KR100477096B1 - 출선구 개공기 운전제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 출선구를 개공하는 개공기의 운전을 제어하기 위한 방법은 상기 출선구의 개공작업 전에 상기 출선구 심도 및 피드 스피드에 따른 개공완료시점을 설정하는 단계와, 상기 출선구를 개공하기 위해 상기 개공기를 선회시키는 선회실리더의 선회길이를 압력값으로 검출하는 단계와, 상기 출선구의 개공작업 중에 상기 출선구의 심도상승에 따른 압력의 변화를 전류값으로 환산하는 단계와, 상기 개공기가 상기 개공완료시점에 도달하면 상기 개공기를 후퇴시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 설정치에 따른 개공기의 압력이 자동으로 조정되고, 개공완료 시점에서 개공기를 자동적으로 후퇴시키므로, 고온의 대탕도 복사열로 인한 작업자 작업부하 감소 및 설정치에 맞는 적정 에어압력 사용으로 굴착비트의 휨으로 인한 자재 소모를 감소시킴으로서 용선제조 원가를 절감시키고, 작업부하 감소 등의 효과가 있다.

Description

출선구 개공기 운전제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling the operation of the tap hole opener}

본 발명은 용광로에서 용융물이 배출되는 출선구를 개공하는 개공기 운전제어 장치 및 방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 운전실에서 개공기를 선회전진시킨 후 출선구를 굴착하여 개공하고, 용융물이 배출되는 개공완료 시점에서 개공기의 후퇴를 자동으로 행하는 출선구 개공기 운전제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 고로(11) 내부에는 환원용융된 쇳물을 배출하도록 출선구(10-4)를 개공하기 위하여 개공기(10)를 이용한다. 즉, 출선구(10-4)에 소성된 내화물(머드재)에 개공기(10)의 굴착비트(10-3)를 이용하여 구멍을 뚫어 쇳물을 대탕도(10-5)로 배출시킨다.

출선구 개공 후 일정시간이 경과하여 노내 저선 레벨 저하로 공취하게 되면, 개공기(10)를 이용하여 대기하고 있는 다른 출선구(10-4)를 개공하고, 현 출선중인 출선구는 머드건(미도시)을 이용하여 폐쇄작업을 하게 되며 이러한 작업은 연속적으로 수행된다.

그러한 이러한 개공기 운전방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

출선구(10-4)의 개공작업전 굴착비트(10-3)를 개공기에 수작업으로 장착하고, 현장조작반 또는 리모콘으로 개공기를 조작하므로, 개공기의 진입이 안된 상태에서 출선구에 대한 굴착비트의 센터링(CENTERRING)이 부정확하게 된다.

출선구 굴착작업중 피드 전진측의 급격한 에어압력 상승으로 굴착비트(10-3)가 휘어 굴착작업의 어려움이 있어 개공기를 후퇴시킨후 굴착비트(10-3)를 다른 것으로 교체한 후 출선구 개공작업을 다시 수행하므로 굴착비트(10-3)의 과다소모 및 작업자의 작업 부하 증대의 문제가 있다.

개공기의 에어밸브 스탠스(10-1)가 대탕도(10-5)에 근접(1.5m)지점에 있고, 출선구 센터링 작업시 출선구(10-4) 앞에서 고온의 복사열을 받으면서 수작업을 하므로 작업자의 작업부하 증가의 문제점이 있다.

