KR101748970B1 - 분탄 투입 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분탄 투입 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 실시간으로 전기로의 유효전력을 검출하는 유효전력 검출부, 및'현재 유효전력-이전 특정 기간 동안의 평균 유효전력'의 절대값인'분탄 투입 인덱스'를 산출하고, 상기 '분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하여, 상기 판단된 시점에 지정된 양의 분탄을 전기로에 투입시키는 제어부를 포함한다.

Description

분탄 투입 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING THE INJECTION OF SLACK COAL INTO AN ELECTRIC FURNACE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 분탄 투입 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분탄 투입 시기를 정확히 판단하여 분탄을 투입할 수 있도록 함으로써 슬래그 두께를 조절하면서 전기로의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 분탄 투입 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기로 공정은 용선과 스크랩을 원료로 사용하여 용강을 제조하는 공정이다. 고철을 전기로에 장입한 후 전극봉을 이용하여 아크(arc)를 발생시켜 고철을 용해하고, 이후 매니플레이터(manipulator)를 진입시켜 산소를 취입함으로써 고철을 용해시키며 용해된 용강을 적정한 온도 및 성분으로 조성하기 위하여 산소와 탄소원(C + O2)을 각각 슬래그(slag) 중에 취입시켜 공급된 탄소(C)원을 산화 반응시키고, 이 때 발생하는 산화반응열을 이용하여 용강을 목표온도(1600ㅁ10℃)까지 승온하고 용강중의 불순성분을 산화정련한 후 출강을 하게 된다.
특히, 최근에는 분체 카본(즉, 분탄)을 슬래그 중에 투입함으로써 슬래그 포밍(거품현상)을 조성하여 전력사용량 절감과 전극에 의해서 발생되는 아크(arc)에 의한 전기로 벽체 파손과 매니플레이터 취입 시 발생하는 스플래쉬(splash)에 의한 전기로 벽체 용손을 방지하고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0979014호(2010.08.24.등록, CDQ 더스트를 이용한 슬래그 포밍 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 분탄 투입 시기를 정확히 판단하여 분탄을 투입할 수 있도록 함으로써 슬래그 두께를 조절하면서 전기로의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 분탄 투입 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 분탄 투입 제어 장치는, 실시간으로 전기로의 유효전력을 검출하는 유효전력 검출부; 및 '현재 유효전력-이전 특정 기간 동안의 평균 유효전력'의 절대값인'분탄 투입 인덱스'를 산출하고, 상기 '분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하여, 상기 판단된 시점에 지정된 양의 분탄을 전기로에 투입시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 크면 분탄을 투입할 필요가 있다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 작으면 분탄을 투입할 필요가 없다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전기로에 투입시키는 분탄의 지정된 양은, 0.2~0.7kg/톤 인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 유효전력 검출을 위한 시간을 측정하기 위한 타이머; 및 상기 검출된 유효전력을 시간 순으로 저장하는 메모리;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 분탄 투입 제어 방법은, 유효전력 검출부가 실시간으로 전기로의 유효전력을 검출하는 단계; 제어부가 '현재 유효전력-이전 특정 기간 동안의 평균 유효전력'의 절대값인'분탄 투입 인덱스'를 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기'분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하여, 상기 판단된 시점에 지정된 양의 분탄을 전기로에 투입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기'분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 크면 분탄을 투입할 필요가 있다고 판단하고, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 작으면 분탄을 투입할 필요가 없다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전기로의 유효전력을 검출하는 단계 이후, 상기 검출된 유효전력을 시간 순으로 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 분탄 투입 시기를 정확히 판단하여 분탄을 투입할 수 있도록 함으로써 슬래그 두께를 조절하면서 전기로의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분탄 투입 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분탄 투입 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, '분탄 투입 인덱스'에 기초하여 전체 조업 시간 중 분탄을 투입하는 시점을 그래프 형태로 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 '분탄 투입 인덱스'에 기초하여 적정한 시점에 분탄을 투입함으로써 전력 효율이 향상된 결과를 그래프 형태로 비교하여 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분탄 투입 제어 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
일반적으로 전기로 공정에서 전력을 투입할 때에는 슬래그 두께에 따라 투입된 전력의 효율이 달라진다.
즉, 전기로 내의 슬래그 두께가 전극에서 발생되는 아크(Arc) 길이보다 두꺼운지 얇은지에 따라 전기로의 전력 효율이 달라지게 되는데, 통상적으로 전력 효율을 향상 시켜주기 위해서 아크(Arc) 길이 보다 두꺼운 슬래그 두께를 확보해 주기 위하여 전기로에 분탄을 투입하게 된다.
상기와 같이 투입되는 분탄은 슬래그 중의 Fe산화물, 산소(기체 산소 / 용존 산소)와 반응하여 CO가스를 형성하고, 발생된 CO가스가 슬래그를 부풀어 오르게 하여 슬래그 두께를 증가시키게 되는 것이다. 이를 슬래그 포밍(slag foaming)이라고 한다.
그러나 상기 슬래그 포밍 반응을 일으키기 위해 분탄을 과도하게 사용할 경우, 전기로의 용강 온도를 저하 시킬 수 있고 용강 내 탄소 함량이 증가될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 전기로의 전력 효율을 향상시키기 위해서는 슬래그 포밍 반응을 유도하여 슬래그 두께를 증가시키면서도 용강 온도가 저하되지 않도록 하는 적정량의 분탄을 투입시켜야 하는 것이다.
