KR20150073559A - 크롬 함유 용강의 진공정련 장치 및 이를 이용한 진공정련방법 - Google Patents

크롬 함유 용강의 진공정련 장치 및 이를 이용한 진공정련방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 진공정련장치는 크롬을 함유하는 용강을 수용하는 래들과, 상기 래들의 상부에 위치하여 산소를 분사하는 렌스와, 상기 래들로부터 방출되는 배가스를 배출하는 배기관이 연결되어 그 내부를 통과하는 배가스 중의 탄소산화물의 농도를 일정 주기로 측정하는 배가스 분석계와 진공탱크 내부의 진공도를 상기 주기로 측정하는 진공도 측정부를 포함하여 이루어지는 진공 정련 설비와 상기 배가스 분석계와 상기 진공도 측정부로부터 측정된 배가스 중의 탄소산화물의 농도 및 진공도를 이용하여 상기 용강중의 탄소 농도를 예측하는 탄소 농도 예측부; 상기 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단하는 산소취입 제어부로 구성된 제어장치를 포함할 수 있다.

Description

크롬 함유 용강의 진공정련 장치 및 이를 이용한 진공정련방법{Vacuum Oxygen decarburization apparatus of chromium comprising melting steel and vacuum oxygen decarburization method using the apparatus}
본 발명은 VOD등의 진공정련 용기에서 스테인리스강등의 크롬 함유 용강을 정련할 때 용강 중 탄소농도를 예측하여 최적의 취련을 가능하게 하는 진공정련 장치 및 이를 이용한 진공정련방법에 관한 것이다.
고크롬 페라이트계 스테인리스 강은 통상적으로 100ppm 이하의 극저 탄소농도를 요구하기 때문에 아르곤-산소 탈탄(Argon Oxygion Decarburization, 이하 AOD라 함) 공정과 진공-산소 탈탄(Vacuum Oxygen Decarburization, 이하 VOD라 함) 공정을 거쳐 생산된다.
VOD 공정은 진공 탱크에 용강이 담긴 래들을 안착시킨 후 탱크 내부를 진공으로 만들면서 산소 기체를 렌스를 이용하여 용강 상부에 분사하여 용강 중 탄소를 제거한다. 이때, 탈탄 반응과 동시에 크롬 산화 반응이 일어나게 되는데, VOD 공정에서 취입되는 산소는 용강의 탈탄에 사용되거나 용강 중 크롬의 산화에 사용되거나, 용강 중으로 용해하게 된다.
VOD 공정에서 산소기체의 분사 목적은 스테인리스 용강 중의 산소를 제거하는 것이므로, 정련 중의 탄소 농도를 정확하게 예측하고 목표 탄소 농도에서 취련을 중단하는 취련 제어는 매우 중요하다. 필요 이상의 산소가 취입되는 경우 과도한 크롬의 산화로 인해 스테인리스강의 품질 열화가 발생하기 때문이다.
종래의 취련 제어 방법으로는 정적 제어와 배가스 정보를 이용한 동적 제어가 있다. 정적 제어는 정련 전에 용강의 초기 조성과 목표 조성으로부터 취입 산소량 등의 기본적인 작업 조건을 미리 결정하는 방법으로서, 탄소 농도의 제어 정도는 극히 낮다.
배가스 정보를 이용한 동적 제어는 취련 중 발생하는 배가스 조성 정보를 이용하여 취련 종점을 제어하는 방법이다. 통상 진공 정련 시스템 내부에는 유량계가 설치되어 있지 않으므로 탄소 발란스를 해석할 때에는 래들 하부에서 용강 교반용으로 취입되는 아르곤이나 질소 발란스를 이용하여 배가스 유량을 역으로 추정하는 것이 일반적이다. 배가스 중의 탄소 산화물(CO, CO2) 등의 농도를 측정하고, 역산 배가스 유량으로부터 탈탄 속도를 연산하고, 탈탄속도를 취련시간에 대하여 적분함으로써 총탈탄량을 구하는 방식으로 용강 중 탄소농도를 산정한다. 이 제어방법은 배가스 정보가 입수되는 사이클 마다 실제 정보에 의해 탄소 농도 예측치가 신속하고 연속적으로 갱신된다는 장점이 있는 방면, 탈탄속도 계산에 사용되는 배가스 유량 정보는 추정치에 의존할 수 밖에 없기 때문에 부정확하다는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 용강 중 탄소농도를 보다 정확하게 예측하여 최적의 취련을 가능하게 하는 진공정련 장치 및 이를 이용한 진공정련방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 크롬을 함유하는 용강을 수용하는 래들과, 상기 래들의 상부에 위치하여 산소를 분사하는 렌스와, 상기 래들로부터 방출되는 배가스를 배출하는 배기관이 연결되어 그 내부를 통과하는 배가스 중의 탄소산화물의 농도를 일정 주기로 측정하는 배가스 분석계와 진공탱크 내부의 진공도를 상기 주기로 측정하는 진공도 측정부를 포함하여 이루어지는 진공 정련 설비와 상기 배가스 분석계와 상기 진공도 측정부로부터 측정된 배가스 중의 탄소산화물의 농도 및 진공도를 이용하여 상기 용강중의 탄소 농도를 예측하는 탄소 농도 예측부; 상기 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단하는 산소취입 제어부로 구성된 제어장치를 포함하는 크롬 함유 용강의 진공정련 장치가 제공된다.
