KR20020025219A - 용선 정련노의 내측 관찰방법 및 노의 내측 관찰용 송풍구 - Google Patents

용선 정련노의 내측 관찰방법 및 노의 내측 관찰용 송풍구 Download PDF

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KR20020025219A
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신야 기타무라
츠요시 야마자키
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아사무라 타카싯
신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

본 발명은 정련 상태에 따라서 항상 관찰용 송풍구를 개방함으로써 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 안정되게 관찰하는 것이 가능하다. 비접촉 상태하의 송풍구의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 및 송풍구의 전방 단부의 개구조건에 따라서 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용하거나 서로 혼합하여 사용하는 단계를 포함하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법이 제공된다.

Description

용선 정련노의 내측 관찰방법 및 노의 내측 관찰용 송풍구{METHOD FOR OBSERVING INSIDE OF MOLTEN IRON REFINING FURNACE AND TUYERE FOR OBSERVING INSIDE OF FURNACE}
노벽 및/또는 노 저부상의 내화물을 관통하는 튜브를 통해서, 전로로 대표되는 정련노내 용선의 온도 및 조성을 관찰하는 방법이 종래에 제공되었다.
예를 들어, 다음의 방법이 제공된다. 정련노내 용선의 온도에 관하여, 일본 특개평 11-142246호 공보에 개시되는 바와 같이 이미지 섬유(image fiber)가 사용되는 방법이 제공된다. 정련노내 용선의 조성에 관하여, 일본 특개평 60-42644호 공보에서 개시된 바와 같이 레이저 빔이 사용되는 방법이 제공된다.
상기 기술에서, 관찰용으로 사용되는 송풍구가 항상 개구될 필요가 있다. 일반적으로, 송풍구로부터 용선으로 가스를 공급하는 경우에는, 머시룸(mushroom)으로 언급되는 한 조각의 고체 철이 송풍구의 단부에서 응고에 의해 생성된다. 이 머시룸의 생성으로 인하여, 용선의 온도 및 조성을 관찰하는 것이 불가능하게 된다. 송풍구의 단부가 산소가스를 공급하여 야기되는 발열반응에 의해 개구되는 경우에는, 송풍구의 전방면이 산화의 공정에서 발생된 열에 의해 높은 온도로 가열된다. 그러므로, 온도를 측정하는 것이 불가능하게 된다. 또한, 가벼운 원소들은 산소가스에 의해 흡수되기 때문에, 그 가벼운 원소의 성분을 측정하는 것이 불가능하게 된다. 머시룸의 생성은 튜브로부터 공급된 가스의 조성 및 유동률뿐만 아니라 용강의 온도 및 성분에 크게 영향을 받는다. 그러나, 적절한 제어 조건을 분명히 하는 제시된 방법은 알려져 있지 않다. 상술된 바와 같이, 종래기술에는 관찰자용 송풍구를 항시 개구하는 조건에 대하여 현재까지 알려진 바가 없다. 그러므로, 정련중에 안정되게 노의 내측을 관찰하는 것은 불가능 하다.
본 발명은 전로(convertor), AOD 및 RH 와 같은 용선(molten iron) 정련노의 노벽 및/또는 노의 저부(bottom)상의 내화물을 관통하는 튜브를 통해서, 비접촉 상태하의 단일 튜브의 단부에서, 용융금속으로부터 방사되는 전자파를 탐지하여 정련노 내의 용강(molten steel)을 포함하는 용선의 온도 및/또는 조성을 안전하게 관찰하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 관찰용 송풍구의 개구부의 직경(K), 송풍구의 선단에서 생성된 머시룸의 직경(M), 및 내부 튜브의 내경(r) 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 2는 파라미터(parameter) α, 튜브의 내경(r) 및 방사에 의한 온도 측정의 정밀도 사이의 관계를 보여주는 실험결과를 도시하는 도면이다.
도 3은 내경이 10㎜의 튜브가 사용되는 경우에 개구율과 방사에 의한 온도측정의 정밀도 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 관찰용 단일 튜브의 모델을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 노의 내측 관찰용 2중 튜브의 모델을 보여주는 도면이다.
부호의 설명
1: 단일 튜브 송풍구(단일 튜브) 2: 2중(더블) 튜브 송풍구의 내부 튜브
3: 2중(더블) 튜브 송풍구의 외부 튜브 4: 송풍구 내화물
5: 머시룸 6: 가스의 기포
7: 노벽 8: 가스 공급용 파이프(단일 파이프)
9: 가스 공급용 파이프의 내부 튜브 10: 가스 공급용 파이프의 외부 튜브
11: 이미지 섬유의 전방 단부 12: 이미지 섬유
13: 가요성 호스 14: 이미지 섬유 냉각용 가스의 파이프 단부
15: 지그(jig) A: 가스(단일 파이프)
B: 내부 튜브 가스 C: 외부 튜브 가스
D: 이미지 섬유 냉각용 가스 E: 용선
F: 정련 노 내화물(refining furnace refractory)
본 발명의 목적은 정련의 상태에 따라 항상 관찰용으로 사용된 송풍구를 계속 개구함으로써 정련노에서 용강을 포함하는 용선의 온도 및/또는 조성을 안정되게 관찰하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 방법에서 관찰용으로 사용된 송풍구를 제공하는 것이다. 본 발명은 다음과 같이 기술된다.
(1) 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 및 튜브의 전방 단부의 개구조건에 따라 불활성 가스 또는산화성 가스만을 사용하거나 서로 혼합하여 사용하는 단계를 포함하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법. 이 경우에, 불활성 가스는 아르곤(Ar), 질소 또는 일산화탄소(CO)이고, 산화성 가스는 산소, 공기 또는 이산화탄소(CO2)이다.
(2) 항목(1)에 있어서, 튜브의 개구율(%)이 송풍구의 내경 r(mm)에 의해 (1)식으로 계산되는 α이하의 경우에 불활성 가스와 산화성 가스의 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하고(개구기간), 개구율이 α보다 큰 경우에 불활성 가스만을 공급하는(정상기간) 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법.
α= 765/r2‥‥‥ (1)
이 경우에, 개구기간은 튜브의 전방 단부에서 측정되는 용선의 온도가 1800 이상일 때 판단되어 종결된다. 개구율의 상한은 특별히 규정되지 않음에도 불구하고, 송풍구의 용융을 방지하기 위해서 95% 이하로 되는 것이 바람직하다.
(3) 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 및 튜브의 전방 단부의 개구조건에 따라 불활성 가스의 유량(flow rate)을 제어하는 단계를 포함하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법. 이 경우에, 불활성 가스는 아르곤(Ar), 질소 또는 일산화탄소(CO)이다.
(4) 단일 튜브의 개구율(%)이 튜브의 내경 r(mm)에 의해 (1)식으로 계산되는 α이상, 95% 이하가 되도록 용선의 온도 및 조성에 따라 불활성가스의 유동률을 제어하는 항목(3)에 따른 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법.
(5) 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브를 구비하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구로서, 내경이 2 내지 6 mm인 튜브의 전방단부의 개구 상태에 따라 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용할 수 있게 하거나 서로 혼합하여 사용할 수 있게 하는 제어 기능을 포함하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구.
