KR20000021327U

KR20000021327U - 전기로 루프의 용손검출장치

Info

Publication number: KR20000021327U
Application number: KR2019990009051U
Authority: KR
Inventors: 손연수; 김희진
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-26

Abstract

본 고안은 루프에 공급되는 냉각수의 입력시와 출력시의 온도편차 및 유량편차로부터 루프의 용손상태를 객관적으로 검출하여 전기로를 정지시킴으로서 운전자의 비표준작업과 용손에 의한 생산력저하를 없애고 사고를 미연에 방지하고자 하는 전기로 루프의 용손 검출 장치에 관한 것으로, 본 장치는 상기 전기로 루프에 공급되는 냉각수의 온도 및 유량을 각각 검출하는 제1온도센서 및 제1유량계와, 상기 전기로 루프로부터 배출되는 냉각수의 온도 및 유량을 각각 검출하는 제2온도센서 및 제2유량계와, 상기 제1,제2온도센서와 제1,2유량계의 센싱신호를 입력받아 온도편차 및 유량편차를 구하고, 온도편차가 설정값이상이거나 유량편차가 설정값 이상일때 전극이 상승되도록 제어하고, 유량편차가 설정값이상일때는 냉각수공급도 차단되도록 제어하는 제어기로 구성된다.

Description

전기로 루프의 용손검출장치{APPARATUS FOR DETECTING A MELTING LOSS OF ROOF IN ELECTRIC FURNACE}

본 고안은 전기로 설비의 루프 용손에 관한 것으로, 전기로루프에 입력되는 냉각수와 루프를 돌고 배출되는 냉각수의 온도차 및 유량차로부터 전기로 용손을 검출하여 사고발생전에 아크작업을 중단시킬 수 있는 전기로 루프의 용손 검출 장치에 관한 것이다.

일반적으로 저전압 대전류의 전력을 이용하여 원료인 고철(scrap)을 아크에 의한 열로 용해하는 전기로에는 도 2에 도시된 바와 같은 루프(6)가 상부에 덮여있고, 상기 루프(6)는 전극(5,5',5")에 가해진 전기에너지가 에너지로 변화되면서 고열이 발생하고, 이는 루프의 용손이 되기때문에, 냉각수가 흐르는 구조로 되어 있고, 냉각수를 넣는 냉각수입측배관(10)과 루프(6) 주위를 돌면서 상승된 냉각수를 배출하는 냉각수배출구(11)가 구비되어 있다.

그런데, 고철의 용해가 극부위에 집중되거나 전극의 절손 또는 루프가 노후되는등 여러가지 요인으로 인해, 냉각수 배관이 파손되어 냉각수가 누수되는 현상이 불가피하게 일어난다. 그리고, 이렇게 냉각수의 누수가 발생하면, 전기로내에서의 용해작업이 지연되고, 더하여 냉각수의 누수량이 많아져 용강에 수분이 침투하면 용강폭발등의 사고가 발생되는 문제점이 있다.

그런데, 종래에는 이러한 루프의 용손상태 검출을 단순히 소음이나 용해불빛의 변화등을 현장조작반(15)에서의 작업자가 오감에 의해 판단하기 때문에 작업자 각각의 숙력도에 따라 판단기준이 달라져 표준화된 작업이 불가능하고, 특히는 소량의 냉각수 누수는 발견할 수 없었다.

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 루프에 공급되는 냉각수의 입력시와 출력시의 온도편차 및 유량편차로부터 루프의 용손상태를 객관적으로 검출하여 전기로를 정지시키는 전기로 루프의 용손 검출 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 전기로 루프 냉각장치 및 전극제어장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 일반적인 전기로 루프를 도시한 개략사시도이다.

도 3은 본 고안에 의한 전기로 루프의 용손검출장치가 설치된 루프냉각장치 및 전극제어장치를 보인 개략도이다.

도 4는 본 고안에 의한 전기로 루프 용손검출장치의 블럭도이다.

도 5는 도 4에 보인 제어부의 상세도이다.

