KR100931632B1 - 용광로 노저부 벽부 공극검지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제선공정에서 용선을 생산하는 용광로에서 노저부의 철피와 카본연와 사이에 있는 부정형 내화물의 공극유무를 검지하는 방법에 관한 것으로, 하나 이상의 열전대와 상기 열전대를 보호하는 보호관을 포함하고, 상기 열전대 선단이 상기 보호관 밖으로 노출되며, 적어도 상기 철피를 지나 상기 압입재까지 삽입되어 적어도 하나의 열전대의 선단이 상기 압입재에 위치되도록 설치됨으로써 사용되는 다점식 온도계와, 상기 다점식 온도계에서 검출된 온도중 일정 시간 동안의 온도에 대해 표준편차를 산출하고, 산출한 표준편차중 상기 압입재에 대한 표준편차가 열적 변화에 대해 설정치 이상이 되는지를 판단하는 데이터 처리장치를 포함한다.

본 발명은 두꺼운 철판 배면의 공극을 다수의 열전대를 포함하는 다점식 온도계를 이용하여 검지하고, 적절한 압입 위치를 선정하여 적기에 압입함으로써 용광로 로체 수명 연장에 기여하는 효과가 있다.

용광로 노저, 철피, 공극, 다점식 온도계, 압입재

Description

용광로 노저부 벽부 공극검지장치{AN APPARATUS FOR VOID DETECTION IN HEARTH WALL OF BLAST FURNACE}

도 1은 일반적인 용광로 노저부의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용광로 노저부 벽부 공극검지장치의 구성 도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다점식 온도계의 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다점식 온도계를 노저부 벽부에 설치한 상태도.

도 5는 용광로 노저 노벽부 모사장치의 사시도.

도 6은 노벽온도의 측정결과 그래프.

도 7은 도 6에 도시된 공극이 없는 경우의 온도에 대한 표준편차 그래프.

도 8은 도 6에 도시된 공극이 있는 경우의 온도에 대한 표준편차 그래프.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

1.용광로 내부 2.보호연와(mullite) 3. 카본연와 4. 압입재

5. 철피 6. 출선구 7. 플랜지

10. 다점식 온도계 11a,11b,11c. 열전대 12. 열전대 보호관

13. MgO 파우더 15. 용광로 본체 16. 로체 온도계

17. 노벽부 모사장치 18. 단열재 19. 발열체

20. 정션 박스 M: 전기로

본 발명은 제선공정에 관한 것으로, 특히, 용선을 생산하는 용광로 하부의 노벽을 구성하고 있는 카본연와와 철피 사이의 부정형 내화물의 공극 유무를 판단하기 위한 공극검지장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 용광로 노저부의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 용광로 본체(15)의 노저부는 철광석이 환원.용융된 용선이 채워져 있다가 일정한 주기로 출선구(6)를 통해 배출된다. 용광로의 노벽은 맨 바깥쪽에 60~70mm두께의 철피(5)가 있고 안쪽에는 2m정도 두께의 카본연와(3)가 쌓여 있으며, 카본연와(3)와 철피(5)사이에는 스템프재나 압입재(4)가 채워져 있다. 이들은 철피(5)와 카본연와(3)의 열팽창의 완충역할을 해주면서 카본연와(3)의 열적인 피로현상을 줄여 주기 위해 열전달을 원활하게 해 주는 기능을 한다. 도 1의 미설명부호 1은 용광로 내부, 2는 보호연와를 나타낸다.

그러나 이들에 함유된 휘발성 성분들이 열을 받아 기화를 하게 되면 종종 공극이 발생한다. 공극이 발생하게 되면 열전달이 원활하지 못하여 카본연와의 온도가 상승하게 되어 열피로 현상이 증가 될 뿐만 아니라 용광로 내부 카본연와 표면에 부착된 부착물들이 쉽게 탈락하여 카본연와의 기계 및 화학적인 침식을 촉진한다.

이와 같이 공극이 발생할 경우에는 철피(5)에 구멍을 뚫어 압입구를 설치하여 부정형 내화물인 압입재(4)를 압입하여 공극을 매꿔준다. 공극을 잘 매꿔 주기 위해서는 적절한 압입구의 위치를 선정하는 것이 필요하나 두꺼운 철판이 용광로를 감싸고 있어서 공극이 있는 위치를 찾아내기가 매우 어렵다.

상기와 같이, 카본연와가 손상이 되어 구멍이 나면 로안에 담겨 있는 용선이 유출하여 대형 화재사고를 유발 할 수 있으며, 용광로 수명에 큰 영향을 미친다. 따라서 용광로 하부 카본연와의 침식을 억제하기 위한 노력은 매우 중요하다.

