KR20130018652A

KR20130018652A - 야금 공정을 위한 공정과정 중 결정 시스템에 기초한 소프트 센서

Info

Publication number: KR20130018652A
Application number: KR1020127021684A
Authority: KR
Inventors: 바빈 데사이; 쉬리슈 타크레; 투샤르 바트; 비스와지트 바수; 랑킷싱 추그
Original assignee: 힌달코 인더스트리즈 리미티드; 아디트야 비를라 사이언스 앤 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2013-02-25
Also published as: WO2011089621A2; CA2787195A1; JP2013517457A; WO2011089621A3

Abstract

슬래그 코팅 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 시스템으로 이 시스템을 공시하였다. 이 시스템은 슬래그의 화학성분, 용융조의 온도, 노 동체의 온도, 열손실, 내화물 특성, 재킷 유입구의 물 온도, 재킷 방출구의 물 온도, 재킷의 물의 질량 유량과 같은 특정한 노 및 슬래그와 관련된 파라미터를 검출하고 기록하고, 그런 파라미터들을 처리하여 온도 변화 곡선을 산출하고 슬래그의 슬래그 고상점을 계산한다. 온도 변화 곡선과 슬래그 고상도는 슬래그 코팅의 두께를 결정하고 내화물 침식 깊이를 예측하는데도 사용된다.

Description

야금 공정을 위한 공정과정 중 결정 시스템에 기초한 소프트 센서{A SOFT SENSOR BASED ON-LINE DECISION SYSTEM FOR METALLURGICAL PROCESSES}

본 발명은 야금 분야에 관한 것이다.

특히 본 발명은 야금에서 제련/전로 공정에 관한 것이다.

본 발명은 소프트 센서를 사용한 제련/전로 공정에서 특정 파라미터들의 공정과정 중 결정을 위한 시스템을 고안한다.

추출 야금 분야에서 제련/전로는 광석으로부터 금속을 얻는 공정이다. 대부분의 광석은 화합물의 혼합체이기 때문에 이런 추출 기술은 대개 공기 중의 산소나 순수 산소로 되어 있는 산소원(oxygen source)과의 화학반응을 통해 추출한다. 따라서 제련은 금속을 분리해 내기 위해 요소를 산화시키는 물질과 결합되는 적당한 산화제를 사용하는 과정이 포함된다.

하나의 노 내부에서 균일하지 못한 등급의 원료를 사용하여 보다 균일한 제품을 생산하려면 견고하고 잘 조절된 야금로에서 오랜 공정 시간을 통해 작업해야 한다. 그런 높은 등급의 노의 중요한 특징은 튼튼하고 열에 강한 노벽 냉각 시스템과 안정된 슬래그 코팅(slag coating)이 포함된다. 슬래그 코팅은 부식성 용융 슬래그가 노벽의 내화물에 접촉 및 침투하여 노벽을 침식시키지 않도록 막아준다. 슬래그 코팅의 형성과 관리는 코팅, 슬래그의 화학성분, 용융 온도, 내화물 특성을 지닌 노를 지나는 열류(heat flow)의 양과 방향에 의해 결정된다. 슬래그 코팅을 적게 하면 노벽이 얇아지게 하거나 심지어 용광로가 깨져서 제품의 손실을 가져올 수 있다. 한편 슬래그 코팅을 과도하게 하면 자철광으로 작업하기가 어렵고 제련/전로의 능률이 떨어질 수 있다.

굳은 슬래그 층의 두께를 예측하는 일반적이고 비용효과적인 방법은 수학적 모델을 사용하는 방법이다. 현재 존재하는 노의 열과 유체의 흐름 현상을 포함하는 몇 개의 수학적 모델이 있지만 그 중에서도 열전도 모델이 노벽의 열전달의 특성을 포착하기에 충분한 것으로 확인되었다. 공장 데이터를 보충한다면 동결된 접촉 위치에 대해 논리적으로 예측하는 것이 가능하다. 예를 들면 1996년에 C SCHMITZ는 일차 알루미늄 사업을 위한 용광로 설계를 위한 접근법을 제안하여 일차 알루미늄 용광로의 노 설계를 위한 가이드라인을 제공했지만 그의 접근법은 보다 복잡한 대류 방정식은 피하고 있다.

