KR820001717B1 - 감압하에서의 제강공정 제어법 - Google Patents

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Description

감압하에서의 제강공정 제어법

제1도는 감압하에서 VOD로서의 실시한 제강공정을 제어하는 본 발명 방법을 구체화한 기기 배열도.

제2도는 본 발명에 의해 장치에 도입되는 기준가스의 양의 변화,

qA가 원 기준가스의 이온화 전류변화,

XA에 비례한다는 사실을 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명 방법의 제3의 구체적 설명에서 얻어진 질량스펙트럼의 구상도.

본 발명은 감정하에서 밀폐 영역에서 용융강의 탈탄과 밀폐 영역에서 CO, CO₂및 N₂로 구성하는 배기가스의 강제배기로 구성하는 제강공정의 작동 또는 진행중 제어방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 소요의 범위에서 처리되는 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량을 신속하게 검출하여 검출된 탄소함량 또는 탈탄율에 따라 그 공정을 제어함으로써 예정치까지 정확하게 탈탄 공정의 종결점에서의 철의 탄소함량을 제어하는 방법에 관한 것이다. 감압하에서 용융강의 탈탄을 구성하는 제강공정은 널리 실용화 되고 있다.

일반적으로 VOD 공정에서와 같은 스테인레스강 제조의 대표적인 하나의 공정에서는, 기포 알곤으로 교반할 수 있는 용융강에 산소를 취입함으로써 밀폐 용기에 장치한 레이들(ladle)에서 크롬함유 용융강을 진공 탈탄하였다.

최근에는 기술 향상으로 각종 철의 생산을 가능케 하였다. 그 결과로, 처리되는 용융강의 상태를 나타내는 파라미터를 조속히 검출, 결정하여 소요의 철을 생산할 수 있도록 파라미터의 결정치에 따라 그 공정을 제어하는 것이 점차로 중요하게 되었다. 공정의 주 목적이 용융강을 탈탄하는데 있으므로 처리되는 용융강의 탄소함량 검출은 여러가지의 파라미터 중에서 특히 중요하다.

그러나, 순간마다 변화하고 있는 용융강의 탄소함량을 정확히 그리고 동시에 검출하는 것은 용이하지 않으며, 여기서 철은 밀폐 용기에서 진공처리를 하는 것이다.

용융강의 탄소함량 결정과 그 종결점의 제어에 관하여서는 여러가지 방법이 지금까지 제안되었다. 즉, 예컨데 정적분석에 의한 실험 방법을 위시하여 용융강의 탈탄율을 점검한 배기가스의 진공도 변화에서 간접적으로 예측하는 방법, 배기가스중 산소의 분압을 농도차 전기에 의해 점검되며, 점검된 산소의 분압 변화의 반곡점에서 용융강의 탄소함량을 결정하는 방법이 있었다. 그러나, 이와 같은 공지의 방법은 그 측정 정도가 불량하여 만족하지 못하였다. 또한, 각각의 특정제품에 필요로 하는 상이한 탄소함량 수준을 달성하기 위하여 각종의 Cr, Ni 및 Mn을 함유하고 있는 각종의 철을 계속하여 제어하는 것은 그 기술적인 면에서 어렵다.

이와 같은 문제의 접근방법은 배기가스로 이전되는 탄소량, 즉 배출된 배기가스에서 CO 및 CO₂량을 정확히 그리고 동시에 측정하는데 있다. 진공수단과 배출수단을 연결하는 관을 통하여 흐르도록 하는 배기가스의 양과 배기가스중 CO, CO₂및 O₂의 양을 측정하여 실험을 하였다. 또, 지금까지는 CO 및 CO₂분석용 적외선 가스분석기 및 O₂분석용 자기가스 분석기를 사용하였다.

그러나, 이와 같은 기기들은 그 정도와 반응속도가 제한되어 있어 이와 같은 기기들로 부터 얻어지는 정도로 부터 측정순간 마다 용융강의 정확한 탄소함량 수준을 알기가 어렵다. 더우기 이들의 기기는 대기압 하에서 가스 분석용으로 원래 설계되어 있어 감압하에서 가스를 분석 할 때 분석용 가스의 충분한 용량이 축적되기 전에 대기 기간이 필요하게 되어 기기의 정도와 반응속도를 더욱 악화시킨다.

이러한 대기 기간을 피하기 위하여 배출된 배기가스를 배출기기의 방출측에서 분석용으로 채취하는 제안이 있었다. 그러나, 이와같은 제안은 만족할 만한 결과를 얻지 못하였다. 이것은 응축기(6a)∼(6d)에 의해 응축된 물에 용해되어 장치로 부터 제거되는 CO₂의 분율에 해당되는 오차를 그 측정에서 갖고 있기 때문이다. 더 나아가서, 배기가스 시료중에 상이한 가스성분을 검출하는데 서로 다른 가스분석기가 필요하다는 사실로 보아 각각의 분석기의 취급 및 오차와 시간 지연에 있어 곤란성이 있다.

1975년 8월 7일에 공개되어 본 발명의 양수인에게 양도한 일본특허 공개 공보 제1975-99592호에서 건조기에서 형성된 수증기 양과 같이 가스발생실에서 형성된 가스의 양을 결정하는 방법을 본 발명자가 발명하였다.

여기서 제안한 방법은 가스발생실에서 유사가스를 장입하는 단계를 구성하여 가스발생실에서 장입하는 유사가스의 양과 배기가스에 포함되어 형성된 가스 및 유사가스의 분압을 점검하여 점간치로 부터 형성된 가스량을 측정하는 것이다.

