KR100832994B1 - 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 열풍로 열량 제어장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 고로 열풍로의 연소계에서 연소의 열원으로 사용되는 혼합가스(CO가스 + 고로가스)의 열량을 측정하고 이를 안정적으로 제어하여 열풍로의 효율을 증가시키고 안정된 축열 및 진동등을 예방하기 위한 열량 측정 및 제어장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은, 고로 열풍로로 유입되는 고로가스의 사용량 및 CO가스의 사용량을 각각 검출하는 고로가스 사용량검출기 및 CO가스 사용량검출기, 상기 유입되는 CO가스의 사용량을 제어하는 CO가스 제어변을 포함하여 구성된 고로 열풍로에서 상기 고로 열풍로의 열원으로 사용되는 혼합가스(고로가스 + CO가스)의 열량을 제어하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치에 있어서, 상기 고로 열풍로로 공급되는 고로가스를 검출하는 고로가스검출부; 상기 고로가스검출부에 의해 검출된 고로가스를 성분별로 분석하는 고로가스 성분분석부; 상기 고로가스 성분분석부에 의해 분석된 고로가스의 성분분석값을 이용하여 고로가스의 열량을 계산하는 제1 연산부; 상기 고로 열풍로로 공급되는 CO가스를 검출하는 CO가스검출부; 상기 CO가스검출부에 의해 검출된 CO가스를 성분별로 분석하는 CO가스 성분분석부; 상기 CO가스 성분분석부에 의해 분석된 CO가스의 성분분석값을 이용하여 CO가스의 열량을 계산하는 제2 연산부; 상기 제1 연산부 및 상기 제2 연산부에서 각각 계산된 고로가스 열량값 및 CO가스 열량값을 이용하여 상기 혼합가스의 열량값을 계산하는 제3 연산부; 상기 혼합가스의 열량 설정값을 설정하는 혼합가스 열량설정부; 상기 혼합가스 열량설정부에서 설정된 혼합가스의 열량 설정값과 상기 제3 연산부에서 계산된 혼합가스 열량 계산값을 이용하여 편차값을 계산하는 제어부; 상기 제어부로부터 상기 편차값을 수신하고, 상기 제1 연산부 및 상기 제2 연산부로부터 고로가스 열량값 및 CO가스 열량값을 수신하여 상기 편차값에 대한 상기 고로가스의 열량비율을 계산하는 제4 연산부; 상기 고로가스 사용량검출기로부터 입력된 고로가스 사용량 및 상기 제4 연산부로부터 입력된 고로가스의 열량비율을 이용하여 현재 사용되는 고로가스에 대응하는 CO가스 사용량의 설정값을 계산하는 제5 연산부; 및 상기 제5 연산부로부터 입력된 CO가스 사용량의 설정값과 상기 CO가스 사용량검출기로부터 입력되는 CO가스 사용량 검출값과의 편차를 이용하여 상기 CO가스 제어변의 제어신호를 출력하는 제6 연산부; 를 포함한다.

고로 열풍로, 혼합가스, CO가스, 고로가스, 열량, 가스별 열량비율, CO가스 제어변

Description

고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING HEAT VALUE OF MIXED GAS OF HOT WIND FURNACE OF A BLAST FURNACE}

도 1은 종래의 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치의 제어과정을 보이는 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 혼합가스의 열량 제어장치의 상세 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치의 제어과정을 보이는 개략도이다.

도 4는 도 3의 고로가스검출부 및 CO가스검출부의 검출과정을 보이는 상세 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따른 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치의 상세 구성도이다.

도 6은 본 발명의 적용 전과 후의 CO가스변화에 대한 열량 열량제어 응답 변화도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 고로가스검출부 2 : 고로가스 성분분석부

3 : 제1 연산부 4 : 제3 연산부

5 : CO가스검출부 6 : CO가스 성분분석부

7 : 제2 연산부 11 : 제5 연산부

12 : 고로가스 사용량검출부 14 : 제6 연산부

15 : CO가스 사용량거출부 16 : CO가스 제어변

17 : 제어부 18 : 고로

19 : 혼합기(MIXER) 20 : 열풍로

22 : 제4 연산부 26 : 혼합가스 열량설정부

42,52 : 샘플가스 펌프 43,53 : 샘플가스 유량조절변

44,45,54,55 : 샘플가스 압력조절변

본 발명은 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 고로 열풍로의 연소계에서 연소의 열원으로 사용되는 혼합가스(CO가스 + 고로가스)의 열량을 측정하고 이를 안정적으로 제어하여 열풍로의 효율을 증가시키고 안정된 축열 및 진동등을 예방하기 위한 열량 측정 및 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 현재 제철소에서 적용되고 있는 고로 열풍로에서는 열풍로 연소실에서 가스와 에어에 의해 연소되어 발생된 열을 축열실에서 축적한 후 송풍모드시 송풍기에 의한 송풍에 따라 열풍을 상기 고로 내로 불어넣는다. 이때, 상기 연소실에서 연소하여 축열실에 축열되는 온도는 약 1300℃ 정도가 되며 상기 고로 내로 송풍되는 열풍온도는 약 1100℃ 정도이다.