중국 특허 출원 CN101812559A는 야금을 위한 고로 내벽 마모 분석을 위한 온라인 모니터링 시스템 개발에 대한 아이디어를 공시한다. 그러나 슬래그 코팅 두께를 예측하는 방법은 아직 설명된 바가 없다.

따라서 고온의 건식 야금로의 최적의 슬래그 코팅 두께와 내화물의 침식 표면을 예측, 모니터 및 조절하는 자동화된 시스템의 개발이 필요하다고 사료된다.

본 발명의 목적은 용광로 내부에 필요한 안정된 슬래그 코팅 두께를 얻기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 용광로의 침식 정도를 산정하는 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 노의 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명은 슬래그 코팅 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 시스템을 고안하는 것으로서 몇 개의 센서 장치를 이용하는 설계인데 첫 번째 센서 장치는 노에서 슬래그의 화학성분과 야금로의 용융조(bath)의 온도와 노 동체(shell)의 온도 및 내화물 특성으로 구성된 일단의 슬래그와 관련된 파라미터 중에서 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하고 기록하도록 설계되며, 두 번째 센서 장치는 재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도 및 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate)으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 파라미터를 검출하도록 설계되고, 처리장치는 첫 번째 센서 장치 및 두 번째 센서 장치와 연결시켜서 노의 산소 포텐셜(oxygen potential) 및 노의 열손실을 측정하여 온도 변화 곡선을 산출하고 슬래그의 슬래그 고상선(slag solidus)을 계산하도록 설계되며, 산출장치는 검출되는 파라미터, 온도 변화 곡선, 슬래그 고상선(slag solidus)에 기초하여 슬래그 코팅의 두께와 내화물 침식을 산출하도록 설계된다.

보통 두 번째 센서 장치는 분산 제어 방식(distributed control system (DCS)) 이다.

이 시스템은 또한 사용자 인터페이스와 산출장치로 계산한 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 표시하도록 설계된 그래프 표시 장치를 포함한다.

처리장치는 온도 변화 곡선을 측정하는데는 미리 결정된 열 모델(thermal model)을 사용하고 슬래그 고상선을 측정하는데는 미리 결정된 열역학 모델(thermodynamic model)을 사용한다.

이 시스템은 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 평가하기 위해 온라인 작업과 오프라인 작업을 모두 사용할 수 있도록 되어 있다.

본 발명은 또한 슬래그 코팅의 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 방법을 고안하며 그 방법의 단계는 다음과 같이 구성된다:

▶ 재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate), 노 동체(shell)의 온도, 용융조(bath)의 온도, 슬래그의 화학성분, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하고;

▶ 검출한 파라미터를 처리하여 산소 포텐셜과 노의 열손실을 측정하여 온도 변화 곡선을 도출하며 슬래그의 슬래그 고상선을 측정하고;

▶ 검출된 파라미터, 온도 변화 곡선, 슬래그 고상선에 기초하여 슬래그 코팅 두께를 결정한다.

보통 이 방법은 이 외에도 산출장치로 측정할 때 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 표시하는 단계도 포함한다.

검출된 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상선을 산출하는 처리 단계에는 온도 변화 곡선을 도출하기 위해 미리 결정된 열 모델(thermal model)을 사용하는 단계도 포함한다.

검출된 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상선을 평가하는 처리 단계는 슬래그 고상선을 평가하기 위해 미리 결정된 열역학 모델(thermodynamic model)을 사용하는 단계도 포함한다.

