KR20240016794A - 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 투입하고, 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 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 유닛과, 상기 격벽 유닛의 내부에 형성된 복수의 파이프 채널 조합에 의해, 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속 또는 상기 용융 금속의 상측에 부유하는 슬래그에 분체를 투입하는 분체 투입 유닛 및 상기 이중 용해로 내부의 상기 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 투입하고, 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.
일반적으로, 제철 산업의 철강 소재 생산 공정은, 크게, 광석을 주원료로 사용하는 “고로-전로” 생산 체계(이하 전로로 통칭)와 생산된 철강소재를 활용하여 제품화한 후 회수/재활용 되는 스크랩(Scrap)을 주원료로 사용하는 “전기로”생산 체계로 구분할 수 있다.
전로 체계는, 광석에서 기인하는 용강의 처녀성을 기반으로 고품질 제품, 주로 표면 결함 등에 민감한 판재 생산에 널리 활용되고 있으며, 제품화 시 첨가되거나 회수 시 혼입되는 불순물(Cu, Sn, Cr, Mo, Ni 등, 이하 Tramp 원소로 통칭)에 영향을 받을 수 있는 스크랩을 사용하는 전기로 체계는, 주로 고강도를 요구하는 봉/형강 생산에 적용되는 것이 일반적이다. 하지만, 특정한 조건을 충족시키는 경우, 전기로 공정을 활용한 판재 생산이 이루어지는 경우가 있으며, 탄소 중립이 세계적인 이슈가 됨에 따라 전로 공정에 비해 이산화탄소(CO2)발생량이 ≤20% 수준인 전기로 공정이 미래 철강생산(판재생산)의 대안으로 부각되고 있는 상황이다.
종래의 전기로는, 1기의 전기로를 이용하여 용해하는 경우가 대부분으로 노내 용강과 슬래그를 분리할 수 있는 분리벽에 대한 활용이 존재하지 않았다. 슬래그의 분위기도 용강 내 인(P)을 제거하기 용이하도록 전기로 조업에서는 산화성 슬래그를 생성하는 것이 일반적이었다. 그러나, 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 필요할 수 있다. 그렇지 않으면 듀얼 전기로가 아닌 단일 전기로에서는 철 원료별 슬래그 메이킹을 각각 순차적으로 진행해야 하기에 대량생산을 위한 조업에는 적합하지 않을 수 있는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 전기로 공정에서 분탄 및 부원료의 투입 방법은, 일반적으로, 주설비인 로체 내부가 아닌 외부에 설치된 부대설비(랜스, 파이프, 인젝션 등)를 사용하는데, 별도의 부대설비를 사용할 경우, 로(Furnace) 전에 위치한 슬래그 도어나 로체 중 일부분(예컨대, 소천정 등)을 개폐하여 투입하기 때문에, 로 외부의 상온의 대기와 접촉되어 용강 질소 유입이나 로 내부의 열원 에너지의 손실이 야기되는 문제점이 있었다.
또한, 분탄 및 부원료는 비중차로 분리된 슬래그와 용강에 각각의 목적으로 투입될 수 있는데, 분탄은 포밍, 부원료는 염기도 및 점성 등의 특성을 전기로 공정 중에 활용 측면에서 주로 사용되었다. 또한, 슬래그 포밍을 위하여 탄소 성분을 함유한 폐플라스틱과 같은 산업폐기물 등의 가탄대체제도 활용이 가능하나 비중이 작고, 전기로내 온도보다 낮은 온도에서 기화되는 단점으로 인하여 슬래그 내부로 투입되지 않으면 투입량 대비 포밍 효과는 발생하지 않을 수 있다. 용강에 투입하는 목적으로는 분탄은 용강내 탈가스 반응(탈질), Fe 실수율 증대(용강 산화 억제), 부원료는 슬래그/용강 계면 간 반응을 통한 개재물 및 불순물 제어 측면에서 사용되고 있다.
