KR101709134B1 - 정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법 - Google Patents

정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 정련 설비는 동심으로 나열 배치된 복수의 블레이드를 구비하고, 승하강 및 회전이 가능하며, 용기 내에 수용된 용선으로 침적되어 회전함으로써, 상기 용선을 교반시키는 임펠러, 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 회전시키는 회전 구동부, 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 승하강시키는 승하강 구동부 및 블레이드와 블레이드 사이로부터 용선이 임펠러 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위에 포함되도록, 임펠러의 마모 정도에 따른 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 이용하여 상기 임펠러의 회전수를 결정하며, 결정된 회전수에 따라 상기 회전 구동부를 제어하여 임펠러를 회전시키는 회전 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 안정적인 정련이 가능하고, 이에 따라 탈황에 따른 불량이 발생되지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 재처리로 인한 생산 손실(loss) 발생을 저감시키고, 탈황제의 절감 등의 효과가 있다.

Description

정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법{REFINING FACILITIES AND REFINING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임펠러를 구비하는 정련 설비에 있어서, 임펠러의 사용 횟수에 상관없이 일정한 조건으로 용선을 교반시킬 수 있는 정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법에 관한 것이다.
고로에서의 제선 공정을 통해 제조된 용선은, 최종적으로 원하는 성분의 용강 및 제품을 얻기 위해 용선 중 일부 성분의 함량을 조절하는 정련 과정을 거친다. 통상적으로, 용선 중 함유된 황(S), 인(P)의 일정 수준 이하로 조정하는 정련을 거친 후 전로에 장입되고, 전로에서는 산소 취련에 의한 2차 정련을 통해, 추가적으로 성분 조정을 실시한다.
용선을 탈황하는 방법으로는 탈황 효율이 비교적 높은 기계적 교반법을 사용한다. 기계적 교반법은 용선이 수용된 용기에 임펠러(Impeller)로 지칭되는 교반기를 침적시켜 회전시키면서, 탈황제를 투입하여 용강과 탈황제 간의 반응을 통해 탈황을 하는 방법이다.
기계식 교반법을 이용한 탈황 방법의 대표적인 방법은 케이알 설비(KR; Kanvara reactor)를 이용한 방법이 있다. 케이알 설비는 용강이 수용되는 래들, 용강으로 침지되어 회전하는 임펠러, 래들의 상측에 위치하여 래들로 탈황제를 투입하는 투입기를 포함한다. 이러한 케이알 설비에 의하면, 투입기를 통해 래들의 상측에서 탈황제를 투입하고, 임펠러를 회전시키면, 탈황제가 교반 중인 용선과 반응하여 용선 중 황(S)이 된다.
한편, 케이알 설비의 임펠러는 사용중에 지속적으로 마모가 발생하면서, 점차 크기가 작아지게 되며, 이에 일정 횟수 사용 후에는 새로운 임펠러로 교환하여 사용해야 한다. 그런데, 임펠러가 마모되어 크기가 작아지면, 동일한 임펠러의 회전수에서도 탈황제와 용선의 혼합 강도가 약해져서, 탈황 능력이 약화된다. 정련 차지(Charge)에 상관없이 일정하게 또는 안정적으로 수행하기 위해서는 회전에 따라 임펠러의 복수의 블레이드 사이로에서 토출되는 용선의 토출량을 일정하게 제어하는 것이 중요하다. 이를 위해, 임펠러의 사용 횟수가 증가될수록, 임펠러의 회전수도 증가시켜, 복수의 블레이드 사이로부터 용선의 토출량이 일정하도록 한다. 임펠러 사용 횟수에 따라 임펠러의 회전수를 결정하는 것은, 여러번의 정련 조업 또는 실험을 통한 경험적인 방법으로 결정할 수 있다.
일본등록특허 5309172에는 임펠러를 회전시키는 회전 모터의 부하 전류값을 측정하여 미리 설정된 부하 전류값 이하가 되면, 임펠러의 회전수를 증가시켜 조업을 한다. 그러나, 동일한 임펠러의 회전수에서도 용선의 성분, 온도에 따라, 용선의 밀도, 점도가 변화하므로, 용선의 밀도 및 점도가 높은 경우, 임펠러 회전모터의 부하가 증가하기 때문에, 임펠러 회전 모터의 부하전류 값만으로는 정확한 용선의 토출량을 산출할 수 없어, 일정한 조건을 유지시킬 수 없는 문제가 있다.
일본등록특허 5309172
본 발명은 임펠러의 사용 횟수에 상관없이 일정한 조건 또는 안정적으로 용선을 정련할 수 있는 정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법을 제공한다.
