KR100966542B1 - Operation method for slag pot with high temperature to prevent deformation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬래그 폿의 변형이 일어나는 조건을 해석을 통해 확인한 후, 슬래그 폿의 사용 중에 온도를 측정하여 변형이 일어나는 조건에 가까워지면 슬래그 폿의 사용을 중지하여 슬래그 폿의 사용 수명을 연장할 수 있는 슬래그 폿의 운용방법에 관한 것으로, According to the present invention, after confirming the conditions under which the deformation of the slag pot occurs through analysis, the temperature is measured during the use of the slag pot, and when the deformation approaches the conditions where the deformation occurs, the use of the slag pot may be extended to extend the service life of the slag pot. Regarding the operation method of the slag pot,
본 발명은, 자동화 시스템에 의해 슬래그 폿을 운용하는 방법에 있어서, 슬래그 폿의 온도분포 해석을 통해 상기 슬래그 폿의 변형이 일어나는 온도를 예측하고, 상기 예측된 온도를 기준온도로 설정하는 제1단계; 상기 슬래그 폿의 사용 중에 상기 슬래그 폿의 온도를 측정하는 제2단계; 및 상기 측정된 슬래그 폿의 온도를 상기 설정된 기준온도와 비교하여, 상기 슬래그 폿의 측정 온도가 상기 기준온도 이하이면 계속적으로 사용하기 위해 상기 슬래그 폿을 이동시키고, 상기 슬래그 폿의 측정온도가 상기 기준온도 이상이면 상기 슬래그 폿의 이동을 정지시켜 냉각시킨 후 상기 제2단계를 반복하는 제3단계를 포함하되, 상기 제1단계에서 온도분포 해석은 상변태를 반영하여 열전달 해석과 열탄소성 응력 해석을 수행하여, 온도, 응력, 변형, 변위, 상 정보들을 획득하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method for operating a slag pot by an automated system, comprising: a first step of predicting a temperature at which deformation of the slag pot occurs through a temperature distribution analysis of the slag pot, and setting the predicted temperature as a reference temperature ; A second step of measuring a temperature of the slag pot during use of the slag pot; And comparing the measured slag pot temperature with the set reference temperature, and moving the slag pot for continuous use if the measured temperature of the slag pot is equal to or less than the reference temperature, and the measured temperature of the slag pot is equal to the reference temperature. When the temperature is above the temperature, the slag pot may be stopped and cooled, and then the third step may be repeated. The temperature distribution analysis in the first step may include thermal transfer analysis and thermoelastic stress analysis reflecting phase transformation. By performing temperature, stress, strain, displacement, and phase information.
슬래그, 폿, 온도, 변위, 변형, 운용, 제어, 변태, 측정Slag, pot, temperature, displacement, deformation, operation, control, transformation, measurement
Description
도1은 본 발명에 따른 슬래그 폿의 운용방법에 대한 처리 흐름도.1 is a process flow diagram for a method of operating a slag pot according to the present invention.
도2는 본 발명에 따른 슬레그 폿의 온도분포 해석 흐름도.
Figure 2 is a flow chart of the temperature distribution analysis of the slag pot according to the present invention.
본 발명은 고온용 슬래그를 담는 슬래그 폿의 운용방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 고온용 슬래그를 운반하는 과정에서 슬래그 폿이 고온 열에 의해 변형되는 것을 방지하여 슬래그 폿의 사용 수명을 연장하기 위한 슬래그 폿의 운용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for operating a slag pot containing high temperature slag, and more particularly, slag pot for preventing the slag pot from being deformed by high temperature heat in the process of transporting the high temperature slag to extend the service life of the slag pot. It is about how to operate.
일반적으로 슬래그 폿은 자동화 시스템의 제어를 받아 고온의 슬래그를 장입하고 배출하는 것을 반복하는 곳으로, 이러한 슬래그 폿이 고온에 노출되는 시간이 경과함에 따라 변형이 발생된다. 일반적으로 고온에서 사용하는 슬래그 폿은 일정 온도 이상이 되면 급격하게 변형되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 장시간의 고온 노출에 의해 슬래그 폿이 변형되면 더 이상 사용이 불가능하여 폐기할 수밖에 없다.
