KR20130022927A - 용융 슬래그 중 산화철 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 슬래그 중 산화철 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제철공정에서 발생되는 용강 혹은 용선의 상단에 부유하는 슬래그 중의 중요 관리성분인 산화철(FeO)의 성분을 측정하기 위하여, 별도의 산화철 계측기가 아닌 기존의 계측기를 사용하면서도, 산화철 센서에서 발생되는 측정신호를 작업자에게 전달하여, 용융 슬래그 중 산화철 성분을 보다 간단하고 편리하게 측정할 수 있는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법에 관한 것이다.
본 발명인 용융 슬래그 중 산화철 측정방법은, 온도 및 성분센서와 산화철 센서가 모두 구비되고, 상기 산화철 센서가 접속될 수 있는 4선 이상의 입력신호를 수용하는 계측기에서, 제1선 및 제2선은 열전대용 신호가 입력되고, 제3선 및 제4 선은 성분 센서의 전위차 값이 입력되는 계측기를 활용하여 산화철을 측정하는 방법에 있어서, 상기 제1선 및 제2선의 통전 신호가 입력되면 온도 또는 성분 센서의 레디신호를 인가하고, 상기 제3선 및 제4선의 통전 신호가 입력되면 산화철 센서 장착 레디신호를 인가하는 단계; 상기 산화철 센서 장착 레디신호 인가 후 입력되는 전위차 값이 설정된 샘플링 개수 이상의 연속적인 증가 값일 경우 산화철 측정 시작을 인가하는 단계; 상기 산화철 측정 시작 후 설정된 측정 조건에 의해 입력 전위 값으로 산화철 추정 값을 연산하는 단계; 상기 연산된 산화철 추정 값을 디스플레이에 표시하고, 산화철 측정을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 산화철 측정용 계측 시스템은 종래의 온도 및 성분 센서의 측정과 함께 산화철 센서의 장착 시에도 센서의 분리 인식이 가능하여, 산화철 센서 별도의 측정 화면 구성, 연산조건 구성, 이력관리가 가능하게 된다. 이로 인해 계측시스템을 단일화 할 수 있다. 또한, 인식 전위값, 장탈착 인식개수 등을 통해 정확한 센서인식과 성분값의 추정이 가능하여, 제철공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

용융 슬래그 중 산화철 측정방법 {Determination System for FeO Sensing in Molten Slag}

본 발명은 용융 슬래그 중 산화철 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제철공정에서 발생되는 용강 혹은 용선의 상단에 부유하는 슬래그 중의 중요 관리성분인 산화철(FeO)의 성분을 측정하기 위하여, 별도의 산화철 계측기가 아닌 기존의 계측기를 사용하면서도, 산화철 센서에서 발생되는 측정신호를 작업자에게 전달하여, 용융 슬래그 중 산화철 성분을 보다 간단하고 편리하게 측정할 수 있는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법에 관한 것이다.

용융금속의 상면에는 비금속 산화물들이 혼재해 있는 슬래그가 필연적으로 존재하게 되고, 슬래그는 슬래그-용탕 반응을 통해 금속 혹은 비금속 원소들이 산화-환원 반응을 이루며, 용탕의 청정도, 온도 변화, 성분 변화 등에 매우 큰 영향력을 미친다.

이와 같은 슬래그의 성분정보 또한, 제철공정의 중요 제어대상으로, 특히 슬래그 중 산화철의 함량은 실시간으로 제어될 필요성이 점차 커지고 있다. 슬래그 중 산화철의 온라인 측정을 위해 대한민국 등록특허 제337988호 전기화학적 활성도 를 측정하기 위한 방법에 의한 방법이 유용하며, 국내에서는 실험적으로 사용되고 있다.

한편, 용융금속의 센서에는 온도 센서, 성분 센서, 응고온도 센서, 레벨 센서 등이 있으며, 온도 센서는 열전대에 의한 수십 mV 크기의 측정 전압을 2선으로 계측기에 전송하게 된다. 도 1은 종래기술에 의한 용융금속의 온도 및 산소 측정시스템의 개요도이다. 상기 시스템에는 도 1에 나타난 바와 같이 계측기(1)에 온도성분 프로브(2)가 연결되어 있으며, 이 프로브(2)에 내장된 성분센서는 열전대(6)와 표준극인 지르코니아 극(4)과 몰리브덴 소재의 대전극(5)으로 이루어진 총 4개의 전기신호(①②③④)를 계측기(1)에 전송하게 된다. 상기 성분센서의 구조는 대한민국 등록특허 제23306호 용융금속용 산소농도 측정센서에 잘 나타나 있다.

특히 상기 선행 기술문헌은 일반적 산소센서의 고체 전해질 외주면에 금속 불화물의 분말과 결합제로 이루어지는 혼합물을 도포하는 것을 특징으로 하고 있다.

