KR101351532B1 - 샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법 - Google Patents

샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 에너지 효율이 향상되고 조업시간이 단축되며 제조원가를 저감할 수 있는 샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 샤프트 타입 전기로는 샤프트, 전기로, 1차 연소장치 그리고 2차 연소장치를 포함하여 이루어진다. 여기서, 샤프트는 내측으로 철스크랩이 연속으로 장입된다. 전기로는 샤프트와 연결되는 연결로가 구비되고, 연결로를 통해 샤프트에서 공급된 철스크랩을 용해하고, 발생되는 배가스를 연결로를 통해 샤프트로 배출한다. 1차 연소장치는 연결로에 구비되는 버너재킷과, 버너재킷의 하부에 구비되어 전기로에 1차 연소반응이 일어나도록 탄소원을 공급하는 카본투입구와, 산소를 공급하는 제1산소투입구를 가진다. 그리고, 2차 연소장치는 1차 연소장치와 일체로 구비되고, 샤프트로 배출되는 배가스에 2차 연소반응이 일어나도록 산소를 추가 공급하는 복수개의 제2산소투입구를 가진다.

Description

샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법{SHAFT TYPE ELECTRIC ARC FURNACE AND OPERATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 효율이 향상되고 조업시간이 단축되며 제조원가를 저감할 수 있는 샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 전통적인 전기로는 전극봉에 전류를 통하게 함으로써 전극봉과 철스크랩 사이에서 발생하는 아크열에 의해 철스크랩을 용해, 정련하여 강을 제조한다.
이러한 종래의 전기로에서는 로체(爐體)의 덮개가 개방되도록 하여 철스크랩의 장입이 이루어지게 된다.
그리고, 종래의 전기로에서는 로(爐) 내의 CO(일산화탄소) 가스의 2차 연소를 유도하기 위하여 산소 랜스 등의 투입장치를 이용하여 용강의 슬래그 층의 상부에 산소를 취입하는 경우가 있다.
그러나, 이러한 방법은 슬래그 층의 상부에 직접적으로 산소를 취입하기 때문에 연소열과 잉여산소에 의한 슬래그 및 용강의 과산화를 유발할 수 있으며, 이에 따라 생산회수율을 저감시키는 원인이 될 수 있다.
한편, 샤프트 타입(shaft type) 전기로는 철스크랩을 용융하는 전기로와, 내측으로 철스크랩을 연속 장입(裝入)하고, 전기로로 철스크랩을 공급하는 샤프트로 구성된다.
이러한, 샤프트 타입 전기로에서는 CO 가스의 2차 연소를 유도하기 위하여 샤프트의 측면이나 하부에 별도의 버너 등을 이용하여 샤프트의 내측으로 산소 또는 공기를 취입하기도 하나, 이는 샤프트의 벽면에 직접적인 손상을 야기할 수 있다.
특히, 이러한 방법은 샤프트의 높이가 높지 않을 때는 그 효과가 미미하고, 미반응 CO 가스에 의한 폭발현상이 발생할 수 있으며, 이에 따라 설비 상의 문제 및 생산이 지연되는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 효과적이고 안전하게 CO 가스의 2차 연소를 유도하기 위한 전기로가 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에너지 효율이 향상되고 조업시간이 단축되며 제조원가를 저감할 수 있는 샤프트 타입 전기로 및 이를 이용한 조업 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 내측으로 철스크랩이 연속으로 장입되는 샤프트; 상기 샤프트와 연결되는 연결로가 구비되고, 상기 연결로를 통해 상기 샤프트에서 공급된 철스크랩을 용해하고, 발생되는 배가스를 상기 연결로를 통해 상기 샤프트로 배출하는 전기로; 상기 연결로에 구비되는 버너재킷과, 상기 버너재킷의 하부에 구비되어 상기 전기로에 1차 연소반응이 일어나도록 탄소원을 공급하는 카본투입구와, 산소를 공급하는 제1산소투입구를 가지는 1차 연소장치; 그리고 상기 1차 연소장치와 일체로 구비되고, 상기 샤프트로 배출되는 상기 배가스에 2차 연소반응이 일어나도록 산소를 추가 공급하는 복수개의 제2산소투입구를 가지는 2차 연소장치를 포함하여 이루어지는 샤프트 타입 전기로를 제공한다.
