KR20110072940A

KR20110072940A - 고로의 용탕 탐지 장치

Info

Publication number: KR20110072940A
Application number: KR1020090130058A
Authority: KR
Inventors: 박태준; 한무호; 김태원
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-29
Also published as: KR101134620B1

Abstract

본 발명에 따른 용탕탐지장치는, 고로 하부의 용탕용기의 벽체 내에 용탕용기의 주변을 둘러싸면서 서로 높이를 달리하여 분리되어 매설된 복수의 센싱코일과, 복수의 센싱코일 각각에 독립적으로 전압 신호를 인가하고 용탕용기 내에 저장된 용강과의 거리 차이에 따라 변화되는 전류 신호를 독립적으로 검출하는 신호처리부를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 용탕탐지장치를 이용하면, 용탕용기 내의 용강과의 거리에 따라 센싱코일에 흐르는 전류의 크기 변화를 측정함으로써 용탕 레벨을 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 용탕용기 내벽의 침식 상태, 지금의 형성 유무를 판별할 수 있다.

Description

고로의 용탕 탐지 장치{APPARATUS FOR INSPECTING MOLTEN IRON IN BLAST FURNACE}

본 발명은 용탕탐지장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 고로(Blast Furnace)의 용탕 보관용기에 생성된 용탕의 양 등을 정밀하게 탐지할 수 있는 용탕탐지장치에 관한 것이다.

고로에서의 제선 공정은 원료인 철광석을 고로에 장입하고 환원제 및 연료로 사용되는 미분탄을 고압의 기체와 섞어 배관을 통해 고로 내부로 취입하고, 고온의 열풍을 사용하여 미분탄을 연소시킴으로써 철광석을 용융시키게 된다. 철광석의 용융 결과 생성된 용탕은 고로인 하부인 고저에 모이게 되며, 필요에 따라 고로의 출선구를 통해 용선을 배출하게 된다.

도 1을 참고하면, 고로(100) 상부로부터 장입물(110) 즉, 철광석 및 코크스를 고로(100) 내부에 장입하고, 고로(100) 하부에 설치되는 풍구(120)를 송풍구(122)로서 고온의 열풍(124)을 불어 넣어 환원 용융반응을 일으키게 된다. 그 결과 생성된 용탕(131)의 높이가 출선구(132)보다 높아지면 필요에 따라 출선구(132)를 통해 용선을 생산한다.

최적의 조건에서 용선을 효율적으로 배출하기 위해서는 고로(100)의 용탕용기(130)에 담긴 용탕(131)의 레벨을 정확하게 측정해야 한다. 그러나, 용탕은 약 1600℃ 정도의 고온 상태로 유지되기 때문에 용탕(131)의 높이를 직접 관찰에 의해 파악하는 것이 어렵다. 또한, 용탕(131)의 레벨을 측정하기 위해 고로 내부에 센서를 설치하는 것은 센서의 내열성 등의 문제로 인해 장시간 사용이 불가하다. 다른 한편으로, 고로(100) 외부에서 레이저 등의 신호를 주사하여 용탕(131)의 레벨을 측정하는 것은 통상 내화재(104) 및 철피(102)로 제조되는 용탕용기(130) 재질의 특수성으로 인해 사용이 어려운 실정이다.

한편, 고로 조업이 반복됨에 따라 용탕용기(130)의 내벽에 부착되는 지금의 양이 증가되는데, 이렇게 고로 내벽에 부착된 지금의 양이 증가되면 생성된 용선의 품질이 낮아지는 등의 문제를 야기하게 된다. 또 다른 문제로는, 고로에서의 제선 공정을 장시간 진행하게 됨에 따라 고로 내에 장입되는 코크스 및 철광석이 노 하부에서 연소 및 환원 반응에 따라 노 하부로 강하되는데, 이때 노체 내부의 내화물(예컨대 내화연와 등)과 마찰되기 때문에 노 내벽이 손상되기도 한다.

