KR20020052617A

KR20020052617A - 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법

Info

Publication number: KR20020052617A
Application number: KR1020000082015A
Authority: KR
Inventors: 하창수
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-04

Abstract

본 발명은 전극봉으로부터 발생되어지는 아크열을 이용하여 고철을 용해하는 직류전기로에 관한 것으로, 전기로의 종점에서 1차측온(To)을 실시하고 1분 내외의 시간이 경과된 다음 다시 2차 측온(T1)을 실시한 후, 용강량대비 0.3∼2.5wt％의 함량으로 강철편을 투비하여 강철편이 투입될 때의 3차측온(T2)을 실시한 다음, 전기로 종점에서의 온도강하속도(To →T1)와 냉각능(ΔT = 자연냉각온도.TS - 강철편의 용해온도.Tt)를, Mℓ= Ms{Cps·(Tms-25) + ΔHf + Cpℓ(Tt-Tms)} / Cpℓ·ΔT의 식으로 환산하여 전기로내의 용강량을 계산한 다음, 이 용강량에서 출강량을 빼서 전기로내의 잔탕량을 추정하는 것을 특징으로 하여, 전기로 내화물의 침식이 억제되어 수명이 연장됨은 물론 전기로 종점에서의 온도편차가 최소화되어 제품품질이 향상되게 한 것이다.

Description

직류 전기로의 잔탕량 추정 방법 {Device for estimating the residual steel iron of direct current electric furnace}

본 발명은 전극봉으로부터 발생되어지는 아크열을 이용하여 고철을 용해하는 직류전기로에 관한 것으로, 특히 전기로내의 잔탕량을 항상 일정하게 유지되게하여 내화물의 침식을 저감시킴은 물론 전기로 종점에서의 온도편차를 최소화시킬 수 있도록 된 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 직류 전기로는, 상부측에 음극을 배치함은 물론 하부측에 양극을 배치하여 상부측으로 전극봉으로부터 발생되어지는 아크열을 이용하여 고철을 용해하는 설비로서, 이러한 직류 전기로는 고철을 용해하는 작업과정에서 통전성의 확보가 무엇보다도 중요하다.

즉, 전기로에 고철을 장입하여 용해를 개시하는 과정에서 고철이 하부의 전극과 충분한 접촉을 유지하여 상부전극봉으로부터 아크열의 발생이 용이하여야만 용해시간이 단축되는 특징이 있다. 따라서, 전기로를 처음 축조하는 과정에서 하부전극을 바닥내화물로 돌출되게하여 고철과의 접촉성을 유지되게 한다.

그러나, 전기로에서 최초로 용융조업을 수행하게 되면 하부의 전극이 용융되어 없어지므로, 두번째의 용융조업을 수행때 고철과의 접촉이 곤란해진다. 더구나용융된 고철을 전량 출강하여 전기로 내부에 용강이 남지않으면 고철과 전극의 통전불량이 발생하여 조업이 불가능해진다.

따라서, 직류 전기로에서는 출강시에 전기로의 내부공간에 일부의 용강을 잔탕으로 잔류시켜, 예컨대 하부전극과의 접촉을 유지하여 하부전극과 고철의 통전성을 확보함은 물론, 고철의 장입과정에서 발생되는 하중을 흡수하여 내화물바닥의 손상을 방지하여 전기로의 수명을 연장시키게 되는 것이다.

한편, 전기로내에 잔류되어진 잔탕량의 가감에 의해 전기로의 열수지가 수시로 변화하므로써, 전기로의 잔탕량을 측정하기 위한 수단으로, 고철의 장입량에 기준실수율을 곱하고 여기에 출강량을 뺀값을 이용하여, 잔탕량을 일정한 양으로 제어하는 방법이 제안된 바 있다.

물론, 전기로의 출강량은 용강래이들의 무게를 로드셀(load cell)로 측정하여 환산하는 방법이 이용되며, 기준실수율은 전기로를 보수하기 위해 용강을 전량출강할 때의 용융조업과 그 다음 보수를 위해 용강을 전량출강할 때의 용융조업의 평균을 실수율로 환산하게 되는 것이다.

그런데, 전기로에서는 실수율 자체가 고철의 종류나 조업조건에 따라 현저하게 변동되므로, 통상 5％이상으로 실수율의 변화가 존재한다. 따라서, 평균실수율을 이용하여 잔탕량을 계산하고 이를 근거로 장입량을 결정하면 용융조업수가 증가하면 할수록 잔탕량의 오차가 증폭되는 문제점이 있었다.

