KR20000022683A - 레이들 예열 표시 시스템 - Google Patents

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KR20000022683A
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ladle
slope
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temperature
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KR1019990031511A
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리챠드제이. 그로쓰
로베르토 반델리
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유에스엑스엔지니어즈컨설턴츠인코퍼레이티드
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    • B22D41/005—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with heating or cooling means
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Abstract

본 발명은 레이들로의 열 입력속도가 예열기간 전체에 걸쳐 계산 및 모니터되는 레이들 예열 시스템 및 방법에 관한 것으로서 시간에 따른 열 입력 변화율을 나타내는 이동 평균 슬로프를 계산하고, 열 입력속도의 측정에 있어서 피할 수 없는 변화에 대하여 이동 평균 슬로프를 보정하며, 시간에 따른 이동 평균 슬로프의 변화(근사 제 2 도함수)를 계산하고, 제 2 도함수가 미리 설정된 기준 이하에 있을 때 작업자에게 레이들이 충분히 예열되어 작업준비가 되었음을 신호하는 것을 포함한다.

Description

레이들 예열 표시 시스템{LADLE PREHEAT INDICATION SYSTEM}
본 발명은 용융금속을 담아서 이송하기 위한, 내화라이닝된 레이들(ladle)의 예열에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예열 중에 레이들의 열 함량을 모니터하여 레이들 내화물이 전체에 걸쳐 일정하게 가열되었을 때를 정확하게 표시하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 특히 레이들이 그렇게 가열되었을 때를 시간에 따른 열 입력속도(또는 연료 유속)의 슬로프 및 특히, 레이들로의 열 입력속도 변화의 변화보정율(variation-corrected rate)의 제 2 도함수를 측정하므로서 이루어지는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
제철공장에서는 벽돌 또는 주물 내화라이닝된 레이들이 액체 스틸을 제철로에서 공장의 처리구역으로 또는 연속 주조와 같은 성형 작업장으로 이송하는데 사용된다. 후자의 경우에서는 캐스팅 작업이 연속적으로 수행되도록 수개의 레이들이 공장에서 동시에 회전할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 열상태의 레이들은 제철로에서 이차 제철공정으로 그리고 연속 주조기로 레이들의 이송중 레이들의 가열에 있어서 그리고 액체스틸의 온도손실에 있어서 직접적이고도 심각한 영향을 받는다.
그러한 레이들은 레이들 내화 라이닝에 의해 용융물로 부터 흡수된 열 때문에 액체 금속이 채워질 때 가열될 수 있다. 한편, 레이들은 비어 있을때 냉각된다. 레이들이 비어 있는 시간은 매우 가변적이어서 예측 불가능하다. 예를들면, 완료하기에 많은 시간이 걸리는 주 레이들 수리에 기인한 지연은 레이들을 매우 냉각되게 하고 이것은 그러한 상태로 사용했을때 상대적으로 높은 액체 금속온도의 손실을 야기한다. 연속 주조 작업에서는 주조기 턴디쉬(tundish)로 유입되는 액체 스틸이 금속 액체 온도보다 약 40。F 정도만 높다. 그러한 경우에는 레이들로 많거나 예상되지 않는 열을 잃을 수 없다.
한편, 레이들의 과가열은 비효율적으로서 고비용이 소요되며 내화물 손상을 증가시킬 수 있다.
따라서, 금속 제조 분야에 있어서 레이들 예열은 중요한 일반적인 실시로서 수리를 위해 회전하는 사용 사이클에서 빠진 레이들에 있어서의 열 손실 및 사용 사이클로 처음 도입된 레이들에 있어서의 열 손실을 정상화시키고 고온의 액체 금속을 냉각된 내화라이닝에 붓는데 따른 레이들 내화물의 열적인 스트레스를 최소화한다.
개스 점화 버너는 일반적으로 예를들면, 레이들이 수평 예열 스탠드상의 그 측부에 위치되었을 때 레이들의 내부로 불꽃을 주입하는데 사용된다. 개스 점화 레이들 예열기는 미국 특허 제 4,359,209호 ; 제 4,229,211호 ; 제 4,014,532호 및 제 3,907,260호에 기술되어 있다. 전기적인 힘으로 레이들을 가열하는 것도 알려져 있는데 예를들면, 미국 특허 제 4,394,566호에 기술되어 있다.
