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KR101289217B1 - 일관제철시스템 및 일관제철방법 - Google Patents

일관제철시스템 및 일관제철방법 Download PDF

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KR101289217B1
KR101289217B1 KR20110068048A KR20110068048A KR101289217B1 KR 101289217 B1 KR101289217 B1 KR 101289217B1 KR 20110068048 A KR20110068048 A KR 20110068048A KR 20110068048 A KR20110068048 A KR 20110068048A KR 101289217 B1 KR101289217 B1 KR 101289217B1
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Abstract

본 발명은 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료처리과정 및 제선공정에서 발생하는 환경오염물질의 발생량을 현저히 감소시킬 뿐만 아니라, 에너지 사용량을 감소함으로써 환경친화적인 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면,각각 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 제1괴상화장치 및 제2괴상화장치; 및 상기 제1괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로를 포함하는 제선장치와 상기 제선장치에서 제조된 용선 및 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 제강장치를 포함하는 일관제철시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, 원료환경에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 현저히 저감할 수 있는 일관제철시스템 및 이를 이용한 일관제철방법을 제공할 수 있다.

Description

일관제철시스템 및 일관제철방법{INTEGRATED IRON AND STEELMAKING SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료처리과정 및 제선공정에서 발생하는 환경오염물질의 발생량을 현저히 감소시킬 뿐만 아니라, 에너지 사용량을 감소함으로써 환경친화적인 일관제철시스템 및 일관제철방법에 관한 것이다.
통상적으로, 용강은 고로에서 제조된 용선을 주 원료로 사용하여 전로에서 정련하여 제조되고 있다.
현재 용선생산에 있어서 에너지 효율면이나 생산성 측면에서 고로공정을 능가하는 제선공정은 개발되지 않았으나, 이와 같은 고로공정에서는 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로서 특정 원료탄을 가공처리한 코크스에 의존하여야 하고, 철원으로서는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.
즉, 현재의 고로공정은 코크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비를 반드시 수반하고, 이는 결국 고로설비이외에 추가적인 부대설비의 구축이 필수적으로 필요하여 설비를 위한 막대한 비용소요를 가져오게 된다.
또한, 상기와 같은 원료예비처리설비에서는 SOx, NOx 또는 분진과 같은 환경오염물질이 상당히 발생되기 때문에, 이의 정화처리를 위한 별도의 설비가 필요하고, 특히 현재 세계적으로 환경오염에 대한 규제가 엄격해져 가고 있어 이를 극복하기 위한 막대한 처리설비 투자비용 등으로 현재의 고로공정을 통한 용선의 생산에서는 그 경쟁력은 저하되고 있는 실정이다.
한편, 상기와 같은 고로공정에서 발생되는 문제를 해결하기 위하여 많은 다른 공정의 연구 및 개발이 있었는데, 현재 개발되고 있는 제선공정중 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하며, 철원으로서는 전세계 광석생산량의 80% 이상을 점유하고 있는 분철광석을 직접 사용할 수 있도록 하여 용선을 제조하는 석탄계 용융환원공정이 우수한 생산공정으로 알려져 있다.
그러나, 아직까지는 상기 공정을 구현하는 1기의 단위 설비에 의해 공급될 수 있는 용선의 양이 1기의 대형 고로, 예를 들면 연산 300만톤 이상, 바람직하게는 연산 400만톤 이상의 용선을 생산할 수 있는 고로에 비할 경우 충분하지 못하다는 단점이 있으며, 그에 따라 고로와 동일량의 용선을 생산하기 위해서는 용융 환원 설비를 다수 설치하여야 하며, 그에 따라 제철소 부지가 부족해 진다는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 용선 제조 설비인 용융환원공정에서 공급되는 선철의 경로를 다양하게 하고, 그로부터 공급되는 선철을 에너지 효율좋게 처리함으로써 환경친화적인 일관제철시스템 및 일관제철방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또하나의 측면에 따르면, 상술한 일관제철시스템 및 일관제철방법으로부터 제조된 용강을 하나의 공정에서 주조와 압연을 수행함으로써 강판을 얻는 일관제철시스템 및 일관제철방법이 제공된다.
본 발명의 또하나의 측면에 따르면 연산 300만톤 이상, 바람직하게는 400만톤 이상의 생산능력을 가지는 생산성이 우수한 일관제철시스템 및 일관제철방법이 제공된다.
상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 일관제철시스템의 일구현례는 각각 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치; 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 제1괴상화장치 및 제2괴상화장치; 및 상기 제1괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로를 포함하는 제선장치와 상기 제선장치에서 제조된 용선 및 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 제강장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1유동환원로설비의 최종유동환원로와 용융로는 가스공급관을 통해 가스소통관계로 연결되고, 상기 제1유동환원로설비의 최초유동환원로와 상기 제2유동환원로설비의 최종유동환원로는 환원가스 연결관을 통해 가스소통관계로 연결되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비 중 적어도 하나의 설비는 순환관을 포함하고 상기 적어도 하나의 설비의 최초유동환원로는 상기 순환관을 통하여 상기 적어도 하나의 설비의 최종유동환원로에 가스소통관계로 연결되는 것이 유리하다.
또한, 상기 제1유동환원로설비의 최종유동환원로와 용융로는 가스공급관을 통해 가스소통관계로 연결되고, 상기 제1유동환원로설비의 유동환원로와 상기 제2유동환원로설비의 유동환원로는 환원가스 연결관을 통해 가스소통관계로 연결되며, 상기 환원가스 연결관은 적어도 하나의 설비의 순환관에 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1유동환원로설비의 유동환원로는 3개 또는 4개로 이루어지고, 상기 제2유동환원로설비의 유동환원로는 4개로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 순환관 중 적어도 하나에는 이산화탄소 제거장치 및 가열기 중 하나 이상이 구비되어 있는 것이 유리하다.
그리고, 상기 제1유동환원로설비의 배가스가 환원가스 연결관을 통하여 제2유동환원로설비로 공급되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 환원가스 연결관에는 습식제진장치가 추가로 구비되는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 순환관 중 적어도 하나에는 이산화탄소 제거장치 및 가열기 중 하나 이상이 구비되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제강장치는 전로 또는 전기로를 포함하며, 상기 전로 또는 전기로와 제2괴상화장치는 괴상화환원철이 이동가능한 괴상화환원철 이송관을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결되어 있는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 전로의 저부에는 연료 및 산소(O2)를 공급할 수 있도록 구성되는 노즐이 구비되고 상기 전로의 상부에는 산소 함유 가스를 공급하는 랜스가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 산소 함유 가스는 가열된 공기인 것이 유리하다.
또한, 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조기와 압연 장치가 직결된 슬라브 주조 장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연속주조기는 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 연속주조기의 주속은 4~15mpm인 것이 유리하다.
