KR102131058B1 - 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 제어를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

전기 아크로의 프로세스 기반 파워 제어를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전기 아크로(10)의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 장치 및 방법을 개시한다. 여러 타입의 센서(15, 16, 17)가 시간에 따라 전기 아크로(10)의 현재 활성 상태의 동작 파라미터를 검출한다. 측정된 값으로부터, 제어 및 조정 유닛(30)은 전기 아크로(10)에 대한 열적 및/또는 기계적 손상을 방지하도록 수정된 전기 파워를 가하기 위해 반도체 탭 절환기(20)를 통해 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)의 다른 권선 탭(TS1...TSN)을 스위칭할지의 필요성을 결정한다.

Description

전기 아크로의 프로세스 기반 파워 제어를 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR THE PROCESS-BASED POWER CONTROL OF AN ELECTRIC ARC FURNACE}
본 발명은 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 장치는 시간에 좌우되어 전기 아크로의 현재 활성 상태의 동작 파라미터(presently active operating parameter)를 검출하기 위한 목적의 여러 타입의 센서을 제공한다. 현재 활성 상태의 동작 파라미터는 제어 및 조정 유닛에 전송되며, 대응하는 조정 알고리즘이 요구된 조정을 계산한다. 전기 아크로의 조정은 하나 이상의 전기로용 변압기(furnace transformer)를 통해 수행된다. 제어 및 조정 유닛은 하나 이상의 부하시 탭 절환기(on-load tap changer)와 함께 동작하며, 전기로용 변압기의 1차측 상의 권선 탭이 부하시 탭 절환기를 통해 스위칭 가능하게 된다. 3개의 전극이 하나 이상의 전기로용 변압기의 2차측과 전기 접속되며, 각각 하나의 라인으로 배열된다.
본 발명은 또한 전기 아크로의 열 기반 파워 조정(thermally based power regulation)을 위한 방법에 관한 것이다.
독일 특허 명세서 DE 35 12 189 C1은 전기 아크로를 조정하기 위한 방법 및 장치를 개시하고 있다. 상기 특허 출원의 목적은 커다란 수고 없이 경계적으로 및 기술적으로 실현 가능한 방식으로 전기 아크 전압 및 전극 높이의 정밀한 조절(adjustment)을 가능하게 하는 것이다. 전극 높이의 액추에이터는 항상 전류 조정 루프(또는 임피던스 제어 루프)에 의해 제어되며, 파워 조정의 상황에서는 파워 조정 루프가 중첩된다. 변압기 스테이지를 제공하는 이외에, 전류 조정기 상에 중첩된 파워 조정기는 또한 경우에 따라 전류 조정기를 위한 기준 변수를 제공한다. 모든 경우에, 전류 조정기만이 전극 조절에 직접 작용한다. 변압기를 위해 사용된 탭 절환기 드라이브에 대하여, 이것은 탭 절환기를 통해 조절할 수 있는 변압기 전압을 작동표(operation diagram)를 통해 직접 공급하거나 또는 변압기 전압을 전술한 파워 조정기를 통해 조절할 가능성을 발생한다. 전극을 위한 리프트 드라이브(lift drive)는 전류 조정기를 통해 제어된다.
유럽 특허 출원 EP 2 362 710 A1은 전기 아크로 및 전기 아크로를 동작시키는 방법을 개시하고 있다. 하나 이상의 전극에 할당된 전기 아크는, 조절된 제1 세트의 동작 파라미터에 기초하여 발생하는 제1 방사속(radiant power)을 갖는다. 전기 아크로는 예상된 프로세스 시퀀스를 기반으로 하는 지정된 작동 프로그램에 따라 작동된다. 실제 프로세스 시퀀스와 예상 프로세스 시퀀스 간에 원하지 않은 어긋남이 있는지에 관하여 모니터링이 행해진다. 어긋남이 있으면, 수정된 제2 방사속이 지정된다. 제2 방사속을 통해, 수정된 제2 세트의 동작 파라미터가 결정된다. 이 방법은 특히 노 베젤(furnace vessel)과 같은 동작 수단을 보호하면서 제련 지속기간(smelting duration)을 가능한 한 짧게 하는 것을 가능하게 한다.