재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate), 노 동체(shell)의 온도, 용융조(bath)의 온도, 슬래그의 화학성분, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하는 단계는 분산 제어 방식(DCS)으로부터 재킷(jacket) 유입구 물 온도, 재킷 방출구 물 온도 및 재킷의 전체 질량 유량을 포착하는 단계를 포함한다.

그 외에도 이 방법은 슬래그 두께가 알맞지 않은 경우에 손상될 수 있는 재킷(jacket) 가까이에 있는 화구(burner)와 랜스(lance)의 작동을 정지시키는 단계가 포함된다.

다음은 본 발명을 설명하는 첨부된 도면에 대한 설명이다:
도 1은 본 발명에 따른 슬래그 코팅의 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 시스템을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따라 수학적 열평형 모델을 적용할 때의 본 시스템의 망상구조를 보여주는 도면.
도 3a는 본 발명에 따른 전로(converting furnace)와 전로의 재킷 어셈블리(jacket assembly)의 상면도.
도 3b는 본 발명에 따라 굳은 슬래그를 보여주는 전로(converting furnace)의 상면도.
도 4는 본 발명에 따른 단일 재킷(single jacket), 조(bath), 내화물의 2차원 구성도.
도 5a는 본 발명에서 슬래그 코팅에 따른 한 시스템의 온도 변화 곡선.
도 5b는 본 발명에서 내화물 침식 변화에 따른 한 시스템의 온도 변화 곡선.
도 6은 본 발명에서 슬래그 고상선의 변화로 인한 슬래그 코팅 두께의 변화를 보여 주는 도면.
도 7은 본 발명에서 열손실의 변화로 인한 슬래그 코팅 두께의 변화를 보여 주는 도면.
도 8은 본 발명에서 온도계 측정값의 변화로 인한 슬래그 코팅 두께의 변화를 보여 주는 도면.
도 9는 본 발명에서 용융 온도의 변화로 인한 슬래그 코팅 두께의 변화를 보여 주는 도면.
도 10은 본 발명에서 유체 슬래그의 전환 (C)을 보여주는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 슬래그 코팅의 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 방법을 보여주는 도면.

본 발명은 수학적 열평형 모델이 적용되는 시스템을 고안한다. 본 시스템은 기본적으로 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 산출한다.

도 1에는 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 측정하는 시스템(100)이 도시되어 있다. 첫 번째 센서 장치(105)는 슬래그의 화학성분, 조(bath)의 온도, 노 동체(shell)의 온도, 내화물 특성 같은 필수적인 노 및 슬래그와 관련된 파라미터를 검출하고 기록하기 위한 것이다. 두 번째 센서 장치(110)는 재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도 및 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate)으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 파라미터를 검출하기 위한 것이다.

그리고 상기에서 설명한 파라미터를 검출한 후, 검출된 파라미터를 처리장치 (115)로 전송하여 미리 결정한 열 모델을 적용하여 노의 산소 포텐셜과 열손실을 계산하고 미리 결정한 열역학 모델을 적용하여 슬래그 고상선을 산출하여 온도 변화 곡선을 도출한다.

온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그 고상선(slag solidus)을 산출한 후에 산출장치(120)가 검출된 파라미터와 슬래그 고상선에 기초하여 슬래그 코팅의 두께와 내화물 침식을 계산한다.

본 시스템은 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 계산하고 고온의 노를 위한 안정된 슬래그 코팅 두께를 얻기 위해 슬래그의 화학성분(슬래그 성분 구성), 용융조(bath)의 온도, 열손실, 내화물 특성 같은 야금의 제련/전로 공정과 관련된 다양한 파라미터를 고려한다. 시스템은 공정 라인 상의 재킷(jacket) 유입구 물의 온도와 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 그리고 냉각수 질량 유량 데이터(유입구와 방출구)에 기초하여 균형잡힌 슬래그 코팅 두께 또는 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 예측/계산한다. 그 외에 본 시스템은 산업 자동화 기반시설(분포된 제어 시스템 DCS나 프로그래밍이 가능한 로직 제어기PLC)과 연결하여 사용할 수도 있다.

슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 계산하는 본 발명의 한 실시예의 처리장치는 정상 상태 조건에서 벽면 깊이(x)와 노의 높이(y)를 고려하기 위해 2차원 직각좌표계(cartesian system)를 사용한다. 가로 방향은 구리 블록(copper blocks)의 열용량이 이 방향의 열류(heat flow)를 흡수하기에 충분하다고 판단되기 때문에 폭(원기둥 좌표에서 z나 θ)은 고려되지 않는다. 또한 열류는 대부분 냉각 요인이 있는 쪽(즉 재킷)으로 향하고 노의 루프(roof) 쪽이나 노상(hearth) 쪽으로 향하는 열기는 극히 작은 양이며 매트(matte) 반사로(reverberatory furnace)에서는 열기의 약 2%가 측면, 루프(roof), 하단, 노상(hearth)을 통해 손실되어 대부분의 경우 전체적으로 열 평형을 이루기 때문에 무시된다.

그리고 엔탈피 지배 수송방정식에는 2차원 직각좌표계를 사용하며 지배 수송방정식은 2차원으로 푼다.

지배방정식은 유한 직각좌표로 이산화된다. 토마스 알고리즘이라고도 하는 3중 대각행렬 알고리즘(tridiagonal matrix algorithm)은 이산 일차방정식 세트를 푸는데 사용된다.

도 2는 망상 형태에서 10mm 크기의 셀 크기로 520 X 130 셀의 일정한 크기로 사용되는 직각좌표에 대한 예를 보여 준다. 수렴은 다음과 같은 기준을 충족해야 한다:

(a) 잔여의 합이 최초의 반복에 대하여 계속 감소되어야 한다.

(b) 유입 열류량(heat flux)이 배출 열류량과 같야야 한다. 즉 불균형 비율이 0.1% 미만이어야 한다.

(c) 몇몇 중요 지점의 온도 값이 변함없이 유지되도록 즉 앞에 일어났던 반복 현상의 값으로부터 변화된 비율이 0.001% 미만이 되도록 관리해야 한다.

다른 발명의 실시예에 따르면, 숫자 코드 결정을 정확도, 정밀도 및 규정 준수를 보장하기 위해 Matlab^TM PDE 솔버(Matlab^TM PDE solver)를 사용하여 본 솔루션과 비교했다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 열역학 모델을 전로의 다성분(multi-component) 슬래그계의 고상선을 계산하는데 사용했다.

열역학 모델은 온도 함수, 합성 함수, 압력 함수 등 다성분계(multi-component system)의 모든 단계의 기브스 에너지(Gibbs energies)에 대한 일련의 모델 방정식으로 이루어져 있다. 이들 방정식으로부터 모든 열역학적 특성과 단순 시스템의 상태도를 재현할 수 있고 다성분계(multi-component systems)의 특성을 예측할 수 있다. 이런 일은 기술적으로 솔루션 데이터베이스에 모델 파라미터를 저장하여 실현한다. 이것은 다성분 및 다단계 불균일 평형(heterogeneous equilibria)을 계산하는 모델 방정식을 포함하는 일반 기브스 자유 에너지(Gibbs free energy) 최소화 도구에 의해 순수 성분(pure component) 데이터베이스와 함께 사용된다. 열역학적 모델을 사용하여 슬래그의 액상선(solidus)과 고상선(solidus)을 몇몇 성분 및 온도 영역에서 예측할 수 있었다.

본 본 발명에서, 슬래그계는 FeOx-CaO-Cu2O-SiO2이며 전로(converting furnace)의 슬래그계는 FeO, Fe₂O₃ _,Fe₃O₄ _,Cu₂O, Cu₂S, CaO 및 SiO₂ 으로 이루어져 있다. 이 슬래그계는 기본적으로 칼슘 페라이트(calcium ferrite)이다.

