KR102335753B1 - 용융로 냉각설비 냉각 프로세스 제어 방법 및 이를 이용하는 냉각설비 장치 - Google Patents

용융로 냉각설비 냉각 프로세스 제어 방법 및 이를 이용하는 냉각설비 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율적인 냉각 효율을 갖는 용융로 냉각설비 제어 방법 및 그에 따른 용융로 냉각설비 제어 장치에 관한 발명으로, 본 발명은 용융로 설계 조건에 기반하여 용융로 형상에 대한 열 플럭스 데이터를 3D 열 전달 모델로 구현하는 모델링을 수행하는 제 1 단계; 상기 3D 열 전달 모델에 수집한 조업 데이터를 입력하여, 상기 조업 데이터 및 상기 3D 열 전달 모델을 연동하는 제 2 단계; 상기 3D 열 전달 모델에 현재 냉각수 운전 데이터를 입력하면, 상기 용융로 내의 내화재 침식 두께에 따른 냉각수 운전 데이터 변화량을 출력하는 제 3 단계; 상기 조업 데이터 및 상기 냉각수 운전 데이터 변화량을 분석하여 상기 내화재 침식 두께를 판단하는 제 4 단계; 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 상기 현재 냉각수 운전 데이터를 보정하며, 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 냉각 프로세스를 수행하는 제 5 단계; 를 포함한다. 본 발명에 따르면 용융로 내 열 플럭스에 영향을 미치는 다양한 인자들을 고려하여 정확히 필요한 만큼의 냉각설비의 냉각수 운전 데이터를 제어할 수 있어 냉각 효율을 극대화할 수 있으며, 냉각 설비에서 낭비되는 냉각수를 저감시켜 비용 절감 및 에너지 효율을 높일 수 있다.

Description

용융로 냉각설비 냉각 프로세스 제어 방법 및 이를 이용하는 냉각설비 장치{COOLING PROCESS CONTROL METHOD OF COOLING FACILITY FOR MELTING FURNACE AND COOLING FACILITY USING THE SAME}
본 발명은 플랜트 용융설비에 관한 것으로, 용융로 냉각설비의 냉각 프로세스 제어 방법 및 상기 방법을 사용하는 냉각설비에 관한 것이다.
용융로는 로 안에 고온의 열이 발생하는 설비로, 그것을 제어하기 위한 냉각 설비가 필요하다. 로 안쪽의 용융물 때문에 내화재가 침식이 되면 외부의 철피가 점점 뜨거워지기 때문에 이를 식혀주기 위한 냉각 설비 및 그 안에 장입할 냉각수가 필요하며, 안에 유입시킬 냉각수의 양 및 냉각설비 용량을 계산할 필요가 있다.
종래에는 용융로에 센서를 설치하며, 특히, 상기 용융로의 높이별로 온도 측정 센서를 설치하여 상기 온도가 조업자들이 이상증세라고 판단할 수 있는 수치 이상이 되면 냉각수량을 조절하거나, 장치 이상으로 판단하고 설비의 교체시기를 판단하는 방식으로 용융로 냉각을 수행하였으며, 냉각설비를 설계할 때도 더 이상 사용할 수 없는 조업말기에 대해 열 플럭스(HEAT FLUX)를 측정하여 그에 따른 열 플럭스 제어를 고려하여 냉각설비 설계를 진행해왔다.
그러나 종래 방법은 용융로의 높이별 열 플럭스 변화만을 고려하여 냉각설비 용량을 결정하는 바 용융로 내부에 흐르는 고로의 설정이 바뀌거나 원주방향에 따른 둘레별로 달라지는 열 플럭스의 변화량을 고려할 수는 없고, 이미 더 이상 사용할 수 없을 정도로 내부 침식이 진행된 조업말기 기준으로 열 플럭스를 계산하여 냉각설비 용량을 결정하는 바, 수명이 다하기 전의 조업말기 기준으로 열 플럭스가 계산되어 필요한 냉각설비 용량보다 더 큰 용량을 요구하는 바 냉각 효율이 떨어지게 되었다.