(6) 튜브의 전방단부에서 용선으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 비접촉 상태에서 용융금속 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 용선 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성이 관찰되는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법으로서, 2중 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 내부 튜브 송풍구의 전방단부의 개구율을 탐지하는 단계, 및 관찰에 필요한 개구율을 유지하기 위해서 개구율에서의 변화에 따라 내외부 튜브를 통하여 공급되는 가스 유동률 및/또는 가스 조성을 변화시켜서 내부 튜브 송풍구의 전방단부에서의 머시룸 크기를 제어하는 단계를 포함하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법.
(7) 용선의 온도 및 조성에 따라 송풍구의 전방단부에서의 머시룸의 크기를 추정하는 단계, 및 내부 튜브의 개구율(%)을 (5)식에 의해 계산되는 α이상, 95%이하의 범위로 유지시키기 위해서 그 추정결과에 따라 외부 튜브를 통하여 공급되는 LPG 불활성 가스, 불활성 가스 및 산화성 가스의 가스 유량 및/또는 가스 조성을변화시켜서 송풍구의 전방단부에서의 머시룸의 크기를 제어하는 단계를 또한 포함하는 항목(6)에 따른 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법.
α= 850/r2‥‥‥ (5)
여기서, r은 내부 튜브의 내경(mm)이다.
(8) 내부 튜브의 개구율이 (5)식에서의 α(%)보다 작은 경우에 튜브 개구기간에서 개구율을 증가시키기 위해서 내부 튜브로부터 불활성 가스와 산화성 가스를 서로 혼합시킨 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하는 단계, 및 튜브 개구기간을 제외한 기간에서 내부 튜브로부터 불활성 가스만을 공급하는 단계를 또한 포함하는 항목(6)에 따른 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법.
(9) 항상 내부 튜브로부터 불활성 가스를 공급하는 단계, 내부 튜브의 개구율이 (5)식에서 α(%)보다 작은 경우에 튜브 개구기간에서 내부 튜브의 개구율을 증가시키기 위해서 외부 튜브로부터 불활성 가스와 산화성 가스를 혼합시킨 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하는 단계, 및 튜브 개구기간을 제외한 기간에서 외부 튜브를 통하여 송풍구 냉각가스 또는 불활성 가스만을 공급하거나 외부 튜브로부터 송풍구 냉각 가스와 불활성 가스를 혼합시킨 혼합가스를 공급하는 단계를 또한 포함하는 항목(6) 내지 항목(8) 중 어느 하나에 따르는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법.
(10) 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위한 이중 튜브 송풍구인 용융금속 정련노 내측 관찰용 송풍구로서, 배관구조, 및 각 내부와 외부 튜브를 통하여 공급되는 가스 유량 및/또는 가스 조성을 독립적으로 제어하는 것이 가능한 제어 시스템을 포함하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구.
(11) 내부 튜브의 내경 r이 5 내지 20 mm가 되는 항목(10)에 따르는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구.
본 발명은 관찰용 송풍구의 개구면적과 튜브의 전방단부에서 생성된 머시룸의 크기가 서로 상관되고, 머시룸 크기가 제어될 때 개구면적의 제어가 가능하다는 새로운 견해에 따라서 달성되었다. 도 1은 본 발명자에 의해 만들어진 1톤(ton) 규모의 용해로를 이용한 상세한 실험결과를 보여주는 그래프이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, M/r과 K/r은 서로 강한 상관관계가 있고, r은 송풍구의 내부 튜브의 내경이며, K는 관찰용 송풍구의 개구부 직경이고, M은 튜브의 전방 단부에서 생성된 머시룸의 직경이다. 즉, 관찰에 필요한 값이 되도록 튜브의 개구율을 제어하기 위해서, 가스 유량과 가스 조성을 변경시켜 머시룸 크기를 제어하는 것이 필요하다.
이 경우에, 전자파는 방사측정을 위하여 사용된 광(light)과 레이저 빔 방출분석을 위하여 사용된 광같은 방출된 에너지의 포괄적인 명칭이고, 그 파장은 각 성분에 고유하다. 단일 튜브가 본 발명에 채택된 이유는 가스가 단일 가스 발생 시스템으로부터 단일 튜브로 공급되므로 설비투자액이 작기 때문이다. 2중 튜브 송풍구가 본 발명에 채택된 이유는 가스 조성 및 가스 유량이 2중 튜브 송풍구에 의해 독립적으로 제어되기 때문이다. 내부 및 외부 튜브에 사용된 가스는 LPG 불활성 가스와 같은 송풍구 냉각가스, 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용하거나 혼합하여 사용된다. 외부 튜브의 송풍구 냉각가스에 의한 냉각 효과는 가스가 분해될 때 적극적으로 제공된다. 외부 튜브의 불활성 가스에는 아르곤(Ar), 질소 또는 일산화탄소 가스가 사용된다. 외부 튜브의 산화성 가스에는 산소, 공기 또는 이산화탄소가 사용된다. 내부 튜브에 사용된 불활성 가스에는 아르곤(Ar), 질소 또는 일산화탄소 가스가 사용된다. 내부 튜브에 사용된 산화성 가스에는 산소, 공기 또는 이산화탄소가 사용된다.
본 발명의 제 1항목은 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브를 사용하는 단계, 및 튜브의 전방단부의 개구조건에 따라 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용하거나 혼합하여 사용하는 단계를 포함하는 전로, 전기로 또는 AOD로 대표되는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법이다.
단일 튜브에서는, 튜브의 전방단부에서의 개구상태에 따라 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용하거나 혼합하여 사용한다. 즉, 관찰은 튜브의 전방단부에서의 용선 면과 송풍구로부터 분출된(blown out) 가스의 기포 사이에 형성된 계면(界面)으로부터 방사된 전자파를 탐지하여 행해진다. 전자파의 강도가 관찰방법에 따라 결정된 충분히 높은 값이 되기 위해서 제어되도록 튜브의 전방단부의 개구율을 가스의 조성에 따라서 제어한다. 이 경우에, 불활성 가스는 아르곤, 질소 또는 일산화탄소이다. 산화성 가스는 산소, 공기 또는 이산화탄소이다. 튜브의 전방단부에서의 개구율이 너무 낮은 경우에는, 관찰의 정밀도가 저하된다. 그러므로, 산화성 가스는 불활성 가스와 혼합되어, 튜브의 전방단부에서 생성된 머시룸이 용해된다. 반대로, 튜브의 전방단부에서의 개구율이 너무 높은 경우에는, 송풍구의 용융이 커져서, 불활성 가스만이 사용되고 관찰의 정밀도가 저하되지 않는 범위에서 머시룸이 생성된다.
본 발명의 제 2항목은 제 1의 발명에서 구체적인 제어 방법을 규정하는 것이다. 이 경우에, 전자파의 강도가 높은 온도 관찰에 필요한 개구면적은 광의 강도가 낮은 성분분석을 위한 레이저 방출 광의 경우에서 관찰에 필요한 개구면적과 다르다. 또한, 관찰에 필요한 개구면적은 내경과 송풍구의 길이에 따라 다르다. 일반적으로, 송풍구의 길이는 대형 전로의 내화물의 두께를 고려하여 1 내지 2 m 정도이다. 이 경우에, 6 ㎟의 관찰면적이 요구되는 것이 실험적으로 알려져 있다. 이것은 식(1)로 체계화된다. 이에 따라, 본 발명의 제 2항목은 튜브의 개구율(%)이 튜브의 내경 r에 의해 식(1)로 계산되는 α이하의 경우에 불활성 가스와 산화성 가스의 혼합가스 또는 산화성 가스만이 공급되고(개구기간에서), 개구율이 α보다 큰 경우에 불활성 가스만이 공급되는(정상기간에서) 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법을 제공한다.