독일 특허 출원 DE 35 43 773 A1은 인입 전기 에너지 소비(drawn electrical energy consumption)의 최소값에서 원자재를 제련하기 위해 이 원자재를 요동시킬 수 있도록 전기 아크로를 동작시키는 방법을 개시하고 있다. 전기로용 변압기는 부하 스위치가 제공되며, 이로써 변압기의 2차측에서의 출력 전압을 조절하는 것이 가능하다. 제어는 전기로용 변압기의 탭을 변경하거나 또는 전류 동작점(current operating point)을 적합화함으로써 수행되며, 이 둘 모두는 전기 아크의 길이를 수정하기 위해 실행된다. 전기로용 변압기의 2차측으로부터 아크 전극으로 흐르는 전기 전류가 프로세스에서 측정된다. 이 방식으로 조정되는 전기 동작점으로 전기 아크로가 동작되면, 제련 공정에서 전기 에너지 소비가 낮아지게 되고, 인입 전기 에너지 소비가 최소로 유지될 수 있다.
독일 특허 출원 DE 10 2009 017 196 A1은, 탭부착 변압기(tapped transformer)의 권선 탭과 전기 접속되는 고정된 탭 절환기 컨택들 간의 끊김없는 스위칭을 위한 반도체 스위칭 부품을 갖는 탭 절환기를 개시하고 있다. 이 문헌에서, 각각의 고정 탭 절환기 컨택은 부하 소비부(load dissipation)와 직접 연결 가능하거나, 또는, 스위치오버 동안, 상호 연결된 반도체 스위칭 부품을 통해 연결할 수 있다. 부하 소비부는 반도체 스위칭 부품이 정지 동작(stationary operation) 동안 변압기 권선으로부터 갈바닉 절연된다(galvanically isolated). 그러나, 반도체 스위칭 부품을 갖는 탭 절환기는 여러 단점이 있다. 임펄스 전압을 약하게 함에 의한 전력 전자부품에 미치는 스트레인(strain) 및 동작 전압의 영구적인 인가는 커다른 절연 거리를 필요로 하며, 이것은 바람직하지 않다.
종래 기술로 알려진 바와 같이, 전기 아크로의 동작을 제어하거나 조정하기 위한 전기 부품은 전기로용 변압기, 초크 코일, 및 전극 지지 암 시스템이다. 교류 전기 아크로를 위한 에너지 공급은 통합된 탭 절환기를 갖는 전기로용 변압기를 통해 수행된다. 대응하는 에너지 입력은 변압기 스테이지를 통해 조절될 수 있다.
부하 하에서 스위칭 가능하고 변압기의 상류에 연결되는 초크 코일은 전류 회로의 리액턴스를 조정하기 위해 작용하고, 그러므로 단락 회로 전류를 제한할 뿐만 아니라 노를 안정한 전기 아크로 동작시키는 것(operating the furnace with stable electric arc)을 가능하게 한다. 프로세스 진척에 좌우되어 변압기 및 직렬 접속된 초크 둘 무두에 대해 적합한 스테이지가 선택된다. 이것은 노 조작자로부터의 수동 개입에 의해, 통합 제어에 의해, 또는 조정에 의해 이루어질 수 있다.
수동 제어에서, 능숙한 노 조작자는 노로부터 방출된 사운드 및 용융 재료의 외관을 통해 프로세스를 평가할 수 있다. 변압기 스테이지는 임계 상황(예컨대, 자유 연소 전기 아크)에 적합화된다.
자동 제어에서, 변압기 스테이지 및 초크 스테이지는, 경우에 따라서, 현재 입력되고 있는 에너지에 좌우되어 적합화된다. 전기 아크를 가능한 한 안정하게 유지하기 위해서는, 초기 "드릴링 단계(drilling phase)"(OLTC 초크 == 가장 높은 스테이지)에서 일반적으로 높은 인덕턴스가 요구된다. 직렬 접속된 초크는 무효 전력(reactive power)을 감소시키기 위해 최종 단계 "리퀴드 배쓰(liquid bath)"에서 스위치 오프된다.
