KR102700788B1 - 인젝터의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법 - Google Patents

인젝터의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 실시예에 따른 오토 푸시 제어 시스템은, 외벽을 포함하는 반응로, 반응로의 외벽을 관통하여 상기 반응로의 내부를 향해 삽입되는 인젝터, 인젝터에 배치되는 센서 및 인젝터가 상기 반응로의 내부를 향해 삽입되는 속도를 조절하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 센서로부터의 신호에 기초하여 인젝터의 손실 길이를 계산하고, 기설정된 인젝터의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 계산된 인젝터의 손실 길이에 기초하여 인젝터의 삽입 길이를 보상한다.

Description

인젝터의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AUTO-PUSH OF INJECTOR}
본 개시는 인젝터의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 반응로의 내부를 향해 일정한 속도로 삽입되는 인젝터에 있어서, 반응로 내부의 열 및/또는 마찰 등으로 인한 인젝터의 손실 길이를 검지하여 해당 길이를 보상하는 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법에 관한 것이다.
반응로(reactor)에서 수행되는 직접 환원 제련(Direct Reduction Smelting: DRS) 등의 공정에 있어서, 산소, 냉각용 물, 질소 및 탄소 등을 반응로의 내부로 공급하기 위한 인젝터가 제공된다. 인젝터는 반응로 내부로 삽입되며, 반응로 내부의 고온 환경으로 인해 열 충격에 의한 크랙 및 마모 등이 발생할 수 있고, 이에 따른 인젝터의 교체에 시간 및 비용 등이 많이 소요되는 실정이다.
이에 대한 해결책으로서 인젝터의 오토 푸시(auto push) 기능을 도입하여 인젝터가 반응로의 내부를 향해 일정한 속도로 삽입되도록 하는 것이 고려되고 있다. 그러나, 반응로의 내부로 삽입된 인젝터의 잔여 길이를 실시간으로 확인하기 어려워 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 사이의 간격 유지가 어려운 실정이다.
인젝터의 말단과 반응로의 외벽 사이의 간격이 지나치게 큰 경우, 인젝터의 말단 손상이 심화되어 인젝터 교체 주기가 짧아지며, 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 사이의 간격이 지나치게 작은 경우, 산소 등을 배출하는 인젝터의 말단의 고온으로 인해 외벽의 내화물이 손상을 입을 수 있다.
상술한 인젝터의 오토 푸시 기능에 의하더라도 로 내부의 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 사이의 간격 유지가 어려워 인젝터 또는 외벽의 내화물이 열에 의해 변형 및/또는 손상될 수 있다. 본 개시의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 인젝터의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법에 관한 것이다.
본 개시의 일 측면은 인젝터의 오토 푸시 제어 시스템의 실시예들을 제공한다. 대표적 실시예에 따른 오토 푸시 제어 시스템은, 외벽을 포함하는 반응로, 반응로의 외벽을 관통하여 상기 반응로의 내부를 향해 삽입되는 인젝터, 인젝터에 배치되는 센서 및 인젝터가 상기 반응로의 내부를 향해 삽입되는 속도를 조절하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 센서로부터의 신호에 기초하여 인젝터의 손실 길이를 계산하고, 기설정된 인젝터의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 계산된 인젝터의 손실 길이에 기초하여 인젝터의 삽입 길이를 보상한다.
일 실시 예에 있어서, 센서는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고, 상기 인젝터의 말단부터 상기 제1 센서 및 제2 센서의 위치까지의 거리는 상이하다.
일 실시 예에 있어서, 센서는 제3 센서를 더 포함하고, 상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서의 위치는 상기 인젝터의 길이 방향에 대해 등간격을 이룬다.
일 실시 예에 있어서, 제1 센서, 제2 센서 및 제3 센서의 위치 사이의 등간격은 50mm 내지 150mm 사이의 범위이다.
일 실시 예에 있어서, 인젝터의 보상 삽입되는 보상 길이(Lc)는 아래의 식으로 계산되고,
Lc=S-Ln
위 식에서 S는 인젝터의 용탕 취입부에서 센서까지의 직선 거리에 대응되고, 위 식에서 Ln은 상기 기설정된 인젝터의 삽입 속도(vn) 및 삽입에 소요된 시간의 곱에 의해 도출되는 오토 푸시 삽입 길이에 대응된다.
