KR101246233B1 - 하부도어를 갖는 가열로 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하부도어를 갖는 가열로 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 소재가 추출되는 추출홀부를 구비하는 몸체와, 추출홀부를 개폐하는 상부도어와 하부도어와, 상부도어를 상하 이동시키는 상부도어구동부와, 하부도어를 상하 이동시키는 하부도어구동부와, 상부도어구동부와 하부도어구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 하부도어에는 하부도어의 상측을 통과하는 이동체를 감지하여 하부도어 상단과 이동체와의 거리를 측정하는 변위센서가 구비되고, 변위센서는 측정값을 제어부에 전송하고, 제어부는 측정값을 토대로 하부도어구동부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 추출기를 통해 가열로 내의 소재를 추출하는 동안 에너지 손실을 억제할 수 있어 연료 소모량을 최소화할 수 있다.

Description

하부도어를 갖는 가열로 및 그 제어방법{HEATING FURNACE HAVING LOWER DOOR AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 가열로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추출기를 통해 가열로 내의 소재를 추출하는 동안 에너지 손실을 억제할 수 있는 하부도어를 갖는 가열로 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 가열로는 제철소의 열연공장 등에서 슬라브(Slab) 등의 소재를 가스, 기름 등의 연료를 사용하여 대략 1200∼1300℃의 적정 온도로 가열하기 위한 장치로서, 소재를 판재 등의 제품으로 가공하기 위한 열간압연공정의 전 공정에 배치된다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 추출기를 통해 가열로 내의 소재를 추출하는 동안 에너지 손실을 억제할 수 있는 하부도어를 갖는 가열로 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 하부도어를 갖는 가열로는: 소재가 추출되는 추출홀부를 구비하는 몸체; 상기 추출홀부를 개폐하는 상부도어와 하부도어; 상기 상부도어를 상하 이동시키는 상부도어구동부; 상기 하부도어를 상하 이동시키는 하부도어구동부; 및 상기 상부도어구동부와 상기 하부도어구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 하부도어에는 상기 하부도어의 상측을 통과하는 이동체를 감지하여 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리를 측정하는 변위센서가 구비되고, 상기 변위센서는 측정값을 상기 제어부에 전송하고, 상기 제어부는 측정값을 토대로 상기 하부도어구동부의 작동을 제어한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 변위센서의 측정값과 미리 저장된 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리 설정값이 일치되도록 상기 하부도어구동부를 작동시킨다.
바람직하게는, 상기 이동체는 상기 소재를 추출하는 추출기이다.
바람직하게는, 상기 하부도어에는 상기 변위센서를 냉각시키는 냉각부가 구비된다.
본 발명에 따른 하부도어를 갖는 가열로의 제어방법은: (a) 상부도어를 이동시켜 추출홀부를 개방하는 단계; (b) 이동체가 하부도어의 상측을 통과하는지를 변위센서에 의해 감지하는 단계; (c) 상기 이동체의 상기 하부도어의 상측 통과가 감지되면 상기 변위센서에 의해 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리를 측정하는 단계; 및 (d) 상기 변위센서의 측정값과 미리 저장된 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리 설정값이 일치되도록 상기 하부도어를 상하 이동시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, (d) 상기 하부도어를 상하 이동시키는 단계는, 상기 변위센서의 측정값을 전송받은 제어부가 하부도어를 상하 이동시키는 하부도어구동부를 작동시켜 이루어진다.
바람직하게는, 상기 이동체는 소재를 추출하는 추출기이다.
바람직하게는, (e) 상기 변위센서에 의해 상기 이동체의 상기 하부도어의 상측 통과가 감지되지 않으면 상기 상부도어와 상기 하부도어로 상기 추출홀부를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 추출기를 통해 가열로 내의 소재를 추출하는 동안 추출기의 높이에 따라 하부도어의 높이를 조절할 수 있어 에너지 손실을 억제할 수 있고 연료 소모량을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로와 추출기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 하부도어를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기의 작동이 시작되는 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 진입한 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 소재를 들어올리는 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 퇴거한 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 소재를 이송롤러에 내리는 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 스키드빔과 추출기의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 제어흐름을 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 하부도어를 갖는 가열로 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로와 추출기를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 하부도어를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기의 작동이 시작되는 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 진입한 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 소재를 들어올리는 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 퇴거한 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 추출기가 소재를 이송롤러에 내리는 경우 상부도어와 하부도어의 상태를 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로에서 스키드빔과 추출기의 관계를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 제어흐름을 나타낸 블록도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로(1)는 몸체(10), 상부도어(20), 하부도어(120), 상부도어구동부(30), 하부도어구동부(130), 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.