이하 본 실시예에는 슬래그 포밍 반응을 유도하여 슬래그 두께를 증가시키면서도 용강 온도가 저하되지 않도록 하는 적정량의 분탄을 적정 시기에 투입시킴으로써 전기로의 전력 효율을 향상시키는 장치와 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분탄 투입 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 분탄 투입 제어 장치는, 유효전력 검출부(110), 타이머(120), 제어부(130), 및 분탄 투입신호 출력부(140)를 포함한다.
상기 유효전력 검출부(110)는 실시간으로 전기로의 유효전력(Active Power)을 검출(또는 측정)한다.
상기 검출된 유효전력은 시간 순으로 내부 메모리(미도시)에 저장된다.
상기 타이머(120)는 현재의 시간 및 이전의 시간 차이를 검출한다.
가령, 상기 타이머(120)를 통해 현재로부터 소정 시간 전의 시간(또는 이전의 소정 시간 이후의 시간)을 검출한다.
상기 제어부(130)는 전기로의 현재의 유효전력과 이전 특정 기간(예 : 1분) 동안의 평균 유효전력을 산출한다.
상기 특정 기간은 실시예에 따라 다르게 설정될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 상기 '현재 유효전력-이전 특정 기간(예 : 1분) 동안의 평균 유효전력'의 절대값을'분탄 투입 인덱스(Carbon Injection Index)'라고 기재한다.
통상적으로 전기로의 정련기 시점에는 액상의 용강이 형성되고, 이때 전기로 내에 존재하는 슬래그를 포밍시키기 위해 분탄을 사용한다.
여기서 정련기란, 용락(주원료가 80%이상 용해되어 액상의 용강을 형성하는 시점) 이후부터 출강 전 까지의 조업 시간을 의미한다.
그런데, 슬래그의 두께가 기 설정된 두께에 미치지 않을 경우 전기로의 전력 효율이 달라지게 되고, 유효전력(Active Power)의 편차가 커지는 문제점이 발생한다. 따라서 순간 유효전력의 편차가 기 설정된 값(즉, 기준) 보다 커졌을 경우, 즉, 본 실시예에서는 유효전력의 편차를 검출하여 그 유효전력의 편차가 기 설정된 값(즉, 기준) 보다 커졌을 경우, 기 설정된 분량의 분탄을 투입하여 슬래그의 두께를 증가시킴으로써 슬래그의 두께가 기 설정된 두께가 되도록 한다.
상기와 같이 본 실시예는 분탄의 투입 시기와 분량을 정확히 조절하여 전기로에 분탄을 투입함으로써 슬래그의 두께를 조절하고, 상기 슬래그의 두께를 일정하게 유지되게 함으로써 결과적으로 전력 효율을 향상시키게 된다.
따라서 상기 제어부(130)는 '분탄 투입 인덱스'를 산출하고, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 큰지 작은지 여부에 따라 분탄의 투입(또는 취입)이 필요한지 판단한다.
예컨대 정련기 구간에서 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 크면 분탄을 투입할 필요가 있다(즉, 슬래그 포밍이 필요하다). 한편 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 작으면 분탄을 투입할 필요가 없다(즉, 슬래그 포밍이 불필요하다).
상기와 같이 분탄 투입이 필요할 경우, 상기 제어부(130)는 상기 분탄 투입신호 출력부(140)를 통해 분탄 투입기(미도시)에 분탄 투입신호를 출력함으로써 분탄을 투입하고, 분탄 투입이 필요하지 않을 경우, 상기 제어부(130)는 상기 분탄 투입기(미도시)에 출력되는 분탄 투입신호를 해제함으로써 분탄 투입을 중지시킨다.
이에 따라 상기 제어부(130)가 정련기 구간에서 산출한'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 큰 경우, 슬래그 두께 미확보로 인해 전력 효율이 저하된다. 예컨대 피상전력 113MW 투입 시 유효전력 40MW가 발생한다. 이때의 역률을 산출하면 0.35가 된다.
반면에 상기 제어부(130)가 분탄을 투입하여 정련기 구간에서 산출한'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 작은 경우, 충분한(즉, 기 설정된) 슬래그 두께 확보로 인해 전력 효율이 향상된다. 예컨대 피상전력 113MW 투입 시 유효전력 81MW가 발생한다. 이때의 역률을 산출하면 0.72가 된다(도 3, 도 4 참조).
도 3은 상기 도 1에 있어서, '분탄 투입 인덱스'에 기초하여 전체 조업 시간 중 분탄을 투입하는 시점을 그래프 형태로 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 '분탄 투입 인덱스'에 기초하여 적정한 시점에 분탄을 투입함으로써 전력 효율이 향상된 결과를 그래프 형태로 비교하여 보인 예시도이다.
상기와 같이 본 실시예는 슬래그 포밍 반응을 유도하여 슬래그 두께를 증가시키면서도 용강 온도가 저하되지 않도록 하는 적정량의 분탄을 적정 시기에 투입시킴으로써 전기로의 전력 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분탄 투입 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(130)는 전기로의 유효전력을 실시간으로 검출한다(S101).
그리고 상기 제어부(130)는 상기 검출된 유효전력을 이용하여 '분탄 투입 인덱스'를 산출한다(S102).
여기서 상기 '분탄 투입 인덱스'는 '현재 유효전력-이전 특정 기간(예 : 1분) 동안의 평균 유효전력'의 절대값을 의미한다.
다음 상기 제어부(130)는 상기 산출된 '분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 슬래그 포밍이 필요한지 아니면 불필요한지를 판단한다(S103).
예컨대 상기 '분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 큰 경우, 슬래그 두께 미확보로 인해 전력 효율이 저하되므로 분탄을 투입할 필요가 있다(즉, 슬래그 포밍이 필요하다).
반면에 상기 '분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 작은 경우, 충분한(즉, 기 설정된) 슬래그 두께 확보로 인해 분탄을 투입할 필요가 없다(즉, 슬래그 포밍이 필요하지 않다).
다시 말해, 도 3에 도시된 바와 같이, '분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 큰 경우에 분탄을 투입할 필요가 있다.
이때 투입되는 분탄의 양은 0.2~0.7kg/톤이 바람직하지만, 반드시 이 양으로 한정하는 것은 아니며, 다양한 상황과 조건을 고려하여 조정될 수 있다.
상기 판단(S103)에 따라, 분탄의 투입이 필요한 경우(즉, '분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값(예 : 5)보다 커서 슬래그 포밍이 필요한 경우), 상기 제어부(130)는 분탄 투입신호 출력부(140)를 통해 분탄 투입기(미도시)에 분탄 투입신호를 출력함으로써 지정된 양(예 : 0.2~0.7kg/톤)의 분탄을 투입시킨다(S104).
이에 따라 도 4를 참조하면, 본 실시예는 '분탄 투입 인덱스'에 기초하여 분판 투입 시기를 정확히 판단하여 지정된 양(예 : 0.2~0.7kg/톤)의 분탄을 투입시킴으로써 전력 효율을 향상시킬 수 있다. 상기와 같이 전력 효율이 향상됨으로써 제품 생산 원가를 절감할 수 있도록 하는 효과가 발생한다.
상기 분탄의 투입이 필요한지 여부의 판단(S103)과 그 판단에 따라 분탄의 투입(S104)하는 과정은 조업 기간 내에 반복된다(S105). 다만, 도 2에 도시된 흐름도에서는 설명의 편의상 상기 과정들이 간략하게 도시되었음에 유의한다.
상기와 같이 본 실시예는 분탄 투입 시기를 정확히 판단하여 분탄을 투입할 수 있도록 함으로써 슬래그 두께를 조절하면서 전기로의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 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. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 유효전력 검출부
120 : 타이머
130 : 제어부
140 : 분탄 투입신호 출력부

