KR100958999B1 - 전기로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로 벽체에 설치되어 산소와 LNG 및 카본을 투입하여 노내의 스크랩을 용해하고 용강을 승온시키는 버너를 붕락되는 스크랩과 고열의 용융물로부터 보호하여 가동률을 향상시키도록 한 전기로에 관한 것으로, 그 구성은 상/하부에 각각의 전극 봉(1,2)이 설치되고 벽체에는 냉각튜브(6)가 설치되며 상기 냉각튜브가 설치된 벽체에는 하부에 카본인젝션버너(4)가 설치되고 그 카본인젝션버너의 상부에 버너자켓(5)을 매개로 PC버너(3)를 설치하여 된 전기로에 있어서,

냉각 튜브가 형성된 내화물로 제조되고, 상기 카본인젝션버너와 PC버너가 설치되는 전기로의 벽체의 해당벽면을 기준으로 상부에서 하부 측으로 내려갈수록 예각을 갖는 상부경사면(11)이 형성되며 상기 상부경사면이 끝나는 부분에서 하부까지는 둔각을 갖는 하부경사면(12)이 형성된 냉각자켓(10)이 설치되고 상기 냉각자켓(10)의 둔각을 갖는 하부경사면(12)에는 카본인젝션버너(4)와 PC버너(3)가 설치되며, 상기 전기로 내부에 위치하는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)의 선단은 상부경사면(11)의 하단부보다 돌출되지 않게 설치된다.

전기로, 냉각자켓, 카본인젝션버너, PC버너

Description

전기로{An Electric Furnace}

본 발명은 전기로 벽체에 설치되어 산소와 LNG 및 카본을 투입하여 노내의 스크랩을 용해하고 용강을 승온시키는 버너를 붕락되는 스크랩과 고열의 용융물로부터 보호하여 가동률을 향상시키도록 한 전기로에 관한 것이다.

일반적으로 도1에 나타낸 바와 같은 전기로는 스크랩을 적입하여 1차로 상부전극 봉(1)과 하부전극 봉(2)을 이용하여 발생된 아크(ARC)열로 상기 적입된 스크랩을 용해하고, 2차로 전기로 벽체에 설치된 PC버너(POST COMBUSTION BURNER) 및 카본인젝션버너(3,4)를 통해 산소와 탄소(O₂ + C )를 각각 슬래그(SLAG) 중에 취입시켜 상기 공급된 탄소(C)를 산화 반응시키고 이때 발생하는 산화반응열을 이용하여 용강을 목표온도(1600±10℃)까지 승온시켜 용강중의 불순성분을 산화정련한 후 출강하는 것이다.

상기 전기로 벽체에 설치된 PC버너(3)는 전기로 벽체에 취입구가 돌출되어 있고 그로 산소를 취입함으로써 스크랩(SCRAP:고철)을 예열 및 절단(CUTTING)하고 카본인젝션버너(4)는 탄소[C] 성분과 취입되는 산소를 노내의 슬래그(SLAG) 또는 대기에서 반응시켜 발생된 반응열을 용강으로 전열함으로써 용강의 승온 효율을 증대하고 전력사용량을 절감케 하는 2차 연소용 설비이다.

특히 상기 카본인젝션버너(4)를 통해 분체카본을 공급하여 슬래그 중에 투입함으로써 슬래그 포밍(SLAG FOAMING:거품현상)을 조성하게 되는데, 상기 슬래그 포밍은 강욕으로 열전도율을 향상시키기 위하여 필요한 것으로, 상/하부전극 봉(1,2)에 의해서 발생되는 아크(ARC)로 부터 전기로 벽체 파손을 방지, 아크를 사용할 때 열방산 손실을 억제, 포밍을 통하여 전류 및 전압 편차를 줄일 수 있으며 아크 발생에 따른 소음을 흡수하고 나아가 대기 중으로부터 질소[N] 흡입을 줄일 수 있다.

그러나 상기 PC버너(3)는 냉각수 라인을 겸비한 구리(Cu) 재질의 버너자켓 내부에 설치되어 냉각수가 진행하는 냉각튜브(6)와 함께 전기로 벽체에 고정되고 카본인젝션버너(4)는 별도의 자켓 없이 냉각튜브(6)에 형성된 홀에 캐스타블(Castable)과 같은 결합제를 이용하여 고정되는 것으로 버너가 냉각튜브(6)에서 돌출되어 있어 하기와 같은 문제점이 발생한다.