본 출원의 도 1은 제어온도(레이들에 있는 써모커플에 의해 측정된 실제 레이들 내화물 고온면 온도)와 설정점 온도 (미리 결정된 소정의 레이들 고온면 온도)와 관련하여 레이들 예열기로의 연료 가스 흐름을 변화시키는, 전형적인 선행기술 방법을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와같이, 레이들이 상대적으로 냉각 상태일 때는 초기 예열 시간동안 최대의 연료 유속은 사용하고 설정점 온도에 도달한 후 레이들이 충분히 가열될때 까지 연료 유속은 점진적으로 감소시키는 것이 일반적이다. 도 1에 도시된 바와같이, 설정점 온도에 도달하는 제어온도의 일반적인 시간은 약 2시간이고 레이들 내화물이 충분히 가열된 상태에 도달하는 일반적인 시간은 약 20시간이다.
현재, 레이들 예열기의 제어는 일반적으로 예열기 리드(lid)에 위치한 써모커플로 부터의 피드백(feedback)에 기초한다. 이 써모커플은 레이들 내화물의 평균 고온면 온도를 측정한다. 초기에, 레이들이 처음 예열기 상에 위치되었을 때는 버너가 가능한한 빠르게 열을 입력하기 위한 최대 성능으로 점화되다. 고온면 온도가 설정점 온도에 접근할 때에는 도 1에 도시된 바와같이 연료 유속이 감소되여 열 입력속도가 열이 내화물로 흡수되는 속도와 조화를 이루도록 한다.
실제적으로, 연료 유속은 예열중 레이들로의 열 입력속도에 상응하는 것으로 간주될 수 있다. 원리적인 차이는 연소연료, 예를들면 천형 개스로부터의 약간의 열이 기본적으로 배출개스(off-gases)(연도개스)로 손실된다는 것이다. 따라서, 열 입력속도는 가스 유속보다 레이들 열 함량의 약간 더 정확한 척도이다.
그러한 선행기술의 예인 미국특허 제 1,512,008호는 써모커플 측정로 온도의 광범위한 변화에 응답하여 빠르게 열 입력속도를 변화시키므로서, 예를들면, 소정 수준 근처로 온도를 빠르게 증가시킨 후 소정값 근처의 온도만큼 열 입력속도를 서서히 변화시키므로서 예를들면, 전기 가열로에서의 작업 온도를 유지하기 위한 방법 및 장치를 기술하고 있다.
미국 특허 제 4,223,873호는 소정의 온도로 연소가스를 유지하고 연료-공기비를 조정하여 연소를 최대화하고 연소 가스에 남아있는 산소를 최소화하기 위한 제어회로를 포함하는 직접 화염 레이들 예열 시스템을 기술하고 있다.
미국 특허 제 4,718,643호는 연료와 산소의 흐름이 레이들 온도에 응답하여 조절되어 초기 예열 단계 중에 열 입력을 증가시키고 소킹 단계 중에 최대 시스템 효율성을 보장하는 레이들 예열에 관한 것이다.
미국 특허 제 4,462,698호는 가스 유속의 제어를 위한(고온면) 레이들 내화물을 측정하는데 방사선 고온계가 사용되는 레이들 예열에 관한 것이다.
그러한 선행기술의 방법은 예열 중에 레이들 내화물의 표면 온도를 제어하는데 적절하지만 액체금속의 온도 손실이 일정하고 제어 가능하도록 예열된 레이들이 충분한 열을 흡수한 때를 표시하지 않는다. 따라서, 이러한 기존의 실시는 예열 후에 사용하기 위한 레이들의 준비성을 표시하는 것이 부족한데 이는 레이들 라이닝 두께 내의 온도 분포가 순환성의 열 입력(예를들면, 액체스틸이 레이들에 부어질 때) 및 냉각기간(예를들면, 레이들이 비어 있을 때) 때문에 고르지 않기 때문이다. 예를들면, 레이들이 액체 스틸로 채워져 있을 때는 내화물이 레이들 내화라이닝의 내표면에 대하여 접촉 및 이동하는 고온, 약 2800-3000℉의 열원에 노출된다. 레이들 중의 액체 스틸은 캐스팅 또는 부은 후에 빈 레이들은 내화라이닝의 내표면이 약 1400℉ 이하로 냉각되는 유의한 시간동안 그 분위기에 노출된다. 또한, 제철 공장에서의 주변온도 및 바람상태와 같은 예측 불가능한 변수들도 레이들 내화물 및 쉘 온도에 매우 영향을 미친다. 이러한 열 변수들은 상기한 선행기술들에서는 고려하지 않았다. 이것은 수번의 사용 사이클이 지나서 내화물의 마모에 기인한 내화물 두께의 변화에 있어서도 사실인데 이것은 절연 성능의 손실을 야기하고 따라서 레이들의 열 성능 변화 및 예열 중의 열 입력속도의 변화를 야기한다.
