KR100789944B1 - 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치 - Google Patents

축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치에 관한 것으로, 내화물의 소결 온도를 자동으로 조절하여 수동 조작에 따른 오류를 방지하여 로의 성능을 향상시킬 있는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 열선에 의해 가열되는 축로용 내화물의 소결 온도를 감지하는 온도센서와; 상기 감지된 온도를 기초로 미리 설정된 소결온도 패턴에 따라 상기 열선에 공급되는 전력변환기의 출력을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부와; 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 전력변환기의 출력을 상기 열선으로 인가하는 SCR 스택을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 내화물의 소결 조건으로 자동 조절할 수 있고, 따라서, 작업자의 수동 조작에 따라 발생할 수 있는 온도 제어의 문제를 해결하는 동시에, 조작자 없이 자동으로 규정된 내화물 축로를 형성하여 로의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
로 내화물 축로, 소결 장치, 온도제어, 소결 패턴

Description

축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치{Temperature controlling apparatus of sintering device for pot refractory}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 도 1을 개념적으로 간략화한 도면.
도 3은 도 2의 SCR 동작 설명하기 위한 온도에 따른 SCR 위상제어 파형도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치의 소결 온도 패턴예를 나타낸 예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 온도제어 장치 110 : 소결패턴 입력장치
120 : 소결패턴 저장장치 130 : 제어부
132 : PI 제어기 134 : SCR 게이트 신호발생기
140 : 온도 센서 142 : 온도감시 장치
150 : 전력변환기 160: SCR 스택
170 : 열선 180 : 축로용 내화물
본 발명은 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치에 관한 것으로, 특히, 로의 성능에 큰 영향을 미치는 축로 형성에 있어서, 장시간 소요되는 내화물의 소결을 위한 온도조절을 자동제어함으로써, 규정된 열처리를 제공하여 로의 성능을 향상시킬 수 있는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 금속을 용해 및 보온하는 용도로 사용되는 로의 제작에 있어서, 내화물을 이용한 초기 축로 작업은 전체 로의 성능에 있어서 지대한 영향을 미친다. 특히, 축로 작업의 내화물을 소결시키는 방법에 있어서 온도제어는 로의 내구성에 가장 큰 영향을 미친다.
이와 같은 로의 내화물을 소결시키는 방법은 로의 종류, 크기, 내화물의 종류 등에 따라서 다양한데, 통상적인 내화물의 소결은 열선을 이용한 가열방식을 취한다.
현재 사용되는 가열 방식은 열선을 내화물의 소결 부위에 설치하고, 간이 온도조절기에 의해 전력변환기의 출력을 열선에 인가함으로써, 열선을 가열하는 방식으로, 저온에서 소결을 시작하여 일정한 시간 간격으로 점진적으로 온도를 증가 시키는 방식이다.
여기서, 온도 센서를 소결하고자 하는 내화물 주위에 설치하여 실제의 소결온도를 감시한다. 이때 표시되는 온도를 이용하여 조작자가 온도조절기의 출력을 조절함으로써, 규정에 따른 소결을 실시한다.
한편, 축로를 통한 최종 내화물의 성능은 규정된 소결 방식을 얼마나 충실하 게 준수하느냐 인데, 보통 대형 로의 축로 작업은 1개월 이상의 장시간이 소요되며, 장시간 동안 조작자가 규정된 소결 절차에 맞게 온도제어를 해야만 한다.
