KR200338210Y1 - 고정도 신속응답용 복합프로브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 제강공정에서 용선의 정련정도를 파악하기 위해 복합프로브를 서브랜스에 장착하여 용탕에 침지시킨 후 필요한 정보를 얻는데 사용하는 고정도 신속응답용 복합프로브에 관한 것으로, 전로에 수강된 용강의 성분 및 처리정도를 파악하기 위한 열전대, 탈산제, 탕구를 통해 시료를 채취하는 수강부, 상기 수강부에 내장된 응고온도 측정용 측온센서 및 커넥터를 구비한 복합프로브에 있어서; 상기 수강부는 탕구캡에 의해 밀폐된 탕구와 직교되게 연결된 상층부, 그로부터 연장된 탕도 및 그와 연결되고 상기 상층부와 동일 내지 유사형상과 크기로 형성된 하층부로 이루어진 아령형상으로 형성된 것을 그 특징으로 한다.

본 고안에 따르면, 정적제어 및 동적제어에 필요한 신속한 계측이 가능하고, 정확한 성분정보를 확보할 수 있으며, 제강의 모델조업이 가능하여 생산성이 촉진되고, 특성강종 및 조업프로세서를 개발할 수 있다.

Description

고정도 신속응답용 복합프로브{COMBINATIONS PROBE FOR HIGH ACCURACY AND QUICK RESPONSE}

본 고안은 제강공정에서 용선의 정련정도를 파악하기 위해 복합프로브를 서브랜스에 장착하여 용탕에 침지시킨 후 필요한 정보를 얻는데 사용하는 고정도 신속응답용 복합프로브에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정은 고로에서 출선된 용선과 스크랩을 전로에 장입한 후순산소 및 아르곤, 질소 등을 상하횡측에서 강압 취입하여 정련시키는데 이때 강(STEEL)으로부터 불순물을 부상 분리시키기 위해 부원료를 투입 조정하고, 슬로핑 억제 및 강 성분에 맞는 특수 합금철을 투입 조정하여 제품의 성분을 조정하는 일련의 작업을 말하는 것으로 일관 제철소의 중요한 공정중 하나이다.

이러한 제강공정중 복합프로브(COMBINATIONS PROBE)는 메인랜스를 통해 로내 용융물 상부로부터 산소를 취입하여 용탕에 포함된 불순물, 예컨대 탄소, 규소, 인, 황 등을 산화반응시켜 제거하는 취련작업시 용탕에 침지되어 출강되는 용탕의 온도 및 성분이 목표치에 적합하도록 정확한 정보를 계측함으로써 산소의 분사량 및 분사위치를 정확하게 제어할 수 있게 하여주는 필수도구이다.

종래 복합프로브는 도 1의 도시와 같이, 메인지관(1) 내부에 열전대(2),응고온도 측정용 측온센서(3) 및 탈산제(4)를 내장하고, 용탕의 샘플을 채취하기 위한 탕구(5) 및 수강부(6)를 구비하며, 서브랜스에 고정된 노즐과 전기적으로 연결가능한 커넥터(7)를 구비한 보조지관(8)이 삽입된 구조를 이루고 있다.

그런데, 이와 같은 복합프로브는 취련중에 침지되기 때문에 용강의 격렬한 유동 및 교반으로 인해 시료실인 수강부(6)로 유입되는 용강이 난류의 급격한 흐름으로 진행되어 순차적으로 충전되기 어렵고, 이로 인해 충전되는 양이 부족(공동 발생)하게 되거나 혹은 그 충전되는 양이 너무 과다하게 되어 응고개시까지의 시간이 길어짐으로써 탄소정보를 확보하는데 있어 동적제어모델의 적용에 지연이 발생되므로 처리시간의 증대와 그에 따른 신속출강(QDT:QUICK DIRECT TAPPING)에 지장을 초래하였다.

특히, 조업 프로세서의 변화와 특성 강종의 개발에 따른 응고온도를 이용한 탄소 측정은 용강의 물성 및 성상, 시료의 형태, 재질에 따라 응고평탄부의 응고온도 안정도 및 지속시간에 영향을 주며, 또한 유입되는 용강의 냉각불균일은 국부적인 상평형면을 형성하여 응고평탄부가 기울어지거나 응고온도의 구현시간도 짧아지게 되며, 응고온도의 정확도도 떨어지게 되어 조업 프로세서의 변화에 필요한 계측정보를 확보하는데 있어 상당한 지장을 초래하게 된다.