α= 765/r2‥‥‥ (1)
이 경우에, 개구율은 튜브의 전방단부에서 머시룸으로 덮여지지 않은 개구면적을 튜브의 단면적으로 나눌 때 얻어지는 값으로 정하고, 이 개구율은 퍼센트로 표현된다. 개구율과 배압(背壓)(back pressure) 사이의 관계가 미리 측정되는 경우에는, 가스 배압에서의 변화에 의해 개구율을 탐지하는 것이 가능하다. 또한, 쉘측(shell side)상의 송풍구의 전방단부에서 배치된 이미지 섬유에 의해 안내된 관찰에 의해 개구율을 직접 탐지하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명이 이미지 섬유를 이용하는 방사측정에 적용되는 예를 보여주는 그래프이다. 종축의 정밀도는 측정된 온도의 2σ(σ은 표준편차)에 대응한다. 전술한 것으로 인하여, α×r2이 765 이상일 경우에는 정밀도가 좋은 온도가 측정됨을 알 수 있다. 그러나, α×r2이 765 보다 낮은 경우에는 개구에서의 막힘 때문에 관찰시야가 좁아진다. 이에 따라, 관찰의 정밀도가 저하된다.
구체적으로, 제어가 다음과 같이 기술된다. 튜브의 개구율이 관찰에 필요한 임계치, α×r2이 765 보다 낮은 경우에는, 튜브의 내경, 용선의 온도 및 용선에서의 탄소농도에 대응하여, 산소, 공기 및 이산화탄소의 산화성 가스의 유량과 아르곤, 질소 및 일산화탄소의 불활성 가스의 유량의 하나 또는 두개이상을 조정하여 개구율을 제어한다.
제어의 지침인 튜브의 전방단부에서 형성된 머시룸의 직경은 이하 기술되는 각 항목의 열 균형에 따라 계산된다. 머시룸의 직경과 개구율 사이의 관계가 실험적으로 구해지면, 제어하는 것이 가능하다.
(1) 가스의 현열(顯熱)(sensible heat)에 의한 냉각지수(v1) : 가스의 비열(比熱)의 함수
(2) 가스의 잠열(潛熱)에 의한 냉각지수(v2) : 가스의 반응열의 함수
(3) 용선으로부터 머시룸의 수열(受熱)지수(k)
머시룸이 반구로 가정될 때, 다음의 열균형이 성립된다.
k = M2×(T - Ts) × Qn= a + b ×(v1 + v2) ‥‥‥ (2)
상기 식(2)에서, a, b 및 n은 정수이고, Q는 전체 가스의 유량(Nm3/h/t)이며, T는 용선의 온도(℃)이고, Ts는 고상선(固相線)의 온도(℃)이다. 이 경우에, v1과 v2는 사용된 가스의 물리적 특성과 반응열에 따른 실험에 의해 머시룸의 생성에의 기여율(ratio of contribution)이 결정될 때 계산된다. Ts는 상태도(phase diagram)에 의해 구해진다. 이들이 식(2)에 대입되어 실험적으로 얻어진 머시룸 직경과 합치에 의해 정수가 결정될 때, 실제 장치가 사용될 때의 머시룸의 직경의 추정식을 얻는 것이 가능하다. 이와 관련하여, 반응열의 기여율은 본 발명자가 실험에 의해 다음을 발견했다. 산소(공기에서의 산소의 성분을 포함하는)의 경우에는, 기여율이 2Fe + O2= FeO 의 반응으로 계산된 FeO의 생성반응의 잠열의 70 내지 80% 이다. 그러나, 이산화탄소의 경우에, 기여율은 CO2+ [C] = 2CO 의 반응에 의해 계산된 잠열의 단지 2 내지 5% 이다. 또한, 본 발명자에 의해 행해진 실험에 따르면, 머시룸의 직경 M(mm), 튜브의 내경 r(mm) 및 원(circle)에 상당하는 개구부의 직경K(mm)은 다음의 식(3)으로 표현된 관계를 가진다.
(K/r) = β- 0.165 × (M/r) ‥‥‥ (3)
상기 식에서, β는 1.0 내지 1.3의 범위내에 있다.
본 발명의 제 3항목은 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 및 튜브의 전방 단부의 개구조건에 따라 불활성 가스의 유량을 제어하는 단계를 포함하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에 따라서, 불활성 가스의 유량이 제어될 때 머시룸 크기가 제어된다. 튜브의 전방단부에서의 개구율이 너무 낮을 때는, 관찰의 정밀도가 저하된다. 그러므로, 불활성의 유량이 가스의 현열에 의해 주어진 냉각능력을 감소시키기 위해서 감소될 때, 튜브의 전방단부에서 생성된 머시룸은 용해된다. 반대로, 튜브의 전방단부에서의 개구율이 너무 높을 때는, 튜브가 크게 용해된다. 그러므로, 불활성가스의 유량이 가스의 현열에 의해 주어진 냉각능력을 증가시키기 위해서 증가될 때, 관찰의 정밀도가 저하되지 않는 범위에서 머시룸이 생성된다.
이것은 레이저에 의해 탄소 또는 인으로부터 방출된 단파장의 광이 관찰되는 경우에 방출된 광이 감쇠(attenuation)를 일으키지 않고 전송되도록 튜브의 내측이 항상 불활성 가스의 대기에서 유지될 필요가 있다. 본 발명자는 튜브의 내측이 항상 불활성 가스의 대기에서 유지됨에도 불구하고 개구율이 제어될 수 있음을 발견했다.
본 발명의 제 4 및 5항목은 제 3발명의 구체적인 제어 방법을 기술한다. 본 발명의 제 4항목은 단일 튜브의 개구율(%)이 튜브의 내경 r(mm)에 의해 (1)식으로 계산되는 α이상, 95% 이하가 되도록 용선의 온도 및 조성에 따라 불활성가스의 유동률을 제어하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법을 제공한다. 개구율이 95% 보다 높은 경우에는, 튜브의 전방단부에서 생성된 머시룸의 크기가 너무 작게 된다. 그러므로, 튜브를 보호하는 것이 불가능하게 되고 튜브의 수명이 짧아진다.
