KR20140131259A

KR20140131259A - 금속 용융 용기 내에서 산소 취입 랜스의 작동 방법, 및 이 작동 중 이용되는 측정 신호를 검출하기 위한 측정 시스템

Info

Publication number: KR20140131259A
Application number: KR20140037673A
Authority: KR
Inventors: 파블로 그리고로프; 한스 위르겐 오덴탈; 요헨 슐뤼터; 노르베르트 우에버
Original assignee: 에스엠에스 지마크 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-11-12
Also published as: DE102013208079A1; KR101616393B1; EP2767598A1; EP2767598B1; US20140327192A1; UA113614C2

Abstract

본 발명은 금속 용융 용기(1) 내에서 가스(8)를 송풍하는 취입 랜스(2), 특히 산소 취입 랜스를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 취입 랜스(2)의 바람직하게는 교환 가능한 랜스 헤드(4)는 하나 이상의 초음파 노즐을 포함한다. 본 발명의 목적은, 금속 용융 용기 내에서 가스를 송풍하는 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스의 작동 동안 방법 제어를 위해 이용되는 작동 매개변수 측정 신호들의 연속적인 검출을 가능하게 하는 해결 방법을 제공하는 것에 있다. 상기 목적은, 랜스 헤드(4) 내에서 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)에 의해, 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서 하나 이상의 초음파 노즐에서 가스(8)의 유입 압력(p_0t) 및/또는 유입 온도(T_0t), 및/또는 취입 랜스(2)의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω), 및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 점화 시점, 및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 지점이 검출되고, 그리고/또는 측정되며, 이때 획득된 측정 신호(들)는 취입 랜스(2)의 작동 동안, 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급되어, 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공되는 것을 통해 달성된다.

Description

금속 용융 용기 내에서 산소 취입 랜스의 작동 방법, 및 이 작동 중 이용되는 측정 신호를 검출하기 위한 측정 시스템{METHOD FOR OPERATING AN OXYGEN BLOWING LANCE IN A METALLURGICAL VESSEL, AND MEASURING SYSTEM FOR DETECTING MEASURING SIGNALS USED IN DOING SO}

본 발명은 금속 용융 용기 내에서 가스를 송풍하는 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 취입 랜스의 바람직하게는 교환 가능한 랜스 헤드(lance head)는 하나 이상의 초음파 노즐을 포함한다. 그 밖에도, 본 발명은 금속 용융 용기 내에서 가스를 송풍하는 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스를 작동시키는 동안 방법 제어를 위해 이용되는 측정 신호들을 검출하기 위한 측정 시스템에도 관한 것이며, 상기 측정 시스템은 하나 이상의 초음파 노즐을 구비하고 바람직하게는 교환 가능한 랜스 헤드를 포함한 취입 랜스, 바람직하게는 산소 취입 랜스와, 측정 신호들을 수신하고 처리하는 평가 및/또는 공정 제어 유닛을 포함한다.

제강 중에, 특정한 방법, 예컨대 순산소 전로 방법(BOF: Basic-Oxygen-Furnace Method) 또는 아르곤-산소 탈탄 방법(AOD: Argon-Oxygen-Decarburization Method)의 경우, 통상적으로 금속 용융 용기 내에 위치하는 금속 용융물에 가스, 특히 산소(O₂) 또는 질소(N₂)를 공급한다. 이를 위해, 전형적으로, 취입 랜스가 상부로부터 금속 용융 용기 내로 삽입되고 그 취입 랜스로부터 가스가 금속 용융물 상에 상취된다.

또한, 아크로, 다시 말해 전기 아크로(EAF: Electric Arc Furnace)에서 스크랩을 용융하는 분야에서도, 가스가 용융물 상에 상취될 수 있다. 가스의 상취는 통상적으로 적어도 다음 금속 용융 설비들에서 실행된다: BOF 전로, AOD 전로, 전기 아크로(EAF) 또는 CONARC 로(CON = 전로, ARC = 아킹)용 버너 및 인젝터 노즐, 환원로(SAF: 침수 아크로)용 버너 및 인젝터 노즐, 및 예컨대 VOD(진공 산소 탈탄) 또는 RH(Ruhrstahl-Heraeus: 루어슈탈-헤라에우스) 설비와 같은 진공 처리 설비용 노즐. BOF 전로에서 제강 동안, 산소는 취입 랜스에 의해 금속 욕(metal bath) 상에 상취된다. 이 경우, 취입 랜스 헤드는 전형적인 방식으로 용융물 표면으로부터 1.4 내지 3m만큼 이격되어 있다. 상기 취입 랜스 헤드 내에는 통상적인 방식으로 사전 결정된 각도하에 배치된 복수의 수축-확대 노즐(convergent-divergent nozzle)이 위치하며, 이들 노즐은 초음파 속도로 가스를 가속화한다. 축소-확대 노즐들은 초음파 노즐 또는 라발 노즐(Laval nozzle)로서 지칭된다. 상기 초음파 노즐들로부터 가스는 전형적으로 대략 2배의 음속으로, 그리고 높은 펄스로 유출되고 그 다음 금속 용융물 상에 부딪힌다. 금속 용융물 내에서는 진동 취입 슬롯이 생성되고 상취된 가스는 집중적인 탈탄 반응을 제공한다. 이 경우, 증가하는 기상 반응 생성물을 통해 금속 용융물 상에 거품 슬래그가 발생한다.

라발 노즐 또는 초음파 노즐의 기하구조는, 등 엔트로피 흐름 필라멘트 이론(isentropic flow filament theory)에 따라서, 초음파 노즐의 유입 압력(p₀) 및 유입 온도(T₀)뿐 아니라, 금속 용융 용기 내 정적 배압(p_A)에 대한 각각의 단일의 값[요컨대 그 이상적인 작동점 또는 그 설계점(design point)]에 부합하게만 설계될 수 있다. 그러므로 유입 압력(p₀)은 상기 이상적인 작동점에서 설계 압력으로서 지칭되고 유입 온도(T₀)는 상기 이상적인 작동점에서 설계 온도로서 지칭된다. 초음파 노즐이 그 이상적인 작동점에서 작동될 때에만, 팽창된 가스 유동이 노즐에서 배출될 때까지 노즐 벽과 견고하게 접촉하고, 초음파 속도로 가스의 가속이 달성된다. 그러나 실제 노즐 유동이 이상적인 설계 상태 내지 이상적인 작동점에서 벗어나면, 곧바로 노즐의 내부 및 그 외부에서, 노즐 테두리의 마모를 야기할 수 있고 노즐 벽으로부터 분사 제트의 너무 이른 분리를 초래하는 팽창파 또는 압축 충격의 형태로 복잡한 교란 패턴(다이아몬드 파 패턴)이 발생한다. 노즐 벽으로부터 저온의 가스 제트가 분리될 때 재순환 영역이 발생하며, 이 재순환 영역을 통해 고온의 전로 가스가 노즐 벽에 도달하며, 그럼으로써 그 후 노즐 마모가 시작된다. 그러므로 이런 노즐 마모를 감소시키거나 방지하기 위해, 초음파 노즐은 최대한 그 작동점에서 작동되어야 한다.

