KR101043092B1 - 용강 내포 노 상태 분석 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강 내포 노 상태 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.

능동 가진 진동 특성 분석에 따라 노의 상태를 측정하여 용강의 높이 및 슬래그의 높이를 측정하기 위해서, 노 상태를 측정하기 위한 가진 신호를 발생하도록 하는 명령에 따라 진동 신호를 발생한다. 그러면 발생한 진동 신호를 통해 노체에서 발생한 진동 신호를 감지하면서 노체의 한 측에서 발생하는 로드 셀 신호를 감지한다. 이렇게 감지한 진동 신호와 로드 셀 신호를 통해 상기 노 상태를 측정하여 용강 및 슬래그의 높이를 측정하게 된다.

능동 가진, 진동, 용강 내포, 노 상태 분석, 슬래그

Description

용강 내포 노 상태 분석 장치 및 방법{Furnace status estimation system of furnace with molten metal and method thereof}

본 발명은 능동 가진 진동 특성 분석에 의한 용강 내포 노 상태 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에는 전기로, 제강로, 정련로 등을 포함하는 용강과 용강 상부 슬래그(Slag)를 담고 있는 노(furnace) 내부의 슬래그 높이를 측정하기 위하여, 그라파이트(Graphite) 재질의 봉을 담그는 방법, 조업 중 발생되는 소음 및 진동을 측정하여 분석하는 방법 또는 카메라를 통해 획득한 화상을 분석하는 방법 등 여러 가지 방법을 통해 측정하였다.

그라파이트 재질의 봉을 담그는 방법은 봉을 슬래그를 통해 용강 속으로 담글 때, 슬래그와 용량의 비중에 의한 부력의 차이를 이용하여 슬래그 높이를 측정한다. 그러나, 이를 위해서는 조업을 멈춰야 봉을 용강 속으로 담글 수 있고 연속적인 측정이 불가능하며, 봉의 관리 및 취급이 용이하지 않다는 단점이 있다.

또 다른 방법인 소음 및 진동을 측정하여 분석하는 방법은 슬래그 높이가 높을 경우 소음 및 진동의 감쇄가 크다는 점을 이용하여 슬래그 높이를 측정한다. 이 는 전기로 아크(Arc) 등의 소음 발생원이 존재하는 경우에만 측정이 가능하며, 랜스(Lance)만 동작하는 경우에는 내부 상황의 분석이 불가능하다.

또 다른 방법인 카메라를 이용하는 방법은 정상적인 상황을 판단하는데는 빠르고 확실하다. 그러나, 정량적인 분석에는 어려움이 있고, 슬래그에서 발생되는 고온 가스와 증착 문제로 인해, 카메라가 안정적으로 상시 동작될 수 있다는 보장이 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 전기로, 제강로, 정련로 등 용강과 용강 상부 슬래그를 담고 있는 노 내부의 슬래그 높이를 측정하는데 있어서, 진동 특성 분석에 의한 용강을 내포하는 노황의 분석을 통해 슬래그 높이를 측정할 수 있는 장치를 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 노 상태를 측정하는 장치는,

가진 신호의 발생을 지시하고, 수신되는 진동 신호 및 로드 셀 신호를 분석하여 노 상태를 확인하는 진동 측정 분석부; 상기 진동 측정 분석부에서 가진 신호 발생의 지시에 따라, 상기 노의 상태를 확인하기 위한 진동 신호를 발생하는 진동 신호 발생부; 상기 노의 한 부분에 위치하며, 상기 노로부터 로드 셀 신호를 발생하는 로드 셀; 및 상기 진동 신호 발생부 및 상기 로드셀에서 발생한 진동 신호 및 로드 셀 신호를 감지하여 상기 진동 측정 분석부로 전달하는 신호 감지부를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 노 상태 측정 장치가 노 상태를 측정하는 방법은,

노 상태를 측정하기 위한 가진 신호를 발생하도록 하는 명령에 따라 진동 신호를 발생하는 단계; 상기 발생한 진동 신호를 통해 노체에서 발생한 진동 신호를 감지하는 단계; 상기 노체의 한 측에서 발생하는 로드 셀 신호를 감지하는 단계; 및 상기 감지한 진동 신호와 로드 셀 신호를 통해 상기 노 상태를 측정하는 단계를 포함한다.