이러한, 슬래그 또는 용강을 타겟으로 하는 분탄 및 부원료의 투입 위치(깊이)는 부대설비로부터 토출되는 이송가스의 속도에 따라 조정될 수 있는데, 이송가스의 속도 조절로 분탄 및 부원료의 투입 위치가 원활하게 제어되지 않는다는 문제점이 있었다.
또한, 듀얼 전기로에서 로체 구성 시, 고온의 환경에서 조업 흐름에 따라 내화물로 구성된 분리벽의 상하 반복적인 움직임이 지속되면, 연화되는 내화물의 탈락 및 절손으로 안정적인 조업에 이상을 야기할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 이중 용해로를 가지는 전기로에서 승하강하면서 제 1 용해로와 제 2 용해로를 선택적으로 분리하는 격벽 유닛을 통해 분탄(가탄대체제 포함)이나 부원료 투입을 함으로써, 로체 및 로벽의 개폐 없이 그리고 투입용 부대 설비 없이 전기로 조업을 효율적으로 할 수 있으며, 이를 위해, 격벽 유닛 내부에 복수의 파이프 채널을 설치함으로써, 파이프 채널의 프레임 역할로 격벽 유닛의 고온 변형이나 절손을 방지할 수 있는 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 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; 상기 격벽 유닛의 내부에 형성된 복수의 파이프 채널 조합에 의해, 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속 또는 상기 용융 금속의 상측에 부유하는 슬래그에 분체를 투입하는 분체 투입 유닛; 및 상기 이중 용해로 내부의 상기 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 분체 투입 유닛은, 상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되어, 상기 격벽 유닛의 하단면에 형성된 하방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 선형 파이프 채널;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛의 상기 복수의 파이프 채널 조합은, 상기 격벽 유닛의 폭 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 이격되게 형성되는 상기 선형 파이프 채널의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 상기 격벽 유닛의 상승 또는 하강에 의해, 상기 하방 분사 노즐이 상기 슬래그 내부에 위치할 경우, 상기 슬래그를 포밍시킬 수 있도록, 분탄 또는 가탄대체제를 상기 분체로 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 상기 격벽 유닛의 상승 또는 하강에 의해, 상기 하방 분사 노즐이 상기 용융 금속과 상기 슬래그의 계면층에 인접하게 위치할 경우, 개재물 및 불순물을 제거할 수 있도록, 부원료를 상기 분체로 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 상기 격벽 유닛의 상승 또는 하강에 의해, 상기 하방 분사 노즐이 상기 용융 금속 내부에 위치할 경우, 상기 용융 금속 내 탈가스 반응 및 Fe 실수율을 증가시킬 수 있도록, 분탄을 상기 분체로 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 불활성 가스를 매개로 상기 복수의 파이프 채널 조합을 통해 상기 분체를 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 일측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 일측면에 형성된 제 1 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 1 꺽임 파이프 채널; 및 상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 타측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 타측면에 형성된 제 2 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 2 꺽임 파이프 채널;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛의 상기 복수의 파이프 채널 조합은, 상기 격벽 유닛의 폭 방향을 따라 복수개가 번갈아가면서 소정 간격으로 이격되게 형성되는 상기 제 1 꺽임 파이프 채널과 상기 제 2 꺽임 파이프 채널의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되어, 상기 격벽 유닛의 하단면에 형성된 하방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 선형 파이프 채널; 상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 일측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 일측면에 형성된 제 1 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 1 꺽임 파이프 채널; 및 상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 타측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 타측면에 형성된 제 2 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 