노 뚜껑뿐만 아니라 노의 내화성 라이닝(refractory lining)(내화물)을 보호하기 위해 드릴링 단계 동안에는 더 낮은 전압 스텝(짧은 전기 아크)이 선택된다. 전기 아크가 포밍 슬래그(foaming slag)로 덮여진 후, 용융물 내로의 가장 높은 에너지 입력을 달성하기 위해 가장 높은 전압 스텝이 선택된다. 최종 단계 동안 높은 에너지 입력을 보장하기 위해, 최대 전류 설정을 이용하면서, 약간 더 낮은 스텝 전압이 선택된다.
특히, 수동 및 자동 제어 프로세스에서, 전술한 사양은 실제 프로세스 상태를 매우 부적절하게 측정한다. 가장 최신의 조정조차도 역시 시스템에서의 신속한 변화에 대해 적절한 시상수로(예컨대, 밀리초의 범위로) 반응할 수 없다.
전기로용 변압기의 탭 절환기와 초크 코일에 관하여 그리고 고객의 다양한 스위칭 전략에 좌우되어, 높은 스위칭 주파수는 기술적인 스트레스 요인으로서 간주된다. 이것은 주로 접촉 부식(contact erosion) 및 탭 절환기의 기계 부품의 마모로 인한 것이다.
탭 절환기에 대한 유지 작업은 일반적으로 많은 수고와 무엇보다도 비용이 많이 드는 생산 유휴시간(downtime)을 야기하여, 탭 절환기에 대한 유지 수고(maintenance effort)를 가능한 한 많이 감소시키기 위해 조작자를 위해서는 유지 간격을 늘리는 것이 바람직하다는 것은 분명하다.
본 발명의 목적은 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 적절한 시상수로(밀리초의 범위로) 전기 아크로에서의 프로세스 변화에 개입하고 이와 동시에 전기 아크로의 유휴시간을 감소시키고 탭 절환기에 대한 유지 간격을 늘리는 것이 가능하다.
본 발명의 이 목적은 청구항 1의 특징부를 포함하는 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 적절한 시상수로(밀리초의 범위로) 전기 아크로에서의 프로세스 변화에 개입하고 이와 동시에 전기 아크로의 유휴시간을 감소시키고 탭 절환기에 대한 유지 간격을 늘리는 것이 가능하다.
본 발명의 이 목적은 청구항 5의 특징부를 포함하는 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 방법에 의해 달성된다.
전기 아크로의 프로세스 기반 파워 조정을 위한 본 발명에 따른 장치는 부하시 탭 전환기가 반도체 탭 절환기인 것을 특징으로 한다.
가능한 실시예에 따라, 각각의 전극이 전기로용 변압기에 할당될 수 있으며, 전기로용 변압기의 1차측의 권선 탭이 각각 하나의 반도체 탭 절환기를 통해 스위칭 가능하며, 각각의 전기로용 변압기의 2차측이 전극과 연결된다.
조정 파라미터 또는 측정량을 결정하기 위해 이용된 센서 타입은 열센서, 광센서, 및/또는 음향 센서(acoustic sensor) 및/또는 구조-기인 사운드 센서(structure-borne sound sensor)이다. 모든 센서는 제어 및 조정 유닛과 연결된다.
제어 및 조정 유닛은 전극에 현재 인가되는 전압이 센서의 측정량에 좌우되어 그리고 설정점(setpoint)과 비교하여 조정 가능하도록 반도체 탭 절환기와 통신 방식으로 연결된다.