본 발명의 제 5항목에서, 탄소농도는 공급되는 산소의 양과 장입(裝入)되는 용선의 탄소농도를 기준으로 경험적으로 알려진 탈탄산소(脫炭酸素)(decarbonizing oxygen) 효율로부터 계산되는 방법에 의해 추정된다. 또한, 탄소농도는 배출 (exhaust)가스 분석과 용선의 직접(direct) 샘플의 결과로부터 추정되는 방법에 의해 추정된다. 선택적으로 탄소농도는 상기 방법의 조합에 의해 추정된다. 온도는 직접적인 연속 측정방법 또는 반연속 측정방법에 의해 추정된다. 또한, 온도는 경험적으로 알려진 승열(昇熱) 효율로부터 계산되는 방법에 의해 추정된다. 선택적으로, 온도는 상기 방법들의 조합에 의해 추정된다. 불활성 가스의 유량을 용선의 온도 및 조성에 따라 제어하는 이유는 머시룸의 크기가 용선의 온도와 용선의 고상선의 온도 사이의 차이에 의해 크게 영향을 받기 때문이다. 또한, 불활성 가스의 유량을 용선의 온도 및 조성에 따라 제어하는 이유는 용선의 온도와 용선 조성(탄소농도)에 의해 결정되는 고상선의 온도 사이의 차를 탐지할 필요가 있고, 그 차이값에 따라 유량을 증감(增減)시키는 것이 또한 필요하기 때문이다.
또한, 이 경우에, 제어의 지침이 되는 튜브의 전방단부에서의 머시룸의 직경은 각 항목의 열균형에 의해 계산된다. 머시룸의 직경과 개구율 사이의 실험적 관계가 구해질 때 제어가 가능하다.
(1) 가스의 현열에 의한 냉각지수(v1) : 가스의 비열의 함수
(2) 용선으로부터 머시룸의 수열지수(k)
머시룸이 반구로 가정될 때, 다음의 열균형이 성립된다.
k = M2×(T - Ts) × Qn= a + b × v1 ‥‥‥ (4)
상기 식(4)에서, a, b 및 n은 정수이고, Q는 전체 가스의 유량(Nm3/h/t)이며, T는 용선의 온도(℃)이고, Ts는 고상선의 온도(℃)이다. 이 경우에, v1은 사용된 가스의 물리적 특성에 따라 계산된다. Ts는 상태도에 의해 구해진다. 이들이 식(4)에 대입되어 실험적으로 얻어진 머시룸 직경과 합치하도록 정수가 결정될 때, 실제 장치가 사용될 때의 머시룸의 직경의 추정식을 얻는 것이 가능하다. 머시룸의 직경 M과 개구부의 원에 상당하는 직경 K 사이의 관계는 식(3)에 의해 계산된다.
송풍구에 관하여, 도 4에서의 실시예에 의해 도시된 바와 같이, 본 발명은 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위한 단일 튜브인 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구로서, 튜브의 전방단부의 개구 상태에 따라 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용할 수 있게 하거나 서로 혼합하여 사용할 수 있게 하는 제어 기능을 포함하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구를 제공한다.
이 경우에, 관찰용 튜브의 내경에 관하여, 튜브 파이프(pipe)의 내경은 2 내지 6 mm이다. 튜브의 내경이 2 mm 보다 작은 경우에, 관찰에 필요한 개구면적이 확보될 때 머시룸을 생성시키는 것이 불가능하다. 그러므로, 송풍구의 수명은 단축된다. 튜브의 내경이 6 mm 보다 큰 경우에는 가스의 유량이 증가되고 비용이 늘어나서 경제적이지 못하다.
다음에, 본 발명의 이중 튜브 송풍구가 채용되는 경우를 기술한다.
본 발명의 제 6항목에 따라서, 튜브의 전방단부에서의 용선 면과 송풍구로부터 분출된 가스의 기포 사이에 형성된 계면(界面)으로부터 방사된 전자파가 탐지된다. 이 경우에, 계면으로부터 방사된 전자파의 강도가 관찰방법에 따라 요구된 충분히 높은 강도가 되도록 내부 및 외부 튜브에서의 가스의 조성 및 유량에 의해 내부튜브의 전방단부에서의 개구율을 제어하는 것이 필요하다. 그러므로, 개구율은 가스의 배압에서의 변화와 이미지 섬유에 의해 안내된 관찰의 결과에 의해 탐지된다. 이러한 탐지된 개구율에 따라서, 내부 및 외부 튜브에서의 가스의 유량 및/또는 조성을 변화시켜서 머시룸의 크기를 제어한다. 이 방식으로, 관찰에 필요한 개구율이 유지된다.
본 발명의 제 7항목은 본 발명의 상기 제 6항목의 구체적인 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제 7항목에 따라서, 용선의 온도 및 조성에 따라 외부 튜브의 냉각능력이 제어될 때, 송풍구의 개구율이 항상 관찰에 필요한 임계치보다 높은 값으로 유지된다. 외부 튜브의 송풍구 냉각가스, 불활성 가스 및 산화성 가스의 가스 유량 및/또는 가스 조성은 용선의 온도 및 조성에 따라 추정되는 머시룸의 크기에 대응하여 변화되고, 튜브의 개구율(%)은 (5)식에 의해 계산되는 α(%)이상 및 95% 이하의 범위로 유지된다.
α= 850/r2‥‥‥ (5)
여기서, r은 내부 튜브의 내경(mm)이다. r은 3mm 이상이 바람직하므로, α는 95% 보다 낮은 값으로 정해진다. 또한, 불활성 가스는 항상 내부 튜브내로 공급되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 개구율은 튜브의 전방단부에서 머시룸으로 덮여지지 않은 개구면적을 송풍구의 단면적으로 나눌 때 얻어지는 값(%)으로 정한다.
개구율의 임계치는, 관찰되는 것이 온도인 경우와 같이 전자파의 강도가 높은 경우와, 성분 분석에 사용된 레이저에 의해 방출된 광의 경우와 같이 전자파의 강도가 낮은 경우가 다르다. 또한, 개구율의 임계치는 내경과 튜브의 길이에 따라서 다르다. 일반적으로, 일반적으로, 튜브의 길이는 대형 전로의 내화물의 두께를 고려하여 1 내지 2 m 정도이다. 이 경우에, 6 ㎟ 이상의 관찰면적이 요구되는 것이 실험적으로 알려져 있다. 이것은 식(5)로 체계화된다. 튜브에서, 그 내경이 r(mm)이고, 튜브의 전방단부에서 관찰용 면적 R ㎟을 제공하기 위해서, 개구율이 식(6)으로 계산되는 α이상의 값이 되어야 한다.
α = R/(π×(r/2)2) × 100 = 127 × R/r2(%) ‥‥‥ (6)
이 경우에, 6 ㎟ 이상의 값이 R로 대체될 때, 식(5)가 얻어진다. 개구율이 α보다 낮은 경우에는, 튜브의 전방단부에서의 개구면적이 작기 때문에 관찰의 정밀도가 저하된다. 개구율이 95% 보다 높은 경우에는, 튜브의 전방단부에서 생성된머시룸의 크기가 너무 작게 되므로, 송풍구를 보호하는 것이 불가능하게 된다. 그러므로, 송풍구의 수명이 짧아진다. 도 3은 내경이 10㎜의 이미지 섬유를 사용하여 방사에 의한 온도측정의 정밀도의 예를 보여주는 도면이다. 종축의 정밀도는 측정된 온도의 2σ(σ은 표준편차)에 대응한다. 전술한 것으로 인하여, 개구율이 8.5% [식(5)에서 α에 상당하는] 이상일 경우에는 정밀도가 좋은 온도가 측정됨을 알 수 있다. 그러나, 개구율이 8.5% 보다 낮은 경우에는 송풍구의 막힘 때문에 관찰시야가 좁아진다. 그러므로, 관찰의 정밀도가 저하된다. 반대로, 개구율이 95% 보다 높은 경우에는, 개구율이 너무 높아서 머시룸이 충분히 생성될 수 없고, 송풍구는 용융에 의해 손상된다.
