WO2024085385A1 - 제강 방법 - Google Patents

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WO2024085385A1
WO2024085385A1 PCT/KR2023/011152 KR2023011152W WO2024085385A1 WO 2024085385 A1 WO2024085385 A1 WO 2024085385A1 KR 2023011152 W KR2023011152 W KR 2023011152W WO 2024085385 A1 WO2024085385 A1 WO 2024085385A1
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WO
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molten
iron
molten steel
producing
carbon dioxide
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Application number
PCT/KR2023/011152
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English (en)
French (fr)
Inventor
최재윤
Original Assignee
현대제철 주식회사
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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
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing steel.
  • methods for manufacturing steel include a blast furnace-converter process and an electric furnace process.
  • the blast furnace-converter process includes a process of charging iron ore and bituminous coal (e.g., coke) into a blast furnace and melting them with hot air to produce molten iron, and a process of charging molten iron from a blast furnace into a converter to remove impurities such as carbon to produce molten steel. do.
  • bituminous coal e.g., coke
  • the electric furnace process includes manufacturing molten steel by melting iron scrap (STEEL SCRAP) in an electric arc furnace (ELECTRIC ARC FURNACE; EAF).
  • Molten steel manufactured by the two methods described above is made into semi-finished products through a continuous casting process, and the semi-finished products are made into finished products through a subsequent rolling process.
  • the purpose of the present invention is to provide a steelmaking method that can reduce carbon dioxide emissions generated during the steelmaking process.
  • a steelmaking method includes the steps of producing molten iron by inputting a first raw material into a blast furnace; Producing first molten steel by inputting a second raw material into an electric furnace; and producing second molten steel by inputting the molten iron, the first molten steel, and iron scrap into a converter.
  • the amount of carbon dioxide (K) emitted when producing 1 ton of the second molten steel is defined by the following equation 1
  • the amount of carbon dioxide (K) emitted when producing 1 ton of the second molten steel is defined by the following equation 2 satisfies:
  • ⁇ , ⁇ , and ⁇ are the carbon dioxide emission coefficient of the molten iron, the carbon dioxide emission coefficient of the first molten steel, and the carbon dioxide emission coefficient of the iron scrap, respectively,
  • Equation 2 ⁇ is as defined in Equation 1 above.
  • X may be between 0 and less than 1
  • Y may be between 0 and 1
  • Z may be between 0 and 1.
  • X can be greater than or equal to 0.4 and less than 1.
  • Equation 3 a steelmaking method that satisfies Equation 3 below:
  • Equation 3 X and Z are the same as defined in Equation 1 above.
  • the amount of carbon dioxide (K) emitted when producing 1 ton of the second molten steel may be 1.7 tons or less.
  • the temperature of the first molten steel may be higher than the temperature of the molten iron.
  • the step of generating the second molten steel includes mixing the molten iron and the first molten steel to form an intermediate molten metal, and then mixing the intermediate molten metal and the iron scrap to form a final molten metal. can do.
  • generating the second molten steel may include generating the second molten steel by simultaneously mixing the molten iron, the first molten steel, and the iron scrap.
  • the first raw material may include iron ore
  • the second raw material may include at least one of hot briquetted iron (HBI), direct reduced iron (DRI), and iron scrap.
  • the step of generating a slab by playing the second molten steel may be further included.
  • a steelmaking method includes producing a first molten metal; producing a second molten metal having a lower carbon content than the carbon content of the first molten metal; and producing molten steel by inputting the first molten metal, the second molten metal, and iron scrap into a converter; Includes, the amount of carbon dioxide (K) emitted when producing 1 ton of the second molten steel is defined by the following equation 1, and the amount of carbon dioxide (K) emitted when producing 1 ton of the second molten steel is defined by the following equation 2 satisfies:
  • ⁇ , ⁇ , and ⁇ are the carbon dioxide emission coefficient of the molten iron, the carbon dioxide emission coefficient of the first molten steel, and the carbon dioxide emission coefficient of the iron scrap, respectively,
  • Equation 2 ⁇ is as defined in Equation 1 above.
  • the carbon content of the first molten metal may be 2 wt % or more, and the carbon content of the second molten metal may be 2 wt % or less.
  • the first molten metal may be manufactured by melting raw materials containing iron ore in a blast furnace, and the second molten metal may be manufactured by melting raw materials containing iron scrap in an electric furnace.
  • a steelmaking method includes the steps of producing molten iron by inputting a first raw material into a blast furnace; Producing first molten steel by inputting a second raw material into an electric furnace; and producing second molten steel by inputting the molten iron, the first molten steel, and iron scrap into a converter.