공극을 검지하는 종래의 방법으로는 초음파를 이용하는 방법(일본 공개특허 소64-74444, 소63-295909, 소58-27002, 소58-127162, 평3-255953)이나 와전류에 의한 비파괴 방법(대한민국공개 83-9483, 일본특개 2000-128181) 등이 있다. 그러나, 이들 방법은 용광로 노저부와 같이 60~70mm의 두꺼운 철판이 있어서 초음파를 흡수하여 감쇄가 매우 심하여 반사파를 얻기가 어려워 실제 측정이 불가능하다. 또한, 전기적인 와류현상도 두꺼운 철판으로 인해 큰 방해를 받아서 커패시턴스의 측정이 곤란하다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용광로 노저부 카본연와와 철피사이의 부정형 내화물이 채워져 있는 부분의 공극 유무를 검지하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 철피, 압입재, 카본연와를 포함하여 이루어진 용광로 노저부 벽부의 공극을 검지하는 장치에 있어서, 하나 이상의 열전대와 상기 열전대를 보호하는 보호관을 포함하고, 상기 열전대 선단이 상기 보호관 밖으로 노출되며, 적어도 상기 철피를 지나 상기 압입재까지 삽입되어 적어도 하나의 열전대의 선단이 상기 압입재에 위치되도록 설치됨으로써 사용되는 다점식 온도계 및, 상기 다점식 온도계에서 검출된 온도중 일정 시간 동안의 온도에 대해 표준편차를 산출하고, 산출한 표준편차중 상기 압입재에 대한 표준편차가 열적 변화에 대해 설정치 이상이 되는지를 판단하는 데이터 처리장치를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 용광로 노저부 벽부 공극검지장치를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용광로 노저부 벽부 공극검지장치의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공극검지장치는 다점식 온도계(10), 정션 박스(junction box; 20)와, 데이터 처리장치(30)로 구성된다.

다점식 온도계(10)는 용광로 노저부의 각 노벽(철피, 압입재, 카본연와)이 열적 변화에 따라 가변되는 온도를 검출하기 위한 것이다. 보통, 철피(5)와 카본연와(3) 사이에 공극이 존재하는 압입재(4)는 열을 보지하는 능력이 떨어지면 노벽에 미치는 열적인 변화에 민감하게 온도 변동을 한다.

다점식 온도계(10)는 각 노벽 즉, 철피(5), 압입재(4)와, 카본연와(3)의 온도를 검출하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나씩 철피(5), 압입재(4)와 카본연와(3)에 대응되는 다수의 열전대(11a, 11b, 11c)를 구비하며, 다수의 열전대(11a, 11b, 11c)를 보호하는 스테인레스로 제작된 열전대 보호관(12)으로 이루어져 있다.

여기서, 각 열전대(11a, 11b, 11c)의 선단(先端)은 보호관(12) 밖으로 약간 나올 수 있게 구부려 고정핀으로 고정시켜 서로가 닿지 않게 배열되어 있다. 그리고, 보호관(12) 내부에는 마그네슘 옥사이드 가루(MgO 파우더(13))가 채워져 있으며, 보호관(12) 안으로 물이 들어가지 않도록 실리콘 러버에 의해 입구가 밀봉되어 있다. 상기와 같이 구성된 다점식 온도계(10)는 도 4에 도시된 바와 같이, 용광로의 직경방향으로 설치된다. 여기서, 용광로의 직경방향이란 철피(5), 압입재(4), 카본열와(3)를 가로지를 수 있는 방향을 말한다.

다점식 온도계(10)의 설치는 용광로의 직경방향으로 다점식 온도계(10)의 외경보다 1∼2mm 정도 크게 구멍을 뚫고, 다점식 온도계(10) 표면에 카본페이스트를 바른 후, 다점식 온도계(10)를 용광로의 구멍에 삽입시키고, 삽입 부위에 압입재(4)로 압입하여 빈 공간을 메움으로써 달성된다.

다점식 온도계(10)가 용광로의 구멍에 삽입되면, 다점식 온도계(10)를 고정시키기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 플랜치(flange)(7)로 다점식 온도계(10)를 둘러싸고 용광로에 밀착시킨다.

결국, 다점식 온도계(10)가 3개의 열전대(11a, 11b, 11c)로 이루어져 있다면, 도 4에 도시된 바와 같이 열전대(11a)의 선단은 철피(5)에 위치하고, 열전대(11b)의 선단은 압입재(4)에 위치하며, 열전대(11c)의 선단은 카본열와(3)에 위치하게 된다.

