KR100612567B1 - Apparatus and method for controlling temparature in an horizontal type induction heating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빌렛(Billet)용 유도가열로 내의 강관용 소재의 품질 및 온도제어 향상을 위해 이송되는 소재의 온도를 제어하는 수평형 유도가열로의 온도 제어 장치 및 그 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 수작업 혹은 복사온도계(Pyrometer)와 같은 간접 측온장치에 의한 온도제어에서 탈피하여 소재 온도 예측모델을 도입하되, 실시간 소재온도 계산 및 온도제어 알고리즘을 사용함으로써, 소재의 측온 정도향상을 꾀하게 되어, 최종 제품의 품질향상 및 소재의 계획생산이 가능하도록 고안된 수평형 유도가열로의 온도제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature control apparatus and a temperature control method of a horizontal induction furnace for controlling the temperature of the material conveyed to improve the quality and temperature control of the steel pipe material in the billet (induction) furnace, In detail, the material temperature prediction model is introduced by evaluating the temperature control by a manual operation or an indirect measuring device such as a pyrometer, and by using a real-time material temperature calculation and a temperature control algorithm, The present invention relates to a temperature control apparatus and a method for a horizontal induction furnace designed to enable improved quality of a final product and planned production of materials.
본 발명에 의하면 종래의 숙련된 조업자에 의해서만 이루어지던 온도제어에 의해 발생하는 소재 온도의 편차가 저감되며, 강관 제조시 발생하는 품질 불량율이 현저히 낮춰질 수 있음은 물론, 후공정과의 일치도를 증대시키게 되어 가열로 처리 능력의 향상이 가능하며, 소재의 목표온도 관리가 용이하게 되어 유도가열로의 승온에너지 절감효과도 달성된다.According to the present invention, the variation in material temperature caused by temperature control, which is performed only by a skilled worker in the related art, is reduced, and the quality defect rate generated during steel pipe manufacturing can be significantly lowered, as well as the degree of consistency with the post-process. It is possible to increase the treatment capacity of the furnace by increasing the temperature, and to easily manage the target temperature of the material, thereby reducing the temperature rising energy of the induction furnace.
유도 가열로, 복사 온도계, 온도 제어Induction furnace, radiant thermometer, temperature control
Description
도 1 은 종래의 유도가열로의 구성을 개략적으로 나타내기 위한 개념도.1 is a conceptual view schematically showing the configuration of a conventional induction heating furnace.
도 2 는 유도가열의 원리를 나타내는 개념도.2 is a conceptual diagram showing the principle of induction heating.
도 3 는 본 발명에 따른 바람직한 온도제어 장치를 나타내기 위한 개념도.3 is a conceptual diagram for showing a preferred temperature control device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 바람직한 온도제어 방법을 나타내기 위한 순서도.Figure 4 is a flow chart for showing a preferred temperature control method according to the present invention.
도 5는 종래의 조업방식에 의한 소재의 승온이력을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the temperature rise history of the raw material according to the conventional operation method.
도 6은 본 발명에 따른 소재온도 예측모델을 적용할 경우의 승온이력을 나타내기 위한 그래프.Figure 6 is a graph for showing the temperature rise history when applying the temperature prediction model of the material according to the present invention.