도 3a를 보면, 다수의 재킷(30)으로 된 재킷 어셈블리로 둘러싸인 노의 상면도를 볼 수 있다. 노의 발생되는 열은 슬래그 레벨에 위치한 수냉각 구리 재킷에 의해 제거된다. 재킷에서 물의 유입구는 도면부호 33, 방출구는 도면부호 35로 표시되어 있다. 블리스터(blister)의 방출구는 도면부호 37, 슬래그 방출구는 39, 매트(matte) 유입구는 42, 가스 방출구는 45로 표시되어 있다. 도 3b는 굳은 슬래그(36)를 도시한다.

도 4는 하나의 수냉 재킷의 구조(측면도)를 보여주는데 여기서 수냉 파이프 재킷(water cooled pipe jacket)의 물의 유입구(33)와 물의 방출구(35)는 구리 블록을 통해 밀려 나간다. 도면부호 56은 내화물(refractory), 58은 노상(hearth), 54는 슬래그를 나타낸다. 여기서 구리 블록의 열전도율이 높을수록 슬래그 레벨에서 열이 더욱 효율적으로 제거된다. 따라서 재킷 부근(구리 블록)의 슬래그의 온도는 낮은 편이다. 슬래그는 슬래그 온도가 고상선에 이르면 굳는다(동결). 슬래그의 고상선을 알아내면 이 고상선을 슬래그 코팅 두께를 결정하는데 이용한다. 주어진 경계조건(boundary conditions)과 주어진 기하학적 구조에 대한 방정식 해법을 사용하여, 각 노드(node)에 대한 온도 값을 계산할 수 있고 따라서 여러 온도의 등온선을 그릴 수 있다.

도 5a 및 도 5b에는, 슬래그 코팅 두께(65)에 따른 온도 변화의 예를 볼 수 있다. 도면부호 67은 용융 슬래그, 63은 블리스터(blister)를 나타낸다.

본 발명의 다른 한 실시예에서, 굳은 슬래그 두께를 구하는 방법은 다음과 같다: 먼저 도 5a에 개략적으로 도시된 상태도를 이용하여 고상선(예, 1075°C)을 구한다. 슬래그 코팅 두께를 내화물에서 고상선까지의 거리로 측정한다. 도 5a는 내화물 외부면과 굳은 슬래그 층으로 표시되는 고상선(~1075 °C) 사이의 음영처리된 부분을 보여준다.

굳은 슬래그 층은 블리스터 쪽으로 갈수로 점차 줄어든다. 따라서 가스와 슬래그 접촉면의 슬래그 코팅 두께를 최대 슬래그 코팅 두께(SCT_max)로 보고 슬래그와 블리스터 접촉면의 슬래그 코팅 두께를 최소 슬래그 코팅 두께(SCT_min)로 보면 된다. 용융 슬래그가 내화면과 접촉하지 않도록 하기 위해 최소 슬래그 코팅 두께(SCT_min)는 양수(+)로 잡아야 한다. 따라서 최소 슬래그 코팅 두께(SCT_min)가 양수값이 나와 안전한 작업 조건이 되도록 슬래그의 화학성분, 용융조(bath)의 온도, 열손실 같은 공정 조건을 결정해야 한다. SCT_min 이 음수값이 되면, 도 5b에 도면부호 69로 도시된 바와 같이 슬래그의 고상선이 내화물 안쪽으로 들어가게 되어 내화물이 슬래그 고상선에 의해 침식당하게 된다.

슬래그 코팅 두께에 미치는 슬래그의 화학성분, 융용조(bath)의 온도, 열손실의 영향과 서모그래피(thermography) 측정값을 모델을 사용하여 분석했다. 이들 파라미터의 값을 공장의 작업 범위 내에서 취하여 슬래그 코팅에 미치는 공정의 가변성(process variability)의 영향이 고려되도록 했다.