한편, 정션박스(20)는 다점식 온도계(10)의 각 열전대(11a, 11b, 11c)에 연결되어 있으며, 각 열전대(11a, 11b, 11c)로부터 입력되는 온도에 대한 전류신호를 취합하고, 취합한 전류신호를 데이터 처리장치(30)에 제공한다. 그리고, 정션박스(20)는 용광로 노저에 살수하는 냉각수로부터 안전한 장소에 설치하고 각각의 열전대(11a, 11b, 11c)와 연결한다.

데이터 처리장치(30)는 정션박스(20)로부터 입력되는 온도에 대한 전류신호를 이용하여 각 노벽에서의 온도 변화를 산출한다. 이때, 데이터 처리장치(30)는 정션박스(20)로부터 입력되는 철피(5), 압입재(4), 카본연와(3)의 온도를 1분 간격으로 수집한 후, 각각의 표준편차를 구한다.

이때, 데이터 처리장치(30)는 1분동안 얻어진 온도 샘플을 n개 이용한다. 즉, 데이터 처리장치(30)는 10분간의 온도를 이용하게 되면 10개의 온도 샘플을 이용한여 표준편차를 구한다. 그리고, 현재 1분에 대한 온도 샘플이 얻어지면 현재 시점에서 가장 먼 과거의 온도 샘플을 제외하여 현재 1분에 대한 온도 샘플을 포함한 10개의 온도 샘플을 이용한다.

상기 표준편차(STDi)에 대한 수학식은 다음과 같다.

상기 n은 샘플 개수, Xi는 온도 샘플값으로 i는 1부터 n이다. 그리고, Xa는 1부터 n개의 샘플의 평균치이다.

상기 데이터 처리장치(30)에 의해 구해진 실제 표준편차를 보면, 공극이 없을 경우에는 표준편차값이 2이하로 온도 변화가 크게 나타나지 않는 반면에, 공극 이 있을 경우에는 4이상으로 온도 변화가 크게 나타난다.

본 발명은 공극 유무의 판단 기준을 다음과 같이 설정한다.

STD₂ ＞ 4이고, STD₂ ＞ STD₁이면 공극이 있다고 한다. 여기서, STD₁ 은 철피 온도의 표준편차, STD₂는 압입재 온도의 표준편차이다.

따라서, 데이터 처리장치(30)는 매분 간격으로 온도 데이터를 수집하여 표준편차를 구함으로써 공극 유무를 판단하고, 그 결과를 모니터(미도시)에 나타낸다. 그리고, 데이터 처리장치(30)는 공극이 검지된 경우에, 모니터에 해당 열전대 위치 개소에 붉은색 경고 등이 들어오게 한다.

상기에서, 본 발명은 노벽에 열적인 변화를 주기 위해 철피(5)에 살수해 주는 냉각수 밸브를 닫힘, 열림을 몇차례 반복하고, 이때에 다점식 온도계(10)에 의해 검출된 각 노벽의 온도로서 공극의 위치를 검출한다.

이하, 도 5를 참조로 하여 본 발명이 달성됨을 보이는 실시예를 설명한다.

(실시예)

도 5는 용광로 노저 노벽부 모사장치의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에서는 철피층(5') 배면의 공극유무에 따라 노벽 두께방향의 온도변화를 검토하였다.

우선, 발열체(19)가 내장된 직육면체의 전기로(M) 전면에 용광로의 철피층(5'), 압입재층(4'), 카본연와층(3')으로 구성된 용광로 노벽부 모사장치(17)를 설치한다. 그리고, 압입재층(4')을 점선(P)으로 두 부분을 구분하여, 위쪽 압입재층(41)에는 압입재를 채워 공극이 없게 하고, 아래쪽 압입재층(42)에는 압입재없이 공극이 형성되게 한다.

이러한 상태에서, 공극이 있는 경우와 없는 경우의 온도 변화를 검출하기 위해 다점식 온도계(10)를 공극이 있는 압입재층(42)과 공극이 없는 압입재층(41) 각각에 설치한다. 그리고, 노벽부 모사장치(17)는 단열재(18)로 감싸서 측면이나 위, 아래 부분으로는 열이 방산되지 않게 하고 노벽 두께방향으로만 열전달이 일어날 수 있게 한다.

