KR101500595B1

KR101500595B1 - 연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어방법 및 장치

Info

Publication number: KR101500595B1
Application number: KR1020137009398A
Authority: KR
Inventors: 용펑 리우; 화종 구; 궈치앙 치옌; 빈 인; 더지옌 원; 홍쉬 허이; 쥔 장; 더양 후
Original assignee: 바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2015-03-09
Also published as: RU2013123985A; KR20130051506A; WO2012055213A1; RU2553783C2; JP2013544969A; JP5797764B2; EP2634272A1; EP2634272A4; MX2013004487A; US9727061B2; CN102453792B; EP2634272B1; CN102453792A; US20130304263A1

Abstract

본 발명에 따른 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법은 가스 유량 검출기(201)와 공기 유량 검출기(202)에 의해 각 지역에서 가스 유량 및 공기 유량을 각각 검출하는 단계, 가스 및 공기의 총 입력 유량을 구하기 위해 각 지역에서 가스 유량 및 공기 유량을 합산하는 단계, 그런 후 연소전 고로내 가스 압력을 계산하는 단계; 가스의 성분과, 성분 감지기(204)로 가스와 공기의 비를 검출하는 단계; 써모커플(205)로 연소전 고로내 가스 온도를 측정하는 단계; 연소의 화학식에 따라 연소 후 가스의 총 부피와 성분, 가스와 공기의 총 입력 유량, 가스의 성분 및 가스와 공기 간의 비를 예상하는 단계; 써모커플(205)로 연소후 고로내 가스 온도를 측정하는 단계; 연소전 고로내 가스 압력, 가스 온도, 가스 용량 및 연소후 고로내 가스 온도, 가스 용량에 따라 연소 후 고로내 가스 압력을 계산하는 단계; 연소 전후 고로내 가스 압력에 따라 가스의 증분을 기초로 한 알고리즘으로 폐기가스(210)를 방출하기 위한 팬의 개도를 계산하는 단계; 및 폐기가스(210)를 방출하기 위한 팬의 개도에 따라 폐기가스(210)를 방출하기 위한 팬을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING A FURNACE PRESSURE OF A CONTINUOUS ANNEALING FURNACE}

본 발명은 제련장치 분야에 관한 것으로 보다 상세하게는 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

어닐링 고로의 압력은 중요한 컨트롤 표시자이다. 요동치는 고로 압력은 제품의 품질과 성능에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 고로 압력이 매우 낮으면 공기가 산화 스트립강에 들어갈 수 있고, 고로 압력이 매우 높으면 배기가스가 다음 고로 섹션으로 흘러들게 되어 고로의 분위기에 영향을 줄 수 있다. 연속 어닐링을 위한 전체 가열 고로는 여러 섹션들로 나누어지고 각 섹션은 가령 석탄가스 유량, 온도 및 압력 면에서 독립적으로 제어된다. 현재 통상적으로 사용되는 어닐링 고로의 고로 온도는 주로 이중 횡진폭 제한 제어방법에 의해 컨트롤된다. 석탄가스의 유량 및 고로에 유입되는 공기 유량 모두가 요구되는 다른 출력에 따라 변하며, 이는 고로에서 연소에 의해 발생된 배기 가스량을 항상 변하게 하므로 고로 압력에 요동을 일으킨다. 현재 및 일반적으로, 기존의 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하기 위해 종래 PID 이중 횡진폭 제한 제어방법을 이용하는 것이 통상적이다. 종래 PID 이중 횡진폭 제한 제어방법의 컨트롤 로직의 개략도가 도 3에 나타나 있다. 그 컨트롤 방법은 다음과 같다: 고로 온도는 각각 2개의 써모커플들로 측정된다. 2개의 측정 중 더 높은 온도가 중요한 것으로 취해져 고로 온도의 설정값과 비교되도록 보내지며, 측정값과 설정값 간의 차는 PID 컨트롤 모듈에 입력으로 취해진다; 동작을 한 후에, PID 컨트롤 모듈은 이중 횡진폭 제한 컨트롤 모듈이 동작을 하도록 이중 횡진폭 제한 컨트롤 모듈에 컨트롤 신호를 출력한다; 이중 횡진폭 제한 컨트롤 모듈은 석탄가스 유량과 공기 유량의 새로운 설정값을 계산하고 새 설정값을 실제 값과 비교하여 각각 새 설정값과 실제값 간의 차를 끌어낸 후, 그 차를 석탄가스의 PID 모듈과 공기의 PID 모듈에 각각 보낸다; 동작 후에, 석탄가스의 PID 모듈과 공기의 PID 모듈은 석탄가스 컨트롤 밸브의 필수 제어를 나타내는 신호와 공기 컨트롤 밸브의 필수 제어를 나타내는 신호를 자신들의 액츄에이터 각각 보낸다; 그리고 마지막으로, 석탄가스 컨트롤 밸브와 공기 컨트롤 밸브의 액츄에이터들은 상기 밸브를 조절해 석탄가스 유량과 공기 유량의 현재 실제값을 새 설정값으로 각각 맞춘다. 제어동안, 석탄가스 유량과 고로에 들어간 공기 유량은 항상 변한다. 연속 어닐링 고로에는 많은 버너들이 설비되어 있고, 모든 버너의 부하가 계속해서 변하며, 고로에서 석탄가스와 공기의 유량은 상대적으로 큰 범위로 항상 변하고, 더욱이, 지점들을 측정하기 위한 고로 압력의 전달에 약간 시간이 걸리며, 게다가, 어닐링 고로는 관성이 크고 지연 특성이 있다. 이들 모든 이유로, 연속 어닐링 고로의 종래의 고로 압력 제어는 고로 압력의 안정성과 고속 제어 모두의 필요성을 충족시키지 못한다.

