WO2017111190A1 - Dc전기로 - Google Patents

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WO2017111190A1
WO2017111190A1 PCT/KR2015/014238 KR2015014238W WO2017111190A1 WO 2017111190 A1 WO2017111190 A1 WO 2017111190A1 KR 2015014238 W KR2015014238 W KR 2015014238W WO 2017111190 A1 WO2017111190 A1 WO 2017111190A1
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WO
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lower electrode
case
electric furnace
main body
disposed
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PCT/KR2015/014238
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박상채
신종훈
박현서
서성모
금창훈
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Posco Holdings Inc
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Posco Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/06—Arrangement or mounting of electric heating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/22—Arrangements of air or gas supply devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/28—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or the like devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F27D11/10—Disposition of electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a DC electric furnace in which interference with the lower electrode does not occur and the stirring means of the molten steel is secured by disposing the lowering means at a position spaced from the refractory body of the main body and solves the stability problem.
  • the electric furnace has a problem that the stirring force of the molten steel is weak compared to the converter. Due to the weak stirring force, the equilibrium value of [C] * [O] is high, and the end point oxygen is high, and the T-Fe in the slag is high, which causes a problem of lowering the error rate.
  • the high end point oxygen and high T.Fe in the slag increases the raw unit of Al added to the deoxidizer and acted as the main cause of the quality defect increase and the cost increase due to the Al 2 O 3 inclusions generated during the deoxidation process.
  • An object of the present invention is to provide a DC electric furnace which does not interfere with the lower electrode and secures the stirring force of the molten steel by disposing the lowering means at a position separated from the refractory of the main body and solves the stability problem.
  • a plurality of collecting means may be provided, and may be disposed at a position spaced a predetermined distance from the lower electrode.
  • the collecting means may be disposed at a position of (5/8) * R to (7/8) * R from the center of the lower electrode.
  • the bottom surface is divided into a tapping area on the opposite side from the tapping area where the tapping hole is formed on the basis of the center of the lower electrode, and at least one lowering means is located at a position where the first virtual line serving as a reference of the tapping area and the tapping area is placed.
  • the above may be arranged.
  • At least one of the lowering means may be disposed at positions spaced apart by the same distance to both sides of the second virtual line with reference to the second virtual line connecting the center of the lower electrode and the tap hole.
  • the bottom surface of the main body is inclined so as to deepen from the inner wall toward the lower electrode of the center portion, and the gas blowing direction of the lower collecting means may be perpendicular to the inclined portion.
  • the flow rate supplied from the deodorizing means may vary depending on the time of operation.
  • due to the gas blown from the low odor means has an effect of reducing the power source unit by increasing the stirring force of the molten steel.
  • due to the end point oxygen down effect has an effect that the tapping error rate is increased.
  • FIG. 1 is a view showing a DC electric furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a virtual model of a DC electric furnace for the experiment.
  • 3 is a view showing a virtual model of a DC electric furnace for the experiment.
  • Figure 4a is a graph showing the Maximum UDS, Minimum UDS over time of each case for the experiment.
  • Figure 4b is a graph showing the difference between the maximum value and the minimum value over time of each case for the experiment Delta UDS and Mix UDS.
  • Figure 5 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 6 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 7 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 8 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 9 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 10 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 11 is a graph showing the absolute value and relative value over time of each case for the experiment.
  • Figure 12 is a graph showing the minimum UDS over time of each case for the experiment.
  • FIG. 13 is a view showing a state in which the incision perpendicular to the first virtual line on the basis of the deodorizing means to the DC electric furnace according to an embodiment of the present invention.
  • An electric furnace using a direct current electrode according to the present invention has a bottom surface formed with a tap hole 110, as shown in Figure 1, the main body 100 for providing an internal space in which the scrap is charged; A lower electrode 200 mounted on the bottom surface; And a deodorizing means 300 which is provided on the bottom surface of the lower electrode 200 so as not to interfere with the gas, into the inner space of the main body 100.
  • the main body 100 constitutes a DC electric furnace and has an inner wall and a bottom surface. Scrap is charged in the inner space formed by the inner wall and the bottom surface. Refractories are built in the inner wall for protection of the body 100 from high temperatures.
  • the tapping hole 110 is formed on the bottom surface, the scrap is dissolved in accordance with the operation step and is raised and lowered by the ladle through the tapping outlet 110 after the heating.
  • the lower electrode 200 is mounted at the center of the bottom surface.
  • the lower electrode 200 dissolves the scrap by forming an arc column with an electrode rod mounted on the upper side with DC electricity with the scrap interposed therebetween.
  • a low odor means 300 is provided at a position where interference with the lower electrode 200 on the bottom surface does not occur for low odor agitation to inject gas into the internal space of the main body 100 from the bottom.
