KR101677346B1 - 전기로의 전극봉 길이 측정방법 - Google Patents

전기로의 전극봉 길이 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간으로 전극봉의 길이를 측정할 수 있는 전기로의 전극봉 길이 측정방법에 관한 것으로서, 초기 전극봉의 길이를 측정하는 초기길이 측정단계와, 페이스트를 압하하여 추가되는 전극봉의 길이를 측정하는 추가길이 측정단계와, 전기로 내에서 상기 전극봉이 소모되는 길이를 측정하는 소모길이 측정단계, 그리고 상기 전극봉 초기의 길이에 추가된 길이와 소모된 길이를 연산하여 상기 전극봉의 길이를 측정하는 전극봉 길이 측정단계를 포함한다. 이러한 방법으로, 실시간으로 전극봉 길이를 측정할 수 있어 용탕 온도의 저하 등의 부작용을 방지하여 조업의 중단 없이 지속적으로 작업을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

전기로의 전극봉 길이 측정방법{METHOD OF MEASURING LENGTH OF ELECTRODE IN ELECTRIC FURNACE}
본 발명은 전기로의 전극봉 길이 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실시간으로 전극봉의 길이를 측정할 수 있는 전기로의 전극봉 길이 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 합금철 전기로는 FeSi 또는 FeMn 등의 비철 금속을 생산하는 설비이다. 조업의 특성상 합금철 전기로는 원료면 내부로 전극봉이 삽입된 상태에서 조업이 진행되므로 외부에서는 전극봉의 길이를 확인할 수 없다.
특히, 합금철 전기로의 전극봉은 기소성된 전극봉을 사용하는 것이 아니고, 스틸 케이싱에 전극봉의 원료인 페이스트를 투입하여 전극봉에 흐르는 대전류를 이용하여 소성시켜 전극봉으로 사용한다. 따라서, 전극봉이 원료면에 삽입된 형태로 운전되기 때문에 현재의 전극봉의 길이를 정확히 측정하기는 어렵다. 그리고, 이러한 전극봉의 길이가 너무 짧아지거나, 너무 길어지면 조업에 있어서 상당한 악영향을 미치게 된다.
예를 들어, 전극봉의 길이 측정을 잘못하여 전극봉의 길이가 규정치 보다 짧아지면, 전극봉의 소성시간을 고려한 전극봉 최대 압하량이 정해져 있으므로 특정 기간 동안은 전극봉의 끝단부가 규정치와 비교하여 용탕면에서 높게 위치하게 된다. 이러한 상황이 지속되면 용탕의 온도가 저하되고, 결론적으로 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 도 1을 참고하면, 종래 교류 전기로(10)의 경우 전기 아크를 발생시키기 위하여 3개의 전극봉(R, S, T)을 사용하게 되고, 3개의 전극봉(R, S, T) 중 어느 하나라도 그 길이가 한 주기의 아킹 작업을 수행하는데 필요한 길이보다 작은 경우 고철 용해에 악향을 미치고, 길이 편차로 인하여 임피던스 값의 차이가 발생하여 전기 아크가 불완전하게 발생되어 용해 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에 3개의 전극봉(R, S, T)의 길이를 맞추기 위하여 작업자가 육안으로 전극봉(R, S, T)의 길이를 확인한 후 필요한 길이만큼 전극봉의 길이를 추가하여 작업을 하였다.
이러한 방법은, 작업자가 육안으로 전극봉의 길이를 측정하게 되어 정확도가 떨어지고, 주기적으로 조업을 중단하여 전극봉의 길이를 측정하여야 함으로 작업 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그리고, 종래에는 전극 설비의 무게를 측정하여 전극봉의 길이를 추정하는 방법을 사용하였지만, 이는 페이스트 무게의 오차 등에 의하여 실질적인 전극봉 길이의 오차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 실시간으로 전극봉의 압하 길이와 전극봉 소모 길이를 측정하여 실시간으로 전극봉 길이를 정확하게 측정할 수 있는 전기로의 전극봉 길이 측정방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기로의 전극봉 길이 측정방법은, 초기 전극봉의 길이를 측정하는 초기길이 측정단계; 페이스트를 압하하여 추가되는 전극봉의 길이를 측정하는 추가길이 측정단계; 전기로 내에서 상기 전극봉이 소모되는 길이를 측정하는 소모길이 측정단계; 및 상기 전극봉 초기의 길이에 추가된 길이와 소모된 길이를 연산하여 상기 전극봉의 길이를 측정하는 전극봉 길이 측정단계;를 포함한다.