레이들 강철 외피의 온도를 측정하는 것도 레이들로의 열 입력속도를 측정하거나 제어하기 위한 효과적인 방법을 제공하지 않는다. 예를들면, 재순환된, 말하자면 그 내용물을 캐스팅하고 1 ½시간 후의 레이들은 너무 냉각된 것으로 간주되기 때문에 예열기 상에 놓일 수 있다. 내화 라이닝의 내표면은 약 1200℉이고 작업 라이닝(액체 금속조 다음에 있으며 보다 얇은 안전 라이닝 아래에 있는 라이닝)은 많은 양의 열을 잃을 수 있지만 쉘 온도는 약 650℉이다.- 이것은 레이들이 작업 준비가 되었다는 것을 나타낸다-그러나, 실제로는 레이들이 냉각 상태로서 이러한 상태에서 사용될 경우에는 액체 금속으로부터의 많은 열 손실을 야기한다. 따라서, 레이들 고온면 온도와 마찬가지로, 레이들 쉘 온도는 레이들 내화물의 전체 열 상태를 신뢰할 만하게 표시하지 않는다.
예열된 레이들이 작업 준비가 되었을 때, 즉 레이들이 내화 라이닝 전체에 걸쳐 열 소킹되어 용융 금속으로부터의 최소 및 일정한 열 손실을 보장하기에 충분하게 고온일 때는 작업자에게 보다 정확하게 표시하기 위한 실제적인 모니터링 및 시그날링 시스템이 요구된다.
본 발명은 가스 유속 및 연소 공기 유속(개스 점화 예열기에 있어서), 실제 제어온도(내화물 고온 면의) 및 설정점(소정의 목적) 온도에 대한 데이타를 생성하므로서 레이들의 예열 중에 레이들 내화 라이닝의 열 함량을 모니터하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 이 데이타들은 예를들면, 프로그램 논리 제어기(PLC)에 의해 제어온도 및 설정점 온도 사이의 논리적 비교를 수행하는데 사용된다. 제어온도가 설정점 온도 이하이면 적절한 신호가 생성되어 레이들이 아직 작업 준비가 되지 않았음을 표시하고 이들 내화물로의 열 입력속도의 변화율 계산이 시작된다 (열 입력속도의 제 1도 함수). 따라서, 열 입력속도의 근사 제 2 도함수, 즉 열 입력속도의 변화율이 시간에 따라 어떻게 변하는지의 계산이 수행된다. 열 입력속도 변화율의 최대 슬로프의 제 2 도함수-이것은 피할 수 없는 편차에 대하여 보정된 평균(또는 이동 평균) 슬로프이다-가 미리 설정된 수준에 도달하여 레이들 내화물에 의한 열 흡수율이 0에 또는 0 근처에 있는, 즉 레이들이 소킹되어 열함량이 최대의 안정된 상태에 있다는 것을 나타낼 때는 레이들이 내화물 두께에 걸쳐 충분히 예열되어 작업 준비가 완료되었다는 것을 나타내는 신호가 발생된다.
도 1은 개스 점화 예열기 버너로의 연료 흐름의 속도 및 제어온도 대 시간의 변화를 나타내는 선행기술의 그래프이다.
도 2는 열 입력속도(그래프 A), 연도 가스 열 손실 속도(그래프 B), 레이들에서의 열 저장 속도(그래프 C) 및 레이들 쉘 열 손실 속도(그래프 D) 대 시간의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 연료가스 유속(그래프 A) 및 이동 평균 슬로프 대 시간의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 이동 평균 슬로프(그래프 A) 및 총 레이들 열 함량(그래프 B)의 시간에 따른 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 시간에 따른 최대 슬로프 도함수 변화를 도시한 그래프(A) 이다.
도 6은 본 발명의 레이들 예열기 장치의 측면 스케치이다.
도 7은 본 발명에 따라서 레이들 예열중에 레이들 내화 열 함량을 모니터링하는 것에 포함되는 몇개의 단계를 도시한 블록 다이아그램이다.
