KR20160142374A - 금속 용융물의 질량 판정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 금속 용융물(metallic melt)을 수용하는데 적합한 야금 용기(metallurgical vessel)(1) 내의 금속 용융물의 질량(mass)(mload)을 판정하기 위한 방법에 관한 것이다. 충전되지 않은 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 파라미터들이 운송 차량(3)의 가속 동안 판정되며, 여기서 파라미터들은 운송 차량(3)의 적어도 하나의 속도, 하나의 가속 및 하나의 엔진 드라이브 토크를 포함한다. 금속 용융물이 충전된 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 파라미터들은 운송 차량(3)의 가속 동안 추가로 식별된다. 운송 차량(3), 야금 용기(1) 및 금속 용융물로 구성된 시스템의 운동 방정식 및 식별된 파라미터들에 의해서, 금속 용융물의 질량(mload)이 운송 차량(3)의 설계 데이터를 고려하여 판정된다.

Description

금속 용융물의 질량 판정 {DETERMINATION OF THE MASS OF A METALLIC MELT}
본 발명은, 금속 용융물(metallic melt)을 수용하는데 적합한 야금 용기(metallurgical vessel) 내의 금속 용융물의 질량(mass)을 판정하기 위한 방법에 관한 것이다.
예컨대, 제강소(steelworks)에서 액상 금속 용융물들을 생산할 때, 운송 차량들(야금 차량들)이 강 레이들들(steel ladles), 슬래그 팟들(slag pots), 스크랩 바스켓들(scrap baskets) 또는 철 레이들들(iron ladles)로 이동하기 위해 사용된다. 이러한 콘테이너(container)의 하중(load)의 중량(weight)을 판정하기 위해서, 힘 센서들(force sensors), 이른바 로드 셀들(load cells)이 예컨대 운송 차량에 설치된다. 이 경우에, 힘들은 로드 셀들의 구부러짐(bending)을 통해, 통상적으로 스트레인 게이지들(strain gages)의 저항의 변화들을 통해서 기록된다.
그러나, 로드 셀들은 입수하기에 고가이다. 게다가, 로드 셀들은 고온 영역들(hot areas)에서의 사용에 의해서 되풀이해서 파괴되는 매우 민감한 측정 도구들이다. 게다가, 로드 셀들의 유지보수는 로드 셀들이 주기적으로 재교정(recalibrated)되어야 하기 때문에 고비용이다. 교정은 설비가 정지중일 때만 가능하다. 교정을 위해, 이용가능한 테스트 중량들(test weights)을 가질 필요가 있으며, 그의 질량들은 전형적으로 10t 내지 100t이며, 교정 중에 빔들(beams)을 테스트하기 위해 계속해서 적용된다(다중 지점 교정(multi-point calibration)). 기록되는 실제 값들이 소망하는 값들과 비교되며 계량 시스템(weighing system)이 교정된다.
로드 셀들에 대한 대안으로서, 복잡한 계량 플랫폼들(weighing platforms)이 레일(rail) 시스템에 셋업(set up)되거나 통합된다. 스크랩 바스켓들(scrap baskets) 또는 스크랩 슈트들(chutes)이 충전(filling) 동안 포지셔닝(positioned)되고 이후 차량의 도움에 의해 목적지에 도달되는 플랫폼 트럭들(trucks)이 중량을 측정하기 위한 다른 가능성이다. 특별한 적용분야들에서, 크레인(crane) 상에서 계량을 실행하는 것이 또한 가능하다.