본 발명은 임펠러의 마모 정도에 따라 임펠러의 회전수의 조절이 용이하여, 동일한 교반 조건으로 용선을 정련할 수 있는 정련 설비 및 이를 이용한 정련 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 정련 설비는 용선의 수강이 가능한 용기; 동심으로 나열 배치된 복수의 블레이드를 구비하고, 승하강 및 회전이 가능하며, 상기 용기 내에 수용된 용선으로 침적되어 회전함으로써, 상기 용선을 교반시키는 임펠러; 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 회전시키는 회전 구동부 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 승하강시키는 승하강 구동부; 및 상기 블레이드와 블레이드 사이로부터 용선이 임펠러 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위에 포함되도록, 상기 임펠러의 마모 정도에 따른 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 이용하여 상기 임펠러의 회전수를 결정하며, 결정된 회전수에 따라 상기 회전 구동부를 제어하여 임펠러를 회전시키는 회전 제어 유닛;을 포함한다.
상기 회전 제어 유닛은 상기 임펠러의 회전수를 결정하는데 있어서, 수식 1을 이용한다.
[수식 1]
시간당 기준 용선 토출량(q)[m3/min] = 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)[m3] X 회전수(n)[rpm]
상기 회전 제어 유닛은, 회전하는 상기 임펠러의 회전 체적을 산출하는 제 1 연산 유닛; 성가 임펠러의 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 제 2 연산 유닛; 상기 제 1 연산 유닛에서 산출된 상기 임펠러의 회전 체적 및 상기 제 2 연산 유닛에서 산출된 상기 복수의 블레이드의 체적을 이용하여, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 채워진 용선의 체적을 산출하는 제 3 연산 유닛; 상기 블레이드와 블레이드 사이로부터 용선이 임펠러 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위에 포함되도록, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 채워진 용선의 체적(m3)을 이용하여, 임펠러의 회전수(n)를 산출하는 회전수 결정 유닛;을 포함한다.
상기 제 1 연산 유닛은, 회전중인 임펠러를 촬상하여 화상 이미지를 획득하는 촬상부; 상기 촬상부에서 획득된 화상 이미지를 회전시켜 얻어지는 형상의 체적을 연산하는 제 1 연산부;를 포함한다.
상기 제 2 연산 유닛은, 상기 임펠러의 상승 또는 하강시에 상기 승하강 구동부로부터 전류값을 검출하는 전류값 검출부; 상기 전류값 검출부에서 검출된 전류값을 이용하여, 상기 임펠러의 중량을 획득하고, 획득된 상기 임펠러의 중량을 이용하여 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 제 2 연산부;를 포함한다.
상기 제 2 연산부는 획득된 상기 임펠러의 중량에 상기 블레이드의 재료인 내화물의 밀도를 곱하여 복수의 블레이드의 체적을 산출한다.
상기 제 3 연산 유닛에서는 상기 제 1 연산 유닛에서 산출된 상기 임펠러의 회전 체적으로부터 상기 제 2 연산 유닛에서 산출된 상기 복수의 블레이드의 체적을 차감하여, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 채워진 용선의 체적을 산출한다.
본 발명에 따른 정련 방법은 용선이 수용된 용기의 상측에 승하강 및 회전이 가능하며, 동심으로 나열배치된 복수의 블레이드를 구비하는 임펠러를 위치시키는 과정; 상기 임펠러를 하강시켜 상기 임펠러가 용선으로 침적되도록 하는 과정; 상기 임펠러의 마모 정도에 따른 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 산출하는 과정; 상기 용선이 상기 임펠러의 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위를 만족하도록, 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 이용하여, 상기 임펠러의 회전수를 결정하는 과정; 결정된 상기 임펠러의 회전수에 따라 상기 임펠러를 회전시키면서 상기 용선을 교반하고, 상기 용선으로 정련제틀 투입하여 상기 용선을 정련하는 과정;을 포함한다.
상기 임펠러의 회전수를 결정하는 과정에 있어서, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 위치하는 용선의 체적 및 회전수에 따른 시간당 용선 토출량을 나타내는 수식 1을 이용하여 상기 임펠러의 회전수를 결정한다..
[수식 1]
시간당 용선 토출량(q)[m3/min] = 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)[m3] X 회전수(n)[rpm]
상기 복수의 블레이드 사이에 위치하는 용선의 체적을 산출하는 과정은, 상기 임펠러의 회전 체적을 산출하는 과정; 상기 임펠러를 구성하는 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 과정; 상기 임펠러의 회전 체적으로부터 상기 복수의 블레이드의 체적을 차감하여, 상기 복수의 블레이드 사이에 위치하는 용선의 체적을 산출하는 과정;을 포함한다.