  • the method of manufacturing steel according to an embodiment of the present invention combines molten iron, first molten steel, and iron scrap to produce second molten steel, thereby reducing the amount of carbon dioxide emitted during the process of manufacturing steel.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a steel manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart specifying steps for preparing molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart detailing the steps of combining molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a steel manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart specifying steps for preparing molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flow chart specifying the steps of combining molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap shown in FIG. 1.
  • the steelmaking method refers to a process of extracting iron from raw materials such as iron ore, iron scrap, etc. to produce a steel product.
  • Electric furnace molten steel refers to molten steel produced in an electric furnace, and may be referred to as first molten steel in this specification.
  • Converter molten steel which will be described later, refers to molten steel produced in a converter, and may be referred to as second molten steel in this specification.
  • the steelmaking method (S10) includes preparing molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap (S100), combining molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap (S200), and converter molten steel. It includes a tapping step (S300) and a product manufacturing step (S400).
  • the step of preparing molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap includes preparing molten iron (S110), preparing electric furnace molten steel (S120), and iron scrap. It includes a step of preparing (S130).
  • the step of preparing molten iron (S110) may include manufacturing the molten iron (S111), repairing the molten iron (S112), and moving the molten iron (S113).
  • molten iron may be manufactured using a first raw material containing iron ore.
  • iron ore and coke are charged into the blast furnace.
  • hot air is injected into the blast furnace to reduce and melt the iron ore, thereby producing molten iron.
  • iron ore may be introduced into the blast furnace in the form of reduced iron (eg, DRI, HBI, etc.).
  • hydrogen gas may be used as a reducing agent instead of coke.
  • Molten iron may contain carbon.
  • the carbon content contained in the molten iron may be 2 wt% or more based on the total weight of the molten iron.
  • the molten iron produced in the blast furnace can be transferred to the first transport vehicle.
  • the first transport vehicle may be a TORPEDO LADLE CAR (TLC).
  • TLC TORPEDO LADLE CAR
  • OLC OPEN LADLE CAR
  • the first transport vehicle on which the chartered iron has been repaired can be moved to the vicinity of the subsequent converter facility.
  • the above-described content is an example of the step of preparing molten iron (S110), and the method of manufacturing molten iron is not limited to the above-described content.
  • molten iron is produced in a blast furnace, but it may also be possible to produce molten iron using an electric furnace.
  • the step of preparing molten steel with an electric furnace includes a step of manufacturing molten steel with an electric furnace (S121), a step of processing the molten steel with an electric furnace (S122), and a step of moving the molten steel with an electric furnace (S123). It can be included.
  • molten iron can be manufactured by melting the second raw material in an electric arc furnace (ELECTRIC ARC FURNACE; EAF).
  • the second raw material may include at least one of hot briquetted iron (HBI), direct reduced iron (DRI), and iron scrap.
  • Furnace molten steel may contain carbon.
  • the carbon content of the electric furnace molten steel may be 2 wt% or less based on the total mass of the electric furnace molten steel.
  • the above-described content is an example of the step (S121) of manufacturing molten steel in an electric furnace, and the method of manufacturing molten steel in an electric furnace is not limited to the above-described content.
  • step of processing molten steel with an electric furnace it is determined whether the molten steel with an electric furnace is solidified, and the temperature of the molten steel with an electric furnace can be raised or a recarburizing agent can be added.
  • raising the temperature of molten steel in an electric furnace may be performed by a LF (LADLE FURNACE) refining machine.
  • the electric furnace molten steel can be placed in a ladle and the ladle can be moved to the vicinity of the converter facility.
  • the ladle may be a bowl with an open top and a defined space inside.
  • the step of preparing iron scrap (S130) may include moving the iron scrap to the vicinity of the converter facility.
  • the step of preparing molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap (S100) After the step of preparing molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap (S100), the step of combining the molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap (S200) is performed.
  • the step of combining molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap (S200) may be a step of producing converter molten steel by combining molten iron, electric furnace molten steel (hereinafter referred to as first molten steel), and iron scrap in a converter.
  • the amount (K) of carbon dioxide emitted to produce 1 ton of converter molten steel (hereinafter referred to as second molten steel) is defined by the following equation 1.
  • Equation 1 ⁇ , ⁇ , and ⁇ are the carbon dioxide emission coefficient of the molten pig iron, the carbon dioxide emission coefficient of the first molten steel, and the carbon dioxide emission coefficient of the iron scrap, respectively.
  • the amount of carbon dioxide (K) emitted to produce 1 ton of converter molten steel (hereinafter referred to as second molten steel) satisfies Equation 2 below.
  • Equation 2 ⁇ is as defined in Equation 1 above.
  • the steelmaking method of the present invention uses only molten iron (when By doing so, the amount of carbon dioxide emitted in the steelmaking process can be reduced.
  • the steelmaking method of the present invention can reduce the amount (K) of carbon dioxide emitted during production of the second molten steel by minimizing the mixing ratio of molten iron with high carbon dioxide emissions during the production process of the second molten steel.
