KR20070060048A

KR20070060048A - 용강 제조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070060048A
Application number: KR1020067022918A
Authority: KR
Inventors: 발터 바이슈델; 노르베르트 우에버; 우도 팔켄레크
Original assignee: 에스엠에스 데마그 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2004-09-25
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-06-12
Also published as: EP1792133B1; ES2328603T3; WO2006032347A2; WO2006032347A3; TW200617178A; CN100564545C; UA83137C2; RU2006143649A; DE502005008001D1; ZA200608705B; ATE441075T1; DE102004046728A1; JP2008514811A; RU2353664C2; EP1792133A2; CN101072975A

Abstract

본 발명은 용강을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라 용융 금속 재료(2)는 독립된 용융 용기(3) 내에서 화석연료 에너지원(4)을 이용하여 용융되고, 용융물(5)은 과열 용기(6)에서 처리되어 출탕(tapping)되며, 그리고 추가의 처리 용기(7)로 운반되어 강 품질에 대한 분석이 이루어진다. 또한 본 발명의 방법 및 장치는 경제적인 에너지 소모 조건에서 예열/용융, 과열, 운반 및 이차 야금/과열 처리 단계로 실행될 수 있다.

과열 용기, 용융 용기, 장입 재료, 화석연료 에너지원, 로드 셀, 계량 장치, 측정 회로, 천연 가스 및 산화 매체 공급 제어 시스템, 연소 장치

Description

용강 제조 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING LIQUID STEEL}

본 발명은 과열 용기 전방에 배치되는 용융 용기로서의 고로(shaft furnace) 내에서 스크랩을 기초로 하여 용강을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 장입 재료는 용융 용기의 상부에서 예열되며, 그에 이어 용융 용기의 하부에서는 화석연료 에너지원을 이용하여 용융되며, 그리고 용융물은 과열 용기로 배출되고, 이 과열 용기 내에서 강 분석이 이루어지고 과열 온도가 설정되는 상기 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

상기한 방법은 WO 03/068995 A1/ DE 102 05 660으로부터 공지되었다. 이와 관련하여, 장입 재료로서 스크랩, 해면철 등이 용융 용기의 상부에서 예열되며, 그에 이어서 용융 용기의 하부에서 화석 연료를 이용하여 용융된다. 용융물은 계속해서 처리 용기로 배출되며, 이 처리 용기에서 목표하는 강 품질이 설정되고, 처리 가스를 후연소하기 위해 외부로부터 가스가 용융 용기 내로 유입된다. 공지된 방법에 따라 진보된 사항은, 처리 가스에 대한 다양한 후연소 평면;과 재료 칼럼 내로 돌출되는 내부 샤프트(internal shaft);가 제공되는 점에 있다.

상기한 제강 방법은, 예컨대 다양한 두께의 슬래브에서부터 40 내지 150mm 두께의 박 강편(thin billet)에 이르기까지 강을 연속 주조할 때와 같이 용융 장입 물을 준비하는데 이용된다. 과열 용기로서의 전기 아크로로부터 용융물을 출탕한 후에, 용기 내에 잔류하는 적은 량의 잔여 용융물을 바탕으로, 잔여 용융물의 높은 과열 및 노상(hearth bottom)의 과도한 마모를 회피하기 위해, 에너지 공급을 대폭 감소시키거나 혹은 에너지 공급을 차단하여야 한다. 그에 따라 전기 에너지의 이용이 불안정하게 된다. 또한, 바람직하지 못하게는 전기 아크로 및 도가니로는 설계 공간상 상호 간에 대폭 이격되어 있으며, 그럼으로써 운반 시에 그에 상응하게 높은 에너지 손실이 발생한다. 전기 아크로 및 도가니로의 경우, 전기 에너지를 별도로 공급하여야 한다.

본 발명의 목적은, 전기 아크로 내 과도한 과열에 의해, 그리고 도가니로 내의 종속되는 에너지 공급 시의 손실에 의해 발생하는 전기 아크로 및 도가니로 내 전기 에너지에 대해 전술한 손실을 대폭적으로 감소시키는 것에 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라,

(a) 독립된 용융 용기에 대해 제공되는 용융 용량(L)과 횡단면의 면적(A)이 하기의 조건을 충족하며

;

(b) 용융 용기 내 화석연료 에너지로부터 생성되는 출력(L _fossil)에 대한 전기 아크로에 공급되는 전기 출력(L _el)의 비율이 하기 조건을 충족하며

;

(c) 그리고 용융 용기 내 화석연료 에너지원에 대한 전기 아크로 내 산화 물질의 비율(λ)이 0.6과 1.2 사이에서 설정됨으로써; 달성된다.

