WO2023234499A1 - 전기로 - Google Patents

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WO2023234499A1
WO2023234499A1 PCT/KR2022/018984 KR2022018984W WO2023234499A1 WO 2023234499 A1 WO2023234499 A1 WO 2023234499A1 KR 2022018984 W KR2022018984 W KR 2022018984W WO 2023234499 A1 WO2023234499 A1 WO 2023234499A1
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WO
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melting furnace
furnace
cell
space
iron source
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/018984
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
신대훈
김균태
김용희
박영주
송우석
신명철
엄준용
이재랑
이재민
조종오
Original Assignee
현대제철 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/12—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • 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
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • 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
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
    • 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
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs

Definitions

  • the present invention relates to an electric furnace, and more specifically, by injecting ore-based iron sources (OBM's: Ore Based Materials), low-granular scrap (Scrap), and general scrap in parallel, to remove the gangue components flowing in large quantities from the ore-based iron source. It relates to an electric furnace having a double melting furnace capable of melting main raw materials and performing refining while effectively separating slag from mixing in it.
  • OBM's Ore Based Materials
  • Scp low-granular scrap
  • converter blast furnace-converter production system
  • converter scrap
  • the converter system is widely used in the production of high-quality products, mainly plates sensitive to surface defects, based on the virginity of molten steel derived from ore, and impurities (Cu, Sn, Cr, Mo, Ni, etc.) added during production or mixed during recovery. , hereinafter collectively referred to as Tramp elements), the electric furnace system using scrap that can be affected is generally applied to the production of bar/section steel that requires high strength.
  • Tramp elements impurities
  • the electric furnace system using scrap that can be affected is generally applied to the production of bar/section steel that requires high strength.
  • plate production using the electric arc furnace process is sometimes carried out, and as carbon neutrality has become a global issue, the electric arc furnace process generates ⁇ 20% of carbon dioxide (CO 2 ) compared to the converter process. This is being highlighted as an alternative to future steel production (plate production).
  • the former is a factor that causes surface defects in products. Mechanical processing is generally applied only in one axis direction, and sheet products that undergo surface plating have surface defects that occur during the continuous casting process due to Tramp elements flowing in from scrap. It tends to deepen over time, and its processability may also be inferior.
  • nitrogen (N 2 ) gas in the air around the electrode is ionized (plasma) and injected into the molten steel through the arc flow.
  • plasma ionized
  • the molten iron produced in the blast furnace goes through a solid phase (iron ore) to liquid phase (molten iron) process to separate/separate the gangue components (SiO 2 , AL 2 O 3 , etc.) contained in the ore.
  • gangue components SiO 2 , AL 2 O 3 , etc.
  • the level of the incoming [P] component is very high compared to scrap, and the slag basicity (C/S) is rapidly lowered by the gangue component, so as the amount of crude material input for refining increases, the amount of slag generated increases exponentially. There was a problem that could increase.
  • the present invention is intended to solve various problems, including the problems described above, by flexibly controlling the DRI/HBI (including other OBM's) mixing ratio from 0 to 100% depending on the steel type produced, and at the same time responding to high mixing ratios.
  • the purpose is to provide an electric furnace that can ensure economic feasibility while stabilizing operation.
  • these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
  • an electric furnace is provided.
  • the electric furnace is an electric furnace having a double melting furnace in which at least a portion of two melting furnaces are combined so that different iron sources can be melted.
  • 1 upper cell a second upper cell disposed in the horizontal direction with the first upper cell and forming a second upper space of a second melting furnace into which a second iron source is introduced and melted;
  • a lower cell coupled to lower portions of the first upper cell and the second upper cell to form the first lower space of the first melting furnace and the second lower space of the second melting furnace into one integrated space;
  • the first lower space of the first melting furnace and the second melting furnace are installed to be able to be raised and lowered in the vertical direction between the first upper cell and the second upper cell, and are integrated by the lower cell.
  • It may include a partition unit separating the lower space.
  • the furnace wall of the first upper cell may be formed of a refractory material so that the first melting furnace can have a heat-resistant structure.
  • the first upper cell is at least partially inserted into the first upper space of the first melting furnace through the small ceiling of the first loop portion formed on the upper side of the first upper cell, a first electrode unit that dissolves the first iron source by arc heat; and a plurality of iron source supply units disposed radially with respect to the center of the first electrode unit and supplying the first iron source through the first upper space of the first melting furnace.
  • the first electrode unit includes a plurality of alternating current (AC) electrodes arranged radially with respect to the center of the small ceiling of the first loop unit, and the plurality of iron source supply units each have The individual iron source supply unit may continuously supply the first iron source toward the firing point of the corresponding individual AC electrode.
  • AC alternating current
  • the second upper cell is at least partially inserted into the second upper space of the second melting furnace through the small ceiling of the second loop portion formed on the upper side of the second upper cell, a second electrode unit that dissolves the second iron source by arc heat; and is installed on one side of the second electrode unit above the second upper cell to temporarily store a predetermined amount of the second iron source in an internal storage space, and to store the second iron source using waste heat generated inside the second melting furnace.
  • the preheating supply unit supplies the second iron source through the second upper space of the second melting furnace.
  • the second electrode unit includes an upper direct current (DC) electrode that is inserted through the small ceiling of the second loop unit and formed on the second upper space side of the second melting furnace; and a lower direct current electrode installed on the bottom surface of the lower cell to face the upper direct current electrode in the vertical direction and formed on the side of the second lower space of the second melting furnace.
  • DC direct current
  • the central axis of the lower direct current electrode on the bottom surface of the lower cell is coaxial with the central axis of the upper direct current electrode so that the lower direct current electrode can be formed to face the upper direct current electrode. It may include a first lower electrode formed to achieve this.
  • the lower direct current electrode can be formed to face the upper direct current electrode in an inclined direction, so that its central axis on the bottom surface of the lower cell is aligned with the central axis of the upper direct current electrode. It may further include a second lower electrode that is inclined at a predetermined angle and is formed to be biased toward the preheating supply unit with respect to the upper direct current electrode.
  • the second electrode unit generates electricity between the upper direct current electrode and the second lower electrode immediately after the preheating supply unit supplies the second iron source, and causes the second iron source to be dissolved. After completion, electricity may be passed between the upper direct current electrode and the first lower electrode.
  • the volume of the first melting furnace consisting of the first upper space of the first upper cell and the first lower space of the lower cell is the second upper space of the second upper cell. It may be formed in a volume smaller than the volume of the second melting furnace, which consists of a space and the second lower space of the lower cell.
  • the first upper cell and the first upper cell in the form of a duct so that the first upper space of the first melting furnace and the second upper space of the second melting furnace can communicate with each other. It may further include an exhaust gas duct that connects the second upper cell and supplies waste heat generated in the first melting furnace to the second melting furnace.
  • the first melting furnace is formed at a boundary between the first upper cell and the lower cell to selectively exclude slag generated in the first melting furnace, and flows in the vertical direction. It may include; a first slag door formed as a double door including an upper door that faces each other and opens upward and a lower door that opens downward.
  • the upper door is opened so that the height of the slag inside the first melting furnace can be kept constant at a predetermined level, and the slag inside the first melting furnace is When excluding, the lower door can be opened.
  • the second melting furnace is formed at the boundary between the second upper cell and the lower cell to selectively exclude slag generated in the second melting furnace, and flows upward or downward. It may include; a second slag door formed as a single door that opens.
  • a plurality of plugs disposed on the bottom of the lower cell to discharge gas are included to control the flow of molten metal between the first melting furnace and the second melting furnace. It may further include a gas odor device.
  • the lower cell includes a first loop portion formed on the upper side of the first upper cell on the bottom surface forming the first lower space so as to tap the molten metal inside the double melting furnace.
  • a tapping hole may be formed at a position opposite to the first electrode portion installed in the small ceiling.
  • the bottom surface forming the first lower space where the tapping hole is formed may be formed to be higher than the bottom surface forming the second lower space.
  • the double melting furnace in the form of a combination of at least a portion of the first melting furnace and the second melting furnace can be double tilted in the horizontal direction or in a width direction perpendicular to the horizontal direction and the vertical direction. It may further include a tilting device.
  • the tilting device is installed at a portion corresponding to the center of the double melting furnace on the lower side of the double melting furnace so as to maintain the center of the double melting furnace tilted by the tilting device.
  • a support cylinder that tilts the melting furnace; And at least three are arranged radially around the support cylinder to support the double melting furnace at least at three points, and can be individually raised and lowered to selectively tilt the double melting furnace in the horizontal direction or the width direction. It may include a plurality of driving cylinders.
  • the tilting device when tapping the molten metal inside the double melting furnace, moves the double melting furnace horizontally so that the double melting furnace can be tilted in the direction of the first melting furnace where the tapping hole is formed. direction, and when discharging the slag inside the first melting furnace or the slag inside the second melting furnace, the double melting furnace is tilted in the direction of the first slag door of the first melting furnace and the second slag door of the second melting furnace.
  • the double melting furnace may be tilted in the width direction so as to be tilted.
  • the preheating supply unit includes: a preheating chamber formed to extend long in the vertical direction in a cylindrical shape or a polygonal cylinder shape so that it can be formed as a finger type shaft furnace; and a chamber door installed below the opened preheating chamber to selectively open the lower side of the preheating chamber.
  • the first iron source inputted into the first melting furnace includes ore-based iron sources (OBM's: Ore Based Materials), and the second iron source inputted into the second melting furnace includes scrap. (Scrap) may be included.