개공완료시점을 정확하게 판단할 수 없으므로 배출되는 용융물에 의해 개공기가 손상되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 출선구를 개공하는 개공기의 출선구에 대한 센터링 작업을 자동으로 수행하고 효율적인 출선구 개공작업을 수행함으로써 작업 부하를 경감할 수 있도록 하는 출선구 개공기 운전제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 고로 출선구를 개공하는 개공기의 운전을 제어하기 위한 방법은 상기 출선구의 개공작업 전에 상기 출선구 심도 및 피드 스피드에 따른 개공완료시점을 설정하는 단계와, 상기 출선구를 개공하기 위해 상기 개공기를 선회시키는 선회실리더의 선회길이를 압력값으로 검출하는 단계와, 상기 출선구의 개공작업 중에 상기 출선구의 심도상승에 따른 압력의 변화를 전류값으로 환산하는 단계와, 상기 개공기가 상기 개공완료시점에 도달하면 상기 개공기를 후퇴시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 출선구 개공기 운전제어방법은 고로 출선구에 대한 개공기의 선회 완료 위치를 압력으로 검출하여 선회완료 및 리프트 다운(LIFT DOWN)을 동시에 수행하는 선회 압력을 검출하고, 출선구의 심도상승에 따른 압력의 변화를 전류값으로 환산하여 피드포스(FEED FORCE)의 설정치에 자동으로 압력을 조절할 수 있는 피드 전진압력을 프로세스 컴퓨터에서 검출하여 계산하고, 출선구 개공작업전 설정한 출선구 심도 및 피드 스피드 신호를 개공완료 시점으로 인식하여 개공기를 자동으로 후퇴시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 출선구 개공기 운전제어장치는 상기 개공기를 선회시키고 후퇴시키는 선회실리더의 선회길이를 압력값으로 검출하는 압력 검출부와, 상기 출선구의 심도에 따라 피드 전진 압력을 제어하는 피드전진 압력조절부를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 출선구 개공기가 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 개공기의 선회실린더의 제어를 위한 주요부가 개략적으로 도시된 구성도이며, 도 4는 도 2의 유량컨트롤패널의 개략적인 구성도이고, 도 5는 도 2의 제어부 모니터가 도시된 구성도이이며, 도 6은 도 2의 개공기에 대한 공정도이다.

본 발명에 따라서 출선구 개공기(20)의 운전을 자동으로 제어하기 위하여, 개공기(20)의 선회 및 리프트 업/다운(LIFR UP/DOWN)을 제공하도록 유압으로 작동되는 선회실린더(20-2), 이 선회실린더(20-2)에 의한 개공기(20)의 이동 정도를 인식할 수 있는 압력검출스위치(20-2B)와, 피드(FEED;도 1의 굴착비트)의 전진길이, 즉 출선구 심도에 따른 피드 전방측의 압력을 제어하고 심도 설정치에 따라서 에어제어밸브(30-1D)와 연계설치되어 전진압력을 조절하는 압력조절변(20-2C)와, 상기한 모든 작용을 제어하기 위해 프로세스 컴퓨터(100)와 연계배치되고 작동 설정을 위한 모니터(도 5참조)를 구비한 제어부(PLC)(110)가 제공된다.

고로 출선구 개공기(20)는 주상 현장의 4본주를 기준으로 하여 회전용 붐(BOOM)에 고정되고, 지상에는 선회 구동용 유압밸브 스탠드(20-4) 및 에어를 구동원으로 하는 에어제어패널(30)이 설치된다.

먼저, 선회전진 실린더(20-2)는 개공기(20)를 선회시키도록 지상과 수평방향으로 고정된다. 그리고, 상기 개공기(20)의 리프트 업/다운(LIFT UP/DOWN)을 위한 실린더(20-3)가 더 포함되어 이루어진다.여기서, 상기 개공기(20)의 선회 및 리프트 업/다운이란, 개공기(20)가 원위치인 수평으로부터 출선구에 피드가 향하도록 위치되면서 센터링작업이 이루어질 수 있도록 회동 및 상/하 이동됨을 말한다.

이러한 선회실린더(20-2)에는 압력검출스위치(20-2B)가 메니플래이트 가이드의 수직방향으로 설치되어 제공되고, 압력검출스프링(20-2A)이 내장된다. 또한, 개공기(20)가 선회완료 지점에 도달되면서 가변되는 압력검출스프링(20-2A)의 압축정도에 따라 작동되는 압력검출스위치(20-2B) 및 압력검출스위치(20-2B)와 연동되면서 제어부(100)와 연계배치되어 개공기 전ㆍ후진을 조절하는 압력조절변(20-2C)이 압력검출스위치(20-2B)의 후방에 배치된다.