더 나아가서, 위 공개 공보에서는 가스의 분압은 질량 분광계에 의해 측정하는 것이 유리하며, 또 이방법은 제강로, 내에 형성된 가스의 측정에 융용될 수 있다는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이 공개 공보에서는 CO, CO₂및 N₂로 구성되어 있는 가스의 질량 분광측정에 있어서 그 기술적인 곤란성에 대하여 충분히 언급을 하지 않았다.

이 사실은 CO 및 N₂가 동일한 질량수 28을 갖고 있으므로 질량분광측정에 있어서 CO 및 N₂의 어미 피이크(parent peak) 등은 분리할 수가 없다.

더우기, CO₂의 단편 피이크(fragment peak)가 질량수 28에서 나타나 동일 질량수에서 나타나는 CO의 어미 피이크를 교란시틴다. 더 나아가서, 한편으로 가스에 대한 질량분광계의 감도가 가스의 압력에 따라 변화되며 또 다른 한편으로 배출된 배기가스의 압력이 용융강의 진공탈탄 과정에서 상당한 범위까지 변화된다는 사실 때문이다.

감압하의 용융강의 탈탄 공정에서 강제적으로 배출된 배기가스의 질량분광측정에는 추가적으로 기술적인곤란성이 있다. 위 공개 공보에서는 위와 같은 곤란성에 대하여 충분하게 언급하지도 않았다.

본 발명의 목적은 감압하의 밀폐 영역에서 용융강의 탈탄과 밀폐 영역에서 CO, 및 CO₂로 구성하는 배기가스의 강제배기를 구성하는 제강공정의 작동제어의 개량방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 방법은 배기가스의 개개의 가스혼합물을 형성하는 단계와 배기가스에 불활성인 기준가스의 측정량을 구성하여 위 시료에서 CO, CO₂, N₂및 기준가스에 관한 선택 피이크(selected peak)의 이온화 전류에 대하여 위 개개의 혼합물 시료를 질량 분광측정 방법으로 점검하고, 위 혼합물의 기준가스량의 측정치와 선택 피이크에 대한 이온화 전류의 측정치로 부터 점검시에 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량을 결정하여, 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량의 측정치에 따라 제강공정을 제어하는 방법이다.

본 발명을 더 이해하기 위하여 첨부 도면에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 처리되는 용융강(1), 즉, 크롬을 포함하고 있으며 0.2 내지 0.5중량%의 초기 탄소함량을 가진 용융강이 밀폐용기(3) 내에 위치한 레이들(2)에 들어있다. 밀폐용기(3)는 밀폐커버(4)를 가지며 수증기 이잭터(ejector)(5a)∼(5i)와 관(7)을 경유한 응축기(6a)∼(6d)를 구성하는 배출기와 연결되어 있다,

밀폐커버(4)는 수직으로 이동 가능한 랜스(9)와 합금원소 및 플럭스(flux)를 공급하는 흡퍼(10a)∼(10b)를 구성하고 있다. 또, 레이들(2)은 다공플러그(11)를 가진 저부를 구성하고 있다.

이와 같이 구성된 VOD로 조작할 때 레이들은 전로 또는 전기로에서 일부 탈탄되는 용융강으로 충전되어 있고, 수증기 이잭터(5a)∼(5i) 및 응축기(6a)∼(6d)를 작동시킴으로서 밀폐용기(3) 내에는 감압이 조성된다.

반면에 밀폐용기(3) 내에 감압을 유지하면서 레이들(2) 내의 용융강(1)에 랜스(9)를 통해 산소를 취입시킨다. 취입 산소량은 압력 및 유량조절기(12)에 의해 조절한다. 이와 같이 산소 취입과정에서 용융캠(1)은 레이들(2) 하부에 구성된 다공플러그(11)를 통하여 알콘의 취입으로 교반된다. 취입되는 알곤량은 압력 및 흐름조절기(13)에 의해 조절된다.

취입 공정과정에서, 용융강의 탄소는 취입 산소와 반응하여 관(7)을 통해 강제로 배기되는 CO 및 CO₂를 제공한다. 이와 같이 관(7)을 통하여 흐르게 하는 배기가스는 CO 및 CO₂에 추가 하여 다공플러그(11)를 통하여 취입되는 알곤, 랜스(9)를 통하여 취입되는 미 반응산소, 밀폐용기(3)와 밀폐커버(4) 사이, 밀폐커버(4)와 랜스(9) 또는 홉퍼(10a)와 홉퍼(10b) 사이의 간극을 통하여, 그리고 전기적으로 구동하는 밀폐 밸브를 장치한 관(7)부를 통하여 유출되는 공기를 구성하고 있다.

그러나, 배기수단이 작동하는 한 탈탄 공정에서 형성된 일체의 CO 및 CO₂는 배기되어 관(7)을 통하여 흐르도록 한다. 따라서, 관(7)을 통하여 흐르는 CO 및 CO₂량은 용융강(1)의 탈탄량에 해당된다. 본 발명에 따라서 질량 분광계(15)가 관(7)을 통하여 흐르는 CO 및 CO₂의 양을 측정하는데 이용된다. 관(7)을 통하여 흐르는 가스의 시료로 가스인입관(16)에서 홉입펌프(18)에 의하여 필터(17)를 통해 분광계(15)의 시료 인입장치(도시생략)에 도입된다.

질량 분광계(15)에 의한 계속적인 측정으로 관(7)이 최소한 미리 결정한 가스인입관(16)의 상류거리 위치에 기준가스 인입관(19)을 구성하여 기준가스(20)가 배기가스 장치로 기준가스 인입관(19)을 통하여 도입되어 정확하게 유량측정계(21)에 의해 측정한다. 시료는 선택된 질량수에서 피이크의 이온화 전류에 대하여 질량 분광측정으로 분석한다.