상기 임펠러의 회전 체적을 산출하는 과정은, 상기 임펠러가 상기 용기의 상측에 위치된 상태에서, 상기 임펠러를 회전시키는 과정; 회전하는 상기 임펠러를 촬상하여, 화상 이미지를 획득하는 과정; 상기 화상 이미지의 길이 및 높이 정보를 부여하는 과정; 상기 화상 이미지를 회전시킬 때 생성되는 3차원적 형상의 체적을 산출하는 과정;을 포함한다.
상기 블레이드와 블레이드 사이의 체적을 산출하는 과정은, 상기 임펠러를 하강시키면서, 상기 임펠러를 승하강 구동시키는 회전 구동부로부터 부하 전류값을 검출하는 과정; 상기 검출된 전류값에 따른 상기 임펠러의 중량을 획득하는 과정; 산출된 상기 임펠러의 중량 및 상기 임펠러를 구성하는 내화물의 밀도를 이용하여 상기 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 과정;을 포함한다.
상기 임펠러의 중량을 획득하기 전에, 상하 방향으로 연장 형성되어 상기 임펠러의 상부에 연결된 샤프트에 부착된 지금을 제거하는 과정을 포함한다.
상기 정련제는 상기 용선 중 황(S)을 제거한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 임펠러의 사용 횟수에 따른 마모 정도에 대응하여 회전수의 적절한 변경이 가능하여, 임펠러의 횟수에 상관 없이 임펠러로부터 일정한 용선 토출량을 유지시킬 수 있다. 이에, 안정적인 정련이 가능하고, 이에 따라 탈황에 따른 불량이 발생되지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 재처리로 인한 생산 손실(loss) 발생을 저감시키고, 탈황제의 절감 등의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전 제어 유닛을 구비하는 정련 설비를 개념적으로 나타낸 개념
도 2는 임펠러의 마모 전 상태 및 마모된 상태를 설명하기 이한 도면
도 3은 임펠러 및 임펠러의 블레이드 사이에 위치한 용선을 설명하는 상면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 연산 유닛 및 제 2 연산 유닛을 개념적으로 설명하는 도면
도 5a는 마모되기 전의 임펠러를 촬상하여 획득한 2차원적 화상 이미지의 일 예를 도시한 도면
도 5b는 도 5a의 2차원적 화상 이미지의 임펠러를 회전시켜 획득한 3차원 형상의 일예를 도시한 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 실시예의 도면은 설명을 위하여 과장되어 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회전 제어 유닛을 구비하는 정련 설비를 개념적으로 나타낸 개념도이다. 도 2는 임펠러의 마모 전 상태 및 마모된 상태를 설명하기 이한 도면이다. 도 3은 임펠러 및 임펠러의 블레이드 사이에 위치한 용선을 설명하는 상면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 연산 유닛 및 제 2 연산 유닛을 개념적으로 설명하는 도면이다. 도 5a는 마모되기 전의 임펠러를 촬상하여 획득한 2차원적 화상 이미지의 일 예를 도시한 것이고, 도 5b는 도 5a의 2차원적 화상 이미지의 임펠러를 회전시켜 획득한 3차원 형상의 일예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정련 설비는 정련을 위한 용선(M)이 수용된 용기(L), 용기(L) 내부로 침지되어 용선을 교반하는 임펠러(210)를 구비하는 교반기(200), 임펠러(210)의 사용 횟수에 따른 마모 정도에 따라 임펠러(210)의 회전수를 결정하는 회전 제어 유닛(300)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 정련 설비는 후술되는 교반기(200)의 구성 요소인 샤프트(220)에 부착된 지금을 제거하는 지금 제거 장치(도 2의 300)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 정련 설비 및 용선 처리 방법을 설명하는데 있어서, 용선 중 황(S)에 대한 성분 조정을 하는 탈황 처리 설비 및 탈황 방법을 예를 들어 설명한다.
용기(L)는 용선(M)이 저장되거나 수용되는 수단으로 내부에 공간을 형성하는 용기이다. 예컨대, 여러 조업 단계에서 용선(M)을 수강 또는 수강하는데 사용되는 래들(ladle)일 수 있다. 용기(L)는 고온의 용선 저장하므로 외피 및 외피 내측에 구비되는 내화물 벽체를 포함할 수 있다.
물론 용기(L)는 래들에 한정되지 않고, 용선의 수용이 가능하며, 교반기(200) 및 노즐(110)의 설치가 가능한 다양한 수단의 용기가 가능하다.
교반기(200)는 용기(L)에 수강된 용선(M)으로 침지되어, 회전 동작에 의해 용선(M)을 교반시키는 수단으로, 케이알 장치의 일반적인 교반기(200)와 유사한 형태로 형성될 수 있다. 즉, 교반기(200)는 복수의 블레이드(2112a)로 구성된 임펠러(210), 임펠러(210)의 상부와 연결된 샤프트(220), 샤프트(220)와 연결되어 상기 임펠러(210)를 회전시키는 회전 구동부(230) 및 임펠러(210)를 승하강시키는 승하강 구동부(240)를 포함한다.
