KR20210038086A - 슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 장치는 용기 내부로 삽입 가능하고, 슬래그를 용기 외부로 배출시키는 배재기, 상측에서 용기 내부를 촬상하여 획득되며, 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지 상에서, 용융물과 슬래그 간의 온도 차이를 이용하여 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하는 화상 분석부 및 화상 분석부에서 산출된 슬래그 면적 비율과 기준 면적 비율을 비교하여, 배재기의 동작 여부를 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 슬래그 배재 조업 중에 화상 분석부를 통해 용기 내 슬래그 면적 비율을 산출하고, 슬래그 면적 비율에 따라 임펠러의 회전 동작을 조절한다. 이에, 슬래그 배재 조업의 자동화가 가능하다.
또한, 임펠러의 휨 각도, 연장 길이 및 임펠러의 회전 속도를 최적화함으로써, 슬래그 배재 효율을 향상시키고, 슬래그 배재 시간을 단축할 수 있으며, 임펠러 및 용기의 손상을 방지할 수 있다.

Description

슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법{APPARATUS FOR REMOVING SLAG AND METHOD FOR REMOVING SLAG}
본 발명은 슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그 배재 조업의 자동화가 가능하고, 슬래그 배재 효율을 향상시킬 수 있는 슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고로에서 출선된 용선은 토페도 래들카(Topedo ladle car)로 운반된 후 래들로 출선된다.
한편, 고로에서 출선된 용선의 상부에는 슬래그가 부유하고 있는데, 토페도 래들카에서 래들로 용선을 출선하는 과정에서 필연적으로 슬래그가 래들로 출선된다. 즉, 래들 내로 용선이 장입되면, 상기 용선 상부에 슬래그가 부유하게 된다. 슬래그는 후공정인 전로 정련 공정에서 용강 품질을 저하시킨다. 이에, 래들 내로 용선이 장입되면, 래들로부터 슬래그를 제거하는 슬래그 배재 조업을 실시한다.
또한, 전기로에서 래들로 출탕된 용탕을 후공정인 AOD(Arogon Oxygen Decaburization)로 장입하기 전에 래들 내의 슬래그를 배재한다. 다른 예로, AOD에서 출강하여 래들에 담겨진 용강을 후공정인 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 또는 LT(Ladle Treatment) 공정으로 이송하기 전에 래들 내의 슬래그를 배재한다. 이는, 슬래그가 용강 또는 용강을 주조하여 제조하는 주편의 품질에 악영향을 미치기 때문이다.
래들 내 슬래그를 배재시키는 수단으로, 통상적으로 패들(paddle)을 구비하는 스키머(skimmer) 장치를 이용한다. 이 스키머 장치는 경동된 래들 내부에서 패들을 수평 방향으로 전후진시켜, 래들 내 슬래그를 긁어내는 방식으로 배재시킨다. 이러한 배재 방식은 슬래그 배재에 장시간 소요되는 문제가 있고, 슬래그를 완전히 배재할 수 없는 문제가 있다.
또한, 래들 내 슬래그가 모두 배재되면 패들 동작을 중지시켜야 하는데, 래들 내 슬래그 잔류량을 알 수 없기 때문에, 슬래그를 모두 배재하는데 통상적으로 소요되는 시간을 기준으로 패들의 동작을 중지시키고 있다. 하지만, 패들의 동작을 종료시킨 후에 래들 내에 슬래그가 다량 잔류하는 일이 빈번히 발생되어, 다시 슬래그 배재 조업 개시해야 하는 번거로움이 있다.
한국등록특허 1510286
본 발명은 슬래그 배재 조업을 자동화할 수 있는 슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법을 제공한다.
본 발명은 슬래그 제거 효율을 높일 수 있는 슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법을 제공한다.
본 발명은 슬래그 배재 시간을 단축시킬 수 있는 슬래그 배재 장치 및 슬래그 배재 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 용기 내에 수용된 용융물 상부에 부유하는 슬래그를 상기 용기로부터 배재하는 슬래그 배재 장치로서, 상기 용기 내부로 삽입 가능하고, 슬래그를 상기 용기 외부로 배출시키는 배재기; 상측에서 상기 용기 내부를 촬상하여 획득되며, 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지 상에서, 용융물과 슬래그 간의 온도 차이를 이용하여 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하는 화상 분석부; 및 상기 화상 분석부에서 산출된 슬래그 면적 비율과 기준 면적 비율을 비교하여, 상기 배재기의 동작 여부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 화상 분석부는, 상기 용기의 상측에서 상기 용기 내부를 촬상하여 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지를 획득하는 촬상부; 및 슬래그와 용융물 간의 온도 차이를 이용하여, 상기 화상 이미지 상에서 슬래그 및 용융물을 식별하고, 식별된 슬래그의 면적 비율을 산출하는 분석부;를 포함한다.
상기 분석부에는 슬래그로 식별하기 위한 기준 온도인 제 1 식별 온도, 용융물로 식별하기 위한 기준 온도인 제 2 식별 온도가 설정되고, 상기 분석부는 상기 화상 이미지 전체의 위치별 온도와 제 1 및 제 2 식별 온도를 비교하여, 화상 이미지 상에서의 슬래그 영역과 용융물 영역을 식별한다.
상기 배재기는 회전 가능한 임펠러를 포함하고, 상기 임펠러는 각각이 상기 용기의 폭 방향으로 연장 형성되어 상호 대향되게 배치된 제 1 및 제 2 블레이드를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 블레이드 각각은 상기 용기의 둘레 방향으로 휘어진 형상이다.
상기 제 1 및 제 2 블레이드 각각은 상기 임펠러의 회전 방향으로 볼록하게 휜 형상이다.
상기 제 1 및 제 2 블레이드 각각의 휨 각도가 10°이상, 60°이하일 수 있다.
상호 마주보는 제 1 블레이드의 일단 및 제 2 블레이드의 일단 각각의 반대 끝단인 상기 제 1 블레이드의 타단과 제 2 블레이드의 타단을 연결한 직선인 상기 임펠러의 길이(LI)가 상기 용기 폭(CW)의 50% 초과, 90% 이하일 수 있다.
상기 용기는 내부 공간을 가지며 상측이 개구된 몸체 및 상기 몸체의 외측으로 돌출 형성되며, 상측에 슬래그를 배출시키는 통로인 배출구가 마련된 돌출부를 포함하고, 상기 임펠러의 길이(LI)는 상기 몸체 내부 폭(CW)의 50% 초과, 90% 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 방법은 내부에 용융물이 수용되어 있는 용기를 경동시키는 과정; 상기 용기 내부로 배재기를 삽입시키고, 상기 배재기를 동작시켜, 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는 과정; 상기 용기 내부를 촬상하여, 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지를 획득하는 과정; 온도 데이터를 이용하여 상기 화상 이미지 상에서 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하고, 산출된 상기 슬래그 면적 비율에 따라 상기 배재기의 동작 여부를 제어하는 과정;을 포함한다.
상기 화상 이미지 상에서 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하는 과정은, 슬래그와 용융물 간의 온도 차이를 이용하여, 상기 화상 이미지 상에서 용융물 및 슬래그를 식별하는 과정; 및 상기 화상 이미지 전체 중, 식별된 슬래그 영역의 면적 비율을 산출하는 과정;을 포함한다.
상기 화상 이미지 상에서 용융물 및 슬래그를 식별하는데 있어서, 상기 화상 이미지 전체의 위치별 온도를 슬래그로 식별하기 위한 기준 온도인 제 1 식별 온도 및 용융물로 식별하기 위한 기준 온도이며 상기 제 1 식별 온도에 비해 높은 온도인 제 2 식별 온도와 비교하는 과정을 포함한다.
상기 제 1 식별 온도 및 제 2 식별 온도는 상기 용기 내로 장입되는 용융물의 종류에 따라 설정된다.
