KR101205321B1 - 합금철 투입 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템은,
합금철들을 각각 수용하는 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼; 상기 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼에 각각 연결되고, 상부에 밸브를 구비하여, 상기 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼로부터 배출되는 합금철들을 진공 상태로 수용하는 적어도 하나의 진공 호퍼; 상기 적어도 하나의 진공 호퍼에 각각 구비되며, 상기 적어도 하나의 진공 호퍼 내에 수용된 합금철들을 수차 회전하여 용강으로 투입하고, 수차 회전을 하면서 펄스를 발생시키는 적어도 하나의 회전 피더; 및 상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시키지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터 펄스가 계속하여 발생되면, 모니터에 경고 표시를 하는 조업 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

합금철 투입 제어시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING INJECTION OF ALLOY IRON}
본 발명은 철강 공정 중 2차 정련에서의 합금철 투입 제어시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 2차 정련 중 합금철을 투입하기 위한 장치들에 이상 또는 고장이 발생한 경우, 이를 감지하여 정량의 합금철이 용강으로 투입될 수 있도록 하는 합금철 투입 제어시스템에 관한 것이다.
철강 공정은 세부적으로 수많은 공정들로 이루어져 있다. 수많은 철강 공정 중 어느 하나의 공정에서 처리 시간이 약 1분만 단축되더라도, 연간 약 수십억원을 절감할 수 있기 때문에, 철강업체들은 공정 처리 시간 단축을 위해 많은 노력을 기울이고 있다.
철강 공정은 크게 제선-제강-연주-압연 공정으로 이루어진다. "제선 공정"은 용선을 생산하는 공정으로서, 철광석과 코크스를 높이 약 100m의 고로에 넣고, 1200도 정도의 뜨거운 바람으로 코크스를 연소하여 발생되는 열로 철광석을 녹여 용선을 생산하는 공정이다. 용선은 탄소 함유량이 많고, 인 또는 유황 등과 같은 불순물이 포함되어 있기 때문에, 전로 속에 고철과 용선을 함께 넣은 후 순수한 산소를 불어 넣어 불순물을 걸러낸다. 이로 인해 깨끗한 쇳물인 용강이 생산되며, 이를 "제강 공정"이라 한다. "연주 공정"은 액체상태인 용강을 주형에 주입하고, 연속 주조기를 통과시키면서 냉각, 응고하여 중간 소재로 만드는 공정이다. "압연 공정"은 연주 공정에 의해 생산된 중간 소재를 회전하는 여러 개의 롤 사이를 통과시켜 연속적인 힘을 가함으로써 늘리거나 얇게 하여 강판이나 선재를 만드는 공정이다.
상기 공정 중에서 제강 공정은 용선예비처리, 전로 제강, 2차 정련이라는 세 가지 과정으로 구분될 수 있다. 이 중 "2차 정련"은 합금철 투입, 샘플링, 승온, 진공 또는 환류 과정을 통해 용강에 여러 가지 합금원소를 첨가하고, 특정 성분을 제거하여 원하는 철강 재질을 얻어내는 공정을 의미한다. 제강 공정 중 최종 단계인 2차 정련은 제품의 성질과 품질을 제어하는 핵심 공정이며, 일관 제철공정 및 제강 공정의 기술척도를 나타내는 주요한 지표로서, 정련 효율과 처리시간 단축을 통한 최적의 생산 프로세스를 갖추기 위해 각 제강업체가 노력을 기울이고 있다. 철강업체들은 LF(Ladle Furnace), 버블링(Bubbling), VTD(Vacuum Tank Degasser), PI(Powder Injection), RH(Ruhrstahl-Heraues) 등의 2차 정련 설비들을 보유하고 있으며, 물성에 따라 이들을 사용하고 있다.
2차 정련 공정 중 용강으로 합금철이 투입되는데, "합금철"이란, 제련과정에서 용탕의 탈산 또는 탈류 등 불순물을 제거하거나 철강의 성질을 개선하기 위해 철 이외의 성분원소 첨가를 목적으로 사용되는 각종의 철합금으로, 강의 제조나 주철의 제조에 필수적으로 사용되는 부원료이다. 이러한 합금철을 용강으로 최대한 짧은 시간 내에, 정확한 양을 투입할 수 있어야 철강의 생산량이 증가될 수 있으며, 정확한 품질의 철강이 생산될 수 된다.
최근, 고급강 생산의 확대 등으로 합금철 투입량과 종류가 많아지고 있는데, 특히, 극저 고장력강의 조업시에는 망간 1.5톤 등, 10종의 합금철들 3톤이 투입된다. 합금철 투입량과 종류가 많은 고급강의 경우에 품질의 일정함을 위해 합금철들의 정량 투입이 더욱 중요하다.