그러나, 종래의 내화물 소결 작업에 있어서는 가열 장치를 수동으로 조작하여 일정 시간별로 온도를 조절하기 때문에 통상적으로 1개월 이상 소요되는 소결 작업 동안, 규정된 열처리를 만족하지 못할 경우가 많이 발생하고, 이와 같이, 규정된 열처리를 만족하지 못하게 되면 내화물의 성능이 열화되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 로의 종류에 합당한 시간대별 온도제어 패턴을 미리 메모리에 입력시키고 입력된 값에 따라 전력 변환기의 출력을 조절하면서 내화물의 소결 온도를 자동으로 조절하여 수동 조작에 따른 상기와 같은 오류를 방지하여 로의 성능을 향상시킬 있는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열선에 의해 가열되는 축로용 내화물의 소결 온도를 감지하는 온도센서와; 상기 감지된 온도를 기초로 미리 설정된 소결온도 패턴에 따라 상기 열선에 공급되는 전력변환기의 출력을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부와; 상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 전력변환기의 출력을 상기 열선으로 인가하는 SCR 스택을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 소결온도의 패턴을 입력하는 입력장치와; 상기 입력된 소결 온도의 패턴이 저장되는 저장장치를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 온도센서는 써멀 커플러(Thermal Coupler)인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 온도센서로부터 감지된 현재 온도와 시간을 나타내는 온도감시 장치를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 제어부는, 상기 소결온도의 패턴에 따라 상기 축로용 내화물의 소결 온도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 PI 제어기와; 상기 PI 제어기의 출력신호를 상기 SCR 스택을 제어하기 적합한 신호로 변환하는 신호발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 SCR 스택은 서로 반대 극성끼리 병렬 연결된 한쌍의 SCR을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 제어 신호는 상기 한쌍의 SCR이 180도의 위상차이로 턴온되도록 각각의 게이트에 인가되는 2개의 제어신호 일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1을 개념적으로 간략화한 도면이다.
온도제어 장치(10)는 소결온도의 패턴을 입력하는 소결패턴 입력장치(110)와, 입력된 소결온도의 패턴이 저장되는 소결패턴 저장장치(120)와, 소결패턴 저장장치(120)에 저장된 소결온도 패턴에 따라 축로용 내화물(180)의 소결온도를 제어하는 제어부(130)와, 축로용 내화물(180)의 현재 소결온도를 감지하는 온도 센서(140)와, 전력을 공급하는 전력변환기(150)와, 전력변환기(150)의 출력을 제어부(130)의 제어신호에 따라 열선으로 공급하는 SCR 스택(160)과, 내화물을 가열하는 열선(170)으로 구성된다.
소결패턴 입력장치(110)는 사용자가 축로용 내화물(180)의 소결온도 패턴을 입력하는 장치로서, 후술하는 바와 같이, 소결 공정동안의 시간별 소결온도의 변화를 나타내는 소결온도 패턴이 입력된다. 이러한 소결온도 패턴은 종래의 축로용 내화물(180)의 소결 작업시 로의 종류 및 크기와 내화물의 종류 등 그 특성에 따라 설정하여 사용된 패턴일 수 있다.
소결패턴 저장장치(120)는 소결패턴 입력장치(110)로부터 입력된 소결온도 패턴을 저장하고, 소결장치가 저장된 패턴으로 축로용 내화물(180)을 소결할 수 있도록 해당 소결온도 패턴을 제어부(130)에 제공한다.
제어부(130)는 현재의 소결 온도가 미리 설정된 소결온도 패턴을 추종하도록 제어하는 PI 제어기(132)와, PI 제어기(132)의 출력신호를 SCR 스택(160)을 제어하기 접합한 신호로 변환하는 SCR 게이트 신호발생기(134)를 포함한다.
PI 제어기(132)는 온도 센서(140)로부터 입력된 현재 온도를 기초로 소결패턴 저장장치(120)에 저장된 소결온도 패턴에 따라 축로용 내화물(180)을 가열하는 열선(170)의 온도를 제어하기 위한 신호를 생성한다.
즉, PI 제어기(132)는, 후술하는 바와 같이, 목표값인 온도소결 패턴의 온도가 온도 센서(140)에서 감지된 현재 온도보다 낮은 경우 SCR 스택(160)이 보다 넓 은 영역에 걸쳐 턴-온되도록 하는 제어신호를 출력하고, 온도소결 패턴의 온도가 온도 센서(140)에서 감지된 현재 온도보다 높은 경우 SCR 스택(160)이 보다 좁은 영역에 걸쳐 턴-온되도록 하는 제어신호를 출력한다.