위와 같은 온도 센서와 성분 센서의 전기신호는 상기 센서의 후단에서 계측기까지 연결된 보상도선에 의해 전송되고 계측기에 입력된다. 온도 및 성분 센서는 모두 열전대를 포함하고 있고, 종래의 계측기에서는 열전대에 의해 폐회로로 구성된 온도 측 입력신호를 인식하여, 측정장비에 준비완료의 신호를 내보낼 수 있다.

이 후 용융금속에 침지된 센서에 의해 발생된 기전력(Electro Motive Force)을 받아들인 계측기는 온도(℃)값과 성분EMF(㎷) 및 성분 활동도(ppm)를 표시하게 된다. 이와 같은 일련의 계측시스템은 대한민국 특허출원 제10-2010-0050308호 용융금속용 계측기 및 계측방법에 잘 나타난다.

하지만, 산화철 센서에 의해 측정된 측정값을 처리하는 계측시스템은 종래 성분센서 측정시스템과는 달라야 한다. 우선, 온도와 산화철 농도의 관련도가 매우 낮기 때문에, 산화철 센서에는 온도센서가 없다. 이로 인해, 계측기에서는 센서가 준비가 되었는지 확인할 수단이 없고, 일정 값 이상의 온도 신호가 입력될 때, 시작하는 온도 판단에서도 또한 측정의 시작을 인식할 입력 신호도 없다. 이와 같은 문제로 인해, 동일한 측정시스템(센서 자동 공급, 자동 측정, 신호처리 등)을 갖는 공정에서 사용되는 성분센서와 산화철 센서에 별도의 계측기를 필요로 하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 용융금속의 처리과정에서 발생하는 슬래그와 용탕의 성분 및 온도 등을 측정하는 계측기를 활용하면서, 종래의 온도 및 성분 센서와 병행하여 슬래그 중의 산화철 농도를 예측할 수 있는 센서인 산화철 센서를 상기 계측기에 장착하고, 별도의 산화철 측정 계측기를 사용하지 아니하고, 상기 온도 및 성분과 함께 산화철 농도를 측정할 수 있는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 용융 슬래그 중 산화철 측정방법은, 온도 및 성분센서와 산화철 센서가 모두 구비되고, 상기 산화철 센서가 접속될 수 있는 4선 이상의 입력신호를 수용하는 계측기에서, 제1 및 제 2선은 열전대용 신호가 입력되고, 제3 및 제4 선은 성분 센서의 전위차 값이 입력되는 계측기를 활용하여 산화철을 측정하는 방법에 있어서,

상기 제1 및 제2 선의 통전 신호가 입력되면 온도 또는 성분 센서의 레디신호를 인가하고, 상기 제3 및 제4 선의 통전 신호가 입력되면 산화철 센서 장착 레디신호를 인가하는 단계; 상기 산화철 센서 장착 레디신호 인가 후 입력되는 전위차 값이 설정된 샘플링 개수 이상의 연속적인 증가 값일 경우 산화철 측정 시작을 인가하는 단계; 상기 산화철 측정 시작 후 설정된 측정 조건에 의해 입력 전위 값으로 산화철 추정 값을 연산하는 단계; 상기 연산된 산화철 추정 값을 디스플레이에 표시하고, 산화철 측정을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 제3 및 제4선의 통전 신호 입력 시, 설정된 인식 전위값에 의해 센서의 장착과 노이즈를 구분하는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 인식 전위값은, 설정된 장착 인식개수에 의해 장착 인식개수 이상의 인식 전위값이 입력될 경우에 산화철 센서 장착 레디신호를 인가하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 인식 전위값은, 설정된 탈착 인식개수에 의해 탈착 인식개수를 벗어날 경우 산화철 센서의 장착 혹은 제거로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서, 상기 디스플레이에는, 산화철 센서 장착 레디신호의 인가와 함께, 산화철 추정값의 표시화면을 온도 및 성분 센서와 산화철 센서로 구분하여 표시하는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 산화철 측정방법에는, 온도 및 성분 센서와 별도의 산화철 연산조건이 구비된 것을 특징으로 하며, 또한 상기 산화철 측정방법은, 저장장치에 의한 결과 기록 및 재 연산이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 산화철 측정용 계측 시스템은 종래의 온도 및 성분 센서의 측정과 함께 산화철 센서의 장착 시에도 센서의 분리 인식이 가능하여, 산화철 센서 별도의 측정 화면 구성, 연산조건 구성, 이력 관리가 가능하게 된다.