여기서, 상기 탄소 농도 예측부는 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도, 상기 진공도 및 상기 진공도를 이용하여 산출되는 탈탄 속도 값의 보정을 위한 보정계수를 이용하여 매 주기마다의 순시 탈탄량을 산출하며, 상기 순시 탈탄량을 이용하여 정련 개시시점부터 현 시점까지의 누적 탈탄량을 산출하며, 상기 정련 초기의 탄소 농도 및 상기 누적 탈탄량을 이용하여 상기 탄소 농도를 예측할 수 있다.
상기 보정 계수는 상기 정련 초기의 탄소 농도, 상기 정련 종점의 탄소 농도, 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 상기 진공도와의 관계식을 이용하여 도출될 수 있다.
상기 탄소 농도 예측부는, 상기 산소 취입 중단 후 측정된 상기 정련 종점의 탄소 농도를 이용하여 보정계수를 재계산하며, 상기 재계산된 보정계수, 재계산 이전의 보정계수 및 평활 계수를 이용한 지수 평활법을 이용하여 다음 정련에 적용될 보정계수를 예측하여 재설정할 수 있다.
상기 평활 계수는 0.2 내지 0.3일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 산소 취련 개시 시점부터 주기적으로 측정되는 배가스 정보 및 진공 정련 장치내의 진공탱크의 진공도를 이용하여 크롬을 함유하는 용강중의 탄소 농도를 예측하는 단계; 및 상기 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단하는 단계를 포함하는 크롬 함유 용강의 진공정련 방법이 개시된다.
상기 탄소 농도를 예측하는 단계는, 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도, 상기 진공도 및 상기 진공도를 이용하여 산출되는 탈탄 속도 값의 보정을 위한 보정계수를 이용하여 매 주기마다의 순시 탈탄량을 산출하며, 상기 순시 탈탄량을 이용하여 정련 개시시점부터 현 시점까지의 누적 탈탄량을 산출하며, 상기 정련 초기의 탄소 농도 및 상기 누적 탈탄량을 이용하여 상기 탄소 농도를 예측할 수 있다.
상기 보정 계수는 상기 정련 초기의 탄소 농도, 상기 정련 종점의 탄소 농도, 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 상기 진공도와의 관계식을 이용하여 도출될 수 있다.