취입 랜스의 첨단부에는, 초음파 속도로 가스를 가속하기 위해, 각각의 적용에 따라 복수의 수축-확대 초음파 노즐 또는 라발 노즐을 포함하는 교환 가능한 랜스 헤드가 위치된다. 상기 랜스 헤드는 특히 다음의 금속 용융 용기들 또는 설비들에서 이용될 수 있다: BOF 및 AOD 전로, 전기 아크로(EAF)용 SIS(Siemag Injection System) 인젝터, 환원로(SAF) 및 진공 설비(RH, VOD).

초음파 노즐 또는 라발 노즐의 기하구조는, 직접적인 유입 압력(p₀), 즉 각각의 초음파 노즐의 설계 압력뿐 아니라, 유입 온도(T₀), 즉 초음파 노즐의 각각의 설계 온도와 관련하여, 각각의 금속 용융 용기 또는 설비 내 정적 배압(p_A)의 조건에서 각각의 초음파 노즐의 최적의 작동점에 부합하게만 설계될 수 있다. 전로 작동 동안 두 공정 변수인 설계 압력/유입 압력 및 유입 온도/설계 온도가 유지될 때에만, 초음파 노즐 또는 라발 노즐이 그 최적의 작동점에서 작동하고 노즐은 극미하게만 마모된다. 통상적으로 실제 작동 중에 취입 랜스를 위한 가스를 공급하는 밸브 스테이션에서 가스의 예비 압력(p_VS) 및 부피 유량이 측정된다. 상기 변수들은 일반적으로 초음파 노즐의 설계를 위해 이용된다. 따라서 방정식(p₀ = p_VS - Δp_verl)에 따라서 유입 압력(p₀)을 산출하기 위해, 압력 손실(Δp_verl)은, 밸브 스테이션으로부터, 전체 취입 랜스를 포함한 튜브 라인들과 압력 호스들에 걸쳐 추정된다. 정확한 압력 손실(Δp_verl)은 이론상 산출하기가 어려운데, 그 이유는 이를 위해 정확한 파이프라인의 고려하에 모든 부품에 걸친 압축성 압력 손실 계산이 필요하기 때문이다. 이런 이유에서, 노즐 설계를 위해 필요한 공정 변수(p₀, T₀ 및 p_A)들은 항상 근삿값으로서만 알게 된다. 이 경우 각각의 초음파 노즐 또는 라발 노즐이 실제의 제강 설비 작동 중에 실제로 설계점 또는 이상적인 작동점에서 작동하는지의 여부는 불확실하다. 그에 따라 랜스 내구성 및 공정 안정성도 악화된다.

그 밖에도, 취입 공정 동안, 취입 랜스로부터 유출된 산소 제트는 액상 선철과 접촉할 때 점화된다. 전로 또는 각각의 금속 용융 용기는 선철뿐 아니라 보통은 강 스크랩과 같은 냉각제로도 채워져 있기 때문에, 취입 랜스로부터 유출되는 산소 제트는, 그 온도가 점화를 위해 충분히 높지 않은 강 스크랩에 의해 반사될 수 있다. 따라서 매우 빈번하게 산소의 연소는 취입 공정의 개시와 더불어 그 즉시 시작되지 않는다. 그러나 이와 결부되는 각각의 금속 용융 욕의 탈탄 반응의 개시가 공정 제어를 위해 결정적으로 중요하기 때문에, 점화의 정확한 시점을 검출하는 점이 매우 중요하다. 또한, 점화 시점은 각각 스크랩의 위치 및 액상 선철의 위치에 따라서 다공 취입 랜스의 각각의 노즐에 대해 서로 상이할 수도 있다. 여기서 점화 위치 및 그 시간의 차별화된 정보는 산소의 사용 유무에 따른 그에 상응하게 정확한 차별화를 가능하게 할 수도 있다.

마지막으로, 전로 또는 금속 용융 용기 내에서 통상적인 취입 공정 동안 용융물-슬래그 에멀션이 형성된다. 탈탄 반응을 통해, 슬래그의 부피가 대단히 확대되며, 그럼으로써 생산 비용 및 고장 위험을 증가시키는 슬래그 추출(slag ejection)이 발생할 수 있다. 그 밖에도, 취입 공정 동안, 슬래그 및 용융된 금속, 특히 용강은 통상적으로 수냉식인 취입 랜스에 점착된다. 취입 랜스에서 상기 스컬 형성(skull formation)은 바람직하지 못하며 제거되어야 하는데, 그 이유는 그 결과로 취입 랜스의 전체 질량이 바람직하지 못하게 증가하고 초음파 노즐들의 개구부들이 부분적으로 막힐 수 있기 때문이다.

WO 2012/136698 A1로부터는, 금속 용융 용기 내에서 산소 취입 랜스를 작동시키기 위한 방법이 공지되었으며, 이 방법의 경우, 외부 공급부 또는 공급 라인 없이 압력 측정 및/또는 온도 측정을 시간에 걸쳐 분해되는 방식으로 실행하고 상응하는 측정값들을 저장하는 독립적 측정 장치에 의해, 취입 랜스의 초음파 노즐의 유입구에서 압력 및 온도가 측정된다. "데이터 로거(data logger)"로서도 지칭되는 상기 독립적 측정 장치는 취입 랜스 헤드 내로 삽입되고 그 다음 그 (배터리) 수명에 걸쳐서 압력 및/또는 온도를 측정하여 이들 데이터를 저장한다. 그 다음, 독립적 측정 장치는 취입 랜스 헤드로부터 탈거되고, 판독된 측정 데이터에 의해 보정 곡선이 작성된다. 상기 보정 곡선에 따라서, 그 후 독립적 측정 장치를 더 이상 포함하지 않은 산소 취입 랜스의 작동이 제어된다. 데이터 로거 이용의 단점은, 압력 손실(Δp_verl), 작동 진행 중에 각각 설정되는 유입 압력(p_0t), 및 작동 진행 중에 각각 설정되는 유입 온도(T_0t)가 차후에만 랜스가 분해된 후에 산출된다는 점에 있다. 취입 공정 동안 유입 압력(p_0t) 및 유입 온도(T_0t)의 연속적인 실제 검출은 개시되지 않으며, 그럼으로써 취입 랜스의 초음파 노즐이 진행되는 작동 동안 그 이상적인 작동점에서 작동되는 점이 보장되지 않는다.

그 밖에도, 실무로부터, 취입 랜스의 랜스 캐리지 상에 배치된 종래의 진동 센서를 이용하여 금속 용융 용기 내에서 작동 동안 취입 랜스의 진동을 검출하는 점도 공지되었다. 이 경우 획득된 측정 신호들로부터 금속 용융 용기 내에서 슬래그 형성의 기준에 대한 귀납적 추론과 슬래그 추출에 대한 경향이 제공된다. 진동 측정은 랜스 캐리지에서 수행되는데, 그 이유는 진동 센서가 랜스 캐리지에서 열적으로 보호되고 랜스 교환은 센서 장치에 대한 고려 없이 수행될 수 있기 때문이다. 상기 해결 방법의 단점은, 랜스 캐리지에서 측정된 진동이 랜스 첨단부 상에서 슬래그 형성에 의해 가장 명확하게 영향을 받는 진동에 비해 유의적으로 더 작고 공정과 무관한 변수들에 의해 영향을 받을 수 있다는 점에 있다. 그에 따라 획득된 측정 신호들은 취입 랜스 첨단부의 영역 내 상태들을 부정확하게만 재현한다. 또한, 랜스 돔부(lance dome)의 상부에서 실행되는 측정의 경우, 취입 랜스의 편향이 최적으로 검출되지도 않는다. 마지막으로, 취입 랜스 돔부의 근처에 배치되는 센서들의 경우, 센서들이 그 취입 랜스 돔부에서 작용하는 열 및 분진 부하에 의해 마모되고 손상되는 위험도 존재한다.