2 꺽임 파이프 채널;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛의 상기 복수의 파이프 채널 조합은, 상기 격벽 유닛의 폭 방향을 따라 복수개가 번갈아가면서 소정 간격으로 이격되게 형성되는 상기 선형 파이프 채널과 상기 제 1 꺽임 파이프 채널 및 상기 제 2 꺽임 파이프 채널의 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분체 투입 유닛은, 상기 복수의 파이프 채널 조합의 연장 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 이격되게 형성되어, 상기 복수의 파이프 채널 조합과 상기 격벽 유닛 간 체결 강도를 증가시키는 보강 프레임;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 전에는, 상기 이중 용해로 내부에 잔류하는 이전 조업의 잔탕(Hot Heel)의 탕면 인근에서 상기 격벽 유닛의 단부가 상기 잔탕에 침지되지 않은 상태로 위치할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 하강 또는 상승시켜, 상기 격벽 유닛의 단부를 상기 잔탕의 탕면 보다 높은 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 단부가 상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되어 생성된 상기 용융 금속에 침지된 상태로, 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 배재전까지는 상기 제 1 슬래그와 상기 제 2 슬래그를 계속해서 분리할 수 있도록, 상기 격벽 유닛의 단부를 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 단부를 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 전극 유닛; 및 상기 제 1 전극 유닛의 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 전극 유닛; 및 상기 제 2 상부 셀의 상측에서 상기 제 2 전극 유닛의 일측에 설치되어, 내부의 저장 공간에 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, 이중 용해로를 가지는 전기로에서 승하강하면서 제 1 용해로와 제 2 용해로를 선택적으로 분리하는 격벽 유닛의 내부에 복수의 파이프 채널을 설치하여, 불활성 가스(예컨대, Ar 등)를 매개로 한 분탄이나 부원료의 투입이 가능할 수 있으며, 격벽 유닛의 승하강 조절을 통해 용융 금속의 내부나 슬래그의 내부로 분탄(가탄대체제 포함)이나 부원료 투입을 정확하게 할 수 있다.
예컨대, 이중 용해로 내부의 격벽 유닛은, 조업 중에 사용 목적 및 시점에 따라 용융 금속 또는 슬래그에 침적된 상태로 상하 조절이 가능함으로써, 슬래그 포밍이나, 염기도 및 점성 제어 목적의 경우 용융 금속에는 침적하지 않고(격벽 유닛의 하단부가 용융 금속의 상부에 위치), 슬래그에 분탄 및 부원료를 직접 투입하여 반응이 가능할 수 있다. 또한, 비중이 낮은 가탄대체제의 경우에도 슬래그의 내부나 용융 금속의 계면과 같이 원하는 높이에서의 투입이 용이할 수 있으며, 따라서, 포밍용 탄재, 탈린(P제거)용 석회석 등 다양한 목적의 슬래그 제어에 유리할 수 있다. 또한, 격벽 유닛의 하단부가 용융 금속까지 침적된 경우에는, 분탄의 투입이 용융 금속에 집중되어 포화 상태의 탄소(C)는 초음속 랜스로 산소 취입 시 강력한 탈탄반응을 이용하여 탈질할 수 있으며, 용융 금속 내로 투입된 탄소는 Fe보다 용존 산소와 반응하여 FeO 형성을 억제할 수 있다.
이와 같이, 격벽 유닛 내부에 형성된 복수의 파이프 채널을 통한 분탄 또는 부원료의 투입으로, 로체 개폐 방식의 일반적인 전기로 조업의 분탄 및 부원료 투입방식 대비 상온 대기 접촉 최소화로, 종래 전기로의 단점인 로내부 열손실 및 용강내 질소 픽업을 방지할 수 있으며, 분탄(가탄대체제 포함)이나 부원료의 비중에 영향없이 슬래그의 내부 또는 용융 금속의 내부 중 원하는 위치에 직접 투입이 가능하여 비산되는 손실을 줄여 분탄이나 부원료의 투입량(사용량) 저감이 가능하고, 격벽 유닛 내부에 복수의 파이프 채널 설치로 분탄이나 부원료 투입 채널로 활용함과 동시에 프레임 역할로 격벽 유닛의 고온 변형이나 절손을 방지할 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 10은 도 1의 전기로 내부에 설치된 격벽 유닛의 일 실시예 및 전기로 조업 과정을 단계별로 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
도 11 및 도 12는 도 1의 전기로 내부에 설치된 격벽 유닛의 다른 실시예를 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
도 13 및 도 14는 도 1의 전기로 내부에 설치된 격벽 유닛의 또 다른 실시예를 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 10은 도 1의 전기로 내부에 설치된 격벽 유닛의 일 실시예 및 전기로 조업 과정을 단계별로 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
도 11 및 도 12는 도 1의 전기로 내부에 설치된 격벽 유닛의 다른 실시예를 모식적으로 나타내는 모식도들이다.
