KR102606436B1 - 용해로 시스템, 그리고 이를 위한 보일링 예측시스템 및 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 용해로의 보일링 예측시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 용해로의 보일링 예측시스템은, 용해로 내부의 보일링 발생 가능성을 예측하기 위한 보일링 예측 시스템에 있어서, 용해로에 구비되는 배기가스 덕트를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 모니터링부 및 상기 냉각수 모니터링부의 온도 측정 결과를 기반으로 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 데이터 분석부를 포함한다.

Description

용해로 시스템, 그리고 이를 위한 보일링 예측시스템 및 예측방법{Melting Furnace System, and Boiling Prediction System and Prediction Method for This}

본 발명은 용해로 시스템, 그리고 이를 위한 보일링 예측시스템 및 예측방법에 관한 것이다.

제철 산업의 철강 소재 생산 공정은 크게 광석을 주원료로 사용하는 고로-전로 생산 체계와, 생산된 철강소재를 활용하여 제품화한 후 회수/재활용되는 스크랩(Scrap)을 주원료로 사용하는 전기로 생산 체계로 구분할 수 있다.

고로-전로 체계는 광석에서 기인하는 용강의 처녀성을 기반으로 고품질 제품, 주로 표면 결함 등에 민감한 판재 생산에 널리 활용되고 있다.

그리고 전기로는 제품화 시 첨가되거나 회수 시 혼입되는 불순물(Cu, Sn, Cr, Mo, Ni 등의 Tramp 원소)에 영향을 받는 스크랩을 사용하며, 주로 고강도를 요구하는 봉/형강 생산에 적용되는 것이 일반적이다.

또한 전기로에서는 고급강 생산을 위해 다량의 탄소(C)가 포함된 주원료(선철, DRI 등) 투입하게 되는데, 이와 같은 주원료 투입 과정에서는 산소 투입 패턴 등과 같은 다양한 변수에 대한 복합적인 검토가 필수적으로 요구된다.

그 이유는 주원료에 포함되어 있는 탄소(C)의 탈탄 반응 때문으로, 탈탄 반응을 조업 과정 중 용해기부터 적절히 제어하여야 할 필요가 있다. 이에 실패하게 될 경우에는 조업 후반에 다량의 탄소에 의한 탈탄 반응이 고온에서 이루어지면서 보일링(Boiling)과 같은 조업 사고가 발생할 수 있기 때문이다.

보일링은 로내에서 급격히 증가한 일산화탄소(CO) 가스가 산소(O₂)와 반응하여 용탕 내의 온도가 급상승하고, 폭발 및 화염을 동반하는 현상을 말한다.

이와 같은 보일링 현상이 발생할 경우에는 화재 발생의 위험이 매우 높은 것은 물론, 용강 회수율 감소, 설비 수명 감소, 인사 사고 발생 등 다양한 문제점이 발생할 수 있다.

따라서 이와 같은 문제점을 방지하기 위한 방법이 요구된다.

한국공개특허 제10-2002-0052094호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 용해로에서 발생하는 보일링을 사전 예측하고, 이를 기반으로 로내의 탈탄 반응을 적절하게 제어함에 따라 안정적인 조업이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제 해결을 위한 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측시스템은, 본 발명에 따른 용해로의 보일링 예측시스템은, 용해로 내부의 보일링 발생 가능성을 예측하기 위한 보일링 예측 시스템에 있어서, 용해로에 구비되는 배기가스 덕트를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 모니터링부 및 상기 냉각수 모니터링부의 온도 측정 결과를 기반으로 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 데이터 분석부를 포함한다.

이때 상기 데이터 분석부는, 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서, 상기 냉각수 모니터링부에 의해 측정된 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 것으로 판단된 경우, 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 보일링 가능 상황인 것으로 판단할 수 있다.

그리고 본 발명은 보일링이 발생할 가능성을 저감시키는 후속조치부를 더 포함하며, 이와 같은 경우 상기 데이터 분석부는, 상기 조업 초기 구간에서 상기 보일링 가능 상황인 것으로 판단된 경우, 상기 후속조치부에 후속 조치가 이루어지도록 제어 명령을 전송할 수 있다.