몸체(10)는 소재(S)가 장입되는 장입홀부(16)와, 소재(S)가 추출되는 추출홀부(11)를 구비한다. 장입홀부(16)는 장입도어(17)에 의해 개폐된다.
몸체(10)에는 그 위에 가열하고자 하는 소재(S)가 안착되어 이송되는 스키드빔(15)이 구비된다. 스키드빔(15)은 크게 소재(S)를 지지하기 위한 고정빔과 소재(S)를 전진시키기 위한 워킹빔으로 이루어진다.
워킹빔은 가열로(1) 내에서 소재(S)가 가열되는 동안 소재(S)를 상승, 전진, 하강 및 후진시킴으로써 장입홀부(16)에서 추출홀부(11)측으로 소재(S)를 점진적으로 이송시킨다.
몸체(10)는 스키드빔(15)이 지나가는 방향을 따라 예열대(2), 가열대(3) 및 균열대(4)로 구분된다. 소재(S)의 초기 온도, 추출 시에 요구되는 최종 온도에 따라 예열대(2), 가열대(3) 내에서의 승온 속도 및 체류 시간과 균열대(4) 내에서의 체류 시간 등이 제어된다. 예열대(2), 가열대(3) 및 균열대(4)에는 소재(S)를 가열하는 버너(B)가 각각 구비된다.
도 1 내지 도 3, 도 10을 참조하면, 상부도어(20)와 하부도어(120)는 몸체(10)에 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 추출홀부(11)를 개폐한다.
상부도어(20)는 소재(S)가 몸체(10)에서 외부로 추출될 때는 상측으로 이동되어 추출홀부(11)를 개방하고, 소재(S)의 추출이 이루어진 후에는 하측으로 이동되어 추출홀부(11)를 폐쇄한다.
하부도어(120)는 이동체(60)의 높이에 맞춰 상측 또는 하측으로 이동되어 추출홀부(11)의 개폐량을 조절한다. 이로써 소재(S)의 추출 시 외부의 공기가 몸체(10) 내부로 유입되는 것과, 몸체(10) 내부의 열기가 외부로 누출되는 것을 억제한다.
하부도어(120)에는 변위센서(121) 및 냉각부(122)가 구비된다.
변위센서(121)는 하부도어(120)의 상측을 통과하는 이동체(60)를 감지하고, 이동체(60)가 감지되면 하부도어(120)의 상단과 이동체(60)와의 거리를 측정한다. 변위센서(121)는 측정값을 제어부(40)로 전송한다.
본 실시예에서 변위센서(121)는 레이저 변위센서인 것으로 예시된다. 이러한 변위센서(121)는 하부도어(120)의 상단과 동일한 높이에 설치되어 하부도어(120)의 상측을 향해 레이저를 조사하고, 이동체(60)의 표면에서 반사된 레이저를 수신하여 이동체(60)와의 거리를 측정한다. 이로써 하부도어(120)의 상단과 이동체(60)와의 거리를 실시간으로 측정할 수 있다.
대부분 적색을 띄는 소재(S)와 대비되도록 변위센서(121)는 그린 레이저(Green Laser) 방식을 사용한다. 그린 레이저란 522.8㎚의 녹선을 발생시키는 헬륨과 셀레늄을 사용한 가스 레이저를 일컫는다.
한편 변위센서(121)가 하부도어(120)의 내부에 위치하는 경우라면 제어부(40)는 변위센서(121)의 측정값을 토대로 하부도어(120)의 상단과 이동체(60)와의 거리를 연산하여 구할 수 있다. 본 실시예에서 이동체(60)는 소재(S)를 추출하는 추출기(60)이다.
냉각부(122)는 변위센서(121)를 둘러싸도록 배치되어 변위센서(121)를 냉각시킨다. 변위센서(121)는 고온의 환경에서 사용되므로 자체가 내열성을 갖는 재질로 형성되더라도 장시간 사용하는 경우 열화 손상이 일어날 수 있다. 따라서 이를 미연에 방지하기 위해 냉각부(122)가 구비된다.
냉각부(122)는 외부에서 공급되는 냉각수를 지속적으로 공급하고 배출하는 순환식으로 구성될 수 있고, 냉매를 일정기간 부착하는 부착식으로 구성될 수도 있다.
