KR101312526B1 - Method for measuring arc stability of electric furnaces and operating method of electric arc furnace using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기로 조업 중에 실시간으로 계측되는 아크 전력 신호를 가지고 아크 상태를 판단하여 안정적인 전기로 조업을 가능하게 전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전기로 아크 안정도 측정 방법은 전기로 조업시 전기로에 구비된 전극봉에 전원을 인가하여 발생하는 아크의 안정도를 측정하는 방법으로서, 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압을 계측하고, 계측된 전압값과 미리 설정된 전압의 기준 투입값을 이용하여 전압 안정도(SFV)를 연산하는 단계와; 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값과 미리 설정된 전류의 기준 투입값을 이용하여 전류 안정도(SFI)를 연산하는 단계와; 상기 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)를 이용하여 아크 안정도(SF)를 검출하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for measuring furnace arc stability and a furnace operation method using the same, and more particularly, to determine a state of an arc with an arc power signal measured in real time during furnace operation to enable stable furnace operation. The present invention relates to a furnace arc stability measurement method and an electric furnace operation method using the same.
Furnace arc stability measurement method according to an embodiment of the present invention is a method for measuring the stability of the arc generated by applying power to the electrode provided in the electric furnace during the operation of the furnace, measuring the voltage applied to the electrode in real time Calculating a voltage stability (SFV) using the measured voltage value and a reference input value of a preset voltage; Measuring a current applied to the electrode in real time and calculating a current stability (SFI) using the measured current value and a reference input value of a preset current; Detecting the arc stability SF using the voltage stability SFV and the current stability SFI.

Description

전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법{METHOD FOR MEASURING ARC STABILITY OF ELECTRIC FURNACES AND OPERATING METHOD OF ELECTRIC ARC FURNACE USING THE SAME}METHOD FOR MEASURING ARC STABILITY OF ELECTRIC FURNACES AND OPERATING METHOD OF ELECTRIC ARC FURNACE USING THE SAME}

본 발명은 전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기로 조업 중에 실시간으로 계측되는 아크 전력 신호를 가지고 아크 상태를 판단하여 안정적인 전기로 조업을 가능하게 전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for measuring furnace arc stability and a furnace operation method using the same, and more particularly, to determine a state of an arc with an arc power signal measured in real time during furnace operation to enable stable furnace operation. The present invention relates to a furnace arc stability measurement method and an electric furnace operation method using the same.

일반적으로 용선 및 용강을 생산하기 위한 방법은 고로 조업 및 전기로 조업으로 나누어진다. 고로 조업은 철광석과 코크스를 이용하여 고로에서 용선을 생산하는 방법이고, 전기로 조업은 고철을 이용하여 전기로에서 용강을 생산하는 방법이다.Generally, methods for producing molten iron and molten steel are divided into blast furnace operations and electric furnace operations. Blast furnace operation is a method of producing molten iron in an blast furnace using iron ore and coke, and electric furnace operation is a method of producing molten steel in an electric furnace using scrap iron.

전기로 조업은 전극 사이에 고철을 적치한 다음 전기를 통전시켜 이때 발생되는 아크(arc)열을 이용하여 고철을 용융시키는 조업이다.Electric furnace operation is an operation in which scrap iron is deposited between electrodes and then electricity is supplied to melt the scrap iron using arc heat generated at this time.

전기로는 내부에 고철이 투입되고 전극봉에서 아크를 발생시켜 아크열에 의해 고철을 용해시켜 용강을 제조하거나 가열시킨다. 종래의 일반적인 전기로 조업형태를 살펴보면 전극봉에 인가되는 전원의 전압 및 전류 기준값을 경험적으로 적당한 값을 선정하여 테이블화 하고 있다. 특히, 누적 전력량에 따라 전기로 조업 을 여러 단계로 나누고 각 단계에 따라 경험적으로 선정된 전압 및 전류의 기준값을 다르게 적용하고 있다.Scrap iron is introduced into the electric furnace and arcs are generated in the electrode to melt molten iron by arc heat, thereby producing molten steel or heating it. Looking at the operation mode of a conventional electric furnace, the voltage and current reference values of the power source applied to the electrode are empirically selected and tabled. In particular, the electric furnace operation is divided into several stages according to the cumulative power amount, and the reference values of empirically selected voltage and current are applied differently for each stage.

오래전부터 전극(electrode)사이에서 발생하는 전기아크(electric arc)에 대한 연구가 많이 진행되어, Ayrton equation이나 Cassie-Mayr equation과 같은 전기아크 모델이 제안되었다.Since long ago, many studies have been conducted on electric arcs occurring between electrodes, and electric arc models such as the Ayrton equation and the Cassie-Mayr equation have been proposed.

하지만 전기로에서 사용하는 아크는 고온, 고압의 무질서한(chaotic)한 성질을 가지고 있어 이러한 모델로 아크의 안정도를 예측하는 것이 불가능하였다. 특히, 아크가 녹이는 고철의 형태학적 특징에 따라 아크 길이가 가변하기 때문에 아크를 모델화하는 것은 더더욱 어려운 일이다.However, the arc used in the electric furnace has a chaotic nature of high temperature and high pressure, so it was impossible to predict the stability of the arc with this model. In particular, modeling the arc is even more difficult because the arc length varies depending on the morphological characteristics of the scrap metal that melts the arc.