본 발명의 목적은 고로 압력에 대한 가스의 열팽창 영향을 고려한 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 제어방법 및 제어장치의 기본 컨트롤 로직은 모든 온도의 설정값, 버너 출력, 고로의 섹션에 입력되는 석탄가스 유량 및 공기 유량과 입력으로서 이들의 실제값을 취하여 다변(多變) 예상 컨트롤 알고리즘의 사용을 이용해 배기가스 팬의 현재 최적 회전속도를 계산하고 배기가스 팬의 현재 최적 회전속도와 제어밸브의 개도(opening degree) 간에 조합을 이용해 고로 압력의 제어를 구현할 수 있다. 고로 압력에 대한 연소 전후 고로내 가스의 부피 변화의 효과를 계산하고 고로 압력에 대한 고로내 가스의 열팽창 효과를 고려함으로써, 제어방법 및 제어장치는 고로 압력의 제어 정확도와 동적 응답을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일태양으로,

연속 어닐링 고로의 각 섹션에 배치된 석탄가스 유량 검출기와 공기 유량 검출기를 사용해 각 섹션에서 석탄가스 유량 및 공기 유량을 각각 검출하는 단계, 총 입력 석탄가스 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 검출된 석탄가스 유량을 합산하는 단계, 총 입력 공기 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 검출된 공기 유량을 합산하는 단계, 및 총 입력 석탄가스 유량과 총 입력 공기 유량을 기초로 고로내 연소전 가스 압력을 계산하는 단계;

석탄가스의 성분과 성분 감지기를 이용해 석탄가스 대 공기 비를 검출하는 단계;

써모커플을 이용해 고로내 연소전 가스 온도를 감지하는 단계;

화학연소반응 방정식과, 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비를 기초로 연소후 가스 성분 및 총 가스 부피를 예상하는 단계;

고로내 석탄가스와 공기를 점화하는 단계 및 써모커플을 이용해 고로내 연소후 가스 온도를 감지하는 단계;

고로내 연소전 가스 압력 고로내 연소전 가스 온도, 고로내 연소후 가스 온도를 기초로 고로내 연소후 가스 압력을 계산하는 단계; 및

고로내 연소전 가스 압력과 고로내 연소후 가스 압력을 기초로 하고 가스증분 패스 알고리즘을 이용해 배기가스 팬용 개도를 계산하는 단계 및 배기가스 팬을 제어하기 위해 상기 개도를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양으로,

연속 어닐링 고로의 각 섹션에 각각 배치되고 각 섹션에서 석탄가스 유량을 각각 검출하도록 구성된 석탄가스 유량 검출기;

연속 어닐링 고로의 각 섹션에 각각 배치되고 각 섹션에서 공기 유량을 각각 검출하도록 구성된 공기 유량 검출기;

석탄가스 유량 검출기 및 공기 유량 검출기 모두에 연결되고, 총 입력 석탄가스 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 석탄가스 유량을 합산하고 총 입력 공기 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 공기 유량을 합산하도록 구성된, 고로내 총 가스 부피를 계산하기 위한 계산부;

