KR100919426B1 - Apparatus for detecting onset of slag entrainment in a molten metal stream and method thereof - Google Patents
Apparatus for detecting onset of slag entrainment in a molten metal stream and method thereofInfo
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Abstract
본 발명은 취련이 완료된 용강을 출강할 때, 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a slag outflow detection device and a method of operating the slag outgoing during the tapping of the molten steel after the blow is completed, so that the mixed slag can be measured using an optical method.
본 발명에 따르면, 카메라로부터 영상 신호를 입력받아 측정에 방해가 되는 신호를 차단하기 위하여 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter); 상기 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 신호를 입력받아 용강의 복사 에너지 평균값을 구하는 복사 에너지 강도 감쇠 필터; 및 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하여 이 값이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 신호 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치가 제공된다. According to the present invention, a band pass filter capable of measuring a minimum temperature and a maximum temperature of molten steel produced in a converter to block a signal that disturbs a measurement by receiving an image signal from a camera; A radiant energy intensity attenuation filter which receives a signal filtered by the band pass filter and obtains an average value of radiant energy of molten steel; And comparing the average radiant energy of the molten steel at the beginning of tapping with the average radiant energy at the end of tapping, if the average value of radiant energy at the end of tapping is larger, calculates the slag outflow rate, and if the value is larger than the preset reference value, a signal indicating that slag is flowing out. An output signal processor; Provided is a slag outflow detection device during the falling out of the converter comprising a.
Description
본 발명은 전로 출강시 슬래그 유출을 검출하는 장치 및 그 운용 방법에 관한 것으로서, 특히, 취련이 완료된 용강을 출강할 때, 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for detecting a slag outflow during the operation of the converter and a method of operating the same, and particularly, when the molten steel is blown out, when the slag is mixed by using an optical method to measure it Slag outflow detection apparatus and its operation method.
도 1은 전로에서 출강되는 용강을 보여주는 개략도로서, 이를 설명하면, 다음과 같다.1 is a schematic view showing the molten steel that is pulled out of the converter, which will be described below.
전로(1)에서 취련이 완료된 용강(2)이 출강구(4)를 통하여 출강된다. 출강 초기에는 상기 전로(1)에 있는 용강(2)만이 상기 출강구(4)를 통하여 출강되지만, 출강 말기에는 바닥에 구멍이 뚫린 용기로부터 액체가 유출될 때, 출강구 크기에 따른 일정한 높이(h)에서 소용돌이가 발생하는 보텍스(Vortex)가 형성되며, 이러한 현상은 상기 출강구(4) 중앙에 액면이 깔때기 모양으로 오목하게 침강되도록 하며, 결국에는 슬래그를 소용돌이로 끌어들이면서, 슬래그를 유출하게 된다.The molten steel 2 which has completed the blow in the converter 1 is tapped through the tap hole 4. At the beginning of tapping, only the molten steel 2 in the converter 1 is tapped out through the tapping hole 4, but at the end of tapping, when the liquid flows out of a container with a hole in the bottom, a constant height according to the tap size ( In h), a vortex is formed in which vortex occurs, and this phenomenon causes the liquid level to settle concavely in the center of the exit hole 4 in a funnel shape, and eventually draws the slag into the vortex while flowing out the slag. Done.
종래의 전로 출강시 슬래그 유출의 검출은 전로 출강구(4)에 전자기 센서(Sensor)를 설치하여, 전자기 플럭스(Flux), 용강 및 슬래그가 동시에 출강될 때, 전자기 플럭스의 차이를 이용하여 슬래그 유출을 검출하는 방법을 주로 사용하여 왔다. 또한, 적외선 카메라를 사용하여 용강과 슬래그의 온도 차이로 인하여 용강과 슬래그의 스펙트럴 이미시비티(Spectral Emissivities)가 다른 점을 이용하는 방법도 사용되었다.The detection of slag outflow in the conventional converter tapping is installed by installing an electromagnetic sensor (Sensor) in the converter outlet (4), when the electromagnetic flux (Flux), molten steel and slag is outgoing at the same time, the slag outflow using the difference of the electromagnetic flux The method of detecting the has been mainly used. In addition, an infrared camera was used to use the difference in the spectral Emissivities between the molten steel and the slag due to the temperature difference between the molten steel and the slag.