  • OBM's Ore Based Materials
  • Scrap Scrap
  • the present invention injects a large amount of ore-based iron source (typically DRI) in order to convert the conventional “blast furnace-converter” production system into an “electric furnace” production system, and at the same time, ”
  • DRI ore-based iron source
  • the operation influence caused by a large amount of gangue flowing in from the DRI can be effectively separated and discharged from the first melting furnace to maintain/manage optimal refining conditions, and the ore It is possible to apply a large amount of DRI using the highly efficient first melting furnace dedicated to the base iron source, enabling reduction of tramp components, and scrap through the first melting furnace into which the ore-based iron source is continuously charged and the second melting furnace connected to the second melting furnace in a dual structure.
  • the input/operation method it is possible to obtain the effect of blocking nitrogen pickup through complete flat bath operation and arc sealing due to the exhaust gas duct structure, making it possible to secure the N level of the converter.
  • the high energy-intensive structure of the first melting furnace, scrap preheating of the second melting furnace using exhaust gas, and simultaneous operation of the first and second melting furnaces reduce energy consumption to the level of general scrap operation and shorten the operation to the converter level. It is possible to implement an electric furnace that can do this. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an electric furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cut surface of the electric furnace taken along the cutting line A-A in FIG. 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing the cut surface of the electric furnace taken along the cutting line B-B in Figure 1.
  • Figures 4 to 7 are cross-sectional views schematically showing the operation process of the electric furnace of Figure 1 step by step.
  • Figures 8 and 9 are cross-sectional views schematically showing the tilting process of the electric furnace of Figure 1.
  • Figures 10 and 11 are tables showing the results of comparing the operation performance using a conventional electric furnace and the expected operation index using the electric furnace of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an electric furnace 1000 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cut section of the electric furnace 1000 taken along the cutting line A-A in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cut surface of the electric furnace 1000 taken along the cutting line B-B of FIG. 1.
  • 4 to 7 are cross-sectional views schematically showing the operation process of the electric furnace 1000 of FIG. 1 step by step
  • FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views schematically showing the tilting process of the electric furnace 1000 of FIG. 1.
  • 10 and 11 are tables showing the results of comparing the operation performance using a conventional electric furnace and the expected operation index using the electric furnace 1000 of the present invention.
  • the electric furnace 1000 includes two melting furnaces 10 arranged in the horizontal direction (X-axis direction) to melt different iron sources.
  • , 20) may be an electric furnace having a double melting furnace (F) in which at least a portion of the melting furnace (F) is combined.
  • the first melting furnace (10) mainly contains ore-based iron sources (OBM's: Ore Based Materials (DRI, HBI, PI, GPI, etc.)), but also includes some low-grain scrap (Shredder, etc.) It is a melting furnace capable of melting by charging a first iron source (1 in FIG. 4), which may also include an energy input (first iron source ( It may be a structure that continuously melts through the melting energy of 1) and the level that can maintain the temperature of the molten metal (3 in FIG. 4) in the furnace at the target level.
  • OBM's Ore Based Materials
  • first iron source It may also include an energy input (first iron source ( It may be a structure that continuously melts through the melting energy of 1) and the level that can maintain the temperature of the molten metal (3 in FIG. 4) in the furnace at the target level.
  • the first melting furnace 10 does not require a large space because the first iron source 1 is not stacked within the furnace due to the above-mentioned melting characteristics, so the volume inside the furnace is such that the outer wall is not damaged from the arc generated by the electrode. Limited to a minimum size (small with a smaller volume compared to the second melting furnace 20, which will be described later), high-speed melting can be induced with a structure that can concentrate the input electrical energy.
  • the second melting furnace 20 of the double melting furnace F is a dedicated melting furnace in which only scrap is input into the second iron source (2 in FIG. 4), and the existing structure is at the level of a conventional commercial electric furnace, and is a high-speed melting furnace.
  • /It may be a mother body in which a scrap preheating furnace for high-efficiency operation is additionally installed.
  • the first melting furnace (10) and the second melting furnace (20) constituting the double melting furnace (F) have a double furnace structure in which at least some parts are structurally combined to form one body sharing the lower cell (300).
  • High-efficiency auxiliary equipment that controls chemical energy input and reactions within the furnace auxiliary materials, gas injectors, etc., the type and location of which can be freely operated as needed depending on the process design concept, so detailed description thereof is omitted in the present invention) It can be installed and operated.
  • first upper cell 100, the second upper cell 200, and the lower cell 300 constituting the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20 of the above-described double melting furnace F. and the partition wall unit 400 will be described in more detail.
  • the first upper cell 100 is made of refractory material and forms a first upper space A1-1 of the first melting furnace 10 into which the first iron source 1 is introduced and melted. It can be achieved.
  • the first melting furnace 10 is used for the purpose of continuously injecting/melting ore-based iron sources (OBM's) and low-grain scrap, which may include some, as the first iron source 1. Due to its nature, the arc generation location is at the molten metal level. (Hot Heel ⁇ Matal Line) By maintaining a certain upper position (from the center of the furnace volume to the lower cell), the distance between the furnace wall of the first upper cell 100 and the fire point is maintained at a certain level, so that conventional commercial scrap Unlike furnaces, high cooling levels may not be required in certain operating sections.
  • OBM's iron sources
  • low-grain scrap which may include some, as the first iron source 1. Due to its nature, the arc generation location is at the molten metal level. (Hot Heel ⁇ Matal Line)
  • the distance between the furnace wall of the first upper cell 100 and the fire point is maintained at a certain level, so that conventional commercial scrap Unlike furnaces, high cooling levels may not be required in certain operating sections.
  • furnace wall cooling means energy loss, which does not fit with the high-energy-intensive furnace concept of the first melting furnace 10 in the present invention, and is used exclusively for continuous input/melting of ore-based iron sources (OBM's) and low-grain scrap.
  • OBM's ore-based iron sources
  • the furnace wall of the first upper cell 100 may be composed of a refractory material in that the furnace wall scratching phenomenon that may occur in the Scrap Batch Charging method does not occur in the furnace.
  • the first upper cell 100 may be equipped with a minimum water cooling facility to prevent deformation of the external steel shell that secures the refractory itself, which serves to confine high heat to the furnace body.
  • the outer shell water cooling structure is not shown in Figure 1)
  • the first upper cell 100 is at least partially connected to the first melting furnace 10 through the small ceiling of the first loop portion 100a formed on the upper side of the first upper cell 100. ) is inserted into the first upper space (A1-1) and disposed radially based on the center of the first electrode portion 110 and the first electrode portion 110 to melt the first iron source 1 by arc heat. It may include a plurality of iron source supply units 120 that supply the first iron source 1 through the first upper space A1-1 of the first melting furnace 10.
  • the first electrode unit 110 includes a plurality of alternating current (AC) electrodes (AC) disposed radially with respect to the center of the small ceiling of the first loop unit 100a. 111, 112, and 113), and the plurality of iron source supply units 120 are formed in the same number as the plurality of AC electrodes 111, 112, and 113, so that each individual iron source supply unit has a corresponding individual AC electrode.
  • the first iron source 1 can be continuously supplied toward the fire point.
  • the first electrode unit 110 which is composed of a plurality of alternating current electrodes 111, 112, and 113 (a direct current conduction system can also be introduced as needed), is connected to the first melting furnace 10 as the first iron source 1.
  • BOM's ore-based iron sources (OBM's), which have a relatively lower specific gravity than the injected molten steel, exist at the interface between the slag (4a) or the molten metal (3) and slag (4a), it may be efficient to form a wide fire point.
  • slag (4a) forming is necessary to protect the arc at the beginning of operation and prevent nitrogen pick-up by the arc, and if a large amount of gangue is introduced following the introduction of ore-based iron sources (OBM's), the amount of slag (4a) increases rapidly. Rather, monitoring of the height of the slag 4a may become important in the first melting furnace 10, such as to suppress the foaming of the slag 4a. For this measurement, an alternating current electricity system may also be advantageous.
  • the plurality of iron source supply units 120 are devices for continuously injecting ore-based iron sources (OBM's) into the first iron source 1 (possible to input low-grain scrap as needed), and, although not shown, are used in the main raw material storage facility. It is transferred to the conveyor and freely falls into a pipe-shaped shooter through an intermediate hopper installed at a sufficient height in the upper part of the first melting furnace (10) (potential energy ⁇ kinetic energy), so that it is deposited on the furnace ceiling in a form with sufficient kinetic energy. It may be a facility that continuously injects the first iron source 1 into the furnace through a plurality of inlets respectively secured to correspond to the alternating current electrodes 111, 112, and 113. More specifically, the plurality of iron source supply units 120 continuously inject the first iron source 1 into three fire points formed between the plurality of alternating current electrodes 111, 112, and 113 of the first electrode unit 110 to dissolve the iron source 1. Efficiency can be maximized.
  • the second upper cell 200 is arranged side by side with the first upper cell 100 in the horizontal direction (X-axis direction), and scrap is input into the second iron source 2 and melted.
  • the second upper space (A2-1) of the second melting furnace (20) can be formed.
  • the second iron source 2 mainly includes scrap, but may also include some high-granular ore-based iron sources.