먼저 도2a에 나타낸 바와 같이 버너자켓(5)을 노벽에 설치시 별도의 고정 장치 없이 캐스타블과 같은 결합제를 이용하여 시공하여 버너자켓(5)을 냉각튜브(6)에 고정하게 되는 것으로, 이때 크레인을 이용한 스크랩 적입시 발생하는 진동 또는 고열의 용융물에 의해 캐스타블이 용손되면서 버너자켓(5)과 냉각튜브(6)간에 유격이 발생되어 슬래그가 노외로 유출되는 사고가 발생되고 있다.

또 도2b에 나타낸 바와 같이 PC버너(3)가 스크랩과 근접되어 있는 경우 PC버너(3)에서 취입되는 고온의 화염이 역화되어 PC버너(3)를 고정하고 있는 냉각튜 브(6)가 용손 됨으로써 냉각수가 누수 되는 사고가 발생되고, 도2c에 나타낸 바와 같이 크레인에 의해 적입되는 고 중량의 스크랩이 전기로에 적입되면서 버너(3,4)를 타격하여 소손이 발생되고 있으며, 도2d에 나타낸 바와 같이 노내의 하부측 스크랩 용해에 의한 상부측 스크랩 붕락으로 버너(3,4)가 타격되어 소손됨은 물론, 도2e에 나타낸 바와 같이 버너(3,4)의 이상발생으로 그 해당 버너를 사용하지 않은 상태에서 전기로 조업이 지속될 경우 전기로 조업 중 발생된 슬래그 층에 잠겨 막힘이 발생되는 등의 문제가 있다.

특히 버너(3,4)의 설치위치가 용강에서 600mm 이상 높이의 냉각튜브(6)에 설치되어 있기 때문에 전기로 조업에 있어 PC버너(3)를 통한 산소 투입 위치의 부적절에 의하여 산소가 용강 중에 깊이 투입되지 못하여 탈탄이 불량하게 이루어진고, 또 카본인젝션버너(4)를 통한 분말상의 탄소가 슬래그 층으로 깊이 투입되지 못하고 집진 덕트로 빠져나가 등 산소와 카본의 투입 위치와 투입각의 부적절에 의한 슬래그 포밍 불량으로 가스발생이 왕성히 일어나지 않아 슬래그 포밍을 조성하는데 장시간이 소요되어 산소 취입량 증가로 인한 과산화 발생과 제강시간을 증가시키는 원인이 되고 있다.

상기와 같은 여러 가지 문제에 의해 냉각튜브(6)의 냉각수 누수 또는 버너(3,4)의 막힘이 발생할 경우에는 전기로 내부로 진입하여 수리를 하게 되는데, 이때 냉각튜브(6)의 냉각수 누수로 수리가 가능한 경우에는 노내에 스크랩을 적입한 상태에서 정비 데크를 이용하여 노내에서 발생되는 고열을 차단한 상태에서 용접작업이 이루어지지만 수리가 불가능하여 교체작업이 필요한 경우 또는 버너(3,4) 에 막힘이 발생된 경우에는 한 달에 한 번 실시하는 정기 수리 일을 이용하여 수리해야 하기 때문에 전기로의 비정상적인 가동으로 생산성이 저하되고 제강원가가 상승하는 문제가 발생되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 벽체버너의 장착상태가 가장 이상적인 각도에서 안정적으로 유지될 수 있도록 한 일체형 버너자켓을 적용하는 것과, 종래 구리재질의 냉각튜브를 철거하고 내화물 예컨대, 철강 및 요업 분야에서 사용되는 스템프(Stamp) 재의 내화물 또는 마그네시아-카본질 내화벽돌을 축조함으로써 전기로 조업 중 고온의 슬래그에 의해 냉각튜브의 냉각수 누수 발생 문제를 해결하는 것과, PC버너의 하향화를 통하여 산소와 카본을 용강 중에 깊숙히 투입되게 함으로써 탈탄효율을 증대하고 슬래그 포밍의 왕성한 반응을 촉진하여 전열효율을 향상시키도록 한 전기로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기로는 상/하부에 각각의 전극 봉이 설치되고 벽체에는 냉각튜브가 설치되며 상기 냉각튜브가 설치된 벽체에는 하부에 카본인젝션버너가 설치되고 그 카본인젝션버너의 상부에 버너자켓을 매개로 PC버너를 설치하여 된 전기로에 있어서,
냉각 튜브가 형성된 내화물로 제조되고, 상기 카본인젝션버너와 PC버너가 설치되는 전기로의 벽체의 해당벽면을 기준으로 상부에서 하부 측으로 내려갈수록 예각을 갖는 상부경사면이 형성되며 상기 상부경사면이 끝나는 부분에서 하부까지는 둔각을 갖는 하부경사면이 형성된 냉각자켓이 설치되고 상기 냉각자켓의 둔각을 갖는 하부경사면에는 카본인젝션버너와 PC버너가 설치되며, 상기 전기로 내부에 위치하는 카본인젝션버너 및 PC버너의 선단은 상부경사면의 하단부보다 돌출되지 않게 설치된다.