장치에 도입되는 기준가스 양의 측정치와 선택된 피이크에 대한 이온화 전류와 측정치에 의해 탈탄율 또는 탈탄량이 결정된다. 따라서 이와 같이 측정되는 방법을 대표적이며, 더 바람직한 구체적인 예에 따라 설명한다.

본 발명의 실시예 1에 의해서, 배기가스와 기준가스의 개개의 혼합물시료의 예정량을 질량수 12,14,28 및 44에 나타낸 피이크의 이온화전류와 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류를 질량 분광 측정으로 점검하고, 시료에서 CO 및 CO₂의 분압을 질량수(12), (14), (28) 및 (44)에서 피이크에 대한 이온화 전류의 측정치로 부터 계산하여, 시료에서 CO 및 CO₂의 양을 CO 및 CO₂의 분압 계산치, 혼합물에 도입되는 기준가스량의 측정치 또는 시간에 따르는 그 변화값, 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류의 측정치 또는 시간에 따르는 그 변화값에서 산출하며, 점검시에 용융강의 탈탄량을 위 시료에서 CO 및 CO₂량의 계산치로 부터 결정한다. 배기가스 장치에 대하여 다음의 식[1], [2], [3] 및 [4]를 구체화한다.

위 식에서, X₁₂, X₁₄, X₂₈, 및 X₄₄는 질량수(m/e) 12, 14, 28 및 44에서 각각 이온화전류(암페어)를 나타낸다.

S_CO, S_N2및 S_CO2는 CO,N₂및 CO₂각각에 대해서 질량 분광계의 감도(ampere/torr)를 표시하고,

및

는 질량수(m/e)14에 대한 CO 및 N₂각각의 패턴 계수이며,

는 질량수(m/e)12에 대한 CO 및 CO₂각각의 패턴 계수이고,

은 질량수(28)에 대한 CO₂의 패턴 계수이며, P_CO, P_N2및 P_CO2는 배기가스에 있어서 CO, N₂및 CO₂각각의 분압을 표시한다.

이온화 전류치, X_12,X_14,X_28,X₄₄는 질량분관계(15)로 측정한다. 감도 S_CO, S_N2및 S_CO2와 패턴계수

는 측정시 특정조건 하에서 질량분관계(15)의 고유치이며 예비실험에 의해 이미 알려졌거나 결정할 수 있다. 따라서 3번수 P_CO, P_N2및 P_CO2에 대하여 4식 [1]∼[4]임을 알아야 한다. 그러므로 P_CO, P_N2및 P_CO2값은 최소 제곱법에 의해 위 4식에서 산출할 수 있다.

교호적으로, 한 셋트의 3식, 즉 [4], [1] 및 [2], [4], [2] 및 [3], 혹은 [4], [1] 및 [3]을 선택하여 P_CO, P_N2및 P_CO2의 값을 계산한다. 물론, 선택은 가능한한 오차를 최소화 하는 것이 바람직하다. 예컨데, 탄화수소가 배기가스의 시료중에 존재하면 단편 피이크가 자주 질량수 12에 나타나 X₁₂의 값을 교란시킨다.

탄화수소에 의한 교란이 무시될 수 없다면 분압계산에 대해서는 식 [2], [3] 및 [4]를 선택하는 것이 바람직하다. 적당하게 선택된 3식의 풀이를 탈탄공정의 실제 제어에 이용될 때, 다른 3식은 질량분광 측정계(15)의 유지검사 또는 컴퓨터의 순서검사에 이용하는 것이 유리하다는 것을 이해하게 된다.

식[2], [3] 및 [4]를 이용한다면 P_CO및 P_CO2의 풀이는 다음과 같다.

일단 배기가스에서 CO 및 CO₂분압을 결정하면 CO 및 CO₂의 함량은 다음식에 의하여 이론적으로 결정할 수 있다.

여기서, q_CO및 q_CO2는 각각 배기가스에서 CO 및 CO₂의 함량을 표시하고, P_CO및 P_CO2는 각각 CO 및 CO₂의 분압계산치이다. P는 배기가스의 전압, Q는 배기가스의 양을 나타낸다.

그러나, 감압에서 용융강의 탈탄을 구성하고 있는 제강공정에서 형성된 배기가스의 양 및 압력은 정확히 그리고 연속해서 결정하는 것은 이론적으로 결점이 가능하다 하더라도 극히 어렵고 비실용적이다. 본 발명의 주요한 특징중의 하나는 배기가스의 CO 및 CO₂함량, 즉 q_CO및 q_CO2가 배기가스의 전압 및 양을 측정할 필요없이 결정된다는 사실에 있다. 이미 설명한 바와 같이 본 발명 방법에서는 기준가스가 기준가스 인입관(19) 또는 다공플러그(11)를 통하여 장치에 도입되는 반면에 정확하게 측정된다.

장치에 도입된 기준가스의 양의 변화

q_A와 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류변화

x_A(암페어)를 점검한다. 따라서, 장치에 도입된 기준가스가 균일하게 배기가스 내에 분산되면 다음의 식[7] 및 [8]로 구체화된다.

여기서,

X_A,Q,P 및

q_A는 위에서 밝힌바와 같으며, S_A(ampere/torr)는 기준가스에 대한 질량분광계(15)의 감도이고,

P_A는 시료중 기준가스의 분압변화를 나타낸다. 식[7] 및 [8]에서 다음식 [9]를 직접 유도할 수 있다.