여기서, 상기 제2산소투입구의 일단부는 상기 버너재킷의 상부에 일체로 결합되고, 산소가 배출되는 배출부는 상기 연결로의 내측에 서로 다른 높이로 위치될 수 있다.
그리고, 상기 제2산소투입구는 수평 및 수직방향으로 각도가 변경되고, 상기 제2산소투입구가 수평방향으로 변경되는 각도는 상기 샤프트로 배출되는 배가스의 흐름 방향을 기준으로 예각일 수 있다.
또한, 상기 버너재킷의 내측에는 냉각수 또는 냉각공기가 이동하도록 냉각 유로를 형성하는 냉각패널이 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예는 샤프트의 내측으로 철스크랩이 연속으로 장입되고, 장입되는 철스크랩은 전기로로 공급되는 단계; 상기 샤프트와 연결되는 연결로를 통해 공급된 철스크랩을 전기로에서 용해하는 단계; 1차 연소장치를 구성하고 상기 연결로에 설치되는 버너재킷에 구비되는 카본투입구 및 제1산소투입구로부터 상기 전기로에 각각 탄소원과 산소를 공급하여 상기 전기로에서 1차 연소반응이 일어나도록 하는 단계; 상기 1차 연소장치와 일체로 구비되는 2차 연소장치의 복수개의 제2산소투입구로부터 산소를 추가 공급하여, 상기 샤프트로 배출되는 상기 배가스의 일산화탄소 가스를 추가 연소시키는 2차 연소반응이 일어나도록 하여 상기 배가스의 온도를 상승시키는 단계; 그리고 온도가 상승된 배가스를 상기 연결로를 통해 상기 샤프트로 배출하여 상기 샤프트에 장입된 철스크랩을 예열하는 단계를 포함하여 이루어지는 샤프트 타입 전기로를 이용한 조업 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제2산소투입구는 일단부가 상기 버너재킷의 상부에 일체로 결합되고, 산소가 배출되는 배출부는 상기 연결로의 내측에 서로 다른 높이로 위치되어 상기 샤프트로 배출되는 배가스에 산소를 추가로 공급할 수 있다.
그리고, 상기 제2산소투입구는 수직방향으로 각도가 변경되고, 수평방향으로는 상기 샤프트로 배출되는 배가스의 흐름 방향을 기준으로 예각으로 변경되면서 산소를 추가로 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2차 연소장치는 1차 연소장치의 버너재킷에 일체로 구비될 수 있기 때문에, 설비가 차지하는 공간이 최소화될 수 있고, 설비 관리의 용이함을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제2산소투입구는, 수평방향으로는 샤프트로 향하는 배가스의 흐름 방향을 기준으로 예각으로 변경될 수 있기 때문에, 제2산소투입구에서 배출되는 산소가 배가스의 흐름에 역류하는 방향으로 공급되지 않을 수 있게 되어 배가스의 유속을 감소시키는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 제2산소투입구는 연결로의 내측 상면과 내측 하면 간의 높이를 고려하여 적절한 각도 범위에서 조절될 수 있기 때문에, 연결로로 흐르는 배가스에 전체적으로 고르게 산소가 공급될 수 있다. 이를 통해, 제2산소투입구에서 배출되는 산소는 연결로를 통과하는 배가스에 최대한 넓게 골고루 공급될 수 있고, 2차 연소반응이 더욱 활발하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제2산소투입구로부터 추가로 공급되는 산소에 의한 2차 연소반응으로 발생된 고온의 배가스가 샤프트로 배출되어 장입된 철스크랩을 효과적으로 예열시킬 수 있으며, 이에 따라 조업시의 전력원단위가 저감될 수 있고, 조업시간도 단축될 수 있으며, 원가절감에 크게 유리해질 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로의 1차 연소장치 및 2차 연소장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로의 2차 연소장치의 제2산소투입구의 수평방향 회전 상태를 나타낸 평면예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로의 2차 연소장치의 제2산소투입구의 수직방향 회전 상태를 나타낸 측면예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로에서 2차 연소장치의 사용 전, 후의 샤프트 내 철스크랩의 예열온도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로에서 조업시간에 따른 2차 연소율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로를 이용한 조업 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로의 1차 연소장치 및 2차 연소장치를 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로의 2차 연소장치의 제2산소투입구의 수평방향 회전 상태를 나타낸 평면예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로의 2차 연소장치의 제2산소투입구의 수직방향 회전 상태를 나타낸 측면예시도이다.