도 6은 본 고안에 의한 용손검출장치를 적용한 전기로루프의 용손상태를 보이는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 변압기 2,2' : 버스(bus) 3 : 절연체 4 : 수냉케이블 5,5',5" : 전극 6 : 루프(roof) 6-1 : 루프냉각용 배관 7 : 아크(arc) 8 : 고철(scrap) 9 : 전기로 본체 10 : 냉각수 입측배관 11 : 냉각수 출측배관 12 : 냉각수 출구탱크 13 : 전극승하강용 밸브 14 : 전극 승하강용 실린더 15 : 운전실 16 : 전극제어장치 17 : 소천정 18 : 냉각수 배관 51, 52 : 온도센서 53, 54 : 유량계 55 : 냉각수제어밸브 100 : 제어기 101 ~104 : 입력부 105 : 온도편차연산부 106 : 유량편차 연산부 107 : 온도편차설정부 108 : 제어부 109 : 유량편차설정부 110 : 전극상승신호 111 : 냉각수 밸브 출력부

상술한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 고안에 의한 전기로 루프의 용손을 검출하는 장치에 있어서, 상기 전기로 루프에 공급되는 냉각수의 온도 및 유량을 각각 검출하는 제1온도센서 및 제1유량계와, 상기 전기로 루프로부터 배출되는 냉각수의 온도 및 유량을 각각 검출하는 제2온도센서 및 제2유량계와, 상기 제1,제2온도센서와 제1,2유량계의 센싱신호를 입력받아 온도편차 및 유량편차를 구하고, 온도편차가 설정값이상이거나 유량편차가 설정값 이상일때 전극이 상승되도록 제어하고, 유량편차가 설정값이상일때는 냉각수공급도 차단되도록 제어하는 제어기로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 루프 용선검출장치가 적용된 전기로 설비 및 루프냉각장치를 도시한 개략도로서, 루프(6)에 냉각수를 공급하는 입측냉각수 배관(10)에 온도센서(51)와 유량계(53)를, 루프(6)를 냉각시킨 냉각수가 배출되는 출측배관(11)상에 온도센서(52)와 유량계(54)를 각각 설치하고, 상기 온도센서(51,52)와 유량계(53)의 센싱신호를 입력받아 입측과 출측의 온도편차와 유량편차를 구하고, 그 편차가 설정값보다 클때, 전극제어부(16)를 통해 전극을 상승시키고 냉각수밸브(55)를 차단시키는 제어기(100)를 구비한다.

도 4는 본 고안에 의한 전기로 루프의 용선 검출 장치를 도시한 블럭도로서, 상기 제어기(100)는 상기 입측 냉각수온도를 측정하는 온도센서(51)의 센싱신호를 입력받는 입력단자(IN-1)와, 출측냉각수 온도를 측정하는 온도센서(52)의 센싱신호를 입력받는 입력단자(IN-2)와, 입측 냉각수 유량계(53)의 센싱신호를 입력받는 입력단자(IN-3)와, 출측 냉각수 유량계(54)의 센싱신호를 입력받는 입력단자(IN-4)와, 전극제어기(16)로부터 작업유무신호를 입력받는 입력단자(IN-5)와, 상기 입력단자(IN-1)를 통해 입력된 센싱신호를 소정 범위를 신호로 증폭하는 입측온도입력부(101)와, 상기 입력단자(IN-2)를 통해 센싱신호를 입력받아 레벨을 조정하는 출측온도입력부(102)와, 상기 입력단자(IN-3)를 통해 센싱신호를 입력받아 신호레벨을 조정하는 입측유량입력부(103)와, 상기 입력단자(IN-4)를 통해 센싱신호를 입력받아 신호레벨을 조정하는 출측유량입력부(104)와, 상기 입측온도입력부(101)와 출측온도입력부(102)로부터 입측온도신호와 출측온도신호를 입력받아 그 온도편차를 구하는 온도편차연산부(105)와, 상기 입측유량입력부(103)와 출측유량입력부(104)로부터 입측유량신호와 출측유량신호를 입력받아 유량편차를 구하는 유량편차연산부(106)와, 온도편차의 한계치를 설정하는 온도편차설정부(107)와, 유량편차의 한계치를 설정하는 유량편차설정부(109)와, 상기 온도편차연산부(105)에서 구해진 온도편차가 온도편차설정부(107)에서 설정된 설정값보다 크고, 전기로가 작업중일때 전극상승신호가 출력되도록 제어하고 상기 유량편차연산부(106)로부터 구해진 유량편차가 설정부(109)로부터 입력된 설정값보다 크고 작업중일때 전극상승신호 및 냉각수밸브차단신호가 출력되도록 제어하는 제어부(108)와, 상기 제어부(108)의 제어에 따라 전극상승신호를 출력하는 전극상승신호출력부(110)와, 상기 제어부(108)의 제어에 따라서 냉각수밸브차단신호를 출력하는 냉각수밸브차단신호 출력부(111)와, 상기 전극상승신호출력부(110)의 전극상승신호를 전극제어기(16)로 전달하는 출력단자(OUT-3)와, 상기 냉각수밸브차단신호출력부(111)의 출력신호를 냉각수밸브(55) 제어단측에 인가하는 출력단자(OUT-4)로 이루어진다.