또한, 조업 중에 원료 조건이나 용융물질 배출속도의 변동, 휴풍 등 조업이 안정적으로 유지되지 않아 열 플럭스의 경향을 정확하게 분석하기 어려워 조업 조건 및 내화재 구성 등에 따른 용융로 내부 열 플럭스를 다양한 시점에서 검토할 필요가 있다.
따라서, 냉각수에 대한 설정은 용융로의 구성, 용융로를 흐르는 고로의 구성, 냉각설비의 운전 조건 등 다양한 요소에 따라 달라져야 하며, 종래에는 이와 같은 조건을 반영하지 않은 열 플럭스 산출로 최적화된 냉각설비 용량을 설계할 수 없었으며, 종래에 내화재의 표면온도 입력 조건을 주고 그에 따라 냉각수의 온도를 예측하는 온도 해석 기법과 달리, 역으로 냉각수의 온도에 따른 내화재의 표면 온도를 해석하고 이를 바탕으로 열 플럭스 변화량을 계산하여, 상기 열 플럭스에 영향을 주는 모든 인자들을 고려한 열 플럭스 다이어그램의 3차원 설계가 필요하다.
본 발명은 냉각수 온도 또는 냉각수량을 통해 열 플럭스라는 용융로 내부 열량을 구하고 이 과정에서 다양한 인자를 고려한 3D 열 전달 모델로 정확한 냉각설비 용량을 계산하여 냉각설비를 제어하여 냉각 효율을 높인 발명을 제공하고자 한다.
본 발명은 용융로 설계 조건에 기반하여 용융로 형상에 대한 열 플럭스 데이터를 3D 열 전달 모델로 구현하는 모델링을 수행하는 제 1 단계; 상기 3D 열 전달 모델에 수집한 조업 데이터를 입력하여, 상기 조업 데이터 및 상기 3D 열 전달 모델을 연동하는 제 2 단계; 상기 3D 열 전달 모델에 현재 냉각수 운전 데이터를 입력하면, 상기 용융로 내의 내화재 침식 두께에 따른 냉각수 운전 데이터 변화량을 출력하는 제 3 단계; 상기 조업 데이터 및 상기 냉각수 운전 데이터 변화량을 분석하여 상기 내화재 침식 두께를 판단하는 제 4 단계; 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 상기 현재 냉각수 운전 데이터를 보정하며, 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 냉각 프로세스를 수행하는 제 5 단계; 를 포함하는 용융로 냉각설비 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용융로 설계 조건은, 용융로의 높이, 용융로의 원주 방향, 용융로의 높이 별 둘레, 용융로의 용량, 용융로의 구성 재료 및 상기 구성 재료의 물성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조업 데이터는, 용융물의 원료 구성, 용융물 배출 속도, 용융로 조업 기간, 용융로 내부에 설치된 서모 커플(Thermo-Couple)의 온도, 상기 내화재 침식 두께에 따른 열 플럭스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각수 운전 데이터는 냉각수 유속, 냉각수량, 냉각수의 온도 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 용융로 냉각설비 제어 방법은, 용융로 냉각설비의 용량을 설계할 때, 상기 내화재 침식 두께를 일정 수치 이하로 설정하여 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 상기 냉각설비 용량을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 5 단계는, 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 보정된 냉각수 운전 데이터를 저장부에 저장하여, 상기 3D 열 전달 모델의 업데이트를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 4 단계에 있어서, 판단한 상기 내화재 침식 두께를 기반으로 상기 용융로 내부의 로 교체시기를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 상기 방법을 컴퓨터 상에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 용융로 설계 조건 및 조업 데이터를 저장하며, 상기 용융로 설계 조건 및 상기 조업 데이터에 따른 열 플럭스 데이터를 데이터베이스화 하여 저장하는 저장 모듈; 상기 저장 모듈에 저장된 데이터를 기반으로 3D 열 전달 모델을 모델링하여 디스플레이하는 디스플레이 모듈; 상기 3D 열 전달 모델에 입력된 현재 냉각수 운전 데이터에 따라 용융로 내화재의 표면 온도를 계산하며, 상기 표면 온도를 기반으로 상기 용융로 내의 내화재 침식 두께에 따른 상기 열 플럭스 데이터 변화를 계산하는 분석 모듈; 상기 열 플럭스 데이터 변화를 기반으로 냉각수의 운전 데이터를 출력하여, 현재 냉각수 운전 데이터를 상기 냉각수 운전 데이터에 따라 보정하는 보정 모듈; 을 포함하는 용융로 냉각설비 제어 장치를 제공한다.