도 13 및 도 14는 도 1의 전기로 내부에 설치된 격벽 유닛의 또 다른 실시예를 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 단면도이고, 도 4 내지 도 10은 도 1의 전기로(1000) 내부에 설치된 격벽 유닛(400)의 일 실시예 및 전기로 조업 과정을 단계별로 모식적으로 나타내는 모식도들이다. 그리고, 도 11 및 도 12는 도 1의 전기로(1000) 내부에 설치된 격벽 유닛(400)의 다른 실시예를 모식적으로 나타내는 모식도들이고, 도 13 및 도 14는 도 1의 전기로(1000) 내부에 설치된 격벽 유닛(400)의 또 다른 실시예를 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 고속 용해를 유도할 수 있다.
또한, 이중 용해로(F) 중 제 2 용해로(20)는, 스크랩(Scrap) 만이 제 2 철원으로 투입되는 전용 용해로로서, 기본적인 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 격벽 높이 판단 장치(900)와, 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 전극 유닛(110) 및 제 1 전극 유닛(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 전극 유닛(110)은, 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 전극 유닛(110)은, 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 전극 유닛(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 고려되어야 할 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 전극 유닛(210) 및 제 2 상부 셀(200)의 상측에서 제 2 전극 유닛(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 전극 유닛(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 전극 유닛(210)은, 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 전극 유닛(210)은, 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 전극 유닛(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 전극 유닛(210)은, 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 전극 유닛(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 전극 유닛(110)과 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 전극 유닛(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 용강 내 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.
이와 같은, 격벽 유닛(400)은, 이중 용해로(F) 내부의 용융 금속(3)의 레벨에 따라 상승 또는 하강할 수 있도록, 제어부(800)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 도 1과, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 격벽 유닛(400)의 내부에 복수의 파이프 채널 조합에 의해 형성된 분체 투입 유닛(900)이 형성되어, 이중 용해로(F) 내부의 용융 금속(3) 또는 용융 금속(3)의 상측에 부유하는 슬래그(4)에 분체를 투입할 수 있다.
이러한, 격벽 유닛(400)의 내부에 형성되는 분체 투입 유닛(900)에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 분체 투입 유닛(900)은, 격벽 유닛(400)의 내부에서, 격벽 유닛(400)의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되어, 격벽 유닛(400)의 하단면에 형성된 하방 분사 노즐(911)을 통해 상기 분체를 분사하는 선형 파이프 채널(910)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 분체 투입 유닛(900)의 상기 복수의 파이프 채널 조합은, 격벽 유닛(400)의 폭 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 이격되게 형성되는 선형 파이프 채널(910)의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 분체 투입 유닛(900)은, 선형 파이프 채널(910)의 조합으로 이루어지는 상기 복수의 파이프 채널 조합의 연장 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 이격되게 형성되어, 상기 복수의 파이프 채널 조합과 격벽 유닛(400) 간 체결 강도를 증가시키는 복수의 보강 프레임(900a)을 포함할 수 있다.
이와 같은 구성으로, 분체 투입 유닛(900)은, 격벽 유닛(400)의 상승 또는 하강에 의해, 하방 분사 노즐(911)이 슬래그(4) 내부에 위치할 경우, 슬래그(4)를 포밍시킬 수 있도록, 분탄 또는 가탄대체제를 상기 분체로 투입할 수 있다. 또한, 격벽 유닛(400)의 상승 또는 하강에 의해, 하방 분사 노즐(911)이 용융 금속(3)과 슬래그(4)의 계면층에 인접하게 위치할 경우, 개재물 및 불순물을 제거할 수 있도록, 부원료를 상기 분체로 투입하거나, 격벽 유닛(400)의 상승 또는 하강에 의해, 하방 분사 노즐(911)이 용융 금속(3) 내부에 위치할 경우, 용융 금속(3) 내 탈가스 반응 및 Fe 실수율을 증가시킬 수 있도록, 분탄을 상기 분체로 투입할 수 있다.