또한 상기 후속조치부는, 상기 용해로 내부에 탈탄 반응을 보조하기 위한 반응가스를 공급하는 가스공급유닛 및 상기 가스공급유닛에 공급되는 반응가스가 저장되는 가스저장탱크를 포함할 수 있다.

여기서 상기 반응가스는 산소를 포함할 수 있다.

그리고 상기 냉각수 모니터링부는, 냉각수의 온도를 감지하여 온도센싱값을 생성하는 냉각수 온도측정부를 포함할 수 있다.

한편 상기 냉각수 온도측정부는 복수 개가 구비되어 서로 다른 위치에서 냉각수의 온도를 측정하고, 이와 같은 경우 상기 데이터 분석부는 상기 복수 개의 냉각수 온도측정부의 온도센싱값을 종합하여 대표 온도센싱값을 도출할 수 있다.

더불어 상기 냉각수 모니터링부는, 냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 생성하는 냉각수 유량측정부를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 과제 해결을 위한 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법은, 용해로 조업 과정을 수행하는 과정에서 냉각수 모니터링부를 통해 용해로에 구비되는 배기가스 덕트를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각수의 온도를 측정하여 온도센싱값을 생성하는 단계, 상기 냉각수 모니터링부가 상기 온도센싱값을 데이터 분석부에 전송하는 단계 및 상기 데이터 분석부가 온도센싱값을 기반으로 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계를 포함한다.

이때 상기 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계는, 상기 데이터 분석부가 상기 온도센싱값이 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서 발생하였는지를 판단하는 단계, 상기 온도센싱값이 조업 초기 구간에서 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 데이터 분석부가 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인지를 판단하는 단계 및 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 것으로 판단된 경우, 상기 데이터 분석부가 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 보일링 가능 상황인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계 이후에는, 상기 데이터 분석부가 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단한 경우, 보일링이 발생할 가능성을 저감시키는 후속조치부에 후속 조치가 이루어지도록 제어 명령을 전송하는 단계가 더 수행될 수 있다.

그리고 상기 제어 명령을 전송하는 단계 이후에는, 상기 후속조치부가 상기 용해로 내부에 탈탄 반응을 보조하기 위한 반응가스를 공급하는 단계가 더 수행될 수 있다.

여기서 상기 반응가스는 산소를 포함할 수 있다.

한편 상기 냉각수 온도측정부는 복수 개가 구비되어 서로 다른 위치에서 냉각수의 온도를 측정하고, 이와 같은 경우 상기 온도센싱값을 데이터 분석부에 전송하는 단계 및 상기 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계 사이에는, 상기 데이터 분석부가 상기 복수 개의 냉각수 온도측정부의 온도센싱값을 종합하여 대표 온도센싱값을 도출하는 단계가 더 수행될 수 있다.

또한 상기 온도센싱값을 생성하는 단계는, 상기 냉각수 모니터링부가 상기 온도센싱값과 함께 냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 생성할 수 있다.

그리고 상기 과제 해결을 위한 일 실시예에 따른 용해로 시스템은, 용해로, 상기 용해로와 결합된 배기가스 덕트, 상기 배기가스 덕트와 결합되고, 냉각수가 유동되는 냉각채널, 상기 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 모니터링부 및 상기 냉각수의 온도 측정 결과를 기반으로, 보일링 발생 가능성을 예측하는 데이터 분석부를 포함한다.

이때 상기 데이터 분석부는, 상기 냉각수 모니터링부에 의해 측정된 냉각수의 온도와 기 설정된 기준온도를 비교하고, 상기 측정된 냉각수의 온도가 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서 상기 기준온도 미만으로 판단되는 경우, 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

더불어 본 발명은 상기 용해로의 내부로 반응가스를 방출하는 후속조치부를 더 포함하되, 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단하는 경우, 상기 후속 조치부는 상기 반응가스를 방출할 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용해로 시스템, 그리고 이를 위한 보일링 예측시스템 및 예측방법에 의하면, 용해로 내에서 발생하는 배가스의 성분 또는 온도를 직접적으로 측정하지 않고도 보일링 현상의 발생 가능성을 예측할 수 있으며, 이를 통해 적절한 대응이 가능하도록 함으로써 원활한 조업이 이루어지도록 할 수 있다는 장점을 가진다.