그리고, 상기 추가길이 측정단계는 상기 전극봉의 외측면에 롤러를 배치하고, 압하되는 상기 전극봉의 이동에 대응하여 회전하는 상기 롤러의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계; 및 상기 롤러의 회전수를 상기 전극봉의 추가되는 길이로 환산하는 길이 변환단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 소모길이 측정단계는 상기 전극봉에 인가되는 전류를 측정하는 전류 측정단계; 상기 전기로에서 소모되는 유효 전력을 측정하는 유효전력 측정단계; 상기 전극봉의 직경과 측정된 상기 전류 및 상기 유효 전력을 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 측정하는 소모율 측정단계; 및 상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 환산하는 소모길이 변환단계;를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 상기 소모율 측정단계는 상기 전극봉의 직경과 상기 전극봉에 인가된 전류를 통하여 소모율에 영향을 미치는 제1 변수를 설정하는 제1 변수 설정단계; 상기 전극봉에 인가된 전류와 상기 전기로에서 소모된 유효 전력를 통하여 소모율에 영향을 미치는 제2 변수를 설정하는 제2 변수 설정단계; 및 상기 제1 변수와 상기 제2 변수를 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 측정할 수 있는 수식을 설정하는 소모량 수식 설정단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수식은 y = k1 x C1 + k2 x C2 + k3 이고, y는 전극봉 소모율, C1은 제1 변수, C2는 제2 변수, k1, k2, k3는 비례상수이다.
상기 소모길이 변환단계는 상기 페이스트의 특성, 상기 전극봉의 비중, 그리고 상기 전극봉의 직경을 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 변환할 수 있다.
본 발명에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에 따르면, 실시간으로 전극봉 길이를 측정하여 용탕 온도의 저하 등의 부작용을 방지할 수 있어 조업의 중단 없이 지속적으로 작업을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 실시간으로 전극봉 길이를 측정할 수 있어, 조업의 중단 없이 지속적으로 작업을 수행할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 교류 전기로에 전극봉이 삽입되어 있는 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 추가길이 측정방법을 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 소모길이 측정방법을 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 소모율 측정방법을 나타낸 순서도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 압하되는 전극봉의 길이를 측정하는 장치를 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 7의 (a)는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 시간에 대한 전류를 나타낸 그래프,
도 7의 (b)는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 시간에 대한 유효 전력을 나타낸 그래프,
도 8의 (a)는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 시간에 대한 전극봉 소모율을 나타낸 그래프,
도 8의 (b)는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 시간에 대한 전극봉 소모 길이를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 전기로의 전극봉 길이 측정방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 상기 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 추가길이 측정방법을 나타낸 순서도이며, 도 4는 상기 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 소모길이 측정방법을 나타낸 순서도이다. 그리고, 도 5는 상기 전기로의 전극봉 길이 측정방법에서 소모율 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 전기로의 전극봉 길이 측정방법은 초기 전극봉의 길이를 측정하는 초기길이 측정단계(S100)와, 페이스트를 압하하여 추가되는 전극봉의 길이를 측정하는 추가길이 측정단계(S200)와, 전기로 내에서 상기 전극봉이 소모되는 길이를 측정하는 소모길이 측정단계(S300), 그리고 상기 전극봉 초기의 길이에 추가된 길이와 소모된 길이를 연산하여 상기 전극봉의 길이를 측정하는 전극봉 길이 측정단계(S400)를 포함한다.
상기 초기길이 측정단계(S100)는 전기로에 전기봉을 설치하기 전에 상기 전기봉의 초기 길이를 측정하는 단계이다. 따라서, 추가되는 전극봉의 길이와 소모되는 전극봉의 길이를 전극봉의 초기 길이와 연산하여 현재 전극봉의 길이를 측정하게 되므로, 전극봉의 초기 길이는 현재 전극봉 길의 측정의 기준이 된다.
상기 추가길이 측정단계(S200)는 페이스트를 압하하여 추가되는 전극봉의 길이를 측정하는 단계이다. 보다 구체적으로, 전극봉은 전극봉의 원료인 페이스트를 투입하여 전극봉에 흐르는 대전류를 이용하여 소성시켜 제작된다. 따라서, 전기로에 삽입된 전극봉은 일측단이 전기로 내부에서 소모되고, 타측단은 페이스트를 소성하여 실시간으로 길이가 추가되어 지속적으로 조업이 가능하다.
이러한, 상기 추가길이 측정단계(S200)는 상기 전극봉의 외측면에 롤러를 배치(S210)하고, 압하되는 상기 전극봉의 이동에 대응하여 회전하는 상기 롤러의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계(S220), 그리고 상기 롤러의 회전수를 상기 전극봉의 추가되는 길이로 환산하는 길이 변환단계(S230)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 전극봉은 페이스트를 압하하면서 지속적으로 길이가 추가되므로, 상기 전극봉의 외측면에 회전되는 롤러를 배치하고, 상기 전극봉이 압하되어 이동하게 되면 상기 전극봉의 외측면에 밀착되어 있는 롤러가 회전하게 되고, 이러한 롤러의 회전수를 카운팅하여 압하되는 전극봉의 길이를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 전극봉이 압하되는 길이를 측정하는 장치를 도 6에 개략적으로 도시하였다.
