KR20140129478A

KR20140129478A - 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20140129478A
Application number: KR20130047757A
Authority: KR
Inventors: 유상수; 김진수
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2014-11-07

Abstract

본 발명은 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 예열기의 제어방법은 제어부가 턴디쉬의 내부온도를 입력받는 단계, 상기 턴디쉬의 예열 목표온도와 상기 내부온도의 온도차에 따른 목표 공기유량을 결정하는 단계, 저장부에 저장된 공연비 함수를 통해 상기 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출하는 단계, 상기 공연비를 통해 상기 목표 공기유량에 따른 목표 가스유량을 산출하는 단계; 및 상기 목표 가스유량과 가스유량계로부터 입력된 현재 가스유량을 기반으로 상기 제어부는 가스밸브 개도량을 산출하여 가스밸브를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR PREHEATING TUNDISH AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 턴디쉬를 목표온도로 상승시켜 예열시키기 위한 예열 단계별 공연비를 공연비 함수로 정의하여 온도제어로직에 적용함으로써 사용자가 바뀌더라도 일정하게 유량제어가 이루어질 수 있도록 한 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조기는 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 침지노즐을 통해 주형(Mold)으로 공급하여 주형 내부를 흐르는 냉각수에 의해 초기 응고쉘을 형성한다. 이러한 응고쉘은 주형 하부에 설치된 다수의 롤에 의해 인발되어 일정 속도로 주형을 빠져나오게 된다.

이때 주형 하부에 설치된 롤은 응고쉘을 인발하는 인발롤(Pinch Roll)과 안내역할을 수행하는 다수의 가이드롤(Guide Roll)로 이루어지며, 롤들은 각각의 롤들을 지지해 주는 다수개의 세그먼트(Segment)에 내설된다.

그리고, 턴디쉬에는 용강의 온도저하를 방지하기 위해 예열버너가 설치되어 턴디쉬를 높은 온도로 예열한다.

이후 주형을 빠져나온 응고쉘은 롤을 통해 이송되는 중에 세그먼트에 설치된 2차 냉각장치에서 분사되는 냉각수에 의해 내부 용강이 점차 응고되어 슬라브(Slab)로 제조된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2012-0033056호(2012. 04. 06. 공개, 발명의 명칭 : 턴디쉬 가열장치)에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 턴디쉬를 목표온도로 상승시켜 예열시키기 위한 예열 단계별 공연비를 공연비 함수로 정의하여 온도제어로직에 적용함으로써 사용자가 바뀌더라도 일정하게 유량제어가 이루어질 수 있도록 한 턴디쉬의 예열기의 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치는, 턴디쉬의 예열버너로 공급되는 공기유량을 측정하는 공기유량계; 턴디쉬의 예열버너로 공급되는 가스유량을 측정하는 가스유량계; 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 온도감지부; 턴디쉬의 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비를 수학적 함수로 정의한 공연비 함수를 저장하는 저장부; 및 턴디쉬의 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 온도감지부로부터 내부온도를 입력받아 목표 공기유량을 결정한 후 공기유량계로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브를 제어하고, 저장부에 저장된 공연비 함수를 통해 목표 가스유량을 결정한 후 가스유량계로부터 현재 가스유량을 입력받아 가스밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 제어부는 목표 가스유량을 결정할 때, 공연비 함수에 근거하여 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출한 후 목표 공기유량을 산출된 공연비로 나누어 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 제어부는 목표 공기유량과 현재 공기유량을 기반으로 PID제어를 통해 공기밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 제어부는 목표 가스유량과 현재 가스유량을 기반으로 PID제어를 통해 가스밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법은, 제어부가 턴디쉬의 내부온도를 입력받아 턴디쉬의 예열 목표온도와 내부온도의 온도차에 따라 목표 공기유량을 결정하는 단계; 저장부에 저장된 공연비 함수를 통해 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출하는 단계; 공연비를 통해 목표 공기유량에 따른 목표 가스유량을 산출하는 단계; 및 목표 가스유량과 가스유량계로부터 입력된 현재 가스유량을 기반으로 제어부는 가스밸브 개도량을 산출하여 가스밸브를 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 목표 공기유량과 공기유량계로부터 입력된 현재 공기유량을 기반으로 제어부는 공기밸브 개도량을 산출하여 공기밸브를 구동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 공연비 함수는 턴디쉬의 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비를 수학적 함수로 정의한 함수인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 예열기의 제어장치 및 그 제어방법은 턴디쉬를 목표온도로 상승시켜 예열시키기 위한 예열 단계별 공연비를 공연비 함수로 정의하여 온도제어로직에 적용함으로써, 사용자가 바뀌더라도 일정하게 유량제어가 이루어질 수 있어 안정적인 가스유량 제어를 통해 급격한 온도변화를 방지하고 내화물 및 코팅재에 포함된 수분을 제거하여 폭열 현상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 예열기의 제어장치 및 그 제어방법은 턴디쉬의 예열시 안정적인 유량제어를 통해 공기밸브 및 가스밸브의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 예열기의 제어장치 및 그 제어방법은 안정적으로 턴디쉬를 예열함으로써 래들에서 추출되는 용강에 폭열 현상으로 손상된 내화물이 섞이지 않도록 하여 슬라브의 품질저하를 막을 수 있고, 턴디쉬의 내화물 및 코팅재의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 설치상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에 적용되는 시간에 따른 목표온도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에 적용되는 공기유량에 따른 공연비를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에 의한 시간에 따른 가스유량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에서 제어부의 연산과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법에 따른 가스유량의 제어과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법에 따른 공기유량의 제어과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 설치상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에 적용되는 시간에 따른 목표온도를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에 적용되는 공기유량에 따른 공연비를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에 의한 시간에 따른 가스유량을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에서 제어부의 연산과정을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시에에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치는 공기유량계(10), 가스유량계(20), 온도감지부(30), 저장부(70) 및 제어부(40)를 포함한다.