산출된 상기 슬래그 면적 비율에 따라 상기 배재기의 동작 여부를 제어하는데 있어서, 산출된 상기 슬래그 면적 비율이 기 설정된 기준 면적 비율 이하이면 상기 배재기의 회전 동작을 중지시킨다.
상기 기준 면적 비율은 5% 일 수 있다.
상기 배재기를 동작시켜, 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는데 있어서, 회전 가능한 임펠러를 구비하는 상기 배재기를 이용하며, 상기 임펠러를 회전시켜 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시킨다.
상기 임펠러는 상기 용기의 둘레 방향으로 휘어진 형상이며, 상기 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는데 있어서, 상기 임펠러의 볼록한 방향으로 상기 임펠러를 회전시킨다.
상기 임펠러를 10rpm 내지 12rpm의 속도로 회전시킨다.
본 발명의 실시예에 의하면, 슬래그 배재 조업 중에 화상 분석부를 통해 용기 내 슬래그 면적 비율을 산출하고, 슬래그 면적 비율에 따라 임펠러의 회전 동작을 조절한다. 이에, 슬래그 배재 조업의 자동화가 가능하다.
또한, 임펠러의 휨 각도, 연장 길이 및 임펠러의 회전 속도를 최적화함으로써, 슬래그 배재 효율을 향상시키고, 슬래그 배재 시간을 단축할 수 있으며, 임펠러 및 용기의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 용기로부터 슬래그를 배재하는 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 용기로부터 슬래그를 배재하는 본 발명의 실시예에 따른 배재기, 화상 분석부 및 제어부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 내지 도 6은 용기 상부에서 용기 내부를 촬상한 사진이다.
도 7은 화상 이미지 상에서 식별된 슬래그와 용융물을 개념적으로 나타내면 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배재기가 용기 내에 위치할 때, 용기의 상측에서 바라본 상면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 휨 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 길이를 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 임펠러의 길이의 기준이 되는 용기의 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 임펠러의 회전 속도에 따른 슬래그의 이동 속도를 나타낸 도면이다.
도 16은 임펠러의 회전 속도에 따른 슬래그의 배출 속도를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 장치는 용기 내 용융물 상부에 부유하고 있는 슬래그를 용기 밖으로 배출시키는 장치이다.
용융물은 용선, 용강 및 용탕 중 어느 하나일 수 있다. 보다 구체적인 예로 용융물은 고로로부터 출선된 것으로, 전로로 장입되기 전의 용융물인 용선일 수 있다.
또한, 용융물은 스테인리스 강재를 제조를 위한 것으로, 전기로에서 출탕한 용탕일 수 있다. 즉, 전기로에서 출탕되어 후공정인 AOD(Arogon Oxygen Decaburization) 공정으로 이송되기 전의 용탕일 수 있다. AOD는 아르곤(Ar)과 산소(O2)를 이용하여 탈탄하는 공정이다.
다른 예로, 용용물은 AOD 장치에서 출강한 용강일 수 있다. 보다 구체적으로 AOD 장치에서 출강되어, VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 공정 또는 성분 조정을 위한 LT(Ladle Treatment)로 이송되기 전의 용강일 수 있다. 여기서, VOD는 진공 조건하에서 산소 취련을 실시하여 극저로 탈탄을 실시하는 공정이고, LT 공정은 성분 조정을 위한 공정일 수 있다.
도 1은 용기로부터 슬래그를 배재하는 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 용기로부터 슬래그를 배재하는 본 발명의 실시예에 따른 배재기, 화상 분석부 및 제어부를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 먼저 용융물이 수용되는 용기 및 용기를 경동시키는 경동 장치에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 용기(100)는 용융물(M)이 수용될 수 있는 내부 공간을 가지며, 상측에 개구(이하, 개구부(120))가 마련된 바디(110), 바디(110)의 외측면에서 서로 마주보게 설치되는 한 쌍의 안착대(130)를 포함한다.
바디(110)는 고온의 용융물 수용이 용이한 내열성의 특성을 가지도록 내화물을 포함하는 재료로 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 바디(110)는 외관을 형성하는 철피 및 내화물을 포함하는 벽돌을 철피의 내측면에 축조하여 형성한 연와를 포함할 수 있다.
바디(110)는 다양한 형상으로 제작될 수 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 공간을 가지는 몸체(111) 및 내부 공간을 가지며, 몸체(111)의 내부 공간과 연통되도록 몸체(111)로부터 외측 방향으로 연장 형성된 돌출부(112)를 포함할 수 있다.
몸체(111)는 용융물(M)이 수용되는 내부 공간을 제공하는 수단으로, 그 횡단면의 형상은 예컨대 원형일 수 있다.
그리고, 돌출부(112)는 슬래그(S) 또는 용융물(M)이 배출되는 통로를 제공하는 수단으로, 몸체(111) 상부의 외측면으로부터 상기 몸체(111)의 폭(또는 직경) 방향으로 연장 형성된다. 또한, 돌출부(112)는 몸체(111)의 폭 방향 뿐만 아니라, 몸체(111)의 상측 방향으로도 연장 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(112)는 상측으로 갈수록 몸체(111)와 멀어지는 경사를 가지도록 마련될 수 있다.
바디(110)가 몸체(111) 및 몸체(111)의 외측으로 돌출 형성된 돌출부(112)를 포함하는 구성이므로, 개구부(120)는 몸체(111)의 상측 개구(이하, 메인 개구(121)) 및 돌출부(112)의 상측 개구(이하, 배출구(122))로 구성되는 것으로 설명될 수 있다. 그리고, 배출구(122)는 그 횡방향 면적이 메인 개구(121)에 비해 좁도록 마련된다.
또한, 바디(110)의 하부 바닥에는 노즐(150)이 마련될 수 있다. 즉, 바디(110)의 하부 바닥에는 상하 방향으로 관통하도록 마련된 노즐(150)이 마련될 수 있다. 노즐(150)은 가스를 통과시킬 수 있는 유로를 가지는 구성으로 예컨대, 다공성의 내화물을 포함하는 플러그(plug) 타입일 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 노즐(150)은 배관을 바디(110) 하부에 삽입시켜 마련할 수도 있다.
이러한 노즐(150)로는 불활성 가스 예컨대 Ar 및 N2 중 적어도 하나가 공급될 수 있고, 노즐(150)로부터 취입되는 불활성 가스에 의해 용융물이 버블링(bubbling)될 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예에 따른 용기(100)는 제철 기술 분야에서 용선, 용강 및 용탕 중 적어도 하나가 수용되는 래들(ladle)일 수 있다.
경동 장치(200)는 용기(100)를 기울이는 수단이다. 이러한 경동 장치(200)는 예컨대, 스탠드(210), 스탠드(210)의 상측에 위치되며, 상부에 용기(100)의 안착대(130)가 안착 지지되는 경동 받침대(220), 경동 받침대(220)가 회전 가능하도록 상기 경동 받침대(220)의 일단과 스탠드(210) 간을 연결하도록 설치된 핀(230), 핀(230)의 반대측에 위치되며, 일단이 스탠드(210)에 연결되고, 타단이 경동 받침대(220)에 연결된 경동 구동부(240)를 포함한다.
여기서, 경동 구동부(240)는 스탠드(210)에 연결된 유압 실린더(241) 및 유압 실린더(241)와 경동 받침대(220)를 연결하도록 설치된 로드(242)를 포함할 수 있다.
이러한 경동 장치(200)의 동작을 간략히 설명하면 아래와 같다.
유압 실린더(241)를 구동시켜 로드(242)를 신장시키면, 경동 받침대(220)가 핀(230)을 축으로하여 회전된다. 즉, 핀(230)과 반대 위치인 경동 받침대(220)의 타단이 들려 올려지도록 회전 동작한다. 이에, 도 1과 같이 용기(100)가 포트(P) 방향으로 기울어진다.
