KR101957127B1 - 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치 및 방법 - Google Patents

합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치 및 방법이 제공된다. 용탕 높이 측정 장치는, 합금철 전기로내에 적층된 원료의 내부로 삽입되어 원료를 녹이는 전극봉의 위치를 실시간으로 측정하는 위치 측정부와, 외부로 노출된 전극봉의 제1 측정 지점 및 원료의 제2 측정 지점 사이에 직류 전원을 인가하는 전원부와, 전극봉을 원료 내부로 하강시키면서 인가된 직류 전원에 의해 제1 측정 지점과 제2 측정 지점을 흐르는 전류 및 제1 측정 지점과 제2 측정 지점간의 전압 중 적어도 하나를 측정하는 측정부와, 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 전극봉과 용탕과의 접촉 시점을 감지하고, 감지된 접촉 시점의 전극봉의 위치와 하강전 전극봉의 초기 위치간의 차이에 기초하여 용탕의 높이를 판단하는 판단부를 포함함으로써, 용탕의 높이를 측정할 수 있다.

Description

합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF MEASURING MOLTEN STEEL LEVEL OF SUBMERGED ARC FURNACE}
본 발명은 합금철 전기로의 용탕 높이 측정에 관한 것이다.
합금철 전기로는, SAF(Submerged Arc Furnace)로, 원료를 적층한 상태에서 전극봉을 원료내에 깊이 삽입한 후 아킹을 실시하여 원료를 녹이게 된다. 상술한 합금철 전기로에서는 조업이 진행됨에 따라 전극봉 주위에는 가스로 채워진 캐비티라는 빈 공간이 생김과 동시에 용해된 용강은 전기로 바닥에 고이게 되며, 전기로 상부로 계속적으로 원료가 투입되게 된다.
따라서, 상술한 합금철 전기로의 상부에서는 용탕의 높이를 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 용탕 높이를 측정할 수 있는 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 합금철 전기로내에 적층된 원료의 내부로 삽입되어 상기 원료를 녹이는 전극봉의 위치를 실시간으로 측정하는 위치 측정부; 외부로 노출된 상기 전극봉의 제1 측정 지점 및 상기 원료의 제2 측정 지점 사이에 직류 전원을 인가하는 전원부; 상기 전극봉을 상기 원료 내부로 하강시키면서 상기 인가된 직류 전원에 의해 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류 및 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점간의 전압 중 적어도 하나를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 용탕과의 접촉 시점을 감지하고, 상기 감지된 접촉 시점의 전극봉의 위치와 하강전 전극봉의 초기 위치간의 차이에 기초하여 상기 용탕의 높이를 판단하는 판단부를 포함하는 용탕 높이 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 판단부는, 상기 측정된 전압 및 전류에 기초하여 연산된 저항값의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 상기 용탕과의 접촉 시점을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 용탕 높이 측정 장치는, 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류의 량을 조절하는 가변 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 위치 측정부에서, 합금철 전기로내에 적층된 원료의 내부로 삽입되어 상기 원료를 녹이는 전극봉의 위치를 실시간으로 측정하는 제1 단계; 전원부에서, 외부로 노출된 상기 전극봉의 제1 측정 지점 및 상기 원료의 제2 측정 지점 사이에 직류 전원을 인가하는 제2 단계; 측정부에서, 상기 전극봉을 상기 원료 내부로 하강시키면서 상기 인가된 직류 전원에 의해 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류 및 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점간의 전압 중 적어도 하나를 측정하는 제3 단계; 및 판단부에서, 상기 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 용탕과의 접촉 시점을 감지하고, 상기 감지된 접촉 시점의 전극봉의 위치와 하강전 전극봉의 초기 위치간의 차이에 기초하여 상기 용탕의 높이를 판단하는 제4 단계를 포함하는 용탕 높이 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 측정된 전압 및 전류에 기초하여 연산된 저항값의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 상기 용탕과의 접촉 시점을 감지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 용탕 높이 측정 방법은, 가변 저항을 통해 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류의 량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉과 원료 사이에 직류 전원을 인가한 후 측정된 전극봉과 원료 사이를 흐르는 전류 또는 전극봉과 원료 사이의 전압의 변화에 기초해서 합금철 전기로내의 용탕의 높이를 측정할 수 있다. 