KR102137301B1 - 정련로의 온도 제어시스템 및 방법 - Google Patents

정련로의 온도 제어시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

하나의 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 용강온도를 예측할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 정련로의 온도 제어시스템은, 전로에서 정련된 용강이 수납되는 정련로; 투입되는 전력에 따라 상기 용강을 가열하여 상기 용강의 온도를 유지 또는 증가시키는 전극봉; 상기 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 상기 타겟시점의 조정변수를 이용하여 승온전력량 모델을 생성하는 승온전력량 모델 생성부; 상기 제1변수, 제2 변수, 및 조정변수에 상기 타겟시점에서 설정된 값들을 대입하여 상기 타겟시점의 용강온도 증가량을 달성하기 위한 승온전력량을 산출하는 승온전력량 산출부; 및 상기 산출된 승온전력량을 상기 전극봉에 추가투입하여 상기 용강의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는것을 특징으로 한다.

Description

정련로의 온도 제어시스템 및 방법{System and Method for Controlling Temperature of Ladle Furnace}
본 발명은 제강공정설비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 정련로에 관한 것이다.
고로에서 만들어진 용선에는 인(P) 또는 유황(S)과 같은 불순물이 다량으로 포함되어 있기 때문에, 용선에서 불순물을 제거함으로써 깨끗한 용강으로 정련하는 제강공정(Steel Making System)이 수행된다. 제강공정은 전로 내에서의 1차 정련공정과 정련로(Ladle Furnace: LF) 내에서의 2차 정련공정으로 구분된다.
2차 정련공정이 수행되는 정련로는 고급 청정강을 만드는 핵심 설비로서 수요가 요구를 만족시키기 위한 최적의 정련작업을 위해 용강의 온도를 증가 또는 유지시키는 기능을 수행한다.
따라서, 조업자는 정련로에서의 조업 수행 시 목표로 하는 용강온도를 달성하기 위해 조업시점에서의 용강온도를 측정하고 용강이 목표온도에 도달할 수 있도록 정련로의 온도제어를 실시해야 한다. 하지만, 용강온도 측온을 수행하는 측온용 프로브는 비용이 발생하는 일회적인 소모성 설비이므로30분 내지 40분 동안 수행되는 하나의 조업 싸이클 중 용강온도 측정은 2회 내지 3회밖에 수행되지 않기 때문에 모든 조업시점에서의 용강온도를 정확히 알 수는 없다.
따라서, 종래에는 각 조업자들의 경험을 바탕으로 조업시점에서의 용강 온도를 추정하고 추정된 온도를 기초로 용강온도를 목표온도까지 승온시키기 위한 온도제어를 수행할 수 밖에 없었고, 이러한 경험적·체험적(Heuristic) 조업으로 인해 다양한 휴먼에러가 발생되어 용강의 품질 및 생산에 편차가 발생한다는 문제점이 있다.
선행문헌 1: 대한민국 공개특허 제10-2004-0056914호(발명의 명칭: 래들 내부의 용강을 승온시키기 위한 승온용 슬래그 제조방법)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 용강온도를 예측할 수 있는 정련로의 온도 제어시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 용강온도 예측 시 조업시작시점의 용강온도를 보정할 수 있는 정련로의 온도 제어시스템 및 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 예측된 용강온도를 목표온도까지 승온시키기 위한 승온전력량을 산출하여 조업자에게 가이드할 수 있는 정련로의 온도 제어시스템 및 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 정련로의 온도 제어시스템은, 전로에서 정련된 용강이 수납되는 정련로; 투입되는 전력에 따라 상기 용강을 가열하여 상기 용강의 온도를 유지 또는 증가시키는 전극봉; 상기 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 상기 타겟시점의 조정변수를 이용하여 승온전력량 모델을 생성하는 승온전력량 모델 생성부; 상기 제1변수, 제2 변수, 및 조정변수에 상기 타겟시점에서 설정된 값들을 대입하여 상기 타겟시점의 용강온도 증가량을 달성하기 위한 승온전력량을 산출하는 승온전력량 산출부; 및 상기 산출된 승온전력량을 상기 전극봉에 추가투입하여 상기 용강의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 정련로의 온도 제어방법은, 조업시작시점에서 용강의 시작온도 및 복수개의 측온시점에서 측정된 용강의 측정온도를 기초로 각 시점 별 용강온도를 생성하는 단계; 상기 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트를 생성하는 단계; 상기 데이터 마트를 이용하여 상기 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 상기 타겟시점의 조정변수를 포함하는 승온전력량 모델을 생성하는 단계; 상기 제1변수, 제2 변수, 및 조정변수에 상기 타겟시점에서 설정된 값들을 대입하여 상기 타겟시점의 용강온도 증가량을 달성하기 위한 승온전력량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 승온전력량을 정련로의 전극에 투입하여 상기 용강의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 정련로의 온도 제어시스템은, 정련된 용강이 수납되는 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수의 