KR20020064527A - 전로용 서브랜스 복합프로브 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정에서 용선을 정련하기 전후에 서브랜스에 장착하여 용탕에 침지시킨 후 필요한 정보를 얻는데 사용하는 전로용 서브랜스 복합프로브 및 그 측정방법에 관한 것이다.

본 발명은 지관의 상단 내주연에 고정된 하우징의 상단면에 노출되고, 그 하단은 상기 하우징을 상하로 관통하여 보상도선에 연결된 열전대와; 상기 열전대와 인접하여 이와 유사하게 배치되고 그 하단은 도선에 연결된 표준극 및 용강극과; 저항체에 의해 서로 통전가능하게 배선된 도선과 연결된 한쌍의 전극봉과; 상기 전극봉의 인접위치에 이와 유사한 방식으로 상향돌출되고 상기 전극봉, 열전대, 표준극 및 용강극이 각각 연결된 도선 및 보상도선들과 연결되어 폐회로를 구성할 수 있도록 상기 하우징의 하측에 착탈가능하게 구비되는 커넥터를 포함하여 구성된 복합프로브의 침지속도를 가변시키면서 침지시켜 용강의 탕면, 온도, 산소 등의 정보를 1회의 침지동작으로 획득하도록 구성한 것이다.

본 발명에 따르면, 한 번의 측정으로 온도, 산소, 탕면높이와 같은 3가지의 정보를 한꺼번에 얻을 수 있어 정련시간을 단축시켜 생산성 향상에 기여함은 물론 내화물의 용손저감으로 원가절감에 기여하고, 서브랜스의 수명을 향상시키는 부수적인 효과도 제공하게 된다.

Description

전로용 서브랜스 복합프로브 및 그 측정방법{SUB LANCE COMBINATIONS PROBE AND THEREOF MEASURING METHOD FOR CONVERTER}

본 발명은 제강공정에서 용선을 정련하기 전후에 서브랜스에 장착하여 용탕에 침지시킨 후 필요한 정보를 얻는데 사용하는 전로용 서브랜스 복합프로브 및 그측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정은 고로에서 출선된 용선과 스크랩을 배합하여 순산소 및 아르곤, 질소 등을 상하횡측에서 강압으로 취입하여 정련을 시키는데 이때 강으로부터 불순물을 분리 부상시키기 위해 부원료(FLUX)를 투입 조정한 후 강(STEEL)의 성분에 맞는 특수 합금철을 투입 조정하여 제품의 성분을 조정하는 일련의 작업을 말하는 것으로 일관체철소의 중요한 공정중 하나이다.

특히, 산소랜스를 통해 로내 용융물의 상부로부터 산소를 취입하여 장입 용선에 포함된 불순물, 예컨대 탄소, 규소, 인, 황 등을 산화반응시켜 제거하는 취련작업시에 취입 산소의 분사위치는 매우 중요하다.

왜냐하면, 고압의 순산소에 의한 용융물의 폭발이 유발될 수 있기 때문이다.

따라서, 산소랜스의 높이를 알맞게 하기 위해서는 장입한 용선의 레벨을 정확하게 계측해야 하는 바, 이를 위해 레벨측정용 프로브(PROBE)가 사용된다.

이러한 프로브는 두 개로 나뉘어 사용되고 있는 바, 이를테면 용선의 온도와 산소를 측정하기 위한 프로브와 탕면측정용 프로브가 그것으로 각 용도에 따라 번갈아가며 측정해야하는 불편이 있었다.

특히, 온도와 산소 측정용 프로브는 도 1의 도시와 같이 지관(1)에 고정된 하우징(2)의 상단으로 3개의 전극, 즉 용강극(6), 표준극(7) 및 열전대(8)가 노출되고 철재 캡(9)에 의해 보호되며 각 전극은 하우징(2)을 관통하여 그 하단측에 구비된 도선(11) 및 보상도선(10)과 연결된 구조로 되어 있으나, 측정시 용탕 내외부의 열에 의해 서브랜스(SUB LANCE)가 굴곡되는 트러블이 유발되는 문제를 안고 있었다.

또한, 탕면 측정용 프로브는 도 2의 도시와 같이 지관(1)에 고정된 하우징(2)의 상단으로 두개의 전극봉(3)이 노출되도록 하고 상기 전극봉(3)의 하단에는 저항체(4)에 의해 서로 연결된 도선(5)을 갖춘 구조로 되어 있으나, 이러한 전극들이 철로 되어 있어 산화정도가 빠르고 용강의 슬래그 성분과 유사하여 측정을 위해 침지시 슬래그가 전극에 도포되어 정확한 측정을 할 수 없다는 단점이 있었다.