이때, 분체 투입 유닛(900)은, 불활성 가스(예컨대, Ar 등)를 매개로 상기 복수의 파이프 채널 조합을 통해 상기 분체를 투입할 수 있으며, 상기 분체의 투입 위치(깊이)는 토출되는 상기 불활성 가스의 속도 차이가 아닌 격벽 유닛(400)의 상하 이동에 따라 결정되어, 상기 불활성 가스의 속도는 일정하게 유지되는 것이 바람직할 수 있다.
상술한, 격벽 유닛(400) 및 분체 투입 유닛(900)에 의해 분리/통합이 선택적으로 조정되고, 상기 분체의 투입 위치가 조절될 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, 도 1에 도시된 바와 같이, 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 목적 하에 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 분체 투입 유닛(900)이 형성된 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 잔류하는 이전 조업의 잔탕(Hot Heel)의 탕면 인근에서 격벽 유닛(400)의 하단부가 상기 잔탕에 침지되지 않은 상태로 위치할 수 있도록, 격벽 유닛(400)을 하강 또는 상승시켜, 격벽 유닛(400)의 하단부를 상기 잔탕의 탕면 보다 높은 제 1 높이(H1)로 위치시킬 수 있다.
예컨대, 조업 초기에는 제어부(800)의 제어에 의해, 격벽 유닛(400)이 상기 잔탕의 탕면까지 최대 근접하게 제 1 높이(H1)로 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 6에 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 철원(2)을 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 철원과 제 2 철원의 용해 시, 제 1 철원으로부터 발생하는 제 1 슬래그(4a)와 제 2 철원으로부터 발생하는 제 2 슬래그를 계속해서 분리할 수 있도록, 격벽 유닛(400)의 하단부가 제 1 철원 및 제 2 철원이 용해되어 생성된 용융 금속(3)에 침지된 상태로, 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 탕면 상승에 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 전극 유닛(110) 및 제 2 용해로(20)의 제 2 전극 유닛(210) 또한, 상승한 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어 적절히 상승될 수 있다.
이어서, 도 7 및 도 8에 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 전극 유닛(110) 및 제 2 용해로(20)의 제 2 전극 유닛(210) 또한, 상승한 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어 계속해서 상승될 수 있다.
이어서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 철원과 제 2 철원의 용해 완료 후, 제 1 슬래그(4a)의 배재전까지는 제 1 슬래그(4a)와 제 2 슬래그(4b)를 계속해서 분리할 수 있도록, 격벽 유닛(400)의 단부를 용융 금속(3)의 탕면의 높이인 제 2 높이(H2)로 위치시키고, 제 1 슬래그(4a)의 배재 후에는 제 2 슬래그(4b)가 용융 금속(3)의 탕면을 모두 덮을 수 있도록, 격벽 유닛(400)의 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 9의 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 9에 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.
또한, 분체 투입 유닛(900)은, 하방 분사 노즐(911)이 용융 금속(3)과 슬래그(4)의 계면층에 인접하게 위치할 경우, 개재물 및 불순물을 제거할 수 있도록, 부원료를 상기 분체로 투입하거나, 하방 분사 노즐(911)이 용융 금속(3) 내부에 위치할 경우, 용융 금속(3) 내 탈가스 반응 및 Fe 실수율을 증가시킬 수 있도록, 분탄을 상기 분체로 투입할 수 있다.
또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제 2 슬래그(4b)가 용융 금속(3)의 탕면을 모두 덮은 후에는, 제 2 슬래그(4b)를 포밍시킬 수 있도록, 분탄 또는 가탄대체제를 상기 분체로 제 2 슬래그(4b)의 내부로 투입시킬 수 있다.