변경에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 상기 조업 사이클 내에서 발생되는 조정변수를 포함하는 승온전력량 모델을 생성하는 승온전력량 모델 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 과거의 조업 데이터를 분석하여 용강온도 예측모델을 생성하고, 용강온도 예측모델을 기초로 조업자가 원하는 특정 조업시점의 용강온도를 예측할 수 있기 때문에 조업을 수행하는 조업자 별로 다르게 추정되었던 용강온도로 인해 발생되는 용강의 품질 및 생산의 편차를 최소화함과 동시에 조업처리시간을 단축시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 용강온도 예측시 조업시작시점의 용강온도를 래들의 이동시간 및 용강의 성분을 기초로 보정함으로써 용강온도 예측의 정확도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 승온전력량 산출모델을 이용하여 특정 조업시점의 용강온도를 목표온도까지 승온시키기 위한 승온전력량을 산출할 수 있고, 산출된 승온전력량을 정련로의 전극봉에 인가함으로써 용강온도가 목표온도에 도달하도록 할 수 있어 고급 청정강을 획득할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정련로의 온도 제어시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 중앙에 상단에 전극봉이 배치된 정련로의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 각 시점별 용강온도의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 5는 데이터 마트의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정련로의 온도 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정련로의 온도 제어시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 정련로의 온도 제어시스템(100)은 정련로(110), 전극봉(120), 탑가스 주입부(130), 버텀가스 주입부(140), 합금철 주입부(150), 와이어 주입부(160), 전원공급장치(170), 및 제어장치(180)를 포함한다.
정련로(110, Ladle)는 전로에서 1차 정련된 용강의 2차 정련을 위해 용강을 수납한다. 정련로(110)에서 수행되는 조업은 제강공정 중 용강의 온도를 증가시키거나 유지시키는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 전로에서 1차 정련된 용강은 용강의 2차 정련을 위해 정련로(110)에 수납된 상태로 정련로 조업지점에 도착한 후, 정련로 내에서의 승온조업을 통해 온도가 증가하거나 유지된다.
전극봉(120)은 전원공급장치(150)를 통해 투입되는 전력량에 따라 용강을 가열함으로써 용강의 온도를 증가시키거나 유지시킨다. 이때, 전극봉(120)에 투입되는 전력량은 정련로(110)에서 수행되는 하나의 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 요구되는 용강온도에 따라 다르게 설정될 수 있다. 전극봉(120)은 정련로(110)의 중앙 상단에 위치할 수 있다.
중앙에 상단에 전극봉(120)이 배치된 정련로(110)의 일 예가 도 2에 도시되어 있다.
상술한 실시예에 있어서는 정련로(110) 내에서 용강의 2차 정련을 위해 용강의 승온조업이 수행되는 것으로만 설명하였다. 하지만, 정련로(110)에서는 고청정강의 획득을 위해 버블링(Bubbling) 조업, 합금철 투입조업, 및 와이어 투입조업이 추가로 수행될 수 있다.
버블링 조업은 탑가스 주입부(130)에 의한 탑가스의 주입 및 버텀가스 주입부(140)에 의한 버텀가스 주입에 의해 수행된다. 구체적으로, 탑가스 주입부(130)는 정련로(110)의 상단에 형성된 가스 주입구를 통해 탑가스를 주입함에 의해 용강이 정련로(110) 내에서 교반되게 함으로써 용강의 온도 및 성분이 균일하게 유지되도록 한다.
버텀가스 주입부(140)는 정련로(110)의 하단에 형성된 가스 주입구를 통해 버텀가스를 주입함에 의해 용강이 정련로(110) 내에서 교반되게 함으로써 용강의 온도 및 성분이 균일하게 유지되도록 한다. 일 실시예에 있어서, 정련로(110)의 하단에 제1 가스 주입구 및 제2 가스 주입구가 형성되어 있는 경우 버텀가스 주입부(140)는 제1 가스 주입구를 통해 제1 버텀가스를 주입하고 제2 가스 주입구를 통해 제2 버텀가스를 주입할 수 있다. 이때, 제1 버텀가스 및 제2 버텀가스는 동일한 종류의 버텀가스일 수 있다.
탑가스 주입부(130)에 의해 주입될 탑가스의 유량 및 버텀가스 주입부(150)에 의해 투입될 버텀가스의 유량은 용강의 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 요구되는 용강온도에 따라 다르게 설정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탑가스 및 버텀가스는 용강의 온도에 미치는 영향이 적은 아르곤(Argon)가스가 이용될 수 있다.
합금철 투입조업은 합금철 주입부(150)에 의해 수행된다. 일 실시예에 있어서 합금철 주입부(150)는 복수개의 호퍼(Hopper)로 구현될 수 있다. 합금철 주입부(150)가 복수개의 호퍼(Hopper)로 구현되는 경우, 호퍼에 저장된 석탄 또는 합금철 등이 호퍼의 하단에 구비된 배출구를 통해 정련로(110)의 상부를 통해 투입됨으로써 용강의 성분이 조정된다. 이때, 호퍼에 저장되는 석탄 또는 합금철은 각 호퍼 별로 미리 계획 및 측량된 양으로 혼합되어 있을 수 있다.