*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 가열로 소재 2: 제 1 가열대 1: heating material 2: first heating table
3: 제 2 가열대 4: 제 3 가열대 3: second heating table 4: third heating table
5: 소재 장입기(Pusher) 6: 소재추출기(Trolley jaw) 5: Pusher 6: Trolley jaw
7: 복사온도계(Pyromter) 8: 홀딩챔버(Holding chamber) 7: Pyromter 8: Holding chamber
9: 리젝터(Rejector) 10: 제어기 9: Rejector 10: Controller
11:입력 신호선 12: 출력 신호선 11: input signal line 12: output signal line
14: 자기장 15: 소재의 유도전류 14: magnetic field 15: induction current of the material
16: 유도코일 17: 코일(Coil) 유도전류 16: induction coil 17: coil induction current
본 발명은 빌렛(Billet)용 유도가열로 내의 강관용 소재의 품질 및 온도제어 향상을 위해 이송되는 소재의 온도를 제어하는 수평형 유도가열로의 온도 제어 장치 및 그 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 수작업 혹은 복사온도계(Pyrometer)와 같은 간접 측온장치에 의한 온도제어에서 탈피하여 소재 온도 예측모델을 도입하되, 실시간 소재온도 계산 및 온도제어 알고리즘을 사용함으로써, 소재의 측온 정도향상을 꾀하게 되어, 최종 제품의 품질향상 및 소재의 계획생산이 가능하도록 고안된 수평형 유도가열로의 온도제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature control apparatus and a temperature control method of a horizontal induction furnace for controlling the temperature of the material conveyed to improve the quality and temperature control of the steel pipe material in the billet (induction) furnace, In detail, the material temperature prediction model is introduced by evaluating the temperature control by a manual operation or an indirect measuring device such as a pyrometer, and by using a real-time material temperature calculation and a temperature control algorithm, The present invention relates to a temperature control apparatus and a method for a horizontal induction furnace designed to enable improved quality of a final product and planned production of materials.
일반적으로 유도 가열로는, 도 1과 같이 장입시부터 가열을 시작하는 순서에 따라 제 1 가열대(2), 제 2 가열대(3), 제 3 가열대(4)로 이루어진 가열대 부분과, 빌렛(Billet) 소재(1)를 밀어서 장입시키는 소재 장입기(Pusher)(5)와, 제 3 가열대(4)를 지나온 소재(1)를 일정 온도로 유지하면서, 후공정과의 공정 일치를 위해 일종의 버퍼(Buffer) 역할을 수행하는 홀딩챔버(Holding chamber)(8)와, 홀딩챔버(8)로부터 소재(1)를 취부하여 추출하는 소재 추출기(Trolley jaw)(6), 그리고 소재(1)를 압출 공정으로 보내기 위해 밀어주는 리젝터(Rejector)(9), 강종마다 일정한 설정 온도로 유지되도록 제어하기 위해 소재(1)의 온도신호를 검출하여 발생 시키는 복사 온도계(Pyrometer)(7) 등으로 구성되어 있다.Generally, an induction heating furnace includes a heating stand portion including a
소재(1)는 원형 빌렛(Circular Billet)이며, 크기는 압출로 제작하고자 하는 튜브(Tube)의 크기에 따라 달라지는데, 대개 직경이 25 ~165 mm, 길이가 350 ~ 450 mm 정도의 길이를 갖는다.Material 1 is a circular billet (Circular Billet), the size depends on the size of the tube (Tube) to be produced by extrusion, and usually has a length of 25 ~ 165 mm, length 350 ~ 450 mm.
소재(1)가 이송되는 이송 메커니즘(Mechanism)을 살펴보면, 도 1과 같이 제어판넬(Control Panel)에 설정된 타이머(Timer)가 소재 장입기(Pusher)(5)에 신호를 줄 때마다 원형 빌렛(Circular Billet)이 약 37 mm 의 스트로크(Stroke)를 유지하면서 한 개씩 로(furnace) 내부로 장입이 되며, 로 내부에서는 소재(1)들끼리 연속적인 접촉을 유지하며 좌에서 우로 이송되는 구성으로 되어 있다. Looking at the transport mechanism (Mechanism) that the material (1) is conveyed, as shown in Figure 1, each time the timer (Timer) set on the control panel (Control Panel) signals the material pusher (Pusher) 5 round billet ( The circular billet is charged into the furnace one by one while maintaining a stroke of about 37 mm, and inside the furnace, materials (1) are continuously transported from left to right while maintaining continuous contact. have.
도 2에서는 이러한 유도가열로에서 가열이 이루어지는 유도 가열 원리를 나타내고 있다. 2 shows an induction heating principle in which heating is performed in such an induction heating furnace.
먼저, 유도코일(Induction Coil)(16)에 교류 전류(17)를 통하게 하면 유도코일(16) 주변의 교류전류에 의한 자기장(14)이 발생되고 이 자기장(14)속에 놓인 도전체 소재(1)에는 유도전류(15)가 발생하게 된다.First, when an
이 전류를 와전류(Eddy Current)라 하고 피가열체인 소재(1)의 고유저항과 와전류(Eddy Current)에 의한 주울(Joule)열이 발생하는데, 이를 와전류(Eddy Current) 손실이라 하는데 유도가열시의 발열원으로 이용된다.This current is called Eddy Current and Joule heat is generated by the resistivity and Eddy Current of the material 1 to be heated. This is called Eddy Current loss. Used as a heating source.