이러한 센서 시스템의 통합은, 설비 오퍼레이터(installation operator)를 위한 많은 양의 설계 및 재정적 지출(financial outlay)을 나타내며, 설계로 인해 항상 가능한 것은 아니다. 전로(converter)에서 발생하는 슬래그(slag)의 계량과 같은 일부 적용들에서, 계량 장치는 따라서 완벽하게 생략되며, 측정값들의 부재 또는 부정확한 추정 값들(estimated values)을 유발한다. 그러나, 질량들이 예컨대, 프로세스 모델들(process models)을 위해 요구된다. 측정값들이 부정확하거나 이용가능하지 않다면, 모델들은 낮은 정확성으로 계산되거나 오퍼레이터들에 의한 수동 입력들에 의존한다. 이는 이러한 모델들의 부정확성 및 불신감을 증가시키며, 생산 속도(production rate)의 감소를 유발한다. 부정확하게 계량하는 계량 장치들은, 예컨대 첨가제들(additives)이 정확한 양으로 계량되지 않는 것을 유발한다. 이는 후속 처리, 예컨대 급히 계획되어야 하는 2차 야금(secondary metallurgy)을 유발하며 이에 의해 상당한 추가 비용들 및 낮은 생산성(productivity)을 유발한다. 게다가, 부정확하게 계량하는 계량 장치들은, 용기들이 과충전(overfilled)되는 것을 유발할 수 있으며 그 결과 용기들 밖으로 액상 금속 용융물이 넘치는 것을 유발할 수 있다. 이는 용기들 주위 영역에 있는 사람들에게는 안전에 있어서 상당한 위험이다.
US 4878551 A는 금속 용융물을 위한 야금 용기를 운송하기 위한 운송 캐리지(carriage) 및 야금 용기 및 그의 내용물들을 계량하기 위한 적어도 하나의 로드 셀 센서를 갖는 계량 시스템을 개시한다.
US 2013/0238298 A1은 기차의 복수 개의 레일 차량들(rail vehicles)의 개별 질량들을 추정하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 이 경우에, 기차의 속도 및 각각의 레일 차량의 가속 및 견인(traction)이 판정되며, 레일 차량들의 질량들은 기차의 동력학적 모델을 사용하여 추정된다.
본 발명은, 금속 용융물(metallic melt)을 수용하는데 적합한 야금 용기(metallurgical vessel) 내의 금속 용융물의 질량(mass)을 판정하기 위한 개선된 방법을 나타내는 목적에 기초한다.
이 목적은, 청구항 1의 특징부들에 의해 본 발명에 따라 성취된다.
하위청구항들은 본 발명의 유리한 구성들에 관련된다.
금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 충전되지 않은(unfilled) 야금 용기가 탑재되는 운송 차량의 파라미터들(parameters)은 운송 차량의 가속 동안 판정되며, 파라미터들은 적어도 운송 차량의 속도, 운송 차량의 가속 및 운송 차량의 모터 드라이브 토크(motor drive torque)를 포함한다. 게다가, 금속 용융물이 충전되는 야금 용기가 탑재되는 운송 차량의 파라미터들은 운송 차량의 가속 동안 판정된다. 판정된 파라미터들은 프로세스 모델에 전송되고, 그리고 금속 용융물의 질량은 운송 차량에 대한 설계 데이터(design data)를 고려하여 운송 차량, 야금 용기 및 금속 용융물로 구성된 시스템의 운동 방정식(motion equation) 및 프로세스 모델에 의해 판정된다.
용어 "가속"은 속도 변화의 그의 물리적 규정으로 본원에서 그리고 전체 문헌에서 사용되며, 따라서 속도의 절대 값을 증가시키는 속도 변화들 및 속도의 절대 값을 감소시키는 속도 변화들 양자 모두를 포함한다.
본 발명은, 운반 차량의 질량이 운반 차량의 이동의 속도 및 가속 그리고 운동 방정식에 포함되는 운반 차량에 대한 설계 데이터 및 이러한 이동에 대한 운동 방정식에 의해 이러한 이동을 발생시키는 모터 드라이브 토크로부터 판정될 수 있다는 사실을 사용하는데, 이는 운동 방정식이 이들 변수들(질량, 속도, 가속, 모터 드라이브 토크)을 포함하고 이들 서로와 관련되어 있기 때문이다.
본 발명에 따르면, 속도들, 가속들 및 모터 드라이브 토크들은 충전되지 않은 야금 용기 및 금속 용융물이 충전된 야금 용기를 운송할 때 각각 판정된다. 충전되지 않은 야금 용기가 충전된 운송 차량 및 충전된 야금 용기가 탑재된 운송 차량의 질량들은 판정된 속도들, 가속들 및 모터 드라이브 토크들로부터 운동 방정식에 의해서 각각 판정된다. 금속 용융물이 충전된 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량은 이들 판정된 질량들 사이의 차이로부터 판정된다.
