KR19990063751A - Bof용기내 강철의 탄소함량 측정 및 조절 방법 및 장치 - Google Patents

Bof용기내 강철의 탄소함량 측정 및 조절 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

BOF 히트의 인-블로우%탄소함량 및 제 1 턴다운 탄소 측정장치는 광센서를 제강 먼지 및 연기로 부터 차단하기 위해서 공기 와이프 수단을 포함한 관찰창을 가지는 온도 제어 케이스내에 수용된 광센서를 포함한다. 상기 장치는 또한 가열동안 BOF내로 송풍된 산소의 양에 애응하는 신호 발생수단과 프로그램 가능한 논리 제어기를 포함한다. 논리제어기는 신호발생수단으로 부터 나오는 산소신호와 광센서로 부터 수신된 광선 세기 신호를 연속 처리하도록 프로그램된다. 프로그램은 동일 기간동안 BOF용기내로 송풍된 산소의 양에 대해서 BOF용기로 부터 방출된 최대 광선 세기 순간에 광선 세기의 차이를 기초하여 히트의 인-블로우%탄소함량을 연속 계산한다.

Description

ＢＯＦ용기내 강철의 탄소함량 측정 및 조절 방법 및 장치
평압연강제품 사용자는 양호한 성형성을 위해서 저탄소강을 요구한다. 예컨대, 자동차 산업에서 이러한 전탄소강은 형성작업후 강의 스프링-백현상이 없이 자동차 제작자가 복잡한 자동차 모형을 타출하고 성형할수 있도록 한다. 따라서, 강제조자는 적절한 야금학적 필요사항을 갖는 제품 제조를 위해서 BOF히트의 탄소함량을 정확히 조절하여야 한다.
BOF강제조공정에서 탄소로 포화된 액체철이 다양한 강철조각과 함께 용기에 부어진다. 탄소와 반응하여 CO 및 CO2를 형성하는 용융강조표면에서 고속의 산소가 BOF용기로 송풍된다. 이러한 반응은 강철조 내의 과잉탄소를 제거하여 바람직한 탄소함량을 갖는 완성품을 생성한다.
현재의 강제조자에게 이용가능한 BOF공정 조절방법은 많다. 이러한 조절방법에는 가스분석기, 열전쌍, 부하전지와 같은 센서기기와 조합으로 컴퓨터의 사용을 통해 수행되는 복잡한 예측모델이 있다.
과거에, 화염드롭측정(flame drop measurements)을 사용하여 용기내 탄소함량을 조절할려는 다양한 시도가 있었다(예, US특허 3,652,262, Denis). 상기 특허는 BOF용기에서 방출된 적외선을 탐지하는 센서를 사용하는 것을 발표한다. 적외선 센서에서 나온 신호는 시간에 대한 광선세기의 함수를 나타내는 곡선을 발생하도록 처리된다. 상기 특허에서 Denis는 BOF용기의 오프-가스내 CO2및 CO의 농도를 측정하는데 사용된 제 1 가스 픽업과 총가스산출량 측정에 사용된 제 2 가스 픽업으로 부터 취한 판독값을 사용함으로써 발생된 탈탄곡선과 그의 복사곡선을 비교하였다. 이후에 그는 두 곡선을 비교하여 그의 시간/복사 곡선이 BOF제강공정동안 순간적 탄소판독에 유용하다고 결론을 내렸다. 그러나, 두 개의 상이한 그래프가 비교된다면 오프-가스곡선과 복사곡선간에는 예측된 탄소수준에서 큰 차이가 일어난다. 그러므로, Denis가 히트의 탄소함량에 대한 순간적 판독값을 제공하는데 일부 개선을 하였을지라도 화염 드롭 판독에 기초한 그의 예견된 탄소수준은 에러가 크다.
추가적으로, Iron & Steel Society 공보 "BOF STEELMAKING"(1977, J.H. Cox 둥)의 "BOF Control"이란 명칭의 제 15 장에 발견된 연구보고서에서 화염의 세기는 조내의 탄소의 함수이다고 제시된다. 그러나, 화염 세기 측정에 기초한 탄소예측은 더욱 엄격한 최근의 요구에는 만족스럽지 못하다.
이러한 신념은 제강산업에서 널리 확산되었다. 따라서 제강업자는 통계적인 예측 제어모델에 기초한 제어전략이나 탄소, 온도 등과 같은 변수를 주기적이고 연속적으로 측정한 더욱 복잡한 제어시스템(J.H. Cox등, "BOF STEELMAKING")을 사용하였다. 하나의 이러한 측정방법은 BOF히트의 탄소함량을 측정하기 위해서 질량/온도 계산을 사용한다. 이러한 질량/온도 계산은 에러가 있으며 종종 이들은 BOF히트를 오버블로우잉 또는 언더블로우잉 하게한다.
히트가 오버블로우잉된 경우에 다양한 바람직하지 않은 화학반응이 용기내에서 일어난다. 예컨대, 오버블로우잉된 히트에서 산소는 과량의 탄소를 소모하여 바람직하지 않게 낮은 탄소함량의 강제품이 제조된다. 또한, 과잉산소는 용융철과 반응하여 철산화물을 형성한다. 이것은 히트의 철수율을 떨어뜨린다. 히트의 오버블로우잉은 제강용기를 과열시키서 보호 내화라이닝을 조기 마모시키고 용기의 유효수명을 감소시킨다.
히트가 언더블로우잉된 경우에 히트는 재송풍을 받아서 탄소함량을 더욱 감소시켜야 한다. 이것은 제조시간 및 비용을 증가시키고 내화물 마모를 증가시킨다. 과잉 내화물 마모는 재송풍동안 슬래그에서 형성된 철산화물 때문이다. 슬래그내의 철산화물은 슬래그가 내화라이닝에 대해 더욱 부식성이 되게한다.