턴디쉬 예열기는 도 2에 도시된 바와 같이 래들(미도시)로부터 용강을 받을 때 용강의 온도하락을 방지하기 위해 턴디쉬(100)의 덮개(90)에 형성된 홀(95)에 삽입된 예열버너(80)를 통해 도 3에 도시된 목표온도 패턴과 같이 턴디쉬(100)의 내부를 1000℃~1400℃로 예열한다.

이때 400℃까지는 건조구간으로 천천히 승온시킴으로써, 턴디쉬(100)의 급격한 온도상승으로 인한 내화물과 코팅재에 포함된 수분의 폭열 현상에 의해 용강 품질이 저하되고 내화물과 코팅재가 손상되는 것을 방지하도록 한다.

턴디쉬 예열기의 제어장치는 이와 같이 턴디쉬(100)의 내부온도를 목표 온도패턴에 따라 승온시키기 위해 예열버너(80)로 공급되는 공기유량 및 가스유량을 조절하여 급격한 온도상승 및 온도변화가 이루어지지 않도록 예열을 진행한다.

공기유량계(10)는 턴디쉬(100)의 예열버너(80)로 공급되는 공기유량을 측정한다.

그리고, 가스유량계(20)는 턴디쉬(100)의 예열버너(80)로 공급되는 가스유량을 측정한다.

온도감지부(30)는 턴디쉬(100)의 내벽에 설치되어 턴디쉬(100)의 내부온도를 측정한다.

공기밸브(50)는 예열버너(80)로 공급되는 공기유량을 조절한다.

가스밸브(60)는 예열버너(80)로 공급되는 가스유량을 조절한다.

저장부(70)는 턴디쉬(100)의 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비를 수학적 함수로 정의한 공연비 함수를 저장한다. 공연비는 공기유량을 가스유량으로 나눈 값이다.

즉, 도 3에 도시된 목표온도 패턴과 같이 건조구간에서는 천천히 승온시킨 후 승온구간을 통해 온도를 상승시켜 예열을 진행한다. 이와 같이 승온시켜 예열할 때 표 1에 나타낸 바와 같이 예열 단계별로 공기유량에 따른 공연비를 조절하여 설정시간동안 공기와 가스를 공급하면서 예열온도를 상승시켜 턴디쉬(100)를 예열한다.

따라서, 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비에 대해 수학적 함수를 적용하여 도 4에 도시된 그래프와 같은 특성을 갖도록 공연비 함수 f(x)를 유도한다.

이때 공연비 함수 f(x)는 수학식 1과 같이 정의할 수 있다. 이때 x는 공기유량(

)이다.

즉, 공기유량이 적을 경우에는 공연비가 높게 설정되고, 공기유량이 많을 경우에는 공연비가 낮게 설정되어, 점화 초기에는 천천히 승온시키기 위해 적은 공기유량과 높은 공연비로 공기와 가스를 공급하면서 예열하고, 점차 공기유량을 늘리면서 공연비를 낮게 설정함으로써 많은 공기와 가스를 공급하여 목표온도 패턴에 따른 승온이 이루어질 수 있도록 한다.

