KR20010103139A

KR20010103139A - 고로용 장입물의 장입시스템

Info

Publication number: KR20010103139A
Application number: KR1099-067005A
Authority: KR
Inventors: 조진수; 박성식; 강대호; 김재식
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-11-23

Abstract

본 발명은 고로조업시 광석 장입중 광석 유량 조절변의 정밀한 제어를 실시하여 각 낙하궤적별 경도 각도에 조업자가 장입하고자 하는 광석의 양을 필요한 만큼 조작하고 원하는 시간내에 장입하여 과학적이고 정밀한 조업으로 노황안정을 이루고자 하는 시스템에 관한 것으로, 시스템은 운전자가 설정한 선회슈트 회전수와 장입할 광석량, 광석 유량 조절변의 정개도 오픈개도 검색, 광석 무게 검출 장치의 안정된 데이터를 인출하기 위한 보정을 실시하여, 장입 진행 방법과 추이를 판단, 연산하기 위한 제1단계와, 장입이 개시되면 초당 광석의 장입량을 검출하여 변화추이를 제1단계에서 산출된 데이터와 비교 검색하여 광석 유량 조절변의 보정값을 산출하여 보정방법을 판단하는 제2단계와, 제2단계의 보정값에 비례한 광석 유량 조절변의 보정 각도를 환산하고 동작제어신호로 변화시켜 광석 유량 조절변의 동작을 제어하는 제3단계와, 광석 유량 조절변의 개도 보정이 반복되어 발생할 수 있는 광석 유량 조절변의 제어편차를 산출하여 차기 광석유량 조절변의 보정에 응용하여 제어편차를 없애기 위해 연산 및 판단을 실시하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

고로용 장입물의 장입시스템{System for controling the charging of the charge of the blast furnace}

본 발명은 고로의 광석 유량 조절변 제어를 이용한 경동각도별 장입량 제어방법에 관한 것으로 고로조업시 로정 호퍼에 저장되어 있는 광석을 고로 내부로 장입시 낙하궤적별 경동각도에 광석의 장입량을 분포하는 방식에 있어서 광석 장입시 장입이 진행중인 광석량과 장입진행 시간을 산출하고 현재 장입 진행상태와 장입 추이를 비교 연산하며 장입 진행 결과를 예측하는 기능을 하여 이 데이터를 근거로 장입이 진행중인 상태에서 지속적으로 광석 유량 조절변의 개도를 보정하는 기능을 갖춤으로서 총괄적으로 장입량과 장입 시간을 제어하는 인공지능적인 광석유량 조절변의 제어에 의해 조업자가 요구하는 시간내에 요구하는 양 만큼의 광석을 각 경동 각도별로 정확하게 분포될 수 있도록 한 장입 중 고로의 광석 유량조절변 제어를 이용한 경동 각도별 장입량 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로 조업은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 원료빈(3-4, 3-5)에서 절출된 광석과 소결광을 장입 벨트 컨베이어(3)을 통하여 고로 상부로 이송한 뒤 플랩게이트(flap gate)(2-4)와 호퍼 상부 실링밸브(upper seal valve)(2-3)를 거쳐 로정 호퍼(hotter)(2)에 저장후, 기 설정된 선회슈트의 회전수(2-10)와 광석 유량 조절변(meter flowlate contol gate)의 각도(2-10)에 의해 소결광 입도별 장입이 가능한 선회슈트(rotation chute)(2-2)를 통해 설정된 각 노치(notch)별 경동각도(tilting angle)로 제어되어 고로 내부에 경동 각도별로 광석이 분포되어 장입된다.

즉, 코크스(입도:35~75mm) 장입, 대립소결광(입도:12~50mm) 장입, 중심코크스(입도: 35~75mm) 장입, 소립소결광(입도:5~12mm) 장입의 장입순서로 코크스를 반경 방향으로 균일하게 장입하여 고로 상부에서 코크스 테라스 길이를 안정하게 만들고 이러한 안정된 테라스에 의하여 대립소결광을 장입하여 혼합층을 만드는 형상으로 장입된 코크스와 광석은 통기성 및 가스이용율을 극대화하여 중심부 온도가 높가 가스통로가 원활하게 형성되는 연화 융착대를 만든다.

한편, 노벽측에는 환원성 및 통기성이 우수한 소립소결광을 안착시켜 노벽부 불활성대 생성을 방지하고 노벽보호를 유도하는 방법으로 고로 상부에서 교대로 장입하여 층을 이루도록 하고 고로 하부에는 열풍로 설비에서 보내온 고온의 열풍을 풍구(1-2)를 통해 고로 내부에 송풍하여 철광석의 환원 및 용융반응을 일으켜 용선을 생산하게 된다.