도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 샤프트 타입 전기로는 샤프트(10), 전기로(20), 1차 연소장치(40) 그리고 2차 연소장치(50)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 샤프트(10)의 내측으로는 철스크랩이 연속으로 장입되며, 장입된 철스크랩은 연결로(21)를 통해 전기로(20)로 공급된다. 전기로(20)에서는 공급된 철스크랩을 용해하고, 발생되는 배가스를 연결로(21)를 통해 샤프트(10)로 배출할 수 있다. 또한, 1차 연소장치(40)는 연결로(21)에 구비되어 전기로에서 1차 연소반응이 일어나도록 할 수 있다. 그리고, 2차 연소장치(50)는 1차 연소장치(40)와 일체로 구비될 수 있으며, 산소를 추가 공급하여 샤프트(10)로 배출되는 배가스의 CO 가스를 2차 연소시킬 수 있다. 이를 통해, 배가스의 온도가 상승될 수 있고, 온도가 상승된 배가스가 샤프트(10)로 유입됨에 따라 전기로(20)로 공급되기 전의 철스크랩의 예열 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이에 따라 조업시의 전력원단위가 저감될 수 있고, 조업시간도 단축될 수 있으며, 원가절감에 크게 유리해질 수 있다.
상세히, 샤프트(10)는 높이 방향으로 연장되어 구비될 수 있다.
그리고, 샤프트(10)의 내측으로는 철스크랩이 연속하여 장입될 수 있다.
또한, 샤프트(10)의 일측에는 전기로(20)가 구비될 수 있으며, 전기로(20)에는 연결로(21)가 구비됨으로써 샤프트(10)와 연결될 수 있다.
그리고, 샤프트(10)에 장입된 철스크랩은 연결로(21)를 통해서 전기로(20)로 공급될 수 있다.
이때, 샤프트(10)에 장입된 철스크랩이 전기로(20)로 공급되는 경우에는 외부에서 샤프트(10)의 상부를 통해 또 다른 철스크랩이 공급될 수 있기 때문에, 샤프트(10)의 내측은 계속해서 철스크랩으로 채워진 상태를 유지할 수 있게 된다.
그리고, 전기로(20)에는 철스크랩에 아크 형태로 전류를 흘리도록 하여 철스크랩을 가열, 용해시켜 용강으로 만드는 전극봉(미도시)이 구비될 수 있다.
또한, 전기로(20)에는 슬래그가 배출되도록 이루어진 슬래그 배재구(미도시)와, 용강을 배출하는 출강구(미도시)가 형성될 수 있다.
그리고, 연결로(21)에는 1차 연소장치(40)가 구비될 수 있으며, 1차 연소장치(40)는 버너재킷(41), 카본투입구(42) 및 제1산소투입구(43)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 버너재킷(41)은 연결로(21)의 일측면에 구비될 수 있다.
또한, 버너재킷(41)의 내측에는 냉각수 및 냉각공기 중 어느 하나가 이동하도록 냉각 유로를 형성하는 냉각패널(미도시)이 구비될 수 있다.
여기서, 냉각패널은 버너재킷(41)의 내측에 버너재킷(41)과는 독립적으로 구비되거나, 버너재킷(41)의 내측면과 일체로 형성될 수도 있다.
이를 통해, 전기로(20)의 내측의 고온에 의해 버너재킷(41)이 변형 또는 파손되는 것이 방지될 수 있다.
