KR101207143B1 - 정련로 내화물의 불량검출장치 - Google Patents

정련로 내화물의 불량검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용강을 정련하는 정련로 내부를 이루는 내화물의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있는 정련로 내화물의 불량검출장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 중공을 갖는 외관과 상기 중공 내에 배치되며 외주면에 소정 간격으로 형성된 헬릭스 형상의 홈부, 상기 헬릭스 형상에 상응하도록 형성된 헬릭스 및 상기 헬릭스에 형성된 저항계측점을 갖는 도선을 구비한 내관을 포함하는 송풍구, 상기 저항계측점에 연결되어 저항을 계측하는 저항계측 도선 및 상기 저항계측 도선에 연결되어 변경 저항을 검출하는 저항측정기를 포함하는 정련로 내화물의 불량검출장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 용강을 정련하는 정련로 내부를 이루는 내화물의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있는 정련로 내화물의 불량검출장치를 제공할 수 있다.

Description

정련로 내화물의 불량검출장치{Device for detecting error in refining furnace refractories}
본 발명은 용강을 정련하는 정련로 내부를 이루는 내화물의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있는 정련로 내화물의 불량검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기로에서 용해된 용강은 레이들로 출강되고, 레이들에 출강된 용강은 정련로에 주입된다. 정련로에 주입된 용강은 산소 및 불활성가스에 의해 취련되어 산화물 및 기타 불순물이 제거된 후 고순도의 용강으로 만들어지게 되며, 동시에 성분 조성용 합금철 등의 부원료가 투입된다.
정련로에서 이루어지는 정련작업을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
정련로에 주입된 용강은 용탕의 탄소를 목표 농도까지 제거시키는 탈탄단계와, 탈탄단계에서 불가피하게 생성된 유가금속 산화물을 환원시키는 환원단계 및 용강 중의 유황을 제거시키는 탈류단계가 순차적으로 이루어진다.
특히, 환원단계에서는 용강에 환원제로서 실리콘이 투입되고, 노저 측면에 설치된 송풍구(tuyere)를 통하여 노체 내로 주입장치를 삽입하고 이 주입장치를 통해 아르곤(argon) 등의 불활성가스를 취입하고 용강을 교반시켜 반응이 신속히 일어나도록 하였다.
여기서, 상기 불활성가스를 주입하기 위한 주입장치는 이중관으로 구성되는 데, 내관으로는 산소와 불활성가스가 취입될 수 있도록 되어 있고, 외관으로는 불활성가스가 취입되는 구조로 되어 있다.
따라서 상기 이중관을 송풍구로 삽입하여 취련용 가스를 주입하게 되는데, 정련로에 여러번 용강을 장입하여 정련작업을 수행하게 되면 정련로의 내부를 구성하고 있는 내화물이 마모되고 따라서 내화물 사이에 삽입된 송풍구 또한 선단부가 용손되어 그 길이가 짧아지게 된다.
이와 같이, 주입관의 길이가 짧아지게 되면 최초 상태의 길이에서 보다 산소 및 불활성 가스량이 규정치 이상 취입되는 문제가 발생되어 용강의 품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용강을 정련하는 정련로 내부를 이루는 내화물의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있는 정련로 내화물의 불량검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중공을 갖는 외관과 상기 중공 내에 배치되며 외주면에 소정 간격으로 형성된 헬릭스 형상의 홈부, 상기 헬릭스 형상에 상응하도록 형성된 헬릭스 및 상기 헬릭스에 형성된 저항계측점을 갖는 도선을 구비한 내관을 포함하는 송풍구, 상기 저항계측점에 연결되어 저항을 계측하는 저항계측 도선 및 상기 저항계측 도선에 연결되어 상기 저항계측 도선 간의 변경 저항을 검출하는 저항측정기를 포함하는 정련로 내화물의 불량검출장치가 제공된다.
이때, 상기 도선은 상기 헬릭스의 일회전당 적어도 하나의 상기 저항계측점을 구비한 것일 수 있다.