이로 인해 계측시스템을 단일화할 수 있다. 또한, 인식 전위값, 장탈착 인식개수 등을 통해 정확한 센서인식과 성분값의 추정이 가능하여, 제철공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 용융금속의 온도 및 산소 측정시스템의 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용융슬래그 중 산화철 측정시스템의 개요도이다.
도 3은 본 발명에 의한 산화철 측정용 계측 시스템의 측정화면의 일 예이다.
도 4는 종래의 계측기와 본 발명에 의한 계측의 측정 비교화면이다.
도 5는 본 발명에 의한 산화철 측정용 계측기의 연산조건의 일 예를 보인 화면이다.
도 6은 본 발명에 의한 산화철 측정용 계측기의 측정 기록의 일 예를 보인 화면이다.

이하 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 보다 구체적으로 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 용융슬래그 중 산화철 측정시스템의 개요도이다. 상기 시스템에는 도 2에 나타난 바와 같이 계측기(1)에 산화철 프로브(3)가 연결되어 있으며, 이 산화철 프로브(3)에 내장된 성분센서는 표준극인 지르코니아 극(4)과 몰리브덴 소재의 대전극(5)으로 이루어진다. 도 1에 나타난 종래기술과의 차이점은, 도 1에는 콘넥터(7)에 온도성분 프로브(2)가 결합되어 있으나, 도 2의 본 발명에서는 콘넥터(7)에 산화철 프로브(3)가 결합되어 있다는 차이가 있을 뿐 다른 대부분의 구성에는 커다란 차이가 없다.

통상적으로 제철공정의 계측기기중 용융 금속의 온도, 성분(산소, 알루미늄, 실리콘, 황, 탄소, 등)의 추정을 위해 사용되는 계측기기는 온도 입력 단자인 제1선(①)으로 열전소자의 (+)극이 접속되고, 열전소자의 (-)극은 제2선(②)으로 접속이 되어, 센서 장착 시 제1선 및 제2선의 통전을 통해 온도 센서의 장착유무를 판별하게 된다.

이 후 침지 시에는 제1선 및 제2선을 통해 열전소자에서 발생된 온도 기전력 값이 입력되고, 제2선(②) 및 제3선(③)을 통해 측정하려는 성분의 전기화학 기전력 값이 입력되어 설정된 측정조건 하에서 안정된 구간을 판단하고, 추정값을 출력하고 측정을 종료하게 된다.

그러나 도 2에 나타난 바와 같이, 온도성분 프로브(2)가 장착되지 아니하고, 그 대신 산화철 프로브(3)가 장착되는 경우에는 상기 제1선(①) 및 제2선(②)은 작동하지 아니하고 휴지 상태에 있게 되며, 산화철 센서는 제3선(③)에는 표준극인 지르코니아극(-)이 접속되고, 제4선(④)에는 대전극(+)이 접속되며, 센서 내부에 지르코니아극과 대전극 사이에는 저항에 의해 연결되어 있다. 이와 같은 연결 및 저항의 구성은 계측기(1)가 산화철 센서의 장착을 인식하기 위해 필요하며, 측정 중에는 지르코니아 극과 대전극 사이의 저항이 계측기(1) 내부저항에 비해 충분히 크기 때문에, 측정 기전력은 계측기(1)로 흘러 그 값을 측정할 수 있게 된다.

산화철 센서 장착 시 계측기(1)의 제3선(③) 및 제4선(④)에는 오픈 회로에서 0(zero)mV 의 값을 가지며, 센서 내부 저항이 50㏀ 일 때, 통상 -5mV ~ 5mV 의 값을 지시한다. 고온에서 사용되는 장치이기 때문에, 산화철센서가 장착되어 계측기(1)로 신호가 전달되는 중간 과정에서, 절연의 저하현상이 간혹 발생되며, 이로 인해 센서의 장착 없이, 혹은 온도 센서나 성분 센서의 장착 시에도 제3선 및 제4선의 통전현상이 나타날 수 있으며, 이와 같은 절연문제에 대해, 인식 전위값을 설정함으로써, 오류를 줄일 수 있다. 즉, 상기 제3선 및 제4선의 통전 신호 입력 시, 설정된 인식 전위값에 의해 산화철센서의 장착과 노이즈를 구분하게 된다.

상기 인식 전위값은, 설정된 장착 인식개수에 의해 장착 인식개수 이상의 인식 전위값이 입력될 경우에 산화철 센서 장착 레디신호(ready signal)를 인가하도록 한다. 예를 들면, 인식전위값으로 -50mV 에서 +50mV 값을 설정하여, 이 값을 벗어난 입력 신호는 노이즈로 판단을 할 수 있게 하고, 장착 인식개수는 20개 이상일 경우, 장착으로 인식하게 한다. 즉, 100ms 당 1회의 데이터를 수집하는 계측기로 2초간의 인식 전위값이 입력되면, 산화철 센서 장착 레디신호을 인가한다.