전술한 실시예에 따르면, 슬래그의 부피 및 높이를 측정하는 데 있어, 측정 대상체에 아크 등의 투입 에너지의 유무, 투입 전력의 종류(예를 들어, 교류 또는 직류) 또는 로의 형상이나 동작 특성에 관계없이 능동적으로 가진 진동 특성 분석에 의해 용강 및 슬래그의 부피 및 형성 높이를 측정할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사 한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용강 내포 노 상태 분석 장치의 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 노 상태 분석 장치는 진동 측정 분석부(100), 진동 신호 발생부(110), 로드 셀(Load cell)(150), 신호 감지부(120), 모니터링부(130) 및 제어부(140)를 포함한다. 여기서 진동 신호 발생부(110)는 신호 발생부(111), 전력 증폭부(112), 매칭부(113) 및 진동 발생부(114)를 포함하며, 신호 감지부(120)는 진동 센서(121), 제1 신호 변환부(122), 제2 신호 변환부(123), 제1 신호 전송부(124) 및 제2 신호 전송부(125)를 포함한다. 그리고 노는 용강(160)을 내포하고 있으며, 용강(160)의 상부에는 슬래그(180)가 위치한다.

진동 측정 분석부(100)는 슬래그의 부피 및 높이를 측정하고자 할 때, 진동 신호 발생부(110) 방향으로 진동을 가하라는 의미의 가진 신호 발생을 지시하고, 신호 감지부(120)를 통해 수신되는 로드 셀 신호를 전송받아 분석한다. 그리고 분석 결과를 토대로 슬래그(180)의 높이를 연산한 결과 값을 모니터링부(130)를 통해 사용자에게 제공하도록 전달한다. 이때, 가진 신호 발생의 지시는 미리 설정한 시간에 따라 주기적으로 지시할 수도 있고, 측정이 필요할 때마다 신호 발생을 지시할 수도 있다.

신호 발생부(111)는 진동 측정 분석부(100)로부터 가진 신호의 발생을 지시 받으면, 가진하고자 하는 진동 신호의 패턴을 생성한다. 그리고 이를 토대로 전기 신호를 발생한다.

전력 증폭부(112)는 신호 발생부(111)로부터 전송 받은 전기 신호를 원하는 크기의 진동을 확보하기 위해 전력을 증폭하여 출력한다.

매칭부(113)는 전력 증폭기의 출력 전력을 진동 발생부(114)에 효과적으로 전달하기 위해 L과 C로 구성되어 있다. L과 C의 결선 구조 및 값들은 발생 진동 신호가 임펄스 파형의 경우와 고정 주파수 정현파에 따라 다르며, 특히 고정 주파수 정현파의 경우에는 주파수에 따라 변화된다. 여기서 매칭부(113)에 대한 사항은 이미 알려진 것으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

진동 발생부(114)는 노체(170)의 특정 부분에 장착되어, 노체(170)에 진동을 발생시킨다. 이때 사용되는 진동 발생부(114)는 노체(170)의 온도 특성, 고유 진동 주파수 등을 고려하여 선정되며, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 그리고 진동 발생부(114)가 장착되는 위치는 노체(170)에 따라 달라지기 때문에, 본 발명의 실시예에서는 어느 한 부분으로 한정하여 설명하지는 않는다.

진동 센서(121)는 진동 발생부(114)와 일정 거리를 두고 노체(170)에 장착되어, 진동 발생부(114)에 의해 발생된 노체의 진동을 감지한다. 이때 일정 거리는 노체(170)의 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

제1 신호 변환부(122)는 진동 센서(121)에서 전송되는 진동 신호를 전압 또는 전류 신호로 변화시켜 출력한다. 제1 신호 전송부(124)는 제1 신호 변환부(122)에서 출력되는 진동 신호를 원격지에 위치하는 진동 측정 분석부(100)로 전송한다.