용융로 내 열 플럭스에 영향을 미치는 다양한 인자들을 고려하여 정확히 필요한만큼의 냉각설비 용량을 제어할 수 있어 냉각 효율을 극대화할 수 있으며, 냉각 설비에서 낭비되는 용량을 저감시켜 비용 절감 및 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1 은 종래 기술에서 열 플럭스 기준치에 따른 냉각수 운전 데이터를 통해 냉각 설비를 제어하는 과정의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2b는 상이한 냉각 타입의 냉각 설비가 동일한 용융로 냉각설비의 높이 및 둘레 변화에 따라 가지는 열 플럭스 그래프이다.
도 3 은 용융로 냉각 설비의 냉각 프로세스 제어 방법에 관한 플로우 차트이다.
도 4 는 동일 높이의 용융로 내부로 유입되는 냉각수 운전 데이터를 기반으로 내화재 침식 두께별 열 플럭스를 계산하는 과정의 개략도이다.
도 5 는 용융로에 열흡수도가 상이한 구성 설비 사용시 높이 별 열 플럭스 변화량을 도시한 것이다.
용융로 내의 열 플럭스(HEAT FLUX)에 따라 용융로 냉각설비가 장입하는 냉각수 운전 데이터가 달라져야 하며, 냉각설비의 최적 용량을 분석하여 냉각 효율을 극대화하기 위해 열 플럭스에 영향을 미치는 다양한 인자를 고려할 수 있는 용융로 냉각 설비의 냉각 프로세스 제어 방법 및 이를 이용한 냉각 설비를 이하에서 설명하도록 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 명확하고 상세하게 설명하며, 도면은 예시적이고 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며 이로 인해 청구범위가 제한되지 않는다.
도 1 은, 종래기술에서 용융로 냉각 설비의 용량을 설계하는 방법의 개략도를 도시한 것이다.
종래 기술은 용융로 내에서 돌아가고 있는 냉각수의 온도 또는 설치되어 있는 온도 센서의 온도를 통해 내부 열 플럭스 기준치를 추정하며, 상기 열 플럭스 기준치에 대응하는 냉각수량 또는 냉각수 온도 등의 냉각수 운전 데이터를 설정하여 최종적으로 냉각설비의 용량을 제어하였다.
구체적으로, 용융로 냉각 설비 내의 냉각수관 개수 및 직경, 냉각수 유속을 통해 냉각수량(
Figure 112019128725515-pat00001
)를 결정하며, 상기 열 플럭스 기준치 및 상기 냉각수량을 기반으로 냉각수온 변화를 예상하여, 상기 냉각수량 및 냉각수의 온도 변화 예상을 반영하여 열교환기 용량을 결정하고, 상기 냉각수량을 반영하여 펌프 용량을 결정하는 방법으로 제어를 수행하였다.
이는 용융로 내부 설비에 따른 대락적인 냉각 설비 용량을 제어할 수는 있으나, 이후 내부 설비 조건이 바뀌거나 용융물의 성분이 달라지는 등 설계타입에 변동이 생기면 이를 반영하여 냉각 설비의 냉각 프로세스를 위한 용량을 제어할 수 없다.
