KR20030039639A - 직류전기로에서 슬래그 포밍높이 판정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류전기로의 조업에서 슬래그 포밍높이를 판정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 직류전기로에서 발생되는 소음으로부터 주파수 분석을 통하여 아크소음크기를 구하는 단계와, 상기 아크소음크기로부터 하기 식,

H_slag=을 이용하여,

슬래그 포밍높이[H_slag]를 구하는 단계로 이루어지고, 여기에서, ANL_RMS은 아크소음크기인 것을 특징으로 하므로, 전기로 조업에서 발생하는 아크소음의 크기로부터 슬래그 포밍높이를 정확하게 예측함으로써 용강 또는 슬래그의 스플래시 현상없이 전력원단위를 감소시킬 수 있다.

Description

직류전기로에서 슬래그 포밍높이 판정방법{Method for determining the height of the slag foaming in the electric furnace}

본 발명은 수냉랜스를 사용하는 직류 전기로조업에서 슬래그 포밍 조업시 발생되는 아크소음의 크기를 측정하여 슬래그 포밍높이를 판정하기 위한 방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 슬래그 포밍높이에 따라서 수냉랜스의 운용 조건을 적정하게 제어함으로써 용강 및 슬래그의 스플래시 현상을 방지하고 또한 슬래그 포밍을 활성화시켜 전력 소모량을 절감할 수 있도록 전기로에서 발생되는 아크소음의 크기에 따른 슬래그 포밍높이를 판정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로 조업에서는 슬래그층 두께를 크게 유지함으로써 전극봉에서 발생된 아크가 대기에 노출되지 않도록 아크를 보호하여 용강에 대한 아크의 열전달효율을 향상시키고 또한 대기로부터의 질소 흡입을 방지할 수 있다. 따라서, 전기로 조업에서는 슬래그 두께를 정확하게 예측하기 보다는 슬래그 포밍높이를 향상시키기 위한 방안으로 기술이 개발되고 있다.

즉, 통상적인 전기로 조업에서는 슬래그 두께를 크게 형성하기 위하여 슬래그에 수냉랜스를 침지시키고 탄소입자와 산소를 취입하며, 그 결과 발생되는 포밍현상에 의해서 슬래그층의 두께는 증가한다. 여기에서, 슬래그층의 두께는 슬래그 포밍높이라 한다.

한편, 슬래그 포밍높이는 조업자가 슬래그 문(slag door)으로 유출되는 슬래그 상태를 관찰함으로써 예측될 수 있다. 그러나, 용강 탕면의 위치를 모르기 때문에 슬래그 문으로 유출되는 슬래그 상태를 가지고서는 정확한 슬래그 높이를 알 수 없는 문제점을 가지고 있다.

또한, 작업자가 아크소음의 크기를 직접 청취함으로써 슬래그 포밍높이를 예측할 수 있다. 그러나, 슬래그 포밍 시기에서의 아크소음의 크기는 스크랩을 용해할 때와는 달리 상대적으로 작기 때문에, 인간의 청각능력으로는 아크소음을 공장내 다른 소음과 분간하기 어렵다. 그리고, 조업자가 느끼는 아크소음의 크기는 조업자의 심리적 상태에 따라 서로 상이한 결과를 나타내기 때문에 슬래그 포밍높이를 정확하게 추정할 수 없다.

이와 같은 문제점때문에 전기로조업에서 슬래그 포밍높이를 정확하게 예측할 수 없기 때문에 슬래그 포밍높이를 조정할 수 없다. 그 결과, 슬래그 포밍높이가 상대적으로 높은 경우에는 슬래그 문을 통하여 슬래그 또는 용강이 유출되는 스플래시(splash) 현상이 발생될 수 있다. 그리고, 슬래그 포밍높이가 상대적으로 낮은 경우에는 슬래그 포밍에 의한 긍정적인 효과를 얻을 수 없게 된다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수냉랜스를 통한 탄소입자와 산소의 취입에 의해서 증가하는 슬래그 포밍높이를 적정하게 유지하여 용강 또는 슬래그의 스플래시 현상을 방지하고 또한 전력소모량을 절감할 수 있도록 전기로조업에서 슬래그 포밍높이를 정확하게 예측할 수 있는 직류전기로에서 슬래그 포밍높이 판정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따라서 전기로의 소음을 측정하는 상태를 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따라서 측정된 전기로에서의 소음원에 따른 주파수 특성을 나타낸 그래프;