  • the second melting furnace 20 may have a structure similar to a commercial electric furnace that melts general scrap due to the nature of melting metal. Due to the nature of the mixing of the main raw materials applied to the present invention, the input ratio of general scrap is small, and the height of the scrap input/stacked in the furnace is low, so the up/down fluctuations in the location of the fire point are relatively small compared to a general electric furnace (the degree to which the furnace wall and the fire point are close). ) Still, the possibility that the local thermal influence of the furnace wall increases cannot be ruled out. In addition, as the input ratio becomes smaller, it is more efficient to reduce energy loss by reducing the second upper space (A2-1) in the furnace, so this influence may also be taken into consideration.
  • the second upper cell 200 of the second melting furnace 20 is designed similarly to the water cooling equipment of a commercial electric furnace, but is somewhat compact and has a double layer structure that can effectively form a thick slag coating layer on the furnace wall for insulation. It may be desirable to configure the system with a water cooling facility that can separately control the cooling capacity of each floor.
  • the second upper cell 200 is at least partially connected to the second melting furnace 20 through the small ceiling of the second roof portion 200a formed on the upper side of the second upper cell 200.
  • ) is inserted into the second upper space (A2-1)
  • the second electrode portion (210) is inserted into the second upper space (A2-1) on the upper side of the second electrode portion (210) and the second upper cell (200) to dissolve the second iron source (2) by arc heat.
  • 210 which temporarily stores a predetermined amount of the second iron source 2 in the internal storage space, and uses waste heat generated inside the second melting furnace 20 to temporarily store the second iron source 2 in the storage space.
  • preheating (2) it may include a preheating supply unit 220 that supplies the second iron source 2 through the second upper space A2-1 of the second melting furnace 20.
  • the second electrode portion 210 is inserted through the small ceiling of the second loop portion 200a and enters the second upper space A2-1 of the second melting furnace 20.
  • the upper direct current (DC) electrode 211 formed on the side and the bottom of the lower cell 300, which will be described later, are installed to face the upper direct current electrode 211 in the vertical direction, and the second melting furnace 20
  • the lower cell 300 includes a lower direct current electrode 212 formed on the lower space A2-2 side, and the lower direct current electrode 212 is formed to face the upper direct current electrode 211.
  • the central axis of the bottom surface of the lower cell 300 is formed to be inclined at a predetermined angle with the central axis of the upper direct current electrode 211, so that it is biased toward the preheating supply unit 220 based on the upper direct current electrode 211. It may include a second lower electrode 212b being formed.
  • the second electrode unit 210 causes electricity to be passed between the upper direct current electrode 211 and the second lower electrode 212b immediately after the preheating supply unit 220 supplies the second iron source 2, and the second electrode unit 210 After the iron source 2 is completely dissolved, electricity may be passed between the upper direct current electrode 211 and the first lower electrode 212a.
  • the second electrode unit 210 may be a direct current electrode unit that additionally includes a second lower electrode 212b that is biased toward the preheating supply unit 220 based on the upper direct current electrode 211.
  • the second iron source (2) When charging, there may be a structural limitation in that the second iron source 2 is biased and inserted into the lower part of the preheating supply unit 220 away from the center of the second electrode unit 210.
  • the direct current conduction system has the advantage of forming a flow of current between the upper direct current electrode 211 and the lower direct current electrode 212, that is, up and down, so that the second lower electrode 212b of the lower direct current electrode 212 If installed biased toward the lower portion of the preheating supply unit 220, it may be possible to bias energy input to that portion.
  • uniform energy input throughout the lower cell 300 of the second melting furnace 20 is considered important, and as in the existing commercial DC furnace, the energy is directly below the upper direct current electrode 211.
  • a floating first lower electrode 212a is disposed.
  • the input flow of electric energy to the second melting furnace 20 during the process can be controlled by selectively using or varying the ratio of the two lower electrodes 212a and 212b, thereby leading to an effective melting operation.
  • an auxiliary chemical energy input facility may also be applied to the lower furnace wall of the preheating supply unit 220 in connection with this.
  • the preheating supply unit 220 includes a preheating chamber 221 formed to extend long in the vertical direction (Z-axis direction) in a cylindrical or polygonal shape so that it can be formed as a finger type shaft furnace, and It may be configured as a chamber door 222 that is installed on the lower side of the open preheating chamber 221 and selectively opens the lower side of the preheating chamber 221 so that the second iron source 2 can be selectively supplied.
  • the preheating supply unit 220 utilizes the waste heat generated in the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20 (supplied to the preheating furnace in the form of exhaust gas) for high-speed melting and energy input reduction to heat the second melting furnace.
  • the iron source (2) As a facility for preheating the iron source (2), it is formed as a finger type shaft furnace that is relatively advantageous in maintenance and operation, and can be applied to the upper part of the second melting furnace (20).
  • the electric furnace (1000) having a double melting furnace (F) of the present invention is designed to be suitable for the production of high-grade steel that requires the use of a large amount of ore-based iron sources (OBM's), so that the input rate of the second iron source (2), which is scrap, is similar to that of a general electric furnace. It can be very low compared to . Accordingly, it may be desirable for the preheating supply unit 220 to be designed with a volume that can contain the second iron source 2 required for one dissolution operation at one time.
  • OBM's ore-based iron sources
  • the first upper space (A1-1) of the first melting furnace 10 ) and the second upper space (A2-1) of the second melting furnace (20) are connected to each other in the form of a duct (Duct) to connect the first upper cell (100) and the second upper cell (200),
  • An exhaust gas duct 500 that supplies waste heat generated in the first melting furnace 10 to the second melting furnace 20 may be installed.
  • the preheating supply unit 220 employed in the second melting furnace 20 of the present invention utilizes waste heat supplied in the form of exhaust gas that is not used to manufacture molten metal among the energy input into the furnace and is released into the atmosphere. 2 It is a preheating furnace capable of preheating the iron source 2, but the partition unit 400, which will be described later, is used to separate the first upper space A1-1 of the first melting furnace 10 and the second upper space of the second melting furnace 20. When (A2-1) is physically separated, a problem may arise in which waste heat generated in the first melting furnace 10, which accounts for more than half of the main energy supply, is not supplied.
  • an exhaust gas duct 500 is installed connecting the first upper space (A1-1) of the first melting furnace (10) and the second upper space (A2-1) of the second melting furnace (20), A movement path for waste heat generated in the first melting furnace 10 can be secured.
  • the inlet of the exhaust gas supplied from the first melting furnace 10 to the second melting furnace 20 is located in the opposite direction to the preheating supply unit 220, so that the flow of the fluid passes through the arc generation point of the second melting furnace 20. Then, it can be configured to be supplied to the preheating supply unit 220, so that it can also perform a sealing function to block the arc generated in the second electrode unit 210 from the atmosphere.
  • the exhaust gas duct 500 connecting the first upper space (A1-1) of the first melting furnace (10) and the second upper space (A2-1) of the second melting furnace (20) is connected to the first melting furnace (10). ) It can perform two functions: recovering the waste heat generated from the gas and preventing nitrogen (N 2 ) in the atmosphere from being picked up by the arc flow into the molten metal (3).
  • the lower cell 300 is coupled to the first upper cell 100 and the second upper cell 200 in a vertical direction (Z-axis direction) perpendicular to the horizontal direction (X-axis direction).
  • the first lower space (A1-2) of the first melting furnace (10) and the second lower space (A2-2) of the second melting furnace (20) can be formed into one integrated space.
  • the lower cell 300 is located on the upper side of the first upper cell 100 on the bottom surface forming the first lower space A1-2 so that the molten metal 3 inside the double melting furnace F can be tapped.
  • a tapping hole 310 may be formed at a position opposite to the first electrode portion 110 installed on the small ceiling of the first loop portion 100a formed in the first lower space A1 where the tapping hole 310 is formed.
  • the floor surface forming -2) may be formed to be higher than the floor surface forming the second lower space A2-2.
  • the upper cells (100, 200) of the first melting furnace (10) and the second melting furnace (20) are configured in two separate forms, and the lower cell (300) is, It may be a structure that is integrated into one rote form.
  • This lower cell 300 has a structure in which the molten metal 3 is mixed without a submerged hill separating the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20, and has only a steel tapping and a tapping port ( For maintenance of 310), the height of the bottom surface on the side of the first melting furnace (10) may form a profile that is higher than the bottom surface on the side of the second melting furnace (20).
  • This may be a structure installed at the lower part of the first melting furnace 10 without a separate protruding part for installing the tapping port 310.
  • the structure of the lower cell 300 allows the free movement of materials and heat, enabling integrated utilization of resources (power, chemical energy) separately configured in the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20, At the same time, it is possible to design a shortened process that simultaneously utilizes the functions of the heterogeneous slags 4a and 4b separated in the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20 by the partition unit 400, which will be described later.
  • the tapping hole 310 formed in the lower cell 300 eliminates the protruding structure for tapping that is present in a commercial electric furnace, thereby creating an unnecessary cold zone. It was designed with a structure that eliminated . Accordingly, in selecting the position of the tapping port 310, as shown in FIG. 3, in order to supply sand that is input for sealing after tapping, a plurality of alternating current electrodes ( 111, 112, 113), by placing the sand inlet tube directly below the inlet of the alternating current electrode, the sand inlet tube can be lowered through the inlet of the alternating current electrode to fill the sand.
  • a gas storage device 600 including a plurality of plugs (600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f, 600g) for discharging gas may be disposed.
  • first melting furnace 10 and the second melting furnace 20 are separated by a partition unit 400 to be described later by the integrated lower cell 300, thereby simultaneously realizing melting and refining characteristics suitable for each purpose.
