KR100491004B1 - 전기로의 버너 유량제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로의 버너 유량제어방법에 관한 것으로, LPG와 산소의 혼합가스를 연료로 사용하는 버너(burner)가 보조열원으로 수개 설치된 전기로의 버너 유량제어방법에 있어서, 전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 전력량의 변화단계를 설정하고, 상기 전력량의 변화단계에 상응하는 LPG유량과 산소비를 사전에 설정하는 유량제어패턴 테이블의 작성 단계; 전기로에 투입되는 전력량을 측정하는 단계; 상기 유량제어패턴 테이블에서 상기 측정된 투입전력량에 상응하는 유량제어패턴을 선택하는 단계; 상기 버너에 공급되는 LPG의 차압을 검출하여 LPG유량의 실제값을 연산하는 단계; 상기 연산된 LPG유량의 실제값의 변화에 따라 산소유량의 설정값을 연산하고, 버너에 공급되는 산소의 차압을 검출하여 산소유량의 실제값을 연산하는 단계;및 상기 LPG유량과 산소유량의 설정값으로부터 실제값을 차감하여 각각 제어목표값을 연산하고, 상기 제어목표값에 의하여 LPG 유량밸브와 산소 유량밸브를 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기로의 버너 유량제어방법{A METHOD OF CONTROLLING FUEL FLUX AT BURNER OF ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은 제강공정에 있어서 전기로의 버너 유량제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 LPG와 산소의 혼합가스를 연료로 사용하는 버너(burner)가 보조열원으로 수개 설치된 전기로에서 용강의 특성에 따라 설정된 전력량의 변화단계에 상응하는 LPG유량과 산소의 혼합비율을 사전에 설정하여 조업컴퓨터에서 작성 입력함으로써 LPG유량과 산소유량을 자동제어할 수 있는 전기로의 버너 유량제어방법에 관한 것이다.

제철소내 제강공정은 고로에서 토페도카(torpedo ladle car)로 이송된 용선, 고철 및 부원료를 전기로에 장입한 후 산소를 불어 넣어 용선 중의 불순물을 제거시키고 필요한 성분을 첨가시켜 목표성분과 적정온도를 가진 용강을 만드는 공정이다. 이러한 제강공정에 사용되는 전기로는 전열을 이용하여 강을 제조하는 노(爐)로서 전기양도체인 전극에 전류를 도통시켜 고철과의 사이에 발생하는 아크(arc)열에 의하여 고철을 용해시키는 아크로와 도가니의 주위를 감은 코일에 전류를 흐르게 함으로써 유도전류에 의한 저항열에 의하여 정련하는 유도로의 2가지 방식이 있다.

일반적으로, 전기로에서 제강시, 특히 고철을 용해시킬 때 사용되는 주열원은 전기에너지이지만, 막대한 전력소비량으로 인해 용강의 생산단가가 높아지는 것이 특징이다. 이와 반대로, 버너(burner)에서 연료로 사용하는 LPG와 산소는 전기에 비하여 상대적으로 저렴하기 때문에, 버너가 전기로의 보조열원으로서 사용되면 제품의 생산단가를 낮출 수 있는 잇점이 있다. 또한, 전기로에서 고철을 용해하는 경우에 전극봉에서 발생되는 전기아크열은 전기로내의 전영역에 골고루 전달되지 않으므로, 전기로내의 열평형을 달성하기 위해서는 전기 아크열이 적게 전달되어 다른 영역에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 영역에 버너를 수개 설치할 필요가 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 도시한 구성도로서, 도 1을 참조하면, 전기로(1)는 전류가 도통되어 아크열을 발생시키는 전극봉(3)과 보조열원으로서 설치된 버너(2), 용강을 배출하는 출강구(4) 등으로 구성되며, 상기 전기로(1)의 버너(2)에 공급되는 LPG유량과 산소유량은 유량제어신호를 출력하여 VALVE STAND(6)의 LPG유량밸브와 산소유량밸브를 OPEN/CLOSE하는 버너제어부(5)에 의해 조절된다. 이와 같이 전기로의 버너는 LPG와 산소의 혼합가스를 연료로 사용하고, 전기로에 수개 배치되어 고철을 용해시키는 보조열원으로서 사용된다. 참고로, 파이프 라인에 흐르는 산소유량의 압력은 8 kg/㎠ 이고, LPG유량의 압력은 3 kg/㎠ 으로서 상대적으로 산소유량의 압력 보다 낮다.