WO 2011/151143 A2로부터는, CCD 센서들 또는 광 다이오드들을 포함하는 카메라를 이용하여 전로 입구와 배출 후드 사이의 간격에서 시간에 걸친 복사 세기의 곡선을 결정하며, 그리고 취입 랜스로부터 유출되는 산소 제트의 점화의 시점으로서, 사전 결정된 복사 세기 또는 복사 세기의 사전 결정된 상승에 도달하는 시점을 결정하는 점이 공지되었다. 외부로부터 점화 시 발생하는 발화점의 광 방출을 관찰하면서 상취 공정에서 점화의 시점을 결정하기 위한 상기 방법은, 한편으로 점화 후 강한 연기 생성을 통해 간접적으로만 상기 연기의 복사를 통해 점화에 대한 정보가 획득된다는 단점을 갖는다. 그 결과, 측정 결과의 신뢰성이 제한된다. 또한, 개별 산소 제트들, 다공 노즐의 경우에는 통상적으로 5개 내지 6개인 유출 산소 제트의 점화의 차별화된 검출은 불가능하다.

본 발명의 과제는, 금속 용융 용기 내에서 가스를 송풍하는 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스의 작동 동안 방법 제어를 위해 이용되는 작동 매개변수 측정 신호들의 연속적인 검출을 가능하게 하는 해결 방법을 제공하는 것에 있다.

최초에 더 자세하게 설명한 유형의 방법의 경우, 상기 과제는, 본 발명에 따라서, 랜스 헤드 내에서 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 검출기 또는 센서에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 하나 이상의 초음파 노즐에서 가스의 유입 압력(p_0t) 및/또는 유입 온도(T_0t), 및/또는 취입 랜스의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω), 및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 시점, 및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 지점이 검출되고, 그리고/또는 측정되며, 이때 획득된 측정 신호(들)는 취입 랜스의 작동 동안 하나 이상의 검출기 또는 센서에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급되어, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공되는 것을 통해 해결된다.

또한, 전술한 과제는, 최초에 더 자세하게 설명한 유형의 측정 시스템의 경우, 랜스 헤드 내에서, 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 검출기 또는 센서가 배치되고, 이 검출기 또는 센서는 라인에 적합하게 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 하나 이상의 초음파 노즐에서 가스의 유입 압력(p_0t) 및/또는 유입 온도(T_0t), 및/또는 취입 랜스의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω), 및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 점화 시점, 및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 지점을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 취입 랜스의 작동 동안, 하나 이상의 검출기 또는 센서에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게 온라인으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 통해 해결된다.

따라서 본 발명은 그 핵심에서, 취입 랜스의 작동 동안, 다시 말해 가스를 송풍하는 상태 동안, 금속 용융 용기 내에 포지셔닝되는 취입 랜스의 작업 또는 작동 위치에서 측정 기술 측면에서 작동 매개변수들을 검출하고 획득한 측정 신호들을 작동 동안 연속해서 그리고 온라인으로 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공하는 하나 이상의 검출기 및/또는 센서를 취입 랜스의 헤드 내에 배치한다는 점을 기초로 한다. 그 다음, 이러한 방식으로 획득되고 각각의 작동 매개변수들과 관련된 작동 상태를 각각 실제로 재현하는 측정 신호들은 취입 랜스의 작동 진행 중에 방법 제어를 위해 직접 이용될 수 있다.

본 발명의 한 관점에 따라서, 상기 방식으로, 하나 이상의 검출기 및/또는 센서에 의해 취입 랜스의 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 가스의 실제 유입 압력(p_0t)이 검출되고, 그리고/또는 측정된다. 본 발명의 제2 관점에 따라서는, 하나 이상의 검출기 또는 센서에 의해, 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 취입 랜스의 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 가스의 유입 온도(T_0t)가 검출되고, 그리고/또는 측정된다.

그 다음, 본 발명의 제1 관점 및/또는 제2 관점에서 측정된 상기 작동 매개변수 측정 신호들은 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 직접적으로, 바람직하게는 온라인으로 공급되어, 취입 랜스의 작동의 방법 제어를 위해 제공된다. 그에 따라, 예컨대 밸브 압력(p_VS)의 적합한 조정을 통해, 랜스 헤드 내에서 초음파 노즐의 유입구에서 실제로 설정되는 유입 압력(p_0t)을 조절할 수 있으며, 그리고 그 유입 압력이 적어도 실질적으로, 그리고/또는 거의, 다시 말하면 기껏해야 적은 편차만을 나타내는 방식으로 설계 압력(p₀)에 상응하도록, 상기 유입 압력을 설정할 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 본 발명에 의해, 하나의 초음파 노즐, (그리고 취입 랜스의 각각의 초음파 노즐 또는 라발 노즐의 유입구에 검출기 또는 센서를 제공할 경우에는) 모든 초음파 노즐을 항상 적어도 거의 초음파 노즐의 설계 상태(설계점)에서, 다시 말하면 초음파 노즐의 이상적인 작동점에서 작동시킬 수 있다. 그 결과로, 가스 취입, 특히 산소 취입을 위한 안정된 공정 조건들이 제공되며, 이는 바람직하게는 교환 가능한 랜스 헤드의 훨씬 더 높은 내구성 및 사용 수명으로 이어진다. 취입 공정 동안 유입 압력(p_0t) 및 유입 온도(T_0t)의 연속적인 검출은 상기 방식으로 취입 공정 동안 밸브 스테이션에서 압력(p_VS)의 동적 조정을 가능하게 하고, 그럼으로써 이러한 방식으로 랜스 헤드가 그 설계점에서 작동되고 노즐 마모는 최소화될 수 있다.

따라서 본 발명에 따라 각각 실제 유입 압력(p_0t) 및 각각 실제 유입 온도(T_0t)가 취입 공정 동안 취입 랜스의 내부에서, 다시 말하면 랜스 헤드 내에서 측정된다. 이처럼 시간에 따른 압력 및 온도 측정은 검출기들 및/또는 센서들에 의해 수행된다. 측정 데이터는 케이블을 통해, 또는 무선으로도, 연결되어 있는 평가 및/또는 공정 제어 유닛, 예컨대 PC로 전송된다. 검출기들 및/또는 센서들의 에너지 공급은 케이블, 또는 배터리를 통해, 또는 에너지 회수 모듈에 의해 수행될 수 있다.

