별로 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취한 전기로의 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취한 전기로의 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 도 1의 전기로의 조업 과정을 단계별로 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로(1000)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취한 전기로(1000)의 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 1의 절취선 B-B를 따라 취한 전기로(1000)의 절단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 4 내지 도 8은 도 1의 전기로(1000)의 조업 과정을 단계별로 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전기로(1000)는, 서로 다른 철원을 용해할 수 있도록, 수평 방향(X축 방향)으로 배치되는 두 개의 용해로(10, 20)의 적어도 일부분이 합쳐진 형태의 이중 용해로(F)를 가지는 전기로일 수 있다.
예컨대, 이중 용해로(F) 중 제 1 용해로(10)는, 광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials)(DRI, HBI, PI, GPI 등) 및 일부 저입도 스크랩(Shredder, 입선 등)을 제 1 철원으로 장입시켜 용해할 수 있는 용해로로서, 천장을 통해 연속 투입된 제 1 철원의 투입 속도에 맞춰 제어되는 에너지 투입(제 1 철원의 용해 에너지 및 로내 용융 금속(3)의 온도를 목표 수준으로 유지할 수 있는 수준)을 통해 연속 용해되는 구조일 수 있다.
제 1 용해로(10)는, 상술한 용해 특성상, 제 1 철원이 로내에 적층되지 않기 때문에 큰 공간이 필요하지 않아 로내 용적은, 전극의 발생된 아크(Arc)로부터 외벽이 손상되지 않는 최소 수준의 크기로 제한되어(후술될 제 2 용해로(20) 대비 작은 체적을 가지는 소형), 투입된 전기 에너지를 집약할 수 있는 구조로 고속용해를 유도할 수 있다.
또한, 이중 용해로(F) 중 제 2 용해로(20)는, 스크랩(Scrap) 만이 제 2 철원으로 투입되는 전용 용해로로서, 기존적인 구조는 종래의 상용 전기로 수준이며, 고속/고효율 조업을 위한 스크랩 예열로가 부가적으로 설치되는 모체일 수 있다.
이러한, 이중 용해로(F)를 구성하는 제 1 용해로(10) 및 제 2 용해로(20)는, 구조적으로 적어도 일부분이 결합되어 하부 셀(300)을 공유하는 한 개의 몸체를 구성하는 이중로 구조이며, 화학에너지 투입 및 로내 반응을 제어하는 고효율 보조설비(부원료 및 가스 인젝터 등, 공정 설계 개념에 따라 그 종류와 위치는 필요에 따라 자유롭게 운영이 가능함으로 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 기재를 생략함)를 설치하여 운영할 수 있다.
이하에서는, 상술한 이중 용해로(F)의 제 1 용해로(10) 및 제 2 용해로(20)를 구성하는 제 1 상부 셀(100)과, 제 2 상부 셀(200)과, 하부 셀(300)과, 격벽 유닛(400) 및 격벽 유닛(400)을 제어하는 제어부(800)에 대해 보다 상세하게 기술하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 상부 셀(100)은, 내화물로 구성되어, 제 1 철원이 투입되어 용해되는 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)을 이룰 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 1 용해로(10)는, 제 1 철원으로 광석 기반 철원(OBM's) 및 저입도 스크랩을 연속 투입/용해하는 목적 하에 그 특성 상 아크 발생 위치가 용탕 Level(Hot Heel ~ Metal Line) 상부 일정 위치를 유지(로 체적 중심에서 하부 셀 방향)함으로, 제 1 상부 셀(100)의 로벽과 화점과의 거리가 일정 수준에서 유지됨과 같음으로, 종래의 상용 스크랩 용해로와 달리 특정 조업구간에서 높은 냉각 수준을 요구하지 않을 수 있다. 오히려 지나친 로벽 냉각은 에너지 로스(Loss)를 의미함으로 본 발명에서의 제 1 용해로(10)의 고에너지 집약형 로체 개념과 맞지 않고, 광석 기반 철원(OBM's) 및 저입도 스크랩을 연속 투입/용해하는 전용로에서는 Scrap Batch Charging 방식에서 발생할 수 있는 로벽 긁힘 현상이 일어나지 않는다는 점에서 로체 보열 개념을 위해, 제 1 상부 셀(100)은, 내화물로 로벽이 구성되는 것이 효과적일 수 있다.
다만, 제 1 상부 셀(100)은, 고열을 로체에 가두어 두는 역할을 하는 내화물 자체를 고정시키는 외부 철피에 대한 변형을 막을 수 있도록, 최소한의 수냉설비는 갖출 수 있다. (외피 수냉 구조는 도 1에서 도시되지 않음)
이러한, 제 1 상부 셀(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 상부 셀(100)의 상측에 형성된 제 1 루프부(100a)의 소천정을 통해 적어도 일부분이 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)으로 삽입되어, 아크열에 의해 제 1 철원을 용해시키는 제 1 전극부(110) 및 제 1 전극부(110)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되어, 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)을 통해 제 1 철원을 공급하는 복수의 철원 공급부(120)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 전극부(110)는, 제 1 루프부(100a)의 소천정의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 복수의 교류(AC) 전극(111, 112, 113)을 포함하고, 복수의 철원 공급부(120)는, 복수의 교류 전극(111, 112, 113)과 동일한 개수로 형성되어, 각각의 개별 철원 공급부가 그와 대응되는 개별 교류 전극의 화점을 향해 제 1 철원을 연속적으로 공급할 수 있다.
예컨대, 복수의 교류 전극(111, 112, 113)으로 구성(필요에 따라 직류 통전 체계 또한 도입 가능)되는 제 1 전극부(110)는, 제 1 용해로(10)에 제 1 철원으로 투입되는 상대적으로 용강 보다 저비중인 광석 기반 철원(OBM's)이 제 1 슬래그(4a) 또는 용융 금속(3)과 제 1 슬래그(4a) 계면에 존재하게 되는 특성이 있으므로 넓은 화점을 형성하는 것이 효율적일 수 있다. 게다가 조업 초기 아크 보호와 아크에 의한 질소 픽업 방지를 위해 제 1 슬래그(4a) 포밍이 필요하고, 이후 광석 기반 철원(OBM's)의 투입에 따라 다량의 맥석이 유입되어 제 1 슬래그(4a)의 양이 급격히 증가하면 오히려 제 1 슬래그(4a)의 포밍을 억제해야 하는 등, 제 1 용해로(10)에서는 제 1 슬래그(4a) 높이에 대한 모니터링이 중요해질 수 있다. 이에 대한 측정 또한 교류 통전 체계가 유리할 수 있다.