본 발명은 튜브의 전방단부에서 생성된 머시룸의 크기가 관찰용 송풍구의 개구면적과 밀접하게 관련되고, 내부 튜브 가스 보다 외부 튜브 가스에 의해 더 많은 영향을 받는 다는 새로운 견해에 따라 달성되었다. 이에 따라, 튜브의 개구율을 제어하기 위해서, 외부 튜브의 유량 및/또는 조성이 제어된다. 외부 튜브의 송풍구 냉각가스의 예는 LPG이다. 내부 가스의 예는 아르곤, 질소 및 일산화탄소 가스이다. 산화성 가스의 예는 산소, 공기 및 이산화탄소 가스이다. 구체적으로, 개구율을 α이상으로 하는 경우에는, 송풍구의 외부 튜브의 전방단부의 온도를 상승시키기 위해서 이하의 (1) 내지 (4)의 행위가 실행되어, 머시룸이 용해된다. 이 경우에, 내부 튜브는 항상 불활성 가스로 채워진다. 그러므로, 전자파의 측정으로 야기되는 문제는 없다.
(1) 불활성 가스의 유량이 감소된다.
(2) 산화성 가스가 불활성 가스와 혼합된다.
(3) 불활성 가스와 산화성 가스가 서로 혼합된 혼합가스에서, 전체 유량이 일정하게 유지되는 반면에 산화성 가스의 혼합비가 증가되거나, 불활성 가스의 유량이 일정하게 유지되는 반면에 산화성 가스의 유량이 증가된다.
(4) 산화성 가스만이 송풍구내로 취입(吹入)된다.
반대로, 개구율을 95% 이하로 하는 경우에는, 송풍구의 외부 튜브의 전방단부의 온도를 감소시키기 위해서 적어도 하나의 다음의 (1) 내지 (3)의 행위가 실행되어, 머시룸이 생성되고 송풍구가 보호된다. 이 경우에, 내부 튜브는 항상 불활성 가스로 채워진다. 그러므로, 전자파의 측정으로 야기되는 문제는 없다.
(1) 불활성 가스의 유량이 증가된다.
(2) 송풍구 냉각가스가 불활성 가스와 혼합된다.
(3) 불활성 가스와 송풍구 냉각가스가 서로 혼합된 혼합가스에서, 전체 유량이 일정하게 유지되는 반면에 송풍구 냉각가스의 혼합비가 증가되거나, 불활성 가스의 유량이 일정하게 유지되는 반면에 송풍구 냉각가스의 유량이 증가된다.
머시룸의 생성거동은 용선의 조성 및 온도에 의해 크게 영향을 받기 때문에, 용선의 조성 및 온도에 따라서 제어되는 것이 필요하다. 관찰용 송풍구를 통하여 얻어진 전자파에 따라 측정된 용선의 조성 및 온도의 측정 결과가 사용되는 것이 가장 합리적이다. 그러나, 탄소농도는 공급되는 산소의 양과 장입된 용선의 탄소농도를 기준으로 경험적으로 알려진 탈탄산소(脫炭酸素) 효율로부터 계산되는 방법에 의해 추정된다. 또한, 탄소농도는 배출가스 분석과 용선의 직접 샘플의 결과로부터추정되는 방법에 의해 추정된다. 탄소농도는 상기 방법들중 하나 또는 상기 방법들의 조합에 의해 추정된다. 또한, 온도는 장입된 용선의 온도를 기준으로 경험적으로 알려진 승열 효율로부터 계산되는 방법에 의해 추정된다.
구체적으로, 도 1에서 도시된 관계에 따라서, 튜브의 전방단부에서 생성된 머시룸의 직경 M은 M/r 로서 제어된다. 머시룸의 직경 M은 다음의 각 (1) 내지 (4)항목의 열균형에 의해 계산되는 이러한 방식에 의해 추정된다.
(1) 외부튜브 가스의 현열에 의한 냉각지수(v1) : 외부튜브 가스의 비열의 함수
(2) 외부튜브 가스의 잠열에 의한 냉각지수(v2) : 외부튜브 가스의 반응열의 함수
(3) 내부튜브 가스의 현열에 의한 냉각지수(v3) : 내부튜브 가스의 비열의 함수
(4) 용선으로부터 머시룸의 수열지수(k)
머시룸이 반구로 가정될 때, 다음의 열균형이 성립된다.
k = M2×(T - Ts) × Qn= a + b × (v1 + v2 + v3) ‥‥‥ (7)
상기 식(7)에서, a, b 및 n은 정수이고, Q는 전체 가스의 유량(Nm3/h/t)이며, T는 용선의 온도(℃)이고, Ts는 용선의 조성에 의해 결정된 고상선의 온도(℃)이다. 이 경우에, v1, v2 및 v3는 사용된 가스의 물리적 특성과 반응열에 따른 실험에 의해 머시룸의 생성에의 기여율이 결정될 때 계산된다. Ts는 상태도에 의해구해진다. 이들이 식(7)에 대입되어 실험적으로 얻어진 머시룸 직경과 합치되도록 정수가 결정될 때, 실제 장치가 사용될 때의 머시룸의 직경의 추정식을 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 제 8항목은 송풍구가 막힐 때 내부 튜브로부터 산화성 가스를 공급함으로써 송풍구를 개구시키는 방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 튜브의 개구율이 (5)식에서의 α(%)보다 낮은 경우에 송풍구 개구기간에서 개구율을 증가시키기 위해서 내부 튜브로부터 불활성 가스와 산화성 가스를 서로 혼합시킨 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하는 단계, 및 송풍구 개구기간을 제외한 기간에서 내부 튜브로부터 불활성 가스만을 공급하는 단계를 또한 포함하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법을 제공한다. 이 경우에, 송풍구 개구기간은 개구율이 α보다 낮게 되어 개구를 여는 동작이 실시되는 시점으로부터 개구율이 95% 이상이 되는 시점까지의 기간으로 한정된다. 본 발명자의 견해에 따라서, 튜브의 전방단부의 온도가 높기 때문에 개구율이 측정될 수 없는 경우에는, 튜브의 전방단부의 온도가 1800 이상의 온도로 올라갈 때 송풍구가 개방된 것으로 판단되어 송풍구 개구기간은 종결된다. 다음의 (1)과 (2)의 행위중 하나 또는 다음의 (1)과 (2)의 행위 둘다를 실행시켜서, 튜브의 전방단부의 온도가 올라가게 되어 머시룸이 용해된다.
(1) 내부 튜브는 불활성 가스와 산화성 가스가 서로 혼합된 혼합가스로 채워진다. 전체 유량이 일정하게 유지되는 반면에, 산화성 가스의 혼합비가 증가된다. 선택적으로, 불활성 가스의 유량이 일정하게 유지되는 반면에, 산화성 가스의 유량이 증가된다.
(2) 산화성 가스만이 내부 튜브로부터 취입된다.