이러한 유도가열의 장점으로는 급속가열 및 국부 또는 표면 선택 가열이 가능할 뿐만 아니라 가열 대상 소재의 온도분포가 균일하다는 점 등을 들 수 있으나, 소재(1)를 안내하는 이송 빔과 대기중에 노출된 영역 그리고 압출공정인 후공정의 고장 및 소재(1)의 장입공정 등의 문제로 인하여 소재(1)의 온도 불균일 현상이 초래되어 최대 85℃까지의 온도편차가 발생하는 문제가 있다. 이로 인하여 후공정인 압출시 강관 표면에 결함이 발생하거나 정상적으로 압출공정을 수행할 수 없는 상태가 되기도 한다.Advantages of such induction heating include rapid heating and local or surface selective heating, as well as uniform temperature distribution of the material to be heated. However, the transport beam guiding the material 1 and the area exposed to the atmosphere In addition, there is a problem that a temperature non-uniformity of the material 1 is caused due to a failure of a post-process that is an extrusion process and a charging process of the material 1, resulting in a temperature deviation up to 85 ° C. As a result, defects may occur on the surface of the steel pipe during extrusion, or may not be able to normally perform the extrusion process.
그리고, 유도 가열로의 내부는 약 1,250℃ 정도로 매우 고온이므로 설비의 보호 및 소재(1)의 안정적인 이송을 유도하기 위하여 로의 바닥에 스키드(skid, 침목)를 설치함으로써 더욱 소재(1)의 국부적인 냉각을 부추기게 되므로 보다 높은 정확도의 측온이 요구되고 있다.In addition, since the inside of the induction furnace is very hot at about 1,250 ° C., a skid (sleeper) is installed at the bottom of the furnace to induce protection of the facility and induce stable transport of the material (1). As it encourages cooling, a higher accuracy of temperature measurement is required.
그러나, 기존에 사용되고 있는 복사 온도계(7)는 소재(1)의 산화피막 혹은 국부적인 표면상태 등에 따라서 측정하는 온도 자체가 매우 부정확하게 됨은 물론, 소재(1)가 불연속적으로 장입, 이송, 추출되는 과정을 반복하면서 측온 센서만으로는 정확한 온도수집이 곤란하여 정도 높은 온도제어는 불가능한 실정이다.However, the
또한, 다음과 같은 수학식 1 내지 5를 수치적으로 모사하여 소재(1)의 온도값을 구하는 예측모델을 제어기(1)에 이식하여 소재의 온도를 예측하는 것도 가능하기는 하나 계산용량 및 계산시간 문제 때문에 실시간에 따른 온도제어는 사실상 불가능한 실정이다.In addition, it is possible to predict the temperature of the material by implanting a predictive model for calculating the temperature value of the material 1 by numerically simulating the following Equations 1 to 5 to the controller 1, but the calculation capacity and calculation Due to time issues, temperature control in real time is virtually impossible.
..........................................(수학식 1) ..... (Equation 1)
..........................................(수학식 2) ..... (Equation 2)
..........................................(수학식 3)
..........................................(수학식 4)
(여기서, ▽는 좌표계에 근거한 구배벡터(Gradient Vector) 수학연산자, H는 자기장세기, J 는 전류밀도, B 는 자속밀도 , E 는 전기장 밀도, D 는 전기장 변위, 는 전류의 각속도, 그리고 j 는 복소수 ()이다.)Where ▽ is a gradient vector mathematical operator based on the coordinate system, H is magnetic field strength, J is current density, B is magnetic flux density, E Is the electric field density, D is the electric field displacement, Is the angular velocity of current, and j is the complex number ( )to be.)