한편, 상기 저항계측 도선은 상기 헬릭스 내의 제1 방향으로 나란한 복수의 제1 저항계측점과 연결된 제1 저항계측 도선 및 상기 제1 방향과 180˚ 평행한 제2 방향으로 나란한 복수의 제2 저항계측점과 연결된 제2 저항계측 도선을 포함할 수 있다.
한편, 상기 송풍구와 상기 내화물의 마모 정도는 동일한 것일 수 있다.
여기서, 상기 저항측정기는 상기 송풍구의 마모 정도를 측정하여 변경 저항을 검출할 수 있다.
여기서, 상기 변경 저항은 상기 내화물의 상기 마모 정도와 정량적으로 비례할 수 있다.
여기서, 상기 도선 및 상기 저항계측 도선은 정련로용 송풍구와 절연되어 있으며, 각각 내열성 절연체로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 정련로 내화물의 불량검출장치는 상기 저항측정기와 연결되어 상기 변경 저항을 환산 저항으로 제공하는 디스플레이장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용강을 정련하는 정련로 내부를 이루는 내화물의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있는 정련로 내화물의 불량검출장치를 제공할 수 있다.
또한, 정량적인 정련로 내화물의 수명 관리가 가능하여 작업자의 업무 표준에 의한 설비 관리 효과를 얻을 수 있고, 또한 고액 자재비가 크게 절감되어 생산 원가를 절감할 수 있다.
또한, 정련로의 교체 시점을 정확하게 판단하여 용강의 생산량을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 작업자의 시각적 판단에 의한 부정확한 판정 실수를 줄임으로써 정련로의 용강 유출 사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1a는 종래의 정련로 작업 상황을 나타낸 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1b는 종래의 정련로 작업 상황을 나타낸 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1b의 일부분을 확대하여 나타낸 분해 사시도이다.
도 3a는 도 2의 일부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3b는 도 2의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 정련로용 송풍구를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정련로 내화물의 불량검출장치를 작동 원리를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 정련로 내화물의 불량검출장치를 개략적으로 나타내는 분해 단면도이다.
정련로(20)에서의 작업 상황을 나타낸 개략도인 도 1a와 같이, 정련로(20)에 용강(40)이 담기면 노본체(21)는 정립 상태를 유지하고 상부에 설치된 란스(10)(lance)가 하강한다. 다음, 용강(40) 표면의 상부에서 산소를 블로잉(blowing)하면 용강(40)이 혼합되며 교반이 이루어진다. 또한, 노본체(21) 하부 측면에 설치되어 있는 송풍구(30)(tuyere)에서 블로잉되는 산소, 아르곤, 공기 등의 혼합가스는 용강(40)의 교반을 향상시켜 용강(40) 내 불순물의 탈탄효과를 증대시키는 기능을 수행한다.
이러한 산소, 아르곤, 공기 등의 블로잉은 작업초기에는 노본체(21) 상부의 란스(10)와 노본체(21) 하부 측면에 설치된 송풍구(30)에서 동시에 이루어지는데, 전체 작업 공정 시간을 약 60분이라고 가정할 경우, 그 중 10분이 경과되면 상부의 란스(10)는 작업을 종료하고 하부 측면에 설치된 송풍구(30)로 남은 50분 동안 용강(40)의 성분을 조정하며 작업이 이루어진다.
란스(10) 및 송풍구(30) 블로잉이 이루어져 용강(40)의 성분 조정이 끝나면 정련로(20) 작업이 완료되어 용강(40)은 래들(도시하지 않음)로 출강하여 다음 공정으로 보내지게 된다.
도 1b 내지 도 3b에서와 같이, 정련로(20) 노본체(21)의 외부는 두꺼운 철로 이루어진 외벽(21a)으로 구성되고, 내부는 여러 겹으로 쌓아 축조된 내화물(21b)로 구성된다. 정련로(20)의 내화물(21b) 축조시 송풍구(30)를 정련로(20)의 외벽(40)에 마련된 송풍구 홀(21h)에 넣고 내화물(21b)이 축조된다. 이때, 송풍구(30)는 필요에 따라 수량을 조절할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 정련로(20)의 축조가 이루어진 후, 건조 과정을 거쳐 정련로(20)를 완성한다. 축조된 정련로(20)가 수명을 다하면 새로운 내화물(21b)로 축조를 하는데, 통상 정련로(20)는 일정 기간 사용한 이후에는 수명이 다해 새로운 내화물(21b)로 축조 작업을 다시 해야 한다. 여기서, 정련로(20)의 노본체(21) 수명은 노본체(21) 내부에 축조되어 있는 내화물(21b)이 일정한 마모치에 도달하는지 여부에 따라 판단한다.
