KR101704641B1 - 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로 - Google Patents

전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 FeO 함량을 예측하는 방법과 완전히 상이한 방법으로 용이하게 슬래그의 FeO함량을 예측하고, 이를 통하여 탄소 주입량을 제어함으로써 슬래그의 FeO 함량을 적정량으로 유지할 수 있게 하는, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로에 대한 것이다.

Description

전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로 {FeO Amount of slag in Electric Furnace Deriving Method and Electric Furnace Using It}
본 발명은 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로에 관한 것으로서, 기존의 FeO 함량을 예측하는 방법과 완전히 상이한 방법으로 용이하게 슬래그의 FeO함량을 예측하고, 이를 통하여 탄소 주입량을 제어함으로써 슬래그의 FeO 함량을 적정량으로 유지할 수 있게 하는, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로에 대한 것이다.
전기로 슬래그 중의 FeO의 함량은 조업에 따라 슬래그를 배출하기 전에 10%~40%를 함유하고 있으며, 슬래그의 Fe를 용강으로 환원 회수한 후 배출하는 것이 제강 회수율 향상에 유리하다.
전기로 조업은 매 Heat 별로 스크랩 조건, 슬래그 포밍 조건, 산소 사용 조건 등에 의해 슬래그 중 FeO의 함량이 다르다. 종래 전기로 슬래그 중 FeO의 함량은 10~40% 사이의 넓은 범위를 가지고 있다. 특히 슬래그 중 FeO의 함량이 높은 슬래그가 배출되면 제강회수율이 낮아지고, 과산화된 슬래그에 의한 전기로 내화물 침식이 우려된다.
이와 같은 상황에도 불구하고, 실시간 슬래그 중 FeO의 함량을 알기 위해서는 매 Heat별로 실시간으로 슬래그 샘플을 채취하여 분석한 후 조업에 반영 할 수 밖에 없는 실정이다. 그러나, 이러한 방법에 있어서는 용해기 조업 중에는 샘플링이 어려울 뿐만 아니라 분석에 필요한 시간이 소요되기 때문에 실시간 측정 및 제어가 매우 어려운 점이 있다.
한편, 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 한국 등록특허 제10-1293625호는 슬래그 중 중요 관리성분인 산화철(FeO)의 성분을 측정하기 위하여, 산화철 센서에서 발생되는 측정신호를 작업자에게 전달하여 용융 슬래그 중 산화철 성분을 측정하는 장치를 제시하였다.
그러나, 이와 같은 장치는 전기로에 실제적으로 적용시키는 것이 매우 어렵고, 전기로 내에서도 작동할 수 있는 강한 내구성이 필요하며, 실제적으로 센서의 감지 결과도 실제의 결과와 상이한 경우가 많이 발생한다. 또한, 실제 극한의 작업 환경에서 수리/보수가 매우 어렵고, 또한 부가적인 장치를 설치함에 따른 전기로 내부 구조의 변화 및 설치에 따른 비용이 다수 소요되는 문제점이 있다.
또한, 산화철에 대한 센서의 경우 실제의 산화철 함량을 정확하게 측정하지 못한다는 단점이 있고, 특히 전기로라는 극한의 환경에서는 그 정확도가 더욱 감소된다는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-1293625호 '용융 슬래그 중 산화철 측정방법' (2013년 3월 7일 공고)
본 발명의 목적은, 기존의 FeO 함량을 예측하는 방법과 완전히 상이한 방법으로 용이하게 슬래그의 FeO함량을 예측하고, 이를 통하여 탄소 주입량을 제어함으로써 슬래그의 FeO 함량을 적정량으로 유지할 수 있게 하는, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 전기로를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 전극을 구비하는 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법으로서, 복수의 전극 중 2개의 전극을 선택하는 선택단계; 상기 선택된 2개의 전극 사이의 전압을 측정하는 측정단계; 및 상기 전압에 기초하여, 슬래그의 FeO의 함량을 도출하는 도출단계;를 포함하는, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법을 제공한다.