..............(수학식 5) ............. (Equation 5)
(여기서, T는 소재의 온도, t는 시간, ρ는 소재의 밀도, Cp는 소재의 비열, 그리고, K는 소재의 열전도계수, r는 원통좌표계에 따른 소재중심으로부터의 반경위치, z는 소재 길이방향으로의 위치 , q'''eddy는 소재에 발생되는 와전류(Eddy Current)에 의한 주울열이다.)Where T is the temperature of the material, t is the time, ρ is the density of the material, Cp is the specific heat of the material, K is the thermal conductivity of the material, r is the radial position from the material center along the cylindrical coordinate system, and z is the material. The position in the longitudinal direction , q ''' eddy, is the Joule heat due to the eddy current generated in the material.)
따라서 본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 로내에서 소재(1)의 온도편차가 발생하는 것을 기존에 구비되어 있는 복사온도계(7)로 읽어내고, 사전 조업 계획에 의해서 장입되는 소재의 종류, 최종 목표온도, 소재의 크기 등을 고려한 온도 예측 모델에 의해 구한 소재(1) 온도와 비교함으로써 소재(1) 장입시 이 온도차이를 보상함으로써 로내에서의 가열패턴을 보다 신속, 정확하게 제어함과 아울러 반송과 이송판단의 정확도를 향상시켜 압출시 강관의 품질 및 제품의 실제 수율을 향상시킬 수 있는 장치와 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and reads to the radiation thermometer (7), which is provided in the existing, that the temperature deviation of the material (1) occurs in the furnace, and charges according to the prior operation plan. Compensation for this temperature difference when loading the material (1) by comparing with the temperature of the material (1) obtained by the temperature prediction model taking into account the type of material, the final target temperature, the size of the material, etc. The purpose of the present invention is to provide an apparatus and a control method thereof which can improve the quality of steel pipe and the actual yield of the product during extrusion by improving the accuracy of conveying and conveying judgment as well as controlling it accurately.
본 발명의 다른 목적은 소재의 목표 온도 관리를 용이하게 하여 유도 가열로의 승온에 소요되는 에너지의 낭비를 방지하여 승온 에너지 절감 효과를 향상시킴 에 있다.Another object of the present invention is to facilitate the target temperature management of the material to prevent the waste of energy required to increase the temperature of the induction heating furnace to improve the temperature saving energy saving effect.
본 발명의 또 다른 목적은 후술될 구성 및 작용에서 더욱 상세히 설명될 것이다.Another object of the present invention will be described in more detail in the configuration and operation to be described later.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평형 유도가열로의 온도 제어 장치는, The temperature control device of the horizontal induction furnace according to the present invention for achieving the above object,
소재 장입기로부터 장입되는 소재를 유도가열하는 가열대;Heating table for induction heating the material charged from the material charging machine;
상기 가열대의 복수 부위에 배치되어 상기 소재의 부위별 온도 신호를 검출하여 출력시키는 복사 온도계; 및 A radiation thermometer disposed at a plurality of portions of the heating table to detect and output a temperature signal for each portion of the material; And
장입될 상기 소재에 대한 종류, 최종 목표 온도, 크기 등에 대한 조업 계획 데이터가 미리 입력되고, 상기 복사 온도계에서 출력된 상기 소재의 소정 부위별 온도 신호를 인가받아 상기 최종 목표 온도에 대한 데이터와 비교하여 온도 편차 데이터를 산출한 후에 상기 가열대에 보정된 유도 전류를 인가하여 상기 검출되는 부위별 온도와 상기 최종 목표 온도와의 오차가 감소되도록 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Operation planning data on the type, final target temperature, size, etc. for the material to be charged is input in advance, and the temperature signal for each predetermined portion of the material output from the radiation thermometer is applied to compare the data with the final target temperature. And calculating a temperature deviation data and then applying a corrected induction current to the heating zone to control an error between the detected part temperature and the final target temperature to be reduced.