또한, 복수의 철원 공급부(120)는, 제 1 철원으로, 광석 기반 철원(OBM's)을 연속 투입(필요에 따라 저입도 스크랩 투입 가능)하는 장치로서, 도시되진 않았지만, 해당 주원료 보관 설비에서 컨베이어로 이송되어, 제 1 용해로(10) 상부의 충분한 높이에 설치된 중개 호퍼를 통해, 파이프 형태의 슈터 내로 자유 낙하시켜(위치에너지 → 운동에너지) 충분한 운동에너지를 확보한 형태로 로천장에 복수의 교류 전극(111, 112, 113)과 각각 대응되게 확보된 복수의 투입구를 통해 로내로 제 1 철원을 연속 투입하는 설비일 수 있다. 더욱 구체적으로, 복수의 철원 공급부(120)는, 제 1 전극부(110)의 복수의 교류 전극(111, 112, 113) 간 형성된 화점 3개 지점에 제 1 철원을 연속 투입하여 용해 효율을 극대화할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 상부 셀(200)은, 제 1 상부 셀(100)과 수평 방향(X축 방향)으로 나란하게 배치되고, 제 2 철원으로 스크랩이 투입되어 용해되는 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 이룰 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 2 용해로(20)는, 금속을 용해하는 특성상 일반 스크랩을 용해하는 상용 전기로와 유사한 구조를 가질 수 있다. 본 발명에 적용하는 주원료 배합 특성상 일반 스크랩의 투입 비율이 작아 로내에 투입/적층되는 스크랩의 높이가 낮아 화점의 발생 위치 상/하 변동이 일반 전기로에 비해 상대적으로 작지만(로벽과 화점이 가까워지는 정도) 여전히 로벽의 국부적 열적 영향도가 증가할 가능성을 배제할 수 없다. 게다가 투입 비율이 작아지는 만큼 로내 제 2 상부 공간(A2-1)을 작게 하여 에너지 손실을 줄이는 것이 더 효율적이기 때문에, 이러한 영향성 또한 고려되어야할 수 있다. 따라서, 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 셀(200)은, 상용 전기로의 수냉 설비와 유사하게 설계하되, 다소 소형화하고 단열을 위해 로벽에 슬래그 코팅층을 두껍게 효과적으로 형성할 수 있는 2중 층 구조의 수냉 설비로 구성하여 각 층의 냉각능을 별도로 제어할 수 있는 시스템으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
이러한, 제 2 상부 셀(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 상부 셀(200)의 상측에 형성된 제 2 루프부(200a)의 소천정을 통해 적어도 일부분이 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)으로 삽입되어, 아크열에 의해 제 2 철원을 용해시키는 제 2 전극부(210) 및 제 2 상부 셀(200)의 상측에서 제 2 전극부(210)의 일측에 설치되어, 내부의 저장 공간의 소정량의 제 2 철원을 임시 저장하고, 제 2 용해로(20) 내부에서 발생된 폐열을 이용하여 상기 저장 공간에 임시 저장된 제 2 철원을 예열시킨 후, 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 통해 제 2 철원을 공급하는 예열 공급부(220)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 전극부(210)는, 제 2 루프부(200a)의 소천정을 통해 삽입되어, 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1) 측에 형성되는 상부 직류(DC) 전극(211) 및 후술될 하부 셀(300)의 바닥면에서 상부 직류 전극(211)과 상기 수직 방향으로 대향되게 설치되어, 제 2 용해로(20)의 제 2 하부 공간(A2-2) 측에 형성되는 하부 직류 전극(212)을 포함하고, 하부 직류 전극(212)은, 상부 직류 전극(211)과 정면으로 마주보게 형성될 수 있도록, 하부 셀(300)의 바닥면에서 그 중심축이 상부 직류 전극(211)의 중심축과 동축을 이룰 수 있도록 형성되는 제 1 하부 전극(212a) 및 상부 직류 전극(211)과 경사진 방향으로 마주보게 형성될 수 있도록, 상기 하부 셀(300)의 바닥면에서 그 중심축이 상부 직류 전극(211)의 중심축과 소정의 각도로 경사지게 형성되어, 상부 직류 전극(211)을 기준으로 예열 공급부(220) 측으로 편향되도록 형성되는 제 2 하부 전극(212b)을 포함할 수 있다.
이때, 제 2 전극부(210)는, 예열 공급부(220)가 제 2 철원을 공급한 직후에는, 상부 직류 전극(211)과 제 2 하부 전극(212b) 간의 통전을 일으키고, 제 2 철원의 용해가 완료 된 후에는 상부 직류 전극(211)과 제 1 하부 전극(212a) 간의 통전을 일으킬 수 있다.
더욱 구체적으로, 상술한 바와 같이, 제 2 전극부(210)는, 상부 직류 전극(211)을 기준으로 예열 공급부(220) 측으로 편향된 제 2 하부 전극(212b)을 추가 구성한 직류 전극부일 수 있다. 일반 스크랩 용해 전용로인 제 2 용해로(20)는, 기본적으로 전력 공급체계 종류의 제한이 없으나(교류 또는 직류 적용 가능), 그러나, 예열 공급부(220)가 위치함에 따라, 제 2 철원의 장입 시, 제 2 전극부(210)의 중심에서 떨어진 예열 공급부(220) 하부쪽에 제 2 철원이 편중되어 투입되는 구조적 한계점을 가질 수 있다.
이를 효율적으로 용해하기 위해서는, 투입되는 전기 에너지를 해당 부분으로 집중시킬 필요성이 있는데, 이를 위해 제 2 전극부(210)는, 직류 통전 체계를 적용하는 것이 보다 더 유리할 수 있다. 예컨대, 직류 통전 체계는, 상부 직류 전극(211)과 하부 직류 전극(212), 즉, 상/하로 전류의 흐름이 형성되는 장점이 있어, 하부 직류 전극(212) 중 제 2 하부 전극(212b)을 예열 공급부(220) 하부로 편향되게 설치하면, 해당 부분으로 에너지 투입을 편향하는 것이 가능할 수 있다. 또한, 투입된 제 2 철원의 용해가 끝난 이후는 제 2 용해로(20) 하부 셀(300) 부분 전체에 균일한 에너지 투입이 중요시됨에 따라 기존 상용 DC로와 같이 상부 직류 전극(211) 직하부도 제 1 하부 전극(212a)을 배치한다.