  • a direct porous plug may be used as the low intake means 300 for blowing gas in this way.
  • argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas, or the like may be used as the gas blown from the low odor means 300.
  • the error rate for tapping could also be increased by about 0.5% compared to the case where no odor was applied.
  • a plurality of collecting means 300 may be provided, and may be disposed at a position spaced a predetermined distance from the lower electrode 200.
  • the stability means 300 is secured by arranging the lowering means 300 at the corresponding position.
  • the plurality of deodorizing means 300 is disposed at the optimum position derived to secure the stirring force of the molten steel as much as possible. This is because once the stability is secured, the lower odor means 300 is more effective in increasing the stirring force of the molten steel.
  • the collecting means 300 is (5/8) from the center of the lower electrode 200. It may be arranged at a position of * R ⁇ (7/8) * R.
  • the collecting means 300 is spaced apart from the lower electrode 200 because the interference with the lower electrode 200 should not occur. It is reasonable that the closer to the refractory built up on the inner wall of the c), the more it may damage the refractory by the gas injected from the lower odor means (300).
  • the taking means 300 is positioned at a position of (5/8) * R to (7/8) * R from the center of the lower electrode 200. To place it. If the collecting means 300 is disposed at a position that is less than the distance from the center of the lower electrode 200 to (5/8) * R, the lower collecting means 300 is closer to the lower electrode 200 and lower electrode 200. ) May be damaged.
  • the lowering means 300 when the lowering means 300 is disposed at a position exceeding the distance from the center of the lower electrode 200 to (7/8) * R, the lowering means 300 is closer to the refractory built up on the inner wall and is applied to the refractory. It can be damaged. Therefore, it is appropriate that the collecting means 300 is disposed at a position of (5/8) * R to (7/8) * R from the center of the lower electrode 200.
  • the bottom surface is divided into a tapping area in which the tapping hole 110 is formed on the opposite side of the tapping area on the basis of the center of the lower electrode 200, but the deodorizing means 300 is represented in FIG. 1. At least one may be disposed at a position at which the first virtual line 10 serving as a reference of the tapping area and the unloading area is placed.
  • the collecting means 300 is disposed at a position spaced apart from the center of the lower electrode 200 by a predetermined distance, and disposed on the side of the tap area where the tap hole 110 exists.
  • the deodorizing means 300 may be disposed at a position at which the first virtual line 10 dividing the tapping area and the nodal area passes through the lower electrode 200 at a predetermined distance from the lower electrode 200.
  • the above position on the bottom of the main body 100 is formed in two places.
  • the reducing means may be arranged in at least one of two places.
  • the reason for disposing the collecting means 300 at a position where the lower electrode 200 is spaced apart from the lower electrode 200 and the first virtual line 10 passes is as follows.
  • the computer simulation results show that the cold zone is formed at such a position.
  • the location where the cold zone is formed due to insufficient agitation is likely to form a mass and consequently deteriorate the quality of molten steel.
  • it corresponds to the position where the sub-material such as quicklime falls it is necessary to secure the stirring force so that such sub-material can be sufficiently mixed with the molten steel.
  • the low-take means 300 by placing the low-take means 300 at a position where the first electrode virtual line 10 is spaced apart from the lower electrode 200 by a certain distance to secure the stirring force to suppress the formation of the cold zone and further suppress the occurrence of the ingot As a result, the quality of molten steel can be improved.
  • the deodorizing means 300 is based on the second virtual line 20 connecting the center of the lower electrode 200 and the tap hole 110 as a reference to the second virtual line 20. At least one or more may be disposed at positions spaced equally on both sides.
  • the lowering means 300 is disposed around the tap hole 110, and the center connecting the tap hole 110 and the center of the lower electrode 200 shown in FIG. At least one of the second virtual lines 20 may be disposed on both sides of the second virtual line 20.
  • the reason for arranging the collecting means 300 at a position spaced at the same distance to both sides of the second virtual line 20 is as follows. As described above, through computer simulation results, it can be seen that a cold zone is formed at such a position. The location where the cold zone is formed due to insufficient agitation is likely to form a mass and consequently deteriorate the quality of molten steel. In addition, there is a risk that the slag is leaked through the tapping hole 110 during tapping of the molten steel, and the slag is injected into the molten steel by blowing a certain amount of gas through the lowering means 300 disposed near the tapping tap 110 during tapping. It can be prevented from leaking together.
  • the collecting means 300 by placing the collecting means 300 at a position spaced at the same distance on both sides of the second virtual line 20, it is possible to improve the quality of the molten steel and prevent the outflow of slag.
  • the virtual model is generated by DC electricity and the time of agitation is confirmed by measuring the time of diffusion through the concentration of the UDS (User Defined Scholar) volume over time.