그에 따라, 취입 랜스 내에서, 또는 바로 랜스 헤드 내에서, 본 발명의 상기 제1 및 제2 관점에 따라서, 산소 또는 취입 가스의 실제 유입 압력(p_0t) 및 실제 유입 온도(T_0t)를 측정하기 위한 압력 센서들 및 경우에 따른 온도 센서들이 취입 랜스 내에 설치된다. 취입 랜스 또는 랜스 헤드 내에서 압력 측정(들)과 동시에, 취입 가스 또는 산소를 공급하는 밸브 스테이션에서 압력 또는 예비 압력(p_VS)이 측정된다. 이는 압력 손실(Δp_verl = p_VS - p_0t)의 온라인 계산과, 취입 공정 동안 각각의 초음파 노즐의 상응하는 설계 변수들, 즉 설계 압력(p₀) 및 설계 온도(T₀)에 대한 취입 가스 또는 산소의 실제 유입 압력(p_0t) 및 실제 유입 온도(T_0t)의 편차의 점검을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 밸브 스테이션에서의 예비 압력(p_VS)은, 취입 랜스의 하나 또는 모든 초음파 노즐 또는 라발 노즐의 유입구에 설계 압력(p₀)에 상응하는 유입 압력(p_0t)이 존재하도록 설정될 수 있다. 이 경우, 랜스 헤드 마모는 그에 따라 최소화된다. 변수(T_0t)는 실질적인 작동을 위해 필요하지 않지만, 설계 온도(T₀)는 노즐 설계 시 이론적인 설계 변수로서 필요하다. 이러한 방식으로, 금속 용융 용기 내 정적 압력(p_A)은 결정되지 못할 수 있다. 그 밖에 정적 압력은 노즐 설계를 위해 하위의 역할만을 수행하는데, 그 이유는 압력(p_A)이 주변 압력(1.01bar)과 약간만 차이를 나타내기 때문이다. 측정된 데이터, 다시 말해 측정된 작동 매개변수 측정 신호들은 케이블을 통해, 또는 무선으로, 예컨대 무선인 경우는 취입 랜스 내에 장착된 무선 모듈에 의해, 평가 및/또는 공정 제어 유닛, 예컨대 조작자가 임의로 사용할 수 있는 컴퓨터, 특히 PC로 전송된다. 등 엔트로피 흐름 필라멘트 이론에 따라 초음파 노즐의 정확한 이론적인 설계를 위해 필요한 공정 변수들인, 바로 라발 노즐에서의 유입 압력(p₀) 및 유입 온도(T₀)뿐 아니라, 금속 용융 용기 내 정적 압력(배압)(p_A)은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 측정 시스템에 의해 이제 연속해서 각각 시간에 따른 실제 변수로서 검출된다. 상기 변수(p_0t 및 T_0t)들은 랜스 헤드 내에 배치된 검출기들 및/또는 센서들에 의해 취입 공정 동안 연속해서 측정될 수 있다. 금속 용융 용기 내 정적 압력(p_A)은 초음파 노즐(들)의 정확한 설계를 위해, 그리고 그에 따라 그 이상적인 작동점에서 초음파 노즐(들)의 작동의 조정을 위해 하위의 역할만을 수행하는데, 그 이유는 정적 압력이 일반적으로 주변 압력만큼 부합하게만 변동(1.01bar ± 0.2bar)되기 때문이다. 밸브 스테이션에서의 압력(p_VS)은 마찬가지로 연속해서 측정되기 때문에, 밸브 스테이션과 취입 랜스 헤드 내 가스의 유입 사이의 압력 손실(Δp_verl)은 마찬가지로 취입 공정 동안 연속해서 산출될 수 있다.

특히 앞서 설명한 본 발명의 제1 및 제2 관점의 실현을 위해, 본 발명에 따른 방법은, 바람직한 구현예에서, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치되는 하나 이상의 압력 센서에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 가스의 유입 압력(p_0t)이 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것을 특징으로 할 뿐 아니라, 특히 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 온도 센서에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 가스의 유입 온도(T_0t)가 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것도 특징으로 한다.

이 경우, 특히 바람직하게는, 동시에, 특히 연속적으로 하나 이상의 초음파 노즐에 대해 이격되어 배치된 가스 공급 스테이션에서 가스의 공급 압력(p_VS)이 검출되고, 그리고/또는 측정되며, 이는 본 발명에 의해서도 제공된다.

동일한 방식으로, 본 발명에 따른 측정 시스템은 구현예에서, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 압력 센서가 배치되고, 이 압력 센서는 라인에 적합하게 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 가스의 유입 압력(p_0t)을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 취입 랜스의 작동 동안, 하나 이상의 압력 센서에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하며, 그리고/또는 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 온도 센서가 배치되고, 이 온도 센서는 라인에 적합하게 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 가스의 유입 온도(T_0t)를 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 취입 랜스의 작동 동안, 하나 이상의 온도 센서에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 관점에 따라서, 바로 랜스 헤드 내에 설치된 하나 이상의 진동 센서에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω)가 검출되고 측정된다. 랜스 헤드 내에 배치된 검출기들 및/또는 센서들에 의한 측정을 통해, 슬래그 상승 및 경우에 따른 슬래그 추출뿐 아니라 취입 랜스의 스컬 형성을 검출하기 위해, 금속 용융 용기, 특히 전로 내 취입 랜스에서 신뢰성 있고 유지보수가 불필요하며 효율적인 진동 측정이 가능하다. 그에 따라, 취입 랜스의 내부에 배치된 센서 장치를 이용하여, 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스 또는 BOF 랜스의 진동을 측정할 수 있다. 또한, 이 경우, 랜스 헤드 내 측정은 최대한 입구에 가까운, 다시 말해 여기서는 "깊게 위치하는" 취입 랜스의 위치에서 수행되며, 그럼으로써 측정 신호들의 높은 유의성이면서 종래 기술과 비교하여 상대적으로 더 높은 상기 유의성이 제공된다. 측정은 바람직하게는 무선 센서 장치[검출기(들) 및/또는 센서(들)]에 의해 수행되며, 그 밖에도 라인 또는 케이블로 연결된 유선 배치도 가능하다. 그러나 유선 배치는, 검출기들 및/또는 센서들로 형성된 센서 장치의 상부에서 하부의 랜스 부재, 다시 말해 랜스 헤드의 손상 시, 공급 라인들과 경우에 따른 센서 장치가 고비용으로 신품으로 교환되어야 한다는 문제점과 결부된다. 또한, 진동 센서들의 경우, 무선 센서 장치의 에너지 공급은 배터리들, 축전지들 또는 에너지 회수 모듈에 의해서도 수행될 수 있다.

본 발명의 상기 제3 관점의 실현을 위해, 본 발명은, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 진동 센서에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 취입 랜스의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω)가 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것을 특징으로 한다.

동일한 방식으로, 측정 시스템의 구현예에서, 랜스 헤드 내에서, 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 진동 센서가 배치되고, 이 진동 센서는 라인에 적합하게 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 취입 랜스의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω)를 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 취입 랜스의 작동 동안, 하나 이상의 진동 센서에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공한다.

