KR100616137B1 - 전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법 - Google Patents

전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전로의 양측에 구비된 경동축 및 비경동축의 중량 변화를 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 상기 경동축 및 비경동축의 중량 변화값을 입력받아 전로의 중량을 산출하고 이를 기초로 전로 내부로의 투입량 및 전로로부터의 배출량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 중량 측정 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 상술한 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 중량을 측정하고 이를 기초로 상기 단계의 각 공정들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 전로 중량 측정 장치를 이용한 전로 정련 방법은 정련 작업 중 전로의 중량을 측정하여 정확하고 안정적인 공정을 진행함으로써, 작업자의 실수로 인한 위험 부담을 경감시키고, 원가 절감 및 생산성의 향상, 기술력의 향상을 기대할 수 있다.
전로, 정련 공정, 중량, 더블 슬래그, 노체 수명, 출강

Description

전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법 {Apparatus for measuring the weight of converter and converter refining method using the same}
도 1은 전로와 그 주변 설비들의 전체 구성을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 일반적인 전로 정련 작업의 진행을 도시한 공정 순서도.
도 3은 본 발명에 의한 전로 중량 측정 장치를 포함하여 구성된 시스템을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 전로 중량 측정 장치의 센서부의 위치를 도시한 단면도.
도 5는 센서부의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 6은 센서부의 중량 감지 센서를 도시한 개략도.
도 7은 중량 감지 센서에 연결되는 브릿지 회로를 도시한 개략도.
도 8은 종래 기술과 본 발명을 적용하여 노체의 침식율 변화를 비교한 그래프.
도 9는 정련 작업 시 취련 경과에 따라 배가스의 변화를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전로 2 : 랜스
3 : 경동 모터 4 : 부원료 투입 호퍼
5 : 경동축 6 : 비경동축
7 : 베어링 8 : 베어링 하우징
10 : 제어 장치 11 : 모델 연산 장치
12 : 모니터 13 : 장입측 모니터
14 : 출강측 모니터 20 : 센서부
21 : 커버 22 : 중량 감지 센서
23 : 받침대 24 : 나사부
25 : 저항 26 : 백킹
27 : 톱부 30 : 브릿지 회로
31 : 검침계
본 발명은 전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로의 중량을 측정하여 전로 정련 작업 과정, 즉 슬래그 코팅, 고철과 용선 장입, 더블 슬래그 작업, 취련 작업, 출강 작업에 걸쳐 전로에 투입되는 주원료, 부원료 및 슬래그 등의 중량을 측정하여 활용함으로써 보다 정확하고 안정적이며, 기술력을 향상시킬 수 있는 전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법에 관한 것이다.
도 1은 전로와 그 주변 설비들의 전체 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 일반적으로 전로(1)는 70 내지 90㎜의 철판으로 겉표면을 구성하며, 그 내부는 내화물로 구성되어 있다. 전로(1)는 경동축(5)과 비경동축(6)에 의해 지지되며 전로(1)의 무게는 하부에 집중되어 있다. 전로(1)는 경동 모터(3)로부터 전달되는 힘에 의해 불기어에 의해 전,후로 경동되면서 주원료 장입, 래들내 용강 출강, 슬래그 코팅 등을 실시하게 된다. 각종 부원료 및 코팅제 등을 부원료 투입 호퍼(4)를 통해 평량하여 투입하고, 전로(1) 상부에 위치한 랜스(2)를 통해 산소를 취입하는 취련 작업을 진행한다.
도 2는 일반적인 전로 정련 작업의 진행을 도시한 공정 순서도이다. 우선 전회 차지 출강이 완료되면 전로 내에 있는 슬래그 중 일부를 배제하고 경소돌로마이트와 돌로마이트를 부원료 투입 호퍼에 평량하여 투입하여 T.Fe를 15% 이하, MgO를 10% 이상으로 유지하도록 한다. 고압의 질소 가스의 분사로 슬래그와 코팅재의 혼합물을 비산시켜 질소 분사 코팅을 하고, 전로를 경동하여 코팅 혼합물이 전로 장입측과 출강측 내화물에 골고루 부착되도록 잔류 슬래그 코팅을 한다. 이와 같이 내화물을 보호하기 위한 작업을 실시하고, 잔류 슬래그 코팅 시에는 용선 및 고철의 주원료 정보, 즉 실리콘(Si), 인(P), 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 탄소(C)와 같은 각종 성분을 파악하고 전로 조업 모델을 이용하여 열정산을 실시한다. 열정산 작업을 마치면 고철 및 용선을 전로에 장입한 후 취련 작업을 개시한다. 용선 중 실리콘(Si)이나 티타늄(Ti)이 높게 함유되어 있으면 대형 슬로핑의 위험이 있기 때문에, 전취련 작업을 실시하면서 일정량의 산소를 취입하고 생석회 등 부원료를 투입 한 후 취련을 일시 중지하여 슬래그 포트 내에 전로 내의 슬래그를 배재하는 더블 슬래그 작업을 실시한다. 슬래그 배제가 완료되면 다시 취련 작업을 진행한다. 취련 작업 중에는 랜스를 통해 산소를 취입하고, 철광석, 생석회, 경소돌로마이트, 형석, 돌로마이트 등의 부원료를 투입하면서 용강 중의 불순물을 제거하는데, 용강 중의 불순물은 다음과 같은 식에 의해서 제거된다.