또한, 상기 압연 장치는 조압연기와 사상압연기를 포함하고, 상기 조압연기와 사상압연기의 사이에는 강판가열수단이 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 강판가열수단과 사상압연기 사이에는 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 코일박스가 더 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또한가지 바람직한 측면에 다른 일관제철방법은, 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서, 각각 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하는 단계; 제1괴상화장치 및 제2괴상화장치에서, 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하는 단계; 및용융로에서, 상기 제1괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용선제조단계를 포함하는 제선단계와 상기 제선단계에서 제조된 용선 및 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 제강단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1유동환원로설비에서 분철광석 환원은 환원율이 50~80% 가 되도록 행하고, 그리고 상기 제2유동환원로설비에서 분철광석 환원은 환원율이 80~95% 가 되도록 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제강단계에 공급되는 용선과 괴상화환원철은 40~80중량%의 용선 및 20~60중량%의 괴상화환원철의 장입비로 장입되는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 제강단계는 전로 또는 전기로에 의해 수행되는 것이 유리하다.
또한, 상기 제1유동환원로설비에서 배출되는 배가스를 제2유동환원로설비에 공급하여 환원가스로 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1유동환원로설비에서 배출되는 배가스를 제진하는 단계를 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비 중 적어도 하나의 설비에서 배출되는 배가스를 환원가스로 순환시키고, 이 순환되는 가스를 이산화탄소 제거장치에 의해 제거하는 단계 및 가열기에 의해 온도를 조절하는 단계 중 하나의 단계에 의하여 처리한 다음, 상기 적어도 하나의 설비 또는 다른 하나의 설비 공급하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 괴상화환원철은 500~800℃의 고온상태로 용융로 또는 제강단계에 장입되는 것이 효과적이다.
그리고, 제1유동환원로설비에 장애가 있을 경우 제2유동환원로설비에서 제조된 괴상화환원철 중 일부 또는 전부를 용융로에 공급하여 용선을 제조하는 것이 유리하다.
또한, 전로에서 용강 제조시 전로의 저부에서 연료 및 산소(O2)를 공급하고, 그리고 전로의 상부에서 가열된 산소 함유 가스를 공급하는 것이 유리하다.
또한, 상기 산소 함유 가스는 가열된 공기인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제강단계에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조 단계와 압연 단계가 직결된 슬라브 주조 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.
이때, 상기 연속주조기는 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 압연 단계는 조압연 단계와 사상압연 단계를 포함하고, 상기 조압연 단계와 사상압연 단계의 사이에는 강판 가열단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 강판 가열단계와 사상압연 단계 사이에는 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 저장 단계가 더 포함되는 것이 유리하다.
본 발명에 의하면, 원료환경에 유연하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 현저히 저감할 수 있는 일관제철시스템 및 이를 이용한 일관제철방법을 제공할 수 있다.
또한, 기존의 고로를 포함하는 일관제철시스템 또는 일관제철방법에 비할 경우에도 손색없는 생산성을 갖춘 일관제철시스템 및 이를 이용한 일관제철방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 일 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 다른 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 부합되는 일관제철시스템의 또다른 하나의 구현례를 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 2의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 3의 일관제철시스템에 슬라브 주조 장치가 더 포함되어 있는 시스템을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명에서 의미하는 일관제철이라 함은 철광석을 원료로 하여 용선을 제조하고 상기 용선으로부터 용강을 제조하는 과정을 모두 포함하는 제철법을 의미하는 것으로서, 상기 일관제철시스템은 용선을 제조하는 제선단계와 용강을 제조하는 제강단계로 나누어 설명할 수 있다.
제선단계는 분철광석을 환원하여 용선을 제조하는 용융환원설비(용융로)에 의하여 수행된다. 상기 용융로는 분철광석을 유동환원시킨 후 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하고, 상기 괴상화환원철을 용융로에서 환원시킴으로써 용선을 제조한다. 그런데, 상술한 바와 같이 용융로에서 생산가능한 용선의 양이 고로에 비하여 충분하지 못하기 때문에 용융로에서 생산된 용선만 이용할 경우에는 여러기의 설비를 설치하여야 하므로 생산성이 나쁠 뿐만 아니라, 제철소 부지확보가 어렵다는 부차적인 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 용융로는 이러한 단점을 극복하기 위하여 분철광석을 유동환원시킨 후 괴상화하는 과정을 1개 또는 그 이상 추가로 가진다. 즉, 추가적인 괴상화 과정에 의해 제조된 괴상화환원철은 용융로에서 용융되고 이과정에서 추가적인 환원이 일어나서 용선으로 제조되는 것이 아니라, 후속하는 제강단계에서 환원되는 과정을 겪으며, 그 결과 용강으로 제조되게 된다.
따라서, 본 발명은 분철광석을 환원시켜 제조된 환원분철광석을 괴상화하여 괴상화환원철을 제조한 다음, 이 괴상화환원철의 일부를 용융하여 제조된 용선 및 나머지 괴상화환원철을 전로에서 주원료로 사용하여 용강을 제조하는 일관제철시스템 및 이를 이용한 일관제철방법에 관한 것이다.
본 발명의 일관제철시스템의 일례가 도 1에 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일관제철시스템(1)은 제선장치(10)와 제강장치(20)(도면에서는 바람직한 한가지 예로서 전로를 들고 있음. 이하 전로 위주로 설명함)를 포함한다.
제선장치(10)는 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 환원분철광석제조장치(11); 이 환원분철광석제조장치에서 환원된 분철광석을 괴상화하는 괴상화장치(13,14); 및 이 괴상화장치(13,14)에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로(12)를 포함한다.
상기 환원분철광석제조장치(11)는 제1유동환원로설비(111) 및 제2유동환원로설비(112)를 포함하고, 상기 제1유동환원로설비(111) 및 제2유동환원로설비(112)는 각각 하나 이상의 유동환원로를 포함한다.
상기 제1(111) 및 제2유동환원로설비(112)는 분광석을 가스에 의해 유동시키면서 환원하는 설비이다. 분광석은 상기 유동화설비를 이루는 일련의 유동화로 내에서 단계적으로 환원과정을 겪게 된다. 즉, 유동화로는 투입된 분광석이 환원가스에 의해 단계적으로 환원되는 곳으로서, 그 개수에는 제한이 없으나, 충분한 환원을 위하여 2개 또는 그 이상이 포함되는 것이 바람직하며 3개 이상이 포함되는 것이 보다 바람직하다. 상술한 바와 같이 제1유동환원로설비(111)는 이후, 제1괴상화장치(13)를 통하여 용융로(용융환원설비)(12)로 괴상화환원철을 공급하기 위한 것인데, 용융로(12)에서 추가적인 환원이 이루어지게 되므로 유동환원로(1111, 1112, 1113, 1114)는 3개이면 충분하고 4개이면 보다 바람직하다.
