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KR101258767B1 - 전기로 내화물 마모 감지장치 - Google Patents

전기로 내화물 마모 감지장치 Download PDF

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KR101258767B1
KR101258767B1 KR1020100115201A KR20100115201A KR101258767B1 KR 101258767 B1 KR101258767 B1 KR 101258767B1 KR 1020100115201 A KR1020100115201 A KR 1020100115201A KR 20100115201 A KR20100115201 A KR 20100115201A KR 101258767 B1 KR101258767 B1 KR 101258767B1
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KR
South Korea
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low
refractory
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temperature
furnace
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신충용
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 전기로 내화물 마모 감지장치에 관한 것으로서, 구체적으로 전극에 의해 발생하는 전기 아크열에 의하여 쇳물을 생성하는 전기로에 있어서, 본 발명에 의한 전기로 내화물 마모 감지장치는 저취노즐, 노체, 제1 온도센서 및 제2 온도센서를 포함한다.
저취노즐은 노바닥 중앙부로부터 일정 거리에 구비되고, 저취가스가 공급되는 미세관로와 상기 미세관로를 감싸는 저취내화물을 포함한다. 노체는 상기 저취노즐을 감싸는 보호내화물과 철스크랩의 충격을 흡수하고 고온의 쇳물을 저장하는 스탬프부재를 포함한다. 제1 온도센서는 상기 노체 하단으로부터 상기 보호내화물과 상기 스탬프부재 사이로 연장되어 구비된다. 제2 온도센서는 상기 노체 하단으로부터 상기 보호내화물과 저취내화물 사이로 연장되어 구비된다.
본 발명에 따르면, 내화물의 마모 상태를 정확히 판정함에 따라 내화물의 심한 침식으로 인한 사고를 미연에 방지하고, 보수 등의 작업을 적절히 수행할 수 있도록 함으로써 전기로의 건전성을 향상시킬 수 있다.

Description

전기로 내화물 마모 감지장치{Monitoring apparatus for refractories abrasion of electric furnace}
본 발명은 전기로 내화물 마모 감지장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 보다 정확한 온도 정보를 측정하여 전기로의 노체를 구성하는 내화물의 마모상태를 모니터링하는 장치에 관한 것이다.
전기로는 고체상태의 스크랩(Scrap)을 원료로 사용하여, 전기 아크(Arc)열로서 용강을 생산하게 된다. 일반적으로, 용선의 상부에서만 산소를 공급하는 상취 전로는 산소의 탈탄효율 감소로 인해 용강중 산소의 상승 및 슬래그중의 철산화물 상승 등의 부작용을 초래하는 문제점이 있어서 용강의 교반력 강화를 통한 상취 산소의 탈탄산소 효율 증가를 목적으로 전로의 바닥부에 추가로 가스를 공급할 수 있는 저취노즐을 설치한 복합취련전로가 현재 널리 사용되고 있다.
그러나 이와 같은 복합취련전로는 용강중에 가스를 공급하는 저취노즐의 침식으로 인해 저취노즐을 조기에 폐쇄하여 전로가 화지 할 때까지 복합취련의 효과를 거두지 못하는 문제점을 지니고 있다.
또한 전기로 저취교반 시에 취입 가스의 유량을 높이면 교반효과 향상되지만노바닥과 저취 노즐 보호를 위한 내화물의 마모속도를 높이게 되어 수명이 하락할 수 있으며, 용강이 유출되는 사고가 발생할 수 있다.
한편, 전기로에서는 원료가 고체상태일 경우에는 저취교반을 하지 않고, 고체상태의 원료가 용해되어 쇳물이 형성되는 시점에서 출탕이 완료되는 시기까지 저취교반을 하게 된다. 그러나 저취교반을 하지 않는 동안에도 가스를 공급시키지 않게 되면, 저취노즐에 구비된 미세관로가 막히게 되어 저취교반 단계에서 정상적인 작업이 진행되지 않게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
본 발명의 과제는 적절한 보수 시기 등을 감지하기 위하여 저취 교반설비 가동중 노 바닥 및 저취노즐 보호를 위한 내화물을 모니터링하는 수단 및 방법을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여,
전극에 의해 발생하는 전기 아크열에 의하여 쇳물을 생성하는 전기로에 있어서, 본 발명에 의한 전기로 내화물 마모 감지장치는 저취노즐, 노체, 제1 온도센서 및 제2 온도센서를 포함한다.