그런 다음, 전원을 인가하여 발열체를 가열시키고, 카본연와층 온도가 용광로의 조건과 유사한 200∼300℃가 되도록 하며, 철피층(5')에 살수해 주는 냉각수 유량을 변동시켜 열 방산량을 변동시킨다. 그리고, 다점식 온도계(10)를 통해 공극이 있는 경우의 온도와 공극이 없는 경우의 온도를 얻는다. 도 5에서 미설명부호 16은 로체 온도계이다.

다점식 온도계(10)를 통해 얻어진 결과가 도 6에 도시되어 있다. 도 6은 노벽온도의 측정결과이다. 도 6에서, 곡선 A1, A2, A3은 공극이 없는 경우에 대한 것으로, 곡선 A1은 카본연와층 온도이고, 곡선 A2는 압입재층 온도이며, 곡선 A3은 철피층 온도를 나타낸다. 그리고, 곡선 B1, B2, B3은 공극이 있는 경우에 대한 것으로, 곡선 B1은 카본연와층 온도이고, 곡선 B2는 압입재층 온도이며, 곡선 B3은 철피층 온도를 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이, 철피층 온도(A1, B1)과 카본연와층 온도(A3, B3)는 공극의 유무에 관계없이 유사한 온도변화 형태를 나타내나, 압입재층 온도(A2, B2)는 공극의 유무에 매우 민감하게 반응하여 큰 온도 변화 형태를 나타내는데, 공극이 있는 경우의 온도(B2)가 없는 경우의 온도(A2)보다 30~40℃정도 낮으면서 변동이 심하게 나타난다. 이러한 현상은 공극이 있는 압입재층의 열 보지능력이 떨어져 열적인 외란에 민감하게 변동하기 때문이다.

이들 변동의 크기를 표준편차를 구해 비교해 보면 도 7, 도 8과 같다. 도 7은 도 6에 도시된 공극이 없는 경우의 온도에 대한 표준편차 그래프이고, 도 8은 도 6에 도시된 공극이 있는 경우의 온도에 대한 표준편차 그래프이다. 그리고, 도 7과 도 8에서 SA1, SB1은 철피층 온도의 표준편차이고, SA2, SB2는 압입재층 온도의 표준편차이며, SA3, SB3은 카본연와층 온도의 표준편차이다.

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 공극의 유무에 관계없이 철피층 온도의 표준편차(SA1, SB1)와, 카본연와층 온도의 표준편차(SA3, SB3)는 큰 변동이 없으나, 압입재층 온도의 표준편차(SA2, SB2)는 큰 변동이 있음을 알 수 있다. 즉, 공극이 없는 압입재층(41)의 경우에는 외란에 의한 열적인 변동이 있더라도 표준편차가 3이내이나, 공극이 있는 압입재층(42)의 경우에는 4이상 나타나고 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 두꺼운 철판 배면의 공극을 다수의 열전대를 포함하는 다점식 온 도계를 이용하여 검지하고, 적절한 압입 위치를 선정하여 적기에 압입함으로써 용광로 로체 수명 연장에 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 철피, 압입재, 카본연와를 포함하여 이루어진 용광로 노저부 벽부의 공극을 검지하는 장치에 있어서,

   상기 철피, 압입재 및 카본연와에 대응되는 다수의 열전대와, 상기 다수의 열전대를 보호하는 보호관을 포함하며, 상기 다수의 열전대의 선단이 상기 보호관 밖으로 각각 노출되어 상기 철피, 압입재 및 카본연와에 각각 위치하도록 설치되는 다점식 온도계와;

   상기 다수의 열전대에 각각 연결되어 각각의 열전대로부터 입력되는 온도에 대한 전류신호를 취합하고, 취합한 전류신호를 데이터 처리장치에 제공하는 정션박스와;

   상기 정션박스로부터 입력되는 상기 철피, 압입재 및 카본연와의 온도를 일정 간격으로 수집하여 각각의 표준편차를 산출하고, 산출한 표준편차 중 상기 압입재에 대한 표준편차가 설정치 이상이 되는지 여부를 판단하여 공극 유무를 판단하는 데이터 처리장치; 및

   상기 데이터 처리장치에서 출력하는 설정치 이상일 때의 제어 신호에 따라 경고 동작을 수행하는 경고부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 노저부 벽부 공극검지장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 표준편차(STDi)는 아래의 수식으로 구하는 것을 특징으로 하는 용광로 노저부 벽부 공극검지장치.

   

   n은 샘플 개수, Xi는 온도 샘플값으로 i는 1부터 n이고, Xa는 1부터 n개의 샘플의 평균치이다.
3. 삭제
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 데이터 처리장치의 표준편차 설정치는 그 값이 4 인 것을 특징으로 하는 용광로 노저부 벽부 공극검지장치.

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