BOF제어시스템에서 마주치는 또다른 문제점은 뜨거운 BOF용기에 인접한 유해환경을 처리하는 것이다. 제강공정동안 BOF용기에서 방출된 복사열은 용기 근처에 위치된 민감한 전자시설을 과열시켜서 시스템 고장을 일으킨다. 또한 용기로 부터 방출된 먼지 및 연기는 제강공정제어에 사용되는 다양한 센서장치를 포함하여 제강소에 위치된 설비에 침적된다. 먼지 및 연기는 제어시설의 센서를 오염시켜서 불량판독 및 부정확한 야금학적 분석을 야기한다.
본 발명은 BOF용기내 히트(heat)의 탄소함량 조절 또는 측정 장치 및 방법, 특히 0.06% 이하의 탄소를 함유한 저탄소강 BOF히트에서 인-블로우 탄소함량 및 제 1 턴다운 탄소(FTDC)를 측정하는 방법에 관계한다.
도 1 은 BOF히트의 탄소함량 측정단계를 수행하는데 사용되는 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 2 는 도 1 시스템에서 도시된 광센서의 정면도를 보여준다.
도 3 은 도 2 광센서의 일부를 보여주는 확대도이다.
도 4 는 0.053% FTDC를 갖는 BOF히트를 보여주는 그래프이다.
도 5 는 0.045% FTDC를 갖는 BOF히트를 보여주는 그래프이다.
도 6 는 0.028% FTDC를 갖는 BOF히트를 보여주는 그래프이다.
도 7 은 화염 강하 측정 및 송풍된 산소를 기초로 하여 FTDC와 인-블로우 탄소함량을 측정하는데 사용될수 있는 프로그램의 순서도이다.
* 부호설명
1 ... 센서장치 2 ... 산소원
3 ... 프로그램가능한 논리 제어기(PLC)
4 ... 광측정기 5 ... 하우징
6 ... 전력원 7 ... 차가운 공기원
8 ... 관찰창 9 ... 공기 와이프
10 ... 센서시스템 11 ... 뚜껑
12 ... 구멍 13 ... 내부공간
14 ... 가스켓 15A, 15B ... 공기
16 ... 온도계 17 ... 온도탐침
19 ... 챔버 20 ... 통기구
21 ... 배기관 22 ... 광전지
23 ... 증폭회로 24 ... 조정부
25 ... 장착보오드 26 ... 전선
27, 28 ... 라인 29 ... 장착 플레이트
30 ... 슬롯 31 ... 핀
32 ... 스크루 33 ... 클램프
34, 35 ... 보스 36 ... 샤프트
37 ... 손잡이 38, 39 ... 플레이트
40 ... 패스너 41 ... 공기갭
42 ... 밸브스크루
그러므로 BOF히트의 탄소함량 측정방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
또한, 0.004%의 에러한계 내로 BOF 히트의 탄소함량을 정확히 제어 또는 측정하는 것이 본 발명의 목적이다.
또한, 본 발명의 목적은 용기내로 취송된 산소의 양에 대해서 BOF용기에서 방출된 가시광선 세기의 차이를 측정함으로써 BOF히트의 탄소함량을 정확히 제어 또는 측정하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 BOF히트의 탄소함량을 제어 또는 측정하는 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 제강공정에서 마주치는 고온에 대해 내성적이다.
마지막으로, 센서장치상에 연기나 먼지의 축적을 방지하기 위해서 자체 청소수단을 포함하며 BOF히트의 탄소함량을 제어 또는 측정하는 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 발명자들은 상기 목적들이 광센서를 제강 먼지 및 연기로 부터 차단하기 위해서 공기 와이프 수단을 포함하는 관찰창을 가지는 온도제어 케이스내에 수용된 광센서를 써서 BOF용기로 부터 방출된 가시광선 세기의 강하를 측정함으로써 달성됨을 발전하였다. 가시광선 세기의 강하는 BOF용기에 송풍되는 산소의 양에 대해서 BOF용기로 부터 방출된 최대 광선 세기의 순간부터 산소송풍의 마지막 순간까지 측정된다.
도 1 은 BOF히트의 FTDC수준과 인-블로우%탄소함량을 측정하는 단계를 수행하는 센서 시스템(10)의 구체예를 보여준다. "인-블로우 탄소함량"은 산소송풍동안 임의의 순간에 측정된 실시간 탄소량을 의미하며 "FTDC"는 BOF로의 제 1 산소송풍의 마지막 순간에 측정된 제 1 턴다운 탄소를 의미한다.
시스템은 센서장치(1), 산소원(2) 및 프로그램 가능한 논리제어기(3, PLC)를 포함한다. 센서장치(1)는 광세기 신호를 PLC에서 사용하기에 적당한 수준까지 증폭시키는 수단을 갖는 광 측정기(4), 전원(6) 및 뜨거운 제강환경이 센서장치를 과열시키는 것을 막아주는 차가운 공기원(7)을 포함하며 센서장치의 다양한 전자소자를 담을 케이스 또는 하우징(5)을 포함한다. 센서장치는 광측정기(4)를 BOF용기의 입구에서 방출된 가시광선에 노출시키기 위해서 케이스(5)벽을 통해 연장된 관찰창(8)을 더욱 포함한다. 공기 와이프(9)는 먼지 및 연기가 케이스 내부공간으로 들어오는 것을 막기 위해서 개방된 관찰창(8)으로 부터 나온다. 공기 와이프(9)는 광 측정기(4)의 광감지 부위를 에워싸서 제강먼지 및 연기를 차단한다.