또한, 아크는 노체 내에서 발생하기 때문에 조업자가 눈으로 직접 아크가 안정한 상태인지 불안정한 상태인지 파악하는 것이 어려운 문제가 있었다.In addition, since the arc occurs in the furnace body, it is difficult for the operator to directly identify whether the arc is stable or unstable.

이렇게 아크가 어떠한 상태인지 정확하게 인지하지 못한 상태에서 전극봉에 인가하는 전원의 전압 값을 더 높일 경우에는 아크가 고철 쪽으로 발생하지 않고, 노체 외벽이나 지붕 쪽으로 발생하게 되어 고철의 용융 효율이 저하되는 동시에 노체를 손상시키는 문제가 발생된다.If the voltage value of the power applied to the electrode is increased further in the state of not knowing exactly the state of the arc, the arc does not occur toward the scrap metal, but occurs toward the outer wall or the roof of the furnace, thereby reducing the melting efficiency of the scrap. The problem of damaging occurs.

그래서 종래에는 아크의 편향상태를 감시하기 위하여 전기로 직접 카메라를 를 설치하여 아크의 발생상태를 모니터링 하는 방법이 제안되었고, 이러한 방법에 대해서는 "전기로 아크 측정장치(등록실용신안 20-0275746)"에서 구체적으로 공지되어 있다.Therefore, in order to monitor the arc deflection state, a method of monitoring an arc occurrence by installing a camera directly with an electric furnace has been proposed. For this method, an "electric arc measuring device (Registration Utility Model 20-0275746)" has been proposed. Specifically known in the art.

하지만, 종래의 방식은 전기로에 아크의 발생상태를 촬영하는 카메라를 설치하기 위하여 별도의 복잡한 기구물을 전기로에 장착하여야 하는 단점이 있었다.
However, the conventional method has a disadvantage in that a separate complicated mechanism must be mounted in the electric furnace in order to install a camera for photographing an arc generation state in the electric furnace.

등록실용신안 20-0275746 (2005. 05. 06)Utility Model Registration 20-0275746 (2005. 05. 06)

본 발명은 전기로 조업 중에 전기로에서 발생되는 아크 상태를 기존의 모델 기반으로 접근하는 것이 아니라, 전기로의 전극봉에 인가되는 전원의 전력신호를 계측하고 이를 이용하여 아크 안정도를 평가하여 아크가 항상 안정된 상태로 발생되도록 하여 전기로 조업을 안정성을 향상시킬 수 있는 전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법을 제공한다.The present invention does not approach the arc state generated in the electric furnace during the operation of the electric furnace based on the existing model, but measures the power signal of the power applied to the electrode of the electric furnace and evaluates the arc stability using the arc, so that the arc is always stable The present invention provides an electric furnace arc stability measuring method and an electric furnace operating method using the same that can be generated by the furnace to improve the stability of the furnace operation.

또한, 아크를 안정된 상태로 발생시켜 전기로 노벽 및 지붕의 손상을 방지하여 전기로의 수명을 연장시킬 수 있는 전기로 아크 안정도 측정 방법 및 이를 이용한 전기로 조업 방법을 제공한다.
In addition, the present invention provides an electric furnace arc stability measuring method and an electric furnace operating method using the same, which can extend the life of the electric furnace by preventing the damage of the furnace wall and roof by generating the arc in a stable state.

본 발명의 일 실시형태에 따른 전기로 아크 안정도 측정 방법은 전기로 조업시 전기로에 구비된 전극봉에 전원을 인가하여 발생하는 아크의 안정도를 측정하는 방법으로서, 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압을 계측하고, 계측된 전압값과 미리 설정된 전압의 기준 투입값을 이용하여 전압 안정도(SFV)를 연산하는 단계와; 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값과 미리 설정된 전류의 기준 투입값을 이용하여 전류 안정도(SFI)를 연산하는 단계와; 상기 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)를 이용하여 아크 안정도(SF)를 검출하는 단계를 포함한다.Furnace arc stability measurement method according to an embodiment of the present invention is a method for measuring the stability of the arc generated by applying power to the electrode provided in the electric furnace during the operation of the furnace, measuring the voltage applied to the electrode in real time Calculating a voltage stability (SFV) using the measured voltage value and a reference input value of a preset voltage; Measuring a current applied to the electrode in real time and calculating a current stability (SFI) using the measured current value and a reference input value of a preset current; Detecting the arc stability SF using the voltage stability SFV and the current stability SFI.

상기 전압 안정도(SFV)는 하기의 [수학식 1]에 의해 연산되고, 상기 전류 안정도(SFI)는 하기의 [수학식 2]에 의해 연산되는 것을 특징으로 한다.The voltage stability SFV is calculated by Equation 1 below, and the current stability SFI is calculated by Equation 2 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112011103123152-pat00001
Figure 112011103123152-pat00001

여기서, Vi는 계측된 전압값, Vset는 전압의 기준 투입값, αν는 비율계수(scale factor), Vav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전압임.Where V i is the measured voltage value, V set is the reference input value of the voltage, α ν is the scale factor, and V av (n) is the average voltage in the observation window.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112011103123152-pat00002
Figure 112011103123152-pat00002

여기서, Ii는 계측된 전류값, Iset는 전류의 기준 투입값, αi는 비율계수(scale factor), Iav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전류임.Where I i is the measured current value, I set is the reference input of current, α i is the scale factor, and I av (n) is the average current in the observation window.