석탄가스의 성분 및 석탄가스 대 공기의 비(比)를 감지하도록 구성된 성분 감지기;

고로내 가스의 온도를 감지하도록 구성된 써모커플;

고로내 연소가스 압력을 계산하기 위한 계산부와 성분 감지기에 결합되고,

화학연소반응 방정식을 이용하고 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비(比)를 기초로 연소후 가스의 총 부피 및 연소후 가스의 성분을 예상하도록 구성된 연소 예상부;

고로내 석탄가스와 공기를 점화하도록 구성된 점화기;

고로내 총 가스 부피를 계산하기 위한 계산부에 결합되고 연소전 총 입력 석탄가스 유량과 총 입력 공기 유량을 기초로 고로내 연소전 가스 압력을 계산하도록 구성되는 고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부; 및

고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부와 배기가스 팬 모두에 연결되고 고로내 연소전 가스 압력과 고로내 연소후 가스 압력 모두를 기초로 하고 가스증분 패스 알고리즘을 이용해 배기가스 팬용 개도를 계산하는데 이용되는 배기가스 팬 개도 컨트롤러를 구비하고,

고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부는 써모커플에 더 결합되고 고로내 연소전 가스 압력, 고로내 연소전 가스 온도, 및 고로내 연소후 가스 온도를 기초로 고로내 연소후 가스 압력을 계산하도록 구성되며,

배기가수 팬 개도 컨트롤러는 개도를 이용해 배기가스 팬을 제어하는 것을 특징으로 하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어장치가 제공된다.

연속 어닐링 고로용 종래 제어 방안들로, 단지 PID 컨트롤러만이 채택된다. 이 컨트롤 모드에서, 수행 제어는 피드백에 의해 행해지며, 이는 불가피하게 제어를 지연 또는 오버슈트하게 된다. 이를 고려해, 본 발명에 따른 연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어장치에는 피드포워드 컨트롤 소자가 제공된다. 어닐링되는 물체를 산소처리할 수 있는 여분의 산소를 전혀 갖지 않게 석탄가스 유량 및 공기 유량이 연소화학반응에 맞아야 하는 연속 어닐링 고로의 섹션들의 가스 유량 및 공기 유량을 기초로 한 이런 제어장치로, 연소에 의해 발생된 배기가스의 부피와 고로 압력의 설정 값을 유지하는데 필요한 배기가스 팬의 최적 속도를 계산할 수 있다. 고로 압력 조절시, 배기가스 팬의 컨트롤러는 배기가스 팬을 직접 제어하여 팬이 최적의 속도로 운행하게 한다. 이들 제어동작들에서, 고로 압력이 빠르게 동작을 제어하도록 응답하게 하고 오버슈트를 크게 줄여 안정적인 고로 압력을 유지할 수 있다.

본 발명의 내용에 포함됨.

도 1은 본 발명에 따른 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 장치의 개략도이다.
도 3은 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 종래 PID 이중 횡진폭 제한 제어방법의 컨트롤 로직을 도시한 것이다.
도 4는 종래 제어방법을 이용할 경우 고로 압력의 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제어방법 및 장치를 이용할 경우 고로 압력의 그래프를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법이 본 발명에 따라 도시되어 있다. 상기 방법은 하기의 단계들을 포함한다:

S101: 연속 어닐링 고로의 각 섹션에 배치된 석탄가스 유량 검출기와 공기 유량 검출기의 사용의 의해 각 섹션에서 석탄가스 유량과 공기 유량을 각각 검출하는 단계, 총 입력 석탄가스 유량을 얻기 위해 각 섹션에서 검출된 석탄가스 유량을 합산하는 단계, 총 입력 공기 유량을 얻기 위해 각 섹션에서 검출된 공기 유량을 합산하는 단계, 및 총 입력 석탄가스 유량 및 4총 입력 공기 유량을 기초로 고로내 예연(豫燃) 가스 압력을 계산하는 단계.

일실시예로, 총 입력 석탄가스 유량(V_gas) 및 총 입력 공기 유량(V_air)은 하기의 식:

V_gas=V_g1+V_g2+…+V_gn;

V_air=V_a1+V_a2+…+V_an

으로 표현되고, 여기서

V_gas는 총 입력 석탄가스 유량을 나타내고;

V_gn는 n번째 섹션에서 검출된 석탄가스 유량을 나타내며;

V_air는 총 입력 공기 유량을 나타내고;

V_an는 n번째 섹션에서 검출된 공기 유량을 나타낸다.