센서장치는 BOF용기 입구에서 방출된 빛에 노출될 때 광세기 신호를 발생하도록 설계되며 신호는 처리를 위해 PLC에 송신된다. 유사하게, 산소원(2)은 히트동안 송풍된 산소의 양에 대응하는 신호를 발생하는 수단을 포함하며 이들 신호역시 처리를 위해 PLC에 보내진다. 광세기 신호와 송풍된 산소신호는 산소송풍동안 히트의 인-블로우%탄소함량을 연속 계산하기 위한 데이터를 제공한다. PLC는 광 및 산소신호를 수신 및 처리하여서 송풍된 산소의 양에 대해서 가시광선 세기의 강하(이후에는 "화염강하방법")에 기초하여 실시간으로 인-블로우%탄소함량을 연속으로 판독한다. 화염강하방법에 기초한 인-블로우%탄소함량 예측은 약 0.004%탄소의 예측에러를 갖는다.
도 2 및 도 3 에서 센서장치(1)는 케이스(5)의 내부공간(13)으로 접근하기 위한 구멍(12)을 제공하기 위해서 힌지연결된 뚜껑(11)을 갖는 케이스(5)를 포함한다. 가스켓 또는 시일(14)은 구멍(12)주변을 따라 연장되며 가스켓은 힌지연결된 뚜껑(11)과 함께 작동하여서 뚜껑(11)이 폐쇄위치에 있을 때 연기 또는 먼지가 내부공간(13)으로 들어가는 것을 방지한다. 선호된 구체예에서 소용돌이 튜브로 도시된 차가운 공기원(7)이 케이스벽을 통해 연장되어 차가운 공기(15A)를 내부공간(5)으로 주입한다. 차가운 공기는 내부공간(13)을 냉각시킨다. 온도계(16)역시 케이스(5)벽에 부착된다. 온도계는 온도계상에 내부공간 온도 판독값을 제공하기 위해서 내부공간(13)으로 연장되는 온도 탐침(17)을 포함한다. 내부온도 판독값은 차가운 공기원(7)을 조절함으로써 케이스의 내부온도를 조절하는데 사용된다.
선호되는 구체예에서, 차가운 공기원은 소용돌이 튜브 냉각기를 포함한다. 그러나 온도 조절수단을 갖는 임의의 에어콘장치가 내부공간(13)에 차가운 공기를 제공하는데 사용될 수 있다. 소용돌이 튜브(7)는 공기입구(18)를 포함하여 이를 통해서 가압공기(15)가 소용돌이 챔버(19)안으로 도입되며, 챔버는 차가운 공기(15A)를 내부공간(13)에 주입하는 차가운 공기 통기구(20)와 뜨거운 배출공기(15B)를 대기로 통기시키는 배출튜브(21)를 포함한다. 소용돌이 튜브는 내부공간(13)으로 주입되는 차가운 공기(15A)의 온도를 조절하기 위해서 배출튜브(21)벽을 통해 연장되는 밸브스크루(42)를 가지는 밸브장치를 더욱 포함한다. 차가운 공기의 온도는 밸브스크루(42)를 시계방향이나 반시계방향으로 돌림으로써 증감될수 있다. 이것은 뜨거운 배출공기의 흐름을 증가 또는 감소시키며 차가운 공기(15A)의 온도를 상승 또는 하강시킨다.
광측정기(4)는 케이스(5)의 내부공간(13)내에 수용된다. 선호되는 구체예에서, 모델 P401025 Davis 광 측정기가 사용된다. 그러나, BOF용기 입구로 부터 방출된 가시광선 세기를 측정할 수 있는 적당한 광 측정기가 센서장치(1)와 함께 사용될수 있다. Davis 광 측정기는 증폭회로(23)로 부터 셀레늄 광전지(22)를 분리시킨다. 이러한 광 측정기 배치는 케이스(5)내에 광감응 전지(22)와 증폭회로(23)를 독립적으로 장착할 수 있게한다. 광감응전지(22)는 활주가능한 조정부(24), 그리고 케이스벽에 부착되는 고정된 비-전도성 장착 보오드(25)에 대한 증폭회로(23)에 부착된다. 전선(26)은 광전지(22)를 증폭회로(23)에 연결시키며 증폭회로는 광전지(22)상에 입사한 가시광선에 대응하는 전자흐름으로 부터 수신된 광세기 신호의 수준을 증가시킨다. 전원(도시안된)은 라인(27)을 통해 광측정기(4)에 전력을 공급하며 광측정기로 부터 증폭된 전기신호는 라인(28)을 통해 도 1 에 도시된 PLC에 전송된다. 전원은 도 1 에서 부호(6)로 도시된 대로 내장형이거나 도 2 에서 외부 전력선(27)으로 도시된 대로 외장형이다.
도 3 에서, 활주가능한 조정부(24)는 장착 플레이트(29), 장착 플레이트의 제 1 단부에 부착된 클램프(33), 클램프(33) 반대방향의 장착 플레이트의 제 2 단부에 부착된 스크루(32)를 포함한다. 장착 플레이트(29)는 기다란 슬롯(30)을 포함한다. 장착 보오드(25)에 한 단부가 고정된 핀 또는 패스너(31)는 각 슬롯(30)을 통해 연장되어 장착 플레이트(29)를 비-전도성 장착 보오드(25)에 활주가능하게 부착시킨다.
스크루장치는 비-전도성 장착보오드(25)에 부착된 제 1 나사형 보스(34)와 장착 플레이트(29)에 부착된 제 2 나사형 보스(35)를 포함한다. 적어도 한 단부에 조정 손잡이(37)가 위치된 나사산이난 샤프트(36)는 제 1 및 제 2 보스의 나사를 통해 연장한다. 나사산이난 샤프트(36)는 샤프트(36)가 시계방향이나 반시계방향으로 회전될 때 기다란 슬롯(30)과 핀(31)간의 맞물림 한계내에서 장착 플레이트(29)를 움직이는 힘을 제공한다.