  • the flow (material and heat flow) of the molten metal (3) must be controlled to suit the detailed process purpose. Deflected flow (flow in which the main flow is concentrated in one direction, first melting furnace (10) ⁇ second melting furnace (20) or second melting furnace (20) ⁇ first melting furnace (10)) is formed or the entire volume of molten metal (3) This may include flow formation that mixes quickly and uniformly.
  • gas for implementing the desired flow control is applied to the bottom surface of the lower cell 300 constituting the lower spaces A1-2 and A2-2 of the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20.
  • a low odor device 600 can be installed.
  • Figure 3 shows an embodiment in which plugs (600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f, 600g) of the gas storage facility 600 are placed on the bottom of the lower cell 300. Details of the device (plug type, size, number, location, etc.) are not necessarily limited to FIG. 3 and may vary depending on the purpose.
  • the type of gas introduced through the gas storage facility 600 is inert gas (Ar, N 2 ) for simple flow control or fuel/raw materials (O 2 , Ch 4 , CO, etc.) for reaction and heat source supply. It may be possible to selectively input.
  • a double melting furnace (F) in which at least a portion of the first melting furnace (10) and the second melting furnace (20) are combined is installed in the horizontal direction (X axis).
  • a tilting device 700 capable of dual tilting in the horizontal direction (X-axis direction) or the width direction (Y-axis direction) perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction) may be installed.
  • the tilting device 700 corresponds to the center of the double melting furnace (F) on the lower side of the double melting furnace (F) so as to maintain the center of the double melting furnace (F) tilted by the tilting device 700.
  • at least three support cylinders 710 are disposed radially around the support cylinder 710 so as to support the double melting furnace (F) in a tiltable manner and support the double melting furnace (F) at at least three points.
  • the double melting furnace (F) may be composed of a plurality of driving cylinders 720 that can be individually raised and lowered so as to selectively tilt the furnace (F) in the horizontal direction (X-axis direction) or the width direction (Y-axis direction).
  • the support cylinder 710 of the tilting device 700 is a structure installed at the center of gravity of the double melting furnace (F), and supports the double melting furnace (F) in the horizontal direction (X-axis direction) and the width direction (Y-axis direction). ), a part that can be tilted and a structure connected to it that is inserted into the support surface of the double melting furnace (F), is a cylinder that can only move up and down without separate driving force, and can play a role in holding the position of the double melting furnace (F). .
  • Such a support cylinder 710 is a device necessary to satisfy the need to vary the steel tapping and slag discharge directions in order to implement the structural characteristics of the double melting furnace (F) of the present invention.
  • the plurality of driving cylinders 720 of the tilting device 700 are control devices that actually tilt the double melting furnace (F), and the basic structure is similar to the support cylinder 710, but is a hydraulic cylinder ( It can be fixed to the support surface of the double melting furnace (F) with a Hydraulic Cylinder. These plurality of driving cylinders 720 can tilt the double melting furnace (F) by at least three-point support, but for stable tilt of the double melting furnace (F), they hold the center of the double melting furnace (F).
  • the partition wall unit 400 can be raised and lowered in the vertical direction (Z-axis direction) between the first upper cell 100 and the second upper cell 200 of the double melting furnace (F). It is installed to selectively separate the first lower space (A1-2) of the first melting furnace (10) and the second lower space (A2-2) of the second melting furnace (20), which are integrally formed by the lower cell (300). can do.
  • the scrap that is input from the second melting furnace 20 to the second iron source 2 and melted must form slag 4b in an oxidizing atmosphere when melted.
  • oxygen ions in the slag (4b) can combine with P in the molten steel to form P 2 O 5 .
  • P 2 O 5 may become a part of the slag 4b and reduce P in the molten steel.
  • the ore-based iron sources (OBM's) that are introduced into the first iron source 1 in the first melting furnace 10 and melted must form slag 4a in a reducing atmosphere when melted.
  • a partition unit ( 400) may be essential.
  • the fundamental purpose of the double melting furnace (F) of the present invention is to melt and partially refining main raw materials (OBM's vs. general scrap) with different characteristics such as the first iron source (1) and the second iron source (2), It can be performed simultaneously by separating the slag 4a of the first melting furnace 10 and the slag 4b of the second melting furnace 20, and the first melting furnace 10 and the second melting furnace for final refining and end point control ( Before the integration of 20), a large amount of slag that has lost its function or is not suitable for the final stage among the heterogeneous slags (4a, 4b) generated in each furnace (10, 20) is excluded to produce high-speed/high-efficiency/high-quality molten metal. (3) is implemented to produce the process. This is something that cannot be realized when the corresponding main raw material combination is applied to a conventional general electric furnace.
  • the partition wall unit 400 was constructed as a device to control the separation/integration of the slag (4a, 4b) generated according to the detailed process steps.
  • the partition wall unit 400 is composed of a water-cooled structure and a refractory material, and the first It can be adjusted by a driving device that moves up and down between the melting furnace 10 and the second melting furnace 20. This may be the main device implementing the double melting furnace (F) of the present invention.
  • the first melting furnace 10 of the double melting furnace F selectively excludes the slag 4a generated in the first melting furnace 10.
  • a plurality of melting furnaces 10 are formed at the boundary between the first upper cell 100 and the lower cell 300, and are formed to face each other in the vertical direction (Z-axis direction) and move upward. It includes a first slag door 11 formed as a double door including an upper door 11a that opens and a lower door 11b that opens downward, and the second melting furnace 20 includes a second melting furnace 20.
  • a second slag door formed at the boundary between the second upper cell 200 and the lower cell 300 and formed as a single door that opens upward or downward to selectively exclude the slag 4b generated in the (21) may be included.
  • the first slag door 11 formed by the double doors 11a and 11b of the first melting furnace 10 is generated according to the melting of ore-based iron sources (OBM's) introduced into the first iron source 1. It is a device for controlling the level of a large amount of slag (4a), and may have a structure that can be opened in the upward and downward directions by means of double doors (11a and 11b), respectively.
  • OBM's ore-based iron sources
  • the slag 4a produced in the first melting furnace 10 is basically different in composition from the slag 4b produced in the second melting furnace 20 in general scrap operations, and these differences are maintained by controlling some of them for the purpose. I do it.
  • the incoming FeO must be reduced and recovered as much as possible by adding C-based auxiliary materials, and the CO gas generated at this time forms the slag (4a). Since the amount of slag 4a generated is large and the operation stability is impaired when foaming occurs, it is advantageous to maintain a low basicity state, but on the other hand, there is a conflicting problem in that the arc cannot be stabilized without foaming.
  • the first slag door 11 is a multi-door (Multi-door) formed in plural pieces along the circumference of the first melting furnace 10. Door) may be configured.
  • the second slag door 21 of the second melting furnace 20 is a device that plays the same role as an existing commercial electric furnace, and can be used to discharge the slag 4b within the furnace.
  • the first slag door 11 installed in the first melting furnace 10 has the characteristic of continuously discharging a large amount of slag 4a after appropriate measures to maintain an appropriate level
  • the second slag door 11 Since (21) must remain sealed except for special purposes, it has the characteristics of a structure that can be driven in two directions (Y-axis direction, Z-axis direction) rather than a simple water-cooled panel-type upward opening structure. It may be in a form that allows resealing after opening during operation.
  • the partition wall unit 400 is lowered to its maximum, and in the state of separation of the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20, the first melting furnace 10 has a plurality of iron sources.
  • Preheating of the scrap, which is the second iron source 2 inside the preheating supply unit 220 and additional supply of melting energy to the first melting furnace 10 may occur.
  • the level of the molten metal 3 rises (Level 1. ⁇ Level 2.) by the melting process of the first melting furnace 10, and the raised level (Level 2.) is preheated.
  • the chamber door (222) can be opened to charge the preheated second iron source (2) in the preheating chamber (221). there is.
  • the partition unit 400 is raised in accordance with the raised level of the molten metal 3, thereby increasing the molten metal ( 3)
  • the flow channel can be expanded (activating material and heat exchange).
  • the first electrode portion 110 of the first melting furnace 10 and the second electrode portion 210 of the second melting furnace 20 may also be appropriately raised in accordance with the raised level of the molten metal 3.
  • the upper door 11a of the first slag door 11 may be opened upward to adjust the level of the slag 4a, and the second slag door 11 may be opened upwardly.
  • the melting furnace 20 melting of the second iron source 2 charged with the molten metal 3 and preheating of the new second iron source 2 newly temporarily stored in the preheating supply unit 220 for the next operation may occur.
  • the partition wall unit 400 is further raised in accordance with the raised level of the molten metal 3, thereby causing melting between the lower spaces A1-2 and A2-2 of the first melting furnace 10 and the second melting furnace 20.
  • the flow channels of the metal 3 can be further expanded (activating material and heat exchange).
  • the first electrode portion 110 of the first melting furnace 10 and the second electrode portion 210 of the second melting furnace 20 may also continue to rise in accordance with the raised level of the molten metal 3.
  • the partition wall unit 400 is completely raised and completely opened, thereby opening the upper door 11a of the first slag door 11 upward, thereby releasing the slag 4a of the first melting furnace 10.
  • the final refining can be performed by mixing with the slag 4b of the second melting furnace 20.
  • the complete opening of the partition wall unit 400 can have the effect of maximizing refining efficiency through expansion of the refining reaction interface area.
  • the second melting furnace 20 continuously The refining reaction can be maintained, and ultimately, as shown in FIG. 7, the maximum refining capacity can be secured after the partition wall unit 400 is completely opened.