본 발명에 따른 방법은,
ㆍ 여러 타입의 센서을 통해, 전기 아크로의 현재 활성 상태의 동작 파라미터가 검출되고, 제어 및 조정 유닛에 전송되며, 이를 통해 임계도 값(criticality value)이 결정되며,
ㆍ 전기 아크로의 상태가 비임계적 동작 상태(uncritical operating state)로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하는 양상으로, 하나 이상의 전기로용 변압기의 1차측에서의 탭의 스위칭이 상기 결정된 임계도 값에 좌우되어 하나 이상의 반도체 탭 절환기를 통해 영향을 받는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 전기 아크로는 3개의 전극을 가지며, 이를 통해 열에너지가 전기 아크로에 입력된다. 전극은 전기로용 변압기의 2차측과 연결되며, 이로써 전기로용 변압기의 1차측 상의 탭의 스위칭을 통해 3개의 2차 라인에 수정된 전압이 인가된다. 본 방법의 일실시예에 따라, 전극은 전기 아크로의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하도록 요구된 양의 전기 에너지가 대칭적으로(symmetrically) 공급된다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시예에 의하면, 반도체 탭 절환기를 통해 전극의 상도체(phase conductor)에 비대칭 전압(asymmetrical voltage)이 인가된다. 그러므로, 전기 아크로의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하도록 요구된 양의 전기 에너지가 3개의 2차 라인에 비대칭적으로(asymmetrically) 공급된다. 이러한 목적을 위해 비대칭적으로 조정 가능한 상전압(phase voltage)이 요구된다. 양에 관한 측면에서, 개별 전극 아크에서의 인가 전압은 통상적으로 10% 까지 상이하다.
일반적으로, 전기 아크로는 3개의 전극을 가지며, 이를 통해 열에너지가 전기 아크로에 입력된다. 각각의 전극은 그 전극에 할당된 전기로용 변압기의 2차측과 연결되며, 전기 아크는 각자의 전기로용 변압기의 1차측 상의 탭의 스위칭을 통해 적절한 양의 에너지가 공급된다. 에너지 입력은 전기 아크로의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하는 양상으로 형성된다. 각각의 전기 아크는 전기 아크로의 다른 전기 아크에 무관하게 제어 가능하다.
임계도 값은 전기 아크로의 동작 파라미터로부터 계산되며, 이러한 동작 파라미터는 전기 아크로의 베젤의 열 상태, 및/또는 연소하고 있는 전기 아크의 광학 검출(optical detection), 및/또는 전기 아크로로부터 방출된 사운드 또는 구조-기인 사운드로 이루어진다.
전기 아크로에서의 전기량(electrical quantity)의 조정은 2가지 영역으로 수행된다. 상위 프로세스 제어 시스템(superordinate process control system)은 2차 상전압(각각, 변압기 스테이지) 및 전류 설정점을 특정한다. 상위 전극 조정은 전기 아크 길이를 통해 전류를 조정하며, 그러므로 특정된 설정점이 대체로 유지되도록(on average maintained) 한다. 본 발명은 상위 프로세스 제어 시스템에 관한 것이며, 이로써 상전압의 조정을 고려한다.
제1 단계에서는 전기 아크로의 프로세스 상태 또는 자유-연소 전기 아크가 검출된다. 이것은 온도 측정, 구조-기인 사운드 측정, 또는 방사 측정을 통해 수행될 수 있다. 측정된 값에 기초하여, 다음 단계에서는 소위 임계도 값이 결정된 수 있다. 임계도 값은 백분율로 주어지며, 제련 공정의 현재 상태를 나타낸다. 0%에서, 상태는 임계적이지 않다. 가장 높은 스테이지는 100%이며, 제련 공정의 상태는 극히 임계적이다. 전기 아크로의 파워가 이제 현재 임계도 값에 좌우되어 조정되고 있다. 임계도 값이 예컨대 0 내지 30%의 범위에 있으면, 최대 파워가 전기 아크로에 계속하여 인가된다. 임계도 값이 예컨대 30%와 60% 사이이면, 파워는 선형적으로 감소된다. 60%의 임계도 값으로부터, 파워는 가장 낮은 설정으로 조정된다.
