KR20160010410A

KR20160010410A - 반응 진행 과정의 반응 데이터를 결정하기 위한 랜스 및 방법

Info

Publication number: KR20160010410A
Application number: KR1020157027677A
Authority: KR
Inventors: 스테판 슈스터; 군터 렌가우어; 하랄드 판호퍼
Original assignee: 뵈스트알파인 스탈 게엠베하
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2016-01-27
Also published as: CN105247079A; CA2907867C; AT514132B1; JP6620362B2; WO2014153585A3; CN105247079B; WO2014153585A2; AT514132A1; US20160054282A1; US10126286B2; JP2016514769A; KR102197211B1; CA2907867A1; US20170269050A1; EP2978864B1; EP2978864A2

Abstract

반응 진행 과정의 반응 데이터를 결정하기 위한 랜스(1) 및 방법으로서, 상기 방법에 있어서 적어도 하나의 랜스(1)에 의해 반응 가스(4)를 야금 용기(2) 안의 금속 용융물(3)에 취입하고 이때 취합한 측정 데이터에 따라 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정하되 상기 측정 데이터를 취합하기 위한 랜스(1)가 적어도 하나의 측정관(9, 10)의 적어도 하나의 배출구(12, 13)를 통해 반응 가스(4)와 별도로 이송되는 가스를 취출하는 것이 개시되어 있다. 야금 반응 진행 과정을 특히 정확하고 신속하며 신뢰성 있게 결정할 수 있도록 측정 데이터를 취합하기 위한 랜스(1)가 적어도 하나의 측정관(9, 10)의 적어도 하나의 배출구(12, 13)를 통해 반응 가스(4)와 별도로 이송되는 가스를 측면 방향으로 취출하고 측정관(9, 10) 각각의 배출구(12, 13)에서 생성되는 상기 가스의 적어도 하나의 기포(14, 15, 19)의 내부 압력을 측정하는 것이 제시되어 있다.

Description

반응 진행 과정의 반응 데이터를 결정하기 위한 랜스 및 방법{LANCE AND METHOD FOR DETERMINING REACTION DATA OF THE COURSE OF A REACTION}

본 발명은 반응 진행 과정의 반응 데이터를 결정하기 위한 랜스 및 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 있어서 적어도 하나의 랜스에 의해 반응 가스를 야금 용기 안의 금속 용융물에 취입하고 이때 취합한 측정 데이터에 따라 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정하되 상기 측정 데이터를 취합하기 위한 랜스는 적어도 하나의 측정관의 적어도 하나의 배출구를 통해 반응 가스와 별도로 이송되는 가스를 취출한다.

취입 공정 또는 산소 취입 공정의 반응 진행 과정을 감시하거나 제어할 수 있도록 상기 반응 진행 과정 중에 랜스와 야금 용기 사이의 전기 전도도를 측정하는 것이 종래기술에 공지되어 있다(DE1290557A1). 취합한 측정 데이터에 의해 상기 반응 진행 과정을 해석하거나 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정한다. 이에 의하면, 특히 야금 용기 안의 용융물에 산소를 높은 유속으로 취입할 때 생성되는 포말 슬래그의 과도한 포말 형성을 감지하여야 하고 이어서 분출 위험을 낮추어야 한다. 측정된 전기 전도도는 반응 진행 과정의 많은 반응 파라미터에 따라 달라지기 때문에 이러한 공정에 의해서는 과도한 포말 형성의 위험을 확실하게 감지하기가 어렵다. 또한 반응 진행 과정에서 야금학적 변화를 전기 전도도로 비교적 제대로 나타내지 못하는바, 이는 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터의 동적 결정을 어렵게 한다.

또한 DE2239216A1에는 금속 용융물 내 랜스의 침지 깊이를 계산하기 위한 방법이 공지되어 있다. 이와 관련하여, 랜스의 반응 가스와 별도로 이송되는 압축 가스를 랜스의 측정관을 통해 랜스의 하단부에서 취출한다. 랜스의 침지 깊이를 계산하기 위해서 주변 압력과 랜스의 하단부에서의 압력 간 차이에 대한 측정 데이터를 이용한다. 측정 중 반응 가스와 용용물의 매우 격렬한 화학 반응은 계산하는데 불리한 영향을 주는바, 취합된 측정 데이터의 값을 왜곡하여 상기 방법의 안정성을 해친다.