또한, 상기 인식 전위값은, 설정된 탈착 인식개수에 의해 탈착 인식개수를 벗어 날 경우 산화철 센서의 장착 혹은 제거로 판단하게 한다. 예를 들면, 장착 후 인식 전위값이 40개 이상 그 값(탈착 인식개수)을 벗어 날 경우 탈착으로 설정하여, 산화철 센서 장착의 안정성을 높인다. 이와 같은 탈착 인식개수는 도 3과 같이 용탕조건에 따라 측정 초기에 나타나는 하향곡선에 의해, 장착 레디 신호가 탈착으로 변하는 상황을 방지하기 위함이며, 통상 2초 이내에 상향 곡선으로 변화한다.

상기 산화철센서 장착 레디신호의 인가와 함께, 산화철 추정값의 표시화면을 도 4와 같이, 온도 및 성분 센서와 산화철 센서를 구분하여 표시할 수 있다. 또한 본 발명의 산화철 측정방법에는, 온도 및 성분 센서와 별도의 산화철 연산조건이 구비되어 있으며, 저장장치에 의한 결과 기록 및 재 연산이 가능한 것은 물론이다.

도 4의 (a)는 성분센서로써, 온도와, 성분센서 측정값이 EMF(Electro-Motive Force; mV)와, 연산에 의한 산소(ppm), 탄소(%)로 나타나고 있으며, (b)는 산화철 측정값이 EMF와 연산에 의한 추정값(%)이 나타나고 있다.

도 5에서는 연산조건에 대한 설정이 가능한 메뉴 화면으로, 안정구간 설정 및 최대 최소 입력값, 인식 전위값 및 장, 탈착 인식개수의 설정을 할 수 있는 화면이다. 안정화 구간은 1단계에서 1.2초 동안 2.5mV 이내의 값을 지시할 경우 안정값으로 인식하는 방식이며, 이와 같이 인식된 측정값은 별도의 추정식 예를 들면, FeO(%) = 10^(a+b*EMF(mV))와 같이 주어진 연산에 의해 최종 추정값을 결정한다.

도 6은 최근 측정된 몇 개의 측정값이 측정시기, 센서의 구분(TO/FeO) 등과 함께 저장되어 있는 참고용 화면이다.

1 : 계측기 2 : 온도성분 프로브 3 : 산화철 프로브
4 : 표준극(지르코니아 극) 5 : 대전극 (몰리브덴 극)
6 : 열전대 7 : 콘넥터

Claims (7)

1. 온도 및 성분센서와 산화철 센서가 모두 구비되고, 상기 산화철 센서가 접속될 수 있는 4선 이상의 입력신호를 수용하는 계측기에서, 제1선 및 제2선은 열전대용 신호가 입력되고, 제3선 및 제4선은 성분 센서의 전위차 값이 입력되는 계측기를 활용하여 산화철을 측정하는 방법에 있어서,
   상기 제1선 및 제2선의 통전 신호가 입력되면 온도 또는 성분 센서의 레디신호를 인가하고, 상기 제3선 및 제4선의 통전 신호가 입력되면 산화철 센서 장착 레디신호를 인가하는 단계;
   상기 산화철 센서 장착 레디신호 인가 후 입력되는 전위차 값이 설정된 샘플링 개수 이상의 연속적인 증가 값일 경우 산화철 측정 시작을 인가하는 단계;
   상기 산화철 측정 시작 후 설정된 측정 조건에 의해 입력 전위 값으로 산화철 추정 값을 연산하는 단계;
   상기 연산된 산화철 추정 값을 디스플레이에 표시하고, 산화철 측정을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
2. 제1항에 있어서,
   상기 제3선 및 제4선의 통전 신호 입력 시, 설정된 인식 전위값에 의해 센서의 장착과 노이즈를 구분하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
3. 제2항에 있어서,
   상기 인식 전위값은, 설정된 장착 인식개수에 의해 장착 인식개수 이상의 인식 전위값이 입력될 경우에 산화철 센서 장착 레디신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
4. 제2항에 있어서,
   상기 인식 전위값은, 설정된 탈착 인식개수에 의해 탈착 인식개수를 벗어 날 경우 산화철 센서의 장착 혹은 제거로 판단하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
5. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이에는, 산화철 센서 장착 레디신호의 인가와 함께, 산화철 추정값의 표시화면을 온도 및 성분 센서와 산화철 센서로 구분하여 표시하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
6. 제1항에 있어서,
   상기 산화철 측정방법에는, 온도 및 성분 센서와 별도의 산화철 연산조건이 구비된 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
7. 제1항에 있어서,
   상기 산화철 측정방법은, 저장장치에 의한 결과 기록 및 재 연산이 가능한 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 중 산화철 측정방법
   

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