도 2에 도시된 바와같이, 레이들 예열에 있어서 열 전달, BTU/hr의 일반적인 관계는 하기 식으로 주어진다:
qin= qflue+ qshell+ qstorage(식 1)
여기에서,
qin= 열 입력 율(연료 유속) (곡선 A)
qflue= 연도가스에서의 열 손실율 (곡선 B)
qshell= 레이들 쉘로부터의 열 손실율 (곡선 C)
qstorage=레이들 내화물에서의 열 저장율 (곡선 D)
예열기간 중에 열 밸런스에서 이들 양들 각각의 상대적인 양은 도 2에서 주어지는데 도 2는 레이들이 처음 예열기간 상에 위치되었을 때(가열구역Ⅰ), 열 입력율(그래프 A)이 유지된다는 것을 나타낸다. 따라서, 이 상태에서는 제어온도가 설정점 온도보다 낮을 때 제어온도와 설정점 온도의 비교가 이루어지고 제어온도가 설정점 온도보다 낮으면 연료 유속 제어기가 그러한 일정한 값을 유지하도록 최대 연료 흐름을 요구하는 작용을 한다. 레이들 가열의 이 부분에서는 레이들 내화물에서의 열 흡수율이 높고, 장시간의 예열 후 안정 상태의 조건에 도달했을 때(레이들이 소킹되어 레이들에서의 열 흡수율이 무시할만 할 때) 그리고 열 흡수율이 일정할 때(그래프 A-가열구역Ⅲ)는 그 값이 내화물 형태, 내화물 마모, 주위 조건 및 레이들의 초기 열 상태에 좌우된다. 따라서:
qstorage= 0 (안정한 상태) (식 2A)
qflue와 qshell= 일정(식 2B)
qin(연료 유속) = 일정 (식 2C)
소킹 상태가 이루어지기 전에, 그러나 설정점 온도에 도달한 후에 (도 2의 가열구역 Ⅱ)는 연도가스의 온도(도 2, 그래프 B)가 일정하게 되어서 연도가스로부터 손실되는 열의 양이 연료가스 입력속도 즉, 열 입력속도에 대하여 정비례 한다(그래프 A). 연도가스에서의 열 손실량은 레이들 쉘로부터의 손실보다 훨씬 더 커서(도 2, 그래프 D) 연료가스 유속의 변화가 레이들에서 열 저장율의 변화에 비례하도록 한다(도 2, 그래프 C).
는에 비례한다 (식 3)
따라서, 레이들 내화물이 열을 흡수하여 설정점 온도에 도달한 후 안정한 상태(qstorage=0 또는 0보다 큼)에 접근할 때는 연료 입력속도의 변화율이 0을 향하는 경향이 있다.
qstorage는 0에 가깝고, dqin도 0에 가깝다.
연료 유속의 변화율은 레이들이 얼마나 많은 열을 흡수할 수 있는지를 나타내고 이 인자는 0을 향하는 경향이 있기 때문에 내화물이 열을 추가로 흡수하는 능력도 0을 향하는 경향이 있고 따라서, 레이들이 소킹되어 작업할 준비가 된다. 레이들 내화물에 내재된 써모커플을 다수 사용하는 시험을 수행하여 열 입력속도의 변화율과 내화물 열 함량 사이의 관계를 확인했다. 그러한 시험 각각에서는 연료 유속이 일정하게 되는 경향이 있기 때문에 측정된 내화물 온도(제어온도)도 일정한 안정 상태로 되는 경향이 있었다.
본 발명은 샘플화된 데이타의 선형 회귀의 열 입력속도 변화율(시간에 따른 열 입력속도의 변화 또는 연료 유속 변화를 나타내는 그래프의 슬로프)을 측정하는 것에 기초한 것이다. 그러한 목적으로 열 입력속도(연료 유속)의 그래프는 예를들면 도 1의 A, B, C, D로 도시된 바와같이 시간 증분으로 분할되고 열 입력(또는 가스 흐름)속도가 변화하는 그래프의 평균 슬로프는 하기식에 따라 측정된다.
이동 평균 슬로프(CFH/분할시간)=
(식 4A)
(식 4B)
여기에서,
L=시간
n=시간(L) 내의 측정 수
Yi=연료가스 유속, 공기 유속(시간당 세제곱 피트, CFH) 및 제어온도의 함수인 레이들로의 계산된 열 전달 속도
i=시간(L) 내의 단위 시간
XI=시간(i)의 분할
식(4A)와 식(4B)는 각 시간(i)에서의 평균 슬로프를 다시 계산하는데 사용되어 본 발명자들이 이동 평균 슬로프라고 칭한, 변화하는 열 입력속도(가스 유속)의 평균 슬로프를 일정하게 재평가하게 한다. 도 3 및 도 4의 이동 평균 슬로프 커브는 3시간의 기간(L)에서 5분 증분(Xi)으로 수집된 데이타를 사용하는 연도 가스 변화율 대 시간의 평균 슬로프에 의해 측정되므로서 이 경우에 이동 평균 슬로프의 단위가 CFH/5분이 되게한다.
이 경우에 n=36이고 각각의 샘플점에서 새로운 슬로프가 앞의 L시간에 기초하여 추가된다.
