KR102042698B1 - 슬래그 배출량 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

출선 작업 시 슬래그의 배출량을 실시간으로 측정하여 노내 용융물 레벨의 안정적인 제어를 통해 노의 안정조업을 도모할 수 있도록, 슬래그 탕도의 후단에 배치되고, 중앙에 슬래그가 배출되는 배출홀이 형성되어 슬래그를 배출시키는 카본 연와, 상기 카본 연와의 배출홀에서 배출되는 슬래그의 흐름을 촬영하는 카메라, 및 상기 카메라에서 촬영된 영상으로 슬래그의 배출속도를 측정하는 측정부를 포함하는 슬래그 배출량 측정장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

슬래그 배출량 측정장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING DISCHARGED AMOUNT OF SLAG AND THIS METHOD}
출선 작업 시 배출되는 슬래그의 배출량을 측정하는 측정장치 및 측정방법을 개시한다.
고로 공정은 노정으로 소결광 및 코크스를 층상으로 장입하고 풍구를 통해 고온의 공기를 취입하여 환원가스를 발생시켜서 용선을 제조하는 방식으로 이루어진다. 파이넥스(FINEX) 용융로 공정은 노정으로 괴상화철(HCI)과 성형탄을 장입하여 일정 수준의 철광석 및 석탄의 비율로 충전층을 형성한 다음, 풍구를 통해 산소를 취입하여 용선을 제조한다.
고로 및 용융로 모두 출선구에서 용선과 슬래그를 배출하며 각각 용선탕도, 슬래그탕도를 통해 흐르게 된다. 용선탕도를 통해 TLC(Torpedo Ladle Car)에 저장된 용선은 철도를 이용하여 제강공정으로 이송된다. 용선 생산 과정에서 발생되는 슬래그는 냉각방식에 따라 괴재와 수재로 처리되는데 괴재는 주로 매립용으로, 수재는 시멘트와 비료 원료로 사용된다.
용선과 슬래그는 코크스 및 성형탄으로 이루어진 노저부 충전층을 통해 출선구로 배출되는데, 충전층의 통액성이 불량하여 출선이 원활하지 못한 경우에는 용융물이 차오르면서 풍압이 상승하며, 가스류가 불균일해져서 로 효율 및 용선온도 저하 등의 조업장애를 초래한다. 용융물 레벨이 더욱 상승하여 풍구 레벨까지 이르게 되면 풍구로 슬래그가 역류하여 조업이 장기간 휴풍하게 되는 심각한 조업장애를 일으킨다. 따라서, 노내의 용선과 슬래그의 양을 정밀하게 추정할 수 있는 방법이 매우 중요하다.
용선의 경우는 TLC에 수선되는 양을 로드셀로 직접 측정하고 있으나, 슬래그는 수재로 처리될 경우에 한해 컨베이어 벨트의 전류 부하량을 통해 간접적으로 확인하는 수준이다. 또한 슬래그가 괴재로 처리될 경우에는 배출량을 전혀 측정할 수 없는 상황이 되므로, 슬래그 처리방법에 상관없이 항상 슬래그 배출량을 측정할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
출선 작업 시 슬래그의 배출량을 실시간으로 측정하여 노내 용융물 레벨의 안정적인 제어를 통해 노의 안정조업을 도모할 수 있도록 된 슬래그 배출량 측정장치 및 그 방법을 제공한다.
슬래그 배출량 측정장치는, 슬래그 탕도의 후단에 배치되고, 중앙에 슬래그가 배출되는 배출홀이 형성되어 슬래그를 배출시키는 카본 연와, 상기 카본 연와의 배출홀에서 배출되는 슬래그의 흐름을 촬영하는 카메라, 및 상기 카메라에서 촬영된 영상으로 슬래그의 배출속도를 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.
상기 슬래그 배출량 측정장치는 상기 카본 연와의 배출홀 직경 변화를 측정하여 배출홀의 직경을 보정하도록 상기 카본 연와에 삽입되는 복수개의 열전대를 더 포함할 수 있다.
상기 열전대는 쌍을 이루면서 상기 카본 연와에 삽입되고, 상기 열전대 중 하나는 장열전대, 다른 하나는 단열전대로 이루어진 구조일 수 있다.
상기 장열전대와 단열전대는 각각의 온도 및 장열전대와 단열전대 사이의 거리를 이용하여 상기 배출홀의 침식량을 산출하는 구조일 수 있다.
