KR101281436B1 - 전극봉 손상 방지 방법 및 장치 - Google Patents

전극봉 손상 방지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

전극봉 손상 방지 방법 및 장치가 제공된다. 전극봉 손상 방지 장치는, 전극봉을 통해 전기로에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부와, 측정된 전압 및 전류로부터 연산되는 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스를 연산하는 연산부와, 전극봉의 진동을 측정하고, 측정된 진동으로부터 충격값을 연산하는 진동 측정부와, 충격값이 임계 충격값을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스를 보정하며, 보정된 임계 오차 임피던스에 기초하여 오차 임피던스를 보정하는 보정부와, 보정된 오차 임피던스에 기초하여, 기준 임피던스를 추종하도록 전극봉의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함함으로써, 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전극봉 손상 방지 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREVENTING BREAKAGE OF ELECTRODE BAR}
본 발명은 전기로에서 사용되는 전극봉에 관한 것으로서, 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 방지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기로는 전극봉을 통전시켜 발생하는 아크의 고열로 노 안에 장입된 고철을 용해하는 설비이다. 전극봉은 전극봉 홀더에 의해 고정되며, 노 안으로 삽입된 후 유압시스템에 의해 구동되는 마스트의 상하 운동에 따라 움직이게 된다.
용해 작업 중에는 안정적인 전력 투입과 아크에 의한 설비 손상을 방지하기 위해 아크 임피던스가 일정하게 유지되도록 전극봉의 상하 운동이 제어되는데, 이때 여러가지 이유로 전극봉이 절단되는 문제점이 발생한다. 이는 고철과의 충돌, 아크의 불안정한 거동, 강한 압력으로 취입되는 산소가 그 원인이 될 수 있다.
이러한 원인으로 전극봉이 절단되면, 노 안으로 떨어진 전극봉을 제거하는 작업과 새로운 전극봉으로 교체하는 작업에 의해 조업대기시간이 발생하고 이는 생산성 감소로 이어지게 된다. 또한, 고열의 작업 환경으로 인해 안전사고의 발생 위험이 증가하게 된다.
따라서, 조업중 상술한 바와 같은 전극봉이 절단되는 문제점을 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다.
상술한 전극봉이 절단되는 문제점을 해결하기 위해 전극봉 홀더를 개선하여 전극봉의 절단을 방지하는 기술(한국공개특허 제2009-0015535호)이 개시되어 있다. 하지만, 이와 같은 종래 기술은 기구부의 개선으로 전극봉의 절단 확률을 낮추기 위한 수동적인 방법에 불과하며, 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 방지하기 위한 능동적인 방법은 아니라는 문제점이 있다.
본 발명은 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 능동적으로 방지하기 위한 전극봉 손상 방지 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면,
전극봉을 통해 전기로에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부;
상기 측정된 전압 및 전류로부터 연산되는 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스를 연산하는 연산부;
상기 전극봉의 진동을 측정하고, 측정된 진동으로부터 충격값을 연산하는 진동 측정부;
상기 충격값이 임계 충격값을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스를 보정하며, 상기 오차 임피던스의 절대값이 상기 보정된 임계 오차 임피던스보다 큰 경우 상기 오차 임피던스를 보정하는 보정부; 및
상기 보정된 오차 임피던스에 기초하여, 상기 기준 임피던스를 추종하도록 상기 전극봉의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함하는 전극봉 손상 방지 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 보정부는,
상기 충격값이 상기 임계 충격값을 초과하는 시간이 기준 시간 이상 지속되는 경우에 상기 임계 오차 임피던스를 보정할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전극봉 손상 방지 장치는,
상기 보정된 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하는 알림부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 보정부는,
하기의 수학식:
Zbound' = η×Zbound
에 의하여 임계 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스, Zbound는 미리 설정된 임계 오차 임피던스, η는 0부터 1 미만의 값일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 보정부는,
하기의 수학식:
Ze'= sgn(Ze)×Zbound'
에 의하여 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Ze'는 보정된 오차 임피던스, Ze는 오차 임피던스, sgn()은 부호 함수, Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 진동 측정부는,
상기 전극봉의 진동을 측정하는 3축 가속도 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 진동 측정부는,
하기의 수학식:
Itotal = α×Xrms + β×Yrms + γ×Zrms
에 의하여 충격값을 연산하며, 여기서 Itotal는 충격값, Xrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 X축 가속도값의 실효값, Yrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Y축 가속도값의 실효값, Zrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Z축 가속도값의 실효값, α, β, 및 γ는 가중치일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 가중치(γ)는,