다수의 데이타 측정으로부터 평가된 이동 평균 슬로프는 항상 약간의 변화를 갖는데 데이타 한계 때문에 불확실하다. 예를들면, 예열시간 동안 제어온도가 설정점 온도 이상 및 이하로 변할 수 있어서 열 입력 변화 커브의 실제 슬로프가 평균 슬로프 보다 높거나 낮을 수 있게 되고 결국에는 데이타로부터 측정될 수 있는 슬로프의 가능번위의 척도인 슬로프의 차이를 야기한다. 그러한 차이는 이동 평균 슬로프와 평균 슬로프의 표준 편차의 함수로서 보다 정확한 최대 슬로프를 제공하여 열 입력속도의 실제 변화율의 보다 안전한 평가를 제공하도록 제어온도와 가스 유속의 변화를 고려하여 계산될 수 있다. 따라서, 이동 평균 슬로프의 변화를 평탄하게 하고, 내화물 열 입력속도의 측정된 변화율(이동 평균 슬로프의 제 1도 함수)에 있어서의 상부 경계를 구성하며, 열 입력속도의 실제 변화율의 보다 우수한 평가를 제공하는 최대 슬로프가 하기 관계식으로 측정된다.
최대 슬로프 = 평균 슬로프 + nσ (식 5)
여기에서,
σ는 슬로프의 표준 편차이고,
n은 표준 편차의 수이다.
예를들면, n=2일 때 내화물 열 입력속도의 측정된 변화율이 최대 슬로프에 의해 나타나는 것과 동일하거나 그 이하인 것이 95% 신뢰수준으로 있다. 따라서, 예를들면 도 4에서 예열시간에 대하여 플롯된 최대 슬로프의 그래프는 그 도면의 그래프 A의 이동 평균 슬로프 아래에 예를들면 2σ와 동일한 거리로 공간지게 되고, 따라서, 슬로프에 대한 보다 높은(보다 부정적인) 경계를 구성하며 열 입력(또는 가스 흐름) 속도의 변화를 모니터하기 위한 비보정 이동 평균 슬로프보다 우수한 기준을 제공한다.
레이들의 열 함량이 소킹 상태에 접근하고 레이들이 작업할 준비가 되었다는 것을 나타내는 안정한 상태에 레이들 내화물에 의한 열흡수가 가까워졌을 때는 가장 정확히 측정하기 위해서 최대 슬로프의 제 2도함수(시간 (L)내의 주어진 시간에서의 최대 슬로프와 앞서 시간에서의 것의 비교)가 하기 관계식의 평균으로 평가된다 :
제 2도함수의 평가 = (식 6)
[최대 슬로프(시간(i-L)에서 계산된)]-
[최대 슬로프(시간간격(i)으로 계산된)]/
최대 슬로프(시간(i-L)에서 계산된)
여기에서, 식(4A)와 식(4B)에서와 같이 i는 시간 카운터이다.
레이들로의 열 입력 변화율을 모니터함에 있어서는, (1) 이동 평균 슬로프를 식(4A) 및 식(4B)에 따라 먼저 계산하고 ; (2) 차이를 계산하며, 계산(1)과 (2)의 결과를 사용하여 식(5)에 따라 최대 슬로프를 계산한다. 마지막으로, 식(6)에 따라, 평가된 제 2도함수를 계산하여 레이들 준비성을 측정하기 위한 일차적인 기준으로 제공한다. 이러한 최대 슬로프의 제 2 도함수의 예시적인 그래프가 도 5에서 그래프 A로서 도시되었다. 식(4A), (4B), (5) 및 (6)은 각각의 계산을 수행하는 PLC로 프로그램화 되어 제 2 도함수의 평가가 소정의 소킹 기준(예를들면, 초기 레이들 상태, 레이들 열 전달 특성 및 열 성능을 고려한) 이하로 떨어질 때 레이들이 소킹 조건에 도달한 것이고 작업 준비가 된 것으로서 그 시점에서 그러한 준비성을 표시하는 적절한 신호가 발생된다.