  • the first melting furnace 10 can reduce a large amount of FeO introduced from ore-based iron sources (OBM's) by maintaining the reducible slag 4a until the partition unit 400 is completely opened.
  • OBM's ore-based iron sources
  • the driving cylinder 720 on the second melting furnace 20 side of the tilting device 700 is raised,
  • the double melting furnace (F) is tilted in the horizontal direction (X-axis direction), so that the double melting furnace (F) can be tilted in the direction of the first melting furnace (10) in which the tapping port (310) is formed.
  • the double melting furnace F is raised by raising the inner drive cylinder 720 in the width direction (Y-axis direction) of the tilting device 700.
  • the double melting furnace (F) is tilted in the width direction (Y-axis direction) so that it can be tilted in the direction of the first slag door 11 of the first melting furnace 10 and the second slag door 21 of the second melting furnace 20. You can do it.
  • the preheating supply unit 220 may be formed in a form that is separable from the double melting furnace (F), and the special tilting proposed in the present invention
  • the driving procedure of lowering the main body of the double melting furnace (F) and tilting it in the desired direction can be performed.
  • ore-based iron sources OBM's: Ore Based Materials
  • low-granular scrap Scrap
  • general scrap is inputted in parallel
  • a double melting furnace can be implemented that can melt the main raw materials and perform refining at the same time.
  • the present invention injects a large amount of ore-based iron source (typically DRI) in order to convert the conventional “blast furnace-converter” production system into an “electric furnace” production system, and at the same time, ”
  • DRI ore-based iron source
  • the operation influence caused by a large amount of gangue flowing in from the DRI can be effectively separated and discharged from the first melting furnace to maintain/manage optimal refining conditions, and the ore It is possible to apply a large amount of DRI using the highly efficient first melting furnace dedicated to the base iron source, enabling reduction of tramp components, and scrap through the first melting furnace into which the ore-based iron source is continuously charged and the second melting furnace connected to the second melting furnace in a dual structure.
  • the input/operation method it is possible to obtain the effect of blocking nitrogen pickup through complete flat bath operation and arc sealing due to the exhaust gas duct structure, making it possible to secure the N level of the converter.
  • the high energy-intensive structure of the first melting furnace, scrap preheating of the second melting furnace using exhaust gas, and simultaneous operation of the first and second melting furnaces reduce energy consumption to the level of general scrap operation and shorten the operation to the converter level. You can do it.
  • the operation results of the commercial electric furnace in FIG. 11 are the average performance of the actual operation of 100% scrap conducted in the standard operation commercial electric furnace, and the expected operation index of the embodiment of the present invention corresponds to the application of DRI 80% + scrap 20%.

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Abstract

본 발명은 이중 용해로를 가지는 전기로에 관한 것으로서, 제 1 철원이 투입되어 용해되는 제 1 용해로의 제 1 상부 공간을 이루는 제 1 상부 셀과, 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 셀 및 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 유닛을 포함할 수 있다.

Description

전기로
본 발명은 전기로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials) 및 저입도 스크랩(Scrap)과, 일반 스크랩을 병행 투입하여, 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.
이러한, 전기로 공정을 활용한 고품질 판재 생산의 공정적 장애 요소는, 크게, 주원료(스크랩)와 용해 공정 특징에서 기인하는 문제로 나누어 볼 수 있다.
전자는, 제품의 표면결함을 야기하는 요인으로, 일반적으로 1축 방향으로만 기계적 가공이 가해지며 표면 도금을 수행하는 판재 제품은 스크랩에서 유입되는 Tramp 원소에 의해 연속 주조 과정에서 발생한 표면 결함이 압연과정을 거치며 심화되는 경향을 나타내며, 가공성 또한 열위한 특징을 가질 수 있다. 두 번째로 아크(Arc)(전기에너지)를 활용하여 스크랩을 용해하는 공정 특성상 전극 주변 공기 중 질소(N2) 가스가 이온화(플라즈마)되어 아크류를 통해 용강으로 주입되는 현상이 발생하며, 스크랩 자체에 누적된(생산 단계에서의 흡질) 질소가 더불어 전로 공정에 비해 높은 [N] ppm 수준을 나타내는 것이 일반적이다. 이는 통상 ≥80ppm 수준으로 전로의 ≥15ppm 보다 매우 높은 수준이며, ≤30ppm 수준의 고급 판재 성분 사양에 미치지 못하는 용강 품질을 나타낸다.
이러한 한계를 극복하기 위해 철광석을 기반으로 한 광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials)(ex. DRI, HBI, PI, GPI 등)의 적극적인 사용이 대안으로 여겨지고 있다. 대표적으로는 고로와 달리 철광석을 펠렛으로 가공하여 환원가스와 반응시켜 직접 환원하여 철원을 생산하는 DRI/HBI를 들 수 있으며, 현재 상용 설비에 적용하여 판재를 생산하는 전기로 철강사가 늘어나고 있는 추세이다. 광석에서 기인한 원료(고로와 유사 성분) 임으로 전기로 적용 시 투입하는 배합비에 따라 용강의 처녀성(Tramp 원소 유입 수준)을 조절할 수 있는 장점이 있으며, 대량 적용(고 배합비 적용: ≥30%) 시, 전기로의 일반적인 주원료 장입 방식인 Batch charging으로 투입할 수 없어 Continuous Roof Charging과 같은 별도의 투입 설비가 필요하다는 점이 단점일 수는 있지만, 광석 기반 철원(OBM's)의 배합비가 증가할수록 질소 유입에 취약한 스크랩 용해 공정이 단축되어(Flat Bath 化) 용강 중 [N] 수준을 낮추는 효과를 얻을 수 있다.
전기로 공정을 통해 자동차 외판 등의 고급강을 생산하기 위해서는 현 전로의 용선배합비(HMR : Hot Metal Ratio)와 유사한 수준의 DRI/HBI 배합비(≥80%)를 적용할 필요성이 있으나, 현재 상용 설비 기술로는 배합비 상향에 제약(에너지 사용량 증가, 생산성 하락 등)이 있으므로, 이를 극복할 설비 기술 개발이 필요하다.
DRI/HBI는 가스 직접환원법을 통해 생산됨에 따라, 고로에서 생산된 용선이 고상(철광석)에서 액상(용선) 과정을 거치며 광석 내 포함된 맥석 성분(SiO2, AL2O3 등)을 분리/제거함과는 달리 원료 내 포집되어 있으므로 전량 전기로 내에서 제거해야하는 문제점이 있었다. 또한, 유입되는 [P] 성분 수준이 스크랩에 비해 매우 높고, 맥석 성분에 의해 슬래그(Slag) 염기도(C/S)가 급격히 낮아짐으로 정련을 위해 투입되는 조재제량이 증가함에 따라 슬래그 발생량이 기하 급수적으로 증가하게될 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 가스 직접환원법의 특성상 고로 공정에 비해 환원이 다소 불리하기 때문에 원료 내 FeO함량(5~8%)이 높은 것이 일반적이므로, 산화 공정인 전기로에서 최대한 환원(에너지 및 환원제 소모량 증가)시켜야 하는 문제점이 있었다. 이는, 조재제 사용량 증가, 전력 사용량 증가, 용강 회수율 하락, 생산성 저하 등 배합비가 증가할수록 조업실적이 급격히 나빠져 원가 경쟁력을 상실하는 결과를 가지고 올 수 있다.