도 6은 슬래그 고상선^oC) (y축)에 미치는 슬래그 코팅 두께((mm) (x 축)의 영향을 나타내는 그래프를 보여준다. 슬래그 코팅 두께는 슬래그 고상도가 상승하면 증가하며, 두께는 주어진 열손실과 기타 조건에 대해 1090 °C 이상으로 가파르게 상승한다. 여기에서 슬래그와 블리스터 접촉면(SCT_min)에서는 슬래그 코팅이 사라지기 때문에, 다른 노의 조건이 바뀌지 않았음에도 슬래그 고상도가 1070 °C 아래이면 용융 슬래그가 내화물과 접촉하게 된다. 또한 가스/슬래그 접촉면(SCT_max-)과 슬래그/블리스터 접촉면(SCT_min)에서 슬래그 두께는 높은 고상도와 거의 같은 값이 됨을 관찰할 수 있다. 이것은 슬래그와 블리스터가 재킷에서 멀어지면 동일한 온도가 되기 때문이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 열손실 Q 는 재킷의 질량 유량(mass flow rate)과 재킷 유입구의 물과 재킷 방출구의 물의 온도 차이 즉 재킷을 통과할 때의 물의 온도 변화에 기초하여 다음과 같은 방정식으로 계산한다:

Q = m Cp ( T _out - T _in )

여기서

m = 질량 유량의 또는 재킷의 물

C_p = 비열(specific heat).

기타 다른 노의 파라미터를 일정하게 유지하면, 슬래그 코팅 두께는 열손실이 감소하면 증가한다. 이것은 또한 x축이 슬래그 코팅 두께(mm)를 나타내고 y 축이 열손실(Kcal)을 나타내는 도 7의 그래프가 보여준다.

슬래그와 블리스터의 접촉면에서 슬래그 두께의 증가는 재킷당 열손실이 주어진 파라미터에 대해 21000 Kcal/hr 이하일 때 가장 가파르다. 슬래그 코팅 두께가 0이 되는 용융 슬래그와 내화물의 접촉은 열손실이 27000 Kcal/hr 이상으로 증가할 때 일어난다.

또한 블리스터 레벨에서 노 동체(shell) 의 서모그래피 측정값(^oC)을 이 모델의 경계조건 중 하나로 취했다. 종종 서모그래피 측정값에 기초하여 내화물 조건을 계산하는 것이 매우 어려울 때가 있다. 따라서 서모그래프 측정값(^oC) (y 축)과 코팅 두께(mm) (x 축) 간의 상관관계는 도 8과 같다.

도 8에 나타난 것처럼, 190 °C 이하일 동안은 슬래그의 두께가 충분하기 때문에 주어진 조건에서 서모그래피 측정값이 190 °C 이하일 동안 슬래그 레벨에서 내화물은 안전하다. 게다가 서모그래피 측정값이 높다는 것은 블리스터 레벨에서 내하물의 열손실이 크다는 것을 의미하기 때문에 서모그래피 온도가 190 °C 이하일 때 슬래그 두께는 가파르게 상승한다.

용융 온도 C가 변하기 때문에 노는 매일 작업할 때마다 관찰해야 한다. 그러므로 슬래그 두께와 다양한 범위의 용융 온도와의 관계를 밝히는 것이 필요하다.

도 9를 보면, 슬래그 코팅 두께(mm) (x 축)과 용융 온도(^oC) (y 축)와의 관계는 안전한 작업을 보장하는 슬래그 코팅 두께는 주어진 노의 조건에 대해 용융 온도가 1210 °C이하일 때 얻을 수 있다는 것을 보여준다. 슬래그 두께는 용융 온도가 1210 °C 아래로 내려갈 때 가파르게 상승한다. 용융 온도가 낮으면 충분한 슬래그 두께를 얻을 수 있지만 자철석 침전을 피하고 그와 관련된 기타 작업상의 어려움을 피하려면 용융 온도가 슬래그 액상선보다 높아야 한다는 것 역시 중요하다. 따라서 도 10에서 슬래그 액상선 C(^oC) (x 축)과 Fe/CaO (wt%) (y 축) 간의 그래프가 보여주는 것처럼 노 안에서 유지되는 화학성분에 대해 슬래그 액상선을 계산했다.