슬래그 배출량 측정방법은, 슬래그 탕도의 후단에 배치된 카본 연와의 배출홀에서 배출되는 슬래그의 흐름을 카메라로 촬영하여 그 촬영된 영상으로 슬래그의 배출속도를 측정하는 단계, 및 상기 카본 연와에 장열전대와 단열전대로 이루어진 한 쌍의 열전대를 삽입하여 카본 연와의 침식을 계산함으로써 상기 배출홀의 직경을 실시간 측정하여 슬래그 배출량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 카본 연와에 삽입된 장열전대와 단열전대의 온도 및 거리를 이용하여 상기 배출홀의 직경 변화를 계산함으로써 배출홀을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 장치에 따르면, 슬래그의 배출량을 정밀하게 측정하여 노내 용융 물량을 정밀하게 추정할 수 있다. 이에 따라, 출선 조업을 안정적으로 유지하고 환원제 사용비를 저감할 수 있다.
또한, 노내 용융물 레벨을 안정적으로 관리하고, 통기성 개선을 통한 노의 효율 증대를 도모할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 슬래그 배출량 측정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 슬래그 배출량 측정장치의 카본 연와의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 슬래그 배출량 측정방법을 통해 슬래그 배출량을 산출하는 산출 예를 도시한 도면이다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 슬래그 배출량 측정장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 실시예에 따른 슬래그 배출량 측정장치의 카본 연와의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 용선과 슬래그(S)를 배출하는 출선작업에서 슬래그 배출량을 실시간으로 측정하는 측정장치(1)를 개시한다.
본 실시예에서, 슬래그 배출량 측정장치(1)는, 슬래그 탕도(2)의 후단에 배치되고, 중앙에 슬래그(S)가 배출되는 배출홀(10a)이 형성되어 슬래그(S)를 배출시키는 카본 연와(10), 상기 카본 연와(10)의 배출홀(10a)에서 배출되는 슬래그(S)의 흐름을 촬영하는 카메라(20), 및 상기 카메라(20)에서 촬영된 영상으로 슬래그(S)의 배출속도를 측정하는 측정부(30)를 포함할 수 있다.
상기 슬래그 탕도(2)에 일정 크기의 중심 배출홀(10a)이 있는 상기 카본 연와(10)를 설치하고, 상기 배출홀(10a)을 통해 배출되는 슬래그(S)의 흐름을 카메라(20)로 촬영하여 영상처리를 통해 배출속도를 측정한다.
하기의 (1)식과 같이 슬래그 배출속도에 상기 배출홀(10a)의 직경을 곱하면 체적유량이 나오며, 이에 슬래그 밀도를 곱해주면 단위시간당 배출되는 슬래그 량을 구할 수 있다.
W = V×60×(ΠD²/4)×ρ ----(1)
여기서, Wslag: 슬래그 배출량(ton/min)
Vslag: 슬래그 배출속도(m/sec)
Dhole: 배출홀 직경(m)
ρslag: 슬래그 밀도(ton/㎥)
또한, 상기 슬래그 배출량 측정장치(1)는 상기 카본 연와(10)의 배출홀(10a) 직경 변화를 측정하여 배출홀(10a)의 직경을 보정하도록 상기 카본 연와(10)에 삽입되는 복수개의 열전대(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 열전대(40)는 쌍을 이루면서 상기 카본 연와(10)에 삽입되고, 상기 열전대(40) 중 하나는 장열전대(41), 다른 하나는 단열전대(42)로 이루어진 구조이고, 상기 장열전대(41)와 단열전대(42)는 각각의 온도 및 장열전대(41)와 단열전대(42) 사이의 거리를 이용하여 상기 배출홀(10a)의 침식량을 산출하는 구조이다.