삭제

그리고 상기 하부경사면에 설치되는 카본인젝션버너 및 PC버너의 설치 각은 40-50°이고, 상기 상/하부 경사면에는 요철을 형성시켜 된다.

이상과 같은 본 발명의 전기로는 카본인젝션 버너를 통하여 취입되는 분체 탄소가 용강탕면의 용강 또는 슬래그 층에 깊이 투입됨으로써 슬래그 반응을 촉진하여 슬래그 포밍의 조기조성에 의한 카본사용량을 절감하고 대기 중의 질소 흡입을 최소화하여 성분격외를 방지하며, 슬래그 포밍조업의 기본 조건인 온도 유지가 양호하여 양질의 포밍을 조기에 조성함으로써 전력사용량 절감과 제강시간 단축으로 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또 냉각튜브를 구비한 냉각자켓에 카본인젝션버너와 PC버너를 설치함으로써, 스크랩 붕락 및 낙하에 의한 버너의 소손을 방지하며, PC버너 화염의 역화에 의한 냉각튜브의 용손 발생방지로 내화물 보수비용의 절감 및 벽체버너 고장 방지에 의한 가동률 향상 등의 효과가 있다.

상기 효과를 달성하기 위한 본 발명의 전기로는 도3 내지 도5에 나타낸 바와 같이 카본인젝션버너(3)와 PC버너(3)가 설치되는 전기로의 벽체 해당벽면을 기준으 로 상부에서 하부 측으로 내려갈수록 예각을 갖는 상부경사면(11)이 형성되고 상기 상부경사면이 끝나는 부분에서 하부까지는 둔각을 갖는 하부경사면(12)을 갖는 냉각자켓(10)이 설치되고, 상기 냉각자켓(10)의 둔각을 갖는 하부경사면(12)에는 카본인젝션버너(4)와 PC버너(3)를 설치한다.

그리고 상기 하부경사면(12)에 설치되는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)의 설치 각은 40-50°이고, 상기 전기로 내부에 위치하는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)의 선단은 상부경사면(11)의 하단부보다 돌출되지 않게 설치되며, 상기 상/하부 경사면에는 요철을 형성시킨다.

상기 냉각자켓(10)을 설치하는 이유는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)를 보호하기 위함이고, 상기 냉각자켓(10)의 상부 즉 상부에서 하부 측으로 내려갈수록 예각을 갖는 상부경사면(11)을 형성시키고, 상기 상부경사면이 끝나는 부분에서 하부까지는 둔각을 갖는 하부경사면(12)형성시키는 이유는 전술한 도2a 내지 도2e에서 설명한 문제점을 해결하기 위함이다.

그리고 상기 전기로 내부에 위치하는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)의 선단이 상부경사면(11)의 하단부보다 돌출되지 않게 설치하는 이유는 스크랩 적입시 낙하되는 스크랩 또는 스크랩 용해 중 붕락되는 스크랩에 의해 버너(3,4) 선단부가 은폐되어 버너(3,4)의 파손을 방지하기 위함임은 물론, PC버너(3)에서 취입되는 고온의 화염이 역화시에도 냉각튜브(6)에 접촉되지 않아 용손을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 냉각자켓(10)에는 그 냉각자켓(10)의 냉각을 위하여 냉각수가 진행하는 냉각튜브가 형성된다.