제2유동환원로설비(112)는, 제2괴상화장치(14)를 통하여 괴상화환원철을 제조한 후 용융로(12)에서의 추가적인 용융환원없이 바로 전로(20)에 투입하는 것이므로 상기 제2유동환원로설비(112)에 포함된 유동환원로(1121, 1122, 1123, 1124)는 보다 충분한 환원을 위하여 4개 배치되는 것이 보다 바람직하다.
그러나, 앞에서도 언급하였듯이 각 유동환원로설비(111,112)의 유동환원로의 개수를 반드시 제한할 필요는 없다.
도 1에서는 상기 제1유동환원로설비(111)는 4개의 유동환원로(1111,1112,1113,1114)를 포함하고, 상기 제2유동환원로설비(112)는 4개의 유동환원로(1121,1122,1123,1124)를 포함하는 형태를 나타내고 있다.
상기 유동환원로(1111,1112,1113,1114) 및 유동환원로(1121,1122,1123,1124)내에는 통상의 유동환원로에서와 같이 가스를 분산시키는 가스분산판(도시되어 있지 않음)이 구비될 수 있다.
상기 괴상화장치(13,14)는 상기 제1유동환원로설비(111)에서 환원된 환원분철광석을 공급받아 괴상화시키도록 구성되는 제1괴상화장치(13) 및 상기 제2유동환원로설비(112)에서 환원된 환원분철광석을 공급받아 괴상화시키도록 구성되는 제2괴상화장치(14)를 포함한다.
상기 제1괴상화장치(13)에는 환원분철광석을 저장하고 제1괴상화장치(13)로 공급하는 제1호퍼(131)가 구비되어 있고, 이 제1호퍼(131)는 제1환원철공급관(132)을 통해 상기 제1유동환원로설비(111)의 최종유동환원로(1111)와 환원분철광석소통관계로 연결되어 있다.
또한, 제2괴상화장치(14)에는 환원분철광석을 저장하고 제2괴상화장치(14)로 공급하는 제2호퍼(141)가 구비되어 있고, 이 제2호퍼(141)는 제2환원철공급관(142)을 통해 상기 제2유동환원로설비(112)의 최종유동환원로(1121)와 환원분철광석 소통관계로 연결되어 있다.
상기 용융로(12)는 상기 제1괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하도록 구성된다.
상기 용융로(12)는 상기 환원분철광석제조장치(10)의 제1유동환원로설비(111)의 최종유동환원로(1111)와 가스공급관(121)을 통해 가스 소통관계로 연결되어 있고, 제1유동환원로설비(111)의 유동환원로들(1111,1112,1113,1114)은 가스공급관(도시되어 있지 않음)을 통하여 가스 소통관계로 연결되어 있다.
상기 가스공급관(121)을 통해 최종유동환원로(1111)에 공급된 환원가스는 유동환원로들(1111,1112,1113,1114)을 차례로 거쳐 최초유동환원로(1114)에 공급된다.
한편, 분철광석은 최초유동환원로(1114)에 먼저 공급되고, 유동환원로들(1114,1113,1112,1111)을 차례로 거쳐 최종유동환원로(1111)에 공급되며, 이렇게 유동환원로들(1114,1113,1112,1111)을 거치면서 분철광석은 환원가스에 의해 환원되게 된다.
제2유동환원로설비(112)의 각 유동환원로(1121,1122,1123,1124)에서도 이하에서 설명하는 바와 같이 제1유동환원로설비(111)의 각 유동환원로와 동일한 방식으로 분철광석의 환원이 일어날 수 있다.
즉, 상기 제2유동환원로설비(112)의 유동환원로들(1121,1122,1123,1124)은 가스공급관(도시되어 있지 않음)을 통하여 가스 소통관계로 연결되어 있다.
환원가스는 먼저 최종유동환원로(1121)에 공급되고, 유동환원로들(1121,1122,1123,1124)을 차례로 거쳐 최초유동환원로(1124)에 공급된다.
한편, 분철광석은 최초유동환원로(1124)에 먼저 공급되고, 유동환원로들(1124,1123,1122,1121)을 차례로 거쳐 최종유동환원로(1121)에 공급되며, 이렇게 유동환원로들(1124,1123,1122,1121)을 거치면서 분철광석은 환원가스에 의해 환원되게 된다.
제2유동환원로설비(112)의 환원가스 역시 용융로에서 직접 공급되거나 또는 별도의 환원가스 공급라인에 의해 공급될 수 있다. 다만, 환원가스의 효율적인 이용을 가능하게 하는 보다 바람직한 구현에서는, 상기 제1유동환원로설비(111)의 최초유동환원로(1114)는 환원가스 연결관(1116) 을 통해 가스 소통관계로 상기 제2유동환원로설비(112)의 유동환원로에 연결되어 있다. 이를 통하여 제1유동환원로설비(111)의 배가스가 제2유동환원로설비(112)로 공급될 수 있다.
상기 환원가스 연결관은 제1유동환원로설비(111)의 최초유동환원로(1114)와 제2유동환원로설비(112)의 최종유동환원로(1111)를 연결함으로써 제1유동환원로 설비(111)의 배가스가 제2유동환원로설비(112)로 공급될 수 있도록 한다. 이때, 배가스의 보다 효율적인 이용을 통해서는 후술하는 바와 같이 제1유동환원로설비(111) 및 제2유동환원로설비(112) 중 적어도 하나의 설비의 최초유동환원로(1114,1124)와 상기 적어도 하나의 설비의 최종유동환원로(1111,1121)가 순환관(1115,1125)에 의해 가스 소통관계로 연결됨으로써 상기 적어도 하나의 설비의 최초유동환원로에서 발생되는 배가스가 다른 하나의 설비의 최종유동환원로로 공급되는 것이 바람직하다. 만일 제1유동환원로설비(111) 또는 제2유동환원로설비(112)가 순환관(1115,1125)을 가진다면 상기 환원가스 연결관(1116)은 상기 순환관(1115,1125)에 연결됨으로써 제1유동환원로설비(111)의 최초유동환원로(1114)와 제2유동환원로설비(112)의 최종유동환원로(1121)를 가스 소통관계로 연결할 수 있다. 다만, 상기 환원가스 연결관(1116)은 순환관(1115,1125)이 존재하더라도 상기 순환관에 연결되지 않고, 제1유동환원로설비(111)의 최초유동환원로(1114)와 제2유동환원로설비(112)의 최종유동환원로(1121)를 직접 연결할 수도 있으며, 일부의 순환관에만 연결될 수도 있는 것이다.
즉, 본 발명의 바람직한 한가지 구현례에서는 상기 제1유동환원로설비(111)의 최종유동환원로(1111)와 최초유동환원로(1114)는 제1순환관(1115)을 통해 가스소통관계로 연결될 수 있다.