도 5는 상기 제어기(100)의 일실시예를 보인 상세회로도로이다.

상기와 같이 구성된 장치의 작용을 설명하기에 앞서, 본 고안에 대해 개략적으로 설명한다.

일반적으로, 전기로의 용해작업은 70MWA 용량의 변압기(1)를 사용하여 버스(2)를 통해 전극(5,5',5")에 전력을 공급해주고, 이렇게 공급된 전기에너지가 전극(5,5',5")과 고철(8)사이에서 발생되는 아크(7)에 의해 열에너지(약, 1600℃)로 변환되어 고철을 용해시킴에 의해 이루어진다. 이때, 노체(9) 상부에 설치된 루프96)에 열이가해져 용손의 원인이되어 누수가 발생하는데, 이를 방지하기 위해서 본 고안에서는 다음과 같이 두가지 사항을 고려하였다.

첫번째는, 냉각수 온도로서, 루프(6)를 냉각시키기 위해서 통수되는 냉각수 배관의 막힘이나 용해의 극부위 집중등으로 인해 냉각효율이 저하되면, 냉각수의 온도가 상승하게 된다. 이때, 상승온도만큼 냉각수의 입력시온도와 출력시온도에 편차가 발생하게 된다. 따라서, 냉각수의 입측배관(10)과 출측배관(11)에 각각 온도센서(51,52)를 설치하고, 이렇게 검출된 온도편차가 소정온도(예를 들어, 20℃)이상이면, 루프(6)의 냉각효율 저하로 판단하고 전극(5,5',5")을 상승시켜 루프의 용손을 미연에 방지시킨다.

두번째는 냉각수의 유량변화로서, 전기로 용해중의 전극절손, 고철과적에 의한 용해, 고철편중에 의한 극부위 아크발생, 루프의 노후등은 루프가 손상되면서 냉각수가 누수되면, 그 만큼 입력냉각수량과 출력냉각수량에 편차가 발생하게 된다. 따라서, 냉각수의 입측배관(10)과 출측배관(11) 각각에 유량계(53,54)를 설치하여, 유입된 냉각수량보다 배출된 냉각수량이 설정량(예를 들어, 150ℓ/min)이상 적게 나타날때, 루프용손으로 판단하고, 전극(5,5',5")을 상승시켜 아크작업을 중지시킨다. 또한, 이때, 냉각수 입측배관(10)에 설치된 밸브(55)를 차단하여, 용강내의 수분침투를 막도록 한다.

이와 같은 본 고안의 작용을 상기 도3 내지 도5를 참조하여 구체적으로 설명한다.

루프냉각수의 입측배관(10)에 설치된 온도센서(51)의 감지신호는 입측온도입력부(101)의 입력단자(IN-1)로 입력되어, 비반전증폭기(IC2)로 증폭되고, 출측배관(11)에 설치된 온도센서(52)의 감지신호는 출측온도입력부(102)의 입력단자(IN-2)로 입력되어 비반전증폭기(IC1)에 의해 증폭된다.

이때, 각각 연결된 가변저항(VR3, VR5)을 조정하여 센서의 오차를 보정한다.