총 입력 석탄가스 유량(V_gas) 및 총 입력 공기 유량(V_air)을 구한 후, 연속 어닐링 고로의 내부 부피가 측정된다. 석탄가스와 공기의 총 부피(V1)가 총 입력 석탄가스 유량(V_gas) 및 총 입력 공기 유량(V_air)을 기초로 계산되어 고로에서의 예연 압력(P1)을 도출한다.

S102: 석탄가스의 성분과 성분 감지기를 사용한 석탄가스 대 공기 비(比)를 검출하는 단계. 예컨대, 일실시예에서, 석탄가스의 검출된 성분들은 H₂: 57.78%, O₂:0.61%, N₂: 4.54%, CH₄:24.80%, CO: 6.47%, CO₂:2.87, C₂H₄:0.68, C₃H₆:0.2를 포함한다. 석탄가스 대 공기 비(比)는 1:4이다. 주로, 석탄가스 대 공기 비(比)는 1:4로 또는 사전에 그리고 어닐링 공정의 필요에 따라 설정된다. 이런 단계에서 석탄가스 대 공기 비(比)는 성분 감지기에 의해 다시 검증된다.

S103: 써모커플로 고로내 예연 가스 온도(T1)를 감지하고 획득하는 단계.

S104: 화학연소반응 방정식을 이용해 연소에 의해 발생되고 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비(比)를 기초로 한 총 가스 부피(V2)와 연소후(post-combustion) 가스성분을 예상하는 단계.

일실시예에서, 화학연소반응 방정식은 다음을 포함한다:

2H₂+O₂=2H₂O；

CH₄+2O₂=2H₂O+CO₂；

2CO+O₂=2CO₂；

C₂H₄+3O₂=2CO₂+2H₂O；

2C₂H₆+7O₂=4CO₂+6H₂O；

2C₃H₆+9O₂=6CO₂+6H₂O.

상기 화학 연소반응 방정식의 이용과 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스대 공기의 비를 기초로, 연소후 가스성분과 연소후 가스의 총 부피(V2)를 정확히 예상할 수 있다.

S105: 고로내 석탄가스와 공기의 혼합물을 점화시키는 단계와, 써모커플에 의해 고로내 연소후 가스 온도(T2)를 감지하는 단계;

S106: 고로내 연소전 가스 압력, 고로내 연소전 가스 온도 및 고로내 연소후 가스 온도를 기초로 고로내 연소후 가스 압력을 계산하는 단계.

연소에 의해 발생된 열은 고로내 배기가스의 온도를 상승하게 하고 동시에 배기가스는 고로내 상속온도에 의해 팽창하도록 가열된다. 열동역학 방정식 P1V1/T1=P2V2/T2을 이용해, 고로내 연소후 가스 압력을 계산할 수 있으며, P1은 고로내 연소전 가스 압력이고; V1은 고로내 연소전 가스 부피이며; T1은 고로내 연소 전 가스 온도이고, P2는 고로내 연소후 가스 압력이며; V2는 고로내 연소후 가스 부피이고; T2는 고로내 연소후 가스 온도이다. 이들 중, P1 및 V1은 단계 S101에서 도출되고, T1은 단계 S103에서 도출되며, V2는 단계 S104에서 도출되고, T2는 단계 S105에서 도출되며, 고로내 연소후 가스 압력(P2)는 단계 S106에서 계산된다.

S107: 고로내 연소전 가스 압력(P1)과 고로내 연소후 가스 압력(P2)을 기초로 하고 가스증분 패스 알고리즘을 이용해 배기가스에 대한 개도(opening degree)를 계산하는 단계 및 배기가스 팬을 컨트롤하기 위해 상기 개도를 이용하는 단계.

일실시예에서, 가스증분 패스 알고리즘은 하기의 식에 의해 가스증분(FAN_DISV)을 계산하는 단계를 포함한다:

FAN_DISV=((Flow_air+Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))*Burn_Parameter+(Flow_gas-Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))+Nflow_1)*(temp_pv+273.15)/(Fan_Flow_Max*273.15)*100;

여기서 Flow _ air는 공기 유량이고, Flow _ gas는 석탄가스 유량이며, Burn_Parameter는 버너의 파라미터이고, Gas _ air는 석탄가스 대 공기의 비이며, Fan_Flow_Max는 팬의 최대 유량이고, temp _ pv는 고로내 실제 온도이며, Nflow _1은 참조로서 기설정된 유량이다.