그러나 전자기 센서의 경우에는 이것을 유지하고 보수하는데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라, 소모품인 관계로 인하여 비용이 매우 많이 들어간다는 문제점이 있다. 또한, 적외선 카메라의 경우에는 조그마한 온도 차이에도 민감하게 반응하기 때문에 슬래그의 유출을 검출하는데 어려움을 가지고 있을 뿐만 아니라, 주변 환경에 영향을 받는다는 문제점을 가지고 있다.However, in the case of the electromagnetic sensor, not only there are many difficulties in maintaining and repairing this, but also there is a problem in that the cost is very high due to the consumable relationship. In addition, the infrared camera has a problem that it is not only difficult to detect the outflow of slag, but also affected by the surrounding environment because it reacts sensitively to a slight temperature difference.
상술한 전자기적 센서로 슬래그의 유출을 검출하는 종래 기술로는 미국 특허 4,859,940, 4,816,758 및 6,074,598 등이 있으나, 이들은 공통적으로 센서가 열에 약할 뿐만 아니라, 유지/보수 비용이 지나치게 소요되며, 관리에 많은 어려움이 있다는 문제점이 있다.Conventional techniques for detecting the outflow of slag with the above-mentioned electromagnetic sensor include US Patents 4,859,940, 4,816,758, and 6,074,598, but these are not only weak in heat, but also require excessive maintenance and maintenance costs. There is a problem that there is.
또한, 미국 특허 6,197,086, 6,129,888 및 일본 특허 1999-044713, 2001-039517, 2001-107127 등은 용강과 슬래그의 온도 차이로 인하여 발생하는 스펙트럴 방사량(Spectral Emissivities)의 차이를 측정하고 있지만, 특정 파장 대역만을 기준으로 측정하기 때문에 전로에서 용강을 취련할 때, 저취나 과취시 용강의 온도 차이가 많이 나게 되므로, 특정 파장 대역만을 가지고 슬래그 유출을 검출하는 방법으로는 한계가 있다. In addition, U.S. Patents 6,197,086, 6,129,888 and Japanese Patents 1999-044713, 2001-039517, 2001-107127, etc., measure the difference in the spectral emissions caused by the temperature difference between molten steel and slag, Since the measurement is based on bays, when the molten steel is blown in the converter, the temperature difference of the molten steel during the low odor or the excessive odor is increased. Therefore, there is a limit to the method of detecting the slag outflow with only a specific wavelength band.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 취련이 완료된 용강을 출강할 때, 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, when the molten steel is blown out, the slag outflow detection device during converter tapping to measure the slag mixed by using an optical method And an operation method thereof.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 취련이 완료된 용강을 출강할 때 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치에 있어서, 전로에서 용강이 출강될 때 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 설치되어 용강 흐름의 영상을 계측하는 카메라; 상기 카메라로부터 영상 신호를 입력받아 측정에 방해가 되는 신호를 차단하기 위하여 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter); 상기 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 신호를 입력받아 용강의 복사 에너지 평균값을 구하는 복사 에너지 강도 감쇠 필터; 및 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하여 이 값이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 신호 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, in the slag outflow detection device during the converter tapping to measure the slag mixed when tapping the molten steel is completed by using an optical method, in the converter A camera which is installed at a position where the flow of molten steel is visible when the molten steel is tapped, and measures an image of the molten steel flow; A band pass filter capable of measuring only the minimum and maximum temperatures of the molten steel produced in the converter in order to block a signal that disturbs the measurement by receiving an image signal from the camera; A radiant energy intensity attenuation filter which receives a signal filtered by the band pass filter and obtains an average value of radiant energy of molten steel; And comparing the average radiant energy of the molten steel at the beginning of tapping with the average radiant energy at the end of tapping, if the average value of radiant energy at the end of tapping is larger, calculates the slag outflow rate, and if the value is larger than the preset reference value, a signal indicating that slag is flowing out. An output signal processor; Provided is a slag outflow detection device during the falling out of the converter comprising a.