또한 이에 따라 본 발명은 화재 발생의 위험성을 최소화할 수 있으며, 용강 회수율 감소, 설비 수명 감소, 인사 사고 발생 등의 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로 시스템의 각 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법을 수행하기 위한 전체 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법에 있어서, 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계를 구성하는 세부 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법에 의해 진행되는 전체 알고리즘을 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.

동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.

다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로 시스템의 각 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로 시스템(1)은, 용해로(10), 보일링 예측 시스템(20), 배기가스 덕트(30) 및 냉각채널(40)을 포함할 수 있다.

용해로(10)는 철강 원료를 용융시켜 용강을 생성한다.

특히 본 실시예에서 적용한 용해로(10)는 스크랩(Scrap)을 주 원료로 하는 전기로를 적용하였으며, 또한 단일 셀을 가지는 용해로(10)로서, 셀의 내부에는 용강이 수용되는 내부공간(11)이 형성된다. 다만, 용해로(10)의 형태는 이에 제한되는 것이 아님은 물론이다.

예컨대, 용해로(10)는 본 실시예와 달리 서로 다른 철강 원료를 용해할 수 있도록 두 개의 용해로의 적어도 일부분이 합쳐진 이중 용해로를 가지는 형태일 수도 있다.

그리고 용해로(10)에 마련되는 전극(12)은 용해로(10)의 셀 루프를 관통하여 일부가 내부공간(11)의 내부로 인입되며, 본 실시예에서 전극(12)은 3개의 전극을 포함하여 3상 교류를 사용하는 형태를 가진다. 이에 따라 전극(12)은 전기에너지를 통해 내부공간(11) 내에 열을 전달할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보일링 예측시스템(20)은 용해로(10) 상에 구축될 수 있다.

보일링 예측시스템(20)은 용해로(10) 내부의 보일링 발생 가능성을 예측하기 위해 구축될 수 있으며, 냉각수 모니터링부(100), 데이터 분석부(200), 후속조치부(300)를 포함할 수 있다.

배기가스 덕트(30)는 용해로(10)에서 이루어지는 공정의 수행 과정에서 발생하는 배출가스를 외부로 배출시키도록 셀의 일측에 구비된다.

본 실시예에서 배기가스 덕트(30)에는 용해로(10)에서 이루어지는 조업 과정에서 발생하는 배가스를 외부로 배출시키는 배출팬(31)을 포함할 수 있다. 이와 같은 배출팬(31)은 회전속도를 가변할 수 있도록 형성되어 배기가스 덕트(30)를 통해 용해로(10)의 내부공간(11)으로부터 외부로 배출되는 배가스의 배출유량을 조절할 수 있다.

그리고 배기가스 덕트(30)에는, 배기가스 덕트(30)를 냉각시키기 위한 목적으로 냉각수가 유동되는 냉각채널(40)이 구비될 수 있다.

또한 도시되지는 않았으나, 냉각채널(40)에 배가스에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉각수를 공급하며, 또한 배기가스 덕트(30)를 통과하여 배가스와 열교환함에 따라 온도가 상승한 냉각수를 회수하여 재냉각 및 순환시키는 냉각수 공급유닛이 더 구비될 수 있다.

냉각수 모니터링부(100)는 용해로(10)에 구비되는 배기가스 덕트(30)를 냉각시키기 위해 냉각채널(40)에 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 역할을 수행한다.

그리고 본 실시예에서 냉각수 모니터링부는, 세부적으로 냉각수의 온도를 감지하여 온도센싱값을 생성하는 냉각수 온도측정부(110)와, 냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 생성하는 냉각수 유량측정부(120)를 포함할 수 있다.

데이터 분석부(200)는 냉각수 모니터링부(100)의 온도 측정 결과를 기반으로, 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측한다.

이와 같은 데이터 분석부(200)는, 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서, 냉각수 모니터링부(100)에 의해 측정된 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인지 이상인지를 판단하고, 이에 따라 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측한다.

데이터 분석부(200)의 보일링 가능성 예측 과정에 대한 자세한 사항은 후술하도록 한다.