랜스 헤드 내에 배치되어, 가스 취입 랜스, 특히 산소 취입 랜스의 진동 진폭(A) 및/도는 진동 주파수(ω)를 측정하기 위한 진동 센서들에 의해서는, 진동의 진폭 및/또는 주파수의 연속적인 측정과 이에 수반되어 전로 또는 금속 용융 용기 내 슬래그 높이의 모니터링이 가능하다. 슬래그 높이가 낮은 경우, 주파수 스펙트럼 이내에서 취입 랜스의 조화 고유 진동이 우세하게 존재한다. 슬래그 레벨이 높은 경우에는 랜스가 슬래그에 의해 뒤덮인다. 이 경우, 슬래그에 의해 야기되는 진동의 확률 성분이 발생하고 증가한다. 또한, 랜스 첨단부에서 스컬의 형성은 랜스 첨단부의 질량을 변경한다. 고유 주파수의 측정을 통해, 점착된 슬래그 또는 강의 양이 추정될 수 있고, 랜스 교환과 관련하여 적시의 결정이 이루어질 수 있다. 측정된 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω)는 마찬가지로 특히 무선(wireless)으로, 특히 무선 통신을 통해, 평가 및/또는 제어 유닛, 특히 조작자가 임의로 조작할 수 있는 컴퓨터, 바람직하게는 PC로 전송된다. 이 경우, 각각의 진동 센서, 또는 진동 센서들에는 하나 이상의 무선 모듈이 할당되어 상기 진동 센서(들)에 연결된다.

제4 관점에 따라서, 랜스 헤드의 내부에, 광 다이오드들, 광 검출기들 또는 광 센서들, 특히 CCD(Charge Coupled Device; 전하 결합 소자) 센서들, 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductors; 상보성 금속 산화물 반도체) 센서들이 배치되며, 이들 다이오드, 검출기 또는 센서는 취입 공정 동안 랜스 헤드 내에서 산소 제트들의 점화 시 발생하는 광 방출들(optical emissions)을 검출한다. 그에 따라, 산소 취입 랜스의 점화의 시점을 거의 실시간으로 검출할 수 있으며, 광 다이오드 또는 하나 이상의 광 센서 또는 검출기는, 산소 제트들의 점화를 통해 야기된 발화점의 광 방출들이 취입 랜스의 내부에서 센서에 의해 검출될 수 있는 방식으로, 취입 랜스의 내부에 배치된다. 그 다음, 이 경우 측정된 측정 신호들은 할당된 평가 및/또는 공정 제어 유닛에서 추가 처리될 수 있다. 이 경우에도, 측정 신호 전송과 그에 따른 데이터 전송은 케이블을 통해, 또는 무선 통신을 통한 무선으로 수행된다. 또한, 무선 광 센서 장치의 에너지 공급은 배터리들, 축전지들 또는 에너지 회수 모듈에 의해서도 수행될 수 있다.

바로 랜스 헤드 내에는 광 센서들(CCD 센서들, CMOS 센서들)이, 또는 상기 센서들 또는 다이오드들 또는 검출기들을 포함하는 카메라가 산소 취입 공정에서 점화의 시점을 측정하기 위해 설치된다. 이 경우, 점화의 정확한 시점을 검출할 수 있도록 하기 위해, 취입 랜스의 내부에, 바람직하게는 취입 랜스 헤드 내에 하나 이상의 광 센서를 배치한다. 산소 제트들의 점화 시 야기되는 광 방출은 랜스 헤드 내 취입 랜스의 내부에서 센서 또는 센서들에 의해 검출되고, 검출된 측정 신호들과 이와 결부된 정보는 평가 및/또는 제어 유닛, 특히 컴퓨터 또는 PC로 케이블에 의한 유선으로, 또는 무선 통신을 통한 무선으로 전송된다.

앞서 언급한, 본 발명의 제4 관점의 달성을 위해, 본원의 방법은 구현예에서, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 광 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 센서를 구비한 하나 이상의 카메라에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드 내에서, 산소 제트들의 점화 시에 발생하는 광 방출(들)이 검출되는 것을 특징으로 한다. 또한, 이를 위해, 측정 시스템의 구현예에서, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 광 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 센서를 구비한 하나 이상의 카메라가 배치되고, 상기 센서 또는 카메라는 라인에 적합하게 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드 내에서, 산소 제트들의 점화 시 발생하는 광 방출(들)을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 취입 랜스의 작동 동안, 하나 이상의 광 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 하나 이상의 카메라에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로, 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공한다.

제4 관점에 따른 본 발명에 따른 구현예에 의해서는, 점화 시점의 정확한 측정이 실행되며, 이는 다공 취입 랜스의 각각의 초음파 노즐에 할당된 센서/검출기의 경우 개별 산소 제트들에 따라서도 차별화된다.

본 발명의 제5 관점은 산소 취입 공정에서 점화의 지점을 검출하고, 그리고/또는 측정하는 점에 관한 것이다. 이와 관련하여, 바로 랜스 헤드 내에, 광 센서들, 특히 CCD 또는 CMOS 센서들 또는 검출기들, 광 다이오드들 또는 광 검출기들, 또는 이들을 구비한 카메라가 배치될 수 있으며, 입사광을 수신하는 그 센서 표면들은 취입 랜스의 입구 개구부와 특히 할당된 초음파 노즐의 입구 개구부를 관통하는 방식으로 광학적으로 배향된다. 이러한 유형으로 랜스 헤드 내에 설치된 광 센서들은 산소 취입 공정에서 점화의 지점을 측정하기 위해 이용된다. 그에 따라, 복수의 방향성 광 센서를 이용하거나 카메라를 이용할 경우, 점화 시점 외에도, 통상적으로 이용되는 다공 취입 랜스들에서도 점화의 위치가 검출된다. 통상적으로 취입 랜스 헤드는 복수의 초음파 노즐을 포함하기 때문에, 하나의 광 센서가 하나의 노즐에 할당될 수 있다. 이러한 방식으로, 산소 제트들의 점화의 차별화된 검출 가능성이 형성되는데, 그 이유는, 산소 제트가 액상 선철 상에 부딪힐 때 발화점이 발생하고, 그에 반해 산소 제트가 스크랩 상에 부딪힐 때에는 발화점이 발생하지 않음으로써 그 광 방출(들)과 관련하여 각각 검출된 영역들이 서로 구별되기 때문이다. 취입 랜스의 내부에 설치함에 따른 장점은, 카메라 또는 센서들의 뷰 개구부(view opening)가 산소에 의한 세정을 통해 비워진다는 점이다. 그 다음, 획득된 측정 신호들은 다시 유선으로, 또는 무선 통신을 통해 평가 및/또는 제어 유닛, 특히 컴퓨터 또는 PC로 전송되어 그곳에서 방법 제어를 위해 이용될 수 있다. 따라서 본 발명의 상기 제5 관점은, 광 센서 또는 검출기가, 취입 랜스의 내부에서 산소 제트들의 점화를 통해 야기되는 발화점의 광 방출을 검출할 수 있는 방식으로, 취입 랜스의 내부에 배치되고, 그 결과 획득된 측정 신호들 또는 정보는 할당된 평가 및/또는 제어 유닛에서 추가 처리될 수 있는 것을 통해, 산소 제트의 점화 위치를 검출한다는 점에 있다. 데이터 전송은 케이블을 통한 유선으로, 또는 무선 통신을 통한 무선으로 수행된다. 이 경우에도, 무선 광 센서 장치의 에너지 공급은 배터리들, 축전지들, 또는 에너지 회수 모듈에 의해 수행되며, 검출기(들) 또는 센서(들)는 취입 랜스 내에 배치된 에너지 회수 모듈에 의해 전기 에너지를 공급받는다.