이러한 수평형 유도가열로의 온도 제어 장치에서 온도를 제어하는 방법은,The method of controlling the temperature in the temperature control device of the horizontal induction furnace,
빌렛 소재를 소재 장입기로 밀어 장입시켜 유도가열시킨 후 추출하여 압출 공정으로 인가시키는 수평형 유도가열로에서 소재의 종류, 크기, 설비의 조건에 대한 기 설정된 조업조건과 경계조건을 부여하는 제 1 단계;In the horizontal induction furnace in which a billet material is pushed into a material charging device, charged, induction heated, extracted, and applied in an extrusion process, a first operation condition for granting predetermined operating conditions and boundary conditions for the type, size, and condition of the material is provided. step;
가열로 내부와 소재의 위치별 예측온도를 계산하는 제 2 단계;A second step of calculating a prediction temperature for each location of the inside of the furnace and the material;
복수개의 복사 온도계를 이용하여 상기 소재의 소정 위치별 표면 온도를 측정 수집하는 제 3 단계;A third step of measuring and collecting a surface temperature of a predetermined position of the material by using a plurality of radiation thermometers;
설계시 구속하려는 설계변수가 포함된 계산식으로 목적함수값과 목적함수 구배값을 계산하는 제 4 단계;A fourth step of calculating an objective function value and an objective function gradient value using a formula including design variables to be constrained in the design;
상기 제 4 단계에서 산출되는 목적함수의 최소화 방향으로의 설계변수의 변화값인 가열대별 전원과 소재의 장입속도를 계산하는 제 5 단계;A fifth step of calculating a charging speed of a power source and a material for each heating zone, which is a change value of a design variable in a direction of minimizing the objective function calculated in the fourth step;
상기 제 4 단계에서 산출된 목적함수 구배값의 정의된 방향으로 전진한 경우의 새로운 목적함수 값을 구하는 제 6 단계;A sixth step of obtaining a new objective function value in the case of advancing in the defined direction of the objective function gradient value calculated in the fourth stage;
상기 정의된 목적함수가 최소가 될 때까지 상기 제 4 단계 내지 제 6 단계를 반복수행하는 제 7 단계;A seventh step of repeating the fourth to sixth steps until the defined objective function becomes minimum;
상기 제 7 단계의 결과 최소화 조건이 만족되면 최적 가열대별 전원, 장입속도 등을 출력하여 최적화된 값을 실시간으로 계산하여 제어기로 인가하고, 최소화 조건이 만족되지 않으면 상기 제 4 단계로 리턴하여 최소화 방향을 변경시켜 다시 제 4단계 이후의 단계들을 진행하는 제 8 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.If the minimization condition of the seventh step is satisfied, the power and charging speed for each heating zone are output and the optimized value is calculated in real time and applied to the controller. If the minimization condition is not satisfied, the minimization direction is returned to the fourth step. It is characterized by consisting of; the eighth step of proceeding to the steps after the fourth step again by changing the.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 하며, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description of the present invention, specific descriptions of related well-known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. If so, the detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The following terms are terms set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the producer, and their definitions should be made based on the contents throughout the specification.
도 3 는 본 발명에 따른 바람직한 온도제어 장치를 나타내기 위한 개념도로서, 도 3에 따르면 장입시부터 가열을 시작하는 순서에 따라 제 1 가열대(2), 제 2 가열대(3), 제 3 가열대(4)로 이루어진 가열대 부분과, 빌렛(Billet) 소재(1)를 밀어서 장입시키는 소재 장입기(Pusher)(5)와, 제 3 가열대(4)를 지나온 소재(1)를 일정 온도로 유지하면서, 후공정과의 공정 일치를 위해 일종의 버퍼 역할을 수행하는 홀딩챔버(8)와, 홀딩챔버(8)로부터 소재(1)를 취부하여 추출하는 소재 추출기(6), 소재(1)를 압출 공정으로 보내기 위해 밀어주는 리젝터(9), 강종마다 일정한 설정 온도로 유지되도록 제어하기 위해 소재(1)의 온도신호를 검출하여 발생시키는 복사 온도계(7)로 구성되어 있다. 여기서 TM1 및 TM2는 상기 복사 온도계(7) 측정위치를 나타내며, 상기 복사 온도계(7)와 같이 간접 측온방식의 정확도를 높이기 위하여 TC1, TC2는 가열로 단과 단 사이에 설치하는 접촉식 온도계를 나타낸다. 3 is a conceptual diagram illustrating a preferred temperature control device according to the present invention. According to FIG. 3, the first heating table 2, the second heating table 3, and the third heating table ( While maintaining the portion of the heating table made of 4), the
제어기(10)는 장입될 소재(1)에 대한 종류, 최종 목표 온도, 크기 등에 대한 조업 계획 데이터가 미리 입력되고, 복사 온도계(7)에서 출력된 소재(1)의 소정 부위별 온도 신호를 인가받아 최종 목표 온도에 대한 데이터와 비교하여 온도 편차 데이터를 산출한 후에 가열대(2),(3),(4)에 보정된 유도 전류를 인가하여 상기 검출되는 부위별 온도와 상기 최종 목표 온도와의 오차가 감소되게 제어하도록 구성된다.The
이와 같이 도 3과 관련하여 본 발명의 수치적 최적화 기법을 응용한 제어기(10)에서 수평형 유도 가열로의 온도를 제어하는 방법을 도 4의 순서도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.As described above, a method of controlling the temperature of the horizontal induction furnace in the
본 발명에서는 초기 계획 생산에 의한 강종, 소재(1)의 크기와 같이 기 설정 된 조업 조건 및 설비조건을 부여한다(단계 S1).In the present invention, predetermined operating conditions and equipment conditions, such as steel grade and the size of the material 1 by the initial plan production, are given (step S1).
