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전기로 제강 기술 개발


전기로 제강 기술 개발  

제강 기술의 개발은 여러 요구 사항을 충족하기 위해 발생합니다. 이러한 요구 사항은 아래와 같이 4가지 그룹으로 분류할 수 있습니다.

전기로(EAF)를 이해하기 위해서는 전기아크가 무엇인지 이해할 필요가 있다. 전기 아크는 작은 간격(일반적으로 일반 공기)으로 분리된 두 전극 사이의 방전 형태입니다. 이것의 가장 잘 알려진 예는 번개입니다. 아크 용접을 해본 사람이라면 전기 아크도 잘 알 것입니다. DC 전원의 음극에 공작물을 연결하고 양극에 전극을 연결하면 전극에 순간적으로 접촉하여 공작물에서 약간 떨어져 당기면 전극과 전극 사이에 안정적인 전기 아크가 형성됩니다. 이 아크의 열은 전극을 녹이고 공작물을 함께 용접하기에 충분합니다. 동일한 아이디어가 전기로에서 더 큰 규모로 사용됩니다.



전기로(EAF) 제강의 역사는 그리 오래되지 않았습니다. 전력을 이용하여 강철을 녹이는 최초의 용광로가 가동된 것은 ​​불과 한 세기가 조금 넘습니다. 기술의 초기 개발은 이 장치를 통해 쉽게 최고 온도에 도달할 수 있었고 고품질 합금강 등급 및 합금 생산을 위한 최상의 조건을 보장했기 때문입니다. 그 이후로 용광로 장비, EAF 기술, 용해 방식, 원자재 및 철강 제품에서 큰 발전이 이루어졌습니다. EAF 기술의 발전으로 EAF는 제강의 BOF(Basic Oxygen Furnace) 기술을 사용하는 통합 공장과 보다 성공적으로 경쟁할 수 있었습니다. 오늘날 EAF 제강은 세계 철강 생산에 상당한 기여를 하고 있지만 BOF의 지배적인 제강 기술에 의한 철강 생산 기여도에는 여전히 한참 뒤떨어져 있습니다.

초기 개발

19세기에 철을 녹이기 위해 전기 아크를 사용하려는 여러 시도가 있었습니다. Humphry Davy 경은 1810년에 실험적 시연을 수행했으며, 1815년에는 Pepys가 용접을 조사했으며, Pinchon은 1853년에 전기로를 만들려고 시도했으며, 1878~79년에는 Carl Wilhelm Siemens가 아크 유형의 전기로에 대한 특허를 취득했습니다.

De Laval은 1892년에 철의 용융 및 정제를 위한 전기로에 대한 특허를 냈고 Paul Heroult는 1888년과 1892년 사이에 철 합금의 전기 아크 용융을 시연했습니다. 새로운 기술은 20세기 초에 널리 사용되기 시작했습니다. 상대적으로 저렴한 전기 에너지의 생성이 그 때 시작되었습니다. 1906년에는 미국 최초의 전기 아크 용해로가 Halcomb 공장에 설치되었습니다. 이 'Old No. 1' Heroult 전기 아크로는 현재 펜실베니아 주 피츠버그의 스테이션 스퀘어에 지정된 ASM(American Society for Materials) 역사적 기념물로 지정되어 있습니다(그림 1).

그림 1 최초의 Heroult 전기로

처음에 EAF 제강은 스크랩 및 철 합금과 같은 고체 형태의 사료를 사용하여 특수 등급의 강을 생산하기 위해 개발되었습니다. 고체 재료는 먼저 직접 아크 용융을 통해 용융되고 적절한 플럭스를 추가하여 정제되고 추가 처리를 위해 탭핑됩니다. 전기 아크로는 또한 탄화물 덩어리에 사용하기 위한 탄화칼슘을 준비하는 데 사용되었습니다. EAF 제강 기술은 이제 느린 공정에서 BOF의 생산성 수준에 근접하는 수준에서 수행되는 급속 용해 공정으로 발전했습니다.

Heroult 아크 정제로를 통한 개략적인 단면이 그림 2에 나와 있습니다. 이 그림에서 E는 전극(하나만 표시됨)이며 랙 및 피니언 드라이브 R 및 S에 의해 상승 및 하강됩니다. 내부는 내화 벽돌로 늘어서 있습니다. H, K는 하단 라이닝을 나타냅니다. A의 문을 통해 내부로 들어갈 수 있습니다. 용광로 쉘은 로커에 달려있어 탭핑을 위해 기울일 수 있습니다.

그림 2 Heroult 아크 정제로

EAF 제강 기술의 진화

철강 제조를 위한 최초의 산업용 EAF가 가동된 이후 개발이 빠르게 진행되어 1910년에서 1920년 사이에 생산량이 10배 증가했으며 1920년에는 EAF에서 500,000톤 이상의 철강을 생산했습니다. 당시의 철강 생산량 1세대 용광로는 1톤에서 15톤 사이의 용량을 가졌습니다. EAF는 초기에 강력한 경쟁자로 Bessemer/Thomas 전로와 Siemens Martin(개방형 난로) 용광로를 가지고 있었습니다. 그러나 틈새 시장은 고온, 철 합금 용융 및 긴 정련 시간이 필요한 특수강 생산이었습니다.