이렇게 복수의 블레이드(211)로 구성된 임펠러(210)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 상단부의 폭이 하단부의 폭에 비해 크게 형성될 수 있다. 즉, 상단부에서 하단부로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사지게 형성될 수 있다. 이로부터 임펠러(210)의 회전에 의해 교반되는 용선(M)에서 하강류가 발생할 수 있게 된다. 임펠러(210)의 형상은 용기(L)에 수강된 용선(M)을 충분히 교반시킬 수 있으면 되고, 그 구조나 형상이 특별히 한정되지 않는다.
임펠러(210)는 사용중에 지속적으로 마모가 발생하는데, 예컨대 도 2b에 도시된 바와 같이 모서리가 마모되어 뭉뚝해지며, 사용횟수가 증가할수록 임펠러(210)의 크기가 점차 작아지게 된다. 그리고, 임펠러(210)의 마모에 따른 크기 변화에 따라 임펠러(210)의 회전수를 조절하여, 사용 횟수에 상관없이 임펠러(210)로부터의 용선의 토출량이 일정하도록 한다.
여기서 임펠러(210)에 의한 용선의 토출이란, 임펠러(210)가 회전하면, 임펠러(210)의 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이에 있던 용선이 임펠러(210) 외측으로 밀려나가게 되는데, 이것이 용선의 토출이며, 이때 단위시간 당 용선이 밀려 나간 정도가 용선의 토출량이다.
본 발명에서는 회전 제어 유닛(300)를 통해, 임펠러(210)의 회전 체적 중, 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이에 있는 용선의 체적(또는 부피) 및 단위 시간당 용선 토출량을 이용하여 임펠러의 회전수를 결정하고, 결정된 회전수로 임펠러(210)의 회전을 제어한다.
본 발명에 따른 회전 제어 유닛(300)은 임펠러(210)의 회전 체적 중에서 용선이 차지하는 부피(VHm) 및 임펠러(210)의 회전수(n)에 따른 단위 시간당 용선 토출량(q)으로 나타내어지는 수식 1을 이용하여, 임펠러(210)의 회전수(n)를 결정한다. 여기서, 안정적인 용선 교반을 위해서는 임펠러(210)의 회전에 따라 임펠러(210)로부터의 용선 토출량이 일정해야 한다. 이에, 본 발명에서는 기준이 되는 시간당 용선 토출량(이하, 시간당 기준 용선 토출량)을 기준값 또는 기준 범위로 하는데, 이는 새로운 임펠러(210)의 적용시에 시간당 용선 토출량(q)이 기준값 즉, 시간당 기준 용선 토출량이 된다. 그리고, 본 발명에서는 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이로부터 용선이 임펠러(210) 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위에 포함되도록, 상기 임펠러(210)의 마모 정도에 따른 상기 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이의 용선 체적을 이용하여 상기 임펠러의 회전수를 제어한다.
[수식 1]
시간당 기준 용선 토출량(q)[m3/min] = 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)[m3] X 회전수(n)[rpm]
상기 수식 1을 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이로부터 용선이 임펠러 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량(q) 범위에 포함되도록, 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)을 이용하여 임펠러의 회전수(n)를 산출하는 것을 다르게 표현하면, 수식 2와 같다
[수식 2]
회전수(n)[rpm] = 시간당 기준 용선 토출량(q)[m3/min] / 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)[m3]
이하, 본 발명에 따른 회전 제어 유닛(300)의 구성 및 제어 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 회전 제어 유닛(300)은 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 회전하는 임펠러(210)의 회전 체적을 계산하는 제 1 연산 유닛(310), 임펠러(210)를 구성하는 복수의 블레이드(211)의 체적을 계산하는 제 2 연산 유닛(320), 임펠러(210)의 회전 체적 및 복수의 블레이드(211)의 체적을 이용하여, 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이에서 용선(M)이 차지하는 체적을 계산하는 제 3 연산 유닛(330), 제 3 연산 유닛(330)에서 산출된 용선의 체적 및 기준 값을 이용하여 임펠러(210)의 회전수(n)를 결정하는 회전수 결정 유닛(340)을 포함한다.