  • UDS User Defined Scholar
  • the internal temperature of the virtual model is set to about 1750K
  • the heat flux which is the heat flux per unit area
  • the upper electrode is set to 0V and the lower electrode 200 is set to 700V.
  • the diffusion time of the UDS volume having a diffusion rate of 0.004 kg / ms is measured.
  • positioned is A, B where the above-mentioned 1st virtual line 10 passes, and the same distance to both sides of the 2nd virtual line 20 is carried out.
  • the spaced apart positions C and D were tested while varying the arrangement of the lowering means 300 as shown in Table 2.
  • the UDS volume is considered to be completely diffused.
  • FIG. 4A compares Csae1, Case 2, Case 3, Case 4, Case 5, Case 6, and Case 7, and the first graph shows the time taken until the minimum value of the numerical value representing the concentration in the virtual model reaches 3977.
  • the second graph is a graph showing the time taken until the maximum value of the numerical value representing the concentration in the virtual model reaches 3977.
  • 4b is a graph showing the time taken until the difference between the maximum value and the minimum value of the numerical value representing the concentration is zero, comparing Csae1, Case 2, Case 3, Case 4, Case 5, Case 6, and Case 7
  • the second graph is --------------------------------------------------------------------------------------------------- Formula (1)
  • 5 and 6 show graphs comparing absolute values and graphs of relative values of low case oil odors of 80 NL / min.
  • the absolute value the less time it takes to reach zero, the faster the diffusion rate.
  • the relative value the faster the diffusion rate is, the farther it is from 1 as time passes.
  • FIG. 10 is a graph illustrating a graph comparing a relative value and a graph comparing Case 1 and Absolute values of Case 7, Case 9, and Case 12 in which the low odor means 300 is disposed at B, C, and D, and the low odor flow rate is different.
  • FIG. 11 shows graphs comparing Case 1 and absolute values of Case 3, Case 10, and Case 13 in which the low odor means 300 are disposed in A, B, and C, but having different low odor flow rates.
  • the graph of FIG. 12 is a graph comparing the time at which stirring was performed under each condition by comparing the time at which the minimum value transition of the numerical value representing the concentration reached 95% (3778.2) of the reference value 3977.
  • Table 3 shows the time when the minimum value for each case reaches 95% of the reference value.
  • the low odor means 300 When the low odor means 300 are arranged in three places, when the low odor flow rate value is 80 NL / min, the effect of agitation is higher than that of the low odor means 300 at B, C, and D than at A, B, and C. However, when the low odor flow rate values were 150 NL / min and 300 NL / min, it was more effective to arrange the low odor means 300 in A, B, and C.
  • the bottom surface of the main body 100 is formed to be inclined deeper toward the lower electrode 200 in the center from the inner wall, the gas blowing direction of the low-take means 300 Can be perpendicular to the inclined portion.
  • the gas blowing direction of the low intake means 300 is formed vertically in the inclined portion, the gas can be injected toward the center of the inner space of the main body 100, so that the overall stirring effect of the molten steel can be expected.
  • the gas blowing direction is formed in a direction away from the inner wall of the main body 100, there is less possibility of being directly injected into the refractory, thereby preventing damage to the refractory due to low odor.
  • the flow rate supplied from the deodorizing means 300 may vary according to the operation time.
  • the operation of the electric furnace can be classified into a primary dissolving machine for dissolving iron sources such as scrap, a secondary dissolving machine, a temperature raising device for raising the temperature of molten steel, a tapping time for tapping the molten steel, and an operation standby time.
  • a primary dissolving machine for dissolving iron sources such as scrap
  • a secondary dissolving machine a temperature raising device for raising the temperature of molten steel
  • a tapping time for tapping the molten steel
  • an operation standby time As shown in Table 4, the appropriate low odor flow rate is set for each operation time point and is supplied through the low odor means 300.
  • first virtual line 20 second virtual line

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Abstract

직류전극을 이용하는 전기로로서, 출강구가 형성된 바닥면을 가지며, 스크랩이 장입되는 내부공간을 제공하는 본체; 본체의 바닥면에 장착되는 하부전극; 및 하부전극과 간섭이 일어나지 않는 바닥면에 구비되어 본체의 내부공간에 기체를 취입시키는 저취수단;을 포함하는 DC전기로가 소개된다.

Description

DC전기로
본 발명은 하부전극과 간섭이 일어나지 않으며 본체의 내화물로부터 이격된 위치에 저취수단을 배치시킴으로써 용강의 교반력이 확보되고 안정성 문제를 해결한 DC전기로에 관한 것이다.
일반적으로 전기로는 전로와 비교하여 용강의 교반력이 약하다는 문제를 갖는다. 이러한 약한 교반력으로 인해 [C]*[O] 평형값이 높아 종점산소가 높으며, 슬래그 중의 T-Fe가 높아 실수율이 저하되는 문제가 있게 된다.