클램프(33)는 스크루(32) 맞은편에 위치되며 장착 플레이트(29)에 부착되며 관찰창(8)에 평행하게 위치된 뒷판(38)을 포함한다. 클램프(33)는 또한 관찰창(8)에 인접위치하며 패스너(40)에 의해 뒷판에 부착되는 투명한 전방 플레이트(39)를 포함한다. 광전지(22)는 플레이트(38, 39) 사이에 위치되며 패스너는 두 플레이트 사이에 전지(22)를 고정하도록 조여져서 그것을 관찰창(8)에 인접하고 평행하게 유지시킨다.
차가운 공기 통기구(20)로 부터 내부공간(13)으로 주입된 차가운 공기(15A)는 케이스(5) 내부에 차가운 공기흐름을 제공한다. 차가운 공기흐름은 개방된 관찰창(8) 방향으로 움직여서 케이스 내에 수용된 전자소자를 냉각한다. 차가운 공기는 개방된 관찰창(8)에 인접 위치된 광전지(22)를 에워싸고 창을 통해 빠저나가 공기 와이프(9)를 제공한다. 공기 와이프(9)는 먼지 및 연기가 관찰창(8)을 통해 내부공간(13)으로 들어오는 것을 막아서 투명한 플레이트(39)와 광전지(22)의 광감응 표면을 깨끗한 상태로 유지시킨다. 그러나, 공기 와이프가 광전지(22)를 에워싸는것으로서 기술될지라도 본 장치는 디스크형 구성을 가지는 광전지에 국한되지 않는다. 광전지의 모양은 본 발명의 사상에 중요하지 않으며 정사각, 직사각형과 같은 적당한 모양을 가질수 있으며 공기 와이프(9)에 의해 에워싸인다.
광전지가 제강먼지 및 연기로 오염되고 있음이 관찰된다면 스크루(32)는 관찰창 방향으로 광전지를 이동시키도록 회전될수 있다. 이것은 공기 갭(41)을 감소시키며 공기 와이프(9)의 속도를 증가시킨다. 먼지 및 연기가 광전지(22)의 광감응 표면을 오염시키는 것을 막아주는 수준까지 공기 와이프 속도가 증가될때까지 스크루는 회전한다. 유사하게 광센서를 청결상태로 유지시키는데 필요한 것 보다 적은 공기 와이프 속도가 관찰되면 스크루는 공기 갭(41)을 증가시키는 방향과 반대로 회전되어서 공기 와이프의 속도를 감소시킨다.
제강 용기 입구에서 방출된 화염의 가시적 관찰은 오랫동안 제강 히트의 FTDC평가에 사용되어 왔다. 이러한 조절방법은 보통 Bessemer 전환기와 함께 사용되었으며 어떤 경우에는 이러한 화염 관찰이 BOF제강 공정에 사용되었다. 그러나, 과거의 화염 강하 조절방법은 BOF용기에서 방출된 최대 광세기 순간에 측정된 광세기 강하와 최대 광세기 순간부터 산소송풍의 마지막 순간까지 BOF용기에 송풍된 산소의 양간에 상관관계를 인식할수 없었다.
액체철에 용해된 탄소가 BOF용기에 송풍된 산소와 반응한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이러한 반응으로 제강 용기의 오프-가스에 CO 및 CO2가 형성된다. 산소 송풍 초기에 들어오는 산소는 이산화탄소 보다 일산화탄소를 더 많이 발생시키므로 CO는 용기 오프-가스의 대부분을 차지한다. 오프-가스내의 CO는 용기의 입구에서 후연소되어 화염을 일으킨다. 송풍 마지막 순간에 용융조가 강으로 전환되어 조가 훨씬 더 적은양의 탄소를 함유할 때 탄소-산소반응은 오프-가스에서 훨씬 적은양의 CO를 발생시킨다. 이 순간에 오프-가스내에는 CO가 적으므로 용기 입구에서 후연소 화염은 꽤 일정한 낮은 수준의 광세기까지 감소한다.
송풍된 산소의 양과 BOF히트의 FTDC를 화염 세기의 강하와 상관시킬려고 300개 이상의 BOF히트에 대한 광세기(LI)가 송풍된 산소의 SCF의 함수로서 측정되었다. 이들 관찰된 히트에 대한 FTDC는 DO2, DLI/ILI 및 DO2킨크(kink)변수와 상관된다.
델타 산소(DO2) = 최대 LI순간부터 산소송풍의 마지막 순간까지 송풍된 산소의 양(SCF)
화염 강하도(DLI/ILI) = 최대 LI와 산소 송풍의 마지막 순간 간의 시간에서 임의의 순간에 광세기의 감소(DLI)와 산소송풍의 개시부터 최대 LI 순간까지 광세기의 증가(ILI)간의 비율
델타 산소(DO2킨크) = LI측정에서 "킨크" 순간부터 마지막 산소송풍까지 송풍된 산소의 양(SCF)
이후에 FTDC는 통계적 회귀분석을 통해 상관되어서 임의의 저탄소함량의 히트에 대한 인-블로우%탄소함량을 측정하는데 사용될수 있는 FTDC 방정식을 개발한다. 이것은 계산을 단순화 시키기 위해서 DO2, DLI/ILI 및 DO2킨크 변수를 다음과 같이 정의함으로써 행해진다 :
X1 = DO2/100,000 ,
X2 = DLI/ILI ,
X3 = DO2킨크/10,000 .