본 발명의 상기 제5 관점의 실현을 위해, 본 발명에 따른 방법은, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치되고 취입 랜스의 입구 개구부를 관통하는 방식으로 광학적으로 배향된 하나 이상의 광 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 센서를 구비한 하나 이상의 카메라에 의해, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드 내에서, 취입 랜스의 외부에서 발생하는 광 방출이 검출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제5 관점을 실현하기 위한 측정 시스템은, 랜스 헤드 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 광 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 광 센서를 구비한 하나 이상의 카메라가 배치되고, 상기 광 센서/카메라는 취입 랜스의 입구 개구부를 관통하는 방식으로 광학적으로 배향되고, 라인에 적합하게 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 취입 랜스의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드 내에서 취입 랜스의 외부에서 발생하는 광 방출을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 취입 랜스의 작동 동안, 하나 이상의 광 센서 또는 하나 이상의 카메라에 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로, 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 취입 랜스의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 특히 바람직하게는, 복수의 초음파 노즐을 포함하는 다공 랜스의 경우, 각각의 초음파 노즐에, 각각 하나 이상의 검출기 또는 센서가 할당되거나, 또는 측정 시스템의 상응하는 취입 랜스에 할당된다.

추가 구현예에서, 본원의 방법 및 본원의 측정 시스템에 따라, 취입 랜스에, 압력 센서들, 온도 센서들, 진동 센서들, 및/또는 광 센서들의 그룹 중에서 하나 이상의 검출기 또는 센서가 할당되거나, 또는 취입 랜스가 압력 센서들, 온도 센서들, 진동 센서들 및/또는 광 센서들의 그룹 중에서 하나 이상의 검출기 또는 센서를 포함한다.

평가 유닛, 예컨대 PC로의 측정 데이터 전송과 측정 센서들 또는 측정 검출기들의 에너지 공급은 예컨대 케이블을 통해 실현될 수 있다. 그러나 취입 랜스의 교환 시 통상적으로 랜스 헤드 또는 랜스의 하부 부재는 마모, 스컬 형성 또는 손상으로 인해 분리된다. 이 경우, 에너지 공급이 유선으로 이루어지는 경우, 케이블이 절단되는 위험이 존재한다. 그러므로 무선의 측정 신호 및 측정 데이터 전송이 특히 바람직하다. 상기 전송은 예컨대 무선 전송을 통해 실현될 수 있다. 이 경우, 에너지 공급의 보장을 위해, 각각의 센서 또는 검출기는 배터리나 에너지 회수 모듈을 구비할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 방법은 개선예에서, 검출기 및/또는 센서로부터 획득된 측정 신호(들)가 취입 랜스 내에, 또는 그 상에 배치된 케이블에 의한 유선으로, 또는 검출기 및/또는 센서와 연결되고 취입 랜스 내에 배치된 무선 모듈에 의한 무선으로 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 경우, 바람직한 방식으로, 검출기(들) 또는 센서(들)는 취입 랜스 내에 배치된 에너지 회수 모듈에 의해 전기 에너지를 공급받을 수 있다.

마지막으로, 측정 시스템은, 본 발명의 바람직한 개선예에서, 검출기(들) 또는 센서(들)가 취입 랜스 내에, 또는 그 상에 배치된 케이블에 의한 유선으로, 또는 취입 랜스 내에 배치된 무선 모듈에 의한 무선으로 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되며, 특히 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 무선으로 연결된 검출기(들) 또는 센서(들)는 바람직하게는 취입 랜스 내에 배치된 에너지 회수 모듈과 연결되는 것을 특징으로 한다.

그에 따라, 앞서 상술한 검출기들 및/또는 센서들은 무선 정보 및/또는 에너지 전송 장치를 구비하여 취입 랜스의 내부에 배치될 수 있다. 그 결과로, 센서들 및/또는 검출기들의 재설치 시 비용은 라인 또는 케이블로 유선 연결된 센서들 또는 검출기들의 경우보다 더 낮다. 재설치 시 상기의 더 낮은 비용은 특히, 취입 랜스가 센서들의 상부에서 예컨대 취입 랜스 상에 존재하는 스컬 형성으로 인해 분해되고 새 랜스 부재가 용접되어야 할 때 바람직하다. 이와 관련하여 무선으로 형성된 센서들은 에너지원의 교환의 방지를 위해 에너지 회수 에너지원 또는 에너지 회수 모듈을 구비할 수 있다. 랜스 내에서, 에너지원으로서는, 가스 유동 또는 랜스의 진동으로부터 그 에너지를 생성하는 제너레이터가 이용될 수 있다. 진동 측정의 경우, 에너지 회수 모듈을 이용할 때 에너지는 예컨대 취입 랜스의 진동으로부터 발생하는 에너지로부터 획득될 수 있다.

목표한 바대로 배향되어 배치된 복수의 광 센서 또는 검출기, 또는 이들 센서 또는 검출기를 구비한 카메라를 이용할 때, 점화 시점 외에도, 통상적으로 이용되는 다공 취입 랜스의 경우에서도, 점화의 위치가 검출된다. 취입 랜스 헤드는 통상적으로 복수의 초음파 노즐을 포함하기 때문에, 각각의 초음파 노즐에는 하나의 상응하는 광 센서 또는 광 검출기가 할당될 수 있다. 이러한 방식으로, 산소 제트들의 점화의 차별화된 검출의 가능성이 제공된다.

평가 및/또는 제어 유닛에 의해서는 센서들 및/또는 검출기들에 의해 검출되거나 측정되거나 산출된 측정 신호들 또는 이들 신호로부터 도출된 정보가 평가되고 공정의 제어와 기초가 되는 모델의 작동을 위해 이용된다.

본 발명은 하기에서 도면에 따라서 예시로서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 할당된 금속 용융 용기 및 가스 공급부를 포함한 취입 랜스를 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 그 내부에 라인으로 유선 연결된 센서가 배치된 랜스 헤드의 영역을 도시한 개략도이다.
도 3은 그 내부에 무선 센서가 배치된 랜스 헤드의 영역을 도시한 개략도이다.
도 4는 점화 위치를 검출하기 위한 센서 장치를 도시한 개략도이다.

도 1에는, 전로로서 형성된 금속 용융 용기(1) 내로 상부로부터 삽입된 취입 랜스(2), 특히 산소 취입 랜스가 도시되어 있으며, 상기 취입 랜스는 작동 중에 도 1에 도시된 작동 위치에서 금속 용융 용기(1) 내에 위치하는 금속 용융물(3) 상으로 가스를 송풍한다. 도 1의 도에서 취입 랜스(2)의 하부 단부 상에는 취입 랜스 첨단부를 형성하는 교환 가능한 랜스 헤드(4)가 배치된다. 랜스 헤드(4)의 내부에는 복수의 초음파 노즐이 형성되며, 이는 랜스 헤드(4)로부터 출발하는 선들에 의해 도시되어 있다.