상기 카본 연와(10)의 배출홀 직경은 슬래그 배출에 의한 침식에 의해 변화할 수 있으며, 같은 슬래그 유속이라 하더라도 상기 배출홀(10a)의 직경 변화에 따라 슬래그 배출량이 상이하게 된다. 따라서, 이러한 배출홀(10a)의 직경을 보정할 필요가 있으며 이를 위해 카본 연와(10) 침식에 의한 잔존 연와 두께를 계산할 수 있다.
즉, 삽입 깊이가 다른 장열전대(41) 및 단열전대(42)를 1쌍으로 구성하게 된다. 상기 카본 연와(10)의 여러 위치에 쌍으로 이루어진 상기 열전대(40)를 삽입하여 이를 평균하여 상기 배출홀(10a)의 직경을 보정하게 된다.
도 2에서 오른쪽 방향이 슬래그(S)가 흐르는 상기 배출홀(10a) 쪽을 가리키며, 잔존 두께는 열전달식을 이용하여 계산한다. 임의의 2포인트에서의 열 유속은 동일하다(Q1=Q2)는 하기의 (2)식과 같은 방정식을 사용하게 된다. (2)식의 좌변은 장열전대(41)에서 단열전대(42)까지의 열 유속이며, 우변은 슬래그(S)와 접한 면에서 장열전대(41) 위치까지의 열 유속이다.
Figure 112017128567416-pat00001
----(2)
여기서, T: 단열전대 온도(℃)
TL: 장열전대(41) 온도(℃)
Tx: 슬래그 접촉면 온도(℃)
Li: 단열전대 삽입장 거리(m)
L2: 장/단열전대간 거리(m)
k: 카본 연와 열전도도(W/mK)
위 식으로부터 하기의 (3)식과 같이 Lx를 구하고, 이로부터 상기 배출홀(10a)의 침식량을 산출하여 배출홀(10a)의 직경을 실시간으로 보정해준다.
Figure 112017128567416-pat00002
----(3)
보정된 배출홀 직경(Dhole)을 상기 (1)식에 대입하여 실시간으로 슬래그 배출량을 구할 수 있다.
그리고, 슬래그 배출량 측정방법은, 슬래그 탕도(2)의 후단에 배치된 카본 연와(10)의 배출홀(10a)에서 배출되는 슬래그(S)의 흐름을 카메라(20)로 촬영하여 그 촬영된 영상으로 슬래그(S)의 배출속도를 측정하는 단계, 및 상기 카본 연와(10)에 장열전대(41)와 단열전대(42)로 이루어진 한 쌍의 열전대(40)를 삽입하여 카본 연와(10)의 침식을 계산함으로써 상기 배출홀(10a)의 직경을 실시간 측정하여 슬래그 배출량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 카본 연와(10)에 삽입된 장열전대(41)와 단열전대(42)의 온도 및 거리를 이용하여 상기 배출홀(10a)의 직경 변화를 계산함으로써 배출홀(10a)을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 슬래그 배출량 측정방법을 통해 슬래그 배출량을 산출하는 산출 예를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 슬래그 유속 및 상기 배출홀(10a)의 직경에 따른 슬래그 배출량 산출예이다. 상기 슬래그 배출량 측정장치(1)로부터 유속 및 배출홀(10a)의 직경을 측정하고 상기 (1)식에 입력함으로써 슬래그 배출량을 측정할 수 있다.
상기 슬래그(S)의 유속과 상기 배출홀(10a)의 직경이 증가하면 슬래그 배출량이 선형적으로 증가함을 볼 수 있다. 이 슬래그 배출량을 장입/출선 매스 밸런스(mass balance)에 입력하여 노내 용융물량 및 레벨을 정도 높게 산출할 수 있다.
상기와 같이 슬래그 배출량을 실시간으로 측정함으로써 노내 용융물량을 정밀하게 추정할 수 있고, 이에 따라 출선조업을 안정적으로 유지하고 환원제 사용비용을 저감할 수 있다.
따라서, 슬래그의 배출량을 정밀하게 측정하여 노내 용융 물량을 정밀하게 추정할 수 있고, 노내 용융물 레벨을 안정적으로 관리하며, 통기성 개선을 통한 노의 효율 증대를 도모할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
1 : 측정장치 2 : 슬래그 탕도
10 : 카본 연와 10a : 배출홀
20 : 카메라 30 : 측정부
40 : 열전대 41 : 장열전대
42 : 단열전대
S : 슬래그

