KR20030054416A

KR20030054416A - 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치

Info

Publication number: KR20030054416A
Application number: KR1020010084558A
Authority: KR
Inventors: 이광근; 이창석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2003-07-02

Abstract

본 발명은 전기로에서 용강의 탕면높이를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는, 전기로와 일정 간격 이격되게 설치되어 전극봉(10)이 전기로 덮개(12)의 구멍에 삽입되는 시점을 감지하는 전극봉 감지센서(11)와; 전극봉이 전기로 내에서 상하로 이동하는 속도를 감지하는 전극봉 이동 측정기(13)와; 전극봉이 전기로에 장입된 스크랩과 통전에 의해 발생하는 아크 길이에 의해 변화되는 전압을 측정하는 전압계(14) 및; 전극봉이 삽입되는 시점으로부터의 경과시간과, 전기로 내에서의 전극봉의 이동속도 및, 전기로 내 스크랩이 대부분 용해됨에 안정화된 아크로부터 측정된 전압을 통해 전기로의 용강의 탕면높이를 계산하는 컴퓨터(15)를 포함한다. 본 발명의 장치는, 전기로에서 용강의 탕면높이를 정확하게 측정함으로써, 슬래그 포밍 조업성을 향상시키고 수냉 랜스의 용손을 방지할 수 있다.

Description

전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치{Apparatus of Measuring the Steel Height in EAF}

본 발명은 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치에 관한 것이며, 특히, 전기로에서 슬래그 포밍(slag foaming) 조업성을 향상시키기 위해 용강의 탕면높이를측정하는 장치에 관한 것이다.

슬래그 포밍 조업은 전기로에 장입된 스크랩이 용해되면 용강 상부에 형성되어 있는 슬래그에 수냉 랜스나 소모성 랜스를 침지시켜 탄소 입자와 산소를 취입하게 된다. 이러한 탄소 입자와 산소를 취입은 반응식 1과 같이 탄소 입자와 산소의 반응, 반응식 2와 같이 탄소 입자와 슬래그 중 철산화물의 반응으로 생성되는 CO가스를 통해 슬래그의 두께를 증가시키기 위해서다.

이와 같이 전기로 조업에서 슬래그의 두께를 증가시키는 것은 전기로의 전극봉에서 발생되는 고온의 아크(arc)열의 용강으로의 전달효율을 향상시켜 전기로의 에너지를 절감하고, 대기에 의한 질소 흡입을 방지하기 위한 것으로, 전기로 조업에서 매우 중요한 기술이다.

일반적으로, 전기로 조업에서 슬래그 포밍 조업은 슬래그 물성치, 탄소 입자의 종류, 탄소 입자 및 산소 취입속도, 랜스의 침지 깊이 등에 따라 달라진다.

이중에서 슬래그 물성치는 슬래그 염기도(CaO와 SiO₂비)를 1.8에서 2.5로 유지하고, 철산화물의 농도를 낮게 관리하는 것이 중요하다고 알려져 있다.

두 번째 인자로서 탄소 입자는 분코크스, 흑연, 무연탄분 및 석유 정제시에발생되는 코크스 등이 사용되는데, 일본 특개소60-82607호에는 탄소 입자를 SiC로 일부 대체하는 기술이 공개되어 있고, 일본 특개소60-67611호 및 특개소60-67612호에는 탄소 입자를 분할 사용하는 기술이 공개되어 있다.

세 번째 인자로서 탄소 입자와 산소 가스의 취입 속도는 전기로 조업자가 슬래그문(slag door)으로 유출되는 슬래그 상태와, 전극봉에서 발생하는 아크의 소음크기를 이용하여 가변적으로 제어하고 있다. 하지만, 작업자의 청각 기능으로는 소음의 미세한 차이를 구분할 수 없기 때문에, 소음계 및 마이크로폰과 같은 정밀 소음 측정장치를 이용하여 아크 소음의 크기를 측정한 후, 이 크기를 활용하여 탄소 입자와 산소 가스의 취입속도를 가변적으로 제어하는 기술이 대한민국 특허출원 제99-64795호, EP 0692544호 및 US 4210023호에 각각 공개되어 있다.