따라서, q_CO및 q_CO2는 식[10] 및 [11] 에 따라서 P_CO및 P_CO2의 계산치, 기준가스량의 변화측정치

q_A, 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류변화 측정치

X_A및 기준가스에 대한 질량분광계(15)의 지지 또는 예정감도 S_A로 부터 계산할 수 있다

또한, t시간에 용융강의 탈탄을

를 다음과 같이 표시할 수 있다.

여기서, qco(t) 및 q_CO2(t)는 탈탄공정 과정에서 t시간에 각각 CO 및 CO₂의 양이며, k 는 상수이다.

따라서, t시간의 탈탄량

c(%)는 다음과 같이 결정된다.

여기서, K₁는 상수이고, B는 바이어스 상수이다. 이와 같이, 질량분광계(15)에 의한 X_12,X_14,X_28,X₄₄및

X_A를 유량계(21) 혹은 유량계(23)에 의한

q_A를 점검함으로써 용융강의 탈탄량

C(%)를 결정할 수 있다.

처리공정에서 식[1] 내지 [4]와 [10] 내지 [13]의 풀이의 프로그램을 가진 콤퓨터에 질량분광계 및 유량계의 출력신호를 전송함으로써 동시에 결정할 수 있다.

본 발명 방법에서 사용한 기준가스를 배기가스와는 반응성이어야 하며 배기가스 중에서 변성되지 않어야 한다. 더 나아가서, 기준가스는 그 유속과 온도변화에 관계 없이 질량분광계에 의해 정확하게 검출할 수 있는 것이 바람직하다.

일반적으로, Ar, He 또는 N₂와 같은 불활성 가스는 본 발명의 실용화에 있어 기준가스로서 사용하는데 적합하다. 그러나, 어느 경우이든 기준가스를 장치에 취입하는 설치 위치와 취입방법(예컨데 가스의 연속 취입방법 혹은 단속 취입방법)을 특정 기준가스의 성질에 따라 선택하는 것이 적당하다.

He를 기준가스로 사용할 때, 기준가스 인입관(19)을 통하여 관(7)으로 도입할 수 있으며, 또는 헬륨 소오스(source)(22)로 부터 유량계(23)와 다공플러그(11)를 통하여 용융강을 교란하기 위한 알곤과 같이 또는 별도로 레이들(2)에서 처리되는 용융강(1)에 공급할 수 있다. (제1도 참조)

기준가스로서 헬륨은 장치에 단속적으로 또는 계속해서 도입할 수 있다. 한편, 알곤을 기준가스로 사용할 때, 장치에 단속적으로 도입되며, 알곤 가스가 도입될 때와 알곤 기준가스 도입이 주지될 때, 배기가스중 알곤 량의 차이

q_A와 알곤 기준가스가 도입될 때와, 그 도입이 중지될 때 질량수(m/e)40에서 이온화 전류간의 차이

X₄₀을 점검해야 한다.

기준가스로서 이와 같은 알곤의 단속적인 도입은 다공플러그(11)를 통해 취입되는 알곤, 랜스(9)를 통하여 취입되는 산소중에 존재하는 알곤(보통, 알곤 약 0.1용량%가 VOD 공정에서 사용되는 산소중에 포함되어 있음) 및 장치에서 유출되는 대기중에 존재하는 알곤(보통, 알곤 약 0.93%가 대기중에 포함되어 있음)에 의해 가능한한 X₄₀의 교란을 제거 또는 최소화 하기 위하여 필요하다. 더 나아가서, 다공플러그(11)를 통한 알곤 기준가스의 도입은 이롭지 못하다.

이것은 용융강의 교반 강도와 VOD공정에서 탈탄율이 기준가스의 이와같은 도입 방식에 의해 악영향을 받기 때문이다. 따라서, 알곤 기준가스는 기준가스 인입관(19)을 통하여 배기가스의 흐름에 도입되는 것이 바람직하다. 또 한편으로, 질소를 기준가스로 사용할때에는, 기준가스와 용융강의 반응을 피하고 장치에 부주의로 들어간 질소에 의한 교란을 제거 또는 최소화 하기 위하여 기준가스 인입관(19)을 통하여 배기가스의 흐름에 단속적으로 도입하는 것이 필요하다.

본 발명을 실용화 함에 있어 최소한 기준가스의 측정량을 사용해야 한다. 기준가스가 사용되는 특정 질량분광계의 감도에 의존된다 하더라도 배기가스에 의한 기준가스의 0.001용량% 정도가 도입되는 장치에 기본적으로 도입된다.

분명하게 측정을 계속해서 실시하는 한 극소량의 기준가스를 사용하는 것이 유리하다. 40톤 내지 50톤의 VOD로를 조작하는데 있어 기준가스로서 헬륨 10 내지 30ℓ/min, 알곤 50 내지 150ℓ/min, 또는 질소 200 내지 500ℓ/min이 일반적으로 적합하다. 관(7)을 통하여 흐르게 하는 배기가스의 흐름에 기준가스가 도입될 때 배기가스와 기준가스의 개개의 혼합물이 채취할 수 있도록 기준가스가 관(7)에 도입되는 위치에서 충분한 하류위치에 그 혼합물을 채취하여야 한다.