본 발명에서는, 상기 선택단계는, 상기 복수의 전극 중 상기 전기로의 슬래그 배출구에 가장 인접한 2개의 전극을 선택할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 측정단계는, ΔVa의 전압플리커를 측정하고, a는 5 ~ 20일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 도출단계는, 상기 전압플리커가 증가할수록 FeO 함량이 줄어드는 관계식으로 FeO의 함량을 도출할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 도출단계는, y=Ax + B 의 선형식으로 FeO의 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -6 내지 -4 의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 40 내지 50 의 상수일 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전기로 내부의 랜스장치의 제어 방법으로서, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법에 의한 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 FeO 함량 도출단계; 및 도출된 상기 FeO 의 함량 근거하여 랜스장치의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어하는 랜스장치 제어단계;를 포함하는, 전기로 내부의 랜스장치의 제어 방법를 제공한다.
본 발명에서는, 상기 랜스장치 제어단계는 슬래그의 FeO 함량을 18 ~ 26 질량% 함량이 되도록 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 랜스장치 제어단계는 FeO 함량 도출단계에서 도출된 FeO의 함량을 18 ~ 26 질량% 함량인 목표 함량이 되도록 피드백 제어하고, FeO 의 함량이 상기 목표 함량보다 높은 경우 탄소의 주입량을 증가시킬 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 측면 구조체; 상기 측면 구조체의 상측에 위치하는 루프; 상기 측면 구조체의 하측에 위치하는 바닥면 구조체; 상기 루프에 고정되는 복수의 전극; 상기 바닥면 구조체에 고정되는 하부전극; 및 용강을 출강시키는 출강구; 슬래그를 배출하는 슬래그 배출구; 상기 측면 구조체 혹은 상기 바닥면 구조체에 형성된 슬래그 배출구; 상기 측면 구조체 내부에 산소, 탄소, 혹은 산소 및 탄소를 주입하는 랜스장치를 포함하고, 상기 복수의 전극 중 2개의 전극과 연결되어 상기 2개의 전극의 전압을 측정하는 전압측정기; 및 상기 전압측정기에서 측정된 전압에 기초하여 슬래그 내의 FeO의 함량을 도출하는 계산/처리부를 포함하는, 전기로를 제공한다.
본 발명에서는, 상기 2개의 전극은 상기 복수의 전극 중 상기 전기로의 슬래그 배출구에 가장 인접한 2개의 전극일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 전압측정기는 ΔVa의 전압플리커를 측정하고, a는 5 ~ 20일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 계산/처리부는 상기 전압플리커가 증가할수록 FeO 함량이 줄어드는 관계식으로 FeO의 함량을 도출할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 계산/처리부는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -6 ~ -4 사이의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 40 ~ 50 사이의 상수일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 계산/처리부는 도출된 상기 FeO 의 함량 근거하여 랜스장치의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 계산/처리부는 슬래그 내의 FeO 함량을 18 ~ 26 질량% 함량이 되도록 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 계산/처리부는 도출된 상기 FeO의 함량을 18 ~ 26 질량% 함량인 목표 함량이 되도록 랜스장치의 탄소 또는 산소의 주입량을 피드백 제어하고, FeO 의 함량이 상기 목표 함량보다 높은 경우 탄소의 주입량을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 전기로 슬래그 용해기 조업시 기존에는 실시간 예측이 불가능하였던 FeO 의 함량을 정확하게 실시간 도출하고, 이렇게 도출된 결과를 기반으로 카본 및 산소의 주입제어를 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명은 도출된 FeO의 함량의 데이터에 기반하여 슬래그 중의 FeO의 함량을 적정 수준으로 유지할 수 있도록 제어할 수 있고, 이에 따라 배출되는 슬래그의 FeO의 함량을 적정 수준으로 관리함으로써 제강 회수율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도출된 FeO의 함량의 데이터에 기반하여 슬래그 중의 FeO의 함량을 적정 수준으로 유지할 수 있도록 제어할 수 있고, 이에 따라 슬래그 중 FeO의 함량이 과도하지 않도록 유지함으로써, 전기로 내화물의 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 랜스장치 제어 단계를 도시하는 단계도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로의 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로의 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기로의 평면도.
도 5는 두 전극 사이의 전압플리커와 FeO의 함량과의 상관성을 도시하는 그래프.
도 6은 두 전극 사이의 전압플리커와 FeO의 함량과의 상관성을 도시하는 그래프.