도 2는 종래의 기술에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 버너 제어부의 블럭도로서, 도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 전기로의 버너 제어부는 조업자에 의해 설정된 LPG유량과 산소유량의 설정값을 전기로에 설치된 각 버너에 입력하는 LPG유량설정값 입력부(200) 및 산소유량설정값 입력부(250), VALVE STAND (6)에 설치된 차압계(205,255)에 의해 검출된 연료파이프에 흐르는 유량의 차압을 유량으로 변환하여 연산하는 LPG유량의 실제값 연산부(210) 및 산소유량의 실제값 연산부(260), 상기 LPG유량설정값 입력부(200) 및 산소유량설정값 입력부(250)에서 입력된 LPG유량과 산소유량의 설정값으로부터 상기 연산된 실제값을 차감하여 각각 유량제어의 목표값을 연산하는 LPG유량의 제어목표값 연산부(220) 및 산소유량의 제어목표값 연산부(270), 상기 LPG유량과 산소유량의 제어목표값을 각각 유량밸브의 제어신호로 출력하는 LPG유량 제어신호 발신부(230) 및 산소유량 제어신호 발신부(280)로 구성된다.

상기와 같이, 종래의 버너 유량제어방법은 버너 유량의 설정값을 조업자가 직접 입력하도록 되어 있었다. 그러나, 다수개의 버너가 전기로에 설치된 경우에는 버너의 설치위치에 따라 LPG유량과 산소유량의 설정값이 각각 다르고, 예열,컷팅,녹임의 순서로 반복되는 고철용해에 있어서도 각 단계마다 LPG유량과 산소유량의 설정값이 각각 다르기 때문에, 조업상황의 변화에 따른 조업자의 신속하고 효과적인 대응이 어렵다는 문제점이 있었다.

일반적으로, 상기 혼합가스가 전기로내에서 완전연소하려면 LPG와 산소가 1:5의 혼합비율을 유지해야 한다. 만일, 혼합가스의 혼합비율이 적절하지 않은 경우에는 가스의 일부가 전기로내에 잔존하여, 잔존한 가스의 급팽창으로 인한 폭발사고를 초래할 수도 있다. 그러나, 종래에는 LPG유량과 관계없이 산소유량을 일정값으로 조업자가 직접 입력함으로써 상기와 같은 완전연소의 실현을 안정적으로 보장할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, LPG 라인에 흐름의 장애(막힘 또는 유량감소 )가 발생할 경우 종래의 유량제어방법으로는 신속한 대응이 용이하지 않기 때문에 불완전연소의 발생과 다량의 산소 투입으로 인한 에너지 낭비의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 사전에 설정된 전력량의 변화단계에 상응하여 버너의 LPG유량과 산소유량을 자동제어함으로써, 생산성이 향상되고 조업의 안정화를 도모할 수 있으며, 또한 혼합가스의 완전연소 가능성을 보장할 수 있도록 한 전기로 버너의 유량제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법은 LPG와 산소의 혼합가스를 연료로 사용하는 버너(burner)가 보조열원으로 수개 설치된 전기로의 버너 유량제어방법에 있어서, 전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 전력량의 변화단계를 설정하고, 상기 전력량의 변화단계에 상응하는 LPG유량과 산소비 즉, 산소의 혼합비율을 사전에 설정하는 유량제어패턴 테이블의 작성 단계; 전기로에 투입되는 전력량을 측정하는 단계; 상기 유량제어패턴 테이블에서 상기 측정된 투입전력량에 상응하는 유량제어패턴을 선택하는 단계; 상기 버너에 공급되는 LPG의 차압을 검출하여 LPG유량의 실제값을 연산하는 단계; 상기 연산된 LPG유량의 실제값의 변화에 따라 산소유량의 설정값을 연산하고, 버너에 공급되는 산소의 차압을 검출하여 산소유량의 실제값을 연산하는 단계;및 상기 LPG유량과 산소유량의 설정값으로부터 실제값을 차감하여 각각 제어목표값을 연산하고, 상기 제어목표값에 의하여 LPG 유량밸브와 산소 유량밸브를 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 버너 제어부의 블럭도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 버너 제어부는 전기로에 투입되는 전력량(kwh)의 측정값과 유량제어패턴 테이블(300)에 설정된 현재 단계의 전력량(kwh)의 설정값을 입력받아 비교,판단하는 전력량 비교판단부(315), 상기 전력량 비교판단부(315)에 의해 상기 측정값이 상기 설정치 보다 큰 경우에는 상기 측정값에 상응하는 유량제어패턴을 선택하여 LPG유량과 산소비가 설정되도록 하는 유량제어패턴 선택부(320), 연료파이프에 흐르는 유량의 차압을 검출하여 차압계(350,375)가 보내주면 차압을 유량으로 변환하여 연산하는 LPG유량의 실제값 연산부(355) 및 산소유량의 실제값 연산부(380), 상기 LPG유량의 실제값에 상기 유량제어패턴 테이블에 설정된 산소비를 곱하여 산소유량의 설정값을 연산하는 산소유량의 설정값 연산부(380), 상기 LPG유량과 산소유량의 설정값으로부터 실제값을 차감하여 각각 유량제어의 목표값을 연산하는 LPG유량의 제어목표값 연산부(360) 및 산소유량의 제어목표값 연산부(395), 상기 LPG유량과 산소유량의 제어목표값을 각각 유량밸브의 제어신호로 출력하는 LPG유량 제어신호 발신부(385) 및 산소유량 제어신호 발신부(400)로 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 나타낸 플로우챠트로서, 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면, 본 발명은 LPG와 산소의 혼합가스를 연료로 사용하는 버너 (burner)가 보조열원으로 수개 설치된 전기로의 버너 유량제어방법에 있어서, 조업컴퓨터(5)에서 유량제어패턴 테이블을 작성 입력하여 PLC(7)로 출력하고(단계500), 전기로에 전원이 투입되면(단계505) 적산전력계(6)에서 전력량을 측정하여 PLC(7)로 출력하며(단계510), 버너제어부(8)는 상기 PLC(7)로부터 전력량 측정값과 LPG유량 설정값, 산소비를 입력받아 VALVE STAND(9)의 유량제어밸브를 제어할 수 있다.