그렇게 함으로써, 연속되는 과열 용기 내에서, 그리고 후행하는 처리 단계들에서 에너지 소모는 적어진다. 그 결과 연속 주조 장치 내에 강을 주입할 때까지 제강 방법은, 지금까지의 제강 방법보다 더욱 경제적이면서도, 연속 주조 장치 내에 용융물을 주입하기 전까지 용융 용기에서부터 도가니로까지 닫힌 처리 공정 체인(closed processing chain)을 형성한다.

일 실시예에 따라, 과열 용기는 로드 셀(load cell) 상에 놓이며, 그리고 용융 용기로부터 공급되는 용융물 흐름은 또 다른 질량 흐름을 고려하면서 측정값들의 차이를 구함에 따라 산정되어 전기 에너지 공급의 제어를 위해 이용된다. 그렇게 함으로써 용융 용기 내의 용융 과정은 과열 용기 내의 작동 상황에 상응하게 조절되거나 제어될 수 있다.

또한, 로드 셀로부터 제공되는 전기 데이터는 측정 흐름 검출용 측정 회로를 통해, 그리고 계량 장치의 전기 데이터는 대응하는 측정 회로를 통해 컴퓨터에 공급되고, 컴퓨터는, 부하시 탭 절환기(on-load tap changer)를 통해, 변압기로부터 전극들을 통해 공급되는 전기 출력을 제어한다.

과열 용기의 전방에 배치되는 용융 용기로서의 고로 내에서 스크랩을 바탕으로 용강을 제조하기 위한 장치는, 용융 용기의 하부에 배치되어 화석연료 에너지원을 이용하는 연소 장치;뿐 아니라 용융 용기의 하부와 출탕 개구를 통해 연통되는 과열 용기;를 포함하고, 그에 따라 상기 제조 장치는,

;

(b) 용융 용기 내 화석연료 에너지원으로부터 생성되는 출력(L _fossil)에 대한 과열 용기에 공급되는 전기 출력(L _el)의 비율이 하기 조건을 충족하며

;

(c) 그리고 용융 용기 내 화석연료 에너지원에 대한 과열 용기 내 산화 물질의 비율(λ)이 0.6과 1.2 사이에서 설정됨으로써; 본원의 목적을 달성한다. 그럼으로써 개별 처리 단계들에서 에너지 분포는 현저하게 더 균일해진다.

에너지 분포는, 추가의 특징에 따라, 과열 용기가 로드 셀 상에 놓이며, 그리고 용융 용기로부터 공급된 용융물 흐름은 또 다른 질량 흐름을 고려하면서 측정값들의 차이를 구함에 따라 산정되어 용융 용기 내 연소 장치의 제어를 위해 이용됨으로써 재차 균일화된다.

용융 용기와 과열 용기 사이의 제어 시스템의 연결은, 로드 셀로부터 제공되는 전기 데이터는 질량 흐름 검출용 측정 회로를 통해, 그리고 호퍼 및 계량 장치의 전기 데이터는 대응하는 측정 회로를 통해 컴퓨터로 공급되며, 그리고 컴퓨터는, 천연 가스 및 산화 매체 공급용 제어 시스템을 통해, 용융 용기 내에서 사용되는 연소 장치의 용융 용량을 제어하며, 그에 따라 용융 용기로부터 과열 용기 내로 유입되는 용융물 흐름의 강 질량 흐름을 제어하는 방식으로 제공될 수 있다.

용강을 제조하기 장치와 관련하여 대체되는 방법에 따른 단일의 제조 장치는, 용융 금속 재료용으로 독립된 용융 용기; 화석연료 에너지원; 용강을 제조하고/하거나 처리하는 과열 용기 또는 전기 아크로; 운반 래들; 및 도가니로;를 포함한다. 이와 관련하여 상기 단일의 제조 장치는, 대체되는 방법에 따라, 전기 아크로는 하부 로(lower furnace)에서 중간 벽부에 의해 2개의 영역으로 분리되고, 용강의 흐름 방향에서 과열 구역을 제공하며, 그리고 슬라이딩 셔터를 통해 분리되거나 연통될 수 있는 분석 구역을 제공함으로써 본원의 목적을 달성한다. 용기는 대량의 출탕 무게(tapping weight)를 수용할 수 있다. 제1 영역에서 강의 흐름 방향으로 과열이 개시되며, 그리고 제2 영역에서는 야금 처리가 개시될 수 있고, 이러한 야금 처리는 제2 영역이 없을 경우 도가니로에서 개시되는 바와 같다.

