KR100402023B1 - 노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치 - Google Patents

노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치 Download PDF

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KR100402023B1
KR100402023B1 KR10-1999-0059953A KR19990059953A KR100402023B1 KR 100402023 B1 KR100402023 B1 KR 100402023B1 KR 19990059953 A KR19990059953 A KR 19990059953A KR 100402023 B1 KR100402023 B1 KR 100402023B1
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Abstract

본 발명은 장입된 광석과 공급된 환원가스의 환원반응이 고온,고압상태에서 이루어지는 반응로내에서 노내벽의 침식 및 열화정도를 수시로 검지하여 안전한 설비운전을 도모하는 노내벽상태 검지용 오퍼레이터가이던스장치에 관한 것이다.
본 발명은 반응로(100)내로 검출단이 노출된 기준압력검출도압관(41)에서 압력을 검출하는 기준압력발신기(46)를 갖추고, 상기 기준압력검출도압관(41)으로부터 원주방향으로 등간격 배치된 복수개 압력검출도압관(42)(43)(44)사이의 압력차를 검지하는 복수개의 차압발신기(47)(48)(49)를 갖는 압력부(40);와, 상기 반응로(100)내로 검출단이 노출된 기준온도검출단(51)에서 온도를 검출하는 기준온도발신기(56)를 갖추고, 상기 기준온도검출단(51)으로부터 원주방향으로 등간격 배치된 복수개 온도검출단(52)(53)(54)에서 온도를 검출하는 복수개의 온도발신기(57)(58)(59)를 갖는 온도부(50); 및 상기 기준압력발신기(46), 차압발신기(47)(48)(49), 기준온도발신기(56), 온도발신기(57)(58)(59)에서 검출된 정보를 시간별로 저장하고, 검출된 정보를 비교하여 내벽상태를 표시하며, 출력하는 제어기;를 포함하는 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치를 제공한다.

Description

노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치{OPERATOR GUIDANCE DEVICE FOR DETECTING THE STATUS OF THE INSIDE REFRACTORY OF REACTOR}
본 발명은 로내부를 구성하는 내벽의 상태를 검지하는 오퍼레이터가이던스장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 장입된 광석과 공급된 환원가스의 환원반응이 고온,고압상태에서 이루어지는 반응로내에서 노내벽의 침식 및 열화정도를 수시로 검지하여 안전한 설비운전을 가능하게하는 노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치에 관한 것이다.
일반적으로 용철생산설비에 채용되는 반응로(100)는 도 1에 도시한 바와같이, 광석장입관(11)을 통하여 광석을 장입하고, 가스도입관(13)을 통해 상기 반응로(100)내의 분산판(15)으로 고온, 고압의 환원가스를 주입하면, 상기 반응로(100)의 내부에서 장입된 광석과 고온,고압 환원성 가스가 서로 혼합되어 유동층을 형성하면서 상기 광석의 환원이 이루어지고, 환원과정에서 발생된 광석은 그 입도에 따라 미분은 가스배출관(14)을 통하여 상단 반응로측으로나 외부로 빠지고, 어느 정도의 입도를 갖는 환원광석은 광석배출관(12)을 통하여 하단 반응로측으로 배출된다.
이러한 반응로(100)는 도 2(a)(b)에 도시한 바와같이, 원통형 내벽을 구성하는 제 1정형내화물(21)과, 그 외주연에 연속적으로 구성되는 제 2정형내화물(22)과, 이들을 감싸는 캐스타블(23) 및 철피(24)등으로 구성되어 열전도에 의해 노내부의 온도가 가장 높고, 노바깥쪽으로 갈수록 온도는 떨어지며, 상기 철피(24)의외측은 대기의 온도와 같아진다.
한편, 상기 반응로(100)의 내부에서 고온,고압상태의 연속적인 광석환원반응이 반복적으로 이루어지면, 환원반응되는 광석에 밀접한 상기 제 1정형내화물(21)이 고온 및 고압의 환원가스 및 광석에 의하여 씻기어 서서히 침식 및 열화가 발생된다.
즉, 상기 반응로(100)의 내벽을 구성하는 제 1정형내화물(21)의 임의개소에 침식 및 열화가 발생되면, 침식 및 열화가 발생된 부위에 실금의 크랙 또는 구멍이 형성되어 대형사고를 유발시킬수 있는 것이다.
또한, 상기 반응로(100)의 내벽이 고온,고압 환원가스 및 광석에 의해서 침식 및 열화가 서서히 진행되어 발생된 부위에 대한 수리시기를 놓치면, 대형사고를 일으킬 우려가 매우 높기 때문에 사전에 노내벽의 상태를 수시로 검지해야만 하는 것이다.