또한, 개공기(20)의 작동상태를 제공하기 위한 신호 송,수신용 케이블은 대탕도(10-5)의 고열로 인해 손상이 방지되도록 내열 케이블(미도시)에 의해 보호되고 있으며, 이 케이블은 개공기(20)의 주요부위에 접속되면서 프로세스 컴퓨터(100) 및 제어부(PLC)(110)에 연결된다.

에어구동방식의 피드는 지상의 에어 배관과 연계배치되고, 이 에어 배관은 하나의 에어메인밸브(30-1)에 의해 제어되고 또한 에어메인밸브(30-1)는 피드의 전후진, 햄머 정역타 및 드릴용 에어배관이 설치되고, 각각의 에어배관에는 자동밸브(30-1C)가 설치되며, 피드 전진용 에어배관(30-1A)에는 자동밸브(30-1C) 후단에서 피드의 압력을 제공하는 압력제어 밸브(30-1D)가 설치되고, 그 후단에는 압력발신기(30-1E)가 케이블로 제어부(110)와 연결되어 있다.

도 5의 제어모니터에서 피드의 전진 압력을 설정하고, 이 설정에 대응하는 에어 사용압력에 따라 피드전진이 이루어지게 된다.

그리고, 개공기(20)의 가이드 셀 후방상부에는 피드의 이동을 제어하는 피드 모터(20-1)가 설치되고, 이 모터(20-1)와 연계 설치된 센서(20-1B, 20-1A)에 의해 피드의 전진시 이동거리 및 스피드가 검출된다.

한편, 예를 들어 심도 2000mm에 대응하는 전류값은, 하기 변환식에 의해 구해진다.

5500 : 16 = 2000 : X,

여기에서, 5500은 개공기 가이드 셀의 최대 길이이고, 16은 선회구동용 유압밸브 스탠드의 전류값이다.

상기 변환식에서, X는 4.78 mmA 이므로, 심도 "0"일때의 전류값 4.0 mmA를 더하면, X = 8.78mmA로 전류값이 변환되어 신호가 전송된다.

도 5의 제어모니터에는 개공기(20)와 고로가 단면으로 도식화된 개공표시부(60)와, 피드의 상태가 도시된 그래프(90), 개공기(20)의 작동을 설정하는 개공설정부(70), 개공의 상태가 도시화된 확인부(80)로 구성된다. 상기 개공표시부(60)는 개공기(20)의 기초 데이터 및 진행상태가 가시화되도록 된 것으로, 개공기(20)가 움직이는 상태는 제어부(110)에서 전송받아 제어모니터 화면 표시된 선회부의 화살표로 표기된다. 예를 들어, 개공기(20)가 동작되면 적색, 정지되면 녹색으로 표시하고, 그 동작의 방향은 양측 화살표의 선택적 점멸로 제공된다. 또한, 제어모니터에 제어부(110)에서 전송해온 개공기(20)의 선회 길이가 수치로 표시되고, 리프트의 업/다운길이에 대해서도 수치로 표시되며, 그 길이는 mm로 표기한다.

또한, 피드의 최대 진행거리 및 이동속도가 mm 및 m/s로 수치화되어 표기되고, 피드의 이동방향에 대해 양측 화살표의 선택적 점멸에 의해 가시화되면서 동작상태에서는 적색, 정지상태에서는 녹색으로 표시된다. 그리고, 피드의 전진에 따른 고로 출선구의 개공완료시점에 대한 출선구 심도를 길이로 mm로 표기한다.

출선구 심도 길이는 하기 표기식을 통해 구해진다. 즉,

Tx =T1 - T2,

여기에서, Tx는 출선구 기준점에서 출선구 관통시점까지를 나타내는 출선구 심도이고, T1은 개공기 피드가 최대 후퇴거리에서 출선구 관통시점까지의 총거리이고, T2는 개공기 피드가 최대 후퇴거리에서 출선구 기준점까지의 거리의 거리이다.