이러한 열풍로에서 연소의 열원으로 사용되고 있는 CO가스와 고로가스의 혼합가스 사용량에 따라 열량이 변화하고 이러한 열량 변화는 고로 열풍로의 연소제어에 민감한 요소가 되며 축열과 연소효율에도 많은 영향을 미치게 된다. 특히, 혼합가스 중 CO가스의 사용량에 대한 제어는 고로 열풍로의 열량제어에 중요한 요소이기 때문에 상기 CO가스의 사용량에 따른 혼합가스의 열량을 측정하고 이에 따라 혼합가스의 열량을 제어하는 것이 중요하다.

도 1 내지 도 2를 참조하여 종래의 열풍로 연소시 혼합가스의 열량 제어 과정을 설명한다. 도 1은 종래의 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치의 제어과정을 보이는 개략도이다. 혼합가스(CO가스+고로가스)의 열량을 검출하기 위하여 혼합기(MIXER;19)의 후단에 설치된 혼합가스 열량검출기(21)에서 혼합가스의 열량을 검출하여 그 검출값을 제1 연산기(17)로 입력하고(i21) 상기 제1 연산기(17)는 혼합가스 열량설정기(26)로부터 혼합가스에 대한 열량설정값(Q26)을 수신하고 이를 상기 입력된 혼합가스 열량 검출값(i21)과 비교하여 그 편차값(Q17)을 제2 연산기(10)로 입력한다(Q17). 상기 제2 연산기(10)는 고로가스 열량설정기(24) 및 CO가스 열량설정기(25)로부터 고로가스 열량설정값(i24) 및 CO가스 열량설정값(i25)을 각각 입력받아 상기 제1 연산기(17)로부터 수신한 상기 편차값(Q17)에 대하여 각 가스별(CO가스 및 고로가스) 열량 비율을 계산한다. 이어, 상기 계산된 결과값(Q10)은 제3 연산기(11)로 입력되고(Q10) 상기 제3 연산기(11)는 고로가스 사용량검출기(12)로부터 입력되는 고로가스 사용량의 검출값(i11)을 수신하여 각 가스에 대한 사용량의 비율을 설정한 후 제4 연산기(14)로 CO가스의 사용 설정값(Q11)을 출력한다. 상기 제4 연산기(14)는 CO가스 사용량검출기(15)로부터 CO 사용량 검출값(i14)을 수신하고 상기 CO가스 사용량 설정값(Q11)과 CO가스 사용량 검출값(i14)을 비교하여 CO가스 제어변(16)을 개폐를 제어하고 열량이 높은 CO가스의 사용량을 제어(가감)함으로써 혼합가스의 열량을 제어한다. 도면에 도시된 바와 같이 고로가스의 사용량을 고정시키고 CO가스의 사용량을 제어함으로써 혼합가스의 열량을 제어한다.

도 2는 도 1의 혼합가스의 열량 제어장치의 상세 구성도이다. 도 2를 참조하여 이를 간략하게 설명하면, 혼합가스 열량설정기(26)에서 열풍로 연소시 제어하고자 하는 열량을 설정(약 0~1500k/cal)하고 그 값이 제1 연산기(17)의 설정치(sv)가 되고 혼합가스 열량검출기(21)에서 검출된 열량 검출값이 상기 제1 연산기(17)의 입력값(pv)이 되며 상기 제1 연산기(혼합가스열량 제어기)(17)의 출력(mv)은 sv와 pv의 편차값이 되어 제2 연산기(10)로 입력된다. 고로가스 열량설정기(24)에서 고로가스열량 통상추정치를 설정하여 제2 연산기(10)로 입력하고 CO가스 열량설정기(25)에서 CO가스열량 통상추정치를 설정하여 상기 제2 연산기(10)에 입력한다. 상기 제2 연산기(10)에서는 하기의 제1 연산식에 의해 상기 편차값에 대하여 각 가스별 비율을 계산한다(Q10).

[제1 연산식]

출력값(Q10) = {{(혼합가스 열량설정값 - 고로가스 열량통상추정치)/ (CO가스 열량통상추정치- 혼합가스 열량설정값)} + {제1 연산기(17)의 출력(Q17) - 50% }}

상기 제1 연산식에 의해 각 가스별로 비율 계산된 출력(Q10)은 제3 연산기(11)에 입력되고 고로가스 사용량검출기(12)에서 고로가스 사용량을 검출하여 상기 제3 연산기(11)에 입력된다. 이어, 상기 제3 연산기(11)에서 하기 제2 연산식에 의해 상기 계산된 CO가스 열량에 대한 CO가스 사용량 설정값을 계산한다.

[제2 연산식]

제3 연산기의 출력 = 제2 연산기의 출력(Q10) ×고로가스 사용량검출기(12)의 검출값(i11)}

이와 같이 계산된 결과값은 제4 연산기(14)에 설정치(SV)로 입력되며 CO가스 사용량검출기(15)에서 검출된 CO가스 사용량은 상기 제4 연산기(14)의 입력치(PV)로 입력되어 제어연산된 출력값(Q14)은 CO가스 제어변(16)으로 제어값을 출력하여 CO가스 사용량을 가감(제어)함으로써 상기 혼합가스 열량설정기(26)에서 설정한 혼합가스 열량에 도달하도록 제어한다.