이와 같이, SCR 스택(160)의 턴온-영역을 제어함에 의해 전력변환기(150)가 열선(170)으로 전력을 공급하는 시간을 조절함으로써, 소결하고자 하는 축로용 내화물(180)의 주변에 설치된 열선(170)의 온도를 제어하여, 최종적으로 내화물의 소결 온도를 제어할 수 있다.
SCR 게이트 신호발생기(134)는 PI 제어기(132)의 출력신호를 열선(170)의 온도 제어 신호로 변환한다. 즉, SCR 게이트 신호발생기(134)는 게이트 드라이버의 기능으로서, PI 제어기(132)의 출력신호를 전력변환기(150)의 출력이 열선(170)에 인가되도록 스위칭하는 SCR 스택(160)을 제어하기 적합한 신호로 변환한다.
이와 같은 구성에 의해 제어부(130)는 소결패턴 저장장치(120)에 저장된 소결온도 패턴에 따라 SCR 스택(160)의 스위칭을 통하여 열선(170)에 공급되는 전력변환기(150)의 출력을 제어함으로써 열선(170)의 온도를 제어하여, 최종적으로 내화물의 소결온도를 제어할 수 있다.
온도 센서(140)는 축로용 내화물(180)의 주변에 설치되어 열선(170)에 의한 축로용 내화물(180)의 소결 온도를 감지한다. 온도 센서(140)는 바람직하게는 써멀 커플러(Thermal Coupler)일 수 있다.
이러한 온도 센서(140)에 부가하여 온도 센서(140)로부터 감지된 현재 온도와 현재 시간을 나타내는 온도감시 장치(142)를 추가로 포함함으로써, 온도제어 장치(10)에 의해 수행되는 온도 감지 및 진행 상태를 확인할 수 있다.
전력변환기(150)는 열선(170)을 가열하기 위하여 제어부(130)의 제어신호(C1,C2)에 따라 SCR 스택(160)을 통하여 열선(170)에 전력을 공급된다.
SCR 스택(160)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 반대 극성끼리 병렬 연결된 한쌍의 SCR(S1,S2)로 구성되고, 제어부(130)로부터 출력되는 두개의 제어신호(C1,C2)가 게이트에 인가되어 이에 따라 턴온/턴오프됨으로써, 전력변환기(150) 출력의 열선(170)으로의 공급을 제어한다.
열선(170)은 SCR 스택(160)을 통하여 전력변환기(150)로부터 인가되는 전력에 의해 가열되어 축로용 내화물(180)을 가열하고, 이에 따라 축로용 내화물(180)이 소결된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치의 동작방법을 도 1 내지 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 도 2의 SCR 동작을 설명하기 위한 온도에 따른 SCR 위상제어 파형도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치의 소결 온도 패턴예를 나타낸 예시도이다.
먼저, 사용자가 도 4에 도시된 바와 같은 소결온도 패턴을 소결패턴 입력장치(110)를 통하여 입력하면, 입력된 소결온도 패턴이 소결패턴 저장장치(120)에 저장된다.
여기서, 저장되는 소결온도 패턴은, 도 4에 도시된 바와 같이, 시간대 별로 특정한 온도로 제어하는 패턴으로 구성되는데, 예를 들면, 소결 개시 및 온도 변화 등의 시간 정보와 각 시각의 온도가 일별 시간대별 설정 온도값으로 저장된다. 물론, 로에 따라서 패턴의 형태는 다양한 것을 채용할 수 있으며, 해당 패턴을 소결패턴 입력장치(110)를 통하여 입력한 후 소결패턴 저장장치(120)에 저장하면 새로운 패턴에 따른 소결온도 제어를 수행할 수 있다.
이때, 전력변환기(150)는 AC전압의 극성에 따라 SCR 스택(160)의 SCR(S1,S2)의 동작 영역을 반주기씩 구분하여 열선(170)에 전력을 공급한다.
제어부(130)는 소결패턴 저장장치(120)로부터 온도소결 패턴을 입력받는 동시에 온도 센서(140)로부터 축로용 내화물(180)의 온도를 입력받는데, 이때, PI 제어기(132)는 온도소결 패턴과 감지된 온도의 차가 입력되어 감지된 온도가 소결온도 패턴을 추종하도록 제어한다.