합금철 주입부(150)에 의해 주입될 합금철의 양은 정련로에서 수행되는 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 요구되는 용강온도에 따라 다르게 설정될 수 있다.
와이어 투입조업은 와이어 주입부(160)에 의해 수행된다. 와이어 주입부(160)는 정련로(110) 내로 와이어(Wire)를 주입함으로써 용강의 칼슘성분을 조정한다. 와이어 주입부(160)에 의해 주입될 와이어의 양은 정련로에서 수행되는 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 요구되는 용강온도에 따라 다르게 설정될 수 있다.
전원공급장치(170)는 전극봉(120)에 전력을 공급함으로써 전극봉(120)이 승온조업을 수행할 수 있도록 한다. 이때, 전원공급장치(170)가 전극봉(120)에 투입할 전력량은 용강온도에 따라 제어장치(180)에 의해 결정될 수 있다.
제어장치(180)는 하나의 조업 싸이클 내에서 조업자가 제어하기 원하는 시점인 타겟시점의 용강온도를 예측하고, 타겟시점의 용강온도를 목표온도까지 승온시키기 위한 승온전력량을 산출한다. 제어장치(180)는 승온전력량을 전원공급장치(170)로 제공함으로써 전원공급장치(170)가 타겟시점에 승온전력량에 해당하는 전력을 추가로 전극봉(120)에 투입하게 함으로써 타겟시점의 용강온도가 목표온도에 도달할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 제어장치(180)의 구체적인 구성을 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 보여주는 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치(180)는 데이터 보간부(210), 시작온도 설정부(220), 데이터 마트 생성부(230), 용강온도 모델링부(240), 용강온도 예측부(250), 승온전력량 모델 생성부(260), 승온전력량 산출부(270), 및 제어부(280)를 포함한다.
데이터 보간부(210)는 과거에 수행된 복수개의 조업 싸이클 별로 조업시작시점에서의 용강온도인 시작온도 및 복수개의 측온시점 별로 획득되는 용강의 복수개의 측정온도를 기초로 용강온도를 보간(Interpolation)함으로써 해당 싸이클에 포함된 각 시점 별 용강온도를 생성한다.
일반적으로, 용강온도는 고가의 측온용 프로브를 이용하여 측정되므로 30분 내지 40분 동안 수행되는 조업 싸이클의 매 시점 별로(예컨대, 매 분 단위) 용강온도를 측정할 수는 없고, 도 4에 도시된 그래프에서 알 수 있듯이 미리 정해진 측온시점에서만 용강의 온도를 측정할 수 밖에 없다.
하지만, 조업 싸이클 내의 모든 시점에서의 용강온도를 이용하는 것이 데이터 분석의 정확성을 향상시킬 수 있기 때문에 본 발명의 경우 도 4에서 도시된 그래프에서 알 수 있듯이 데이터 보간부(210)가 과거의 조업 싸이클에 대해 시작온도 및 복수개의 측정온도들을 기초로 용강온도를 보간함으로써 해당 조업 싸이클의 각 시점 별 용강온도를 생성하는 것이다.
시작온도 설정부(220)는 데이터 보간부(210)가 데이터 보간시 이용하는 조업시작시점에서의 용강온도인 시작온도를 설정한다. 일 실시예에 있어서, 시작온도 설정부(220)는 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이 이전공정의 완료 이후 이전공정으로부터 출발할 때의 용강온도인 출발온도로 설정될 수 있다.
하지만, 데이터 보간시 시작온도를 출발온도로 설정하는 경우, 용강이 이전공정에서 용강의 출발지점으로부터 정련로에서의 조업이 시작되는 조업시작지점까지 이동하는 이동시간(이하, '용강의 이동시간'이라 함) 동안 용강온도가 하락될 수 밖에 없어 도 4에 도시된 바와 같이, 시작온도와 제1 측온시점의 측정온도(이하, '제1 측정온도'라 함)와의 차이에 큰 갭이 발생하게 되므로 시작온도와 제1 측정온도 사이에 보간된 용강온도에 오차가 발생할 수 밖에 없다.
따라서, 다른 실시예에 따른 시작온도 설정부(220)는 이전공정으로부터 용강이 출발할 때 온도인 출발온도에서 상기 용강의 이동시간과 미리 정해진 온도하강비율을 승산한 값을 감산함으로써 시작온도를 보정할 수 있다. 이때, 미리 정해진 온도하강비율은 용강이 속하는 강종의 종류별로 다르게 설정될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 시작온도 설정부(220)는 이전공정으로부터 용강이 출발할 때 온도인 출발온도 및 제1 측정온도 간의 차이값과 상기 용강의 이동시간과 용강의 성분을 변수로 하는 시작온도 추정모델을 생성하고, 시작온도 추정모델의 각 변수들에 해당 조업 싸이클에서 획득되는 값들을 대입함으로써 해당 조업 싸이클에서의 시작온도를 추정할 수도 있다.