이러한 고로조업은 고로내부의 프로필(profile)이 안정되어야 가스의 흐름 즉, 중심 부분의 가스류가 안정되어야만 노내상황이 안정되게 되고, 철광석이 환원및 용융되어야 경제적 조업수행이 가능함과 동시에 생산량도 높고 고로의 수명도 연장된다.

광석장입량 대 코크스 장입량비가 4.70이상시 조업시에 고로내 프로필이 안정되어 가스 흐름 및 통기성이 원활하게 하기위해서는 고로에서의 전체 방향으로의 O/C 분포가 균일하게 유지되는 것이 가장 중요하다.

특히, 고로전체의 O/C를 올리면 올릴수록, 고로전체의 방향으로 균일한 O/C 비를 유지하기가 어렵고 조금만 차이가 발생해도 노내상황의 부분적 불균형이 발생하여 출선구별 용융물의 온도차이 발생으로 이어져 불안정한 노황을 유지하게 된다.

그러나 현재의 고로장입 방법으로는 고 O/C 조업시에 노내 전체방향으로의 균일한 O/C 분포도를 유지하기가 어려운 문제점이 발생되고 있다.

그리고 최근에는 고로의 경제적 조업을 위해 값비싼 코크스 대신 상대적으로 저렴한 미분탄의 사용비를 늘려가면서 코크스 장입량이 미분탄으로 대체됨으로 인하여 상대적으로 코크스량이 적어져 가고 있어, 전체적인 코크스 장입량이 적음으로 인해 고로내부의 전체적인 장입물 분포의 균일화를 유지하는 것이 매우 어렵게 나타나고 있다.

종래의 고로의 장입은 도 2에 도시한 고로의 장입물 낙하궤적 모식도(5-1~5-11)에 따라 운전자가 설정해 놓은 광석 유량 조절변의 정개도 각도 및 각 노치(notch)별 선회슈트 회전수 설정 챠트(2-10)에 따라 장입을 수행하게 된다.

또한 각 경동 각도별로 장입하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 장입시간에 의해 선회슈트를 제어하는 장입방법(time mode)(6-1)과 각 경동각3도별 광석 장입량으로 선회슈트를 제어하는 방식(weighing mode)(6-3)중 선택하여 사용하고 있다.

이때, 장입 시간에 의해 선회슈트를 제어하는 방식(time mode)는, 장입시 광석 유량 조절변은 조업자가 광종별로 설정해 놓은 정개도 오픈 상태를 장입 종료시까지 유지하는 상태에서 해당 경동각도에 장입 진행중 조업자가 설정한 선회 슈트의 회전수에 대응하는 만큼의 시간에 도달하면(선회슈트 1회전시 소요시간 7.5sec)(6-2) 다음 경동각도로 선회슈트가 하강 하게 된다.

이때, 노내 가스 흐름 및 압력 변화, 설비마모, 설비의 특성 변화 등에 의한 장입량의 변화에 무관하게 다음 경동 각도로 선회슈트가 이동하게 됨으로 조업자가 광석을 원하는 만큼 장입하지 못하여 각 낙하궤적별 장입량이 조업자의 요구대로 분포되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 각 경동 각도별 광석 장입량으로 선회슈트를 제어하는 방식(weighing mode)은 장입시 광석유량 조절변은 조업자가 광종별로 설정해 놓은 정개도 오픈 상태를 장입 종료시까지 유지하는 상태에서 해당 경동 각도에 장입 진행중 조업자가 설정한 선회 슈트의 회전수에 대응하는 만큼의 광석 장입량에 도달하면

즉, [(총장입량/전체 선회슈트회전수) × 노치별회전수 ] (6-4)

가 구해지면, 다음 경동 각도로 선회슈트가 하강 하게되어 각 낙하궤적별 장입량은 조업자의 요구대로 분포된다.

