KR100395104B1 - 전기로의 구동제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철 공정인 전기로에 원료를 장입하여 용해하는 공정에서 전기로 설비의 열을 방열시키기 위한 냉각수의 온도 변화에 따라 전기로의 구동을 제어함으로써 연속조업이 가능하도록 한 전기로의 구동 제어 장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 냉각수 패널의 각 온도 센서를 통해 검출한 냉각수 온도 데이터를 소정 시간 단위로 수집하는 냉각수 온도 데이터 수집부와, 상기 수집된 각각의 온도 데이터를 순차 저장하는 온도 데이터 저장부와, 상기 저장된 과거 온도 데이터 및 현재 온도 데이터를 근거로 하여 소정 시간 이후의 온도 데이터를 예측하는 냉각수 온도 예측부와, 상기 예측된 온도 데이터와 기설정된 냉각수 상한 온도를 비교하는 냉각수 온도 비교부와, 상기 비교 결과 예측된 온도 데이터가 상한 온도 데이터 이상인 경우 현재 설정된 변압기의 출력 전원을 감소시키도록 변압기 구동 제어 신호를 출력하는 설정 전압 출력부와, 상기 설정 전압 출력부로부터 출력된 제어신호에 따라 변압기의 출력 전원을 감소시키도록 변압기의 권선비를 가변시키는 변압기 제어 모터를 구비하여 이루어진다.

Description

전기로의 구동제어장치{CONTROL APPARATUS OF ELECTRIC FURNACE}

본 발명은 전기로의 구동제어장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 제철공정인 전기로에 원료를 장입하여 용해하는 공정에서 전기로 설비의 열을 방열시키기 위한 냉각수의 온도 변화에 따라 전기로의 구동을 제어함으로써 연속조업이 가능하도록 한 전기로의 구동 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철 공정에서 전기로에 원료를 장입한 후 내부에 설치된 전극에 고전류 및 고전압을 인가하고, 이때 발생되는 열에너지에 의해 원료를 용해하게 된다.

도 1은 종래 전기로 설비의 개략적인 구성을 보인 구성도이고, 도 2는 종래 전기로 조업중의 전원 공급에 따른 냉각수 온도 변화를 보인 그래프이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 전기로 설비에서는 전기적 에너지를 공급하는 변압기(6)로부터 전원이 전극 아암(arm)(1)을 통해 전극봉(2)으로 전달되면 전극봉(2) 끝단에서 아크(arc)가 발생되고 이 아크열에 의해 고철을 용해시키게 된다. 이때 발생되는 아크열은 상당히 높은 고온이기 때문에 전기로(5)의 다른 설비를 아크열로부터 보호해야할 필요가 있다. 따라서, 이러한 아크열을 방열시키기 위하여 전기로 내부에는 전기로 노체 철비 주위로 냉각수를 흘려 보내도록 냉각수 패널(panel)(3)이 다수개 일예로 16개 정도가 설치되어 있다. 이 각각의 패널(3)에는 전기로 내부에서 발생되는 아크열에 의한 냉각수의 온도변화를 측정하기 위한 온도센서(4)가 취부되어 있어 원료 용해 작업을 수행하는 중에 냉각수 온도가 특정 온도이상으로 상승하면 전기로 설비를 보호하기 위해 전극봉(2)에 인가되는 전원을 차단시켜 전기로 조업을 일시 중단시키게 된다. .

이때, 온도 센서(4)에 의해 검출된 냉각수 온도는 온도 데이터 입력부(8)로 입력된 후 온도 데이터 비교부(9)에 의해 온도 상한값 저장 테이블(10)로부터 입력받은 냉각수 온도 상승을 경보하기 위한 경계온도 및 변압기(6)의 구동을 트립시키기 위한 트립온도와 각각 비교된다. 이때 비교결과 검출된 냉각수 온도가 경계온도이상이면 신호출력부(11)를 통해 알람 신호를 출력하고, 트립 온도이상이면 전원 차단 신호를 출력하여 변압기(6)로 인가되는 구동 전원을 차단시켜 전기로 내부의 온도가 일정 온도이상으로 상승되는 것을 방지하게 된다.