또한, 출탕을 함에 있어 전기로 내부의 용탕의 높이를 알 수 있으므로, 출선을 효율적으로 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 용탕 높이 측정 장치는, 합금철 전기로(10)내에 적층된 원료(102) 내부로 삽입된 전극봉(100)의 위치를 실시간으로 측정하는 위치 측정부(210)와, 외부로 노출된 전극봉(100)의 제1 측정 지점(P1) 및 원료(102)의 제2 측정 지점(P2) 사이에 직류 전원을 인가하는 전원부(220)와, 전극봉(100)을 원료(102) 내부로 하강시키면서 인가된 직류 전원에 의해 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2)을 흐르는 전류 및 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2)간의 전압 중 적어도 하나를 측정하는 측정부(230a, 230b)와, 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 전극봉(100)과 용탕(MM)과의 접촉 시점을 감지하고, 감지된 접촉 시점의 전극봉(100)의 위치와 하강전 전극봉(100)의 초기 위치간의 차이에 기초하여 용탕의 높이를 판단하는 판단부(240)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 장치를 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 합금철 전기로(10)는 SAF(Submerged Arc Furnace)로, 원료(102)를 적층한 상태에서 전극봉(100)을 원료(102) 내에 깊이 삽입한 후 아킹을 실시하여 원료(102)를 녹이게 된다. 상술한 합금철 전기로(10)에서는 조업이 진행됨에 따라 전극봉(100) 주위에는 가스로 채워진 캐비티(C)라는 빈 공간이 생김과 동시에 용해된 용강은 전기로(10)의 바닥에 고여 용탕(MM)을 형성하며, 전기로(10)의 상부로는 계속적으로 원료(102)가 투입될 수 있다.
위치 측정부(210)는 합금철 전기로(10)내에 적층된 원료(102) 내부로 삽입된 전극봉(100)의 위치를 실시간으로 측정할 수 있다.
구체적으로, 위치 측정부(210)는 도시된 바와 같이, 전극봉(100)의 표면에 일정 표시(화살표)를 하고, 표시된 전극봉(100)이 상하로 이동함에 따라 그 표시를 눈금자를 통해 읽어들이도록 구성될 수 있다. 상술한 구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 형태에 불과할 뿐, 레이저 장치나 카메라와 같은 영상 처리 모듈을 통해서 얻을 수도 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
다음, 전원부(220)는 외부로 노출된 전극봉(100)의 제1 측정 지점(P1) 및 원료(102)의 제2 측정 지점(P2) 사이에 직류 전원을 인가할 수 있다. 여기서, 직류 전원은 전압의 형태일 수 있다.
구체적으로, 제1 측정 지점(P1)은 외부로 노출된 전극봉(100)의 어느 부분이라도 상관없으며, 제2 측정 지점(P2)은 외부로 노출된 적층된 원료(102)의 어느 부분이라도 상관없다.
한편, 측정부(230a, 230b)는 전극봉(100)을 원료(102) 내부로 수직 방향(D)으로 하강시키면서 인가된 직류 전원에 의해 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2)을 흐르는 전류 및 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2)간의 전압 중 적어도 하나를 측정할 수 있는데, 전류를 측정하기 위한 전류계(230a) 또는 전압을 측정하기 위한 전압계(230b)를 포함할 수 있다. 측정된 전류 또는 전압은 판단부(240)로 전달될 수 있다. 또한, 전류계(230a)나 전압계(230b) 각각의 온/오프를 위한 스위치부(SW1, SW2)를 더 포함할 수도 있다.
구체적으로, 전원부(220) - 전극봉(100)의 제1 측정 지점(P1) - 원료(102)의 제2 측정 지점(P)(또는 전원부(220) - 전극봉(100))는 폐루프를 형성하게 되며, 상술한 폐루프를 따라 흐르는 전류가 전류계(230a)에 의해 측정될 수 있다. 또한, 전극봉(100)의 제1 측정 지점(P1) - 원료(102)의 제2 측정 지점(P) 사이의 전압이 전압계(230b)에 의해 측정될 수 있다.
마지막으로, 판단부(240)는, 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 전극봉(100)과 용탕(MM)과의 접촉 시점을 감지하고, 감지된 접촉 시점의 전극봉(100)의 위치와 하강전 전극봉(100)의 초기 위치간의 차이에 기초하여 용탕의 높이를 판단할 수 있다.
구체적으로, 용탕(MM)에 접촉하기 전에 전극봉(100)의 초기 위치가 위치 측정부(210)에 의해 측정될 수 있다. 이후, 전극봉(100)을 원료(102) 내부로 하강시키면서 측정부(230a, 230b)에 의해 전압 또는 전류가 측정될 수 있다.