새로운 조정은 구체적으로 내화재 마모의 책임이 있는 핫스팟을 방지하여, 조정 알고리즘을 연장하기 위한 조정 변수로서 비대칭 상전압을 통한 라인-특정 조정을 이용함으로써 동작 수단의 더 우수한 보호를 달성한다. 비대칭적 파워 조정은 상전압의 비대칭적 수정을 의미하는 것으로 이해된다. 반도체 탭 절환기에서, 전압 비대칭(voltage asymmetry)을 위한 요구된 조정 범위는 대략 ±10%이어야 한다. 주파수는 1초의 범위에 있다.
다양한 개시 실시예의 이러한 특징 및 장점과 기타 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조하여 보다 완전하게 이해될 것이며, 도면 전반에 걸쳐 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타내고 있다.
도 1은 전기 아크로를 통해 금속을 제련하는 시스템의 개략적인 예시도이다.
도 2는 전기 아크로에서의 전극의 공간적인 배열 및 전극에 대한 센서의 할당의 개략도이다.
도 3은 열 기반 파워 조정을 전기 아크로의 전체적인 조정에 통합하는 것에 대한 개략적인 예시도이다.
도 4는 전기 아크로의 열 기반 파워 조정의 흐름도의 개략도이다.
도 5는 임계도 값과 현재 활성 상태의 파워의 기능적 연결을 예시하는 도면이다.
도 1은 전기 아크노(10)를 통해 금속을 제련하기 위한 시스템(1)의 개략적인 예시를 보여주고 있다. 전기 아크로(10)는 노 베젤(11)을 포함하며, 노 베젤에서는 스틸 스크랩(steel scrap)이 제련되고, 용융물(3)이 발생된다. 노 베젤(11)은 이에 부가하여 도시되지 않은 뚜껑이 제공될 수 있다. 벽부(12) 및 뚜껑은 수냉 시스템이 제공된다. 전기 아크로(10)의 동작 모드에 따라서는, 노는 하나 또는 3개의 전극(4)을 갖는다. 직류 전기 아크로에서는 하나의 전극(4)이 이용된다. 교류 전류 전기 아크로(10)에서는 3개의 전극(4)이 이용된다. 이하의 설명에서는 교류 전류 전기 아크로를 예로 하여 본 발명의 원리를 예시한다. 도시하지 않은 내화성 재료가 전기 아크로(10)의 내벽(13)을 라이닝한다.
전극(4)은 예시되지 않은 지지 암 상에 배치되며, 이들 전극은 필요에 따라 노 베젤(11)에 삽입될 수 있다. 각각의 전극(4)은 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)과 연결되는 상도체(5)가 구비된다. 상도체(5), 전극(4), 및 도시되지 않은 전기 아크는 교류 전류 회로의 라인(7) 또는 상을 형성한다. 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)은 요구되는 고전압이 전력 공급 네트워크(9)로부터 제공된다. 반도체 탭 절환기로서 구성되는 부하시 탭 절환기(20)는 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)과 연결된다.
제어 및 조정 유닛(30)은 반도체 탭 절환기(20)와 함께 동작하여 1차측(6P) 상의 전기로용 변압기(6)의 탭들을 스위치하며, 이로써 전기 아크로(3)가 지정된 타겟 범위 내에서 작업하도록 대응하는 상전압 및 대응하는 전류가 탭에 공급된다. 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)은 반도체 탭 절환기(20)의 반도체 스위칭 부품(S1...SN)에 의해 스위칭되는 복수의 권선 탭(TS1...TSN)을 갖는다. 제어 및 조정 유닛(30)은 전기 아크로(10)에 할당되는 여러 타입의 센서(15, 16, 17)로부터 입력을 수신한다. 입력 데이터로부터, 제어 및 조정 유닛(30)은 전기 아크로(10)가 지정된 범위의 노 파워 이내에서 작업하도록 반도체 탭 절환기(20)의 스위칭 시퀀스 및 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)의 권선 탭(TS1...TSN)의 요구된 스위칭을 결정한다.