로 설비의 용량은, 두 영역이 예컨대 대응하는 전기 아크로의 정상적인 출탕 무게의 2배 되는 량을 수용하는 방식으로 구현될 수 있다.

그리고 이와 같은 구조에 추가로, 과열 용기의 두 영역은 각각 자체적으로 자신의 전극 유닛을 구비한다.

작동은 또 다른 특징에 따라, 용강의 흐름방향에서 좌측에 제공되어 도가니로에서와 동일하게 야금 처리를 개시하는 제2 영역의 충진 상태는, 출탕 무게가 완전하게 장입될 시에, 제1 영역에서의 충진 상태와 그 높이가 동일하거나 그 보다 낮고, 상기 제1 영역 내 용융물의 액위(level)는 더욱 낮다.

본 발명은 다음에서 도면에 도시된 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명된다.

도1은 용융 용기, 과열 용기, 운반 래들 및 도가니로 내에서 이루어지는 처리 순서를 도시한 블록선도이다.

도2는 측정 과정의 블록선도를 포함하여 로드 셀 상에 위치한 전기 아크로를 절결하여 도시한 수직단면도이다.

도3A는 2개의 영역을 이용하여 구현된 전기 아크로를 절결하여 도시한 수직단면도이다.

도3B는 도3A에 따른 도를 도시한 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

1: 용강

2: 용융 금속 재료

3: 용융 용기

3a: (용융 용기의) 상부

3b: (용융 용기의) 하부

4: 화석연료 에너지원

5: 용융물

6: 과열 용기(전기 아크로)

6a: 하부 로(lower furnace)

7: 처리 용기

7a: 도가니로

8: 공통의 에너지원

9: 충진 레벨

10: 전극 유닛

10a: 전극

11: 레일 트랙

12: 캐리지

13: 중간 벽부

14: 제1 영역

15: 제2 영역

16: (용강의) 흐름 방향

17: 과열 구역

18: 슬라이딩 셔터

19: 분석 구역

20: 로드 셀(load cell)

21: 강 질량 흐름 데이터 수집 컴퓨터

22: 부하시 탭 절환기(on-load tap changer)

23: 추가 장입물용 호퍼 및 계량 장치

24: 변압기

25: 틸팅 장치

26: 측정 흐름 검출용 측정 회로

27: 계량 장치의 측정 회로

28: 피드백 신호

29: 제어 신호

30: 천연가스 산화제 제어 시스템

31: 질량 흐름

32: 용융 용기 내 연소 장치

33: 덕트(duct)

34: 연속 주조 장치

본원의 제조 방법(도1)은 대부분을 화석연료 에너지를 사용하고 스크랩을 바탕으로 달성된다.

제1 처리 단계에서, 용융 금속 재료(2)가 용융 용기(3) 내에서 예열 및 용융되고, 이때 에너지 비율과 관련하여, 화석연료 에너지원을 통한 화석연료 일차 에너지의 비율은 90 내지 100%이며, 전기 에너지의 비율은 10 내지 0%이다.

제2 처리 단계에서는, 과열 용기(6)(전기 아크로) 내에서 용융물(5)이 용강(1)의 1580℃ 내지 1610℃로 과열된다.

제3 처리 단계에서는 제2 처리 단계에서와 같이 과열된 용융물(5)이 캐리지(12) 상의 래들(7a)에 놓이며, 그런 다음 레일 트랙(11)을 통해 도가니로(7b)로 운반된다.

제4 처리 단계에서는, 1580℃ 내지 1650℃로 추가 과열되면서 용강(1)의 분석이 이루어지며, 그에 이어서 용강(1)은 연속 주조 장치(34)로 공급된다.

용융 금속 재료(2)(스크랩, 해면철 등)가 용융 용기(3) 내에서 화석연료 에너지원(4)(오일, 가스 및 석탄 등)을 이용하여 용융되며, 그리고 용융물(5)은 과열 용기(6) 내에서 처리되어 출탕되고 이어서 추가의 처리 용기(7)로 운반되며, 그리고 연속 주조 장치(34)에서 주조되기 전에 그에 대한 분석이 이루어지는 상기와 같은 용강(1) 제조 방법은, 생태학적이면서도 경제적인 처리를 보장한다.