반대로, 포트(P) 방향으로 경동된 상태에서 유압 실린더(241)를 반대 방향으로 구동시켜 로드(242)를 수축시키면, 경동 받침대(220)가 핀(230)을 축으로하여 회전한다. 이때, 경동 받침대(220)의 타단이 스탠드(210)와 가까워지는 방향으로 회전한다. 이에, 용기(100)가 직립 상태가 된다.
경동 장치(200)의 구성은 상술한 예에 한정되지 않고, 용기(100)를 기울일 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 장치(3000)는 용기(100) 내 슬래그를 제거하는 배재기(3100), 배재기(3100)를 수평 이동 및 승하강 동작시키는 이동 장치(3200), 용기(100) 내 슬래그의 면적 비율을 산출하는 화상 분석부(3300) 및 화상 분석부(3300)에서 전달된 슬래그 면적 비율에 따라 배재기(3100)의 동작 여부를 조절하는 제어부(3400)를 포함한다.
이동 장치(3200)는 선단에 배재기(3100)가 연결된 본체부(3210) 및 본체부(3210)를 용기(100)가 위치된 방향 또는 그 반대 방향으로 수평 이동시키는 주행부(3220)를 포함한다.
본체부(3210)는 선단에 배재기(3100)가 연결된 암부(3211), 암부(3211)의 하부를 지지하도록 설치된 지지부(3212), 암부(3211)와 지지부(3212) 사이를 연결하도록 설치되어, 암부(3211)의 높이를 조절하는 승하강부(3213), 회전 가능하도록 지지부(3212)의 하부를 지지하도록 설치된 회전부(3214)를 포함한다.
암부(3211)는 지지부(3212) 및 승하강부(3213)의 상부에 연결된 본체(3211a), 본체(3211a)의 일단에 연결된 제 1 암(3211b) 및 제 1 암(3211b)의 일단에 연결된 제 2 암(3211c)을 포함한다.
승하강부(3213)는 상하 방향으로 운동하는 수단으로, 본체(3211a)의 타단과 지지부(3212)를 연결하도록 설치된다. 승하강부(3213)는 예컨대 유압 실린더일 수 있다. 즉, 승하강부(3213)는 유입되는 유체에 의해 승하강 구동력을 제공하는 구동체(3213a), 본체(3211a)의 타단과 구동체(3213a) 사이를 연결하도록 설치되어, 상기 구동체(3213a)의 동작에 의해 본체 방향으로 상승(또는 신장)하거나, 반대 방향으로 하강(또는 수축)하는 승하강 부재(3213b) 및 구동체(3213a)와 지지부(3212) 사이를 연결하도록 고정 설치된 고정체(3213c)를 포함할 수 있다.
이러한 승하강부(3213)에 의하면, 구동체(3213a)에 의해 승하강 부재(3213b)가 상승하면, 도 1과 같이 암부(3211) 타단의 높이가 상승하고, 배재기(3100)가 연결된 제 2 암(3211c)의 타단의 높이가 낮아진다. 반대로, 구동체(3213a)에 의해 승하강 부재(3213b)가 하강하면, 암부(3211) 타단의 높이가 하강하고, 배재기(3100)가 연결된 암부(3211)의 일단의 높이가 상승한다.
승하강부(3213)는 상술한 예에 한정되지 않고, 암부(3211)의 높이를 조절할 수 다양한 수단이 적용될 수 있다.
회전부(3214)는 폭 방향 중심을 축으로하여 회전 가능하도록 지지부(3212)의 하부에 장착된다. 회전부(3214)가 회전 동작하면, 지지부(3212) 및 지지부(3212)에 연결된 암부(3211) 및 승하강부(3213) 전체가 회전된다. 이때, 암부(3211)는 그 수평 방향 위치가 조절되도록 회전부(3214)의 폭 방향 중심을 축으로하여 회전 이동된다. 그리고 이렇게 암부(3211)가 회전부(3214)의 폭 방향 중심축을 축으로하여 회전하면, 이는 용기(100) 폭 방향으로의 암부(3211)의 일단 위치가 변경되는 것으로 설명될 수 있다.
즉, 회전부(3214)의 동작에 의해 암부(3211)의 일단 및 암부(3211)에 연결된 배재기(3100)가 수평 이동된다. 그리고, 회전부(3214) 동작에 의한 암부(3211) 및 배재기(3100)의 수평 이동 방향은 용기(100)의 폭 방향인 것으로 설명될 수 있다.
주행부(3220)는 그 상부에 지지된 회전부(3214)를 수평이동시키는 수단으로 예컨대 레일(rail)을 포함하는 구성일 수 있다. 주행부(3220)의 동작에 의해 회전부(3214)가 수평이동하면, 본체부(3210) 전체가 용기(100)가 위치된 전방 또는 그 반대인 후방으로 수평이동된다.
도 3 내지 도 6은 용기 상부에서 용기 내부를 촬상한 사진이다. 여기서 도 3은 슬래그 배재 조업 전 상태이고, 도 4 내지 도 9은 슬래그 배재 조업을 시작한 후, 시간 경과 순에 따른 사진이다. 도 7은 화상 이미지 상에서 식별된 슬래그와 용융물을 개념적으로 나타내면 도면이다.
한편, 슬래그 배재 조업이 시작된 이후, 시간이 경과될 수록 용기 내 슬래그 량이 감소한다. 따라서, 슬래그 배재 조업을 시작하기 전 용기 내 슬래그 량이 가장 많고(도 3 참고), 이후 슬래그 배재 조업이 시작되면, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 시간 경과에 따라 용융물 상부에서 부유하고 있는 슬래그가 차지하는 면적이 점차 감소한다. 반면, 용융물 노출 면적이 증가한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 슬래그 배재 조업 시에 화상 분석부(3300)를 이용하여 실시간 또는 시간 경과에 따라 용기 내 슬래그(S)의 면적 비율을 산출한다. 그리고, 제어부(3400)는 슬래그 면적 비율에 따라 배재기(3100)의 동작 여부를 제어한다.
화상 분석부(3300)는 용기(100)의 상측에서 용기(100) 내부를 촬상하며, 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지 즉, 열화상 이미지를 획득하는 촬상부(3310) 및 촬상부(3310)로부터 획득된 화상 이미지를 분석하여, 슬래그(S)의 면적 비율을 산출하는 분석부(3320)를 포함한다.
촬상부(3310)는 용기(100)의 상측에 위치 하도록 설치되어, 용기(100) 내부를 촬상한다. 촬상부(3310)에서 촬상된 화상 이미지는 용기(100) 내부의 횡방향의 이미지를 포함한다. 그리고, 슬래그의 배재 조업을 위해 용기(100)가 경동된 상태에서 촬상부(3310)를 동작시키므로, 촬상부(3310)에서 촬상되는 화상 이미지는 경동 상태의 용기(100) 내부의 횡방향 이미지이다. 또한, 촬상부(3310)는 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지를 획득하는데, 이를 위해 촬상부(3310)는 열화상 카메라를 포함하는 수단일 수 있다.
촬상부(3310)에서 용기(100) 내부를 촬상하는 동작은, 슬래그 배재 조업 중에 복수회 또는 연속으로 실시된다.
분석부(3320)는 촬상부(3310)로부터 촬상된 화상 이미지를 분석하여, 화상 이미지 전체 중 슬래그의 온도를 가지는 영역의 면적을 산출한다.
여기서, 슬래그의 온도는 용융물의 종류에 따라 달라진다. 예컨대 용융물은 고로로부터 출선된 것으로, 전로로 장입되기 전 상태의 용선일 수 있다. 그리고 이때 용선의 온도는 용선의 온도는 1300℃ 내지 1400℃이고, 이 용선에 부유하고 있는 슬래그의 온도는 1000℃ 내지 1200℃일 수 있다.