상기 조업컴퓨터(5)에서 작성되는 유량제어패턴 테이블은 전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 전력량의 변화단계를 설정하고, 상기 전력량의 변화단계에 상응하는 LPG유량과 산소비 즉, 산소의 혼합비율을 사전에 설정하게 된다.

상기와 같이, 본 발명은 유량제어패턴 표(TABLE)를 조업컴퓨터에서 작성 입력하고, 이를 자동제어에 적용함으로써, 효율적인 전기로 버너의 유량제어를 수행하도록 하고 있다.

상기 유량제어패턴 표(TABLE)의 작성시에는 예열,컷팅(cutting),녹임의 순서로 반복되는 고철의 용해방법과 각 버너 설치위치의 차이에 따른 열평형의 문제를 고려하여 버너의 효율적인 사용을 도모하도록 하고 있으며, 전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 전력량의 변화단계를 설정하여 상기 전력량의 변화단계에 따라 버너의 유량도 조절되게 함으로써, 전기로의 조업상황을 반영하고 있다.

본 발명의 유량제어패턴 표(TABLE)는 예열,컷팅(cutting),녹임의 순서로 반복되는 고철의 용해 과정에 있어서 상기 사전에 설정된 전력량의 변화단계에 의존하여 버너의 유량을 점차로 증가시켜 가도록 설정함으로써, 상기 전력량의 변화단계는 버너의 유량을 점차로 증가시켜 갈때 일종의 타임레퍼런스(TIME REFERENCE)의 기능을 수행한다고 볼 수 있다.

전기로에서 고철을 용해하기 위해 전원을 투입개시(VCB ON)하면, 유량제어패턴 표(TABLE)상의 현재의 전력량 변화단계에서 전기로에 투입되는 전력량(kwh)의 변화를 감시,측정하게 되고, 측정된 전력량이 유량제어패턴 표(TABLE)상의 현재단계의 전력량 보다 큰 경우에는 상기 측정된 전력량에 상응하는 유량제어패턴을 선택하게 된다. 상기와 같이 새로운 유량제어패턴을 선택함에 따라 LPG유량과 산소의 혼합비율도 유량제어패턴 표(TABLE)에 근거하여 재설정을 개시한다.

하기에서 상세히 설명하면, 상기 버너제어부(8)는 PLC(7)로부터 현재단계의 전력량설정값과 LPG유량, 산소비, 전력량측정값의 출력신호를 입력받아 VALVE STAND(9)의 유량밸브를 제어할 수 있다.

즉, 상기 버너제어부(8)의 전력량 비교판단부(315)에서 전기로에 투입되는 전력량(kwh)의 측정값과 유량제어패턴 테이블에 설정된 현재 단계의 전력량(kwh)의 설정값을 입력받아 비교,판단하여 유량제어패턴 선택부(320)에서는 상기 측정값이 상기 설정값 보다 큰 경우에는 상기 측정값에 상응하는 LPG유량과 산소비가 설정되도록 유량제어패턴을 선택하게 된다(단계515). LPG유량의 실제값 연산부(355)에서는 버너에 공급되는 LPG유량의 차압을 검출하여 차압계가 보내주면 차압을 유량으로 변환하여 LPG유량의 실제값을 연산하고(단계520), 산소유량의 설정값 연산부 (370)에서는 상기 LPG유량의 실제값에 상기 유량제어패턴 테이블에 설정된 산소비를 곱하여 산소유량의 설정값을 연산하고(단계525), 산소유량의 실제값 연산부 (380)에서는 버너에 공급되는 산소유량의 차압을 검출하여 차압계가 보내주면 차압을 유량으로 변환하여 산소유량의 실제값을 연산한다(단계527).