이러한 용도를 위해, 여러 타입의 센서(15, 16, 17)가 전기 아크로(10)의 열 상태를 검출한다. 여러 타입의 센서(15, 16, 17)는 열센서(15), 광센서(17) 및/또는 음향 센서(16)로서 구성되며, 제어 및 조정 유닛(30)과 연결된다. 전기 아크로(10)의 현재의 열상태는 온도 측정, 구조-기인 사운드 측정, 또는 방사 측정을 통해 검출될 수 있다. 예컨대 냉각수의 온도를 측정하고 그에 따라 현재의 열 부하에 대한 결론을 가능하게 하는 온도 센서가 온도 측정을 위해 이용될 수 있다. 구조-기인 사운드 측정은 음향 센서를 통해 수행될 수 있으며, 측정 결과 또한 전기 아크로(10)에서의 온도 전개에 대한 결론을 가능하게 한다. 방사 측정을 위해 예컨대 카메라가 이용될 수 있으며, 이로써 이들 카메라 또한 전기 아크로(10)에서의 온도 전개에 대한 결론을 가능하게 한다. 제어 및 조정 유닛(30)은 수집된 데이터로부터 임계도 값을 결정한다. 결정된 임계도의 값에 좌우되어, 적어도 하나의 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)에서의 권선 탭(TS1...TSN)의 스위칭은, 전기 아크로(10)의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하는 양상으로 하나 이상의 반도체 탭 절환기(20)를 통해 영향을 받게 된다.
도 2에는, 전기 아크로(10) 내의 전극(4)의 공간적인 배열과, 전극(4)에 대한 열센서(15) 및 음향 센서(16)의 공간적인 할당에 대한 개략도가 도시되어 있다. 여기에서 제공된 실시예에서, 전기 아크로(10)는 전기 아크로에 열에너지를 입력하는 3개의 전극(4)을 갖는다. 전극(4)은 삼각형의 형상으로 배치된다. 전기 아크로(10)의 개별적인 열상태가 각각의 전극(4)의 영역에서 검출될 수 있도록 각각의 전극(4)에 열센서(15) 및 음향 센서(16)가 공간적으로 할당된다. 그러므로, 전극(4)이 요구된 양의 전기 에너지가 비대칭적으로 공급되도록 전극(4)의 상도체(5)에 비대칭 상전압 USOLL12, USOLL23, 또는 USOLL31이 인가될 수 있다.
도 3은 전기 아크로(10)의 전체적인 조정(22)에 프로세스 기반 파워 조정을 통합한 것을 개략적으로 예시하고 있다. 전기 아크로(10)의 전체적인 조정은 궁극적으로는 반도체 탭 절환기(20)를 통해 실현된다. 프로세스 기반 파워 조정(24)은 1초의 범위의 주파수로 작업한다. 과전류 조정(26)은 20 ms 범위의 주파수로 작업한다. 플리커 조정(flicker regulation)(28)은 10 ms의 범위의 주파수로 작업한다. 각각의 조정을 위한 주파수는 대응하는 조정들의 반복률(repetition rate)에 대응한다. 측정의 결과, 전기 아크로(10)의 요구된 조정을 수행하기 위해 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 적절한 권선 탭(TS1...TSN)으로 스위치 오버하는 것이 반도체 탭 절환기(20)를 통해 가능하다.