일 실시 예에 있어서, 반응로의 외벽은 복수개의 내화물 브릭들을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 반응로의 외벽은 복수개의 내화물 브릭들을 포함하고,복수 개의 내화물 브릭들은 콘형 브릭 및 각형 브릭을 포함하고, 콘형 브릭은 상기 인젝터를 둘러싸도록 배치되고, 각형 브릭은 상기 인젝터와 이격되어 배치된다.
일 실시 예에 있어서, 센서는 열전대 센서일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 센서는 상기 인젝터의 길이방향을 따라 연속적으로 배치된다.
일 실시 예에 있어서, 인젝터는 제1 인젝터 및 제2 인젝터를 포함하고, 제1 인젝터는 반응로에 산소를 공급하고, 제2 인젝터는 반응로에 탄소를 공급한다.
일 실시 예에 있어서, 인젝터는 관 형상을 갖고, 센서는 인젝터의 내부에 배치된다.
본 개시의 또 하나의 측면은 오토 푸시 제어 방법의 실시예들을 제공한다. 대표적 실시예에 따른 오토 푸시 제어 방법은, 인젝터를 통해 반응물을 상기 반응로의 내부로 공급하는 단계, 인젝터가 반응로의 내부를 향해 일정한 속도로 투입하는 단계, 센서가 신호를 인식하여 제어부에 전달하는 단계, 제어부가 기설정된 인젝터의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 인젝터의 말단부터 센서의 위치까지 거리의 차이를 계산하여 인젝터의 삽입 길이를 보상하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 인젝터는 제1 인젝터 및 제2 인젝터를 포함하고, 제1 인젝터는 반응로에 산소를 공급하고, 제2 인젝터는 반응로에 탄소를 공급하며, 인젝터가 반응로의 내부를 향해 투입하는 속도는, 제1 인젝터가 제2 인젝터보다 빠르다.
본 개시의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법에 따르면, 반응로의 내부를 향해 삽입되는 인젝터의 말단과 외벽의 내화물 사이의 간격을 일정하게 유지함으로써, 내화물의 열에 의한 변형 및 손상이 최소화될 수 있다. 나아가, 본 개시의 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법에 따르면, 인젝터 및 내화물의 보수 시간을 단축함으로써, 조업 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 오토 푸시 제어 시스템의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 영역 A를 확대한 확대도이다.
도 3은 인젝터, 센서 및 제어부를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 영역 B를 확대한 확대도이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 오토 푸시 제어 시스템의 구성도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 오토 푸시 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기재되는 치수와 수치는 기재된 치수와 수치 만으로 한정되는 것은 아니다. 달리 특정되지 않는 한, 이러한 치수와 수치는 기재된 값 및 이것을 포함하는 동등한 범위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 기재된 '50mm'라는 치수는 '약 50mm'를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 "용탕 취입부"는 초기 상태 인젝터가 반응로를 향해 삽입될 때 반응로 내부의 용탕과 최초로 접촉하는 인젝터의 부분(part)을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 반면, "인젝터 말단"은 인젝터가 반응로의 내부로 삽입됨에 따라 인젝터에 손실이 발생하는 경우 잔여 인젝터 길이 중 내화물로부터 가장 멀리 떨어진 인젝터의 부분(part)을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 일 실시 예에 따른 오토 푸시 제어 시스템(1)의 구성도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 영역 A를 확대한 확대도이다.
도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 오토 푸시 제어 시스템(1)은 반응로(reactor)의 내부로 산소, 탄소, 질소 및 냉각용 물 등을 공급하도록 반응로의 내부에 삽입된 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 간의 간격을 유지하도록 구성된다. 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 사이의 간격이 지나치게 큰 경우, 인젝터의 말단 손상이 심화되어 인젝터 교체 주기가 짧아지며, 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 사이의 간격이 지나치게 작은 경우, 산소 등을 배출하는 인젝터의 말단의 고온으로 인해 외벽의 내화물이 손상을 입을 수 있다. 따라서, 인젝터의 말단과 반응로의 외벽 간의 간격을 유지하는 것은 필수적이며, 이는 반응로의 외벽의 일부를 구성하는 내화물의 열에 의한 변형 및 손상을 방지하기 위함이다.
오토 푸시 제어 시스템(1)은 반응로(11), 인젝터(12), 센서(13) 및 제어부(14)를 포함할 수 있다.