이에 따라, 종래에는 상기 반응로(100)의 내부을 감시하기 위해서 압력발신기, 차압발신기 및 온도발신기를 설치하였지만, 이는 상기 반응로(100)의 내부공간의 압력, 차압 및 온도를 검지하기 위해서 설치된 것이기 때문에, 상기 반응로(100)의 내벽을 구성하는 제 1,2정형내화물(21)(22)의 임의개소에서 침식 및 열화가 진행되어도 그 침식 및 열화의 정도를 알수가 없어 신속한 후속처리가 곤란하였다.
또한, 현재는 실험조업시간이 짧아서 상기 반응로(100)내부를 냉각시킨후 내벽의 상태를 육안으로 확인하는 것이 가능하지만, 실험조업시간이 길어질 경우에는육안으로 확인하는 것이 곤란하여 내벽의 침식 및 열화정도를 알수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은, 고온, 고압상태에서 광석환원반응이 이루어지는 반응로를 구성하는 내벽의 침식 및 열화정도를 수시로 검지하여 대형사고를 방지하고, 안전한 설비운전을 도모할수 있는 노벽 상태검지용 오퍼레이터 가이던스장치를 제공하고자 한다.
도 1은 일반적인 용철제조설비에 채용되는 반응로를 도시한 개략도,
도 2(a)(b)는 본 발명에 따른 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치에 채용되는 압력부를 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치에 채용되는 온도부를 도시한 개략도,
도 5는 반응로의 내벽을 구성하는 제 1정형내화물의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11,12 ... 광석장입, 배출관 13,14 ... 가스도입, 배출관
15 .... 분산판 21,22 ... 제 1,2정형내화물
41 .... 기준압력검출도압관 42,43,44 ... 제 1,2 및 3압력검출도압관
46 .... 기준압력발신기 47,48,49 ... 제 1,2 및 3차압발신기
51 .... 기준온도검출단 52,53,54 ... 제 1,2 및 3온도검출단
56 .... 기준온도발신기 57,58,59 ... 제 1,2 및 3온도발신기
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,
장입된 광석과 고온, 고압의 환원가스의 환원반응이 고온, 고압상태에서 이루어지고, 원통형 내벽을 구성하는 제 1정형내화물과, 그 외주연에 연속적으로 구성되는 제 2정형내화물과, 이들을 감싸는 캐스타블및 철피등으로 이루어져 반응로에 있어서,
상기 반응로내로 검출단이 노출된 기준압력검출도압관에서 압력을 검출하는 기준압력발신기를 갖추고, 상기 기준압력검출도압관으로부터 원주방향으로 등간격 배치된 복수개 압력검출도압관사이의 압력차를 검지하는 복수개의 차압발신기를 갖는 압력부;와,
상기 반응로내로 검출단이 노출된 기준온도검출단에서 온도를 검출하는 기준온도발신기를 갖추고, 상기 기준온도검출단으로부터 원주방향으로 등간격 배치된 복수개 온도검출단에서 온도를 검출하는 복수개의 온도발신기를 갖는 온도부; 및
상기 기준압력발신기, 차압발신기, 기준온도발신기, 온도발신기에서 검출된 정보를 시간별로 저장하고, 검출된 정보를 비교하여 내벽상태를 표시하며, 출력하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2(a)(b)는 본 발명에 따른 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치에 채용되는 압력부를 도시한 개략도이며, 도 4는 본 발명에 따른 노벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치에 채용되는 온도부를 도시한 개략도이다.
본 발명의 장치(90)는 반응로(100)의 내벽에 원주방향으로 등간격 배치되어 고온, 고압상태에서의 내벽 침식,크랙발생시 압력, 온도변화를 검지하여 작업자에게 후속조치가 가능하도록 가이던스해주는 것으로서, 이러한 장치(90)는 압력부(40), 온도부(50) 및 제어기등으로 구성된다.
즉, 상기 압력부(40)는 기준압력발신기(46)와 복수개의 차압발신기(47)(48)(49)를 갖추어 구성하는바, 상기 기준압력발신기(46)는 상기 반응로(100)의 철피(24), 케스타블(23) 및 제 1,2정형내화물(21)(22)을 관통하여 로내부로 검출단이 노출되는 기준압력검출도압관(41)에서 기준압력을 검출할수 있도록 설치되며, 상기 복수개의 제 1,2 및 3차압발신기(47)(48)(49)는 상기 기준압력검출도압관(41)으로부터 원주방향(도면상 시계방향)으로 등간격 배치된 복수개 압력검출도압관(42)(43)(44)사이, 즉, 상기 기준압력검출도압관(41)과 제 1압력검출도압관(42)사이, 상기 제 1압력검출도압관(42)과 제 2압력검출도압관(43)사이, 상기 제 2압력검출도압관(43)과 제 3압력검출도압관(44)사이에서의 압력차를 검출할수 있도록 장착된다.