In general, the slag pot is a place where charging and discharging the hot slag under the control of the automation system is repeated, the deformation occurs over time when the slag pot is exposed to high temperature. In general, slag pots that are used at high temperatures are known to deform rapidly after a certain temperature. Therefore, if the slag pot is deformed by prolonged high temperature exposure, it can no longer be used and can only be discarded.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하여, 슬래그 폿의 변형이 일어나는 조건을 해석을 통해 확인한 후, 슬래그 폿의 사용 중에 온도를 측정하여 변형이 일어나는 조건에 가까워지면 슬래그 폿의 사용을 중지하여 슬래그 폿의 사용 수명을 연장할 수 있는 슬래그 폿의 운용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art, and after confirming the conditions under which the deformation of the slag pot occurs through analysis, and stops the use of the slag pot when the temperature closes to the conditions under which the deformation occurs using the slag pot. The purpose is to provide a method of operating a slag pot that can extend the service life of the slag pot.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자동화 시스템에 의해 슬래그 폿을 운용하는 방법에 있어서, 슬래그 폿의 온도분포 해석을 통해 상기 슬래그 폿의 변형이 일어나는 온도를 예측하고, 상기 예측된 온도를 기준온도로 설정하는 제1단계; 상기 슬래그 폿의 사용 중에 상기 슬래그 폿의 온도를 측정하는 제2단계; 및 상기 측정된 슬래그 폿의 온도를 상기 설정된 기준온도와 비교하여, 상기 슬래그 폿의 측정 온도가 상기 기준온도 이하이면 계속적으로 사용하기 위해 상기 슬래그 폿을 이동시키고, 상기 슬래그 폿의 측정온도가 상기 기준온도 이상이면 상기 슬래그 폿의 이동을 정지시켜 냉각시킨 후 상기 제2단계를 반복하는 제3단계를 포함하되, 상기 제1단계에서 온도분포 해석은 상변태를 반영하여 열전달 해석과 열탄소성 응력 해석을 수행하여, 온도, 응력, 변형, 변위, 상 정보들을 획득하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for operating a slag pot by an automated system, and predicts a temperature at which deformation of the slag pot occurs through a temperature distribution analysis of the slag pot, and uses the predicted temperature as a reference temperature. A first step of setting to; A second step of measuring a temperature of the slag pot during use of the slag pot; And comparing the measured slag pot temperature with the set reference temperature, and moving the slag pot for continuous use if the measured temperature of the slag pot is equal to or less than the reference temperature, and the measured temperature of the slag pot is equal to the reference temperature. When the temperature is above the temperature, the slag pot may be stopped and cooled, and then the third step may be repeated. The temperature distribution analysis in the first step may include thermal transfer analysis and thermoelastic stress analysis reflecting phase transformation. By performing temperature, stress, strain, displacement, and phase information.
또한, 본 발명은, 슬래그 폿의 운용을 제어하는 자동화 시스템에서, 상변태를 반영하여 열전달 해석과 열탄소성 응력 해석을 통해, 온도, 응력, 변형, 변위, 상 정보들을 획득하여, 상기 슬래그 폿의 변형이 일어나는 온도를 예측하고, 상기 예측된 온도를 기준온도로 설정하는 제1단계; 상기 슬래그 폿의 사용 중에 상기 슬래그 폿의 온도를 측정하는 제2단계; 및 상기 측정된 슬래그 폿의 온도를 상기 설정된 기준온도와 비교하여, 상기 슬래그 폿의 측정 온도가 상기 기준온도 이하이면 계속적으로 사용하기 위해 상기 슬래그 폿을 이동시키고, 상기 슬래그 폿의 측정온도가 상기 기준온도 이상이면 상기 슬래그 폿의 이동을 정지시켜 냉각시킨 후 상기 제2단계를 반복하는 제3단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
In addition, the present invention, in the automated system for controlling the operation of the slag pot, by reflecting the phase transformation through the heat transfer analysis and thermo-elasto-plastic stress analysis, to obtain the temperature, stress, deformation, displacement, phase information, Predicting a temperature at which deformation occurs and setting the predicted temperature as a reference temperature; A second step of measuring a temperature of the slag pot during use of the slag pot; And comparing the measured slag pot temperature with the set reference temperature, and moving the slag pot for continuous use if the measured temperature of the slag pot is equal to or less than the reference temperature, and the measured temperature of the slag pot is equal to the reference temperature. When the temperature is higher than the temperature, the computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the third step of repeating the second step after stopping and cooling the movement of the slag pot is provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명에 따른 전체 흐름도로서, 먼저 슬래그 폿의 변형이 일어나는 조건을 알기 위해 슬래그 폿의 온도 분포와 변형 해석을 수행한다(101). 이때, 실제 가동하는 상황과 같은 조건에서 슬래그 폿의 온도분포 해석을 수행한다.1 is a general flow diagram according to the present invention, in order to first determine the conditions under which the deformation of the slag pot occurs, the temperature distribution and deformation analysis of the slag pot are performed (101). At this time, the temperature distribution analysis of the slag pot is performed under the same conditions as in actual operation.