반응로(11)는 외벽(110) 및 내부 공간(C)을 포함할 수 있다. 외벽(110)은 반응로의 표면을 둘러싸도록 배치되며, 내부 공간(C)은 외벽(110)에 의해 형성되는 반응로의 내부의 공간에 대응될 수 있다. 외벽(110)은 열에 강한 소재로 형성될 수 있다. 외벽(110)은 철피(111) 및 복수 개의 내화물 브릭(112)을 포함할 수 있다. 철피(111)는 외벽(110)의 최외곽면을 형성할 수 있다. 철피(111)는 내부 공간(C)에 채워지는 고온의 재료들이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 내화물 브릭(112)은 철피(111)의 내벽에 인접하여 배치될 수 있다. 내화물 브릭(112)은 Mg, Cr 등의 산화물 소재로 구성될 수 있으며, 내부 공간(C)에 채워지는 고온의 재료들의 열이 외부로 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 내화물 브릭(112)은 콘형 브릭(112a) 및 각형 브릭(112b)을 포함할 수 있다. 콘형 브릭(112a)은 반응로(11)의 외부에서 내부를 향해 갈수록 그 단면적이 커지는 뿔 혹은 뿔대 형상을 가질 수 있다. 콘형 브릭(112a)은 인젝터(12)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 각형 브릭(112b)은 정육면체 또는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 각형 브릭(112b)은 인젝터(12)와 이격되어 배치될 수 있다.
내부 공간(C)은 외벽(110)에 의해 둘러쌓인 공간에 대응될 수 있다. 내부 공간(C)은 용융된 고온의 재료들로 채워질 수 있다. 용융된 고온의 재료들은 예를 들어, 연정광, 연 스크랩 및 연 부산물 등을 포함할 수 있다.
인젝터(12)는 반응로(11)의 외벽(110)을 관통하도록 배치될 수 있다. 인젝터(12)는 관형(cylinder type)으로 형성될 수 있다. 인젝터(12)는 반응로(11)의 내부 공간(C)으로 반응용 물질(예를 들어, 산화대의 경우 산소, 환원대의 경우 탄소), 냉각용 물 및 기타 기체 등을 공급할 수 있다. 반응로(11) 내부로 삽입된 인젝터(12)는 반응로(11)의 내부 공간(C)에 채워지는 고온의 재료들과 직접 접촉할 수 있다. 따라서, 인젝터(12)는 내열성의 소재로 제작될 수 있다.
인젝터(12)는 반응로(11)의 내부를 향하는 방향(F)으로 서서히 삽입될 수 있다. 즉, 인젝터(12)는 반응로(11)의 외벽(110)을 관통하여 내부 공간(C)을 향해 서서히 삽입되도록 밀어넣어질 수 있다. 이는 인젝터의 오토 푸시(auto push)라고 규정된다. 일 실시예에서, 인젝터(12)는 반응로(11)의 내부를 향하는 방향(F)으로 등속도로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 산화대의 인젝터(12)는 0.2mm/hr의 속도로 삽입될 수 있고, 환원대의 인젝터(12)는 0.1mm/hr의 속도로 삽입될 수 있다. 인젝터(12)가 반응로(11)의 내부로 서서히 밀어넣어짐에 따라, 인젝터(12)의 말단(12A)에서 고온에 의한 마모 및 크랙 등에 의해 길이 손실이 발생하더라도 반응로(11)의 외벽(110)과 인젝터(12)의 말단(12A) 사이의 거리가 일정 부분 유지될 수 있다.
센서(13)는 인젝터(12)의 말단(12A)이 고온에 장기간 노출됨에 따라 손실된 길이를 검지할 수 있다. 센서(13)는 인젝터(12)에 배치될 수 있다. 센서(13)는 관 형상의 인젝터(12)의 내부에 배치될 수 있다. 센서(13)는 복수 개의 센서(13)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 제1 센서(13a) 및 제2 센서(13b)를 포함할 수 있다. 센서(13)는 제3 센서(13c)를 더 포함할 수 있다. 센서(13)는 제4 센서(13d)를 더 포함할 수 있다. 인젝터(12)의 용탕 취입부(121)부터 복수 개의 센서(13)들까지의 거리는 서로 상이할 수 있다. 용탕 취입부(121)부터 센서(13)까지의 거리는 도 3 및 도 4를 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
센서(13)는 작동 여부(예: on/off)를 검지할 수 있는 모든 일반적인 형태의 센서를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 센서는 온도의 상승 또는 열을 검지할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 열전대(thermocouple) 센서일 수 있다. 열전대는, 제베크 효과(Seebeck effect)를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속으로 만든 장치이다.