  • the amount (K) of carbon dioxide emitted when producing 1 ton of second molten steel may be 1.7 tons or less.
  • embodiments of the present invention are not limited thereto.
  • X in Formula 1 may be 0 or more and less than 1, Y may be 0 or more and 1 or less, and Z may be 0 or more and 1 or less.
  • Equation 1 That is, when producing the second molten steel, molten iron and first molten steel can be essentially used.
  • Equation 1 X may be 0.4 to 1, Y may be 0 to 1, and Z may be 0 to 1. If X is less than 0.4, operation may be substantially difficult due to a lack of heat source.
  • the steelmaking method of the present invention can satisfy Equation 3 below.
  • Equation 3 X and Z are the same as defined in Equation 1 above.
  • Equation 3 means that (molten iron mass/(molten iron mass+iron scrap mass)) x 100(%) satisfies 80% or less when producing the second molten steel in the steelmaking method of the present invention. This means that the mixing ratio of molten iron to iron scrap has been reduced in the steelmaking method of the present invention, compared to the hot metal ratio (HMR) of more than 85% when producing molten steel by charging molten iron and iron scrap into the blast furnace in the past. .
  • HMR hot metal ratio
  • the steelmaking method of the present invention can reduce carbon dioxide emissions when producing the second molten steel.
  • the step of combining molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap according to one embodiment includes combining the molten iron and electric furnace molten steel to create an intermediate molten metal (S210); It may include a step (S220) of producing the final molten metal by combining the intermediate molten metal and iron scrap.
  • the step of generating an intermediate molten metal by combining the molten iron and electric furnace molten steel may be a step of first combining the molten iron and electric furnace molten steel, excluding iron scrap.
  • the composition of the intermediate molten metal produced at this time can be adjusted before it is combined with iron scrap.
  • impurities eg, silicon, phosphorus, and sulfur
  • present in the intermediate molten metal may be removed in a molten iron preprocessor.
  • a step (S220) of generating the final molten metal by combining the intermediate molten metal and iron scrap may be performed. Specifically, the intermediate molten metal and iron scrap from which impurities have been removed are charged into the converter, and the final molten metal can be produced.
  • the temperature and composition of the final molten metal can be adjusted by the LF refining machine.
  • the present invention is not limited to the above, and a vacuum degassing process may be additionally performed.
  • the step of combining molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap may include simultaneously adding molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap into a converter to combine them.
  • the step of tapping the converter molten steel (S300) may be performed.
  • the step (S400) of manufacturing a product by continuously casting molten steel with an electric furnace may proceed.
  • the step of manufacturing a product may include making a semi-finished product from molten steel in an electric furnace and making a finished product from the semi-finished product.
  • electric furnace molten steel may be made into a semi-finished product through a continuous casting (CONTINUOUS CASTING) process.
  • semi-finished products can be slabs or billets.
  • the semi-finished product may be bloom.
  • the semi-finished product can then be made into a finished product by a rolling process.
  • the rolling process may be performed as a hot rolling process or a cold rolling process.
  • the finished product may be steel plate or wire rod.
  • the steelmaking method manufactures steel by inputting molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap into a converter, thereby reducing the amount of molten iron compared to the prior art and reducing the amount of carbon dioxide generated in the steelmaking process. You can do it.
  • the steelmaking method according to an embodiment of the present invention is not limited to the above-described content.
  • a steelmaking method includes producing a first molten metal, producing a second molten metal having a carbon content lower than the carbon content of the first molten metal, and producing the first molten metal, the second molten metal, and iron scrap. It includes the step of producing molten steel by putting it into a converter.
  • the carbon content of the first molten metal may be 2 wt% or more based on the total mass of the first molten metal.
  • the first molten metal may be manufactured by melting raw materials containing iron ore in a blast furnace, and may be, for example, molten iron.
  • the embodiment of the first molten metal is not limited to this.
  • the carbon content of the second molten metal may be 2 wt% or less based on the total mass of the second molten metal.
  • the second molten metal may be manufactured by melting raw materials including iron scrap in an electric furnace, and may be, for example, electric furnace molten steel.
  • the embodiment of the second molten metal is not limited to this.
  • molten steel produced by inputting the first molten metal, the second molten metal, and iron scrap into a converter may be electric furnace molten steel.
  • the first molten metal, the second molten metal, and the molten steel may satisfy the above-described [Equation 1], [Equation 2], and [Equation 3].
  • the relationship between molten iron, electric furnace molten steel, and converter molten steel may be a relationship between the first molten metal, the second molten metal, and the molten steel.
  • the steelmaking method manufactures molten steel by further including a first molten metal with a relatively high carbon content as well as a second molten metal with a relatively low carbon content, thereby reducing the carbon dioxide generated in the steelmaking process. Emissions can be reduced.