이에 따라, 두 하부 전극(212a, 212b)의 선택적 사용 또는 비율을 달리하여 공정 중 제 2 용해로(20)의 전기 에너지의 투입 흐름을 제어하여 효과적인 용해 작업을 유도할 수 있다. 도시되진 않았지만, 이와 연계하여 예열 공급부(220) 하부측 로벽에 보조적인 화학 에너지 투입 설비 또한 적용이 가능할 수 있다.
또한, 예열 공급부(220)는, 핑거형 축로(Finger type shaft furnace)로 형성될 수 있도록, 원통 형상으로 수직 방향(Z축 방향)으로 길게 연장되게 형성되는 예열 챔버(221) 및 개방된 예열 챔버(221)의 하측에 설치되어, 제 2 철원을 선택적으로 공급할 수 있도록 예열 챔버(221) 하측을 선택적으로 개방시키는 챔버 도어(222)로 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 예열 공급부(220)는, 고속 용해 및 에너지 투입 절감을 위해 제 1 용해로(10) 및 제 2 용해로(20)에서 발생되는 폐열을(배가스 형태로 예열로에 공급) 활용하여 제 2 철원을 예열하는 설비로서, 유지 보수 및 운영에 있어 상대적으로 유리한 핑거형 축로(Finger type shaft furnace)로 형성되어, 제 2 용해로(20)의 상부에 적용될 수 있다.
본 발명의 이중 용해로(F)를 가지는 전기로(1000)는, 광석 기반 철원(OBM's)을 다량 사용해야 하는 고급강 생산에 적합하게 설계됨에 따라 스크랩인 제 2 철원의 투입 비율이 일반 전기로에 비해 매우 낮을 수 있다. 이에 따라, 예열 공급부(220)는, 1회 용해 작업에 필요한 제 2 철원을 한번에 담을 수 있는 용적으로 설계되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상술한 예열 공급부(220)에서, 제 1 용해로(10)에서 발생되는 폐열을 효과적으로 활용할 수 있도록, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)과 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)이 서로 연통될 수 있도록, 덕트(Duct) 형태로 제 1 상부 셀(100)과 제 2 상부 셀(200)을 연결하여, 제 1 용해로(10)에서 발생하는 폐열을 제 2 용해로(20) 측으로 공급하는 배가스 덕트(500)가 설치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 제 2 용해로(20)에서 채용하고 있는 예열 공급부(220)는, 로내에 투입된 에너지 중 용융 금속 제조에 사용되지 못하고 대기 중으로 방출되는 배가스 형태로 공급되는 폐열을 활용하여 제 2 철원을 예열할 수 있는 예열로이지만, 후술될 격벽 유닛(400)이 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)과 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 물리적으로 분리해 놓은 시기에 주 에너지 공급의 절반 이상을 차지하는 제 1 용해로(10)에서 발생되는 폐열을 공급받지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위해, 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)과 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 연결하는 배가스 덕트(500)를 설치하여, 제 1 용해로(10)에서 발생하는 폐열의 이동 경로를 확보할 수 있다. 동시에 제 1 용해로(10)로부터 공급되는 배가스의 제 2 용해로(20) 측 인입구를 예열 공급부(220)의 반대 방향에 위치시켜, 해당 유체의 흐름이 제 2 용해로(20)의 아크 발생 지점을 통과한 후 예열 공급부(220)로 공급되게 구성하여, 제 2 전극부(210)에서 발생하는 아크를 대기와 차단하는 실링(Sealing) 기능 또한 수행할 수 있도록 구성할 수 있다.
따라서, 제 1 용해로(10)의 제 1 상부 공간(A1-1)과 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 연결하는 배가스 덕트(500)는, 제 1 용해로(10)에서 발생되는 폐열을 회수함과 동시에, 대기 중 질소(N2)가 아크류에 의해 용융 금속(3)으로 픽업되는 현상을 차단시키는 두 가지의 기능을 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하부 셀(300)은, 제 1 상부 셀(100) 및 제 2 상부 셀(200)과 수평 방향(X축 방향)과 수직한 수직 방향(Z축 방향)으로 결합되어, 제 1 용해로(10)의 제 1 하부 공간(A1-2)과 제 2 용해로(20)의 제 2 하부 공간(A2-2)을 하나의 통합된 공간으로 이룰 수 있다.
또한, 하부 셀(300)은, 이중 용해로(F) 내부의 용융 금속(3)을 출강할 수 있도록, 제 1 하부 공간(A1-2)을 이루는 바닥면에서 제 1 상부 셀(100)의 상측에 형성된 제 1 루프부(100a)의 소천정에 설치된 제 1 전극부(110)와 대향되는 위치에 출강구(310)가 형성될 수 있으며, 출강구(310)가 형성된 제 1 하부 공간(A1-2)을 이루는 바닥면이, 제 2 하부 공간(A2-2)을 이루는 바닥면 보다 높게 형성될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 이중 용해로(F)는, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 상부 셀(100, 200)은 2개의 별도의 형태로 구성하고, 하부 셀(300)은, 1개의 로체 형태로 통합되는 구조일 수 있다. 이러한, 하부 셀(300)은, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)를 구분하는 언덕 구조(Submerged Hill)가 없이 용융 금속(3)이 혼합되는 구조로, 단지 출강과 출강구(310)의 정비를 위해 제 1 용해로(10) 측 바닥면 높이가 제 2 용해로(20) 측 바닥면 보다 높은 프로파일(Profile)을 형성할 수 있다. 이는, 출강구(310)를 설치하기 위한 별도의 돌출된 부분이 없이 제 1 용해로(10)의 하부에 설치하는 구조일 수 있다.
이러한, 하부 셀(300)의 구조는, 물질과 열의 이동을 자유롭게 하여 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)에 별도로 구성된 자원(전력, 화학 에너지)에 대한 통합 활용이 가능하게 하며, 동시에 후술될 격벽 유닛(400)에 의해 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)에 분리되어 있는 이종 슬래그(4a, 4b)의 기능을 동시 활용하는 단축형 공정 설계를 가능하게 할 수 있다.