상기 제1순환관(1115)에는 이산화탄소 제거장치(118)가 추가로 구비될 수 있으며, 이 이산화탄소 제거장치(118)에는 배가스를 배출하기 위한 배가스배출관(1181)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 제거장치(118)와 최종유동환원로(1111)사이의 상기 제1순환관(1115)에는 순환가스를 승온시키기 위한 가열기(도시되어 있지 않음)가 추가로 구비될 수 있다.
상기와 같이 제1순환관(1115)에 이산화탄소 제거장치(118)를 구비함으로써 최초유동환원로(111)에서 배출된 배가스는 이산화탄소가 제거된 후 상기 최종유동환원로(1111) 또는 제2유동환원로설비(112)에 공급되어 환원가스로 재활용된다. 또한, 필요에 따라 상기와 같이 가열기를 구비함으로써 순환가스의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2유동환원로설비(112)의 최종유동환원로(1121)와 최초유동환원로(1124)는 제2순환관(1125)을 통해 가스소통관계로 연결될 수 있다.
상기 제2순환관(1125)에는 이산화탄소 제거장치(116)가 구비될 수 있고, 이 이산화탄소 제거장치(116)에는 배가스를 배출하기 위한 배가스배출관(1161)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 제거장치(116)와 최종유동환원로(1121)사이의 상기 제2순환관(1125)에는 순환가스를 승온시키기 위한 가열기(117)가 구비될 수 있다.
상기와 같이 제2순환관(1125)에 이산화탄소 제거장치(116)를 구비함으로써 제2유동환원로설비에서 배출된 배가스는 이산화탄소가 제거된 후 상기 최종유동환원로에 공급되어 환원가스로 재활용된다. 또한, 상기와 같이 가열기(117)를 구비함으로써 순환가스의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 또한가지 바람직한 구현례에서는 상기 제1유동환원로설비(111)와 제2유동환원로설비(112)를 연결하는 환원가스 연결관, 즉 배가스 경로에 제진장치, 바람직하게는 습식제진장치(도시하지는 않았음)를 설치함으로써 배가스의 먼지나, 황, 기타 불순물을 제거(제진)할 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.
상술한 제선단계 이후의 제강단계는 전로 또는 전기로 등의 정련설비를 포함하는 제강장치에 의해 수행될 수 있다.
전로는 산소 또는 산소 함유 가스를 로내에 공급하여 용선 중 탄소를 연소시켜 탄소가 포화 수준으로 용해된 용선을 용강으로 전환시키는 장치로서, 탄소 또는 기타의 산화성분이 산소에 의해 연소되는 연소열에 의해 용강의 승온작업도 동시에 이루어지는 장치이다.
전로에는 여러가지가 있으나, 본 발명에서는 모두 사용가능하다. 즉, 상취,저취 또는 상하취 복합취련 등과 같은 취련 방식의 차이, 기타 각 철강사의 설계 방식에 따른 상이한 형식에 상관 없이 모두 본 발명에서 사용가능하다.
다만, 제선단계에서 공급되는 주원료가 고온의 용선 뿐만 아니라, 괴상화환원철도 포함하고 있으므로, 보다 열효율이 높은 방식을 사용하는 것이 보다 바람직하며, 본 발명의 바람직한 구현례에서는 제강장치는 이하와 같은 방식의 전로를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
즉, 본 발명의 보다 바람직한 예에서 상기 전로(20)는 상기와 같이 제선장치(10)에서 제조된 용선 및 상기 제2괴상화장치(14)에서 괴상화된 괴상화환원철을 주원료로 하여 용강을 제조하도록 구성되는 것으로서, 전로(20)의 상부와 하부에는 각각 랜스(21)와 노즐(22)이 구비된다. 전로의 하부에 구비된 노즐로는 산소가 취입되어 용강을 정련하는 역할을 수행한다. 이때, 산소와 함께 열원으로 작용가능한 연료가 취입될 수 있다. 상기 연료로는 석탄 이나 가연성 가스 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다. 또한, 상기 연료는 산소와 함께 취입될 수도 있으나, 별도의 노즐로 질소 등과 같은 캐리어 가스에 의해 이송되어 취입될 수도 있다. 전로의 하부에는 상기 연료 이외에도 생석회 등과 같이 슬래그의 염기도 제어가 가능하며 탈탄반응의 핵으로 작용할 수도 있는 분말이 산소와 함께 또는 별도의 캐리어 가스에 의해 취입될 수 있다.
또한, 상기 랜스(21)는 산소를 포함하는 가스, 바람직하게는 공기를 로내로 분사할 수 있다. 로내로 분사된 산소 함유 가스는 용강의 탈탄 반응에 의해 생성된 일산화탄소를 2차연소(post combustion) 시킴으로써 용강으로 추가적으로 열을 공급하는 역할을 한다. 이때, 상기 산소 함유 가스의 열효율을 더욱 높이기 위하여 산소 함유 가스의 공급경로에 가열수단이 추가될 수 있으며, 상기 가열수단으로는 통상 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 가능하나, 보다 바람직하게는 전로에서 배출되는 폐가스의 열을 열교환하는 열교환기 타입의 가열장치(211)가 사용될 수 있다.
상기 전로(20)와 제2괴상화장치(14)는 괴상화환원철이 이동가능한 괴상화환원철 이송관(23)을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결될 수 있다. 이렇게 상기 전로(20)와 제2괴상화장치(14)가 괴상화환원철 이송관(23)을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결됨으로써 환원된 괴상화환원철의 산화를 막을 수 있다. 상기 괴상화환원철 이송관(23)에는 질소 가스 분위기를 유지할 수 있다. 전로는 상술한 바와 같이 저부에서 노즐(22)를 통하여 산소를 취입하는 방식을 가질 수도 있으나, 상술한 랜스(21) 또는 별도의 랜스(도시하지는 않았음)을 통하여 산소 취입하여 용강을 정련할 수도 있음은 이미 앞에서 밝혀둔 바이다.
본 발명의 일관제철시스템의 다른 예가 도 2 및 도 3에 나타나 있다.
도 2에 도시된 일관제철시스템(2)은 제1유동환원로설비(111)가 3개의 유동환원로(1111,1112,1113)를 포함하고 있다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 일관제철시스템(1)와 실질적으로 동일하다.
도 3에 도시된 일관제철시스템(2)은 제강장치로서 전로(20)이 아닌 전기로(20-1)이 사용되었다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 일관제철시스템(1)과 실질적으로 동일하다. 또한, 도 3에 도시된 일관제철시스템(2)에 기재된 용융환원로의 개수를 도 2와 동일하게 변경할 수도 있음은 이미 상술한 바이다.