분석된 히트의 각 FTDC에 대한 실험실 분석은 표 1 에 도시된 대로 측정된 변수 X1, X2, 및 X3와 동일하다
히트 - FDTC X1 X2 X3
1.0.032 1.206 1.057 2.990
2.0.021 1.412 1.297 1.250
3.0.043 0.580 0.722 0.000
｜ ｜ ｜ ｜
｜ ｜ ｜ ｜
299.0.028 1.142 1.149 0.951
300.0.056 0.173 0.354 0.000
표 1 이 여러개의 히트 관찰동안 측정된 실제값을 열거할지라도 표 1 에 도시된 값은 실제 히트번호 순서로 반드시 열거되지는 않았다. 또한, X2변수는 두 개의 LI 양 간의 비이며 BOF에서 화염강하의 정도에 대한 측정값이다. 이 작업에서 사용된 LI값은 임의의 단위로 표현된다. X2는 두 LI 양 간의 비이므로 LI의 단위는 화염의 세기를 분석하는데 영향을 주지 않는다. LI측정 단위들이 일치하는한 임의의 단위든 절대단위든 임의의 측정단위가 BOF용기에서 방출된 화염의 LI측정에 사용될수 있다.
실험실 분석에 의해 측정된 X1, X2 및 X3 변수에 대해 실제측정값을 알고 각 히트에 대한 실제 FTDC를 안다면 다음 수학식 1이 전개되며 "a"에서 "k"까지의 값이 각 히트에 대해 계산된다.
FTDC 변수가 통계적 회귀분석을 통해 상관되어서 FTDC방정식을 전개하여 임의의 저탄소함량 히트에 대한 인-블로우%탄소함량을 측정한다. 히트 1 에서 히트 300 까지 FTDC, X1, X12, X13, X2, X22, X23, X1X2, X1X22, X12X2 및 X3의 제곱근이 Microsoft Excel Worksheet로 제공된 선형 회귀 프로그램이 FTDC를 종속변수로 하고 X1내지 X3의 제곱근을 독립변수로 하여 실행된다. 이 프로그램은 계수 "a" 내지 "k"값을 산출한다. 예컨대, "a"값은 "절편"이다(X1, X2 및 X3가 0일 때 "a" 값은 FTDC와 같다). "b"값은 변수 X1에 대한 계수이며 "c"는 X12에 대한 계수이며 "k"는 X3의 제곱근에 대한 계수이다. 관찰된 히트에 대해 계산된 "a" 내지 "k" 값을 보여주는 완성된 FTDC방정식에 대한 실시예가 아래에 나타난다.
계수 "a" 내지 "k"에 대한 계산값은 BOF마다 다르다. 일반적으로, 이들의 값은 제강소 상태 및 관찰된 BOF 용기의 종류에 종속적이다. 용기 입구에 구축된 스컬(skull)과 같은 상태와 용기 디자인의 물리적 특징으로 인해 어떤 용기는 다른 용기보다 많은 가시광선을 방출한다. "a" 내지 "k" 값은 BOF에 대한 광측정기의 위치에 종속적일수도 있다. 그러므로, %탄소가 화염 강하 방법으로 측정되기 이전에 각 BOF용기에 대한 "a" 내지 "k"값을 측정하는 것이 필요하다.
계산된 "a" 내지 "k" 계수는 도 7 에 도시된 순서도에 기초로 작성된 프로그램에 입력된다. 이러한 가능한 프로그램에 대한 코드가 첨부 A로서 부착된다. 그러나 첨부 A 의 코드는 도면에 도시된 순서도를 따라 작성될수 있는 여러 코드중 하나의 실시예일 뿐이다. 계산된 "a" 내지 "k" 값과 변수 X1, X2 및 X3에 대한 실시간 측정값을 기초로 도 7 에 도시된 프로그램은 FTDC방정식을 사용하여 탄소%를 실시간으로 계산한다.
FTDC방정식의 형태는 중요하지 않다. 이 방정식은 화염-강하 방법에 기초하여 탄소%를 측정하기 위한 본 발명의 단계를 수행하는 수단일 뿐이다. 다항식은 FTDC를 변수 X1, X2 및 X3로 기술하는 한가지 방법이다. 그러나, 로그함수, 지수함수, 고차다항식 또는 이들의 조합을 포함하는 다른 형태의 방정식이 탄소예측에 사용될수 있다. 신경망 프로그램이 이러한 목적으로 탄소를 예측하는데 사용될수도 있다.
FTDC방정식과 도 7 에 도시된 프로그램이 개발된 이후에 추가 BOF히트가 화염 강하 방법을 사용하여 모니터링 되어서 각각의 FTDC수준을 결정한다. 이러한 히트는 도 1 내지 도 3 에 도시된 센서 시스템(10)을 사용하여 모니터링 된다. PLC는 도 7 에 도시된 순서도에 따라서 프로그램되며 프로그램은 광센서(1)로 부터 수신된 LI신호와 산소원(2)으로 부터 수신된 O2신호를 분석하여 추가 히트에 대한 X1, X2 및 X3값을 결정한다. FTDC방정식을 사용하여 프로그램은 앞서 계산된 "a" 내지 "k" 값과 연속 LI, DO2및 DO2킨크 측정으로 부터 결정된 실시간 X1, X2 및 X3값에 기초하여 인-블로우 탄소함량%을 예측한다. 추가 히트에 대해 각 계산된 FTDC는 화학 분석을 통해 실험실에서 결정된 FTDC조성과 비교된다. 예측값은 매우 정확하다. 화염 강하 방법을 기초로 예견된 인-블로우 탄소함량%에 대한 평균 절대에러는 0.004%탄소이며 에러의 표준편차는 약 0.006%탄소이다. FTDC예측의 정확도는 0.05%이상의 탄소 범위에서는 감소하기 때문에 예측은 0.05% 이하의 탄소 함량을 가지는 BOF히트에 대해서 가장 적합하다.