또한, 보다 더 상세하게는 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터는 2개로 구성되어, 용강의 복사 에너지 평균값을 구할 때 서로 반대 방향으로 움직이도록 구성한다.In more detail, the radiant energy intensity attenuation filter is composed of two pieces, which are configured to move in opposite directions when obtaining an average value of radiant energy of molten steel.
또한, 취련이 완료된 용강을 출강할 때 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 포함하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치의 운용 방법에 있어서, 출강이 개시되면, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 적절하게 조정한 후, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 서로 반대 방향으로 돌림으로써, 복사 에너지를 기설정된 시간동안 평균값을 구하고, 이를 용강의 복사 에너지 평균값으로 설정하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 구한 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계에서 계산한 슬래그 유출율이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 제 3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치의 운용 방법이 제공된다. In addition, in the operation method of the slag outflow detection device during converter tapping, which includes a radiant energy intensity attenuation filter which allows the slag mixed when tapping the molten steel to be blown out to be measured using an optical method, tapping starts. When the radiation energy intensity attenuation filter is appropriately adjusted, the radiation energy intensity attenuation filters are rotated in opposite directions to obtain an average value of the radiant energy for a predetermined time period, and to set the average value of the radiant energy to the radiant energy average value. Stage 1; A second step of calculating a slag outflow rate when the radiant energy average value at the end of the tapping is greater by comparing the radiant energy average value of the molten steel obtained in the first step with the radiant energy average value at the end of tapping; And a third step of outputting a signal indicating that the slag is flowing out when the slag outflow rate calculated in the second step is larger than a preset reference value. Provided is a method of operating a slag outflow detection apparatus at the time of moving down the converter characterized in that it comprises a.
본 발명에 따르면, 전로에서 용강이 출강될 때, 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 카메라를 설치한다. 이 카메라 전단에는 본 발명에 의한 광학 필터부가 설치되어 있으며, 상기 광학 필터부는 세 개의 서로 다른 광학 필터를 포함하여 구성된다.According to the present invention, when the molten steel is pulled out from the converter, the camera is installed at a position where the flow of the molten steel is easily seen. The front end of the camera is provided with an optical filter unit according to the present invention, and the optical filter unit comprises three different optical filters.
상기 광학 필터부 내에는 용강의 흐름을 볼 수 있는 바깥쪽에 일반적으로 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)와 출강 초기에 용강의 밝기 평균을 구하기 위하여 서로 반대쪽으로 움직이는 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 설치한다.In the optical filter part, a band pass filter capable of measuring only the minimum and maximum temperatures of molten steel, which is generally produced in a converter, outside the visible flow of molten steel, and a brightness average of the molten steel at the beginning of tapping. To find out, install radiant intensity attenuation filters that move in opposite directions.
이렇게 구성된 카메라와 광학 필터부를 통하여 측정된 신호는 신호 처리부를 통하여 전로에서 출강시 슬래그의 유출 여부를 판단하게 된다. 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터는 상기 광학 필터 제어부를 통하여 서로 반대 방향으로 계속적으로 움직이면서 출강 초기에 용강의 밝기 평균값을 구하게 된다. The signal measured through the camera and the optical filter unit configured as described above determines whether or not the slag is leaked when going out of the converter through the signal processor. The radiant energy intensity attenuation filter continuously calculates the brightness average value of molten steel at the initial stage of tapping while continuously moving in the opposite directions through the optical filter controller.
도 2는 본 발명에서 제안하는 광학계의 개략적인 구성도로서, 본 광학계는 전로 출강구로부터 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 설치된다.Figure 2 is a schematic configuration diagram of the optical system proposed in the present invention, the optical system is installed in a position where the flow of molten steel is well seen from the converter exit.
본 광학계는 광학 필터부(6), 카메라(5), 신호 처리부(10) 및 광학 필터 제어부(11)를 포함하여 구성된다.The optical system includes an optical filter unit 6, a camera 5, a signal processing unit 10, and an optical filter control unit 11.