더우기, 이러한 구조의 프로브들을 이용하여 필요한 용선정보를 측정하는 방법에 있어서도 프로브를 측정장치의 홀더에 단순 장착한 후 전로 내부로 하강시켜 용선과 접촉되면서 발생되는 저항을 이용하여 그 위치를 용선 레벨로 판단하는 방법을 사용하였던 바, 이는 고철을 장입하지 않고 용선만을 장입한 후 측정해야 하는 단점과 1회 측정시 2분여 정도의 측정시간이 요구되고 측정을 완료한 후에는 고철을 투입할 수 없다는 단점이 있었다.

다른 방법으로 산소 취입랜스를 이용하여 측정하는 방법이 있는데 이 경우에는 랜스의 선단부 노즐 구멍에 소둔 철선을 후크 형태로 만들어 끼운 후 메인랜스를 하강시켜 철선이 침지되도록 한 후 그때의 레벨 위치를 알고 다시 상승시켜 소둔 철선이 용선 내부로 침지된 길이를 철선의 용손량 휘도로 판단하고 메인랜스의 위치와 도합하여 레벨을 유추하는 방법이나 이또한 측정시간이 길고 작업자가 전로 상부까지 올라가야 하는 단점과 정확도가 현저히 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 프로브의 구조를 개선함과 동시에 프로브의 침지속도를 가변시켜 용탕의 온도, 산소, 탕면레벨 측정을 1회의 동작으로 한꺼번에 신속하고 정확하게 측정하여 생산성 향상 및 취련작업의 효율성을 제고할 수 있도록 한 전로용 서브랜스 복합프로브 및 그 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상기한 목적은 지관의 상단 내주연에 고정된 하우징의 상단면에 노출되고, 그 하단은 상기 하우징을 상하로 관통하여 보상도선에 연결된 열전대와; 상기 열전대와 인접하여 이와 유사하게 배치되고 그 하단은 도선에 연결된 표준극 및 용강극과; 저항체에 의해 서로 통전가능하게 배선된 도선과 연결된 한쌍의 전극봉과; 상기 전극봉의 인접위치에 이와 유사한 방식으로 상향돌출되고, 상기 전극봉, 열전대, 표준극 및 용강극이 각각 연결된 도선 및 보상도선들과 연결되어 폐회로를 구성할 수 있도록 상기 하우징의 하측에 착탈가능하게 구비되는 커넥터를 포함하여 구성함에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 상기한 목적은 전로에 장입된 용강의 정보를 측정하기 위해 서브랜스를 통한 복합프로브의 침지개시와 동시에 100mm/sec의 저속에서 2000mm/sec의 고속으로 하강하여 이전 차아지의 취련 후 레벨로부터 200~300mm의 상측에 이르면 500mm/sec의 중속으로 하강시키는 단계와; 상기 단계후 복합프로브가 슬래그층에 도달하면 슬래그의 최대두께 구간에서는 저속으로 침지되도록 침지속도를 가변시키는 단계와; 상기 단계후 슬래그층을 지나 용강면에 접촉됨과 동시에 통전되고 있던 전극봉을 통해 저항체의 저항에 의해 미소전류가 흐르다가 용강을 통해 통전되면서 큰 전류가 흐르게 되면 침지를 동작을 멈추고 그때의 서브랜스 위치로부터 용강의 레벨을 측정하는 단계와; 상기 용강레벨 측정이 완료되면 서브랜스를 다시 중속으로 하강시켜 온도 및 산소 측정을 위해 설정한 용강내 측정위치까지 하강시켜 열전대, 표준극 및 용강극을 이용하여 용강 내부의 온도, 용존 산소량 등을 계측하는 단계와; 상기 계측이 완료되면 고속으로 신속하게 복합프로브를 상향인출시켜 측정작업을 완료토록 하는 단계를 포함하여 측정함에 의해 달성된다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 용강 정보 측정용 프로브의 일예를 보인 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 복합프로브의 개략적인 요부 확대단면도,

도 4는 본 발명에 따른 복합프로브의 종단면도 및 요부 확대단면도,

도 5는 본 발명에 따른 복합프로브 측정방법을 설명하기 위한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 지관2 : 하우징

20 : 전극봉30 : 커넥터

42 : 열전대52 : 표준극

62 : 용강극

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 복합프로브의 내부 구조를 보인 개략적인 요부 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 복합프로브의 내부구조를 보인 종단면도 및 요부 확대하여 도시한 것이다.

도 3에 따르면, 복합프로브는 지관(1)의 상단 내주연측에 하우징(2)이 고정되고, 상기 하우징(2)을 관통하여 두쌍의 도선(10,11)이 배치되고, 도선(5)의 상단에는 상기 하우징(2)의 상단면 상측으로 돌출된 전극봉(20)이 연결설치되며, 그 재질도 기존의 철이 아닌 몰리브덴(Mo)로 형성된다.