또한, 하부 셀(300)에 형성된 출강구(310)는, 상술한 하부 셀(300)의 구조에서 기술하였듯이, 상용 전기로에서 가지고 있는 출강을 위한 돌출된 구조를 제거하여 불필요한 쿨 존(Cool Zone)을 없앤 구조로 설계되었다. 이에 따라, 출강구(310)의 위치 선정에 있어서, 출강 후 밀폐를 위해 투입되는 샌드(Sand) 공급을 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 전극부(110)의 복수의 교류 전극(111, 112, 113) 중 어느 한 교류 전극의 투입구의 직하 부분에 위치시킴으로써, 샌드 투입 튜브를 교류 전극의 투입구를 통해 하강시켜 샌드를 충진 하도록 구성할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 셀(300)의 바닥면에서는, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20) 간의 용융 금속(3)의 유동을 제어할 수 있도록, 가스를 배출하는 복수의 플러그(Plug)(600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f, 600g)를 포함하는 가스 저취 장치(600)가 배치될 수 있다.
예컨대, 통합된 하부 셀(300)에 의해 제 1 용해로(10) 및 제 2 용해로(20)가 후술될 격벽 유닛(400)에 의해 분리되어, 각각의 목적에 맞는 용해 및 정련 특성을 동시에 구현하는 단축형 공정을 효과적으로 구현하기 위해서는 용융 금속(3)의 유동(물질 및 열 유동)을 세부 공정 목적에 맞게 제어해 주어야 한다. 편향 유동(주 유동이 한쪽 방향으로 집중되는 유동, 제 1 용해로(10) → 제 2 용해로(20) 또는 제 2 용해로(20) → 제 1 용해로(10))형성 또는 용융 금속(3) 체적 전체를 빠르고 균일하게 혼합시키는 유동 형성 등이 해당할 수 있다.
이를 위해, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 하부 공간(A1-2, A2-2)을 구성하는 하부 셀(300)의 바닥면에, 목적하는 유동제어의 구현을 위한 가스 저취 장치(600)를 설치할 수 있다. 도 3은, 하부 셀(300)의 바닥면에 가스 저취 설비(600)의 플러그(Plug)(600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f, 600g)를 배치한 일 실시예를 나타낸 것으로서, 본 장치의 세부적 사항(플러그 종류, 크기, 개수, 위치 등)은, 반드시 도 3에 국한되지 않고, 목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이때, 가스 저취 설비(600)를 통해 투입되는 가스의 종류는, 단순 유동제어를 위한 불활성 가스(Ar, N2)또는 반응 및 열원 공급을 위한 연/원료(O2,Ch4,CO등)를 선택적으로 투입이 가능할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 셀(300)의 하측에는, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 적어도 일부분이 합쳐진 형태의 이중 용해로(F)를 수평 방향(X축 방향) 또는, 수평 방향(X축 방향) 및 수직 방향(Z축 방향)에 수직한 폭 방향(Y축 방향)으로 이중 경동시킬 수 있는 경동 장치(700)가 설치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 경동 장치(700)는, 경동 장치(700)에 의해 경동되는 이중 용해로(F)의 중심을 유지할 수 있도록, 이중 용해로(F)의 하측의 이중 용해로(F)의 중심과 대응되는 부분에서, 이중 용해로(F)를 틸팅(Tilting) 가능하게 지지하는 지지 실린더(710) 및 이중 용해로(F)를 적어도 삼점 지지할 수 있도록 지지 실린더(710)를 중심으로 적어도 세 개가 방사상으로 배치되어, 이중 용해로(F)를 수평 방향(X축 방향) 또는 폭 방향(Y축 방향)으로 선택적으로 경동시킬 수 있도록 개별적으로 승하강 구동이 가능한 복수의 구동 실린더(720)로 구성될 수 있다.
예컨대, 경동 장치(700)의 지지 실린더(710)는, 이중 용해로(F)의 무게 중심부에 설치된 구조물로서, 이중 용해로(F)를 지지하고 수평 방향(X축 방향) 및 폭 방향(Y축 방향)으로 틸팅이 가능한 부분 및 이와 연결되어 이중 용해로(F)의 지지면 내 구조물이 삽입되어 별도 구동력 없이 상/하 움직임만 가능한 실린더로, 이중 용해로(F)의 위치를 잡아주는 역할을 할 수 있다. 이와 같은, 지지 실린더(710)는, 본 발명의 이중 용해로(F)의 구조 특성을 구현하기 위해 출강과 슬래그 배출 방향을 달리하여야 하는 필요성을 충족시키기 위해 필요한 장치이다.
그리고, 경동 장치(700)의 복수의 구동 실린더(720)는, 실제 이중 용해로(F)를 경동시키는 제어용 장치로서, 기본 구조는 지지 실린더(710)와 유사하지만, 구동력을 제공하는 하이드롤릭 실린더(Hydraulic Cylinder)로 이중 용해로(F)의 지지면에 고정될 수 있다. 이러한, 복수의 구동 실린더(720)는, 적어도 삼점 지지에 의해 이중 용해로(F)의 경동을 실시할 수 있지만, 이중 용해로(F)의 안정적인 경동을 위해, 이중 용해로(F)의 중심을 잡아주는 지지 실린더(710)를 기준으로 제 1 용해로(10) 측 2기, 제 2 용해로(20) 측 2기로, 총 4기로 구성되어, 이중 용해로(F)의 이방향(수평 방향(X축 방향) 및 폭 방향(Y축 방향)) 경동을 구현하는 것이 바람직할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 격벽 유닛(400)은, 이중 용해로(F)의 제 1 상부 셀(100)과 제 2 상부 셀(200) 사이에 수직 방향(Z축 방향)으로 승하강 가능하게 설치되어, 하부 셀(300)에 의해 통합되게 형성된 제 1 용해로(10)의 제 1 하부 공간(A1-2)과 제 2 용해로(20)의 제 2 하부 공간(A2-2)을 선택적으로 분리할 수 있다.