모니터링부(130)는 진동 측정 분석부(100)의 측정 결과와 로드 셀 출력 결과를 표시하여 사용자에게 제공한다. 이때 표시되는 출력 결과는 슬래그(180)의 포밍(Foaming) 높이와 출강 예정량이 된다.

로드 셀(150)은 소재의 탄성을 이용하여, 탄성을 전기 신호로 생성하여 노의 중량을 확인할 수 있도록 한다. 즉, 로드 셀(150)은 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등 변형이 되는데, 변형이 발생되면 이를 제2 신호 변환부(123)로 전달한다. 로드 셀(150)에 관한 구성은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

제2 신호 변환부(123)는 로드 셀(150)로부터 수신한 변형 정도를 전압 또는 전류인 로드 셀 신호로 검출한다. 제2 신호 변환부(123)가 검출한 로드 셀 신호는 제2 신호 전송부(125)를 통해 원격지에 위치한 진동 측정 분석부(100)로 전달된다.

제어부(140)는 슬래그 포밍 제어 등 노에 가해지는 제어를 관장한다. 여기서, 슬래그 포밍 제어는 탄소 주입 장치의 탄소 주입량을 결정하는 제어 장치이다.

이와 같은 노 상태 분석 장치를 이용하여 용강(160) 및 슬래그(180)의 부피 및 높이를 계측하는 방법은 두 가지 방법이 있다. 이에 대해서는 도 2, 도 3 및 도 6를 참조로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용강(160)의 높이 및 슬래그(180)의 높이 계산 방법을 나타낸 흐름도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 진동 파형의 예시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형의 예시도이다.

도 3은 임펄스형 진동 충격을 인가한 경우이고, 도 6은 고정 주파수 정현파 진동을 인가한 경우이다. 임펄스형 진동 충격을 인가한 경우의 측정 결과는 도 4a 내지 도 5b에 도시한 바와 같으며, 고정 주파수 정현파 진동을 인가한 경우의 측정 결과는 도 7a 내지 도 8b에 도시한 바와 같다.

먼저 임펄스형 진동 충격을 인가하는 경우에 대해 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 진동 측정 분석부(100)는 신호 발생부(111)로 임펄스 신호를 발생하도록 명령한다(S100). 신호 발생부(111)는 진동 측정 분석부(100)의 명령에 따라 임펄스 파형을 생성하여 출력하고(S110), 전력 증폭부(112)는 매칭부(113)를 통해 진동 발생부(114)에 적절한 전력을 가지도록 출력된 임펄스 파형에 임펄스 전압을 인가한다(S120).

이렇게 생성된 진동 신호는 도 3에 도시된 바와 같다. 신호 발생부(111)는 시각 t₀에 A1 크기의 진동 신호를 한번 발생시키고, 일정 시간 간격을 두고 시각 t₁에 다시 A1 크기의 진동 신호를 발생시킨다. 이때, 진동 측정 분석부(100)는 발생할 진동 신호의 임펄스 크기 A1 및 시각 t₀, t₁의 간격 주기를 결정한 후 신호 발생부(111)에 진동 신호를 발생하도록 지시한다.

진동 측정 분석부(100)는 신호 발생부(111)에서 진동 신호가 발생함과 동시에 진동을 측정하고 분석할 수 있도록 하는 기능을 가지기 때문에, S120 단계에서 임펄스 전압이 인가된 진동 신호를 수신하면 바로 분석한다(S130). 이를 위해, 노체의 진동은 진동 센서로 전달되는데, 진동 센서(121)를 통해 수집한 진동 신호는 상시 동작중인 제1 신호 변환부(122) 및 제1 신호 전송부(124)를 통해 진동 측정 분석부(100)로 전달되도록 한다.