본원의 제조 방법은 이와 관련하여 구해진 규칙에 따라 실행되는데, 다시 말하면 상기 규칙에 따라 하기의 내용이 달성된다:

(a) 독립된 용융 용기(3)에 대해 제공되는 용융 용량(L)과 횡단면의 면적(A)이 하기의 조건을 충족하며

;

(b) 또한, 용융 용기(3) 내 화석연료 에너지(4)로부터 생성되는 출력(L _fossil)에 대한 과열 용기(6)에 공급되는 전기 출력(L _el)의 비율이 하기 조건을 충족하며

;

(c) 그리고 용융 용기(3) 내 화석연료 에너지원(4)에 대한 과열 용기(6) 내 산화 물질의 비율(λ)이 0.6과 1.2 사이에서 설정된다.

도2는, 견망 방향을 하부 로(6a)에 대해 수직으로 선택하여 도시되어 있으며, 그에 따라 용융 용기(3)는 로 덮개부의 후방에 위치해 있는 형태로 보인다. 과열 용기(6)의 하부 로(6a)는 로드 셀(20) 상에서 틸팅 장치(25)를 통해 지지된다. 그 외에도 본질적인 요소로서, 질량 흐름(31)의 측정용 모듈을 겸비한 측정 장치; 질량 흐름 검출용 측정 회로(26); 강 질량 흐름 데이터 수집 컴퓨터(21); 부하시 탭 절환기(22); 추가 장입물용 호퍼 및 계량 장치(23); 천연 가스 산화제 제어 시스템(30); 과열 용기(6)의 출탕용 틸팅 장치(5); 계량 시스템의 측정 회로(27); 및 피드백 신호(28)용 라인;이 도시되어 있다.

도3A 및 도3B에는 과열 용기(6) 또는 전기 아크로와 용융 용기(3)의 구조에 대한 또 다른 대체 구조가 도시되어 있다. 이와 관련하여 과열 용기(6)는 하부 로(6a)에서 중간 벽부(13)에 의해 2개의 영역, 즉 제1 (우측) 영역(14)과 제2 (좌측) 영역(15)으로 분리되고, 용강(1)의 흐름 방향에서(16) 과열 구역(17)이 제공되며, 그리고 슬라이딩 셔터(18)를 통해 두 영역(14, 15)이 분리되거나 연통될 수 있는 방식으로 제공된다. 좌측의 제2 영역(15)은 도가니로(7b) 내의 래들(7a)에 상응하는 분석 구역(19)을 형성한다. 과열 용기(6)의 두 영역(14 및 15)에는, 전극들(10a)을 겸비한 독립된 전극 유닛들(10)이 제공되고, 이들 전극 유닛들은 대체되 는 방법에 따라 승하강되고 회동될 수 있다.

도3A에서 도시한 바와 같이, 흐름방향(16)에서 좌측에 제공되어 도가니로(7b) 내에서와 동일하게 야금 처리를 개시하는 제2 영역(15)의 충진 상태는, 출탕 무게가 완전하게 장입될 시에, 제1 영역(14)에서의 충진 상태(9)와 그 높이가 동일하거나 그보다 더욱 낮다. 또한, 이를 위해 제1 영역(14)은, 용융 용기(3)(도8B)로부터 덕트(33)를 통해 용융물(5)을 공급하는 것과 병행하여 각각의 장입물을 용융하기 위해 이용될 수 있다. 또 다른 장점에 따르면, 제2 영역(15)의 저장성이 제공되는데, 다시 말해 제2 영역(15)으로부터 항시 그에 상응한 과열을 통해 용강(1)이 추출될 수 있다. 제2 영역(15)으로부터 추출되는 부분은, 예컨대 지금까지 공지되지 않은 강(1) 저장부로부터 연속 주조 장치(34)로 배출되는 경로에서 고장이 발생할 때, 용강 저장부로서도 간주될 수 있다.

Claims

과열 용기(6)의 전방에 배치되는 용융 용기(3)로서의 고로 내에서 스크랩을 바탕으로 용강(1)을 제조하기 위한 방법으로서, 장입 재료(2)는 상기 용융 용기(3)의 상부에서 예열되고, 이어서 상기 용융 용기(3)의 하부(3b)에서 화석연료 에너지원(4)을 이용하여 용융되며, 그리고 용융물(5)은 상기 과열 용기(6)로 배출되고, 이 과열 용기(6) 내에서 강이 분석되고 과열 온도가 설정되는 상기 제조 방법에 있어서,

(a) 독립된 용융 용기(3)에 대해 제공되는 용융 용량(L)과 횡단면의 면적(A)은 하기 조건을 충족하며

;

(b) 용융 용기(3) 내의 화석연료 에너지의 출력에 대한, 과열 용기(6) 내에 공급되는 전기 출력(L _el)의 비율은 하기 조건을 충족하며

;