한편, PI 제어기(132)의 출력은 SCR 스택(160)을 제어하기 적합한 신호가 아니므로 SCR 게이트 신호발생기(134)로 입력되어 적합한 신호로 변환된다. 즉, SCR 게이트 신호발생기(134)는 PI 제어기(132)의 출력을 입력받고 이에 따라, 후술하는 바와 같이, SCR 스택(160)의 한쌍의 SCR(S1,S2) 게이트를 구동하기 적합한 신호를 발생한다.
예를 들면, SCR 게이트 신호발생기(134)는 SCR 스택(160)을 제어하는 두개의 제어신호(C1,C2)를 발생하는데, 여기서, 각 제어신호(C1,C2)는 각 SCR이 서로 180도의 위상차로 턴온되도록 하는 위상제어 신호이다.
여기서, SCR(S1,S2)의 위상 제어각은 요구하는 온도에 따른 제어부(130)의 제어신호(C1,C2)에 의해 이동할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소결온도 패턴보다 현재의 온도가 낮은 경우, 열선(170)을 고온으로 가열하기 위하여 위상각을 현재의 위치보다 빠르게 하여 SCR 스택(160)의 턴온 영역을 확장함으로써, 전력변환기(150)로부터 열선(170)으로의 전력공급 시간이 증가함에 따라 열선(170)의 온도가 상승한다.
반대로, 소결온도 패턴보다 현재의 온도가 높은 경우, 열선(170)을 저온으로 가열하기 위하여 위상각을 현재의 위치보다 지연시켜 SCR 스택(160)의 턴온 영역을 감축함으로써, 전력변환기(150)로부터 열선(170)으로의 전력공급 시간이 감소함에 따라 열선(170)의 온도가 하강한다.
이와 같은 동작에 의해, 온도제어 장치(10)는 축로용 내화물(180)의 소결온도를 상승하고자 하면, S1의 동작 영역에서는 위상 제어각을 0도 쪽으로 이동시키고, S2동작 영역에서는 180도 쪽으로 이동시키도록 제어하여 열선(170)의 온도를 조절함으로써, 축로용 내화물(180)의 소결온도를 자동 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치는 로의 종류에 합당한 시간대별 온도제어 패턴을 미리 메모리에 입력하여 저장하고, 입력된 소결온도 패턴에 따라 전력 변환기의 출력을 조절하여 열선의 가열을 제어함으로써, 내화물의 소결 조건으로 자동 조절할 수 있고, 따라서, 작업자의 수동 조작에 따라 발생할 수 있는 온도 제어의 문제를 해결하는 동시에, 조작자 없이 자동으로 규정된 내화물 축로를 형성하여 로의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 열선에 의해 가열되는 축로용 내화물의 소결 온도를 감지하는 온도센서와;
    상기 감지된 온도를 기초로 미리 설정된 소결온도 패턴에 따라 상기 열선에 공급되는 전력변환기의 출력을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부와;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 전력변환기의 출력을 상기 열선으로 인가하는 SCR 스택을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결온도의 패턴을 입력하는 입력장치와;
    상기 입력된 소결온도의 패턴이 저장되는 저장장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도센서는 써멀 커플러(Thermal Coupler)인 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도센서로부터 감지된 현재 온도와 시간을 나타내는 온도감시 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 소결온도의 패턴에 따라 상기 축로용 내화물의 소결 온도를 제어하기 위한 신호를 생성하는 PI 제어기와;
    상기 PI 제어기의 출력신호를 상기 SCR 스택을 제어하기 적합한 신호로 변환하는 신호발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 SCR 스택은 서로 반대 극성끼리 병렬 연결된 한쌍의 SCR을 포함하는 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 한쌍의 SCR이 180도의 위상차이로 턴온되도록 각각의 게이트에 인가되는 2개의 제어신호인 것을 특징으로 하는 축로용 내화물 소결장치의 온도제어 장치.
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