KR20110072623A - 미분탄 취입량 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 미분탄 취입량 제어장치는 피드호퍼로부터 고로로 취입되는 미분탄의 양을 설정하는 취입량 설정부와, 상기 취입량 설정부로부터 설정된 설정값을 압력 신호로 환산하는 제1압력변환부와, 상기 취입량 설정부로부터 설정된 설정값과 피드호퍼로부터 측정된 실적값의 편차량을 계산하여 편차량을 일정시간 누적 연산하고, 연산된 누적 편차값을 압력 신호로 환산하는 제2압력변환부와, 상기 제1압력변환부로부터 환산된 값과 제2압력변환부로부터 환산된 값을 합산하여 입력 신호로 사용하는 제3압력변환부와, 상기 제3압력변환부로부터 출력된 값과 피드호퍼로부터 측정된 실적값을 합산하여 압력 신호를 조절하는 압력 조절부와, 상기 압력 조절부의 출력 신호에 따라 피드 호퍼의 가압을 제어하는 비율기를 포함한다.
상기와 같은 발명은 다수의 변수에 따라 발생되는 미분탄 편차를 편차 연산을 통해 압력조절자의 설정값을 최적화시킴으로써, 미분탄 취입량 편차를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
고로, 미분탄, 압력제어, 비율기, 압력변환부

Description

미분탄 취입량 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING PULVERIZED COAL INJECTION}
본 발명은 미분탄 취입량 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로에 취입되는 미분탄의 취입 편차량을 줄이기 위한 미분탄 취입량 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고로 조업은 원료인 철광석과 코크스를 고로 상부에 장입한 후, 하부에서 고온의 열풍을 불어넣어 코크스를 연소시키고, 이때 발생되는 열과 환원성 가스에 의해 철광석이 용융 환원반응에 의해 용선으로 제조된다. 연료인 코크스는 제조과정이 복잡하고 원가 측면에서 고가인 관계로 고로 조업에서 코크스의 사용량을 점차 줄이고 원가 절감을 위해 코크스 대체 연료로써 미분탄을 노 내에 취입하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 미분탄 취입설비는 저장호퍼(Storage Hopper, 10)에서 충진 밸브를 통해 절출된 미분탄이 정해진 순서에 의하여 순차적으로 충진 공정, 가압 공정, 대기 공정, 취입 공정, 배압 공정으로 진행되며, 3개의 피더호퍼(20, 22, 24) 중 1개의 피더호퍼에서 취입 공정이 수행되며, 나머지 2 개의 피더호퍼는 다른 공정을 진행한다.
예컨대, 1번 피더호퍼(20)가 취입 공정이 시작되면 피더호퍼(20)는 취입량 설정자(30)로부터 정해진 설정값에 의해 미분탄 취입이 이루어지도록 압력을 조절하고, 설정된 설정값에 따라 제1비율기 내지 제4비율기(62, 64, 66, 68)를 통해 압력 제어를 수행하게 된다. 이때, 취입량 편차를 줄이기 위해 취입량 설정자(30)의 설정값과 피더호퍼(20)의 실적값을 검출하여 미분탄취입량 조절부(40)와 압력 조절부(50)에 의해 비교 연산되어 미분탄 취입 편차량이 최소가 되도록 제어하고 있다.
하지만, 종래 기술은 미분탄취입량 조절부(40)의 출력 신호로만 보정이 이루어지기 때문에 고로 노황 변동 상태, 미분탄 건조상태, 취입배관 막힘상태, 고로측 미분탄 취입노즐 변형 상태 등에 의해 압력 설정차가 크게 벌어지고, 이는 취입량을 보정하는 데 시간이 오래 걸려 고로에 장입되는 미분탄의 취입 편차량이 발생되는 문제점이 발생된다.
또한, 가압 시에는 가압조절밸브1(70)에 의해 먼저 이루어지고, 제1비율기(62)의 상승이 완료되면 가압조절밸브2(80)가 열려 가압을 실시하게 되는데, 이로 인해 피더호퍼(20) 하부로 유입되는 질소량이 큰 폭으로 증가 또는 감소하면서 피더 호퍼 내 하부의 공기 밀도가 변동시켜 미분탄 취입량 제어를 불안정하게 만드는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 고로에 장입되는 미분탄의 취입 편차량을 줄이기 위한 미분탄 취입량 제어장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 미분탄 취입량 제어장치는 피드호퍼로부터 고로로 취입되는 미분탄의 양을 설정하는 취입량 설정부와, 상기 취입량 설정부로부터 설정된 설정값을 압력 신호로 환산하는 제1압력변환부와, 상기 취입량 설정부로부터 설정된 설정값과 피드호퍼로부터 측정된 실적값의 편차량을 계산하여 편차량을 일정시간 누적 연산하고, 연산된 누적 편차값을 압력 신호로 환산하는 제2압력변환부와, 상기 제1압력변환부로부터 환산된 값과 제2압력변환부로부터 환산된 값을 합산하여 입력 신호로 사용하는 제3압력변환부와, 상기 제3압력변환부로부터 출력된 값과 피드호퍼로부터 측정된 실적값을 합산하여 압력 신호를 조절하는 압력 조절부와, 상기 압력 조절부의 출력 신호에 따라 피드 호퍼의 가압을 제어하는 비율기를 포함한다.