도 6을 참고하면, 전극봉 압하 길이 측정장치는 전기로(100)에 설치되는 베이스 프레임(210)과, 전극봉(110)의 외측면에 밀착되는 롤러(220)와, 상기 롤러(220)를 회전 가능하게 지지하는 지지프레임(230)과, 상기 지지프레임(230)에 배치되고 상기 롤러(220)의 회전축과 연결되어 상기 롤러(220)의 회전량을 길이로 변환해주는 엔코더(240)와, 상기 베이스 프레임(210)과 상기 지지프레임(230)의 사이에 배치되는 가이드(250)와, 상기 지지프레임(230)을 상기 전극봉(110) 측으로 가압하는 가압부재(260)를 포함한다.
이러한 구성으로, 상기 베이스 프레임(210)은 상기 전기로(100)에 고정되게 설치되고, 상기 가압부재(260)를 이용하여 상기 지지프레임(230)을 상기 전극봉(110) 측으로 이동시켜 상기 롤러(220)가 상기 전극봉(110)에 일정 압력으로 가압 밀착시켜 고정한다. 이때, 상기 전극봉(110)이 압하되어 하측으로 이동하면 상기 롤러(220)가 회전하게 되고, 상기 지지프레임(230)에 설치되어 있는 엔코더(240)를 통하여 상기 전극봉(110)의 추가된 길이를 측정할 수 있게 된다.
물론, 상기 전극봉(110)의 추가된 길이를 측정하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 기계적 측정 방법이 적용될 수 있다.
상기 소모길이 측정단계(S300)는 전기로 내에서 상기 전극봉이 소모되는 길이를 측정하는 단계이다. 이러한 전극봉의 소모길이는 전극봉의 직경과 전극봉에 인가되는 전류와 전극봉에서 소모되는 유효 전력에 의하여 측정될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 소모길이 측정단계(S300)는 상기 전극봉에 인가되는 전류를 측정하는 전류 측정단계(S310)와, 상기 전기로에서 소모되는 유효 전력을 측정하는 유효전력 측정단계(S320)와, 상기 전극봉의 직경과 측정된 상기 전류 및 상기 유효 전력을 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 측정하는 소모율 측정단계(S330), 그리고 상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 환산하는 소모길이 변환단계(S340)를 포함한다.
여기서, 전극봉에 인가되는 전류와 전기로에서 소모되는 유효 전력은 계측장비를 통하여 각각 측정할 수 있다.
상기 소모율 측정단계(S330)는 상기 전극봉의 직경과 상기 전극봉에 인가된 전류를 통하여 소모율에 영향을 미치는 제1 변수를 설정하는 제1 변수 설정단계(S331)와, 상기 전극봉에 인가된 전류와 상기 전기로에서 소모된 유효 전력를 통하여 소모율에 영향을 미치는 제2 변수를 설정하는 제2 변수 설정단계(S332), 그리고 상기 제1 변수와 상기 제2 변수를 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 측정할 수 있는 수식을 설정하는 소모량 측정식 설정단계(S333)를 포함한다.
<수식>
y = k1 x C1 + k2 x C2 + k3
여기서, y는 전극봉 소모율, C1은 제1 변수, C2는 제2 변수, k1, k2, k3는 비례상수이다.
즉, 전극봉의 소모율을 측정하기 위하여 상기 전극봉의 직경과 상기 전극봉에 인가되는 전류의 상관 관계에 의하여 도출되는 제1 변수(C1)와, 전극봉에 인가되는 전류와 전기로에서 소모된 유효 전력의 상관 관계에 의하여 도출되는 제2 변수(C2)를 이용하여 조업 데이터에 근거하여 전극봉의 소모율에 관련된 회귀식인 상기 수식을 설정할 수 있다. 이러한 수식을 통하여 전극봉의 직경, 인가 전류 및 유효 전력을 이용하여 전극봉의 소모율을 측정할 수 있다.
상기 소모길이 변환단계(S340)는 상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 환산하는 단계이다. 즉, 상기 수식을 통하여 측정된 전극봉의 소모율은 소모되는 전극봉의 질량을 나타낸 것으로, 이러한 소모된 전극봉의 질량을 전극봉의 소모된 길이로 변환하는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 전극봉의 길이를 추가하기 위하여 압하되는 페이스트의 특성, 상기 전극봉의 비중, 그리고 상기 전극봉의 직경을 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 변환할 수 있다.
도 7 내지 도 8은 하루 동안의 전극봉이 소모되는 길이를 측정하는 구체적인 데이터를 나타낸 그래프이다. 전극봉은 3개(A, B, C)를 사용하였으며, 이들 각각의 데이터를 하나의 그래프에 나타내었다.