이와 같이, 격벽 유닛(400)의 상승 과정에서, 용융 금속(3)과 슬래그(4)의 계면층이나, 용융 금속(3)의 내부나, 슬래그(4)의 내부로 상기 분체를 선택적으로 투입할 수 있는 분체 투입 유닛(900)의 복수의 파이프 채널 조합은, 반드시 선형 파이프 채널(910)의 조합에 국한되지 않고, 매우 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 분체 투입 유닛(900)은, 격벽 유닛(400)의 내부에서, 격벽 유닛(400)의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 격벽 유닛(400)의 하단면 인근에서 격벽 유닛(400)의 일측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 격벽 유닛(400)의 일측면에 형성된 제 1 측방 분사 노즐(921)을 통해 상기 분체를 분사하는 제 1 꺽임 파이프 채널(920) 및 격벽 유닛(400)의 내부에서, 격벽 유닛(400)의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 격벽 유닛(400)의 하단면 인근에서 격벽 유닛(400)의 타측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 격벽 유닛(400)의 타측면에 형성된 제 2 측방 분사 노즐(931)을 통해 상기 분체를 분사하는 제 2 꺽임 파이프 채널(930)을 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 분체 투입 유닛(900)의 상기 복수의 파이프 채널 조합은, 격벽 유닛(400)의 폭 방향을 따라 복수개가 번갈아가면서 소정 간격으로 이격되게 형성되는 제 1 꺽임 파이프 채널(920)과 제 2 꺽임 파이프 채널(930)의 조합으로 이루어질 수도 있다.
이외에도, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 분체 투입 유닛(900)은, 격벽 유닛(400)의 내부에서, 격벽 유닛(400)의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되어, 격벽 유닛(400)의 하단면에 형성된 하방 분사 노즐(911)을 통해 상기 분체를 분사하는 선형 파이프 채널(910)과, 격벽 유닛(400)의 내부에서, 격벽 유닛(400)의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 격벽 유닛(400)의 하단면 인근에서 격벽 유닛(400)의 일측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 격벽 유닛(400)의 일측면에 형성된 제 1 측방 분사 노즐(921)을 통해 상기 분체를 분사하는 제 1 꺽임 파이프 채널(920) 및 격벽 유닛(400)의 내부에서, 격벽 유닛(400)의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 격벽 유닛(400)의 하단면 인근에서 격벽 유닛(400)의 타측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 격벽 유닛(400)의 타측면에 형성된 제 2 측방 분사 노즐(931)을 통해 상기 분체를 분사하는 제 2 꺽임 파이프 채널(930)을 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 분체 투입 유닛(900)의 상기 복수의 파이프 채널 조합은, 격벽 유닛(400)의 폭 방향을 따라 복수개가 번갈아가면서 소정 간격으로 이격되게 형성되는 선형 파이프 채널(910)과 제 1 꺽임 파이프 채널(920) 및 제 2 꺽임 파이프 채널(930)의 조합으로 이루어질 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로(1000)에 따르면, 이중 용해로(F)를 가지는 전기로(1000)에서 승하강하면서 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)를 선택적으로 분리하는 격벽 유닛(400)의 내부에 복수의 파이프 채널로 구성되는 분체 투입 유닛(900)을 설치하여, 불활성 가스(예컨대, Ar 등)를 매개로 한 분탄이나 부원료의 투입이 가능할 수 있으며, 격벽 유닛(400)의 승하강 조절을 통해 용융 금속(3)의 내부나 슬래그(4)의 내부로 분탄(가탄대체제 포함)이나 부원료 투입을 정확하게 할 수 있다.