또한 야금 용기 안의 포말 슬래그의 높이를 측정하기 위해 상기 야금 용기의 벽을 통해 서로 다른 높이에서 압축 가스를 주입하는 장치가 알려져 있다(US4359211B). 이러한 측정 장치는 벽에 개구부가 형성되어 있지만 야금 용용물이 유출되지 않도록 확실하게 밀봉하기 위해서 비교적 많은 비용을 들여 야금 용기의 구조를 변형시킬 필요가 있다.

따라서 본 발명의 과제는 상술한 종래기술을 토대로 야금 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 신속하고 신뢰성 있게 결정할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 또한 상기 방법은 단순하고 야금 공정으로부터 안정적이어야 한다.

본 발명에 따르면, 상기 과제는 측정 데이터를 취합하기 위한 랜스가 적어도 하나의 측정관의 적어도 하나의 배출구를 통해 반응 가스와 별도로 이송되는 가스를 측면 방향으로 취출하고 상기 측정관 각각의 배출구에서 생성되는 상기 가스의 적어도 하나의 기포의 내부 압력을 측정함으로써 해결된다.

측정 데이터를 취합하기 위한 랜스가 적어도 하나의 측정관의 적어도 하나의 배출구를 통해 반응 가스와 별도로 이송된 가스를 측면 방향으로 취출하고 상기 측정관 각각의 배출구에서 생성되는 상기 가스의 적어도 하나의 기포의 내부 압력을 측정하면 측정 데이터를 신속하고 신뢰성 있게 취합할 수 있다. 이어서 상기 측정 데이터에 따라 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정할 수 있다. 상기 랜스의 길이 방향으로 통해 있는 배출구를 가진 측정관에서 특히 비교적 단순하게 압력을 측정할 수 있고 또한 기포가 용융물 또는 용융물의 포말 슬래그와 직접적으로 상호작용하는 상황으로 인해 매우 빠른 반응 속도로 압력을 측정할 수 있는바, 이는 -공정 안전성과 관련하여- 많은 장점을 가져다줄 수 있다. 또한 이러한 압력 측정은 반응 진행 과정에 의해 야기된 응력으로부터 충분히 멀리 떨어져 실시할 수 있는바, 이는 매우 안정적이고 정확하면서 결과가 재현성 있는 공정을 가능하게 할 수 있다.

일반적으로 반응 가스로서 산소가 바람직할 수 있음은 주지되어 있다.

본 발명에 의하면, 상기 반응 데이터의 측정 정확도를 더욱 높이기 위해서 상기 랜스는 적어도 2개의 측정관을 통해 측면 방향으로 가스를 취출하되 기포의 측정된 내부 압력의 차이에 따라 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정한다. 상기 압력 차이에 의해 야금 반응 진행 과정 중에 작은 변화도 측정할 수 있어 본 발명에 따른 방법에 의해 야금 공정을 특히 신속하게 파악할 수 있다.

동일한 랜스 높이로 통해 있는 측정관이 서로 다른 크기의 기포를 생성하면, 차이 결정에 적합한 압력 측정 데이터를 취합할 수 있을 뿐 아니라 상기 압력 측정 데이터는 반응 데이터의 정확성 향상에 추가로 기여할 수도 있다. 특히 동일한 랜스 높이로 통해 있는 측정관에 의해 2개의 측정부에 작용하는 교란을 억제할 수 있고 신호 대 잡음비가 높은 측정 데이터를 얻을 수 있다.

또한 서로 다른 랜스 높이로 통해 있는 측정관이 동일한 크기의 기포를 형성하는 것도 생각할 수 있다. 특히 서로 다른 랜스 높이로 기포를 운반함으로써 용기 내 포말 슬래그가 채워진 수위에 대해 공정 신뢰성 있게 추정할 수 있다.

서로 다른 랜스 높이로 통해 있는 측정관이 서로 다른 크기의 기포를 생성하면 높은 측정 정확도를 얻을 수 있다.

상기 측정관이 랜스 본체의 대향 측면에서 가스를 취출하면 측정관의 상호 영향을 크게 줄일 수 있다. 이러한 방법에 의하면, 더 높은 측정 정확도로 계산이 가능해진다. 이와 관련하여, 상기 측정관이 랜스 본체에 직경 방향으로 대향 위치해 있는 가스를 취출하는 것이 특히 바람직할 수 있다.

상기 랜스를 냉각하는 냉매에 의해 측정관 또는 측정관들이 냉각되면 가스 운반시 균일한 조건을 제공할 수 있다. 이러한 방법으로 상기 방법의 재현성을 개선할 수 있다.