본 고안은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로, 복합프로브의 구조를 개선하여 신속하고 정확한 온도 및 성분 정보를 계측 제공함으로서 제강 모델조업의 정적, 동적제어에 필요한 취련작업의 효율성을 제고할 수 있도록 한 고정도 신속응답용 복합프로브를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 복합프로브를 도시한 내부구조도,

도 2는 본 고안에 따른 복합프로브를 도시한 내부구조도 및 요부 확대도,

도 3은 본 고안에 따른 복합프로브의 측정결과를 종래와 비교하여 보인 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 메인지관 4,4' : 탈산제

3,3' : 응고온도 측정용 측온센서 5,5' : 탕구

6,6' : 수강부 11 : 탕구캡

본 고안은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 전로에 수강된 용강의 성분 및 처리정도를 파악하기 위한 열전대, 탈산제, 탕구를 통해 시료를 채취하는 수강부, 상기 수강부에 내장된 응고온도 측정용 측온센서 및 커넥터를 구비한 복합프로브에 있어서; 상기 수강부는 탕구캡에 의해 밀폐된 탕구와 직교되게 연결된 상층부, 그로부터 연장된 탕도 및 그와 연결되고 상기 상층부와 동일 내지 유사형상과 크기로 형성된 하층부로 이루어진 아령형상으로 형성된 고정도 신속응답용 복합프로브를 제공함에 그 특징이 있다.

또한, 본 고안은 상기 수강부와 연통된 탕구를 메인지관에 직접 연결설치한 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 본 고안은 수강부의 재질을 규사로 한 것에 그 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 복합프로브를 도시한 내부구조도 및 요부 확대도이다.

도시와 같이, 본 고안 복합프로브는 열전소자, 커넥터 및 보조지관을 비롯한 메인지관은 종래와 같이 형성되고, 응고속도의 제어 및 응고평탄부의 지속시간 확보를 위해 탕구 및 수강부의 재질, 형상 등이 개선된 구조로 이루어진 것이다.

즉, 본 고안에 따른 시료채취구인 탕구(5') 및 수강부(6')는 규사(SiO₂)로 형성된다.

또한, 상기 수강부(6')는 아령형상(DUMBBELL TYPE)으로 형성됨이 바람직하데 이는 용강의 충전성과 난류제어에 용이하기 때문이다.

즉, 기존에는 원통형의 수강부(도 1의 '6')로 용강이 유입될 때 노내 철정압에 의해 순식간에 분출되는 형태로 용강이 유입되기 때문에 초기 고온의 용강이 고속주입되어 난류를 발생시키고, 또한 응고온도 감지부에 그보다 현격히 높은 온도의 용강이 유입되게 되어 용강이 응고되는데 걸리는 시간이 길어지게 됨은 물론 슬래그 및 개재물이 혼재된 상태로 응고되게 됨에 반해 본 고안에 따른 수강부(6')는응고속도를 빠르게 하기 위해 수강부(6')의 열용량을 작게할 수 있는 재질 즉, 규사로 하고 그 형상을 아령형태로 함으로써 저속주입 및 순차 충전이 가능하여 상층부에 일시 정체된 용강이 긴 탕도를 거치면서 주입된 용강의 온도가 하락하게 되며, 또한 상층부의 압탕에 의해 순차적으로 하층부로 이동되면서 응고되기 때문에 이때 비중이 작은 슬래그 및 개재물들은 상층부로 부상되게 되어 건전한 용강만을 채취할 수 있게 되고 이는 탄소함량을 계측하는 응고평탄부를 길게 형성하게 된다.

이를 위해, 상기 수강부(6')는 상기 탕구(5')와 직접 연결된 상층부 및 그 대향측인 하층부는 모두 20~30mm의 직경과 30~40mm의 길이를 갖고 동일 내지 유사형상으로 형성되며, 이들 상,하층부를 연결하는 탕도는 10~20mm의 직경과 10~40mm의 길이를 갖도록 형성할 수 있다

이때, 상기 탕구(5')에는 탕구캡(11)이 마련되는데 통상 탕구캡(11)은 복합프로브를 용탕에 침지시킬 때 슬래그의 유입을 막아 건전한 시료의 채취를 위한 것으로 측정시 랜스는 승하강을 반복하고 고열에 장시간 노출되므로 벤딩 및 크랙이 발생되어 잦은 수리를 해야 하는 불편 및 누수로 인한 안전상의 위해가 따르므로 이를 방지키 위해서는 최소의 침지시간으로 정확한 계측정보를 확보해야 한다. 즉, 통상의 침지시간(3~5sec) 이내에 수강부(6')로 용탕이 충만되어야만 하는 것이다.

따라서, 용강 초기 유입시기를 제어하기 위해서는 탕구캡(11)의 재질 및 두께가 고려되어야 하는데 본 고안에서는 고속으로 이동되는 랜스의 침지속도를 감안하고 대상공정에서의 온도와 단위 시간당 탕구캡(11)이 소손되는 소손정도를 감안하여 다년간에 걸쳐 시험한 결과 종이재질의 경우에는 1~3mm의 두께를 갖도록 하고, 철 재질의 경우에는 0.4~1mm의 두께를 갖도록 함이 타당한 것으로 밝혀졌다.