이는, 전극봉에 인가되는 전류와, 전기로에서 소모되는 유효 전력 데이터를 통하여 전극봉의 소모되는 길이를 실시간으로 측정할 수 있음을 보여주는 일 예시에 해당한다.
도 7의 (a)는 시간에 대한 상기 전극봉에 인가되는 전류를 실시간으로 나타낸 그래프이고, 도 7의 (b)는 시간에 대한 상기 전기로에서 소모되는 유효 전력을 실시간으로 나타낸 그래프이다.
여기서 전극봉에 인가되는 전류는 약 75kA이고, 전기로에서 소요되는 유효 전력은 약 6MW에 해당한다. 상기 그래프에 나타난 것과 같이 전류 값과, 유효 전력 값이 일정하게 유지되는 것이 아니고, 실시간으로 오차를 가지고 변한다. 이는 실시간으로 전극봉의 길이가 소모되고, 페이스트를 압하하여 추가됨에 따른 오차에 해당한다.
이러한 실시간 전류 및 유효 전력 데이터를 이용하여, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극봉의 실시간 소모율을 계산할 수 있다. 여기서 전류 값과 유효 전력 값이 실시간으로 오차를 가지고 변하므로, 전극봉의 소모율 또한 이에 대응하여 실시간으로 달라지게 된다.
최종적으로, 상기 전극봉의 소모율을 변환하여, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전극봉의 실시간 소모된 길이를 측정할 수 있다. 여기서, 전극봉(A, B, C) 각각의 소모되는 길이가 서로 다르게 측정되는데 이는, 전극봉 각각의 부하 전류 및 부하 전력이 서로 일치하지 않기 때문이다.
이상과 같은 방법을 통하여 실시간으로 현재의 전극봉의 길이를 측정할 수 있어 불량률을 줄일 수 있고, 페이스트를 압하하여 추가되는 전극봉의 길이를 실시간으로 제어할 수 있어 전기로 내에서 전극봉의 길이를 필요한 길이로 실시간으로 유지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 전기로 110 : 전극봉
210 : 베이스 프레임 220 : 롤러
230 : 지지프레임 240 : 엔코더
250 : 가이드 260 : 가압부재

Claims (5)

  1. 초기 전극봉의 길이를 측정하는 초기길이 측정단계;
    페이스트를 압하하여 추가되는 전극봉의 길이를 측정하는 추가길이 측정단계;
    전기로 내에서 상기 전극봉이 소모되는 길이를 측정하는 소모길이 측정단계; 및
    상기 전극봉 초기의 길이에 추가된 길이와 소모된 길이를 연산하여 상기 전극봉의 길이를 측정하는 전극봉 길이 측정단계;를 포함하고,
    상기 추가길이 측정단계는,
    상기 전극봉의 외측면에 롤러를 배치하고, 압하되는 상기 전극봉의 이동에 대응하여 회전하는 상기 롤러의 회전수를 측정하는 회전수 측정단계; 및
    상기 롤러의 회전수를 상기 전극봉의 추가되는 길이로 환산하는 길이 변환단계;
    를 포함하는 전기로의 전극봉 길이 측정방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소모길이 측정단계는,
    상기 전극봉에 인가되는 전류를 측정하는 전류 측정단계;
    상기 전기로에서 소모되는 유효 전력을 측정하는 유효전력 측정단계; 상기 전극봉의 직경과 측정된 상기 전류 및 상기 유효 전력을 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 측정하는 소모율 측정단계; 및
    상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 환산하는 소모길이 변환단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로의 전극봉 길이 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소모율 측정단계는,
    상기 전극봉의 직경과 상기 전극봉에 인가된 전류를 통하여 소모율에 영향을 미치는 제1 변수를 설정하는 제1 변수 설정단계;
    상기 전극봉에 인가된 전류와 상기 전기로에서 소모된 유효 전력를 통하여 소모율에 영향을 미치는 제2 변수를 설정하는 제2 변수 설정단계; 및 상기 제1 변수와 상기 제2 변수를 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 측정할 수 있는 수식을 설정하는 소모량 수식 설정단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기로의 전극봉 길이 측정방법.
    <수식>
    y = k1 x C1 + k2 x C2 + k3
    여기서, y는 전극봉 소모율, C1은 제1 변수, C2는 제2 변수, k1, k2, k3는 비례상수이다.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 소모길이 변환단계는,
    상기 페이스트의 특성, 상기 전극봉의 비중, 그리고 상기 전극봉의 직경을 이용하여 상기 전극봉의 소모되는 질량을 상기 전극봉의 소모되는 길이로 변환하는 것을 특징으로 하는 전기로의 전극봉 길이 측정방법.
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