예컨대, 제 2 용해로(20)에서 제 2 철원으로 투입되어 용해되는 스크랩은, 용해할 때 산화성 분위기의 제 2 슬래그(4b)를 형성해야한다. 용강 내 불순물인 P를 제거하기 위한 산화성 분위기의 조업으로 제 2 슬래그(4b) 내 산소 이온을 용강 내 P와 결합하여 P2O5를 형성시킬 수 있다. 이러한, P2O5는, 제 2 슬래그(4b) 내 일부 성분이 되어 용강내 P를 줄이게 될 수 있다. 반대로, 제 1 용해로(10)에서 제 1 철원으로 투입되어 용해되는 광석 기반 철원(OBM's)은, 용해할 때 환원성 분위기의 제 1 슬래그(4a)를 형성해야한다. 광석 기반 철원(OBM's)내 잔존하는 FeO의 산소를 제거하여 환원된 Fe가 용강내로 혼합하여 투입된 광석 기반 철원(OBM's)의 실수율을 증가시키는 역할을 하게 될 수 있다.
광석 기반 철원(OBM's)과 스크랩을 동시에 사용하게 되면 형성되는 슬래그가 환원성이면 Fe의 실수율은 증가하지만, P가 용강 내로 픽업되어 P함량이 증가하게 되고, 슬래그가 산화성이면 P의 제거에는 유리하나 Fe의 실수율이 감소하게 된다. 이를 해결하기 위해, 광석 기반 철원(OBM's) 전용 전기로인 제 1 용해로(10)와 스크랩 전용 전기로인 제 2 용해로(20) 2기를 결합한 이중 용해로(F)에서는, 광석 기반 철원(OBM's)에 따른 제 1 슬래그(4a)와 스크랩에 따른 제 2 슬래그(4b)가 서로 혼합되지 않고, 동시에 구현될 수 있도록 할 필요가 있으며, 이에 따라, 이중 용해로(F) 사이의 슬래그(4a, 4b)를 구분할 수 있는 격벽 유닛(400)이 필수적일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 이중 용해로(F)의 근본적인 목적은, 제 1 철원과 제 2 철원 같이 서로 다른 특성의 주원료(OBM's vs. 일반 Scrap)의 용해 및 일부 정련 작업이, 제 1 용해로(10)의 제 1 슬래그(4a)와 제 2 용해로(20)의 제 2 슬래그(4b)를 분리함으로써 동시에 수행이 가능하고, 최종 정련 및 종점 제어를 위한 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 통합 전, 각 로(10, 20)에서 발생한 이종(異種)의 슬래그(4a, 4b) 중 그 기능을 상실하거나 최종 단계에 맞지 않는 다량의 슬래그를 배재하여 고속/고효율/고품질 용융 금속(3)을 생산하는 공정을 구현함에 있다. 이는, 종래의 일반 전기로에 해당 주원료 조합을 적용하였을 경우 구현이 불가능한 부분이다.
이를 위해, 세부 공정 단계에 따라 발생한 슬래그(4a, 4b)의 분리/통합을 제어하는 장치로 격벽 유닛(400)을 구성하였으며, 격벽 유닛(400)은, 수냉 구조물과 내화재로 구성되어, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20) 사이에서 상/하로 움직이는 구동장치(미도시)에 의해 조정될 수 있다. 이는, 본 발명의 이중 용해로(F)를 구현하는 주요 장치일 수 있다.
이러한, 격벽 유닛(400)은, 내화재로 구성되되, 탄소를 주성분으로 하는 탄소질 내화물(Carbonaceous Refractories)로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
예컨대, 격벽 유닛(400)을 산화성 내화물로 구성하게 되면, 서로 다른 분위기의 슬래그별(4a, 4b)로 내화물의 조성을 맞춰 각각 설계해야 하는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 격벽 유닛(400)과 같이, 탄소질의 내화물을 적용할 경우, 슬래그(4a, 4b)의 분위기에 상관없이 슬래그 전체와 젖음성이 낮기 때문에 단일 성분으로 구성이 가능할 수 있다.
더욱 구체적으로, 탄소질(흑연질)의 내화물은, 기존 고로의 하부 내화물, 영구 연와용으로만 사용하였고, 이는 용선 내 탄소 함량이 과포화되어 있어 탄소질 내화물의 침식을 방지할 수 있었다. 전기로는, 탄소 함량이 용선 대비 낮기 때문에 용강과 접촉이 많게 되면 빠르게 침식 및 용손될 수 있어, 전기로 전체 내화물로의 구성이 아닌, 이중 용해로(F)에서 상하 위치 조정이 가능한 격벽 유닛(400)으로만 사용해야 한다. 격벽 유닛(400)의 성분이 산화성 내화물일 경우에는, 침식 시 용강 내 비금속개재물의 형태로 존재하여 품질에 영향을 미칠 수 있으므로, 침식 시에도 가탄의 형태로 제품에 유용하게 활용될 수 있는 탄소질 내화물로 구성하는 것이 바람직 할 수 있다. 격벽 유닛(400)의 산화방지 및 침식저항성 향상을 위해서는 금속 첨가물 Al, Si, Mg, Ca 등의 혼합/화합물을 사용하거나 B4C, MgB, SiC, AIN 등 비금속 첨가제를 소량 첨가할 수도 있다.
또한, 격벽 유닛(400)의 형태를, 이중 용해로(F)의 높이 방향인 수직 방향(Z축 방향)을 기준으로, 하단부의 적어도 일부분이 상측에서 하측 방향으로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 형성하여, 상기 하단부가 첨단(尖端) 형상으로 형성됨으로써, 침식이 쉽게 일어날 수 있는 격벽 유닛(400)의 상기 하단부의 두께를 얇게 형성하여, 격벽 유닛(400)의 침식이 발생하더라도 침식물의 크기가 작게 형성되어, 용융 금속(3)에 영향을 최대한 적게 미치도록 유도할 수 있다.
이와 같은, 격벽 유닛(400)은, 제 1 철원 및 제 2 철원이 용해되어 생성된 이중 용해로(F) 내부의 용융 금속(3)의 레벨에 따라 적절하게 상승 또는 하강할 수 있도록, 격벽 유닛(400)의 구동 장치(미도시)와 전기적으로 연결되는 제어부(800)에 의해 제어될 수 있다.