본 발명의 또한가지 바람직한 구현례에서는, 용강흐름방향에서 보아 상기 제강장치에 후방에 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 슬라브 주조 장치가 배치될 수 있다. 이때, 보다 콤팩트한 설비구성을 위해서는 슬라브 주조 장치는 연속주조기와 압연 장치를 포함하는 것이 바람직하며, 연속주조기와 압연 장치는 서로 직결되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 직결이라 함은 상기 주조부의 슬라브 배출부와 압연 장치의 슬라브 인입구가 동일하며, 실질적으로 공간적으로 연결되어 있다는 것을 의미한다.
도 4 내지 6에는 각각 도 1 내지 3의 본 발명의 바람직한 구현례인 일관제철시스템에슬라브 주조 장치(30)가 포함되어 있는 시스템을 예시하였다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 슬라브 주조 장치(30) 는 전로(20) 또는 전기로(20-1)에서 제조된 용강을 연속주조기(31)에서 연속주조 방식으로 슬라브를 주조하여 배출한다. 슬라브의 두께가 너무 두꺼울 경우에는 압연 장치의 압하부담이 증가하기 때문에 연속주조기(31)에서 주조된 슬라브를 바로 압연하기 위해서는 상기 연속주조기(31)에서 제조되는 슬라브는 30~150mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 두께는 120mm 이하이며, 100mm 이하가 가장 바람직하다. 이를 위한 보다 바람직한 방법의 일례로서, 연속주조기(31) 몰드(313)에서 배출되는 슬라브의 두께는 40~200mm인 것이 바람직하고, 이후 연속주조기(31) 배출전에 위치하는 액상 압하(liquid core reduction) 영역(314)에서 30% 이하의 액상 압하를 실시할 수도 있다. 두께가 충족되는 경우에는 상기 액상 압하는 실시하지 않을 수도 있다.
상기 연속주조기(31)로부터 배출되는 슬라브는 압연 장치(32)에 의해 압연된다. 처리속도가 다를 수도 있는 연속주조기(31)와 압연 장치(32) 사이의 연속성을 보장하기 위하여 연속주조기와 압연 장치 사이에는 슬라브 절단 장치(315)가 포함될 수도 있다.
상기 압연 장치는 조압연기(322)와 사상압연기(326)로 나누어 압연하여 강판을 제조한다. 상기 조압연기(322)와 사상압연기(326) 사이에는 가열수단(324)이 추가될 수 있다. 상기 가열수단(324)은 유도로나 터널로 등이 이용될 수 있으며, 유도로 방식이 보다 콤팩트한 설비구성을 위해 바람직하다. 또한, 상기 가열수단의 전방 및 후방 중 1이상의 개소(도면에서는 전방에 구비된 형태를 도시함)에 슬라브 배출수단(323)을 구비하는 것이 보다 바람직하다. 상기 슬라브 배출수단(323)은 슬라브 진행방향의 수직방향(횡방향)으로 슬라브를 배출하기 위한 것으로서 전,후공정에서 조업장애가 발생하였을 때, 처리가 불가한 슬라브를 생산라인으로부터 배출하는 기능을 한다. 상기, 슬라브 배출수단의 길이는 슬라브 1매 ~ 2매의 길이(예를 들면 5.5~11m)에 대응되는 것이 바람직하다.
조압연되고 가열된 슬라브는 이후 사상압연을 통하여 원하는 두께로 압하되어 최종 제품이 된다. 이때, 제품의 두께 및 수요가의 요구에 따라 코일 형태로 권취될 수도 있다. 상기 사상압연기(326)는 3~8개의 압연열로 이루어지는 것이 바람직하며, 4~7개의 압연열로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 사상압연기 후단에는 냉각장치(328)가 더 존재할 수 있다.
또한, 상기 사상압연기(326) 전방, 바람직하게는 가열수단(324) 후방에는 조압연된 강판을 권취하여 저장하는 코일 박스가(325) 더 포함될 수 있다. 상기 코일 박스(325)는 조압연기(322)와 사상압연기(326) 사이의 처리속도 불일치를 해소하거나, 강판 내 온도를 균일화하거나 또는 공정상 시간적 여유를 확보하기 위한 버퍼역할을 할 수 있다. 이때, 상기 코일 박스(325)는 단열되는 것이 보다 바람직하다. 연연속 압연시에는 강판은 상기 코일 박스(325)를 경유하지 않을 수 있다. 또한, 조압연기(322) 및 사상압연기(326) 중 하나 이상의 전방에는 스케일 제거 장치(321)가 위치하여, 강판의 표면에 스케일이 제거된 채로 압연이 실시되는 것이 강판 또는 롤 보호를 위하여 보다 바람직하다. 사상압연기 후방에는 절단기(327)가 위치하여 제품을 원하는 규격으로 절단하도록 하는 것이 바람직하다. 절단기(327)의 바람직한 예로서는 전단기(shearing machine)를 들 수 있다.
상술한 본 발명에서 유동환원로, 괴상화장치 및 용융로 각각의 자체 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 가능하다.
여기서 사용된 용어 '제1' 및 '제2'는 순서를 의미하는 것은 아니며, 단순히, 부재들을 구분하기 위하여 사용된 것이다.
또한, 여기서 사용된 '최초' 및 '최종'이라는 용어는 분철광석의 이동방향을 기준으로 정해진 것이며, 예를 들면, 분철광석이 가정 먼저 공급되는 유동환원로를 최초유동환원로라고 하고, 마지막으로 공급되는 유동환원로를 최종유동환원로라고 한 것이다.
또한, 본 발명의 제강단계에서 용선을 용강으로 전환하는 장치로서 전로를 예시하여 설명하였으나, 전기로를 사용할 수도 있음에 유의할 필요가 있다. 또한, 상술한 제강단계에서는 전로 공정 이후에, 추가적인 2차 정련(secondary refining) 과정이 더 포함될 수 있다. 2차 정련 과정은 전로 또는 전기로에서 배출된 용강의 성분을 최종 제품에 적합하도록 제어하며, 용강의 온도를 주조하기에 적합하도록 제어하는 공정을 의미하는 것으로서, 버블링 설비, 진공정련설비, 용강승온 설비 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 2차 정련 과정이라면 어떠한 과정이라도 더 포함될 수 있으므로 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 즉, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 상기 제강단계에서는 전로에 후속하여 2차정련 설비가 더 포함될 수 있다.