상기 아크 안정도(SF)는 하기의 [수학식 3]에 의해 검출되는 것을 특징으로 한다.The arc stability (SF) is characterized in that it is detected by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112011103123152-pat00003
Figure 112011103123152-pat00003

본 발명의 일 실시형태에 따른 전기로 조업 방법은 전기로에 구비된 전극봉에 전원을 인가하여 발생하는 아크로 고철을 용해시켜 용강을 제조하는 전기로 조업 방법으로서, 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압 및 전류를 계측하여 얻어진 전압값 및 전류값을 이용하여 아크 안정도값을 연산하는 과정과; 연산된 아크 안정도값을 미리 설정된 기준 아크 안정도값과 비교하여 아크 안정도를 평가하는 과정과; 평가된 아크 안정도에 따라 상기 전극봉에 인가되는 전원의 전력값을 제어하는 과정을 포함한다.An electric furnace operating method according to an embodiment of the present invention is an electric furnace operating method for manufacturing molten steel by dissolving arc furnace scrap generated by applying power to an electrode rod provided in an electric furnace, the voltage and current applied to the electrode in real time. Calculating an arc stability value by using a voltage value and a current value obtained by measuring; Evaluating the arc stability by comparing the calculated arc stability value with a preset reference arc stability value; And controlling the power value of the power applied to the electrode according to the evaluated arc stability.

상기 아크 안정도값을 연산하는 과정은 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압을 계측하고, 계측된 전압값과 미리 설정된 전압의 기준 투입값을 이용하여 전압 안정도(SFV)를 연산하는 단계와; 상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값과 미리 설정된 전률의 기준 투입값을 이용하여 전류 안정도(SFI)를 연산하는 단계와; 상기 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)를 이용하여 아크 안정도(SF)를 검출하는 단계를 포함한다.The calculating of the arc stability value may include: measuring a voltage applied to the electrode in real time and calculating a voltage stability (SFV) using the measured voltage value and a reference input value of a preset voltage; Measuring a current applied to the electrode in real time and calculating a current stability (SFI) using the measured current value and a reference input value of a predetermined electric power; Detecting the arc stability SF using the voltage stability SFV and the current stability SFI.

상기 아크 안정도를 평가하는 과정에서 연산된 아크 안정도값이 미리 설정된 기준 아크 안정도값보다 상대적으로 높게 나타나는 경우에, 아크가 불안정한 상태라고 판단하고, 상기 전원의 전력값을 제어하는 과정에서 상기 전극봉에 인가되는 전원의 전력을 낮추는 것을 특징으로 한다.When the arc stability value calculated in the process of evaluating the arc stability is relatively higher than the preset reference arc stability value, it is determined that the arc is unstable, and applied to the electrode in the process of controlling the power value of the power source. It characterized in that to lower the power of the power source.

상기 아크 안정도를 평가하는 과정에서 연산된 아크 안정도값이 미리 설정된 기준 아크 안정도값보다 상대적으로 낮게 나타나는 경우에, 아크가 안정한 상태라고 판단하고, 상기 전원의 전력값을 제어하는 과정에서 상기 전극봉에 인가되는 전원의 전력을 현상태로 유지하거나 높이는 것을 특징으로 한다.
When the arc stability value calculated in the process of evaluating the arc stability is relatively lower than the preset reference arc stability value, it is determined that the arc is in a stable state and applied to the electrode in the process of controlling the power value of the power source. It is characterized in that to maintain or increase the power of the power source to be.

본 발명의 실시예들에 따르면, 종래와 같이 조업자들이 단순히 경험치 또는 아크 생성시 발생되는 소리로 아크 상태 및 노체 내 상태를 판단하는 것이 아니라, 전극봉에 인가되는 전원의 전압 및 전류를 계측하고 그 값을 이용하여 아크의 안정도를 수치화하여 판단함에 따라 아크의 상태를 항상 정확하게 판단할 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments of the present invention, rather than conventionally determine the arc state and the state of the furnace body by the experience value or the sound generated when the arc is generated, it measures the voltage and current of the power applied to the electrode and As the numerical value of the stability of the arc is determined by using the value, there is an effect of always accurately determining the state of the arc.