예컨대, 이중 용해로(F) 내부의 격벽 유닛(400)은, 조업 중에 사용 목적 및 시점에 따라 용융 금속(3) 또는 슬래그(4)에 침적된 상태로 상하 조절이 가능함으로써, 슬래그 포밍이나, 염기도 및 점성 제어 목적의 경우 용융 금속(3)에는 침적하지 않고(격벽 유닛의 하단부가 용융 금속의 상부에 위치), 슬래그(4)에 분탄 및 부원료를 직접 투입하여 반응이 가능할 수 있다. 또한, 비중이 낮은 가탄대체제의 경우에도 슬래그(4)의 내부나 용융 금속(3)의 계면과 같이 원하는 높이에서의 투입이 용이할 수 있으며, 따라서, 포밍용 탄재, 탈린(P제거)용 석회석 등 다양한 목적의 슬래그(4) 제어에 유리할 수 있다. 또한, 격벽 유닛(400)의 하단부가 용융 금속(3)까지 침적된 경우에는, 분탄의 투입이 용융 금속(3)에 집중되어 포화 상태의 탄소(C)는 초음속 랜스로 산소 취입 시 강력한 탈탄반응을 이용하여 탈질할 수 있으며, 용융 금속(3) 내로 투입된 탄소는 Fe보다 용존 산소와 반응하여 FeO 형성을 억제하도록 유도할 수 있다.
그러므로, 격벽 유닛(400) 내부에 형성된 분체 투입 유닛(900)을 통한 분탄 또는 부원료의 투입으로, 로체 개폐 방식의 일반적인 전기로 조업의 분탄 및 부원료 투입방식 대비 상온 대기 접촉 최소화로, 종래 전기로의 단점인 로내부 열손실 및 용강내 질소 픽업을 방지할 수 있으며, 분탄(가탄대체제 포함)이나 부원료의 비중에 영향 없이 슬래그(4)의 내부 또는 용융 금속(3)의 내부 중 원하는 위치에 직접 투입이 가능하여 비산되는 손실을 줄여 분탄이나 부원료의 투입량(사용량) 저감이 가능하고, 격벽 유닛(400) 내부에 복수의 파이프 채널 설치로 분탄이나 부원료 투입 채널로 활용함과 동시에 프레임 역할로 격벽 유닛의 고온 변형이나 절손을 방지할 수 있는 전기로(1000)를 구현할 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 전극 유닛
111, 112, 113: 교류 전극
120: 복수의 철원 공급부
200: 제 2 상부 셀
200: 제 2 루프부
210: 제 2 전극 유닛
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
900: 분체 투입 유닛
910: 선형 파이프 채널
911: 하방 분사 노즐
920: 제 1 꺽임 파이프 채널
921: 제 1 측방 분사 노즐
930: 제 2 꺽임 파이프 채널
931: 제 2 측방 분사 노즐
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 전극 유닛
111, 112, 113: 교류 전극
120: 복수의 철원 공급부
200: 제 2 상부 셀
200: 제 2 루프부
210: 제 2 전극 유닛
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
900: 분체 투입 유닛
910: 선형 파이프 채널
911: 하방 분사 노즐
920: 제 1 꺽임 파이프 채널
921: 제 1 측방 분사 노즐
930: 제 2 꺽임 파이프 채널
931: 제 2 측방 분사 노즐
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 (19)
- 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;
상기 격벽 유닛의 내부에 형성된 복수의 파이프 채널 조합에 의해, 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속 또는 상기 용융 금속의 상측에 부유하는 슬래그에 분체를 투입하는 분체 투입 유닛; 및
상기 이중 용해로 내부의 상기 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 분체 투입 유닛은,
상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되어, 상기 격벽 유닛의 하단면에 형성된 하방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 선형 파이프 채널;
을 포함하는, 전기로. - 제 2 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛의 상기 복수의 파이프 채널 조합은,
상기 격벽 유닛의 폭 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 이격되게 형성되는 상기 선형 파이프 채널의 조합으로 이루어지는, 전기로. - 제 2 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
상기 격벽 유닛의 상승 또는 하강에 의해, 상기 하방 분사 노즐이 상기 슬래그 내부에 위치할 경우, 상기 슬래그를 포밍시킬 수 있도록, 분탄 또는 가탄대체제를 상기 분체로 투입하는, 전기로. - 제 2 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
상기 격벽 유닛의 상승 또는 하강에 의해, 상기 하방 분사 노즐이 상기 용융 금속과 상기 슬래그의 계면층에 인접하게 위치할 경우, 개재물 및 불순물을 제거할 수 있도록, 부원료를 상기 분체로 투입하는, 전기로. - 제 2 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
상기 격벽 유닛의 상승 또는 하강에 의해, 상기 하방 분사 노즐이 상기 용융 금속 내부에 위치할 경우, 상기 용융 금속 내 탈가스 반응 및 Fe 실수율을 증가시킬 수 있도록, 분탄을 상기 분체로 투입하는, 전기로. - 제 2 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
불활성 가스를 매개로 상기 복수의 파이프 채널 조합을 통해 상기 분체를 투입하는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 일측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 일측면에 형성된 제 1 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 1 꺽임 파이프 채널; 및