본 발명은 용탕용기에 저장된 용탕의 표면 레벨을 정확하게 측정할 수 있는 용탕탐지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 고로 내벽의 침식 상태 및 지금 생성 유무 등 용탕용기 내부의 상태를 탐지할 수 있는 용탕탐지장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 용탕탐지장치는, 고로 하부의 용탕용기의 벽체 내에 용탕용기의 주변을 둘러싸면서 서로 높이를 달리하여 분리되어 매설된 복수의 센싱코일과, 복수의 센싱코일 각각에 독립적으로 전압 신호를 인가하고 용탕용기 내에 저장된 용강과의 거리 차이에 따라 변화되는 전류 신호를 독립적으로 검출하는 신호처리부를 포함하여 구성된다.

여기서, 복수의 센싱코일은 상기 용탕용기의 출선구보다 상측에 배치된 상부 센싱코일 및 상기 출선구보다 하측에 배치된 하부 센싱코일을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 센싱코일은 용탕용기의 벽체를 따라 수직 방향으로 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 고로는 하부에 용강이 저장되는 용탕용기를 포함하는 고로로서, 용탕용기의 벽체 내에 용탕용기의 주변을 둘러싸면서 서로 높이를 달리하여 분리되어 매설된 복수의 센싱코일을 포함한다. 여기서, 복수의 센싱코일은 용탕용기의 출선구보다 상측에 배치된 상부 센싱코일 및 상기 출선구보다 하측에 배치된 하 부 센싱코일을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 센싱코일은 용탕용기의 벽체를 따라 수직 방향으로 소정의 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 용탕탐지장치를 이용하면, 용탕용기의 벽체에 설치된 센싱코일을 통해 용탕 레벨을 정확하게 파악할 수 있다.

또한, 고로 조업을 진행하면서 복수개의 센싱코일에 흐르는 전류의 크기를 주기적으로 측정 및 분석하면 용탕용기 내벽의 침식 상태 뿐만 아니라 지금의 형성 유무 및 생성된 지금의 양을 측정할 수도 있다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 용탕탐지장치가 설치된 용탕용기(130)의 투과사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 용탕탐지장치는, 용탕용기(130)의 벽체 내에 형성된 센싱코일(140, 142, 144) 및 신호처리부(150)로 구성된다. 여기서, 복수의 센싱코일(140, 142, 144) 각각은 용탕용기(130)의 벽체 내에 형성되되 그 주변을 둘러싸면서 용탕용기(130)의 저면 위치를 기준으로 높이가 서로 다르게 형성된다. 그리고, 신호처리부(150)는 복수개의 센싱코일(140, 142, 144) 각각에 독립적으로 전기적 신호(예컨대, 전압 신호)를 인가하고 또한 센싱코일들에 흐르는 전류 신호를 독립적으로 검출한다. 그리고, 신호처리부(150)는 센싱코일들로부터 입력된 신호를 검출하여 디스플레이부(160)에 표시할 수 있다.

본 발명에 따른 용탕탐지장치는, 센싱코일에 전압을 인가하면 센싱코일에 호르는 전류에 의해 생성된 자기 에너지에 기인하여 용강에 유도전류가 발생되며, 이 유도전류가 용강의 고유저항에 의해 손실열(주울열)을 야기하는 현상에 기초하여 창안되었다. 더 자세히 설명하면, 복수의 센싱코일 각각에 동일한 주파수 및 진폭을 가진 교류 전압 신호를 인가하면, 용강(131)과 센싱코일 각각의 물리적 거리에 따라 용강 내에 발생되는 유도전류의 크기가 달라지게 되고, 이 유도전류가 용강의 고유저항에 의해 손실열(손실열의 크기는 센싱코일에 의해 용강에 전달되는 에너지의 크기를 의미한다)을 발생시킨다. 용강으로 전달되는 에너지의 크기는 용강의 물성, 코일의 형상, 주파수 및 진폭 등과 같은 신호의 크기에 의해서도 좌우되지만, 동일한 조건으로 할 때 용강과 센싱코일 사이의 물리적 거리에 따라서도 좌우된다.