구체적으로, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 용융로 냉각설비의 냉각 타입 및 용융로의 높이 및 둘레에 따라 열 플럭스의 바리에이션이 다양한 것을 볼 수 있다. 도 2a의 냉각 타입(냉각 타입 1)과 도 2b의 냉각 타입(냉각 타입 2)이 상이할 경우, 용융로의 높이 및 둘레가 동일하더라고 열 플럭스의 값에 차이가 발생함을 알 수 있다. 예를 들어, 같은 둘레를 갖는 경우에도 냉각 타입 1에서는 높이에 따라 V 자 형태의 열 플럭스를 가지나, 냉각 타입 2 에서는 높이에 따라 완만한 곡선형으로 상승하는 열 플럭스 형태를 가진다.
따라서, 열 플럭스는 냉각 타입, 용융로 높이, 용융로 둘레 등 다양한 인자에 따라 달라지므로, 본 발명은 용융로 설계 조건 및 조업 데이터에 따른 3D 열 전달 모델을 구축하며, 냉각수의 온도 및 냉각수량 등 냉각수 운전 데이터를 입력하여 내화재 침식 두께에 따라 보정된 냉각수 운전 데이터를 얻어 이를 바탕으로 정확한 용융로 냉각 설비의 용량을 제어할 수 있다.
도 3 은, 본 발명에 따른 용융로 냉각 설비의 용량을 설계하는 방법에 대한 플로우 차트를 도시한 것이다.
S101에 있어서, 용융로 설계 조건에 기반하여 용융로 형상에 대한 열 플럭스 데이터를 3D 열 전달 모델로 구현하는 모델링을 수행할 수 있다.
상기 S101에 있어서, 상기 용융로 설계 조건은, 용융로의 높이, 용융로의 높이 별 둘레, 용융로의 용량, 용융로의 원주 방향, 용융로의 구성 재료 및 상기 구성 재료의 물성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
열 플럭스는 냉각 설비 운전 데이터인 냉각수 온도차(Delta T, ℃), 냉각수 유량(
Figure 112019128725515-pat00002
) 및 냉각표면적(㎡)에 따라서도 달라지지만, 그 외의 용융로의 조업 조건이나 냉각방식 및 내화재의 종류 등의 용융로 설계 조건에 따라서도 열 플럭스가 변화할 수 있다.
구체적으로, 용융로 설계 조건은 용융로의 높이, 용융로의 둘레, 용융로의 원주 방향, 내화재의 종류 및 고로 냉각방식 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 용융로의 높이에 대해 상부, 중부, 하부로 구분할 수 있으며, 상부 및 중부에 위치한 로의 경우 열 플럭스가 하부에 비해 높지 않아 하부보다 적은 양의 냉각수 사용이 가능하며, 내화재가 침식된 경우 보수도 가능하지만, 반면에 로의 하부는 용융로 내부에서 쇳물을 사용하여 녹이 생기는 바 열 플럭스가 더 높고 냉각수가 더 많이 사용되어야 하며, 보수도 불가능하다.
또한, 용융로의 동일 높이의 원주 방향에서도 열 플럭스의 편차가 발생할 가능성이 높아 동일 높이의 열 플럭스를 동일하다고 설정하고 냉각설비를 설계할 경우 상대적으로 열 플럭스가 작게 설계된 부분은 내화재가 과침식되어 설계수명이 저하될 가능성이 높다.
따라서, 용융로 자체의 설계 조건을 바탕으로 한 3D 열 전달 모델로 모델링을 수행하여야 한다.
