KR20140145591A

KR20140145591A - 진공 용융 설비의 작동 방법 및 상기 방법에 따라 작동하는 진공 용융 설비

Info

Publication number: KR20140145591A
Application number: KR20147028515A
Authority: KR
Inventors: 토마스 마츌라트; 데틀레프 리거
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-12-23
Also published as: WO2013152938A1; CN104245966A; EP2823070B1; PL2823070T3; US20150108698A1; RU2630111C2; WO2013152936A1; US20150091223A1; KR20140145592A; CN104245967B; RU2014145229A; CN104245967A; CN104245966B; RU2014145206A; EP2823070A1; EP2823071A1; EP2650387A1

Abstract

본 발명은 용강의 야금 처리를 위한 진공 용융 설비의 작동 방법 및 상기 방법에 따라 작동하는 진공 용융 설비에 관한 것으로, 상기 방법에서는 용강을 수용하는 팬(6)에 음향적으로 직접 또는 간접적으로 연결된 하나 이상의 고체 전파음 센서(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)에 의해, 팬(6) 내에서 생성된 음향 신호가 검출되어, 팬 내에서 용강의 용융조(14) 위로 넘쳐 있는 발포 슬래그(18)의 높이(H) 또는 깊이(d)를 결정하는 데 이용된다.

Description

진공 용융 설비의 작동 방법 및 상기 방법에 따라 작동하는 진공 용융 설비{METHOD FOR OPERATING A VACUUM MELTING SYSTEM, AND VACUUM MELTING SYSTEM OPERATED ACCORDING TO SAID METHOD}

본 발명은 진공 용융 설비의 작동 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 작동하는 진공 용융 설비에 관한 것이다.

진공 용융 설비에서 예를 들어 선행 단계에서 전기 아크로 내에서 제조된 용강은, 상기 용강 내에 아직 잔존하는 원치 않는 트램프 엘리먼트(tramp element)를 제거하기 위해, 후처리된다. 이러한 유형의 진공 용융 설비는, 공정 가스로서 불활성 가스만 사용할지 또는 추가로 산소를 사용할지의 여부에 따라, VD 설비(Vacuum Decarburization) 또는 VOD 설비(Vacuum Oxygen Decarburization)라 지칭된다. 공정 기간, 즉, 방해가 되는 트램프 엘리먼트의 희망 함량에 도달할 때까지의 지속 시간은, 실질적으로 공정 가스가 용강 내로 취입되는 비율에 따라 좌우된다. 공급률이 너무 낮으면, 방해가 되는 트램프 엘리먼트의 희망 함량에 도달되기 전에, 팬(pan) 내 용강의 재가열 또는 용융물의 완전한 후처리가 요구될 정도로, 용강의 온도가 내려간다. 반면, 공급률이 높으면, 특히 진공 산소 탈탄 과정에서 용융물의 끓어넘침(boiling-over 또는 overfoaming)을 야기하며, 이는 차후 시간이 많이 소요되는 강도높은 세척 작업과 연계된다.

용강에 공급되는 공정 가스 비율의 설정은 수동으로 수행되는데, 이때 작업자가 카메라를 이용하여 용융물의 표면 이미지 및 그와 더불어 팬 내 발포 슬래그의 높이를 관찰하여 그에 상응하게 공급률을 제어한다. 따라서, 공정 컨트롤은 작업자의 경험과 주의력에 좌우되므로, 부정확하거나 비효율적인 공정 컨트롤을 확실하게 방지할 수는 없다. 더욱이, 예를 들어 진공 설비의 누출에 의해 야기되는 것과 같은 오작동 상태는 인지하기가 매우 힘들거나, 너무 늦게 인지된다.

따라서, 본 발명의 과제는, 공정 안정성을 개선하는, 용강의 야금 처리를 위한 진공 용융 설비의 작동 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 상기 방법에 따라 작동하는 진공 용융 설비를 제공하는 것이다.

상기 방법과 관련한 과제는 청구항 제1항의 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다. 상기 특징에 따르면, 용강을 수용하는 팬에 음향적으로 직접 또는 간접적으로 연결된 하나 이상의 고체 전파음 센서에 의해, 팬 내에서 생성된 음향 신호가 검출되어, 팬 내에서 용강의 용융조 위로 넘쳐 있는 발포 슬래그의 높이 또는 깊이를 결정하는 데 이용된다.