따라서, 복수의 센싱코일에 동일한 주파수 및 진폭의 교류 전압 신호를 인가하면, 용강 내에 손실열이 발생하게 되며 이러한 손실열은 센싱코일로부터 전달된 에너지이므로, 결국 용강과 각각의 센싱코일 사이의 물리적 거리에 따라 센싱코일에 흐르는 전류의 크기가 달라지게 된다. 용강에 전달된 에너지는 인가한 전압 신호와 센싱코일로부터 측정된 전류 신호를 통해 분석할 수 있다. 예컨대, 설치한 복수의 센싱코일에 동일한 조건의 전압 신호를 인가한 후, 각각의 센싱코일에 의해 흐르는 전류의 크기를 측정함으로써, 각각의 센싱코일로부터 용강에 전달된 에너지의 크기를 분석할 수 있다. 용강과 센싱코일 사이의 거리가 가까울수록 용강에 전 달되는 에너지의 크기가 가장 커지기 때문에, 각각의 센싱코일로부터 용강에 전달되는 에너지의 크기 변화를 측정함으로써, 용탕용기 내부에 저장된 용강과 슬래그 사이의 경계면의 높이를 예측할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 용탕탐지장치가 고로의 용탕용기(130)의 벽체에 설치된 상태를 도시한 부분단면도이다. 도 3에서 보듯이, 용탕용기(130)의 벽체는 외부표면을 철피(102)로 구성하고, 그 내부는 내화연와(104c)로 구성될 수 있다. 그리고, 내화연와(104c)와 철피(102) 사이에는 필요에 따라 냉각장치(103)가 설치될 수 있고, 냉각장치(103)의 내측 및 외측에 각각 내화 컨스터블(Constable; 104b, 104a)재를 부설할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 복수의 센싱코일(140, 142, 144, 146)은 내화연와(104c) 및 철피(102) 사이에 매설될 수 있다.

고로 내에서는 철광석 등의 장입물이 고온의 열풍에 의해 환원용융반응이 일어나고 그 결과 용강으로 생성되는데, 작업이 진행됨에 따라 용강의 양이 점차 증가하게 된다. 그리고, 용강의 양이 증가되면 슬래그(128)와의 경계면이 점차 상승된다. 한편, 각각의 센싱코일에 흐르는 전류의 크기는 용강(131)과의 물리적 거리에 따라 달라지게 되는데(즉, 거리에 따라 각각의 센싱코일로부터 용강에 전달되는 에너지의 크기가 달라지게 되며), 예컨대 용강(131)과 슬래그(128)의 경계면이 점차 상승됨에 따라, 센싱코일들에 의해 용강으로 전달된 에너지의 크기는 센싱코일(146)로부터 센싱코일(144), 센싱코일(142), 센싱코일(140)의 순서로 커지게 된다. 따라서, 각각의 센싱코일에 흐르는 전류를 측정하면, 인가된 전압을 기준으로 하여 용강에 전달된 에너지의 크기 변화를 측정할 수 있고, 결국 센싱코일의 위치 및 에너지 크기 변화를 통해 용강(131)과 슬래그(128)의 경계면 위치를 분석할 수 있게 된다.