왜냐하면, 철은 융점이 낮고 슬래그가 쉽게 도포되기 때문에 정확한 계측이 가능하지 않음에 반하여 몰리브덴은 융점이 높고 슬래그가 쉽게 도포되지 않기 때문에 정확한 계측이 가능하다.

상기 전극봉(20)은 캡(9)의 측면부에 위치되며, 하우징(2) 내부에는 알루미나시멘트로 충전된다.

또한, 상기 전극봉(20)과 연결된 도선(5) 사이에는 일정한 저항값을 갖는 저항체(4)가 연결되어 퓨즈의 역할을 수행하는 바, 그 저항값은 대략 1㏀ 정도가 바람직하다.

한편, 상기 하우징(2)의 하단면에는 이를 관통하여 배설된 다수의 보상도선(10) 및 도선(11)이 구비되는 바, 상기 보상도선(10) 및 도선(11)은 상기 도선(5) 사이에 위치되고 각 상단이 하우징(2)의 상단면에 노출가능하게 설치된다.

도 4에 따르면, 상기 하우징(2)의 하단에는 상기 각 도선(5,10,11)과 연결되어 폐회로를 구성할 수 있는 커넥터(30)가 연결된다.

상기 캡(9)에 의해 밀폐된 하우징(2)의 상단면에는 전극봉(20)과 별개로 이와 인접하여 각각 서로 다른 높이로 열전대(42), 표준극(52) 및 용강극(62)이 돌출형성되고, 이들의 각 하단은 상술한 보상도선(10) 및 도선(5,11)과 전기적으로 연결되어 폐회로를 구성한다.

열전대(42)는 실리카튜브(40) 내부에 장입되는 형태로 배치되며, 표준극(52)은 그 상단측에 컴파운드(50)가 설치되고 상기 컴파운드(50)의 하단에는 와이어리드(54)가 연결되어 상기 도선(11)과 연결시켜 준다.

용강극(62)은 상기한 열전대(42) 및 표준극(52) 보다 높지 않게 돌출형성되며, 몰리브덴 재질로 형성된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같이 작동된다.

본 발명의 복합프로브는 열전대(42)를 통해 용융물의 온도를 측정하고, 표준극(52) 및 용강극(62)을 통해 산소를 측정하며, 전극봉(20)을 통해 탕면을 측정하게 된다.

작동과정을 설명하자면, 먼저 서브랜스에 프로브를 장착한 후 도선(5)에 전압을 인가하게 되면 폐회로가 형성되어 적은 전류가 흐르게 된다.

이때, 서브랜스의 하강위치는 저항체(4)에 의해 조작실 내의 모니터상에 연속적으로 나타나게 된다.

하강이 계속되어 슬래그층을 통과하여 용탕면에 도달하게 되면 전류는 저항이 매우 큰 저항체(4)를 통과하지 못하게 되고 전극봉(20)이 접촉하고 있는 용강을 통해 큰 전류가 흐르게 된다.

따라서, 전류의 변화가 매우 큰 시점에서 서브랜스는 정지하게 되고 그때의 서브랜스 위치를 통해 용탕의 탕면높이를 알 수 있게 된다.

그리고, 다시 목표로 설정한 탕면의 침적깊이까지 복합프로브를 침지시켜 온도, 용존 산소량을 측정한 후 다시 상승시켜 복합프로브를 제거함으로써 측정이 완료된다.

용강의 온도나 산소량을 측정하는 세부적인 과정과 계산관계는 이미 공지되어 있으므로 자세한 설명은 생략키로 하고 본 발명에서 추구하고자 하는 목적에 부합되는 복합프로브의 침지깊이 제어방법을 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다.

도 5를 참조하면, 취련 종료후 복합프로브를 이용하여 필요한 정보를 측정하기 위해 이전 차아지(CHARGE)의 취련 후 레벨을 활용하여 상기 레벨로부터 200~300mm의 상측에서부터 서브랜스의 침지속도를 늦추어 용강의 레벨을 측정하게 된다.

즉, 서브랜스의 침지개시가 시작되어 100mm/sec의 저속(Ⅰ)으로 하강하다가 2000mm/sec의 고속(Ⅲ)으로 하강하여 전 차아지의 취련 후 레벨로부터 200~300mm의 상측에 이르면 500mm/sec의 중속(Ⅱ)으로 하강시키도록 한다.

이어, 복합프로브가 슬래그층(h₁)에 도달하면 슬래그의 최대두께(h₀-h₂) 구간에서는 저속(Ⅰ)으로 침지시킨다.