특히 본 발명에 따른 방법은 취입 공정 중 어느 반응 진행 과정을 제어 또는 조절하느냐에 따라 반응 데이터를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 동시에, 예를 들면 시의적절하게 분출을 감지할 수 있어 분출 위험을 낮추거나 이와 관련한 대책을 지시할 수 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 야금 용기 안에 제공되어 있는 금속 용융물에 반응 가스를 취입하기 위한 단순한 구조의 고내구성 랜스로서, 신속하고 재현성이 있는 측정 데이터를 얻을 수 있어 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정할 수 있는 랜스를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 랜스와 관련한 과제는 측정관의 단부가 랜스 본체의 랜스 재킷에 측면 방향으로 적어도 하나의 배출구에 이어져 있고 적어도 하나의 기포를 생성하도록 상기 측정관을 구성함으로써 해결된다.

상기 측정관의 단부가 랜스 본체의 랜스 재킷에 측면 방향으로 적어도 하나의 배출구에 이어져 있으면, 취입 영역으로부터 비교적 멀리 떨어진 랜스 재킷에 길이 방향의 개구부를 이용하여 측정 데이터를 취합할 수 있다. 동시에, 상기 랜스의 하부 영역에서 일어나는 와류에 의해 비교적 영향을 받지 않고 측정할 수 있다. 특히 적어도 하나의 기포를 생성하도록 상기 배출구를 형성하더라도 반응 진행 과정에 대한 신속하고 정확한 측정 데이터를 취합하기 위해서는 용융물 또는 포말 슬래그 안에서 기포의 버블링을 위해 비교적 와류가 일어나지 않는 영역이 필요하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 랜스에 의해 예를 들면 원치않는 분출 위험을 낮추거나 이와 관련된 적절한 대책을 시의적절하게 지시할 수 있다. 또한 이에 따라 바람직하지 않은 분출을 조기에 확실하게 감지할 수 있다.

기포의 내부 압력에 따라 측정 데이터를 취합하기 위한 측정관과 연결된 측정 데이터 취합용 센서를 포함하는 측정 장치가 제공되면, 상기 랜스를 통해 반응 진행 과정에 의해 야기되는 응력으로부터 비교적 멀리 떨어져 측정 데이터를 결정할 수 있어 유리하다.

상기 랜스 본체가 랜스 본체와 측면 방향으로 통해 있는 적어도 2개의 측정관을 포함할 때 차이 측정이 가능할 수 있다.

이러한 차이 측정은 상기 측정관의 배출구가 서로 다른 배출 단면을 가질 때 만족스러울 수 있다. 이를 위해, 상기 측정관 자체는 동일 높이로 랜스 본체와 통해 있을 수 있다.

이와 달리, 상기 측정관의 배출구가 서로 다른 높이로 랜스 재킷과 측면 방향으로 통해 있는 것도 가능할 수 있다. 또한 감도를 높이기 위해 서로 다른 배출 단면들을 조합하여 제공할 수 있다. 이에 따라 측정 데이터의 정확성이 높아질 수 있다.

상기 랜스 본체의 대향 측면과 측정관의 배출구가 통해 있을 때 측정관의 상호 영향을 줄일 수 있다. 이에 의해, 측정 정확도를 더욱 높일 수 있을 뿐 아니라 동시에 상기 랜스의 구성비용, 특히 냉각 관련 비용을 절감할 수도 있다. 이를 위해, 상기 배출구가 직경 방향으로 대향하여 랜스 본체와 통해 있을 때 특히 바람직할 수 있다.

상기 측정관이 랜스 본체의 냉각 랜스 재킷과 적어도 일부 영역에서 열이 전도되도록 연결되면 측정관의 기포 배출구의 온도가 안정화될 수 있다. 이에 따라 측정 정확도를 높일 수 있다.

이하, 도면에서는 실시 변형예를 참조하여 본 발명의 요지를 더욱 상세하게 예시하기로 한다.
도 1은 반응 데이터를 결정하기 위한 장치의 절개 측면도이고,
도 2는 도 1의 상세도이다.