그리고, 상기 증폭된 입측온도신호와 출측온도신호는 온도편차연산부(105)의 차동증폭기(IC3)에 각각 입력되고, 그 편차가 검출된다. 이때, 편차신호는 '출력온도-입력온도'로 (-)반전된 신호가 제어부(108)에 입력되어, 온도편차설정부(107)의 볼륨(VR1)을 조정하여 설정한 설정값과 비교된다. 즉, 가산증폭기(IC4)에서 상기 설정값과 (-)반전된 편차값이 가산되므로, 편차값이 설정값보다 낮을때는 상기 가산증폭기(IC4)의 출력단에 연결된 발광다이오드(D1)이 소등상태가 되어 상기 낸드게이트(IC5)의 일입력단으로 +5V가 인가되다가, 설정값보다 편차값이 높아지면 상기 발광다이오드(D1)가 점등되고, 이에 그 포토트랜지스터(TR1)은 턴온되어, 낸드게이트(IC5)의 입력신호가 +5V에서 0V로 변환된다. 따라서, 낸드게이트(IC5)의 출력이 "1" 이 되고, 이는 앤드게이트(IC6)에 의해 전극제어부(16)로부터 입력단자(IN-5)로 입력되는 작업중 신호("1")와 논리곱되어, 앤드게이트(IC6)의 출력이 "1" 이 되어 포토트랜지스터(TR2)를 턴온시키고, 이는 다시 스위칭트랜지스터(TR3)를 도통시켜, 외부출력릴레이(RY1)를 동작시켜, 출력단자(OUT-3)를 통해 전극을 상승시킨다.

또한, 루프(6) 냉각수의 입측배관(10)에 설치된 유량계(53)의 센싱신호는 입력단자(IN-3)를 통해 입측유량입력부(103)로 입력되어 비반전증폭기(IC7)에 의해 증폭되고, 출측배관(11)에 설치된 유량계(54)의 센싱신호는 입력단자(IN-4)를 통해 출측유량입력부(104)로 입력되어 비반전증폭기(IC8)에 의해 증폭된다. 이때, 센서의 오차는 각각의 가변저항(VR8,VR10)을 조정하여 보정한다.

그리고, 유량편차연산부(106)의 차동증폭기(IC9)는 상기 입측유량신호와 출측유량신호를 차동증폭하여 된 편차신호를 제어부(108)로 출력한다. 이때, 누수량이 있을 경우, 출측유량값이 입측유량값에 비하여 적게 되므로, 편차신호는 반전신호(-)가 된다.

제어부(108)의 가산증폭기(IC10)에서, 상기 유량편차신호를 유량편차설정부(109)의 볼륨(VR6)을 조정하여 설정한 설정값과 상기 편차신호를 가산하므로, 누수량이 설정값보다 작을 경우, 상기 가산증폭기(IC10)의 출력은 (-)가 되고, 이에 포토트랜지스터(TR4)는 차단상태를 유지하지만, 누수량이 설정값보다 큰 경우, 상기 가산증폭기(IC10)의 출력은 (+)값이 되어 포토커플러의 포토트랜지스터(TR4)를 도통시키고 이에, 낸드게이트(IC5)의 한 입력신호가 "0"이 되어, 낸드게이트(IC5)가 "1"을 출력한다. 이는 상기 온도편차가 설정값이상인 경우와 마찬가지로 입력단자(IN-5)를 통해서 전극제어부(16)로부터 입력되는 작업중신호와 상기 낸드게이트(IC5)의 "1"에 의해 앤드게이트(IC6)의 출력이 "1"이 되고, 이에 포토커플러가 동작하여 트랜지스터(TR3)를 도통시켜 릴레이(RY1)을 동작시킴에 의해 출력단자(OUT-3)을 통해 전극을 상승시키게 한다.