이와 같은 종래의 열량 검출은 혼합기(19)에서 고로가스와 CO가스가 혼합된 혼합가스를 샘플링 펌프(미도시)에서 펌핑하여 일정압과 일정사용량의 혼합가스를 소형 연소로에 공급하고 일정압과 일정량의 공기를 소형연소로에 공급하여 혼합가스를 태워서 그 온도를 측정하며 온도에 비례한 값을 산출하여 혼합가스의 밀도를 보정하여 열량을 검출하는 방식이다. 이 방식에서는 고로 열풍로의 혼합가스 열량 측정시 기연소중인 혼합가스로 열량을 분석하는 경우 열량 분석에 대한 오차 요소가 많고 CO가스사용량을 변화시킬 때 CO가스사용량을 변화에 대한 열량검출응답의 변화가 지연(120Sec이상)되는 문제가 있었으며, 연소로내의 온도로 열량을 검출함으로써 열량 검출시간의 지연과 연소조건에 대한 변화가 열량검출오차로 바로 연계되어 신뢰도가 낮았다.

또한, 고로 열풍로의 혼합가스의 열량 제어시 혼합가스 열량검출기(21)에서 혼합가스의 열량을 검출하여(i21) 제1 연산기(17)로 보내 혼합가스 열량 검출값과 혼합가스 열량 설정값의 편차가 생기면 그 편차를 제어하기 위하여 제2 연산기(10)에서는 고로가스 열량설정값 및 CO가스 열량설정값을 수신하여 상기 편차값에 대한 상기 각 가스별 비율을 계산하고 제3 연산기(11)에서는 그 비율에 따른 CO가스 사용 설정량을 계산하여 제4 연산기(14)로 전달한다. 이어, 상기 제4 연산기(14)에서 CO가스 사용량설정값과 CO가스 사용량검출값(i14)에 따라 CO가스 제어변(16)을 제어함으로써 CO가스 사용량을 변화시킨다. 여기서, 상기 변화된 CO가스가 고로가스와 혼합되어 그 혼합된 가스에 대한 혼합가스 열량검출기(21)에서의 열량검출시 상기 제1 연산기(17)에 입력되는 응답시간은 최소 120초 이상 소요되어 열풍로의 교체시(약 10분)에는 CO가스 사용량을 조정하여 고로 열풍로의 혼합가스 열량제어를 행하는 것은 사실상 불가능하였다. 나아가, 고로 열풍로 조업상 열풍로 교체전후(약 10분)에 가스변화 요인이 많아 고로열풍로의 혼합가스 열량 및 CO가스 사용량을 적절히 제어하지 못해 CO가스 사용량변화가 많으면 주어진 시간안에 열풍로 열이 충분히 축열되지 않아 송풍시 고로에 원하는 열풍을 공급하지 못하였고 CO가스 사용량 및 열량변동이 심하면 연소의 불안전으로 진동등이 발생하여 고로열풍로 장치에 손상을 주는 문제가 있었다.

따라서, 상기 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로서 본 발명은, 고로 열풍로의 혼합가스 열량측정에서 지연이 적으며(약 5초~10초 이내) 고로 열풍로 열량제어에서 미리 측정하여 알고 있는 고로가스 열량 및 CO가스 열량에 비례하여 그 양만큼 CO가스량을 제어함으로써, CO가스 유량의 변화가 바로 열량 변화값이 되어 열량검출의 지연 및 열량제어의 지연없이 신속하고 안정적으로 고로 열풍로의 열량을 제어하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치는, 고로 열풍로로 유입되는 고로가스의 사용량 및 CO가스의 사용량을 각각 검출하는 고로가스 사용량검출기 및 CO가스 사용량검출기, 상기 유입되는 CO가스의 사용량을 제어하는 CO가스 제어변을 포함하여 구성된 고로 열풍로에서 상기 고로 열풍로의 열원으로 사용되는 혼합가스(고로가스 + CO가스)의 열량을 제어하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치에 있어서, 상기 고로 열풍로로 공급되는 고로가스를 검출하는 고로가스검출부; 상기 고로가스검출부에 의해 검출된 고로가스를 성분별로 분석하는 고로가스 성분분석부; 상기 고로가스 성분분석부에 의해 분석된 고로가스의 성분분석값을 이용하여 고로가스의 열량을 계산하는 제1 연산부; 상기 고로 열풍로로 공급되는 CO가스를 검출하는 CO가스검출부; 상기 CO가스검출부에 의해 검출된 CO가스를 성분별로 분석하는 CO가스 성분분석부; 상기 CO가스 성분분석부에 의해 분석된 CO가스의 성분분석값을 이용하여 CO가스의 열량을 계산하는 제2 연산부; 상기 제1 연산부 및 상기 제2 연산부에서 각각 계산된 고로가스 열량값 및 CO가스 열량값을 이용하여 상기 혼합가스의 열량값을 계산하는 제3 연산부; 상기 혼합가스의 열량 설정값을 설정하는 혼합가스 열량설정부; 상기 혼합가스 열량설정부에서 설정된 혼합가스의 열량 설정값과 상기 제3 연산부에서 계산된 혼합가스 열량 계산값을 이용하여 편차값을 계산하는 제어부; 상기 제어부로부터 상기 편차값을 수신하고, 상기 제1 연산부 및 상기 제2 연산부로부터 고로가스 열량값 및 CO가스 열량값을 수신하여 상기 편차값에 대한 상기 고로가스의 열량비율을 계산하는 제4 연산부; 상기 고로가스 사용량검출기로부터 입력된 고로가스 사용량 및 상기 제4 연산부로부터 입력된 고로가스의 열량비율을 이용하여 현재 사용되는 고로가스에 대응하는 CO가스 사용량의 설정값을 계산하는 제5 연산부; 및 상기 제5 연산부로부터 입력된 CO가스 사용량의 설정값과 상기 CO가스 사용량검출기로부터 입력되는 CO가스 사용량 검출값과의 편차를 이용하여 상기 CO가스 제어변의 제어신호를 출력하는 제6 연산부; 를 포함한다.

