CONARC 공정은 만네스만 데막 휘텐테크닉(Mannesmann Demag Hüttentechnik, 현 SMS 지멕)이 개발한 제강 공정으로, 일반 상취전로(BOF)와 전기로(EAF)의 장점을 결합한 것이 특징입니다. 공정명 CONARC는 'CONverter(전로)'와 'ARCing(아크)'의 합성어입니다. 이 기술은 전기로에서 용선 사용 비중을 높이는 데 기반하며, 에너지 회수 최적화와 생산성 극대화를 목표로 합니다. 용선, 직접환원철(DRI), 스크랩 등 모든 원료 종류와 혼합 비율을 수용 가능하며, 탄소강부터 스테인리스강까지 전 강종·전 품질 생산이 가능합니다. 완제품 요구사항에 따라 래들 퍼니스나 진공 탈가스기를 후공정으로 연계합니다.
주요 설비 구성
CONARC 기본 설비는 다음과 같습니다.
동일한 내화물 라이닝의 전로 쉘 2기
양쪽 쉘을 번갈아 가며 사용하는 회전식 전극 구조 1세트(전극 1세트 공용)
양쪽 쉘 공용 전원 설비(변압기 등) 1식
양쪽 쉘 공용 회전식 수냉 상부 산소 랜스 시스템 1식(또는 쉘별 고정식 랜스 2기 옵션)
바닥 교반 장치 통합 옵션(각 쉘 바닥)
연료, 탄소, 산소 주입용 버너·인젝터 시스템 옵션
원료·플럭스 공급 시스템, 가스 정화 및 에너지 회수 시스템
그림 1: CONARC 공정 흐름도
탄소강 생산을 위한 CONARC 공정
기본 개념: 탈탄과 전융의 분리
CONARC 공정의 핵심은 한 쉘에서 탈탄(전로 모드)을, 다른 쉘에서 전융(전기로 모드)을 동시에 수행하는 것입니다. 탄소강 생산 공정은 두 단계로 나뉩니다.
1단계(전로 단계): 용선을 '액상 힐(liquid heel, 이전 히트 잔류 용강)'에 장입한 후 상부 산소 랜스로 산소 취입을 개시합니다. 이 단계에서 욕내 탄소, 규소, 망간, 인 농도가 저감되며 발열 반응으로 다량의 열이 발생합니다. 과열 방지와 에너지 활용을 위해 스크랩이나 DRI 같은 냉재를 투입하며, 이는 전로 쉘 과열 보호 역할도 합니다.
2단계(아크 단계): 탈탄 완료 후 상부 랜스를 치우고 전극을 운전 위치로 이동시킵니다. 남은 냉재(스크랩/DRI)를 장입해 목표 탭 중량을 맞추고, 아크 가열로 탭온까지 승온합니다. 목표 온도 도달 후 아크를 종료하고 탈슬래그 후 티밍 래들로 탭아웃합니다.
두 쉘의 교대 운전 원리
두 전로 쉘 중 하나는 전로 모드(상부 랜스 취입)로, 다른 하나는 아크 모드(전극 아크)로 동시에 운전됩니다. 이 교대 운전 원리는 그림 2와 같습니다.
그림 2: CONARC 공정 원리
에너지 회수 시스템
2단계 보일러 시스템으로 폐열을 회수합니다.
1단계: CONARC 배가스를 선회형 엘보, 후연소실, 고온 가스라인을 거쳐 600°C까지 냉각하며 증기를 발생시킵니다. 이 구성품들은 증기 발생용 압력 부품으로 설계됩니다.
2단계: 수직 패스 보일러로 배가스를 200°C까지 추가 냉각합니다. 이 보일러는 본 용도에 특화 개발되었습니다.
이 시스템은 배가스 냉각과 열에너지의 상당 부분을 증기 발생으로 회수해 제철소 내 타 공정에 활용할 수 있게 합니다.
CONARC 공정의 장점
원료 투입 유연성: 스크랩, 용선, DRI를 강종 품질 요구사항, 원료 수급 상황, 단가에 따라 다양한 혼합 비율로 사용 가능
전 공정 커버리지: 100% 스크랩/100% DRI 순수 전기로 운전부터 순수 전로 운전까지 전 범위 대응
화학 반응기 역할: 단순 전융로가 아닌 화학 반응기로서 버진 원료 사용 증가로 트램프 원소(tramp elements) 농도 제어 가능
용선 성분 변동 대응: 규소, 인, 황 함량이 변동하는 용선도 문제없이 처리 가능
고인 용선 처리 우위: 인 0.2%까지 고인 용선 처리 시, DRI 냉각재 투입으로 간편한 온도 제어, 석회 첨가, 인 풍부 슬래그 상시 오버플로 배출로 효율적 인 제거 달성