상기 가중치(α) 및 상기 가중치(β)에 비해 상대적으로 작은 값일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 위치 제어부는,
상기 보정된 오차 임피던스를 입력으로 하는 PI(Proportional Integral) 제어 또는 퍼지 PI 제어를 통해 상기 전극봉의 위치를 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 전극봉을 통해 전기로에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 단계;
상기 측정된 전압 및 전류로부터 연산되는 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스를 연산하는 단계;
상기 전극봉의 진동을 측정하고, 측정된 진동으로부터 충격값을 연산하는 단계;
상기 충격값이 임계 충격값을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계;
상기 오차 임피던스의 절대값이 상기 보정된 임계 오차 임피던스보다 큰 경우 상기 오차 임피던스를 보정하는 단계; 및
상기 보정된 오차 임피던스에 기초하여, 상기 기준 임피던스를 추종하도록 상기 전극봉의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 전극봉 손상 방지 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
상기 충격값이 상기 임계 충격값을 초과하는 시간이 기준 시간 이상 지속되는 경우에 상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
상기 보정된 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
하기의 수학식:
Zbound' = η×Zbound
에 의하여 임계 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스, Zbound는 미리 설정된 임계 오차 임피던스, η는 0부터 1 미만의 값일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
하기의 수학식:
Ze'= sgn(Ze)×Zbound'
에 의하여 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Ze'는 보정된 오차 임피던스, Ze는 오차 임피던스, sgn()은 부호 함수, Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전극봉의 진동은 3축 가속도 센서를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 충격값을 연산하는 단계는,
하기의 수학식:
Itotal = α×Xrms + β×Yrms + γ×Zrms
에 의하여 충격값을 연산하며, 여기서 Itotal는 충격값, Xrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 X축 가속도값의 실효값, Yrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Y축 가속도값의 실효값, Zrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Z축 가속도값의 실효값, α, β, 및 γ는 가중치일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 가중치(γ)는,
상기 가중치(α) 및 상기 가중치(β)에 비해 상대적으로 작은 값일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 전극봉의 위치를 제어하는 단계는,
상기 보정된 오차 임피던스를 입력으로 하는 PI(Proportional Integral) 제어 또는 퍼지 PI 제어를 통해 상기 전극봉의 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉의 진동을 감지하고, 이에 기초하여 전극봉의 위치를 제어함으로써, 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 이로 인해 전기로 내로 떨어진 전극봉 제거 작업에 의해 발생되는 조업대기시간을 줄임으로써, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 전극봉 소모량을 줄임으로써 원가를 절감시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극봉 손상 방지 장치를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 충격값과 임계 오차 임피던스의 보정시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 임계 오차 임피던스의 보정 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극봉 손상 방지 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 도 5의 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계(S503)를 상세화한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극봉 손상 방지 장치를 도시한 도면이다. 한편, 도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 충격값과 임계 오차 임피던스의 보정시점을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 임계 오차 임피던스의 보정 방법을 설명하는 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하는 시점을 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기로 시스템의 동작 원리를 설명하면, 전극봉 홀더(13)에 의해 고정된 전극봉(11)은 전기로(10) 안으로 삽입된 후 유압시스템(15)에 의해 구동되는 마스트(14)의 상하 운동에 따라 움직인다. 한편, 외부에서 공급되는 전압 및 전류에 의해 전극봉(11)이 통전되며, 이때 발생하는 아크의 고열로 전기로(10) 내의 고철(S)이 용해되게 된다.