이와 같이 전기로(5)에서의 원료 용해 작업은 도 2에서와 같이 냉각수 온도에 따라 설비를 보호하고자 하는 측면에서 전기적 에너지를 투입한 후 냉각수 온도가 상승하면 구동을 일시 중단시키는 과정을 반복하게 된다. 그러나, 실제적으로 조업 상황에 따라 통전 중단이 일어나게 되면 용해 작업의 지연 및 생산성이 감소되는 현상을 초래하는 문제가 있다. 또한, 용해 작업의 중단으로 작업시간이 지연되고 전기적 에너지의 추가 투입등과 같은 상당한 손실이 발생되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 전기로에서의 원료 용해 작업중 냉각수 온도 변화 추이에 따라 전극봉에 인가되는 전기 에너지를 단계적으로 가감시켜 조절함으로써 전기로의 통전 중단없이 연속적인 가동이 가능하도록 한 전기로의 구동 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 전기로 설비의 개략적인 구성을 보인 구성도이다.

도 2는 종래 전기로 조업중의 전원 공급에 따른 냉각수 온도 변화를 보인 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 전기로 구동 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 시스템 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각수 온도 예측을 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명을 구현하기 위한 전기로의 구동 제어 장치의 상세한 구성을 보인 회로도이다.

도 6은 본 발명을 구현하기 위한 전기로의 구동 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 냉각수 온도예측에 따른 전기로 조업 상태를 보인 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3:냉각수 패널, 4:온도센서

5:전기로, 20:냉각수온도예측부,

30:냉각수온도비교부, 40:설정전압출력부,

50:냉각수 온도데이타수집부, 60:온도데이타저장부,

70:설정전압데이터입력부 80:냉각수 기준온도 테이블.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기로의 구동 제어 장치는 전기로 내부의 전극봉에 전원을 인가하여 원료를 용해하고, 다수개의 냉각수 패널을 통해 원료 용해시 발생되는 열을 냉각시키도록 된 전기로의 구동 제어 장치에 있어서,

상기 냉각수 패널의 각 온도 센서를 통해 검출한 냉각수 온도 데이터를 소정 시간 단위로 수집하는 냉각수 온도 데이터 수집부와, 상기 수집된 각각의 온도 데이터를 순차 저장하는 온도 데이터 저장부와, 상기 저장된 과거 온도 데이터 및 현재 온도 데이터를 근거로 하여 소정 시간 이후의 온도 데이터를 예측하는 냉각수 온도 예측부와, 상기 예측된 온도 데이터와 기설정된 냉각수 상한 온도를 비교하는 냉각수 온도 비교부와, 상기 비교 결과 예측된 온도 데이터가 상한 온도 데이터 이상인 경우 현재 설정된 변압기의 출력 전원을 감소시키도록 변압기 구동 제어 신호를 출력하는 설정 전압 출력부와, 상기 설정 전압 출력부로부터 출력된 제어신호에 따라 변압기의 출력 전원을 감소시키도록 변압기의 권선비를 가변시키는 변압기 제어 모터를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 전기로의 구동 제어 장치의 구성 및 동작을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 전기로 구동 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 시스템 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기로 구동 제어 장치는 전기로 내부에 설치된 냉각수 패널(3) 각각에서 온도 센서(4)를 통해 검출된 냉각수 온도 데이터를 수집하는 냉각수 온도 데이터 수집부(50)와, 일정 시간 단위로 수집된 각각의 온도 데이터를 저장하는 냉각수 온도 데이터 저장부(60)와, 저장된 과거의 두 시점의 온도 데이터 및 현재 온도 데이터를 근거로 하여 소정 시간 이후의 온도 데이터를 예측하는 냉각수 온도 예측부(20)와, 예측된 온도 데이터와 전기로의 공급 에너지를 제어하기 위하여 기설정된 냉각수 기준 온도를 비교하는 냉각수 온도 비교부(30)와, 비교 결과 예측된 온도 데이터가 기준 온도 데이터 이상인 경우 현재 설정된 변압기의 출력 전력값을 일정 단위로 감소시키도록 변압기 구동 제어 신호를 출력하는 설정 전압 출력부(40) 및 상기 설정 전압 출력부(40)로부터 출력되는 전압탭값으로 변압기의 전압탭을 증가/감소시키는 변압기 제어 모터(14)를 구비하여 이루어진다.