[C] + 1/2 O2 = CO(g)
[Si] + O2 = SiO2
[Mn] + 1/2 O2 = MnO
2[P] + 5/2 O2 = P2O5
상기 반응식 1에 의하여 탄소는 일산화탄소(CO)로 산화되어 가스상으로 제거되고, 반응식 2 내지 4는 전로 조업시 투입하는 부원료들이 재화되면서 슬래그 층에 존재하는 것이다. 상기와 같은 화학 반응을 통해 용강 중의 불순물을 제거하고, 용강 중의 탄소와 산소의 반응이 둔화되는 시점에서 서브 랜스를 이용하여 용강 중의 탄소 농도와 용강 중의 온도를 측정하기 위한 다이나믹 측정을 한다. 다이나믹 측정된 정보를 이용하여 모델 조업에서 취련 종료 시점의 산소량을 계산하고, 이렇 게 산정된 전 산소량에 도달하면 취련 작업을 종료한다. 취련이 완료되면 용강의 온도와 산소를 측정하고 작업자가 목표로 하는 온도, 산소 농도에 도달하면 래들 내에 용강을 이송하는 출강 작업을 진행한다. 이와 같은 전로 정련 작업은 반복되어 진행되며, 종래 전로 정련 작업에 있어서 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
먼저 전회 차지 출강 완료 후 1차 잔류 슬래그를 배제하는데, 이 때 전로 내에 있는 슬래그의 양과 전회 차지 용강 중의 용존 산소에 따라 슬래그 코팅제로 투입되는 경소돌로마이트와 돌로마이트의 량을 결정하게 된다. 종래에는 정확한 전로 내의 슬래그의 양을 알지 못하기 때문에, 1차 잔류 슬래그 배제 후 코팅제를 투입하고 질소 분사 코팅을 한 다음, 전로를 경동하여 슬래그의 점도를 확인하였다. 이 때 점도가 약하면 코팅제를 다시 평량 투입하여 잔류 슬래그 코팅을 실시하였는데, 이는 작업 시간을 지연시키며 생산성을 저하하는 단점이 있다. 반면, 점도가 강한 경우에는 슬래그 코팅이 잘되지 않기 때문에 노체 수명을 단축시킬 수 있고, 내화물 소손으로 인한 용강의 원가 상승 및 생산성 저하 등의 단점이 있다.
또한 주원료를 이용하여 모델 조업으로 연계시킬 때 정확한 주원료량의 정보 및 잔류 슬래그량을 알아야 되는데, 종래에는 별도로 정보를 확인할 수 있는 방법이 없기 때문에 작업자의 경험에 의존하였고, 이는 많은 문제점을 안고 있다. 예를 들어 작업자의 실수로 인해서 원료량이 다른 고철 및 용선을 장입할 수 있는데, 이러한 경우 모델 조업의 실패로 인해 용강 중의 용존 산소의 과다화에 의한 품질 저하를 야기할 수 있다.
상술한 더블 슬래그 작업을 진행하는 경우에 전취련 후 슬래그 포트 내에 슬 래그를 배제하는데, 종래에는 작업자들의 경험에 의해 슬래그를 배제하였다. 그러나, 작업자의 실수로 인해 용강을 슬래그 포트에 배제하여 생산성을 저하시킬 수 있고, 또한 슬래그를 전로 내에 남겨놓아 남겨진 슬래그에 의해서 대형 슬로핑으로 인한 설비 사고를 일으킬 수 있는 문제점이 있다.
전로 정련 작업 중에 용선 중의 탄소만은 가스로 제거되고 다른 원소들은 슬래그에 의해 제거된다. 따라서 전로 정련시 용강 중의 탄소 함량을 측정한다면 전로 내의 정련 진행 상황을 판단할 수 있다. 그러나 이를 모르기 때문에 모델 조업의 정확도가 떨어지고, 작업자들이 이를 신뢰하지 못하는 문제점이 있다.