단계 S107에서 도출된 배기가스 팬의 개도는 고로 압력에 대한 사전제어 효과를 가질 수 있다. 고로 압력 조절시, 배기가스 팬의 개도는 배기가스 팬에 직접 출력되어 배기가스 팬이 소정의 개도에 이르게 할 수 있으며, 그런 후 배기가스 밸브의 PID 레귤레이터에 의해 미세 조절이 수행되며, 최적 회전속도의 제어동작과 배기가스 밸브의 미세 조절 제어동작이 겹쳐지며 이 둘의 중첩은 배기가스 팬용 최종 밸브 세트로 취해진다. 이들 모든 제어동작들에 의해, 고로 압력이 빠르게 동작을 제어하도록 응답하게 하고 오버슈트를 크게 줄여 안정적인 고로 압력을 유지할 수 있다.

본 발명은 또한 도 2에 도시된 바와 같이 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 장치를 제공한다. 시스템은 석탄가스 유량 검출기(201), 공기 유량 검출기(202), 고로내 총 가스 유량을 계산하기 위한 계산부(203), 성분 감지기(204), 써모커플(205), 연소 예상부(206), 점화기(207), 고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부(208), 배기가스 팬 개도 컨트롤러(209), 및 배기가스 팬(210)을 구비한다.

석탄가스 유량 검출기(201) 각각은 고로의 각 섹션에 배치되고 각 섹션의 석탄가스 유량을 검출하기 위해 각각 사용된다.

공기 유량 검출기(202) 각각은 고로의 각 섹션에 배치되고 각 섹션의 공기 유량을 검출하기 위해 각각 사용된다.

고로내 총 가스 유량을 계산하기 위한 계산부(203)는 석탄가스 유량 검출기(201)와 공기 유량 검출기(202) 모두에 연결되어 있다. 계산부(203)는 각 섹션에서 검출된 석탄가스 유량을 더하고 총 입력 석탄가스 유량을 구하며 또한 각 섹션에서 검출된 공기 유량을 더하고 총 입력 공기 유량을 구한다. 일실시예에서, 총 입력 석탄가스 유량(V_gas)과 총 입력 공기 유량(V_air)은 하기의 식:

V_gas=V_g1+V_g2+…+V_gn;

V_air=V_a1+V_a2+…+V_an

에 의해 계산되고, 여기서

V_gas는 총 입력 석탄가스 유량을 나타내고;

V_gn는 n번째 섹션에서 검출된 석탄가스 유량을 나타내며;

V_air는 총 입력 공기 유량을 나타내고;

V_an는 n번째 섹션에서 검출된 공기 유량을 나타낸다.

총 입력 석탄가스 유량(V_gas)과 총 입력 공기 유량(V_air)을 구한 후에, 연속 어닐링 고로의 내부 부피가 측정된다. 석탄가스와 공기의 총 부피(V1)가 총 입력 석탄가스 유량(V_gas) 및 총 입력 공기 유량(V_air)을 기초로 계산되어 고로에서의 예연 압력(P1)을 도출한다.

성분 감지기(204)는 석탄가스의 성분과 석탄가스 대 공기 비(比)를 모두 검출하는데 사용된다. 일실시예에서, 석탄가스의 검출된 성분들은 H₂: 57.78%, O₂:0.61%, N₂: 4.54%, CH₄:24.80%, CO: 6.47%, CO₂:2.87, C₂H₄:0.68, C₃H₆:0.2를 포함한다. 석탄가스 대 공기 비(比)는 1:4이다. 주로, 석탄가스 대 공기 비(比)는 사전에 어닐링 공정의 필요에 따라 설정된다. 석탄가스 대 공기 비(比)는 성분 감지기(204)에 의해 다시 검증된다.

써모커플(205)은 고로내 가스 온도를 검출하기 위해 사용된다.

연소 예상부(206)는 계산부(203)와 성분 감지기(204)에 연결된다. 연소후 가스 성분과 연소후 가스의 총 가스 부피(V2)는 화학연소반응 방정식의 사용과 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비(比)를 기초로 예상될 수 있다.

일실시예에서, 화학연소반응 방정식은 다음을 포함한다:

2H₂+O₂=2H₂O；

CH₄+2O₂=2H₂O+CO₂；

2CO+O₂=2CO₂；

C₂H₄+3O₂=2CO₂+2H₂O；

2C₂H₆+7O₂=4CO₂+6H₂O；

2C₃H₆+9O₂=6CO₂+6H₂O.