정련로(20)의 하부 측면에 설치되어 있는 송풍구(30)에서 공급되는 가스(30g)는 고압에서 소정의 유량으로 공급(예를 들면, 20bar의 압력에서 60 N㎥/h 유량)되어 용강(40)을 교반하는 역할을 한다. 송풍구(30)에서 공급되는 가스(30g)는 용강(40)이 혼합되는 과정에서 정련로(20)의 내부에 축조되어 있는 내화물(21b)을 마모시킨다. 이와 같이, 용강(40)을 교반하는 과정 중 송풍구(30)에서 나오는 가스(30g)의 흐름이 내화물(21b) 마모의 주된 원인이 되며, 이에 따라 정련로(20) 내부의 내화물(21b) 마모는 송풍구(30)를 중심으로 가장 빠르게 진행된다.
새로운 노본체(21) 축조시에는 송풍구(30)의 내측 단부(30e)가 내화물(21b)의 내측면(21e)으로부터 돌출되지 않도록, 즉 송풍구(30)의 내측 단부(30e)와 내화물(50)의 내측면(21e)이 일직선을 이루도록 설치된다. 따라서, 내화물(21b) 내측면(21e)의 마모와 송풍구(30) 내측 단부(30e)의 마모는 함께 진행된다. 송풍구(30)를 중심으로 가장 빠르게 진행되는 내화물(21b) 내측면(21e)의 마모 정도가 한계치에 도달하면 용강(40)이 정련로(20)의 노본체(21) 외벽(21a)을 녹여 용강(40) 유출의 원인이 될 수 있어 대형 설비 장애를 유발하게 된다.
종래에는 이러한 정련로(20)의 내화물(21b) 마모 상태를 확인할 수 없어 노본체(21)를 측면으로 기울인 상태에서 작업자의 시각적 판단으로 내화물(21b)의 마모 상태를 판정하고 있다. 하지만, 노본체(21) 내부의 1300℃가 넘는 고온과 화염 등으로 작업자가 노본체(21)로부터 수십 미터 이상의 거리에서 판정을 하여야 하기 때문에 내화물(21b)의 마모 상태를 정확하게 판정하기가 어렵다. 또한, 내화물(21b)의 과다한 마모로 인한 용강(40) 유출의 대형 설비 장애를 예방하기 위한 잦은 작업 중단과 잦은 내화물(21b) 마모 상태 점검으로 인해 생산량이 감소된다. 더욱이, 작업자의 시각적 판단에 의한 내화물(21b) 마모 상태의 판정 실수로 인하여 정련로(20)의 용강(40) 유출 사고가 발생 가능성이 높다. 또한, 정련로(20)의 교체 시점을 정확하게 판단하기 어려운 문제로, 교체 지연에 따른 생산 중단이 생산량의 감소로 이어질 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 정량적인 정련로 내화물의 수명 관리가 가능하여 작업자의 업무 표준에 의한 설비 관리 효과를 얻을 수 있고, 또한 고액 자재비가 크게 절감되어 생산 원가를 절감할 수 있다. 또한, 정련로의 교체 시점을 정확하게 판단하여 용강의 생산량을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 작업자의 시각적 판단에 의한 부정확한 판정 실수를 줄임으로써 정련로의 용강 유출 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이하, 도 4a 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정련로 내화물의 불량검출장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정련로(200)용 송풍구(300)는 외관(310) 및 내관(330)으로 이루어진 이중관 구조이며, 내관(330)에는 홈부(330c)를 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 본 발명의 정련로(200)용 송풍구(300)는 중공을 갖는 외관(310) 및 상기 외관(310)의 중공 내에 배치되며 외주면에 소정 간격으로 형성된 홈부(330c)와 상기 홈부(330c)에 배치된 도선(330h)을 구비한 내관(330)을 구비한다. 또한, 외관(310)에는 외관 가스 주입구(310i)가 연결되고, 내관(310)에는 내관 가스 주입구(330i)가 연결되어 용강(도시하지 않음)에 취련용 가스를 주입하게 된다.