한편, 상기 그래프(90)는 개공기(10) 단면도 측부에는 제어부(110)에서 전송해온 출선구 심도 및 피드 스피드에 대해 미리 굴착거리/굴착시간을 X, Y축으로 설정하여 도식화한 것이다. 한편, 개공설정부(70)는 개공기(20)의 작동 데이터를 설정하는 곳으로, 즉 심도설정, 대기시간 및 초기개공 등을 수치로 입력할 수 있다.상기 출선구 개공설정바(70) 측부에 선택 운전 메뉴바가 위치하고 마우스로 제어모니터에서의 운전이 가능하도록 CRT로 선택하면 녹색바탕으로 표시되고, 다른 기능(LOCAL,REMOTE) 선택시 백색 바탕으로 표시되어 조작이 불가능하며, 개공기(10) 진행시 글자색이 적색으로, 완료시에는 적색 바탕으로 표시한다. 상기 확인부(80)는 개공기(20)의 작동 상태 즉, 각 요소의 작동상태가 가시화되도록 구성되어 있다. 한편, 상기 제어모니터에서 표기된 "CRT"는 조작반에서의 선택된 운전 모드가 표시된 것으로, 조작반에서는 CRT, REMOTE, LOCAL 등의 다양한 모드를 선택할 수 있다. 또한, "AUTO"의 표기는 제어모니터에서의 제어모드가 표시된 것으로, 오토, 세미오토, 메뉴얼 방식의 모드가 표시되고, 상기 "AUTO"의 표시부는 상기 조작반에서 "CRT"로 선택되었을 경우, 제어모니터에 의해 자동으로 설정 및 제어가 가능하도록 구성되고, 만약 조작반에서 선택된 운전 모드에 따라 적색 또는 녹색으로 발광된다. 즉, "CRT"를 제외한 다른 운전 모드가 선택되면 적색으로 표시되어 제어모니터에 의한 설정 및 제어가 불가능해진다.

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이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

고로 내부에서 환원용융된 쇳물이 개공기(20)에 의해 개공된 출선구(10-4)를 통해 대탕도로 배출된다. 출선구(10-4) 개공 후 일정시간이 지나면 노내의 저선 레벨의 저하로 공취를 하게되면 대기하고 있는 다른 출선구(10-4)를 개공기(20)가 개공하게 되면 운전실의 조작반에서 개공기(20)의 제어모니터를 선택하여 "CRT"로 선택하고 개공설정부(70)의 심도설정을 확인하게 된다.

심도설정은 선행 출선구 개공시 나타난 심도의 데이터를 받아서 개공심도 설정부에서 자동적으로 인식하고 있으므로 조작은 하지 않으나 조업의 여건상 그 이상의 심도 설정을 하고자 할 때는 조작자의 판단으로 조절할 수 있다.

대기시간은 출선구(10) 센터링 후 출선구의 센터 및 그 밖의 상황 판단을 위하여 1분정도 설정된다.

그리고, 제어모니터에서 자동모드 즉, "AUTO"를 선택하면, 개공기 선회솔레노이드 밸브(20-6)를 개방함으로써 선회실린더(20-2)에 의해 개공기(20)를 선회시키고 선회완료 시점에 압력검출스위치(20-2)가 작동된다. 이때, 압력검출스위치(20-2)는 선회압력, 예를 들어 210 바(bar)의 압력 확인시 선회완료로 인식하고 리프트 다운 솔레노이드 밸브를 개방시킨다. 이 상태에서 개공기 선회 및 리프트 다운동작을 종료하므로, 제어모니터의 "선회" 표식에 인접된 램프가 적색으로 점등된다.