  • Tables 1 and 2 below calculate the amount of carbon dioxide (K) emitted when producing 1 ton of second molten steel according to the mixing ratio and emission coefficient ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap. It was.
  • the steelmaking method of one embodiment produces steel by inputting molten iron, electric furnace molten steel, and iron scrap into a converter, thereby reducing the input amount of molten iron and reducing the amount of carbon dioxide emissions generated in the steelmaking process. can be reduced.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법은 고로에 제1 원료를 투입하여 용선을 생산하는 단계, 전기로에 제2 원료를 투입하여 제1 용강을 생산하는 단계, 및 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 제2 용강을 생산하는 단계를 포함한다. 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 1로 정의된다. 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 2를 만족한다. [식 1] 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)=α×X+β×Y+γ×Z [식 2] 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)<α

Description

제강 방법
본 발명은 강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강을 제조하는 방법은 고로-전로 공정과 전기로 공정을 포함한다.
고로-전로 공정은 고로에 철광석과 유연탄(예컨대, 코크스)을 장입하고 열풍으로 녹여 용선을 제조하는 공정과 고로에서 출선된 용선을 전로에 장입하여 탄소 등 불순물을 제거하여 용강을 제조하는 공정을 포함한다.
전기로 공정은 철 스크랩(STEEL SCRAP)을 전기로(ELECTRIC ARC FURNACE; EAF)에 의해 용융시켜 용강을 제조하는 공정을 포함한다.
전술한 두 가지 방법에 의해 제조된 용강은 연속 주조(CONTINUOUS CASTING) 공정에 의해 반제품으로 만들어지고, 반제품은 후속된 압연(ROLLING) 공정을 통해 완제품으로 만들어진다.
한편, 최근에는 각 산업 분야에서 배출되는 온실가스로 인해 급격한 기후 변화가 국제적인 문제로 화두되고 있다. 철강 산업 분야에서는 온실가스의 대표적인 예인 이산화탄소의 배출양을 줄이기 위한 연구개발을 진행하고 있다.
본 발명은 제철 과정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감할 수 있는 제강 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법은 고로에 제1 원료를 투입하여 용선을 생산하는 단계; 전기로에 제2 원료를 투입하여 제1 용강을 생산하는 단계; 및 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 제2 용강을 생산하는 단계; 를 포함하고, 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 1로 정의되고, 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 2를 만족한다:
[식 1]
상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)=α×X+β×Y+γ×Z
상기 식 1에서, X는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 용선의 질량 비율이고, Y는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 제1 용강의 질량 비율이고, Z는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 철 스크랩의 질량 비율이고, X+Y+Z=1이고,
α, β, 및 γ는 각각 상기 용선의 이산화탄소 배출 계수, 상기 제1 용강의 이산화탄소 배출 계수, 및 상기 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수이고,
[식 2]
상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)<α
상기 식 2에서 α는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
일 실시예에서, X는 0 이상 1 미만이고, Y는 0 이상 1 이하이고, Z는 0 이상 1 이하일 수 있다.
일 실시예에서, X는 0.4 이상 1 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 하기 식 3을 만족하는 제강 방법:
[식 3]
(X/(X+Z))×100(%) ≤ 80(%)
상기 식 3에서 X 및 Z는 상기 식 1에서 정의한 바와 동일하다.
일 실시예에서, 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 1.7톤 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 용강을 생산하는 단계에서, 상기 제1 용강의 온도는 상기 용선의 온도 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 용강을 생성하는 단계는, 상기 용선 및 상기 제1 용강을 혼합하여 중간 용탕을 형성하고, 이후 상기 중간 용탕 및 상기 철 스크랩을 혼합하여 최종 용탕을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 용강을 생성하는 단계는, 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩을 동시에 혼합하여 상기 제2 용강을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 원료는 철광석을 포함하고, 상기 제2 원료는 HBI(Hot Briquetted Iron), DRI(Direct Reduced Iron, DRI) 및 철 스크랩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 용강을 연주하여 슬라브를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법은 제1 용탕을 생산하는 단계; 상기 제1 용탕의 탄소 함량보다 낮은 탄소함량을 갖는 제2 용탕을 생산하는 단계; 및 상기 제1 용탕, 상기 제2 용탕, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 용강을 생산하는 단계; 를 포함하고, 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 1로 정의되고, 상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 2를 만족한다:
[식 1]
상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)=α×X+β×Y+γ×Z
상기 식 1에서, X는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 용선의 질량 비율이고, Y는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 제1 용강의 질량 비율이고, Z는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 철 스크랩의 질량 비율이고, X+Y+Z=1이고,
α, β, 및 γ는 각각 상기 용선의 이산화탄소 배출 계수, 상기 제1 용강의 이산화탄소 배출 계수, 및 상기 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수이고,
[식 2]
상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)<α
상기 식 2에서 α는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
일 실시예에서, 상기 제1 용탕의 탄소 함유량은 2 wt % 이상이고, 상기 제2 용탕의 탄소 함유량은 2 wt % 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 용탕은 철광석을 포함하는 원료를 고로에서 용융시켜 제조되고, 상기 제2 용탕은 철 스크랩을 포함하는 원료를 전기로에서 용융시켜 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법은 고로에 제1 원료를 투입하여 용선을 생산하는 단계; 전기로에 제2 원료를 투입하여 제1 용강을 생산하는 단계; 및 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 제2 용강을 생산하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 강을 제조하는 방법은 용선, 제1 용강, 및 철 스크랩을 합탕하여 제2 용강을 제조함으로써, 강을 제조하는 과정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 준비하는 단계를 구체화한 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계를 구체화한 순서도이다.