이러한 높은 종점산소 및 슬래그 중의 높은 T.Fe는 탈산제로 투입되는 Al의 원단위를 증가시키며, 탈산과정에서 생성되는 Al2O3 개재물로 인한 품질결함 증가 및 원가상승의 주요원인으로 작용하였다.
또한, 전기로 출강 작업 중에 용강낙하에 의한 교반 외에는 별도의 교반방법이 없어 결국 래들퍼니스(Ladlefurnace)에서의 과도한 강교반 처리로 질소가 pick-up 되어 제품의 품질에 악영향을 미치며 생산성이 저하되는 문제가 있었다.
전기로 중 AC전기로의 경우 열대류 이외의 용강 교반력이 없는 상황에서 상부 가열 방식의 전기로 특성을 고려하면, 열대류 교반 역시 미약하기에 최근 들어 저취 교반 설비의 도입 및 운영에 관한 시도를 진행하고 있으나, DC전기로의 경우 AC전기로 대비 전자기 및 아크(Arc)투과력 등에 의한 상대적으로 높은 교반력을 갖는다는 점과 DC전기로 하부에 설치된 대형 하부 전극으로 인한 설비 안정성이 문제될 수 있다는 점 등을 이유로 저취 교반 설비의 운영에 관한 시도가 없었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 하부전극과 간섭이 일어나지 않으며 본체의 내화물로부터 이격된 위치에 저취수단을 배치시킴으로써 용강의 교반력이 확보되고 안정성 문제를 해결한 DC전기로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC전기로는 출강구가 형성된 바닥면을 가지며, 스크랩이 장입되는 내부공간을 제공하는 본체; 본체의 바닥면에 장착되는 하부전극; 및 하부전극과 간섭이 일어나지 않는 바닥면에 구비되어 본체의 내부공간에 기체를 취입시키는 저취수단;을 포함한다.
저취수단은 복수 개가 구비되며, 하부전극을 중심으로 일정거리 이격된 위치에 배치될 수 있다.
하부전극의 중심과 가장 가까운 측의 본체 내측벽까지의 거리를 R로 할 때,
저취수단은 하부전극의 중심으로부터 (5/8)*R~(7/8)*R인 위치에 배치될 수 있다.
바닥면은 하부전극의 중심을 기준으로 하여 출강구가 형성된 출강영역과 반대측의 노전영역으로 구분하되, 저취수단은 출강영역과 노전영역의 기준이 되는 제1가상의 선이 놓이게 되는 위치에 적어도 하나 이상이 배치될 수 있다.
저취수단은 하부전극의 중심과 출강구를 잇는 제2가상의 선이 기준이 되어 제2가상의 선 양측으로 동일거리 이격된 위치에 적어도 하나 이상이 배치될 수 있다.
본체의 바닥면은 내측벽으로부터 중앙부의 하부전극으로 갈수록 깊어지도록 경사지게 형성되며, 저취수단의 기체 취입방향은 경사진 부분과 수직을 이룰 수 있다.
조업 시점에 따라 저취수단으로부터 공급되는 유량이 변화될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 DC전기로에 따르면, 저취수단으로부터 취입되는 기체로 인해 용강의 교반력 증대에 따라 전력원단위 저감효과가 있다. 또한, 종점 산소 하향효과로 인해 출강 실수율이 증대되는 효과가 있다.
Al의 투입량을 절감하는 것이 가능하며, 용강의 청정도 향상을 통한 고급강의 생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC전기로를 나타낸 도면.
도 2는 실험을 위한 DC전기로의 가상모델을 나타낸 도면.
도 3은 실험을 위한 DC전기로의 가상모델을 나타낸 도면.
도 4a는 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 Maximum UDS, Minimum UDS를 나타낸 그래프.
도 4b는 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 최대값과 최소값의 차이인 Delta UDS 및 Mix UDS를 나타낸 그래프.
도 5는 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 6은 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 7은 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 8은 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 9는 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 10은 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 11은 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 absolute value 및 relative value를 나타낸 그래프.
도 12는 실험에 대한 각 Case들의 시간에 따른 Minimum UDS를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 DC전기로의 저취수단을 기준으로 제1가상의 선과 수직하게 절개한 모습을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 직류전극을 이용하는 전기로는 도 1에서 표현된 것과 같이 출강구(110)가 형성된 바닥면을 가지며, 스크랩이 장입되는 내부공간을 제공하는 본체(100); 바닥면에 장착되는 하부전극(200); 및 하부전극(200)과 간섭이 일어나지 않는 바닥면에 구비되어 본체(100)의 내부공간에 기체를 취입시키는 저취수단(300);을 포함한다.