도 1에 따르면, 예를 들면 철 재료, 알루미늄 재료, 금속 합금 등과 같은 금속 용융물(3)을 포함하고 있는 야금 용기(2) 안에 침지되어 있는 랜스(1)가 도시되어 있다. 랜스(1)는 반응 가스(4)를 용융물(3)에 취입하여 야금 반응 진행 과정을 개시하기 위해 사용된다. 이러한 반응 진행 과정은 예를 들면 LD 공정으로 알려져 있는 산소를 이용한 조철 제련공정일 수 있다. 상기 반응 진행 과정에 의해 야기되는 응력을 견딜 수 있도록 랜스(1)에는 냉각된 외부 랜스 재킷(5)이 구비되어 있다. 이러한 냉각은 예를 들면 랜스 재킷(5)에 냉매로서 물이 흐르는 이중벽을 형성하여 이루어질 수 있는바, 간단명료하게 나타내기 위해 도면에는 자세하게 도시되어 있지 않다. 랜스(1)의 반응 가스(4) 안내부(7)는 랜스 재킷(5)의 개구부(8) 또는 자세하게 도시되어 있지 않지만 다수의 개구부를 통해 랜스(1)의 하단부와 통해 있고 용융물(3) 위로 가스가 흐르게 된다. 개구부(8)에 대해 모든 형태 또는 개수가 가능함은 물론이다.

랜스(1)는 랜스 본체(11) 안에 제공되어 취입 공정의 영향으로부터 보호되는 적어도 하나의 측정관-본 구체예에서는 2개의 측정관(9 또는 10)-을 포함하고 있다. 본 발명에 따르면, 측정관(9 또는 10)은 적어도 하나의 배출구와 통해 있다. 예를 들면, 랜스 본체(11)의 측면 방향 또는 길이 방향 측면에는 2개의 배출구(12 또는 13)가 제공되어 있다. 배출구(12 또는 13)는 -기포 배출구로서 형성되어- 기포(14 또는 15)를 생성하는바, 이는 도 2로부터 더욱 잘 알 수 있다. 기포(14 또는 15)는 야금 반응 진행 과정의 결과로서 용융물(3)의 상부에 형성되는 포말 슬래그(16) 안으로 유입된다. 센서(17 또는 18)를 이용하여 측정관(9 또는 10) 각각의 압력과 이와 동시에 각각의 배출구(12 또는 13)에서 기포(14 또는 15)의 내부 압력에 대한 측정 데이터를 취합하는 측정 장치(20)에 의해 반응 진행 과정의 반응 데이터를 정확하고 신속하게 판단하거나 결정할 수 있다. 취입 공정시 알려진 대로 원치않는 분출 현상을 매우 시의적절하게 감지할 수 있고 -이어서 취합된 반응 데이터를 이용하여 취입 공정을 조절 내지 제어할 수 있어 유리할 수 있다-.

2개의 측정관(9, 10)이 랜스 본체(11)에 제공되어 있기 때문에 내부 압력 차이 측정을 통해 반응 데이터를 상당히 더 정확하게 측정하거나 또는 결정할 수 있다. 이러한 차이 측정법은 예를 들면 종래기술의 "가스-기포 공정"에 공개되어 있다.

충분히 높은 차이를 만들기 위해서 2개의 측정관(9, 10)의 배출구(12, 13)는 서로 다른 높이에서 측면 방향으로 랜스 재킷(5)에 이어져 있다.

특히 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 배출구(12, 13)는 동일한 높이에서 측면 방향으로 랜스 재킷(5)과 통해 있고 서로 다른 배출 단면을 가져 서로 다른 크기의 기포(14, 19)를 생성하는 것도 생각할 수 있다.

다양한 배출 단면을 가진 배출구(12, 13)의 서로 다른 높이를 조합하는 것도 생각할 수 있음은 물론이다. 그러나 이에 대해서 더 이상 자세하게 설명하지 않기로 한다.

또한 측정관(9, 10)을 냉각 랜스 재킷(5)과 상기 측정관의 배출구 영역에서 열이 전도되도록 연결하여 측정관(9, 10)을 랜스 재킷(5)과 함께 냉각하고 이에 따라 포말 슬래그(16) 안에 가스(14, 15, 19)를 기포로 유입하기 위한 재현성 있는 공정 조건을 확보할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 측정관(9, 10)의 배출구(12, 13)가 랜스 본체(11)의 대향 측면(21, 22)과 통해 있는 것이 유리하다. 이에 의하면, -특히 측정관(9, 10)의 배출구(12, 13)가 랜스 본체(11)에서 직경 방향으로 대향 위치해 있을 때- 가스(14, 15, 19)가 서로 상당히 독립적으로 기포로서 유입된다. 그 결과, 측정 정확도가 현저하게 향상된다.