도 4 및 도 5 의 그래프에 도시된 BOF히트 실시예에서, BOF로 부터 방출된 광세기는 최대 광세기 순간에 도달하기 이전에는 인-블로우의 처음 80%에 대해서는 일정하게 증가한다. 최대 LI까지의 광세기의 증가는 ILI로서 도시된다. 송풍개시부터 마지막까지 실시간 LI 및 O2신호가 연속으로 PLC에 송신되어서 완전한 LI곡선을 그리고 총산소소모를 기록한다. 처음 80%송풍에 대해서는 시간 평균 LI신호가 매분마다 송신되고 마지막 20%송풍동안에는 4초마다 송신된다. LI곡선이 최대광세기 순간부터 강하할 때 PLC는 연속으로 실시간 LI 및 O2신호를 처리하며 인-블로우 탄소함량을 결정한다. FTDC방정식을 기초로 연속 실시간 탄소%를 계산하는 컴퓨터 프로그램을 작동시켜서 인-블로우 탄소함량%이 결정된다. 예측된 탄소%가 0.05%C 이하의 범위내에 있다면 예측된 탄소%를 보여주는 연속화면이 마지막 송풍 단계에 도달될때까지 작동자에게 보여진다. 도 4 및 도 5 의 두 곡선에서 컴퓨터 판독이 강철조내의 탄소%가 최종제품에 바람직한 목표탄소함량으로 감소됨을 표시할때까지 실시간 O2및 LI신호는 처리용 PLC에 전달된다. 이후에 산소 송풍은 중단되고 강철은 최종제품으로 연속주조와 같은 또다른 가공을 위해 레이들에 담긴다.
도 6 에 도시된 제 3 BOF히트 실시예는 LI측정에서 "킨크"(kink)를 지나 계속되는 곡선을 보여준다. LI곡선에서 킨크는 더 적은 사후연소 화염 및 BOF용기 입구에서 더 낮은 가시광선 수준의 표시이다. 오프-가스에서 소량의 CO로 인해 낮은 광세기를 갖는 꽤 일정한 화염이 갑자기 BOF용기의 입구에서 관찰되는 수준까지 강조내의 과잉 탄소를 감소시키는 산소 송풍의 결과이다. 결과적으로, 일정하게 낮은 수준의 광세기는 도 6 에 도시된 LI곡선에서 킨크를 발생하는 LI측정을 제공한다. 이러한 꾸준하게 낮은 광세기 상태하에서 실시간 DO2및 LI값과 함께 실시간 DO2킨크값이 PLC에 의해 연속적으로 결정되고 컴퓨터 DLI/ILI, DO2및 DO2킨크에 기초하여 인-블로우 탄소함량%을 연속으로 계산한다. 강조내 탄소%가 목표 탄소함량과 동일하다는 것을 프로그램이 표시할 때 산소송풍이 중단되고 최종 제품으로의 또다른 가공을 위해 강이 레이들에 담겨진다.
화염 강하 방법을 사용하여 도시된 세가지 곡선에서 최대 LI순간에 도달된 이후에 히트가 송풍받을 때마다 X1, X2 및 X3에 대한 값이 연속으로 계산되고 목표 탄소가 PLC 판독으로 예견될때까지 히트의 인-블로우 탄소함량이 측정될수 있다. 예컨대, 도 4에서 약 500,000 SCF의 O2가 용기에 송풍된 이후에 최대 LI순간에 도달된다. 0.053%탄소의 금속조성물이 될 때까지 산소송풍이 계속된다. LI가 최대높이 730으로 부터 떨어질 때 PLC는 센서장치(1) 및 산소원(2)으로 부터 연속 실시간 LI 및 O2신호를 수신하고 최후 산소송풍이 중단될때까지 0.05%탄소 이하에서 시작한 히트에 대한 인-블로우 탄소함량%을 연속 표시한다. 이 실시예에서 0.053%탄소 수준은 약 45,000 SCF의 DO2에 대응하는 약 480의 광세기에서 도달된다.
도 5 에서, 저탄소함량 BOF히트에 대한 LI 곡선이 0.045%탄소의 FTDC를 가지는 것으로 도시된다. 최대 LI순간은 500,000 SCF산소하에서 약 780에서 도달되고 0.045%탄소수준은 40,000 SCF의 DO2에 해당하는 약 400의 광세기에서 예견된다. 산소 송풍동안 LI 및 O2신호를 연속으로 PLC에 송신되고 프로그램 X1, X2 및 X3값을 계산하고 연속으로 인-블로우 탄소함량%을 예측한다.
도 6 에서, BOF히트는 0.028%탄소의 FTDC를 가지는 것으로 도시된다. 이 실시예에서 LI곡선에 도시된 DO2킨크 순간을 지나서도 산소가 송풍된다. "킨크"는 제강 공정에서 일어나는데, 오프-가스내 소량의 CO가 갑자기 꽤 일정한 낮은 광세기의 화염을 발생하는 수준까지 낮은 탄소 수준으로 과잉 탄소가 산소에 의해 감소될 경우에 발생한다. 결과적으로, BOF용기 입구에서 어두운 사후 연소화염이 LI곡선에서 "킨크"를 발생하는 X2 변수를 생성한다.
산소송풍의 제어는 히트의 DO2킨크 부위에 더욱 중요하다. PLC판독은 히트의 과열과 과도한양의 탄소소모를 막기 위해서 주의해야 한다. 도 6 에서 도시된 히트는 360,000 SCF산소에서 약 710 에서 최대 LI 순간에 도달한다. 이후에, LI측정에서 약 280의 "킨크"에 도달할때까지 LI세기는 강하한다. 예측된 0.028%탄소의 강조성물이 얻어질때까지 킨크를 지나 산소송풍이 계속된다. 이 실시예에서, 0.028%의 FTDC는 DLI/ILI=1.05, DO2=155,000SCF, DO2킨크=25,000SCF일 때 도달된다.