저취노즐은 노바닥 중앙부로부터 일정 거리에 구비되고, 저취가스가 공급되는 미세관로와 상기 미세관로를 감싸는 저취내화물을 포함한다. 노체는 상기 저취노즐을 감싸는 보호내화물과 철스크랩의 충격을 흡수하고 고온의 쇳물을 저장하는 스탬프부재를 포함한다. 제1 온도센서는 상기 노체 하단으로부터 상기 보호내화물과 상기 저취내화물 사이로 연장되어 구비된다. 제2 온도센서는 상기 노체 하단으로부터 상기 보호내화물과 스탬프부재 사이로 연장되어 구비된다.
또한 본 발명은 마모 감지부와 표시부를 더 포함할 수 있다. 마모감지부는 상기 제1 온도센서로부터 전달되는 온도 데이터가 기 설정된 기준온도 이상인 경우 제1 단계 신호를 발생하고, 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서가 각각 기 설정된 기준온도 이상인 경우에는 제2 단계 신호를 발생한다.
표시부는 마모 감지부로부터 전송되는 상기 제1 단계 및 제2 단계신호에 따라 오디오,비디오, 텍스트 중 적어도 어느 하나 이상의 사용자가 인식할 수 있는 신호를 발생한다.
나아가 상기 전극은 상기 저취노즐 사이마다 구비되고, 상기 전극 하부에 제3 온도센서가 구비될 수 있다. 이 때 상기 마모 감지부는 상기 제1 온도센서, 제2 온도센서 및 제3 온도센서가 각각 기 설정된 기준온도 이상인 경우에는 제3 단계 신호를 발생한다.
한편, 상기 저취노즐은 각각 일정거리만큼 이격될 수 있다.
나아가 상기 저취노즐은 3개가 구비될 수 있다. 이 때 상기 전극은 상기 저취노즐 사이마다 인접하는 저취노즐과 동일 거리에 구비된다.
또한 상기 제1 온도센서는 노바닥으로부터 노바닥 두께의 15 내지 25%에 해당하는 지점의 온도를 측정할 수 있다.
또한 상기 제2 온도센서는 노바닥으로부터 노바닥 두께의 5 내지 15%에 해당하는 지점의 온도를 측정할 수 있다.
상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,
본 발명에 의한 내화물 마모 감지장치는 종래에 비하여 정확한 온도를 측정할 수 있게 됨으로써, 노체를 구성하는 내화물의 마모 상태를 정확히 판정할 수 있게 되었다.
또한 내화물의 마모 상태를 정확히 판정함에 따라 내화물의 심한 침식으로 인한 사고를 미연에 방지하고, 보수 등의 작업을 적절히 수행할 수 있도록 함으로써 전기로의 건전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전기로 및 저취교반 시설의 모습을 나타내는 개략도이다.
도 2는 저취노즐의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3은 노체 바닥이 마모, 침식된 모습을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 온도센서가 구비된 모습을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 내지 제3 센서의 위치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 의한 마모 감지장치의 개략적인 모습을 나타내는 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 상하좌우 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.
도 1 및 도 2를 참조하여 전기로 및 저취교반 설비에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 전기로 및 저취교반 설비의 모습을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 의한 저취노즐(120)의 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
전기로(100)는 전극에 전류를 토함으로써 전극과 철스크랩 사이에 발생하는 아크열에 의하여 고철을 용해하여 쇳물을 제조한다. 이 때 용강중 산소의 상승 및 슬래그중의 철산화물 상승 등의 부작용을 저감하기 위하여 노체(130) 바닥에 추가로 가스를 공급할 수 있는 저취노즐(120)을 구비한다. 이 때 가스공급관(110)으로부터 저취노즐(120)의 각각으로 이어지는 지로(111)를 통하여 저취가스가 공급된다.
노체(130)는 스탬프부재(132)와 보호내화물(131)을 포함한다. 스탬프부재(132)는 철스크랩 등에 의한 충격을 완화시키고 고온의 쇳물을 담는 역할을 하게 된다. 보호내화물(131)은 후술할 저취내화물(122)과 스탬프부재(131)의 사이에 구비된다.