상부도어구동부(30)는 상부도어(20)를 상측 또는 하측으로 이동시킨다. 상부도어구동부(30)의 작동에 의해 상부도어(20)는 상측 또는 하측으로 이동되면서 추출홀부(11)를 개방하거나 폐쇄한다.
본 실시예에서 상부도어구동부(30)는 상부도어(20)와 연결되는 체인부와 체인부에 동력을 제공하는 모터부를 포함하여 이루어진다. 이러한 상부도어구동부(30)는 당업자라면 용이하게 실시할 수 있는 기술내용이므로 상부도어구동부(30)에 대한 구체적인 설명 및 도면은 생략하기로 한다.
하부도어구동부(130)는 하부도어(120)를 상측 또는 하측으로 이동시킨다. 하부도어구동부(130)의 작동에 의해 하부도어(120)는 상측 또는 하측으로 이동되면서 추출홀부(11)를 개방하거나 폐쇄한다.
본 실시예에서 하부도어구동부(130)는 하부도어(120)와 연결되는 래크(Rack), 래크와 치합되는 피니언(Pinion), 피니언에 동력을 제공하는 모터부를 포함하여 이루어진다. 모터부의 작동에 의해 피니언이 회전되면서 래크의 상하 이동이 이루어지므로 래크와 연결되는 하부도어(120) 역시 상하 이동된다. 이외에도 하부도어구동부(130)는 유압실린더 타입으로 제작될 수 있으며 하부도어(120)를 상하 이동시킬 수 있다면 다른 기술구성으로 대체될 수 있음은 물론이다.
제어부(40)는 상부도어구동부(30)와 하부도어구동부(130)의 작동을 제어한다. 변위센서(121)의 측정값이 전송되면 제어부(40)는 측정값을 토대로 하부도어구동부(130)의 작동을 제어한다.
제어부(40)는 추출기(60)를 통한 소재(S)의 추출 시 에너지 손실을 억제하기 위해 하부도어(120)의 상측에 위치하는 추출기(60)의 높이에 맞춰 하부도어(120)의 높이를 조절한다.
이때 추출기(60)와 하부도어(120)의 충돌을 방지하기 위해 추출기(60)와 하부도어(120)는 일정거리 이상 이격되어야 한다. 이렇게 최소한 이격되어야 하는 거리를 하부도어(120)의 상단과 이동체(60)와의 거리 설정값으로 정의한다. 최소 이격거리의 설정은 추출기(60)의 진입 또는 퇴거 시 여러 요인에 의해 추출기(60)의 상하 유동이 발생할 수 있기 때문이다.
제어부(40)는 변위센서(121)의 측정값과 미리 저장된 하부도어(120)의 상단과 추출기(60)와의 거리 설정값이 일치되도록 하부도어구동부(130)를 작동시킨다. 따라서 실제 하부도어(120)의 상단과 추출기(60)와의 거리가 위 거리 설정값과 일치하게 되므로 추출기(60)와 하부도어(120)의 충돌을 방지할 수 있으면서, 추출홀부(11) 개방에 따른 에너지 손실을 최소화할 수 있게 된다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에서 추출기(60)는 상하구동부(61), 전후구동부(62) 및 추출대(63)를 포함하여 이루어진다. 상하구동부(61)는 추출대(63)를 상측 또는 하측으로 이동시키고, 전후구동부(62)는 추출대(63)를 전측 또는 후측으로 이동시킨다. 추출대(63)는 갈고리 형상으로 형성되어 스키드빔(15)에 위치하는 소재(S)를 스키드빔(15)과 접촉하지 않으면서 들어올릴 수 있다. 이러한 추출기(60)는 당업자에게 자명한 기술구성이므로 구체적인 설명 및 도면은 생략한다.
도 4 내지 도 8, 도 11을 중심으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 제어방법을 설명한다.
추출기(60)의 작동이 개시되면 상부도어(20)는 상측으로 이동되어 추출홀부(11)를 개방한다(S10, 도 5). 이때 상부도어(20)는 추출기(60)와 충돌되지 않도록 충분히 상측으로 이동되고, 하부도어(120)는 원지점에 그대로 위치된다.
추출기(60)가 하부도어(120)의 상측을 통과하는지를 변위센서(121)에 의해 감지한다(S20). 변위센서(121)는 추출기(60)가 감지되면 하부도어(120)의 상단과 추출기(60)와의 거리를 측정한다(S30).