데이터 마트 생성부(230)는 데이터 보간부(210)에 의해 생성된 과거 조업 싸이클에서 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터를 수집 및 분석하여 데이터 마트(Data Mart)를 생성한다.
데이터 마트 생성부(230)는 수집된 데이터를 빅데이터 분석(예컨대, CRISP-DM: Cross-industry Standard Process for Data Mining) 기법을 이용하여 분석할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 각 시점에서 발생된 이벤트 데이터는, 해당시점에 승온을 위해 전극봉(120)에 투입된 전력량, 정련로(110)에 투입된 와이어량, 정련로(110)에 투입된 합금철량, 합금철을 투입한 호퍼의 식별번호, 투입된 합금철 명, 버텀버블링의 개시 및 종료시간, 버텀버블링을 위해 주입된 버텀가스 유량, 탑버블링의 개시 및 종료시간, 탑버블링을 위해 주입된 탑가스유량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
각 시점 별 용강온도 및 각 시점에서 발생된 이벤트 데이터를 이용하여 생성된 데이터 마트(500)의 일 예가 도 5에 도시되어 있다.
다시 도 4를 참조하면, 용강온도 예측모델 생성부(240)는 데이터 마트 생성부(230)에 의해 생성된 데이터 마트를 분석하여 타겟시점에서의 용강온도를 예측하기 위한 용강온도 예측모델을 생성한다.
일 실시예에 있어서, 용강온도 예측모델은 타겟시점의 용강온도가 타겟시점에 대한 변수, 승온전력량에 대한 변수, 타겟시점의 합금철 투입량에 대한 변수, 타겟시점의 와이어 투입량에 대한 변수, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량에 대한 변수, 및 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량에 대한 변수들의 함수로 표현된 형태로 생성될 수 있다.
용강온도 예측부(250)는 용강온도 예측모델의 각 변수들에 타겟시점의 설정값들을 각각 대입함으로써 타겟시점의 용강온도를 예측한다. 이때, 승온전력량, 합금철 투입량, 타겟시점의 와이어 투입량, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량, 및 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량은 하나의 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 미리 결정되어 있을 수 있다.
용강온도 예측부(250)는 조업자로부터 타겟시점에 대한 정보가 입력되면 타겟시점에서 예측된 용강온도를 조업자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 용강온도 예측부(250)는 HMI(Human Machine Interface)를 통해 조업자에게 타겟시점의 용강온도를 제공할 수 있다.
승온전력량 모델 생성부(260)는 데이터 마트 생성부(230)에 의해 생성된 데이터 마트를 분석하여 타겟시점의 용강온도를 목표온도까지 승온시키기 위해 요구되는 승온전력량 산출을 위한 승온전력량 모델을 생성한다.
구체적으로, 승온전력량 모델 생성부(260)는 데이터 마트 생성부(230)에 의해 생성된 데이터 마트의 분석을 통해 용강의 승온전력량에 영향을 미치는 복수개의 변수들을 선택하고, 선택된 변수들의 회귀계수 및 승온전력량의 회귀계수를 각각 산출함으로써 각 변수와 해당 변수의 회귀계수로 구성된 승온전력량 모델을 생성한다.
일 실시예에 있어서, 용강의 승온전력량에 영향을 미치는 복수개의 변수는
정련로(110)에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 제1 변수의 변경에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 조업 사이클 내에서 발생되는 조정변수를 포함할 수 있다. 이때, 승온전력량 모델에 포함되는 제1 변수, 제2 변수, 및 조정변수간의 관계는 조업 사이클 내의 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트를 분석함에 의해 결정된다.
일 실시예에 있어서, 조정변수는 제1 변수의 설정에 따라 결정되는 것으로서, 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수, 타겟시점의 와이어 투입량인 제4 변수, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수, 및 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량인 제6 변수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우 승온전력량 모델 생성부(260)에 의해 생성되는 승온전력량 모델은 제1 변수, 제3 내지 제6 변수 각각의 회귀계수를 제1 변수, 제3 내지 제6 변수에 승산한 값과 제2 변수를 합산한 값을 승온전력량의 회귀계수로 제산한 형태로 생성될 수 있다.
승온전력량 모델 생성부(260)에 의해 생성된 승온전력량 모들의 일 예는 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017129336556-pat00001
수학식 1에서, Y는 승온전력량을 나타내고, y는 승온전력량의 회귀계수를 나타내며, X1은 타겟시점인 제1 변수를 나타내고, x1은 제1 변수의 회귀계수를 나타내며, X2는 타겟시점의 용강온도 증가량인 제2 변수를 나타내며, X3는 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수를 나타내고, x3는 제3 변수의 회귀계수를 나타내며, X4는 타겟시점의 와이어 투입량인 제4 변수를 나타내고, x4는 제4 변수의 회귀계수를 나타내며, X5는 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수를 나타내고, x5는 제5 변수의 회귀계수를 나타내며, X6는 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량인 제6 변수를 나타내고, x6는 제6 변수의 회귀계수를 나타낸다.