S102에 있어서, 상기 3D 열 전달 모델에 수집한 조업 데이터를 입력하여, 상기 조업 데이터 및 상기 3D 열 전달 모델을 연동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조업 데이터는 용융물의 원료 구성, 용융물 배출 속도, 용융로 조업 기간, 용융로 내부에 설치된 서모 커플(Thermo-Couple)의 온도, 상기 내화재 침식 두께에 따른 열 플럭스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 상기 예시에 구속되지 않으며 본 발명과 모순되지 않는 한 다른 조업 데이터도 고려될 수 있다.
즉, 조업 데이터는 용융로 내부를 흐르는 용융물의 원료 구성 및 용융물 배출속도와 같은 조업 조건을 의미하며, 구체적으로 고로의 경우, 용융물 배출속도에 영향을 미치는 송풍 온도, 철 함량, 내부 압력, 용선 중 Si 함량, 슬래그발생량, 연료 종류 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 출선비가 1.5 T/d/㎥ 이하이며, 원료가 괴광(lump ore)으로 구성되어 있는 경우 열 플럭스는 9 내지 34 Mcal/㎡/hr 변화량을 가지나, 출선비가 1.5 T/d/㎥ 내지 2,2 T/d/㎥ 범위에 있으며, 원료가 괴광 및 sinter로 구성되어 있는 경우 열 플럭스는 22 내지 82 Mcal/㎡/hr 의 변화량을 가질 수 있다. 즉, 용융물의 배출속도 및 원료 구성에 따라도 열 플럭스가 달라질 수 있어 용융로 설계 조건만을 고려하여 3D 열 전달 모델을 모델링할 경우 정확한 냉각 설비 제어가 불가능하며 조업 데이터까지 고려하여 열 플럭스에 영향을 미치는 모든 인자를 입력받아 3D 열 전달 모델을 연동하여야 한다.
S101~S102를 통해 용융로 형상에 따라 달라지는 열 플럭스 데이터 뿐만 아니라 원료 구성 등 조업 데이터에 따라 달라지는 열 플럭스 데이터도 고려한 3D 열 전달 모델을 구현하여 냉각설비 용량을 제어할 수 있다.
S103 에 있어서, 상기 3D 열 전달 모델에 현재 냉각수 운전 데이터를 입력하면, 상기 용융로 내의 내화재 침식 두께에 따른 냉각수 운전 데이터 변화량을 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각수 운전 데이터는 냉각수 유속, 냉각수량, 냉각수의 온도 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 냉각 설비의 현재 냉각수 운전 데이터인 냉각수의 온도 변화량(ΔT) 및 냉각수량(Q)를 바탕으로 내화재 내부의 표면온도를 구할 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 냉각수의 유량 Q가 5404
Figure 112019128725515-pat00003
, 냉각수가 용융로 내에 유입된 온도 및 유출된 온도의 차이인 냉각수의 온도 변화량 ΔT 가 0.25℃ 인 현재 냉각수 데이터를 획득한 경우, 반응 표면 분석법(RSD, Response Surface Design)을 활용하여 상기 냉각수 데이터에 대응되는 반응 변수인 내화재 표면 온도를 통계적 분석하여 104.25℃ 라는 표면 온도를 획득할 수 있다.
상기 획득한 표면 온도를 활용하여 이후 용융로 내부의 구성에 따른 침식 두께별 열 플럭스를 계산할 수 있다.
3D 열 전달 모델은 반응 표면 분석법을 통해 구한 표면 온도를 일반 열 해석 기법을 활용하여 내화재 침식두께를 고려하여 열 플럭스 변화량을 계산할 수 있으며, 그에 따라 냉각수가 유출될 때까지의 열 플럭스 변화량을 계산하여 열 플럭스 데이터를 보정을 위한 냉각수 운전 데이터 변화량을 출력할 수 있다.