다른 실시예에 따른 센서(13)는, 인젝터(12)의 길이 방향을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 센서(13)가 인젝터(12)의 길이 방향을 따라 연속적으로 배치됨에 따라, 인젝터(12)가 반응로(11)의 내부로 삽입된 길이를 실시간으로 알 수 있다.
제어부(14)는 인젝터(12)의 용탕 취입부(121)의 반대편 말단과 연결될 수 있다. 제어부(14)는 센서(13)의 신호를 수신할 수 있다. 제어부(14)는 인젝터(12)가 반응로(11)의 내부를 향하는 방향(F)으로 삽입되는 속도 및/또는 길이를 조절할 수 있다. 제어부(14)는 센서(13)로부터의 신호를 기초로 인젝터(12)의 손실 길이(S)를 계산할 수 있다. 제어부(14)는 인젝터(12)의 삽입 속도(vn) 및 경과 시간에 따른 오토 푸시 삽입 길이(Ln)를 계산할 수 있다. 제어부(14)는 인젝터(12)의 손실 길이(S) 및 오토 푸시 삽입 길이(Ln)에 기초하여 보상 길이(Lc)를 보상할 수 있다. 즉, 제어부(14)는 인젝터(12)의 손실 길이(S)와 오토 푸시 삽입 길이(Ln)의 차를 계산하여, 그 차만큼의 보상 길이(Lc)를 보상하여 삽입할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여, 제어부(14)의 삽입 보상 길이(Lc) 결정 방법을 상세히 설명한다. 도 2a는 마모가 발생하기 전의 인젝터(12)를 도시한 것이다. 도 2b는 제1 센서(13a)가 인젝터의 손실을 검지하여 신호를 발생시키는 순간의 인젝터(12)를 도시한 것이다. 도 2a에서, 인젝터(12)가 마모되기 전 제2 센서(13b)는 내화물 브릭(112)들과 나란히 위치된다. 인젝터(12)가 열에 의해 마모되는 동안 인젝터(12)는 반응로(11)의 내부를 향해 이동할 수 있다. 바람직하게는, 인젝터(12)는 반응로(11)의 내부를 향해 등속도(vn)로 이동할 수 있다. 인젝터(12)는 반응로(11)의 내부에 저장되는 고온의 재료들에 의해 용탕 취입부(121)부터 서서히 마모되어 제1 센서(13a)가 배치되는 위치까지 마모되는 경우, 제1 센서(13a)는 이를 검지하여 제어부(14)로 신호를 송신할 수 있다. 용탕 취입부(121)로부터 제1 센서(13a)까지의 거리는, 인젝터(12)의 손실 길이(S)에 대응된다. 인젝터(12)가 손실 길이(S)만큼 손실되는 동안, 인젝터(12)는 등속도(vn)로 이동하여 오토 푸시 삽입 길이(Ln)만큼 반응로(11)의 내부로 삽입될 수 있다. 이 때, 인젝터(12)의 말단(12A)으로부터 내화물 브릭(112)까지의 거리(T)가 일정하게 유지되게 하기 위해서는 인젝터(12)의 손실 길이(S)에서 오토 푸시 삽입 길이(Ln)를 뺀 만큼의 길이를 보상해야 한다. 즉, 제어부(14)는, 인젝터(12)의 손실 길이(S)에서 오토 푸시 삽입 길이(Ln)를 뺀 값이 양수인 경우, 반응로(11)의 내부를 향해 인젝터(12)를 보상 길이(Lc)만큼 추가로 삽입할 수 있다. 인젝터(12)의 손실 길이(S)에서 오토 푸시 삽입 길이(Ln)를 뺀 값이 음수인 경우, 제어부(14)는 반응로(11)의 외부를 향해 인젝터(12)를 보상 길이(Lc)만큼 배출할 수 있다. 즉, 보상 길이(Lc)는 인젝터(12)의 손실 길이(S)에서 오토 푸시 삽입 길이(Ln)를 뺀 만큼의 길이이다.