튜브 라인들 또는 호스들을 포함하는 공급 라인(5)을 통해서는 취입 랜스(2)가 밸브 스테이션(7)을 포함한 가스 공급 스테이션(6)과 연결되며, 밸브 스테이션에 의해서는 랜스 헤드(4)로부터 송풍될 가스(8)가 공급 라인(5)으로 조절 가능하게 공급될 수 있다. 가스(8)는 실시예에서 (상취) 산소 취입 공정에서 이용되는 가스, 다시 말해 산소 또는 산소 함유 가스 혼합물, 예컨대 아르곤-산소 가스이다. 그 밖에, 공급 라인(5)으로 질소 또는 질소 함유 가스 혼합물을 공급할 수도 있다. 공급 라인(5) 내로 유입되는 가스(8)의 경우, 밸브 스테이션(7)에서 압력(p_VS)이 예비 압력으로서 설정되고 조절된다. 취입 랜스(2)의 작동 동안 방법 및 공정 제어를 위해 압력(p_VS)은 연속해서 측정된다.

금속 용융 용기(1) 또는 전로 내에는, 취입 랜스(2)의 작동 동안, 정적 압력(배압)(p_A)이 우세하게 존재한다. 랜스 헤드(4)의 개별 초음파 노즐들 또는 라발 노즐들은, 설계 압력(p₀) 및 설계 온도(T₀)가 각각의 초음파 노즐의 유입구에서 우세하게 존재하는 이상적인 작동점(설계점)에 부합하게 설계된다. 이제, 취입 랜스(2)의 작동 중에, 랜스 헤드(4)에서 각각의 초음파 노즐 또는 라발 노즐의 유입구에는 연속해서 각각 실제로 우세하게 존재하는 유입 압력(p_0t) 및 각각 우세하게 존재하는 유입 온도(T_0t)가 검출에 의해 결정되고, 그리고/또는 측정된다. 밸브 스테이션에서 각각의 초음파 노즐의 유입구 영역까지의 압력 손실(Δp_Verl)은 관계식(Δp_Verl = p_VS - p_0t)을 통해 결정되기 때문에, 취입 공정 동안, 압력 손실(Δp_Verl)의 온라인 계산과, 그에 따라 설계 변수(p0 및 T0)들에 대해 개별 초음파 노즐들로 공급된 산소의 유입 압력(p_0t) 및 유입 온도(T_0t)의 편차의 점검을 실행할 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 스테이션(7)에서 예비 압력(p_VS)은, 정확한 설계 압력(p₀)이 각각의 초음파 노즐 또는 라발 노즐의 유입구에 유입 압력(p_0t)으로서 존재하도록 설정될 수 있다.

유입 압력(p_0t) 및 유입 온도(T_0t)의 검출은 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)에 의해 수행되며, 이 검출기 또는 센서는, 이 검출기 또는 센서에 할당된 하나 이상 또는 모든 초음파 노즐의 유입구에서 송풍될 가스(8)의 유입 압력(p_0t) 및/또는 유입 온도(T_0t)를 검출하고, 그리고/또는 측정하는 방식으로, 랜스 헤드(4) 내에 배치된다. 검출기 또는 센서(9a, 9b)가 하나의 초음파 노즐의 유입구에 각각 할당되는 경우, 랜스 헤드(4) 내에는 라발 노즐 또는 초음파 노즐의 개수에 상응하는 개수의 검출기 및/또는 센서(9a, 9b)가 각각 배치된다.

도 2와 도 3에는 하나 이상의 센서 또는 검출기(9a, 9b)의 배치가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우, 도 2에는, 홀더(10)에 의해 랜스 헤드(4) 내에 배치된 검출기 또는 센서(9a)가 도시되어 있으며, 이 검출기 또는 센서는 라인, 특히 케이블(11)을 통해 더 상세하게 도시되지 않은 평가 및/또는 제어 유닛과 연결된다.

도 3에 따른 실시예의 경우, 할당된 무선 모듈(12)과 연결된 검출기 또는 센서(9b)가 이용되며, 무선 모듈에 의해서는 검출기 또는 센서(9b)에 의해 검출되고, 그리고/또는 측정된 측정 신호들이 무선으로, 특히 무선 통신을 통해, 미도시된 평가 및/또는 제어 유닛으로 전송된다. 이 경우, 무선 모듈(12)은 배터리 또는 에너지 회수 모듈 형태의 에너지원을 포함한다.

하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)에 의해 획득된 측정 신호들은, 취입 공정에서 취입 랜스(4)의 작동 동안, 더 상세하게 도시되지 않으면서 연결되어 있는 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 온라인으로 계속해서 전송되어, 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛에서 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공되며 그 다음 취입 공정의 제어를 위해 이용된다.

하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)는 유입 압력(p_0t)을 검출하기 위한 압력 센서이다. 그러나 전적으로, 압력 센서들, 온도 센서들, 진동 센서들 및/또는 광 센서들의 그룹에서 선택된 복수의 검출기 또는 센서 또는 다기능 검출기들 또는 센서(9a, 9b)들이 제공되어 랜스 헤드(4) 내에 배치될 수 있다.

랜스 헤드(4) 내에 배치된 진동 센서들은 취입 랜스(2)의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω)를 검출하고, 그리고/또는 측정한다.

광 센서들로서 형성된 검출기들 또는 센서(9a, 9b)들은 산소 취입 시 산소 제트들의 점화 시 야기되는 광 방출을 검출한다. 광 센서들은 CCD 센서들, CMOS 센서들, 광 다이오드들, 광 검출기들 및, 이들 센서 또는 검출기를 구비한 카메라들일 수 있다. 상기 센서들 또는 다이오드들 또는 검출기들 또는 카메라를 이용하여, 랜스 헤드(4) 내에서 산소 제트의 점화 시 발생하는 복사 또는 광 방출이 검출되거나, 또는 랜스 헤드(4) 내에서 산소 제트의 점화 시 발생하는 복사 세기 또는 광 방출의 변동이 검출된다. 이 경우, 광 센서의 형태로 형성된 각각의 검출기 또는 센서(9a, 9b)는, 도 4에 개략적으로 도시된 것처럼, 점화의 지점 또는 점화 위치(13)를 검출하거나 감지하도록 구성되고 배향될 수 있다. 하나 이상, 바람직하게는 복수의 방향성 광 센서(9a, 9b)를 이용하거나, 또는 광 센서 장치로서 카메라를 이용할 때, 점화 시점 외에도, 통상적으로 이용되는 다공 취입 랜스의 경우에서도, 점화 위치(13)가 검출된다. 이 경우, 랜스 헤드(4)로부터 유출되는 산소 제트(8b)가 금속 용융 용기(1) 내에 위치하는 금속 용융물(3) 상에 부딪힐 때 산소 제트(8b)의 점화 시 점화 위치(13)에서 발화점이 발생하고, 그에 반해 산소 제트(8a)가 금속 용융 욕(3) 내에 존재하는 스크랩(14) 상에 부딪힐 때에는 발화점이 발생하지 않는다는 효과가 이용된다. 그에 따라 산소 제트(8b)의 충돌점은 산소 제트(8a)의 충돌점과는 다른 복사 세기 및 그에 따른 광 방출을 나타낸다. 이는, 발화점과 그에 따른 점화 위치(13)를 검출하기 위해 이용될 수 있다.