상술한, 격벽 유닛(400)에 의해 분리/통합이 선택적으로 조정될 수 있는 이중 용해로(F)의 제 1 용해로(10)는, 제 1 용해로(10)에서 발생하는 제 1 슬래그(4a)를 선택적으로 배재할 수 있도록, 제 1 상부 셀(100)과 하부 셀(300)의 경계 부분에 제 1 용해로(10)의 둘레를 따라 복수개가 형성되고, 수직 방향(Z축 방향)으로 마주보게 형성되어 상방으로 개방되는 상부 도어(11a) 및 하방으로 개방되는 하부 도어(11b)를 포함하는 이중 도어로 형성되는 제 1 슬래그 도어(11)를 포함하고, 제 2 용해로(20)는, 제 2 용해로(20)에서 발생하는 제 2 슬래그(4b)를 선택적으로 배재할 수 있도록, 제 2 상부 셀(200)과 하부 셀(300)의 경계 부분에 형성되고, 상방 또는 하방으로 개방되는 단일 도어로 형성되는 제 2 슬래그 도어(21)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제 1 용해로(10)의 이중 도어(11a, 11b)로 형성되는 제 1 슬래그 도어(11)는, 제 1 철원으로 투입된 광석 기반 철원(OBM's)의 용해에 따라 생성된 다량의 제 1 슬래그(4a)의 레벨(Level)을 제어하기 위한 장치로, 이중 도어(11a, 11b)에 의해 각각 상/하 방향으로 개방이 가능한 구조일 수 있다.
제 1 용해로(10)에서 생성되는 제 1 슬래그(4a)는 기본적으로, 제 2 용해로(20)에서 생성되는 일반적인 스크랩 조업의 제 2 슬래그(4b)와는 그 조성이 다르며, 또한 이러한 차이점을 목적하에 일부 제어하여 유지하게 된다. 이는, 광석 기반 철원(OBM's)에서 유입되는 맥석 성분이 산성계가 주성분(SiO2,Al2O3)임에 기인하여 저염기도 슬래그를 형성하며, 또한, 다량의 FeO를 포함하고 있다는 특징이 있다. 유입되는 FeO는 C계 부원료를 투입하여 최대한 환원 회수하여야 하며, 이때 발생한 CO가스는 제 1 슬래그(4a)를 포밍시키게 된다. 발생되는 제 1 슬래그(4a)가 대량이어서 포밍이 일어날 경우 조업 안정성을 해치게 되기 때문에 저염기도 상태를 유지하는 것이 유리하지만, 반면에 포밍이 없이는 아크를 안정시킬 수 없다는 상충된 문제가 있다.
이러한 이유로, 제 1 용해로(10)에서는 포밍을 억제함과 동시에 아크를 보호하기 위해 일정량의 제 1 슬래그(4a)를 로내에 가둘 필요가 있으며, 이는 FeO 환원에도 유리할 수 있다. 때문에 조업 중에는 상방향으로 열리는 상부 도어(11a)(수냉형)를 개방하여 제 1 슬래그(4a)의 일정 레벨을 유지하고, 이후, 제 1 슬래그(4a) 배재가 필요할 경우, 하방향으로 열리는 하부 도어(11b)를 개방하여 이를 제어할 수 있다. 이때, 다량의 제 1 슬래그(4a)를 원활히 제어하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 슬래그 도어(11)는, 제 1 용해로(10)의 둘레를 따라 복수개가 형성된, 멀티 도어(Multi-Door)로 구성이 가능할 수 있다.
또한, 제 2 용해로(20)의 제 2 슬래그 도어(21)는, 기존 상용 전기로와 동일한 역할을 하는 장치로서, 로내 제 2 슬래그(4b) 배출에 활용될 수 있다. 본 발명에 있어서 제 1 용해로(10)에 설치된 제 1 슬래그 도어(11)는, 다량 발생한 제 1 슬래그(4a)를 적절한 조치 이후에 지속적으로 배출하여 적정 레벨을 유지하는 특성을 가진다면, 제 2 슬래그 도어(21)는, 특별한 목적을 제외하고는 밀폐 상태를 유지하여야 하기 때문에, 단순한 수냉 패널 형태의 상향 개방 구조가 아닌 2방향(Y축 방향, Z축 방향) 구동이 가능한 구조물 형태의 특성을 가져, 조업 중 개방 이후 재밀폐가 가능한 형태일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 전기로(1000)의 이중 용해로(F)를 구성하고 있는 각 세부 설비 및 격벽 유닛(400)과 이를 제어하는 제어부(800)에 의해 구현되는 용융 금속 제조 공정 운영의 주요 특징을 기술하도록 한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 용해로(10)의 제 1 철원과 제 2 용해로(20)의 제 2 철원의 용해 전에는, 이중 용해로(F)의 내부에 제 1 높이(H1)로 잔류하는 이전 조업의 잔탕(Hot Heel)의 탕면에 격벽 유닛(400)의 상기 하단부가 위치할 수 있도록, 제어부(800)가 격벽 유닛(400)을 하강 또는 상승시켜 격벽 유닛(400)의 상기 하단부를 제 1 높이(H1)로 위치시킬 수 있다.
예컨대, 조업 초기에는 제어부(800)의 제어에 의해, 격벽 유닛(400)이 상기 잔탕의 탕면까지 최대 하강하여, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 분리 상태에서, 제 1 용해로(10)는, 복수의 철원 공급부(120)를 통해 제 1 철원으로 계속해서 투입되는 광석 기반 철원(OBM's)의 용해, 제 2 용해로(20)는, 제 2 슬래그(4b)의 포밍을 유지한 상태로 아킹(Arcing)을 통한 예열 공급부(220) 내부의 제 2 철원인 스크랩의 예열 및 제 1 용해로(10)의 용해 에너지 추가 공급이 일어날 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 용해로(10)의 용해 공정에 의해 용융 금속(3)의 레벨이 상승하고, 상승한 레벨이 예열 중인 제 2 철원의 투입 시 용융 금속(3) 내 완전히 잠길 수준에 도달하면, 예열 공급부(220)에서 예열된 제 2 철원을 용융 금속(3)으로 장입시킬 수 있다.