상기 광학 필터부(6)는 일반적으로 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(7)와 출강 초기에 용강의 밝기 평균을 구하기 위하여 서로 반대쪽으로 움직이는 복사 에너지 강도 감쇠 필터(8, 9)를 포함하여 구성된다.The optical filter part 6 generally has a band pass filter 7 capable of measuring only the minimum and maximum temperatures of molten steel produced in a converter and radiant energy intensity moving in opposite directions to obtain brightness averages of molten steel at the beginning of tapping. Attenuation filters 8, 9.
상기 밴드 패스 필터(7)는 햇빛이나 조명 등 주변에서 측정에 방해가 되는 신호를 차단하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터(8, 9)는 상기 광학 필터 제어부(11)의 지령 신호에 따라 출강 초기에 용강의 평균 밝기를 계산하기 위하여 서로 반대 방향으로 움직이게 되며, 일정한 시간이 지난 후, 용강의 평균 밝기를 획득한 후, 더 이상 움직이지 않게 된다. 상기 광학 필터부(6)를 통과한 신호는 상기 카메라(10)를 거쳐 상기 신호 처리부(10)에서 처리된다. The band pass filter 7 blocks a signal that interferes with the measurement in the surroundings such as sunlight or lighting. In addition, the radiant energy intensity attenuation filters 8 and 9 move in opposite directions to calculate the average brightness of the molten steel at the initial tapping time according to the command signal of the optical filter control unit 11, and after a predetermined time, After obtaining the average brightness of the molten steel, it no longer moves. The signal passing through the optical filter unit 6 is processed by the signal processing unit 10 via the camera 10.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전로 출강시 슬래그 유출 검출 방법을 나타낸 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.3 is a flowchart illustrating a slag leak detection method when the converter starts and falls in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 스텝 S301에서, 상위 컴퓨터가 전로가 출강한다는 신호를 받게 되면, 즉, 출강이 개시되면, 스텝 S302에서, 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 적절하게 조정한 후, 스텝 S303에서, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 서로 반대 방향으로 돌림으로써, 복사 에너지를 기설정된 시간동안(본 실시예에서는 2 ~ 3분) 평균값을 구하고, 스텝 S304에서, 이를 '용강의 복사 에너지 평균값'으로 설정한다.First, in step S301, when the host computer receives a signal indicating that the converter is going out, that is, starting is started, in step S302, the radiation energy intensity attenuation filter is appropriately adjusted, and then in step S303, the radiation energy intensity attenuation. By turning the filters in opposite directions, the average value of the radiant energy is determined for a predetermined time (2 to 3 minutes in this embodiment), and in step S304, it is set as the 'average value of radiant energy of molten steel'.
이렇게 출강 초기에 구한 용강의 복사 에너지 평균값은 출강 말기에 슬래그가 유출되면, 카메라(5)의 수신부에 검출되는 신호보다 낮게 된다. 즉, 출강 말기에 슬래그가 유출될 때 방출되는 복사 에너지, 즉, 밝기 신호는 출강 초기에 용강만 유출될 때 구한 밝기 신호 평균값보다 더 크게 된다. 이 두개의 신호를 이용하는 것이 본 발명의 핵심이다.When the slag flows out at the end of the tapping time, the average radiant energy value obtained in the initial tapping time is lower than the signal detected by the receiver of the camera 5. That is, the radiant energy emitted when the slag flows out at the end of the tapping, that is, the brightness signal is greater than the average value of the brightness signal obtained when only the molten steel flows out at the beginning of tapping. Using these two signals is the heart of the present invention.
스텝 S305에서, 신호의 밝기 변화가 있으면, 스텝 S306에서, 슬래그 유출율을 아래의 [수학식 1]과 같이 구한다.In step S305, if there is a change in brightness of the signal, in step S306, the slag outflow rate is obtained as shown in [Equation 1] below.