마지막 인자로서 랜스의 침적 깊이는 소모성 랜스를 사용하는 경우 랜스 끝부분의 용손 속도를 이용하여 일정한 속도로 침적시키고 있으나, 수냉 랜스를 사용할 경우 용강 탕면의 위치를 정확히 알 수 없기 때문에, 소모성 랜스와 달리 침적 작업이 자유롭지 못할 뿐만 아니라, 아직까지 이에 관련된 공지기술이 공개된 바 없는 상태이다.

전기로 조업에서 랜스의 침지 깊이를 자유롭게 운용할 수 없는 것은 전기로에 녹아 있는 용강량을 예측할 수 없기 때문이다. 전기로의 용강량은 스크랩을 전기로에 장입하기 전에 전기로에 남아 있는 잔탕량과 스크랩의 장입량에 따라 달라지는데, 스크랩의 장입량이 매번 달라질 뿐만 아니라, 스크랩마다 금속철의 농도가 다르기 때문에 그로 인해 형성되는 용강량을 정확하게 예측할 수 없다. 또한, 전기로 노내 용적이 내화물의 용손이나 노내 미용해된 원료 등에 의하여 변화되며, 전기로의 경동(tilting)각도가 작을 경우 슬래그문으로 슬래그와 용강이 동시에 유출되기 때문에, 이러한 복합적인 이유로 인하여 노내의 용강량을 정확하게 추정할 수가 없다.

그로 인해, 슬래그 포밍이 활성화되지 않을 경우 랜스의 침지 깊이를 크게 하여 CO가스 발생 위치를 가능한 깊게 하는 것이 매우 중요하지만, 수냉 랜스의 끝부분이 1500℃이상의 용강으로부터 소손될 수 있고, 소손된 부분으로 냉각수가 유출될 경우 폭발될 가능성이 있기 때문에, 랜스의 침지 깊이를 깊게 하기보다는 탄소 입자의 취입량을 증가시켜 슬래그 포밍을 조장하고 있는 실정이다.

대한민국 특허출원 제99-64795호, EP 0692544호 및 US 4210023호는 마이크로폰을 활용하여 아크 소음을 측정하여 슬래그 포밍을 활성화시키도록 하고 있다. 그러나, 이 기술은 랜스의 침지 깊이와 같은 랜스 운용패턴에 대한 정보를 제공하기보다는 탄소 입자와 산소 가스의 취입비에 초점을 맞추어 슬래그 포밍 조업을 유도하고 있다. 그러므로, 초기에 슬래그 포밍을 활성화시킬 수 없고, 슬래그 포밍 조장 시간도 오래 걸리며, 탄소 입자량이 많이 들어가기 때문에 용강 제조원가가 상승되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 반응식 2와 같은 반응은 흡열반응이기 때문에, 탄소 입자가 많이 취입될수록 전력원단위가 상승되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기로에서 용강의 탕면높이를 정확하게 측정함으로써, 슬래그 포밍 조업성을 향상시키고 수냉 랜스의 용손을 방지할 수 있도록 하는 용강의 탕면높이 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치의 구성도이고,

도 2는 도 1에 도시된 측정장치를 통해 슬래그 포밍시간에 따른 용강의 탕면높이를 측정한 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 전극봉 11 : 전극봉 감지 센서

12 : 전기로 덮개 13 : 전극봉 이동 측정기

14 : 전압계 15 : 컴퓨터

16 : 용강 17 : 더스트 유출방지 하우스

18 : 조작실

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 전기로와 일정 간격 이격되게 설치되어 전극봉이 전기로 덮개의 구멍에 삽입되는 시점을 감지하는 전극봉 감지센서와; 상기 전극봉이 상기 전기로 내에서 상하로 이동하는 속도를 감지하는 전극봉 이동 측정기와; 상기 전극봉이 상기 전기로에 장입된 스크랩과 통전에 의해 발생하는 아크 크기에 의해 변화되는 전압을 측정하는 전압계 및; 상기 전극봉이 삽입되는 시점으로부터의 경과시간과, 상기 전기로 내에서의 상기 전극봉의 이동속도 및, 상기 전기로 내 스크랩이 대부분 용해됨에 안정화된 아크로부터 측정된 전압을 통해 상기 전기로의 용강의 탕면높이를 계산하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극봉 감지센서(11)는 전극봉(10)이 전기로 덮개(12 ; roof)의 구멍(hole)에 삽입될 때 이를 감지하도록 구성되어 있다. 즉, 전극봉 감지센서(11)는 전기로에서 약 7미터 떨어진 곳에 위치하는 레이저 송출기와, 그 반대쪽에 설치되는 수신기를 통해 전극봉(10)이 전기로 덮개(12)의 구멍에 삽입되는 시점을 감지하는 것이다.