상기 제2압력변환부의 압력 환산값은 -1.0 내지 1.0kg/cm2 로 환산할 수 있다. 상기 압력 조절부의 입력 신호로 사용되는 실적값은 -2.0 내지 2.0kg/cm2 로 환산할 수 있다.
상기 비율기는 피드호퍼의 상부를 제어하는 상부 비율기와, 피드호퍼의 하부를 제어하는 하부 비율기로 구성되며, 취입이 이루어지는 동안 상부 비율기는 일정 개도가 열리며, 하부 비율기는 부족한 압력 상태에 따라 조절될 수 있다.
본 발명은 다수의 변수에 따라 발생되는 미분탄 편차를 편차 연산을 통해 압력조절자의 설정값을 최적화시킴으로써, 미분탄 취입량 편차를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 취입 공정 중 동작하는 비율기를 추가적으로 구비하여 제어함으로써, 안정된 공기 밀도가 유지되면서 빠른 가압 제어가 가능하도록 제어할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 미분탄 취입설비의 제어장치를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 미분탄 취입설비의 압력 제어방법을 나타낸 제어도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제2입력변환자의 입출력 신호를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 제5비율기의 입출력 신호를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 제6비율기의 입출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 미분탄 취입설비는 저장호퍼(100)에는 다수의 피드호퍼(220, 222, 224) 예컨대, 3개의 피드호퍼가 연결되어 있으며, 피드호퍼(220, 222, 224)에는 질소를 공급하기 위해 가압조절밸브(230, 240)가 설치된 리시비 탱크(270)가 연결되어 있다. 이하에서는 설명의 편의상 1번 피더호퍼를 제어하는 모습을 설명하기로 한다.
피드호퍼(220)의 하부에는 취입라인을 통해 이송되는 미분탄의 이송을 제어하는 취입밸브(260)가 연결되어 있으며, 취입라인(260)의 끝단에는 질소와 섞인 미분탄이 저장되는 픽업(240)이 마련된다. 이때, 픽업(240)의 일측에는 반송공기배관(250)이 연결되어 고압의 반송공기가 픽업(240)에 유입되며, 유입된 반송공기는 용선 생산을 위한 열원으로 사용되도록 픽업(240) 내부의 미분탄을 고로의 수십개의 풍구로 이송시킨다.
한편, 피드호퍼(220)로부터 고로로 취입되는 미분탄의 양을 제어하기 위해 미분탄 취입량 제어장치가 설치되며, 이러한 제어장치는 취입량 설정부(300)와, 피드호퍼(220)로부터 공급되는 압력을 제어하는 압력 변환부(310, 324, 330)와, 상기 압력 변환부(310, 324, 330)로부터 출력된 값에 따라 피더호퍼의 압력을 제어하는 비율기(410~460)로 구성된다.
취입량 설정부(300)로부터 고로로 취입되는 미분탄의 양이 설정되면, 설정된 값은 피드호퍼(220)에 설치된 중량검출장치(280)로부터 측정된 값을 입력값으로 사용하여 미분탄취입량 조절부(320)에 의해 계산되며, 이로부터 계산된 실적값은 취입량 설정부(300)로부터 계산된 설정값과 편차 연산부(322)로부터 연산되어 편차량(실적값-설정값)을 계산하게 된다.
계산된 편차값은 일정 시간 단위로 누작 연산부(324)로 누적 저장되며, 누적 연산부(324)로 저장된 누적 편차값은 제2압력변환부(326)로부터 압력신호로 환산한다. 여기서, 누적된 편차값의 환산 범위는 도 4에 도시된 바와 같이, -1.0 내지 1.0kg/cm2 범위 내에서 환산될 수 있다.
상기와 같이 제2압력변환부(326)로부터 환산된 값은 미리 취입량 설정부(300)로부터의 설정값을 변환시킨 제1압력변환부(310)의 값과 합산되어 제3압력변환부(330)로 입력되고, 제3압력변환부(300)의 출력값은 미분탄취입량 조절부(320)의 출력값과 합산하여 압력 조절부(334)의 입력값이 되도록 한다.