그리고 진동 측정 분석부(100)는 진동 신호를 통해 노의 공간 체적을 계산하고(S140), 로드 셀 신호를 통해 용강(160)의 체적 및 슬래그(180)의 체적을 계산한다(S150). 그리고 S150 단계에서 계산된 결과를 토대로 용강(160) 및 슬래그(180)의 높이를 계산한다(S160).

이때, 진동 측정 분석부(100)로 입력되는 진동 신호는 노체(170)의 상태 및 내용물의 상태에 따라 특정 주파수 스펙트럼이 우세하게 나타난다. 이에 대해 도 4a 및 도 5a, 그리고 도 4b 및 도 5b를 참조로 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 진동 센서 측정 파형의 예시도이고, 도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 진동 센서 측정 파형의 예시도이다. 그리고, 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이며, 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이다.

즉, 도 4a는 공간 체적이 큰 경우의 진동 센서를 측정한 파형을 나타낸 것이 고 도 5a는 공간 체적인 작은 경우의 진동 센서를 측정한 파형을 나타낸 것이다. 그리고, 도 4b는 공간 체적이 큰 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 것이고, 도 5b는 공간 체적인 작은 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 것이다.

도 4a의 진폭 A1은 도 5a의 진폭 A2보다 크고, 도 4a의 주기 P1은 도 5a의 주기 P2보다 길다. 또한, 이들 파형의 주파수 스펙트럼에서는 도 4b의 주파수 f_l은 도 5b의 주파수 f₂보다 낮고, 도 b의 주파수 f₁의 크기인 S1은 도 5b의 주파수 f₂의 크기인 S2보다 크다.

즉, 노 내부의 용강(160) 및 슬래그(180)의 체적이 크고 노 내부의 빈 공간의 체적이 작을수록, 높은 주파수에 낮은 진폭을 가지는 파형이 나타나며, 이 경우 슬래그(180)의 높이가 높다고 판단한다. 반대로, 노 내부의 용강(160) 및 슬래그(180)의 체적이 작고 빈 공간 체적이 클수록, 낮은 주파수에 낮은 진폭을 가지는 파형이 나타나며, 이 경우 슬래그(180)의 높이가 낮다고 판단한다.

결과적으로, 측정한 진동 신호의 스펙트럼을 통해 분석한 결과 주요 스펙트럼 주파수가 낮고 주요 스펙트럼의 크기가 클수록 공간 체적은 크며, 이는 다음 수학식 1과 같이 나타난다.

V_air[m²] = k₁f₁(S_fp)-k₂f₂(f_p)

여기서 출력인 V_air는 공간 체적을 나타낸다. 입력 변수인 S_fp는 주요 스펙트 럼 크기이고, f_p는 주요 스펙트럼 주파수를 나타낸다. 이들 두 변수는 진동 센서의 계측 파형을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 수행 후 분석에 의해 확보된다.

함수 f₁(·)는 입력 변수 S_fp를 입력받아 공간 부피를 연산하는 수식이고, f₂(·)는 입력변수 f_p를 입력받아 공간 부피를 연산하는 수식이다. 입력 상수는 k₁과 k₂이며, 입력 변수에 따른 비례 상수이다.

상기 도 1에서 로드 셀(150)은 노 전체의 중량을 계측하는데, 노 전체의 중량은 용강의 체적과 슬래그의 체적의 합으로 나타낼 수 있다. 여기서 용강(160)의 체적 및 슬래그(180)의 체적은 다음 수학식 2 및 수학식 3과 같이 계산된다.

여기서, 출력 V_metal은 용강의 체적, V_slag는 슬래그의 체적을 의미한다. 입력 변수로 V_air는 공간 체적이고 수학식 1에 의해 연산된다.

입력 상수로 W_total은 용강 및 슬래그를 포함하는 노의 중량이고 로드 셀 신 호로부터 연산된다. W_furnace는 내화물만 있는 상태의 노의 중량이다. V_total은 노 내부 전체의 체적이고, d_slag는 슬래그의 밀도 상수, d_metal은 용강의 밀도 상수이다.

이들 값을 통해 용강의 높이 및 슬래그의 높이는 다음 수학식 4 및 수학식 5로 연산된다.