그러나, 광석 무게 검출장치(weighing system)(2-6)가 노내 가스 흐름 및 압력 변화에 의해 측정값의 변화가(hyunting) 심하고 오검출등으로 선회슈트가 다음 경동 각도로 이동하는 시간 즉, 각 낙하 궤적별 장입시간을 예측하기 어려워 고로내 광석 장입 시간(timing)을 맞추기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 고로 조업시 로정 호퍼에 저장되어 있는 광석을 고로 내부로 장입시 낙하궤적별 경동 각도에 광석의 장입량을 분포하는 방식에 있어서 광석 장입시 장입이 진행중인 광석량과 장입진행 시간을 산출하고 현재 장입 진행상태와 장비 추이를 비교 연산하며 장입 진행결과를 예측하는 기능을 하여 이 데이터를 근거로 장입이 진행중인 상태에서 지속적으로 광석유량 조절변의 개도를 보정하는 기능을 갖춤으로서 총괄적으로 장입량과 장입시간을 제어하는 인공지능적인 광석유량 조절변의 제어에 의해 조업자가 요구하는 시간내에 요구하는 양 만큼의 광석을 각 경동 각도별로 정확하게 분포될 수 있도록 한 장입 중 고로의 광석 유량 조절변 제어를 이용한 경동 각도별 장입량 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위하여, 노정으로부터 소결광과 코크스를 교대로 장입하고, 풍구로부터 고온의 바람과 미분탄을 취입하는 고로 조업에서 각 경동 각도별 장입물 분포를 제어하기 위한 장입물 장입방법는 운전자가 설정한 선회슈트 회전수와 장입할 광석량, 광석 유량 조절변의 정개도 오픈개도 검색, 광석 무게 검출 장치의 안정된 데이터를 인출하기 위한 보정을 실시하여, 장입진행 방법과 추이를 판단, 연산하기 위한 제1단계와, 장입이 개시되면 초당 광석의 장입량을 검출하여 변화추이를 제1단계에서 산출된 데이터와 비교 검색하여 광석 유량 조절변의 보정값을 산출하여 보정방법을 판단하는 제2단계와, 제2단계의 보정값에 비례한 광석 유량 조절변의 보정 각도를 환산하고 동작제어신호로 변화시켜 광석 유량 조절변의 동작을 제어하는 제3단계와, 광석 유량 조절변의 개도 보정이 반복되어 발생할 수 있는 광석 유량 조절변의 제어편차를 산출하여 차기 광석유량 조절변의 보정에 응용하여 제어편차를 없애기 위해 연산 및 판단을 실시하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 고로조업에서 장입물의 장입흐름을 도시한 도면.

도 2는 고로 장입물의 낙하궤적에 따른 유량조절변의 정개도각도 및 각 노치별 선회슈트 회전수를 나타낸 도면.

도 3은 종래 실시예에 따른 경동각도별 장입물 장입제어를 나타낸 흐름도.

도 4는 종래 실시예에 따른 선회슈트의 노치별 장입물 장입제어를 나타낸 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 경동각도별 장입물 장입제어를 나타내는 흐름도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 경동각도별 장입물 장입중 광석유량 조절변의 제어상태를 도시한 흐름도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 고로

1-2 : 풍구

1-4 : 장입 기준선

2 : 노정호퍼

2-2 : 장입선회슈트

2-5 : 광석유량 조절변

2-6 : 로정 호퍼 평량기

5-1 ~ 5-11 : 장입물 기준선

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 도 4는 본 발명을 수행하기 위한 광석유량 조절변의 제어 수순을 나타내는 플로우도이다.

즉, 본 발명의 방법은 광석을 고로 내부로 장입시 낙하궤적별 경동각도에 광석의 장입량을 분포하는 방식에 있어서 운전자가 설정한 선회슈트 회전수와 장입할 광석량, 광석 유량 조절변의 정개도 오픈개도 검색, 광석 무게 검출 장치의 안정된 데이터를 인출하기 위한 보정을 실시하여, 장입 진행방법과 추이율 판단, 연산하기 위한 제 1단계(7-1); 장입이 개시되면 광석의 장입량 변화추이를 검출하여 제 1단계에서 산출된 시간별 장입량과 비교 검색하여 광석 유량 조절변의 보정값을 산출하여 보정 방법을 판단하는 제 2단계(7-2); 제 2단계의 보정값에 비례한 광석 유량 조절변의 보정각도를 계산하고 동작제어신호로 변환시켜 광석의 유량 조절변의 동작을 제어하는 제 3단계(7-3); 광석유량 조절변의 개도 보정이 반복되어 발생할 수 있는 광석 유량 조절변의 제어편차를 산출하여 차기 광석유량 조절변의 보정에 응용하여 제어편차를 없애기 위해 연산 및 판단을 실시하는 제 4단계(7-4); 로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 고로내 광석 장입중 고로의 광석 유량조절변 제어를 이용한 경동 각도별 장입량 제어방법에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제 1단계인 장입조건 연산부(7-1)에서 경동각도별 선회슈트 회전수를 합산(Rn)하여 (1~11노치 회전수 합산)하여 입력부에서 데이터가 들어오면 선회슈트 1회전시 소요시간을 곱하여 목표 장입 시간(Ta)을 계산한다.