다른 예로, 용융물은 AOD 장치에서 탈탄후 출강한 용강일 수 있다. 보다 구체적으로 AOD 장치에서 탈탄 후 출강되어, VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 공정 또는 성분 조정을 위한 LT(Ladle Treatment)로 이송되기 전의 용강일 수 있다. 이때, 용강의 온도는 1500℃ 내지 1600℃이고, 슬래그의 온도는 1300℃ 내지 1400℃이다.
분석부(3320)는 화상 이미지 상에서 슬래그(S)와 용융물(M)을 구분 또는 식별한다. 이는, 화상 이미지가 가지고 있는 온도 데이터를 이용하여 실시할 수 있다. 이를 위해, 분석부(3320)에는 슬래그(S)로 식별하기 위한 기준 온도(이하, 제 1 식별 온도), 용융물(M)로 식별하기 위한 기준 온도(이하, 제 2 식별 온도)가 설정된다. 이때, 용기(100)에 수용된 용융물의 종류에 따라 제 1 식별 온도, 제 2 식별 온도가 조정된다. 그리고, 제 1 및 제 2 식별 온도는 범위 값일 수 있다.
제 1 및 제 2 식별 온도가 설정되면, 분석부(3320)는 화상 이미지 전체의 위치별 온도와 제 1 및 제 2 식별 온도를 비교하여, 화상 이미지 상에서의 슬래그와 용융물을 식별한다. 즉, 화상 이미지 상의 위치별 온도가 제 1 식별 온도에 해당하는 경우 슬래그, 제 2 식별 온도에 해당하는 경우 용융물로 식별한다. 화상 이미지 상에서 식별된 슬래그와 용융물을 개념적으로 나타내면 예컨대 도 7과 같다.
이렇게, 화상 이미지 상에서 슬래그 영역 및 용융물 영역이 식별되면, 분석부(3320)는 용기(100) 내부의 전체 면적에 대한 슬래그의 면적 비율을 산출한다.
그리고, 분석부(3320)는 촬상부(3310)로부터 순차적으로 전달되는 화상 이미지를 분석하여 슬래그 면적 비율을 산출한다. 이에, 슬래그 배재가 개시된 이후부터 시간 경과에 따른 슬래그 면적 비율이 산출된다.
제어부(3400)는 분석부(3320)에서 산출된 슬래그 면적 비율에 따라 배재기(3100)의 동작 여부를 제어한다. 이를 위해, 제어부(3400)에는 배재기(3100)의 동작 여부를 결정하기 위한 기준값인 기준 면적 비율이 기 설정된다.
여기서, 기준 면적 비율은 화상 이미지 상에서 용기(100) 내부에 해당하는 전체 면적에 대한 비율이다. 그리고 기준 면적 비율은 5%, 바람직하게는 3% 일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 기준 면적 비율은 1% 일 수 있고, 가장 바람직하게는 0%일 수 있다.
그리고, 제어부(3400)는 산출된 슬래그 면적 비율이 기준 면적 비율에 도달 또는 이하이면, 배재기의(3100) 동작을 중지시킨다.
이와 같이, 실시예에서는 슬래그 배재 조업 중에 화상 분석부(3300)를 통해 용기(100) 내 슬래그 면적 비율을 산출하고, 제어부(3400)는 슬래그 면적 비율에 따라 임펠러(3110)의 회전 동작을 조절한다. 이에, 슬래그 배재 조업의 자동화가 가능한 장점이 있다.
또한, 용기(100) 내부의 화상 이미지를 획득하는데 있어서, 온도 데이터를 포함하는 열 화상 이미지를 회득한다. 그리고, 화상 이미지 상에서 슬래그를 식별하는데 있어서, 슬래그와 용융물 간의 온도 차이를 이용한다. 이에, 명암, 채도 등을 이용하여 식별할 때에 비해 보다 정확하게 슬래그와 용융물을 구분하여 식별할 수 있어, 슬래그 면적 비율 산출 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
배재기(3100)는 용기(100) 내 슬래그를 외부로 배출시키는 수단이다. 실시예에서는 보다 효과적인 슬래그 배재를 위해 회전 가능한 임펠러를 구비하는 배재기(3100)를 마련한다.
그러나, 배재기(3100)는 임펠러를 구비하는 수단에 한정되지 않고, 용기 내 슬래그를 외부로 배출시킬 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있다. 예컨대, 배재기(3100)는 전방 또는 후방으로 수평이동하면서 슬래그를 배재시키는 패들(paddle)을 포함하는 수단일 수 있다.
이하, 실시예에 따른 배재기에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배재기가 용기 내에 위치할 때, 용기의 상측에서 바라본 상면도이다.
도 2를 참조하면, 배재기(3100)는 이동 장치(3200)에 연결되어 회전 가능한 샤프트(3120), 샤프트(3120)에 연결되어 회전 가능한 임펠러(3110) 및 샤프트(3120)를 회전시키는 회전 구동부(3130)을 포함한다.
회전 구동부(3130)는 상술한 제어부(3400)에 의해 그 동작이 제어될 수 있다. 즉, 제어부(3400)는 슬래그 면적 비율이 기준 면적 비율을 초과하면 회전 구동부(3130)의 동작을 유지시키고, 슬래그 면적 비율이 기준 면적 비율에 도달 또는 이하이면 회전 구동부(3130)의 동작을 중지시킨다.
실시예에 따른 회전 구동부(3130)은 모터(motor)이나, 이에 한정되지 않고, 샤프트(3120) 및 임펠러(3110)를 회전시킬 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.
임펠러(3110)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상호 마주보도록 샤프트(3120)로부터 연장 형성된 제 1 및 제 2 블레이드(3111, 3112)를 포함한다. 제 1 및 제 2 블레이드(3111, 3112)는 샤프트(3120)를 사이에 두고 용기(100)의 폭 방향으로 또는 직경 방향 연장 형성된다.
임펠러(3110)와 샤프트(3120)는 일체형으로 구성될 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 블레이드(3111, 3112)는 내화물이 아닌, 철합금과 같은 금속 재질로 제조되는 것이 바람직하다. 내화물로 제조될 경우 열충격에 의해 배재기(3100)의 수명이 단축될 수 있다.
용기(100) 내 슬래그를 배재하는데 있어서, 용기(100)를 경동시킨 상태에서, 배재기(3100)를 용기(100) 내부로 삽입시키고, 상기 배재기(3100)를 이용하여 용기(100) 내 슬래그를 외부로 배출시킨다. 실시예에서는 용기(100)를 경동시킨 상태에서, 임펠러(3110)를 이용하여 슬래그를 배재시킨다. 즉, 도 2와 같이 블레이드(3111, 3112)의 적어도 하부가 슬래그(S)로 침지되도록 임펠러(3110)를 용기(100) 내부로 삽입시킨 후, 회전시켜 슬래그(S)를 배재시킨다.
이때, 임펠러(3110)는 용기(100)의 몸체(111) 내부에 위치하도록 삽입된다. 다른 말로 설명하면, 임펠러(3110)가 몸체(111) 내부에 수용되고, 돌출부(112)로는 수용되지 않도록 삽입된다. 이를 위해 임펠러(3110)의 길이 중심이 용기(100)의 폭 방향 중심과 동심이 되도록 삽입시키는 것이 바람직하다. 보다 정확하게는 임펠러(3110)의 길이 중심이 몸체(111)의 폭 방향 중심과 동심이 되도록 삽입시키는 것이 바람직하다. 이는, 이동 장치(3200)의 회전부(3214) 및 주행부(3220)를 동작시켜 임펠러(3110)의 삽입 위치를 조절할 수 있다.