본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예가 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2는 도 1에 도시된 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 준비하는 단계를 구체화한 순서도이다. 도 3은 도 1에 도시된 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계를 구체화한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제강 방법은 철광석(IRON ORE), 철 스크랩(STEEL SCRAP) 등과 같은 원료로부터 철을 추출하여 강(STEEL) 제품을 만드는 공정을 말한다. 전기로 용강은 전기로에서 생성된 용강을 의미하여, 본 명세서에서 제1 용강으로 지칭될 수 있다. 후술할 전로 용강은 전로에서 생성된 용강을 의미하며, 본 명세서에서 제2 용강으로 지칭될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법(S10)은 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 준비하는 단계(S100), 용선, 전기로 용강 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200), 전로 용강을 출강하는 단계(S300) 및 제품을 제조하는 단계(S400)를 포함한다.
용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 준비하는 단계(S100)를 설명하기위해 도 1 및 도 2를 참조한다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 준비하는 단계(S100)는 용선을 준비하는 단계(S110), 전기로 용강을 준비하는 단계(S120), 및 철 스크랩을 준비하는 단계(S130)를 포함한다.
일 실시예에서, 용선을 준비하는 단계(S110)는 용선을 제조하는 단계(S111), 용선을 수선하는 단계(S112), 및 용선을 이동하는 단계(S113)를 포함할 수 있다.
예컨대, 용선을 제조하는 단계(S111)에서 용선은 철광석을 포함하는 제1 원료를 이용해 제조될 수 있다.
구체적으로, 용선을 제조하는 단계(S111)에서는 철광석과 코크스(COKE)를 고로에 장입한다. 이어서, 고로 내로 열풍을 주입하여 철광석을 환원 및 용융시켜 용선을 제조할 수 있다. 다른 실시예에서 철광석은 환원철(예컨대, DRI, HBI 등) 형태로 고로에 투입될 수도 있다. 다른 실시예에서 코크스 대신 수소 가스를 환원제로 이용할 수 있다.
용선은 탄소를 포함할 수 있다. 용선에 포함의 탄소 함유량은 용선의 전체 중량을 기준으로 2 wt% 이상일 수 있다.
용선을 수선하는 단계(S112)에서는 고로에서 생산된 용선을 제1 수송 차량에 옮길 수 있다. 제1 수송 차량은 TLC(TORPEDO LADLE CAR)일 수 있다. 다만, 제1 수송 차량이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 수송 차량은 OLC(OPEN LADLE CAR)일 수도 있다.
용선을 이동하는 단계(S113)에서는 용선이 수선된 제1 수송 차량을 후속되는 전로(CONVERTER) 설비 부근으로 이동시킬 수 있다.
상술한 내용은 용선을 준비하는 단계(S110)의 일 예이며, 용선의 제조 방법이 전술한 내용에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 전술한 본 발명의 실시예에서는 용선이 고로에서 생산되는 것으로 설명하였으나, 용선을 전기로를 이용해 생산하는 것도 가능할 것이다.
일 실시예에서, 전기로 용강을 준비하는 단계(S120)는 전기로 용강을 제조하는 단계(S121), 전기로 용강을 처리하는 단계(S122), 및 전기로 용강을 이동하는 단계(S123)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 전기로 용강을 제조하는 단계(S121)에서는 제2 원료를 전기로(ELECTRIC ARC FURNACE; EAF)에서 용융시켜 쇳물을 제조할 수 있다. 제2 원료는 HBI(Hot Briquetted Iron), DRI(Direct Reduced Iron, DRI) 및 철 스크랩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전기로 용강은 탄소를 포함할 수 있다. 전기로 용강의 탄소 함유량은 전기로 용강의 전체 질량을 기준으로 2 wt% 이하일 수 있다.
상술한 내용은 전기로 용강을 제조하는 단계(S121)의 일 예이며, 전기로 용강의 제조 방법이 전술한 내용에 제한되는 것은 아니다.