따라서, 본 발명은 야금 용기의 운송의 작동들로부터의 운동학적 데이터(kinematic data) 및 이들 운송 작동들에 요구되는 모터 드라이브 토크들 및 운송 차량에 대한 설계 데이터로부터만 야금 용기의 금속 용융물의 질량의 판정을 가능케 한다. 특히, 유리하게는, 노출되는 고온 영역들에 적응되는 고가의 센서 시스템 또는 값비싸고 복잡한 로드 셀들 및 테스트 중량들이 요구되지 않는다. 이는 또한 로드 셀 온도 및 로드 셀들의 재교정을 제한하는 냉각 공기 팬들이 생략된다. 본 발명에 따른 방법은, 또한 생산중 공차 운행들(empty runs)에 의한 교정을 가능케 하며, 이는 어떠한 수동적인 개입 또는 생산 중단들도 요구하지 않는다. 대체로, 본 방법은 비교적 단순하고 비용효과적이며 신뢰가능한 방식으로 야금 용기의 금속 용융물의 질량을 판정하는 것을 카능케 한다.
모터 드라이브 토크를 판정하기 위해서, 본 발명의 일 구성은 운송 차량의 모터 전류 및/또는 모터 전압 및/또는 모터 파워(power) 그리고 운송 차량의 모터 속도가 측정되거나 운송 차량에 연관된 주파수 변환기 데이터(frequency converter data)로부터 판독되도록 제공된다.
본 발명의 이러한 구성은, 유리하게는, 모터 드라이브 토크가 모터 전류 및/또는 모터 전압 그리고 모터 속도 또는 드라이브 파워(drive power)로부터 판정될 수 있고 모터 전류 및 모터 속도가 모터에 공급하는 주파수 변환기에 대한 주파수 변환기 데이터로부터 모여질 수 있다는 사실을 사용한다.
본 발명의 다른 구성은, 운송 차량의 가속 동안 반복적으로 판정되는 파라미터들을 제공한다.
파라미터들을 반복적으로 판정하는 것은, 유리하게는, 영구적인 재교정에 의해 유발되는 계량 오류들을 감소시키고 따라서 질량의 판정의 정확도를 개선하는 것을 가능케 한다.
본 발명의 다른 구성은, 금속 용융물이 충전된 야금 용기가 탑재된 운송 차량의 이동 동안 금속 용융물의 질량을 판정하기 위해 제공된다.
그 결과, 금속 용융물이 충전된 야금 용기의 이송은 이미 충전에 적합하게 될 수 있다. 특히, 야금 용기의 가속들은 충전에 적합하게 될 수 있으며, 그 결과 금속 용융물이 밖으로 넘치는 것을 회피한다.
본 발명의 다른 구성은, 최소 제곱법(least squares method) 또는 순환 최소 제곱법(recursive least squares method)을 사용하여 운동 방정식 및 프로세스 모델에 의해 금속 용융물의 질량이 판정되는 것을 제공한다.
이들 방법들은, 유리하게는, 특히, 본 발명의 예시적 실시예들을 사용하여 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 금속 용융물의 질량을 신속하고 정확하게 판정하는 것을 가능케 한다.
본 발명의 다른 구성은, 충전되지 않은 야금 용기의 질량이 판정되는 것 그리고/또는 하차된 운송 차량의 질량이 판정되는 것을 제공한다.
특히, 충전되지 않은 야금 용기의 질량을 반복적으로 판정하는 것은, 유리하게는, 마모의 정도(degree of wear), 특히 야금 용기의 라이닝(lining) 상태에 대해 결론이 도출되는 것을 허용한다. 하차된 운송 차량의 질량을 반복적으로 판정하는 것은, 유리하게는, 운송 차량의 오염의 정도(degree of soiling) 및 유지보수 조치들(maintenance measures)에 대한 필요에 대해 결론이 도출되는 것을 허용한다.
이 경우에, 바람직하게는 식별 시스템이 사용되며, 이에 의해 충전되지 않은 야금 용기에 대해 판정된 질량이 야금 용기에 할당된다.