만약, 슬래그의 포밍(FOAMING:거품)이 없는 경우라면 슬래그의 최대 두께를 400mm라고 가정하고 저속(Ⅰ)으로 유지함이 바람직하다.

슬래그층을 지나 용강면에 접촉됨과 동시에 통전되고 있던 전극봉을 통해 1㏀의 저항에 의해 미소전류가 흐르다가 용강을 통해 통전되면서 큰 전류가 흐르게 되면 그때의 서브랜스 위치로부터 용강의 레벨을 측정하게 된다.

용강레벨 측정이 완료되면, 서브랜스를 다시 중속(Ⅱ)으로 하강시켜 온도 및 산소 측정을 위해 설정한 용강내 측정위치(h₃)까지 하강시킨다.

설정위치까지 하강이 완료되면 열전대, 표준극 및 용강극을 이용하여 용강 내부의 온도, 용존 산소량 등을 계측하여 제어부로 신호를 송출한다.

계측이 완료되면 고속(Ⅲ)으로 신속하게 복합프로브를 상향인출시켜 측정작업을 완료토록 한다.

이와 같은 복합프로브의 침지깊이에 따른 침지속도 가변을 통해 용강내 정보를 신속하고 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 복합프로브의 한 번의 측정으로 온도, 산소, 탕면높이와 같은 3가지의 정보를 한꺼번에 얻을 수 있어 정련시간을 단축시켜 생산성 향상에 기여함은 물론 내화물의 용손저감으로 원가절감에 기여하고, 서브랜스의 수명을 향상시키는 부수적인 효과도 제공하게 된다.

Claims (5)

1. 지관(1)의 상단 내주연에 고정된 하우징(2)의 상단면에 노출되고, 그 하단은 상기 하우징(2)을 상하로 관통하여 보상도선(10)에 연결된 열전대(42)와;

   상기 열전대(42)와 인접하여 이와 유사하게 배치되고 그 하단은 도선(11)에 연결된 표준극(52) 및 용강극(62)과;

   저항체(4)에 의해 서로 통전가능하게 배선된 도선(5)과 연결된 한쌍의 전극봉(20)과;

   상기 전극봉(20)의 인접위치에 이와 유사한 방식으로 상향돌출되고, 상기 전극봉(20), 열전대(42), 표준극(52) 및 용강극(62)이 각각 연결된 도선(5,11) 및 보상도선(10)들과 연결되어 폐회로를 구성할 수 있도록 상기 하우징(2)의 하측에 착탈가능하게 구비되는 커넥터(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전로용 서브랜스 복합프로브.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극봉(20)은 몰리브덴(Mo)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전로용 서브랜스 복합프로브.
3. 제1항에 있어서, 상기 열전대(42)는 실리카튜브(40)에 내장되는 것을 특징으로 하는 전로용 서브랜스 복합프로브.
4. 전로에 장입된 용강의 정보를 측정하기 위해 서브랜스를 통한 복합프로브의 침지개시와 동시에 100mm/sec의 저속(Ⅰ)에서 2000mm/sec의 고속(Ⅲ)으로 하강하여 이전 차아지의 취련 후 레벨로부터 200~300mm의 상측에 이르면 500mm/sec의 중속(Ⅱ)으로 하강시키는 단계와;

   상기 단계후 복합프로브가 슬래그층(h₁)에 도달하면 슬래그의 최대두께(h₀-h₂) 구간에서는 저속(Ⅰ)으로 침지되도록 침지속도를 가변시키는 단계와;

   상기 단계후 슬래그층을 지나 용강면에 접촉됨과 동시에 통전되고 있던 전극봉(20)을 통해 저항체(4)의 저항에 의해 미소전류가 흐르다가 용강을 통해 통전되면서 큰 전류가 흐르게 되면 그때의 서브랜스 위치로부터 용강의 레벨을 측정하는 단계와;

   상기 용강레벨 측정이 완료되면 서브랜스를 다시 중속(Ⅱ)으로 하강시켜 온도 및 산소 측정을 위해 설정한 용강내 측정위치(h₃)까지 하강시켜 열전대(42), 표준극(52) 및 용강극(62)을 이용하여 용강 내부의 온도, 용존 산소량 등을 계측하는 단계와;

   상기 계측이 완료되면 고속(Ⅲ)으로 신속하게 복합프로브를 상향인출시켜 측정작업을 완료토록 하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전로용 서브랜스 복합프로브 측정방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 침지속도 가변단계에서 용강 상측에 슬래그의 포밍이없을 때에는 상기 슬래그의 두께를 400mm로 가정하고 저속(Ⅰ)으로 침지시키는 것을 특징으로 하는 전로용 서브랜스 복합프로브 측정방법.