임펠러(3110)가 회전하면, 용융물(M) 표면에 부유하고 있는 슬래그(S)가 임펠러(3110)의 회전 방향으로 회전 이동한다. 즉, 임펠러(3110)의 회전에 의해 적어도 몸체(111) 내 슬래그(S)가 임펠러(3110)의 회전 방향으로 회전 이동한다. 그리고, 몸체(111) 내 슬래그(S)가 회전 이동하는 중에 돌출부(112) 위치까지 오게 되면, 돌출부(112) 내부로 유입된다. 그리고, 몸체(111)에 비해 돌출부(112)의 높이가 낮도록 용기(100)가 기울어져 있기 때문에, 돌출부(112)로 유입된 슬래그(S)의 적어도 일부가 배출구(122)를 통해 배출된다.
도 8을 참조하면, 임펠러(3110)를 구성하는 제 1 및 제 2 블레이드(3111, 3112) 각각은 용기(100)의 둘레 방향으로 휘어진 형상이다. 다른 말로 설명하면, 블레이드(3111, 3112)는 평면 상으로 곡률을 가지는 형상일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 블레이드(3111, 3112)는, 양 끝단 중, 샤프트(3120)와 연결된 일단으로부터 상기 일단과 반대에 위치된 타단까지의 연장 경로를 연결한 가상선(이하, 제 1 연장선(EL1))이 용기(100) 또는 몸체(111)의 폭 방향으로 연장된 직선(이하, 기준선(SL))과 나란하거나 평행하지 않고 교차하도록 형성된다. 그리고, 이 제 1 연장선(EL1)이 곡선일 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 휨 각도를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이 블레이드(3111, 3112)가 용기(100)의 둘레 방향으로 휘어진 형상이 되도록 형성되는데, 이때 블레이드(3111, 3112)가 휘어진 각도(또는 휨 각도(θ))는 10°이상, 60°이하, 바람직하게는 20°이상, 40°이하가 되도록 형성된다. 즉, 도 9와 같이 블레이드(3111, 3112)의 일단으로부터 시작되어 블레이드(3111, 3112)의 연장 경로 중 일 지점(P)을 지나가도록 연장된 가상선(이하, 제 2 연장선(EL2))과 블레이드의 타단으로부터 시작되어 동일한 위치인 상기 일 지점(P)을 지나가도록 연장된 가상선(이하, 제 3 연장선(EL3))이 이루는 각도(θ)가 10°이상, 60°이하, 바람직하게는 20°이상, 40°이하가 되도록 형성된다. 다른 말로 설명하면, 블레이드(3111, 3112)의 연장 경로 중, 제 2 연장선(EL2)과 제 3 연장선(EL3)이 만나는 교점의 외각(θ)이 10°이상, 60°이하, 바람직하게는 20°이상, 40°이하가 되도록 형성된다.
그리고, 도 9 내지 도 11과 같이 블레이드(3111, 3112)의 연장 경로 중 어떤 위치에서 교점을 이루더라도, 제 2 연장선(EL2)과 제 3 연장선(EL3)이 이루는 각도(θ)가 10°이상, 60°이하, 바람직하게는 20°이상, 40°이하가 되도록 형성된다.
블레이드(3111, 3112)가 휘어지게 형성되는데 있어서, 회전 방향으로 볼록하도록 휘어지게 형성된다. 즉, 블레이드(3111, 3112)는 회전 방향과 반대 방향으로 오목하도록 휘어지게 형성된다. 다른 말로 설명하면, 블레이드(3111, 3112)를 회전시키는데 있어서, 블레이드(3111, 3112)가 볼록한 방향으로 상기 블레이드(3111, 3112)를 회전시킨다. 즉, 블레이드(3111, 3112)가 오목한 방향과 반대 방향으로 상기 블레이드(3111, 3112)를 회전시킨다. 또 다른 말로 설명하면, 블레이드(3111, 3112)의 볼록면이 회전 방향의 전방이 되도록 임펠러(3110)를 회전시킨다.
이렇게 임펠러(3110)가 회전하면, 상기 임펠러(3110)의 회전에 의해 슬래그가 퍼지면서 배출구를 통해 배출구(122)를 통해 배출된다.
한편, 볼록한 방향으로 블레이드(3111, 3112)를 회전시키되, 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도(θ)가 10°미만 또는 60°를 초과하거나, 볼록한 방향과 반대 방향 즉, 오목한 방향으로 블레이드를 회전시키는 경우, 슬래그 제거율이 떨어지는 문제가 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 길이를 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 임펠러의 길이의 기준이 되는 용기의 폭을 설명하기 위한 도면이다.
임펠러(3110)의 길이(LI)는 용기(100)의 폭(CW)에 따라 조절된다(도 12 참조).
한편, 용기(100)는 그 높이에 따라 폭 방향 길이 또는 직경이 동일하거나, 다른 형상일 수 있다. 그리고, 균일한 품질 특성, 생산 수율을 위해, 통상적으로 용기(100)로 일정량의 용융물(M)이 장입된다. 이에, 조업시마다 용기(100) 내로 장입된 용융물(M)의 높이 즉, 용융물(M) 상부 표면의 높이(H)는 일정하다.
이에, 용기(100) 내부에서 용융물(M) 상부 표면이 위치되는 높이(H)에서의 폭을 '용기의 폭(CW)'으로 정의하고(도 13 참조), 상기 용기(100)의 폭(CW)에 따라 임펠러(3110)의 길이(LI)를 조절한다.
그리고, 용기(100)는 상술한 바와 같이 몸체(111) 및 몸체(111)의 상부에서 몸체(111)의 외측 방향으로 돌출 형성된 돌출부(112)를 포함하는 구성일 수 있다. 이러한 구조의 용기(100)에 있어서, 용융물(M)은 그 상부 표면의 높이(H)가 돌출부(112)의 하측에 위치하도록 장입된다.
이에, 몸체(111) 및 돌출부(112)를 구비하는 용기(100)에 있어서, 조업시마다 용기(100) 내로 장입된 용융물(M)의 높이(H) 즉, 용융물(M) 상부 표면은 도 13과 같이 돌출부(112) 하측에서 일정하게 된다.
따라서, 돌출부(112) 하측에 해당하는 몸체(111) 내부에서 용융물(M) 상부 표면이 위치되는 높이(H)에서의 폭을 '용기의 폭(CW)'으로 정의한다. 그리고, 용기(100) 또는 몸체(111)의 형상이 원형인 경우, 용기(100)의 폭(CW)은 직경으로 설명될 수 있다.
임펠러(3110)의 길이(LI)는 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 블레이드(3111)의 타단과 제 2 블레이드(3112)의 타단 간의 거리이다. 다른 말로 설명하면, 제 1 블레이드(3111)의 타단과 제 2 블레이드(3112)의 타단을 연결한 직선(I)의 길이를 임펠러의 길이(LI)로 한다.
상술한 바와 같이, 임펠러(3110)의 길이(LI)는 용기(100)의 폭(CW)에 따라 조절되는데, 임펠러(3110)의 길이(LI)가 용기(100) 폭(CW)의 50% 초과, 90% 이하, 바람직하게는 60% 이상, 90% 이하가 되도록 마련된다.
한편, 임펠러(3110)의 길이(LI)가 용기(100) 폭(CW)의 50% 이하인 경우, 임펠러(3110) 동작 시간 대비 슬래그 배재량 즉, 배재율이 떨어질 수 있다. 반대로, 임펠러(3110)의 길이가 용기(100) 폭(CW)의 90%를 초과하는 경우, 용기(100) 내벽에 고착되어 있는 지금과 충돌하여, 임펠러(3110) 및 용기(100) 중 적어도 하나가 손상될 수 있다.
도 14 및 도 15는 임펠러의 회전 속도에 따른 슬래그의 이동 속도를 나타낸 도면이다. 도 16은 임펠러의 회전 속도에 따른 슬래그의 배출 속도를 나타낸 그래프이다.