후속조치부(300)는 상술한 데이터 분석부(200)에 의해 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단된 상황에서, 데이터 분석부(200)에 의해 제어되어 보일링이 발생할 가능성을 저감시키는 후속 조치를 수행할 수 있다.

이와 같은 후속조치부(300)에 의해 이루어지는 후속 조치는 특정 방법으로 제한되는 것은 아니며, 보일링의 가능성을 저감시킬 수 있는 것이라면 어떠한 설비라도 적용이 가능하다.

본 실시예의 경우 후속조치부(300)는, 용해로(10) 내부에 탈탄 반응을 보조하기 위한 반응가스를 공급하는 가스공급유닛(310)과, 가스공급유닛(310)에 공급되는 반응가스가 저장되는 가스저장탱크(320)를 포함하는 형태를 가진다.

즉 본 실시예의 후속조치부(300)는 용해로(10) 내부에서 탈탄 반응이 조업 과정에서 미리 이루어지도록 유도하게 되며, 이는 용해로(10) 내부에서 조업 초기에 원활한 탈탄 반응이 이루어지지 않아 조업 후반에 다량의 탄소에 의한 탈탄 반응이 고온에서 이루어지면서 보일링(Boiling)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

이때 후속조치부(300)에 의해 공급되는 반응가스는, 예컨대 원활한 탈탄 반응을 유도할 수 있는 산소(O₂)일 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법을 수행하기 위한 전체 과정을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법은 (a)단계 내지 (e)단계를 포함할 수 있다.

먼저, (a)단계는 용해로(10) 조업 과정을 수행하는 과정에서 냉각수 모니터링부(100)를 통해 용해로(10)에 구비되는 배기가스 덕트(30)를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각수의 온도를 측정하여 온도센싱값을 생성하는 과정이다.

본 단계에서 냉각수 모니터링부(100)의 냉각수 온도측정부(110)는 배기가스 덕트(30)에 마련되는 냉각채널(40)에 유동되는 냉각수의 온도를 측정하게 되고, 이에 따라 온도센싱값을 생성한다.

더불어 본 과정에 있어서, 냉각수 모니터링부(100)는 온도센싱값과 함께 냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 함께 생성할 수 있다.

이와 같은 경우 냉각수 모니터링부(100)의 냉각수 유량측정부(120)는 배기가스 덕트(30)에 마련되는 냉각채널(40)에 유동되는 냉각수의 유량을 측정하게 되고, 이에 따라 유량센싱값을 생성한다.

다음으로 (b)단계는, 냉각수 모니터링부(100)가 온도센싱값을 데이터 분석부(200)에 전송하는 과정이다.

이에 따라 데이터 분석부(200)는 냉각수 모니터링부(100)에 의해 전송된 온도센싱값을 데이터베이스에 저장하고, 프로세서를 통해 후술할 분석 과정을 수행할 수 있다.

더불어 본 과정에서 냉각수 모니터링부(100)는 온도센싱값과 더불어, 냉각수 유량측정부(120)에 의해 유량센싱값도 데이터 분석부(200)에 전송할 수 있다.

다음으로 (c)단계는, 데이터 분석부(200)가 (b)단계에서 수신한 온도센싱값을 기반으로 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 과정이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법에 있어서, 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계를 구성하는 세부 과정을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 분석부(200)가 온도센싱값을 기반으로 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 (c)단계는 세부적으로 (c-1)단계 내지 (c-3)단계를 포함할 수 있다.

(c-1)단계는, 데이터 분석부(200)가 온도센싱값이 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서 발생하였는지를 판단하는 과정이다.

이때 조업 초기 구간이라 함은, 조업이 진행되는 전체 과정을 임의의 기준에 따라 복수 개로 구획한 구간 중 하나의 구간으로서, 조업이 시작된 이후 기 설정된 경과시간이 도래하기까지의 공정 구간을 의미한다.

이와 같은 조업 초기 구간의 설정 기준은 용해로(10)의 규모, 용해로(10)의 종류, 원료의 투입량, 원료의 종류 등에 따라 적절하게 정해질 수 있다.

그리고 (c-2)단계는 (c-1)단계에 의해 온도센싱값이 조업 초기 구간에서 발생한 것으로 판단된 경우, 데이터 분석부(200)가 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인지를 판단하는 과정이다.