그리고, 카본투입구(42)는 버너재킷(41)의 하부 일측에 구비될 수 있으며, 전기로(20)의 슬래그 및 용강 방향으로 탄소원(carbon source)를 공급할 수 있다.
또한, 제1산소투입구(43)는 버너재킷(41)의 하부 타측에 구비될 수 있으며, 전기로(20)의 슬래그 및 용강 방향으로 산소를 공급할 수 있다.
여기서, 카본투입구(42) 및 제1산소투입구(43)는 수평 및 수직방향으로 각도가 변경될 수 있으며, 이러한 카본투입구(42) 및 제1산소투입구(43)의 설치 각도는 조업 상황에 따라 적절하게 설정 및 변경될 수 있다.
또한, 카본투입구(42) 및 제1산소투입구(43)로부터는 조업패턴에 따라 산소와 탄소원이 지속적으로 투입될 수 있다.
이에 따라, 탄소원은 산소와의 1차 연소반응(Cs + (1/2)O2g = COg)을 통해 열량을 발생시킬 수 있다.
그리고, 1차 연소장치(40)에는 2차 연소장치(50)가 일체로 구비될 수 있다.
여기서, 2차 연소장치(50)는 산소를 추가 공급하는 제2산소투입구(51)를 가질 수 있으며, 제2산소투입구(51)는 버너재킷(41)의 상부 일측에 구비될 수 있다.
즉, 제2산소투입구(51)는 일단부는 버너재킷(41)의 상부에 결합될 수 있으며, 타단부는 연결로(21)의 내측에 위치될 수 있다.
이와 같이, 제2산소투입구(51)가 1차 연소장치(40)의 버너재킷(41)에 구비됨으로써 설비가 차지하는 공간이 최소화될 수 있고, 설비의 관리도 용이해질 수 있게 된다.
그리고, 제2산소투입구(51)는 수평 및 수직방향으로 각도가 변경될 수 있다.
즉, 도 3에서 보는 바와 같이, 제2산소투입구(51)가 수평방향으로 변경되는 각도(A1)는 샤프트(10)로 향하는 배가스의 흐름 방향(F)을 기준으로 예각(銳角)일 수 있다.
다시 말하면, 버너재킷(41)의 외측면(42)을 0°로 하고, 연결로의 폭방향(W)을 90°로 했을 때, 제2산소투입구(51)가 이루는 각도(A1)는 0° 이상에서 90°미만일 수 있다.
이에 따라, 제2산소투입구(51)에서 배출되는 산소는 제1배출각(A2)의 내에서 배출될 수 있고, 이러한 각도 범위로 배출되는 산소는 배가스의 흐름에 역류하는 방향으로 공급되지 않을 수 있게 되어 배가스의 유속을 감소시키는 것을 최소화할 수 있게 된다.
더하여, 도 4에서 보는 바와 같이, 제2산소투입구(51)는 수직방향으로도 각도가 변경될 수 있다.
여기서, 제2산소투입구(51)가 수직방향으로 변경되는 각도(A3)는 연결로(21)의 내측 상면과 내측 하면 간의 높이를 고려하여 적절한 각도 범위에서 조절될 수 있다.
즉, 제2산소투입구(51)가 수직방향으로 변경되는 각도(A3)는, 연결로(21)로 흐르는 배가스에 전체적으로 고르게 산소가 공급될 수 있도록 적절히 조절될 수 있다.
더하여, 제2산소투입구(51)는 하나 이상이 설치될 수 있다.
그리고, 제2산소투입구(51)가 복수개로 설치되는 경우에는, 산소가 배출되는 각각의 제2산소투입구(51)의 배출부(52a,52b)는 서로 다른 높이로 위치되도록 구비될 수 있다.
이를 통해, 제2산소투입구(51)에서 배출되는 산소는 제2배출각(A4)의 내에서 배출될 수 있고, 이러한 각도 범위로 배출되는 산소는 연결로(21)를 통과하는 배가스에 최대한 넓게 골고루 공급될 수 있어, 후술할 2차 연소반응이 더욱 활발하게 이루어질 수 있다.