이와 관련하여 수증기 이젝터(5a)∼(5i)및 응축기(6a)∼(6d)에 의한 강제 배기로 배기 및 기준가스의 혼합을 크게 도와 개개의 고유 혼합물을 형성함을 알 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 본 발명의 실시예 1에서 질량분광 측정용 배기 및 기준가스의 각각 혼합물의 예정 중량을 채취하는 것이 중요하다. 잘 알려진 바와 같이, 배기가스의 압력은 VOD 공정 과정에서 상당한 범위(예컨데, 0.1torr과 760torr 사이의 범위)까지 변화되며, 가스용질량분광계의 감도 역시 가스의 압력에 따라 변화한다.

따라서, 혼합물의 압력 변화에 관계없이 혼합물의 예정 중량을 채취하는 것이 필요하며 이렇게 함으로써 질량분광계(15)의 시료 인입장치에서 상압 유지를 돕게된다.

이러한 목적으로, 채취가스압에 역비례하는 변수가 콘덕턴스이며 질량분광계(15)의 시료 인입장치로 인입되는 배관에 조절밸브를 구성하는 것이 편리하다.

본 발명의 실시예 2에 의해서 배기가스와 기준가스의 개개의 혼함물시료를 질량수 44에서 나타낸 피이크의 이온화 전류 X_{44 ,}X_12,X₁₄및X₂₈로 구성된 그룹에서 선택된 Xn 및 Xm, 질량수 12,14 및 28에서 각각 나타난 피이크의 이온화 전류 X₂₈및 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류 X_A에 대하여 질량분과 측정으로 점검하여 시료중의 CO 및 CO₂의 총량, q_CO+ q_CO2는 다음의 식에 따라 결정된다.

위 식에서,

q_A는 위 혼합물중 기준가스의 측정량의 값이 시간에 따른 변화이고,

x_A는 시간에 따르는 x_A의 변화 a₁a₂및 a₃는 적어도 3회 제강공정을 실시하여 미리 정한 상수이며, α는 바이어스계수, q_CO+q_CO2,

x_A, xn, xm 및 x₄₄는 위에서 밝힌 바와 같으며, 점검시에 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량은 q_CO+q_CO2의 결정치에서 결정된다.

이것을 구체적으로 설명하기 위하여 x₄₄및 x_A를 추가하여 x₁₄및 x₂₃을 선택적으로 점검하는 경우를 생각하여 보면 식 [2] 내지 [4], [8] 및 [9]에서 다음식을 얻을 수 있다.

여기서, a1, a2 및 a3는 다음과 같다.

a₁, a₂및 a₃는 위에서 설명한 바와 같이 특정장치의 상수이므로 이들 상수는 적어도 3회 동일 공정을 반복하여 미리 결정할 수 있다. 일단 a₁, a₂및 a₃가 미리 결정되면, 다음의 식에 따라서 시료중의 CO 및 CO₂의 총량, q_CO+q_CO2의 결정이 가능하다.

위 식에서, α는 바이어스 계수로

q_A,

xa, x₁₄, x₂₈및 x₄₄를 점검하여 산출한다.

q_CO+q_CO2의 결정치에서 점검시에 탈탄율 (

)과 탈탄향(

c)은 식[10] 및 [11]에 따라 각각 결정할 수 있다.

위에서 설명한 제2의 구체적 설명은 패턴 계수 π와 각각의 감도 S를 미리 결정할 필요가 없다는데 잇점이 있다. 또, 이 설명은 동일한 장치 설치와 동일한 조건하에서 복수가열을 반복해서 실시할때 특히 유용하다. 기준가스의 성질, 기준가스의 도입방법 및 장치에 도입되는 기준가스의 양에 대해서는 제1의 구체적인 설명예에서 밝힌 설명으로 용융할 수 있다.

그러나, 기준가스와 배기가스의 혼합물의 선정량(중량)을 채측하는 것은 바람직하다 하더라도 결정적인 것은 아니다. 이것은 개개의 감도 S_A, S_CO및 S_CO2가 압력에 따라 변화된다 하더라도 S_A/S_CO및 S_A/S_CO2와 같은 감도의 비가 가스의 압력변화에 의해 영향을 받지 않기 때문이다. 이것은 본원의 실시예 2에 있어 추가로 주요한 잇점이다.

본 원의 실시예 3의 설명에 있어서는, 기준가스로서 알곤을 사용하여 배기가스와 기준가스의 개개의 혼합물 시료를 질량수 28, 40 및 44에서 각각 나타나는 피이크에 대한 이온화전류 x₂₈, x₄₀및 x₄₄에 대하여 질량분광 분석으로 점검하였다.

시료중 CO 및 CO₂량의 합, q_CO+q_CO2를 다음식에 의해 결정한다.

여기서,

q_Ar은 위 혼합물중 기준가스로서의 측정량 값의 시간에 따르는 변화,

x₄₀은

x₄₀의 시간에 따르는 변화, b₁, b₂, b₃및 b₄는 적어도 4회 제강공정을 실시하여 미리 결정한 상수이며, q_CO+q_CO2, x₂₈, x₄₀및 x₄₄는 위에서 밝힌바와 같고, 점검식 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량은 g_CO+g_CO2의 측정치에서 결정된다 Q가 배기가스의 미지의 양, P가 배기가스의 미지의 총압력, L이 장치에서 유출하는 공기의 미지의 양, go₂가 랜스(9)를 통하여 취입하는 산소의 양, C'Ar이 취입산소중 Ar의 함량, PP_Ar이 다공플러그를 통하여 취입되는 Ar의 양, CN₂가 공기중의 N₂함량, C_Ar이 공기중의 Ar의 함량, S_Ar이 Ar에 대한 질량측정계(15)의 감도, P_Ar이 시료중 Ar의 분압,

P_Ar이 시간에 따르는 P_Ar의 변화, g_Ar의 배기가스중 Ar의 양,

g_Ar이 기준가스로서 Ar의 도입에 의한 시간에 따르는 x₄₀의 변화,

x₄₀이 시간에 따르는 x₄₀의 변화라 하면 다음식이 구체화된다.