일반적으로 -도 1과 2로부터 알 수 있는 바와 같이- 배출구(12, 13) 각각은 랜스 본체(11)의 서로 다른 측면(21, 22) 또는 길이 방향 측면과 통해 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 다양한 배출 단면을 가진 배출구(12, 13)의 서로 다른 높이를 조합하는 것도 생각할 수 있지만 -이에 대해서는 더 이상 자세하게 설명하지 않는다.

Claims

반응 진행 과정의 반응 데이터를 결정하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 랜스(1)에 의해 반응 가스(4)를 야금 용기(2) 안의 금속 용융물(3)에 취입하고 이때 취합한 측정 데이터에 따라 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정하며 상기 측정 데이터를 취합하기 위한 랜스(1)가 적어도 하나의 측정관(9, 10)의 적어도 하나의 배출구(12, 13)를 통해 반응 가스(4)와 별도로 이송되는 가스를 취출하되, 상기 측정 데이터를 취합하기 위한 랜스(1)가 적어도 하나의 측정관(9, 10)의 적어도 하나의 배출구(12, 13)를 통해 반응 가스(4)와 별도로 이송되는 가스를 측면 방향으로 취출하고 측정관(9, 10) 각각의 배출구(12, 13)에서 생성되는 상기 가스의 적어도 하나의 기포(14, 15, 19)의 내부 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 랜스(1)가 적어도 2개의 측정관(9, 10)을 통해 측면 방향으로 가스를 취출하되 기포(14, 15, 19)의 측정된 내부 압력의 차이에 따라 반응 진행 과정에 대한 반응 데이터를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 동일한 랜스 높이로 통해 있는 측정관(9, 10)이 서로 다른 크기의 기포(14, 19)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 서로 다른 랜스 높이로 통해 있는 측정관(9, 10)이 동일한 크기의 기포(14, 15)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 서로 다른 랜스 높이로 통해 있는 측정관(9, 10)이 서로 다른 크기의 기포(14, 15, 19)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 측정관(9, 10)이 랜스 본체(11)의 대향 측면(21, 22)에서, 특히 랜스 본체(11)에 직경 방향으로 대향 위치해 있는 가스를 취출하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 랜스를 냉각하는 냉매에 의해 측정관 또는 측정관들(9, 10)을 냉각하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 결정되는 반응 데이터를 토대로 반응 진행 과정이 제어 또는 조절되는 취입 공정.
야금 용기(2) 안에 제공되어 있는 금속 용융물(3)로 반응 가스(4)를 취입하기 위한 랜스로서, 적어도 부분적으로 냉각된 랜스 재킷(5)을 포함하는 랜스 본체(11), 랜스 재킷(5)의 적어도 하나의 개구부(8)와 통해 있는 반응 가스(4)용 안내부(7) 및 랜스 본체(11) 안에 제공되어 있고 단부가 랜스 본체(11)의 랜스 재킷(5)에서 적어도 하나의 배출구(12, 13)에 이어져 있으며 반응 가스(4)와 별도로 이송되는 가스를 취출하는 적어도 하나의 측정관(9, 10)을 구비하되, 측정관(9, 10)의 단부가 랜스 본체(11)의 랜스 재킷(5)에 측면 방향으로 적어도 하나의 배출구(12, 13)에 이어져 있고 적어도 하나의 기포(14, 15, 19)를 생성하도록 상기 측정관이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 랜스.
제9항에 있어서, 기포(14, 15, 19)의 내부 압력에 따라 측정 데이터를 취합하기 위한 측정관(9)과 연결된 측정 데이터 취합용 센서(17, 18)를 포함하는 측정 장치(20)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 랜스.
제9항 또는 제10항에 있어서, 랜스 본체(11)가 랜스 본체(11)와 측면 방향으로 통해 있는 적어도 2개의 측정관(9, 10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 랜스.
제11항에 있어서, 측정관(9, 10)의 배출구(12, 13)가 서로 다른 배출 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 랜스.
제11항 또는 제12항에 있어서, 측정관(9, 10)의 배출구(12, 13)가 서로 다른 높이로 랜스 재킷(5)에 측면 방향으로 통해 있는 것을 특징으로 하는 랜스.
제11항, 제12항 또는 제13항에 있어서, 측정관(9, 10)의 배출구(12, 13)가 랜스 본체(11)의 대향 측면(21, 22), 특히 랜스 본체(11)에 직경 방향으로 대향 위치해 있는 측면(21, 22)과 통해 있는 것을 특징으로 하는 랜스.
제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 측정관(9, 10)이 랜스 본체(11)의 냉각 랜스 재킷(5)과 적어도 일부 영역에서 열이 전도되도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 랜스.