한편, 전극(150; 도 5 참조)은 전기로의 아크열을 발생시키는 장치이다. 전극(150)은 노바닥의 중앙부로부터 일정 거리만큼 떨어지도록 복수개가 구비된다. 한편, 아크열의 고른 분산을 위하여 각 전극(150) 각각은 일정 거리만큼 이격되도록 구비하는 것이 바람직하다. 또한 후술할 측정 온도의 정확성을 위하여 저취노즐(120) 사이마다 구비되고, 인접하는 저취노즐(120)과도 같은 거리만큼 이격되도록 구비하는 것이 바람직하다.
저취노즐(120)은 전기로 하부 내화물 중앙부로부터 일정거리에 복수개가 구비된다. 저취노즐(120)은 용강의 침투를 막고, 저취가스를 안정적으로 공급하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 직경 1mm 내외의 스틸파이프로 이루어진 복수의 미세관로(121)로 이루어진다. 미세관로(121)의 주위에는 미세관로(121)를 보호하기 위한 저취내화물(122)이 구비된다. 저취 내화물(122)은 미세관로(121)의 주변을 감싸도록 구비된다. 한편, 저취노즐(120)은 노바닥 중앙부로부터 일정 거리에 구비된다. 즉 노바닥 중앙부에서 일정거리만큼 떨어진 지점에 원형으로 둘러 구비된다. 또한 저취노즐(120) 각각은 일정 거리 이격되도록 구비하는 것이 바람직하다. 일정 거리만큼 이격됨으로써 저취교반의 효율이 향상되고, 인접하는 저취노즐(120)의 온도에 의한 영향이 최소화 됨으로써 후술할 제1 및 제2 온도센서에 의한 온도측정의 정확도가 향상된다. 한편, 저취노즐(120) 및 노체(130)와 접촉하는 쇳물의 온도가 고온인 것을 고려하면, 충분한 거리를 두고 온도측정이 이루어질 수 있도록 3개의 저취노즐(120)이 구비되는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 5를 참조하여 노체(130)의 바닥 및 저취노즐의 마모 및 침식에 대하여 설명한다. 도 3은 노체(130) 바닥 및 저취노즐의 마모된 모습을 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 발명의 제1 내지 제3 센서의 위치를 설명하기 위한 개략도이다.
노체(130)의 바닥 상부에는 스탬프 부재(132), 보호내화물(131), 저취내화물(122) 및 미세관로(121)가 노출된다. 스탬프 부재(132), 보호내화물(131), 저취내화물(122) 및 미세관로(121) 각각은 구비된 목적이 상이하므로, 일반적으로 각 구성성분 또한 상이하다. 이러한 차이로 인하여 제강공정이 진행될수록 마모 및 침식의 속도가 다르다. 스탬프 부재(132)의 경우에는 철스크랩의 충격에 의한 마모 쇳물의 열에 의한 마모, 교반에 의한 마모 등의 이유로 침식이 일어나게 된다. 한편, 저취가스의 교반이 일어나는 경우 초기의 쇳물에는 액상 및 고체상의 금속이 부유하게 되므로 교반이 활발한 저취노즐(120) 부근에서 침식이 가장 많이 일어나게 된다. 이 중에서도 특히 강성이 비교적 약한 보호내화물(131)과 저취내화물(122)의 침식이 활발하게 일어난다. 미세관로(121)의 경우에는 스틸 재질로 형성되므로 보호내화물(131)과 저취내화물(122)에 비하여 침식 또는 마모 속도가 비교적 늦다.
도 4 및 도 5를 참조하여 제1 내지 제3 온도센서를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 및 제2 온도센서가 구비된 모습을 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 내지 제3 센서의 위치를 설명하기 위한 개략도이다.
제1 온도센서(210)는 노체(130) 하단으로부터 보호내화물(131)과 저취내화물(122) 사이로 연장되어 구비된다. 이 때 제1 온도센서(210)는 노바닥 두께의 15 내지 25%에 해당하는 지점의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 하단으로부터 노바닥 두께의 25% 지점 위에 구비되는 경우에는 침식이 진행함에 따라 쇳물에 노출되어 소손될 우려가 있다. 즉 제1 온도센서(210)의 높이를 필요이상으로 높게 구비하는 경우에는 자주 노바닥을 보수해야하는 경제적, 시간적 부담이 따르게 되고, 온도센서의 건전성에도 악영향을 미치게 된다. 한편, 제1 온도센서(210)의 높이가 노체(130) 바닥으로부터 15% 이하의 두께 부근에 구비되는 경우에는 측정된 온도 데이터의 편차가 커져 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다.