상기 화학연소반응 방정식의 사용과 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비(比)를 기초로, 연소후 가스 성분과 연소후 가스의 총 가스 부피(V2)를 정확히 예상할 수 있다.

고로내에 배치된 점화기(207)는 고로 내에서 석탄가스와 공기의 혼합물을 점화시키는데 사용된다.

고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부(208)는 고로내 총가스 부피를 계산하기 위해 계산부(203)에 연결되고 총 입력 석탄가스 유량 및 총 입력 공기 유량을 기초로 고로내 연소전 가스 압력을 계산하는데 사용된다. 계산부(208)는 또한 써모커플(205) 및 연소 예상부(206)에 연결되고, 고로내 연소전 가스 압력, 고로내 연소전 가스 온도, 및 고로내 연소후 가스 온도를 기초로 고로내 연소후 가스 압력을 계산하는데 사용된다. 연소에 의해 발생된 열은 배기가스 온도를 올리게 하며, 동시에 배기가스는 고로내 상속온도에 의해 팽창하도록 가열된다. 열동역학 방정식 P1V1/T1=P2V2/T2을 이용해, 석탄가스와 공기가 연소된 후 고로내 가스 압력을 계산할 수 있으며, P1은 고로내 연소전 가스 압력이고; V1은 고로내 연소전 가스 부피이며; T1은 고로내 연소전 가스 온도가고, P2는 고로내 연소후 가스 압력이며; V2는 고로내 연소후 가스 부피이고; T2는 고로내 연소후 가스 온도가다. 이들 중, P1 및 V1은 고로내 총 가스 부피를 계산하기 위한 계산부(203)에 의해 구해진다. T1은 써모커플(205)에 의해 구해진다. V2는 연소예상부(206)에 의해 구해진다. T2도 또한 써모커플(205)에 의해 구해진다. 고로내 연소후 가스 압력(P2)은 고로내 가스 압력을 계산하기 위해 계산부(208)에 의해 계산되고 주어진다.

배기가스 팬 개도 컨트롤러(209)는 고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부(208) 및 배기가스 팬(210)에 결합되고 고로내 연소전 가스 압력(P1)과 고로내 연소후 가스 압력(P2) 및 가스증분 패스 알고리즘을 기초로 배기가스 팬용 개도를 계산하는데 사용된다. 개도는 배기가스 팬(210)을 제어하는데 사용된다.

일실시예에서, 가스증분 패스 알고리즘은 하기의 식을 기초로 가스증분(FAN_DISV)을 계산하는 단계를 포함한다:

FAN_DISV=((Flow_air+Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))*Burn_Parameter+(Flow_gas-Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))+Nflow_1)*(temp_pv+273.15)/(Fan_Flow_Max*273.1

5)*100;

배기가스 팬 개도 컨트롤러(209)에 의해 도출된 배기가스 팬의 개도는 고로압력에 대한 사전제어 효과를 가질 수 있다. 고로 압력 조절시, 배기가스 팬의 개도는 배기가스 팬에 직접 출력되어 배기가스 팬이 소정의 개도에 이르게 할 수 있으며, 그런 후 배기가스 밸브의 PID 레귤레이터에 의해 미세 조절이 수행되며, 최적 회전속도의 제어동작과 배기가스 밸브의 미세 조절 제어동작이 겹쳐지며 이 둘의 중첩은 배기가스 팬용 최종 밸브 세트로 취해진다. 이들 모든 제어동작들에 의해, 고로 압력이 빠르게 동작을 제어하도록 응답하게 하고 오버슈트를 크게 줄여 안정적인 고로 압력을 유지할 수 있다.

도 4 및 도 5는 다른 제어방법에 의해 주어진 고로 압력 변화 그래프를 도시한 것이다. 이들 가운데, 도 4는 종래 제어방법에 따른 고로 압력 변화의 그래프를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 제어방법 및 제어장치에 따른 고로 압력 변화의 그래프를 도시한 것이다.

도 4에서, 곡선(1)은 공기 유량을 나타낸다. 석탄가스 유량의 변화 경향은 기본적으로 같은데 이는 석탄가스 대 공기 비가 기본적으로 상수(常數)이기 때문이다. 석탄가스와 공기 모두의 유량이 줄어들면, 고로 압력(곡선 2)이 동시에 줄어드는데, 이는 컨트롤 및 제어동작이 충분히 빠르게 수행되지 않기 때문이고, 마지막으로 배기가스 밸브가 과도하게 아래로 구부러져 있어, 고로 압력이 70Pa까지 급격히 올라 고로 압력의 요동을 일으키게 한다.