이때, 제1 변수 및 제5 변수의 회귀계수는 음의 값을 갖고, 승온전력량의 회귀계수, 제 4 변수, 및 제6 변수의 회귀계수는 모두 양의 값을 가질 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수는 합금철의 종류 별로 설정된 복수개 제1 서브변수들로 구성될 수 있다. 이때, 복수개의 제1 서브변수들은 양의 회귀계수를 갖는 제1 그룹의 제1 서브변수 및 음의 회귀계수를 갖는 제2 그룹의 제1 서브변수로 구성될 수 있고, 제1 그룹에 포함된 제1 서브변수들은 각각 다른 회귀계수를 갖고 제2 그룹에 포함된 제1 서브변수들은 각각 다른 회귀계수를 가질 수 있다.
또한, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수는 정련로(110)의 하단에 형성된 제1 가스 주입구를 통해 주입되는 제1 버텀가스의 평균유량으로 정의되는 제2서브변수 및 정련로(110)의 하단에 형성된 제2 가스 주입구를 통해 주입되는 제2 버텀가스의 평균유량으로 정의되는 제3 서브변수로 구성될 수 있다. 이때, 제2 서브변수의 회귀계수 및 제3 서브 변수의 회귀계수는 모두 그 부호와 크기가 각각 다르게 설정될 수 있다.
승온전력량 산출부(270)는 승온전력량 모델 생성부(260)에 의해 생성된 승온전력량 모델의 제1 내지 제6 변수에 타겟시점에서 설정된 값들을 각각 대입함으로써 타겟시점에 투입될 승온전력량을 산출한다. 이때, 합금철 투입량, 타겟시점의 와이어 투입량, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량, 및 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량은 하나의 조업 싸이클 내에서 각 시점 별로 미리 결정되어 있을 수 있고, 타겟시점의 용강온도 증가량은 조업자로부터 입력되는 타겟시점의 목표 용강온도인 목표온도에서 용강온도 예측부(240)에 의해 예측된 타겟시점의 용강온도를 감산한 값으로 설정된다.
제어부(280)는 타겟시점이 도래하면 승온전력랑 산출부(270)에 의해 산출된 승온전력량이 전극봉(120)에 추가로 투입될 수 있도록 전원공급장치(170)를 제어한다. 이에 따라, 타겟시점의 용강온도가 목표온도를 추종하게 된다.
한편, 제어부(280)는 필요시 합금철 투입량, 와이어 투입량, 버텀가스 유량, 및 탑가스의 유량 중 적어도 하나를 추가로 조절함으로써 타겟시점의 용강온도가 목표온도를 추종하도록 할 수도 있다.
상술한 실시예에 있어서 제어부(280)가 직접 승온전력량이 전극봉(120)에 투입되도록 전원공급장치(170)를 제어하는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서 제어부(280)는 조업자로부터 타겟시점의 목표온도가 입력되면 승온전력랑 산출부(270)에 의해 산출된 승온전력량을 조업자에게 제공하고, 조업자가 전원공급장치(170)를 조절하도록 할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제어부(280)는 HMI(Human Machine Interface)를 통해 조업자에게 타겟시점의 승온전력량을 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 빅데이터 분석을 통해 다양한 변수들 중 용강의 온도에 영향을 미치는 변수들을 선별하여 용강온도 예측모델 및 승온전력량 모델을 산출하고, 용강온도 예측모델 및 승온전력량 모델을 이용하여 타겟시점의 용강온도는 물론, 타겟시점의 용강온도를 목표온도까지 승온시키기 위해 요구되는 승온전력량을 산출할 수 있기 때문에 종래에 조업자의 경험적 지식에 기반하여 용강의 온도를 제어하는 방식에서 탈피하여 명확한 기준에 따라 조업자가 조업을 수행하도록 할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 정련로의 온도 제어방법에 대해 설명한다. 도 6은 도 1에 도시된 정련로 온도 제어시스템의 제어장치에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 제어장치는 조업시작시점에서 용강의 시작온도 및 복수개의 측온시점에서 측정된 용강의 측정온도를 기초로 각 시점 별 용강온도를 생성한다(S600).
일 실시예에 있어서, 제어장치는 과거에 수행된 복수개의 조업 싸이클 별로 시작온도 및 측정온도를 기초로 용강온도를 보간(Interpolation)함으로써 해당 싸이클에 포함된 각 시점 별 용강온도를 생성할 수 있다.
본 발명에서 제어장치가 용강온도를 보간하는 이유는 용강온도의 경우 일회성의 소모성 설비인 측온용 프로브를 이용하여 측정되므로 비용절감을 목적으로 30분 내지 40분 동안 수행되는 조업 싸이클의 모든 시점 별로(예컨대, 매 분 단위) 용강온도를 측정할 수는 없기 때문이다.