즉, 단순히 용융로 설비 및 내부 용융물의 구성에 따라서만 일괄적으로 열 플럭스를 계산하는 것이 아니라, 내화재 표면 온도를 구한 것으로부터 냉각수 이동에 따른 열 플럭스 변화를 계산하여 내화재 침식 두께를 고려하여 냉각수 운전 데이터 변화량을 계산할 수 있으며, 최종적으로 계산된 냉각수의 운전데이터를 통해, 예를 들어, 도 4에 도시된바와 같이, Q가 5404
Figure 112019128725515-pat00004
,ΔT 가 0.25℃ 내지 3.8℃가 출력된 경우 내부 내화재의 침식 정도 및 발생되는 열 플럭스를 판단하여, 냉각수의 운전 데이터를 조절하거나 용융로 냉각설비의 용량을 설계할 수 있다.
S104에 있어서, 상기 조업 데이터 및 상기 냉각수 운전 데이터 변화량을 분석하여 상기 내화재 침식 두께를 판단할 수 있다.
또한, 상기 S105에서, 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 상기 현재 냉각수 운전 데이터를 보정하며, 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 냉각 프로세스를 수행할 수 있다.
상기 출력된 냉각수 운전 데이터를 통해 내화재가 침식된 정도를 알 수 있으며, 내화재가 침식된 만큼 냉각수 유량을 늘리거나 냉각수 온도를 낮추는 등 침식 두께만큼의 조절을 하여 냉각설비의 용량을 최적으로 조절할 수 있으며, 이를 통해 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융로 냉각설비의 용량을 설계할 때, 상기 내화재 침식 두께를 일정 수치 이하로 설정하여 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 상기 냉각설비 용량을 결정할 수 있다.
이 경우, 내화재 침식 두께는 내화재가 침식되지 않은 초기 조업 데이터에 따라 0으로 두고, 상기 S101~S105를 거쳐 얻은 냉각설비의 용량에 따라 냉각 효율을 극대화한 냉각 설비 용량 설계를 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 판단한 상기 내화재 침식 두께를 기반으로 상기 용융로 내부의 로 교체시기를 판단하는 단계 또는 용융로 내부로 장입시킬 냉각수의 후속 운전 데이터를 결정하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 수행할 수 있다.
구체적으로 이미 설계된 용융로의 열 플럭스 데이터를 구하는 경우 후속으로 용융로 내부로 장입시킬 냉각수 온도, 냉각수량 등을 결정할 수도 있으나, 최종적으로 얻은 냉각수의 온도 변화량 ΔT 가 5℃를 초과하면, 로 내부의 내화재가 더 이상 사용할 수 없는 상태라는 것을 판단하여 로 교체 시기를 결정할 수도 있다.
따라서, 냉각수 운전 데이터 변화량을 통해 상기 용융로의 로 교체시기를 가늠할 수 있으며, 수치가 너무 높아 용융로 보수가 불가능할 경우, 설비 자체를 폐기하고 새로 설계하여야 한다는 것을 조업자에게 알릴 수 있다.
용융로 내화재에 대한 침식은 전체 내화재에 일괄되게 이루어지는 것이 아니라 특정 부분이 특히 더 침식되거나, 흠이 생기거나 깨지는 등의 방식으로 진행되며, 그에 따라 내부 열 플럭스 변화량이 달라져서 이에 대해 필요한 냉각수 운전 데이터도 달라지게 되는 바, 이를 고려하여 도 4 에 도시된 용융로 최외각의 철피의 원하는 온도를 계산하여 상황을 해석을 통해 역으로 구하는 것이다.
또한, 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 보정된 냉각수 운전 데이터를 저장부에 저장하여, 상기 3D 열 전달 모델의 업데이트를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
S101~S105를 거쳐 획득한 데이터를 그대로 삭제하는 것이 아니라 저장부에 저장하여 용융로 데이터 및 조업 데이터, 침식두께에 따른 냉각수 제어 정보를 저장하여 냉각수 용량의 정확도를 더 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 데이터에서 상기 구성 재료의 물성이 열흡수량으로 선택되고, 상기 선택된 열흡수량을 기반으로 3D 열 전달 모델링을 수행하여, 열흡수량이 높은 설비 구성 재료로 용융로 냉각설비를 설계할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 용융로(Blast furnance)의 높이에 따라 트롯(Throat), 상부 샤프트(Upper shaft), 중부 샤프트(Middle shaft), 하부 샤프트(Lower shaft), 벨리(Belly), 조안(Bosh) 및 바닥(Hearth)으로 구분되는 용융로가 존재하며, 열흡수량이 높은 고열전도 타입으로 용융로를 설계한 경우(점선으로 도시), 열흡수량이 낮은 저열전도 타입으로 용융로를 설계한 경우(실선으로 표시)에 열 플럭스의 변화량이 상이하다.