Claims

금속 용융 용기(1) 내에서 가스(8)를 송풍하는 취입 랜스(2), 특히 산소 취입 랜스를 작동시키기 위한 방법으로서, 취입 랜스(2)의 바람직하게는 교환 가능한 랜스 헤드(4)가 하나 이상의 초음파 노즐을 포함하는, 상기 방법에 있어서,
랜스 헤드(4) 내에서 상기 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)에 의해, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서, 상기 하나 이상의 초음파 노즐에서 상기 가스(8)의 유입 압력(p_0t) 및/또는 유입 온도(T_0t),
및/또는 상기 취입 랜스(2)의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω),
및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 점화 시점,
및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 지점이
검출되고, 그리고/또는 측정되며,
이때 획득된 측정 신호(들)는, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)로 연결된 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 압력 센서(9a, 9b)에 의해, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서, 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 상기 가스(8)의 유입 압력(p_0t)이 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 온도 센서(9a, 9b)에 의해, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서, 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 상기 가스(8)의 유입 온도(T_0t)가 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 동시에, 특히 연속적으로, 상기 하나 이상의 초음파 노즐에 대해 이격되어 배치된 가스 공급 스테이션(6)에서 상기 가스(8)의 공급 압력(p_VS)이 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 진동 센서(9a, 9b)에 의해, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드 내에서, 상기 취입 랜스(2)의 진동 진폭(A) 및/또는 진폭 주파수(ω)가 검출되고, 그리고/또는 측정되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치된 하나 이상의 광 센서(9a, 9b), 특히 CCD 또는 CMOS 센서에 의해, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드(4) 내에서, 산소 제트(8a, 8b)들의 점화 시 발생하는 광 방출(들)이 검출되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 배치되고 취입 랜스의 입구 개구부를 관통하는 방식으로 광학적으로 배향된 하나 이상의 광 센서(9a, 9b), 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 센서를 구비한 하나 이상의 카메라에 의해, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드(4) 내에서, 상기 취입 랜스(2)의 외부에서 발생하는 광 방출들이 검출되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 초음파 노즐을 포함하는 다공 랜스의 경우, 각각의 초음파 노즐에 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)가 각각 할당되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취입 랜스(2)에, 압력 센서들, 온도 센서들, 진동 센서들 및/또는 광 센서들의 그룹 중에서 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)가 할당되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 또는 센서(9a, 9b)로부터 획득된 측정 신호(들)는 상기 취입 랜스 내에, 또는 그 상에 배치된 케이블(11)에 의한 유선으로, 또는 상기 검출기 및/또는 센서(9a, 9b)와 연결되고 상기 취입 랜스(2) 내에 배치된 무선 모듈(12)에 의한 무선으로 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기(들) 또는 센서(들)(9a, 9b)는 상기 취입 랜스(2) 내에 배치된 에너지 회수 모듈에 의해 전기 에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 취입 랜스의 작동 방법.
금속 용융 용기(1) 내에서 가스(8)를 송풍하는 취입 랜스(2), 특히 산소 취입 랜스의 작동 중에 방법 제어를 위해 이용되는 측정 신호들을 검출하기 위한 측정 시스템으로서, 상기 측정 시스템은, 하나 이상의 초음파 노즐을 구비하고 바람직하게는 교환 가능한 랜스 헤드(4)를 포함한 취입 랜스(2), 바람직하게는 산소 취입 랜스와, 측정 신호들을 수신하여 처리하는 평가 및/또는 공정 제어 유닛을 포함하는, 상기 측정 시스템에 있어서,
랜스 헤드(4) 내에서 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)가 배치되고, 상기 검출기 또는 센서는 라인에 적합하게 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐에서 상기 가스(8)의 유입 압력(p_0t) 및/또는 유입 온도(T_0t),
및/또는 상기 취입 랜스(2)의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω),
및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 점화 시점,
및/또는 산소 취입 공정에서 점화의 지점을
검출하고, 그리고/또는 측정하며,
이때 획득된 측정 신호(들)를, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)에 연결된 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서, 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 압력 센서(9a, 9b)가 배치되고, 상기 압력 센서는, 라인에 적합하게 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 상기 가스(8)의 유입 압력(p_0t)을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 압력 센서(9a, 9b)에 연결된 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 온도 센서(9a, 9b)가 배치되고, 상기 온도 센서는 라인에 적합하게 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 유입구에서 상기 가스(8)의 유입 온도(T_0t)를 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 온도 센서(9a, 9b)에 연결된 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 진동 센서(9a, 9b)가 배치되고, 상기 진동 센서는 라인에 적합하게 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 특히 연속적으로, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 취입 랜스(2)의 진동 진폭(A) 및/또는 진동 주파수(ω)를 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 진동 센서(9a, 9b)에 연결된 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 광 센서(9a, 9b), 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 광 센서를 구비한 하나 이상의 카메라가 배치되고, 상기 광 센서/카메라는 라인에 적합하게 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드(4) 내에서 산소 제트(8a, 8b)들의 점화 시 발생하는 광 방출(들)을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 광 센서(9a, 9b), 특히 CCD 또는 CMOS 센서 또는 상기 하나 이상의 카메라에 연결된 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 하나 이상의 초음파 노즐의 영역에 하나 이상의 광 센서(9a, 9b), 특히 CCD 또는 CMOS 센서, 또는 상기 광 센서를 구비한 하나 이상의 카메라가 배치되고, 상기 광 센서/카메라는 상기 취입 랜스(2)의 입구 개구부를 관통하는 방식으로 광학적으로 배향되고 라인에 적합하게 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되어, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 특히 취입 공정, 바람직하게는 산소 취입 공정 동안, 랜스 헤드(4) 내에서 상기 취입 랜스(2)의 외부에서 발생하는 광 방출들을 검출하고, 그리고/또는 측정하며, 이때 획득된 측정 신호(들)를, 상기 취입 랜스(2)의 작동 동안, 상기 하나 이상의 광 센서(9a, 9b) 또는 상기 하나 이상의 카메라에 연결된 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛으로 바람직하게는 온라인으로 공급하여, 상기 취입 랜스(2)의 작동의 제어를 위해 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취입 랜스(2)는 복수의 초음파 노즐을 포함한 다공 랜스로서 형성되며, 상기 초음파 노즐들 각각에 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)가 각각 할당되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취입 랜스(2)는 압력 센서들, 온도 센서들, 진동 센서들 및/또는 광 센서들의 그룹 중에서 하나 이상의 검출기 또는 센서(9a, 9b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기(들) 또는 센서(들)(9a, 9b)는 상기 취입 랜스(2) 내에, 또는 그 상에 배치된 케이블(11)에 의한 유선으로, 또는 상기 취입 랜스 내에 배치된 무선 모듈(12)에 의한 무선으로 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 연결되며, 특히 상기 평가 및/또는 공정 제어 유닛과 무선으로 연결된 상기 검출기(들) 또는 센서(들)(9a, 9b)는 바람직하게는 상기 취입 랜스(2) 내에 배치된 에너지 회수 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.