취련 작업시 슬래그 조제를 위해서 부원료 투입 호퍼를 통하여 각종 부원료를 투입한다. 만약 부원료 투입 호퍼의 고장으로 부원료가 다량 투입되는 경우, 작업자들이 이를 파악한다면 조치할 수 있는데, 종래에는 이를 확인할 수 있는 방법이 없기 때문에 부원료 다량 투입에 의한 용강의 온도 저하를 야기하고, 용강 온도 상승을 위해서 과취를 하면 품질이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 출강 작업시에는 용강의 품질을 확보하기 위해 래들내에 유출되는 슬래그량을 최소화하여야 하며, 전로 내의 내화물을 보호하기 위해 용강이 전로 내에 남아있지 않아야 한다. 그러나 종래 기술로는 출강 말기 슬래그 판정 작업이 작업자에 의존되기 때문에, 작업자의 실수에 의해 슬래그가 과다 유출되어 품질 이상을 야기할 수 있고, 용강의 생산성을 저하할 수 있다.
상기와 같은 문제점들은 정확한 주원료 및 부원료 투입량, 슬래그량 등 전로 내의 중량을 측정할 수 없기 때문에 발생하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전로 정련 작업 중 전로의 중량을 측정하여 공정 진행시 정확도와 안정성을 높이고, 작업자의 실수로 인한 위험 부담을 경감시킬 수 있는 전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 각 공정시 전로 중량을 측정함으로서, 적정량의 코팅제를 투입하여 노체 수명을 향상시키고, 정련 작업시 주원료량과 슬래그량을 측정하고 정확한 정보에 따라 작업하여 품질을 높이고, 더블 슬래그 작업시 잔류 슬래그를 없게 하여 대형 슬로핑 또는 그로 인한 설비 사고 등을 방지하고, 전로 출강 작업 중 래들내 슬래그 유출을 최소화하여 품질을 향상시키고 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전로의 양측에 구비된 경동축 및 비경동축의 중량 변화를 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 상기 경동축 및 비경동축의 중량 변화값을 입력받아 전로의 중량을 산출하고 이를 기초로 전로 내부로의 투입량 및 전로로부터의 배출량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 중량 측정 장치를 제공한다. 상기 센서부는 온도계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전로 정련 방법에 있어서, 전회 차지 출강을 마친 전로를 코팅하고 잔류 슬래그를 배제하는 단계, 상기 전로에 주원료를 장입하는 단계, 취련하는 단계 및 상기 전로를 경동하여 출강하는 단계를 포함하고, 상술한 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 중량을 측정하고 이를 기초로 상기 단계의 각 공정들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법을 제공한다.
상기 전로를 코팅하고 잔류 슬래그를 배제하는 단계는 전로 출강 작업 후 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 내 잔류 슬래그량을 측정하는 단계, 상기 잔류 슬래그를 1차 배제하는 단계, 상기 측정한 잔류 슬래그량을 이용하여 하기 식
D = 1347 + 0.340 Wslag + 1.67 O2
D : 총 코팅제 투입량
Wslag : 전로내 잔류 슬래그량
O2 : 용존산소
에 의해 총 코팅제량을 구하고, 1:3의 비율로 경소돌로마이트와 생돌로마이트를 평량하여 투입하는 단계, 질소 분사 코팅 및 잔류 슬래그 코팅을 하는 단계 및 남은 잔류 슬래그를 2차 배제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전로에 주원료를 장입하는 단계는 주원료 장입시 용선 및 고철의 정보를 입력하는 단계, 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 실시간으로 측정함으로써 입력된 정보와 비교하는 단계 및 중량이 틀린 경우에 일시 중지하여 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 취련하는 단계는 용선 중의 실리콘, 티타늄 함량이 많은 경우, 또는 용강 중의 인 농도를 감소시킬 경우에 전취련 후 취련을 일시 중지하여 슬래그를 배제하는 더블 슬래그 작업을 포함하고, 상기 더블 슬래그 작업은 하기 식
전취련 완료후 슬래그량
= 잔류 슬래그량 + 전취련중 투입된 부원료량 +
(정련전 주원료 중량 - 전취련 완료후 주원료 중량)
에 의해 전취련 완료후 슬래그량을 산정하는 단계 및 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 내의 중량을 확인하며, 상기 산정한 슬래그량만큼의 슬래그를 배제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 취련하는 단계는 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 실시간으로 측정함으로써, 하기 식