H_metal[m] = f₃(V_metal)

H_slag[m] = f₄(V_slag)

여기서 출력 H_metal은 용강의 형성 높이, H_slag는 슬래그의 형성 높이를 의미한다. 입력 변수로 V_metal은 용강의 체적, V_slag는 슬래그의 체적을 의미한다. 그리고 함수 f₃(·)은 입력 변수 V_metal을 입력받아 용강의 형성 높이를 연산하는 수식이고, f₄(·)는 입력 변수 V_slag를 입력받아 슬래그의 형성 높이를 연산하는 수식을 의미한다.

다음은 용강 및 슬래그의 높이 및 부피를 구하는 두 번째 방법에 대하여 도 6을 참조로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용강 높이 및 슬래그 높이 계산 방법에 관한 또 다른 흐름도이다.

도 6과 같이 고정 주파수 정현파 신호를 인가하는 경우에 대해 설명하면, 진 동 측정 분석부(100)는 신호 발생부(111)로 고정 주파수 정현파 신호를 발생하도록 명령한다(S200). 신호 발생부(111)는 진동 측정 분석부(100)의 명령에 따라 정현파 파형을 생성하여 출력하고(S210), 전력 증폭부(112)는 매칭부(113)를 통해 진동 발생부(114)에 적절한 전력을 가지도록 출력된 정현파 파형에 정현파 전압을 인가한다(S220).

이렇게 생성된 진동 신호는 도 7에 도시된 바와 같다. 도 7은 지속적인 정현파 진동 신호를 발생시키는 형식을 나타내는데, 진동 측정 분석부(100)가 발생 진동 정현파의 크기 및 주파수를 결정한다.

진동 측정 분석부(100)는 신호 발생부(111)에서 진동 신호가 발생함과 동시에 진동을 측정하고 분석할 수 있도록 하는 기능을 가진다. 이를 위해, 노체의 진동은 진동 센서로 전달되는데, 진동 센서(121)를 통해 수집한 진동 신호는 상시 동작중인 제1 신호 변환부(122) 및 제1 신호 전송부(124)를 통해 진동 측정 분석부(100)로 전달되도록 한다.

즉, 진동 측정 분석부(100)는 신호 발생부(111)에서 진동 신호가 발생함과 동시에 진동을 측정하고 분석할 수 있도록 하는 기능을 가지기 때문에, S220 단계에서 임펄스 전압이 인가된 진동 신호를 수신하면 바로 분석한다(S230). 이를 위해, 노체의 진동은 진동 센서로 전달되는데, 진동 센서(121)를 통해 수집한 진동 신호는 상시 동작중인 제1 신호 변환부(122) 및 제1 신호 전송부(124)를 통해 진동 측정 분석부(100)로 전달되도록 한다.

그리고 진동 측정 분석부(100)는 진동 신호를 통해 노의 공간 체적을 계산하 고(S240), 로드 셀 신호를 통해 용강(160)의 체적 및 슬래그(180)의 체적을 계산한다(S250). 그리고 S150 단계에서 계산된 결과를 토대로 용강(160) 및 슬래그(180)의 높이를 계산한다(S260).

이때, 진동 측정 분석부(100)로 입력되는 진동 신호는 노체(170)의 상태 및 내용물의 상태에 따라 특정 주파수 스펙트럼이 우세하게 나타난다. 이에 대해 도 8a 및 도 9a, 그리고 도 8b 및 도 9b를 참조로 설명하기로 한다.

도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 진동 센서 측정 파형의 예시도이고, 도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 진동 센서 측정 파형의 예시도이다. 그리고 도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이고, 도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이다

즉, 도 8a는 공간 체적이 큰 경우의 진동 센서를 측정한 파형을 나타낸 것이고 도 9a는 공간 체적인 작은 경우의 진동 센서를 측정한 파형을 나타낸 것이다. 그리고, 도 8b는 공간 체적이 큰 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 것이고, 도 9b는 공간 체적인 작은 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 것이다.

