KR20040056827A - 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 취련이 완료된 용강을 출강할 때, 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 카메라로부터 영상 신호를 입력받아 측정에 방해가 되는 신호를 차단하기 위하여 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter); 상기 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 신호를 입력받아 용강의 복사 에너지 평균값을 구하는 복사 에너지 강도 감쇠 필터; 및 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하여 이 값이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 신호 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치가 제공된다.

Description

전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법 {Apparatus for detecting onset of slag entrainment in a molten metal stream and method thereof}

본 발명은 전로 출강시 슬래그 유출을 검출하는 장치 및 그 운용 방법에 관한 것으로서, 특히, 취련이 완료된 용강을 출강할 때, 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법에 관한 것이다.

도 1은 전로에서 출강되는 용강을 보여주는 개략도로서, 이를 설명하면, 다음과 같다.

전로(1)에서 취련이 완료된 용강(2)이 출강구(4)를 통하여 출강된다. 출강 초기에는 상기 전로(1)에 있는 용강(2)만이 상기 출강구(4)를 통하여 출강되지만, 출강 말기에는 바닥에 구멍이 뚫린 용기로부터 액체가 유출될 때, 출강구 크기에 따른 일정한 높이(h)에서 소용돌이가 발생하는 보텍스(Vortex)가 형성되며, 이러한 현상은 상기 출강구(4) 중앙에 액면이 깔때기 모양으로 오목하게 침강되도록 하며, 결국에는 슬래그를 소용돌이로 끌어들이면서, 슬래그를 유출하게 된다.

종래의 전로 출강시 슬래그 유출의 검출은 전로 출강구(4)에 전자기 센서(Sensor)를 설치하여, 전자기 플럭스(Flux), 용강 및 슬래그가 동시에 출강될 때, 전자기 플럭스의 차이를 이용하여 슬래그 유출을 검출하는 방법을 주로 사용하여 왔다. 또한, 적외선 카메라를 사용하여 용강과 슬래그의 온도 차이로 인하여 용강과 슬래그의 스펙트럴 이미시비티(Spectral Emissivities)가 다른 점을 이용하는 방법도 사용되었다.

그러나 전자기 센서의 경우에는 이것을 유지하고 보수하는데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라, 소모품인 관계로 인하여 비용이 매우 많이 들어간다는 문제점이 있다. 또한, 적외선 카메라의 경우에는 조그마한 온도 차이에도 민감하게 반응하기 때문에 슬래그의 유출을 검출하는데 어려움을 가지고 있을 뿐만 아니라, 주변 환경에 영향을 받는다는 문제점을 가지고 있다.

상술한 전자기적 센서로 슬래그의 유출을 검출하는 종래 기술로는 미국 특허 4,859,940, 4,816,758 및 6,074,598 등이 있으나, 이들은 공통적으로 센서가 열에 약할 뿐만 아니라, 유지/보수 비용이 지나치게 소요되며, 관리에 많은 어려움이 있다는 문제점이 있다.

또한, 미국 특허 6,197,086, 6,129,888 및 일본 특허 1999-044713, 2001-039517, 2001-107127 등은 용강과 슬래그의 온도 차이로 인하여 발생하는 스펙트럴 방사량(Spectral Emissivities)의 차이를 측정하고 있지만, 특정 파장 대역만을 기준으로 측정하기 때문에 전로에서 용강을 취련할 때, 저취나 과취시 용강의 온도 차이가 많이 나게 되므로, 특정 파장 대역만을 가지고 슬래그 유출을 검출하는 방법으로는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 취련이 완료된 용강을 출강할 때, 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치 및 그 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 전로에서 출강되는 용강을 보여주는 개략도이고,

도 2는 본 발명에서 제안하는 광학계의 개략적인 구성도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전로 출강시 슬래그 유출 검출 방법을 나타낸 흐름도이고,

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 효과를 보여 주는 그래프로서, 도 4a는 출강 초기에 용강만 출강될 때 구한 밝기 평균을 도시한 그래프이고,