본 발명은 고로 열풍로의 혼합가스의 열량을 측정하고 이를 기초로 하여 고로 열풍로의 혼합가스의 열량을 제어하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치에 관한 것으로서 특히, 고로가스의 열원이 되는 CO가스의 농도와 H2가스의 농도를 GAS분석계로 측정하여 열량을 산출하고 CO가스의 열원이 되는 CO가스의 농도와 H2가스의 농도, CH4가스의 농도, C2H4가스의 농도를 GAS분석계로 측정하여 열량을 산출한 후 CO가스 사용량과 고로가스 사용량을 연산하여 지연없이(5Sec이내) 혼합가 스의 열량을 측정하고, 기검출된 고로가스의 열량(약 700~800Kcal/Nm3)과 CO가스의 열량(약 4300Kcal/Nm3)에 의해 혼합가스 사용량에 대한 CO가스량을 제어하면 CO가스 사용량이 목표치에 도달시점이 열량제어 목표치에 도달함과 같으므로 지연없는 열량제어로 CO가스의 변화와 열량변화가 적고 고로 열풍로의 연소제어가 안정되어 축열이 안정되는 고효율 연소방식의 고로 열풍로 열풍 제어장치에 관한 것이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치의 제어과정을 보이는 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치는 크게, 고로 열풍로의 고로가스 열량과 CO가스 열량, 그리고 혼합가스 열량(고로가스열량 + CO가스열량)을 검출하는 부분과, 상기 검출한 혼합가스의 열량을 이용하여 고로 열풍로의 혼합가스 열량제어를 수행하는 혼합가스의 열량을 제어하는 부분으로 이루어진다. 보다 구체적으로는 고로가스를 검출하는 고로가스검출부(1), 상기 검출된 고로가스 중에 열원이 되는 CO가스와 H2가스의 성분값을 분석하는 고로가스 성분분석부(2), 상기 분석된 성분값을 기초로 하여 고로가스의 열량을 계산하는 제1 연산부(3), CO가스를 검출하는 CO가스검출부(5), 상기 검출된 CO가스 중에 열원이 되는 CO가스, H2가스, CH4가스, C2H4가스의 성분값을 분석하는 CO가스 성분분석부(6), 상기 분석된 성분값을 기초로 하여 CO가스의 열량을 계산하는 제2 연산부(7), 상기 계산된 고로가스 열량값과 CO가스 열량값을 이용 하여 고로 열풍로의 혼합가스 열량을 계산하는 제3 연산부(4), 고로 열풍로(20)의 혼합가스의 제어열량을 설정하는 혼합가스 열량설정부(26), 상기 고로 열풍로(20)의 설정 열량값과 측정 열량값을 비교하여 그 편차값 상기 열풍로의 열량을 제어하기 위한 제어부(17), 상기 편차값에 대한 각 가스별 비율을 계산하는 제4 연산부(22), CO가스의 사용량을 제어하기 위한 CO가스 제어변(16), 고로가스 사용량을 검출하는 고로가스 사용량검출부(12), 상기 혼합가스 열량 편차값에 대한 CO가스 사용량 비율을 연산하여 CO가스 사용량 설정값을 연산하는 제5 연산부(11), CO가스 사용량을 측정하는 CO가스 사용량검출부(15), 그리고 상기 CO가스 사용량 설정값과 상기 CO가스 사용량 측정값을 비교하여 CO가스 제어변을 제어하는 제6 연산부(14)로 구성된다.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 장치의 동작을 설명하면, 혼합가스 열량설정부(26)는 열풍로 연소시 제어하고자 하는 혼합가스의 열량(Q26)을 설정하고 그 설정값이 제어부(17)로 입력한다. 한편, 고로가스검출부(1)에서 상기 고로가스를 검출한다. 고로가스 성분분석부(2)에서는 상기 검출된 고로가스 중 CO가스와 H2가스 성분별로 각각 분석하고 그 결과값을 제1 연산부(3)로 전송한다. 상기 제1 연산부(3)는 상기 수신한 결과값을 기초로 고로가스의 열량(Q3)을 계산하여 제3 연산부(4)로 전달한다. 또한, CO가스검출부(5)에서는 상기 고로(18)에서 배출되는 CO가스를 검출한다. CO가스 성분분석부(6)에서 상기 검출된 CO가스 중 CO가스, H2가스, CH4가스, C2H4가스 성분을 각각 분석하고 그 결과값을 제2 연산부(7)로 전송 한다. 상기 제2 연산부(7)는 상기 수신한 결과값을 기초로 하여 CO가스의 열량(Q7)을 계산하여 상기 제3 연산부(4)로 전달한다.