도 5에서, 본 발명에 의해 제공된 피드포워드 모듈에 의해 행해진 제어에 따라, 공기 유량(곡선 1)이 크게 변하더라도 고로 압력(곡선 2)이 음압이 되지 않고도 20Pa 내에서 약간 요동친다.

연속 어닐링 고로의 종래 제어방안들에서, 단지 PID 컨트롤러만 채택된다. 피드백에 의해 제어를 수행하는 이 컨트롤 모드는 불가피하게 제어가 지연 되고 오버슈트된다. 이를 고려해, 본 발명에 따른 피드포워드 컨트롤 요소로 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 장치가 제공된다. 어닐링되는 물체를 산소처리할 수 있는 여분의 산소를 전혀 갖지 않게 석탄가스 유량 및 공기 유량이 연소화학반응에 맞아야 하는 연속 어닐링 고로의 섹션들의 가스 유량 및 공기 유량을 기초로 한 이런 제어장치로, 배기가스의 부피와 고로 압력의 설정 값을 유지하는데 필요한 배기가스 팬의 개도를 계산할 수 있다. 고로 압력 조절시, 배기가스 팬의 개도는 밸브에 직접 출력되어 밸브가 소정의 개도에 이르게 할 수 있다. 그런 후, PID 제어가 미세 조절을 위해 사용된다. 이들 제어동작들에 의해, 고로 압력이 빠르게 동작을 제어하도록 응답하게 하고 오버슈트를 크게 줄여 안정적인 고로 압력을 유지할 수 있다.