뿐만 아니라, 제강단계에서는 전로와 용융로 사이에서 용융로에서 제조된 용선을 탈황 또는 탈린 처리하기 위하여 탈황 장치, 탈린 장치 및 탈황탈린 장치 중 1 이상을 더 포함하여 탈황 및/또는 탈린 처리된 용선을 전로 또는 전기로에 투입할 수도 있다. 기타, 철강 분야에서 소위 1차 정련이라 불리는 전로 또는 전기로 공정 전에 수행될 수 있는 예비처리 공정이라면 모두 본 발명에서 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제강 장치는 전로 또는 전기로 뿐만 아니라, 그 전 또는 후에 배치될 수 있는 용선예비처리(Hot metal pretreatment) 장치와 2차 정련 장치를 모두 포함할 수 있는 시스템적인 개념임에 유의할 수도 있다. 물론, 이들 장치는 반드시 포함되어야 하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 일관제철방법을 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 제1유동환원로설비 (111) 및 제2유동환원로설비(112)를 갖는 환원분철광석제조장치(11), 제1괴상화장치(13), 제2괴상화장치(14) 및 용융로(12)를 포함하는 제선장치(10); 및 전로(20)를 포함하는 제강장치(1)를 이용하여 용강을 제조한다.
본 발명에서는 상기 제1유동환원로설비(111) 및 상기 제2유동환원로설비(112)에서 각각 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조한다.
즉, 분철광석 등을 유동환원로에 장입하고, 장입된 분철광석 등을 가스공급관으로 유입되는 환원가스에 의해 가스유동층을 형성하면서 환원시켜 환원분철광석을 제조한다. 장입되는 분철광석은 충분히 넓은 비표면적을 가져서 환원이 용이하고 또한 유동화 가스에 의해 유동이 되도록 그 입도가 너무 크지 않은 것이 바람직하다. 본 발명에서는 12mm 이하인 것이 바람직하며, 10mm 이하인 것이 보다 바람직하고, 8mm 이하인 것이 가장 바람직하다.
상기 제1유동환원로설비(111)에서 분철광석 환원은 환원율이 50~80% 가 되도록 행하는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 구현례에서, 용융로(12)로부터 배출되는 환원가스를 사용하여 분철광석을 환원시키는데, 용융로(12)에서 배출되는 환원가스(소위 'FOG'라고도 함)는 먼지나 황 함량이 높아 분철광석의 환원율이 높아지면 내부에서 고착(sticking)현상이 발생하는 문제점이 있으며, 용융로에서 추가환원이 이루어질 수 있기 때문이다. 또한, 상기 제2유동환원로설비에서 분철광석 환원은 환원율이 80~ 95% 가 되도록 행하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 바람직한 또한가지 구현례에서, 제2유동환원로설비(112)에서 사용되는 환원가스로 상기 제1유동환원로설비(111)의 배가스를 이용하는데, 이때에는 먼지나 황이 정화되기 때문에 상술한 문제의 위험성이 감소할 수 있기 때문이다.
상기와 같이 상기 제1유동환원로설비(111) 및 제2유동환원로설비(112)에서 환원된 분철광석을 각각 상기 제1괴상화장치(13) 및 상기 제2괴상화장치(14)에 공급하여 괴상화함으로써 괴상화환원철을 제조한다. 상기 괴상화장치(13,14)에 의해 괴상화환원철을 제조하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이미 공지된 방법으로서 예를 들면, 대한민국 특허공개공보 제10-2005-0068319, 제10-2003-0085795호에 기재된 장치를 이용하여 괴상화환원철을 제조하는 방법을 들 수 있으며, 그 밖에도 본 발명의 기술분야의 다양한 기술을 이용할 수 있다.
이후, 상기 제1괴상화장치(13)에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융로(12)에 공급하여 용융하여 용선을 제조한다.
상기 상기 제1괴상화장치(13) 및 상기 제2괴상화장치(14)에서 괴상화된 괴상화환원철은 500~800℃의 고온상태로 용융로 또는 제강장치에 장입하는 것이 바람직하다. 용융로(12)에는 상기 괴상화환원철을 환원시키기 위한 환원제를 같이 장입하여 용융된 환원철을 추가로 환원할 수 있다. 환원제로서는 탄소계 환원제를 사용할 수 있으며, 그 중에서도 성형탄이나 괴탄 또는 코크스 등과 같은 석탄계 환원제를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같이 상기 용융로(12)에서 제조된 용선과 상기 제2괴상화장치(14)에서 괴상화된 괴상화환원철을 상기 전로(20)에 공급하여 용강을 제조한다. 용선은 전로(20)에 공급하기 전에 탈황, 탈린, 또는 동시 탈황탈린 공정 중 1개 이상의 공정을 경유할 수도 있으며, 그 밖의 예비처리공정을 경유할 수도 있다.
효율적인 전로작업을 위해서는 상기 전로에 공급되는 용선과 괴상화환원철은 40~80중량%의 용선 및 20~60중량%의 괴상화환원철의 장입비로 장입되는 것이 바람직하다.
도 1에서는 용선이 제1유동환원로설비(111)에서 제조된 환원분철광석을 괴상화한 것을 사용하여 제조되었지만, 제2유동환원로설비(112)에서 제조된 환원분철광석을 괴상화한 것을 사용하여 제조될 수 있음은 당연하다 할 것이다. 뿐만 아니라, 반드시 제1유동환원로설비(111)에서 제조된 괴상화환원철이 모두 용융로로 투입될 필요는 없고 일부는 바로 제강장치로 투입될 수도 있으며, 이는 제2유동환원로설비(112)에서 제조된 괴상화환원철이 모두 제강장치로 바로 투입될 필요가 없이 용융로로 투입될 수 있음과도 마찬가지이다. 유동환원로설비(111,112) 중 하나에 장애가 있을 경우에는 나머지 하나에서 제조된 괴상화철의 일부 또는 전부를 용융로로 보내어 공정을 진행할 수도 있다.
상기 일관제철방법에서 상기 제1유동환원로설비(111)에서 배출되는 배가스는 환원가스 연결관(1116)을 통해 제2유동환원로설비(112)에 공급하여 환원가스로 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1유동환원로설비(111) 및 제2유동환원로설비(112) 중 적어도 하나의 설비 에서는 배출된 배가스를 환원가스로 순환시킬 수 있다. 이때, 순환되는 배가스는 이산화탄소 제거장치(116,118)에 의해 이산화탄소를 제거하는 단계 및 가열기(117, 제1유동환원로설비쪽의 가열기는 도시하지 않았음)에 의해 온도를 조절하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 거친 후 상기 적어도 하나의 유동환원로설비(111,112) 또는 다른 하나의 설비(112,111)에 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전로(20)에서 용강 제조 시 전로(20)의 저부에서 연료 및 산소(O2)를 공급하여 용강을 가열하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 생석회와 같은 물질의 입자를 같이 취입하여 슬래그의 염기도 제어 및 탈탄반응의 핵으로 작용할 수 있도록 할 수도 있다.