개공기(20)가 출선구에 정렬된 상태인 진입완료의 확인시, 피드는 피드전진 솔레노이드 밸브(30-1A)가 열려 출선구(10-4) 기준점까지 3kg/㎠ 압력으로 진행하게 되고, 확인부(80)의 피드 전진표시부가 적색바탕으로 색상이 변하고, 센터링 작업을 수행하게 된다.

센터링 작업완료 후, 개공기(20)는 개공설정부(70)의 대기시간 설정에 따라 대기하게 되며, 이때 출선구의 센터링 상태 및 그 밖의 상황을 확인하게 되며 센터링이 불량한 경우에는 정지스위치를 눌려 가동을 중지시킬 수 있다.

대기시간이 종료됨과 동시에 개공기(20)는 출선구 개공작업을 개시하게 되며, 각각의 구동용 배관에 설치된 자동밸브(미도시)가 열리면서, 각각의 배관과 연계 설치된 햄머, 드릴, 블로윙하면서 미리 설정된 출선구 심도 및 설정 피드 스피드 만큼 개공하게 된다.

피드의 전진동작은 출선구 개공완료 시점까지 진행되고 있으므로, 제어모니터의 고로단면 형상에서 진행바의 색상이 절반가량 적색바탕으로 변하여 현재 개공기(20)의 상황을 알 수 있도록 하였다.

이 상황에서 운전자는 개공확인부(80)에 위치한 피드 포스 버튼을 조정하며, 이 조작값에 의해, 압력제어밸브(30-1D)가 조절되어 피드의 압력이 조정되면서 피드가 전진하게 된다.

피드 포스는 총 10구간으로 구분하며 각 구간은 다시 10등분으로 구분하여 인식하게 된다. 각각의 등분은 정해진 구간의 설정에 따라 그에 맞는 사용 압력을 지정하므로 피드 전진 상황에 맞게 피드 포스 설정값은 0 ~ 100 범위 내에서 운전자의 선택 및 확인으로 압력을 자동설정하게 된다.

통상적으로, 개공기(20) 피드의 이동 최소 압력은 3kg/㎠ 정도이며, 압력 3kg/㎠ 이하의 압력은 사실상 무시되므로, 피드 포스 설정값도 약 40정도에서 설정하고 개공중에 피드 포스 설정값을 상향 조정하여 개공을 하게 된다. 구간별의 상승 단계에서 사용하는 에어 압력도 비례적으로 상승한다.

출선구 심도는 피드 모터(20-1)와 연계설치된 센서(20-1B, 20-1A)에 의해 피드의 이동길이 및 스피드를 검출하여 확인할 수 있으며, 이 센서(20-1B, 20-1A)로부터 제공된 데이터가 제어모니터가 수치화되어 표시된다. 일 예로, 개공기(20)의 피드 이동거리가 전류값으로 변환하여 제어부(110)로 송출하게 되며, 제어부(110)에서는 전류값을 받아서 수치로 변환하여 이동거리를 모니터에 표시하게 된다.

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피드의 전진스피드는 피드 포스의 설정에 따라 일률적인 속도를 나타내고 있으며, 출선구 개공완료 시점에서는 내화재 굴착의 부하 작업에서 관통시의 무부하 작업으로 이동하므로 급격한 스피드 변화를 가져오므로 이를 출선구 관통으로 인식하게 된다.

이 때, 제어모니터의 고로 단면이 도시된 부위에서 진행바가 개공완료시 적색바탕으로 색상이 변하고 이와 동시에 확인부(80)의 햄머, 드릴, 블로윙의 진행바는 완전 적색바탕으로 색상이 변하게 된다.

출선구 굴착 작업시 부화 상태에서의 스피드 변화를 살펴보면, 대략 4~5m/s 정도의 변화폭을 보이나 무부하 상태에서의 스피드는 60~100m/s로 급격하게 상승하므로, 이를 개공완료 상태로 인식하게 된다.

현 개공기(20)의 스피드 변화폭은 0~45m/s로 설정함이 바람직하다.