상기 제3 연산부(4)는 상기 제1 연산부(1) 및 상기 제2 연산부(7)로부터 상기 계산된 고로가스의 열량 및 CO가스의 열량 계산값을 각각 수신하고 이를 이용하여 혼합가스의 열량(Q4)(고로가스의 열량 + CO가스의 열량)을 계산하여 출력한다. 이때, 상기 혼합가스의 열량은 상기 고로가스의 열량, 상기 고로가스의 사용량, 상기 CO가스의 열량 및 상기 CO가스의 사용량을 이용하여 계산되며 상기 계산은 바람직하게는 컴퓨터를 통해 실현된다. 이어, 상기 제3 연산부(4)에서 계산된 상기 혼합가스의 열량(Q4)은 상기 제어부(17)로 입력된다.

상기 제어부(17)는 상술한 바와 같이 상기 혼합가스 열량설정부(26)로부터 혼합가스의 열량 설정값을 수신하고 상기 계산된 혼합가스의 열량 측정값을 비교하여 그 편차값을 제4 연산부(22)로 전송한다(Q17). 또한, 상기 제4 연산부(22)는 상기 제1 연산부(3) 및 상기 제2 연산부(7)로부터 상기 계산된 고로가스의 열량(Q3)과 CO가스의 열량(Q7)을 수신하여 상기 제어부(17)로부터 수신한 혼합가스의 열량 편차값(Q17)에 대한 각각의 가스별(고로가스 및 CO가스) 비율을 계산한다(Q22). 즉, 실제 검출한 혼합가스의 열량 측정값과 제어하고자 하는 혼합가스의 열량 설정값과의 차이에 대한 각 가스별 비율을 계산하는 것으로서 상기 편차값(Q17)에 대하여 각 가스별 열량값이 미치는 영향의 정도를 계산하는 것이다. 여기서, 특히 상기 편차값(Q17)에 대한 고로가스가 차지하는 열량 비율(Q22)을 계산한다.

이와 같이 상기 제4 연산부(22)에서 계산한 고로가스의 열량 비율값(Q22)은 제5 연산부(11)로 전달되고 상기 제5 연산부(11)에서는 상기 수신한 고로가스의 열량비율값(Q22)을 기초로 하여 상기 계산된 비율에 따른 고로가스의 사용량 및 CO가스의 사용량을 계산한다. 즉, 상기 계산된 편차값에 따른 고로가스의 열량 및 CO가스의 열량의 비율을 이용하여 고로가스의 사용량 및 CO가스의 사용량의 비율을 설정한다. 한편, 상기 제5 연산부(11)는 고로가스 사용량검출부(12)로부터 고로가스 사용량 검출값(i11)을 수신하여 상기 설정된 고로가스 사용량 및 CO가스 사용량의 비율에 따라 상기 CO가스의 사용량 설정값을 계산한다(Q11). 이는 제어하고자 하는 혼합가스의 열량의 목표치에 도달하기 위하여 제어해야할 CO가스 사용량의 설정값(Q11)이 된다.

상기 제5 연산부(11)에서 계산된 CO가스의 사용량 설정값은 제6 연산부(14)로 전송되고 상기 제6 연산부(14)는 상기 제5 연산부(11)로부터 수신한 CO가스 사용량 설정값과 CO가스 사용량검출부(15)로부터 수신한 CO가스 사용량 검출값을 비교하여 그 결과값에 따라 CO가스 제어변(16)의 개폐를 제어한다. 상기 CO가스 제어변(16)은 상기 제6 연산부(14)의 출력값에 따라 제어변을 개폐하고 이로써 CO가스의 사용량이 제어(가감)된다.

상술한 바와 같은 과정을 통해 열량이 높은 CO가스의 사용량을 제어함으로써 최종적으로 혼합가스의 열량을 원하는 값으로 제어하게 된다.

도 4는 도 3의 고로가스검출부(1) 및 CO가스검출부(5)의 검출과정을 보이는 상세 구성도를 도시한 것으로서, 고로가스검출부(1)에서 고로가스를 검출하기 위한 상세 구성도와 CO가스검출부(5)에서 CO가스를 검출하기 위한 상세 구성도를 나타낸다. 고로가스 검출의 경우, 유입되는 고로가스(41)를 제1 샘플가스 펌프(42)에서 펌핑하고 제1 샘플가스 유량조절변(43), 제1 샘플가스 압력조절변(44) 및 제2 샘플가스 압력조절변(45)의 제어에 따라 일정압과 일정유량의 고로가스가 유입되도록 한다. 이와 같이 일정압과 일정유량으로 유입되도록 제어된 고로가스를 고로가스검출부(1)에서 검출하고 고로가스분석부(2)에서 상기 검출된 고로가스 중 CO가스와 H2가스의 성분을 분석하며 제1 연산부(3)에서 고로가스의 열량을 연속 측정한다.