이 경우에, 개구를 여는 작동이 내부 튜브에서 거동되는 이유는 개구가 단시간에 확실하게 행해지도록 가스의 유량을 증가시키는 것이 가능하기 때문이다. 구체적으로, 도 1에서 도시된 바와 같이, M/r이 2 이하일 때, K/r은 1 이상이 된다. K/r이 1인 것은 개구 직경과 송풍구 직경이 서로 일치함을 의미한다. 즉, 송풍구는 완전히 개방됨을 의미한다. 이에 따라, 송풍구가 막히는 경우에는 M/r이 2 이하로 되는 행위를 취하므로, K/r이 1 이상으로 되어 송풍구가 개방된다. 머시룸의 직경 M의 추정은 다음의 각 항목에서 기술된 열균형에 의해 계산된다.
(1) 외부튜브 가스의 현열에 의한 냉각지수(v1') : 외부튜브 가스의 비열의 함수
(2) 외부튜브 가스의 잠열에 의한 냉각지수(v2') : 외부튜브 가스의 반응열의 함수
(3) 내부튜브 가스의 현열에 의한 냉각지수(v3') : 내부튜브 가스의 비열의 함수
(2) 내부튜브 가스의 잠열에 의한 냉각지수(v4') : 내부튜브 가스의 반응열의 함수
(4) 용선으로부터 머시룸의 수열지수(k')
머시룸이 반구로 가정될 때, 다음의 열균형이 성립된다.
k' = M2×(T - Ts) × Qn= a' + b' ×(v1' + v2' + v3' + v4') ‥‥‥ (8)
상기 식(8)에서, a', b' 및 n은 정수이고, Q는 전체 가스의 유량(Nm3/h/t)이며, T는 용선의 온도(℃)이고, Ts는 용선의 조성에 의해 결정된 고상선의 온도(℃)이다. 이 경우에, v1', v2', v3' 및 v4'는 사용된 가스의 물리적 특성과 반응열에 따른 실험에 의해 머시룸의 생성에의 기여율이 결정될 때 계산된다. Ts는 상태도에 의해 구해진다. 이들이 식(8)에 대입되어 실험적으로 얻어진 머시룸 직경과 합치되도록 정수가 결정될 때, 실제 장치가 사용될 때의 머시룸의 직경의 추정식을 얻는 것이 가능하다. 본 발명자에 의해 행해진 조사에 따라서, 다음 사항이 발견된다. 내부 튜브 산소에 의한 발열량의 머시룸 직경에 대한 기여율은 단지 3%이고, 내부 튜브 가스의 현열의 머시룸 직경에 대한 기여율도 30%일 뿐이다.
본 발명의 제 9항목은 송풍구가 막힐 때 사용된 다른 개구방법을 보여준다. 본 발명은 항상 내부 튜브로부터 불활성 가스를 공급하는 단계, 송풍구의 개구율이 (5)식에서 보여준 α(%)보다 작은 경우에 튜브 개구기간에서 개구율을 증가시키기 위해서 외부 튜브로부터 불활성 가스와 산화성 가스를 혼합시킨 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하는 단계, 및 송풍구 개구기간을 제외한 기간에서 외부 튜브로 부터 송풍구 냉각가스 또는 불활성 가스만을 공급하거나 외부 튜브로부터 송풍구 냉각 가스와 불활성 가스를 서로 혼합시킨 혼합가스를 공급하는 단계를 포함하는 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법을 제공한다. 송풍구를 여는 행위에 관하여, 이하 (1) 내지 (3)중 하나를 실행하여, 송풍구의 전방단부에서의 온도가 상승되어 머시룸이 용해된다.
(1) 산소 가스가 외부 튜브에서 불활성 가스와 혼합된다.
(2) 외부 튜브에서의 송풍구 냉각가스는 산화성 가스로 변경된다.
(3) 산화성 가스만이 외부 튜브로 공급된다.
불활성 가스가 항상 내부 튜브로 공급되고 외부 튜브 가스에 의해 개구되는 이유는 다음과 같이 기술된다. 예를 들어, 레이저에 의해 탄소 또는 인으로부터 방출된 단파장의 광이 관찰되는 경우에, 방출된 광이 튜브에서 산소에 의해 크게 흡수된다. 그러므로, 감쇠되지 않고 방출된 광을 전송하기 위해서, 튜브의 내측이 항상 불활성 가스로 채워질 필요가 있다. 본 발명자에 의해 행해진 조사에 따라서, 불활성 가스가 항상 내부 튜브로 부터 공급될 때에도, 외부 튜브로 부터 공급된 가스의 조성을 제어하는 것으로 송풍구를 개구시킬 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로, 도 1에서 도시된 관계에 따라서, 상기 (8)식에서 기술된 발명의 것고 같은 방식으로, 송풍구의 전방단부에서 생성된 머시룸의 직경 M은 M/r 로서 제어되고, 그것은 2이하가 되도록 한다. 머시룸의 직경 M은 다음의 각 (1) 내지 (4)항목의 열균형에 의해 계산되는 이러한 방식에 의해 추정된다.
(1) 외부튜브 가스의 현열에 의한 냉각지수(v1") : 외부튜브 가스의 비열의 함수
(2) 외부튜브 가스의 잠열에 의한 냉각지수(v2") : 외부튜브 가스의 반응열의 함수
(3) 내부튜브 가스의 현열에 의한 냉각지수(v3") : 내부튜브 가스의 비열의 함수
(4) 용선으로부터 머시룸의 수열지수(k")
머시룸이 반구로 가정될 때, 다음의 열균형이 성립된다.
k" = M2×(T - Ts) × Qn= a" + b" × (v1" + v2" + v3") ‥‥‥ (9)
상기 식(9)에서, a", b" 및 n은 정수이고, Q는 전체 가스의 유량(Nm3/h/t)이며, T는 용선의 온도(℃)이고, Ts는 용선의 조성에 의해 결정된 고상선의 온도(℃)이다. 이 경우에, v1", v2" 및 v3"는 사용된 가스의 물리적 특성과 반응열에 따른 실험에 의해 머시룸의 생성에의 기여율이 결정될 때 계산된다. Ts는 상태도에 의해 구해진다. 이들이 식(9)에 대입되어 실험적으로 얻어진 머시룸 직경과 합치되도록 정수가 결정될 때, 실제 장치가 사용될 때의 머시룸의 직경의 추정식을 얻는 것이 가능하다. 본 발명자에 의해 행해진 조사에 따라서, 외부 튜브 산소에 의한 발열량의 머시룸 직경에 대한 기여율은 75%이고, 외부 튜브 가스의 현열의 머시룸 직경에 대한 기여율은 100%이다.