도 7은 두 전극 사이의 전압플리커와 FeO의 함량과의 상관성을 도시하는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 전압플리커 측정에 따른 실시간 탄소 주입제어의 실시예들을 나타내는 그래프.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로의 평면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기로는 측면 구조체(11); 상기 측면 구조체(11)의 상측에 위치하는 루프(15); 상기 측면 구조체(11)의 하측에 위치하는 바닥면 구조체(12); 상기 루프(15)에 고정되는 복수의 전극(13); 상기 바닥면 구조체(12)에 고정되는 하부전극(14); 및 용강(1)을 출강시키는 출강구(30); 슬래그(2)를 배출하는 슬래그 배출구(20); 상기 측면 구조체(11) 혹은 상기 바닥면 구조체(12)에 형성된 슬래그 배출구(20); 상기 측면 구조체(11) 내부에 산소, 탄소, 혹은 산소 및 탄소를 주입하는 랜스장치(100)를 포함한다.
복수의 전극(13)과 하부전극(14)은 통전에 의하여 아크를 발생시키고, 이와 같이 발생된 아크에 의하여 용강(1)에 열이 공급된다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서의 출강구(30)는 EBT (Eccentric Bottom Tapping) 출강구이지만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 랜스장치(100)는 조업 중에 전기로의 내부에 산소 혹은 탄소 혹은 산소 및 탄소를 공급하는 장치이고, 외부로부터 기체를 공급받는다. 랜스장치(100)는 산소와 탄소를 개별적으로 제어할 수 있는 복합형 랜스장치인 것이 바람직하다.
상기 도 1에는 랜스장치(100)가 출강구(30)의 반대측에 구비되어 있으나, 이와 같은 랜스장치(100)는 조업성을 더욱 향상시키기 위하여 복수로 배치될 수 있으며, 복수로 배치된 랜스장치(100)는 조업의 상황에 따라 다른 형태로 배치될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 전극(13)은 바람직하게는 3개의 전극으로 이루어져 있고, A상 전극(13a), B상 전극(13b), 및 C상 전극(13c)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 슬래그 배출구(20) 측에서부터 순서대로 A상 전극(13a), B상 전극(13b), C상 전극(13c)가 배치되어 있다.
본 발명에서는 슬래그(2) 내의 FeO의 함량을 측정하기 위하여 상기 복수의 전극(13) 중 2개의 전극과 연결되어 상기 2개의 전극의 전압을 측정하는 전압측정기(40); 및 상기 전압측정기(40)에서 측정된 전압에 기초하여 슬래그(2) 내의 FeO의 함량을 도출하는 계산/처리부(50)를 포함한다.
도 2에는 전압측정기(40)에 3개의 전극이 모두 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, FeO의 함량을 측정하기 위해서는 이 3개의 전극 중 2개만 실질적으로 전기적 접속을 시켜 2개의 전극 사이의 전압을 측정할 수 있다.
한편, 전압측정기(40)에서 측정된 전압의 데이터는 계산/처리부(50)에 전송된다. 전송된 전압데이터를 토대로, 계산/처리부(50)는 FeO의 함량을 도출한다.
바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 계산/처리부(50)는 랜스장치(100)에 연결되어 있고, 계산/처리부(50)에서 계산된 산소 혹은 탄소 혹은 산소와 탄소의 주입량에 대한 신호가 랜스장치(100)로 전송되고, 전송된 신호값에 따라 랜스장치(100)의 성분 주입량이 제어될 수 있다.
바람직하게는, 상기 2개의 전극은 상기 복수의 전극(13) 중 상기 전기로의 슬래그 배출구(20)에 가장 인접한 2개의 전극이다. 후술하는 바와 같이, 배출되는 슬래그(2)의 FeO의 함량을 측정함에 있어서, 슬래그 배출구(20)에 가장 인접한 2개의 전극인 A상 전극(13a) 및 B상 전극(13b)이 가장 측정에 있어서 정확한 결과를 도출할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 슬래그 배출구(20)는 A상 전극(13a)과 B상 전극(13b) 사이에 위치한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 슬래그 배출구(20)는 출강구(30)의 반대측에 형성됨이 바람직하다. 이와 같은 배치에서도 A상 전극(13a), B상 전극(13b) 사이에 슬래그 배출구(20)가 배치될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬래그 배출구(20)는 출강구(30)의 반대측에 형성될 수도 있다. 이와 같은 배치에서도 A상 전극(13a), B상 전극(13b)이 가장 인접한 전극이 되도록 슬래그 배출구(20)가 배치될 수 있다. 이와 같은 슬래그 배출구(20)의 위치는 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되지 않고, 본 발명에서는 가장 바람직하게는 전극 중 슬래그 배출구(20)에 가장 인접한 2개의 전극을 선택하여 2개의 전극 사이의 전압값을 측정하여 FeO의 함량을 도출한다.