출선구의 개공이 완료되면 제어모니터의 고로 단면형상이 도시된 부위에 심도거리가 거리가 표시되고, 이 거리는 다음 해당 출선구 개공 작업 완료시까지 데이터로 사용되어, 개공설정부(70)의 심도설정에 자동적으로 인식하도록 되어 있다.

개공이 완료되면 피드는 후진하게 되며, 이때의 후진라인의 솔레노이드 밸브(30-1B)가 열려 최대 사용압력 7.5kg/㎠를 그대로 받아 단시간에 피드를 후진시키고 확인부(80)의 피드후진 진행바 색상을 적색으로 변화시킨다. 피드 전진과 달리 압력 제어 밸브가 없어 솔레노이드 밸브(30-1B)가 열릴 때 개공기 에어 사용 압력으로 후진하게 된다.

피드 후진이 완료되면 개공기(20)는 리프트 업과 동시에 개공기를 후퇴시킨다.

동작은 유압밸브 스탠드의 솔레노이드 밸브가 열리면서 동작하게 되고 확인부(80)의 선회 후퇴 중이라는 표시부가 적색으로 변하고, 후퇴 완료시 후퇴완료 표시부에 적색으로 색상을 변하게 한다.

출선구 개공작업시 나타나는 출선구 심도 및 피드 스피드는 그래프(90)로 진행상태를 나타내고 있다.

출선구 심도는 거리/굴착시간(분)으로 나타내고, 스피드는 스피드변화/굴착시간으로 상승 곡선으로 표시하게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 개공기의 진행상태를 확인하고, 운전하며, 개공기의 설정부에서 설정치를 입력하고 확인하므로, 설정치에 따른 개공기의 압력이 자동으로 조정되고, 개공완료 시점에서 개공기를 자동적으로 후퇴시키므로, 고온의 대탕도 복사열로 인한 작업자 작업부하 감소 및 설정치에 맞는 적정 에어압력 사용으로 굴착비트의 휨으로 인한 자재 소모를 감소시킴으로서 용선제조 원가를 절감시키고, 작업부하 감소 등의 효과를 가져온다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

도 1은 일반적인 출선구 개공기가 개략적으로 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 출선구 개공기가 개략적으로 도시된 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 개공기의 선회실린더의 제어를 위한 주요부가 개략적으로 도시된 구성도, 도 4는 도 2의 유량컨트롤패널의 개략적인 구성도,도 5는 도 2의 제어부 모니터가 도시된 구성도,도 6은 도 2의 개공기에 대한 공정도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 개공기

20-1 : 피드 모터

20-1A : 스피드 검출센서

20-1B : 이동거리 검출센서

20-2 : 선회전진 실린더

30-1C : 자동밸브

110 : 제어부

Claims (3)

1. 고로 출선구를 개공하는 개공기의 운전을 제어하는 제어부를 갖는 제어장치에 있어서,

   상기 개공기를 선회시키고 후퇴시키는 선회실리더의 선회길이를 압력값으로 검출하는 압력 검출부와,

   상기 출선구의 심도에 따라 피드 전진 압력을 제어하는 피드전진 압력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출선구 개공기 운전제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 개공기에는 상기 피드의 이동거리를 검출하는 제1검출수단과, 상기 피드의 스피드를 검출하는 제2검출수단이 제공된 것을 특징으로 하는 출선구 개공기 운전제어장치.
3. 고로 출선구를 개공하는 개공기의 운전을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   상기 출선구의 개공작업 전에 상기 출선구 심도 및 피드 스피드에 따른 개공완료시점을 설정하는 단계와,

   상기 출선구를 개공하기 위해 상기 개공기를 선회시키는 선회실리더의 선회길이를 압력값으로 검출하는 단계와,

   상기 출선구의 개공작업 중에 상기 출선구의 심도상승에 따른 압력의 변화를 전류값으로 환산하는 단계와,

   상기 개공기가 상기 개공완료시점에 도달하면 상기 개공기를 후퇴시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 출선구 개공기 운전제어방법.