본체(100)는 DC전기로를 구성하며 내측벽과 바닥면을 갖는다. 내측벽과 바닥면에 의해 형성되는 내부공간에 스크랩이 장입된다. 내측벽에는 고온으로부터 본체(100)의 보호를 위해 내화물이 축조된다. 한편, 바닥면에는 출강구(110)가 형성되어 조업 단계에 따라 스크랩이 용해되고 승열 후에 출강구(110)를 통해 래들로 출강된다.
또한, 바닥면의 중앙부에는 하부전극(200)이 장착된다. 하부전극(200)은 스크랩을 사이에 두고 DC전기로 상부에 장착된 전극봉과 아크열을 형성하여 스크랩을 용해한다. 상기에서 언급한 바와 같이 DC전기로의 경우 이러한 하부전극(200)의 존재로 인해 안전성문제와 관련하여 저취 교반 설비의 운영에 관한 시도가 종래에는 없었다.
저취 교반을 위해 바닥면의 하부전극(200)과 간섭이 일어나지 않는 위치에 저취수단(300)을 구비하여 하부로부터 본체(100)의 내부공간으로 기체를 취입시키게 된다. 이렇게 기체를 취입하는 저취수단(300)으로써 다이렉트포러스플러그(Direct porous plug)가 이용될 수 있다. 또한, 저취수단(300)으로부터 취입되는 기체로서 아르곤(Ar)가스 또는 질소(N2)가스 등이 이용될 수 있다.
저취 미적용의 경우와 비교하여 저취수단(300)을 통해 저취시킬 때의 효과는 하기의 표 1을 통해 확인할 수 있다.
전력원단위(kWh/ton-steel) 종점산소ppm Al원단위(kg/ton-steel) 출강 실수율(%)
저취 미적용(320회) 478 827 3.7 89.1
저취 적용(380회) 454 711 3.3 89.6
상기 표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 위치에 저취수단(300)을 장착하여 저취를 하여도 380여회 동안 설비의 이상없이 조업이 가능하였으며, 저취 미적용의 경우와 비교하여 사용되는 전력이 적으므로 톤당 약 24kWh의 절감을 이룰 수 있었다. 또한, 종점산소도 116ppm이나 더 낮았고 Al(알루미늄)도 적게 사용되어 톤당 약 0.4kg의 절감을 이룰 수 있었다.
출강 실수율도 저취의 미적용 경우보다 약 0.5%를 상승시킬 수 있었다.
바람직하게는 본 발명에 따른 DC전기로의 경우 저취수단(300)은 복수 개가 구비되며, 하부전극(200)을 중심으로 일정거리 이격된 위치에 배치될 수 있다.
먼저, 하부전극(200)과 일정거리 이격되어 하부전극(200)과의 간섭이 일어나지 않을 수 있는 최적의 위치를 도출하고 해당위치에 저취수단(300)을 배치시킴으로써 설비의 안정성을 확보한다. 안정성이 확보되면 용강의 교반력을 최대한 확보하기 위해 도출된 최적의 위치에 복수 개의 저취수단(300)을 배치시킨다. 일단 안정성이 확보된다면 저취수단(300)을 최대한 많이 배치할수록 용강의 교반력을 증대시킴에 있어 더욱 효과적이기 때문이다.
더욱 바람직하게는 하부전극(200)의 중심과 가장 가까운 측의 본체(100) 내측벽까지의 거리를 R로 할 때, 저취수단(300)은 하부전극(200)의 중심으로부터 (5/8)*R~(7/8)*R인 위치에 배치될 수 있다.
한정된 면적인 본체(100)의 바닥면에서 저취수단(300)은 하부전극(200)과는 간섭이 일어나지 않아야 하므로 하부전극(200)으로부터 이격됨이 타당하나, 저취수단(300)이 본체(100)의 내측벽에 축조된 내화물과 가까울수록 저취수단(300)으로부터 분사되는 기체에 의해 내화물에 손상을 줄 수 있으므로 내화물과도 일정거리 이격됨이 타당하다.
따라서 하부전극(200) 중심으로부터 내측벽까지의 거리인 R을 기준으로 하여 하부전극(200)의 중심으로부터 (5/8)*R~(7/8)*R인 위치에 저취수단(300)을 배치하는 것이다. 만약 저취수단(300)이 하부전극(200)의 중심으로부터 (5/8)*R까지의 거리 미만이 되는 위치에 배치될 경우 저취수단(300)이 하부전극(200)과 가까워져 하부전극(200)에 손상을 가할 수 있다.
반면, 저취수단(300)이 하부전극(200)의 중심으로부터 (7/8)*R까지의 거리를 초과하는 위치에 배치될 경우 저취수단(300)이 내측벽에 축조된 내화물과 가까워져 내화물에 손상을 가할 수 있다. 따라서 저취수단(300)은 하부전극(200)의 중심으로부터 (5/8)*R~(7/8)*R인 위치에 배치하는 것이 타당하다.