본 발명에서는 전압측정기(40)에서 측정한 상기 2개의 전극 사이의 전압 데이터를 통하여 슬래그(2)의 FeO의 함량을 측정한다. 바람직하게는 상기 전압측정기(40)는 ΔVa의 전압플리커를 측정하고, a는 5 ~ 20이다. 더욱 바람직하게는 ΔV10의 전압플리커를 측정한다.
전압플리커의 전압변동현상을 대략적으로 살펴보면 진폭과 주기의 요소가 있는데, 같은 변동진폭이나 주기라도 그 영향이나 장해의 내용이 기기에 따라 현저하게 달라진다. 따라서 전압플리커의 크기를 나타내기 위하여 제안된 방법 중에 본 발명에서는 바람직하게는, 전기 업계에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 일본의 (재)전력중앙연구소가 개발한 지표 ΔV10을 이용한다. ΔV10에서는 전압변동을 10Hz에 대한 크기로 환산하여 평가한다. 10Hz로 환산하기 위해서 주파수 fn에 대한 깜박임 시감도 αn을 나타내는 감도곡선을 이용한다. ΔV10 외의 ΔVa 인 경우에는 a는 5 ~ 20 범위에서 선택됨이 바람직하다.
예를들어, ΔV10의 구체적인 산출방법은 다음과 같다.
① 1분간의 변동전압을 주파수 분석한다.
② 주파수 f1, f2, … fn에 대한 변동전압의 평균치를 계산하여 V1, V2, … Vn으로 한다.
③ 시감도곡선에서 상기 ②의 주파수에 대한 깜박임시감도계수 α1, α2, … αn을 구한다.
④ ΔV10을 다음 수학식에서 산출한다.
(수학식)
Figure 112015090734676-pat00001
본 발명에서의 전압플리커는 위와 같이 전압측정을 하는 범용기계 등에서 사용하는 일반적인 방법으로 계산된 전압플리커값에 해당한다.
도 5 내지 도 7은 1번 전극과 2번 전극 사이의 전압플리커와 FeO의 함량과의 상관성을 도시하는 그래프이다. 각 점들은 각각 실험한 데이터를 나타내며, y축은 실제 측정된 FeO의 함량을 나타내고 x축은 전압플리커 수치를 나타낸다. 도 5 내지 도 7에서의 전압플리커는 ΔV10으로 측정하였다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 실제 슬래그(2)의 FeO 함량(질량 %)과 두 전극의 전압플리커와는 선형적인 관계가 있음이 본 발명자에 의하여 도출되었다.
도 5는 A상 전극(13a)와 B상 전극(13b) 사이의 전압플리커와 FeO 함량의 상관성을 도시한다. 도 5의 데이터들에 대하여 선형 회귀 분석을 수행한 바, R2은 0.84에서 하기와 같은 식이 도출되었다.
y=-5.7737x + 47.258
(y는 FeO의 질량 %함량, x는 ΔV10 전압플리커)
도 6은 B상 전극(13b)와 C상 전극(13c) 사이의 전압플리커와 FeO 함량의 상관성을 도시한다. 도 6의 데이터들에 대하여 선형 회귀 분석을 수행한 바, R2은 0.77에서 하기와 같은 식이 도출되었다.
y=-5.2857x + 45.307
(y는 FeO의 질량 %함량, x는 ΔV10 전압플리커)
도 7은 A상 전극(13a)와 C상 전극(13c) 사이의 전압플리커와 FeO 함량의 상관성을 도시한다. 도 7의 데이터들에 대하여 선형 회귀 분석을 수행한 바, R2은 0.74에서 하기와 같은 식이 도출되었다.
y=-5.1819x + 43.832
(y는 FeO의 질량 %함량, x는 ΔV10 전압플리커)
A상 전극과 B상 전극 사이의 전압플리커와 FeO 함량 사이에서 보다 정확한 상관관계가 있음을 확인하였고, 따라서 FeO 함량을 보다 정확하게 도출하기 위해서는 슬래그 배출구(20)에 최인접한 2개의 전극에 대한 전압플리커를 측정하는 것이 바람직하다.