그리고, 본 발명의 전극봉 이동 측정기(13)는 전기로 내에서 이동하는 전극봉(10)의 이동속도를 감지하여, 전기로의 내부에 위치하는 전극봉(10) 끝부분의 위치를 추정하기 위한 장치이다.

그리고, 본 발명의 전압계(14)는 전기로 조업시에 변동되는 전압을 실시간으로 측정하기 위한 것으로, 측정된 전압으로부터 아크 길이를 추정할 수 있다.

그리고, 본 발명의 컴퓨터(15)는 전극봉 감지센서(11)를 통해 측정한 전극봉(10)이 전기로 덮개(12)의 구멍에 삽입되는 시점으로부터의 경과시간과, 전극봉 이동 측정기(13)를 통해 측정한 전기로 내에서의 전극봉의 이동속도 및, 전기로 내 스크랩이 대부분 용해됨에 안정화된 아크에서 측정한 전압계(14)의 전압을 통해 전기로에서 용강의 탕면높이를 계산한다. 도 1에서 미설명부호 16은 용강, 17은 더스트 유출방지 하우스, 18은 조작실을 각각 나타낸다.

이러한 장치 구성에서 본 발명에 용강의 탕면높이 측정원리를 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 전기로에 스크랩이 장입된 후 전력이 공급되면, 전기로 덮개(12)로부터 약 50cm 떨어진 곳에 위치한 전극봉(10)이 하강하여, 전극봉(10)이 전기로 덮개(12)의 구멍(hole)에 삽입될 때, 전극봉 감지 센서(11)에서 이를 감지한다. 이렇게 감지된 시각을 용강의 탕면높이를 측정하는 시각의 기준점으로 설정한다.

이렇게 전기로 덮개(12)의 구멍을 통과한 전극봉(10)은 전기로 내에 장입된 스크랩에 의해 통전되고, 아크(arc)를 발생시키면서 계속 하강하게 된다. 이 때, 전극봉 이동 측정기(13)는 이러한 일련의 전극봉(10)의 하강속도를 측정하고, 전압계(14)는 아크가 발생함에 따라 순간적으로 변화되는 전압을 측정하게 된다.

전기로 아크 발생이후 하강되는 전극봉(10)은 전기로 내 스크랩이 대부분 용해되면, 즉 슬래그 포밍 조업시기에는 투입된 전압을 기준으로 다소 상승과 하강을 반복하는 비교적 안정된 아크를 발생한다. 이 때는 그 변동폭이 크지 않기 때문에, 이 때를 전극봉(10)이 용강의 탕면과 일정 거리를 두고 위치하는 것으로 해석할 수 있다.

통상적으로, 전기로 조업에서 전극봉과 용강 탕면간의 이격 거리는 전압계를 이용하여 산정한다. 즉, 전극봉의 끝부분과 용강 탕면간의 이격 거리는 전압에 비례하기 때문에, 본 발명의 전압계(14)를 통해 전극봉의 끝부분과 용강 탕면간의 이격 거리를 측정할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 측정장치를 통한 용강의 탕면높이를 산정하는 방법을 살펴보면 다음과 같다. 모든 전기로는 그 바닥 철피에서 전기로 덮개까지의 길이가 설비 특성상 고정되어 있기 때문에, 용강의 탕면높이는 수학식 1과 같이 산정할 수 있다.

상기 수학식 1에서 H₀은 전기로 바닥철피에서 전기로 덮개까지의 높이(mm), V_E는 전극봉의 이동 속도(cm/초), time은 시간 간격(초), E_t는 실제 전압(V)을 각각 나타낸다.

따라서, 본 발명은 상기 수학식 1과 같은 관계를 통해 용강의 탕면높이를 측정하게 된다. 상기와 같은 본 발명의 장치를 통해 측정되는 용강에 대한 정보를 활용하여, 수냉 랜스의 침지 깊이를 효과적으로 제어함으로써 슬래그 포밍 현상을 활성화시킬 수 있다.