Claims

연속 어닐링 고로의 각 섹션에 배치된 석탄가스 유량 검출기와 공기 유량 검출기를 사용해 각 섹션에서 석탄가스 유량 및 공기 유량을 각각 검출하는 단계, 총 입력 석탄가스 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 검출된 석탄가스 유량을 합산하는 단계, 총 입력 공기 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 검출된 공기 유량을 합산하는 단계, 및 총 입력 석탄가스 유량과 총 입력 공기 유량을 기초로 고로내 연소전 가스 압력을 계산하는 단계;
석탄가스의 성분과 성분 감지기를 이용해 석탄가스 대 공기 비를 검출하는 단계;
써모커플을 이용해 고로내 연소전 가스 온도를 감지하는 단계;
화학연소반응 방정식과, 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비를 기초로 연소후 가스 성분 및 총 가스 부피를 예상하는 단계;
고로내 석탄가스와 공기를 점화하는 단계 및 써모커플을 이용해 고로내 연소후 가스 온도를 감지하는 단계;
고로내 연소전 가스 압력, 고로내 연소전 가스 온도, 및 고로내 연소후 가스 온도를 기초로 고로내 연소후 가스 압력을 계산하는 단계; 및
고로내 연소전 가스 압력과 고로내 연소후 가스 압력을 기초로 하고 가스증분 패스 알고리즘을 이용해 배기가스 팬용 개도를 계산하는 단계 및 배기가스 팬을 제어하기 위해 상기 개도를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 가스증분 패스 알고리즘은 하기의 식:
FAN_DISV=((Flow_air+Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))*Burn_Parameter+(Flow_gas-Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))+Nflow_1)*(temp_pv+273.15)/(Fan_Flow_Max*273.15)*100;
을 기초로 가스의 증분(FAN_DISV)을 계산하는 단계를 포함하고,
여기서 Flow_air는 공기 유량이고, Flow_gas는 석탄가스 유량이며, Burn_Parameter는 0.8 ~ 1 사이의 실험 파라미터(empirical parameter)이고, Gas_air는 석탄가스 대 공기의 비이며, Fan_Flow_Max는 팬의 최대 유량이고, temp_pv는 연소 후 고로내 실제 온도이며, Nflow_1은 참조로서 기설정된 유량으로 하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법.
제 1 항에 있어서,
석탄가스 성분은 57.78%의 H₂, 0.61%의 O₂, 4.54%의 N₂, 24.80%의 CH₄, 6.47%의 CO, 2.87%의 CO₂, 0.68%의 C₂H₄, 0.2%의 C₃H₆를 포함하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법.
제 1 항에 있어서,
화학연소반응 방정식은
2H₂+O₂=2H₂O；
CH₄+2O₂=2H₂O+CO₂；
2CO+O₂=2CO₂；
C₂H₄+3O₂=2CO₂+2H₂O；
2C₂H₆+7O₂=4CO₂+6H₂O；
2C₃H₆+9O₂=6CO₂+6H₂O.
을 포함하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력을 제어하는 방법.
삭제
연속 어닐링 고로의 각 섹션에 각각 배치되고 각 섹션에서 석탄가스 유량을 각각 검출하도록 구성된 석탄가스 유량 검출기;
연속 어닐링 고로의 각 섹션에 각각 배치되고 각 섹션에서 공기 유량을 각각 검출하도록 구성된 공기 유량 검출기;
석탄가스 유량 검출기 및 공기 유량 검출기 모두에 연결되고, 총 입력 석탄가스 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 석탄가스 유량을 합산하고 총 입력 공기 유량을 구하기 위해 각 섹션에서 공기 유량을 합산하도록 구성된, 고로내 총 가스 부피를 계산하기 위한 계산부;
석탄가스의 성분 및 석탄가스 대 공기의 비(比)를 감지하도록 구성된 성분 감지기;
고로내 가스의 온도를 감지하도록 구성된 써모커플;
고로내 연소가스 압력을 계산하기 위한 계산부와 성분 감지기에 연결되고, 화학연소반응 방정식을 이용하며 총 입력 석탄가스 유량, 총 입력 공기 유량, 석탄가스 성분 및 석탄가스 대 공기 비(比)를 기초로 연소후 가스의 총 부피 및 연소후 가스의 성분을 예상하도록 구성된 연소 예상부;
고로내 석탄가스와 공기를 점화하도록 구성된 점화기;
고로내 총 가스 부피를 계산하기 위한 계산부에 연결되고 연소전 총 입력 석탄가스 유량과 총 입력 공기 유량을 기초로 고로내 연소전 가스 압력을 계산하도록 구성되는 고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부; 및
고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부와 배기가스 팬 모두에 연결되고 고로내 연소전 가스 압력과 고로내 연소후 가스 압력 모두를 기초로 하고 가스증분 패스 알고리즘을 이용해 배기가스 팬용 개도를 계산하는데 이용되는 배기가스 팬 개도 컨트롤러를 구비하고,
고로내 가스 압력을 계산하기 위한 계산부는 써모커플에 더 결합되고 고로내 연소전 가스 압력, 고로내 연소전 가스 온도, 및 고로내 연소후 가스 온도를 기초로 고로내 연소후 가스 압력을 계산하도록 구성되며,
배기가수 팬 개도 컨트롤러는 개도를 이용해 배기가스 팬을 제어하는 것을 특징으로 하며,
상기 가스증분 패스 알고리즘은 하기의 식:
FAN_DISV=((Flow_air+Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))*Burn_Parameter+(Flow_gas-Flow_air/(Flow_gas*Gas_air))+Nflow_1)*(temp_pv+273.15)/(Fan_Flow_Max*273.15)*100;
을 기초로 가스의 증분(FAN_DISV)을 계산하는 단계를 포함하고,
여기서 Flow_air는 공기 유량이고, Flow_gas는 석탄가스 유량이며, Burn_Parameter는 0.8 ~ 1 사이의 실험 파라미터(empirical parameter)이고, Gas_air는 석탄가스 대 공기의 비이며, Fan_Flow_Max는 팬의 최대 유량이고, temp_pv는 연소 후 고로내 실제 온도이며, Nflow_1은 참조로서 기설정된 유량으로 하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어장치.
제 5 항에 있어서,
석탄가스 성분은 57.78%의 H₂, 0.61%의 O₂, 4.54%의 N₂, 24.80%의 CH₄, 6.47%의 CO, 2.87%의 CO₂, 0.68%의 C₂H₄, 0.2%의 C₃H₆를 포함하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어장치.
제 5 항에 있어서,
화학연소반응 방정식은
2H₂+O₂=2H₂O；
CH₄+2O₂=2H₂O+CO₂；
2CO+O₂=2CO₂；
C₂H₄+3O₂=2CO₂+2H₂O；
2C₂H₆+7O₂=4CO₂+6H₂O；
2C₃H₆+9O₂=6CO₂+6H₂O.
을 포함하는 연속 어닐링 고로의 고로 압력 제어장치.
삭제