측정 진동이 동일한 주파수 성분만이 도출되기 때문에, 도 8a의 주기 P3과 도 9a의 주기 P3은 동일하다. 그리고 도 8a의 진폭 A4는 도 9a의 진폭 A5보다 크다. 또한, 이들 파형의 주파수 스펙트럼에서는 도 8b의 주파수 f₃은 도 9b의 주파수 f₃과 동일한 주파수를 나타내며, 도 8b의 주파수 f₃의 크기인 S4는 도 9b의 주파수 f₃의 크기인 S4보다 크다.

노 내부의 용강 및 슬래그의 체적이 특정 량을 가질 때, 노체에 가해진 진동 주파수의 성분이 최대로 감지된다. 반면 노 내부의 용강 및 슬래그의 체적이 특정 량 보다 많거나 적으면, 노체에 가해진 진동 주파수의 성분이 최대값 보다 낮게 감지된다.

이때, 가진 주파수 성분이 최대로 감지되는 노 내부의 용강 및 슬래그의 체적은, 가진 주파수가 높을수록 많아지고 가진 주파수가 낮을수록 적어진다. 그러므로, 최소 용강 체적 및 최소 슬래그 체적일 때의 가진 주파수를 이용하거나, 최대 용강 체적 및 최대 슬래그 체적일 때의 가진 주파수를 이용한다.

만약, 최소 용강 체적 및 최소 슬래그 체적일 경우 최대 진동을 유기시키는 가진 주파수를 이용한다면, 노 내부의 용강 및 슬래그의 체적이 클수록 노 내부의 빈 공간의 체적은 적고, 측정된 진동 스펙트럼에서 가진 주파수 성분이 낮게 감지된다. 반면, 최대 용강 체적 및 최대 슬래그 체적일 경우 최대 진동을 유기시키는 가진 주파수를 이용한다면, 노 내부의 용강 및 슬래그의 체적이 작을수록 노 내부의 빈 공간의 체적은 크고, 측정된 진동 스펙트럼에서 가진 주파수 성분이 높게 감지된다.

결과적으로, 측정 진동 스펙트럼을 통한 공간 체적은 분석 스펙트럼 주파수의 스펙트럼 크기가 입력 변수가 되며, 이를 위한 연산 수식은 다음 수학식 6과 같 다.

V_air[m²] = f₃(S_ff)

여기서, 출력 V_air는 공간 체적이다. 입력 변수 S_ff는 가진 진동 주파수의 스펙트럼 크기이며, 이는 진동 센서의 계측 파형을 고속 푸리에 변환 수행한 후 분석에 의해 확보된다.

함수 f₃(·)은 입력 변수 S_ff를 입력받아 공간 부피를 연산하는 수식이다. 상기 도 1에서 로드 셀은 노 전체의 중량을 계측하고, 용강 및 슬래그의 체적 및 높이는 수학식 6에 의해 공간 체적 V_air가 구해지면 상기 수학식 2 내지 수학식 5를 이용하여 구해진다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용강 내포 노 상태 분석 장치의 구조도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용강 높이 및 슬래그 높이 계산 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 진동 파형의 예시도이다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 진동 센서 측정 파형의 예시도이다.

도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이다.

도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 진동 센서 측정 파형의 예시도이다.

도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 진동 파형을 인가한 경우 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용강 높이 및 슬래그 높이 계산 방법에 관한 또 다른 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형의 예시도이다.

도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 진동 센서 측정 파형의 예시도이다.

도 8b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우 의 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이다.

도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 진동 센서 측정 파형의 예시도이다.

도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고정 주파수 진동 파형을 인가한 경우의 주파수 스펙트럼을 도출한 예시도이다.