도2는 이와 같은 슬래그 폿의 온도분포 해석 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of analyzing a temperature distribution of such a slag pot.
먼저, 좌표, 타임 증가분, 슬래그 폿의 물성 등의 초기 데이터를 입력받는다(201). 이후, 해석 수행을 위한 시간과 응력 값 등을 초기화하고(202), 해석 수행 타임을 증가분만큼 증가시킨다(203).First, initial data such as coordinates, time increments, and physical properties of a slag pot is received (201). Thereafter, the time and the stress value for performing the analysis are initialized (202), and the analysis execution time is increased by an increase (203).
이후 상(phase) 변태(transform)를 반영할 것인지를 확인하여(204), 상변태를 반영하기를 원하는 상을 해석하여(205), 온도에 따른 물리적 성질(열전도율, 비열, 밀도)을 획득한다(206). After checking whether to reflect the phase transformation (204), to analyze the phase to reflect the phase transformation (205), to obtain the physical properties (thermal conductivity, specific heat, density) according to the temperature ( 206).
재료의 가공이나 열처리가 상변화 온도보다 높은 온도에서 행해질 경우 냉각 중 상변태를 일으키며, 이때 상변태에 의한 잠열을 흡수 또는 방출하게 된다. 이는 재료가 각 상에서 가지는 열용량이 다르기 때문에 생기는 현상으로 열 용량이 큰 상에서 열 용량이 적은 상으로 변화할 때에는 열을 방출하며, 그 반대의 과정에서는 열을 흡수하게 된다. 이와 같이 상 변화에 의하여 생기는 열 방출 또는 열 흡수는 재료의 온도를 변화시키며, 금속의 용해, 응고, 용접, 열처리 등 다양한 분야에서 발생된다. 상변화를 포함하는 열전달 해석에서 상변화가 발생되는 동안 열 흡수나 방출을 고려하여 온도를 계산하는 방법으로는 유효 열용량을 이용하는 방법, 엔탈피법 및 열원법이 있다. 이 중 본 발명에서는 엔탈피법을 이용하여 열용량을 구한다. 이와 같은 과정을 통해 구해진 열용량 등의 정보는 열 전달 해석을 수행할 때 반영된다.When the material is processed or heat treated at a temperature higher than the phase change temperature, phase transformation occurs during cooling, and the latent heat caused by the phase change is absorbed or released. This is a phenomenon caused by the different heat capacity of the material in each phase. The heat is released when the heat capacity is changed from a large heat capacity phase to a lesser heat capacity, and vice versa. The heat release or heat absorption caused by the phase change thus changes the temperature of the material, and occurs in various fields such as melting, solidification, welding, and heat treatment of metals. In the heat transfer analysis including the phase change, the method of calculating the temperature in consideration of heat absorption or release during the phase change occurs using the effective heat capacity, the enthalpy method, and the heat source method. Among them, in the present invention, the heat capacity is calculated using the enthalpy method. Information such as heat capacity obtained through this process is reflected when performing heat transfer analysis.
상 해석을 통해 얻어진 정보를 반영하여 열 전달 해석을 수행하는데(207), 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The heat transfer analysis is performed by reflecting the information obtained through the phase analysis (207), which will be described in more detail as follows.
물체의 열은 항상 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되며, 물체 내에 온도 차이가 있으면 열 이동이 생긴다. 과도 열전달 과정에서 이러한 현상을 묘사 하는 기본적인 식은 Fourier의 열전도 방정식으로, 이는 온도 해석에 널리 사용되고 있다. 그리고 열전도 방정식을 이용해 전체 좌표계에 대한 유한요소 방정식을 구하고, 상기 유한요소 방정식을 Gauss 소거법으로 풀면 각 절점에서 온도를 구할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 열전달 해석을 수행하며, 이의 구체적인 수학식은 통상적으로 알 수 있는 것으로, 여기서는 생략하기로 한다.The heat of an object always flows from a high temperature to a low one, and if there is a temperature difference in the object, heat transfer occurs. The basic equation describing this phenomenon during transient heat transfer is Fourier's thermal conductivity equation, which is widely used for temperature analysis. The finite element equation for the whole coordinate system is obtained using the thermal conductivity equation, and the finite element equation is solved by Gauss elimination to obtain the temperature at each node. Through this process, the heat transfer analysis is performed, and specific equations thereof are commonly known, and will be omitted herein.