또한, 상기 전로(20)에서 용강 제조 시 전로(20)의 상부에서 산소를 포함하는 가스, 바람직하게는 공기를 로내로 분사하여 노내의 일산화탄소를 2차연소하는 것이 보다 효율적인 열이용을 위하여 바람직하다. 또한, 상기 산소 함유 가스의 열효율을 더욱 높이기 위해서, 상기 산소 함유 가스는 가열하여 분사하는 것이 보다 바람직하다. 이를 위한 보다 바람직한 방법으로서 전로에서 배출되는 폐가스의 열을 열교환하여 상기 산소 함유 가스를 가열하는 것을 들 수 있다.
상술한 제강단계에서는 전로 공정 이후에, 추가적인 2차 정련(secondary refining) 과정이 더 포함될 수 있다. 2차 정련 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 2차 정련 과정이라면 어떠한 과정이라도 더 포함될 수 있으므로 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 즉, 본 발명의 한가지 바람직한 구현례에서는 상기 제강단계에서는 전로에 후속하여 2차 정련 과정이 더 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 전로공정에 선행하여 용선예비처리과정이 더 포함 될 수도 있다.
본 발명의 일관제철방법의 또한가지 바람직한 구현례에서는, 상기 제강단계에 후속하여 슬라브 주조가 후속할 수 있다. 이때, 보다 콤팩트한 설비구성을 위해서는 슬라브 주조 단계는 연속주조 단계와 압연 단계를 포함하는 슬라브 주조 단계에 의해 수행되는 것이 바람직하며, 이때 연속주조 단계와 압연 단계는 서로 직결되는 것이 바람직하다.
도 4 내지 6에 예시된 슬라브 주조 장치가 더 포함된 시스템을 통하여 본 발명을 설명한다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 슬라브는 연속주조 단계에서 연속주조 방식으로 주조되어 배출된다. 슬라브의 두께가 너무 두꺼울 경우에는 압연 장치(32)의 압하부담이 증가하기 때문에 연속주조 단계에서 주조된 슬라브를 바로 압연하기 위해서는 상기 연속주조 단계에서 제조되는 슬라브는 30~150mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 두께는 120mm 이하이며, 100mm 이하가 가장 바람직하다. 이를 위한 보다 바람직한 방법의 일례로서, 연속주조 단계에서 사용되는 연속주조기(31) 몰드(313)에서 배출되는 슬라브의 두께는 40~200mm인 것이 바람직하고, 이후 연속주조 단계 배출전에 위치하는 액상 압하(liquid core reduction) 영역에서 25% 이하의 액상 압하를 실시할 수도 있다. 두께가 충족되는 경우에는 상기 액상 압하는 실시하지 않을 수도 있다. 또한, 연속주조 단계에서의 주조속도는 4.5mpm ~ 15mpm인 것이 바람직하다.
상기 연속주조 단계로부터 배출되는 슬라브는 후속하는 압연 단계에 의해 압연된다. 이때, 처리속도가 다를 수도 있는 연속주조 단계와 압연 단계 사이의 연속성을 보장하기 위하여 연속주조 단계 후 슬라브를 절단하여 압연 단계에 공급할 수 있다.
상기 압연 단계는 조압연 단계와 사상압연 단계로 나누어 슬라브를 압연하여 강판을 제조한다. 사상압연단계에서 필요한 온도를 확보하기 위하여 상기 조압연 단계와 사상압연 단계 사이에는 가열 단계가 추가될 수 있다. 상기 가열 단계에서 사용되는 가열수단은 유도로나 터널로 등이 이용될 수 있으며, 유도로 방식이 보다 콤팩트한 설비구성을 위해 바람직하다. 또한, 비상시에는 상기 가열 수단의 전 또는 후에 슬라브 배출 단계가 더 포함될 수 있다.
조압연되고 가열된 슬라브는 이후 사상압연 단계를 통하여 원하는 두께로 압하되어 최종 제품이 된다. 이때, 제품의 두께 및 수요가의 요구에 따라 코일 형태로 권취될 수도 있다. 사상압연 단계 이후에는 냉각단계가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 사상압연 단계 전에는 조압연된 강판을 권취하여 코일 박스(325)에 저장하는 저장 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 코일 박스는 조압연기(322)와 사상압연기(326) 사이의 처리속도 불일치를 해소하거나, 강판 내 온도를 균일화하거나 또는 공정상 시간적 여유를 확보하기 위한 버퍼역할을 할 수 있다. 코일 박스에 권취되는 강판의 두께는 20mm이하인 것이 보다 바람직하다. 연연속 압연시에는 강판은 상기 저장 단계는 포함되지 않을 수도 있다. 또한, 조압연 단계 및 사상압연 단계 중 하나 이상의 전에는 스케일 제거 단계가 위치하여, 강판의 표면에 스케일이 제거된 채로 압연을 실시하는 것이 강판 또는 롤 보호를 위하여 보다 바람직하다. 사상압연기 후방에는 절단단계가 위치하여 제품을 원하는 규격으로 절단하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 절단단계는 냉각단계의 전 또는 후에 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일관제철시스템은 하나의 제선장치에서 용선은 물론이고 괴상화 환원철도 동시에 생산가능하기 때문에, 1기의 단위 설비에 의해 공급될 수 있는 용선의 양이 1기의 대형 고로, 예를 들면 연산 300만톤 이상, 바람직하게는 연산 400만톤 이상의 용선을 생산할 수 있는 고로에 비견될 수 있을 정도로 높은 생산성을 가질 수 있다.
즉, 용융로를 통하여 생산되는 용선을 연산 130~250만톤의 양으로 생산하며, 이와 유사하게 괴상화장치로부터 직접 전로로 투입되는 괴상화환원철 역시 연산 130~250만톤의 양으로 생산할 수 있기 때문에, 적절한 프로덕트 믹스를 통하여 대형고로에 비견될 수 있는 높은 생산성을 가지는 것이다.
뿐만 아니라, 제강장치의 바람직한 측면에 따르면, 전로내 열효율을 극대화함으로써 종래에 비하여 낮은 용선비(HMR)하에서도 조업이 가능하므로 용강 제조환경을 유연하게 관리할 수 있다는 효과도 가진다.