도 4는 전기 아크로(10)의 열 기반 파워 조정의 흐름도를 개략적으로 도시하고 있다. 제1 단계(31)에서는 프로세스 상태(11) 및 특히 자유-연소 전기 아크가 검출된다. 이것은 전술한 바와 같이 여러 타입의 센서(15, 16, 17)로 수행될 수 있다. 센서(15, 16, 17)는 열센서(15), 광센서(17) 및/또는 음향 센서(16)를 포함하며, 제어 및 조정 유닛(30)과 연결된다. 온도 측정, 구조-기인 사운드 측정, 및/또는 방사 측정이 수행될 수 있다. 측정된 값에 기초하여, 제2 단계(32)에서 소위 임계도 값이 결정될 수 있다. 임계도 값은 백분율로서 주어지며, 제련 공정의 현재 상태를 나타낸다. 상태는 0%에서는 임계적이지 않으며; 100%에서 가장 높은 스테이지가 도달되고, 전기 아크로(10)의 파워를 수정하는 것이 절대적으로 요구된다. 제3 단계(33)에서, 전기 아크로(10)의 파워가 현재 임계도 값에 좌우되어 조정된다. 이러한 용도를 위해, 전기 아크로(10)의 노 베젤(11)의 열관성(thermal inertia)이 고려될 것이다. 반도체 탭 절환기(20)로부터의 개입을 요구하는 임계도 값의 백분율값 또는 백분율 범위가 전기 아크로(20)의 조작자에 의해 결정될 수 있다.
도 5는 전기 아크로(10)에서의 현재 활성 상태의 파워 P와 임계도 값의 기능적 연결의 예시를 보여주고 있다. 임계도 값이 예컨대 0과 30% 사이이면, 조정이 요구되지 않으며, 전기 아크로(20)가 최대 파워 Pmax로 동작될 수 있다. 임계도 값이 예컨대 30%와 60% 사이이면, 예컨대 활성 상태의 파워 P의 선형 감소가 수행될 수 있다. 임계도 값이 예컨대 60%보다 크면, 전기 아크로(10)는 최소 파워 Pmin로 설정될 것이다. 반도체 스위치(20)와의 상호작용으로 조정 알고리즘을 실현함으로써, 조정 변수로서의 상전압 USOLL12, USOLL23, 또는 USOLL31을을 통해 라인-특정 조정(line-specific regulation)이 수행될 수 있다. 반도체 스위치(20)를 이용하여, 신속한 스위칭을 수행하고 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 하나보다 많은 권선 탭(TS1...TSN)을 스킵하는 것이 가능하다. 그러므로, 조정을 위해 요구되는 상전압 USOLL12, USOLL23, 또는 USOLL31이 라인(7)에 인가되며, 이에 의해, 내화재 마모를 야기하는 핫스팟이 새롭고 신속하며 가변적인 조정에 의해 특별히 방지되기 때문에, 동작 수단의 더 우수한 보호가 달성된다.
반도체 스위치(20)를 이용하여, 전기 아크로(10)의 파워의 조정은 대칭적으로 또는 비대칭적으로 수행될 수 있다. 전기 아크로(10)의 비대칭적 파워 조정은 라인(7)에서의 조정된 상전압 USOLL12, USOLL23, 또는 USOLL31의 비대칭적 수정이 아님을 의미하는 것으로 이해된다. 반도체 스위치(20)에서, 반도체 스위치(20)의 라인(7)들 간의 상전압 USOLL12, USOLL23, 또는 USOLL31의 비대칭을 위한 요구된 조정 범위는 대략 ±10% 까지이어야 한다. 전술한 바와 같이, 이러한 맥락에서의 주파수는 1초의 범위에 있다.