이와 같이, 종래의 상용 전기로에 전용 투입 설비만을 구현하여 조업하는 경우, DRI/HBI 배합비 Max. 30% 수준에서 일반 판재(구조용재)를 생산하는 것이 한계인 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, DRI/HBI(기타 OBM's 포함) 배합비를 생산하는 강종에 따라 0~100%까지 유동적으로 제어함과 동시에, 고 배합비에 대응하여 조업 안정과 동시에 경제성을 확보할 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 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; 및 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;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 상부 셀은, 상기 제 1 용해로가 내열 구조를 가질 수 있도록, 로벽이 내화물로 형성될 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 1 전극부는, 상기 제 1 루프부의 소천정의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 복수의 교류(AC) 전극을 포함하고, 상기 복수의 철원 공급부는, 각각의 개별 철원 공급부가 그와 대응되는 개별 교류 전극의 화점을 향해 상기 제 1 철원을 연속적으로 공급할 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 2 전극부는, 상기 제 2 루프부의 소천정을 통해 삽입되어, 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간 측에 형성되는 상부 직류(DC) 전극; 및 상기 하부 셀의 바닥면에서 상기 상부 직류 전극과 상기 수직 방향으로 대향되게 설치되어, 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 하부 공간 측에 형성되는 하부 직류 전극;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 직류 전극은, 상기 상부 직류 전극과 정면으로 마주보게 형성될 수 있도록, 상기 하부 셀의 바닥면에서 그 중심축이 상기 상부 직류 전극의 중심축과 동축을 이룰 수 있도록 형성되는 제 1 하부 전극;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 직류 전극은, 상기 상부 직류 전극과 경사진 방향으로 마주보게 형성될 수 있도록, 상기 하부 셀의 바닥면에서 그 중심축이 상기 상부 직류 전극의 중심축과 소정의 각도로 경사지게 형성되어, 상기 상부 직류 전극을 기준으로 상기 예열 공급부 측으로 편향되도록 형성되는 제 2 하부 전극;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 전극부는, 상기 예열 공급부가 상기 제 2 철원을 공급한 직후에는, 상기 상부 직류 전극과 상기 제 2 하부 전극 간의 통전을 일으키고, 상기 제 2 철원의 용해가 완료 된 후에는 상기 상부 직류 전극과 상기 제 1 하부 전극 간의 통전을 일으킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 상부 셀의 상기 제 1 상부 공간과 상기 하부 셀의 상기 제 1 하부 공간으로 이루어지는 상기 제 1 용해로의 체적은, 상기 제 2 상부 셀의 상기 제 2 상부 공간과 상기 하부 셀의 상기 제 2 하부 공간으로 이루어지는 상기 제 2 용해로의 체적 보다 작은 체적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용해로의 상기 제 1 상부 공간과 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간이 서로 연통될 수 있도록, 덕트(Duct) 형태로 상기 제 1 상부 셀과 상기 제 2 상부 셀을 연결하여, 상기 제 1 용해로에서 발생하는 폐열을 상기 제 2 용해로 측으로 공급하는 배가스 덕트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용해로는, 상기 제 1 용해로에서 발생하는 슬래그를 선택적으로 배재할 수 있도록, 상기 제 1 상부 셀과 상기 하부 셀의 경계 부분에 형성되고, 상기 수직 방향으로 마주보게 형성되어 상방으로 개방되는 상부 도어 및 하방으로 개방되는 하부 도어를 포함하는 이중 도어로 형성되는 제 1 슬래그 도어;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용해로는, 조업 중에는 상기 제 1 용해로 내부의 슬래그의 높이를 소정의 레벨로 일정하게 유지할 수 있도록 상기 상부 도어를 개방하고, 상기 제 1 용해로 내부의 슬래그를 배재 시에는 상기 하부 도어를 개방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 용해로는, 상기 제 2 용해로에서 발생하는 슬래그를 선택적으로 배재할 수 있도록, 상기 제 2 상부 셀과 상기 하부 셀의 경계 부분에 형성되고, 상방 또는 하방으로 개방되는 단일 도어로 형성되는 제 2 슬래그 도어;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용해로와 상기 제 2 용해로 간의 용융 금속의 유동을 제어할 수 있도록, 상기 하부 셀의 바닥면에 배치되어 가스를 배출하는 복수의 플러그(Plug)를 포함하는 가스 저취 장치;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 셀은, 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속을 출강할 수 있도록, 상기 제 1 하부 공간을 이루는 바닥면에서 상기 제 1 상부 셀의 상측에 형성된 제 1 루프부의 소천정에 설치된 제 1 전극부와 대향되는 위치에 출강구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하부 셀은, 상기 출강구가 형성된 상기 제 1 하부 공간을 이루는 바닥면이, 상기 제 2 하부 공간을 이루는 바닥면 보다 높게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용해로와 상기 제 2 용해로의 적어도 일부분이 합쳐진 형태의 상기 이중 용해로를 상기 수평 방향 또는 상기 수평 방향 및 상기 수직 방향에 수직한 폭 방향으로 이중 경동시킬 수 있는 경동 장치;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 경동 장치는, 상기 경동 장치에 의해 경동되는 상기 이중 용해로의 중심을 유지할 수 있도록, 상기 이중 용해로의 하측의 상기 이중 용해로의 중심과 대응되는 부분에서, 상기 이중 용해로를 틸팅(Tilting) 가능하게 지지하는 지지 실린더; 및 상기 이중 용해로를 적어도 삼점 지지할 수 있도록 상기 지지 실린더를 중심으로 적어도 세 개가 방사상으로 배치되어, 상기 이중 용해로를 상기 수평 방향 또는 상기 폭 방향으로 선택적으로 경동시킬 수 있도록 개별적으로 승하강 구동이 가능한 복수의 구동 실린더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 경동 장치는, 상기 이중 용해로 내부의 용융 금속을 출강 시에는, 상기 이중 용해로가 출강구가 형성된 상기 제 1 용해로 방향으로 경동될 수 있도록 상기 이중 용해로를 상기 수평 방향으로 경동시키고, 상기 제 1 용해로 내부의 슬래그 또는 상기 제 2 용해로 내부의 슬래그의 배재 시에는, 상기 이중 용해로가 상기 제 1 용해로의 제 1 슬래그 도어 및 상기 제 2 용해로의 제 2 슬래그 도어 방향으로 경동될 수 있도록 상기 이중 용해로를 상기 폭 방향으로 경동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 예열 공급부는, 핑거형 축로(Finger type shaft furnace)로 형성될 수 있도록, 원통 형상 또는 다각통 형상으로 상기 수직 방향으로 길게 연장되게 형성되는 예열 챔버; 및 개방된 상기 예열 챔버의 하측에 설치되어, 상기 예열 챔버 하측을 선택적으로 개방시키는 챔버 도어;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, 광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials) 및 저입도 스크랩(Scrap)과, 일반 스크랩을 병행 투입함을 기본으로 하며, 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리(주성분이 SiO2와 Al2O3로 구성된 맥석은 주로 산성 슬래그로 작용하여 유입량이 많을 경우, 용강 내 P성분을 정련/제거하기 위해 다량의 CaO를 투입하게 되는 원인으로, 조재제 원단위 상승과 이로 인해 발생한 다량의 슬래그는 용강 회수율 하락, 에너지 소모량 증가, 조업시간 증가 등의 비경제적 구조를 만드는 주요요인으로 작용함)하여, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로를 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 종래의 “고로-전로” 생산체계를 “전기로” 생산체계로 전환하기 위해, 다량의 광석 기반 철원(대표적으로 DRI)을 투입함과 동시에, 종래의 “고로-전로” 생산체계와 동일 또는 이상의 생산성/경제성/품질을 확보할 수 있는 신개념의 전기로 용해법에 관한 것으로서, 광석 기반 철원의 다량 사용이 가능한 새로운 형태의 전기로로, 철강생산의 탄소중립을 구현할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
예컨대, 본 발명의 이중 용해로 구조를 가지는 전기로를 적용할 경우, DRI에서 유입되는 다량의 맥석에 의한 조업 영향성을 제 1 용해로에서 효과적으로 분리 배출시켜 최적의 정련 조건을 유지/관리할 수 있으며, 광석 기반 철원 전용의 고효율의 제 1 용해로를 활용한 DRI의 다량 적용이 가능하여, Tramp 성분의 저감이 가능하고, 광석 기반 철원이 연속 장입되는 제 1 용해로와 이와 이중 구조로 연결된 제 2 용해로를 통한 스크랩의 투입/운영 방법을 통해 완전한 Flat Bath 조업과, 배가스 덕트 구조로 인한 아크 실링(Arc Sealing)을 통해 질소 픽업을 차단하는 효과를 얻을 수 있어 전로의 출강 N수준 확보가 가능할 수 있다. 또한, 제 1 용해로의 고에너지 집약 구조와, 배가스를 이용한 제 2 용해로의 스크랩 예열 및 제 1 용해로와 제 2 용해로의 동시 조업은, 에너지 소비량을 일반 스크랩 조업 수준 이하로, 조업을 전로 수준으로 단축시킬 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 7은 도 1의 전기로의 조업 과정을 단계별로 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 8 및 도 9는 도 1의 전기로의 경동 과정을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 종래의 전기로를 이용한 조업 실적과 본 발명의 전기로를 이용한 예상 조업 지표를 비교한 결과를 나타내는 표이다.
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 7은 도 1의 전기로(1000)의 조업 과정을 단계별로 개략적으로 나타내는 단면도들이고, 도 8 및 도 9는 도 1의 전기로(1000)의 경동 과정을 개략적으로 나타내는 단면도들이며, 도 10 및 도 11은 종래의 전기로를 이용한 조업 실적과 본 발명의 전기로(1000)를 이용한 예상 조업 지표를 비교한 결과를 나타내는 표이다.