상기 산소 취입 중단 후 측정된 상기 정련 종점의 탄소 농도를 이용하여 보정계수를 재계산하며, 상기 재계산된 보정계수, 재계산 이전의 보정계수 및 평활 계수를 이용한 지수 평활법을 이용하여 다음 정련에 적용될 보정계수를 예측하여 재설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 VOD 정련 시 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 진공도 정보 만으로도 탈탄량을 정확하게 예측할 수 있으며, 산소 취입 중단 시점을 결정하는 수단으로 활용함으로써 용강의 과도한 산화를 억제하는 동시에 후속 VCD 공정을 원활하게 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 크롬 함유 용강의 진공정련장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 중의 탄소 산화물의 농도와 진공도 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 정련 회차에 따른 보정계수를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 정보 및 진공도를 이용한 탈탄 거동의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬 함유 용강의 진공정련 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정련 종료 후의 예측된 탄소 농도와 실제 측정된 탄소 농도의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 탄소 농도 예측방법에 의해 탄소 농도를 예측한 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 종래 기법에 의해 취입 되는 산소량을 비교한 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 크롬 함유 용강의 진공정련장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 크롬 함유 용강의 진공정련 장치는 진공 탱크(11)에 안착되는 용강(12)을 수용하는 래들(13); 상기 래들의 상부에 위치하여 기체상의 산소를 분사하는 랜스(14), 래들(13)로부터 배출되는 배가스를 배출하는 배기관에 연결되어 그 내부를 통과하는 배가스 중의 탄소산화물의 농도를 일정 주기로 측정하는 배가스 분석계(15), 진공 탱크(11)의 진공도를 상기 주기와 동일하게 측정하는 진공도 측정부(16)를 포함하는 진공 정련 설비(10)와 배가스 분석계(15) 및 진공도 측정부(16)로부터 측정된 배가스 중의 탄소산화물의 농도 및 진공도를 이용하여 용강중의 탄소 농도를 예측하는 탄소 농도 예측부(21), 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단하는 산소취입 제어부(23)를 포함하는 제어장치(20)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
제어장치(20)의 산소취입 제어부(23)에는 탄소농도를 감시할 수 있는 정보표시기(25)가 더 연결될 수 있으며, 이 정보표시기(25)로는 음극선관(CRT), 프린터, 평판 디스플레이 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 크롬 함유 용강의 진공정련 장치는 취산 탈탄기(VOD 단계)에서 산소 취련 개시시점부터 3~5초 간격으로 주기적으로 측정되는 배가스 중의 탄소 산화물(CO, CO2,) 성분 정보, 진공도 정보 및 해당 정련 과정의 보정계수로 이루어진 계산식을 이용하여 탄소농도를 예측하며, 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소 취입을 중단하는 것을 특징으로 한다. 또한, 해당 정련 과정에서 실제로 분석된 탄소 농도와 예측 탄소 농도로부터 보정계수를 재계산하고 적정한 시계열 예측법을 적용하여 다음 정련 단계에서의 보정 계수를 재 결정함을 특징으로 한다.
상기, 진공정련 장치를 사용한 본 발명의 탄소 농도 예측방법은 다음과 같다.
우선, 종래의 탄소 농도를 예측하는 방법으로 배가스 유량을 이용하여 탈탄속도를 산출하는 수식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 t에서의 탈탄속도,
Figure pat00003
는 t에서의 용강 중량, k는 단위 환산인자,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
는 t에서의 CO, CO2의 농도,
Figure pat00006
는 t에서의 배가스 유량이다.
용강 중 탄소는 취입된 산소기체와 반응하여 CO 기체를 형성하여 용강으로부터 제거되므로 진공 탱크(11) 내부에서 빠져나가는 배가스 유량 정보가 정확하다면 상기 수학식 1은 정확한 탈탄속도 식으로 볼 수 있지만, 실제로 배가스 유량 정보는 알 수 없거나, 매우 부정확하므로 배가스 유량 정보를 대체할 수 있는 새로운 정보가 필요하다.
본 발명에서는 VOD의 진공도를 제어하기 위해 진공 탱크(11) 내부의 진공도를 주기적으로 모니터링 하며, 상기 진공도를 배가스 유량 정보를 대체할 수 있는 새로운 정보로 결정하였다. VOD 정련 조건이기도 한 고온, 저압 조건에서의 통상적으로 적용되는 이상기체의 상태 방정식으로부터 진공정련 장치 내부의 기체 몰수는 압력, 즉 진공도에 정비례함을 알 수 있다. 따라서, 배가스 유량 정보를 대체할 수 있는 정보로 진공 탱크(11) 내부의 진공도를 선택할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 중의 탄소 산화물의 농도와 진공도 간의 관계를 도시한 도면으로서, 도 2의 관계를 고려한 새로운 탈탄 속도 식은 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00007

여기서,
Figure pat00008
는 t에서의 진공 탱크의 진공도,
Figure pat00009
는 배가스 유량 정보 대신 진공도 정보를 적용하였을 경우의 탄소 발란스가 성립하도록 하는 보정계수를 의미하며 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 정련 초기의 탄소 농도,
Figure pat00012
는 정련 종점의 탄소 농도,
Figure pat00013
은 용강량을 각각 의미한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 정련 회차에 따른 보정계수를 도시한 도면이다.