이와 같이, 용융 금속(3)의 레벨에 따라 예열된 제 2 철원을 장입시킴으로써, 스크랩인 제 2 철원의 용해 효율을 확보함과 동시에 아킹에 의한 질소(N) 픽업을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
이때, 제어부(800)는, 제 1 용해로(10)의 제 1 슬래그(4a)와 제 2 용해로(20)의 제 2 슬래그(4b)가 계속해서 분리될 수 있도록, 격벽 유닛(400)의 하단부가 상기 잔탕의 탕면의 높이인 제 1 높이(H1)와, 제 1 철원과 제 2 철원의 용해 완료 시의 용융 금속(3)의 탕면의 높이인 제 2 높이(H2) 사이에 위치하도록, 격벽 유닛(400)을 제 1 높이(H1)로부터 상승시킬 수 있다.
예컨대, 제 1 철원이 용해되는 과정에서 계속해서 상승되는 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어, 제어부(800)가 격벽 유닛(400)을 계속해서 상승시킴으로써, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 하부 공간 간 용융 금속(3)의 유동 채널이 확장(물질 및 열교환 활성화)될 수 있다. 그리고, 제 1 용해로(10)의 제 1 전극부(110) 및 제 2 용해로(20)의 제 2 전극부(210) 또한, 상승한 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어 적절히 상승될 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 연속적으로 제 1 용해로(10)에 공급되는 제 1 철원과 함께, 제 2 용해로(20) 측 용융 금속(3)에 장입된 제 2 철원이 용해되면서, 용융 금속(3)의 탕면이 제 2 높이(H2)까지 계속해서 높아질 수 있다.
이때에도, 제어부(800)의 제어에 의해, 상승한 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어 격벽 유닛(400)이 더욱 상승됨으로써, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 하부 공간 간 용융 금속(3)의 유동 채널이 더욱 확장(물질 및 열교환 활성화)될 수 있다. 그리고, 제 1 용해로(10)의 제 1 전극부(110) 및 제 2 용해로(20)의 제 2 전극부(210) 또한, 상승한 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어 계속해서 상승될 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 철원과 제 2 철원의 용해 완료 후, 제 1 슬래그(4a)의 배재 전까지는, 제 1 슬래그(4a)와 제 2 슬래그(4b)를 분리할 수 있도록, 제어부(800)는, 격벽 유닛(400)의 상기 하단부를 용융 금속(3)의 탕면의 높이인 제 2 높이(H2)로 위치시키고, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 슬래그(4a)의 배재 후에는, 제 2 슬래그(4b)가 용융 금속(3)의 탕면을 모두 덮을 수 있도록, 제어부(800)는, 격벽 유닛(400)의 상기 하단부를 제 2 높이(H2) 이상으로 상승시킬 수 있다.
이와 같이, 환원성 분위기의 제 1 슬래그(4a)의 배재가 완료된 후, 격벽 유닛(400)을 완전히 상승시켜 완전히 개방함으로써, 산화성 분위기의 제 2 슬래그(4b)가 용융 금속(3)의 탕면을 모두 덮을 수 있도록 하여, 용융 금속(3)의 최종 정련을 실시할 수 있다. 이와 같이, 격벽 유닛(400)의 완전 개방으로 정련 반응 계면적 확장을 통해 정련 효율을 극대화하는 효과를 가질 수 있다.
상술한 도 4 내지 도 8의 전공정에 걸쳐, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)가 통합된 하부 셀(300)에 의한 물질 및 열교환을 통해, 제 2 용해로(20)에서는 지속적인 정련 반응을 유지할 수 있으며, 최종적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 격벽 유닛(400)이 완전 개방된 후 최대 정련능을 확보할 수 있다. 이때, 제 1 용해로(10)는, 격벽 유닛(400)의 완전 개방 전까지, 환원성 분위기의 제 1 슬래그(4a) 유지를 통해 광석 기반 철원(OBM's)에서 유입된 다량의 FeO 환원을 진행할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로(1000)에 따르면, 격벽 유닛(400)을 이용하여 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리하면서, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로(F)를 가지는 전기로(1000)를 구현할 수 있다.
또한, 격벽 유닛(400)을 슬래그의 분위기에 상관없이 슬래그 전체와 젖음성이 낮아 단일 성분으로 구성할 수 있는 탄소를 주성분으로 하는 탄소질 내화물로 형성함으로써, 산화물 재질의 분리벽 침식으로 인한 용강내에 비금속 개재물에 대한 우려를 줄일 수 있고, 이로 인한 용강 품질의 악화를 저감시킬 수 있다. 또한, 용강에 카본 투입이 필요한 조업에서 카본 투입 설비(인젝션, 저취 등)나 원료(가탄재)의 투입 부하 및 시간을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 격벽 유닛(400)을 이용하여, 광석 기반 철원과 스크랩을 동시에 용해할 수 있는 듀얼 전기로에서 슬래그의 특성이 서로 반대(슬래그1 환원성, 슬래그2 산화성)이거나 필요에 의해 서로 분리가 필요한 경우 용이하게 선택적으로 분리할 수 있으며, 격벽 유닛(400)을 탄소질 내화물로 구성함으로써, 슬래그 특성별로 격벽 유닛의 재질을 구성하지 않아 기존 대비 설치 공간에 대한 우려를 감소시킬 수 있고, 슬래그 젖음성이 낮아 슬래그로 인한 침식, 분리벽의 탈락과 이로 인한 문제 발생을 예방할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
3: 용융 금속
4a, 4b: 슬래그
10: 제 1 용해로
11: 제 1 슬래그 도어
11a: 상부 도어
11b: 하부 도어
20: 제 2 용해로
21: 제 2 슬래그 도어
100: 제 1 상부 셀
100a: 제 1 루프부
110: 제 1 전극부
111, 112, 113: 교류 전극
120: 복수의 철원 공급부
200: 제 2 상부 셀
200: 제 2 루프부
210: 제 2 전극부
211: 상부 직류 전극
212: 하부 직류 전극
212a: 제 1 하부 전극
212b: 제 2 하부 전극
220: 예열 공급부
221: 예열 챔버
222: 챔버 도어
300: 하부 셀
310: 출강구
400: 격벽 유닛
500: 배가스 덕트
600: 가스 저취 장치
600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f, 600g: 플러그
700: 경동 장치
710: 지지 실린더
720: 복수의 구동 실린더
800: 제어부
1000: 전기로
F: 이중 용해로
A1-1: 제 1 상부 공간
A1-2: 제 1 하부 공간
A2-1: 제 2 상부 공간
A2-2: 제 2 하부 공간
4a, 4b: 슬래그
10: 제 1 용해로
11: 제 1 슬래그 도어
11a: 상부 도어
11b: 하부 도어
20: 제 2 용해로
21: 제 2 슬래그 도어
100: 제 1 상부 셀
100a: 제 1 루프부
110: 제 1 전극부
111, 112, 113: 교류 전극
120: 복수의 철원 공급부
200: 제 2 상부 셀
200: 제 2 루프부
210: 제 2 전극부
211: 상부 직류 전극
212: 하부 직류 전극
212a: 제 1 하부 전극
212b: 제 2 하부 전극
220: 예열 공급부
221: 예열 챔버
222: 챔버 도어
300: 하부 셀
310: 출강구
400: 격벽 유닛
500: 배가스 덕트
600: 가스 저취 장치
600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f, 600g: 플러그