Claims (8)

  1. 실시간으로 전기로의 유효전력을 검출하는 유효전력 검출부; 및
    '현재 유효전력-이전 특정 기간 동안의 평균 유효전력'의 절대값인'분탄 투입 인덱스'를 산출하고, 상기 '분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하여, 상기 판단된 시점에 지정된 양의 분탄을 전기로에 투입시키는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 크면 분탄을 투입할 필요가 있다고 판단하고, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 작으면 분탄을 투입할 필요가 없다고 판단하는 것을 특징으로 하는 분탄 투입 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전기로에 투입시키는 분탄의 지정된 양은,
    0.2~0.7kg/톤 인 것을 특징으로 하는 분탄 투입 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유효전력 검출을 위한 시간을 측정하기 위한 타이머; 및
    상기 검출된 유효전력을 시간 순으로 저장하는 메모리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분탄 투입 제어 장치.
  6. 유효전력 검출부가 실시간으로 전기로의 유효전력을 검출하는 단계;
    제어부가 '현재 유효전력-이전 특정 기간 동안의 평균 유효전력'의 절대값인'분탄 투입 인덱스'를 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기'분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하여, 상기 판단된 시점에 지정된 양의 분탄을 전기로에 투입시키는 단계;를 포함하되,
    상기'분탄 투입 인덱스'를 바탕으로 분탄 투입 시점을 판단하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 크면 분탄을 투입할 필요가 있다고 판단하고, 상기'분탄 투입 인덱스'가 기 설정된 값보다 작으면 분탄을 투입할 필요가 없다고 판단하는 것을 특징으로 하는 분탄 투입 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서, 상기 전기로의 유효전력을 검출하는 단계 이후,
    상기 검출된 유효전력을 시간 순으로 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분탄 투입 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100336854B1 (ko) * 1997-11-29 2002-10-11 주식회사 포스코 직류전기로에서의탄소취입방법

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