KR20220026878A - 래들 내화물의 함열량 산출방법 - Google Patents

래들 내화물의 함열량 산출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제강 공정의 온도 편차를 감소시키기 위한, 래들 내화물의 함열량 산출방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들 내화물의 함열량 산출방법은, 래들 내화물을 구비하는 래들을 제공하는 단계; 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계; 상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계; 상기 내측 온도, 상기 외측 온도, 및 상기 래들 내화물의 열전도식을 이용하여, 상기 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계; 및 상기 위치에 따른 온도 분포를 이용하여, 상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계;를 포함한다.

Description

래들 내화물의 함열량 산출방법{Method of calculation total heat energy in ladle refractory}
본 발명의 기술적 사상은 철강제조 과정 중에 용탕이 주기적으로 수용 및 배출되는 래들의 벽체를 구성하는 래들 내화물의 함열량 산출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철강의 연속주조는, 고로 또는 전기 용광로에서 용탕을 생성하고, 상기 용탕을 래들(ladle), 턴디쉬(tundish), 및 몰드로 순차적으로 이송하여, 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주물을 생산하게 된다. 상기 래들은 용탕을 제강로에서 턴디쉬로 이송하는 수단으로서, 일반적으로 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용탕을 받아서 턴디쉬에 공급하게 된다. 이러한 래들은 통상적으로 외관은 철피로 둘러싸여 있고, 내부는 수용하는 고열의 용강을 견딜 수 있도록 내화물을 축조하여 구성된다.
래들에 용탕이 수용되고 또 배출됨에 따라, 래들 내화물의 함열량의 변화가 발생하게 된다. 이러한 래들 내화물의 함열량의 변화는 제강 공정의 온도 편차를 발생시키는 주요 원인이다. 이러한 편차를 데이터로 확인하기 위해서, 제강공장에서는 래들과 관련된 정보들을 데이터화하고, 상기 데이터를 사용하여 목표 제어 온도를 보정한다. 그러나, 종래에는 사용하는 주요 정보들은 시간과 관련된 정보이며, 예를 들어 공래들 시간, 용강체류 시간 등 열원과 비접촉 유지시간 및 접촉 유지시간 등으로 구성되어 있다. 그러나 이러한 정보들은 간접 정보이며, 최근 직접 정보 측정을 통한 데이터 수집도 진행되고 있다. 직접 측정 데이터는 래들 내화물 표면의 측온을 통해 얻은 정보들을 주로 사용하는데, 이러한 온도 들은 내화물의 함열량 보다는 내화물 표면이 최근 어떠한 분위기와 접촉했는가에 그치는 경우가 많으므로, 정확한 데이터를 얻지 못하는 실정이다.
한국특허출원번호 제2010-0094685호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 제강 공정의 온도 편차를 감소시키기 위한, 래들 내화물의 함열량 산출방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 래들 내화물의 함열량 산출방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들 내화물의 함열량 산출방법은, 래들 내화물을 구비하는 래들을 제공하는 단계; 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계; 상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계; 상기 내측 온도, 상기 외측 온도, 및 상기 래들 내화물의 열전도식을 이용하여, 상기 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계; 및 상기 위치에 따른 온도 분포를 이용하여, 상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들에 용탕을 주입한 경우에는, 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계는, 상기 용탕의 온도를 측정하여 상기 내측 온도로서 제공하고, 상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 외측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들에 용탕을 배출한 경우에는, 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 내측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공하고, 상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 외측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도식은, 하기의 식 1을 이용할 수 있다.
<식 1>
Figure pat00001
(여기에서, u는 온도, x는 내화물 내의 위치, t는 시간, α는 열전도도/ (비열 x 밀도) 이고, 제곱으로 표시된 것은 2차 도함수를 의미함)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 함열량은 하기의 식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
<식 2>
함열량 = 밀도 x 부피 x 비열 x 온도
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들 내화물은, 내측으로부터 인입재 내화물, 영구장 내화물, 및 보드 내화물로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계는, 온도 분포는, 상기 인입재 내화물, 상기 영구장 내화물, 및 상기 보드 내화물 각각의 열전도식을 이용하여 도출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계는, 상기 인입재 내화물의 함열량, 상기 영구장 내화물의 함열량, 및 상기 보드 내화물의 함열량을 각각 산출하고, 상기 함열량들을 합산하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 래들 내화물의 함열량 산출방법은 상기 래들 내화물의 열전달 특성, 상기 래들 내화물의 두께 및 부피, 및 측정 온도 등과 같은 내화물 관련 측정 정보들을 활용해서 내화물의 함열량을 계산할 수 있고, 이 종합적인 정보를 사용하여 온도 제어 편차를 줄일 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법에 적용된 래들을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 도출한 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도를 나타내는 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 도출한 래들 내화물의 조업 싸이클에 따른 내측 온도와 외측 온도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 도출한 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 산출한 래들 내화물의 조업 싸이클에 따른 총 함열량을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법에서, 내부 함열량을 산출하는 식을 도출하기 위하여, 상기 래들 내화물의 열전달 특성, 상기 래들 내화물의 두께 및 부피, 및 온도 측정을 통한 상기 래들 내화물의 평균 온도에 대한 정보가 요구된다.
상기 래들 내화물은 내측으로부터 인입재 내화물, 영구장 내화물, 및 보드 내화물로 구성될 수 있고, 최외측은 철피로 구성될 수 있다. 이러한 래들 내화물들은 다른 물질로서 구성되므로, 상기 래들 내화물들의 열전달 계수는 상이한 수치를 가질 수 있다. 이러한 열전달 특성 및 부피 정보를 이용하여 상기 래들 내화물들의 위치에 따른 온도 분포를 도출할 수 있다.
또한, 래들이 용강을 수용할 때와 수용하지 않을 때, 용강과 접촉하는 래들의 내측면의 온도를 측정하여 상기 온도 분포를 각각 계산할 수 있다.
또한, 함열량을 복수회로 산출할 때에, 이전 차수의 함열량 및 이번 차수의 경과 시간 정보를 고려하여 현재 차수의 내화물 함열량을 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 래들 내화물의 함열량 산출방법(S100)은, 래들 내화물을 구비하는 래들을 제공하는 단계(S110); 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계(S120); 상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계(S130); 상기 내측 온도, 상기 외측 온도, 및 상기 래들 내화물의 열전도식을 이용하여, 상기 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계(S140); 및 상기 위치에 따른 온도 분포를 이용하여, 상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계(S150);를 포함한다.