한편, 제1 온도센서(210)는 침식이 가장 활발한 보호내화물(131)과 저취내화물(122) 사이에 구비됨으로써 후술할 제2 또는 제3 온도 센서보다 측정되는 온도가 가장 높게 형성되며, 가장 빨리 기준치 이상의 온도에 도달할 확률이 높다.
제2 온도센서(220)는 노체(130) 하단으로부터 보호내화물(131)과 스탬프부재(132) 사이로 연장되어 구비된다. 이 때 제2 온도센서(220)는 노바닥 두께의 5 내지 15%에 해당하는 지점의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 제2 온도센서(220)는 두번째로 침식이 활발한 보호내화물(131)과 스탬프부재(132) 사이에 구비되기 때문에 제1 온도센서(210)에 이어 기준 온도에 도달할 확률이 높다. 또한 제1 온도센서(210)가 침식에 의하여 소손된 경우라도 2차적인 온도측정장치로서 기동하기 위하여 제1 온도센서(210)에 비하여 구비될 높이를 줄이는 것이 바람직하다. 제2 온도센서(220)가 15% 이상인 경우에는 침식 또는 마모에 의하여 제1 온도센서(210)가 소손된 후 제2 온도센서(220)까지 소손되기까지 걸리는 시간이 너무 짧아 충분한 대비의 시간이 부족하게 되며, 너무 5% 이하로 낮은 높이에 구비되는 경우에는 측정된 온도의 편차가 커서 데이터의 신뢰성이 떨어지게 된다.
한편, 저취노즐(120) 및 노체(130)와 접촉하는 쇳물의 온도가 고온인 것을 고려하면, 충분한 거리를 두고 온도측정이 이루어질 수 있도록 3개의 저취노즐(120)이 구비되는 것이 바람직하며, 전극(150) 또한 저취 노즐(120)의 사이마다 1개씩 총 3개를 구비하되, 각각 일정한 거리를 두고 이격되도록 하는 것이 신뢰성 있는 온도 데이터의 취득에 유리하다.
제3 온도센서는 각 전극(150)의 하부에 구비되어 전극(150) 부근의 온도를 측정하게 된다. 이 부근의 온도는 제1 온도센서(210) 및 제2 온도센서(220)가 구비된 부근에 비하여 교반에 의한 침식이 줄어들게 되므로 마지막으로 기준 온도에 도달할 확률이 커진다. 이렇게 제1 내지 제3 온도센서가 각 3개씩 총 9개의 온도센서가 구비된다.
도 6을 참조하여 마모 감지부와 표시부를 설명한다. 도 6은 본 발명에 의한 마모 감지장치의 개략적인 모습을 나타내는 블록도이다.
마모감지부(300)는 제1 온도센서(220), 제2 온도센서(210) 및 제3 온도센서(230)와 연결되어 각 온도센서로부터 측정된 온도 데이터를 받는다.
마모감지부(300)는 제1 온도센서(210)로부터 전달되는 온도 데이터가 기 설정된 기준온도 이상인 경우 제1 단계 신호를 발생하고, 이어서 제2 온도센서(220)가 기 설정된 기준온도 이상인 경우에는 제2 단계 신호를 발생한다. 또한 마모 감지부(300)는 이후에 제3 온도센서(230)가 기 설정된 기준온도 이상인 경우에는 제3 단계 신호를 발생한다.
이 때 기준온도라 함은 쇳물의 온도를 한계치로 하여 노체(130) 바닥의 잔여 두께에 비례하는 온도만큼 차감된 값을 의미한다. 즉, 노체(130)의 바닥이 침식 또는 마모되어 노체(130) 바닥의 두께가 감소하여 각 온도센서와 쇳물의 거리가 가까워 질수록 각 온도센서에서 측정되는 온도는 쇳물의 온도에 가까워지게 된다. 따라서 기준온도는 쇳물 온도에서 일정 수준 낮은 온도로 설정될 수 있다. 이러한 기준온도는 전기로의 가동에 따른 경험치에 의하여 연속적으로 수정될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 제1 내지 제3단계는 신호는 예를 들어 Warning(주의요망), Alarm(즉시 조치), Fault(조업 중지)의 의미로 해석될 수 있다. 제3 단계 신호가 발생하는 경우에는 가장 침식 또는 마모가 느린 스탬프부재(132) 까지 일정 수준의 마모가 진행된 상태이기 때문이다.