또한, 수치화된 아크 안정도를 이용하여 전극봉에 인가되는 전원의 전력을 제어함에 따라 전기로 조업의 효율을 향상시키고, 전기로의 손상을 방지하여 전기로의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, by controlling the power of the power applied to the electrode using the quantized arc stability has the effect of improving the efficiency of the operation of the furnace, and to prevent damage to the furnace to extend the life of the furnace.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아크 안정도 측정 및 전기로 조업이 실시되는 전기로 장치를 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 조업 방법을 보여주는 순서도이며,
도 3은 본 발명의 아크 안정도를 구하기 위한 전력량 변동 그래프이고,
도 4는 실시간으로 계측되는 전압 및 전류 그래프와, 그에 따라 연산된 아크 안정도값을 보여주는 그래프이다.1 is a view showing an electric furnace device in which arc stability measurement and electric furnace operation according to an embodiment of the present invention,
2 is a flow chart showing an electric furnace operation method according to an embodiment of the present invention,
3 is a graph of power variation for obtaining arc stability of the present invention,
4 is a graph showing voltage and current graphs measured in real time and arc stability values calculated accordingly.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아크 안정도 측정 및 전기로 조업이 실시되는 전기로 장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 조업 방법을 보여주는 순서도이며, 도 3은 본 발명의 아크 안정도를 구하기 위한 전력량 변동 그래프이고, 도 4는 실시간으로 계측되는 전압 및 전류 그래프와, 그에 따라 연산된 아크 안정도값을 보여주는 그래프이다.1 is a view showing an electric furnace apparatus in which arc stability measurement and electric furnace operation according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart showing an electric furnace operation method according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a graph showing a change in power amount to obtain the arc stability of the present invention, Figure 4 is a graph showing the voltage and current graph measured in real time, and the calculated arc stability value accordingly.

먼저, 본 발명은 아크의 상태와 직접적으로 연관이 있는 아크 길이는 아크 전압에 비례하고, 아크 굵기는 아크 전류와 관계가 있다는 사실에 착안하여 제안되었다. 물론, 아크가 물리적으로 매우 불안정하여 아크가 끊어지게 될 경우, 아크 임피던스가 무한대로 증가하게 된다. 하지만, 전기로에서 전류가 투입되고 있으면, 아크가 끊어지는 경우는 극히 드물기 때문에 본 발명은 전기로 내에서 아크가 끊어지는 경우를 제외한 환경에 적용할 수 있을 것이다.First, the present invention has been proposed in view of the fact that the arc length directly related to the state of the arc is proportional to the arc voltage, and the arc thickness is related to the arc current. Of course, if the arc is physically very unstable and the arc is broken, the arc impedance increases to infinity. However, if a current is input in the electric furnace, the arc is rarely broken, so the present invention may be applied to an environment except when the arc is broken in the electric furnace.

먼저, 본 발명에 따른 아크 안정도 측정 및 전기로 조업을 실시하기 위한 전기로 장치에 대해서 설명한다.First, an electric furnace apparatus for performing arc stability measurement and electric furnace operation according to the present invention will be described.

도 1에 도시된 바와 같이 전기로 장치는 전극봉이 마련되어 고철을 용융시키는 전기로(10)와; 상기 전극봉(11)에 인가되는 전원의 실시간 전력 신호, 즉 전압값 및 전류값을 실시간으로 계측하는 전력 신호 계측부(100)와; 상기 전력 신호 계측부(100)에서 계측된 전압값 및 전류값을 이용하여 아크 안정도를 연산하는 아크 안정도 연산부(200)와; 상기 아크 안정도 연산부(200)에서 연산된 아크 안정도(SF)를 조업자가 인지할 수 있도록 표시하는 모니터링부(300)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the electric furnace apparatus includes an electric furnace 10 provided with an electrode to melt scrap iron; A power signal measuring unit (100) for measuring in real time a power signal of a power applied to the electrode (11), that is, a voltage value and a current value; An arc stability calculator (200) for calculating arc stability using the voltage value and the current value measured by the power signal measuring unit (100); And a monitoring unit 300 displaying the arc stability SF calculated by the arc stability calculator 200 so that an operator can recognize the arc stability SF.

상기와 같이 구성되는 전기로 장치를 이용하여 전기로 조업을 실시하는 방법에 대하여 설명한다.The method of carrying out an electric furnace operation using the electric furnace apparatus comprised as mentioned above is demonstrated.

본 발명의 일실시예에 따른 전기로 조업 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전극봉(11)에 실시간으로 인가되는 전압 및 전류를 계측하여 얻어진 전압값(Vi) 및 전류값(Ii)을 이용하여 아크 안정도(SF)값을 연산하는 과정(S100)과; 연산된 아크 안정도(SF)값을 미리 설정된 기준 아크 안정도(SFset)값과 비교하여 아크 안정도를 평가하는 과정(S200)과; 평가된 아크 안정도(SF)에 따라 상기 전극봉(11)에 인가되는 전원의 전력값을 제어하는 과정(S300)을 포함한다.In the furnace operation method according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a voltage value (V i ) and a current value (I i ) obtained by measuring voltage and current applied to the electrode 11 in real time. Calculating an arc stability (SF) value using the step (S100); Evaluating an arc stability by comparing the calculated arc stability SF value with a preset reference arc stability SF set value (S200); And controlling the power value of the power applied to the electrode 11 according to the evaluated arc stability SF (S300).