예를 들어, 용탕 취입부(121)로부터 제1 센서(13a)까지의 거리가 100mm인 경우, 인젝터(12)가 마모됨에 따라 제1 센서(13a)가 인젝터(12)의 손실을 검지하여 신호를 발생시킴으로써 인젝터(12)의 손실 길이(S)를 계산할 수 있다. 즉, 이 때의 인젝터(12)의 손실 길이(S)는 100mm이다. 인젝터(12)의 삽입 시점으로부터 제1 센서(13a)의 검지 시점까지의 시간과 인젝터(12)의 오토 푸시 속도에 기초하여 오토 푸시 삽입 길이(Ln)가 계산될 수 있다. 예를 들어, 오토 푸시 속도가 0.2mm/hr이고, 정확히 15일만에 제1 센서(13a)가 인젝터(12)의 손실을 검지한 경우에 오토 푸시 삽입 길이(Ln)는, 15일×24hrs×0.2mm/hr에 의해 계산되며 72mm에 해당한다. 이 경우, 인젝터(12)가 100mm의 손실 길이(S)만큼 마모 되는 동안, 오토 푸시에 의한 인젝터(12)의 오토 푸시 삽입 길이(Ln)는 72mm에 불과한 것이므로, 두 길이의 차이인 28mm만큼의 보상 길이(Lc)를 보상할 수 있다.
도 3은 인젝터(12), 센서(13) 및 제어부(14)를 도시한 것이다. 도 4는 도 3의 영역 B를 확대한 확대도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 인젝터(12)의 내부에 복수 개의 센서(13)들이 배치될 수 있다. 센서(13)는 제1 센서(13a), 제2 센서(13b), 제3 센서(13c) 및 제4 센서(13d)를 포함할 수 있다. 인젝터(12)의 말단(12A)으로부터 각각의 제1 센서(13a), 제2 센서(13b), 제3 센서(13c) 및 제4 센서(13d)까지의 거리는 서로 상이할 수 있다. 제1 센서(13a), 제2 센서(13b), 제3 센서(13c) 및 제4 센서(13d)의 위치는 인젝터(12)의 길이 방향에 대해 등간격을 이룰 수 있다. 예를 들어, 인젝터의 말단(12A)에서 제1 센서(13a)까지의 거리(L1)는, 50mm 내지 150mm일 수 있다. 제1 센서(13a) 및 제2 센서(13b)의 사이의 거리(L2)는, 제2 센서(13b) 및 제3 센서(13c)의 사이의 거리(L3)와 대응될 수 있다. 제2 센서(13b) 및 제3 센서(13c)의 사이의 거리(L3)는, 제3 센서(13c) 및 제4 센서(13d)의 사이의 거리(L4)와 대응될 수 있다. 이 때, L2, L3 및 L4는 50mm 내지 150mm일 수 있다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 오토 푸시 제어 시스템(2)의 구성도이다.
도 1 내지 4를 참고하여 상술한 실시예에 따른 오토 푸시 제어 시스템에 대한 설명은, 도 5을 참고하여 후술할 다른 실시예에 따른 오토 푸시 제어 시스템에도 적용된다. 이하, 도 5를 참고하여, 상술한 실시예와의 차이점을 중심으로, 다른 실시예에 따른 오토 푸시 제어 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 오토 푸시 제어 시스템(2)은 2개의 내부 공간(C1, C2), 2개의 인젝터(221, 222), 2 세트의 센서(231, 232) 및 2개의 제어부(241, 242)를 포함할 수 있다.
반응로(21)는 2개의 내부 공간(C1, C2)을 포함할 수 있다. 내부 공간(C1, C2)은 제1 내부 공간(C1) 및 제2 내부 공간(C2)을 포함한다. 제1 내부 공간(C1) 및 제2 내부 공간(C2)은 구분 벽(25)에 의해 구분될 수 있다. 구분 벽(25)은 연통 홀(25a)을 포함할 수 있다. 연통 홀(25a)은 구분 벽(25)을 가로지르는 방향으로 형성되어, 제1 내부 공간(C1) 및 제2 내부 공간(C2)이 서로 유체 연통 가능하도록 할 수 있다. 다른 실시 예로, 제1 내부 공간(C1) 및 제2 내부 공간(C2)은 구분 벽(25)에 의해 완전히 차단되어 서로 독립된 공간을 형성할 수도 있다.
예를 들어, 제1 내부 공간(C1)은 산화대로서, 산화대에 삽입되는 제1 인젝터(221)는 제1 내부 공간(C1)에 산소, 질소 및 냉각용 물을 공급한다. 제1 내부 공간(C1)의 평균 온도는, 예를 들어 1000°C 내지 1150°C 범위일 수 있다. 제2 내부 공간(C2)은 환원대로서, 환원대에 삽입되는 제2 인젝터(222)는 제2 내부 공간(C2)에 반응용 탄소(C) 및 냉각용 물을 공급한다. 제2 내부 공간(C2)의 평균 온도는, 예를 들어 1100°C 내지 1250°C 범위일 수 있다.