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)을 주로 포함하되 일부 저입도 스크랩(Shredder, 입선 등)을 함께 포함할 수 있는 제 1 철원(도 4의 1)을 장입시켜 용해할 수 있는 용해로로서, 천장을 통해 연속 투입된 제 1 철원(1)의 투입 속도에 맞춰 제어되는 에너지 투입(제 1 철원(1)의 용해 에너지 및 로내 용융 금속(도 4의 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 철원(1)이 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 철원(도 4의 2)으로 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) 및 격벽 유닛(400)에 대해 보다 상세하게 기술하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 상부 셀(100)은, 내화물로 구성되어, 제 1 철원(1)이 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 철원(1)으로 광석 기반 철원(OBM's) 및 일부 포함될 수 있는 저입도 스크랩을 연속 투입/용해하는 목적하에 그 특성 상 아크 발생 위치가 용탕 Level(Hot Heel ~ Matal 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 철원(1)을 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 철원(1)을 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 철원(1)을 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 철원(1)으로 투입되는 상대적으로 용강 보다 저비중인 광석 기반 철원(OBM's)이 슬래그(4a) 또는 용융 금속(3)과 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 슬래그(4a) 포밍이 필요하고, 이후 광석 기반 철원(OBM's)의 투입에 따라 다량의 맥석이 유입되어 슬래그(4a)의 양이 급격히 증가하면 오히려 슬래그(4a)의 포밍을 억제해야 하는 등, 제 1 용해로(10)에서는 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 철원(1)으로, 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 자유낙하시켜(위치에너지 → 운동에너지) 충분한 운동에너지를 확보한 형태로 로천장에 복수의 교류 전극(111, 112, 113)과 각각 대응되게 확보된 복수의 투입구를 통해 로내로 제 1 철원(1)을 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 철원(1)을 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 철원(2)으로 스크랩이 투입되어 용해되는 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 이룰 수 있다. 여기서, 제 2 철원(2)은, 스크랩(Scrap)을 주로 포함하되, 일부 고입도 광석 기반 철원을 함께 포함할 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 철원(2)을 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 철원(2)을 임시 저장하고, 제 2 용해로(20) 내부에서 발생된 폐열을 이용하여 상기 저장 공간에 임시 저장된 제 2 철원(2)을 예열시킨 후, 제 2 용해로(20)의 제 2 상부 공간(A2-1)을 통해 제 2 철원(2)을 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 철원(2)을 공급한 직후에는, 상부 직류 전극(211)과 제 2 하부 전극(212b) 간의 통전을 일으키고, 제 2 철원(2)의 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 철원(2)의 장입 시, 제 2 전극부(210)의 중심에서 떨어진 예열 공급부(220) 하부쪽에 제 2 철원(2)이 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 철원(2)의 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 형상 또는 다각통 형상으로 수직 방향(Z축 방향)으로 길게 연장되게 형성되는 예열 챔버(221) 및 개방된 예열 챔버(221)의 하측에 설치되어, 제 2 철원(2)을 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 철원(2)을 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 철원(2)의 투입 비율이 일반 전기로에 비해 매우 낮을 수 있다. 이에 따라, 예열 공급부(220)는, 1회 용해 작업에 필요한 제 2 철원(2)을 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 철원(2)을 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 콜드 존(Cold 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, CO 등)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 철원(2)으로 투입되어 용해되는 스크랩은, 용해할 때 산화성 분위기의 슬래그(4b)를 형성해야한다. 용강 내 불순물인 P를 제거하기 위한 산화성 분위기의 조업으로 슬래그(4b) 내 산소 이온을 용강 내 P와 결합하여 P2O5를 형성시킬 수 있다. 이러한, P2O5는, 슬래그(4b) 내 일부 성분이 되어 용강내 P를 줄이게 될 수 있다. 반대로, 제 1 용해로(10)에서 제 1 철원(1)으로 투입되어 용해되는 광석 기반 철원(OBM's)은, 용해할 때 환원성 분위기의 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 슬래그(4a)와 스크랩에 따른 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 철원(1)과 제 2 철원(2) 같이 서로 다른 특성의 주원료(OBM's vs. 일반 Scrap)의 용해 및 일부 정련 작업이, 제 1 용해로(10)의 슬래그(4a)와 제 2 용해로(20)의 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 구동장치에 의해 조정될 수 있다. 이는, 본 발명의 이중 용해로(F)를 구현하는 주요 장치일 수 있다.
이와 같이, 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 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 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 철원(1)으로 투입된 광석 기반 철원(OBM's)의 용해에 따라 생성된 다량의 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 슬래그(4a)는 기본적으로, 제 2 용해로(20)에서 생성되는 일반적인 스크랩 조업의 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 슬래그(4a)를 포밍시키게 된다. 발생되는 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 슬래그(4a)를 로내에 가둘 필요가 있으며, 이는 FeO 환원에도 유리할 수 있다. 때문에 조업 중에는 상방향으로 열리는 상부 도어(11a)(수냉형)를 개방하여 슬래그(4a)의 일정 레벨을 유지하고, 이후 슬래그(4a) 배재가 필요할 경우, 하방향으로 열리는 하부 도어(11b)를 개방하여 이를 제어할 수 있다. 이때, 다량의 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 슬래그(4b) 배출에 활용될 수 있다. 본 발명에 있어서 제 1 용해로(10)에 설치된 제 1 슬래그 도어(11)는, 다량 발생한 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 장치를 통해 구현되는 용융 금속 제조 공정 운영의 주요 특징을 기술하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 조업 초기에는 격벽 유닛(400)이 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 철원(1)으로 계속해서 투입되는 광석 기반 철원(OBM's)의 용해, 제 2 용해로(20)는, 슬래그(4b)의 포밍을 유지한 상태로 아킹(Arcing)을 통한 예열 공급부(220) 내부의 제 2 철원(2)인 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 상승(Level 1. → Level 2.)하고, 상승한 레벨(Level 2.)이 예열 중인 제 2 철원(2)의 투입 시 용융 금속(3) 내 완전히 잠길 수준에 도달하면, 챔버 도어(222)를 개방하여 예열 챔버(221) 내에서 예열된 제 2 철원(2)을 장입시킬 수 있다.
이와 같이, 용융 금속(3)의 레벨에 따라 예열된 제 2 철원(2)을 장입시킴으로써, 스크랩인 제 2 철원(2)의 용해 효율을 확보함과 동시에 아킹에 의한 질소(N) 픽업을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
이때, 상승한 용융 금속(3)의 레벨에 맞추어 격벽 유닛(400)이 상승됨으로써, 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)의 하부 공간(A1-2, A2-2) 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, 제 1 용해로(10)에서는, 슬래그(4a)의 레벨 조절을 위한 제 1 슬래그 도어(11)의 상부 도어(11a)의 상향 개방이 일어날 수 있으며, 제 2 용해로(20)에서는, 용융 금속(3)으로 장입된 제 2 철원(2)의 용해 및 차기 조업을 위해 예열 공급부(220)에 새로 임시 저장된 새로운 제 2 철원(2)의 예열이 일어날 수 있다. 이때에도, 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(A1-2, A2-2) 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, 격벽 유닛(400)을 완전히 상승시켜 완전히 개방함으로써, 제 1 슬래그 도어(11)의 상부 도어(11a)의 상향 개방으로 제 1 용해로(10)의 슬래그(4a)(정련능 하락 요인)의 배재 후, 제 2 용해로(20)의 슬래그(4b)와 혼합하여 최종 정련을 실시할 수 있다. 이와 같은, 격벽 유닛(400)의 완전 개방으로 정련 반응 계면적 확장을 통해 정련 효율을 극대화하는 효과를 가질 수 있다.
상술한 도 4 내지 도 7의 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 7에 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 슬래그(4a) 유지를 통해 광석 기반 철원(OBM's)에서 유입된 다량의 FeO 환원을 진행할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 이중 용해로(F) 내부의 용융 금속(3)을 출강 시에는, 경동 장치(700)의 제 2 용해로(20) 측의 구동 실린더(720)를 상승시킴으로써, 이중 용해로(F)의 수평 방향(X축 방향)으로의 경동이 이루어져, 이중 용해로(F)가 출강구(310)가 형성된 제 1 용해로(10) 방향으로 경동될 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 조업 중 격벽 유닛(400)이 제 1 용해로(10)와 제 2 용해로(20)를 분리한 상태에서, 제 1 용해로(10) 내부의 슬래그(4a) 또는 제 2 용해로(20) 내부의 슬래그(4b)의 강제 배재가 필요한 경우에는, 경동 장치(700)의 폭 방향(Y축 방향)의 내측 구동 실린더(720)를 상승시킴으로써, 이중 용해로(F)가 제 1 용해로(10)의 제 1 슬래그 도어(11) 및 제 2 용해로(20)의 제 2 슬래그 도어(21) 방향으로 경동될 수 있도록 이중 용해로(F)를 폭 방향(Y축 방향)으로 경동시킬 수 있다.
상술한, 도 8 또는 도 9와 같은 이중 용해로(F)의 원활한 경동을 위해, 예열 공급부(220)는, 이중 용해로(F)와 분리 가능한 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 제안된 특별한 경동 장치(700)에 의해, 이중 용해로(F) 본체의 하강 및 목적하는 방향으로 경동하는 구동절차가 진행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로(1000)에 따르면, 광석 기반 철원(OBM's : Ore Based Materials) 및 저입도 스크랩(Scrap)과, 일반 스크랩을 병행 투입함을 기본으로 하며, 광석 기반 철원에서 다량으로 유입되는 맥석 성분을 기존 슬래그에 혼입되지 않게 효과적으로 분리(주성분이 SiO2와 Al2O3로 구성된 맥석은 주로 산성 슬래그로 작용하여 유입량이 많을 경우, 용강 내 P성분을 정련/제거하기 위해 다량의 CaO를 투입하게 되는 원인으로, 조재제 원단위 상승과 이로 인해 발생한 다량의 슬래그는 용강 회수율 하락, 에너지 소모량 증가, 조업시간 증가 등의 비경제적 구조를 만드는 주요요인으로 작용함)하여, 주원료를 용해함과 동시에 정련을 수행할 수 있는 이중 용해로를 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 종래의 “고로-전로” 생산체계를 “전기로” 생산체계로 전환하기 위해, 다량의 광석 기반 철원(대표적으로 DRI)을 투입함과 동시에, 종래의 “고로-전로” 생산체계와 동일 또는 이상의 생산성/경제성/품질을 확보할 수 있는 신개념의 전기로 용해법에 관한 것으로서, 광석 기반 철원의 다량 사용이 가능한 새로운 형태의 전기로로, 철강생산의 탄소중립을 구현할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
예컨대, 본 발명의 이중 용해로 구조를 가지는 전기로를 적용할 경우, DRI에서 유입되는 다량의 맥석에 의한 조업 영향성을 제 1 용해로에서 효과적으로 분리 배출시켜 최적의 정련 조건을 유지/관리할 수 있으며, 광석 기반 철원 전용의 고효율의 제 1 용해로를 활용한 DRI의 다량 적용이 가능하여, Tramp 성분의 저감이 가능하고, 광석 기반 철원이 연속 장입되는 제 1 용해로와 이와 이중 구조로 연결된 제 2 용해로를 통한 스크랩의 투입/운영 방법을 통해 완전한 Flat Bath 조업과, 배가스 덕트 구조로 인한 아크 실링(Arc Sealing)을 통해 질소 픽업을 차단하는 효과를 얻을 수 있어 전로의 출강 N수준 확보가 가능할 수 있다. 또한, 제 1 용해로의 고에너지 집약 구조와, 배가스를 이용한 제 2 용해로의 스크랩 예열 및 제 1 용해로와 제 2 용해로의 동시 조업은, 에너지 소비량을 일반 스크랩 조업 수준 이하로, 조업을 전로 수준으로 단축시킬 수 있다.