이어서, 다음의 수학식 6과 같이 간략화되고 실시간 계산이 가능한 해석적 방법에 의한 식에 의해 가열로 내부 및 소재 내부의 위치별 예측온도를 계산한다(단계 S2).Subsequently, a predicted temperature for each position of the inside of the heating furnace and the inside of the material is calculated by an equation based on an analytical method that can be simplified and real-time calculated as in
....(수학식 6)
... (Equation 6)
여기서, T는 온도, t는 시간, r은 소재(1)의 반경방향의 위치, ρ는 소재의 밀도, C는 소재(1)의 비열, 그리고, λ는 소재의 열전도계수, TO는 t=0sec에서의 온도, PA는 소재(1)에 가해지는 열유속, R는 소재(1)의 반경, alpha는 보정계수, n는 계산 절점수이다.Where T is the temperature, t is the time, r is the radial position of the material (1), ρ is the density of the material, C is the specific heat of the material (1), and λ is the thermal conductivity of the material, and T O is t The temperature at = 0 sec, PA is the heat flux applied to the material 1, R is the radius of the material 1, alpha is the correction factor, and n is the calculated node number.
다음으로는, 도 3에서와 같이 TM1, TM2, THC를 나타내는 가열대 위치별 소재(1)의 표면온도를 측정수집한다(단계 S3).Next, as shown in FIG. 3, the surface temperature of the raw material 1 for each position of the heating table showing TM1, TM2, and THC is measured and collected (step S3).
이어서, 설계시 구속하려는 설계변수가 포함된 계산식으로 수학식 7의 목적함수값과 수학식 8의 목적함수 구배값을 계산한다(단계 S4).Subsequently, an objective function value of
....................(수학식 7) (Equation 7)
여기서, T(t,R)는 수학식 6에 의해 계산되는 시간 t에 다른 소재의 표면온도이고, Ti는 도 3에서와 같이 TM1, TM2, THC를 나타내는 가열대 위치별 측정수집된 온도이며, P1, P2, P3는 각 가열대별 전원의 크기를 나타낸다.Here, T (t, R) is the surface temperature of the other material at time t calculated by
i=1에서 n...............................(수학식 8) i = 1 to n ..................... (Equation 8)
여기서, Xi는 가열대별 전류량, 그리고, 장입속도 등과 관련된 설계변수의 값을 나타내며, F는 수학식 7과 같은 목적함수 값을 표시하며, di는 최적화 방법인 스팁디센트 방법(steepest descent method)에 의해 구해지는 방향벡터를 나타낸다.Here, Xi represents the value of the design variables related to the current amount per heating zone, charging speed, etc., F represents the objective function value as shown in equation (7), di is by the steep descent method (optimization method) Indicates the direction vector to be obtained.