이와 같은 과정을 통해 열 전달 해석을 수행한 후, 다시 상 변태를 반영할 것인지를 확인한다(208). 상 변태를 반영하는 경우에는 상 해석을 통해 온도에 따른 기계적 성질(선팽창 계수, 프와송비, 영율, 항복응력)을 획득하고, 이를 열 탄소성 응력 해석에 반영한다(209).After performing the heat transfer analysis through the above process, it is confirmed whether to reflect the phase transformation again (208). In the case of reflecting the phase transformation, mechanical properties (linear expansion coefficient, Poisson's ratio, Young's modulus, yield stress) according to temperature are obtained through phase analysis and reflected in the thermal elastoplastic stress analysis (209).
강을 냉각시킬 때 열팽창에 의한 수축뿐만 아니라 상변태가 일어나면 부피가 급작스럽게 바뀐다. 이는 고온에서 조직이 오스테나이트에서 페라이트, 베이나이트 또는 마르텐사이트로 바뀌기 때문이다. 오스테나이트는 면심입방격자로 단위 셀내에 원자수가 4개이고 만약 이것이 페라이트로 변태되면 체심입방격자로 되어 단위 셀내의 원자수가 2개로 바뀐다. 물론 이때 격자상수도 바뀌게 되는데, 일반적으로 단위 셀내의 원자수가 감소함으로 부피가 커진다. 이러한 부피의 팽창은 변태의 종류에 따라 다르며, 저온 변태가 고온 변태에 비하여 팽창이 크게 된다. 즉, 냉각시에 변태에 의한 팽창은 열팽창 계수에 의한 변화에 비하여 매우 크고 짧은 온도 구간에서 발생하기 때문에 응력의 변화에 미치는 영향도 매우 크다. 따라서, 상변태를 고려한 열탄소성 응력 해석에서는 이러한 변태에 의한 영향을 반드시 고려하여야 한다.When cooling the steel, the volume changes abruptly when phase transformation occurs as well as shrinkage due to thermal expansion. This is because at high temperatures the tissue changes from austenite to ferrite, bainite or martensite. Austenite is a face-centered cubic lattice that has four atoms in the unit cell, and if it is transformed into a ferrite, it becomes a body-centered cubic lattice, changing the number of atoms in the unit cell to two. Of course, the lattice constant also changes, and in general, the volume increases due to the decrease in the number of atoms in the unit cell. The expansion of the volume varies depending on the type of metamorphosis, the low temperature transformation is larger than the high temperature transformation. That is, since the expansion due to transformation during cooling occurs in a very large and short temperature range compared to the change due to the coefficient of thermal expansion, the influence on the change of stress is also very large. Therefore, the effects of these transformations must be considered in the thermoelastic stress analysis considering phase transformation.
열탄소성 응력 해석에서는 이와 같은 상 변태를 반영하여 해석을 수행하는 데, 이의 구체적인 방법은 다음과 같다(210).In the thermoelastic stress analysis, the analysis is performed by reflecting such phase transformation, and the specific method thereof is as follows (210).
어떤 재료가 외력을 받거나 자체의 내부응력이 생기게 되면 물체내의 점의 상대위치가 변하는 변형을 한다. 열탄소성 변형은 열적-역학적인 하중에 의하여 발생되는 열변형, 탄성변형 및 소성변형을 포함하게 된다. 이를 해석하기 위해서는 온도에 따른 재료의 기계적인 성질변화, 금속학적인 거동을 고려한 탄소성 변형 해석이 요구된다. 소성변형 동안 재료의 거동 응력과 변형률 사이의 관계는 선형이 아니므로, 재료의 강성은 상수로 취급될 수 없다. 응력-변형율을 설명하는 적절한 구성방정식은 수치적 반복법에 의해 구하는 경우와 작은 응력 변형률 증분 내에서 구간별 선형관계를 가정하여 구하는 방법이 있다. 후자의 경우는 증분소성법이라고 하는데, 이 접근법은 계산이 상대적으로 단순하기 때문에 본 발명에서도 채택하였다.When a material is subjected to an external force or its own internal stress, the relative position of the point in the object changes. Thermoelastic deformations include thermal, elastic and plastic deformations caused by thermo-dynamic loads. In order to analyze this, elasto-plastic deformation analysis considering the change of mechanical properties and metallurgical behavior of materials with temperature is required. Since the relationship between the behavioral stress and strain of a material during plastic deformation is not linear, the stiffness of the material cannot be treated as a constant. Appropriate construction equations to explain the stress-strain are found by numerical iterations and by assuming a linear relationship between sections within small stress strain increments. The latter case is called incremental firing method, and this approach is also adopted in the present invention because the calculation is relatively simple.