구체적으로 살펴보면, 고열전도 타입은 열흡수량이 높아 냉각수가 지나가면서 쉽게 열을 전도하여, 더 낮은 유량의 냉각수를 사용하더라도 저열전도 타입보다 더 빨리 열 플럭스를 제어할 수 있어 냉각탑 및 냉각 펌프를 포함하는 냉각 설비의 용량을 저감시킬 수 있다.
예를 들면, 고열전도 타입으로 구리, 흑연(Graphite) 등이 있을 수 있으며, 저열전도 타입으로 주철, 알루미나 등이 있을 수 있다. 본 발명의 예시적인 기재에 불과하며 상기 예시로 청구범위 제한되지 않는다.
따라서, 본 발명은 플랜트 용융설비에 적용 가능한 기술로, 고온 상태의 용융물이 포함되어 주기적으로 배출시키는 용융로에서 광석을 용융시켜 금속을 제조하는 고로(Blast Furnance) 및 용융환원전기로(Submerged Arc Furnace) 등에는 반드시 냉각설비가 필요하며, 상기 용융로의 냉각설비의 냉각 용량을 설계하는데에 본 발명의 3D 열 전달 모델을 통하여 냉각 효율을 최대로 끌어올릴 수 있는 냉각설비 용량을 설계할 수 있으며, 이를 통해 다양한 인자에 따른 열 플럭스 변화를 3차원 매핑하여 용융로 설계시 냉각설비 설계부터, 조업시 냉각수 운전 데이터 제어까지 다양하게 활용할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로 용융로 냉각설비 제어 장치를 제공하며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융로 설계 조건 및 조업 데이터를 저장하며, 상기 용융로 설계 조건 및 상기 조업 데이터에 따른 열 플럭스 데이터를 데이터베이스화 하여 저장하는 저장 모듈, 상기 저장 모듈에 저장된 데이터를 기반으로 3D 열 전달 모델을 모델링하여 디스플레이하는 디스플레이 모듈, 상기 3D 열 전달 모델에 입력된 현재 냉각수 운전 데이터에 따라 용융로 내화재의 표면 온도를 계산하며, 상기 표면 온도를 기반으로 상기 용융로 내의 내화재 침식 두께에 따른 상기 열 플럭스 데이터 변화를 계산하는 분석 모듈, 상기 열 플럭스 데이터 변화를 기반으로 냉각수의 운전 데이터를 출력하여, 현재 냉각수 운전 데이터를 상기 냉각수 운전 데이터에 따라 보정하는 보정 모듈을 포함할 수 있다.
상기 S101~S105 방법을 실행할 수 있는 장치를 의미하며, 본 발명과 모순되지 않는 한 상기 용어에 제한되지 않는다.