도 3은 본 발명에 따른 슬래그 포밍높이와 아크소음의 크기의 관계를 나타낸 그래프;

도 4는 본 발명에 따라서 슬래그 포밍높이를 정확하게 예측하여 수냉랜스를 운용함으로써 전력원단위가 감소되는 것을 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 전기로

12a : 마이크로폰

12b는 주파수 분석시스템

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 직류전기로의 조업에서 슬래그 포밍높이를 판정하기 위한 방법은 상기 직류전기로에서 발생되는 소음으로부터 주파수 분석을 통하여 아크소음크기를 구하는 단계와, 상기 아크소음크기로부터 하기 식,

H_slag=을 이용하여,

슬래그 포밍높이[H_slag]를 구하는 단계로 이루어지고, 여기에서, ANL_RMS은 아크소음크기인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명은 전기로 조업시 발생되는 아크소음을 측정하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 소음측정장치를 전기로 공장에 설치하였다. 여기서, 소음측정장치는 전기로(11)에 인접하여 설치되는 앰프 내장형의 고성능 마이크로폰(12a)과 마이크로폰으로부터 전송되는 신호의 주파수를 분석하는 주파수 분석시스템(12b)으로 구성된다. 마이크로폰(12a)은 전기로 공장에서 다른 소음의 영향을 최소화하기 위하여 전기로(11)에서 약 5m 정도 떨어진 위치에 삼각대로 고정하였다.

먼저, 상기 소음측정장치의 작동원리를 살펴보면, 전기로조업 중에 발생하는 모든 소음은 마이크로폰(12a)을 통하여 측정된다. 마이크로폰(12a)으로 측정된 소음 신호(signal)는 앰프를 통하여 증폭된 후 주파수 분석시스템(12b)으로 전송된다. 주파수 분석시스템(12b)에서는 아날로그/디지탈 컨버터를 이용하여 전송된 신호를 전기신호를 변환하여 데이터화한다. 그리고, 변환된 데이터는 FFT 분석을 통하여 특정 주파수로 검출된다.

이때, 검출된 주파수를 근간으로 아크소음의 주요 주파수를 설정하기 위하여 소정시간 간격, 예를 들어 1초 간격으로 주파수 각각의 크기를 분리한다. 이와 같이 분리된 주파수 각각의 크기는 시시각각으로 변화하기 때문에, 특정시각을 한정하여 아크소음의 주요 주파수를 결정할 수 없다. 따라서, 초당 분리된 모든 주파수의 크기를 합산한 후 각각의 주파수가 차지하는 상대크기를 이용하여 주요 주파수를 추출하였다. 즉, 아크소음의 주요 주파수는 전체 주파수 크기에 대한 주파수 각각의 상대크기로부터 나타나는 특징을 이용하였다.

도 2는 상기된 바와 같은 주파수 분석시스템에 의해서 구해진 산소분사소음, 버너소음 및 아크소음이 혼재되어 있는 조건에서 소음 각각의 상대크기를 주파수 단위로 나타낸 것이다. 이때, 소음의 상대크기는 40Hz에서 7000Hz까지 주파수 각각의 크기를 합산한 값에 대한 주파수 각각의 크기를 나타낸 것이다. 이와 같은 소음의 상대크기는 주파수가 증가할수록 감소하고 있으며, 각 구간별로 소음원의 특성을 정의할 수가 있다.

500Hz 이하의 주파수는 아크소음의 특정 주파수 범위를 나타내는 것으로서, 산소분사소음의 영향에도 불구하고 일부 주파수에서 피크를 나타내고 있다. 한편, 3500Hz 이상의 주파수는 산소분사소음의 주파수 범위를 나타내는 것으로서, 상대소음크기가 다시 상승하고 있음을 나타내고 있다.

따라서, 아크소음은 500Hz 이하의 주파수에서 소음크기가 갑자기 증가하는 주파수를 대상으로 하여 계산할 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 아크소음 특성의 주파수 범위에서 피크를 나타내는 주요 주파수와 이러한 주요 주파수의 10Hz의 범위를 갖는 주파수를 21개, 예를 들어 90Hz, 100Hz, 110Hz, 140Hz, 160Hz, 170Hz, 180Hz, 200Hz, 230Hz, 240Hz, 250Hz, 260Hz, 300Hz, 310Hz, 320Hz, 370Hz, 380Hz, 390Hz, 440Hz, 450Hz, 460Hz로 선정한다. 그리고, 하기 식 1에 표현된 바와 같이, 선정된 주파수 각각의 제곱의 합을 선정된 주파수의 갯수로 나누고 이 값에 대한 루트값에 의해서 아크소음의 크기(Arc Noise Level_RMS, ANL_RMS)를 정의한다.