이러한 구성에 있어서, 전기로(5) 내부의 전극봉(3)에 인가되는 아크열의 세기는 전원 공급 장치인 변압기에서 여러 단계로 나누어진 전압/전류값을 변화하여 투입함으로써 조절가능하다. 이때, 변압기에 인가되는 여러 단계로 나누어진 전압/전류값을 전압 탭(tap)이라고 하고, 이 전압 탭은 변압기의 사양에 따라 각각 차이가 있으나 대체적으로 전압 탭값이 작을 수록 출력 전압/전류가 작고, 전압 탭값이클수록 출력 전압/전류값이 크다.

따라서, 변압기의 전압 탭의 설정값에 따라서 전극봉(3)에 인가되는 전기적 에너지의 투입량이 정해지게 된다. 즉, 원료의 용해 효율을 높게 하기 위해서는 많은 전기 에너지를 투입해야 하기 때문에 높은 전압 탭이 설정된다. 이러한 전압 설정 탭은 변압기의 권선비를 가변시킬 수 있도록 된 것으로서 일예로 1탭~21탭까지의 단계로 구분 설정되며 각 탭단계에 따라 변압기의 권선비가 가변되어 전극봉에 인가되는 전류 및 전압값이 각 단계별로 가변되게 된다.

한편, 상기 냉각수 온도 예측부(20)에서는 냉각수 온도 데이터 저장부(60)에 저장된 과거 두 시점의 온도데이터의 평균을 구한 후 2로 나누어 온도변화기울기를 구하고, 기울기와 온도계측주기 일예로 10초를 곱한 후 현재 온도 데이터를 더하여 현재로부터 10초 후의 온도를 예측하게 된다. 도 4는 이러한 본 발명에 따른 냉각수 온도 예측을 설명하기 위한 그래프를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각수 온도 예측은 먼저 온도 예측 주기 N초 일예로 10초를 주기로 한 과거 t1,t2시점에서의 온도곡선의 기울기(S1)를 구한다. 이는 S1= (T2-T1)/(t2-t1)=(44-42)/(20-10)=0.2[℃/초]이다. 또한, 과거 t2,t3시점에서의 온도 곡선의 기울기(S2)는 S2=(T3-T2)/(t3-t2)=0.1[℃/초]로 구할 수 있다. 따라서, 예측 온도 곡선의 기울기(Sp)는 Sp=(S1+S2)/2=0.05[℃/초]가 되고, 현재로부터 온도예측주기 10초가 경과된 후의 예측온도값(Tp)는 Tp=Sp*10+현재 시점의 온도(T3) = 43.5℃로 예측할 수 있다.

한편, 도 5는 본 발명을 구현하기 위한 전기로의 구동 제어 장치의 상세한구성을 보인 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구현하기 위한 전기로의 구동 제어 장치를 구성하는 냉각수 온도 예측부(20)는 냉각수 온도 데이터 수집부(50)로부터 현재 시점(n)에서의 온도값과 n-1번째 시점의 온도값을 입력받아 그 편차를 연산하는 제 1 비교기(AMP1)와, n-1번째 온도값과 n-2번째 온도값의 편차를 연산하는 제 2 비교기(AMP2)와, 제 1 및 제 2 비교기(AMP1)(AMP2)의 편차를 합산하는 가산기(AMP3)와, 가산기(AMP3)에 의해 합산되어 출력되는 값을 설정된 저항값에 따라 소정 등분하여 예측 온도 기울기를 산출하여 출력하는 가변 저항(VR1)을 구비한다. 또한, 가변 저항(VR1)을 통해 출력되는 예측 온도 기울기를 A/D변환한 후 기설정된 온도예측주기 N초를 곱하여 n+1번째 온도상승폭을 연산하는 온도 연산부(21)와, 온도 연산부(21)에 의해 연산된 온도상승폭과 현재 n번째 온도 데이터를 합산하여 n+1번째 예측 온도값을 출력하는 제 2 가산기(AMP5)를 구비하여 이루어진다.