도 1에서는 유압 시스템(15)의 유압 제어를 통해 전극봉(11)을 상하로 이동시키는 구동력을 제공하는 것을 예시로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않고, 전극봉(11)을 상하로 이동시키는 다양한 장치가 가능할 것이다.
한편, 상술한 전기로 시스템에 적용될 수 있는 전극봉 손상 방지 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극봉(11)을 통해 전기로(10)에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부(110)와, 전극봉(11)의 진동을 측정하고, 측정된 진동으로부터 충격값을 연산하는 3축 가속도 센서(121)를 포함한 진동 측정부(120)와, 측정된 전압 및 전류와 연산된 충격값에 기초하여 유압 시스템(15)을 제어함으로써 전극봉(11)의 위치를 제어하는 제어 모듈(130)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어 모듈(130)은 측정된 전압 및 전류로부터 연산되는 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스를 연산하는 연산부(131)와, 충격값이 임계 충격값을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스를 보정하며, 오차 임피던스의 절대값이 보정된 임계 오차 임피던스보다 작은 경우 오차 임피던스를 보정하는 보정부(132)와, 보정된 오차 임피던스에 기초하여, 기준 임피던스를 추종하도록 전극봉의 위치를 제어하는 위치 제어부(133)로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극봉 손상 방지 장치는 보정된 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하기 위한 알림부(140)를 더 포함할 수 있다.
이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극봉 손상 방지 장치를 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 전압/전류 측정부(110)는 전극봉(11)을 통해 전기로(10)에 인가되는 전압 및 전류를 측정할 수 있다. 측정된 전압 및 전류는 제어 모듈(130)로 전달될 수 있다.
진동 측정부(120)는 3축 가속도 센서(121)를 통해 감지된 전극봉(11)의 진동을 신호처리한다. 여기서, 3축 가속도 센서(121)는 진동 감지 센서의 일종으로, 전극봉 홀더(13)에 부착되어 전극봉(11)의 진동을 3축(X축, Y축, Z축)으로 감지한다.
구체적으로, 진동 측정부(120)는 전극봉(11)의 진동을 측정하며, 측정된 진동으로부터 하기의 수학식 1에 따라 충격값(Itotal)을 연산할 수 있다. 연산된 충격값(Itotal)은 제어 모듈(130)로 전달될 수 있다.
[수학식 1]
Itotal = α×Xrms + β×Yrms + γ×Zrms
여기서, Itotal는 충격값, Xrms는 3축 가속도 센서(121)로부터 출력되는 X축 가속도값의 실효값, Yrms는 3축 가속도 센서(121)로부터 출력되는 Y축 가속도값의 실효값, Zrms는 3축 가속도 센서(121)로부터 출력되는 Z축 가속도값의 실효값, α, β, 및 γ는 가중치로 1보다 작은 값일 수 있다.
일반적으로, 전극봉(11)은 상하운동을 하기 때문에 Z축에 대한 가속이 크지만, 전극봉이 받은 상대적인 충격은 상대적으로 작다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 가중치(γ)는 가중치(α) 또는 가중치(β)에 비해 상대적으로 작은 값으로 설정함으로써, 더욱 정확하게 전극봉(11)의 진동을 측정할 수 있을 것이다.
한편, 제어 모듈(130)은 전압/전류 측정부(110)에서 측정된 전압 및 전류와 진동 측정부(120)에서 연산한 충격값(Itotal)에 기초하여 유압 시스템(15)을 제어함으로써, 전극봉(11)의 위치를 제어할 수 있다. 상술한 제어 모듈(130)은 연산부(131), 보정부(132), 및 위치 제어부(133)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어 모듈(130) 중 연산부(131)는 전압/전류 측정부(110)에서 측정된 전압(V)을 전류(I)로 나눔으로써 아크 임피던스를 구하며, 구해진 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스(Ze)를 연산할 수 있다. 연산된 오차 임피던스(Ze)는 보정부(132)로 전달될 수 있다.