원료(102) 내부의 캐비티(C)의 저항은 무한대로 볼 수 있으며, 전극봉(100)이 용탕(MM)에 접촉하기 전까지, 전원부(220)에 의해 인가된 직류 전원에 의해 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 간의 전압 또는 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 사이를 흐르는 전류는 일정한 값일 수 있다. 전극봉(100)은 탄소 전극봉으로 저항은 거의 0으로 볼 수 있으며, 원료(102)와 용탕(MM)은 일정한 저항값을 가지기 때문이다.
하지만, 전극봉(100)이 점차로 하강하게 되어 용탕(MM)에 접촉하게 되면, 용탕(MM)에 의한 저항 성분이 추가되므로, 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 간의 전압 또는 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 사이를 흐르는 전류는 순간적으로 변화하게 될 수 있다. 따라서, 이 시점에서 판단부(240)는 전극봉(100)과 용탕(MM)과 접촉한 것으로 판단할 수 있다. 이후, 판단부(240)는 위치 측정부(210)에서 측정한 전극봉(100)의 위치와 전극봉(100)의 초기 위치의 차이로부터 용탕(MM)의 높이를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 판단부(240)는 측정된 전압 및 전류에 기초하여 연산된 저항값의 변화에 기초하여 전극봉(100)과 용탕(MM)과의 접촉 시점을 감지한 후, 위치 측정부(210)에서 측정한 전극봉(100)의 위치와 전극봉(100)의 초기 위치의 차이로부터 용탕(MM)의 높이를 판단할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 사이를 흐르는 전류값을 제한하기 위한 가변 저항(250)을 폐루프에 추가할 수 있으며, 상술한 가변 저항(250)의 저항값을 조절함에 의해 과도한 전류를 제한할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉과 원료 사이에 직류 전원을 인가한 후 측정된 전극봉과 원료 사이를 흐르는 전류 또는 전극봉과 원료 사이의 전압의 변화에 기초해서 합금철 전기로내의 용탕의 높이를 측정할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 합금철 전기로의 용탕 높이 측정 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1과 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 우선 위치 측정부(210)는 합금철 전기로(10)내에 적층된 원료(102) 내부로 삽입된 전극봉(100)의 위치를 실시간으로 측정할 수 있다(S210). 실시간 측정된 전극봉(100)의 위치는 판단부(240)로 전달될 수 있다.
구체적으로, 위치 측정부(210)는 도시된 바와 같이, 전극봉(100)의 표면에 일정 표시(화살표)를 하고, 표시된 전극봉(100)이 상하로 이동함에 따라 그 표시를 눈금자를 통해 읽어들이도록 구성될 수 있다. 상술한 구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시 형태에 불과할 뿐, 레이저 장치나 카메라와 같은 영상 처리 모듈을 통해서 얻을 수도 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
다음, 전원부(220)는 외부로 노출된 전극봉(100)의 제1 측정 지점(P1) 및 원료(102)의 제2 측정 지점(P2) 사이에 직류 전원을 인가할 수 있다(S202). 여기서, 직류 전원은 전압의 형태일 수 있다.
구체적으로, 제1 측정 지점(P1)은 외부로 노출된 전극봉(100)의 어느 부분이라도 상관없으며, 제2 측정 지점(P2)은 외부로 노출된 적층된 원료(102)의 어느 부분이라도 상관없다.
다음, 측정부(230a, 230b)는 전극봉(100)을 원료(102) 내부로 하강시키면서 인가된 직류 전원에 의해 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2)을 흐르는 전류 및 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2)간의 전압 중 적어도 하나를 측정할 수 있다(S203). 측정부(230a, 230b)는 전류를 측정하기 위한 전류계(230a) 또는 전압을 측정하기 위한 전압계(230b)를 포함할 수 있다. 측정된 전류 또는 전압은 판단부(240)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 판단부(240)는, 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 전극봉(100)과 용탕(MM)과의 접촉 시점을 감지하고, 감지된 접촉 시점의 전극봉(100)의 위치와 하강전 전극봉(100)의 초기 위치간의 차이에 기초하여 용탕의 높이를 판단할 수 있다(S204).
구체적으로, 용탕(MM)에 접촉하기 전에 전극봉(100)의 초기 위치가 위치 측정부(210)에 의해 측정될 수 있다. 이후, 전극봉(100)을 원료(102) 내부로 하강시키면서 측정부(230a, 230b)에 의해 전압 또는 전류가 측정될 수 있다.
원료(102) 내부의 캐비티(C)의 저항은 무한대로 볼 수 있으며, 전극봉(100)이 용탕(MM)에 접촉하기 전까지, 전원부(220)에 의해 인가된 직류 전원에 의해 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 간의 전압 또는 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 사이를 흐르는 전류는 일정한 값일 수 있다. 전극봉(100)은 탄소 전극봉으로 저항은 거의 0으로 볼 수 있으며, 원료(102)와 용탕(MM)은 일정한 저항값을 가지기 때문이다.