ANL_RMS=‥‥‥‥‥ (1)

여기에서, H는 주파수의 크기이고, 아래첨자는 주파수를 의미한다.

한편, 슬래그 높이는 전기로의 슬래그 문(slag door)으로 유출되는 슬래그 유출형태를 통해서 추측되는 겉보기 슬래기 높이(apparent slag height)를 사용하였다. 즉, 겉보기 슬래그 높이는 상기 슬래그 문으로 유출되는 슬래그의 유출상태를 캠코더로 촬영한 후 사진으로 판독하여 예측하였으며, 이때 용강탕면은 전기로에 장입되는 원재료의 장입량과, 전기로의 용적과, 전기로에 잔류하는 잔탕량을 이용하여 추정하였다.

예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전기로의 용적은 내화물 용손이 발생하지 않은 건전한 상태에서 전기로의 용적을 의미하므로 실험에 사용되는 전기로의 용적으로 산정되고, 잔탕량은 30톤으로 가정하였으며, 원재료의 장입량은 145.4(±0.5)톤으로 설정하였다. 그 결과, 산출되는 용강탕면을 근거로 하여 상기겉보기 슬래그 높이로부터 슬래그 포밍높이를 산정할 수 있다.

상술된 바와 같은 겉보기 슬래그 높이가 가변되는 상태에 따라서 마이크로폰을 통해 측정되는 소음으로부터 아크소음크기를 도출하였으며, 그 결과는 도 3에 나타나 있다. 도 3을 참조하면, 슬래그 포밍높이가 증가함에 따라 아크소음크기가 대수적으로 감소하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 슬래그 포밍높이와 아크소음크기의 상관식은 하기 식 2와 같이 나타낼 수 있다.

ANL =‥‥‥‥‥ (2)

여기에서, ANL_RMS= 아크소음 크기(mV), H_slag= 슬래그 포밍높이(mm) 이다.

따라서, 슬래그 포밍높이(H_slag)는 하기 식 3과 같이 나타낸다.

H_slag=‥‥‥‥‥ (3)

즉, 슬래그 포밍높이는 상기 식 2로부터 전기로에서 발생되는 아크소음크기를 이용하여 식 3과 같이 추정할 수 있다.

위의 결과로부터 전기로 조업에서 슬래그 포밍이 개시되는 시점에서 상기 식 3에 의해서 구해지는 슬래그 포밍높이를 산출하면서 수냉랜스를 운용한 결과, 즉 소정의 슬래그 높이에서 산소노즐팁을 20 내지 400mm 정도로 침적시키면서 조업한 결과, 용강 또는 슬래그의 스플래시 현상없이 전력원단위가 도 4에 나타난 바와 같이 감소되었음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 전기로 조업에서 발생하는 아크소음의 크기로부터 슬래그 포밍높이를 정확하게 예측함으로써 용강 또는 슬래그의 스플래시 현상없이 전력원단위를 감소시킬 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (2)

1. 직류전기로의 조업에서 슬래그 포밍높이를 판정하기 위한 방법에 있어서,

   상기 직류전기로에서 발생되는 소음으로부터 주파수 분석을 통하여 아크소음크기를 구하는 단계와,

   상기 아크소음크기로부터 하기 식,

   H_slag=을 이용하여,

   슬래그 포밍높이[H_slag]를 구하는 단계로 이루어지고, 여기에서, ANL_RMS은 아크소음크기인 것을 특징으로 하는 전기로에서 슬래그 포밍높이 판정방법.
2. 제1항에 있어서,

   마이크로폰을 통해 전기로조업에서 발생되는 소음을 측정하는 단계와, 측정된 소음으로부터 주파수 분석을 통하여 아크소음특성의 주파수를 검출하는 단계와, 상기 아크소음특성의 주파수에서 피크를 나타내는 주요 주파수를 선정하는 단계와, 선정된 주파수 각각의 제곱의 합을 선정된 주파수 갯수로 나눈 값의 루트값으로 아크소음크기를 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로에서 슬래그 포밍높이 판정방법.