상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 타측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 타측면에 형성된 제 2 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 2 꺽임 파이프 채널;
을 포함하는, 전기로. - 제 8 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛의 상기 복수의 파이프 채널 조합은,
상기 격벽 유닛의 폭 방향을 따라 복수개가 번갈아가면서 소정 간격으로 이격되게 형성되는 상기 제 1 꺽임 파이프 채널과 상기 제 2 꺽임 파이프 채널의 조합으로 이루어지는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되어, 상기 격벽 유닛의 하단면에 형성된 하방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 선형 파이프 채널;
상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 일측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 일측면에 형성된 제 1 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 1 꺽임 파이프 채널; 및
상기 격벽 유닛의 내부에서, 상기 격벽 유닛의 상측으로부터 하측으로 일직선으로 연장되게 형성되되, 상기 격벽 유닛의 하단면 인근에서 상기 격벽 유닛의 타측면으로 꺽인 형태로 형성되어, 상기 격벽 유닛의 타측면에 형성된 제 2 측방 분사 노즐을 통해 상기 분체를 분사하는 제 2 꺽임 파이프 채널;
을 포함하는, 전기로. - 제 10 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛의 상기 복수의 파이프 채널 조합은,
상기 격벽 유닛의 폭 방향을 따라 복수개가 번갈아가면서 소정 간격으로 이격되게 형성되는 상기 선형 파이프 채널과 상기 제 1 꺽임 파이프 채널 및 상기 제 2 꺽임 파이프 채널의 조합으로 이루어지는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 분체 투입 유닛은,
상기 복수의 파이프 채널 조합의 연장 방향을 따라 복수개가 소정 간격으로 이격되게 형성되어, 상기 복수의 파이프 채널 조합과 상기 격벽 유닛 간 체결 강도를 증가시키는 보강 프레임;
을 포함하는, 전기로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 전에는, 상기 이중 용해로 내부에 잔류하는 이전 조업의 잔탕(Hot Heel)의 탕면 인근에서 상기 격벽 유닛의 단부가 상기 잔탕에 침지되지 않은 상태로 위치할 수 있도록, 상기 격벽 유닛을 하강 또는 상승시켜, 상기 격벽 유닛의 단부를 상기 잔탕의 탕면 보다 높은 제 1 높이로 위치시키는, 전기로. - 제 13 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 단부가 상기 제 1 철원 및 상기 제 2 철원이 용해되어 생성된 상기 용융 금속에 침지된 상태로, 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 14 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 14 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제 1 철원과 상기 제 2 철원의 용해 완료 후, 상기 제 1 슬래그의 배재전까지는 상기 제 1 슬래그와 상기 제 2 슬래그를 계속해서 분리할 수 있도록, 상기 격벽 유닛의 단부를 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 단부를 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 전극 유닛; 및
상기 제 1 전극 유닛의 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 전극 유닛; 및
상기 제 2 상부 셀의 상측에서 상기 제 2 전극 유닛의 일측에 설치되어, 내부의 저장 공간에 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 |
|---|---|---|---|
| KR1020220094992A KR20240016794A (ko) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 전기로 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220094992A KR20240016794A (ko) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 전기로 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240016794A true KR20240016794A (ko) | 2024-02-06 |
Family
ID=89858420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220094992A KR20240016794A (ko) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 전기로 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240016794A (ko) |
-
2022
- 2022-07-29 KR KR1020220094992A patent/KR20240016794A/ko not_active Application Discontinuation
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