그리고 온도센싱값이 조업 초기 구간에서 발생하였으며, 이때 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 경우, 데이터 분석부(200)가 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 보일링 가능 상황인 것으로 판단하는 (c-3)단계가 수행된다.

데이터 분석부(200)가 이와 같은 (c-1)단계 내지 (c-3)단계의 판단 과정을 거치는 이유는, 조업 초기 구간에서 냉각수의 온도가 기준온도 미만인 경우 배기가스 덕트(30)로 배출되는 배가스의 온도가 정상 조업 상태의 온도보다 낮은 것으로 판단할 수 있기 때문이다.

즉 정상 조업 상태와 비교하여, 조업 초기 구간에서 배가스의 온도가 상대적으로 낮다는 것은 용해로(10)의 내부공간(11)에서 적절한 탈탄 반응이 진행되지 않고 있는 것으로 해석될 수 있다.

이와 같은 상태가 지속될 경우, 슬래그층 아래의 일산화탄소(CO) 가스가 포화 상태에 이르게 되며, 용존산소의 에너지가 점차 증가하게 된다.이는 결과적으로 급격하게 산화 연소반응을 일으키게 되고, 보일링 현상이 발생할 수 있다.

즉 데이터 분석부(200)는 온도센싱값이 조업 초기 구간에서 발생하였으며, 이때 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 경우에는 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단하게 된다.

한편 전술한 (a)단계에서 냉각수 모니터링부(100)는 온도센싱값과 함께 냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 생성할 수 있으며, 이와 같은 경우 데이터 분석부(200)는 냉각수의 유량과 냉각수의 온도, 그리고 배가스의 유량을 함께 고려하여 보일링 가능성을 판단할 수 있다.

구체적으로, 냉각수의 유량이 일반적인 공정 상황을 가정하여 미리 설정한 유량 기준범위인 기준유량범위보다 많은 경우에는, 동일한 배가스의 유량 및 온도에 대해 냉각수의 온도 변화가 적어지게 된다.

따라서 이와 같은 경우에는 데이터 분석부(200)가 냉각수의 기준온도를 보다 하향 조정하여 보일링 가능성을 판단할 수 있다.

반대로 냉각수의 유량이 기준유량범위보다 적은 경우에는, 동일한 배가스의 유량 및 온도에 대해 냉각수의 온도 변화가 커지게 된다.

따라서 이와 같은 경우에는 데이터 분석부(200)냉각수의 기준온도를 보다 상향 조정하여 보일링 가능성을 판단할 수 있다.

그리고 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 (c)단계 이후에는, 데이터 분석부(200)가 용해로(10) 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단한 경우, 보일링이 발생할 가능성을 저감시키는 후속조치부(300)에 후속 조치가 이루어지도록 제어 명령을 전송하는 (d)단계와, 후속조치부(300)가 용해로(10) 내부에 탈탄 반응을 보조하기 위한 반응가스를 공급하는 (e)단계가 추가적으로 수행될 수 있다.

즉 보일링 발생 가능성이 있는 경우 데이터 분석부(200)는 후속조치부(300)를 제어하여 반응가스를 용해로(10)에 투입하도록 하고, 이에 의해 용해로(10) 내부에서의 탈탄 반응이 인위적으로 유도되도록 할 수 있다.

결과적으로 본 발명은 조업 초기 구간에서 탈탄 반응이 원활히 이루어지고 있는지를 판단하고, 그렇지 못할 경우 반응가스를 공급하여 조업 초기 구간의 탈탄 반응을 유도함에 따라 잠재적인 보일링 발생 가능성을 사전 제거할 수 있다.

한편 냉각수 모니터링부(100)의 냉각수 온도측정부는, 냉각채널(40) 상에 복수 개가 구비되어, 서로 다른 위치에서 냉각수의 온도를 측정하도록 형성될 수도 있다.

이와 같은 경우, 데이터 분석부(200)는 복수 개의 냉각수 온도측정부의 온도센싱값을 종합하여 대표 온도센싱값을 도출할 수 있다. 예컨대, 데이터 분석부(200)는 각 온도센싱값의 평균을 산출하여 이를 대표 온도센싱값으로 활용할 수도 있으며, 또는 각 온도센싱값이 발생한 위치에 따라 각각 가중치를 적용하고, 이를 고려하여 대표 온도센싱값을 도출할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용해로의 보일링 예측방법에 의해 진행되는 전체 알고리즘을 나타낸 도면이다.