임펠러(3110)의 회전 속도가 증가하면, 슬래그(S)의 유동량 또는 동요(fluctuation)량이 증가한다. 이에, 임펠러(3110)의 회전 속도에 따라 용기(100) 내에서의 슬래그(S)의 이동 속도 및 용기(100) 밖으로 배출되는 속도가 달라진다.
임펠러(3110)의 회전 속도가 6rpm인 경우 도 14에 나타난 바와 같이 슬래그(S)의 이동 속도가 0.8m/s로 크지 않으나, 12rpm의 회전 속도에서는 도 15와 같이 1.5m/s 이상의 이동 속도를 보임을 알 수 있다.
그리고, 도 16을 보면, 임펠러(3110)의 회전 속도가 6rpm 일 경우, 슬래그 배재 초반에는 5kg/sec의 속도로 배출되고, 이후에는 2.0kg/sec로 유지되나, 그 배출 속도가 작다. 그리고, 임펠러를 6rpm으로 회전시킬 경우, 용기 내 슬래그를 모두 배재시키는데까지 약 25분이 소요되는데, 이는 종래의 슬래그 배재 장치 이용시에 소요되는 시간(15분)에 비해 길다.
반면, 임펠러의 회전 속도가 12rpm의 경우, 초반에는 슬래그의 배출 속도가 30kg/sec까지 상승하고, 이후에는 평균 12kg/sec로 감소되나, 회전 속도가 6rpm 일 때에 비해 배출 속도가 크다.
실시예에서는 임펠러(3110)의 회전 속도를 10rpm 내지 12rpm으로 한다. 임펠러(3110)의 회전 속도가 10rpm 미만일 경우 종래의 슬래그 배재 장치를 이용할 때에 비해 배재 시간 단축 효과가 미미하거나, 더 장시간 소요될 수 있다. 반대로, 임펠러(3110)의 회전 속도가 12rpm을 초과하는 경우, 너무 큰 회전 속도에 의해 슬래그(S)가 배출구(122)로 배출되지 않고, 용기(100) 밖으로 튀는 스핏팅(spitting)이 발생되는 문제가 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 1, 도 2, 도 8 및 도 17을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 배재 장치를 이용한 슬래그 배재 방법을 설명한다.
먼저, 용융물(M)이 장입된 용기(100)를 경동 장치의 스탠드(210) 상에 안착시킨다.
여기서, 용융물(M)은 AOD 장치에서 탈탄 후 출강되어, VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 공정 또는 성분 조정을 위한 LT(Ladle Treatment)로 이송되기 전의 용강일 수 있다. 이때, 용강의 온도는 1500℃ 내지 1600℃이고, 용융물(M) 상부에 부유하고 있는 슬래그(S)의 온도는 1300℃ 내지 1400℃일 수 있다.
이후, 도 1과 같이 경동 장치(200)를 동작시켜 용기(100)를 포트(P) 방향으로 경동시킨다. 그리고 한편에서는 슬래그 배재 장치(3000)의 주행부(3220)를 동작시켜 본체부(3210)를 용기(100)를 향해 수평이동시켜, 본체부(3210)에 연결된 배재기(3100)가 용기(100)의 상측에 대향 위치되도록 한다. 그리고, 승하강부(3213)를 동작시켜 배재기(3100)를 하강시킴으로써, 임펠러(3110)가 용기(100) 내 슬래그(S)에 침지되도록 한다.
다음으로, 회전 구동부(3130)를 동작시켜 임펠러(3110)를 회전시킴으로써, 슬래그 배재 조업을 개시한다(S100). 이때, 임펠러(3110)를 구성하는 제 1 및 제 2 블레이드(3111, 3112)의 휨 방향과 반대 방향 예컨대 반시계 방향으로 임펠러(3110)를 회전시킨다. 즉, 블레이드(3111, 3112)가 볼록한 방향으로 상기 블레이드(3111, 3112)를 회전시킨다. 다른 말로 설명하면, 블레이드(3111, 3112)의 볼록면이 회전 방향의 전방이 되도록 임펠러(3110)를 회전시킨다. 또한, 임펠러(3110)의 회전 속도를 10 rpm 내지 12 rpm으로 조절한다.
임펠러(3110)를 회전시키면, 용융물(M) 표면에 부유하고 있는 슬래그(S)가 임펠러(3110)의 회전 방향으로 회전 이동한다. 즉, 임펠러(3110)의 회전에 의해 적어도 몸체(111) 내 슬래그(S)가 임펠러(3110)의 회전 방향으로 회전 이동한다. 그리고, 몸체(111) 내 슬래그(S)가 회전 이동하는 중에 돌출부(112) 위치까지 오게 되면, 돌출부(112) 내부로 유입된다. 그리고, 몸체(111)에 비해 돌출부(112)의 높이가 낮도록 용기(100)가 기울어져 있기 때문에, 돌출부(112)로 유입된 슬래그(S)의 적어도 일부가 배출구(122)를 통해 배출 즉, 배재된다. 용기(100)로부터 배출된 슬래그(S)는 그 하측에 위치된 포트(P) 내로 장입된다.
이렇게, 임펠러(3110)를 회전시키는 동안 화상 분석부(3300)는 용기(100) 내 슬래그 면적 비율을 산출한다. 즉, 임펠러(3110)의 회전이 시작되면, 촬상부(3310)는 용기(100) 내부를 촬상하기 시작한다(S200). 그리고, 분석부(3320)는 촬상부(3310)로부터 촬상된 화상 이미지를 분석하여, 화상 이미지 상에서 슬래그(S)와 용융물(M)을 구분 또는 식별한다. 즉, 화상 이미지 상의 위치별 온도가 제 1 식별 온도에 해당하는 경우 슬래그, 제 2 식별 온도에 해당하는 경우 용융물로 식별한다. 그리고, 분석부(3320)는 용기(100) 내부의 전체 면적에 대한 슬래그 면적 비율을 산출한다(S300). 이때, 화상 분석부(3300)는 슬래그 배재 조업 개시시부터 슬래그 면적 비율을 실시간 또는 복수회 산출하고, 이는 제어부(3400)로 전달된다.
제어부(3400)는 슬래그 면적 비율에 따라 임펠러(3110)의 동작 여부를 제어한다. 즉, 제어부(3400)는 화성 분석부(3320)에서 전달되는 슬래그 면적 비율을 기준 면적 비율과 비교한다(S400). 그리고, 슬래그 면적 비율이 기준 면적 비율을 초과하면(아니오), 임펠러(3110)의 회전을 유지하고, 슬래그 면적 비율이 기준 면적 비율에 도달 또는 이하이면(예), 회전 구동부의 동작을 중지시켜, 임펠러의 회전을 중지시킨다(S500). 이후, 경동 장치(200)를 동작시켜 경동된 용기(100)를 직립시킨다.
<실험예>
표 1은 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도 및 회전 방향에 따른 슬래그 제거율을 나타낸 표이다.
실험을 위하여, 제 1 내지 제 14 실험예는 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도 및 회전 방향 중 적어도 하나를 다르게 하였다. 여기서, 제 1 내지 제 9 실험예는 휘어진 형상인 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향으로 임펠러(3110)를 회전시킨 것으로, 블레이드(3111, 3112) 휨 각도를 양의 값으로 나타내었다. 그리고, 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향으로 회전하는 임펠러(3110)의 회전 방향을 '제 1 방향'으로 나타내었다.
또한, 제 11 내지 제 14 실험예는 휘어진 형상인 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향과 반대 방향 임펠러(3110)를 회전시킨 것으로, 이때의 블레이드(3111, 3112) 휨 각도를 음(-)의 값으로 나타내었다. 그리고, 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향과 반대 방향으로 회전하는 임펠러(3110)의 회전 방향을 '제 2 방향'으로 나타내었다.