이렇게, 전기로의 실제 잔탕량의 변동량이 현저하게 발생되면, 동일한 작업조건에서 고철의 용융조업을 실시한다고 해도, 잔탕량의 변동에 의해 종점에서의 온도가 현저하게 차이가 나게되어 조업불안을 야기한다.

즉, 전기로의 잔탕량이 지나치게 적어지면, 고철장입시 발생되는 충격으로 내화물의 침식이 증가하고 통전성이 나빠져 조업시간이 길어지며 전체용강량이 감소하게 되어 동일한 전력량을 사용한다고 하더라도 종점온도가 극히 높아지는 문제점이 발생된다.

반대로, 전기로의 잔탕량이 지나치게 많아지면, 슬래그를 제거하는 과정에서 다량의 용강이 슬래그의 배출구를 통해 외부로 유출되므로, 용강의 실수율의 현저하게 저하되는 원인이 되고, 동일한 전력량에서도 종점온도가 지나치게 낮아지는 문제점이 발생된다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기로내의 잔탕량을 항상 일정하게 유지되게하여 내화물의 침식을 저감시킴은 물론 전기로 종점에서의 온도편차를 최소화시킬 수 있도록 된 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 본 발명은, 전기로내에 잔류되어진 잔탕량을 측정하여 바닥내화물의 침식을 저감함은 물론 전기로 종점에서의 온도편차를 최소화시키기 위한 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법을 제공함에 있어서,

전기로의 종점에서 1차측온(To)을 실시하고 1분 내외의 시간이 경과된 다음 다시 2차 측온(T1)을 실시한 후, 용강량대비 0.3∼2.5wt％의 함량으로 강철편을 투비하여 강철편이 투입될 때의 3차측온(T2)을 실시한 후, 전기로 종점에서의 온도강하속도(To →T1)와 냉각능(ΔT = 자연냉각온도.TS - 강철편의 용해온도.Tt)를 환산하여 전기로내의 용강량을 계산한 다음, 용강량에서 출강량을 빼서 전기로내의 잔탕량을 추정하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로의 잔탕량 추정장치를 도시한 모식도,

도 2는 본 발명에 따른 전기로의 온도와 시간과의 관계를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 전기로로 투입되는 강철편의 투입비율에 의한 실제용강량과 계산용강량의 편차를 도시한 도면이다.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전기로 11 : 유도코일

12 : 마그네시아스탬프재 13 : 주입구

15 : 도가니 16 : 흑연커버

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로의 잔탕량 추정장치를 도시한 모식도이며, 도 2는 본 발명에 따른 전기로의 온도와 시간과의 관계를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 전기로로 투입되는 강철편의 투입비율에 의한 실제용강량과 계산용강량의 편차를 도시한 도면으로서,

전기로내에 잔류되어진 잔탕량을 측정하여 바닥내화물의 침식을 저감함은 물론 전기로 종점에서의 온도편차를 최소화시키기 위한 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법을 제공함에 있어서, 전기로의 종점에서 1차측온(To)을 실시하고 1분 내외의 시간이 경과된 다음 다시 2차 측온(T1)을 실시한 후, 용강량대비 0.3∼2.5wt％의 함량으로 강철편을 투비하여 강철편이 투입될 때의 3차측온(T2)을 실시한 후, 전기로 종점에서의 온도강하속도(To →T1)와 냉각능(ΔT = 자연냉각온도.TS - 강철편의 용해온도.Tt)를 환산하여 전기로내의 용강량을 계산한 다음, 용강량에서 출강량을 빼서 전기로내의 잔탕량을 추정하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 전기로내의 잔탕량은 전체용강량에서 출강량을 뺀 값이고, 출강량은 로드셀에 의해 계측이 가능한 상태이므로, 전기로내의 용강량만 알 수 있음은 물론 잔탄량의 추정이 가능해진다. 그러나, 매 용융조업 마다 장입량은 알고 있으나 실수율이 변동하므로 용강량을 계산하기 곤란하다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용되어진 전기로(10)로서, 그 외관이 유도코일(11)을 내장한 마그네시아스탬프재(12)가 축조된 상태에서 그 상부측에 주입구(13)가 관통형성되되, 마그네시아스탬프재(12)의 내벽을 따라 용강(14)이 직접 접촉되는 도가니(15)가 부착되며, 흑연커버(16)가 덮혀씌워져 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전기로의 온도와 시간과의 관계를 도시한 도면으로서, 만일 전기로에서 출강직전의 용강온도거동을 도시한 모식도로서, 만일 조업이 끝났을 때 측정용강온도가 To이고 임의시간 t1에서 측정한 온도가 T1이라고 가정하면, 임의시간 t2에서는 TS라는 온도가 될 것으로 예측된다.