상기에서 공연비 함수는 설비나 시스템의 환경조건 등에 따라 수학식 1과는 다른 함수로 유도될 수도 있다.

이와 같이 공기유량에 따른 공연비를 예열 단계별 이산적인 값으로 사용자의 경험에 의해 적용하지 않고, 공연비 함수를 통해 예열 단계별 중간지점에서도 공연비를 산출하여 가스유량을 조절함으로써, 시간에 따른 가스유량을 나타낸 도 5의 그래프와 같이 가스유량을 완만하게 제어하여 급격한 온도변화 없이 승온시켜 예열할 수 있도록 한다.

제어부(40)는 턴디쉬(100)의 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 온도감지부(30)로부터 내부온도를 입력받아 목표 공기유량을 결정한 후, 공기유량계(10)로부터의 현재 공기유량 및 목표 공기유량에 기초하여 PID제어를 수행하여 공기밸브(50)를 제어한다.

그리고, 제어부(40)는 저장부(70)에 저장된 공연비 함수를 통해 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출한 후, 목표 공기유량을 산출된 공연비로 나누어 목표 가스유량을 결정하고, 가스유량계(20)로부터의 현재 가스유량 및 목표 가스유량에 기초하여 PID제어를 수행하여 가스밸브(60)를 제어한다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 제어부(40)에서 온도 PID(42)는 목표온도와 온도감지부(30)를 통해 입력된 턴디쉬(100)의 내부온도간의 온도차에 대해 PID연산을 수행하여 목표 공기유량을 결정하고, 공기유량 PID(44)는 목표 공기유량과 공기유량계(10)로부터 입력된 현재 공기유량을 기반으로 PID 제어를 수행하여 공기밸브 개도량을 산출하며, 이를 통해 제어부(40)는 공기밸브(50)를 제어한다.

한편, 제어부(40)는 저장부(70)에 저장된 공연비 함수 f(x)를 이용하여 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출한 후, 공연비를 통해 목표 공기유량에 따른 목표 가스유량을 산출하고, 가스유량 PID(46)에서 목표 가스유량과 가스유량계(20)로부터 입력된 현재 가스유량을 기반으로 PID 제어를 수행하여 가스밸브 개도량을 산출함으로써 가스밸브(60)를 제어한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 턴디쉬 예열기의 제어장치에 따르면, 턴디쉬를 목표온도로 상승시켜 예열시키기 위한 예열 단계별 공연비를 공연비 함수로 정의하여 온도제어로직에 적용함으로써, 사용자가 바뀌더라도 일정하게 유량제어가 이루어질 수 있어 안정적인 가스유량 제어를 통해 급격한 온도변화를 방지하고 내화물 및 코팅재에 포함된 수분을 제거하여 폭열 현상을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 유량제어를 통해 공기밸브 및 가스밸브의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법에 따른 가스유량의 제어과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시에에 따른 턴디쉬 예열장치의 제어방법에 따른 가스유량의 제어과정에서는, 먼저 제어부(40)는 온도감지부(30)로부터 턴디쉬(100)의 내부온도를 입력받아, 온도 PID(42)를 통해 턴디쉬(100)의 예열을 위한 목표 공기유량을 목표온도와 내부온도의 온도차에 근거하여 결정한다(S71).

목표 공기유량을 입력받아 제어부(40)는 저장부(70)에 저장된 공연비 함수 f(x)를 이용하여 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출한다(S72).

공연비 함수는 턴디쉬(100)의 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비를 수학적 함수로 정의한 함수로써 수학식 1과 같이 정의될 수 있으며, 도 4와 같은 그래프 특성을 갖는다.

상술한 바와 같이 공연비 함수는 턴디쉬(100)의 설비환경이나 공정조건에 따라 수학식 1과는 달리 다양하게 설정될 수 있다.

이와 같이 공기유량에 따른 공연비를 예열 단계별 이산적인 값으로 사용자의 경험에 의해 적용하지 않고, 공연비 함수를 통해 예열 단계별 중간지점에서도 공연비를 산출하여 가스유량을 조절함으로써, 가스유량을 완만하게 제어하여 급격한 온도변화 없이 승온시켜 예열할 수 있도록 한다.

이후, 제어부(40)는 산출된 공연비로 목표 공기유량을 나누어 목표 가스유량을 산출한다(S73).

그리고, 제어부(40)는 가스유량 PID(46)에서 목표 가스유량에 따른 가스밸브 개도량을 산출하고, 산출된 가스밸브 개도량을 통해 가스밸브(60)를 구동시킨다(S74).