여기서, 송풍구(300) 내관(330)의 외주면에 형성된 홈부(330c)는 헬릭스 형상이며, 홈부(330c)에 배치되는 도선(330h)은 홈부(330c)의 헬릭스 형상과 상응하도록 형성된 n개의 헬릭스(330h1 ~ 330hn)를 구비한다.
여기서, 도선(330h)은 헬릭스(330h1 ~ 330hn) 일회전당 1개 이상의 저항계측점(330e1, 330e2)을 구비하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 헬릭스(330h1 ~ 330hn) 일회전당 2개의 저항계측점(330e1, 330e2)을 구비하는 것을 일예로 하였으나, 저항계측점(330e1, 330e2)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 도선(330h)에는 저항계측 도선(330L1, 330L2)이 연결되는데, 저항계측 도선(330L1, 330L2)은 도선(330h)에 연결되어 저항을 계측하는 역할을 한다. 보다 상세하게, 저항계측 도선(330L1, 330L2)은 저항계측점(330e1, 330e2)에 연결된다. 여기서, 도선(330h) 및 상기 저항계측 도선(330L1, 330L2)은 상기 정련로(200)용 송풍구(300)와 절연되어 있는 것이 바람직하며, 도선(330h)은 주변의 고온에 의해 탄화되어 절연이 파괴되지 않도록 큰 저항을 갖는 내열성 절연체로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 헬릭스(330h1 ~ 330hn) 일회전당 2개의 저항계측점(330e1, 330e2)을 구비하는 것을 일예로 하였으나, 본 발명의 저항계측점(330e1, 330e2)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 제1 저항계측 도선(330L1)은 헬릭스(330h1 ~ 330hn) 내의 제1 방향(d1)으로 나란한 복수의 제1 저항계측점(330e1)과 연결되며, 제2 저항계측 도선(330L2)은 상기 헬릭스(330h1 ~ 330hn) 내의 제2 방향(d2)으로 나란한 복수의 제2 저항계측점(330e2)과 연결된다. 그리고, 제1 저항계측 도선(330L1)과 제2 저항계측 도선(330L2)은 180˚ 평행한 위치에 있다.
그리고, 저항계측 도선(330L1, 330L2)에는 저항측정기(500)가 연결되어 변경 저항을 검출한다. 여기서, 변경 저항은 송풍구(300)의 마모 정도에 따라 제1 저항계측 도선(330L1) 및 제2 저항계측 도선(330L2)에 의해 계측된 각각의 저항이 저항측정기(500)에 의해 종합되고, 상기 종합된 결과를 마모 이전의 저항과 비교하였을 때 발생하는 저항의 변화를 의미한다.
도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 새로운 노본체(210) 축조시에는 송풍구(300)의 내측 단부(300e)가 내화물(210b)의 내측면(210e)으로부터 돌출되지 않도록, 즉 송풍구(30)의 내측 단부(300e)와 내화물(210b)의 내측면(210e)이 일직선을 이루도록 설치된다. 따라서, 내화물(210b) 내측면(210e)의 마모와 송풍구(300) 내측 단부(300e)의 마모는 함께 진행되기 때문에 송풍구(300)와 내화물(210b)의 마모 정도는 동일하다고 볼 수 있으며, 저항측정기(500)에 의해 송풍구(300)의 마모 정도에 따라 다르게 측정되는 변경 저항은 내화물(210b)의 마모 정도와 정량적으로 비례한다고 볼 수 있다. 그러므로, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 정련로(200) 내화물(210b)의 불량검출장치(100)는 저항측정기(500)로 변경 저항을 측정함으로써 송풍구(300)의 마모 정도를 측정할 수 있으며, 이로써 정련로(200) 내화물(210b)의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있다.