도 5에 나타난 알고리즘을 토대로 전술한 용해로의 보일링 예측방법을 정리하면 다음과 같다.

먼저, 냉각수 모니터링부(100)에 의해 배기가스 덕트(30)에 마련되는 냉각채널(40)에 공급되는 냉각수에 대한 냉각수 온도센싱값이 생성된다.

그리고 냉각수 모니터링부(100)는 냉각수 온도센싱값을 데이터 분석부(200)에 전달하고, 데이터 분석부(200)는 이를 데이터베이스에 저장한다. 또한 이와 더불어 데이터 분석부(200)는 냉각수 온도센싱값을 분석하여 보일링 발생 가능성을 예측한다.

본 과정에서 데이터 분석부(200)는 먼저 해당 냉각수 온도센싱값이 조업 초기 단계에 발생하였는지를 판단한다.

냉각수 온도센싱값이 조업 초기 단계에 발생하지 않은 것으로 판단한 경우, 이는 보일링 발생 가능성의 근거가 되는 데이터가 아니므로 현 조업 상태를 유지하도록 한다.

다만, 냉각수 온도센싱값이 조업 초기 단계에 발생한 판단한 경우, 해당 데이터는 보일링 발생 가능성의 근거로서 활용할 수 있기 때문에 추가적인 판단 과정을 수행하게 된다.

이후 데이터 분석부(200)는 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인지를 판단하게 된다.

냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 이상인 것으로 판단한 경우, 이는 용해로(10) 내부의 탈탄 반응이 원활하게 이루어지고 있는 상태로 간주할 수 있으므로, 현 조업 상태를 유지하도록 한다.

다만, 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 것으로 판단한 경우, 이는 용해로(10) 내부의 탈탄 반응이 원활하게 이루어지지지 않는 상태로 간주할 수 있으므로, 보일링 발생 가능성이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

그리고 이와 같이 데이터 분석부(200)가 보일링 가능 상황으로 판단한 경우, 후속 조치를 위한 제어 명령을 후속조치부(300)에 전송할 수 있다.

이와 같은 경우 후속조치부(300)는 반응가스를 용해로(10) 내부로 공급하게 되며, 반응가스에 의해 용해로(10) 내부에서의 탈탄 반응이 유도됨에 따라 보일링 가능성을 저감시킬 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 용해로 시스템
10: 용해로
11: 내부공간
12: 전극
20: 보일링 예측시스템
30: 배기가스 덕트
31: 배출팬
40: 냉각채널
100: 냉각수 모니터링부
110: 냉각수 온도측정부
120: 냉각수 유량측정부
200: 데이터 분석부
300: 후속조치부
310: 가스공급유닛
320: 가스저장탱크

Claims (18)

1. 용해로 내부의 보일링 발생 가능성을 예측하기 위한 보일링 예측 시스템에 있어서,
   용해로에 구비되는 배기가스 덕트를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 모니터링부; 및
   상기 냉각수 모니터링부의 온도 측정 결과를 기반으로 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 데이터 분석부;
   를 포함하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 데이터 분석부는,
   기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서, 상기 냉각수 모니터링부에 의해 측정된 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 것으로 판단된 경우, 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 보일링 가능 상황인 것으로 판단하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   보일링이 발생할 가능성을 저감시키는 후속조치부를 더 포함하며,
   상기 데이터 분석부는,
   상기 조업 초기 구간에서 상기 보일링 가능 상황인 것으로 판단된 경우, 상기 후속조치부에 후속 조치가 이루어지도록 제어 명령을 전송하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 후속조치부는,
   상기 용해로 내부에 탈탄 반응을 보조하기 위한 반응가스를 공급하는 가스공급유닛; 및
   상기 가스공급유닛에 공급되는 반응가스가 저장되는 가스저장탱크;
   를 포함하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 반응가스는 산소를 포함하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 냉각수 모니터링부는,
   냉각수의 온도를 감지하여 온도센싱값을 생성하는 냉각수 온도측정부를 포함하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 냉각수 온도측정부는 복수 개가 구비되어 서로 다른 위치에서 냉각수의 온도를 측정하고,
   상기 데이터 분석부는 상기 복수 개의 냉각수 온도측정부의 온도센싱값을 종합하여 대표 온도센싱값을 도출하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 냉각수 모니터링부는,
   냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 생성하는 냉각수 유량측정부를 더 포함하는,
   용해로의 보일링 예측 시스템.
   