또한, 상기 포토트랜지스터(TR4)가 도통됨에 의해 인버터(IC14)에 "0"신호가 입력되고, 그 출력단에 연결된 앤드게이트(IC12)에 "1"이 입력되어, 냉각수 밸브(55)를 닫도록 하는데, 보통 운전초기상태일때는 냉각수밸브(55)가 오픈되어 그 입측유량과 출측유량의 편차가 없어질때까지 소정의 시간이 소요됨으로, 이때의 오동작을 방지하기 위해서, 딜레이(IC11)는 작업중 신호가 처음인가 됨으로 인해, 인버터(IC13)의 출력신호가 "0"에서 "1"로 바뀌는 시점부터 소정 시간 딜레이후에 "1"신호를 앤드게이트(IC11)에 인가한다. 따라서, 상기 앤드게이트(IC11)는 운전초기상태에서 소정시간이 흐르고 나서 상기 유량편차가 설정값 이상으로 될때, "1"을 출력하여 포토커플러의 포토트랜지스터(TR5)를 도통시킨다. 이에, 외부출력릴레이(RY2)에 전원이 인가되어, 출력단자(OUT-4)를 통해 냉각수밸브(55)를 차단시킨다.

도 6에 상술한 바와 같은 본 고안에 의한 장치를 채용한 경우의 루프용손상태를 보이는 그래프로서, (A)는 정상온도일때의 그래프로 전기로 용해작업중 입측온도①와 출측온도②의 편차③가 설정범위 즉, 20도 이내를 유지하는 것을 볼 수 있다. 이에 반하여 (B)는 불량일 경우의 그래프로서, 용해작업중, 어떤 문제에 의해 온도편차③가 20도 이상이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이때, 본 고안에 의한 용손검출장치에 의해 전극이 상승되어 전기로 작업이 중단된다.

그리고, (C)와 (D)는 유량이 정상일 경우와, 비정상일 경우를 각각 보인 것으로, 정상일때는 (C)에 보인 바와 같이 운전초기를 제외하고 편차ⓒ가 거의 없음을 알 수 있고, 불량일때는 (D)와 같이 유량편차가 조금씩 발생하며, 그 유량편차ⓒ가 한계값, 즉 150ℓ/min 이상일때, 냉각수밸브가 차단되어 냉각수의 입출력 유량이 0이 됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 고안에 의하면, 전기로 설비의 루프용손상태를 인간의 오감에 의해 주관적으로 판단하지 않고, 객관적으로 판단하여 전기로 작동을 중지시킴으로서, 종래 운전자의 비표준 작업과 루프용손에 따른 생산력 저하를 없애고, 사고를 미연에 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims

전기로 루프의 용손을 검출하는 장치에 있어서,

상기 전기로 루프에 공급되는 냉각수의 온도 및 유량을 각각 검출하는 제1온도센서 및 제1유량계와,

상기 전기로 루프로부터 배출되는 냉각수의 온도 및 유량을 각각 검출하는 제2온도센서 및 제2유량계와,

상기 제1,제2온도센서와 제1,2유량계의 센싱신호를 입력받아 온도편차 및 유량편차를 구하고, 온도편차가 설정값이상이거나 유량편차가 설정값 이상일때 전극이 상승되도록 제어하고, 유량편차가 설정값이상일때는 냉각수공급도 차단되도록 제어하는 제어기로 이루어짐을 특징으로 하는 전기로 루프의 용손검출장치.
제1항에 있어서, 상기 제어기는

상기 제1,2온도센서와 제1,2유량계의 출력신호를 소정 범위의 신호로 각각 조정하는 제1~제4입력부와,

상기 제1입력부 및 제2입력부로부터 입측온도신호와 출측온도신호를 입력받아 입측과 출측의 냉각수온도편차를 구하는 온도편차연산부와,

상기 제3입력부 및 제4입력부로부터 입력되는 입측유량신호와 출측유량신호를 입력받아 입측과 출측의 냉각수유량편차를 구하는 유량편차연산부와,

전기로 루프에 공급되는 냉각수의 입측과 출측 온도편차 한계값을 설정하는 온도편차설정부와,

전기로 루프에 공급되는 냉각수의 입측과 출측 유량편차 한계값을 설정하는 유량편차설정부와,

냉각수온도편차가 설정값이상이거나, 유량편차가 설정값이 이상이면서 상기 전기로가 작업중일때 전극을 상승시키라는 신호를 출력하고, 전기로가 운전을 개시한지 소정 시간 지난 후, 상기 냉각수의 유량편차가 설정값이상일때 전기로 루프로의 냉각수 공급을 차단하라는 신호를 출력하는 제어부로 이루어짐을 특징으로 하는 전기로 루프의 용손 검출 장치.