최적의 용융 온도는 도 9에 나타난 것처럼 액상선보다 높은 동시에 동시에 슬래그와 블리스터의 접촉면에서 충분한 슬래그 코팅 두께를 얻을 수 있는 온도여야 한다. 최적의 용융 온도를 유지할 수 없을 경우, 슬래그의 화학성분(즉 Fe/CaO)을 다르게 하여 용융 온도를 액상선보다 높게 해야 한다.

온라인 실행단계에의 본 발명의 한 실시예에서, 처리장치는 슬래그 코팅 두께를 계속 평가하는 소프트 센서로 작용하여 노의 상태를 건전하게 유지하면서 공장작업을 할 수 있도록 개속 안내하고 최적 상태의 공장 작업에 대해 알려주는 기능을 한다. 이것은 작업자의 의사결정 능력을 향상시켜 결과적으로 공정의 변동을 줄이고 작업을 향상식킨다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 11에 나타난 것처럼 슬래그 코팅 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 프로우 차트를 보여준다. 여기서 이 산출 방법은 다음 단계로 구성된다:

▶ 재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate), 노 동체(shell)의 온도, 용융조(bath)의 온도, 슬래그의 화학성분, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하고(405);

▶ 검출한 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상도를 계산하고(410);

▶ 검출된 파라미터, 온도 변화 곡선, 슬래그 고상선에 기초하여 슬래그 코팅 두께를 결정한다(415).

그 외에도 이 방법은 슬래그 두께가 알맞지 않은 경우에 손상될 수 있는 재킷(jacket) 가까이에 있는 화구(burner)와 랜스(lance)의 작동을 정지시키는 단계가 포함된다(420).

또한 이 방법은 산출장치로 산출할 때 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 표시하는 단계도 포함한다.

검출된 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상선을 산출하는 처리 단계는 온도 변화 곡선을 도출하기 위해 미리 결정된 열 모델(thermal model)을 사용하는 단계를 포함한다.

검출된 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상선을 평가하는 처리 단계는 또한 슬래그 고상선을 평가하기 위해 미리 결정된 열역학 모델(thermodynamic model)을 사용하는 단계를 포함한다.

재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate), 노 동체(shell)의 온도, 용융조(bath)의 온도, 슬래그의 화학성분, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하는 단계는 분산 제어 방식(DCS)으로부터 재킷(jacket) 방출구 물 온도, 재킷 유입구 물 온도 및 재킷의 전체 질량 유량을 포착하는 단계를 포함한다.

재킷의 물의 유입구와 방출구 온도 및 전체 질량 유량은 분산 제어 방식(DCS)으로 직접 포착하여 온라인에서 측정할 수 있다. 용융조의 온도, 슬래그의 화학성분, 서모그래피 계측은 수동으로 측정한다. 상기의 데이터에 기초하여 공정의 산소 포텐셜과 재킷에서의 열손실을 계산한다. 슬래그 코팅 두께는 열 모델(thermal model)로 온도 변화 곡선을 계산하고 열역학 모델(thermodynamic model)로 슬래그 고상도를 계산한 후에 결정된다.

기술적 장점

본 발명의 기술적 장점에는 다음이 포함된다

노 내부의 안정된 슬래그 코팅 두께를 얻을 수 있으며;

노의 침식 변화 곡선을 계산하는 시스템을 제공하고;

노의 성능을 향상시킨다.