이와 같은 실험 결과에 기초하여, 본 발명의 상기 계산/처리부(50)는 상기 전압플리커가 증가할수록 FeO 함량이 줄어드는 관계식으로 FeO의 함량을 도출하는 것이 바람직하다. 상기 도 5 ~ 7에 도시된 실험 결과로부터 알 수 있듯이 전압플리커와 FeO의 함량 사이에는 반비례 관계가 성립한다.
또한, 상기 계산/처리부(50)는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -6 ~ -4 사이의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 40 ~ 50 사이의 상수인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 계산/처리부(50)는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -5.8 ~ -5 사이의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 42 ~ 48 사이의 상수인 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 슬래그 배출구(20)에 최인접한 2개의 전극에 대한 전압플리커를 측정하고, 계산/처리부(50)는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -5.7 의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 47.3의 상수인 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 계산/처리부(50)는 상기 랜스장치(100)에 연결되어 있고, 도출된 상기 FeO 의 함량 근거하여 계산/처리부(50)는 상기 랜스장치(100)에 출력신호를 전송함으로써 랜스장치(100)의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 계산/처리부(50)는 슬래그(2) 내의 FeO 함량을 18 ~ 26 질량% 함량이 되도록 제어하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 ~ 24 질량% 함량이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같은 제어는 피드백 제어 방식으로 제어하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 상기 계산/처리부(50)는 도출된 상기 FeO의 함량을 18 ~ 26 질량% 함량인 목표 함량이 되도록, 더욱 바람직하게는 20 ~ 24 질량% 함량이 되도록 랜스장치(100)의 탄소 또는 산소의 주입량을 피드백 제어하고, FeO 의 함량이 상기 목표 함량보다 높은 경우 탄소의 주입량을 증가시킨다. 예를들어, 계산/처리부(50)는 전압플리커로 도출된 FeO의 함량이 30 질량%인 경우에는, 상기 랜스장치(100)에서 주입되는 탄소의 함량을 보다 높이도록 랜스장치(100)에 출력 신호를 전송하고, 이후 탄소의 함량이 높아져서 FeO의 함량이 15 질량% 함량으로 크게 감소되는 경우에는, 상기 랜스장치(100)에서 주입되는 탄소의 함량을 보다 낮추도록 랜스장치(100)에 출력 신호를 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 전압플리커 측정에 따른 실시간 탄소 주입제어의 실시예들을 나타내는 그래프를 도시한다. 도 8의 (a) ~ (d) 에서는 전압플리커가 2.1 이하이고, 이에 따라 FeO가 35 질량 %로 판단되는 경우에 카본의 주입속도를 증대하는 알고리즘에 따라 계산/처리부(50)의 작동을 설정한 실시예이다. 이와 같은 계산/처리부(50)의 피드백 제어에 의하여 슬래그(2) 내의 FeO 의 함량은 실시간으로 적정 수준으로 유지될 수 있고, 이로부터 환원 회수를 보다 효율적으로 수행할 수 있는 슬래그(2)가 얻어질 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 랜스장치(100) 제어 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법 및 이를 이용한 랜스장치(100) 제어 방법을 도시하는 단계도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 복수의 전극(13)을 구비하는 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법으로서, 복수의 전극(13) 중 2개의 전극을 선택하는 선택단계(S10); 상기 선택된 2개의 전극 사이의 전압을 측정하는 측정단계(S20); 상기 전압에 기초하여, 슬래그의 FeO의 함량을 도출하는 도출단계(S30);를 포함한다.