이때, 시작온도는 이전공정의 완료 이후 이전공정으로부터 출발할 때의 용강온도인 출발온도로 설정될 수 있다.
하지만, 출발온도를 시작온도로 설정하는 경우 이전공정에서 용강의 출발지점으로부터 정련로에서의 조업이 시작되는 조업시작지점까지의 이동시간 동안 용강온도가 하락될 수 밖에 없어 시작온도가 부정확할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 제어장치는 시작온도를 보정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제어장치는 이전공정으로부터 용강이 출발할 때 온도인 출발온도에서 상기 이동시간과 미리 정해진 온도하강비율을 승산한 값을 감산함으로써 시작온도를 보정할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 제어장치는 상기 출발온도 및 제1 측정온도 간의 차이값, 상기 이동시간, 및 용강의 성분을 변수로 하는 시작온도 추정모델을 생성하고, 시작온도 추정모델의 각 변수들에 해당 조업 싸이클에서 획득되는 값들을 대입함으로써 해당 조업 싸이클에서의 시작온도를 추정할 수도 있다.
이후, 제어장치는 S600에서 생성된 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터를 수집 및 분석하여 데이터 마트를 생성한다(S610). 일 실시예에 있어서 제어장치는 수집된 데이터를 빅데이터 분석(예컨대, CRISP-DM: Cross-industry Standard Process for Data Mining) 방법론에 의거하여 분석할 수 있다.
상술한 실시예에서, 각 시점에서 발생된 이벤트 데이터는, 해당시점에 승온을 위해 전극봉에 투입된 전력량, 정련로에 투입된 와이어량, 정련로에 투입된 합금철량, 합금철을 투입한 호퍼의 식별번호, 투입된 합금철 명, 버텀버블링의 개시 및 종료시간, 버텀버블링을 위해 주입된 버텀가스 유량, 탑버블링의 개시 및 종료시간, 탑버블링을 위해 주입된 탑가스유량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각 시점 별 용강온도 및 각 시점에서 발생된 이벤트 데이터를 이용하여 생성된 데이터 마트의 일 예가 도 5에 도시되어 있다.
이후, 제어장치는 S610에서 생성된 데이터 마트를 분석하여 용강온도 예측모델 및 승온전력량 모델을 생성한다(S620). 구체적으로 제어장치는 용강온도 예측모델을 생성하기 위해, 누적되어 총 투입되는 전력량을 측정해야 하는 승온 전력량의 특성을 기반으로 적합한 데이터 마트를 재생성하고, 데이터 마트의 분석을 통해 용강온도에 영향을 미치는 복수개의 변수들을 선택하고 선택된 변수들의 회귀계수를 각각 산출함으로써 각 변수와 해당 변수의 회귀계수로 구성된 용강온도 예측모델을 생성한다. 일 실시예에 있어서, 용강온도 예측모델은 타겟시점의 용강온도가 타겟시점에 대한 변수, 승온전력량에 대한 변수, 타겟시점의 합금철 투입량에 대한 변수, 타겟시점의 와이어 투입량에 대한 변수, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량에 대한 변수, 및 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량에 대한 변수들의 함수로 형태로 정의될 수 있다.
한편, 제어장치는 승온전력량 모델을 생성하기 위해, 데이터 마트의 분석을 통해 승온전력량에 영향을 미치는 복수개의 변수들을 선택하고 선택된 변수들의 회귀계수를 각각 산출함으로써 각 변수와 해당 변수의 회귀계수로 구성된 승온전력량 모델을 생성한다. 일 실시예에 있어서, 승온전력량 모델은 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 제1 변수의 변경에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 조업 사이클 내에서 발생되는 조정변수의 함수 형태로 정의될 수 있다. 이때, 조정변수는 제1 변수의 설정에 따라 결정되는 것으로서, 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수, 타겟시점의 와이어 투입량인 제4 변수, 버텀버블링을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수, 및 탑버블링을 위한 탑가스 평균유량인 제6 변수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상술한 실시예에 따르는 경우 승온전력량 모델은 제1 변수, 제3 내지 제6 변수 각각의 회귀계수를 제1 변수, 제3 내지 제6 변수에 승산한 값과 제2 변수를 합산한 값을 승온전력량의 회귀계수로 제산한 형태로 생성될 수 있다.
이후, 제어장치는 승온전력량 모델에 포함된 제1 내지 제6 변수에 타겟시점에서 설정된 값들을 대입하여 상기 타겟시점의 용강온도 증가량을 달성하기 위한 승온전력량을 산출한다(S630). 이때, 제2 변수인 타겟시점의 용강온도 증가량은 타겟시점의 목표 용강온도인 목표온도에서 용강온도 예측모델을 이용하여 예측된 타겟시점의 용강온도를 감산한 값으로 설정된다.