제어 모듈(130) 중 보정부(132)는 진동 측정부(120)로부터 전달받은 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스(Zbound)를 보정하며, 연산부(131)로부터 전달받은 오차 임피던스(Ze)의 절대값이 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')보다 작은 경우 연산부(131)로부터 전달받은 오차 임피던스(Ze)를 보정할 수 있다. 보정된 오차 임피던스(Ze')는 위치 제어부(133)으로 전달될 수 있다. 여기서, 임계 오차 임피던스(Zbound)는 제강 공정 시작시에 전극봉(11)이 기준치 이하의 충격을 받는 일반적인 상황에서의 값으로 미리 설정(초기화)되는 값일 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2b를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 충격값(Ibound)과 미리 설정된 임계 오차 임피던스(Zbound)의 보정시점을 설명한다.
우선 도 2a를 참조하면, 보정부(132)는 진동 측정부(120)로부터 전달받은 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 시간이 기준 시간(Tbound) 이상 지속되는 경우에 미리 설정된 임계 오차 임피던스(Zbound)의 보정을 개시(보정개시시점은 도면부호 201 참조)하는 것을 도시하고 있다. 반면, 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound) 이하가 될 경우 임계 오차 임피던스(Zbound)의 보정을 종료하게 된다(보정종료시점은 도면부호 202 참조).
한편, 도 2b를 참조하면, 진동 측정부(120)로부터 전달받은 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 경우에 바로 임계 오차 임피던스(Zbound)의 보정을 개시하는 것을 도시하고 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 형태에 의하면, 상술한 2가지 실시예에 따라 임계 오차 임피던스(Zbound)의 보정을 개시할 수 있으며, 특히 전자(도 2a)에 의할 경우 전극봉의 상하 운동을 제한하거나 운전자에게 알리지 않아도 충격값(Itotal)이 줄어드는 경우도 존재할 수 있어 너무 민감하게 반응하는 것을 방지할 수 있는 기술적 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 임계 오차 임피던스(Zbound)는 하기의 수학식 2에 따라 보정될 수 있다.
[수학식 2]
Zbound' = η×Zbound
여기서 Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스, Zbound는 미리 설정된 임계 오차 임피던스, η는 0부터 1 미만의 값일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 임계 오차 임피던스(Zbound)는, 수학식 2에 따라 보정됨으로써, 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 시점인 보정 개시 시점(300)부터 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)보다 작아지는 보정 종료 시점(301)까지 그 크기가 지속적으로 작아지게 된다. 이와 같이 임계 오차 임피던스(Zbound)의 크기를 지속적으로 작게 함으로써, 전극봉(11)의 상하 움직임을 제한하여 지속적인 충격을 받지 않도록 할 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')가 미리 설정된 임계값(Zlimit)보다 작아지는 경우에는 전극봉(11)에 가해지는 충격이 개선되지 않아 조업효율을 떨어뜨리는 경우이므로, 알림부(140)를 통해 운전자에게 알리도록 할 필요가 있다.
한편, 상술한 오차 임피던스(Ze)는 하기의 수학식 3에 따라 보정될 수 있다.
[수학식 3]
Ze'= sgn(Ze)×Zbound
여기서, Ze'는 보정된 오차 임피던스, Ze는 오차 임피던스, sgn()은 부호 함수, Zbound는 임계 오차 임피던스일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어 모듈(130) 중 위치 제어부(133)는 보정부(132)로부터 전달받은 보정된 오차 임피던스(Ze')에 기초하여, 기준 임피던스를 추종하도록 전극봉(11)의 위치를 제어할 수 있다. 예시적으로, 위치 제어부(133)는 PI(Proportional Integral) 제어 알고리즘 또는 퍼지 PI 제어 알고리즘을 사용할 수 있으며, 보정된 오차 임피던스(Ze')를 입력으로 기준 임피던스를 추종하도록 유압 시스템(15) 제어를 통해 전극봉(11)의 위치를 제어할 수 있다. 다만, 상술한 제어 알고리즘은 일 예시에 불과하며, P 제어, PID 제어, 뉴로넷 제어 알고리즘 등 기타 다양한 제어 알고리즘이 사용될 수 있음에 유의하여야 한다.