또 상기 상/하부 경사면(11.12)에 요철을 형성시키는 이유는 조업 중 발생된 슬래그가 용이하게 부착 코팅되게 하여 냉각자켓(10) 표면에 스크랩 이 충돌되어도 보호됨은 물론, 고온의 화염이 역화시 냉각자켓(10)에 직접 접촉되지 않아 내열성과 강도가 향상되는 것이다.

한편 PC버너(3)와 카본인젝션버너(4)가 냉각자켓(10)에 일체형으로 근접되어 설치되어 있으므로 PC버너(3)에서 취입되는 산소를 수송가스(CARRIER GAS)로 활용하여 투입되는 탄소(C) 분체에 가속도를 주어 용강표면의 슬래그 층 또는 용강 중에 깊숙히 투입 되게 함으로써 강의 탈산 및 FeO의 환원효율을 향상시켜 아크로의 열효율도 향상시키며 폼(Foam,거품)을 유발하여 열방산 손실을 막고 상/하부전극 봉(1,2)의 아크에 의한 노체 측벽의 손상을 방지할 수 있게 된다.

사용되는 화학반응은

C+1/2 O₂ = CO

C+(FeO) = [Fe] + CO 로서 발생되는 CO가 슬래그 층에 포집되어 융기되는 현상을 활용한다.

특히 슬래그 포밍 반응이 극대화됨과 동시에 카본인젝션버너(4)와 근접하여 산소가 계속적으로 취입됨으로써, 슬래그 층에 잠겨 투입되고 있는 카본인젝션버너(4)의 투입구 부분의 슬래그가 항상 용융상태에 있으므로 슬래그 고착에 의한 막힘이 발생하지 않게 되는 것이다.

만약 설비상 문제에 의해 카본인젝션버너(4) 막힘이 발생 될 경우에는 카본인젝션버너(4)만 용이하게 교환할 수 있으므로 정기 수리 날을 이용하지 않고서도 문제 발생시마다 조업준비 시간을 이용하여 카본인젝션버너(4)를 신속하게 교환하여 정상화 할 수 있는 것이다.

도1은 일반적인 전기로의 구성을 나타낸 개략도,

도2a 내지 도2e는 종래 전기로의 문제점을 설명하기 위한 예도,

도3은 본 발명의 냉각자켓 발췌 사시도,

도4는 본 발명의 냉각자켓이 전기로 벽체에 설치된 상태의 발췌 단면도,

도5는 본 발명의 냉각자켓이 전기로 벽체에 설치된 상태의 발췌 정면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 상부전극 봉 2 : 하부전극 봉

3 : PC버너 4 : 카본인젝션버너

6 : 냉각튜브 10 : 냉각자켓

11 : 상부경사면 12 : 하부경사면

Claims (4)

1. 상/하부에 각각의 전극 봉(1,2)이 설치되고 벽체에는 냉각튜브(6)가 설치되며 상기 냉각튜브가 설치된 벽체에는 하부에 카본인젝션버너(4)가 설치되고 그 카본인젝션버너의 상부에 버너자켓(5)을 매개로 PC버너(3)를 설치하여 된 전기로에 있어서,

   냉각 튜브가 형성된 스템프재 또는 마그네시아-카본질로 된 내화벽돌로 제조되고, 상기 카본인젝션버너와 PC버너가 설치되는 전기로의 벽체의 해당벽면을 기준으로 상부에서 하부 측으로 내려갈수록 예각을 갖는 상부경사면(11)이 형성되며 상기 상부경사면이 끝나는 부분에서 하부까지는 둔각을 갖는 하부경사면(12)이 형성된 냉각자켓(10)이 설치되고 상기 냉각자켓(10)의 둔각을 갖는 하부경사면(12)에는 카본인젝션버너(4)와 PC버너(3)가 설치되며, 상기 전기로 내부에 위치하는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)의 선단은 상부경사면(11)의 하단부보다 돌출되지 않게 설치된 것을 특징으로 하는 전기로.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부경사면(12)에 설치되는 카본인젝션버너(4) 및 PC버너(3)의 설치 각은 40-50°임을 특징으로 하는 전기로.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 상/하부 경사면에는 요철을 형성시켜 된 것을 특징으 로 하는 전기로.

Images