제 10 실험예는 휨 각도가 0°인 것으로, 블레이드(3111, 3112)가 휘어지지 않고 직선인 형태이다. 그리고, 제 10 실험예는 상술한 바와 같이 휜 형상이 아닌 직선 형태여서, 임펠러의 회전 방향을 제 1 방향 또는 제 2 방향으로 나타내지 않았으나, 시계 방향으로 회전시켰다.
제 1 내지 제 14 실험예에 사용된 용융물은 동일 종류(또는 성분)로 하였다. 보다 구체적으로 제 1 내지 제 14 실험예에 사용된 용융물로, 고로로부터 출선되어 전로 정련으로 이송되기 전의 용선을 사용하였다. 또한, 용기 내로 장입된 용융물의 장입량을 3톤으로 동일하게 하였고, 임펠러(3110)의 회전 시간은 10분으로 동일하게 조절하였다.
슬래그 제거율은 슬래그 배재 조업 전 용기 내 슬래그 량(kg)을 전체로하고, 슬래그 배재 조업 종료 후, 포트로 배재된 슬래그 량(kg)의 비율을 산출한 것이다.
예시적으로, 제 1 실험예에서 슬래그 제거율이 70%라는 것은, 슬래그 배재 조업 전 용기 내 슬래그 량을 기준으로, 슬래그 배재 조업을 종료시켰을 때, 포트 내 슬래그 량의 비율이 70%라는 것이다. 그리고, 이때 용기 내에는 슬래그 배재 조업 전 용기 내 슬래그 량의 30%의 슬래그가 잔류하고 있다.
구분 블레이드 각도(°) 회전 방향 슬래그 제거율(%)
제 1 실험예 90 제 1 방향 70
제 2 실험예 80 제 1 방향 80
제 3 실험예 70 제 1 방향 90
제 4 실험예 60 제 1 방향 95
제 5 실험예 50 제 1 방향 98
제 6 실험예 40 제 1 방향 100
제 7 실험예 30 제 1 방향 100
제 8 실험예 20 제 1 방향 100
제 9 실험예 10 제 1 방향 98
제 10 실험예 0 - 80
제 11 실험예 -10 제 2 방향 70
제 12 실험예 -20 제 2 방향 65
제 13 실험예 -30 제 2 방향 60
제 14 실험예 -40 제 2 방향 55
표 1을 참조하면, 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향으로 임펠러(3110)를 회전시키더라도, 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도에 따라 슬래그 제거율이 다름을 알 수 있다. 즉, 휨 각도가 10°이상, 60°이하인 제 4 내지 제 9 실험예의 슬래그 제거율은 95% 이상이지만, 휨 각도가 60°를 초과하는 경우 슬래그 제거율은 90% 이하로 낮다. 그리고, 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도가 10°이상, 60°이하인 범위에서도, 휨 각도가 20°이상, 40°이하일 경우, 슬래그 제거율이 보다 높음을 알 수 있다.
또한, 블레이드(3111, 3112)가 휘어지지 않은 제 10 실험예는 슬래그 제거율이 80%로 낮다.
또한, 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도가 10°이상 60°이하이더라도, 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향과 반대 방향 즉, 오목한 방향으로 임펠러(3110)를 회전시킨 제 11 내지 제 14 실험예의 경우 슬래그 제거율이 80% 이하로 낮다.
이로부터, 임펠러(3110)를 회전시키는데 있어서, 휘어진 형상인 블레이드(3111, 3112)의 볼록한 방향으로 회전시키며, 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도가 10°이상, 60°이하인 것이 바람직함을 알 수 있다. 그리고, 블레이드(3111, 3112)의 휨 각도가 20°이상, 40°이하인 것이 보다 바람직하다.
표 2는 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)에 따른 슬래그 제거율 및 지금과의 충돌 유무를 나타낸 표이다.
실험을 위하여, 제 15 내지 제 24 실험예는 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)를 다르게 하였다. 여기서, 제 24 실험예는 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 100%인 것으로, 이는 용기(100) 폭(CW)과 임펠러(3110)의 길이가 동일한 것을 의미한다.
그리고, 제 15 내지 제 24 실험예에 사용된 용융물은 동일 종류(또는 성분)로 하였다. 보다 구체적으로 제 15 내지 제 24 실험예에 사용된 용융물로, 고로로부터 출선되어 전로 정련으로 이송되기 전의 용선을 사용하였다. 또한, 용기 내로 장입된 용융물의 장입량을 3톤으로 동일하게 하여, 용융물의 높이(H)를 동일하게 하였다.
그리고, 임펠러(3110)의 높이가 동일하도록 용기(100) 내로 삽입시켰고, 일정한 회전 속도로 10분간 회선시켜 배재 조업을 실시하였다.
슬래그 제거율은 앞의 표 1에서 설명한 의미와 동일하다.
구분 용기 폭 대비 임펠러 길이(%) 슬래그 제거율(%) 지금과의 충돌 유무
제 15 실험예 40 70 ×
제 16 실험예 50 80 ×
제 17 실험예 59 99 ×
제 18 실험예 60 100 ×
제 19 실험예 70 100 ×
제 20 실험예 80 100 ×
제 21 실험예 90 100 ×
제 22 실험예 91 100 ○
제 23 실험예 95 100 ○
제 24 실험예 100 0 ○
표 2를 참조하면, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 50% 초과, 100% 미만인 제 17 내지 제 23 실험예의 경우 슬래그 제거율이 95% 이상이다. 그러나, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 50% 이하인 제 15 및 제 16 실험예의 경우 슬래그 제거율이 80% 이하로 낮다.
또한, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 100%인 제 24 실험예는 임펠러(3110)가 회전되지 않아, 슬래그가 배재되지 않았고(슬래그 제거율 0%), 지금과의 충돌이 발생되었다.
그리고, 제 17 내지 제 23 실험예를 보면, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 50% 초과, 90% 이하인 제 17 내지 제 21 실험예는 지금과의 충돌이 발생되지 않는다. 하지만, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 90%를 초과하는 제 22 및 제 23 실험예의 경우 지금과 충돌하는 문제가 있다.
또한, 제 17 내지 제 21 실험예를 보면, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)가 60% 이상, 90% 이하(제 18 실험예 내지 제 21 실험예)일 때 슬래그 제거율이 보다 향상됨을 알 수 있다.
따라서, 용기(100) 폭(CW) 대비 임펠러(3110)의 길이(LI)를 50% 초과, 90% 이하로 하는 것이 바람직하고, 60% 이상, 90% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
표 3은 임펠러(3110)의 회전 속도에 따른 슬래그 제거 시간 및 스핏팅 발생 유무를 나타낸 표이다.
실험을 위하여, 제 25 내지 제 35 실험예는 임펠러(3110)의 회전 속도를 다르게 하였고, 임펠러(3110)의 형상은 동일하게 하였다.
그리고, 제 25 내지 제 35 실험예에 사용된 용융물은 동일 종류(또는 성분)로 하였다. 보다 구체적으로 제 25 내지 제 35 실험예에 사용된 용융물로, 고로로부터 출선되어 전로 정련으로 이송되기 전의 용선을 사용하였다. 또한, 용기 내로 장입된 용융물의 장입량을 3톤으로 동일하게 하여, 용융물의 높이(H)를 동일하게 하였다. 그리고, 하부가 슬래그에 침지되도록 임펠러(3110)의 높이가 동일하도록 용기(100) 내로 삽입시켰다.
표 3에서 슬래그 제거 시간은 용기 내에 슬래그가 남아있지 않도록 용기 내 슬래그가 모두 제거되는데 까지 소요되는 시간이다.