f = (용철 함량 - 용철 중의 탄소 함량인 0.5%)
+ 부원료 총투입량 + 잔류 슬래그량
f = 용강의 측온, 측산이 되는 중량
에 의해 산정된 중량이 되었을 때, 용강 중의 온도 및 탄소 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 출강하는 단계는 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 실시간으로 측정함으로써, 하기 식
용강량
= 용선량 + 고철량
- {(용철 중의 실리콘량 - 취련 종료 시점의 실리콘량)
+ (용철 중의 탄소량 - 취련 종료 시점의 탄소량)
+ (용철 중의 망간량 - 취련 종료 시점의 망간량)
+ (용철 중의 인량 - 취련 종료 시점의 인량)
+ (용철 중의 티타늄량 - 취련 종료 시점의 티타늄량)
+ 슬래그중의 T.Fe량}
에 의해 산정된 용강량만큼의 용강을 래들에 출강하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 전로 중량 측정 장치를 포함하여 구성된 시스템을 도시한 개략도이다. 전로(1)의 외부는 두꺼운 철판으로 제작되어 있으며 내부는 고온에 견딜 수 있도록 내화물로 구성된 구조를 가진다. 또한 무게 중심이 하부로 집중되어 전로(1)가 전후로 경동되어도 무게의 중심은 여전히 하부에 집중된다. 전로 경동 모터가 회전하여 트라니온 축(Trunnion shaft)에 고정된 불 기어(Bull Gear)를 돌리면 전로(1)는 경동하게 된다. 이 때 회전 저항을 줄이기 위해 양쪽의 트라니온 축은 베어링에 의해 지지되는데, 한쪽은 비경동축(6)으로 모터의 회전력을 전달시키는 동력 전달축이 되어 하부의 구조물인 베어링 스탠드(Bearing Stand)에 볼트로 완전 고정되고, 다른 쪽은 경동축(5)으로 전로 조업시 발생하는 전로(1)의 열팽창량을 흡수하기 위해 수평으로 이동이 가능한 이동축으로 구성된다. 이와 같이 전로(1)를 양측에서 지지하는 경동축(5)과 비경동축(6)의 하부에, 전로(1)의 중량을 측정하기 위하여 도 4에 도시한 바와 같이 다수 개의 센서부(20)를 설치한다. 도면을 참조하면, 센서부(20)는 경동축(5)과 비경동축(6)을 둘러싸는 베어링 하우 징(8)의 내부에 설치된다.
도 5는 센서부의 구성을 설명하기 위한 사시도이다. 센서부(20)의 하부에 받침대(23)를 형성하고, 그 내부에는 실제 전로(1)의 중량을 측정하는 중량 감지 센서(22)와 연결할 수 있도록 나사부(24)를 포함한다. 받침대(23) 상에 중량 감지 센서(22)를 형성할 때에는 받침대(23)와 중량 감지 센서(22) 사이의 공간이 5㎜ 이상 떨어지도록 한다. 이는 중량 감지 센서(22)가 중량 및 온도 변화에 의한 변형시 받침대(23) 상에서 팽창에 의한 중량 감지 센서(22)의 소손을 방지하기 위한 것이다. 센서부(20)의 상단에는 중량 감지 센서(22)의 상부를 보호하기 위해 커버(21)를 포함한다.
상술한 바와 같은 센서부(20)는 경동축과 비경동축을 둘러싸는 베어링 하우징의 내부에 설치되며, 온도계도 포함하여 형성된다.
도 6은 중량 감지 센서의 구성을 도시한 단면도로, 상기 중량 감지 센서(22)는 실제적인 변형량을 측정하는 여러 가닥의 저항선(25)을 포함한다. 이들은 연철을 비롯하여 여러 가지 금속 물질을 사용할 수 있다. 백킹(26)은 상기 저항선(25)들을 브릿지 회로(30)에 연결하기 위한 것이며, 납땜 등 여러 가지 방법을 사용하여 연결할 수 있다. 여기서 브릿지 회로(30)는 도 7에 도시한 바와 같이, 센서부(20)의 중량 감지 센서(22)와 연결되고, 저항값들을 입력받아 검침계(31)에서 측정된 저항차를 제어부로 전송하도록 하는 기능을 담당한다. 상기 저항선(25)과 백킹(26)을 둘러싸는 중량 감지 센서(22)의 외부에는 센서의 형상을 유지시키기 위한 톱부(27)가 형성된다. 이는 측정 대상과 접착하기 용이하도록 하며 측정물과 절연 될 수 있도록 표면을 에폭시 등의 절연성 물질로 구성한다.
제어부는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 센서부(20)로부터 검침계(31)에서 검침된 저항값을 입력받아 전로 중량을 계산할 수 있도록 하는 제어 장치(10)와 모델 연산 장치(11), 모니터(12)로 구성된다. 제어 장치(10)는 전로 출강측(14)과 장입측(13)에 설치된 모니터를 연결하여 직접 전로의 중량을 확인할 수 있도록 구성한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 전로 중량 측정 장치의 작용을 설명하면 대략적으로 다음과 같다.
전로(1)의 중심은 하부로 집중되며 전로(1)가 전후로 경동되어도 무게의 중심은 여전히 하부에 집중된다. 이런 무게를 지지하는 것은 전로(1) 양측에 형성된 경동축(5)과 비경동축(6)이며, 이 축은 경동 모터(3)에 의해 회전하게 된다.