전기로 용강을 처리하는 단계(S122)에서는 전기로 용강의 응고 여부를 판단하여 전기로 용강을 승온하거나 가탄제를 첨가할 수 있다. 예를 들어, 전기로 용강의 승온은 LF(LADLE FURNACE) 정련기에 의해 수행될 수 있다.
전기로 용강을 이동하는 단계(S123)에서는 전기로 용강을 래들에 수강하여, 래들을 전로 설비 부근까지 이동시킬 수 있다. 래들은 상부가 개방되고 내부에 공간이 정의된 그릇일 수 있다.
일 실시예에서, 철 스크랩을 준비하는 단계(S130)는 철 스크랩을 전로 설비 부근까지 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 준비하는 단계(S100) 이후에 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200)가 진행된다.
구체적으로, 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200)는 전로에서 용선, 전기로 용강(이하 제1 용강), 및 철 스크랩을 합탕하여 전로 용강을 생산하는 단계일 수 있다.
본 발명의 제강 방법에서, 전로 용강(이하 제2 용강)을 1톤(ton) 생산하는데 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 1으로 정의된다.
[식 1]
상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)=α×X+β×Y+γ×Z
상기 식 1에서, X는 용선, 제1 용강, 및 철 스크랩에서 용선의 질량 비율이고, Y는 용선, 제1 용강, 및 철 스크랩에서 제1 용강의 질량 비율이고, Z는 용선, 제1 용강, 및 철 스크랩에서 철 스크랩의 질량 비율이고, X+Y+Z=1이다. 즉, X, Y, 및 Z는 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200)에서 용선, 제1 용강, 철 스크랩 각각의 배합비이다.
상기 식 1에서, α, β, 및 γ는 각각 상기 용선의 이산화탄소 배출 계수, 상기 제1 용강의 이산화탄소 배출 계수, 및 상기 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수이다.
본 발명의 제강 방법에서, 전로 용강(이하 제2 용강)을 1톤 생산하는데 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 2를 만족한다.
[식 2]
상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)<α
상기 식 2에서 α는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
구체적으로, α는 상기 식 1에서 X=1, Y=0, Z=0인 경우 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)에 해당한다. 본 발명의 제강 방법은 용선만을 사용하여(상기 식 1에서 X=1, Y=0, Z=0인 경우) 제2 용강을 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(=α)보다 낮은 양의 이산화탄소를 배출하여, 제강 공정에서 이산화탄소의 배출양을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 제강 방법은 제2 용강의 생산 과정에서 이산화탄소 배출량이 많은 용선의 배합 비율을 최소화하여, 제2 용강을 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제강 방법에서 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 1.7톤 이하일 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제강 방법에서, 식 1의 X는 0 이상 1 미만이고, Y는 0 이상 1 이하이고, Z는 0 이상 1 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 식 1에서 X는 0 이상 1 미만이고, Y는 0 초과 1 이하이고, Z는 0 이상 1 이하일 수 있다. 즉, 제2 용강 생산시 용선 및 제1 용강이 필수적으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 식 1에서 X는 0.4 이상 1 미만이고, Y는 0 이상 1 이하이고, Z는 0 이상 1 이하일 수 있다. X가 0.4 미만인 경우 열원이 부족하여 조업이 실질적으로 어려울 수 있다.
본 발명의 제강 방법은 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
(X/(X+Z))×100(%) ≤ 80(%)
상기 식 3에서 X 및 Z는 상기 식 1에서 정의한 바와 동일하다.
즉, 식 3은 본 발명의 제강 방법에서 제2 용강 생산시 (용선 질량/(용선 질량+철 스크랩 질량)) x 100(%)는 80% 이하를 만족함을 의미한다. 이는 종래에 고로에 용선 및 철 스크랩을 장입하여 용강을 생산시 용선비(HMR, Hot Metal Ratio)가 85% 이상이었던 것에 비하여 본 발명의 제강 방법에서 철 스크랩 대비 용선의 배합비가 감소하였음을 의미한다.
이에 따라 본 발명의 제강 방법은 제2 용강 생성시 이산화탄소 배출량이 감소될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 3을 참조하면 일 실시예에 따른 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200)는 용선 및 전기로 용강을 합탕하여 중간 용탕을 생성하는 단계(S210) 및 중간 용탕 및 철 스크랩을 합탕하여 최종 용탕을 생산하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 용선 및 전기로 용강을 합탕하여 중간 용탕을 생성하는 단계(S210)는 철 스크랩을 제외하고 용선 및 전기로 용강을 먼저 합탕하는 단계일 수 있다. 이때 생산된 중간 용탕은 철 스크랩과 합탕되기 전에 성분이 조절될 수 있다. 예를 들어, 중간 용탕은 용선 예비 처리기에서 중간 용탕 내에 존재하는 불순물(예컨대, 규소, 인, 황)이 제거될 수 있다.