보다 상세하게는, 약 50개의 레이들을 예열하는 시험에서, 열 입력속도가 도 1에 도시된 바와같은 가스 유속 변화율을 따랐고, 즉 열 입력속도가 가스 유속과 거의 동일했다는 것 뿐만 아니라 열 입력속도의 쇠퇴(감소)속도가 지수함수적이서 예열기간 중 지수함수(et) 대 단위시간의 그래프가 음의 슬로프를 갖는 지수함수적 커브가 되고, 여기에서 단위시간의 각 증분은 선행시간 단위보다 36% 더 적다는 것도 나타났다. 따라서, 이러한 관계를 사용하면 열 입력 변화속도(최대 슬로프의 제 2 도함수)의 계산이 36% 이상인 경우에는 레이들이 아직 소킹되지 않았고 작업 준비도 되지 않았다는 것을 나타내고; 제 2 도함수의 값이 36%와 동일하거나 이하일 때만 레이들이 소킹 및 작업 준비가 되었다는 것을 나타낸다. 이러한 관계도 도 5에 도시되어 있다. 도 3 및 도 4로 부터 알 수 있는 바와같이, 이동 평균 슬로프(또는, 상기한 바와같은, 변화 보정 최대 슬로프)는 총 레이들 열 입력의 우수한 척도를 제공하는데 사용된다. 그러나, 상기한 바와같이 사용가능한 도 5의 지수함수적 커브로 대표되는 최대 슬로프의 제 2 도함수는 레이들의 열 함량을 모니터하여 열 함량이 레이들을 작업시키기에 충분한 때를 측정하기 위한 보다 우수하고 보다 용이한 방법을 제공한다.
연료 가스 점화 버너와 관련하여 본 발명을 수행하기 위한 장치가 도 6에 도시되어 있는데 참고번호 1은 수평 예열 스탠드(3) 상에 위치된, 예열될 내화 라이닝 레이들(2)을 포함하는 예열기 장치를 나타낸다. 장치(1)는 또한 버너(8)로 부터의 가열 화염이 레이들 내부로 분사되는 구멍(7)을 갖는 레이들 리드(6)를 구비한 롤러 장착 돌리(dolly)(4)를 포함한다. 리드(6)에는 리드를 통하여 연장하고 레이들(2)에 대한 리드(6)의 장착 위치에서 레이들의 내부로 연장하고 전기선(5)에 의해 PLC(11)에 연결된 써모커플이 설치되어 있는데 PLC는 이곳으로 제어온도 신호를 입력하기 위한 예열기 제어 판넬로서 제공되고 여기에는 하기에서 보다 상세히 설명되는 바와같이, 설정점 신호발생 성능(도면에서 온도 1967℉로 표시된)과 제어온도 및 설정점 온도를 비교하는 성능이 제공된다.
버어(8)에는 가스 공급원(도시되지 않음) 연결되고, 전선(13)을 통하여 PLC 에 가스 유속신호를 입력하기 위한 PLC(11)(도 6에서 시간당 13,000 세제곱 피트(CFR)의 속도로 표시된)에 연결된 가스 유량계(12)로부터 천연가스와 같은 연료가스가 공급된다. 버너(8)에는 또는 공기 공급원(도시되지 않음)에 연결되고 전선(16)을 통하여 PLC에 공기유속 신호를 입력하기 위한 PLC(11)(도 6에서 14,000 CFR 속도로 표시된)에 연결된 공기 유량계(14)로부터 연소공기가 공급된다. PLC(11)로 또한 PLC에 의한 구동시 작업자에게 레이들이 충분히 소킹되어 작업 준비가 되었을 때를 표시하는 가시적인 예열 표시 신호부(17)에 연결된다.
본 발명 방법 및 장치의 동작시에는 도 7의 블록 다이아그램에 도시된 바와같이 가스점화 예열기에 있어서의 제 1단계가 PLC에 소정의 설정점 온도와 함께 연료가스 유속, 공기유속 및 제어온도를 입력하는 것이다(단계Ⅰ) PLC는 제어온도와 설정점 온도 사이의 논리적 비교를 수행한다(단계 Ⅱ). 제어온도가 설정점 온도 위이거나 가까울 경우에는 PLC가 도 6에 도시된 표시기의 색(17)을 적색에서 노란색으로 변화시켜 이 시점에서는 레이들로 용융 스틸의 유입시에 실질적인 열의 손실이 있을 정도로 레이들이 충분히 소킹되지 않아서 스틸 제조로에 있는 용융 스틸의 온도를 상승시키는 것이 요구된다라는 표시한다. 그러한 때에는 PLC가 레이들 내화물로의 열 입력속도(연료가스 유속, 공기유속 및 제어온도의 함수)를 계산하기 시작한다. 이 때, PLC는 열 입력속도의 변화율을 계산하고(단계 Ⅲ) 일정시간 후에 열 입력속도의 근사 제 2 도함수, 즉 열 입력속도의 변화율이 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 계산한다(단계 Ⅳ). 열 입력속도의 제 2 도함수가 36%와 동일하거나 그 이하인 소정의 값(상기한 바와같이, 초기 레이들 온도, 레이들 열 전달 특성 및 레이들의 총 열 성능과 같은 요인들을 고려한)이하일 경우에는(도 5참조), PLC가 표시기 색을 노란색에서 녹색으로 변화시켜 레이들이 충분히 소킹되어 작업 준비가 되었다는 것을 표시한다.