도 7과 같이 브릿지 회로(30)의 다수 개의 저항부와 센서부(20)에 일정한 저항이 흐르도록 한다. 그리하면 검침계(31)에서의 저항차는 0가 된다. 그러나, 도 4에 도시한 바와 같이 축 하부에 설치된 다수 개의 센서부(20)에 일정한 하중이 가해지면 커버(21)가 압축 하중을 받으면서 내려오고 센서부(20)가 압축 하중에 의해 수축하게 된다. 이 때 온도계도 센서부(20)의 온도를 감지하여 제어부에 데이터를 전송한다. 이와 같이 압축 하중에 의해 센서부(20)의 중량 감지 센서(22)가 수축하면서 저항이 변하게 된다. 저항은 다음 식에 따라 구할 수 있다.
Figure 112005018175562-pat00001
R : 저항
A : 센서의 단면적
L : 센서의 길이
상기 식에 의해 압축 하중을 받은 중량 감지 센서(22)에서 발생하는 저항이 변하면 검침계(31)에서는 저항값의 차이값이 검침된다. 검침계(31)에서 검침한 저항값은 제어 장치(10)로 전송되고, 전송된 값은 다수 개의 센서부(20)에서 보내진 값과 함께 다음 식과 같이 합산된다.
Figure 112005018175562-pat00002
n : 개수
k : 저항값
제어부에서는 전송된 다수 개의 저항값을 이용하여 상기 식와 같이 합산된 저항값의 평균값을 구한다. 이렇게 구한 값을 이용하여 전로(1)의 중량을 측정하게 되는데, 먼저 센서의 길이 변화를 구한다. 상기 저항에 대한 식을 이용하여 센서의 길이 변화값을 구한 후, 이 값을 이용하여 다음 식에 의해 압축 하중을 측정할 수 있다.
Figure 112005018175562-pat00003
σ: 압축하중
E : 종탄성변형율
α: 선팽창계수
Δt : 온도변화율
상기 식에 의해 구한 압축 하중을 이용하여 다음과 같이 전로(1)의 중량을 계산한다.
Figure 112005018175562-pat00004
σ: 압축하중
A : 센서의 단면적
P : 하중
이렇게 측정된 전로(1)의 중량은 제어 장치(10)에서 모델 연산 장치(11)와 모니터(12), 출강측 모니터(14), 장입측 모니터(13)로 전송된다.
이하, 상기 전로 중량 측정 장치를 이용한 전로 정련 방법에 대하여 설명한다.
본 발명은 상술한 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 측정함으로써, 작업자들의 경험에 의해 진행했던 종래에 비해 보다 정확하고 안정적인 공정을 실시하여 위험 부담을 줄이고, 기술력을 높이며 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.
일반적인 전로 정련 방법의 진행을 도시한 공정 순서도인 도 2를 다시 참조하면, 먼저 전회 차지 출강 작업을 완료하여 1차 잔류 슬래그를 배제한 후, 전로 내에 남은 잔류 슬래그량을 이용하여 적정한 코팅제를 투입하도록 계산한다. 여기서 본 발명에 의하면, 전회 차지 출강을 완료한 후 1차 잔류 슬래그 배제 전에 전 로 내 잔류 슬래그량을 입력하고, 입력된 잔류 슬래그량을 토대로 장입측 모니터에 나타나는 전로내 중량을 보면서 슬래그 포트에 슬래그를 배제하게 된다. 사전에 입력된 잔류 슬래그량을 이용하여 다음 식에 의해 코팅제로 투입되는 경소돌로마이트량과 생돌로마이트량을 산정하여 제어 장치에서 부원료 투입 호퍼에 투입량을 평량하여 투입하도록 명령한다.
D = 1347 + 0.340 Wslag + 1.67 O2
D : 총 코팅제 투입량
Wslag : 전로내 잔류 슬래그량
O2 : 용존 산소
상기 식에 의해 코팅제 투입량이 산정되면 경소돌로마이트와 생돌로마이트의 비율을 1:3 비율로 나누어서 부원료 투입 호퍼 내에 평량한다. 이와 같이 평량된 코팅제는 1차 잔류 슬래그 배재 완료 후 질소 분사 코팅 전에 투입된다.
또한, 잔류 슬래그 코팅을 마치고 2차 잔류 슬래그 배재를 실시한 후, 전로 내에 남은 코팅제량은 제어부를 통해서 모델 연산 장치에 전송되어 모델 조업에 이용할 수 있도록 한다.