종래의 합금철 투입 제어시스템은 각 구성에 고장 또는 이상이 발생한 경우, 이를 감지할 수 있는 수단이 없고, 조업자가 이를 수동으로 식별하기도 곤란하여, 대형 품질 사고가 발생하기도 하였다. 평균적으로, 진공 호퍼의 상부 밸브 누수는 연 1회, 회전 피더 펄스 발생 이상은 연 4회, 평량 호퍼의 이상은 월 2회 발생하여 일관성 있는 품질의 철강을 제조하는데 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 철강 공정 중 합금철 투입 장치들에 이상이 발생하여 과다한 양의 합금철이 용강으로 투입되는 것을 방지하고, 합금철의 정량 투입으로 철강의 품질 편차를 최소화할 수 있는 합금철 투입 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템은,
합금철들을 각각 수용하는 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼; 상기 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼에 각각 연결되고, 상부에 밸브를 구비하여, 상기 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼로부터 배출되는 합금철들을 진공 상태로 수용하는 적어도 하나의 진공 호퍼; 상기 적어도 하나의 진공 호퍼에 각각 구비되며, 상기 적어도 하나의 진공 호퍼 내에 수용된 합금철들을 수차 회전하여 용강으로 투입하고, 수차 회전을 하면서 펄스를 발생시키는 적어도 하나의 회전 피더; 및 상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시키지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터 펄스가 계속하여 발생되면, 모니터에 경고 표시를 하는 조업 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조업 제어부는, 상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시킨 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터 펄스가 발생되지 않으면, 상기 적어도 하나의 회전 피더의 수차 회전을 중지시키고, 상기 모니터에 경고 표시를 할 수도 있다.
또한, 상기 조업 제어부는, 상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시킨 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터의 펄스가 온 상태를 계속하여 유지하면, 상기 적어도 하나의 회전 피더의 수차 회전을 중지시키고, 상기 모니터에 경고 표시를 할 수도 있다.
상기 합금철 투입 제어시스템은,
합금철들을 각각 수용하는 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼; 상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼에 각각 구비되며, 상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼에 수용된 합금철들을 진동을 하여 배출시키는 적어도 하나의 진동 피더; 및 상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼에 연결되어, 상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼로부터 배출되는 합금철들을 수용하고, 합금철들 각각의 중량을 감지하는 평량 호퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 조업 제어부는, 상기 적어도 하나의 진동 피더를 진동시킨 경우, 상기 평량 호퍼에서 감지하는 합금철들 각각의 중량이 일정한 경우, 상기 적어도 하나의 진동 피더의 진동을 중지시키고, 상기 모니터에 경고 표시를 할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 인해, 용강으로 정량의 합금철들이 투입될 수 있고, 철강의 품질 이상이 감소되어 철강의 품질 편차가 최소화된다. 특히, 투입되는 합금철들의 종류가 다양한 고급강의 경우에 더욱 정확한 품질의 고급강이 생산될 수 있다. 이로 인해 신뢰성 있는 철강 프로세스의 구축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 진공 호퍼의 상부 밸브에 누수가 발생한 경우, 회전 피더로부터 발생되는 펄스를 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 회전 피더의 펄스 발생에 이상이 발생한 경우, 회전 피더로부터 발생되는 펄스를 도시하는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 회전 피더의 펄스 발생에 이상이 발생한 경우, 회전 피더로부터 발생되는 펄스를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 평량 호퍼에 이상이 발생한 경우, 평량 호퍼가 감지하는 각 합금철의 중량을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지의 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템은 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼(100), 적어도 하나의 진공 호퍼(110), 적어도 하나의 회전 피더(120), 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼(200), 적어도 하나의 진동 피더(210), 평량 호퍼(220) 및 조업 제어부(300)를 포함한다.
제1하이레벨 호퍼(100)들은 합금철들을 각각 수용하고 있는 저장 장치이며, 망간, 크롬, 규소 또는 탄소 등의 합금철들을 저장한다.
진공 호퍼(110)들은 각각 제1하이레벨 호퍼(100)에 연결되고, 상부에 밸브를 구비하여 제1하이레벨 호퍼(100)로부터 배출되는 합금철들을 밸브를 개방하여 수용하고, 진공 상태로 저장한다. 래들(400) 내 용강이 진공 환류로 진공 상태를 유지하고 있기 때문이다.