이는, 용탕의 충만도 및 건전성확보, 정확한 탄소측정을 위한 것으로 이들 재질에 따른 탕구캡(11)의 두께가 한정값의 상한치보다 크게 되면 랜스가 상승할 때 수강부(6')로 용강이 유입되어 공동이 발생하거나 상승중 슬래그가 유입되어 시료의 건전성이 상실되고 정확한 탄소함량의 측정이 불가능하고; 그 하한치보다 작으면 목표 측정지점에 도달하기전에 먼저 탕구캡(11)이 소손되어 수강부(6')로 용강이 유입됨과 동시에 슬래그의 혼입이 이루어져 정확한 계측이 어렵기 때문에 상술한 바와 같이 재질에 따라 서로 다른 두께 범위를 갖음이 바람직하다.

특히, 각 재질별 저항성을 크게 하기 위해 상기 탕구캡(11)의 형상은 상향(외향)만곡진 형태로 하여줌이 더욱 바람직하다.

이와 같이, 상기 수강부(6')를 구성하는 상,하층부 및 이들을 연결하는 탕도의 직경 및 길이를 한정하는 이유는 하층부의 용강 충전성을 좋게 하기 위한 것으로, 건전시료가 요구되는 하층부의 용강량보다 상층부의 유입용강이 적을 경우 하층부로의 용강공급이 용이하지 않기 때문에 충전성이 확보되지 않을 뿐만 아니라 상하층부를 연결하는 탕도는 난류흐름 제어 및 감지부에 용강과열도를 적게함으로써 초기 유입온도를 제어하여 응고온도를 빠르게 감지하도록 하기 위한 것으로 상기에서 수치한정한 바와 같이 하층부 직경의 1/2정도가 바람직하며, 그 길이는 하층부의 길이와 유사하거나 더 짧게 유지하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 수강부(6'), 정확하게는 하층부에 노출되게 설치되는 응고온도 측정용 측온센서(3')는 9~15mm만큼 노출되게 설치함이 본 고안의 특징중 하나이다.

이는, 응고온도의 감응(RESPONSE TIME)과 밀접한 상관관계가 있기 때문인데 그 노출길이가 15mm를 초과하게 되면 응고온도의 감응속도가 커 수강부(6')로 유입된 용강 이외의 물질에 의한 열손실이 발생됨은 물론 부정확한 측정정보가 산출되기 때문이며, 9mm 미만으로 노출되게 되면 감응속도가 현저히 둔화되며 응고온도가 낮게 측정되므로 계측정보의 지연이 발생되기 때문이다.

또한, 상기 수강부(6')는 보조지관을 거쳐 메인지관에 연결되던 기존과는 달리 보조지관을 거치지 않고 메인지관(1)에 직접 연결된 구조로 이루어진다.

이는, 수강부(6')로 용강 유입시 메인지관과 보조지관의 용강유입구로 고온의 용강이 흐르게 되면 지관 소손으로 인해 계측도선의 소실이 유발되어 계측이 불가능하고, 그에 따라 메인지관과 보조지관의 용강유입구 계면 틈새와 주위를 내화재로 도포하거나 또는 삽입물을 추가하여 이 부위의 보상도선을 보호하여야 하는데 내화재 도포시 밀봉작업의 깊이가 깊어 작업이 용이치 않고, 또 메인지관과 보조지관의 틀어짐으로 인해 구경의 일치가 곤란하여 계면의 틈새로 용강이 유입될 수 있는 것은 자명한 사실이 되므로 측정불량은 물론 타르를 과다 발생시켜 사용상의 불편을 초래하므로 이러한 문제들을 극복하기 위한 것이다.

즉, 상기 수강부(6')가 메인지관에 직접 연결됨으로써 내화재의 도포나 삽입물의 삽입작업시 그 용이성은 물론 유입 용강의 유출에 의한 계측신호 전달 라인을 보호하며, 타르의 발생을 억제하고, 주입구경을 확보할 수 있어 시료의 건전성 및 측정 성공률이 향상되게 된다.

한편, 상기 수강부(6')에 장입되는 탈산제(4')는 시료의 건전성 확보 및 성분 분석시 성분편차가 발생되는 것을 방지하기 위해 투입되는 것으로 상기 수강부(6')중 하층부에 투입됨이 바람직하다.