상기와 같이 전로내 슬래그량을 측정하고 적정 코팅제 투입량을 계산하여 최적의 질소 분사 코팅 및 잔류 슬래그 코팅을 실시하기 때문에, 코팅제의 과다 사용을 막고 생산성을 높이며, 우수한 코팅 효과로 전로 노체 수명을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 상술한 방법에 따라 슬래그 배제 작업과 코팅 작업을 진행한 결과를 종래 기술과 비교하여 나타낸 그래프이다. 도면을 참조하면, 종래 기술에서는 내화물의 초기 침식 깊이가 0.3㎜ 정도였으나, 상술한 방법을 사용하여 0.18㎜까지 침식율이 감소되는 것을 볼 수 있다. 또한 노체 수명도 6500회 수준에서 8000회 수준까지 향상되는 것을 알 수 있다.
코팅 작업을 마치고 2차 잔류 슬래그를 배제한 후, 전로에 고철와 용선의 주원료를 장입한다. 주원료를 장입하고 각 정보를 제어부에 연결하여 모델 조업에 연계하는 데, 이 때 가장 중요한 것은 전로에 장입되는 주원료의 정보이다. 이 정보는 일반적으로 용선 예비 처리에서 출선된 용선의 정보, 즉, 온도, 중량, 성분 등과 고철의 정보 등이다. 이러한 정보는 전로의 입열과 출열을 비교하는 열정산을 계산할 때 매우 중요하고 이러한 정보의 정확도에 따라 전로 모델 조업의 적용이 달라진다. 본 발명에 의하면 전로에 용선 및 고철을 장입할 때 실시간으로 중량 측정 장치에 의해 중량을 측정하고 정보가 모델 연산 장치에 보내지며, 중량이 틀릴 경우에는 확인하여 작업할 수 있다. 따라서 작업자들의 실수로 인해 주원료가 잘못 장입되는 것을 막을 수 있고, 정확한 정보를 활용하여 최적의 모델 조업을 적용함으로써 높은 품질의 용강을 제조할 수 있다.
주원료를 장입하고 산소 가스를 취입하여 취련 작업을 개시한다. 일반적으로 용선 중의 실리콘이 많은 경우, 용선 중의 티타늄이 많은 경우, 또는 용강 중의 인 농도를 낮출 경우에 더블 슬래그 조업을 실시하는데, 최근에는 용강 중의 인 농도를 낮추기 위하여 주로 사용된다. 더블 슬래그 조업을 실시하는 경우에 먼저 전취 련 작업을 진행하는데, 일정량의 산소를 산소 랜스를 통해 취입하면서 일정량의 생석회 등의 부원료를 투입하여 용선 중의 불순물인 인, 실리콘, 티타늄 등을 슬래그로 흡수하도록 한 후 취련 작업을 일시 중지하고, 전로를 경동하여 슬래그 포트 내에 슬래그를 배제한다. 종래에는 작업자의 경험에 의해 전로 내에 최소의 슬래그를 남기도록 하였으나 완전한 슬래그 배제를 하기 어렵기 때문에, 전취련 후 잔류 슬래그로 인한 슬로핑이 발생할 수 있고, 또한 용강 중의 인 농도를 낮추기 위한 탈린 더블 슬래그 조업시 인농도 상승에 의한 품질 이상 등의 문제가 발생할 수 있다.
그러나 본 발명에 의하면 전로 중량 측정 장치를 이용하여 모델 조업과 연계하고 전로 내의 슬래그량을 다음과 같이 계산한다.
전취련 완료후 슬래그량
= 잔류 슬래그량 + 전취련중 투입된 부원료량 +
(정련전 주원료 중량 - 전취련 완료후 주원료 중량)
상기 식에 의해서 전로 내의 슬래그량을 산정하고, 이 값을 이용하여 잔류 슬래그 배재시 장입측 모니터에서 전로 내의 중량을 확인하면서 잔류 슬래그를 배재한다. 그리하여 전취련시 잔류 슬래그를 완전히 배제할 수 있고, 종래 작업자 실수로 인해 용강을 슬래그 포트 내에 배제하거나 슬래그를 전로 내에 남겨놓아 생산성이 저하되고 대형 슬로핑이 발생하는 것을 막을 수 있다.
하기 표 1은 용선 중 실리콘 함량이 0.6% 이상, 티타늄의 함량이 0.7% 이상으로 용선 중 실리콘 및 티타늄의 함량이 많은 경우에, 종래 기술과 본 발명에 의 해 더블 슬래그 조업을 실시한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112005018175562-pat00005
상기 표 1에서 볼 수 있듯이 더블 슬래그 조업시 종래에는 슬래그 완전 배제를 하지 못하기 때문에, 전로 내에 잔류된 잔류 슬래그 중의 실리콘과 티타늄이 촉진제가 되어 슬래그의 표면 장력을 증가시켜 슬로핑이 발생한다. 슬로핑을 막기 위해 생석회 보정 등을 실시하나, 이는 인격외 등의 품질 이상을 야기할 수 있다. 반면, 본 발명에 의해 전로 중량 측정 장치를 이용한 더블 슬래그 조업시, 전취련 후 슬래그의 완전 배제가 가능하여 슬로핑의 발생을 막을 수 있고, 품질 저하를 방지할 수 있다.