이때, 임의시간 t1에서 온도를 측정한 후 임의의 냉각제를 용강중에 투입하게 되면, 이 냉각제의 온도가 주위의 용강과 평형에 도달하는 t시간까지 온도하락이 발생한 후 자연냉각과 동일하게 온도가 감소하게 될 것이다. 물론, 냉각제로는 용해 후 용강의 조성변동을 일으키지 않고 그 물성이 잘 알려져 있는 강철제 철편을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 임의시간 t2에 측정한 온도가 T2라면 자연냉각시의 온도 TS와 냉각제를 투입하였을 때의 온도 T2사이에서 발생하는 온도차 ΔT는 다음과 같은 역수지식을 사용하여 계산할 수 있다. 즉, t2와 t1 시간 사이에 용강이 잃는 열 = 자연냉각에 의한 손실열 + 냉각제가 흡수한 열, 이라는 공식으로 얻을 수 있다.

이를 수식으로 표현하면,

** Mℓ·Cpℓ(To-Tt) = Mℓ·Cpℓ(To-Ts) + Ms·Cps(Tms-25)

+ Ms·ΔHf + Mℓ·Cpℓ(Tt-Tms)------------(1)

여기서, Mℓ: 용강량, Cpℓ: 용강의 비열(Kg)

Ms : 냉각용 철편의 투입량(490J/Kg·℃)

Cps : 냉각용 철편의 비열(Kg)

Tms : 냉각용 철편의 용융온도(℃)

ΔHf : 냉각용 철편의 용융열(J/Kg)

식(1)을 용강량(Mℓ)에 대하여 정리하면,

Mℓ= Ms{Cps·(Tms-25) + ΔHf + Cpℓ(Tt-Tms)} / Cpℓ·ΔT-------(2)

여기서, ΔT = Ts - Tt.

따라서, 전기로의 종점에서 온도(To)를 측정하고 임의시간 후 다시 온도(T1)를 측정하면 온도감소속도를 알 수 있는 것이고, 일정량의 냉각용 강철편을 투입한 후 강철편의 용해가 완료된 후에 온도(Tt)를 측정하면, 식(2)의 관계를 이용하여 전기로내 용강량을 용이하게 추정할 수 있는 것이다. 물론, 용강량에서 래이들에서 로드셀로 검출한 출강량을 빼게 되면, 전기로내에 잔류하고있는 잔탕량을 쉽게 추정할 수 있는 것이다.

[실시예 1]

전기로의 종점에서 출강까지의 대기사간 동안에는 온도 손실이 발생되기 때문에 빠른 시간내에 출강하는 것이 유리하다. 앞에서 제시된 본 발명을 실제 전기로에서 사용하기 위해서는 가능한 빠른 시간내에 측온을 완료하여야 한다. 실제조업에서는 조업자가 온도측정기를 장착하고 측온하는 상황을 고려하면 1차 측온후 다음 측온까지는 대략 1분 정도의 시간이 소요된다.

그런데, 2차측온 후에 강철편을 투입하고 3차측온을 실시하기 위해서는 투입된 강철편이 완전히 용해한 이후이어야만 한다. 그렇지 않으면, 강철편이 계속 용해되고있는 시점이기 때문에 식(2)를 사용할 수 없다.

여기서, 본 실시예에서 사용되어진 강철편의 조성과 기본적인 물성은 표 1에 나타내었으며, 강철편은 2 ×2㎝크기를 사용하였다. 또, 강철편의 용해속도는 두께가 가장 얇은 곳에 의해 지배될 것이므로 가로세로의 크기는 사용시 편의에 따라 결정해도 무방할 것으로 예상된다.

[표 1] 강철편의 기본물성

화학성분(wt％)	용융온도.Tms(℃)	비열.Cps(J/kg.℃)	용융열.ΔHf(J/kg)
C	용융온도.Tms(℃)	비열.Cps(J/kg.℃)	용융열.ΔHf(J/kg)	Mn	P	S	Sol.Al	Ti
0.008	0.074	0.006	0.009	0.035	0.053	1530	680	232500

또한, 전기로에서 열손실을 최소화하기 위해 강철편을 투입한 후 1분 이내에 완전용해를 목표로 강철편의 두께에 따른 용해시간을 조사하였다. 전기로의 종점온도가 1650℃전후인 점과 냉각제 투입시 온도강하를 생각하여 도 1과 같은 100kg급 대기 전기로를 이용하여 70kg의 용강을 용해한 후 1600℃로 유지하였다.