제 1 연산 유닛(310)은 회전시의 임펠러(210)의 체적 즉, 임펠러(210)의 회전 체적을 산출한다. 본 발명의 실시예에서는 회전 중인 임펠러(210)를 촬상하고, 촬상된 화상 이미지를 이용하여 회전 체적으로 계산한다. 이러한 제 1 연산 유닛(310)은 임펠러(210)의 촬상이 가능한 촬상부(311), 촬상부(311)로부터 제공된 화상 이미지를 이용하여 회전 체적을 계산하는 제 1 연산부(312)를 포함한다. 여기서, 제 1 연산 유닛(310)은 임펠러(210)가 용선(M) 내로 침지되기 전, 즉 대기 위치에 있을 때, 임펠러(210)의 정면 이미지를 촬상하고, 이를 이용하여 임펠러(210)의 회전 체적으로 산출한다.
한편, 임펠러(210)를 이용한 정련 시에, 상기 임펠러(210)를 구성하는 복수의 블레이드(211)가 동일하게 마모되는 것은 아니므로, 촬상부(311)는 임펠러(210)를 회전시키면서 복수의 위치에서 임펠러(210)를 촬상한다.
그리고, 제 1 연산부는 촬상부(311)에서 촬상한 여러 위치에서의 화상 이미지를 이용하여, 2차원적 평균 화상 이미지를 얻고, 얻어진 평균 화상 이미지에 대해 2차원적 윤곽선을 부여한 후, 정학한 수치 정보를 부여한다. 다음으로, 수치정보가 부여된 2차원 단면 형상을 이용하여, 임펠러가 회전 중심을 이용하여 회전시에 생기는 원주 형태 또는 원 형태의 체적을 계산함으로써, 임펠러(210)의 회전 체적이 산출된다. 예컨대, 도 5a 및 도 6a에 도시된 바와 같이 2차원적인 평균 화상 이미지가 상측이 넓은 역 사다리꼴과 같은 화상 이미지를 얻고, 화상 이미지 상에서의 윗변, 아랫변 길이 및 높이 등과 같은 수치 정보를 얻는다. 이후, 상술한 역 사다리꼴의 단면 형상을 회전 중심으로 회전시키는 시뮬레이션을 실시하면, 도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이 상부면의 면적이 하부면의 면적에 비해 넓은 통형상 또는 3차원으로의 형상화가 가능하며, 이에 대한 윗변 및 아랫변의 길이, 높이 등을 이용하여 부피 즉, 체적을 계산함으로써, 임펠러의 회전 체적을 계산할 수 있다.
실시예에 따른 촬상부는 예컨대 CCD 카메라이나, 이에 한정되지 않고, 촬상 또는 화상 이미지의 획득이 가능한 다양한 촬상 수단의 적용이 가능하다.
예를 들어 설명하면, 도 5a는 블레이드(211)가 마모되기 전의 새로운 임펠러(210)를 촬상한 후, 획득된 2차원적 화상 이미지이며, 도 5b는 도 5a를 회전시킨 입체 형상이다. 그리고 도 6a는 마모된 블레이드(211)를 가지는 임펠러(210)를 촬상한 후, 획득된 2차원적 화상 이미지이며, 도 5b는 도 5a를 회전시킨 입체 형상이다. 도 5a 및 도 6a를 비교하면, 마모되기 전의 임펠러를 촬상한 화상 이미지 상에서 윗변 길이(A1) 및 아랫변 길이(A2) 또는 면적에 비해 마모된 임펠러를 촬상한 화상 이미지 상에서의 윗변 길이(B1) 및 아랫변 길이(B2) 또는 면적이 작다. 이에, 도 5b 및 도 6b를 비교하면, 도 5b의 마모된 임펠러(210)의 회전 체적이 도 6b에 도시된 마모되기 전의 임펠러(210)에 비해 작다.
제 2 연산 유닛(320)은 임펠러(210) 중, 복수의 블레이드(211)에 대한 체적을 계산한다. 본 발명에서는 복수의 블레이드(211)로 구성된 임펠러(210)의 중량을 간접적으로 획득하고, 이를 이용하여, 임펠러(210)의 체적 즉, 복수의 블레이드(211)가 가지는 체적을 계산한다. 이러한 제 2 연산 유닛(320)은 승하강 구동부(240)로부터 전류값을 검출하는 전류값 검출부(321), 전류값에 따라 임펠러(210)의 중량을 알아내고, 임펠러(210)의 중량을 이용하여 복수의 블레이드(211)의 체적을 산출하는 제 2 연산부(322)를 포함한다.
용선(M)의 정련시에, 임펠러(210)는 승하강 구동부(240)에 의해 하강되어 용선(M)으로 침적되고, 처리 종료시에는 상승하여 용선으로부터 빠져 나오게 된다. 승하강 구동부(240)는 전기적 신호에 의해 구동하는 모터로서, 동일한 높이로 임펠러(210)를 하강시키거나, 상승 시킬 때, 승하강 구동부(240)에 걸리는 부하가 전류값으로 나타난다. 그리고, 승하강 속도가 일정한 조건 하에서는 임펠러(210)의 중량이 감소할수록 부하 전류값이 감소하게 된다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 전류값 검출부(321)에서는 승하강 구동부(240)를 이용하여 임펠러(210)를 용선 중으로 하강시킬 때, 회전 구동부(230)에 걸리는 부하 전류값을 측정하고, 제 2 연산부(322)에서는 이를 이용하여 임펠러(210)의 중량을 간접적으로 획득한다.