그 다음, 위의 수학식 8에서 목적함수의 최소화 방향으로 설계변수의 변화값, 즉, 가열대별 전원, 소재(1)의 장입속도 등을 계산하고(단계 S5), 수학식 8에 의해 정의된 방향으로 전진한 경우의 새로운 목적함수 값을 구하며(단계 S6), 이렇게 정의된 목적함수가 최소화될 때 까지 반복수행한다.Then, the change value of the design variable in the direction of minimizing the objective function in
즉, 단계 S6에서 구한 목적함수 값이 최소화 조건에 만족하는지를 판단하여(단계 S7), 제 7 단계의 목적함수 값이 최소화 조건에 만족하면 최적 가열대별 전원, 장입속도 등을 출력하여 제어기(10)에 인가하므로써 최적 가열대별 유도 전류 및 장입속도를 제어하므로써 조업 인자들의 최적화된 값을 실시간으로 공정에 반영하고(단계 S8), 제 7 단계의 목적함수 값이 최소화 조건에 만족되지 않으면 단계 S4로 리턴하여 최소화 방향을 변경시켜 다시 단계 S4이후의 단계들이 진행된다(단계 S9).That is, it is determined whether the objective function value obtained in step S6 satisfies the minimization condition (step S7). If the objective function value of the seventh step satisfies the minimization condition, the
이러한 소재의 온도제어장치(11)를 사용하면 조업조건 변경시에도 안정적으로 소재온도를 일정한 범위로 한정할 수 있으며, 이로 인하여 소재(1)의 품질불량 및 생산성 증대가 가능하게 된다.By using the temperature control device 11 of the material, it is possible to stably limit the material temperature to a certain range even when the operating conditions are changed, thereby enabling quality defects and productivity increase of the material 1.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수평형 유도가열로의 온도제어 장치 및 그 온도 제어 방법의 유용성을 확인하기 위하여 수평형 유도가열로에 임의의 주조조건을 부여한 후, 본 발명에서 도출한 최적알고리즘 및 해석적 방법에 의한 소재온도 예측모델을 이용하여 최적의 조업패턴 및 소재의 온도값을 계산하여 그 결과를 도 5와 도 6에서 나타내었다. 도 5는 기존 조업방식을 채택할 경우의 소재의 승온이력이고, 도6는 본 발명에 따른 소재온도 예측모델을 적용할 경우의 승온이력이다.As described above, in order to confirm the usefulness of the temperature control apparatus and the temperature control method of the horizontal induction furnace according to the present invention, after applying arbitrary casting conditions to the horizontal induction furnace, the optimal algorithm derived from the present invention and The optimum operating pattern and temperature value of the material were calculated using the material temperature prediction model by the analytical method, and the results are shown in FIGS. 5 and 6. Figure 5 is the temperature rise history of the material when adopting the existing operation method, Figure 6 is the temperature rise history when the material temperature prediction model according to the present invention.
도 5와 도 6에서 알 수 있는 것처럼, 실제 조업자의 숙련도에만 의존하여 제어되던 온도관리를 온도예측모델을 실제 조업상에 도입시킴으로써, 보다 정확도 높은 조업패턴을 설정할 수 있으며, 온도 또한 전자기장 방정식을 직접 계산하여 얻은 결과보다 양호한 결과를 나타내었으며, 기타 상이한 조업조건의 경우와도 비교해 볼 때 물리적으로 매우 타당한 모델임을 알 수 있었다.As can be seen in Figures 5 and 6, by introducing a temperature prediction model to the actual operation temperature control, which is controlled only depending on the actual skill of the operator, it is possible to set a more accurate operation pattern, the temperature can also directly The results were better than those obtained from the calculations, and compared with the other operating conditions, the model was physically very valid.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 종래의 숙련된 조업자에 의해서만 이루어지던 온도제어에 의해 발생하는 소재 온도의 편차가 저감되며, 강관 제조시 발생하는 품질 불량율이 현저히 낮춰질 수 있음은 물론, 후공정과의 일치도를 증대시키게 되어 가열로 처리 능력의 향상이 가능하며, 소재의 목표온도 관리가 용이하게 되어 유도가열로의 승온에너지 절감효과도 달성된다.According to the present invention as described above, the variation in the material temperature generated by the temperature control made only by the conventional skilled workers is reduced, and the quality defect rate generated during steel pipe manufacturing can be significantly reduced, as well as the post-process. It is possible to improve the heat treatment capacity by increasing the degree of concordance with the material, and it is possible to easily manage the target temperature of the material, thereby achieving the effect of reducing the temperature energy of the induction furnace.
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