보정계수(
Figure pat00014
)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 매 정련 회차마다 0.006 이내의 고유의 값을 가진다. 그러나, 평균 값 등의 대표 값을 보정계수로 채용할 경우 탄소농도의 오차가 발생할 수 있으므로, 매 정련이 새로 시작할 때마다 보정계수를 예측하여 재설정 할 수 있다. 이에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배가스 정보 및 진공도를 이용한 탈탄 거동의 일례를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 1 주기(cycle)의 탈탄량 곡선의 아래 부분의 면적은 정련 개시부터 임의의 시간까지 용강으로부터 빠져나가는 탄소의 총량을 의미한다. 따라서, 정련 초기의 용강량과 탄소 농도를 알면 초기 용강 중 탄소량을 계산할 수 있으며, 초기 용강 중 탄소량과 누적 탈탄량의 차이를 용강 중량으로 나누어 임의의 시간에서의 탄소농도를 계산할 수 있다.
즉, 상기 수학식 2로 표시된 탈탄 속도는 한 주기 동안의 순시 탈탄량이므로, 순시 탈탄량을 정련 시간에 대하여 적분하면 정련 개시부터 현재까지의 누적 탈탄량을 구할 수 있으며, 이는 하기의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00015
여기서,
Figure pat00016
는 취련 개시부터 t까지의 %로 표시되는 누적 탈탄량이다.
정련 초기의 탄소 농도 및 누적 탈탄량을 이용하여 탄소 농도를 예측할 수 있으며 이는, 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
는 배가스 정보 및 진공도 정보로부터 예측한 t에서의 탄소 농도,
Figure pat00019
는 진공 정련 초기의 탄소 농도를 각각 의미한다.
따라서, 본 발명의 탄소 농도 예측부(21)는 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도, 상기 진공도 및 보정계수를 이용하여 매 주기마다의 순시 탈탄량(수학식 2)을 산출하며, 상기 순시 탈탄량을 이용하여 정련 개시시점부터 현 시점까지의 누적 탈탄량을 산출(수학식 4) 하며, 상기 정련 초기의 탄소 농도 및 상기 누적 탈탄량을 이용하여 상기 탄소 농도를 예측(수학식 5) 한다.
이어서, 산소 취입 제어부(23)는 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단한다.
이어서, 탄소 농도 예측부(21)는 상기 정련 종료 후 측정된 상기 정련 종점의 탄소 농도를 이용하여 보정계수를 재계산하며, 상기 재계산된 보정계수, 재계산 이전의 보정계수 및 평활 계수를 이용한 지수 평활법을 이용하여 다음 정련에 적용될 보정계수를 예측하여 재설정한다. 이에 대해서는 아래의 용강의 진공정련 방법의 설명을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬 함유 용강의 진공정련 방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 단계(S100)에서 탄소 농도 예측부는 진공도를 이용한 용강중의 탄소 농도 예측을 위한 보정 계수를 설정한다. 최초 정련 시에는 보정 계수의 평균치가 설정될 수 있으며, 다음 회차의 정련 시에는 단계(S170)에서 재 예측된 보정계수가 설정될 수 있다.
단계(S110) 에서 탄소 농도 예측부(21)는 래들(13)에 수용되는 용강의 용강량 및 용강 중의 탄소 농도 정보를 수신한다.
이어서, 단계(S120) 에서 탄소 농도 예측부(21)는 일정 주기마다 배가스 분석계(15)로부터 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 정보를 수신하며, 진공도 측정부(16)로부터 진공도 정보를 수신한다.
딘계(S130)에서, 탄소 농도 예측부(21)는 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도, 상기 진공도 및 보정계수를 이용하여 매 주기마다의 순시탈탄량을 산출하며, 상기 순시탈탄량을 이용하여 정련 개시시점부터 현 시점까지의 누적 탈탄량을 산출하며, 상기 정련 초기의 탄소 농도 및 상기 누적 탈탄량을 이용하여 용강중의 탄소 농도를 예측한다.
단계(S140)에서는 산소 취입 제어부(23)는 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하였는지를 판단한다.
만약, 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달한 경우, 산소 취입 제어부(23)는 랜스(14)로부터 분사되는 산소의 취입을 중단한다. 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하지 못한 경우, 목표 탄소 농도에 도달 할 때까지 단계(S120) 내지 단계(S140)가 반복 수행된다.
이어서, 단계(S160)에서 탄소 농도 예측부(23)는 산소 취입 중단 후 측정된 정련 종점의 탄소 농도를 수신한다.
마지막으로 단계(S170)에서 탄소 농도 예측부(23)는 정련 종점의 탄소 농도를 이용하여 보정 계수를 재계산하며, 이전 회차의 보정 계수, 재계산된 보정계수 및 평활 계수를 이용하여 보정계수를 예측하며, 예측된 보정계수를 다음 정련 회차를 위한 보정계수로 재설정한다.