검출된 승하강 구동부(240)의 전류값 변화에 따른 임펠러(210)의 중량은 임펠러(210)의 중량 변화에 따라 임펠러(210)에 걸리는 부하 전류값을 여러번의 실험 또는 조업을 통해 얻을 수 있고, 이를 저장한 데이타를 활용하여 알아낼 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 임펠러(210)의 중량 변화에 따라 승하강 구동부(240)에 걸리는 부하 전류값을 수식화함으로써 얻어낼 수도 있다.
한편, 임펠러의 임펠러가 용선(M)으로 침적될 때, 임펠러(210)의 상부에 연결된 샤프트(220) 역시 용선(M)으로 침적된다. 그리고 회전동작에 의해 샤프트(220)에 용선 및 탈황제 등의 정련제가 부착되어 지금이 되며, 지금의 부착은 임펠러(210)의 중량을 획득하는데 영향을 미친다. 즉, 실제로는 블레이드(211)가 마모되어 임펠러(210)의 중량이 줄어들었으나, 임펠러(210)가 연결된 샤프트(220)에 지금이 부착되어 임펠러(210) 및 샤프트(220)가 연결된 교반기(200)의 중량에 변화가 없거나, 오히려 중량이 증가한 것으로 검출될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 임펠러(210)의 중량을 정확하게 획득하기 위해, 지금 제거 장치를 이용하여 샤프트(220)의 지금을 제거한 후에 임펠러(210)를 승하강 동작시켜, 임펠러(210)의 중량을 획득한다.
또한, 제 2 연산부(322)에서는 임펠러(210)의 중량을 이용하여 복수의 블레이드(211)의 체적을 구한다. 이때, 복수의 블레이드(211) 각각은 동일한 재료의 내화물로 이루어져 있으므로, 추정된 임펠러(210)의 중량(kg)과 블레이드(211)의 재료인 내화물의 밀도(kg/m3)을 곱하면, 복수의 블레이드(211)의 체적(m3)을 산출할 수 있다.
제 3 연산 유닛(330)은 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이에서 용선(M)이 차지하는 체적으로 산출하는 것으로, 임펠러(210)의 회전 체적으로부터 복수의 블레이드(211)의 체적을 차감함으로써 산출할 수 있다.
회전수 결정 유닛(340)은 현 상태의 임펠러(210)의 동작 시에, 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이로부터 용선이 임펠러(210) 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량(q) 범위에 포함되도록, 상기 임펠러의 마모 정도에 따른 상기 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이의 용선 체적을 이용하여 상기 임펠러(210)의 회전수를 결정하며, 결정된 회전수에 따라 상기 회전 구동부(230)를 제어한다. 이때, 수식 1을 이용하여, 현 상태의 임펠러(210)의 조건 즉, 용선(M)이 차지하는 체적(m3) 또는 부패(m3) 하에서, 기준값 달성을 위한 임펠러(210)의 회전수(rpm)을 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 현재 블레이드(211)의 마모 상태 조건 하에서, 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이에 위치될 수 있는 용선의 체적(m3) 또는 부피(m3)가 산출될 때, 상기 용선(M) 체적 조건에서 시간당 용선 토출량(q)이 기준값이 되도록 회전수(n)를 산출한다. 이 회전수는 수식 1을 통해 구할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 정련 설비를 이용한 정련 방법을 설명한다. 이때, 정련제로서 탈황제를 이용하고, 용선(M)을 탈황하는 과정을 예를 들어 설명한다.
먼저, 탈황시키고자 하는 용선(M)을 용기(L) 예컨대, 래들에 수강하고, 용선 정련 처리 위치로 이송한다. 그리고 샤프트(220)에 지금이 부착되어 있다면, 지금 제거 장치(300)를 이용하여 지금을 제거한다.
다음으로, 교반기(200)의 임펠러(210)를 용기(L) 상측의 대기 위치에 위치시킨 상태에서, 임펠러(210)를 회전시키면서 촬상부(311)를 이용하여 상기 임펠러(210)를 촬상한다. 촬상부(311)에서는 회전하는 임펠러(210)에 대해 촬상을 진행하고, 이들 화상 이미지는 제 1 연산부로 전달된다. 제 1 연산부(312)에서는 촬상부(311)에서 촬상된 화상 이미지를 평균화하여 2차원 화상 이미지로 만들고(도 5a 및 도 6a 참조), 이 화상 이미지의 길이 및 높이 정보를 부여한다. 그리고, 제 1 연산부(312)는 2차원 화상 이미지를 샤프트(220)를 중심으로 시뮬레이션 회전시켜 3차원적 또는 입체 형상을 획득하고, 이에 대한 체적을 구한다. 이를 통해 임펠러(210)의 회전 체적(m3)이 산출된다.