Q/P=

q_Ar

P_Ar=q_CO2/P_CO2=q_CO/P_CO=q_N2/P_N2=q_Ar/P_Ar‥‥‥‥‥‥‥‥‥[15]

X₄₀=S_Arㆍ

P_Ar및 X₄₀=S_ArㆍP_Ar‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥[16]

q_N2=C_N2ㆍL ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥[17]

q_Ar=C_ArㆍL+C'_Arq_O2+PP_Ar‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥[18]

식 [3], [4] 및 [15] 및 [18]에서 다음식이 얻어진다.

여기서, b₁, b₂, b₃및 b₄는 다음과 같다.

b₁= S_Ar/S_CO

b₂= -S_N2/S_COㆍC_N2/C_Ar

b₃= S_Ar/S_CO2-π_CO2ㆍ28ㆍS_Ar/S_CO

및 b₄= S_N2/S_COㆍC_N2/C_Ar(C'_Arㆍq_O2+PP_Ar)

b₁, b₂, b₃및 b₄가 위에서 밝힌바와 같이 특정장치의 상수이므로, 이들 상수를 적어도 4회 동일 공정을 반복하여 미리 결정할 수 있다. 일단 b₁, b₂, b₃및 b₄가 미리 결정되면, x₂₈, x₄₀, x₄₄,

x₄₀및

q_Ar을 점검하여 식[19]에 의해서 g_CO+g_CO2를 결정하는 것이 가능하다.

제3도는 식[3], [16] 및 [4]에 의해 표시되는 질량수 28, 40 및 44에 대한 이온화 전류 x₂₈, x₄₀및 x₄₄를 도해한 것이다.

q_CO+q_CO2의 측정치에서 점검시에 탈탄율(

)와 탈탄량(

c)은 식[12] 및 [13]에 의해 각각 결정할 수 있다. 위에서 설명한 실시예 3에는 감도 S 및 패턴계수 π를 각각 미리결정할 필요가 없다는 점에서 잇점이 있다. 이 구체적 설명에는 동일한 기기 설치에 동일한 조건하에서 복수 가열을 반복하여 실시할 때 특히 유효하다. 기준가스로서 알곤은 기준가스 인입관(19)을 통하여 배기가스의 흐름에 단속적으로 도입할 수 있다.

장치에 도입되는 기준가스의 양에 대해서는 실시예 1예에서 설명한 것을 응용할 수 있다. 그러나, 배기가스와 기준가스의 혼합물의 선정량(중량)을 채취하는 것은 바람직하다 하더라도 실시예 2에서 설명한 바와 같은 동일한 이유 때문에 결정적이 아니다. 더 나아가서, 실시예 2 와 비교할 때 실시예 3은 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 탈탄율 또는 탈탄 결정량에 의해 탈탄공정 과정에서 용융강은 소요의 조건으로 조절된다.

특히, 탈탄 공정을 복수단계로 실시할 때 각 단계의 종결점에서 용융강의 탄소함량은 취입산소량, 혼합 취입가스의 비와 압력, 합금원소의 추가, 슬레그량 및 장치에 영향을 미치는 제반 파라미터를 적당히 조절함으로써 예정치까지 조절된다. 본 발명을 다음의 실시예에 따라 더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 본 발명의 실시예 1을 설명한다.

제1도에서 설명한 45톤 VOD로를 사용하여 여러번 예비시험을 실시하였다. 탈탄되는 용융강 약 45톤을 레이들(2)내에 유지시키면서 랜스(9)를 통해 산소를 취입하거나 또는 다공플러그(11)를 통하여 알곤을 기포화하여 알곤의 변화량을 기준가스 인입관(19)을 통하여 도입하는 반면

q_A를 유량계(21)에 의해 정확히 측정하였다.

질량수(m/e)40에서 이온화 전류변화

x_Ax 측정하였다. 배기수단에 의하여 형성된 서로 다른 일정한 진공도에서 측정을 반복하는 반면에 질량분광계(15)의 시료인입 장치로 인도되는 배란에 구성한 조절밸브(도시생략)의 컨덕턴스를 일정하게 유지시켰다. 그 결과를 제2도에 표시하였다.

제2도는 질량수(m/e) 40에서 이온화 전류의 변화 Δx_A가 각각 상압하에서 기준가스로서 도입되는 알곤량을 변화 Δq_A에 비례한다는 것을 나타낸다. 각 직선의 기울기로 부터 각각 표시된 진공도(P₀)에서 알곤에 대한 질량분광계(15)의 감도를 결정할 수 있다 레이들(2)에서 용융강을 취출하고 산소 및 알곤에 취입을 실시하지 않는 또 다른 예비실험에서는 기준가스 인입관(19)을 통하여 관(7)으로 도입되는 알곤량의 변화에 따르는 이온화 전류의 변화 ΔX_A를 점검하였으나, 유사한 결과가 얻어졌다.

기준가스로서 He 또는 N₂를 사용하여 실시한 결과 유사한 예비실험에서는 유사한 결과를 얻었다.

그러나, 서로 다른 기준가스는 동일한 진공도에서 서로 다른 기울기로 된다는 것을 지적할 수 있다.

He를 기준가스로서 사용하여 다공플러그(11)를 통해 처리되는 용융강에 도입되는 또 다른 하나의 예비실험에서도 유사한 결과를 얻었다.