한편, CO가스 검출의 경우, 유입되는 CO가스(51)를 제2 샘플가스 펌프(52)에서 펌핑하고 제2 샘플가스 유량조절변(53), 제3 샘플가스 압력조절변(54) 및 제4 샘플가스 압력조절변(55)의 제어에 따라 일정압과 일정유량의 CO가스가 유입되도록 한다. 상기 일정압과 일정유량으로 유입되도록 제어된 CO가스를 CO가스검출부(5)에서 검출하고 CO가스분석부(6)에서 상기 검출된 고로가스 중 CO가스, H2가스, CH4가스, C2H4가스의 성분을 분석하며 제2 연산부(7)에서 CO가스의 열량을 연속 측정한다. 상기 제1 연산부(3) 및 상기 제2 연산부(7)에서 각각 계산된 상기 고로가스의 열량값(Q3) 및 상기 CO가스의 열량값(Q7)은 제3 연산부(4)로 전송되고 상기 제3 연산부(4)에서는 혼합가스의 열량(Q4)을 계산한다. 미설명 도면부호 46, 56은 배기되는 가스의 유량조절변이다.

이와 같이, 본 발명에서는 고로가스 검출 및 CO가스 검출에 따른 혼합가스 열량을 계산한다.

도 5는 본 발명에 따른 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치의 상세 구성도이다. 도 5를 참조하여 본 발명을 설명한다. 혼합가스 열량설정부(26)에서 열풍로 연소시 제어하고자 하는 혼합가스의 열량(0~1500k/cal)을 설정하고 그 설정값이 제어부(17)의 설정치(sv)(Q27)가 되며, 상기 고로가스검출부(1)에서 고로가스를 검출하고 고로가스 성분분석부(2)에서 상기 검출된 고로가스 중의 CO가스와 H2가스 성분을 검출하여 제1 연산부(3)로 보내면 상기 제1 연산부(3)에서는 하기 제3 연산식을 이용하여 고로가스의 열량(Q3)을 계산한다.

[제3 연산식]

고로가스의 열량(Q3) = (CO가스값 ×3035) + (H2가스값 ×2570)

여기서, 3035는 CO가스 성분의 표준열량을, 2570은 H2가스 성분의 표준열량을 나타낸다.

한편, CO가스검출부(5)에서 CO가스를 검출하고 CO가스 성분분석부(6)에서 상기 검출된 CO가스 중의 CO가스, H2가스, CH4가스, C2H4가스 성분을 검출하여 제2 연산부(7)로 보내면 상기 제2 연산부(7)에서는 하기 제4 연산식을 이용하여 CO가스의 열량(Q7)을 계산한다.

[제4 연산식]

CO가스의 열량(Q7) = (CO가스값 ×3035) + (H2가스값 ×2570) + (CH4가스값 ×8570) + (C2H4가스값 ×14320)

여기서, 3035은 CO가스 성분의 표준열량, 2570은 H2가스 성분의 표준열량, 8570은 CH4가스 성분의 표준열량, 14320은 C2H4가스 성분의 표준열량을 나타낸다.

이와 같이, 상기 제1 연산부(3) 및 상기 제2 연산부(7)에서 각각 계산된 고로가스의 열량값(Q3) 및 CO가스의 열량값(Q7)은 제3 연산부(4)로 전송되고 상기 제3 연산부(4)는 상기 수신한 열량값(Q3,Q7) 및 기측정된 고로가스의 사용량 및 CO가스의 사용량을 이용하여 하기 제5 연산식에 의거 혼합가스의 열량(Q4)을 계산한다.

[제5 연산식]

혼합가스의 열량(Q4) = {(고로가스의 열량값(Q3) ×고로가스의 사용량) / (CO가스의 사용량 + 고로가스의 사용량)} + {(CO가스의 열량값(Q7) ×CO가스의 사용량)/ (CO가스의 사용량 + 고로가스의 사용량)}

상기 제3 연산부(4)에서 계산된 혼합가스의 열량값(Q4)는 상기 혼합가스 열량설정부(26)에서 설정된 혼합가스 열량설정값(i26)과 함께 제어부(17)로 입력된다. 상기 제어부(17)는 상기 입력된 두 값(Q4,i26)을 비교하여 그 편차값(Q17)을 제4 연산부(22)로 출력한다. 상기 제4 연산부(22)는 상기 편차값(Q17)을 수신하고 상기 제1 연산부(3) 및 상기 제2 연산부(7)로부터 고로가스의 열량값(Q3) 및 CO가스의 열량값(Q7)을 각각 수신하여 상기 편차값(Q17)에 대한 각 가스별(고로가스 및 CO가스) 비율을 하기 제6 연산식에 의거하여 계산한다. 특히, 상기 편차값(Q17)에 대한 고로가스의 열량이 차지하는 비율(Q22)을 계산한다.

[제6 연산식]

출력(Q22) = {(혼합가스의 열량설정값(Q26)-고로가스의 열량값(Q3)) / (CO가스의 열량값(Q7)-혼합가스의 열량설정값(Q26))} + (제어부의 출력값(Q17)-50%)

이와 같이 계산된 비율(Q22)는 제5 연산기부(11)로 전송된다. 상기 제5 연산부(11)는 고로가스 사용량검출부(12)로부터 수신된 고로가스 사용량을 수신하고 상기 고로가스의 열량비율(Q22)과 상기 고로가스 사용량에 대응하는 제어열량에 대한 CO가스 사용량의 설정값(Q11)을 계산한다. 다시 말하면, 현재 사용되는 고로가스를 CO가스로 대체하여 혼합가스의 열량을 제어하기 위해 다시 공급해야할 CO가스의 설정량을 계산하는 것이다. 이는 현재 사용되는 고로가스로 인해 발생하는 혼합가스의 열량 편차값(Q17)에 대하여 CO가스의 제어(가감)를 통해 그 편차값을 최소화하고자 하는 것이다. 따라서, 고로가스의 열량비율(Q22)과 그 때 사용된 고로가스의 사용량에 대하여 CO가스로 대체하기 위한 CO가스 사용량 설정값(Q11)을 상기 제5 연산부(11)에서 계산하는 것이다. 상기 계산은 하기 제7 연산식에 의해 이루어진다.