이후에 승하강 구동부(240)를 이용하여 임펠러(210)를 하강시켜, 상기 임펠러(210)가 용선(M)으로 침적되도록 한다. 이때, 제 2 연산 유닛(320)의 전류값 검출부(321)는 승하강 구동부(240)에 걸리는 부하 전류값을 센싱하고, 이를 제 2 연산부(322)로 보낸다. 제 2 연산부(322)는 검출된 전류값으로부터 임펠러(210)의 중량(kg)을 획득한다. 그리고 제 2 연산부(322)는 획득된 임펠러(210)의 중량과 블레이드(211)를 구성하는 내화물의 밀도(kg/m3)를 곱하여, 복수의 블레이드 또는 임펠러의 체적(m3) 또는 부피(m3)가 산출된다.
이렇게, 제 1 연산 유닛(310)에서 산출된 임펠러(210)의 회전 체적(m3) 및 제 2 연산 유닛(320)에서 산출된 블레이드(211)의 체적(m3)은 제 3 연산 유닛(330)으로 전달되고, 제 3 연산 유닛(330)에서는 임펠러(210)의 회전 체적(m3)으로부터 블레이드(211)의 체적(m3)을 차감하여, 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이의 용선 체적(m3)을 산출한다.
그리고, 회전수 결정 유닛(340)은 제 3 연산 유닛(330)에서 산출된 블레이드(211)와 블레이드(211) 사이의 용선 체적(m3) 및 기준값을 이용하여, 현 임펠러(210) 상태에서 기준값을 얻기 위한 회전수(n)를 산출한다. 다른 말로하면, 현 임펠러(210)의 마모 상태에서 시간당 용선 토출량(q)이 기준값을 만족하도록 하기 위한, 회전수(rpm)를 산출한다.
이후, 회전수 결정 유닛(340)은 산출된 회전수(rpm)에 따라 회전 구동부(230)를 제어하여 임펠러(210)를 회전시키면서, 용선(M)으로 탈황제를 투입시키면, 탈황제와 용선이 반응하여, 탈황된다. 탈황제는 고상이며, 분체 또는 미분 입자 상태가 바람직하고, CaO계 재료일 수 있다.
이에, 임펠러(210)의 사용 횟수에 따른 마모 정도에 대응하여 회전수(n)의 적절한 변경이 가능하여, 임펠러(210)의 횟수에 상관 없이 임펠러(210)로부터 일정한 용선 토출량을 유지시킬 수 있다. 이에, 안정적인 정련 예컨대, 탈황이 가능하고, 이에 따라 탈황에 따른 불량이 발생되지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 재처리로 인한 생산 손실(loss) 발생을 저감시키고, 탈황제의 절감 등의 효과가 있다.
L: 용기 M: 용선
210: 임펠러 211: 블레이드
230: 회전 구동부 240: 승하강 구동부

Claims (14)

  1. 용선의 수강이 가능한 용기;
    동심으로 나열 배치된 복수의 블레이드를 구비하고, 승하강 및 회전이 가능하며, 상기 용기 내에 수용된 용선으로 침적되어 회전함으로써, 상기 용선을 교반시키는 임펠러;
    상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 회전시키는 회전 구동부;
    상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 승하강시키는 승하강 구동부; 및
    상기 블레이드와 블레이드 사이로부터 용선이 임펠러 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위에 포함되도록, 상기 임펠러의 마모 정도에 따른 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 이용하여 상기 임펠러의 회전수를 결정하며, 결정된 회전수에 따라 상기 회전 구동부를 제어하여 임펠러를 회전시키는 회전 제어 유닛;
    을 포함하고,
    상기 회전 제어 유닛은 상기 임펠러의 회전수를 결정하는데 있어서, 수식 1을 이용하는 정련 설비.