LPG유량의 제어목표값 연산부(360) 및 산소유량의 제어목표값 연산부(395)는 상기 LPG유량과 산소유량의 설정값으로부터 실제값을 차감하여 각각 유량제어의 목표값을 연산한다(단계530,535).

LPG유량 제어신호 발신부(385) 및 산소유량 제어신호 발신부(400)에서는 설정유량이 실제유량보다 큰 경우 즉, 제어목표값이 (+)값인 경우에는 유량밸브의 OPEN신호를 출력하여 유량밸브를 OPEN시키고(단계540, 545), 제어목표값인 설정유량에 도달하면(단계550,555) 유량밸브의 CLOSE신호를 출력하여 유량밸브를 CLOSE시킴으로써(단계560,565) 1회의 유량제어는 종료하게 된다(단계570). 한편, 설정유량이 실제유량보다 작은 경우 즉, 제어목표값이 (-)값인 경우에는 유량밸브는 닫힘상태(CLOSE)를 유지하게 된다.

전기로내의 버너는 상시 점화된 상태를 유지하되, 다만 고철을 용해할 때와용해하지 않을 때의 혼합가스의 투입량은 조절되어야 한다. 그러나, 고철을 용해하지 않는 경우일지라도 고철이 전기로에 장입되는 단계에서는 고철이 낙하할 때 비산된 용강에 의해 버너의 노즐이 막히는 경우가 발생하므로, 본 발명에서는 상기 유량제어패턴 테이블의 적절한 유량설정을 통하여 용강의 비산시 혼합가스의 유량이 증가되도록 함으로써 버너의 노즐이 막히지 않게 할 수 있다.

상기와 같이, 본발명은 상기 LPG와 산소의 혼합가스를 완전연소의 가능성을 확보하기 위하여 산소유량의 설정방법을 달리하고 있다. 즉, LPG유량의 실제값을 기준으로 산소유량을 설정함으로써, 산소유량의 설정값은 LPG유량의 실제값에 유량제어패턴 표(TABLE)에 설정된 산소의 혼합비율(산소비)을 곱하여 산출하도록 하고 있다. 상기와 같이 산소유량이 LPG유량의 변화에 연동하도록 함으로써, 파이프의 흐름에 장애가 발생하여 LPG유량이 감소한 경우에도 산소의 유량은 그에 따라 자동적으로 감소하기 때문에 혼합비율은 여전히 유지될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법은 전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 사전에 설정된 전력량의 변화단계에 상응하여 버너의 LPG유량과 산소유량을 자동제어함으로써, 전력량의 변화단계별 유량제어가 가능하도록 하여 수개 설치된 버너의 LPG유량과 산소유량을 효율적으로 제어 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 다른 효과는 LPG의 실제유량을 기준으로 산소유량이 설정되게 함으로써, LPG유량과 산소유량의 혼합비율을 안정적으로 유지하여 완전연소의 실현가능성을 확보하고, 생산성의 향상과 조업의 안정화를 도모할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 구성도

이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 버너

제어부의 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 버너 제어

부의 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 구현하는 구성도이

다.

도 5는 본 발명에 따른 전기로의 버너 유량제어방법을 나타낸 플로우챠

트이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전기로 2 : 버너

3 : 하부전극봉 4 : 출강구

5 : 조업컴퓨터 6 : 적산전력계

7 : PLC 8 : 버너제어부

9 : VALVE STAND

Claims (2)

1. LPG와 산소의 혼합가스를 연료로 사용하는 버너(burner)가 보조열원으로 수개 설치된 전기로의 버너 유량제어방법에 있어서,

   전기로에서 생산하고자 하는 용강의 특성에 따라 전력량의 변화단계를 설정하고, 상기 전력량의 변화단계에 상응하는 LPG유량과 산소비를 사전에 설정하는 유량제어패턴 테이블의 작성 단계;

   전기로에 투입되는 전력량을 측정하는 단계;

   상기 유량제어패턴 테이블에서 상기 측정된 투입전력량에 상응하는 유량제어패턴을 선택하는 단계;

   상기 버너에 공급되는 LPG의 차압을 검출하여 LPG유량의 실제값을 연산하는 단계;

   상기 연산된 LPG유량의 실제값의 변화에 따라 산소유량의 설정값을 연산하고, 버너에 공급되는 산소의 차압을 검출하여 산소유량의 실제값을 연산하는 단계;및

   상기 LPG유량과 산소유량의 설정값으로부터 실제값을 차감하여 각각 제어목표값을 연산하고, 상기 제어목표값에 의하여 LPG 유량밸브와 산소 유량밸브를 제어하는 단계로 구성되며,

   상기 산소유량의 설정값은 상기 LPG유량의 실제값에 유량제어패턴 테이블의 전력량 변화단계에 상응하는 산소비 설정값을 곱하여 연산하는 것을 특징으로 하는 전기로의 버너 유량제어방법.
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