Ta = Rn × 7.5 sec (*-1)

목표 장입시간이 산출되어 로정 호퍼 하부 실링벨브(lower seal valve)가 열리고 광석 유량 조절변이 정개도 위치로 열려 장입이 개시되면 총장입 광량(Wt)을 전체 선회슈트 회전수(Rn)로 나눔으로서 1회전당 장입량(N1)을 계산한다.

N1 = Wt / Rn (8-2)

1회전당 장입량이 계산되면 경동각도별 회전수(Nn)을 곱하여 경동각도별 장입량(Nw)를 계산한다.

Nw = N1 × Nn (8-3)

또한 해당 경동 각도별 회전수(Nn)에 선회슈트 1회전시 소요시간을 곱하여 경동 각도별 장입시간(Nt)을 계산한다.

Nt = Nn × 7.5 sec (8-4)

그리고 장입 진행 방향을 판별하기 위해 장입 시간별 장입량(ΔTw)을 계산한다.

ΔTw = (Wt / Ta) (8-5)

그리고 제 2단계 장입 추이 측정 연산부(7-2)에서는 현재 장입진행 상태를 확인하기 위해 현재 장입되고 있는 광석 장입량(Δw)을 장입시간(Δt)으로 나누어 현재 장입량 변화추이(Δd)를 검출한다.

(Δd) = Δw/ Δt (9-1)

이러한 현재 장입량 변화 추이(Δt)는 5회간 측정되며 이 데이터를 근거로 하여 광석유량 조절변의 보정값(Mx)를 계산하게 된다.

(9-2)

광석 유량 조절변 보정값이 계산되면 광석 유량 조절변의 개도 제어여부를 판단하기 위해 판별식을 수행하게 되는데 광석 유량 조절변이 보정값이 시간당 장입량의 ±2퍼센트 이내일때는 광석유량 조절변의 제어가 필요하지 않는 양호한 상태(9-3)이다.

또한, 광석 유량 조절변의 보정값이 시간당 장입량의 2퍼센트를 초과하는 정도로 클 경우 광석유량 조절변의 개도를 보정값 만큼 닫아 광석의 흐름을 저지하며(9-4), 광석 유량 조절변 보정값이 시간당 장입량의 2퍼센트 미만으로 작을 경우 광석 유량 조절변의 개도를 닫아 장입되는 광속의 흐름을 빠르게 한다.(9-5)

광석 유량 조절변 개도 제어여부 판별식은

M_X= Δd ± 2% 이내 → 광석유량 조절변 보정無 (9-3)

M_X> Δd + 2% → 광석유량 조절변 閉보정(9-4)

M_X< Δd -2% →광석유량 조절변 開보정(9-5)

제 3단계에서 제 2단계에서의 보정 방법에 따라 광석 유량 조절변의 보정값을 보정각도로 환산하는 단계로서 해당노치별 장입량을 광석 유량 조절변 기준각도(α)에 곱하여 이값을 광종별 기준 무게(β)로 나누면 광석 유량 조절변의 보정값에 해당하는 보정각도(γ)가 산출된다.

γ = (Nw ×α)/ β (10-1)

여기서 기준으로 하는 광석 유량 조절변 기준각도와 광종별 기준무게에 해당하는 값들은 모델별 실험에 의해 광석별로 몇 톤(ton)의 양을 몇 시간(sec)내에 장입하기 위해서는 광석 유량 조절변을 몇 도(°)를 열어야 하는가를 측정한 것으로 조업 기록을 근거로 한다.

상기한 동작이 완료되면 광석 유량 조절변의 제어부에 동작제어 신호로 변화시켜 광석유량 조절변의 개도 보정 동작(10-2)을 실시하게 된다.

장입이 진행되는 동안 상기한 동작에 의해 광석 유량 조절변은 몇차례의 개도 보정 행위를 하게되며 그러한 동작을 수향하는 과정에서 제어편차(off set)가 발생할 수 있다.

제 4단계에서는 광석유량 조절변의 개도 보정 동작시 발생하는 제어편차를 감시하기 위해 광석 유량 조절변의 각도 보정이 5회 실시되면 평균값을 산출하여 광석 유량 조절변 제어 편차 보정값(My)을 계산한다.