하기 표 2는 용강 중의 인 농도가 0.012% 이하인 강종을 생산하기 위해 더블 슬래그 조업을 실시하는 경우에, 종래 기술과 본 발명에 따라 진행한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112005018175562-pat00006
상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 종래 기술의 방법으로 더블 슬래그 조업시 전취련 종료 후 인의 농도는 거의 유사한 수준이었으나, 취련 종료 후에는 전로 내 잔류 슬래그 중의 인에 의한 영향으로 품질 이상이 발생하였다. 반면, 본 발명에 의해 전로 중량 측정 장치를 이용한 더블 슬래그 조업시, 전취련 후 슬래그의 완전 배제가 가능하여 취련 종료 후 우수한 탈린 효과를 볼 수 있고, 잔류 슬래그로 인한 품질 이상이 발생하지 않았다.
취련 작업을 진행하며 취련 80% 정도의 시점에서는 온도와 탄소 농도를 측정하는 다이나믹 측정을 한다. 상기 언급한 바와 같이 실리콘 등의 성분 등은 슬래그에 의해 포집된 상태로 전로 내에 존재하며, 단지 용강 중의 탄소만이 가스 상태로 제거되기 때문에 용강 중의 탄소량의 변화에 따라서 전로 내의 상황을 판단할 수 있다. 도 9는 정련 작업시 전로 내의 탄소 변화량을 도시한 그래프이다. 용강 중의 탄소의 율속 반응이 나타나는 시점에서 용강 중의 온도 및 탄소 농도를 측정하는데, 탄소 농도가 높은 시점에서 용강의 측온 및 탄소 농도 측정시에는 측정 설비인 서브 랜스의 소손 등의 문제점이 있기 때문에 이를 방지하기 위해 도 9의 “가”의 부근이 되는 시점에서 측온, 측산을 실시하는 것이다. 본 발명은 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 내의 중량의 변화를 측정함으로써, 용강 중의 탄소량의 변화를 모델 조업에 연계할 수 있다. 즉, 전로 중량을 측정하여 도 9의 “가”의 부근이 되는 시점에서 측온, 측산을 실시할 수 있도록 모델 연산 장치와 연계한다. 이는 다음 식에 의해 계산된다.
f = (용철 함량 - 용철 중의 탄소 함량인 0.5%)
+ 부원료 총투입량 + 잔류 슬래그량
f = 용강의 측온, 측산이 되는 중량
모델 연산 장치에 실시간으로 전로 중량의 변화값을 보내고, 전로 중량이 상기 식에 의해 구한 f가 되는 시점에서 측온, 측산을 하도록 한다.
취련 작업을 마치면 전로를 경동하여 용강을 래들(ladle)로 내보내는 출강 작업을 실시한다. 이 때 모델 연산 장치에서 전로 내의 용강량을 계산하여, 본 발명의 전로 중량 측정 장치를 이용하여 실시간으로 중량을 측정함으로써, 용강을 출강할 때 용강이 전로 내에서 빠져나가는 시점에서 출강을 종료하도록 한다. 그리하여 래들 내로 슬래그가 유출되는 것을 방지할 수 있고, 그로 인해 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 용강량 계산은 모델 연산 장치에서 다음 식에 의해 계산된다.
용강량
= 용선량 + 고철량
- {(용철 중의 실리콘량 - 취련 종료 시점의 실리콘량)
+ (용철 중의 탄소량 - 취련 종료 시점의 탄소량)
+ (용철 중의 망간량 - 취련 종료 시점의 망간량)
+ (용철 중의 인량 - 취련 종료 시점의 인량)
+ (용철 중의 티타늄량 - 취련 종료 시점의 티타늄량)
+ 슬래그중의 T.Fe량}
상기 식에 의해 전로 내의 용강량을 구한 후, 전로 중량 측정 장치를 이용하여 실시간으로 전로 중량을 측정하여 출강측 모니터를 보면서 작업자들이 용강이 빠져나가는 시점에서 출강을 완료할 수 있다.
하기 표 3은 종래 기술과 본 발명에 따라 출강 작업을 진행한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112005018175562-pat00007
상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 종래 기술에 의하면 래들 내 슬래그 유출량은 130㎜ 이상이 되었으나, 본 발명의 실시예에서는 슬래그 유출량이 100㎜ 이하로 품질 이상이 없고, 또한 슬래그 유출에 의한 용강의 재산화가 방지되는 등 품질이 향상되는 것을 알 수 있다.