이러한 조치에 의해 용융물의 끓어넘침 위험이 적시에 인지되어, 이에 상응하게 끓어넘침을 방지하는 대응 조치, 예를 들어 공정 가스 공급의 감소 또는 중단이 개시될 수 있다.

본 발명은, 진공 용융 설비의 작동 시, 특히 공정 가스의 취입 시, 팬 내에 발생하는 음향 신호는 음향 발생의 발원 지점에 따라, 그리고 그에 수반되는, 음향 센서까지의 전파 경로에 따라, 상기 음향 신호로부터 진공 용융 설비의 작동 상태에 관한 정보를 얻을 수 있게 하는 특성이 있다는 사상에 기초한다.

이하에서 발포 슬래그의 높이란, 진공 용융 설비의 정해진 기준점에 대해 상대적인 발포 슬래그의 상부 레벨의 위치를 말한다. 이는 예를 들어, 팬의 바닥과 상부 레벨 사이의 거리일 수 있다. 이 경우, 발포 슬래그의 높이는 실질적으로 발포 슬래그의 깊이에 의해 결정되는데, 그 이유는 실제 용강의 높이는 사실상 일정하기 때문이다.

이러한 끓어넘침은, 특히 발포 슬래그의 높이 또는 깊이의 시간 미분 계수(temporal differential quotient)가 결정될 때 확실하게 방지될 수 있다. 이러한 방식으로 발포 슬래그의 높이의 빠른 상승이 적시에 인지된다.

본 발명의 매우 바람직한 한 구성에서, 결정된 높이 또는 깊이, 및/또는 높이 및 깊이의 시간 미분 계수는 팬 내로의 공정 가스 공급의 제어를 통한 발포 슬래그 높이의 조절을 위해 이용된다. 이러한 방식으로, 진공 설비 내에서 실행되는 전체 후처리 공정이 상응하게 안정화될 수 있다.

또 다른 한 바람직한 실시예에서, 음향 신호는 진공 용융 설비 내의 누출을 검출하는 데에도 이용된다.

진공 용융 설비와 관련한 과제는 본 발명에 따라 청구항 제5항의 특징을 갖는 진공 용융 설비에 의해 해결된다. 상기 특징에 따르면, 진공 용융 설비는, 음향적으로 팬에 직접 또는 간접적으로 연결되고 팬 내에서 생성된 음향 신호를 검출하기 위한 하나 이상의 고체 전파음 센서와, 고체 전파음 센서(들)에 의해 검출된 음향 신호로부터 팬 내에서 용융조 위로 넘쳐 있는 발포 슬래그의 높이 또는 깊이, 및/또는 높이 및 깊이의 시간 미분 계수를 결정하기 위해 구현된 알고리즘이 내재된 제어 및 평가 장치를 포함한다.

하나 이상의 고체 전파음 센서가 팬에 고정되어 있으면, 팬 내에 생성된 음향 신호가 높은 감도로 기록될 수 있다.

하나 이상의 고체 전파음 센서가 팬의 상부 영역에 배치되면, 슬래그의 높이 또는 깊이의 매우 정확한 검출이 이루어질 수 있다.

진공 용융 설비의 그 외 바람직한 구성들은 다른 종속 청구항들에 명시된다.

본 발명의 전술한 특성, 특징 및 장점 그리고 이들이 달성되는 방식은 이하에서 도면을 참조로 상세히 설명되는 실시예에서 더욱 명확하고 확실하게 이해될 것이다.

본 발명의 추가 설명은 개략적인 기본도에 도시된 도면의 실시예를 참조한다.

도면에 따르면, 진공 용융 설비는 덮개(4)에 의해 폐쇄된 진공 용기(2)를 포함한다. 진공 용기(2) 내에는 용강으로 채워진 팬(6)이 설치되고, 팬의 하부 측에는 공정 가스(P1)의 공급을 위한 복수의 가스 공급 파이프(8)가 연결되며, 도면에서는 편의상 상기 파이프들 중 단 하나만 도시되어 있다. 따라서, 진공 용기(2)와 덮개(4)가 팬(6)을 둘러싸는 설비 부품을 형성한다.

점선으로 도시되어 있는 이른바 VOD 진공 용융 설비의 실시예에서는, 추가 공정 가스(P2)로서 산소가 추가 가스 공급 파이프(10)를 통해 팬(6) 내로 도입될 수 있다. 이 실시예에서는, 끓어넘침에 의한 슬래그 분출이 감소할 수 있게 하는 보호 덮개(12)에 의해 팬(6)이 추가로 덮인다.