제1 인젝터(221)는 열원으로서 산소를 공급하므로, 제1 인젝터(221)의 말단(예: 도 2a 및 도 2b의 말단(12A)) 주변에서 산화 반응이 발생하여 X 영역에서의 온도는 약 1500°C 내지 1600°C 의 범위일 수 있다. 반면, 제2 인젝터(221)는 탄소를 공급할 수 있다. 제2 인젝터(221)는 산소를 공급하지 않을 수 있다. 이 경우, 제2 인젝터(222)의 말단(12A) 주변에서는 산화 반응이 발생하지 않아 Y 영역에서의 온도는 약 1200°C 내지 1300°C 범위일 수 있다. 즉, 제1 인젝터(221)의 주변 영역(예: X 영역)의 온도 범위가, 제2 인젝터(222)의 주변 영역(예: Y 영역)의 온도 범위보다 높으므로, 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 인젝터 말단의 마모가 제1 인젝터(221)에서 상대적으로 활발히 발생할 수 있다. 따라서, 제1 인젝터(221)가 내부 공간(C1)을 향해서 삽입되는 속도(v1)가, 제2 인젝터(222)가 내부 공간(C2)을 향해서 삽입되는 속도(v2)보다 빠를 수 있다. 예를 들어, 제1 인젝터(221)는 0.2mm/hr 씩 내부로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 제2 인젝터(222)는 0.1mm/hr 씩 내부로 삽입될 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 오토 푸시 제어 방법(3)의 흐름도이다. 오토 푸시 제어 방법(3)은 인젝터를 통해 반응물을 반응로의 내부로 공급하는 단계(310), 인젝터가 반응로의 내부를 향해 일정한 속도로 삽입되는 단계(320), 센서가 인젝터의 손실 길이를 검지하는 단계(330), 센서로부터의 신호가 제어부로 전달되는 단계(340) 및 제어부가 기설정된 인젝터의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 인젝터의 용탕 취입부부터 센서의 위치까지 거리의 차이를 계산하여 인젝터의 삽입 길이를 보상하는 단계(350)를 포함할 수 있다.
제어부(예: 도 1의 제어부(14))가 기설정된 인젝터(예: 도 1의 인젝터(12))의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 인젝터(12)의 용탕 취입부(예: 도 2a의 용탕 취입부(121))로부터 센서(예: 도 1의 센서(13))의 위치까지 거리의 차이를 계산하여 인젝터(12)의 삽입 길이를 보상하는 단계(350)는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같은 프로세스로 이루어질 수 있다.
도 6에 도시된 흐름도에서 프로세스 단계들, 방법 단계들, 알고리즘들 등이 순차적인 순서로 설명되었지만, 그러한 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들은 임의의 적합한 순서로 작동하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 본 개시의 다양한 실시예들에서 설명되는 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들의 단계들이 본 개시에서 기술된 순서로 수행될 필요는 없다. 또한, 일부 단계들이 비동시적으로 수행되는 것으로서 설명되더라도, 다른 실시예에서는 이러한 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있다. 또한, 도면에서의 묘사에 의한 프로세스의 예시는 예시된 프로세스가 그에 대한 다른 변화들 및 수정들을 제외하는 것을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스 또는 그의 단계들 중 임의의 것이 본 개시의 다양한 실시예들 중 하나 이상에 필수적임을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스가 바람직하다는 것을 의미하지 않는다.