하지만, 전극봉(100)이 점차로 하강하게 되어 용탕(MM)에 접촉하게 되면, 용탕(MM)에 의한 저항 성분이 추가되므로, 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 간의 전압 또는 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 사이를 흐르는 전류는 순간적으로 변화하게 될 수 있다. 따라서, 이 시점에서 판단부(240)는 전극봉(100)과 용탕(MM)과 접촉한 것으로 판단할 수 있다. 이후, 판단부(240)는 위치 측정부(210)에서 측정한 전극봉(100)의 위치와 전극봉(100)의 초기 위치의 차이로부터 용탕(MM)의 높이를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 판단부(240)는 측정된 전압 및 전류에 기초하여 연산된 저항값의 변화에 기초하여 전극봉(100)과 용탕(MM)과의 접촉 시점을 감지한 후, 위치 측정부(210)에서 측정한 전극봉(100)의 위치와 전극봉(100)의 초기 위치의 차이로부터 용탕(MM)의 높이를 판단할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 제1 측정 지점(P1)과 제2 측정 지점(P2) 사이를 흐르는 전류값을 제한하기 위한 가변 저항(250)을 폐루프에 추가할 수 있으며, 상술한 가변 저항(250)의 저항값을 조절함에 의해 과도한 전류를 제한할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉과 원료 사이에 직류 전원을 인가한 후 측정된 전극봉과 원료 사이를 흐르는 전류 또는 전극봉과 원료 사이의 전압의 변화에 기초해서 합금철 전기로내의 용탕의 높이를 측정할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 전극봉 101: 내화물
102: 원료 210: 위치 측정부
220: 전원부 230a: 전류계
230b: 전압계 240: 판단부
250: 가변저항 C: 캐비티
MM: 용탕 P1: 제1 측정 지점
P2: 제2 측정 지점 SW1, SW2: 스위치
10: 합금철 전기로

Claims (6)

  1. 합금철 전기로내에 적층된 원료의 내부로 삽입되어 상기 원료를 녹이는 전극봉의 위치를 실시간으로 측정하는 위치 측정부;
    외부로 노출된 상기 전극봉의 제1 측정 지점 및 상기 원료의 제2 측정 지점 사이에 직류 전원을 인가하는 전원부;
    상기 전극봉을 상기 원료 내부로 하강시키면서 상기 인가된 직류 전원에 의해 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류 및 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점간의 전압 중 적어도 하나를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 용탕과의 접촉 시점을 감지하고, 상기 감지된 접촉 시점의 전극봉의 위치와 하강전 전극봉의 초기 위치간의 차이에 기초하여 상기 용탕의 높이를 판단하는 판단부를 포함하는 용탕 높이 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 측정된 전압 및 전류에 기초하여 연산된 저항값의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 상기 용탕과의 접촉 시점을 감지하는 용탕 높이 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용탕 높이 측정 장치는,
    상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류의 량을 조절하는 가변 저항을 더 포함하는 용탕 높이 측정 장치.
  4. 위치 측정부에서, 합금철 전기로내에 적층된 원료의 내부로 삽입되어 상기 원료를 녹이는 전극봉의 위치를 실시간으로 측정하는 제1 단계;
    전원부에서, 외부로 노출된 상기 전극봉의 제1 측정 지점 및 상기 원료의 제2 측정 지점 사이에 직류 전원을 인가하는 제2 단계;
    측정부에서, 상기 전극봉을 상기 원료 내부로 하강시키면서 상기 인가된 직류 전원에 의해 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류 및 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점간의 전압 중 적어도 하나를 측정하는 제3 단계; 및
    판단부에서, 상기 측정된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 용탕과의 접촉 시점을 감지하고, 상기 감지된 접촉 시점의 전극봉의 위치와 하강전 전극봉의 초기 위치간의 차이에 기초하여 상기 용탕의 높이를 판단하는 제4 단계를 포함하는 용탕 높이 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    상기 측정된 전압 및 전류에 기초하여 연산된 저항값의 변화에 기초하여 상기 전극봉과 상기 용탕과의 접촉 시점을 감지하는 단계를 더 포함하는 용탕 높이 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 용탕 높이 측정 방법은,
    가변 저항을 통해 상기 제1 측정 지점과 상기 제2 측정 지점을 흐르는 전류의 량을 조절하는 단계를 더 포함하는 용탕 높이 측정 방법.
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