용강을 교반하는 과정 중 송풍구(300)에서 나오는 가스(도시하지 않음)의 흐름은 내화물(210b) 마모의 주된 원인이 되며, 이에 따라 정련로(200) 내부의 내화물(210b) 마모는 송풍구(300)를 중심으로 가장 빠르게 진행된다. 송풍구(300)를 중심으로 가장 빠르게 진행되는 내화물(210b) 내측면(210e)의 마모 정도가 한계치에 도달하면 용강이 정련로(200) 노본체(210)의 외벽(210a)을 녹여 용강 유출의 원인이 되어 대형 설비 장애를 유발하게 된다. 종래에는 이러한 정련로(200) 내화물(210b)의 마모 상태를 확인할 수 없어 작업자의 시각적 판단으로 내화물(210b)의 마모 상태를 판정하였으며, 작업자가 노본체(210)로부터 수십 미터 이상의 거리에서 판정을 하여야 하기 때문에 내화물(210b)의 마모 상태를 정확하게 판정하기가 어려운 점이 있었다. 또한, 잦은 내화물(210b) 마모 상태 점검과 작업 중단으로 인해 생산량이 감소가 야기되고, 판정 실수로 인하여 정련로(200) 용강 유출 사고가 발생 가능성이 높았다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따라서, 정련로(200) 내화물(210b)의 불량검출장치(100)로 측정 가능한 내화물(210b)의 마모 정도와 정량적으로 비례하는 변경 저항을 측정할 수 있다. 또한, 상기 불량검출장치(100)는 저항측정기(500)와 연결되어 변경 저항을 환산 저항으로 제공하는 별도의 디스플레이장치(600)를 더 구비하여 내화물(210b)의 마모 정도를 실시간 모니터링 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용강을 정련하는 정련로 내부를 이루는 내화물의 마모에 따른 불량을 검출할 수 있는 정련로 내화물의 불량검출장치를 제공할 수 있다.
또한, 정량적인 정련로 내화물의 수명 관리가 가능하여 작업자의 업무 표준에 의한 설비 관리 효과를 얻을 수 있고, 또한 고액 자재비가 크게 절감되어 생산 원가를 절감할 수 있다.
또한, 정련로의 교체 시점을 정확하게 판단하여 용강의 생산량을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 작업자의 시각적 판단에 의한 부정확한 판정 실수를 줄임으로써 정련로의 용강 유출 사고를 미연에 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 란스 100: 불량검출장치
20, 200: 정련로 21, 210: 노본체
21a: 외벽 21b: 내화물
21e: 내측면 21h: 송풍구 홀
30, 300: 송풍구 30e: 내측 단부
30g: 가스 310: 외관
330: 내관

Claims (8)

  1. 중공을 갖는 외관과 상기 중공 내에 배치되며 외주면에 소정 간격으로 형성된 헬릭스 형상의 홈부, 상기 헬릭스 형상에 상응하도록 형성된 헬릭스 및 상기 헬릭스에 형성된 저항계측점을 갖는 도선을 구비한 내관을 포함하는 송풍구;
    상기 저항계측점에 연결되어 저항을 계측하는 저항계측 도선; 및
    상기 저항계측 도선에 연결되어 상기 저항계측 도선 간의 변경 저항을 검출하는 저항측정기
    를 포함하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도선은 상기 헬릭스의 일회전당 적어도 하나의 상기 저항계측점을 구비한 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저항계측 도선은 상기 헬릭스 내의 제1 방향으로 나란한 복수의 제1 저항계측점과 연결된 제1 저항계측 도선 및 상기 제1 방향과 180˚ 평행한 제2 방향으로 나란한 복수의 제2 저항계측점과 연결된 제2 저항계측 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송풍구와 상기 내화물의 마모 정도는 동일한 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저항측정기는 상기 송풍구의 마모 정도를 측정하여 변경 저항을 검출하는 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 변경 저항은 상기 내화물의 상기 마모 정도와 정량적으로 비례하는 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도선 및 상기 저항계측 도선은 정련로용 송풍구와 절연되어 있으며, 각각 내열성 절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 저항측정기와 연결되어 상기 변경 저항을 환산 저항으로 제공하는 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정련로 내화물의 불량검출장치.
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