본 발명에서는, 추가적으로 이와 같이 도출된 슬래그의 FeO의 함량을 기반으로 도출된 FeO 함량과 기준으로 설정된 목표 함량 혹은 목표 함량 범위와 비교하는 비교단계(S40); 및 비교된 결과를 기준으로 랜스장치(100)를 제어하는 제어단계(S50)를 포함할 수 있다.
본 발명은 슬래그의 FeO의 함량을 도출함에 있어서 전기로의 전극 중 2개를 선택하여 이들 사이의 전압을 측정하여, 측정된 전압 데이터를 통하여 슬래그의 FeO의 함량을 도출한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기로는 복수의 전극(13)은 바람직하게는 3개의 전극으로 이루어져 있고, A상 전극(13a), B상 전극(13b), 및 C상 전극(13c)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 슬래그 배출구(20) 측에서부터 순서대로 A상 전극(13a), B상 전극(13b), C상 전극(13c)가 배치되어 있다.
본 발명에서는 슬래그 내의 FeO의 함량을 측정하기 위하여 상기 복수의 전극(13) 중 상기 2개의 전극의 전압을 측정함에 있어서, 본 상기 선택단계는, 상기 복수의 전극(13) 중 상기 전기로의 슬래그 배출구(20)에 가장 인접한 2개의 전극을 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 FeO의 함량을 측정하기 위해서는 복수의 전극(13) 중 2개만 실질적으로 전기적 접속을 시켜 2개의 전극 사이의 전압을 측정할 수 있다.
한편, 전압측정기(40)에서 측정된 전압의 데이터를 통하여 FeO의 함량을 도출하고, 도출된 FeO 함량을 고려하여 산소 혹은 탄소 혹은 산소와 탄소의 주입량이 계산되고, 계산된 주입량의 대한 신호가 랜스장치(100)로 전송되고, 전송된 신호값에 따라 랜스장치(100)의 성분 주입량이 제어될 수 있다.
바람직하게는, 상기 2개의 전극은 상기 복수의 전극(13) 중 상기 전기로의 슬래그 배출구(20)에 가장 인접한 2개의 전극이다. 전술했던 바와 같이, 배출되는 슬래그의 FeO의 함량을 측정함에 있어서, 슬래그 배출구(20)에 가장 인접한 2개의 전극인 A상 전극(13a) 및 B상 전극(13b)이 가장 측정에 있어서 정확한 결과를 도출할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 슬래그 배출구(20)는 A상 전극(13a)과 B상 전극(13b) 사이에 위치한다.
상기 도출단계는 상기 2개의 전극 사이의 전압 데이터를 통하여 슬래그의 FeO의 함량을 도출한다. 바람직하게는 상기 전압측정기(40)는 ΔVa의 전압플리커를 측정하고, a는 5 ~ 20이다. 더욱 바람직하게는 ΔV10의 전압플리커를 측정한다.
전압플리커의 전압변동현상을 대략적으로 살펴보면 진폭과 주기의 요소가 있는데, 같은 변동진폭이나 주기라도 그 영향이나 장해의 내용이 기기에 따라 현저하게 달라진다. 따라서 전압플리커의 크기를 나타내기 위하여 제안된 방법 중에 본 발명에서는 전기 업계에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 일본의 (재)전력중앙연구소가 개발한 지표 ΔV10을 이용한다. ΔV10에서는 전압변동을 10Hz에 대한 크기로 환산하여 평가한다. 10Hz로 환산하기 위해서 주파수 fn에 대한 깜박임 시감도 αn을 나타내는 감도곡선을 이용한다. ΔV10 외의 ΔVa 인 경우에는 a는 5 ~ 20 범위에서 선택됨이 바람직하다.
예를 들어, ΔV10의 구체적인 산출방법은 다음과 같다.
① 1분간의 변동전압을 주파수 분석한다.
② 주파수 f1, f2, … fn에 대한 변동전압의 평균치를 계산하여 V1, V2, … Vn으로 한다.
③ 시감도곡선에서 상기 ②의 주파수에 대한 깜박임시감도계수 α1, α2, … αn을 구한다.
④ ΔV10을 다음 수학식에서 산출한다.
(수학식)
Figure 112015090734676-pat00002
본 발명에서의 전압플리커는 위와 같이 전압측정을 하는 범용기계 등에서 사용하는 일반적인 방법으로 계산된 전압플리커값에 해당한다.