Claims (27)

  1. a) BOF용기에서 방출된 광세기 측정;
    b) BOF용기로 송풍된 산소의 양 측정;
    c) 상기 광세기 및 송풍된 산소의 양에 기초하여 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속계산;
    d) 상기 히트에 대해 목표 탄소와 동일한 인-블로우 탄소함량%이 계산될 때 상기 BOF용기로 송풍된 산소를 중단시키고;
    e) 최종 강제품으로의 또다른 가공을 위해 상기 목표 탄소와 동일하게 계산된 인-블로우 탄소함량%을 가지는 히트를 태핑(tapping)하는 단계를 포함하는 BOF 용기로 산소송풍 동안 히트의 탄소함량 특정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광세기 측정단계가
    a) 상기 산소송풍 개시부터 상기 BOF용기에서 방출된 최대 광세기 순간까지 광세기의 증가(ILI)를 측정하고;
    b) 상기 최대광세기 순간부터 광세기 감소(DLI)를 연속으로 측정하고;
    c) 상기 광세기와 송풍된 산소의 양을 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속 계산하는 단계에서 사용하기 위한 DLI/ILI 비를 연속으로 계산하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광세기와 송풍된 산소의 양을 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속 계산하는 단계에서 목표 탄소가 계산될때까지 상기 DLI/ILI비가 연속계산됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 DLI/ILI비가 산소송풍이 중단될때까지 연속으로 계산됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 BOF용기로 송풍된 산소의 양을 측정하는 단계가 상기 BOF용기에서 방출되는 최대 광세기 순간부터 송풍된 산소의 양(DO2)을 연속으로 측정하는 것을 포함하며, 상기 DO2가 상기 광세기 및 송풍된 산소를 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속 계산하는 단계에서 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광세기 및 송풍된 산소의 양을 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속계산하는 단계에서 목표 탄소가 계산될때까지 상기 DO2가 연속으로 측정됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 산소송풍이 중단될때까지 상기 DO2가 연속측정됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 산소송풍이 중단될때까지 상기 광세기 측정에서 킨크(kink)로 부터 송풍된 산소의 양(DO2킨크)을 측정하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 DO2킨크가 상기 광세기 및 송풍된 산소의 양을 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속 계산하는 단계에서 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  9. a) 산소송풍 개시부터 최대 광세기 순간사이에 BOF용기로 부터 방출된 광세기 증가(ILI)를 측정하고;
    b) 상기 최대 광세기 순간과 상기 산소송풍 마지막 순간 사이에서 임의의 순간에 광세기 차이(DLI)를 측정하고;
    c) 상기 최대 광세기 순간과 상기 산소송풍 마지막 순간사이의 임의의 순간에 송풍된 산소의 양(DO2)을 측정하고;
    d) 상기 DLI측정과 ILI측정으로 부터 DLI/ILI변수를 결정하고;
    e) 상기 DO2측정으로 부터 DO2변수를 결정하고;
    f) 상기 DLI/ILI 변수 및 상기 DO2변수를 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 계산하고;
    g) 상기 히트에 대한 목표탄소와 동일한 인-블로우 탄소함량%이 계산될 때 상기 산소송풍을 중단하고;
    h) 최종 강제품으로의 추가 가공을 위해 상기 목표탄소와 동일하게 계산된 인-블로우 탄소함량%을 가지는 히트를 태핑하는 단계를 포함하는 BOF 용기로 산소송풍동안 히트의 탄소함량 측정방법.
  10. 제 9 항에 있어서, a) 상기 DLI 측정에서 킨크와 상기 산소송풍의 마지막 순간사이의 임의의 순간에 송풍된 산소의 양(DO2킨크)을 측정하고,
    b) 상기 DO2킨크 측정으로 부터 DO2킨크 변수를 결정하고,
    c) 상기 DLI/ILI 변수, DO2변수 및 DO2킨크 변수를 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 계산하는 단계를 더욱 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 인-블로우 탄소함량%이 연속으로 계산됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 인-블로우 탄소함량%이 연속으로 계산됨을 특징으로 하는 방법.
  13. a) BOF 용기에서 방출된 가시광선 세기(LI)를 측정하는 적어도 하나의 센서를 제공하고;
    b) 산소송풍 개시부터 최대 LI 순간까지 센서를 사용하여 LI를 측정하고, 상기 적어도 하나의 센서는 광세기의 증가(ILI)를 나타내는 적어도 하나의 값을 계산하기 위해서 PLC에서 사용할 적어도 두 개의 LI신호를 발생하며;
    c) 최대 LI순간과 산소송풍 마지막순간 간에 LI를 상기 센서를 사용하여 연속으로 측정하고, 상기 적어도 하나의 센서는 광세기의 감소(DLI)에 대한 실시간 값을 연속 계산하기 위해서 PLC에서 사용할 연속 실시간 LI신호를 발생하며;
    d) 최대 LI순간과 산소송풍 마지막 순간 사이에 송풍된 산소의 양(DO2)을 나타내는 실시간 O2신호를 PLC에서 사용하도록 발생하고;
    e) 상기 적어도 하나의 ILI값, 연속 실시간 DLI값, 연속 실시간 DO2양을 기초로 상기 히트의 인-블로우 탄소함량%을 연속 예측하고;
    f) 인-블로우 탄소함량%이 목표 탄소와 동일하게 예측할 때 상기 산소송풍을 중단하고;
    g) 최종 강제품으로의 추가 가공을 위해 상기 목표 탄소와 동일하게 예측된 인-블로우 탄소함량%을 가지는 히트를 태핑하는 단계를 포함하는 BOF용기로 산소송풍동안 탄소함량을 측정하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, LI측정에서 킨크와 산소송풍 마지막 순간 사이에 송풍된 산소의 양(DO2킨크)을 나타내는 연속 실시간 O2신호를 PLC에서 사용하도록 발생하는 추가 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 인-블로우 탄소함량%이 적어도 하나의 ILI값, 연속 실시간 DLI값, 연속 실시간 DO2양 및 연속 실시간 DO2킨크양을 기초로 예측됨을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 인-블로우 탄소함량%이 연속 실시간 DLI/ILI비, 연속 실시간 DO2양을 기초로 계산됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 인-블로우 탄소함량%이 연속 실시간 DLI/ILI비, 연속 실시간 DO2양, 및 연속 실시간 DO2킨크 양을 기초로 계산됨을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 0.05% 이하의 탄소함량에서 시작하여 연속으로 예측된 인-블로우 탄소함량을 표시하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  19. a) BOF용기에 송풍된 산소의 양을 나타내는 실시간 신호 발생수단;
    b) 산소송풍동안 BOF용기에서 방출된 가시광선을 나타내는 실시간 신호 발생수단;
    c) 송풍된 산소의 양과 광세기 신호를 기초로 BOF용개내 강철의 인-블로우 탄소함량% 계산 수단을 포함하는 BOF용기에서 인-블로우 탄소함량% 측정장치.