본 발명에 따른 DC전기로에서 바닥면은 하부전극(200)의 중심을 기준으로 하여 출강구(110)가 형성된 출강영역과 반대측의 노전영역으로 구분하되, 저취수단(300)은 도 1에 표현된 출강영역과 노전영역의 기준이 되는 제1가상의 선(10)이 놓이게 되는 위치에 적어도 하나 이상이 배치될 수 있다.
노전영역에서는 산소가 취입되는데 저취수단(300)도 배치되어 기체가 함께 취입될 경우 내화물에 손상이 빠르게 발생되어 내구성에 심각한 문제를 초래할 수 있다. 따라서 저취수단(300)은 하부전극(200)의 중심으로부터 일정거리 이격된 위치에 배치되되, 최대한 출강구(110)가 존재하는 출강영역측에 배치시킨다.
저취수단(300)은 하부전극(200)과 일정거리 이격된 상태에서 출강영역과 노전영역을 나누는 제1가상의 선(10)이 지나는 위치에 배치될 수 있다. 본체(100)의 바닥에 위와 같은 위치는 두 군데에 형성된다. 저취수단은 두 군데 중 적어도 한군데 이상에 배치될 수 있다.
하부전극(200)과 일정거리 이격되며 제1가상의 선(10)이 지나는 위치에 저취수단(300)을 배치시키는 이유는 다음과 같다. 전기로를 통해 조업을 진행함에 있어서, 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통해 살펴보면 이와 같은 위치에 Cold Zone이 형성됨을 확인할 수 있다. 이렇게 충분한 교반이 이루어지지 않아 Cold Zone이 형성되는 위치는 미용괴가 형성될 가능성이 높고 결과적으로 용강의 품질이 악화된다. 또한, 생석회 등의 부원료가 낙하되는 위치에 해당하기 때문에 이러한 부원료가 용강과 충분히 혼합될 수 있도록 교반력의 확보가 필요한 것이다.
따라서 하부전극(200)과 일정거리 이격되며 제1가상의 선(10)이 지나는 위치에 저취수단(300)을 배치함으로써 교반력을 확보하여 Cold zone의 형성을 억제하고 나아가 미용괴의 발생을 억제함으로써 용강의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 DC전기로에서 저취수단(300)은 하부전극(200)의 중심과 출강구(110)를 잇는 제2가상의 선(20)이 기준이 되어 제2가상의 선(20) 양측으로 동일거리 이격된 위치에 적어도 하나 이상이 배치될 수 있다.
저취수단(300)을 배치시키는 위치를 결정함에 있어서 출강구(110)의 주위에 저취수단(300)을 배치하되 도 1에 표현된 하부전극(200)의 중심과 출강구(110)를 잇는 제2가상의 선(20)을 기준으로 하여 제2가상의 선(20) 양측으로 적어도 하나 이상을 배치할 수 있다.
이렇게 제2가상의 선(20) 양측으로 동일거리 이격된 위치에 저취수단(300)을 배치시키는 이유는 다음과 같다. 상기와 마찬가지로 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통해 살펴보면 이와 같은 위치에 Cold Zone이 형성됨을 확인할 수 있다. 이렇게 충분한 교반이 이루어지지 않아 Cold Zone이 형성되는 위치는 미용괴가 형성될 가능성이 높고 결과적으로 용강의 품질이 악화된다. 또한, 용강의 출강 중 출강구(110)를 통해 슬래그가 유출될 위험이 존재하는데 출강 중에도 출강구(110) 근처에 배치된 저취수단(300)을 통해 일정유량의 기체를 취입시킴으로써 슬래그가 용강과 함께 유출되는 것을 방지할 수 있게 된다.
따라서 제2가상의 선(20) 양측으로 동일거리 이격된 위치에 저취수단(300)을 배치함으로써 용강의 품질을 향상시키고 슬래그의 유출방지도 가능해 진다.
하기에서는 시험결과를 통해 특정 위치에서의 저취에 따른 교반력 확보 효과를 확인하기로 한다.
도 2 및 도 3과 같이 DC전기로의 가상모델을 생성시키고 시간에 따른 UDS(User Defined Scholar) volume의 농도를 통해 확산되는 시간을 측정함으로써 교반이 이루어지는 시간을 확인한다.
상세하게는 가상모델의 내부온도를 1750K 정도로 설정하고 단위면적당 통과열량인 열유속은 9.27MW/m2 정도로 설정하며, 상부전극은 0V로, 하부전극(200)은 700V로 설정하였다. 상기 환경하에서 확산속도가 0.004kg/ms인 UDS volume의 확산시간을 측정하는 것이다.