도 5 내지 도 7에서와 같이 본 발명자는 A상 전극과 B상 전극 사이의 전압플리커와 FeO 함량 사이에서 보다 정확한 상관관계가 있음을 확인하였고, 따라서 FeO 함량을 보다 정확하게 도출하기 위해서는 슬래그 배출구(20)에 최인접한 2개의 전극에 대한 전압플리커를 측정하는 것이 바람직하다.
이와 같은 실험 결과에 기초하여, 본 발명의 도출단계는 상기 전압플리커가 증가할수록 FeO 함량이 줄어드는 관계식으로 FeO의 함량을 도출하는 것이 바람직하다. 상기 도 5 ~ 7에 도시된 실험 결과로부터 알 수 있듯이 전압플리커와 FeO의 함량 사이에는 반비례 관계가 성립한다.
또한, 상기 도출단계는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -6 ~ -4 사이의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 40 ~ 50 사이의 상수인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 도출단계는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -5.8 ~ -5 사이의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 42 ~ 48 사이의 상수인 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 슬래그 배출구(20)에 최인접한 2개의 전극에 대한 전압플리커를 측정하고, 도출단계는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고, 상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -5.7 의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 47.3의 상수인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기로 내부의 랜스장치(100)의 제어 방법은 전술한 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법에 의한 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 FeO 함량 도출단계; 및
도출된 상기 FeO 의 함량 근거하여 랜스장치(100)의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어하는 랜스장치(100) 제어단계;를 포함한다.
본 발명에서는 FeO 함량 도출단계에서 도출된 FeO 함량에 근거하여 랜스장치(100)에서의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어한다.
바람직하게는 슬래그 내의 FeO 함량을 18 ~ 26 질량% 함량이 되도록 제어하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 ~ 24 질량% 함량이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같은 제어는 피드백 제어 방식으로 제어하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 상기 계산/처리부(50)는 도출된 상기 FeO의 함량을 18 ~ 26 질량% 함량인 목표 함량이 되도록, 더욱 바람직하게는 20 ~ 24 질량% 함량이 되도록 랜스장치(100)의 탄소 또는 산소의 주입량을 피드백 제어하고, FeO 의 함량이 상기 목표 함량보다 높은 경우 탄소의 주입량을 증가시킨다. 예를들어, 제어단계는 전압플리커으로 도출된 FeO의 함량이 30 질량%인 경우에는, 상기 랜스장치(100)에서 주입되는 탄소의 함량을 보다 높이도록 제어하고, 이후 탄소의 함량이 높아져서 FeO의 함량이 15 질량% 함량으로 크게 감소되는 경우에는, 상기 랜스장치(100)에서 주입되는 탄소의 함량을 보다 낮추도록 제어한다.
도 8은 본 발명에 따른 전압플리커 측정에 따른 실시간 제어단계의 실시예들을 나타내는 그래프를 도시한다. 도 8의 (a) ~ (d) 에서는 전압플리커가 2.1 이하이기 때문에, FeO가 35 질량 % 이상으로 판단되는 경우에 카본의 투입속도를 증대하는 알고리즘에 따라 계산/처리부(50)의 작동을 설정한 실시예이다. 이와 같은 계산/처리부(50)의 피드백 제어에 의하여 슬래그 내의 FeO 의 함량은 실시간으로 적정 수준으로 유지될 수 있고, 이로부터 환원 회수를 보다 효율적으로 수행할 수 있는 슬래그가 얻어질 수 있다.