전술한 실시예들에 따른 오토 푸시 제어 시스템 및 오토 푸시 제어 방법에 의해, 인젝터(예: 도 1의 인젝터(12))의 불필요한 손실을 예방할 수 있으며, 인젝터(12)의 주변에 배치되는 내화물 브릭(예: 도 1의 내화물 브릭(112))의 열화 및 손상을 감소시킬 수 있다. 또한, 내화물 브릭(112)의 열화 및 손상 감소에 따라 반응로(예: 도 1의 반응로(11))의 보수 시간 및 비용이 단축되며, 조업 생산성이 증대될 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
1: 오토 푸시 제어 시스템, 11: 반응로, 12: 인젝터, 12A: 인젝터 말단 13: 센서, 13a: 제1 센서, 13b: 제2 센서, 13c: 제3 센서, 13d: 제4 센서, 14: 제어부, 110: 외벽, 111: 철피, 112: 내화물 브릭, 112a: 콘형 브릭, 112b: 각형 브릭, 121: 용탕 취입부, 2: 오토 푸시 제어 시스템, 21: 반응로, 25: 구분 벽, 25a: 연통 홀, 221: 제1 인젝터, 222: 제2 인젝터, 231: 센서, 232: 센서, 241: 제어부, 242: 제어부

Claims (13)

  1. 외벽을 포함하는, 반응로;
    상기 반응로의 외벽을 관통하여 상기 반응로의 내부를 향해 삽입되는, 인젝터;
    상기 인젝터에 배치되고, 상기 인젝터의 손실된 길이를 검지하여 신호를 발생하는 센서; 및
    상기 인젝터가 상기 반응로의 내부를 향해 삽입되는 길이 또는 속도를 조절하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 센서로부터의 신호에 기초하여 상기 인젝터의 손실 길이를 계산하고, 기설정된 상기 인젝터의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 계산된 상기 인젝터의 손실 길이에 기초하여 상기 인젝터의 삽입 길이를 보상하는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고, 상기 인젝터의 말단부터 상기 제1 센서 및 제2 센서의 위치까지의 거리는 상이한,
    오토 푸시 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서는 제3 센서를 더 포함하고,
    상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서의 위치는 상기 인젝터의 길이 방향에 대해 등간격을 이루는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서의 위치 사이의 상기 등간격은 50mm 내지 150mm 사이의 범위인,
    오토 푸시 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서로부터 신호가 발생하면,
    상기 인젝터의 보상 삽입되는 보상 길이(Lc)는 아래의 식으로 계산되고,
    Lc=S-Ln
    위 식에서 S는 인젝터의 용탕 취입부에서 센서까지의 직선 거리에 대응되고,
    위 식에서 Ln은 상기 기설정된 상기 인젝터의 삽입 속도(vn) 및 삽입에 소요된 시간의 곱에 의해 도출되는 오토 푸시 삽입 길이에 대응되는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응로의 외벽은 복수개의 내화물 브릭들을 포함하는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응로의 외벽은 복수 개의 내화물 브릭들을 포함하고,
    상기 복수 개의 내화물 브릭들은 콘형 브릭 및 각형 브릭을 포함하고,
    상기 콘형 브릭은 상기 인젝터를 둘러싸도록 배치되고,
    상기 각형 브릭은 상기 인젝터와 이격되어 배치되는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 열전대 센서인,
    오토 푸시 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 상기 인젝터의 길이 방향을 따라 연속적으로 배치되는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터는 제1 인젝터 및 제2 인젝터를 포함하고,
    상기 제1 인젝터는 상기 반응로에 산소를 공급하고,
    상기 제2 인젝터는 상기 반응로에 탄소를 공급하는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터는 관 형상을 갖고,
    상기 센서는 상기 인젝터의 내부에 배치되는,
    오토 푸시 제어 시스템.
  12. 제1항에 따른 오토 푸시 제어 시스템을 이용한 상기 인젝터의 오토 푸시 제어 방법에 있어서,
    상기 인젝터를 통해 반응물을 상기 반응로의 내부로 공급하는 단계;
    상기 인젝터가 상기 반응로의 내부를 향해 일정한 속도로 삽입되는 단계;
    상기 센서가 신호를 인식하여 상기 제어부에 전달하는 단계;
    상기 제어부가 기설정된 상기 인젝터의 삽입 속도에 따른 삽입 길이 및 상기 인젝터의 말단부터 상기 센서의 위치까지 거리의 차이를 계산하여 상기 인젝터의 삽입 길이를 보상하는 단계;
    를 포함하는,
    오토 푸시 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인젝터는 제1 인젝터 및 제2 인젝터를 포함하고,
    상기 제1 인젝터는 상기 반응로에 산소를 공급하고,
    상기 제2 인젝터는 상기 반응로에 탄소를 공급하며,
    상기 인젝터가 상기 반응로의 내부를 향해 투입하는 속도는, 상기 제1 인젝터가 상기 제2 인젝터보다 빠른,
    오토 푸시 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001335825A (ja) * 2000-05-23 2001-12-04 Shinto Kogyo Kk 酸素及び粉体の吹込装置
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