한편, 알림부(140)는 디스플레이 장치 또는 스피커와 같은 장치일 수 있으며, 구체적으로 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')가 미리 설정된 임계값(Zlimit) 이하인 경우 이를 시각적 또는 음향적인 방법으로 표시한다. 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')가 미리 설정된 임계값(Zlimit) 이하인 경우에는 전극봉(11)에 가해지는 충격이 개선되지 않아 조업효율을 떨어뜨리는 경우이므로, 운전자에게 알릴 필요가 있기 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉의 진동을 감지하고 이에 기초하여 전극봉의 위치를 제어함으로써, 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다. 또한, 전기로 내로 떨어진 전극봉 제거 작업에 의해 발생되는 조업대기시간을 줄임으로써, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 전극봉 소모량을 줄임으로써 원가를 절감시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극봉 손상 방지 방법을 설명하는 흐름도이며, 도 6은 도 5의 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계(S503)를 상세화한 흐름도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 우선 전압/전류 측정부(110)는 전극봉(11)을 통해 전기로(10)에 인가되는 전압 및 전류를 측정할 수 있다(S500). 측정된 전압 및 전류는 제어 모듈(130)로 전달될 수 있다.
제어 모듈(130) 중 연산부(131)는 전압/전류 측정부(110)에서 측정된 전압(V)을 전류(I)로 나눔으로써 아크 임피던스를 구하며(S501), 구해진 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스(Ze)를 연산할 수 있다(S502). 연산된 오차 임피던스(Ze)는 제어 모듈(130)의 보정부(132)로 전달될 수 있다.
제어 모듈(130) 중 보정부(132)는 진동 측정부(120)로부터 전달받은 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 경우 상술한 수학식 2에 따라 미리 설정된 임계 오차 임피던스(Zbound)를 보정할 수 있다(S503).
이하에서는 도 6을 참조하여 상술한 임계 오차 임피던스(Zbound)의 보정 과정(S503)을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 우선 진동 측정부(120)는 3축 가속도 센서(121)를 통해 전극봉(11)의 진동을 측정하고(S600), 측정된 진동으로부터 상술한 수학식 1에 따라 충격값(Itotal)을 연산할 수 있다(S601). 연산된 충격값(Itotal)은 제어 모듈(130)로 전달될 수 있다.
이후 제어 모듈(130) 중 보정부(132)는 진동 측정부(120)로부터 전달받은 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는지 판단하고(S602), 판단 결과 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 경우 카운터를 증가시킨다(S603). 다만, 판단 결과 임계 충격값(Ibound)을 초과하지 않는 경우에는 카운터를 초기화시킨다(S608).
다음, 보정부(132)는 진동 측정부(120)로부터 전달받은 충격값(Itotal)이 임계 충격값(Ibound)을 초과하는 시간(Tover)이 미리 설정된 기준 시간(Tbound)을 초과하였는지 판단하며(S604), 판단 결과 미리 설정된 기준 시간(Tbound)을 초과한 경우에는 임계 오차 임피던스(Zbound)가 미리 설정된 임계값(Zlimit)보다 큰지 판단한다(S605). S605에서의 판단 결과, 임계 오차 임피던스(Zbound)가 미리 설정된 임계값(Zlimit) 보다 큰 경우, 보정부(132)는 상술한 수학식 2에 따라 임계 오차 임피던스(Zbound)를 보정하게 된다(S606)
하지만, 임계 오차 임피던스(Zbound)가 미리 설정된 임계값(Zlimit)보다 작은 경우에는 이를 알림부(140)를 통해 운전자에게 알린다(S607). 즉, 임계 오차 임피던스(Zbound)가 미리 설정된 임계값(Zlimit)보다 작은 경우에는 전극봉(11)에 가해지는 충격이 개선되지 않아 조업효율을 떨어뜨리는 경우이므로, 알림부(140)를 통해 운전자에게 알리도록 할 필요가 있기 때문이다.