냉각수 온도 예측부(20)를 통해 예측된 n+1시점에서의 예측 온도는 냉각수 온도 비교부(30)로 입력되어 냉각수 기준 온도 테이블(80)로부터 제공되는 트립 온도 상한값과 제 3 비교기(AMP6)에 의해 비교된다. 비교결과 예측 온도가 트립 온도 상한값보다 크면 제 3 비교기(AMP6)는 하이레벨의 신호를 출력하여 트랜지스터(TR1) 및 릴레이(R1)를 온시키게 된다.

설정전압 출력부(40)의 릴레이(R1)가 온되면 설정탭 감소 스위치(SW1)가 온 되어 변압기 제어 모터(14)에 구동전원이 인가되고, 동시에 설정 전압 출력부(40)의 제 4 비교기(AMP7)는 현재 전압 설정된 전압 탭에서 감소탭만큼 전압탭을 감산하여 출력한다. 따라서, 변압기 구동 모터(14)는 제 4 비교기(AMP7)로부터 출력된 설정 전압탭으로 변압기 전압 탭을 조정하여 변압기 출력 전력을 감소시키게 된다.

이하에는 본 발명의 일실시예로써 온도 예측 주기를 10초로 하고, 냉각수 온도 상승시 변압기 전압 설정탭의 감소폭을 2탭으로 설정한 경우에 대한 본 발명의 구동 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명을 구현하기 위한 전기로의 구동 제어 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명에 따른 냉각수 온도예측에 따른 전기로 조업 상태를 보인 그래프이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기로의 구동 제어 방법은 먼저, 단계(S10)에서 냉각수 패널에 각각 마련된 온도센서(4)를 통해서 전기로 내부의 각 지점에서의 냉각수 온도 데이터를 수집한다. 이때 수집되는 데이터는 온도 예측 주기가 10초이므로 10초마다 각 온도 센서(4)로부터 측정된 온도 데이터의 평균값으로써, 수집된 각 시점의 온도 데이터는 온도 데이터 저장부(60)에 시간별로 순차적으로 저장되게 된다.

다음 단계(S20)에서는 상기 단계(S10)에서 수집된 온도 데이터로부터 20초전 온도데이터와 10초전 온도 데이터에 의한 과거 온도 편차와 10초전 온도 데이터와 현재 온도 데이터의 현재 온도 편차로부터 10초 이후의 온도를 예측하기 위한 예측 온도 기울기를 구한다. 이후 단계(S30)에서는 상기 단계(S20)에서 구해진 예측 온도 기울기에 온도계측주기인 10초를 곱한 후 현재 온도를 합산하여 10초후의 냉각수 온도를 예측한다. 단계(S40)에서는 예측된 10초후의 냉각수 온도를 기설정된 트립 온도와 비교하고, 비교결과 냉각수 예측 온도가 트립 온도 일예로 60℃이상인 경우에는 단계(S50)로 진행하여 현재 설정된 전압탭 일예로 19탭에서 감소 설정탭인 2탭을 뺀 값 즉 17탭을 변압기의 새로운 전압탭으로 설정하게 된다. 이렇게 새로운 변압기의 전압탭(17탭)이 설정되면 단계(S60)에서는 설정된 전압탭을 출력하여 변압기의 전압 설정탭을 가변시키는 모터(14)에 인가하여 변압기(15)의 출력 전압/전류를 감소시킴으로써 냉각수 온도 상승에 따른 변압기의 통전중단을 방지할 수 있게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, X시점에서 10초후의 온도를 예측하면 트립온도보다 높게 예측이 되기 때문에 이 시점에서 변압기의 전압탭을 2단계 감소시켜 17탭으로 통전함으로써 전기적 에너지를 감소시켜 냉각수의 연속적인 온도상승을 방지하게 된다. 그후 Y시점에서는 현재온도와 예측온도가 트립온도보다 낮기 때문에 전압 설정탭을 조금 증가시키며 Z시점에서는 냉각수 온도가 상당히 낮아졌기 때문에 원래의 전압설정탭인 19탭으로 증가시켜 용해 작업을 계속한다.