Claims (9)

  1. 용융로 설계 조건에 기반하여 용융로 형상에 따라 가변되는 열 플럭스 데이터를 3D 열 전달 모델로 구현하는 모델링을 수행하는 제 1 단계;
    상기 3D 열 전달 모델에 수집한 조업 데이터를 입력하여, 상기 조업 데이터에 따라 가변되는 열 플럭스 데이터를 상기 3D 열 전달 모델에 연동하는 제 2 단계;
    상기 3D 열 전달 모델에 현재 냉각수 운전 데이터를 입력하고, 상기 가변되는 열 플럭스 데이터에 따라 달라진 냉각수 운전 데이터 출력을 기초로 냉각수 운전 데이터 변화량을 출력하는 제 3 단계;
    상기 조업 데이터 및 상기 냉각수 운전 데이터 변화량을 분석하여 내화재의 표면 온도 및 내화재 침식 두께를 판단하는 제 4 단계;
    상기 내화재의 표면 온도 및 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 상기 현재 냉각수 운전 데이터를 보정하며, 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 냉각 프로세스를 수행하는 제 5 단계;를 포함하며,
    상기 용융로 설계 조건은, 용융로의 높이, 용융로의 원주 방향에 따른 둘레 차이, 용융로의 높이 별 둘레, 용융로의 용량, 용융로의 구성 재료 및 상기 구성 재료의 물성을 포함하고,
    상기 조업 데이터는, 용융물의 원료 구성, 용융물 배출 속도, 용융로 조업 기간, 용융로 내부에 설치된 서모 커플(Thermo-Couple)의 온도 및 상기 내화재 침식 두께에 따른 열 플럭스를 포함하며,
    상기 냉각수 운전 데이터는 냉각수 유속, 냉각수량 및 냉각수의 온도 변화를 포함하는 용융로 냉각설비 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융로 냉각설비 제어 방법은,
    용융로 냉각설비의 용량을 설계할 때, 상기 내화재 침식 두께를 일정 수치 이하로 설정하여 상기 내화재 침식 두께를 반영하여 보정된 냉각수 운전 데이터에 따라 상기 냉각설비 용량을 결정하는, 용융로 냉각설비 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    상기 내화재 침식 두께를 반영하여 보정된 냉각수 운전 데이터를 저장부에 저장하여, 상기 3D 열 전달 모델의 업데이트를 수행하는 단계를 더 포함하는, 용융로 냉각설비 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계에 있어서, 판단한 상기 내화재 침식 두께를 기반으로 상기 용융로 내부의 로 교체시기를 판단하는 단계를 더 포함하는, 용융로 냉각설비 제어 방법.
  8. 제 1 항, 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터 상에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체.
  9. 용융로 설계 조건 및 조업 데이터를 저장하며, 상기 용융로 설계 조건 및 상기 조업 데이터에 따른 열 플럭스 데이터를 데이터베이스화 하여 저장하는 저장 모듈;
    상기 저장 모듈에 저장된 데이터를 기반으로 3D 열 전달 모델을 모델링하여 디스플레이하는 디스플레이 모듈;
    상기 3D 열 전달 모델에 입력된 현재 냉각수 운전 데이터와 출력된 현재 냉각수 운전 데이터에 따라 용융로 내화재의 표면 온도를 계산하며, 상기 표면 온도를 기반으로 상기 용융로 내의 내화재 침식 두께에 따른 상기 열 플럭스 데이터 변화를 계산하는 분석 모듈;
    상기 열 플럭스 데이터 변화를 기반으로 다음 냉각수의 운전 데이터를 결정하여, 현재 냉각수 운전 데이터를 상기 다음 냉각수 운전 데이터에 따라 보정하는 보정 모듈;을 포함하며,
    이때 상기 용융로 설계 조건은, 용융로의 높이, 용융로의 원주 방향에 따른 영역 차이, 용융로의 높이 별 둘레, 용융로의 용량, 용융로의 구성 재료 및 상기 구성 재료의 물성을 포함하고,
    상기 조업 데이터는, 용융물의 원료 구성, 용융물 배출 속도, 용융로 조업 기간, 용융로 내부에 설치된 서모 커플(Thermo-Couple)의 온도 및 상기 내화재 침식 두께에 따른 열 플럭스를 포함하며,
    상기 냉각수 운전 데이터는 냉각수 유속, 냉각수량 및 냉각수의 온도 변화를 포함하는 용융로 냉각설비 제어 장치.
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