아르곤(Ar)가스를 저취하는 저취수단(300)이 배치되는 위치는 앞서 언급한 제1가상의 선(10)이 지나는 위치를 A, B로 하고 제2가상의 선(20) 양측으로 동일거리 이격된 위치를 C, D로하여 표 2와 같이 저취수단(300)의 배치를 달리하면서 시험하였다.
저취 유량 저취 위치
Case 1 저취 없음 -
Case 2 저취(80 NL/min) C
Case 3 저취(80 NL/min) A, B, C
Case 4 저취(80 NL/min) A, C
Case 5 저취(80 NL/min) C, D
Case 6 저취(80 NL/min) B, C
Case 7 저취(80 NL/min) B, C, D
Case 8 저취(150 NL/min) C, D
Case 9 저취(150 NL/min) B, C, D
Case 10 저취(150 NL/min) A, B, C
Case 11 저취(300 NL/min) C, D
Case 12 저취(300 NL/min) B, C, D
Case 13 저취(300 NL/min) A, B, D
농도를 나타내는 수치 값을 3977로 기준으로 설정하여 가상모델 내의 전체 농도를 나타내는 수치가 3977에 도달하면 UDS volume이 완전하게 확산된 것으로 본다.
먼저, 도 4a는 Csae1, Case 2, Case 3, Case 4, Case 5, Case 6 및 Case 7을 비교하여 첫번째 그래프는 가상모델 내의 농도를 나타내는 수치의 최소값이 3977에 도달할 때까지 걸리는 시간을 나타낸 그래프이고, 두번째 그래프는 가상모델 내의 농도를 나타내는 수치의 최대값이 3977에 도달할 때까지 걸리는 시간을 나타낸 그래프이다. 도 4b는 Csae1, Case 2, Case 3, Case 4, Case 5, Case 6 및 Case 7을 비교하여 첫번째 그래프는 농도를 나타내는 수치의 최대값과 최소값의 차이가 0에 이르는 시간까지 걸리는 시간을 나타내는 그래프이고, 두번째 그래프는
Figure PCTKR2015014238-appb-I000001
------------------------------ 식 (1)
(Ii : 특정 농도를 나타내는 수치, Imean : 평균 농도를 나타내는 수치)
식 (1)로 정의되는 Mixing coefficient가 0에 이르는 시간까지 걸리는 시간을 나타낸 그래프이다.
그래프를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 Case 7의 경우가 가장 훌륭한 결과값을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 5 및 도 6은 저취유량이 80 NL/min일 때 각 Case들의 절대값(Absolute value)을 비교한 그래프와 상대값(Relative value)을 비교한 그래프를 나타내는 것이다. 절대값의 경우 0에 도달할때 까지의 시간이 적게 걸릴수록 확산되는 속도가 빠른 것이며 상대값의 경우 Case 1을 기준으로 하여 시간이 지남에 따라 1로부터 멀어질수록 확산되는 속도가 빠른 것이다.
마찬가지로 도 7의 경우 저취유량이 150 NL/min일 때 각 Case들의 절대값과 상대값을 각각 나타내는 것이고, 도 8의 경우 저취유량이 300 NL/min일 때 각 Case들의 절대값과 상대값을 각각 나타내는 것이다.
한편, 도 9는 저취수단(300)이 C, D에 배치되되 저취유량이 다른 Case 5, Case 8 및 Case 11을 Case 1과 절대값을 비교한 그래프와 상대값을 비교한 그래프를 나타낸 것이고, 도 10은 저취수단(300)이 B, C, D에 배치되되 저취유량이 다른 Case 7, Case 9 및 Case 12를 Case 1과 절대값을 비교한 그래프와 상대값을 비교한 그래프를 나타낸 것이며, 도 11은 저취수단(300)이 A, B, C에 배치되되 저취유량이 다른 Case 3, Case 10 및 Case 13을 Case 1과 절대값을 비교한 그래프와 상대값을 비교한 그래프를 나타낸 것이다.
도 12의 그래프는 농도를 나타내는 수치의 최소값(Minimum value transition)이 기준값인 3977의 95%(3778.2)에 도달하는 시간을 비교함으로써 각 조건에서의 교반이 이루어지는 시간을 비교한 그래프이다. 각 Case에 대한 최소값이 기준값의 95%에 도달하는 시간은 표 3과 같다.
최소값이 평균의 95%에 도달하는 시간(sec)
Case 1 448
Case 2 446
Case 3 334
Case 4 334
Case 5 332
Case 6 384
Case 7 330
Case 8 328
Case 9 272
Case 10 248
Case 11 324
Case 12 270
Case 13 246
상기 표 3을 통해 알 수 있듯이 저취 유량 값을 150NL/min에서 300NL/min으로 증가시켰을 때의 교반의 효과 상승이 미미한 것을 확인하였다. 또한, 저취수단(300)의 개수는 두 군데 보다 세 군데에서 교반의 효과가 높음을 알 수 있다. Case 4, Case 5, Case 6을 비교해 보았을 때 저취수단(300)을 두 군데에 배치할 경우 C와 D의 위치에 배치시키는 것이 가장 효율적임을 알 수 있다.