이상과 같은 과정을 통해 열전달 해석과 열탄소성 응력 해석을 수행함으로써, 변형이 발생되는 기준온도, 응력, 변형, 변위, 상 등의 정보를 얻을 수 있다(211). 이후 타임을 증가분만큼 증가시키면서 계속적으로 해석을 수행한 후, 설정된 타임이 되면 해석을 종료한다(212).By performing the heat transfer analysis and the thermoelastic stress analysis through the above process, it is possible to obtain information such as reference temperature, stress, strain, displacement, phase, etc. in which the deformation occurs (211). After the analysis is continuously performed while increasing the time by an increment, the analysis is terminated when the set time is reached (212).
이상과 같은 과정을 통해 슬래그 폿의 온도와 변위를 알 수 있고, 급격하게 변위가 일어나는 시점에 있어서의 온도를 알 수 있다. 상기 변위가 일어나는 시점의 온도보다 일정치 낮은 온도로 기준 온도를 설정한다.Through the above process, the temperature and the displacement of the slag pot can be known, and the temperature at the time of the sudden displacement can be known. The reference temperature is set to a temperature lower than the temperature at which the displacement occurs.
이후, 실제적인 조업 과정에서 슬래그 폿의 지정된 부분에 대한 온도를 실측한다(102). 여기서 슬래그 폿의 온도는 적외선 복사율을 이용한 비접촉식 복사 온 도계를 사용하나, 필요에 따라서는 광섬유를 이용한 온도 측정기를 사용할 수 있다. 일반적으로 비접촉식 복사 온도계는 광원 또는 발열체에서 방출되는 열복사선의 세기를 광검출기를 이용해 측정하여 온도로 환산하는 것으로, 제철소의 쇳물이나 이동하는 고온의 슬라브, 열연강판과 같이 접촉이 곤란한 개소에 주로 사용된다.Thereafter, the temperature of the designated portion of the slag pot is measured 102 in the actual operation process. Here, the temperature of the slag pot is a non-contact radiation thermometer using an infrared radiation rate, but if necessary, a temperature measuring device using an optical fiber can be used. In general, the non-contact radiation thermometer measures the intensity of heat radiation emitted from a light source or a heating element and converts it into a temperature by using a photodetector, and is mainly used in places where contact is difficult, such as steelworks, moving high-temperature slabs, and hot-rolled steel sheets. .
슬래그 폿에 대한 실측이 완료되어 온도가 검출되면, 자동화시스템의 제어부는 상기 해석을 통해 설정한 기준온도와 상기 실측한 슬래그 폿의 온도를 비교하여(103), 측정온도가 기준온도 이하이면 계속적으로 사용하기 위해 슬래그 폿을 이동시키고, 측정온도가 기준온도 이상이면 슬래그 폿을 냉각시키기 위해 사용을 중단시킨다(104). 이렇게 일정 시간 공중에 방치한 상태에서 슬래그 폿의 온도를 재측정하여, 기준온도와 다시 비교한다.When the measurement of the slag pot is completed and the temperature is detected, the controller of the automation system compares the reference temperature set through the analysis with the measured slag pot temperature (103), and continuously if the measured temperature is below the reference temperature. The slag pot is moved for use and the use is stopped (104) to cool the slag pot if the measurement temperature is above the reference temperature. In this state, the slag pot is re-measured after being left in the air for a predetermined time, and compared with the reference temperature again.
이상에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Although the present invention has been described above based on the preferred embodiments, these examples are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 슬래그 폿의 변형이 일어나는 온도를 해석을 통해 획득하여 기준온도를 설정하여, 항상 슬래그 폿의 온도가 기준온도 이하가 되도록 제어함으로써, 슬래그 폿의 사용 기간을 연장할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by obtaining the temperature at which the deformation of the slag pot occurs through the analysis to set the reference temperature, by controlling the temperature of the slag pot always below the reference temperature, it is possible to extend the service period of the slag pot It has an effect.
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