EAF는 강철을 만드는 과정에서 기본 단계입니다. 수년에 걸쳐 EAF는 역동적으로 진화했으며 프로세스에서 효율적이고 경쟁력 있고 지속 가능한 방법을 채택했으며 EAF의 철강 생산량은 전 세계적으로 증가하고 있습니다. 기존 방식(BF-BOF 방식)으로 제철을 할 수 없는 많은 국가들이 EAF 방식의 제강 방식을 채택하고 있다. 이들 국가가 EAF 제강 루트를 채택한 주된 이유 중 하나는 점결탄이 없고 값싼 연료에 대한 접근성으로 인해 저렴한 전력을 쉽게 이용할 수 있기 때문입니다. 철강 생산을 위해 EAF 기술을 사용하는 철강 공장은 미니 밀로 알려져 있으며 이 산업은 철강 스크랩의 최대 재활용 업체입니다.

EAF는 제2차 세계 대전에서 합금강 생산에 널리 사용되었지만 전기 제강이 확장되기 시작한 것은 그 이후였습니다. 미니 공장의 낮은 자본 비용으로 인해 전쟁으로 황폐해진 글로벌 시나리오에서 공장을 신속하게 설립할 수 있었고 또한 저비용 탄소강 '봉형 제품'(구조용 강철, 봉강 및 봉, 및 선재) 시장에서.

현재 미국 최대 철강 생산업체 중 하나인 Nucor는 1969년에 봉형강 제품 시장에 진출하기로 결정했을 때 EAF를 제강로로 하는 소형 압연기를 시작하기로 결정했고 곧 다른 제조업체들도 뒤를 이었습니다. Nucor가 미국 동부에서 빠르게 확장하는 동안, 미니 밀 작업으로 이어진 조직은 봉형 제품의 현지 시장에 집중했습니다. 여기서 EAF를 사용하면 공장에서 현지 수요에 따라 생산을 변경할 수 있습니다. EAF 철강 생산은 주로 봉형강 제품에 사용되는 반면, 통합 공장은 BF – BOF 생산 경로를 사용하여 '평판 제품'(강판, 스트립, 더 무거운 강판 등) 시장에 집중하여 이 패턴을 전 세계적으로 따랐습니다. .). 1987년, Nucor는 여전히 EAF 생산 방식을 사용하여 판재 시장으로 확장하기로 결정했습니다.

전 세계적으로 EAF 생산 및 기술의 발전은 다음과 같은 이유 때문입니다.

EAF 제강의 성장은 전력 요구 사항의 큰 감소와 철강 용해 공장의 에너지 효율, 용광로 생산성 및 작업 환경의 개선을 가능하게 하는 몇 가지 기술 개선을 동반했습니다. 이러한 기술 향상은 안정적인 전기 아크 작동, 낮은 에너지 소비, 낮은 전극 소비, 전극 파손 감소, 전극 및 전극 베어링 암에 가해지는 힘 감소, 네트워크 장애 감소 등 EAF 작업에 여러 이점을 제공했습니다.

EAF 제강 공정은 EAF 생산성 향상을 통한 변환 비용 절감을 위해 화학 에너지가 보충으로 전환될 때까지 전력에 전적으로 의존했습니다. 그러나 전기 및 화학 에너지의 효율적인 관리는 전기 아크의 효율적인 동적 제어와 산소 및 탄소의 균형 잡힌 주입을 결합하여 EAF 생산성을 높이는 것입니다. EAF 공장은 종종 직접 환원철(DRI)/열간 연탄(HBI)/열간 DRI와 재활용 철강 공급물 및 탄소 기반 재료를 슬래그 발포제 및 침탄제로 혼합하여 사용합니다. 에너지 소비 및 온실 가스 배출 감소에 대한 요구 사항에 따라 기존의 무연탄 및 야금 코크스는 탄소 기반 재료로 대체되었으며 이제는 수명이 다한 고무 타이어 및 재활용 플라스틱과 같은 대체 탄소 소스도 기존 탄소 재료를 부분적으로 대체하고 있습니다.

EAF 설계 개선

탭-투-탭 시간을 줄이기 위해 EAF 설계의 많은 기술적 개선이 이루어졌습니다. 이러한 개선 사항에는 다음이 포함됩니다.

EAF 기술의 주요 발전

지난 40년 동안의 주요 기술 개선 사항 중 일부는 다음과 같습니다.

고무 타이어와 플라스틱이 있는 EAF

One Steel의 Sydney Steel Mill이 UNSW와 공동으로 발포 슬래그 최적화를 위한 EAF 제강의 고무 타이어 사용에 대한 실험실 테스트에서 EAF가 수명이 다한 타이어에서 고무 혼합물을 주입하기 위한 공장 시험을 통해 엔지니어링 시스템을 개발하고 상용화했습니다. 및 코크스를 슬래그 발포제로서 EAF로. 이 방법은 슬래그의 부피 및 거품 증가와 같은 이점으로 더 긴 아크로 인한 개선된 전기 에너지 효율 및 아크에서 강철로의 개선된 열 전달, 슬래그 및 측벽을 통한 감소된 열 손실을 포함합니다. 반면 PIT(Polymer Injection Technology)를 사용하는 EAF 철강업체는 수율 개선, 주입 산소 소비, 내화물 및 전극 소비, 주입 시스템 마모도 기대할 수 있습니다. 고무 주입 기술(RIT)은 One Steel의 Sydney 및 Laverton EAF Steel Mills에서 표준 공정이 되었으며 고무 주입으로 도청된 40,720개의 열, 대체로 인한 코크스 13,721톤 감소 및 주입 감소로 중요한 이정표를 달성했습니다. FeO 제어 및 일관된 크기, 1,128,486개의 동급 승용차 타이어 사용. 오래된 고무 타이어와 플라스틱으로 만들어진 녹색 강철은 폐기물이나 유독 가스를 생성하지 않습니다.



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