  20. 제 19 항에 있어서, a) ⅰ) 산소송풍 개시부터 최대 가시광선 세기 순간까지 가시광선 세기의 증가를 나타내는 값(ILI)과 ⅱ) 최대 가시광선 세기 순간부터 산소송풍의 마지막 순간까지 가시광선의 감소를 나타내는 연속 실시간 값(DLI)의 비인 DLI/ILI 비와 b) 최대 가시광선 세기의 순간과 산소송풍 마지막순간 사이에 송풍된 산소의 양을 나타내는 연속 실시간 DO2값을 기초로 인-블로우 탄소함량%을 계산하는 수단을 포함하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, a) ⅰ) 산소송풍 개시부터 최대 가시광선 세기 순간까지 가시광선 세기의 증가를 나타내는 값(ILI)과 ⅱ) 최대 가시광선 세기 순간부터 산소송풍의 마지막 순간까지 가시광선의 감소를 나타내는 연속 실시간(DLI)의 비인 DLI/ILI 비와 b) 최대 가시광선 세기의 순간과 산소송풍 마지막순간 사이에 송풍된 산소의 양을 나타내는 연속 실시간 DO2값과 c) BOF 용기에서 방출된 가시광선을 나타내는 실시간 신호에서 킨크와 상기 산소송풍의 마지막 순간 사이에 송풍된 산소의 양을 나타내는 연속 실시간 DO2킨크값을 기초로 인-블로우 탄소함량%을 계산하는 수단을 포함하는 장치.
  22. a) ⅰ) 가시광선을 나타내는 신호발생 수단을 갖는 광센서를 수용할 내부공간을 가지는 하우징; ⅱ) 상기 내부공간과 통하는 차가운 공기원; ⅲ) BOF용기에서 방출된 빛에 상기 광센서를 노출시키기 위해서 상기 하우징의 벽을 통해 연장된 관찰창; ⅳ) 외부 오염물이 상기 내부공간으로 들어오는 것을 막아주기 위해서 상기 관찰창을 통해 일정속도로 흐르는 공기 와이프; ⅴ) 상기 공기 와이프의 속도를 조절하는 조정수단을 포함하는 광 측정기;
    b) BOF용기로 송풍된 산소를 나타내는 신호를 발생하는 수단;
    c) 상기 광 측정기로 부터 수신된 송풍된 산소신호 및 가시광선 신호를 기초로 인-블로우 탄소함량%을 계산하는 수단을 가지는 PLC를 포함하는 BOF용기로 산소송풍동안 히트의 탄소함량 측정장치.
  23. a) 가시광선을 나타내는 신호 발생수단을 갖는 광센서를 수용할 내부공간을 가지는 하우징; b) 상기 내부공간과 통하는 차가운 공기원; c) BOF용기에서 방출된 빛에 상기 광센서를 노출시키기 위해서 상기 하우징의 벽을 통해 연장된 관찰창; d) 외부 오염물이 상기 내부공간으로 들어오는 것을 막아주기 위해서 상기 관찰창을 통해 일정속도로 흐르는 공기 와이프; e) 상기 공기와이프의 속도를 조절하는 조정수단을 포함하는 광 측정기.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 공기 와이프가 상기 광센서를 에워쌈을 특징으로 하는 측정기.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 조정수단이 상기 관찰창을 통해 흐르는 상기 공기와이프의 속도를 조절하기 위해서 상기 관찰창쪽으로 또는 관찰창으로 부터 멀리 조절가능함을 특징으로 하는 측정기.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 조정수단이 a) 상기 관찰창 쪽으로나 관찰창으로 부터 멀리 움직이기 위해서 상기 하우징벽에 활주가능하게 부착된 장착 플레이트; b) 상기 관찰창에 인접하게 상기 장착 플레이트의 제 1 단부에 부착되며 상기 관찰창에 평행한 상기 광센서의 광감응 부위를 지탱하는 클램프; c) 상기 제 1 단부 맞은편에 상기 장착플레이트의 제 2 단부에 부착되며 상기 관찰창 쪽으로 관찰창으로 부터 멀리 상기 장착 플레이트를 움직일 힘을 제공하기 위해서 상기 하우징에 부착된 스크루를 포함함을 특징으로 하는 측정기.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 내부공간과 통하는 공기원의 온도를 조절하는 수단을 포함하는 측정기.
KR1019980702218A 1995-10-31 1996-09-06 Bof용기내강철의탄소함량측정방법,광측정기및측정장치 KR100321670B1 (ko)

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