이후에, 중간 용탕 및 철 스크랩을 합탕하여 최종 용탕을 생성하는 단계(S220)가 진행될 수 있다. 구체적으로, 불순물이 제거된 중간 용탕과 철 스크랩은 전로에 장입되고, 최종 용탕이 생성될 수 있다.
이후에, LF 정련기에 의해서 최종 용탕의 온도 및 성분이 조절될 수 있다. 다만, 본 발명이 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 진공 탈가스 공정 등이 추가로 수행될 수도 있다.
다만, 본 발명의 실시예가 도 3에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에서 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200)는 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 전로에 동시에 투입하여 합탕하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 합탕하는 단계(S200) 이후에 전로 용강을 출강하는 단계(S300)가 진행될 수 있다. 그리고 전기로 용강을 연속 주조하여 제품을 제조하는 단계(S400)가 진행될 수 있다.
구체적으로, 제품을 제조하는 단계(S400)는 전기로 용강으로 반제품을 만들고, 반제품으로 완제품을 만드는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제품을 제조하는 단계(S400)에서 전기로 용강은 연속 주조(CONTINUOUS CASTING) 공정에 의해 반제품으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 반제품은 슬라브나 빌렛일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 반제품은 블룸일 수도 있다.
이어서, 반제품은 압연 공정에 의해 완제품으로 만들어질 수 있다. 압연 공정은 열간압연 공정 또는 냉간압연 공정이 수행될 수 있다. 완제품은 강판이나 선재일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제강 방법은 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 강을 제조함으로써, 종래에 비해 용선량이 감소할 수 있고, 제강 공정에서 발생되는 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법은 전술한 내용에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에에 따른 제강 방법은 제1 용탕을 생산하는 단계, 제1 용탕의 탄소 함량보다 낮은 탄소함량을 갖는 제2 용탕을 생산하는 단계, 및 제1 용탕, 제2 용탕, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 용강을 생산하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 제1 용탕의 탄소 함유량은 제1 용탕의 전체 질량을 기준으로 2 wt% 이상일 수 있다. 예를 들어, 제1 용탕은 철광석을 포함하는 원료를 고로에서 용융시켜 제조된 것일 수 있고, 예를 들어 용선일 수 있다. 다만, 제1 용탕의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 제2 용탕의 탄소 함유량은 제2 용탕의 전체 질량을 기준으로 2 wt% 이하일 수 있다. 예를 들어, 제2 용탕은 철 스크랩을 포함하는 원료를 전기로에서 용융시켜 제조된 것일 수 있고, 예를 들어 전기로 용강일 수 있다. 다만, 제2 용탕의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 제1 용탕, 제2 용탕, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 생산된 용강은 전기로 용강일 수 있다.
제1 용탕, 제2 용탕, 및 용강은 전술한 [식 1], [식 2], 및 [식 3]을만족할 수 있다. 구체적으로, 전술한 [식 1], [식 2], 및 [식 3]에서, 용선, 전기로 용강, 및 전로 용강의 관계는 제1 용탕, 제2 용탕, 및 용강의 관계일 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 방법은 탄소 함유량이 상대적으로 높은 제1 용탕뿐 아니라, 탄소 함유량이 상대적으로 낮은 제2 용탕을 더 포함하여 용강을 제조함으로써, 제강 공정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있다.
하기 표 1 및 표 2에서는 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩의 배합비 및 배출 계수(α, β, γ)에 따른 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)을 계산하여 나타내었다.
하기 표 1 및 표 2에서 사용된 용선은 소결광, 괴광, 및 팰렛을 소결광 : 괴광 : 팰렛 = 90.6 : 7.2 : 0.6의 질량비로 혼합하여 생산한 것이다.
하기 표 1 및 표 2에서 사용된 전기로 용강의 성분은 서로 상이하다.
구체적으로, 하기 표 1에서 사용된 전기로 용강은 HBI 및 철 스크랩을 HBI : 철스크랩 = 60 : 40의 질량비로 배합하여 생산한 것이다. 이에 따라 하기 표 1에서 용선의 이산화탄소 배출 계수(α)는 2.06이고, 제1 용강의 이산화탄소 배출 계수(β)는 0.912이고, 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수(γ)는 0.028로 산출되었다.
표 1의 내용은 아래와 같다.
Figure PCTKR2023011152-appb-img-000001
구체적으로, 하기 표 2에서 사용된 전기로 용강은 HBI : 철 스크랩 = 0 : 100으로 생산된 것이며, 즉 HBI 없이 철 스크랩으로 생산된 것이다. 이에 따라 하기 표 2에서 용선의 이산화탄소 배출 계수(α)는 2.06이고, 제1 용강의 이산화탄소 배출 계수(β)는 0.437이고, 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수(γ)는 0.028로 산출되었다.