그런다음 제어부(40)는 가스밸브(60)가 구동됨에 따라 예열버너(80)로 공급되는 현재 가스유량을 가스유량계(20)로부터 입력받는다(S75). 이후 입력된 현재 가스유량을 반영하여 가스유량 PID(46)에서 가스밸브 개도량을 재산출한 후 재산출된 가스밸브 개도량을 통해 가스밸브(60)를 구동시켜 가스밸브(60)를 PID 제어한다(S76).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법에 따른 공기유량의 제어과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시에에 따른 턴디쉬 예열장치의 제어방법에 따른 공기유량의 제어과정에서는, 먼저 제어부(40)는 온도감지부(30)로부터 턴디쉬(100)의 내부온도를 입력받아, 온도 PID(42)를 통해 턴디쉬(100)의 예열을 위한 목표 공기유량을 목표온도와 내부온도의 온도차에 근거하여 결정한다(S81).

제어부(40)는 공기유량 PID(44)를 통해 목표 공기유량에 따른 공기밸브 개도량을 산출하고, 산출된 공기밸브 개도량을 통해 공기밸브(50)를 구동시킨다(S82).

그런다음 제어부(40)는 공기밸브(50)가 구동됨에 따라 예열버너(80)로 공급되는 현재 공기유량을 공기유량계(10)로부터 입력받는다(S83). 이후 입력된 현재 공기유량을 반영하여 공기유량 PID(44)에서 공기밸브 개도량을 재산출한 후 재산출된 공기밸브 개도량을 통해 공기밸브(50)를 구동시켜 공기밸브(50)를 PID 제어한다(S84).

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 턴디쉬의 예열장치의 제어방법에 따르면, 턴디쉬를 목표온도로 상승시켜 예열시키기 위한 단계별 공연비를 공연비 함수로 정의하여 온도제어로직에 적용함으로써, 사용자가 바뀌더라도 일정하게 유량제어가 이루어질 수 있어 안정적인 가스유량 제어를 통해 급격한 온도변화를 방지하고, 내화물 및 코팅재에 포함된 수분을 제거하여 폭열 현상을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 유량제어를 통해 공기밸브 및 가스밸브의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 공기유량계 20 : 가스유량계
30 : 온도감지부 40 : 제어부
42 : 온도 PID 44 : 공기유량 PID
46 : 가스유량 PID 50 : 공기밸브
60 : 가스밸브 70 : 저장부
80 : 예열버너 90 : 덮개
95 : 홀 100 : 턴디쉬

Claims

턴디쉬의 예열버너로 공급되는 공기유량을 측정하는 공기유량계;
상기 턴디쉬의 예열버너로 공급되는 가스유량을 측정하는 가스유량계;
상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 온도감지부;
상기 턴디쉬의 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비를 수학적 함수로 정의한 공연비 함수를 저장하는 저장부; 및
상기 턴디쉬의 상기 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 상기 온도감지부로부터 상기 내부온도를 입력받아 목표 공기유량을 결정한 후 상기 공기유량계로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브를 제어하고, 상기 저장부에 저장된 상기 공연비 함수를 통해 목표 가스유량을 결정한 후 상기 가스유량계로부터 현재 가스유량을 입력받아 가스밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 목표 가스유량을 결정할 때, 상기 공연비 함수에 근거하여 상기 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출한 후 상기 목표 공기유량을 산출된 상기 공연비로 나누어 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 목표 공기유량과 상기 현재 공기유량을 기반으로 PID제어를 통해 상기 공기밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 목표 가스유량과 상기 현재 가스유량을 기반으로 PID제어를 통해 상기 가스밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제어부가 턴디쉬의 내부온도를 입력받는 단계;
상기 턴디쉬의 예열 목표온도와 상기 내부온도의 온도차에 따라 목표 공기유량을 결정하는 단계;
저장부에 저장된 공연비 함수를 통해 상기 목표 공기유량에 따른 공연비를 산출하는 단계;
상기 공연비를 통해 상기 목표 공기유량에 따른 목표 가스유량을 산출하는 단계; 및
상기 목표 가스유량과 가스유량계로부터 입력된 현재 가스유량을 기반으로 상기 제어부는 가스밸브 개도량을 산출하여 가스밸브를 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.
제 5항에 있어서, 상기 목표 공기유량과 공기유량계로부터 입력된 현재 공기유량을 기반으로 상기 제어부는 공기밸브 개도량을 산출하여 공기밸브를 구동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.
제 5항에 있어서, 상기 공연비 함수는 상기 턴디쉬의 예열 단계별 공기유량에 따른 공연비를 수학적 함수로 정의한 함수인 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.