    [수식 1]
    시간당 기준 용선 토출량(q)[m3/min] = 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)[m3] X 회전수(n)[rpm]
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 제어 유닛은,
    회전하는 상기 임펠러의 회전 체적을 산출하는 제 1 연산 유닛;
    성가 임펠러의 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 제 2 연산 유닛;
    상기 제 1 연산 유닛에서 산출된 상기 임펠러의 회전 체적 및 상기 제 2 연산 유닛에서 산출된 상기 복수의 블레이드의 체적을 이용하여, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 채워진 용선의 체적을 산출하는 제 3 연산 유닛;
    상기 블레이드와 블레이드 사이로부터 용선이 임펠러 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위에 포함되도록, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 채워진 용선의 체적(m3)을 이용하여, 임펠러의 회전수(n)를 산출하는 회전수 결정 유닛;
    을 포함하는 정련 설비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 연산 유닛은,
    회전중인 임펠러를 촬상하여 화상 이미지를 획득하는 촬상부;
    상기 촬상부에서 획득된 화상 이미지를 회전시켜 얻어지는 형상의 체적을 연산하는 제 1 연산부;
    를 포함하는 정련 설비.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 2 연산 유닛은,
    상기 임펠러의 상승 또는 하강시에 상기 승하강 구동부로부터 전류값을 검출하는 전류값 검출부;
    상기 전류값 검출부에서 검출된 전류값을 이용하여, 상기 임펠러의 중량을 획득하고, 획득된 상기 임펠러의 중량을 이용하여 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 제 2 연산부;
    를 포함하는 정련 설비.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 2 연산부는 획득된 상기 임펠러의 중량에 상기 블레이드의 재료인 내화물의 밀도를 곱하여 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 정련 설비.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 3 연산 유닛에서는 상기 제 1 연산 유닛에서 산출된 상기 임펠러의 회전 체적으로부터 상기 제 2 연산 유닛에서 산출된 상기 복수의 블레이드의 체적을 차감하여, 상기 블레이드와 블레이드 사이에 채워진 용선의 체적을 산출하는 정련 설비.
  8. 용선이 수용된 용기의 상측에 승하강 및 회전이 가능하며, 동심으로 나열배치된 복수의 블레이드를 구비하는 임펠러를 위치시키는 과정;
    상기 임펠러를 하강시켜 상기 임펠러가 용선으로 침적되도록 하는 과정;
    상기 임펠러의 마모 정도에 따른 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 산출하는 과정;
    상기 용선이 상기 임펠러의 외측으로 밀려나가는 시간당 용선 토출량이 시간당 기준 용선 토출량 범위를 만족하도록, 상기 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적을 이용하여, 상기 임펠러의 회전수를 결정하는 과정;
    결정된 상기 임펠러의 회전수에 따라 상기 임펠러를 회전시키면서 상기 용선을 교반하고, 상기 용선으로 정련제틀 투입하여 상기 용선을 정련하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 임펠러의 회전수를 결정하는 과정에 있어서,
    상기 블레이드와 블레이드 사이에 위치하는 용선의 체적 및 회전수에 따른 시간당 용선 토출량을 나타내는 수식 1을 이용하여 상기 임펠러의 회전수를 결정하는 정련 방법.
    [수식 1]
    시간당 용선 토출량(q)[m3/min] = 블레이드와 블레이드 사이의 용선 체적(VHM)[m3] X 회전수(n)[rpm]
  9. 삭제
  10. 청구항 8 에 있어서,
    상기 복수의 블레이드 사이에 위치하는 용선의 체적을 산출하는 과정은,
    상기 임펠러의 회전 체적을 산출하는 과정;
    상기 임펠러를 구성하는 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 과정;
    상기 임펠러의 회전 체적으로부터 상기 복수의 블레이드의 체적을 차감하여, 상기 복수의 블레이드 사이에 위치하는 용선의 체적을 산출하는 과정;
    을 포함하는 정련 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 임펠러의 회전 체적을 산출하는 과정은,
    상기 임펠러가 상기 용기의 상측에 위치된 상태에서, 상기 임펠러를 회전시키는 과정;
    회전하는 상기 임펠러를 촬상하여, 화상 이미지를 획득하는 과정;
    상기 화상 이미지의 길이 및 높이 정보를 부여하는 과정;
    상기 화상 이미지를 회전시킬 때 생성되는 3차원적 형상의 체적을 산출하는 과정;
    을 포함하는 정련 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 블레이드와 블레이드 사이의 체적을 산출하는 과정은,
    상기 임펠러를 하강시키면서, 상기 임펠러를 승하강 구동시키는 회전 구동부로부터 부하 전류값을 검출하는 과정;
    상기 검출된 전류값에 따른 상기 임펠러의 중량을 획득하는 과정;
    산출된 상기 임펠러의 중량 및 상기 임펠러를 구성하는 내화물의 밀도를 이용하여 상기 복수의 블레이드의 체적을 산출하는 과정;
    을 포함하는 정련 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 임펠러의 중량을 획득하기 전에, 상하 방향으로 연장 형성되어 상기 임펠러의 상부에 연결된 샤프트에 부착된 지금을 제거하는 과정을 포함하는 정련 방법.
  14. 청구항 8, 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정련제는 상기 용선 중 황(S)을 제거하는 탈황제인 정련 방법.
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