구분 임펠러 회전 속도(rpm) 슬래그 제거 시간(분) 스핏팅 발생유무
제 25 실험예 6 25 ×
제 26 실험예 7 22 ×
제 27 실험예 8 18 ×
제 28 실험예 9 15 ×
제 29 실험예 9.9 13 ×
제 30 실험예 10 11 ×
제 31 실험예 11 8 ×
제 32 실험예 12 5 ×
제 33 실험예 12.1 4 ○
제 34 실험예 12.5 3 ○
제 35 실험예 13 1 ○
표 3을 참조하면, 임펠러(3110)의 회전 속도가 12rpm 이하인 제 25 내지 제 32 실험예는 스핏팅이 발생되지 않았으나, 임펠러(3110)의 회전 속도가 12rpm을 초과하는 제 33 내지 제 35 실험예의 경우 스핏팅이 발생되었다.
또한, 임펠러(3110)의 회전 속도가 12rpm 이하이더라도, 회전 속도에 따라 슬래그 제거 시간이 다르다. 즉, 임펠러(3110)의 회전 속도가 10 rpm 미만인 제 25 내지 제 29 실험예의 경우 슬래그 배재 시간이 13분 이상으로, 종래에 비해 슬래그 배재 시간의 단축 효과가 미미하거나, 종래에 비해 길다.
반면, 임펠러(3110)의 회전 속도가 10rpm 이상, 12 rpm 이하인 제 30 내지 32 실험예는 슬래그 배재 시간이 11분 이하로, 종래에 비해 단축된 효과를 보인다.
따라서, 임펠러(3110)의 회전 속도를 10rpm 이상, 12 rpm 이하로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 실시예에서는 슬래그 배재 조업 중에 화상 분석부(3300)를 통해 용기(100) 내 슬래그 면적 비율을 산출하고, 제어부(3400)는 슬래그 면적 비율에 따라 임펠러(3110)의 회전 동작을 조절한다. 이에, 슬래그 배재 조업의 자동화가 가능한 장점이 있다.
또한, 배재기(3100)의 구성인 임펠러(3110)의 휨 각도, 연장 길이 및 임펠러(3110)의 회전 속도를 최적화함으로써, 슬래그 배재 효율을 향상시키고, 슬래그 배재 시간을 단축할 수 있으며, 임펠러(3110) 및 용기(100)의 손상을 방지할 수 있다.
100: 용기 200: 경동 장치
3000: 슬래그 배재 장치
3100: 배재기 3110: 임펠러
3111, 3112: 제 1 및 제 2 블레이드:
3120: 회전 구동부 3200: 이동 장치
3300: 화상 분석부 3310: 촬상부
3320: 분석부

Claims (17)

  1. 용기 내에 수용된 용융물 상부에 부유하는 슬래그를 상기 용기로부터 배재하는 슬래그 배재 장치로서,
    상기 용기 내부로 삽입 가능하고, 슬래그를 상기 용기 외부로 배출시키는 배재기;
    상측에서 상기 용기 내부를 촬상하여 획득되며, 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지 상에서, 용융물과 슬래그 간의 온도 차이를 이용하여 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하는 화상 분석부; 및
    상기 화상 분석부에서 산출된 슬래그 면적 비율과 기준 면적 비율을 비교하여, 상기 배재기의 동작 여부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 슬래그 배재 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화상 분석부는,
    상기 용기의 상측에서 상기 용기 내부를 촬상하여 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지를 획득하는 촬상부; 및
    슬래그와 용융물 간의 온도 차이를 이용하여, 상기 화상 이미지 상에서 슬래그 및 용융물을 식별하고, 식별된 슬래그의 면적 비율을 산출하는 분석부;
    를 포함하는 슬래그 배재 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분석부에는 슬래그로 식별하기 위한 기준 온도인 제 1 식별 온도, 용융물로 식별하기 위한 기준 온도인 제 2 식별 온도가 설정되고,
    상기 분석부는 상기 화상 이미지 전체의 위치별 온도와 제 1 및 제 2 식별 온도를 비교하여, 화상 이미지 상에서의 슬래그 영역과 용융물 영역을 식별하는 슬래그 배재 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배재기는 회전 가능한 임펠러를 포함하고,
    상기 임펠러는 각각이 상기 용기의 폭 방향으로 연장 형성되어 상호 대향되게 배치된 제 1 및 제 2 블레이드를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 블레이드 각각은 상기 용기의 둘레 방향으로 휘어진 형상인 슬래그 배재 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 블레이드 각각은 상기 임펠러의 회전 방향으로 볼록하게 휜 형상인 슬래그 배재 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 블레이드 각각의 휨 각도가 10°이상, 60°이하인 슬래그 배재 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상호 마주보는 제 1 블레이드의 일단 및 제 2 블레이드의 일단 각각의 반대 끝단인 상기 제 1 블레이드의 타단과 제 2 블레이드의 타단을 연결한 직선인 상기 임펠러의 길이(LI)가 상기 용기 폭(CW)의 50% 초과, 90% 이하인 슬래그 배재 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 용기는 내부 공간을 가지며 상측이 개구된 몸체 및 상기 몸체의 외측으로 돌출 형성되며, 상측에 슬래그를 배출시키는 통로인 배출구가 마련된 돌출부를 포함하고,
    상기 임펠러의 길이(LI)는 상기 몸체 내부 폭(CW)의 50% 초과, 90% 이하인 슬래그 배재 장치.
  9. 내부에 용융물이 수용되어 있는 용기를 경동시키는 과정;
    상기 용기 내부로 배재기를 삽입시키고, 상기 배재기를 동작시켜, 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는 과정;
    상기 용기 내부를 촬상하여, 온도 데이터를 포함하는 화상 이미지를 획득하는 과정;
    온도 데이터를 이용하여 상기 화상 이미지 상에서 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하고, 산출된 상기 슬래그 면적 비율에 따라 상기 배재기의 동작 여부를 제어하는 과정;
    을 포함하는 슬래그 배재 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 화상 이미지 상에서 슬래그가 차지하는 슬래그 면적 비율을 산출하는 과정은,
    슬래그와 용융물 간의 온도 차이를 이용하여, 상기 화상 이미지 상에서 용융물 및 슬래그를 식별하는 과정; 및
    상기 화상 이미지 전체 중, 식별된 슬래그 영역의 면적 비율을 산출하는 과정;
    을 포함하는 슬래그 배재 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 화상 이미지 상에서 용융물 및 슬래그를 식별하는데 있어서,
    상기 화상 이미지 전체의 위치별 온도를 슬래그로 식별하기 위한 기준 온도인 제 1 식별 온도 및 용융물로 식별하기 위한 기준 온도이며 상기 제 1 식별 온도에 비해 높은 온도인 제 2 식별 온도와 비교하는 과정을 포함하는 슬래그 배재 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 식별 온도 및 제 2 식별 온도는 상기 용기 내로 장입되는 용융물의 종류에 따라 설정되는 슬래그 배재 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    산출된 상기 슬래그 면적 비율에 따라 상기 배재기의 동작 여부를 제어하는데 있어서,
    산출된 상기 슬래그 면적 비율이 기 설정된 기준 면적 비율 이하이면 상기 배재기의 회전 동작을 중지시키는 슬래그 배재 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기준 면적 비율은 5%인 슬래그 배재 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 배재기를 동작시켜, 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는데 있어서,
    회전 가능한 임펠러를 구비하는 상기 배재기를 이용하며, 상기 임펠러를 회전시켜 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는 슬래그 배재 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 용기의 둘레 방향으로 휘어진 형상이며,
    상기 슬래그를 상기 용기 외부로 배재시키는데 있어서, 상기 임펠러의 볼록한 방향으로 상기 임펠러를 회전시키는 슬래그 배재 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 임펠러를 10rpm 내지 12rpm의 속도로 회전시키는 슬래그 배재 방법.




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