변위센서(121)는 측정값을 제어부(40)에 전송하고, 제어부(40)는 전송된 측정값과 미리 저장된 하부도어(120)의 상단과 추출기(60)와의 거리 설정값이 일치되도록 하부도어(120)를 실시간으로 상하로 이동시킨다(S40). 이때 하부도어(120)의 상하 이동은 하부도어(120)를 이동시키는 하부도어구동부(130)의 작동을 제어함으로써 이루어진다.
변위센서(121)에서의 측정값은 실시간으로 제어부(40)로 전송되고, 제어부(40)는 측정값과 설정값이 불일치한 경우 곧바로 하부도어구동부(130)를 작동시켜 측정값과 설정값을 일치시킨다.
도 5에서와 같이 측정값과 설정값이 간격 h로 일치되었더라도 소재(S)를 들어올리기 위해 추출대(63)가 상승하는 경우 측정값과 설정값이 불일치하게 되는데, 이때 제어부(40)는 변위센서(121)를 통해 전송되는 측정값을 통해 설정값과의 불일치를 파악하고 곧바로 하부도어(120)를 상측으로 이동시켜 측정값과 설정값을 일치시킨다(도 6).
추출대(63)의 퇴거가 완료되어 하부도어(120)의 상측을 통과하는 추출기(60)의 존재가 감지되지 않으면 제어부(40)는 하부도어(120)가 상부도어(20)와 밀착되도록 상측으로 이동시킨다. 이에 따라 추출홀부(11)는 폐쇄된다(S50, 도 7).
추출대(63)에 의해 외부로 추출된 소재(S)는 이송롤러(R)에 안착되어 후공정으로 이송되고, 상부도어(20)와 하부도어(120)는 서로 밀착된 채로 하측으로 이동되어 최초 위치로 복귀한다(도 8).
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한 가열로를 예로 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 가열로가 아닌 다른 장치에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 가열로 10 : 몸체
11 : 추출홀부 20 : 상부도어
30 : 상부도어구동부 40 : 제어부
60 : 추출기 120 : 하부도어
121 : 변위센서 122 : 냉각부
130 : 하부도어구동부 S : 소재

Claims (8)

  1. 소재가 추출되는 추출홀부를 구비하는 몸체;
    상기 추출홀부를 개폐하는 상부도어와 하부도어;
    상기 상부도어를 상하 이동시키는 상부도어구동부;
    상기 하부도어를 상하 이동시키는 하부도어구동부; 및
    상기 상부도어구동부와 상기 하부도어구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 하부도어에는 상기 하부도어의 상측을 통과하는 이동체를 감지하여 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리를 측정하는 변위센서가 구비되고,
    상기 변위센서는 측정값을 상기 제어부에 전송하고, 상기 제어부는 측정값을 토대로 상기 하부도어구동부의 작동을 제어하고,
    상기 제어부는 상기 변위센서의 측정값과 미리 저장된 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리 설정값이 일치되도록 상기 하부도어구동부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 하부도어를 갖는 가열로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동체는 상기 소재를 추출하는 추출기인 것을 특징으로 하는 하부도어를 갖는 가열로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부도어에는 상기 변위센서를 냉각시키는 냉각부가 구비되는 것을 특징으로 하는 하부도어를 갖는 가열로.
  5. (a) 상부도어를 이동시켜 추출홀부를 개방하는 단계;
    (b) 이동체가 하부도어의 상측을 통과하는지를 변위센서에 의해 감지하는 단계;
    (c) 상기 이동체의 상기 하부도어의 상측 통과가 감지되면 상기 변위센서에 의해 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리를 측정하는 단계; 및
    (d) 상기 변위센서의 측정값과 미리 저장된 상기 하부도어 상단과 상기 이동체와의 거리 설정값이 일치되도록 상기 하부도어를 상하 이동시키는 단계를 포함하고,
    (d) 상기 하부도어를 상하 이동시키는 단계는, 상기 변위센서의 측정값을 전송받은 제어부가 하부도어를 상하 이동시키는 하부도어구동부를 작동시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 하부도어를 갖는 가열로의 제어방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 이동체는 소재를 추출하는 추출기인 것을 특징으로 하는 하부도어를 갖는 가열로의 제어방법.
  8. 제5항에 있어서,
    (e) 상기 변위센서에 의해 상기 이동체의 상기 하부도어의 상측 통과가 감지되지 않으면 상기 상부도어와 상기 하부도어로 상기 추출홀부를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하부도어를 갖는 가열로의 제어방법.
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