여기서, 상기 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)의 검출단은 인접하는 상기 제 1정형내화물(21)사이의 경계면과 대응하면서 제 2정형내화물(22)에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도부(50)는 상기 반응로(100)의 내부로 상기 기준압력검출도압관(41)과 마찬가지로 검출단이 노출되도록 상기 철피(24),케스타블(23) 및 제 1,2정형내화물(21)(22)을 관통하여 설치되는 기준온도검출단(51)과 이로부터 측정된 노내부의 온도를 검출하는 기준온도발신기(56)를 상 갖추며, 상기 기준온도검출단(51)으로부터 원주방향(도면상 시계방향)으로 등간격 배치된 복수개 제 1,2 및 3온도검출단(52)(53)(54)으로부터 각각 온도를 검출할 수 있도록 복수개의 제 1,2 및 3온도발신기(57)(58)(59)를 갖추어 구성한다.
여기서, 상기 제 1,2 및 3온도검출단(52)(53)(54)의 검출단도 상기 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)과 마찬가지로 인접하는 상기 제 1정형내화물(21)사이의 경계면과 대응하면서 제 2정형내화물(22)에 배치되도록 하는 것이 바람직하며, 상기 기준온도검출단(51), 제 1,2 및 3온도검출단(52)(53)(54)은 상기 기준압력검출도압관(41)과 제 1압력검출도압관(42)사이, 상기 제 1압력검출도압관(42)과 제 2압력검출도압관(43)사이, 상기 제 2압력검출도압관(43)과 제3압력검출도압관(44)사이에서의 압력변화시 매질에 의한 열전도식을 근거로 하여 상기 제 1정형내화물(21)의 파손상태를 알수 있도록 상기 기준압력검출도압관(41), 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)사이마다 등간격으로 배치된다.
한편, 상기 제어기는 상기 기준압력발신기(46), 제 1,2 및 3차압발신기(47)(48)(49), 제 1,2 및 3온도발신기(57)(58)(59)에서 검출된 정보를 시간별로 저장하고, 검출된 정보를 비교하여 그 비교값이 관리범위에 있는지를 판단하고, 관리범위를 벗어날 때 해당하는 상기 반응로(100)의 내벽의 침식, 열화가 발생됨을 운전자에게 가이던스하기 위해 운전자용 화면에 반응로 내벽의 상태를 표시하고, 알람메세지 및 프린터를 통해 자료를 출력하는 것이다.
상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 반응로(100)내로 장입관(11)을 통하여 광석을 장입하고, 가스도입관(13)을 통하여 고온, 고압의 환원가스를 공급하여 로내부에 유동층을 형성하고, 환원반응된 광석을 광석배출관(12)을 통하여 배출하는 과정이 계속적으로 반복되면, 고온, 고압의 환원가스와 직접적으로 접촉하고, 유동층이 형성되는 부위에 해당하는 제 1정형내화물(21)이 침식 및 열화가 심하게 발생하게 된다.
이와 같이 반응로의 환원공정중 임의개소에 침식 및 열화가 발생되어 그 부위에 실금의 크랙 및 구멍이 뚫리면, 상기 반응로(100)내부의 고압,고온의 환원가스는 상기 기준압력검출도압관(41), 제 1,2및 3압력검출도압관(42)(43)(44), 기준온도발신기(56), 제 1,2 및 3온도검출단(52)(53)(54)에 의해서 검출된다.
즉, 상기 반응로(100)내벽의 침식 및 열화가 없으면 거의 밀폐되어 있으므로, 제 2 및 3차압발신기(48)(49)에서의 차압은 '0'을 표시한다.
반면에, 상기 반응로(100)내벽의 침식 및 열화가 발생되어 고온, 고압의 환원가스가 제 1정형내화물(21)에 미치는 영향력이 커지면, 인접하는 제 1정형내화물(21)사이과 검출단이 마주하는 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43) (44), 기준압력검출도압관(41)사이에 장착된 상기 제 1,2 및 3차압발신기 (47)(48)(49)에 압력차가 발생되기 때문에, 상기 기준압력발신기(46)에 검출된 압력값과, 차압값을 근거로 하여 각 제 1,2 및3압력검출도압관(42)(43)(44)에서의 압력값을 산출하여 제어기측으로 전송한다.