도 4b는 용강만 유출될 때 구한 복사 에너지 평균에 슬래그가 유출될 때 보이는 밝기 신호의 변화를 나타낸 그래프이다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 취련이 완료된 용강을 출강할 때 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치에 있어서, 전로에서 용강이 출강될 때 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 설치되어 용강 흐름의 영상을 계측하는 카메라; 상기 카메라로부터 영상 신호를 입력받아 측정에 방해가 되는 신호를 차단하기 위하여 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter); 상기 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 신호를 입력받아 용강의 복사 에너지 평균값을 구하는 복사 에너지 강도 감쇠 필터; 및 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하여 이 값이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 신호 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치가 제공된다.

또한, 보다 더 상세하게는 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터는 2개로 구성되어, 용강의 복사 에너지 평균값을 구할 때 서로 반대 방향으로 움직이도록 구성한다.

또한, 취련이 완료된 용강을 출강할 때 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 포함하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치의 운용 방법에 있어서, 출강이 개시되면, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 적절하게 조정한 후, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를서로 반대 방향으로 돌림으로써, 복사 에너지를 기설정된 시간동안 평균값을 구하고, 이를 용강의 복사 에너지 평균값으로 설정하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 구한 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계에서 계산한 슬래그 유출율이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 제 3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치의 운용 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 전로에서 용강이 출강될 때, 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 카메라를 설치한다. 이 카메라 전단에는 본 발명에 의한 광학 필텁가 설치되어 있으며, 상기 광학 필터부는 세 개의 서로 다른 광학 필터를 포함하여 구성된다.

상기 광학 필터부 내에는 용강의 흐름을 볼 수 있는 바깥쪽에 일반적으로 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)와 출강 초기에 용강의 밝기 평균을 구하기 위하여 서로 반대쪽으로 움직이는 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 설치한다.

이렇게 구성된 카메라와 광학 필터부를 통하여 측정된 신호는 신호 처리부를 통하여 전로에서 출강시 슬래그의 유출 여부를 판단하게 된다. 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터는 상기 광학 필터 제어부를 통하여 서로 반대 방향으로 계속적으로 움직이면서 출강 초기에 용강의 밝기 평균값을 구하게 된다.

도 2는 본 발명에서 제안하는 광학계의 개략적인 구성도로서, 본 광학계는 전로 출강구로부터 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 설치된다.

본 광학계는 광학 필터부(6), 카메라(5), 신호 처리부(10) 및 광학 필터 제어부(11)를 포함하여 구성된다.

상기 광학 필터부(6)는 일반적으로 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(7)와 출강 초기에 용강의 밝기 평균을 구하기 위하여 서로 반대쪽으로 움직이는 복사 에너지 강도 감쇠 필터(8, 9)를 포함하여 구성된다.

상기 밴드 패스 필터(7)는 햇빛이나 조명 등 주변에서 측정에 방해가 되는 신호를 차단하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터(8, 9)는 상기 광학 필터 제어부(11)의 지령 신호에 따라 출강 초기에 용강의 평균 밝기를 계산하기 위하여 서로 반대 방향으로 움직이게 되며, 일정한 시간이 지난 후, 용강의 평균 밝기를 획득한 후, 더 이상 움직이지 않게 된다. 상기 광학 필터부(6)를 통과한 신호는 상기 카메라(10)를 거쳐 상기 신호 처리부(10)에서 처리된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전로 출강시 슬래그 유출 검출 방법을 나타낸 흐름도로서, 이를 상세히 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 스텝 S301에서, 상위 컴퓨터가 전로가 출강한다는 신호를 받게 되면,즉, 출강이 개시되면, 스텝 S302에서, 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 적절하게 조정한 후, 스텝 S303에서, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 서로 반대 방향으로 돌림으로써, 복사 에너지를 기설정된 시간동안(본 실시예에서는 2 ~ 3분) 평균값을 구하고, 스텝 S303에서, 이를 '용강의 복사 에너지 평균값'으로 설정한다.