이후, 제어장치는 타겟시점의 용강온도가 목표온도를 추종할 수 있도록 산출된 승온전력량이 정련로의 전극에 투입되도록 제어한다(S640).
상술한 실시예에 있어서 제어장치가 직접 승온전력량이 전극봉에 투입되도록 제어하는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서 제어장치는 조업자로부터 타겟시점의 목표온도가 입력되면 산출된 승온전력량을 조업자에게 제공하고, 조업자가 직접 전원공급장치를 조절하도록 할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 제어장치는 HMI를 통해 조업자에게 타겟시점의 승온전력량을 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 정련로의 온도 제어시스템 110: 정련로
120: 전극봉 130: 탑가스 주입부
140: 버텀가스 주입부 150: 합금철 주입부
160: 와이어 주입부 170: 전원공급장치
180: 제어부 210: 데이터 보간부
220: 시작온도 설정부 230: 데이터 마트 생성부
240: 용강온도 예측모델생성부 250: 용강온도 예측부
260: 승온전력량 모델 생성부 270: 승온전력량 산출부
280: 제어부

Claims (18)

  1. 전로에서 정련된 용강이 수납되는 정련로;
    투입되는 전력에 따라 상기 용강을 가열하여 상기 용강의 온도를 유지 또는 증가시키는 전극봉;
    상기 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 상기 타겟시점의 조정변수를 이용하여 승온전력량 모델을 생성하는 승온전력량 모델 생성부;
    상기 제1변수, 제2 변수, 및 조정변수에 상기 타겟시점에서 설정된 값들을 대입하여 상기 타겟시점의 용강온도 증가량을 달성하기 위한 승온전력량을 산출하는 승온전력량 산출부; 및
    상기 산출된 승온전력량을 상기 전극봉에 추가투입하여 상기 용강의 온도를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 조정변수는 상기 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수, 상기 타겟시점의 와이어(Wire) 투입량인 제4 변수, 버텀버블링(Buttom Bubbling)을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수, 및 탑버블링(Top Bubbling)을 위한 탑가스 평균유량인 제6 변수 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 승온전력량 모델생성부는 상기 조업 사이클 내의 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트(Data Mart)를 이용하여 상기 승온전력량의 회귀계수, 상기 제1 변수의 회귀계수, 및 상기 조정변수에 대한 회귀계수를 산출하고, 산출된 회귀계수를 상기 제1 변수 및 상기 조정변수에 각각 승산한 값과 상기 제2 변수를 합산한 결과값을 상기 승온전력량의 회귀계수로 제산한 형태의 승온전력량 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이벤트 데이터는 상기 해당시점에 승온을 위해 상기 전극봉에 투입된 전력량, 상기 정련로에 투입된 와이어량, 상기 정련로에 투입된 합금철량, 버텀버블링(Buttom Bubbling)을 위해 투입된 버텀가스유량, 및 탑버블링(Top Bubbling)을 위해 투입된 탑가스유량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조업 사이클 내의 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트를 이용하여 상기 타겟시점에서의 용강온도를 예측하기 위한 용강온도 예측모델을 생성하는 용강온도 예측모델 생성부; 및
    상기 용강온도 예측모델을 이용하여 상기 타겟시점의 용강온도를 예측하는 용강온도 예측부를 더 포함하고,
    상기 제2 변수의 값은 상기 타겟시점의 목표 용강온도인 목표온도에서 상기 타겟시점의 용강온도를 감산한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    조업시작시점에서 용강의 시작온도 및 복수개의 측온시점에서 측정된 용강의 측정온도를 기초로 용강온도를 보간(Interpolation)하여 상기 각 시점 별 용강온도를 생성하는 데이터 보간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시작온도를 설정하는 시작온도 설정부를 더 포함하고,
    상기 시작온도 설정부는 이전공정으로부터 상기 정련된 용강의 출발시 온도인 출발온도에서 상기 정련된 용강의 출발지점부터 조업시작지점까지의 이동시간과 미리 정해진 온도하강비율을 승산한 값을 감산하여 상기 시작온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 시작온도를 설정하는 시작온도 설정부를 더 포함하고,
    상기 시작온도 설정부는 이전공정으로부터 상기 정련된 용강의 출발시 온도인 출발온도 및 상기 측정온도 간의 차이값, 상기 정련된 용강의 출발지점부터 조업시작지점까지의 이동시간, 및 상기 용강의 성분을 기초로 생성된 시작온도 추정모델을 이용하여 상기 시작온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 승온전력량 모델생성부는 상기 조업 사이클 내의 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트를 이용하여 상기 승온전력량, 상기 제1 변수, 및 제3 변수 내지 제6 변수에 대한 회귀계수를 각각 산출하고,
    상기 제1 변수 및 상기 제5 변수의 회귀계수는 음의 값을 갖고, 상기 승온전력량의 회귀계수, 상기 제 4 변수, 및 상기 제6 변수의 회귀계수는 양의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 승온전력량 모델생성부는 상기 조업 사이클 내의 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트를 이용하여 상기 승온전력량, 상기 제1 변수, 및 제3 변수 내지 제6 변수에 대한 회귀계수를 각각 산출하고,
    상기 제3 변수는 합금철의 종류 별로 설정된 복수개 제1 서브변수들로 구성되고, 상기 복수개의 제1 서브변수들은 양의 회귀계수를 갖는 제1 그룹의 제1 서브변수 및 음의 회귀계수를 갖는 제2 그룹의 제1 서브변수로 구성되는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제5 변수는 상기 정련로의 하단에 형성된 제1 가스 주입구를 통해 주입되는 제1 버텀가스의 평균유량으로 정의되는 제2 서브변수 및 상기 정련로의 하단에 형성된 제2 가스 주입구를 통해 주입되는 제2 버텀가스의 평균유량으로 정의되는 제3 서브변수로 구성되는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어시스템.