본 발명은 전기로 슬래그 용해기 조업시 실시간 예측할 수 없었던 FeO 의 함량을 정확하게 실시간 도출하고, 이렇게 도출된 결과를 기반으로 카본 및 산소의 주입제어를 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명은 도출된 FeO의 함량의 데이터에 기반하여 슬래그 중의 FeO의 함량을 적정 수준으로 유지할 수 있도록 제어할 수 있고, 이에 따라 배출되는 슬래그의 FeO의 함량을 적정 수준으로 관리함으로써 제강 회수율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도출된 FeO의 함량의 데이터에 기반하여 슬래그 중의 FeO의 함량을 적정 수준으로 유지할 수 있도록 제어할 수 있고, 이에 따라 슬래그 중 FeO의 함량이 과도하지 않도록 유지함으로써, 전기로 내화물의 수명을 향상 시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

Claims (16)

  1. 복수의 전극을 구비하는 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법으로서,
    복수의 전극 중 2개의 전극을 선택하는 선택단계;
    상기 선택된 2개의 전극 사이의 전압에 대한 전압플리커를 측정하는 측정단계; 및
    상기 전압플리커에 기초하여, 상기 전압플리커가 증가할수록 FeO 함량이 줄어드는 관계식으로 슬래그의 FeO의 함량을 도출하는 도출단계;를 포함하는, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선택단계는, 상기 복수의 전극 중 상기 전기로의 슬래그 배출구에 가장 인접한 2개의 전극을 선택하는, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정단계는, ΔVa의 전압플리커를 측정하고, a는 5 ~ 20인, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 도출단계는, y=Ax + B 의 선형식으로 FeO의 함량을 도출하고,
    상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -6 내지 -4 의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 40 내지 50 의 상수인, 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법.
  6. 전기로 내부의 랜스장치의 제어 방법으로서,
    청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 방법에 의한 전기로 내부의 슬래그의 FeO 의 함량을 도출하는 FeO 함량 도출단계; 및
    도출된 상기 FeO 의 함량 근거하여 랜스장치의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어하는 랜스장치 제어단계;를 포함하는, 전기로 내부의 랜스장치의 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 랜스장치 제어단계는 슬래그의 FeO 함량을 18 ~ 26 질량% 함량이 되도록 제어하는, 전기로 내부의 랜스장치의 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 랜스장치 제어단계는 FeO 함량 도출단계에서 도출된 FeO의 함량을 18 ~ 26 질량% 함량인 목표 함량이 되도록 피드백 제어하고,
    FeO 의 함량이 상기 목표 함량보다 높은 경우 탄소의 주입량을 증가시키는, 전기로 내부의 랜스장치의 제어 방법.
  9. 측면 구조체;
    상기 측면 구조체의 상측에 위치하는 루프;
    상기 측면 구조체의 하측에 위치하는 바닥면 구조체;
    상기 루프에 고정되는 복수의 전극;
    상기 바닥면 구조체에 고정되는 하부전극; 및
    용강을 출강시키는 출강구;
    슬래그를 배출하는 슬래그 배출구;
    상기 측면 구조체 혹은 상기 바닥면 구조체에 형성된 슬래그 배출구;
    상기 측면 구조체 내부에 산소, 탄소, 혹은 산소 및 탄소를 주입하는 랜스장치;
    상기 복수의 전극 중 2개의 전극과 연결되어 상기 2개의 전극 사이의 전압에 대한 전압플리커를 측정하는 전압측정기; 및
    상기 전압측정기에서 측정된 전압플리커에 기초하여 상기 전압플리커가 증가할수록 증가할수록 FeO 함량이 줄어드는 관계식으로 슬래그 내의 FeO의 함량을 도출하는 계산/처리부를 포함하는, 전기로.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 2개의 전극은 상기 복수의 전극 중 상기 전기로의 슬래그 배출구에 가장 인접한 2개의 전극인, 전기로.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 전압측정기는 ΔVa의 전압플리커를 측정하고, a는 5 ~ 20인, 전기로.
  12. 삭제
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 계산/처리부는 y=Ax + B 의 선형식으로 FeO 함량을 도출하고,
    상기 y는 FeO의 질량 %함량, A는 -6 ~ -4 사이의 상수, x 는 상기 전압플리커, B는 40 ~ 50 사이의 상수인, 전기로.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 계산/처리부는 도출된 상기 FeO 의 함량 근거하여 랜스장치의 탄소 또는 산소의 주입량을 제어하는, 전기로.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 계산/처리부는 슬래그 내의 FeO 함량을 18 ~ 26 질량% 함량이 되도록 제어하는, 전기로.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 계산/처리부는 도출된 상기 FeO의 함량을 18 ~ 26 질량% 함량인 목표 함량이 되도록 랜스장치의 탄소 또는 산소의 주입량을 피드백 제어하고,
    FeO 의 함량이 상기 목표 함량보다 높은 경우 탄소의 주입량을 증가시키는, 전기로.
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