예비실험에서 사용한 바와 같이 VOD로에서 스테인레스강의 가열을 4회 실시하였다.

용융강의 초기 조성은 C 0.252 내지 0.286중량%, Ni 약 8.9중량%, Cr 약 18.3중량%, Mn 약 0.5중량% 및 Si 약 0.4중량%이었다.

가열번호 1 및 2 에서 위 조성을 가진 용융강 약 45톤 레이들(2)에 넣고 배기장치에 의한 종래의 VOD 공정으로 처리하여 로 내에서 환원압을 조성하도록 조작하고 배기장치의 작동을 계속하는 반면에 랜스(9)를 통한 산소와 다공플러그(11)를 통한 알곤을 레이들(2)내의 용융강에 도입하였다.

종결점에서 용융강의 고유 탄소함량이 0.05중량%이었다.

처리공정 과정에서 기준가스로서 알곤을 기준가스 인입관(19)을 통하여 관(7)에 단속적으로 도입하는 한편, 유량계(21)로 정확히 측정하였다.

관(19)을 통하여 도입된 알곤의 유속을 약 1001/min이었고 60초의 1주기당 2.5분마다 흐름을 정지시켰다.

배기가스와 알곤 기준가스의 개개의 혼합물의 예정량을 시료인입관(16)을 통하여 질량분광계(15)의 시료인입장치에서 연속적으로 채취하고 ΔX_A, X₁₄, X₂₈및 X₄₄에 대하여 계속 점검하였다.

측정치는 고속 기록계에서 기록되어 식[2] 내지 [6] 및 [10] 내지 [13]의 풀이에 대한 프로그램을 가진 콤퓨터로 처리하여 매순간마다 용융강의 탈탄량 ΔC cal을 결정하였다.

가열번호 3 및 4에서는 알곤 대신 기준가스로서 He를 사용하여 He원에서 다공플러그(11)를 통하여 처리되는 용융강에 단속적으로 도입되는 것을 제외하고는 가열번호 1 및 2의 일반공정을 반복하는 한편 용융강을 유량계(23)로 정확히 측정하였다.

도입된 He의 유속은 약 201/min이었고, 흐름은 60초의 1주기당 2.5분마다 중지하였다.

각 가열 종결에서 용융강의 실제 탄소함량, Cact%는 처리된 용융강의 채취와 화학분석에 의해 결정하였다.

가열번호 1,2,3 및 4에 대하여 화학분석으로 결정한 Cact%값과 질량분광 분석으로 결정한 Ccal%값(종결점에서) 사이의 차이 Cact-Ccal은 각각 0.012%,-0.006%, -0.008% 및 0.014% 이었다.

[실시예 2]

본 실시예는 실시예 2를 예시한 것이다.

실시예 1에서 설명한 가열 제3 및 4에서와 같이 스테인레스강의(26) 가열을(가열 제5 내지 30) 반복하였다.

가열 제5 내지 12에서 얻어진 데이터는 식[14"']에서 상수 a₁,a₂및 a₃의 결정에 이용하였다

각각 남은 18 가열, 제13 내지 30에서 Δq_A, Δx₄, x₁₄, x₂₈및 x₄₄를 질량분광계(15) 및 유량계 (23)으로 계속 점검하고 매순간마다 용융강의 탄소함량을 결정하기 위하여 식[12] 및 [13]의 풀이에 대한 프로그램을 가진 컴퓨터로 점검치를 처리하였다.

각 가열 종결에서 용융강의 실제 탄소함량 Cact%는 화학분석에 의해 공정의 종결점에서 결정하였다.

질량분광 분석으로 예측되는 C%값과 화학분석으로 결정되는 Cact%값 사이의 차이는 18가열중 16가열에 있어 ±0.020%의 범위내에 있었다.

[실시예 3]

본 실시예는 본 발명의 실시예 3을 예시한 것이다.

실시예 1에서 설명한 가열번호 제1 및 제2와 같이 스테인레스강의 32가열(가열 제31 내지 62)을 반복하였다.

가열 제31 내지 40에서 얻은 데이터를 식[14"']에서 상수 b₁,b₂,b₃및 b₄결정에 이용하였다.

각각 남은 22가열 제41 내지 62에서 Δq_Ar, Δx₄₀, x₄₈, x₄₀및 x₄₄를 질량분광계(15) 및 유량계(21)에 의해 연속적으로 점검하였다.

점검치를 처리하여 식[12] 및 [13]의 풀이의 프로그램을 가진 콤퓨터로 매 순간마다 처리되는 용융강의 탄소함량을 결정하였다.

각 가열 종결에서 용융강의 실제 탄소함량 Cact%를 화학분석으로 결정하였다.

22가열중 21가열에 대하여 본 발명 방법에 의한 화학분석 측정치와 질량분광 분석예측치 사이의 차이는 ±0.015% 범위내에 있었다.

본 발명은 여러가지 잇점을 가진다. 무엇보다도 측정이 정확하며 일정하다.

또한, 소량의 시료로서 측정에 충족시킬 수 있다는 사실로 보아 시료를 여과하는데 필요로 하는 수단이 간단하며 질량분광계로 시료를 이송하는 시간이 짧다.

더우기, 채취가스중의 CO 및 CO₂함량이 전 배기가스량을 측정할 필요도 없이 밀리 세컨드(milli-second)로 단시간 이내에 하나의 기기와 동일기기로 동시에 측정할 수 있다.

점검된 파라미터(이온화전류)가 전기적 성질을 갖고 있으므로 진행중 공정에 대하여 기록계와 컴퓨터로 직접 용이하게 전송될 수 있다.