본 발명을 2개의 실시예를 참조하여 설명하였다. 당업자는 이하의 청구항들의 보호 범위에서 벗어나지 않고서도 본 발명의 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
1 : 장치
3 : 용융물
4 : 전극
5 : 상도체
6 : 전기로용 변압기
6P : 1차측
6S : 2차측
7 : 라인, 상
9 : 파워 공급 네트워크
10 : 전기 아크로
11 : 노 베젤
12 : 외벽
13 : 내벽
15 : 센서(열)
16 : 센서(구조-기인 사운드)
17 : 센서(방사)
20 : 부하시 탭 절환기, 반도체 탭 절환기
22 : 전체 조정
24 : 열 기반 파워 조정
26 : 과전류 조정
28 : 플리커 조정
30 : 제어 및 조정 유닛
31 : 제1 단계
32 : 제2 단계
33 : 제3 단계
Pmax : 최대 파워
Pmin : 최소 파워
P : 활성 상태의 파워
TS1...TSN : 권선 탭, 변압기 스테이지
S1...SN : 반도체 스위칭 부품

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 전기 아크로(10)의 열 기반 파워 조정을 위한 방법으로서,
    ㆍ 여러 타입의 센서(15, 16, 17)를 통해, 전기 아크로(10)의 현재 활성 상태의 동작 파라미터가 검출되고, 제어 및 조정 유닛(30)에 전송되며, 이를 통해 임계도 값(criticality value)이 결정되는 단계; 및
    ㆍ 상기 결정된 임계도 값에 좌우되어, 상기 전기 아크로(10)의 상태가 비임계적 동작 상태(uncritical operating state)로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하는 양상으로, 하나 이상의 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)에서의 권선 탭(TS1...TSN)의 스위칭이 하나 이상의 반도체 탭 절환기(20)를 통해 영향을 받게 되는 단계
    를 포함하고,
    제 1 제어 범위에서 상기 전기 아크로(10)의 최대 파워(Pmax)가 설정되고,
    제 2 제어 범위에서 상기 임계도 값이 증가함에 따라 파워(P)가 선형적으로 감소되고,
    제 3 제어 범위에서 상기 전기 아크로(10)의 최소 파워(Pmin)가 설정되는, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임계도 값은 0 내지 100의 백분율로 주어지며,
    상기 제 1 제어 범위에 대해 상기 임계도 값은 0과 30 사이이고,
    상기 제 2 제어 범위에 대해 상기 임계도 값은 30과 60 사이이고,
    상기 제 3 제어 범위에 대해 상기 임계도 값은 60과 100 사이인, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 전기 아크로(10)는 3개의 전극(4)을 가지며, 상기 전극을 통해 열에너지가 상기 전기 아크로(10)에 입력되며, 상기 전극(4)이 상기 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)과 연결되며, 각각의 상기 전극(4)이 상도체(phase conductor)(5)와 함께 라인(7)을 형성하며, 수정된 상전압(USOLL12, USOLL23, USOLL31)이 상기 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 권선 탭(TS1...TSN)의 스위칭을 통해 3개의 라인에 인가되며, 이로써 상기 전극(4)으로부터 방출되는 전기 아크가 요구된 양의 전기 에너지로 대칭적으로 공급되어, 상기 전기 아크로(10)의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 탭 절환기(20)를 통해 상기 전극(4)의 상도체(5)에 비대칭적 상전압이 인가되며, 상기 전기 아크로(10)의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되게 하도록, 상기 전극(4)으로부터 방출되는 전기 아크는 요구된 양의 전기 에너지로 비대칭적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    3개의 라인(7)들 간에 인가된 상전압(USOLL12, USOLL23, USOLL31) 및 활성 상태의 파워는 통상적으로 양에 관한 측면에서 10% 까지 상이한 것을 특징으로 하는, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 전기 아크로(10)는 3개의 전극(4)을 가지며, 이를 통해 열에너지가 상기 전기 아크로(10)에 입력되며, 각각의 상기 전극(4)은 그 전극에 할당된 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)과 연결되며, 각자의 상기 전기로용 변압기(6)의 1차측(6S) 상의 권선 탭(TS1...TSN)의 스위칭을 통해 대응하는 양의 전기 에너지가 공급되며, 이로써 상기 전기 아크로(10)의 상태가 비임계적 동작 상태로 유지되거나 또는 비임계적 동작 상태로 되며, 3개의 라인(7)의 각각은 상기 전기 아크로(10)의 다른 라인(7)에 무관하게 제어 가능한 것을 특징으로 하는, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
  11. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 임계도 값은 상기 전기 아크로(10)의 동작 파라미터로부터 계산되며, 상기 동작 파라미터는 상기 전기 아크로(10)의 노 베젤(11)의 열 상태, 및/또는 연소하고 있는 전기 아크의 광학 검출(optical detection), 및/또는 상기 전기 아크로(10)로부터 방출된 사운드 또는 구조-기인 사운드(structure-borne sound)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로의 열 기반 파워 조정을 위한 방법.
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