보다 상세하게, 보정 계수의 평균 값을 사용할 경우의 예상되는 오차를 감소시키기 위하여 11 회차의 시계열적인 정련 실적을 분석하였다. 우선 각 회차 마다 보정계수를 재계산하였는데 이 값을 적용할 경우 예측 탄소 농도는 정련 실적과 일치하였다. 그러므로 본 발명을 실조업에 적용하기 위해서는 재계산된 보정계수에 근사하도록 보정계수를 예측하여 매번 재 설정하는 것이 중요하다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 보정계수(이하, α라고 함)는 시계열적으로 변동을 하므로 보편적인 시계열 예측 방법을 사용하면 α의 오차가 감소한다는 판단 하에 α의 예측에 지수 평활법을 사용하였다. 지수 평활법은 과거의 관측 값으로 미래의 값을 예측할 때 최근의 자료에 더 많은 가중 값을 부여하여 예측하는 방법이다.
이러한, 지수 평활법을 이용하여 다음 정련 회차의 보정계수를 예측하는 수식은 아래의 수학식 6과 같다.
[수학식 6]
Figure pat00020
여기서,
Figure pat00021
는 이번 정련 회차의 보정계수,
Figure pat00022
는 산소 취입 중단 후 정련 종점의 탄소 농도 및 이번 정련 회차의 정보들을 이용하여 수학식 3을 통해 재계산된 보정계수,
Figure pat00023
는 다음 정련 회차의 보정계수로 설정되기 위해 예측된 보정계수를 각각 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 평활계수에 따른 재계산 보정계수와 예측 보정계수와의 관계를 도시한 도면이다.
평활계수(이하, β라고 함)를 각각 0.1 및 0.3으로 하였을 경우의 예측된 보정계수와 재계산된 보정계수의 변동은 도 6과 같다.
또한, 이번 회차에서 재계산된
Figure pat00024
와 이전 회차에서 β를 0에서 0.4까지 변화시키면서 각 경우에 대해 예측된 이번 정련 회차의 보정계수
Figure pat00025
의 차이(이하, 잔차라고 함)의 평균치와 표준편차는 아래의 표 1과 같다.
β:0
(
Figure pat00026
=0.0063)		 β:0.1 β:0.2 β:0.3 β:0.4
잔차의 평균값 -0.00024 -0.00010 -0.00010 -0.00011 -0.00011
잔차의 표준편차 0.00077 0.00068 0.00058 0.00059 0.00064
이번 정련 회차의 보정계수(
Figure pat00027
)와 재계산된 보정계수(
Figure pat00028
)의 차가 작을수록 예측 정도가 정확함을 의미한다. 상기 표 1에서 β=0 인 경우는 지수 평활법을 사용하지 않고 매 정련 회차의 보정계수를 도 3에서의 보정계수의 평균 값인 0.0063을 사용한 경우로서, 지수 평활법을 사용하여 보정계수를 재설정하는(β=0.1, 0.2, 0.3, 0.4) 경우에 비해 잔차의 평균 값 및 표준편차가 큰 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 평활계수 β를 0.2~0.3으로 설정하여 지수 평활법으로 보정계수를 시계열 예측하였을 경우 예측 정확도가 가장 높음을 확인할 수 있었다.
상기와 같이 이번 정련 회차의 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 진공도, 정련 후의 탄소 농도 등의 정보를 이용하여 다음 정련 회차의 보정 계수를 예측하여 재설정함으로써, 정련이 진행될수록 보다 정확하게 탄소 농도를 예측할 수 있다.
도 7은 본 발명의 탄소 농도 예측방법, 즉 배가스 유량의 대체정보로 진공도를 도입하고, 탄소 발란스를 성립시키는 보정계수를 β=0.2인 지수 평활법으로 시계열 예측하여 탄소농도를 추정한 결과를 도시한 도면이다.
VOD 정련 종점의 탄소 농도의 실측치와 수학식 5를 이용하여 예측된 VOD 정련 종점의 탄소 농도의 잔차의 평균치는 1.3ppm, 표준편차는 16.5ppm으로서 예측의 정확성은 상당히 높은 수준으로서, 이러한 탄소 농도 예측을 랜스를 통한 산소 취입 종료 시점의 판단 기준으로 활용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 종래 기법에 의해 취입 되는 산소량을 비교한 도면이다.