그리고, 제2산소투입구(51)로부터 추가로 공급되는 산소는 전기로(20)에서 샤프트(10)로 배출되는 배가스의 CO 가스를 추가로 연소시키는 2차 연소반응(COg + (1/2)O2g = CO2g)을 통해 열량을 발생시킬 수 있다.
이때, 2차 연소반응을 통해 발생되는 열량은 1차 연소반응을 통해 발생되는 열량의 약 2.5배 정도일 수 있으며, 이러한 높은 열량에 의해 배가스는 고온으로 될 수 있다.
그리고, 이러한 고온의 배가스가 샤프트(10)로 다시 배출됨에 따라, 샤프트(10)에 장입된 철스크랩을 효과적으로 예열시킬 수 있게 된다.
특히, 제2산소투입구(51)에서 추가로 공급되는 산소는 배가스가 샤프트(10)의 하부로 유입되기 바로 전 지점으로 배출될 수 있기 때문에, 배가스는 2차 연소반응으로 발생되는 열량의 소모가 최소화된 상태로 샤프트(10)로 배출이 가능해진다.
따라서, 샤프트(10)에 장입된 철스크랩의 예열 효과가 더욱 증대될 수 있다.
뿐만 아니라, 2차 연소반응을 통해 발생된 고온의 배가스는 연결로(21)를 통해 샤프트(10)의 하부로 유입되기 때문에, 샤프트(10)의 하부에 위치되어 전기로(20)로 먼저 공급될 철스크랩이 우선적으로, 또한 높은 온도로 예열될 수 있게 된다.
한편, 샤프트(10)의 철스크랩을 예열시키고 난 후의 배가스는 집진덕트(미도시)로 유입되어 배출될 수 있다.
이를 통해, 종래의 조업과는 달리 미반응 CO 가스에 의한 폭발현상이 현저히 줄어들 수 있으며, 설비 고장 및 생산지연 등의 발생을 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로에서 2차 연소장치의 사용 전, 후의 샤프트 내 철스크랩의 예열온도를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로에서 조업시간에 따른 2차 연소율을 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)는 2차 연소장치가 사용되지 않은 비교예로써, 샤프트에 장입된 철스크랩의 예열온도를 나타낸다.
그리고, 도 5의 (b)는 실시예2에 따라 측정된 샤프트에 장입된 철스크랩의 예열온도를 나타낸다.
여기서, 샤프트에 장입된 철스크랩의 예열온도는 각각의 샤프트에 3개의 온도측정장치(No.1, No.2, No.3)를 설치하여 측정되었다.
구분 2차 연소용
산소 투입량		 전력원단위 P.O.T T.T.T
 탄소원단위
비교예 0 - - - -
실시예1 1~150N㎥/h 5kwh/t 감소 0.9분 감소 0.8분 감소 3.1kg/t 감소
실시예2 151~300N㎥/h 19kwh/t 감소 2.7분 감소 2.4분 감소 4.2kg/t감소
표 1을 포함하여 보는 바와 같이, 비교예에서는 2차 연소용 산소를 투입하지 않았고, 실시예1 및 실시예2에서는 각각 다른 양의 2차 연소용 산소를 투입하였다.
이때, 1차 연소장치의 제1산소투입구와 카본투입구에 의해 공급되는 산소와 탄소원의 투입량은 비교예, 실시예1 및 실시예2에서 모두 동일한 조건으로 실행되었다.
그 결과, 2차 연소용 산소 투입량이 1~150N㎥/h인 실시예1의 경우, 전력원단위가 5kwh/t 감소하였고, P.O.T(power on time: 전력투입시간)는 0.9분이 감소하였고, T.T.T(tap to tap: 조업시간)는 0.8분이 감소하였고, 탄소원단위는 3.1kg/t 감소하였다.
또한, 2차 연소용 산소 투입량이 151~300N㎥/h인 실시예2의 경우, 전력원단위는 19kwh/t 감소하였고, P.O.T는 2.7분 감소하였고, T.T.T는 2.4분 감소하였고, 탄소원단위는 4.2kg/t 감소하였다.
여기서, 실시예1 및 실시예2의 전력원단위는 비교예에서 특정량의 용강을 만드는 데 소비된 전력원단위를 기준으로 하였을 때, 소비된 전력원단위를 의미한다.