700: 경동 장치
710: 지지 실린더
720: 복수의 구동 실린더
800: 제어부
1000: 전기로
F: 이중 용해로
A1-1: 제 1 상부 공간
A1-2: 제 1 하부 공간
A2-1: 제 2 상부 공간
A2-2: 제 2 하부 공간
Claims (10)
- 서로 다른 철원을 용해할 수 있도록, 두 개의 용해로의 적어도 일부분이 합쳐진 형태의 이중 용해로를 가지는 전기로에 있어서,
제 1 철원이 투입되어 용해되는 제 1 용해로의 제 1 상부 공간을 이루는 제 1 상부 셀;
상기 제 1 상부 셀과 수평 방향으로 배치되고, 제 2 철원이 투입되어 용해되는 제 2 용해로의 제 2 상부 공간을 이루는 제 2 상부 셀;
상기 제 1 상부 셀 및 상기 제 2 상부 셀의 하부에 결합되어, 상기 제 1 용해로의 제 1 하부 공간과 상기 제 2 용해로의 제 2 하부 공간을 하나의 통합된 공간으로 이루는 하부 셀;
상기 제 1 상부 셀과 상기 제 2 상부 셀 사이에 수직 방향으로 승하강 가능하게 설치되어, 상기 하부 셀에 의해 통합되게 형성된 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 하부 공간과 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 하부 공간을 분리하는 격벽 유닛; 및
상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되어 생성된 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속의 레벨에 따라 상기 격벽 유닛이 상승 또는 하강할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 제어하는 제어부;
를 포함하는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 격벽 유닛은,
탄소를 주성분으로 하는 탄소질 내화물(Carbonaceous Refractories)로 형성되는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 격벽 유닛은,
상기 이중 용해로의 높이 방향인 상기 수직 방향을 기준으로, 하단부의 적어도 일부분이 상측에서 하측 방향으로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 형성되어, 상기 하단부가 첨단(尖端) 형상으로 형성되는, 전기로. - 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 전에는, 상기 이중 용해로 내부에 제 1 높이로 잔류하는 이전 조업의 잔탕(Hot Heel)의 탕면에 상기 격벽 유닛의 상기 하단부가 위치할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 하강 또는 상승시켜 상기 하단부를 상기 제 1 높이로 위치시키는, 전기로. - 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 시, 상기 제 1 철원으로부터 발생하는 제 1 슬래그와 상기 제 2 철원으로부터 발생하는 제 2 슬래그를 계속해서 분리할 수 있도록, 상기 격벽 유닛의 상기 하단부가, 상기 잔탕의 탕면의 높이인 상기 제 1 높이와, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 완료 시의 상기 용융 금속의 탕면의 높이인 제 2 높이 사이에 위치하도록, 상기 격벽 유닛을 상기 제 1 높이로부터 상승시키는, 전기로. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 시, 상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되는 과정에서 계속해서 상승되는 상기 용융 금속의 탕면 상승에 맞추어, 상기 격벽 유닛을 계속해서 상승시키는, 전기로. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 완료 후, 상기 제 1 슬래그의 배재 전까지는, 상기 제 1 슬래그와 상기 제 2 슬래그를 분리할 수 있도록 상기 격벽 유닛의 상기 하단부를 상기 용융 금속의 탕면의 높이인 제 2 높이로 위치시키고, 상기 제 1 슬래그의 배재 후에는, 상기 제 2 슬래그가 상기 용융 금속의 탕면을 모두 덮을 수 있도록 상기 격벽 유닛의 상기 하단부를 상기 제 2 높이 이상으로 상승시키는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 상부 셀은,
상기 제 1 상부 셀의 상측에 형성된 제 1 루프부의 소천정을 통해 적어도 일부분이 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 상부 공간으로 삽입되어, 아크열에 의해 상기 제 1 철원을 용해시키는 제 1 전극부; 및
상기 제 1 전극부의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되어, 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 상부 공간을 통해 상기 제 1 철원을 공급하는 복수의 철원 공급부;
를 포함하는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 상부 셀은,
상기 제 2 상부 셀의 상측에 형성된 제 2 루프부의 소천정을 통해 적어도 일부분이 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간으로 삽입되어, 아크열에 의해 상기 제 2 철원을 용해시키는 제 2 전극부; 및
상기 제 2 상부 셀의 상측에서 상기 제 2 전극부의 일측에 설치되어, 내부의 저장 공간의 소정량의 상기 제 2 철원을 임시 저장하고, 상기 제 2 용해로 내부에서 발생된 폐열을 이용하여 상기 저장 공간에 임시 저장된 상기 제 2 철원을 예열시킨 후, 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간을 통해 상기 제 2 철원을 공급하는 예열 공급부;
를 포함하는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 용해로에 투입되는 상기 제 1 철원은,
광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials)을 포함하고,
상기 제 2 용해로에 투입되는 상기 제 2 철원은,
스크랩(Scrap)을 포함하는, 전기로.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220068182A KR20230167923A (ko) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | 전기로 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220068182A KR20230167923A (ko) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | 전기로 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230167923A true KR20230167923A (ko) | 2023-12-12 |
Family
ID=89159638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220068182A KR20230167923A (ko) | 2022-06-03 | 2022-06-03 | 전기로 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230167923A (ko) |
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2022
- 2022-06-03 KR KR1020220068182A patent/KR20230167923A/ko active IP Right Grant
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