이와같이, 매 순간마다 탈탄율 또는 탈탄량을 결정하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 대표적인 VOD 공정에 대하여 실시예에서 언급한 반면에 그 공정 또는 단계에서 산소취입 및 알곤 기포에 관계없이 밀폐영역의 감압이나 밀폐영역의 배기가스의 강제 배기에 의한 용융강의 탈탄을 구성하고 있는 한 본원 방법은 여러가지의 공정 또는 단계에서 응용할 수 있다.

더 나아가서, 식[13]의 총 C%와 초기 %에 의한 제강공정을 제어하는 대신, 그 공정은 또한 처리되는 특 수강에 대하여 별도로 미리 결정한 탈탄형에 따라 어떤 시간에서 결정한 탈탄율을 사용하여 제어할 수 있다.

본 발명의 범위와 그 기술사상에서 벗어나지 않고 당업자들로부터 여러가지의 변형을 할 수 있다.

예컨데, 이들의 변형이 다음과 같이 구체화된다.

1. 위 시료의 예정량을 질량수 12, 14, 28 및 44에서 나타나는 피이크의 이온화 전류와 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류를 질량 분광 측정으로 점검하여 위 시료에서 CO 및 CO₂의 분압을 질량수 12, 14, 28 및 44에서 피이크에 대한 이온화 전류의 측정치로부터 계산하고, 시료중 CO 및 CO₂의 량을 CO 및 CO₂의 분압계산치, 위 혼합가스중 기준가스량의 계산치 또는 시간에 따르는 변화값 및 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류의 측정치 또는 시간에 따르는 변화값에서 계산되며, 점검시에 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량을 위 시료중 CO 및 CO₂량의 계산치로부터 계산하는 제강공정의 제어방법.

2. 기준가스를 알곤, 헬륨 및 질소로 구성하는 그룹에서 선택하여 배기가스의 흐름에 연속적으로 도입하는 제강공정의 제어방법.

3. 기준가스가 헬륨이며 처리되는 용융강에 단속 또는 연속으로 도입하는 제강공정의 제어방법.

4. 위 시료를 질량분광 측정으로 질량수 44에서 나타나는 피이크에 대한 이온화 전류 X₄₄, X₁₂, X₁₄로 구성하고 있는 그룹에서 선택된 Xn 및 Xm, 질량수 12, 14 및 28에서 각각 나타나는 피이크에 대한 이온화 전류 X₂₈, 기준가스의 어미 피이크에 대한 이온화 전류 X_A에 대하여 점검하고, 시료중의 CO 및 CO₂량의 합, qco+qco₂를 다음의 식에 따라 측정되는 제강공정의 제어방법.

식 중에서, Δq_A는 위 혼합가스중 기준가스의 측정량 값의 시간에 따르는 변화, ΔX_A는 시간에 따르는 X_A의 변화 a₁,a₂및 a₃는 적어도 3회 제강공정을 실시함으로써 미리 결정하는 상수, α는 바이어스 계수, qco+qco₂, ΔXn, Xm 및 X₄₄는 위에서 설명한 바와 같고, 점검시에 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량은 qco+qco₂의 측정치에서 계산됨.

5. 배기가스와 개개의 혼합물의 예정량을 질량분광 측정으로 점검하는 제강공정 제어방법.

6. 기준가스를 Ar, He 및 N₂로 구성하는 그룹에서 선택하여 배기가스의 흐름에 단속적으로 도입되는 제강공정 제어방법.

7. 기준가스가 헬륨이며 처리되는 용융강에 단속적으로 도입되는 제강공정의 제어방법.

8. 알곤을 기준가스로 사용하여 위 시료를 질량번호 28, 40 및 44에서 각각 나타나는 피이크에 대한 이온화 전류 X₂₈, X₄₀및 X₄₄를 질량분석 측정으로 점검하고, 위 시료중 CO 및 CO₂량의 합, qco+qco₂를 다음의 식에 의해서 결정되는 제강공정의 제어방법.

식 중에서, Δq_Ar은 위 혼합물 가스중 기준가스로서 Ar의 측정량 값, ΔX₄₀은 X₄₀의 시간에 따르는 변화, b₁,b₂,b₃및 b₄는 최소한 4회 제강공정을 실시함으로서 미리 결정하는 상수, qco+qco₂, X₂₃, X₄₀및 X₄₄는 위에서 설명한 바와 같이, 점검시에 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량은 qco+qco₂의 결정치에서 결정됨.

9. 배기가스와 기준가스의 개개의 혼합물의 예정량을 질량분광 측정으로 점검하는 제강공정 제어방법.

10. 기준가스로서 Ar을 배기가스의 흐름에 단속적으로 도입되는 제강공정 제어방법.

Claims (1)

1. 강압하에서의 밀폐영역에서 용융강(1)의 탈탄과 위 밀폐영역에서 CO, CO₂및 N₂가스로 구성하는 배기 가스의 강제 배기를 구성하는 제강공정 제어방법에서 배기가스에 불활성인 기준가스의 측정량과 배기가스의 개개의 혼합물을 형성하는 단계를 구성하여 위 시료중 기준가스 CO, CO₂, N₂에 대한 선택 피이크의 이온화 전류에 대하여 위 개개의 혼합물 시료를 질량분광 측정으로 점검하고, 선택 피이크에 대한 이온화 전류의 측정치와 위 혼합물중 기준가스량의 측정치를 결정하여 용융강의 탈탄율 또는 탈탄량의 측정치에 따라 제강공정을 제어하는 감압하에서의 제강공정 제어방법.

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