즉, 상기 기준압력검출도압관(41)에서의 압력은 기준압력발신기(46)에 의해서 검출된 것이고, 상기 제 1차압발신기(47)에서 검출된 차압은 상기 기준압력발신기(46)에 표시된 압력에서 상기 제 1압력검출도압관(42)에서 검출하고자 하는 압력을 차감한 것이기 때문에 역산하여 상기 제 1압력검출도압관(42)에서의 압력을 계산할수 있다.
상기와 같은 방법으로 제 2,3차압발신기(48)(49)에서 검출된 차압을 근거로 하여 상기 제 2, 및 3압력검출도압관(43)(44)에서의 압력을 계산하여 알수 있는 것이다.
따라서, 상기 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)에서의 압력이 상승하면, 상기 반응로(100)의 내벽을 구성하는 제 1정형내화물(21)의 침식 및 열화가 진해되고 있음을 알수 있는 것이다.
즉, 상기 제 1차압발신기(47)에 '0' 이상의 차압값이 발생되고, 이에 관련된 제 1압력검출도압관(42)에서의 압력상승의 판단되면, 이는 상기 기준압력검출도압관(41)과 제 1압력검출도압관(42)사이에 해당하는 반응로(100)의 내벽에 침식 및 열화가 발생됨을 알수 있으며, 상기 제 2차압발신기(48)에 '0' 이상의 차압값이 발생되고, 이에 관련된 제 2압력검출도압관(43)에서의 압력상승이 판단되면, 이는 상기 제 1압력검출도압관(42)과 제 2압력검출도압관(43)사이에서 해당하는 노벽에 침식 및 열화가 발생됨을 알수 있고, 상기 제 3차압발신기(49)에 '0' 이상의 차압값이 발생되고, 이에 관련된 제 3압력검출도압관(44)에서의 압력상승이 판단되면, 이는 상기 제 2압력검출도압관(43)과 제 3압력검출도압관(44)사이에 해당하는 노벽에 침식 및 열화가 발생됨을 알수 있는 것이다.
한편, 상기 노내부의 온도는 기준온도발신기(56)에 의해서 검출되며, 이때 검출된 온도는 노내벽의 파손상태를 판단하는 기준이 되는데, 상기 노내부를 구성하는 제 1정형내화물(21)의 임의개소에 침식 및 열화가 발생되지 않으면, 검출단이 노내부에 노출되는 상기 기준온도발신기(56)의 온도값과, 제 1정형내화물(21)사이에 검출단이 대응하는 제 1,2 및 3온도발신기(57)(58)(59)에서의 온도값은 서로 동일하다.
반면에, 상기 반응로(100)의 내벽에 침식 및 열화가 발생되면, 고온, 고압의 환원가스의 영향력에 의해서 상기 제 1,2 및 3온도발신기(57)(58)(59)의 온도는 상승되기 때문에 상승된 온도값은 제어기측으로 전송되고, 이를 수신한 제어기에서는 상기 제 1정형내화물(21)의 매질과, 하기 식 1의 열전도식을 근거로 하여 침식거리(S)를 계산함으로서 노내벽의 침식 및 열화정도를 알수 있는 것이다.
여기서, r1은 도 5에 도시한 바와같이 내원의 반경, r2는 외원의 반경, r은 임의의 반경, t1은 내원의 내경온도, t2는 외원의 외경온도이고, L은 원통길이이다.
즉, 내원의 반경(r1)이 0.1m, 외원의 반경(r2)이 0.14m, 내경온도(t1)가 70℃, 외경온도(t2)가 대기온도인 30℃,일때, 임의 반경(r)의 거리가 10mm,20mm,30mm의 경우 r의 각 지점에서의 온도를 상기 식 1에 대입하여 구하면
1) 10mm인 경우
t = t1-(t1-t2) ×(ln(r/r1))/(ln(r2/r1))
= 70-(70-30) ×(2.30 ×log(0.11/0.1))/(2.30 ×log(0.14/0.1))
= 58.7℃,
2) 20mm인 경우
t = 48.3℃,
3) 30mm인 경우
t = 38.8℃,
따라서, 제 1정형내화물이 침식이 심하면 r1≒r2가 되어 온도도 t1≒t2가 될 것이다. 월간단의등의 각 시간대역별로 t1과 t2를 비교하여 윗식에 의해서 분석해가면 제 1정형내화물(21)의 내경부로 부터 외경부측으로 침식된 거리(S)를 알수 있는 것이다.