Claims (6)

  1. 슬래그 탕도의 후단에 배치되고, 중앙에 슬래그가 배출되는 배출홀이 형성되어 상기 슬래그를 배출시키는 카본 연와, 상기 카본 연와의 배출홀에서 배출되는 상기 슬래그의 흐름을 촬영하는 카메라;
    상기 카메라에서 촬영된 영상으로 상기 슬래그의 배출속도를 측정하는 측정부, 및
    상기 카본 연와의 배출홀 직경 변화를 측정하여 상기 배출홀의 직경을 보정하도록 상기 카본 연와에 삽입되는 복수개의 열전대
    를 포함하고,
    상기 복수개의 열전대는 상기 카본 연와에 서로 다른 깊이로 삽입되는 장열전대와 단열전대를 포함하고,
    상기 장열전대와 상기 단열전대에서 측정된 각각의 온도, 상기 장열전대와 상기 단열전대 사이의 거리, 및 상기 배출홀의 슬래그 접촉면과 상기 장열전대 사이의 거리(Lx)를 구하는 하기의 식을 이용하여 상기 배출홀의 침식량을 산출하는, 슬래그 배출량 측정장치.
    Figure 112019071745345-pat00006

    여기서, T: 단열전대 온도(℃)
    TL: 장열전대(41) 온도(℃)
    Tx: 슬래그 접촉면 온도(℃)
    L2: 장/단열전대간 거리(m)
    k: 카본 연와 열전도도(W/mK)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 슬래그 탕도의 후단에 배치된 카본 연와의 배출홀에서 배출되는 슬래그의 흐름을 카메라로 촬영하여 그 촬영된 영상으로 상기 슬래그의 배출속도를 측정하는 단계;
    상기 카본 연와에 장열전대와 단열전대로 이루어진 한 쌍의 열전대를 삽입하여 상기 카본 연와의 침식을 계산함으로써 상기 배출홀의 직경을 실시간 측정하여 슬래그 배출량을 계산하는 단계, 및
    상기 카본 연와에 다른 깊이로 삽입된 상기 장열전대와 상기 단열전대에서 측정된 온도, 상기 장열전대와 상기 단열전대 사이의 거리, 및 상기 배출홀의 슬래그 접촉면과 상기 장열전대 사이의 거리(Lx)를 구하는 하기의 식을 이용하여 상기 배출홀의 침식량을 산출하는 단계
    를 포함하는 슬래그 배출량 측정방법.
    Figure 112019071745345-pat00007

    여기서, T: 단열전대 온도(℃)
    TL: 장열전대(41) 온도(℃)
    Tx: 슬래그 접촉면 온도(℃)
    L2: 장/단열전대간 거리(m)
    k: 카본 연와 열전도도(W/mK)
  6. 삭제
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JP2000337849A (ja) * 1999-05-25 2000-12-08 Nippon Steel Corp 炉内耐火物厚測定方法及び炉内耐火物厚測定装置
JP2015113476A (ja) * 2013-12-09 2015-06-22 新日鐵住金株式会社 溶融スラグ流量測定方法、溶融スラグ流量測定システム、及びコンピュータプログラム

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