세 군데에 저취수단(300)을 배치하는 경우 저취 유량 값이 80NL/min에서는 저취수단(300)을 B, C, D에 배치하는 것이 A, B, C에 배치하는 것보다 교반의 효과가 높았으나 저취 유량 값이 150NL/min 및 300NL/min에서는 저취수단(300)을 A, B, C에 배치하는 것이 교반의 효과가 더욱 높았다.
본 발명에 따른 실시예로서, 도 13에서 표현된 것과 같이 본체(100)의 바닥면은 내측벽으로부터 중앙부의 하부전극(200)으로 갈수록 깊어지도록 경사지게 형성되며, 저취수단(300)의 기체 취입방향은 경사진 부분과 수직을 이룰 수 있다.
경사진 부분에서 저취수단(300)의 기체 취입방향이 수직으로 형성됨으로써 기체가 본체(100)의 내부공간 중앙을 향해 분사됨이 가능하여 용강의 전체적인 교반 효과를 기대할 수 있다. 또한, 기체 취입방향이 본체(100)의 내측벽과는 멀어지는 방향으로 형성되는바 내화물에 직접적으로 분사될 가능성이 적어져 저취로 인한 내화물의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 DC전기로는 조업 시점에 따라 저취수단(300)으로부터 공급되는 유량이 변화될 수 있다.
전기로의 조업은 스크랩 등의 철원을 용해시키는 1차 용해기, 2차 용해기, 용강의 온도를 상승시키는 승열기, 용강을 출강시키는 출강시 및 조업 대기시로 구분할 수 있다. 표 4와 같이 조업 시점 별로 적정 저취 유량을 설정하여 저취수단(300)을 통해 공급한다.
시점 유량(NL/min)
1차 용해기 ~투입 전력량 5000kWh 40
~투입 전력량 10000kWh 40
~투입 전력량 30000kWh 40
2차 용해기 ~투입 전력량 5000kWh 40
~투입 전력량 10000kWh 60
~투입 전력량 70000kWh 80
승열기 ~투입 전력량 3000kWh 100
~투입 전력량 20000kWh 150
~투입 전력량 30000kWh 150
출강시 ~2분 40
~출강 완료 60
~출강 완료 후 40
조업 대기시 ~1시간 40
~2시간 60
~ 40
상기와 같이 각 시점에 따라 저취 유량을 달리해줌으로써, 효율적인 저취를 통해 교반력을 확보하면서도 생산량을 절감시킬 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[부호의 설명]
10 : 제1가상의 선 20 : 제2가상의 선
100 : 본체 110 : 출강구
200 : 하부전극 300 : 저취수단

Claims (7)

  1. 직류전극을 이용하는 전기로로서,
    출강구가 형성된 바닥면을 가지며, 스크랩이 장입되는 내부공간을 제공하는 본체;
    본체의 바닥면에 장착되는 하부전극; 및
    하부전극과 간섭이 일어나지 않는 바닥면에 구비되어 본체의 내부공간에 기체를 취입시키는 저취수단;을 포함하는 DC전기로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    저취수단은 복수 개가 구비되며, 하부전극을 중심으로 일정거리 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 DC전기로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    하부전극의 중심과 가장 가까운 측의 본체 내측벽까지의 거리를 R로 할 때,
    저취수단은 하부전극의 중심으로부터 (5/8)*R~(7/8)*R인 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 DC전기로.
  4. 청구항 2에 있어서,
    바닥면은 하부전극의 중심을 기준으로 하여 출강구가 형성된 출강영역과 반대측의 노전영역으로 구분하되,
    저취수단은 출강영역과 노전영역의 기준이 되는 제1가상의 선이 놓이게 되는 위치에 적어도 하나 이상이 배치된 것을 특징으로 하는 DC전기로.
  5. 청구항 2에 있어서,
    저취수단은 하부전극의 중심과 출강구를 잇는 제2가상의 선이 기준이 되어 제2가상의 선 양측으로 동일거리 이격된 위치에 적어도 하나 이상이 배치된 것을 특징으로 하는 DC전기로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    본체의 바닥면은 내측벽으로부터 중앙부의 하부전극으로 갈수록 깊어지도록 경사지게 형성되며,
    저취수단의 기체 취입방향은 경사진 부분과 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 DC전기로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    조업 시점에 따라 저취수단으로부터 공급되는 유량이 변화되는 것을 특징으로 하는 DC전기로.
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