다시 도 5를 참조하면, S503에서 임계 오차 임피던스(Zbound)를 보정한 후, 보정부(132)는 연산부(131)로부터 전달받은 오차 임피던스(Ze)의 절대값이 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')보다 작은지를 판단하며(S504), 판단 결과 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')보다 작은 경우에는 오차 임피던스(Ze)를 위치 제어부(133)로 전달할 수 있다. 이후 위치 제어부(133)는 이 오차 임피던스(Ze)에 기초하여 기준 임피던스를 추종하도록 유압 시스템(15)을 제어하여 전극봉(11)의 위치를 제어할 수 있다.
하지만, S504에서의 판단 결과, 오차 임피던스(Ze)의 절대값이 보정된 임계 오차 임피던스(Zbound')보다 큰 경우에는 상술한 수학식 3에 따라 오차 임피던스(Ze)를 보정할 수 있다(S507). 보정된 오차 임피던스(Ze')는 위치 제어부(133)로 전달될 수 있으며, 위치 제어부(133)는 보정부(132)로부터 전달받은 보정된 오차 임피던스(Ze')에 기초하여, 기준 임피던스를 추종하도록 전극봉(11)의 위치를 제어할 수 있다(S505).
이후 제강 공정이 종료 여부가 판단되며(S506), 종료되지 않은 경우에는 상술한 S500 내지 S507이 반복적으로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉의 진동을 감지하고, 이에 기초하여 전극봉의 위치를 제어함으로써, 전극봉 절단이 일어나는 상황을 미리 감지하여 전극봉이 절단되는 것을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다. 또한, 전기로 내로 떨어진 전극봉 제거 작업에 의해 발생되는 조업대기시간을 줄임으로써, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 전극봉 소모량을 줄임으로써 원가를 절감시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 전기로 11: 전극봉
12: 3축 가속도 센서 13: 전극봉 홀더
14: 마스트 15: 유압시스템
110: 전압/전류 측정부 120: 진동측정부
121: 연산부 122: 보정부
123: 위치 제어부 130: 제어모듈
140: 알림부 S: 고철

Claims (18)

  1. 전극봉을 통해 전기로에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 전압/전류 측정부;
    상기 측정된 전압 및 전류로부터 연산되는 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스를 연산하는 연산부;
    상기 전극봉의 진동을 측정하고, 측정된 진동으로부터 충격값을 연산하는 진동 측정부;
    상기 충격값이 임계 충격값을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스를 보정하며, 상기 오차 임피던스의 절대값이 상기 보정된 임계 오차 임피던스보다 큰 경우 상기 오차 임피던스를 보정하는 보정부; 및
    상기 보정된 오차 임피던스에 기초하여, 상기 기준 임피던스를 추종하도록 상기 전극봉의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함하는 전극봉 손상 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 충격값이 상기 임계 충격값을 초과하는 시간이 기준 시간 이상 지속되는 경우에 상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 전극봉 손상 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서
    상기 전극봉 손상 방지 장치는,
    상기 보정된 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하는 알림부를 더 포함하는 전극봉 손상 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는,
    하기의 수학식:
    Zbound' = η×Zbound
    에 의하여 임계 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스, Zbound는 미리 설정된 임계 오차 임피던스, η는 0부터 1 미만의 값인 전극봉 손상 방지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보정부는,
    하기의 수학식:
    Ze'= sgn(Ze)×Zbound'
    에 의하여 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Ze'는 보정된 오차 임피던스, Ze는 오차 임피던스, sgn()은 부호 함수, Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스인 전극봉 손상 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 진동 측정부는,
    상기 전극봉의 진동을 측정하는 3축 가속도 센서를 포함하는 전극봉 손상 방지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진동 측정부는,
    하기의 수학식:
    Itotal = α×Xrms + β×Yrms + γ×Zrms
    에 의하여 충격값을 연산하며, 여기서 Itotal는 충격값, Xrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 X축 가속도값의 실효값, Yrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Y축 가속도값의 실효값, Zrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Z축 가속도값의 실효값, α, β, 및 γ는 가중치인 전극봉 손상 방지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가중치(γ)는,
    상기 가중치(α) 및 상기 가중치(β)에 비해 상대적으로 작은 값을 가지는 전극봉 손상 방지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위치 제어부는,
    상기 보정된 오차 임피던스를 입력으로 하는 PI(Proportional Integral) 제어 또는 퍼지 PI 제어를 통해 상기 전극봉의 위치를 제어하는 전극봉 손상 방지 장치.