본 발명의 제 10항목은 본 발명의 용융금속 정련노의 내측을 관찰하는 방법을 실행하기 위한 송풍구를 제공하는 것이다. 온도 관찰용 2중 튜브 송풍구가 채용된 이유는 내부 및 외부 튜브에서 가스의 조성 및 유량이 독립적으로 제어되기 때문이다. 이 2중 튜브 송풍구에서, 내부 튜브 송풍구의 전방단부에서의 개구율이 탐지되고, 내부 및 외부 튜브에서 가스의 유량 및/또는 조성이 탐지에 의해 얻어진 정보에 따라서 제어된다. 상기 조작을 가능하게 하기 위해서, 송풍구는 도 5에서 도시된 바와 같이 구성된다. 송풍구는 정련노의 내화물을 관통하는 내부 튜브(1)와외부 튜브(2)를 포함하는 동심의 2중 튜브 구조로 구성된다. 이 구조에서, 내부 튜브(1)와 외부 튜브(2)는 서로 독립적이다. 가스의 유량 및/또는 조성은 가스의 조성 및 유량을 제어하기 위해서 제어장치와 독립적으로 연결된 내부 튜브 가스공급 파이프(9)와 외부튜브 가스공급 파이프(10)를 통하여 독립적으로 제어된다. 이 경우에, 관찰용 송풍구의 내경은 5 내지 20 mm로 규정된다. 관찰용 송풍구의 내경이 5 mm보다 작은 경우에는 관찰에 필요한 개구면적이 확보될 때 머시룸을 생성시키는 것이 불가능하고, 송풍구의 수명은 단축된다. 관찰용 송풍구의 내경이 20 mm 보다 큰 경우에는 가스의 유량이 증가되고 비용이 늘어나서 경제적이지 못하다.
실시예
실시예에서, 3톤 규모의 탑-블로우 산소 전로(top-blow oxygen converter)가 사용된다. 노 저부에 배치된 직경이 4 mm의 단일 튜브 송풍구가 관찰용 송풍구로서 사용된다(이 경우에서, 식(1)에서의 α는 47.8이다). 질소만이 송풍구로부터 공급된다. 선택적으로, 아르곤과 산소가 서로 혼합된 혼합가스가 공급된다. [C]: 4.2%, [Mn]: 0.16%, [Si]: 0.21% 및 [P]: 0.085% 의 용선이 노내로 장입되고, 산소는 탈탄소를 위하여 노내로 공급된다. 산소 공급이 시작될 때, 용선의 온도는 1315℃이다. 이 경우에, %는 질량 퍼센트(percent)를 의미하고, 이하 기술에서와 같다. 취입 중지(blowout)시 조성은 [C]: 0.04%, [Mn]: 0.07%, [Si]: 0.01% 및 [P]: 0.017% 이고, 온도는 1657℃ 이다. 방사 온도측정은 관찰용 송풍구를 통하여 이미지 섬유에 의해 실시된다. 동시에, 레이저 빔은 관련된 송풍구를 통하여 조사되고, 탄소로 부터 방출된 광은 탄소농도를 측정하기 위해서 관찰된다. 개구율은 이미지 섬유 관찰에서 얻어진 이미지에 의해 측정된다. 개구율에서의 변화에 따라서, 가스의 조성 및 유량이 제어된다.
[실시예 1]
표 1에서 도시된 조건에서, 아르곤(Ar)의 유량은 각 탄소농도와 온도를 위하여 제어된다. 결과적으로, 모든 정련 기간을 통하여 정확한 온도측정과 탄소농도 분석이 가능하게 된다.
[실시예 2]
초기의 온도상승율은 낮다. 그러므로, 송풍구는 [C] = 약 0.05%, 온도 = 1600℃[표 2의 (1)에 의해 보여준 바와 같이]의 시점에서 막히게 된다. 그러므로, 가스의 조성 및 유량은 표 2의 (2)에 의해 도시된 조건하에서 제어된다. 결과적으로, 송풍구는 다시 개구된다. 그 후에, 모든 정련 기간을 통하여 정확한 온도측정과 탄소농도 분석이 가능하게 된다.
[비교예 1]
비교예 1에서, 탄소농도와 온도에 관계없이 아르곤(Ar)의 유량이 일정하게 유지되는 동안 표 3에서 보여준 조건하에서 작업이 실시된다. 결과적으로, 개구율이 정련의 말기에서 저하되고, 관찰이 불가능하게 된다.
[실시예 3]
실시예 3에서, 3톤 규모의 탑-블로우 산소 전로가 사용된다. 노 저부에 배치되는, 내부 튜브 송풍구의 내경이 10 내지 15 mm이고 내부 및 외부 튜브 사이의 간격이 1 mm인 2중 튜브 송풍구가 관찰용 송풍구로서 사용된다. 질소 및/또는 산소가 내부 튜브로부터 공급되고, 질소, 산소 및 LPG 중 하나 또는 그들 중 2이상이 외부 튜브로 부터 공급된다. [C]: 4.2%, [Mn]: 0.16%, [Si]: 0.21% 및 [P]: 0.085% 의 용선이 노내로 장입되고, 산소는 탈탄소를 위하여 노내로 공급된다. 산소 공급이시작될 때, 용선의 온도는 1315℃이다. 이 경우에, %는 질량 퍼센트(percent)를 의미한다. 취입 중지시 조성은 [C]: 0.04%, [Mn]: 0.07%, [Si]: 0.01% 및 [P]: 0.017% 이고, 온도는 1657℃ 이다. 방사 온도측정은 관찰용 송풍구를 통하여 이미지 섬유에 의해 실시된다. 동시에, 레이저 빔은 내부 튜브를 통하여 조사되고, 탄소로 부터 방출된 광은 탄소농도를 측정하기 위해서 관찰된다. 개구율은 내부 튜브에서 의 이미지 섬유 관찰에서 얻어진 이미지에 의해 측정된다. 개구율에서의 변화에 따라서, 내부 및 외부 튜브에서의 가스의 조성 및 유량이 내부 튜브의 송풍구의 전방단부의 머시룸의 크기를 제어하기 위해서 변경된다.
내부 튜브 송풍구의 내경이 15 mm인 2중 튜브 송풍구가 사용된다. 표 4에서 보여준 조건하에서, 측정된 개구율의 변화에 따라, 각 탄소농도와 온도에 대한 머시룸 크기가 추정되는 동안, 외부 튜브의 질소 유량이 적절하게 제어된다. 결과적으로, 모든 정련 기간을 통하여 정확한 온도측정(표에서 2 ×α로 보여지는)과 탄소농도 분석이 가능하게 된다. 이와 관련하여, 내부 튜브의 유량은 임계유량보다 1.5배 만큼 높은 값으로 일정하게 유지된다. 또한, 식(5)의 α는 내경이 15 mm 이기 때문에 3.8%가 된다.
이 경우에, 임계유량(F: Nm3/h)은 이하의 식으로 계산된다.
F = 5.5 × (ρg/ ρ1)-5/8× (1 + H/1.48)3/8× (r/1000)5/2‥‥‥ (10)
상기 식에서, ρg는 가스 밀도(kg/m3)이고, ρ1는 용선 밀도(kg/m3)이며, H는 욕심(浴深)(bath depth)(m)이다.
[실시예 4]
실시예 4에서, 전제조건은 표 3과 동일하게 정해지고, 내부 튜브 송풍구의 내경이 10 mm인 2중 튜브 송풍구가 사용된다. 표 5에서 보여준 조건하에서, 측정된 개구율의 변화에 따라, 각 탄소농도와 온도에의 머시룸 크기가 추정되는 동안 외부 튜브 가스의 조성 및 유량이 적절하게 제어된다. 결과적으로, 모든 정련 기간을 통하여 정확한 온도측정과 탄소농도 분석이 가능하게 된다. 이와 관련하여, 내부 튜브의 유량은 임계유량보다 1.5배 만큼 높은 값으로 일정하게 유지된다. 식(5)의 α는 내경이 10 mm 이기 때문에 8.5%가 된다.