상기 아크 안정도값을 연산하는 과정에서 아크 안정도(SF)값을 연산하기 위해서는 전기로(10) 조업시 상기 전극봉(11)에 인가되도록 미리 설정된 전압의 기준 투입값(Vset)과 전류의 기준 투입값(Iset) 및 상기 전극봉(11)에 실시간으로 인가되는 전력의 전압값(Vi)과 전류값(Ii)을 이용한다.In order to calculate the arc stability (SF) value in the process of calculating the arc stability value, the reference input value (V set ) of the voltage set in advance to be applied to the electrode 11 during operation of the electric furnace 10 and the reference input of the current A value I set and a voltage value Vi and a current value I i of power applied to the electrode 11 in real time are used.

부연하자면, 상기 전극봉(11)에 실시간으로 인가되는 전압을 계측하고, 계측된 전압값(Vi)과 미리 설정된 전압의 기준 투입값(Vset)을 이용하여 전압 안정도(SFV)를 연산한다.(S110)Gritty words, measurement of the voltage that is in real time is applied to the electrode 11, and using the measured voltage value (V i) and a predetermined reference input value of the voltage (V set) to compute the voltage stability (SFV). (S110)

상기 전압 안정도(SFV)는 하기의 [수학식 1]에 의해 연산된다.The voltage stability SFV is calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112011103123152-pat00004
Figure 112011103123152-pat00004

여기서, Vi는 계측된 전압값, Vset는 전압의 기준 투입값, αν는 비율계수(scale factor), Vav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전압임.
한편, 전기로에서 계측되는 전압은 급변하는 특징이 있다. 이로 인해 전극봉의 응답시간이나 전기로 내의 아크 특성을 고려했을 때 계측기에서 5kHz의 데이터를 샘플링하여 1초에 5000번 측정하기 어렵다. 따라서 [수학식 1]은 0.1초 간격으로 관측할 수 있도록 관측 구역을 설정하고, 계측신호의 평균과 변화량 정보를 이용하여 유도한 것이다.
즉, [수학식 1]은 계측된 전압값 Vi와 관측 구역 내의 평균전압과의 차이인 국부 변화율(local variation)과 그 이전 관측 구역 내의 평균 및 현재 관측 구역 내의 평균의 차이인 전체 변화율을 동시에 반영하는 것이다.
그리고, 전압의 기준 투입값에 따라, 그 이전 관측 구역 내의 평균과 현재 관측 구역 내의 평균 차이가 물리적으로는 다르기 때문에, 그 단순 평균 차이만 비교하는 것이 아니라, Vset과의 비율을 추가함으로써, 이러한 물리적 의미를 부여한 것이다.Where V i is the measured voltage value, V set is the reference input value of the voltage, α ν is the scale factor, and V av (n) is the average voltage in the observation window.
On the other hand, the voltage measured in the electric furnace is characterized by a sudden change. For this reason, it is difficult to measure 5000 times a second by sampling the data of 5 kHz in the instrument, considering the response time of the electrode or arc characteristics in the electric furnace. Therefore, Equation 1 sets the observation zone to observe at 0.1 second intervals and derives it using the mean and the change information of the measured signal.
That is, Equation 1 simultaneously calculates the local variation rate, which is the difference between the measured voltage value Vi and the average voltage in the observation zone, and the overall variation rate, which is the difference between the average in the previous observation zone and the average in the current observation zone. To reflect.
Since the average difference in the previous observation zone and the average observation zone in the current observation zone are physically different according to the reference input value of the voltage, not by comparing the simple average difference but by adding a ratio with V set , It gives a physical meaning.

상기 [수학식 1]은 계측된 전압 신호를 바탕으로 전압에 대한 아크 안정도를 함수화한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 관측 구역(observation window)(210) 내의 국부 변화율(local variation), 그 이전 관측 구역(observation window)(210) 내의 평균 및 현재 관측 구역(observation window)(210) 내의 평균의 차이로 표현된다.[Equation 1] is a function of the arc stability for the voltage based on the measured voltage signal, as shown in Figure 3 local variation in the observation window (observation window) 210 (local variation), before Expressed as the difference between the mean in the observation window 210 and the mean in the current observation window 210.

그리고, 상기 전극봉(11)에 실시간으로 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값(Ii)과 미리 설정된 전류의 기준 투입값(Iset)을 이용하여 전류 안정도(SFI)를 연산한다.(S120)The current applied to the electrode 11 is measured in real time, and the current stability SFI is calculated using the measured current value I i and the reference input value I set of the preset current. S120)

상기 전류 안정도(SFI)는 하기의 [수학식 2]에 의해 연산된다.The current stability SFI is calculated by Equation 2 below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112011103123152-pat00005
Figure 112011103123152-pat00005