따라서, 전력원단위가 감소되었다는 것은 비교예에서 특정량의 용강을 만드는데 소비된 전력원단위보다 적은 전력원단위가 소비되었음을 의미하며, 이를 통해, 에너지 소비에서 우수한 결과를 나타내었음을 알 수 있다.
마찬가지로, 실시예1 및 실시예2의 P.O.T 및 T.T.T도 비교예에서 특정량의 용강을 만드는 데 투입된 전력투입시간 및 조업시간을 기준으로 하였을 때, 소비된전력투입시간 및 조업시간을 의미한다.
따라서, 전력투입시간 및 조업시간이 감소되었다는 것은 비교예에서 특정량의 용강을 만드는데 소비된 전력투입시간 및 조업시간보다 적은 전력투입시간 및 조업시간이 소비되었음을 말하며, 이를 통해, 시간적인 측면에서도 우수한 결과를 나타내었음을 알 수 있다.
그리고, 실시예1 및 실시예2의 탄소원단위는 비교예에서 특정량의 용강을 만드는 데 소비된 탄소원단위를 기준으로 하였을 때, 소비된 탄소원단위를 의미한다.
즉, 2차 연소용 산소를 투입하는 경우에는 1차 연소장치에서 공급되는 탄소원도 감소됨을 알 수 있다.
이는, 2차 연소반응을 통해 발생되는 열량이 전기로(20) 내의 철스크랩을 용융하는데에도 사용될 수 있기 때문이다.
따라서, 전체적인 조업시간 단축으로 원가절감에도 크게 유리해질 수 있다.
즉, 실시예1 및 실시예2가 모두 비교예보다 에너지 소비, 조업시간 및 원가절감에서 우수한 결과를 나타내었다.
그리고, 도 5에서 보는 바와 같이, 2차 연소용 산소를 추가 공급하지 않은 비교예에서는 샤프트의 중간에 위치된 철스크랩의 온도가 50~150℃의 범위에 분포되는 반면, 2차 연소용 산소가 추가 공급된 실시예2에서는 샤프트의 중간에 위치된 철스크랩의 온도는 180~220℃의 범위에 분포되어 높게 나타났다.
특히, 2차 연소용 산소를 추가 공급하지 않은 비교예에서는 샤프트의 하부에 위치된 철스크랩의 온도가 815℃인 반면, 2차 연소용 산소가 추가 공급된 실시예2에서는 샤프트의 하부에 위치된 철스크랩의 온도가 980℃로 높았다.
즉, 2차 연소용 산소가 공급되는 경우, 샤프트의 하부에 위치된 철스크랩의 온도를 165℃정도 더 상승시킬 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 샤프트의 하부에 위치되는 철스크랩이 전기로로 우선 공급되는 철스크랩임을 상기하면, 이와 같이 샤프트의 하부에 위치된 철스크랩의 온도를 더 상승시킴으로써 철스크랩 용융에 필요한 전력원단위를 저감하고 조업시간을 단축하면서 원가절감에도 크게 유리한 결과를 얻을 수 있다.
그리고, 도 6에서 보는 바와 같이, 2차 연소용 산소를 추가 공급하지 않은 비교예에서는 조업시간(초)에 걸쳐 2차 연소율(Post Combustion Rate)(%)이 큰 편차를 보이고 있으며, 2차 연소율도 약 70%대로 나타나고 있다.
반면, 2차 연소용 산소가 추가 공급된 실시예2에서는 조업시간(초)에 걸쳐 2차 연소율(%)이 작은 편차를 보이고 있으며, 2차 연소율도 약 80%대 중반을 나타내고 있다.
자세하게는, 2차 연소용 산소가 추가 공급된 실시예2에서는 2차 연소용 산소를 추가 공급하지 않은 비교예보다 2차 연소율({CO2 / (CO + CO2)} * 100)이 16.9% 정도 증가하였다.