본 발명에 의한 전로 중량 측정 장치 및 이를 이용한 전로 정련 방법은 전로 정련 작업 중 전로의 중량을 측정하여 정확하고 안정적인 공정을 진행함으로써, 작업자의 실수로 인한 위험 부담을 경감시키고, 원가 절감 및 생산성의 향상, 기술력의 향상을 기대할 수 있다.
또한 각 공정시 전로 중량을 측정함으로서, 적정량의 코팅제를 투입하여 노체 수명을 향상시키고, 정련 작업시 주원료량과 슬래그량을 측정하고 정확한 정보에 따라 작업하여 품질을 높이고, 더블 슬래그 작업시 잔류 슬래그를 없게 하여 대 형 슬로핑 등을 방지하고, 전로 출강 작업 중 래들내 슬래그 유출을 최소화하여 품질을 높이고 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 전로의 양측에 구비된 경동축 및 비경동축의 중량 변화를 감지하는 센서부; 및
    상기 센서부에서 상기 경동축 및 비경동축의 중량 변화값을 입력받아 전로의 중량을 산출하고 이를 기초로 전로 내부로의 투입량 및 전로로부터의 배출량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 중량 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는 온도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 중량 측정 장치.
  3. 전로 정련 방법에 있어서,
    전회 차지 출강을 마친 전로를 코팅하고 잔류 슬래그를 배제하는 단계;
    상기 전로에 주원료를 장입하는 단계;
    취련하는 단계 및
    상기 전로를 경동하여 출강하는 단계를 포함하고,
    청구항 1 또는 청구항 2에 따른 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 중량을 측정하고 이를 기초로 상기 단계의 각 공정들을 제어하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전로를 코팅하고 잔류 슬래그를 배제하는 단계는
    전로 출강 작업 후 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 내 잔류 슬래그량을 측정하는 단계;
    상기 잔류 슬래그를 1차 배제하는 단계;
    상기 측정한 잔류 슬래그량을 이용하여 하기 식
    D = 1347 + 0.340 Wslag + 1.67 O2
    D : 총 코팅제 투입량
    Wslag : 전로내 잔류 슬래그량
    O2 : 용존산소
    에 의해 총 코팅제량을 구하고, 1:3의 비율로 경소돌로마이트와 생돌로마이트를 평량하여 투입하는 단계;
    질소 분사 코팅 및 잔류 슬래그 코팅을 하는 단계; 및
    남은 잔류 슬래그를 2차 배제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전로에 주원료를 장입하는 단계는
    주원료 장입시 용선 및 고철의 정보를 입력하는 단계;
    상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 실시간으로 측정함으로써 입력된 정보와 비교하는 단계 및
    중량이 틀린 경우에 일시 중지하여 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 취련하는 단계는 용선 중의 실리콘 함량이 0.6% 이상이거나 티타늄 함량이 0.7%인 경우, 또는 용강 중의 인 농도를 감소시킬 경우에 전취련 후 취련을 일시 중지하여 슬래그를 배제하는 더블 슬래그 작업을 포함하고,
    상기 더블 슬래그 작업은 하기 식
    전취련 완료후 슬래그량
    = 잔류 슬래그량 + 전취련중 투입된 부원료량 +
    (정련전 주원료 중량 - 전취련 완료후 주원료 중량)
    에 의해 전취련 완료후 슬래그량을 산정하는 단계 및
    상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로 내의 중량을 확인하며, 상기 산정한 슬래그량만큼의 슬래그를 배제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 취련하는 단계는 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 실시간으로 측정함으로써, 하기 식
    f = (용철 함량 - 용철 중의 탄소 함량인 0.5%)
    + 부원료 총투입량 + 잔류 슬래그량
    f = 용강의 측온, 측산이 되는 중량
    에 의해 산정된 중량이 되었을 때, 용강 중의 온도 및 탄소 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 출강하는 단계는 상기 전로 중량 측정 장치를 이용하여 전로의 중량을 실시간으로 측정함으로써, 하기 식
    용강량
    = 용선량 + 고철량
    - {(용철 중의 실리콘량 - 취련 종료 시점의 실리콘량)
    + (용철 중의 탄소량 - 취련 종료 시점의 탄소량)
    + (용철 중의 망간량 - 취련 종료 시점의 망간량)
    + (용철 중의 인량 - 취련 종료 시점의 인량)
    + (용철 중의 티타늄량 - 취련 종료 시점의 티타늄량)
    + 슬래그중의 T.Fe량}
    에 의해 산정된 용강량만큼의 용강을 래들에 출강하는 것을 특징으로 하는 전로 정련 방법.
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