상기 래들에 용탕을 주입한 경우에는, 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계는, 상기 용탕의 온도를 측정하여 상기 내측 온도로서 제공할 수 있다. 상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 외측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공할 수 있다.
상기 래들에 용탕을 배출한 경우에는, 상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 내측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공할 수 있다.
상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 외측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공할 수 있다.
상기 열전도식은, 하기의 식 1을 이용할 수 있다.
<식 1>
Figure pat00002
여기에서, u는 온도, x는 내화물 내의 위치, t는 시간, α는 열전도도/ (비열 x 밀도) 이다. 또한, 상기 식 1에서, 제곱으로 표시된 것은 2차 도함수를 의미한다.
상기 함열량은 하기의 식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
<식 2>
함열량 = 밀도 x 부피 x 비열 x 온도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법에 적용된 래들을 도시하는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 래들(100)은 래들 내화물(110)을 포함할 수 있다. 래들 내화물(110)은, 내측으로부터 인입재 내화물(120), 영구장 내화물(130), 및 보드 내화물(140)로 구성될 수 있다. 래들(100)의 외측은 철피(150)로 둘러싸일 수 있다. 그러나 이러한 래들 내화물의 구성은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
래들 내화물(110)의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계(S140)는 인입재 내화물(120), 영구장 내화물(130), 및 보드 내화물(140) 각각의 열전도식을 이용하여 도출할 수 있다.
상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계(S150)는, 인입재 내화물(120)의 함열량, 영구장 내화물(130)의 함열량, 및 보드 내화물(140)의 함열량의 각각 산출하고, 상기 함열량들을 합산하여 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 도출한 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도를 나타내는 그래프들이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 래들에 용탕이 주입된 경우로서, 용탕과 접촉하는 부분의 래들 내화물의 온도는 약 1580℃로 나타났고, 이는 용탕 온도를 직접적으로 측정하고, 상기 용탕 온도를 상기 용탕과 접촉하는 부분의 온도로서 갈음하였다. 래들 내화물을 구성하는 구성요소에 따라 열전도도가 상이하게 되므로, 온도 기울기가 다르게 도출될 수 있다. 예를 들어, 인입재 내화물은 용탕과 접촉하는 영역의 온도가 약 1580℃이고, 반대쪽의 영구장 내화물과 접촉하는 영역의 온도가 약 1324℃일 수 있다. 상기 영구장 내화물은 상기 인입재 내화물과 접촉하는 영역의 온도가 약 1324℃이고, 보드 내화물과 접촉하는 영역의 온도가 약 852℃일 수 있다. 상기 보드 내화물은 상기 영구장 내화물과 접촉하는 영역의 온도가 약 852℃이고, 철피와 접촉하는 영역의 온도가 약 252℃일 수 있다. 철피는 열전도도가 높은 금속으로 형성되므로 온도 변화가 거의 없으며, 예를 들어 내측의 온도가 약 252℃일 수 있고, 외측의 온도가 약 248℃ 일 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 상기 래들로부터 용탕이 배출된 직후의 경우로서, 용탕과 접촉하였던 영역의 온도를 직접적으로 측정할 수 있다. 상기 영역의 온도는 약 1324℃로부터 약 800℃로 급격하게 저하됨을 알 수 있다. 상기 래들 내화물의 내부 온도는 용탕에 의하여 가열된 온도를 유지한 상태이지만, 향후 점진적으로 전하될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 도출한 래들 내화물의 조업 싸이클에 따른 내측 온도와 외측 온도를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 40분의 공래들 시간과 70분의 용탕 체류 시간을 하나의 조업 사이클로서 수행한 경우이다. 상기 내측 온도는 용탕과 접촉하는 영역의 온도를 나타내고, 상기 외측 온도는 상기 래들의 외측 온도, 예를 들어 철피의 외측 온도를 나타낸다. 기준 시점은 용탕이 배출된 후 일정시간이 지난 후를 의미할 수 있다. 1차 용탕 주입 시점에서는, 상기 내측 온도가 급격하게 증가되고, 또한 상기 외측 온도도 증가된다. 1차 용탕 배출시점에서는, 상기 용탕의 배출에 의하여 상기 내측 온도가 급격하게 감소되고, 이후 공냉에 의하여 서서히 감소된다. 상기 외측 온도는 상기 내측 온도의 온도 변화와 유사하지만 변화폭이 작게 감소된다. 2차 용탕 주입 시점에서는, 상기 내측 온도가 다시 급격하게 증가되고, 또한 상기 외측 온도도 증가된다. 2차 용탕 배출시점에서는, 1차 용탕 배출시점과 유사한 온도 변화를 나타내게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 도출한 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 도 4의 내화물의 내측 온도와 외측 온도를 이용하여, 상기 식 1의 열전도식을 상기 내화물의 구성하는 구성 요소들에 각각 적용하여 도출한 온도 분포이다. 1차 용탕 배출 직전의 그래프에서 분석되는 1차 용탕 주입에 의한 온도 증가에 비하여, 2차 용탕 배출 직전의 그래프에서 분석되는 2차 용탕 주입에 의한 온도 증가가 더 큼을 알 수 있다. 따라서, 용탕 주입 사이클이 증가되면, 내화물의 함열량이 증가될 것으로 예측된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법을 이용하여 산출한 래들 내화물의 조업 싸이클에 따른 함열량을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 용탕의 주입과 배출에 따라 변화되는 래들 내화물의 총 함열량의 그래프를 도출하였다. 상기 총 함열량은 래들 내화물의 전체 함열량으로서, 상기 식 2를 이용하여 상기 내화물의 구성하는 구성 요소들의 함열량을 각각 산출한 후 이들을 합산하여 산출하였다. 상기 총 함열량은 래들에 용탕을 주입한 후, 상기 용탕을 수용하는 동안에는 계속하여 증가됨을 알 수 있다. 또한, 2차 용탕을 주입하면, 상기 총 함열량은 1차 용탕 주입 시에 비하여 증가된 값을 나타내었다. 따라서, 조업 사이클이 계속 진행되면, 상기 래들 내화물의 함열량은 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 래들 내화물의 함열량 산출방법은, 래들 내화물의 함열량의 거동을 조업 사이클에 따라 감지할 수 있으므로, 상기 래들 내화물의 원하지 않는 과열을 방지할 수 있으므로, 조업 안전성을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 래들 내화물을 구비하는 래들을 제공하는 단계;
    상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계;
    상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계;
    상기 내측 온도, 상기 외측 온도, 및 상기 래들 내화물의 열전도식을 이용하여, 상기 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계; 및
    상기 위치에 따른 온도 분포를 이용하여, 상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계;를 포함하는,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 래들에 용탕을 주입한 경우에는,
    상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계는, 상기 용탕의 온도를 측정하여 상기 내측 온도로서 제공하고,
    상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 외측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공하는,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 래들에 용탕을 배출한 경우에는,
    상기 래들 내화물의 내측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 내측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공하고,
    상기 래들 내화물의 외측 온도를 제공하는 단계는, 상기 래들의 외측 표면의 온도를 직접적으로 측정하여 제공하는,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도식은, 하기의 식 1을 이용하는,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
    <식 1>
    Figure pat00003