이어서, 두께가 2∼20mm인 강철편 1kg을 투입하고 1분이 경과된 후에 용해로를 경동하여 완전용해여부를 육안으로 판정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었는데, 1분 이내에 완전용해를 달성하기 위해서는 8mm이하의 두께를 지닌 강철편을 사용해야 함을 알 수 있었다.

[표 2] 강철편의 완전용해 여부 시험결과

두께(mm)	2	4	6	8	10	15	20
완전용해여부	O	O	O	O	×	×	×

[실시예 2]

도 1의 대기전기로를 이용하여 용강량 약 70kg을 목표로 강괴의 무게를 미리 측정하고 완전용해한 후 1차측온을 실시하고, 1분이 경과된 후에 다시 2차측온을 실시한 후 2mm두께의 강철편을 2 ×2mm크기로 절단하여 강괴량의 0.1∼3wt％만큼 투입하였다.

실시예 1에서 강철편은 투입한 후 1분 이내에 완전용해되었고, 2차측온 후에 2분이 경과한 시점에 3차 측온을 실시하기 위해 완전출강을 실시한 후 다시 70kg상당의 강괴를 재용해하여 실험을 실시하여 표 3에 나타내었다.

한편, 식 (2)의 계산에 사용된 용강의 비열 Cpℓ은 490J/Kg ℃를 사용하고 강철편의 물성은 표 1값을 이용하여 계산하였다.

[표 3] 용강량 계산 시험 결과.

실 험 결 과	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
강괴량(kg)	68.8	69.5	70.3	69.6	68.5	70.1	69.2	69.5	68.9	70.5
강철편투입비율(wt％)	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
1차온도To(℃)	1627	1678	1698	1656	1636	1654	1644	1675	1673	1684
2차온도T1(℃)	1625	1675	1694	1654	1634	1651	1642	1672	1669	1680
3차온도T2(℃)	1618	1664	1678	1639	1617	1618	1599	1613	1595	1593
계산용강량(kg)	60.8	75	71.5	67.6	69.8	68.8	70.1	69.3	68.6	70.3

한편, 도 3에 강철편의 투입비율에 따른 강괴량과 계산용강량의 편차를 나타내었는데, 강철편의 투입비율이 강괴량의 0.3wt％이상이 경우에는 계산과 실제값의 편차가 기존의 평균실수율을 이용하는 경우인 5％이하로 나타나고, 투입량이 늘어날수록 편차가 감소함을 알 수 있다.

따라서, 전기로 종점에서 이러한 방법을 이용하여 전기로내 용강량을 계산할 수 있고, 여기에 래이들에서 검출된 출강량을 빼면 전기로내 잔탕량을 정확히 추정할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법에 의하면, 전기로내의 정확한 잔탕량의 관리가 가능해지므로, 전기로 내화물의 침식이 억제되어 수명이 연장됨은 물론 전기로 종점에서의 온도편차가 최소화되어 제품품질이 향상되는 효과가 있는 것이다.

Claims

전기로내에 잔류되어진 잔탕량을 측정하여 바닥내화물의 침식을 저감함은 물론 전기로 종점에서의 온도편차를 최소화시키기 위한 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법을 제공함에 있어서,

전기로의 종점에서 1차측온(To)을 실시하고 1분 내외의 시간이 경과된 다음 다시 2차 측온(T1)을 실시한 후, 용강량대비 0.3∼2.5wt％의 함량으로 강철편을 투비하여 강철편이 투입될 때의 3차측온(T2)을 실시한 다음, 전기로 종점에서의 온도강하속도(To →T1)와 냉각능(ΔT = 자연냉각온도.TS - 강철편의 용해온도.Tt)를, Mℓ= Ms{Cps·(Tms-25) + ΔHf + Cpℓ(Tt-Tms)} / Cpℓ·ΔT의 식으로 환산하여 전기로내의 용강량을 계산한 다음, 이 용강량에서 출강량을 빼서 전기로내의 잔탕량을 추정하는 것을 특징으로 하는 직류 전기로의 잔탕량 추정 방법.