상기 설명은 가스, 예를들면, 천연 가스 점화 버너에 의해 가열되는 레이들 예열기의 관점에서 기술되었다. 본 발명은 전기 가열 예열기에도 적용가능한데 그 경우에 열 입력속도 및 변화는 예열기에 공급되는 전력에 좌우된다.

Claims (19)

  1. 내화 라이닝된 레이들을 예열시키는 방법에 있어서, 레이들 내화물 온도를 측정하여 제어온도를 설정하고, 레이들이 가열될 레이들 설정점 온도를 미리 설정하며, 제어온도와 설정점 온도를 비교하여 레이들로의 열 입력속도를 제어하고, 열 입력 대 시간의 평균 슬로프를 계산하여 레이들로의 열 입력속도 변화율을 제시하며, 평균 슬로프를 사용하여 레이들의 열 함량을 모니터하므로서 레이들 내화물이 전체에 걸쳐 충분히 가열되었으며 작업 준비가 되었을 때를 측정하는 것을 포함하는 방법.
  2. 용융금속의 수용 및 이송을 위한, 내화 라이닝된 레이들을 예열시키는 방법에 있어서, 레이들 내화물 고온면의 측정된 실제 제어온도와 레이들 내화물이 가열될 소정의 설정점 온도를 나타내는 데이타를 생성하고, 상기 데이타를 PLC에 입력하여 제어온도와 설정점 온도 사이의 논리 비교를 수행하므로서 레이들로의 열 입력속도를 제어하며, 레이들로의 열 입력속도 변화율을 나타내는 이동 평균 슬로프를 계산하고, 이동 평균 슬로프의 시간에 따른 변화가 거의 0일 때 레이들 내화물이 충분히 가열되어 작업준비가 되었다는 것을 표시하는 적절한 신호를 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 하기 관계식에 따라 이동 평균 슬로프, CFH/분할시간을 측정하는 것을 포함하는 방법.
    (식 4A)
    및
    (식 4B)
  4. 제 3항에 있어서, 하기 관계식,
    최대 슬로프 = 평균 슬로프 + nσ
    에 따라서 열 입력속도 대 시간의 최대 슬로프를 계산하므로서 이동 평균 슬로프 계산의 정확성을 강화하고, 최대 슬로프 변화를 사용하여 레이들 열 함량을 모니터하므로서 레이들 내화물이 충분히 소킹되어 작업준비가 되었을 때를 측정하는 것을 더 포함하는 방법
  5. 제 4항에 있어서, n이 2이고, 레이들 내화물로의 측정된 열 입력속도 변화율이 96%의 신뢰수준으로 최대 슬로프에 의해 나타난 것과 동일하거나 그 이하인 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 최대 슬로프의 제 2 도함수를 계산하고, 제 2 도함수가 제 2 도함수 값이 변화 없거나 거의 없다는 것을 나타내는 미리 설정된 수준 이하일 때 레이들이 내화물 전체에 걸쳐 충분히 예열되어 작업준비가 되었다는 것을 표시하는 신호를 발생시키는 것을 더 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 하기식,
    제 2 도함수의 평가=
    [최대 슬로프(시간(i-L)에서 계산된)]-
    [최대 슬로프(계산된 시간 간격(i))]/
    최대 슬로프(시간(i-L)에서 계산된)
    에 의해 제 2 도함수를 평가하여 지수 함수, et,와 시간 사이의 음의 슬로프의 지수함수적 관계를 제공하고, 제 2 도함수를 사용하여 레이들로의 시간에 따른 열 입력속도 변화를 모니터하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 제 2 도함수를 계속 계산하여 지수함수, et의 값이 36% 이상이면 레이들 내화물이 아직 소킹되지 않았다는 것을 표시하는 신호를 발생시키며, 제 2 도함수의 값이 36%와 동일하거나 그 이하일 때는 레이들의 소킹이 완료되어 작업준비가 되었다는 것을 표시하는 신호를 발생시키는 것을 더 포함하는 방법.