그리고, 상기 제어기에서는 상기 기준압력검출도압관(41), 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44), 기준온도검출단(51), 제 1,2및 3온도검출단(52)(53)(54)에 의해서 검출한 데이터를 실시간으로 읽어들여 데이터베이스에 초, 분, 시간, 일, 월, 년단위로 보관하며, 초 →분 →시간 →일 →월 →년단위로 이동시에는 각각 검출데이터를 평균하여 관리한다.
또한, 상기 제어기는 압력만 고려할 때 기준압력발신기(46)에서 검출한 압력과 각각의 차압발신기(47)(48)(49)에서 검출한 차압을 근거로 하여 계산된 각 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)의 압력을 비교하여 설정된 관리범위내에 있으면, 상기 반응로(100)의 내벽상태는 양호하다고 판단하여 환원반응을 계속 수행하지만, 상기 관리범위에서 벗어나면 상기 반응로(100)의 내벽상태는 불량, 즉 반응로(100)의 내벽을 구성하는 제 1정형내화물(21)상태가 침식 및 열화되어 대형사고를 발생시킬 우려가 있기 때문에, 이를 운전자에게 가이던스하기 위해서 운전자용 화면에 반응로내벽의 상태를 표시하고, 프로세스 알람메세지 및 프린터를 통해 자동으로 출력시킨다.
그리고, 조업자는 검출데이터의 시간추이별 트랜드그라프(trend-graph)를 보고서 상기 반응로(100)내벽에서의 침식 및 열화정도를 판단하는 것이다.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 반응로 내부에서 온도, 압력변화를 검출할 수 있는 복수개의 압력검출도압관, 온도검출단을 갖춤으로서 광석환원반응공정중에 노내벽의 상태를 실시간으로 검지할수 있고, 검출된 압력 및 온도데이터를 장기적으로 관리하여 반응로내백의 침식 및 열화정도의 추이를 추정할수 있으며, 추정된 침식 및 열화정도에 맞추어 노내벽을 적절한 시기에 보수, 수리할수 있어 대형사고를 미연에 방지할수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (3)

  1. 장입된 광석과 고온, 고압의 환원가스의 환원반응이 고온, 고압상태에서 이루어지고, 원통형 내벽을 구성하는 제 1정형내화물(21)과, 그 외주연에 연속적으로 구성되는 제 2정형내화물(22)과, 이들을 감싸는 캐스타블(23)및 철피(24)등으로 이루어져 반응로(100)에 있어서,
    상기 반응로(100)내로 검출단이 노출된 기준압력검출도압관(41)에서 압력을 검출하는 기준압력발신기(46)를 갖추고, 상기 기준압력검출도압관(41)으로부터 원주방향으로 등간격 배치된 복수개 압력검출도압관(42)(43)(44)사이의 압력차를 검지하는 복수개의 차압발신기(47)(48)(49)를 갖는 압력부(40);와,
    상기 반응로(100)내로 검출단이 노출된 기준온도검출단(51)에서 온도를 검출하는 기준온도발신기(56)를 갖추고, 상기 기준온도검출단(51)으로부터 원주방향으로 등간격 배치된 복수개 온도검출단(52)(53)(54)에서 온도를 검출하는 복수개의 온도발신기(57)(58)(59)를 갖는 온도부(50); 및
    상기 기준압력발신기(46), 차압발신기(47)(48)(49), 기준온도발신기(56), 온도발신기(57)(58)(59)에서 검출된 정보를 시간별로 저장하고, 검출된 정보를 비교하여 내벽상태를 표시하며, 출력하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)의 검출단과, 상기 제 1,2 및 3온도검출단(52)(53)(54)의 검출단은 인접하는 상기 제 1정형내화물(21)사이의 경계면과 대응하면서 제 2정형내화물(22)에 배치되도록 함을 특징으로 하는 노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기준온도검출단(51), 제 1,2 및 3온도검출단(52)(53)(54)은 상기 기준압력검출도압관(41)과 제 1압력검출도압관(42)사이, 상기 제 1압력검출도압관(42)과 제 2압력검출도압관(43)사이, 상기 제 2압력검출도압관(43)과 제 3압력검출도압관(44)사이에서의 압력변화시 매질에 의한 열전도식을 근거로 하여 상기 제 1정형내화물(21)의 파손상태를 알수 있도록 상기 기준압력검출도압관(41), 제 1,2 및 3압력검출도압관(42)(43)(44)사이마다 등간격으로 배치됨을 특징으로 하는 노내벽상태 검지용 오퍼레이터 가이던스장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100899701B1 (ko) * 2002-11-13 2009-05-28 주식회사 포스코 제철소 회전형 소성로의 내화물 상태 예측장치

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