[실시예 5]
실시예 5에서, 전제조건은 표 3과 동일하게 정해지고, 내부 튜브 송풍구의 내경이 10 mm인 2중 튜브 송풍구가 사용된다. 그러나, 초기의 온도상승율이 낮고, 송풍구는 [C] = 약 2.4% 및 온도 = 1400℃[표 6의 (1)에 의해 보여준 바와 같이]의 시점에서 막힌다. 그러므로, 외부 튜브 가스의 조성 및 유량은 표 6의 (1) 또는 (2)의 조건하에서 변경되고, 내부 튜브 송풍구의 전방단부에서의 머시룸의 크기는 제어된다. 결과적으로, 송풍구는 다시 개구된다. 결과적으로, 모든 정련 기간을 통하여 정확한 온도측정과 탄소농도 분석이 가능하게 된다.
[비교예 2]
비교예 2에서, 내부 튜브 송풍구의 내경이 15 mm인 2중 튜브 송풍구가 사용되고, 탄소농도와 온도에 관계없이 외부 튜브에서의 질소의 유량이 일정하게 유지되어 표 7에서 보여준 조건하에서 작업이 실시된다. 결과적으로, 개구율이 정련의 중기에서 저하되므로, 관찰이 불가능하게 된다. 또한, 정련의 말기에서, 머시룸이 용해되고 관찰용 송풍구는 용융에 의해 손상된다.
본 발명은 정련 상태에 따라서, 항상 관찰용 송풍구를 개방함으로써 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 안정되게 관찰하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 및 튜브의 전방 단부의 개구조건에 따라 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용하거나 서로 혼합하여 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    튜브의 개구율(%)이 튜브의 내경 r(mm)에 의해 하기의 (1)식으로 계산되는 α이하의 경우에 불활성 가스와 산화성 가스의 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하고, 개구율이 α보다 큰 경우에 불활성 가스만을 공급하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
    α= 765/r2‥‥‥ (1)
  3. 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브 송풍구를사용하는 단계, 및 튜브의 전방 단부의 개구조건에 따라 불활성 가스의 유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법
  4. 제 3항에 있어서,
    단일 튜브의 개구율(%)이 튜브의 내경 r(mm)로부터 (1)식으로 계산되는 α이상, 95% 이하가 되도록 용선의 온도 및 조성에 따라 불활성가스의 유동률이 제어되는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
  5. 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위하여 단일 튜브를 구비하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구로서, 내경이 2 내지 6 mm인 송풍구 튜브의 전방단부의 개구 상태에 따라 불활성 가스 또는 산화성 가스만을 사용할 수 있게 하거나 서로 혼합하여 사용할 수 있게 하는 제어 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구.
  6. 튜브의 전방단부에서 용선으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 비접촉 상태에서 용융금속 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 용선 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성이 관찰되는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법으로서, 2중 튜브 송풍구를 사용하는 단계, 내부 튜브 송풍구의 전방단부의 개구율을 탐지하는 단계, 및 관찰에 필요한 개구율을 유지하기 위해서 개구율에서의 변화에 따라 내외부 튜브를 통하여 공급되는 가스 유동률 및/또는 가스 조성을 변화시켜서 송풍구의 전방단부에서의 머시룸 크기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    용선의 온도 및 조성에 따라 송풍구의 전방단부에서의 머시룸의 크기를 추정하는 단계, 및 내부 튜브의 개구율(%)을 하기의 (5)식에 의해 계산되는 α이상, 95%이하의 범위로 유지시키기 위해서 상기 추정결과에 따라 외부 튜브를 통하여 공급되는 LPG 불활성 가스, 불활성 가스 및 산화성 가스의 가스 유량 및/또는 가스 조성을 변화시켜서 송풍구의 전방단부에서의 머시룸의 크기를 제어하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
    α= 850/r2‥‥‥ (5)
    여기서, r은 내부 튜브의 내경(mm)이다.
  8. 제 6항에 있어서,
    내부 튜브의 개구율이 (5)식에서의 α(%)보다 작은 경우에 튜브 개구기간에서 개구율을 증가시키기 위해서 내부 튜브로부터 불활성 가스와 산화성 가스를 서로 혼합시킨 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하는 단계, 및 튜브 개구기간을제외한 기간에서 내부 튜브로부터 불활성 가스만을 공급하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
  9. 제 6항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서,
    항상 내부 튜브로부터 불활성 가스를 공급하는 단계, 내부 튜브의 개구율이 (5)식에서 α(%)보다 작은 경우에 튜브 개구기간에서 내부 튜브의 개구율을 증가시키기 위해서 외부 튜브로부터 불활성 가스와 산화성 가스를 혼합시킨 혼합가스 또는 산화성 가스만을 공급하는 단계, 및 튜브 개구기간을 제외한 기간에서 외부 튜브를 통하여 송풍구 냉각가스 또는 불활성 가스만을 공급하거나 외부 튜브로부터 송풍구 냉각 가스와 불활성 가스를 혼합시킨 혼합가스를 공급하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰방법.
  10. 비접촉 상태하의 튜브의 전방단부에서 용융금속으로부터 방사된 전자파를 탐지함으로써 용선 정련노의 노 벽 및/또는 노 저부의 내화물을 관통하는 튜브를 통하여 정련노에서 용선의 온도 및/또는 조성을 관찰하기 위한 이중 튜브 송풍구인 용융금속 정련노 내측 관찰용 송풍구로서, 배관구조, 및 각 내부와 외부 튜브를 통하여 공급되는 가스 유량 및/또는 가스 조성을 독립적으로 제어하는 것이 가능한 제어 시스템을 포함하는 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구.
  11. 제 10항에 있어서,
    내부 튜브의 내경 r이 5 내지 20 mm인 것을 특징으로 하는 용융금속 정련노의 내측 관찰용 송풍구.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004037163A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Nippon Steel Corp 溶融金属の測温装置
EP2574474B1 (en) 2002-05-13 2014-07-09 Dymo A label printer
AT514132B1 (de) * 2013-03-25 2015-11-15 Voestalpine Stahl Gmbh Verfahren zur Bestimmung von Reaktionsdaten eines Reaktionsablaufs
JP6477751B2 (ja) * 2016-03-29 2019-03-06 Ｊｆｅスチール株式会社 底吹き転炉の炉底羽口健全性評価方法、炉底羽口寿命延長方法及び底吹き転炉の操業方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60129628A (ja) * 1983-12-16 1985-07-10 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶鋼温度連続測定方法
KR0134654B1 (ko) * 1993-10-05 1998-04-20 이요시 슌키치 광파이버를 사용한 온도측정장치 및 방법
JPH08165506A (ja) * 1994-12-12 1996-06-25 Nkk Corp 精錬用羽口の損耗抑制方法
US6071466A (en) * 1996-10-17 2000-06-06 Voest Alpine Industries, Inc. Submergible probe for viewing and analyzing properties of a molten metal bath
JP3392736B2 (ja) * 1997-11-10 2003-03-31 新日本製鐵株式会社 溶融金属の測温装置
JPH11281485A (ja) * 1998-03-31 1999-10-15 Nippon Steel Corp 溶鋼の連続測温方法
JPH11326061A (ja) * 1998-05-20 1999-11-26 Sumitomo Metal Ind Ltd 炉内溶湯の温度測定方法及び装置

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