특히, 상기 탈산제(4')는 알루미늄 재질로 이루어지며, 전체 시료 중량대비 0.1~0.5wt%가 투입됨이 바람직한데, 이는 순전히 경험칙에 의해 한정되는 양으로 하층부에 응고된 용강시료가 건전하게 채취되기 위해서는 용강중에 불순물인 산소가 제거되어야 시료에 기포성 결함이 없어지게 되는데 이는 유입되는 용강중 산소함량과 시료 채취량에 따라 다르기 때문에 완전 탈산에 필요한 탈산제의 투입량을 공정상 최대 포화농도(이론치)로 정량하고 응고시 탈산생성물이 시료에 함유되어 개재물로 존재하지 않는 것을 경험적으로 선험하여 채택된 것이다.

그리고, 상기 탈산제(4')를 투입할 때 그 형상은 와이어형태나 혹은 박판형태를 취하도록 하여 균일한 배치와 투입의 원활성을 확보토록 함이 더욱 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 고안의 작동관계는 다음과 같다.

전로에 수강된 용탕의 성분을 측정하기 위해 산소취련중 서브랜스에 본 고안 복합프로브를 장착하여 용탕중에 침지시킨다.

복합프로브의 침지에 의해 용탕은 탕구(5')를 거쳐 수강부(6')로 유입되게 되는데 유입된 용강중 탄소성분은 정밀한 백금선으로 제작된 열전대에 의해 그 변화되는 온도가 감지되어 응고온도로 계측되고, 이때의 평형온도는 철, 탄소 상태도의 액상선에 준하기 때문에 함유된 탄소량도 계측될 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 수강부(6')로 유입된 용강이 응고되는 과정에서 발생되는 응고잠열로 인하여 응고온도가 일정시간동안 안정하게 유지되는 평탄부가 생성되게 된다.

이는 용강이 채취되는 용기의 형태, 재질 등에 따라 적정 냉각능력이 확보된 채취구, 용강의 유입량 및 시료의 건전성을 고려하여 용강의 유입시점, 유입구경, 유입속도 등이 적정하도록 설계되어야 하는데 본 고안은 이러한 것들을 고려하여 상술한 구성에서와 같은 설계가 이루어지도록 하였다.

따라서, 본 고안의 복합프로브를 사용할 경우 계측정보를 신속히 확보할 수 있음과 동시에 응고속도를 제어하여 응고평탄부의 지속시간을 충분하게 확보할 수 있게 되었다.

도 3은 본 고안에 따른 복합프로브를 사용하였을 경우와 종래 복합프로브간의 사용실적을 비교한 그래프로서, 도시와 같이 기존의 복합프로브를 사용하였을 경우에는 용강의 유입시간이 늦을 경우 응고평탄부의 지연, 즉 변형이 유발되는 단점이 있으나 본 고안 복합프로브의 경우에는 용강의 유입시간이 늦더라도 응고평탄부의 지연이 발생하지 않고 도시와 같은 용강온도 및 응고온도 곡선을 그리게 됨을 확인할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 복합프로브는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 정적제어 및 동적제어에 필요한 신속한 계측이 가능하다.

둘째, 정확한 성분정보를 확보할 수 있다.

세째, 제강의 모델조업이 가능하여 생산성이 촉진된다.

네째, 특성강종 및 조업프로세서를 개발할 수 있다.

Claims (6)

1. 전로에 수강된 용강의 성분 및 처리정도를 파악하기 위한 열전대, 탈산제, 탕구를 통해 시료를 채취하는 수강부, 상기 수강부에 내장된 응고온도 측정용 측온센서 및 커넥터를 구비한 복합프로브에 있어서;

   상기 수강부는 탕구캡에 의해 밀폐된 탕구와 직교되게 연결된 상층부, 그로부터 연장된 탕도 및 그와 연결되고 상기 상층부와 동일 내지 유사형상과 크기로 형성된 하층부로 이루어진 아령형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 고정도 신속응답용 복합프로브.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 측온센서는 상기 수강부 내부로 9~15mm 노출되게 설치된 것을 특징으로 하는 고정도 신속응답용 복합프로브.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 수강부와 연통된 탕구는 메인지관에 직접 연결설치된 것을 특징으로 하는 고정도 신속응답용 복합프로브.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 탕구를 밀폐하는 탕구캡은 종이 재질일 경우 1~3mm의 두께를 갖고, 철재질일 경우에는 0.4~1mm의 두께를 갖으며 상향만곡지게 돌출형성된 것을 특징으로 하는 고정도 신속응답용 복합프로브.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 수강부를 이루는 상층부 및 하층부는 모두 20~30mm의 직경과 30~40mm의 길이를 갖고 형성되며, 이들 상,하층부를 연결하는 탕도는 10~20mm의 직경과 10~40mm의 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 고정도 신속응답용 복합프로브.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 수강부에는 시료중량의 0.1~0.5wt% 만큼 탈산제가 투입되는 것을 특징으로 하는 고정도 신속응답용 복합프로브.