    (여기에서, u는 온도, x는 내화물 내의 위치, t는 시간, α는 열전도도/ (비열 x 밀도) 이고, 제곱으로 표시된 것은 2차 도함수를 의미함)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 함열량은 하기의 식 2를 이용하여 산출되는,
    <식 2>
    함열량 = 밀도 x 부피 x 비열 x 온도
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 래들 내화물은, 내측으로부터 인입재 내화물, 영구장 내화물, 및 보드 내화물로 구성된,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 래들 내화물 내의 위치에 따른 온도 분포를 도출하는 단계는, 온도 분포는, 상기 인입재 내화물, 상기 영구장 내화물, 및 상기 보드 내화물 각각의 열전도식을 이용하여 도출하는,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 래들 내화물의 함열량을 산출하는 단계는, 상기 인입재 내화물의 함열량, 상기 영구장 내화물의 함열량, 및 상기 보드 내화물의 함열량을 각각 산출하고, 상기 함열량들을 합산하여 이루어지는,
    래들 내화물의 함열량 산출방법.
KR1020200107955A 2020-08-26 2020-08-26 래들 내화물의 함열량 산출방법 KR102549966B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007071686A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Nippon Steel Corp 容器壁の温度又は熱流束の推定方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体、並びに容器壁厚みの推定方法
KR20100094685A (ko) 2009-02-19 2010-08-27 엘지전자 주식회사 세탁장치

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