  10. 전극봉을 통해 전기로에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 단계;
    상기 측정된 전압 및 전류로부터 연산되는 아크 임피던스와 미리 설정된 기준 임피던스와의 차이인 오차 임피던스를 연산하는 단계;
    상기 전극봉의 진동을 측정하고, 측정된 진동으로부터 충격값을 연산하는 단계;
    상기 충격값이 임계 충격값을 초과하는 경우 미리 설정된 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계;
    상기 오차 임피던스의 절대값이 상기 보정된 임계 오차 임피던스보다 큰 경우 상기 오차 임피던스를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 오차 임피던스에 기초하여, 상기 기준 임피던스를 추종하도록 상기 전극봉의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 전극봉 손상 방지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
    상기 충격값이 상기 임계 충격값을 초과하는 시간이 기준 시간 이상 지속되는 경우에 상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계를 더 포함하는 전극봉 손상 방지 방법.
  12. 제11항에 있어서
    상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
    상기 보정된 임계 오차 임피던스가 미리 설정된 임계값 이하인 경우 이를 표시하는 단계를 더 포함하는 전극봉 손상 방지 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 임계 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
    하기의 수학식:
    Zbound' = η×Zbound
    에 의하여 임계 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스, Zbound는 미리 설정된 임계 오차 임피던스, η는 0부터 1 미만의 값인 전극봉 손상 방지 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 오차 임피던스를 보정하는 단계는,
    하기의 수학식:
    Ze'= sgn(Ze)×Zbound'
    에 의하여 오차 임피던스를 보정하며, 여기서 Ze'는 보정된 오차 임피던스, Ze는 오차 임피던스, sgn()은 부호 함수, Zbound'는 보정된 임계 오차 임피던스인 전극봉 손상 방지 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전극봉의 진동은 3축 가속도 센서를 사용하여 측정하는 전극봉 손상 방지 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 충격값을 연산하는 단계는,
    하기의 수학식:
    Itotal = α×Xrms + β×Yrms + γ×Zrms
    에 의하여 충격값을 연산하며, 여기서 Itotal는 충격값, Xrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 X축 가속도값의 실효값, Yrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Y축 가속도값의 실효값, Zrms는 상기 3축 가속도 센서로부터 출력되는 Z축 가속도값의 실효값, α, β, 및 γ는 가중치인 전극봉 손상 방지 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가중치(γ)는,
    상기 가중치(α) 및 상기 가중치(β)에 비해 상대적으로 작은 값을 가지는 전극봉 손상 방지 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 전극봉의 위치를 제어하는 단계는,
    상기 보정된 오차 임피던스를 입력으로 하는 PI(Proportional Integral) 제어 또는 퍼지 PI 제어를 통해 상기 전극봉의 위치를 제어하는 단계를 포함하는 전극봉 손상 방지 방법.
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