이와 같이, 고로 조업을 진행하면서 각각의 센싱코일에 흐르는 전류의 크기 변화를 측정하면 용강(131)의 높이를 예측할 수 있고, 용강(131)의 높이가 출선구(132)보다 상당한 높이만큼 상승된 때를 파악하여 용선의 출선 시기를 결정할 수 있다. 또한, 센싱코일에 의해 검출된 전류의 변화를 시간에 따라 측정하면 용탕을 생성하는 작업 속도를 정확하게 파악할 수도 있다. 여기서, 일정량의 용선을 배출하기 위한 용탕의 양 즉, 출선구(132)를 통해 배출할 수 있는 용선의 양은 센싱코일들을 통해 측정되는 신호의 크기로부터 산출이 가능하며, 보정을 통해 더욱 정확하게 예측할 수 있다. 여기서, 산출할 용선의 양을 정확하게 파악하기 우해서는 출선구(132)를 기준으로 위측과 아래측에 각각 복수개의 센싱코일들(상부 센싱코일 및 하부 센싱코일)을 설치하는 것이 바람직하고, 더 정밀한 측정을 위해 복수의 센싱코일을 촘촘히 배치하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 용탕탐지장치를 이용하면 고로 내벽의 손상 정도를 용이하게 파악할 수 있다. 도 4에서 보듯이, 고로 조업을 반복함에 따라 고로 내벽의 내화재가 침식될 수 있는데, 그 침식 정도는 센싱코일들에 의해 측정되는 전류의 크기를 통해 탐지할 수 있다. 예컨대, 고로 내벽은 최초 상태(130a)로부터 상태(130b)를 지나 상태(130c)까지 침식될 수 있는데, 침식의 정도가 클수록 센싱코일과 용강 사이의 거리가 더 가까워지게 되고 센싱코일이 형성하는 평면 내에 위치한 용강의 면적도 증가하게 된다. 따라서, 센싱코일에 의해 용강으로 전달되는 에 너지는, 용강(131)이 일정한 높이로 생성되었을 경우, 상태(130a)일 때보다 상태(130c)인 경우가 더 커지게 된다. 즉, 침식부위의 센싱코일 내부에 존재하는 용강(131)의 전체면적은 내벽 침식이 진행됨에 따라 커지게 되고, 용강(131)의 면적이 증가하면 센싱코일에 의해 전달되는 에너지가 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 용탕탐지장치를 계속적으로 사용하면서 동일한 입력신호를 기준으로 고로에 대한 특정 위치의 센싱코일에 흐르는 전류의 측정치를 분석하면 고로 내벽의 침식 정도를 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 도 5에서 보듯이, 고로 조업을 반복함에 따라 내벽에 지금이 생성될 수 있는데, 이 경우 용강(131)과 슬래그(128)의 경계면보다 위측에 배치된 센싱코일들(140a)에 의해 측정되는 전류를 변화를 기초로 지금(129)의 생성 유무를 탐지할 수 있다. 예컨대, 용강(131)과 슬래그(128)의 경계면보다 위측에 배치된 센싱코일들(140a)로부터 측정된 전류의 크기는 지금(129)이 생성되지 않은 경우와 그렇지 않은 경우에서 서로 달라지게 된다. 지금(129)이 생성된 경우 그에 따라 손실열이 발생하게 되고, 따라서 지금(129)이 생성되지 않은 경우에 비교할 때 에너지 손실이 발생할 것이므로 이를 측정하면 지금(129)의 생성 유무를 분석할 수 있다.또한, 센싱코일에 의해 측정된 전류의 크기를 비교하면 생성된 지그(129)의 양도 분석이 가능함을 쉽게 이해할 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않 는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 고로 내부를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 용탕탐지장치가 설치된 용탕용기(130)의 투과사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 용탕탐지장치가 고로의 용탕용기(130)의 벽체에 설치된 상태를 도시한 부분단면도이고,

도 4는 용탕용기 벽체에 침식이 발생한 경우 본 발명에 따른 용탕탐지장치를 통해 침식의 정도를 판별할 수 있음을 설명하기 위한 부분단면도이고,

도 5는 용탕용기 벽체에 지금이 발생한 경우 본 발명에 따른 용탕탐지장치를 통해 지금의 생성 유무 및 정도를 판별할 수 있음을 설명하기 위한 부분단면도이다.

Claims

고로 하부의 용탕용기의 벽체 내에 상기 용탕용기의 주변을 둘러싸면서 서로 높이를 달리하여 분리되어 매설된 복수의 센싱코일과,

상기 복수의 센싱코일 각각에 독립적으로 전압 신호를 인가하고 상기 용탕용기 내에 저장된 용강과의 거리 차이에 따라 변화되는 전류 신호를 독립적으로 검출하는 신호처리부를 포함하는 용탕탐지장치.
제1항에 있어서,

상기 복수의 센싱코일은 상기 용탕용기의 출선구보다 상측에 배치된 상부 센싱코일 및 상기 출선구보다 하측에 배치된 하부 센싱코일을 포함하는 용탕탐지장치.
제1항에 있어서,

상기 복수의 센싱코일은 상기 용탕용기의 벽체를 따라 수직 방향으로 소정의 간격만큼 이격되어 배치된 용탕탐지장치.
하부에 용강이 저장되는 용탕용기를 포함하는 고로로서,

상기 용탕용기의 벽체 내에 상기 용탕용기의 주변을 둘러싸면서 서로 높이를 달리하여 분리되어 매설된 복수의 센싱코일을 포함하는 고로.
제4항에 있어서,

상기 복수의 센싱코일은 상기 용탕용기의 출선구보다 상측에 배치된 상부 센싱코일 및 상기 출선구보다 하측에 배치된 하부 센싱코일을 포함하는 고로.
제4항에 있어서,

상기 복수의 센싱코일은 상기 용탕용기의 벽체를 따라 수직 방향으로 소정의 간격만큼 이격되어 배치된 고로.