표시부(400)는 마모 감지부(300)로부터 전송되는 상기 제1 단계 및 제2 단계신호에 따라 오디오, 비디오, 텍스트 중 적어도 어느 하나 이상의 사용자가 인식할 수 있는 신호를 발생한다. 즉, 표시부(400)는 침식이 진행된 상태에 따라 스피커, 모니터 등의 수단을 이용하여 관리자에게 알리게 된다.
본 발명에 의한 작용을 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이 전기로 저취교반 가동 후에는 내화물의 침식이 빨라져 노체 바닥으로 고온의 용강이 유출되는 사고가 발생하며, 저취교반 내화물의 보수시기를 정확하게 판정하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 필요성에 의하여 제1 온도센서(210)를 가장 마모의 진행속도가 빠른 저취내화물(122)과 보호내화물(131) 사이에 구비하고, 제2 온도센서(220)를 다음으로 마모가 빠른 보호내화물(131) 및 스탬프부재(132) 사이에 구비하며, 제3 온도센서를 마모가 가장 느린 전극(150)의 하부에 구비함으로써 단계적인 침식의 진행상황을 정확히 판단할 수 있게 되었다.
이러한 기능에 의하여 내화물 상태를 정확하게 확인하고 내화물 보수를 통하여 노체수명을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 전기로 내화물 마모 감지장치로 구현될 수 있다.
100: 전기로 110: 가스공급관
111: 가스공급관 지로 120: 저취노즐
121: 미세관로 122: 저취 내화물
130: 노체 131: 보호내화물
132: 스탬프부재
210: 제1 온도센서 220: 제2 온도센서
230: 제3 온도센서
150: 전극(3상) 300: 마모 감지부
400: 표시부

Claims (7)

  1. 전극에 의해 발생하는 전기 아크열에 의하여 쇳물을 생성하는 전기로에 있어서,
    노바닥 중앙부로부터 일정 거리에 구비되고, 저취가스가 공급되는 미세관로와 상기 미세관로를 감싸는 저취내화물을 포함하는 저취노즐;
    상기 저취노즐을 감싸는 보호내화물과 철스크랩의 충격을 흡수하고 고온의 쇳물을 저장하는 스탬프부재를 포함하는 노체;
    상기 노체 하단으로부터 상기 보호내화물과 상기 저취내화물 사이로 연장되어 구비되는 제1 온도센서;
    상기 노체 하단으로부터 상기 보호내화물과 스탬프부재 사이로 연장되어 구비되는 제2 온도센서; 및
    상기 제1 온도센서로부터 전달되는 온도 데이터가 기 설정된 기준온도 이상인 경우 제1 단계 신호를 발생하고, 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서가 각각 기 설정된 기준온도 이상인 경우에는 제2 단계 신호를 발생하는 마모 감지부를 포함하는 전기로 내화물 마모 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마모 감지부로부터 전송되는 상기 제1 단계 및 제2 단계신호에 따라 사용자가 인식할 수 있는 오디오, 비디오, 텍스트 중 적어도 어느 하나 이상의 신호를 발생하는 표시부를 포함하는 전기로 내화물 마모 감지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극은 상기 저취노즐 사이마다 구비되고, 상기 전극 하부에 제3 온도센서가 구비되며,
    상기 제1 온도센서, 제2 온도센서 및 제3 온도센서가 각각 기 설정된 기준온도 이상인 경우에는 제3 단계 신호를 발생하는 마모 감지부;를 더 구비하는 전기로 내화물 마모 감지장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저취노즐은 각각 일정거리만큼 이격된 전기로 내화물 마모 감지장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저취노즐은 3개가 구비되고, 상기 전극은 상기 저취노즐 사이마다 인접하는 저취노즐과 동일 거리에 구비되는 전기로 내화물 마모 감지장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도센서는 노바닥으로부터 노바닥 두께의 15 내지 25%에 해당하는 지점의 온도를 측정하는 전기로 내화물 마모 감지장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도센서는 노바닥으로부터 노바닥 두께의 5 내지 15%에 해당하는 지점의 온도를 측정하는 전기로 내화물 마모 감지장치.
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