회전 피더(120)들은 진공 호퍼(110)들에 각각 구비되며, 수차 회전을 하여 진공 호퍼(110)들에 수용되어 있는 합금철들을 래들(400) 내 용강으로 투입시킨다. 회전 피더(120)들은 수차 회전을 하는 동안 펄스를 발생시킨다. 회전 피더(120)들이 계속 회전을 하여 합금철들이 용강으로 투입되고 있는지, 얼만큼의 양이 투입되었는지를 조업자가 알 수 있게 하기 위함이다.
회전 피더(120)들은 물레방아 형태를 가지며, 중심축을 중심으로 회전하고, 중심축을 중심으로 방사상으로 연장된 복수의 수차 날개를 구비할 수도 있다. "수차 회전"이란, 회전 피더(120)가 중심축을 중심으로 회전하는 것을 의미한다. 진공 호퍼(110)들에 수용된 합금철들이 수차 날개들 사이의 공간으로 배출된 후, 회전 피더(120)가 회전함에 따라 합금철들은 하부로 배출될 수 있다.
회전 피더(120)들에는 펄스 발생부가 구비될 수 있고, 회전 피더(120)들의 수차의 각 날개가 펄스 발생부를 지날 때마다 신호를 발생시킬 수도 있다.
"펄스"는 온 상태와 오프 상태가 주기적으로 반복되는 신호이다.
제2하이레벨 호퍼(200)들은 제1하이레벨 호퍼(100)와 마찬가지로 합금철들을 각각 저장하고 있는 저장 장치이다.
진동 피더(210)들은 제2하이레벨 호퍼(200)들 각각에 구비되며, 모터를 내장하여 진동을 하고, 진동에 의해 제2하이레벨 호퍼(200)들 내의 합금철들이 배출되도록 한다.
평량 호퍼(220)는 제2하이레벨 호퍼(200)들로부터 배출되는 합금철들을 수용하고, 합금철들 각각의 중량을 감지한다. 용강에 투입될 합금철들의 최종투입 중량만큼 합금철들을 용강으로 투입하기 위해, 합금철들의 중량을 감지하는 것이다.
조업 제어부(300)는 합금철 투입 공정을 제어하고, 합금철 투입 제어시스템의 각 구성을 제어한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 합금철 투입 제어시스템의 조업 제어부(300)는 각 구성의 이상 또는 고장 여부를 확인할 수도 있다. 조업 제어부(300)는 합금철 투입 제어시스템의 각 구성들과 유무선 통신으로 연결된 컴퓨터일 수도 있다.
제1하이레벨 호퍼(100)들에 수용된 합금철들이 래들(400) 내 용강으로 투입되기 위해서는, 진공 호퍼(110)들이 상부에 구비된 밸브를 개방하여, 제1하이레벨 호퍼(100)들에 수용된 합금철들을 전달받는다. 진공 호퍼(110)들은 합금철들을 전달받은 후, 밸브를 폐쇄하여 진공 상태를 유지한다. 진공 호퍼(110)에 구비된 회전 피더(120)들은 수차 회전하여, 진공 호퍼(110)에 저장된 합금철들이 용강으로 투입되도록 하고, 수차 회전을 하며 펄스를 발생시킨다.
그러나, 제1하이레벨 호퍼(100)들로부터 진공 호퍼(110)들이 합금철들을 전달받고, 밸브를 폐쇄하여 진공 상태를 유지한 상태에서, 조업 제어부(300)가 회전 피더(120)들을 수차 회전시키지 않은 경우에도 회전 피더(120)들로부터 펄스가 발생된다면, 조업 제어부는 진공 호퍼(110)들의 상부 밸브 고장으로 판단하고, 조업자가 확인할 수 있도록 모니터를 통해 경고 표시를 한다. 진공 상태를 유지한 상태에서, 회전 피더(120)들이 저절로 수차 회전하여 펄스를 발생시킨다면, 진공 호퍼(110) 내의 기압이 진공이 아닌 대기압 상태인 것으로 예상할 수 있기 때문이다. 즉, 진공 호퍼(110)의 상부 밸브가 합금철들의 끼임 등으로 누수가 되어, 대기압 상태가 되고, 기압에 의해 합금철들이 회전 피더(120)를 통해 배출되는 것이다. 이러한 고장은 합금철들의 용강으로의 과투입을 유발한다. 도 2는 진공 호퍼(110)들의 상부 밸브에 누수가 발생되어, 회전 피더(120)들이 저절로 수차 회전할 때 발생시키는 펄스를 도시하는 도면이다.