본 발명에 따른 전기로의 구동 제어 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기로의 구동 제어 장치는 전기로 내부의 냉각수 온도를 소정 시간 단위마다 검출하여 10초 후의 온도를 예측하고, 예측된 온도가 변압기 구동 트립 온도이상이면 변압기의 출력 전원을 소정 레벨로 감소시키도록 변압기의 구동을 제어하게 된다.

따라서, 전기로 용해 작업시 과다한 아크열 발생에 의한 노체설비의 과열로부터 설비를 보호함과 동시에 온도 예측을 통해 냉각수 온도가 트립온도이상으로 상승되는 것을 방지함으로서 변압기의 구동을 중단시키지 않고 연속구동이 가능하게 되는 이점이 있다. 이로 인해 불필요한 조업 대기로 인한 생산성 저하를 방지할 수 있으며 전기 에너지의 효율적 사용이 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 전기로 내부의 전극봉에 전원을 인가하여 원료를 용해하고, 다수개의 냉각수 패널을 통해 원료 용해시 발생되는 열을 냉각시키도록 된 전기로의 구동 제어 장치에 있어서,

   상기 냉각수 패널의 각 온도 센서를 통해 검출한 냉각수 온도 데이터를 소정 시간 단위로 수집하는 냉각수 온도 데이터 수집부와,

   상기 수집된 각각의 온도 데이터를 순차 저장하는 온도 데이터 저장부와,

   상기 저장된 과거 온도 데이터 및 현재 온도 데이터를 근거로 하여 소정 시간 이후의 온도 데이터를 예측하는 냉각수 온도 예측부와,

   상기 예측된 온도 데이터와 기설정된 냉각수 상한 온도를 비교하는 냉각수 온도 비교부와,

   상기 비교 결과 예측된 온도 데이터가 상한 온도 데이터 이상인 경우 현재 설정된 변압기의 출력 전원을 감소시키도록 변압기 구동 제어 신호를 출력하는 설정 전압 출력부와,

   상기 설정 전압 출력부로부터 출력된 제어신호에 따라 변압기의 출력 전원을 감소시키도록 변압기의 권선비를 가변시키는 변압기 제어 모터를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기로의 구동 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 온도 예측부는

   상기 냉각수 온도 데이터 수집부로부터 현재 시점(n)에서의 온도값과 n-1번째 시점의 온도값을 입력받아 그 편차를 연산하는 제 1 비교기와,

   상기 n-1번째 온도값과 n-2번째 온도값의 편차를 연산하는 제 2 비교기와,

   상기 제 1 및 제 2 비교기의 편차를 합산하는 가산기(AMP3)와,

   상기 가산기에 의해 합산되어 출력되는 값을 설정된 저항값에 따라 소정 등분하여 예측 온도 기울기를 산출하여 출력하는 가변 저항과,

   상기 가변 저항을 통해 출력되는 예측 온도 기울기에 기설정된 온도예측주기 N을 곱하여 n+1번째 온도 상승폭을 연산하는 온도 연산부와,

   상기 연산된 온도 상승폭에 현재 온도 데이터를 합산하여 n+1번째 예측 온도를 연산하는 제 2 가산기(AMP5)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기로의 구동 제어 장치.