[제7 연산식]

CO가스 사용량설정값(Q11) = {제4 연산기(22)의 출력(즉, 편차값(Q17)에 대한 고로가스의 열량비율(Q26)) ×고로가스의 사용량(i11)}

이와 같이 계산된 CO가스 사용량설정값은 제6 연산부(14)에 입력된다. 상 기 제6 연산부(14)는 상기 CO가스 사용량설정값과 CO가스 사용량검출부(15)로부터 수신한 CO가스 사용량검출값(i14)을 비교하여 그 결과값(Q14)을 CO가스 제어변(16)의 제어신호로 출력한다. 이로써 CO가스량 가감하면서 CO가스 사용량을 제어하여 전체적으로 혼합가스 열량을 제어한다.

이와 같이 고로가스의 열량과 CO가스의 열량을 미리 연속으로 측정하면서 고로가스 사용량에 대한 CO가스 사용량의 비를 변경시키면 CO가스량이 목표치에 도달함과 동시에 고로 열풍로의 혼합가스 열량이 자동 검출되어 원하는 열량의 혼합가스를 고로 열풍로에 항상 공급할 수 있다.

도 6은 본 발명의 적용 전과 후의 CO가스변화에 대한 열량 열량제어에 대한 실험결과를 보이는 응답 변화도로서, 도 6(a)는 본 발명의 적용전의 CO가스변화에 대한 열량제어 응답 변화도이고 도 6(b)는 본 발명의 적용후 CO가스변화에 대한 열량제어 응답 변화도이다. 도 6(a)의 경우 혼합가스 열량의 설정치와 측정치를 비교하여 편차가 발생하면 그 편차를 제어하기 위하여 CO가스의 사용량을 변화시키고 상기 변화된 CO가스가 고로가스와 혼합되어 그 혼합된 가스에 대한 열량을 다시 검출하여 제1 연산기로 입력하는 응답시간은 최소 120초(Dt=120초) 이상 소요되어 고로 열풍로 조업상 열풍로 교체전후(약 10분 소요)에 가스변화 요인이 많아 고로 열풍로의 혼합가스량 및 CO가스량을 적절히 제어하지 못함으로써 CO가스 변화에 대한 혼합가스의 열량변화 응답에 지연이 발생함을 알 수 있다. 이와 같이 종래에는 CO가스 변화에 대한 혼합가스 열량제어 응답의 지연으로 인해 CO가스 유량변화가 많 으면 주어진 시간안에 열풍로 열이 충분히 축열되지 않아 송풍시 고로에 원하는 열풍을 공급할 수 없고 CO가스 유량 및 열량변동이 심하면 연소의 불안전으로 진동등이 발생한다. 한편, 도 6(b)의 경우, 이미 알고 있는 고로가스 열량 및 CO가스 열량에 비례하여 그 양만큼 CO가스량을 제어하게 되면 CO가스 유량의 변화가 바로 혼합가스 열량변화가 되기 때문에 열량검출의 지연이나 열량제어의 지연없이 CO가스 변화에 대한 혼합가스 열량제어 응답이 신속하게 일어남을 알 수 있다. 또한 도 6(b)에서 혼합가스 열량제어는 CO가스유량이 설정치에 도달하는 시간(Dt= 5~10초 이내)에 이루어지는 것을 알 수 있다. 이로써 원하는 열량제어가 열량검출의 지연없이 CO가스량을 제어하여 고로 열풍로의 안정적인 열량제어가 이루어져 열풍로 교체시의 급격한 열량변화에 의한 연소불안정과 축열부족, 열풍로 진동등을 해결할 수 있다.

상술한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명의 일실시예를 들어 설명한 것으로서 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 치환, 변경 또는 수정이 가능할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, CO가스 열량과 고로가스 열량을 항상 측정하면서, 이미 알고 있는 고로가스 열량 및 CO가스 열량에 비례하여 그 양만큼 CO가스량을 가감(제어)함으로써 CO가스 유량의 변화가 혼합가스의 열량 변화값이 되어 열량검출의 지연 및 열량제어의 지연없이 신속하고 정확한 고로 열풍로의 연량제어가 가능하다.

또한, CO가스 유량을 제어변이 동작하여 CO가스 유량 설정치(목표치)에 도달하는 시간이 혼합가스 열량제어에서 열량제어 설정치(목표치)에 도달하는 시간이 되어 열량검출의 지연없이 안정적으로 고로 열풍로의 열량을 제어할 수 있다.