본 발명명세서에서는 선호되는 실시예들의 구성과 구성요소을 상당히 강조하고 있지만 그 이외에도 많은 실시예를 만들 수 있고 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않는 범위에서 선호되는 실시예에 대한 많은 변경이 있을 수 있다는 것을 인정해야 한다. 본 발명명세서에 공개된 기술에 숙련된 사람들은 이러한 본 발명의 선호되는 실시예에 대한 변경 및 다른 실시예에 대해서 분명히 식별할 수 있을 것이고 따라서 전술한 본 발명명세서의 변경에 관한 문제들은 본 발명의 실례로 해석되어야 하며 한계로 해석되지 않는다는 것을 분명히 이해해야 한다.

Claims

슬래그 코팅 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 시스템으로서,
▶ 슬래그의 화학성분, 용융조(bath)의 온도, 노 동체(shell)의 온도, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 노 및 슬래그와 관련된 최소 몇 개의 파라미터를 검출하고 기록하도록 설계된 첫 번째 검출장치;
▶ 재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도 및 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate)으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 파라미터를 검출하도록 설계된 두 번째 센서 장치;
▶ 상기 첫 번째 센서 장치 및 두 번째 센서 장치와 연결시켜서 노의 산소 포텐셜(oxygen potential) 및 노의 열손실을 측정하여 온도 변화 곡선을 산출하고 슬래그의 슬래그 고상선(slag solidus)을 계산하도록 설계된 처리장치; 및,
▶ 검출되는 파라미터, 온도 변화 곡선, 슬래그 고상선(slag solidus)에 기초하여 슬래그 코팅의 두께와 내화물 침식을 산출하도록 설계된 산출장치;를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 두 번째 센서 장치는 분산 제어 방식(DCS)인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 또한 사용자 인터페이스와 상기 산출장치로 평가한 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 표시하도록 설계된 그래프 표시 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 처리장치는 상기 노의 온도 변화 곡선을 도출하는데 미리 결정된 열 모델(thermal model)을 사용하도록 설계된 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 처리장치는 상기 노의 슬래그 고상선을 도출하는데 미리 결정된 열역학 모델(thermal model)을 사용하도록 설계된 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 산출하기 위해 온라인 작업과 오프라인 작업을 모두 사용할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
슬래그 코팅 두께와 고온의 야금로의 내화물 침식 깊이를 산출하는 방법으로서,
▶ 재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate), 노 동체(shell)의 온도, 용융조(bath)의 온도, 슬래그의 화학성분, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하는 단계;
▶ 검출한 파라미터를 처리하여 산소 포텐셜과 노의 열 손실을 측정하여 온도 변화 곡선을 도출하며 슬래그의 슬래그 고상선을 측정하는 단계;
▶ 검출된 파라미터, 온도 변화 곡선, 슬래그 고상선에 기초하여 슬래그 코팅 두께를 결정하는 단계;를 포함하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 방법은 산출장치로 측정할 때 슬래그 코팅 두께와 내화물 침식 깊이를 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
검출된 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상선을 산출하는 처리 단계는,
온도 변화 곡선을 도출하기 위해 미리 결정된 열 모델(thermal model)을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
검출된 파라미터를 처리하여 노의 온도 변화 곡선을 도출하고 슬래그의 슬래그 고상선을 산출하는 처리 단계는,
슬래그 고상선을 산출하기 위해 미리 결정된 열역학 모델(thermal model)을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
재킷(jacket) 유입구 물의 온도, 재킷(jacket) 방출구 물의 온도, 재킷(jacket)의 물의 질량 유량(water mass flow rate), 노 동체(shell)의 온도, 용융조(bath)의 온도, 슬래그의 화학성분, 내화물 특성으로 이루어진 일단의 파라미터 중에서 선택된 최소한 몇 개의 파라미터를 검출하는 단계는,
분산 제어 방식(DCS)으로부터 재킷(jacket) 방출구 물 온도, 재킷 유입구 물 온도 및 재킷의 전체 질량 유량을 포착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 방법은 슬래그 두께가 알맞지 않은 경우에 손상될 수 있는 재킷(jacket) 가까이에 있는 화구(burner)와 랜스(lance)의 작동을 정지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.