9. 용해로 조업 과정을 수행하는 과정에서 냉각수 모니터링부를 통해 용해로에 구비되는 배기가스 덕트를 냉각시키기 위해 공급되는 냉각수의 온도를 측정하여 온도센싱값을 생성하는 단계;
   상기 냉각수 모니터링부가 상기 온도센싱값을 데이터 분석부에 전송하는 단계; 및
   상기 데이터 분석부가 온도센싱값을 기반으로 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계;
   를 포함하는,
   용해로의 보일링 예측방법.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계는,
    상기 데이터 분석부가 상기 온도센싱값이 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서 발생하였는지를 판단하는 단계;
    상기 온도센싱값이 조업 초기 구간에서 발생한 것으로 판단된 경우, 상기 데이터 분석부가 냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인지를 판단하는 단계; 및
    냉각수의 온도가 기 설정된 기준온도 미만인 것으로 판단된 경우, 상기 데이터 분석부가 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 보일링 가능 상황인 것으로 판단하는 단계;
    를 포함하는,
    용해로의 보일링 예측방법.
11. 제9 항에 있어서,
    상기 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계 이후에는,
    상기 데이터 분석부가 용해로 내부에서 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단한 경우, 보일링이 발생할 가능성을 저감시키는 후속조치부에 후속 조치가 이루어지도록 제어 명령을 전송하는 단계가 더 수행되는,
    용해로의 보일링 예측방법.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어 명령을 전송하는 단계 이후에는,
    상기 후속조치부가 상기 용해로 내부에 탈탄 반응을 보조하기 위한 반응가스를 공급하는 단계가 더 수행되는,
    용해로의 보일링 예측방법.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 반응가스는 산소를 포함하는,
    용해로의 보일링 예측방법.
14. 제9 항에 있어서,
    상기 냉각수 모니터링부는 냉각수의 온도를 측정하는 복수의 냉각수 온도측정부를 포함하되,
    상기 복수의 냉각수 온도측정부는 서로 다른 위치에서 냉각수의 온도를 측정하고,
    상기 온도센싱값을 데이터 분석부에 전송하는 단계 및 상기 보일링이 발생할 가능성을 예측하는 단계 사이에는,
    상기 데이터 분석부가 상기 복수의 냉각수 온도측정부에서 센싱한 온도센싱값을 종합하여 대표 온도센싱값을 도출하는 단계가 더 수행되는,
    용해로의 보일링 예측방법.
15. 제9 항에 있어서,
    상기 온도센싱값을 생성하는 단계는,
    상기 냉각수 모니터링부가 상기 온도센싱값과 함께 냉각수의 유량을 감지하여 유량센싱값을 생성하는,
    용해로의 보일링 예측방법.
    
16. 용해로;
    상기 용해로와 결합된 배기가스 덕트;
    상기 배기가스 덕트와 결합되고, 냉각수가 유동되는 냉각채널;
    상기 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 모니터링부; 및
    상기 냉각수의 온도 측정 결과를 기반으로, 보일링 발생 가능성을 예측하는 데이터 분석부;
    를 포함하는,
    용해로 시스템.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는,
    상기 냉각수 모니터링부에 의해 측정된 냉각수의 온도와 기 설정된 기준온도를 비교하고,
    상기 측정된 냉각수의 온도가 기 설정된 구간 별로 구분된 조업 단계 중 조업 초기 구간에서 상기 기준온도 미만으로 판단되는 경우, 보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단하는,
    용해로 시스템.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 용해로의 내부로 반응가스를 방출하는 후속조치부를 더 포함하되,
    보일링이 발생할 가능성이 존재하는 것으로 판단하는 경우, 상기 후속 조치부는 상기 반응가스를 방출하는,
    용해로 시스템.