팬(6) 내에는, 용융조 액위(16)가 팬(6)의 바닥으로부터 거리(h) 내에 위치하는 액체 용융조(14)와, 그 상부에 위치하는 발포 슬래그(18)로 구성된 용강이 위치하고, 상기 발포 슬래그의 깊이가 "d"이므로, 발포 슬래그의 상부 레벨(20)은 팬(6)의 바닥 위로 높이(H=h+d)에 위치한다.

팬(6)의 외벽과 진공 용기(2)의 벽뿐만 아니라, 진공 용기(2)의 덮개(4)에도 고체 전파음 센서(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)가 배치되고, 이들 센서에 의해 팬(6)의 내부 및 주변에서, 예를 들어 진공 펌프에 의해 생성된 음향 신호가 검출된다.

각각의 고체 전파음 센서(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)에 의해 제공된 측정 신호(M1, M2, M3 또는 M4)는 제어 및 평가 장치(40)에 전달되며, 거기서 상기 측정 신호들이 평가되어 발포 슬래그(18)의 높이(H) 또는 깊이(d)를 결정하는 데 이용된다.

진공 용기(2) 또는 덮개(4)에 바람직하게는 고정 장착된 고체 전파음 센서(30-3, 30-4)는 진공 용기(2)의 내부에 배치될 수도 있다. 이들 고체 전파음 센서는 음향적으로 팬(6)의 벽과 직접 연결되지 않는다. 오히려, 팬(6) 내에서 생성된 음향 신호는 상응하는 프레임 구조를 거쳐 진공 용기(2)의 벽으로 또는 덮개(4)로 전달된다.

팬(6)의 외벽에 배치되어 음향적으로 팬(6)의 벽에 직접 연결된 고체 전파음 센서(30-1, 30-2)는 제거 가능하게, 즉 분리 가능하게 팬(6)에 고정되며, 팬(6)이 진공 용기(2) 내로 삽입된 후에 비로소 퀵 릴리즈 패스너(quick release fastener)를 이용하여 팬(6)에 결합된다.

팬(6) 내에서 용강 내로 공정 가스(P1, P2)가 취입됨으로 인해 생성되는 음향은 용융조(14) 내에서 그리고 발포 슬래그(18) 내에서 벽 쪽으로 퍼지며, 이때 발포 슬래그(18)는 방음 작용을 한다. 다시 말해, 팬(6) 내 발포 슬래그(18)의 깊이(d)와 높이(H) 또는 위치는, 특히 팬(6)의 상부 영역에 배치된 고체 전파음 센서(30-1)에 의해 검출되는 음향 신호에 상당한 영향을 미친다.

생성된 측정 신호(M1, M2, M3, M4)는 평가 장치(40)에서 신호 분석을 거쳐, 자가 학습 물리적 모델의 도움으로 발포 슬래그의 높이가 결정된다. 이를 위해, 측정 신호(M1, M2, M3, M4)는 예를 들어 고속 푸리에 변환을 거친다. 이러한 방식으로 생성된 주파수 스펙트럼은, 선행 학습 단계에서 진공 용융 설비의 상이한 작동 상태들, 특히 진공 용기(2) 내 상이한 압력, 공정 가스(P1 P2)의 상이한 공급률들, 그리고 카메라 촬영에 의해 검출된 상이한 발포 슬래그의 높이들에서 측정된 주파수 스펙트럼과 비교된다. 학습 및 패턴 인식 알고리즘을 이용하여, 실제 측정된 주파수 스펙트럼과 학습 단계에서 얻어진 주파수 스펙트럼의 비교를 통해, 카메라로 관찰할 필요 없이, 발포 슬래그(18)의 높이(H) 및 특히 깊이(d), 또는 높이 및 깊이의 시간 미분 계수(dH/dt 또는 dd/dt)가 결정된다.

제어 및 평가 장치(40)에서, 결정된 높이(H) 또는 깊이(d) 그리고 바람직하게는 결정된 미분 계수에 따라 제어 신호(S1, S2)가 생성되며, 이들 제어 신호를 이용하여, 발포 슬래그(18)의 높이를 일정한 값으로 조절하거나, 적어도 발포 슬래그(18)의 끓어넘침을 방지하기 위해, 공정 가스(P1, P2)의 공급률이 제어된다.