도 8을 참조하면, 종래 기법에 의하면 8.4Nm3/ton 이었던 취입 산소원 단위가 6.9Nm3/ton으로 대폭 감소하였다. 이는 탈탄효율이 향상되어 금속산화산소량이 감소하였다는 의미이며, 이에 따라 후속 탈산 공정에서 탈산작업의 안정화, 알루미늄 원단위 저감 및 품질 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 크롬 함유의 용강의 진공정련 장치 및 방법에 따르면 고크롬 페라이트계 스테인리스강의 VOD 정련 시 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 진공도 정보 만으로도 탈탄량을 정확하게 예측할 수 있으며, 산소 취입 중단 시점을 결정하는 수단으로 활용함으로써 용강의 과도한 산화를 억제하는 동시에 후속 VCD 공정을 원활하게 진행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 진공정련 설비
11: 진공 탱크 12: 용강
13: 래들 14: 랜스
15: 배가스 분석계 16: 진공도 측정부
20: 제어장치
21: 탄소 농도 예측부 23: 산소 취입 제어부
25: 정보표시기

Claims (10)

  1. 크롬을 함유하는 용강을 수용하는 래들과, 상기 래들의 상부에 위치하여 산소를 분사하는 렌스와, 상기 래들로부터 방출되는 배가스를 배출하는 배기관이 연결되어 그 내부를 통과하는 배가스 중의 탄소산화물의 농도를 일정 주기로 측정하는 배가스 분석계와 진공탱크 내부의 진공도를 상기 주기로 측정하는 진공도 측정부를 포함하여 이루어지는 진공 정련 설비와
    상기 배가스 분석계와 상기 진공도 측정부로부터 측정된 배가스 중의 탄소산화물의 농도 및 진공도를 이용하여 상기 용강중의 탄소 농도를 예측하는 탄소 농도 예측부; 상기 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단하는 산소취입 제어부로 구성된 제어장치를 포함하는 크롬 함유 용강의 진공정련 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 농도 예측부는,
    상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도, 상기 진공도 및 상기 진공도를 이용하여 산출되는 탈탄 속도 값의 보정을 위한 보정계수를 이용하여 매 주기마다의 순시 탈탄량을 산출하며, 상기 순시 탈탄량을 이용하여 정련 개시시점부터 현 시점까지의 누적 탈탄량을 산출하며, 상기 정련 초기의 탄소 농도 및 상기 누적 탈탄량을 이용하여 상기 탄소 농도를 예측하는 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정 계수는 상기 정련 초기의 탄소 농도, 상기 정련 종점의 탄소 농도, 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 상기 진공도와의 관계식을 이용하여 도출되는 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄소 농도 예측부는,
    상기 산소 취입 중단 후 측정된 상기 정련 종점의 탄소 농도를 이용하여 보정계수를 재계산하며, 상기 재계산된 보정계수, 재계산 이전의 보정계수 및 평활 계수를 이용한 지수 평활법을 이용하여 다음 정련에 적용될 보정계수를 예측하여 재설정하는 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 평활 계수는 0.2 내지 0.3인 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 장치.
  6. 산소 취련 개시 시점부터 주기적으로 측정되는 배가스 정보 및 진공 정련 장치내의 진공탱크의 진공도를 이용하여 크롬을 함유하는 용강중의 탄소 농도를 예측하는 단계; 및
    상기 예측된 탄소 농도가 목표 탄소 농도에 도달하는 경우 산소의 취입을 중단하는 단계를 포함하는 크롬 함유 용강의 진공정련 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소 농도를 예측하는 단계는,
    상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도, 상기 진공도 및 상기 진공도를 이용하여 산출되는 탈탄 속도 값의 보정을 위한 보정계수를 이용하여 매 주기마다의 순시 탈탄량을 산출하며, 상기 순시 탈탄량을 이용하여 정련 개시시점부터 현 시점까지의 누적 탈탄량을 산출하며, 상기 정련 초기의 탄소 농도 및 상기 누적 탈탄량을 이용하여 상기 탄소 농도를 예측하는 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보정 계수는 상기 정련 초기의 탄소 농도, 상기 정련 종점의 탄소 농도, 상기 배가스 중의 탄소 산화물의 농도 및 상기 진공도와의 관계식을 이용하여 도출되는 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 산소 취입 중단 후 측정된 상기 정련 종점의 탄소 농도를 이용하여 보정계수를 재계산하며, 상기 재계산된 보정계수, 재계산 이전의 보정계수 및 평활 계수를 이용한 지수 평활법을 이용하여 다음 정련에 적용될 보정계수를 예측하여 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 평활 계수는 0.2 내지 0.3인 것을 특징으로 하는 크롬 함유 용강의 진공정련 방법.
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