여기서, Ii는 계측된 전류값, Iset는 전류의 기준 투입값, αi는 비율계수(scale factor), Iav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전류임.
한편, 전기로에서 계측되는 전류는 급변하는 특징이 있다. 이로 인해 전극봉의 응답시간이나 전기로 내의 아크 특성을 고려했을 때 계측기에서 5kHz의 데이터를 샘플링하여 1초에 5000번 측정하기는 어렵다. 따라서 본원발명은 0.1초 간격으로 관측할 수 있도록 관측 구역을 설정하고, 계측신호의 평균과 변화량 정보를 이용하여 유도한 것이다.
즉, [수학식 2]는 계측된 전류값 Ii와 관측 구역 내의 평균전류와의 차이인 국부 변화율(local variation)과 그 이전 관측 구역 내의 평균 및 현재 관측 구역 내의 평균의 차이인 전체 변화율을 동시에 반영하는 것이다.
그리고, 전류의 기준 투입값에 따라, 그 이전 관측 구역 내의 평균 과 현재 관측 구역 내의 평균 차이가 물리적으로는 다르기 때문에, 그 단순 평균 차이만 비교하는 것이 아니라, Iset과의 비율을 추가함으로써, 이러한 물리적 의미를 부여한 것이다.Where I i is the measured current value, I set is the reference input of current, α i is the scale factor, and I av (n) is the average current in the observation window.
On the other hand, the current measured in the electric furnace is characterized by a sudden change. For this reason, it is difficult to measure 5000 times a second by sampling the 5 kHz data from the measuring instrument considering the response time of the electrode or arc characteristics in the electric furnace. Therefore, the present invention is to set the observation zone to observe at intervals of 0.1 seconds, and derived by using the average and change information of the measurement signal.
That is, Equation 2 simultaneously calculates the local variation rate, which is the difference between the measured current value I i and the average current in the observation zone, and the overall variation rate, which is the difference between the average in the previous observation zone and the average in the current observation zone. To reflect.
Since the difference in the mean in the previous observation zone and the mean in the current observation zone is physically different according to the reference input value of the current, the ratio of I set is added by not only comparing the simple average difference. It gives a physical meaning.

이렇게, 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)에 대한 값이 연산되었다면, 연산된 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)를 이용하여 아크 안정도(SF)를 검출한다.(S130)Thus, if the values for the voltage stability (SFV) and the current stability (SFI) is calculated, the arc stability (SF) is detected using the calculated voltage stability (SFV) and the current stability (SFI) (S130).

상기 아크 안정도(SF)는 하기의 [수학식 3]에 의해 연산된다.The arc stability SF is calculated by Equation 3 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112013064174213-pat00006

상기 [수학식 3]은 [수학식 1]과 [수학식 2]에 지수승 α를 도입하여 아크 안정도(SF)에서 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)의 중요도를 다르게 하기 위한 것이다. 예를 들어 전압에 중요도를 크게 둘 경우 α값을 0.5보다 크게 설정하고, 전류에 중요도를 크게 둘 경우 α값을 0.5보다 작게 설정한다.
Figure 112013064174213-pat00006

[Equation 3] is to introduce the exponential power α in [Equation 1] and [Equation 2] to change the importance of the voltage stability (SFV) and the current stability (SFI) in the arc stability (SF). For example, if the importance is placed on the voltage, the α value is set to be greater than 0.5. If the importance is placed on the current, the α value is set to less than 0.5.

상기와 같이 아크 안정도(SF)가 연산되었다면, 아크 안정도 연산부(200)에서 연산된 아크 안정도(SF)값을 미리 설정된 기준 아크 안정도(SFset)값과 비교하여 아크 안정도를 평가한다.(S200)If the arc stability SF is calculated as described above, the arc stability SF calculated by the arc stability calculator 200 is compared with a preset reference arc stability SF set to evaluate the arc stability.

이때 연산된 아크 안정도(SF)값이 미리 설정된 기준 아크 안정도(SFset)값보다 상대적으로 높게 나타나는 경우에는 아크가 불안정한 상태라고 판단하고, 연산된 아크 안정도(SF)값이 미리 설정된 기준 아크 안정도(SFset)값보다 상대적으로 낮게 나타나는 경우에는 아크가 안정한 상태라고 판단한다.At this time, if the calculated arc stability (SF) value is relatively higher than the preset reference arc stability (SF set ) value, it is determined that the arc is unstable, and the calculated arc stability (SF) value is set to the preset reference arc stability ( If it is relatively lower than the SF set ) value, it is determined that the arc is stable.

그래서, 아크의 상태가 판단되었다면 그 판단값을 모니터링부(300)에 표시하고 조업자는 판단값에 따라 전극봉(11)에 인가되는 전원의 전력값을 제어한다.(S300)Thus, if the state of the arc is determined, the determination value is displayed on the monitoring unit 300, and the operator controls the power value of the power applied to the electrode 11 according to the determination value.

만약, 아크의 상태가 불안정한 상태라고 판단되었다면 상기 전극봉(11)에 인가되는 전원의 전력을 낮춘다.If it is determined that the state of the arc is unstable, the power of the power applied to the electrode 11 is lowered.

반면에, 아크의 상태가 안정한 상태라고 판단되었다면 상기 전극봉(11)에 인가되는 전원의 전력을 현상태로 유지하거나 높일 수 있을 것이다.On the other hand, if it is determined that the state of the arc is a stable state it will be possible to maintain or increase the power of the power applied to the electrode 11 in the current state.

이렇게 전극봉(11)에 인가되는 전원의 전력을 제어하는 경우에, 상기 [수학식 3]에 의하여 상기 α값에 따라 전압에 중점을 둘 것인지 전류에 중점을 둘 것인지 선택할 수 있도록 하였다.
When controlling the power of the power applied to the electrode 11 in this way, according to the above [Equation 3] it is possible to choose whether to focus on the voltage or the current according to the α value.