도시된 실시예에는, 팬(6)뿐만 아니라 진공 용기(2)에도 복수의 고체 전파음 센서가 제공되어 있다. 그러나, 기본적으로 본 발명에 따른 방법은 팬의 상부 영역에 배치된 단일의 고체 전파음 센서(30-1)에 의해 수행될 수도 있다.

또한, 음향 신호의 분석을 통해, 누출에 의해, 예를 들어 제대로 폐쇄되지 않은 덮개(4)로 인해 야기되는 작동 상태들의 발생이 적시에 인지되어, 해당 결함이 상응하게 신속히 제거될 수 있다. 이 경우에도, 실제 작동 개시 전 학습 단계에서 상이한 작동 상태들, 예를 들어 덮개가 제대로 폐쇄된 상태 또는 제대로 폐쇄되지 않은 상태에서의 진공 설비의 작동, 누출의 의도적인 설정이 세팅되고, 상응하는 고체 전파음 신호가 기록된다. 상기 학습 단계에서 얻은 측정 신호(M1, M2, M3, M4)의 주파수 스펙트럼들이 대표적인 패턴으로서 저장되고, 그럼으로써 실제 작동에서 측정된 주파수 스펙트럼과 상기 저장된 패턴의 비교를 통해 누출의 발생 및 원인, 즉 누출 장소가 결정될 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예들에 의해 상세히 도시되고 기술되었다 해도, 본 발명은 개시된 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 상기 실시예들로부터 다른 변형예들이 도출될 수 있다.

Claims

용강의 야금 처리를 위한 진공 용융 설비의 작동 방법이며,
용강을 수용하는 팬(6)에 음향적으로 직접 또는 간접적으로 연결된 하나 이상의 고체 전파음 센서(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)에 의해, 팬(6) 내에서 생성된 음향 신호가 검출되어, 팬 내에서 용강의 용융조(14) 위로 넘쳐 있는 발포 슬래그(18)의 높이(H) 또는 깊이(d)를 결정하는 데 이용되는, 진공 용융 설비 작동 방법.
제1항에 있어서, 높이(H) 또는 깊이(d)의 시간 미분 계수가 결정되는, 진공 용융 설비 작동 방법.
제2항에 있어서, 결정된 높이(H) 또는 깊이(d), 및/또는 높이 및 깊이의 시간 미분 계수는 팬(6) 내로의 공정 가스(P1, P2)의 공급을 제어하는 데 이용되는, 진공 용융 설비 작동 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 음향 신호는 추가로 진공 용융 설비 내 누출을 검출하는 데 이용되는, 진공 용융 설비 작동 방법.
팬(6) 내 용강의 야금 처리를 위한 진공 용융 설비이며,
음향적으로 팬(6)에 직접 또는 간접적으로 연결되고 팬(6) 내에서 생성된 음향 신호를 검출하기 위한 하나 이상의 고체 전파음 센서(30-1 내지 30-4)와, 고체 전파음 센서(들)(30-1 내지 30-4)에 의해 검출된 음향 신호로부터 발포 슬래그(18)의 높이(H) 또는 깊이(d), 및/또는 높이(H) 및 깊이(d)의 시간 미분 계수를 결정하기 위해 구현된 알고리즘이 내재된 제어 및 평가 장치(40)를 포함하는 진공 용융 설비.
제5항에 있어서, 하나 이상의 고체 전파음 센서(30-1, 30-2)는 팬(6)에 고정되는, 진공 용융 설비.
제6항에 있어서, 하나 이상의 고체 전파음 센서(30-1)는 팬(6)의 상부 영역에 배치되는, 진공 용융 설비.
제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 하나 이상의 고체 전파음 센서 또는 하나 이상의 추가 고체 전파음 센서(30-3, 30-4)는 팬(6)을 둘러싸는 설비 부품(2, 4)에 고정 설치되는, 진공 용융 설비.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 및 평가 장치(40)는, 발포 슬래그(18)의 높이(H) 또는 깊이(d), 및/또는 상기 높이(H) 또는 깊이(d)의 시간 미분 계수에 기초하여 팬(6) 내로의 공정 가스(P1, P2)의 공급을 제어함으로써, 발포 슬래그(18)의 높이(H) 또는 깊이(d)를 조절하기 위해 제공되는, 진공 용융 설비.
제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 및 평가 장치(40) 내부에는, 음향 신호로부터 진공 용융 설비 내의 누출 존재 여부를 검출하는 데 이용되는 알고리즘이 구현되어 있는, 진공 용융 설비.