Claims (9)

1. 노 상태를 측정하는 장치에 있어서,

   가진 신호의 발생을 지시하고, 수신되는 진동 신호 및 로드 셀 신호를 분석하여 노 상태를 확인하는 진동 측정 분석부;

   상기 진동 측정 분석부에서 가진 신호 발생의 지시에 따라, 상기 노의 상태를 확인하기 위한 진동 신호를 발생하는 진동 신호 발생부;

   상기 노의 한 부분에 위치하며, 상기 노로부터 로드 셀 신호를 발생하는 로드 셀; 및

   상기 진동 신호 발생부 및 상기 로드셀에서 발생한 진동 신호 및 로드 셀 신호를 감지하여 상기 진동 측정 분석부로 전달하는 신호 감지부

   를 포함하는 노 상태 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 진동 신호 발생부는,

   상기 진동 측정 분석부로부터 가진 신호를 발생하도록 지시 받으면, 가진하고자 하는 진동 신호의 패턴을 생성하여 전기 신호를 발생하는 신호 발생부;

   상기 신호 발생부에서 발생한 전기 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭부;

   상기 전력 증폭부에서 전력이 증폭되어 출력된 전기 신호를 토대로, 상기 노의 어느 한 부분에 장착되어 노체에 진동을 발생하는 진동 발생부; 및

   상기 전력 증폭부에서 출력된 전기 신호를 상기 진동 발생부로 전달하는 매칭부

   를 포함하는 노 상태 측정 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 신호 감지부는,

   상기 진동 발생부와 거리를 두고 상기 노체에 장착되어, 상기 진동 발생부에 의해 발생된 노체의 진동을 감지하여 진동 신호로 출력하는 진동 센서;

   상기 진동 센서에서 감지한 진동 신호를 변환하여 출력하는 제1 신호 변환부;

   상기 제1 신호 변환부에서 변환된 진동 신호를 상기 진동 측정 분석부로 전달하는 제1 신호 전송부;

   상기 로드 셀에서 발생한 로드 셀 신호를 변환하여 출력하는 제2 신호 변환부; 및

   상기 제2 신호 변환부에서 변환된 로드 셀 신호를 상기 진동 측정 분석부로 전달하는 제2 신호 전송부

   를 포함하는 노 상태 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 진동 측정 분석부에서 분석한 상기 노 상태를 출력하는 모니터링부; 및

   상기 노에 가해지는 제어를 관리하는 제어부

   를 더 포함하는 노 상태 측정 장치.
5. 노 상태 측정 장치가 노 상태를 측정하는 방법에 있어서,

   노 상태를 측정하기 위한 가진 신호를 발생하도록 하는 명령에 따라 진동 신호를 발생하는 단계;

   상기 발생한 진동 신호를 통해 노체에서 발생한 진동 신호를 감지하는 단계;

   상기 노체의 한 측에서 발생하는 로드 셀 신호를 감지하는 단계; 및

   상기 감지한 진동 신호와 로드 셀 신호를 통해 상기 노 상태를 측정하는 단계

   를 포함하는 노 상태 측정 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 노 상태를 측정하는 단계는,

   상기 노의 공간 체적을 계산하는 단계;

   용강 체적 및 슬래그 체적을 계산하는 단계; 및

   상기 용강 체적 및 슬래그 체적의 계산 결과를 토대로 용강 및 슬래그의 높이를 계산하는 단계

   를 포함하는 노 상태 측정 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 공간 체적을 계산하는 단계는,

   V_air[m²] = k₁f₁(S_fp) - k₂f₂(f_p)

   (상기 S_fp는 스펙트럼 크기이고, f_p는 스펙트럼 주파수이고, k₁과 k₂는 입력 상수임)

   을 통해 계산되는 노 상태 측정 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 용강 체적 및 슬래그 체적을 계산하는 단계는,

   상기 용강 체적은

   

   (상기 W_total은 용강 및 슬래그를 포함하는 노의 중량이고, W_furnace은 내화물만 있는 상태의 노의 중량임. V_total는 노 내부 전체의 체적이고, d_slag는 슬래그의 밀도 상수이며, d_metal는 용강의 밀도 상수임)

   를 통해 계산되는 노 상태 측정 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 슬래그 체적은

   

   를 통해 계산되는 노 상태 측정 방법.

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