(11-1)

광석 유량 조절변의 제어편차 보정값과 제 2단계의 광석 유량 조절변 보정값의 상관관계에 따라 추후 광석유량 조절변 보정값의 보정범위를 제한하게 된다.

이는 광석 유량 조절변 보정 개도 제어 과다, 즉 개도 변화 추이가 변화폭이클 경우 다음번에 보정되는 광석 유량 조절변의 개도 보정폭이 커짐을 방지하여 광석 유량 조절변의 개도에 의한 장입량이 목표치(시간단 장입량)에 신속히 도달하여 광석유량 조절변이 일정 개도를 유지하면서 장입이 목표 장입시간내에도달 하도록 하는 제어 개선 동작이다.

이 방법은 광석 유량 조절변 제어편차(M_Y)와 광석 유량 조절변 보정값(M_X)를 상호 비교하여 그 차이만큼 광석 유량 조절변 보정값을 아래의 공식에 판별하여 제한한다.

1. My(+)< Mx(+) → 광석유량조절변 보정값(Mx) = Mx - My (11-2)

2. My(+)≥Mx(+) → 광석유량조절변 보정값(Mx) = 0

3. My(-)< Mx(+) → 광석유량조절변 보정값(Mx) = Mx

4. My(+)< Mx(-) → 광석유량조절변 보정값(Mx) = Mx

5. My(-)< Mx(-) → 광석유량조절변 보정값(Mx) = Mx - My

6. My(+)≥Mx(+) → 광석유량조절변 보정값(Mx) = 0

이러한 동작으로 선회슈트의 다음 경동 각도로 하강 출력은 상기 제어부분에서 경동 각도별 장입량과 장입시간이 조업자의 입력상태와 일치하면 출력되며 모든 연산 동작은 장입 종료시까지 반복 수행되어 광석 유량 조절변은 지속적으로 제어되게 되며 모든 연산 데이터들은 장입이 종료되면 리셋트 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 방법과 비교하여 통상조업시 발생하는 경동각도별 장입물 분포 제어 불량, 그로인한 프로필(profile)의 차이가 발생하여 노황 불안, 용선오도 저하, 용선품질의 변동을 방지하여 안정된 노황유지와 과학적인 조업수행으로 생산성 향상 및 고로 수명을 확보할 수 있는 효과가 있는 것이다.

이밖에도 설비 마모, 노황 변화, 가스흐름의 변화 등 수 많은 조업여건에 의해 장입량의 변화가 발생하여도 종래의 조업자의 경험, 판단에 의해 광석 유량 조절변의 정개도 각도를 설정하던 것을 광석 유량 조절변의 인공지능적인 자동 연산 동작으로 인해 상기와 같은 상황에서도 일관된 조업 패턴을 유지할 수 있어 조업자의 부담도 해소할 수 있게되었다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 요지 및 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims

노정으로부터 소결광과 코크스를 교대로 장입하고, 풍구로부터 고온의 바람과 미분탄을 취입하는 고로 조업에서 각 경동 각도별 장입물 분포를 제어하기 위한 장입물 장입시스템에 있어서,

운전자가 설정한 선회슈트 회전수와 장입할 광석량, 광석 유량 조절변의 정개도 오픈개도 검색, 광석 무게 검출 장치의 안정된 데이터를 인출하기 위한 보정을 실시하여, 장입 진행 방법과 추이를 판단, 연산하기 위한 제1단계와,

장입이 개시되면 초당 광석의 장입량을 검출하여 변화추이를 제1단계에서 산출된 데이터와 비교 검색하여 광석 유량 조절변의 보정값을 산출하여 보정방법을 판단하는 제2단계와,

제2단계의 보정값에 비례한 광석 유량 조절변의 보정 각도를 환산하고 동작제어신호로 변화시켜 광석 유량 조절변의 동작을 제어하는 제3단계와,

광석 유량 조절변의 개도 보정이 반복되어 발생할 수 있는 광석 유량 조절변의 제어편차를 산출하여 차기 광석유량 조절변의 보정에 응용하여 제어편차를 없애기 위해 연산 및 판단을 실시하는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 장입물 장입시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1단계는 목표장입시간을 계산하는 단계와, 1회전당 장입량을 계산하는 단계와, 경동각도별 장입량을 계산하는 단계와, 경동각도별 장입시간을 계산하는 단계와, 장입시간별 장입량을 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 장입물 장입시스템.