이렇게 출강 초기에 구한 용강의 복사 에너지 평균값은 출강 말기에 슬래그가 유출되면, 카메라(5)의 수신부에 검출되는 신호보다 낮게 된다. 즉, 출강 말기에 슬래그가 유출될 때 방출되는 복사 에너지, 즉, 밝기 신호는 출강 초기에 용강만 유출될 때 구한 밝기 신호 평균값보다 더 크게 된다. 이 두개의 신호를 이용하는 것이 본 발명의 핵심이다.

스텝 S305에서, 신호의 밝기 변화가 있으면, 스텝 S306에서, 슬래그 유출율을 아래의 [수학식 1]과 같이 구한다.

이어서, 스텝 S307에서, 상기 슬래그 유출율이 기설정된 기준값과 비교하여 큰지 여부를 판단하여, 크면, 스텝 S308에서, 알람을 울린다거나 출강구로부터 용강의 유출을 막는 스타퍼(Stopper)를 가동시키는 제어 신호를 출력한다. 이렇게 되면, 강종에 따라 용강의 온도가 많은 차이가 나더라도, 또한, 주변 환경이 열악할지라도, 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 계속적으로 조정하여 용강만 유출될 때의 복사 에너지 평균값을 구하기 때문에 이를 기준으로 슬래그의 유출을 쉽게 계측할수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 효과를 보여 주는 그래프로서, 도 4a는 출강 초기에 용강만 출강될 때 구한 밝기 평균을 도시한 그래프이고, 도 4b는 용강만 유출될 때 구한 복사 에너지 평균에 슬래그가 유출될 때 보이는 밝기 신호의 변화를 나타낸 그래프이다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 출강 초기에 고열의 먼지나 수증기 등의 열악한 환경에서도 슬래그 유출을 용이하게 검출할 수 있고, 강종이나 부원료 투입 및 저취나 과취 등으로 인하여 출강되는 용강의 온도가 많은 차이가 날지라도 쉽게 슬래그 유출을 검출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전로에서 용강이 출강될 때, 슬래그의 유출을 비접촉식으로 측정할 수 있기 때문에 소모성 자재를 이용하는 기존 방법에 비하여 유지/보수가 쉬울 뿐만 아니라 비용 절감 효과도 매우 크다.

Claims (4)

1. 취련이 완료된 용강을 출강할 때 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치에 있어서,

   전로에서 용강이 출강될 때 용강의 흐름이 잘 보이는 위치에 설치되어 용강 흐름의 영상을 계측하는 카메라;

   상기 카메라로부터 영상 신호를 입력받아 측정에 방해가 되는 신호를 차단하기 위하여 전로에서 생산되는 용강의 최소 온도와 최대 온도만을 측정할 수 있는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter);

   상기 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 신호를 입력받아 용강의 복사 에너지 평균값을 구하는 복사 에너지 강도 감쇠 필터; 및

   출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하여 이 값이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 신호 처리부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터는 2개로 구성되어, 용강의 복사 에너지 평균값을 구할 때 서로 반대 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치.
3. 취련이 완료된 용강을 출강할 때 혼입된 슬래그를 광학적인 방법을 사용하여 이를 계측할 수 있도록 한 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 포함하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치의 운용 방법에 있어서,

   출강이 개시되면, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 적절하게 조정한 후, 상기 복사 에너지 강도 감쇠 필터를 서로 반대 방향으로 돌림으로써, 복사 에너지를 기설정된 시간동안 평균값을 구하고, 이를 용강의 복사 에너지 평균값으로 설정하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계에서 구한 출강 초기의 용강의 복사 에너지 평균값과 출강 말기 복사 에너지 평균값을 비교하여 상기 출강 말기의 복사 에너지 평균값이 더 크면, 슬래그 유출율을 계산하는 제 2 단계;

   상기 제 2 단계에서 계산한 슬래그 유출율이 기설정된 기준값보다 크면, 슬래그가 유출되고 있다는 신호를 출력하는 제 3 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 장치의 운용 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 슬래그 유출율은 아래의 [식 1]에 의하여 계산하는 것을 특징으로 하는 전로 출강시 슬래그 유출 검출 방법.

   [식 1]