나아가, 원하는 열량제어가 열량검출 지연없이 CO가스량을 제어하여 고로 열풍로의 안정적인 열량제어가 이루어져 열풍로 교체시의 급격한 열량변화에 의한 연소불안전과 축열부족, 열풍로 진동등을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 고로 열풍로로 유입되는 고로가스의 사용량 및 CO가스의 사용량을 각각 검출하는 고로가스 사용량검출기(12) 및 CO가스 사용량검출기(15), 상기 유입되는 CO가스의 사용량을 제어하는 CO가스 제어변(16)을 포함하여 구성된 고로 열풍로에서 상기 고로 열풍로의 열원으로 사용되는 혼합가스(고로가스 + CO가스)의 열량을 제어하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치에 있어서,

   상기 고로 열풍로(20)로 공급되는 고로가스를 검출하는 고로가스검출부(1);

   상기 고로가스검출부(1)에 의해 검출된 고로가스를 성분별로 분석하는 고로가스 성분분석부(2);

   상기 고로가스 성분분석부(2)에 의해 분석된 고로가스의 성분분석값을 이용하여 고로가스의 열량을 계산하는 제1 연산부(3);

   상기 고로 열풍로(20)로 공급되는 CO가스를 검출하는 CO가스검출부(5);

   상기 CO가스검출부(5)에 의해 검출된 CO가스를 성분별로 분석하는 CO가스 성분분석부(6);

   상기 CO가스 성분분석부(6)에 의해 분석된 CO가스의 성분분석값을 이용하여 CO가스의 열량을 계산하는 제2 연산부(7);

   상기 제1 연산부(3) 및 상기 제2 연산부(7)에서 각각 계산된 고로가스 열량값(Q3) 및 CO가스 열량값(Q7)을 이용하여 상기 혼합가스의 열량값(Q4)을 계산하는 제3 연산부(4);

   상기 혼합가스의 열량 설정값(Q26)을 설정하는 혼합가스 열량설정부(26);

   상기 혼합가스 열량설정부(26)에서 설정된 혼합가스의 열량 설정값(Q26)과 상기 제3 연산부(4)에서 계산된 혼합가스 열량 계산값(Q4)을 이용하여 편차값(Q17)을 계산하는 제어부(17);

   상기 제어부(17)로부터 상기 편차값(Q17)을 수신하고, 상기 제1 연산부(3) 및 상기 제2 연산부(7)로부터 고로가스 열량값(Q3) 및 CO가스 열량값(Q7)을 수신하여 상기 편차값(Q17)에 대한 상기 고로가스의 열량비율(Q22)을 계산하는 제4 연산부(22);

   상기 고로가스 사용량검출기(12)로부터 입력된 고로가스 사용량(i11) 및 상기 제4 연산부(22)로부터 입력된 고로가스의 열량비율(Q22)을 이용하여 현재 사용되는 고로가스에 대응하는 CO가스 사용량의 설정값을 계산하는 제5 연산부(11); 및

   상기 제5 연산부(11)로부터 입력된 CO가스 사용량의 설정값(Q11)과 상기 CO가스 사용량검출기(15)로부터 입력되는 CO가스 사용량 검출값(i14)과의 편차를 이용하여 상기 CO가스 제어변(16)의 제어신호(Q14)를 출력하는 제6 연산부(14); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 연산부(3)는 하기 수식1에 의거하여 상기 유입되는 고로가스의 열량(Q3)을 계산하고 상기 제2 연산부(7)는 하기 수식2에 의거하여 상기 유입되는 CO가스의 열량(Q7)을 계산하는 것을 특징으로 하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제 어장치.

   [수식1]

   고로가스의 열량(Q3) = (CO가스 성분값 ×3035) + (H2가스 성분값 ×2570)

   여기서, 3035는 CO가스 성분의 표준열량을, 2570은 H2가스 성분의 표준열량.

   [수식2]

   CO가스의 열량(Q7) = (CO가스 성분값 ×3035) + (H2가스 성분값 ×2570) + (CH4가스 성분값 ×8570) + (C2H4가스 성분값 ×14320)

   여기서, 3035는 CO가스 성분의 표준열량, 2570은 H2가스 성분의 표준열량, 8570은 CH4가스 성분의 표준열량, 14320은 C2H4가스 성분의 표준열량.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제3 연산부(4)는 하기 수식3에 의거하여 상기 유입되는 혼합가스의 열량(Q4)을 계산하는 것을 특징으로 하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치.

   [수식3]

   혼합가스의 열량(Q4) = {(고로가스의 열량값(Q3) ×고로가스의 사용량) / (CO가스의 사용량 + 고로가스의 사용량)} + {(CO가스의 열량값(Q7) ×CO가스의 사용량)/ (CO가스의 사용량 + 고로가스의 사용량)}
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제4 연산부(22)는 상기 제어부로부터 입력된 혼합가스의 편차값(Q17)에 대한 고로가스의 열량이 차지하는 비율(Q22)을 하기 수식4에 의거하여 계산하는 것을 특징으로 하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치.

   [수식4]

   출력(Q22) = {(혼합가스의 열량설정값(Q26)-고로가스의 열량값(Q3)) / (CO가스의 열량값(Q7)-혼합가스의 열량설정값(Q26))} + (제어부의 출력값(Q17)-50%)
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제5 연산부(11)는 하기 수식5에 의거하여 상기 CO가스 사용량 설정값(Q11)을 계산하는 것을 특징으로 하는 고로 열풍로 혼합가스의 열량 제어장치.

   [수식5]

   CO가스 사용량설정값(Q11) = {상기 고로가스의 열량비율(Q22)) ×고로가스의 사용량(i11)}

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