한편, 전기로 조업시 실시간으로 계측되는 전압값 및 전류값이 본 발명에 따란 연산되는 아크 안정도에 미치는 영향을 증명하기 위하여 실시간으로 계측되는 전압값 및 전류값과 그에 의해 연산된 아크 안정도를 도 4와 같이 그래프로 나타내었다.On the other hand, in order to prove the effect of the voltage value and the current value measured in real time during the operation of the furnace on the arc stability calculated according to the present invention, the voltage value and current value measured in real time and the arc stability calculated by FIG. As shown in the graph.

도 4는 아크 안정도를 도표화 한 것으로서, 실시간으로 측정되는 전압값 및 전류값 신호가 일정한 경우에는 아크 안정도 수치가 낮은 상태로 비교적 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.4 is a diagram of the arc stability, and when the voltage value and the current value signal measured in real time are constant, it can be seen that the arc stability value is kept relatively constant in a low state.

반면에, 실시간으로 측정되는 전압값(Vi) 및 전류값(Ii) 신호의 요동이 심한 경우네는 아크 안정도(SF) 수치가 상대적으로 커지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, if the fluctuations of the voltage value Vi and the current value I i signal measured in real time are severe, it can be seen that the arc stability SF value becomes relatively large.

이에 따라 아크 안정도(SF) 수치가 낮은 상태로 비교적 일정하게 유지되는 구역의 상한값을 설정하여 기준 아크 안정도값(SFset)으로 설정하는 것이 바람직할 것이다.Accordingly, it may be desirable to set the upper limit value of the zone in which the arc stability SF value remains relatively constant and set the reference arc stability value SF set .

따라서, 도 4에서 확인하였듯이 실시간으로 계측되는 전압값 및 전류값을 이용하여 아크 안정도를 수치화할 수 있고, 이렇게 수치화된 아크 안정도값을 바탕으로 조업자로 하여금, 아크 안정도 수치가 작을 때는 아크가 안정한 동작을 한다고 판단하여 투입하는 기준 전력값을 높이고 아크 안정도 수치가 높아져 상대적으로 아크가 불안정한 상태에서는 투입하는 기준 전력값을 낮추게 하는 정보를 줄 수 있어 전기로 조업을 안정적으로 실시할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 4, the arc stability can be quantified using the voltage value and the current value measured in real time. Based on the quantized arc stability value, the operator can operate the arc stable when the arc stability value is small. It is possible to operate the electric furnace stably by increasing the reference power value to be inputted and increasing the arc stability value so that the reference power value to be input can be lowered when the arc is unstable.

또한, 잘못된 판단으로 전기로 조업 중 불필요하게 전력을 높여 아크가 고철 쪽으로 발생하는 것이 아니라, 노체 외벽이나 지붕 쪽으로 발생하여 노체가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
In addition, it is possible to prevent the furnace body from being damaged by being generated toward the outer wall or the roof of the furnace, rather than generating the arc toward the scrap metal by increasing power unnecessarily during operation of the furnace due to a wrong judgment.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.

10: 전기로 11: 전극봉
100: 전력 신호 계측부 200: 아크 안정도 연산부
300:모니터링부10: electric furnace 11: electrode
100: power signal measuring unit 200: arc stability calculator
300: monitoring unit

Claims (7)

전기로 조업시 전기로에 구비된 전극봉에 전원을 인가하여 발생하는 아크의 안정도를 측정하는 방법으로서,
상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압을 계측하고, 계측된 전압값과 미리 설정된 전압의 기준 투입값을 이용한 하기의 [수학식 1]에 의해 전압 안정도(SFV)를 연산하는 단계와;
상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값과 미리 설정된 전류의 기준 투입값을 이용한 하기의 [수학식 2]에 의해 전류 안정도(SFI)를 연산하는 단계와;
상기 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)를 이용하여 아크 안정도(SF)를 검출하는 단계를 포함하는 전기로 아크 안정도 측정 방법.
[수학식 1]
Figure 112013064174213-pat00019

여기서, Vi는 계측된 전압값, Vset는 전압의 기준 투입값, αν는 비율계수(scale factor), Vav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전압임.
[수학식 2]
Figure 112013064174213-pat00020

여기서, Ii는 계측된 전류값, Iset는 전류의 기준 투입값, αi는 비율계수(scale factor), Iav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전류임.
As a method of measuring the stability of the arc generated by applying power to the electrode provided in the furnace during operation of the furnace,
Measuring a voltage applied to the electrode in real time and calculating a voltage stability (SFV) by Equation 1 below using the measured voltage value and a reference input value of a preset voltage;
Measuring a current applied to the electrode in real time and calculating a current stability (SFI) by Equation 2 below using a measured current value and a reference input value of a preset current;
Detecting the arc stability (SF) using the voltage stability (SFV) and the current stability (SFI).
[Equation 1]
Figure 112013064174213-pat00019