예컨대, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 효과를 상용 전기로 실조업 실적을 기준으로 Table 1.의 DR급 DRI를 다량 적용하였을 경우, 상용 전기로와 본 발명의 예상 조업 지표와 비교하여 Table 2.에 나타내었다. 이때, 예상 조업 실적은 도 10의 DRI의 성분 기준으로 적용 조업 시 변하는 주요 지표를 대상으로 한 간단한 에너지 및 물질정산을 수행하여 반영하였다.
도 11의 Table 2.에 도시된 바와 같이, 전력 사용량은 상용 전기로에서는 617kWh/톤이 사용되었으나, 본 발명의 예상 조업 지표에 따르면 361kWh/톤이 사용되는 것으로 예상되어, 전력 사용량이 절반 가까이 절감되는 것으로 나타났으며, 조업 시간은 상용 전기로에서는 84분이 소요되었으나, 본 발명의 예상 조업실적에 따르면 39분이 소요되는 것으로 나타나, 조업 시간 또한 절반 가까이 절감되는 것으로 나타났다. 이때, Cu 수준 및 N 수준은, ≤0.03% 및 ≤30ppm으로 전로와 유사 수준으로 제어가 가능하며, 본 발명의 예상 조업 지표가 모두 상용 스크랩 전기로와 비교 시 동일 또는 더 우수한 수준인 것으로 예상되었다.
여기서, 도 11의 상용 전기로의 조업 결과는, 기준 조업 상용 전기로에서 실시한 스크랩 100% 실조업의 평균 실적이며, 본 발명 실시예의 예상 조업 지표는, DRI 80% + 스크랩 20% 적용 시에 해당한다.
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.

Claims (20)

  1. 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; 및
    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;
    을 포함하는, 전기로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 셀은,
    상기 제 1 용해로가 내열 구조를 가질 수 있도록, 로벽이 내화물로 형성되는, 전기로.
  3. 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.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극부는,
    상기 제 1 루프부의 소천정의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 복수의 교류(AC) 전극을 포함하고,
    상기 복수의 철원 공급부는,
    각각의 개별 철원 공급부가 그와 대응되는 개별 교류 전극의 화점을 향해 상기 제 1 철원을 연속적으로 공급하는, 전기로.
  5. 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.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 전극부는,
    상기 제 2 루프부의 소천정을 통해 삽입되어, 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간 측에 형성되는 상부 직류(DC) 전극; 및
    상기 하부 셀의 바닥면에서 상기 상부 직류 전극과 상기 수직 방향으로 대향되게 설치되어, 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 하부 공간 측에 형성되는 하부 직류 전극;을 포함하고,
    상기 하부 직류 전극은,
    상기 상부 직류 전극과 정면으로 마주보게 형성될 수 있도록, 상기 하부 셀의 바닥면에서 그 중심축이 상기 상부 직류 전극의 중심축과 동축을 이룰 수 있도록 형성되는 제 1 하부 전극; 및
    상기 상부 직류 전극과 경사진 방향으로 마주보게 형성될 수 있도록, 상기 하부 셀의 바닥면에서 그 중심축이 상기 상부 직류 전극의 중심축과 소정의 각도로 경사지게 형성되어, 상기 상부 직류 전극을 기준으로 상기 예열 공급부 측으로 편향되도록 형성되는 제 2 하부 전극;
    을 포함하는, 전기로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극부는,
    상기 예열 공급부가 상기 제 2 철원을 공급한 직후에는, 상기 상부 직류 전극과 상기 제 2 하부 전극 간의 통전을 일으키고, 상기 제 2 철원의 용해가 완료 된 후에는 상기 상부 직류 전극과 상기 제 1 하부 전극 간의 통전을 일으키는, 전기로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 상부 셀의 상기 제 1 상부 공간과 상기 하부 셀의 상기 제 1 하부 공간으로 이루어지는 상기 제 1 용해로의 체적은, 상기 제 2 상부 셀의 상기 제 2 상부 공간과 상기 하부 셀의 상기 제 2 하부 공간으로 이루어지는 상기 제 2 용해로의 체적 보다 작은 체적으로 형성되는, 전기로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 용해로의 상기 제 1 상부 공간과 상기 제 2 용해로의 상기 제 2 상부 공간이 서로 연통될 수 있도록, 덕트(Duct) 형태로 상기 제 1 상부 셀과 상기 제 2 상부 셀을 연결하여, 상기 제 1 용해로에서 발생하는 폐열을 상기 제 2 용해로 측으로 공급하는 배가스 덕트;
    를 더 포함하는, 전기로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 용해로는,
    상기 제 1 용해로에서 발생하는 슬래그를 선택적으로 배재할 수 있도록, 상기 제 1 상부 셀과 상기 하부 셀의 경계 부분에 형성되고, 상기 수직 방향으로 마주보게 형성되어 상방으로 개방되는 상부 도어 및 하방으로 개방되는 하부 도어를 포함하는 이중 도어로 형성되는 제 1 슬래그 도어;
    를 포함하는, 전기로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 용해로는,
    조업 중에는 상기 제 1 용해로 내부의 슬래그의 높이를 소정의 레벨로 일정하게 유지할 수 있도록 상기 상부 도어를 개방하고, 상기 제 1 용해로 내부의 슬래그를 배재 시에는 상기 하부 도어를 개방하는, 전기로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 용해로는,
    상기 제 2 용해로에서 발생하는 슬래그를 선택적으로 배재할 수 있도록, 상기 제 2 상부 셀과 상기 하부 셀의 경계 부분에 형성되고, 상방 또는 하방으로 개방되는 단일 도어로 형성되는 제 2 슬래그 도어;
    를 포함하는, 전기로.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 용해로와 상기 제 2 용해로 간의 용융 금속의 유동을 제어할 수 있도록, 상기 하부 셀의 바닥면에 배치되어 가스를 배출하는 복수의 플러그(Plug)를 포함하는 가스 저취 장치;
    를 더 포함하는, 전기로.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 셀은,
    상기 이중 용해로 내부의 용융 금속을 출강할 수 있도록, 상기 제 1 하부 공간을 이루는 바닥면에서 상기 제 1 상부 셀의 상측에 형성된 제 1 루프부의 소천정에 설치된 제 1 전극부와 대향되는 위치에 출강구가 형성되는, 전기로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부 셀은,
    상기 출강구가 형성된 상기 제 1 하부 공간을 이루는 바닥면이, 상기 제 2 하부 공간을 이루는 바닥면 보다 높게 형성되는, 전기로.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 용해로와 상기 제 2 용해로의 적어도 일부분이 합쳐진 형태의 상기 이중 용해로를 상기 수평 방향 또는 상기 수평 방향 및 상기 수직 방향에 수직한 폭 방향으로 이중 경동시킬 수 있는 경동 장치;
    를 더 포함하는, 전기로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 경동 장치는,
    상기 경동 장치에 의해 경동되는 상기 이중 용해로의 중심을 유지할 수 있도록, 상기 이중 용해로의 하측의 상기 이중 용해로의 중심과 대응되는 부분에서, 상기 이중 용해로를 틸팅(Tilting) 가능하게 지지하는 지지 실린더; 및
    상기 이중 용해로를 적어도 삼점 지지할 수 있도록 상기 지지 실린더를 중심으로 적어도 세 개가 방사상으로 배치되어, 상기 이중 용해로를 상기 수평 방향 또는 상기 폭 방향으로 선택적으로 경동시킬 수 있도록 개별적으로 승하강 구동이 가능한 복수의 구동 실린더;
    를 포함하는, 전기로.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 경동 장치는,
    상기 이중 용해로 내부의 용융 금속을 출강 시에는, 상기 이중 용해로가 출강구가 형성된 상기 제 1 용해로 방향으로 경동될 수 있도록 상기 이중 용해로를 상기 수평 방향으로 경동시키고, 상기 제 1 용해로 내부의 슬래그 또는 상기 제 2 용해로 내부의 슬래그의 배재 시에는, 상기 이중 용해로가 상기 제 1 용해로의 제 1 슬래그 도어 및 상기 제 2 용해로의 제 2 슬래그 도어 방향으로 경동될 수 있도록 상기 이중 용해로를 상기 폭 방향으로 경동시키는, 전기로.
  19. 제 5 항에 있어서,
    상기 예열 공급부는,
    핑거형 축로(Finger type shaft furnace)로 형성될 수 있도록, 원통 형상 또는 다각통 형상으로 상기 수직 방향으로 길게 연장되게 형성되는 예열 챔버; 및
    개방된 상기 예열 챔버의 하측에 설치되어, 상기 예열 챔버 하측을 선택적으로 개방시키는 챔버 도어;
    를 포함하는, 전기로.
  20. 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.
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