표 2의 내용은 아래와 같다.
Figure PCTKR2023011152-appb-img-000002
상기 표 1 및 표 2를 참조하면, 일 실시예의 제강 방법은 용선, 전기로 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 강을 제조함으로써, 용선의 투입량을 감소시키고 제강 공정에서 발생하는 이산화탄소의 배출량을 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
즉, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 고로에 제1 원료를 투입하여 용선을 생산하는 단계;
    전기로에 제2 원료를 투입하여 제1 용강을 생산하는 단계; 및
    상기 용선, 상기 전기로 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 제2 용강을 생산하는 단계; 를 포함하고,
    상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 1로 정의되고,
    상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 2를 만족하는 제강 방법:
    [식 1]
    상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)=α×X+β×Y+γ×Z
    상기 식 1에서,
    X는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 용선의 질량 비율이고,
    Y는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 제1 용강의 질량 비율이고,
    Z는 상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩에서 상기 철 스크랩의 질량 비율이고,
    X+Y+Z=1이고,
    α, β, 및 γ는 각각 상기 용선의 이산화탄소 배출 계수, 상기 제1 용강의 이산화탄소 배출 계수, 및 상기 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수이고,
    [식 2]
    상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)<α
    상기 식 2에서 α는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
  2. 제1항에 있어서,
    X는 0 이상 1 미만이고,
    Y는 0 이상 1 이하이고,
    Z는 0 이상 1 이하인 제강 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    X는 0.4 이상 1 미만인 제강 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    하기 식 3을 만족하는 제강 방법:
    [식 3]
    (X/(X+Z))×100(%) ≤ 80(%)
    상기 식 3에서 X 및 Z는 상기 식 1에서 정의한 바와 동일하다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 1.7톤 이하인 제강 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용강을 생산하는 단계에서,
    상기 제1 용강의 온도는 상기 용선의 온도 이상인 제강 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용강을 생성하는 단계는,
    상기 용선 및 상기 제1 용강을 혼합하여 중간 용탕을 형성하고, 이후 상기 중간 용탕 및 상기 철 스크랩을 혼합하여 최종 용탕을 형성하는 단계를 포함하는 제강 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용강을 생성하는 단계는,
    상기 용선, 상기 제1 용강, 및 상기 철 스크랩을 동시에 혼합하여 상기 제2 용강을 생성하는 단계를 포함하는 제강 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원료는 철광석을 포함하고,
    상기 제2 원료는 HBI(Hot Briquetted Iron), DRI(Direct Reduced Iron, DRI), 및 철 스크랩 중 적어도 하나를 포함하는 제강 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용강을 연주하여 슬라브를 생성하는 단계를 더 포함하는 제강 방법.
  11. 제1 용탕을 생산하는 단계;
    상기 제1 용탕의 탄소 함량보다 낮은 탄소함량을 갖는 제2 용탕을 생산하는 단계; 및
    상기 제1 용탕, 상기 제2 용탕, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 용강을 생산하는 단계; 를 포함하고,
    상기 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 1로 정의되고,
    상기 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)은 하기 식 2를 만족하는 제강 방법:
    [식 1]
    상기 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)=α×X+β×Y+γ×Z
    상기 식 1에서,
    X는 상기 제1 용탕, 상기 제2 용탕, 및 상기 철 스크랩에서 상기 제1 용탕의 질량 비율이고,
    Y는 상기 제1 용탕, 상기 제2 용탕, 및 상기 철 스크랩에서 상기 제2 용탕의 질량 비율이고,
    Z는 상기 제1 용탕, 상기 제2 용탕, 및 상기 철 스크랩에서 상기 철 스크랩의 질량 비율이고,
    X+Y+Z=1이고,
    α, β, 및 γ는 각각 상기 제1 용탕의 이산화탄소 배출 계수, 상기 제2 용탕의 이산화탄소 배출 계수, 및 상기 철 스크랩의 이산화탄소 배출 계수이고,
    [식 2]
    상기 용강을 1톤 생산시 배출되는 이산화탄소의 양(K)<α
    상기 식 2에서 α는 상기 식 1에서 정의한 바와 같다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 용탕의 탄소 함유량은 2 wt % 이상이고,
    상기 제2 용탕의 탄소 함유량은 2 wt % 이하인 제강 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 용탕은 철광석을 포함하는 원료를 고로에서 용융시켜 제조되고,
    상기 제2 용탕은 철 스크랩을 포함하는 원료를 전기로에서 용융시켜 제조되는 제강 방법.
  14. 고로에 제1 원료를 투입하여 용선을 생산하는 단계;
    전기로에 제2 원료를 투입하여 제1 용강을 생산하는 단계; 및
    상기 용선, 상기 제1 용강, 및 철 스크랩을 전로에 투입하여 제2 용강을 생산하는 단계;를 포함하는 제강 방법.
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