이어서, 스텝 S307에서, 상기 슬래그 유출율이 기설정된 기준값과 비교하여 큰지 여부를 판단하여, 크면, 스텝 S308에서, 알람을 울린다거나 출강구로부터 용강의 유출을 막는 스타퍼(Stopper)를 가동시키는 제어 신호를 출력한다. 이렇게 되면, 강종에 따라 용강의 온도가 많은 차이가 나더라도, 또한, 주변 환경이 열악할지라도, 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 계속적으로 조정하여 용강만 유출될 때의 복사 에너지 평균값을 구하기 때문에 이를 기준으로 슬래그의 유출을 쉽게 계측할 수 있다.Subsequently, in step S307, it is determined whether or not the slag outflow rate is large compared with a predetermined reference value. If large, in step S308, a control signal for triggering a stopper that sounds an alarm or prevents the outflow of the molten steel from the tap hole is made. Outputs In this case, even if the temperature of molten steel varies greatly depending on the steel type, and even if the surrounding environment is poor, the radiant energy intensity attenuation filter is continuously adjusted to obtain the average value of the radiant energy when only molten steel flows out. The outflow of slag can be easily measured.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 효과를 보여 주는 그래프로서, 도 4a는 출강 초기에 용강만 출강될 때 구한 밝기 평균을 도시한 그래프이고, 도 4b는 용강만 유출될 때 구한 복사 에너지 평균에 슬래그가 유출될 때 보이는 밝기 신호의 변화를 나타낸 그래프이다. 4A and 4B are graphs showing the effect of the present invention, and FIG. 4A is a graph showing brightness averages obtained when only molten steel is tapped at the beginning of tapping, and FIG. 4B is a slag on the average of radiant energy obtained when only molten steel is discharged. Is a graph showing the change of the brightness signal when it is leaked.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. Although the technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it is intended to exemplarily describe the best embodiment of the present invention, but not to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 출강 초기에 고열의 먼지나 수증기 등의 열악한 환경에서도 슬래그 유출을 용이하게 검출할 수 있고, 강종이나 부원료 투입 및 저취나 과취 등으로 인하여 출강되는 용강의 온도가 많은 차이가 날지라도 쉽게 슬래그 유출을 검출할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the slag outflow can be easily detected even in a poor environment such as high temperature dust or water vapor at the initial stage of tapping, and the temperature of the molten steel that is pulled out due to the input of steel grades, subsidiary materials, low odor, or excessive odor, etc. Even if it is, there is an effect that can easily detect the slag outflow.
또한, 전로에서 용강이 출강될 때, 슬래그의 유출을 비접촉식으로 측정할 수 있기 때문에 소모성 자재를 이용하는 기존 방법에 비하여 유지/보수가 쉬울 뿐만 아니라 비용 절감 효과도 매우 크다.In addition, when the molten steel is pulled out of the converter, the outflow of slag can be measured in a non-contact manner, which is easier to maintain and repair than conventional methods using consumable materials, and also greatly reduces the cost.
도 1은 전로에서 출강되는 용강을 보여주는 개략도이고,1 is a schematic view showing the molten steel being pulled out of the converter,
도 2는 본 발명에서 제안하는 광학계의 개략적인 구성도이고,2 is a schematic configuration diagram of an optical system proposed by the present invention,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전로 출강시 슬래그 유출 검출 방법을 나타낸 흐름도이고,3 is a flowchart illustrating a method of detecting slag leak when moving down the converter according to an embodiment of the present invention;
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 효과를 보여 주는 그래프로서, 도 4a는 출강 초기에 용강만 출강될 때 구한 밝기 평균을 도시한 그래프이고,4A and 4B are graphs showing the effect of the present invention, and FIG. 4A is a graph showing brightness averages obtained when only molten steel is tapped at the beginning of tapping.
도 4b는 용강만 유출될 때 구한 복사 에너지 평균에 슬래그가 유출될 때 보이는 밝기 신호의 변화를 나타낸 그래프이다. Figure 4b is a graph showing the change in the brightness signal seen when the slag outflow to the average radiant energy obtained when only molten steel outflow.
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2002
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