  13. 조업시작시점에서 용강의 시작온도 및 복수개의 측온시점에서 측정된 용강의 측정온도를 기초로 각 시점 별 용강온도를 생성하는 단계;
    상기 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트를 생성하는 단계;
    상기 데이터 마트를 이용하여 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 타겟시점의 조정변수를 포함하는 승온전력량 모델을 생성하는 단계;
    상기 제1변수, 제2 변수, 및 조정변수에 상기 타겟시점에서 설정된 값들을 대입하여 상기 타겟시점의 용강온도 증가량을 달성하기 위한 승온전력량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 승온전력량을 정련로의 전극에 투입하여 상기 용강의 온도를 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 조정변수는 상기 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수, 상기 타겟시점의 와이어(Wire) 투입량인 제4 변수, 버텀버블링(Buttom Bubbling)을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수, 및 탑버블링(Top Bubbling)을 위한 탑가스 평균유량인 제6 변수 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 승온전력량 모델을 생성하는 단계에서, 상기 데이터 마트를 이용하여 상기 승온전력량의 회귀계수, 상기 제1 변수의 회귀계수, 및 상기 조정변수에 대한 회귀계수를 산출하고, 산출된 회귀계수를 상기 제1 변수 및 상기 조정변수에 각각 승산한 값과 상기 제2 변수를 합산한 결과값을 상기 승온전력량의 회귀계수로 제산한 형태의 승온전력량 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이벤트 데이터는 상기 해당시점에 승온을 위해 전극봉(120)에 투입된 전력량, 상기 정련로에 투입된 와이어량, 상기 정련로에 투입된 합금철량, 버텀버블링을 위해 투입된 버텀가스유량, 및 탑버블링을 위해 투입된 탑가스유량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 데이터 마트를 이용하여 상기 타겟시점에서의 용강온도를 예측하기 위한 용강온도 예측모델을 생성하는 단계; 및
    상기 용강온도 예측모델을 이용하여 상기 타겟시점의 용강온도를 예측하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 변수는 상기 타겟시점의 목표 용강온도인 목표온도에서 상기 타겟시점의 용강온도를 감산한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 시작온도는 이전공정으로부터 상기 용강의 출발시 온도인 출발온도에서 상기 용강의 출발지점부터 조업시작지점까지의 이동시간과 미리 정해진 온도하강비율을 승산한 값을 감산한 값으로 설정되거나 상기 출발온도 및 상기 측정온도 간의 차이값, 상기 이동시간, 및 상기 용강의 성분을 기초로 생성된 시작온도 추정모델을 이용하여 추정되는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도 제어방법.
  17. 삭제
  18. 정련된 용강이 수납되는 정련로에서 수행되는 조업 사이클 내의 복수의 시점들 중에서 설정된 적어도 하나의 타겟시점인 제1 변수, 상기 제1 변수의 변경에 따라 결정되는 용강온도 증가량인 제2 변수, 및 상기 조업 사이클 내에서 발생되는 조정변수를 포함하는 승온전력량 모델을 생성하는 승온전력량 모델 생성부를 포함하고,
    상기 조정변수는 상기 타겟시점의 합금철 투입량인 제3 변수, 상기 타겟시점의 와이어(Wire) 투입량인 제4 변수, 버텀버블링(Buttom Bubbling)을 위한 버텀가스 평균유량인 제5 변수, 및 탑버블링(Top Bubbling)을 위한 탑가스 평균유량인 제6 변수 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 승온전력량 모델생성부는 상기 조업 사이클 내의 각 시점 별 용강온도 및 해당시점에서 발생했던 이벤트 데이터로 구성된 데이터 마트(Data Mart)를 이용하여 상기 승온전력량의 회귀계수, 상기 제1 변수의 회귀계수, 및 상기 조정변수에 대한 회귀계수를 산출하고, 산출된 회귀계수를 상기 제1 변수 및 상기 조정변수에 각각 승산한 값과 상기 제2 변수를 합산한 결과값을 상기 승온전력량의 회귀계수로 제산한 형태의 승온전력량 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 정련로의 온도제어시스템.
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