Where V i is the measured voltage value, V set is the reference input value of the voltage, α ν is the scale factor, and V av (n) is the average voltage in the observation window.
&Quot; (2) "
Figure 112013064174213-pat00020

Where I i is the measured current value, I set is the reference input of current, α i is the scale factor, and I av (n) is the average current in the observation window.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 아크 안정도(SF)는 하기의 [수학식 3]에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 전기로 아크 안정도 측정 방법.
[수학식 3]
Figure 112013064174213-pat00009

The method according to claim 1,
The arc stability (SF) is an electric furnace arc stability measuring method characterized in that the detection by the following formula (3).
&Quot; (3) "
Figure 112013064174213-pat00009

 전기로에 구비된 전극봉에 전원을 인가하여 발생하는 아크로 고철을 용해시켜 용강을 제조하는 전기로 조업 방법으로서,
상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압 및 전류를 계측하여 얻어진 전압값 및 전류값을 이용하여 아크 안정도값을 연산하는 과정과;
연산된 아크 안정도값을 미리 설정된 기준 아크 안정도값과 비교하여 아크 안정도를 평가하는 과정과;
평가된 아크 안정도에 따라 상기 전극봉에 인가되는 전원의 전력값을 제어하는 과정을 포함하고,
상기 아크 안정도값을 연산하는 과정은
상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전압을 계측하고, 계측된 전압값과 미리 설정된 전압의 기준 투입값을 이용한 하기의 [수학식 1]에 의해 전압 안정도(SFV)를 연산하는 단계와;
상기 전극봉에 실시간으로 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값과 미리 설정된 전률의 기준 투입값을 이용한 하기의 [수학식 2]에 의해 전류 안정도(SFI)를 연산하는 단계와;
상기 전압 안정도(SFV)와 전류 안정도(SFI)를 이용한 하기의 [수학식 3]에 의해 아크 안정도(SF)를 검출하는 단계를 포함하는 전기로 조업 방법.
[수학식 1]
Figure 112013064174213-pat00021

여기서, Vi는 계측된 전압값, Vset는 전압의 기준 투입값, αν는 비율계수(scale factor), Vav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전압임.
[수학식 2]
Figure 112013064174213-pat00022

여기서, Ii는 계측된 전류값, Iset는 전류의 기준 투입값, αi는 비율계수(scale factor), Iav(n)은 관측 구역(observation window) 내의 평균 전류임.
[수학식 3]
Figure 112013064174213-pat00018

An electric furnace operation method for manufacturing molten steel by melting arc furnace scrap generated by applying power to electrode rods provided in an electric furnace,
Calculating an arc stability value by using a voltage value and a current value obtained by measuring a voltage and a current applied to the electrode in real time;
Evaluating the arc stability by comparing the calculated arc stability value with a preset reference arc stability value;
Controlling the power value of the power applied to the electrode according to the evaluated arc stability;
The process of calculating the arc stability value
Measuring a voltage applied to the electrode in real time and calculating a voltage stability (SFV) by Equation 1 below using the measured voltage value and a reference input value of a preset voltage;
Measuring a current applied to the electrode in real time and calculating a current stability (SFI) by Equation 2 below using a measured current value and a reference input value of a predetermined electric power;
And detecting arc stability (SF) by the following [Equation 3] using the voltage stability (SFV) and the current stability (SFI).
[Equation 1]
Figure 112013064174213-pat00021

Where V i is the measured voltage value, V set is the reference input value of the voltage, α ν is the scale factor, and V av (n) is the average voltage in the observation window.
&Quot; (2) "
Figure 112013064174213-pat00022

Where I i is the measured current value, I set is the reference input of current, α i is the scale factor, and I av (n) is the average current in the observation window.
&Quot; (3) "
Figure 112013064174213-pat00018

 삭제delete 청구항 4에 있어서,
상기 아크 안정도를 평가하는 과정에서 연산된 아크 안정도값이 미리 설정된 기준 아크 안정도값보다 상대적으로 높게 나타나는 경우에, 아크가 불안정한 상태라고 판단하고,
상기 전원의 전력값을 제어하는 과정에서 상기 전극봉에 인가되는 전원의 전력을 낮추는 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
The method of claim 4,
When the arc stability value calculated in the process of evaluating the arc stability appears to be relatively higher than the preset reference arc stability value, it is determined that the arc is unstable,
Electric furnace operating method characterized in that to lower the power of the power applied to the electrode in the process of controlling the power value of the power supply.
청구항 4에 있어서,
상기 아크 안정도를 평가하는 과정에서 연산된 아크 안정도값이 미리 설정된 기준 아크 안정도값보다 상대적으로 낮게 나타나는 경우에, 아크가 안정한 상태라고 판단하고,
상기 전원의 전력값을 제어하는 과정에서 상기 전극봉에 인가되는 전원의 전력을 현상태로 유지하거나 높이는 것을 특징으로 하는 전기로 조업 방법.
The method of claim 4,
When the arc stability value calculated in the process of evaluating the arc stability is relatively lower than the preset reference arc stability value, it is determined that the arc is stable,
The electric furnace operation method, characterized in that to maintain or increase the power of the power applied to the electrode in the present state in the process of controlling the power value of the power supply.
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