  9. 제 3항에 있어서, 하기식,
    최대 슬로프 = 평균 슬로프 + nσ
    에 따라 제어온도와 열 입력속도의 피할 수 없는 변화에 대하여 이동 평균 슬로프를 보정하므로서 레이들이 충분히 소킹되어 작업준비가 되었다는 것을 측정함에 있어서 최대 슬로프가 이동 평균 슬로프의 정확성을 개선시키는 상부 경계를 구성하도록 하는 것을 더 포함하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 하기 관계식,
    [최대 슬로프(시간(i-L)에서 계산된)]-
    [최대 슬로프(계산된 시간 간격(i))]/
    최대 슬로프(시간(i-L)에서 계산된)
    에 따라 최대 슬로프의 제 2 도함수를 평가하므로서 레이들 내화물로의 열 입력속도 변화율이 레이들의 충분한 소킹 상태의 접근을 나타내는 수준에 해당할 때를 측정하여 제 2 도함수의 값이 36%과 동일하거나 그 이상이면 예열을 계속하고 제 2 도함수의 값이 36% 이하이면 레이들의 작업준비 완료를 나타내는 신호를 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  11. 예열되는 내화 라이닝된 레이들이 충분히 소킹되어 작업준비가 된 때를 측정하는 방법에 있어서, 레이들로의 시간에 따른 열 입력속도 변화율을 나타내는 평균 슬로프를 계산하여 평균 슬로프의 변화가 거의 없을 때 레이들이 준비 완료되었다는 신호를 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 하기식,
    최대 슬로프 = 평균 슬로프 + nσ
    (여기에서, σ은 슬로프의 표준 편차이고,
    n은 표중 편차의 수이다.)
    를 제공하기 위하여 예열 공정에서의 피할 수 없는 변화에 대하여 평균 슬로프를 보정하고, 최대 슬로프의 변화가 거의 0일 때 예열 종료의 신호를 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 최대 슬로프의 제 2 도함수를 계산하여 제 2 도함수의 값이 36%와 동일하거나 그 이하일 때 예열 종료의 신호를 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  14. 내화 라이닝된 레이들의 예열 상태를 표시하는 방법에 있어서, 실제 레이들 제어온도와 레이들이 예열되어야 할 설정점 온도에 따라서 레이들로의 열 입력속도를 제어하고, 제어온도가 설정점 온도에 도달한 후 열 입력속도를 감소시키며, 시간에 따른 열 입력속도 변화율 나타내는 이동 평균 슬로프를 계산하고, 이동 평균 슬로프에 기초하여 열 입력속도의 제 2 도함수를 계산하며, 제 2 도함수가 레이들의 충분한 예열을 나타내는 미리 설정된 기준 이하일 때 레이들의 예열을 종료시키는 것을 포함하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 미리 설정된 기준이 레이들 예열 시간에 대하여 플롯된, 36%와 동일하거나 그 이하인 제 2 도함수인 방법.
  16. 레이들 예열 표시 시스템에 있어서, 레이들로 액체 금속을 유입시키기 전에 예열될 내화 라이닝된 레이들, 레이들의 내부로 열 에너지를 입력시키기 위한 수단, 레이들로의 열 입력속도를 제어하기 위한 수단, 레이들 내화물 표면의 실제 제어온도를 측정하기 위한 수단, 레이들 내화물이 가열되어야 할 소정의 설정점 온도를 수용하기 위한 PLC수단, 레이들로의 에너지 입력속도를 나타내는 제 1신호와 제어온도를 나타내는 제 2신호를 PLC로 입력시키기 위한 수단, 제어온도와 설정점 온도를 비교하여 제어온도가 설정점 온도와 같거나 더 높을 때 열 에너지 입력속도의 제 2 도함수를 계산하기 위해 PLC에 프로그램화 된 수단 및 제 2 도함수의 값이 미리 설정된 기준 이하일 때 레이들 내화물이 충분히 예열되어 작업준비가 되었다는 것을 표시하는 신호를 발생시키기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 미리 설정된 기준이 레이들 예열 시간에 대하여 플롯된, 36%와 동일하거나 그 이하인 제 2 도함수인 시스템.
  18. 레이들 예열 시스템에 있어서, 실제 레이들 온도와 레이들이 예열되어야 할 설정점 온도에 따라서 레이들로의 열 입력속도를 제어하기 위한 수단, 제어온도가 설정점 온도에 도달한 후에 열 입력속도를 감소시키기 위한 수단, 그 후, (a) 시간에 따른 열 입력 변화율을 나타내는 최대 평균 슬로프와 (b) 최대 평균 슬로프에 기초하여 열 입력속도의 제 2 도함수를 계산하기 위한 수단, 제 2 도함수의 변화를 모니터하기 위한 수단 및 제 2 도함수가 미리 설정된 기준 이하일 때 레이들이 충분히 예열되었다는 것을 신호하기 위한 수단을 포함하는 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 미리 설정된 기준이 레이들 예열 시간에 대하여 플롯된, 36%와 동일하거나 그 이하인 제 2 도함수인 시스템
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