또한, 제1하이레벨 호퍼(100)들로부터 진공 호퍼(110)들이 합금철들을 전달받고, 밸브를 폐쇄하여 진공 상태를 유지한 상태에서, 조업 제어부(300)가 회전 피더(120)들을 수차 회전시켰지만, 회전 피더(120)들로부터 펄스가 발생되지 않거나, 펄스가 온 상태에서 계속하여 유지된다면, 이는 펄스 발생부의 고장으로 판단하고, 조업 제어부(300)가 회전 피더(120)들의 수차 회전을 중지시키고, 모니터를 통해 경고 표시를 한다. 이러한 고장은 합금철들이 용강으로 얼만큼 투입되었는지를 조업자가 확인할 수 없게 한다. 도 3a 및 도 3b는 조업 제어부(300)가 회전 피더(120)들을 수차 회전시켰지만, 펄스가 발생되지 않은 경우와 펄스가 온 상태를 계속하여 유지하고 있는 상태를 도시하는 도면들이다.
제2하이레벨 호퍼(200)들에 수용된 합금철들이 래들(400) 내 용강으로 투입되기 위해서는, 진동 피더(210)들이 진동을 하여 제2하이레벨 호퍼(200)들로부터 합금철들을 배출시키고, 평량 호퍼(220)가 배출되는 합금철들을 수용하고, 각 합금철들의 중량을 감지하여 배출하여야 한다.
진동 피더(210)들이 계속하여 진동을 하고 있지만, 평량 호퍼(220)에서 감지하는 각 합금철의 중량이 일정하게 유지된다면, 조업 제어부(300)는 평량 호퍼(220)의 고장으로 판단하여, 진동 피더(210)들의 진동을 중지시키고, 모니터를 통해 경고 표시를 한다. 이러한 고장 역시 합금철들이 용강으로 얼만큼 투입되는지를 조업자가 확인할 수 없게 한다. 도 4는 평량 호퍼(220)에 이상이 발생한 경우, 평량 호퍼(220)가 감지하는 각 합금철의 중량을 도시한 그래프로서, 합금철의 중량이 일정 시간 이후에 일정하게 유지되고 있는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100: 제1하이레벨 호퍼
110: 진공 호퍼
120: 회전 피더
200: 제2하이레벨 호퍼
210: 진동 피더
220: 평량 호퍼
300: 조업 제어부
400: 래들

Claims (5)

  1. 합금철들을 각각 수용하는 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼;
    상기 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼에 각각 연결되고, 상부에 밸브를 구비하여, 상기 적어도 하나의 제1하이레벨 호퍼로부터 배출되는 합금철들을 진공 상태로 수용하는 적어도 하나의 진공 호퍼;
    상기 적어도 하나의 진공 호퍼에 각각 구비되며, 상기 적어도 하나의 진공 호퍼 내에 수용된 합금철들을 수차 회전하여 용강으로 투입하고, 수차 회전을 하면서 펄스를 발생시키는 적어도 하나의 회전 피더;
    상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시키지 않은 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터 펄스가 계속하여 발생되면, 모니터에 경고 표시를 하는 조업 제어부;
    합금철들을 각각 수용하는 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼;
    상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼에 각각 구비되며, 상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼에 수용된 합금철들을 진동을 하여 배출시키는 적어도 하나의 진동 피더; 및
    상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼에 연결되어, 상기 적어도 하나의 제2하이레벨 호퍼로부터 배출되는 합금철들을 수용하고, 합금철들 각각의 중량을 감지하는 평량 호퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 합금철 투입 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조업 제어부는,
    상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시킨 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터 펄스가 발생되지 않으면, 상기 적어도 하나의 회전 피더의 수차 회전을 중지시키고, 상기 모니터에 경고 표시를 하는 것을 특징으로 하는 합금철 투입 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조업 제어부는,
    상기 적어도 하나의 진공 호퍼가 합금철들을 진공 상태로 수용한 상태에서, 상기 적어도 하나의 회전 피더를 수차 회전시킨 경우, 상기 적어도 하나의 회전 피더로부터의 펄스가 온 상태를 계속하여 유지하면, 상기 적어도 하나의 회전 피더의 수차 회전을 중지시키고, 상기 모니터에 경고 표시를 하는 것을 특징으로 하는 합금철 투입 제어시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 조업 제어부는,
    상기 적어도 하나의 진동 피더를 진동시킨 경우, 상기 평량 호퍼에서 감지하는 합금철들 각각의 중량이 일정한 경우, 상기 적어도 하나의 진동 피더의 진동을 중지시키고, 상기 모니터에 경고 표시를 하는 것을 특징으로 하는 합금철 투입 제어시스템.
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