이처럼, 2차 연소장치를 통해 2차 연소용 산소가 추가 공급되는 경우, 2차 연소용 산소가 공급되지 않는 경우보다 전력원단위, 조업시간 및 기타 에너지 효율적인 측면에서 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
구분 조건 전력원단위 T.T.T 산소원단위
비교예 로벽에서 90° - - -
실시예3 로벽에서 0~89° 21kwh/t 감소 1.0분 감소 2.6N㎥/t 감소
표 2는 2차 연소장치의 제2산소투입구의 수평방향으로의 각도에 따른 결과를 나타낸다.
여기서, 제2산소투입구의 각도는 전기로의 로체의 벽면, 더욱 정확하게는, 버너재킷의 외측면과 이루는 각도를 의미한다.
표 2에서 보는 바와 같이, 제2산소투입구가 로벽에서 0~89°를 이루는 실시예3의 경우, 전력원단위가 21kwh/t 감소하였고, T.T.T는 1.0분이 감소하였고, 산소원단위는 2.6N㎥/t 감소하였다.
여기서, 실시예3의 전력원단위, T.T.T 및 산소원단위는 비교예에서 제2산소투입구가 로벽에서 90°를 이루는 경우에 특정량의 용강을 만드는 데 소비된 전력원단위, T.T.T 및 산소원단위를 기준으로 하였을 때, 소비된 전력원단위, T.T.T 및 산소원단위를 의미한다.
따라서, 전력원단위, T.T.T 및 산소원단위가 감소되었다는 것은 비교예에서 특정량의 용강을 만드는데 소비된 전력원단위, T.T.T 및 산소원단위보다 적은 전력원단위, T.T.T 및 산소원단위가 소비되었음을 말하며, 이를 통해, 에너지소비, 조업시간 및 원가절감의 측면에서도 우수한 결과를 나타내었음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로를 이용한 조업 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 샤프트 타입 전기로를 이용한 조업 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 샤프트의 내측으로 철스크랩이 연속으로 장입되고, 장입되는 철스크랩은 전기로로 공급되는 단계(S110)가 진행될 수 있다.
그리고, 샤프트와 연결되는 연결로를 통해 공급된 철스크랩을 전기로에서 용해하는 단계(S120)가 진행될 수 있다.
이러한 철스크랩의 용해는 전기로에 구비되는 전극봉이 철스크랩에 아크 형태의 전류를 흘려 철스크랩을 가열함으로써 이루어질 수 있다.
그리고, 1차 연소장치를 구성하고 연결로에 설치되는 버너재킷에 구비되는 카본투입구 및 제1산소투입구로부터 전기로에 각각 탄소원과 산소를 공급하여 전기로에서 1차 연소반응이 일어나도록 하는 단계(S130)가 진행될 수 있다.
여기서, 카본투입구 및 제1산소투입구는 버너재킷의 하부에 구비될 수 있으며, 조업 상황에 따라 적절하게 수평 및 수직방향으로 설치 각도가 조절될 수 있다.
그리고, 1차 연소장치와 일체로 구비되는 2차 연소장치의 복수개의 제2산소투입구로부터 산소를 추가 공급하여, 샤프트로 배출되는 배가스의 일산화탄소 가스를 추가 연소시키는 2차 연소반응이 일어나도록 하여 배가스의 온도를 상승시키는 단계(S140)가 진행될 수 있다.
여기서, 제2산소투입구는 버너재킷의 상부에 구비될 수 있고, 이를 통해, 설비가 차지하는 공간이 최소화될 수 있고, 설비의 관리도 용이해질 수 있게 된다.
또한, 제2산소투입구는 일단부는 버너재킷의 상부에 결합되고, 타단부는 연결로의 내측에 위치되며, 수평 및 수직방향으로 각도가 변경될 수 있다.
특히, 제2산소투입구는 샤프트로 배출되는 배가스의 흐름 방향을 기준으로 수평방향으로 예각으로 변경될 수 있다.
이를 통해, 제2산소투입구에서 배출되는 산소가 이동하는 배가스의 흐름에 역류하는 방향으로 공급되지 않도록 함으로써 배가스의 유속을 감소시키는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 제2산소투입구는 수직방향으로도 적절한 각도 범위에서 조절될 수 있어 연결로로 흐르는 배가스에 전체적으로 고르게 산소가 공급되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 2차 연소반응이 더욱 활발하게 이루어질 수 있다.