1,2: 일관제철시스템
10: 제선장치
11: 환원분철광석제조장치
111: 제1유동환원로설비
112: 제2유동환원로설비
1111,1112,1113,1114,1121,1122,1123,1124: 유동환원로
1115: 제1순환관
1125: 제2순환관
116,118: 이산화탄소 제거장치
1161,1181: 배가스배출관
117: 가열기
12: 용융로
121: 가스공급관
13: 제1괴상화장치
131: 제1호퍼
132: 제1환원철공급관
14: 제2괴상화장치
141: 제2호퍼
142: 제2환원철공급관
20: 전로
21: 랜스
211:가열장치
22: 노즐
23: 괴상화환원철 이송관
30: 슬라브 주조 장치
31: 연속주조기
311: 레이들
312: 턴디시
313: 몰드
314: 액상 압하 영역
315: 슬라브 절단 장치
32: 압연 장치
321: 스케일 제거 장치
322: 조압연기
323: 슬라브 배출수단
324: 가열수단
325: 코일 박스
326: 사상압연기
327: 절단기
328: 냉각장치
329: 코일

Claims (32)

  1. 각각 하나 이상의 유동환원로를 포함하여 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하도록 구성되는 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비를 포함하는 환원분철광석제조장치;
    상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하도록 구성되는 제1괴상화장치 및 제2괴상화장치; 및
    상기 제1괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용융로를 포함하는 제선장치와
    상기 제선장치에서 제조된 용선 및 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 제강장치를 포함하고,
    상기 제1유동환원로 설비는 환원율이 50~80%가 되도록 분철광석을 환원하고, 상기 제2유동환원로설비는 환원율이 80~95%가 되도록 분철광석을 환원하는 일관제철시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비의 최종유동환원로와 용융로는 가스공급관을 통해 가스소통관계로 연결되고, 상기 제1유동환원로설비의 최초유동환원로와 상기 제2유동환원로설비의 최종유동환원로는 환원가스 연결관을 통해 가스소통관계로 연결되는 일관제철시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비 중 적어도 하나의 설비는 순환관을 포함하고 상기 적어도 하나의 설비의 최초유동환원로는 상기 순환관을 통하여 상기 적어도 하나의 설비의 최종유동환원로에 가스소통관계로 연결되는 일관제철시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비의 최종유동환원로와 용융로는 가스공급관을 통해 가스소통관계로 연결되고, 상기 제1유동환원로설비의 유동환원로와 상기 제2유동환원로설비의 유동환원로는 환원가스 연결관을 통해 가스소통관계로 연결되며, 상기 환원가스 연결관은 적어도 하나의 설비의 순환관에 연결되는 일관제철시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비의 유동환원로는 3개 또는 4개로 이루어지고, 상기 제2유동환원로설비의 유동환원로는 4개로 이루어지는 일관제철시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 순환관 중 적어도 하나에는 이산화탄소 제거장치 및 가열기 중 하나 이상이 구비되어 있는 일관제철시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 순환관 중 적어도 하나에는 이산화탄소 제거장치 및 가열기 중 하나 이상이 구비되어 있는 일관제철시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비의 배가스가 환원가스 연결관을 통하여 제2유동환원로설비로 공급되는 일관제철시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 환원가스 연결관에는 습식제진장치가 추가로 구비되는 일관제철시스템.
  10. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제강장치는 전로 또는 전기로를 포함하며, 상기 전로 또는 전기로와 제2괴상화장치는 괴상화환원철이 이동가능한 괴상화환원철 이송관을 통해 괴상화환원철 소통관계로 연결되어 있는 일관제철시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전로의 저부에는 연료 및 산소(O2)를 공급할 수 있도록 구성되는 노즐이 구비되고 상기 전로의 상부에는 산소 함유 가스를 공급하는 랜스가 구비되어 있는 일관제철시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 가열된 공기인 일관제철시스템.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제강장치에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조기와 압연 장치가 직결된 슬라브 주조 장치를 더 포함하는 일관제철시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연속주조기는 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하는 일관제철시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 연속주조기의 주속은 4~15mpm인 일관제철시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 압연 장치는 조압연기와 사상압연기를 포함하고, 상기 조압연기와 사상압연기의 사이에는 강판가열수단이 더 포함되는 일관제철시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 강판가열수단과 사상압연기 사이에는 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 코일박스가 더 포함되는 일관제철시스템.
  18. 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서, 각각 분철광석을 환원시켜 환원분철광석을 제조하는 단계;
    제1괴상화장치 및 제2괴상화장치에서, 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비에서 환원된 분철광석을 각각 공급받아 괴상화하여 괴상화환원철을 제조하는 단계; 및
    용융로에서, 상기 제1괴상화장치에서 괴상화된 괴상화환원철을 용융하여 용선을 제조하는 용선제조단계를 포함하는 제선단계와
    상기 제선단계에서 제조된 용선 및 괴상화환원철을 공급받아 용강을 제조하는 제강단계를 포함하고,
    상기 제1유동환원로설비에서 분철광석 환원은 환원율이 50~80% 가 되도록 행하고, 그리고 상기 제2유동환원로설비에서 분철광석 환원은 환원율이 80~95% 가 되도록 행하는 일관제철방법.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서, 상기 제강단계에 공급되는 용선과 괴상화환원철은 40~80중량%의 용선 및 20~60중량%의 괴상화환원철의 장입비로 장입되는 일관제철방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 제강단계는 전로 또는 전기로에 의해 수행되는 일관제철방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비에서 배출되는 배가스를 제2유동환원로설비에 공급하여 환원가스로 사용하는 일관제철방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비에서 배출되는 배가스를 제진하는 단계를 더 포함하는 일관제철방법.
  24. 제18항에 있어서, 상기 제1유동환원로설비 및 제2유동환원로설비 중 적어도 하나의 설비에서 배출되는 배가스를 환원가스로 순환시키고, 이 순환되는 가스를 이산화탄소 제거장치에 의해 제거하는 단계 및 가열기에 의해 온도를 조절하는 단계 중 하나의 단계에 의하여 처리한 다음, 상기 적어도 하나의 설비 또는 다른 하나의 설비 공급하는 일관제철방법.
  25. 제18항에 있어서, 상기 괴상화환원철은 500~800℃의 고온상태로 용융로 또는 제강단계에 장입되는 일관제철방법.
  26. 제18항에 있어서, 제1유동환원로설비에 장애가 있을 경우 제2유동환원로설비에서 제조된 괴상화환원철 중 일부 또는 전부를 용융로에 공급하여 용선을 제조하는 일관제철방법.
  27. 제18항, 제20항 내지 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 전로에서 용강 제조시 전로의 저부에서 연료 및 산소(O2)를 공급하고, 그리고 전로의 상부에서 가열된 산소 함유 가스를 공급하는 일관제철방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 가열된 공기인 일관제철방법.
  29. 제18항, 제20항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제강단계에서 제조된 용강을 주조하는 연속주조 단계와 압연 단계가 직결된 슬라브 주조 단계를 더 포함하는 일관제철방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 연속주조 단계는 두께 30~150mm의 슬라브를 제조하는 일관제철방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 압연 단계는 조압연 단계와 사상압연 단계를 포함하고, 상기 조압연 단계와 사상압연 단계의 사이에는 강판 가열단계가 더 포함되는 일관제철방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 강판 가열단계와 사상압연 단계 사이에는 강판을 코일 상태로 권취하여 저장하는 저장 단계가 더 포함되는 일관제철방법.
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