아래에서는, 본 출원인이 본 발명의 기술을 적용하여 실험한 실험예에 대해 설명하겠다.

[실험예]

본 실험은 150톤 전기로 조업에서 발생되는 용강의 탕면높이를 추정하기 위하여, 도 1과 같이 구성된 본 발명의 측정장치를 전기로와 조작실에 각각 설치하였다. 스크랩의 장입조건은 자가 발생 스크랩 40%, 슈레다 30%, 냉선 20% 및 HMS(Heavy Metal Scrap) 10%를 장입하였으며, 슬래그 포밍 조업시에 600V, 100KA를 송전하였다.

도 2는 도 1에 도시된 측정장치를 통해 슬래그 포밍 시간에 따른 용강의 탕면높이를 측정한 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 측정장치를 이용할 경우 슬래그 포밍 시간에 따라 용강의 탕면높이가 어떻게 변화하는지를 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 측정장치를 이용할 경우 스크랩 장입량과, 같은 노내 잔류 용강량에 따른 용강의 탕면높이를 정확하게 측정할 수 있음을 유추 해석할 수 있다.

그리고, 본 발명의 효과를 파악하기 위하여 종래에 조업자의 경험에 의한 방법과 본 발명에서 제안된 방법을 전력원단위 및 수냉 랜스의 수명 측면에서 비교하였다.

표 1은 본 발명과 종래의 방법을 각각 이용할 경우의 전력원단위를 비교한 것으로서, 본 발명이 종래의 방법에 비하여 전력원단위의 평균치와 편차가 낮게 나타남을 알 수 있다. 이러한 결과는 도 2에서와 같이 전기로에서 용강의 탕면높이를 정확하게 확인함에 따라, 수냉 랜스의 침지 깊이를 더 깊게 할 수 있고, 상대적으로 더 깊이 침지된 수냉 랜스로부터 탄소입자와 산소가스의 반응으로 형성된 CO 가스가 슬래그 포밍 현상을 더욱 활성화시켰기 때문에, 아크 열전달율이 상승되어 전력원단위가 감소된 것이다.

표 2는 본 발명과 종래의 방법을 이용할 경우의 수냉 랜스의 수명을 비교한 것으로서, 본 발명의 수냉 랜스의 수명이 종래에 비하여 150회 이상 증가함을 확인할 수 있었다. 이는 수냉 랜스가 용강의 탕면과 접촉되지 않는 조건으로 랜스의 침지 깊이를 제어함으로써, 수냉 랜스의 끝부분의 용손 현상을 방지할 수 있었기때문이다.

본 발명의 측정장치를 이용할 경우, 전력원단위 절감에 따른 전기로 에너지 저감효과와, 수냉 랜스의 수명 향상으로 전기로 용강의 제조원가 절감효과가 있음을 확인할 수 있었다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치는 전기로에서 용강의 탕면높이를 정확하게 측정함으로써, 슬래그 포밍 조업성을 향상시키고 수냉 랜스의 용손을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 측정장치를 이용할 경우에는 전력원단위 절감에 따른 전기로 에너지 저감효과와, 수냉 랜스의 수명 향상으로 전기로 용강의 제조원가 절감효과를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

전기로에서 용강의 탕면높이를 측정하는 장치에 있어서,

상기 전기로와 일정 간격 이격되게 설치되어 전극봉이 전기로 덮개의 구멍에 삽입되는 시점을 감지하는 전극봉 감지센서와; 상기 전극봉이 상기 전기로 내에서 상하로 이동하는 속도를 감지하는 전극봉 이동 측정기와; 상기 전극봉이 상기 전기로에 장입된 스크랩과 통전에 의해 발생하는 아크 크기에 의해 변화되는 전압을 측정하는 전압계 및; 상기 전극봉이 삽입되는 시점으로부터의 경과시간과, 상기 전기로 내에서의 상기 전극봉의 이동속도 및, 상기 전기로 내 스크랩이 대부분 용해됨에 안정화된 아크로부터 측정된 전압을 통해 상기 전기로의 용강의 탕면높이를 계산하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 전극봉 감지센서는 상기 전기로에서 이격되게 설치되는 레이저 송출기와, 상기 송출기의 반대쪽에 설치되는 수신기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기로에서 용강의 탕면높이 측정장치.