그리고, 온도가 상승된 배가스를 연결로를 통해 샤프트로 배출하여 샤프트에 장입된 철스크랩을 예열하는 단계(S150)가 진행될 수 있다.
이를 통해, 전력원단위가 저감될 수 있고, 조업시간도 단축될 수 있으며, 원가절감에 크게 유리해질 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 샤프트 20: 전기로
21: 연결로 40: 1차 연소장치
41: 버너재킷 42: 카본투입구
43: 제1산소투입구 50: 2차 연소장치
51: 제2산소투입구

Claims (7)

  1. 내측으로 철스크랩이 연속으로 장입되는 샤프트;
    상기 샤프트와 연결되는 연결로가 구비되고, 상기 연결로를 통해 상기 샤프트에서 공급된 철스크랩을 용해하고, 발생되는 배가스를 상기 연결로를 통해 상기 샤프트로 배출하는 전기로;
    상기 연결로에 구비되는 버너재킷과, 상기 버너재킷의 하부에 구비되어 상기 전기로에 1차 연소반응이 일어나도록 탄소원을 공급하는 카본투입구와, 산소를 공급하는 제1산소투입구를 가지는 1차 연소장치; 그리고
    상기 1차 연소장치와 일체로 구비되고, 상기 샤프트로 배출되는 상기 배가스에 2차 연소반응이 일어나도록 산소를 추가 공급하는 복수개의 제2산소투입구를 가지는 2차 연소장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 제2산소투입구의 일단부는 상기 버너재킷의 상부에 일체로 결합되고, 산소가 배출되는 배출부는 상기 연결로의 내측에 서로 다른 높이로 위치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 타입 전기로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2산소투입구는 수평 및 수직방향으로 각도가 변경되고, 상기 제2산소투입구가 수평방향으로 변경되는 각도는 상기 샤프트로 배출되는 배가스의 흐름 방향을 기준으로 예각임을 특징으로 하는 샤프트 타입 전기로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버너재킷의 내측에는 냉각수 또는 냉각공기가 이동하도록 냉각 유로를 형성하는 냉각패널이 구비됨을 특징으로 하는 샤프트 타입 전기로.
  5. 샤프트의 내측으로 철스크랩이 연속으로 장입되고, 장입되는 철스크랩은 전기로로 공급되는 단계;
    상기 샤프트와 연결되는 연결로를 통해 공급된 철스크랩을 전기로에서 용해하는 단계;
    1차 연소장치를 구성하고 상기 연결로에 설치되는 버너재킷에 구비되는 카본투입구 및 제1산소투입구로부터 상기 전기로에 각각 탄소원과 산소를 공급하여 상기 전기로에서 1차 연소반응이 일어나도록 하는 단계;
    상기 1차 연소장치와 일체로 구비되는 2차 연소장치의 복수개의 제2산소투입구로부터 산소를 추가 공급하여, 상기 샤프트로 배출되는 상기 배가스의 일산화탄소 가스를 추가 연소시키는 2차 연소반응이 일어나도록 하여 배가스의 온도를 상승시키는 단계; 그리고
    온도가 상승된 배가스를 상기 연결로를 통해 상기 샤프트로 배출하여 상기 샤프트에 장입된 철스크랩을 예열하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 제2산소투입구는 일단부가 상기 버너재킷의 상부에 일체로 결합되고, 산소가 배출되는 배출부는 상기 연결로의 내측에 서로 다른 높이로 위치되어 상기 샤프트로 배출되는 배가스에 산소를 추가로 공급하는 것을 특징으로 하는 샤프트 타입 전기로를 이용한 조업 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2산소투입구는 수직방향으로 각도가 변경되고, 수평방향으로는 상기 샤프트로 배출되는 배가스의 흐름 방향을 기준으로 예각으로 변경되면서 산소를 추가로 공급함을 특징으로 하는 샤프트 타입 전기로를 이용한 조업 방법.
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