여기서, 미분탄취입량 조절부의 출력값의 환산 범위는 -0.2 내지 0.2kg/cm3 범위 내에서 환산될 수 있다. 이는 미분탄취입량 조절자(320)의 출력신호가 담당하는 부분의 제2압력변환부(326)에 비해 작아야 하기 때문에 압력환산값을 상기와 같이 설정하면 영향을 최소화할 수 있다.
상기와 같이, 최적의 압력 조절부(334)의 설정값이 결정되어 취입 공정이 진행되면 제5비율기(420), 제6비율기(440), 제3비율기(450), 제4비율기(460)가 선택된다. 여기서, 제5비율기(420)는 피드호퍼(220)의 하부의 공기 밀도를 제어하는 역할을 하며, 제6비율기(440)는 피드호퍼(220)의 상부의 공기 밀도를 제어하는 역할을 한다.
즉, 제5비율기(420)는 취입공정이 진행되는 동안 도 5와 같이 일정개도로 유지되며, 이로 인해 피더호퍼(220) 하부의 공기 밀도는 일정한 상태를 유지할 수 있게 된다. 여기서, 일정개도는 미분탄이 피더호퍼(220)의 하부 노즐을 통해 배출될 때 공기의 영향을 받지 않으면서도 적절한 유동성이 확보되어 원활한 배출이 이루어질 수 있을 정도의 공기량을 공급할 수 있는 크기로 유지한다.
이어서, 추가적인 가압이 필요시에는 피더호퍼(220) 상부의 가압 배관에 설치된 제6비율기(440)를 도 6에 도시된 바와 같이, 제어하여 안정된 공기 밀도가 유지되면서 빠른 가압 제어가 가능하도록 할 수 있다.
상기에서는 제1비율기(410) 및 제2비율기(430)와 서로 다른 제어 기능을 가지는 제5비율기(420) 및 제6비율기(440)를 추가적으로 구성하여 가압을 제어하였지만, 이에 한정되지 않고, 제5비율기(420) 및 제6비율기(440)의 기능을 제1비율기(410) 및 제2비율기(430)에 적용하여 가압을 수행할 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 발명은 다수의 변수에 따라 발생되는 미분탄 편차를 편차 연산을 통해 압력조절자의 설정값을 최적화시킴으로써, 미분탄 취입량 편차를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 미분탄 취입설비를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 미분탄 취입설비의 제어장치를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 미분탄 취입설비의 압력 제어방법을 나타낸 제어도.
도 4는 본 발명에 따른 제2입력변환자의 입출력 신호를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 제5비율기의 입출력 신호를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 제6비율기의 입출력 신호를 나타낸 그래프.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 저장 호퍼 220, 222, 224: 피드 호퍼
300: 취입량 설정부 320: 미분탄취입량 조절부
322: 편차 연산부 324: 누적 연산부
326: 제2압력변환부 420: 제5비율기

Claims (4)

  1. 피드호퍼로부터 고로로 취입되는 미분탄의 양을 설정하는 취입량 설정부;
    상기 취입량 설정부로부터 설정된 설정값을 압력 신호로 환산하는 제1압력변환부;
    상기 취입량 설정부로부터 설정된 설정값과 피드호퍼로부터 측정된 실적값의 편차량을 계산하여 편차량을 일정시간 누적 연산하고, 연산된 누적 편차값을 압력 신호로 환산하는 제2압력변환부;
    상기 제1압력변환부로부터 환산된 값과 제2압력변환부로부터 환산된 값을 합산하여 입력 신호로 사용하는 제3압력변환부;
    상기 제3압력변환부로부터 출력된 값과 피드호퍼로부터 측정된 실적값을 합산하여 압력 신호를 조절하는 압력 조절부; 및
    상기 압력 조절부의 출력 신호에 따라 피드 호퍼의 가압을 제어하는 비율기;
    를 포함하는 미분탄 취입량 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2압력변환부의 압력 환산값은 -1.0 내지 1.0kg/cm2 로 환산되는 미분탄 취입량 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 조절부의 입력 신호로 사용되는 실적값은 -2.0 내지 2.0kg/cm2 로 환산되는 미분탄 취입량 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비율기는 피드호퍼의 상부를 제어하는 상부 비율기와, 피드호퍼의 하부를 제어하는 하부 비율기로 구성되며, 취입이 이루어지는 동안 상부 비율기는 일정 개도가 열리며, 하부 비율기는 부족한 압력 상태에 따라 조절되는 미분탄 취입량 제어장치.
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