(c) 그리고 용융 용기(3) 내의 화석연료 에너지원(4)에 대한 과열 용기(6) 내의 산화 물질의 비율(λ)은 0.6과 1.2 사이에서 설정되는;

것을 특징으로 하는 용강 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 과열 용기(6)는 로드 셀(20) 상에 놓이며, 그리고 상기 용융 용기(3)로부터 공급되는 용융물 흐름은 또 다른 질량 흐름(31)을 고려하면서 측정값들의 차이를 구함으로써 산정되어 전기 에너지 공급의 제어를 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 용강 제조 방법.
제 2 항에 있어서, 로드 셀(20)로부터 제공되는 전기 데이터는 질량 흐름 검출(31)용 측정 회로(26)를 통해, 그리고 계량 장치(23)의 전기 데이터는 대응하는 측정 회로(27)를 통해 컴퓨터(21)로 공급되며, 그리고 컴퓨터(21)는, 부하시 탭 절환기(22)를 통해, 변압기(24)로부터 전극들(10a)을 통해 공급되는 전기 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 용강 제조 방법.
과열 용기(6)의 전방에 배치되는 용융 용기(3)로서의 고로 내에서 스크랩을 바탕으로 용강(1)을 제조하기 위한 장치로서, 상기 용융 용기(3)의 하부(3b)에 배치되어 화석연료 에너지원(4)을 이용하는 연소 장치(32);뿐 아니라 출탕 개구를 통해 상기 용융 용기(3)의 하부(3b)와 연통되는 과열 용기(6);를 포함하는 상기 제조 장치에 있어서,

(a) 독립된 용융 용기(3)에 대해 제공되는 용융 용량(L)과 횡단면의 면적(A)은 하기의 조건을 충족하며

;

(b) 용융 용기(3) 내 화석연료 에너지원(4)의 출력에 대한, 과열 용기(6)에 공급되는 전기 출력(L_el)의 비율은 하기 조건을 충족하며

;

(c) 그리고 용융 용기(3) 내의 화석연료 에너지원(4)에 대한 과열 용기(6) 내의 산화 물질의 비율(λ)은 0.6과 1.2 사이에서 설정되는;

것을 특징으로 하는 용강 제조 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 과열 용기(6)는 로드 셀(20) 상에 놓이며, 그리고 상기 용융 용기(3)로부터 공급되는 용융물 흐름은 또 다른 질량 흐름(31)을 고려하면서 측정값들의 차이를 구함으로써 산정되어 용융 용기(3) 내 연소 장치(32)의 제어를 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 용강 제조 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 로드 셀(20)로부터 제공되는 전기 데이터는 질량 흐름 검출용 측정 회로(26)를 통해, 그리고 호퍼 및 계량 장치(23)의 전기 데이터는 대응하는 측정 회로(27)를 통해 컴퓨터(21)에 공급되며, 그리고 상기 컴퓨터(21)는, 천연 가스 및 산화 매체 공급 제어 시스템(30)을 통해, 용융 용기(3) 내에서 사용되는 연소 장치(32)의 용융 용량을 제어하며, 그에 따라 상기 용융 용기(3)로부터 상기 과열 용기(6) 내로 유입되는 용융물 흐름의 강 질량 흐름 역시 제어하는 것을 특징으로 하는 용강 제조 장치.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 아크로(6)는 하부 로(6a)에서 중간 벽부(13)에 의해 2개의 영역(14, 15)으로 분리되고, 용강(1)의 흐름 방향에서 과열 구역(17)이 제공되며, 그리고 슬라이딩 셔터(18)에 의해 분리되거나 연통되는 방식으로 분석 구역(19)이 제공되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 두 영역(14, 15)은 대응하는 과열 용기(6)의 정상적인 출탕 무게의 2배가 되는 량을 수용하는 것을 특징으로 하는 용강 제조 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 과열 용기(6)의 두 영역(14, 15)은 각각 자체적으로 자신의 전극 유닛(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 용강 제조 장치.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 용강의 흐름방향(16)에서 좌측에 제공되어 도가니로(7b)에서와 동일하게 야금 처리를 개시하는 제2 영역(15)의 충진 상태(9)는, 출탕 무게가 완전하게 장입될 시에, 상기 제1 영역(14) 내 충진 상태(9)보다 그 높이가 동일하거나 그 보다 낮고, 상기 제1 영역(14) 내 용융물(5)의 액위는 더욱 낮은 것을 특징으로 하는 용강 제조 장치.