이는, 유리하게는, 마모의 정도, 특히 모든 야금 용기들의 라이닝의 상태들을 체계적으로 감시하는 것을 가능케 한다.
게다가, 야금 용기의 마모가 바람직하게는 식별 시스템을 사용하여 감시된다.
야금 용기의 마모, 특히 라이닝의 열화(deteriorating) 상태를 감시하는 것은, 유리하게는, 야금 용기의 충전이 그의 충전 가능한 볼륨(volume)에 적응되는 것을 가능케 하는데, 이는 마모가 야금 용기의 충전가능한 볼륨을 변화시키기 때문이다.
본 발명의 다른 구성은, 야금 용기에 대한 기하학적 데이터 및 금속 내용물들의 특징들 및 금속 용융물의 판정된 질량을 사용하여 야금 용기의 금속 용융물의 충전 정도(filling level)가 판정되는 것을 제공한다.
충전 정도를 판정하는 것은, 유리하게는, 운송 동안 야금 용기 밖으로 금속 용융물이 넘치는 것을 방지하기 위해서 야금 용기의 운송이 충전 정도에 적응되는 것을 가능케 한다.
본 발명의 추가의 구성들은, 야금 용기가 강 레이들의 형태가 되는 것 그리고/또는 금속 용융물이 철 또는 강 용융물이 되는 것 그리고/또는 운송 차량이 레일(rail) 차량의 형태, 특히 레이들 트랜스퍼 카(ladle transfer car) 또는 슬래그 포트 트랜스퍼 카(slag pot transfer car)의 형태가 되는 것을 제공한다.
본 발명의 이러한 구성들은 일반적으로 사용되는 야금 용기들, 야금 용융물들 및 운송 차량들에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 목적으로, 운송 차량에 대한 설계 데이터를 고려하여 운송 차량, 야금 용기 및 금속 용융물로 구성된 시스템의 운동 방정식(motion equation) 및 프로세스 모델에 의해 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 컴퓨터 프로그램(computer program)을 제공한다.
유리하게는, 최소 제곱법 또는 순환 최소 제곱법이, 특히 컴퓨터 프로그램에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 전술된 특성들, 특징들 및 이점들 그리고 이들이 실현되는 방식은, 예시적 실시예들의 하기 설명과 함께 분명해지고 더 분명하게 이해될 수 있으며, 이들 실시예들은 도면들과 함께 보다 상세히 설명된다.
도 1은 단면으로 예시된 야금 용기가 탑재된 운송 차량의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 야금 용기가 탑재된 운송 차량의 질량 계산의 결과값 프로파일(result value profile)을 도시한다.
도 3은 야금 용기에서의 금속 용융물의 질량 판정의 블록 선도(block diagram)를 도시한다.
도 1은 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 측면도를 도시한다. 야금 용기(1)는 강 레이들(steel ladle)의 형태이며, 단면도로 예시된다. 운송 차량(3)은 레일(rail) 차량의 형태, 이른바 레이들 트랜스퍼 카(ladle transfer car)이며, 적어도 하나의 모터(motor)(5), 적어도 하나의 변속기(transmission)(7) 및 드라이브 휠들(drive wheels)(9)을 포함하는 드라이브 시스템(system)을 갖는다. 운송 차량(3)은 또한 드라이브 측 상에, 루프(roof)(11) 및 선택적으로 케이블 트레일링 라인(cable trailing line)을 안내하기 위한 휠(13)을 갖는다. 운송 차량(3)은 또한 선택적으로 용기 식별 시스템(vessel identification system)(15)을 가지며, 야금 용기(1)는 용기 식별 시스템(15)에 의해 판독될 수 있는 식별 엘리먼트(identification element)(17)를 갖는다.
본 발명에 따르면, 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 질량들은 야금 용기(1)에 금속 용융물이 충전되고 그리고 충전되지 않은 상태에서 판정되며, 그로부터 야금 용기(1)에서의 금속 용융물의 질량이 판정된다.
야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 질량은 충전되지않거나 충전된 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)을 위한 운동 방정식(motion equation)에 의해서 제각기 판정된다.
포지티브(positive) 속도에 의한 운송 차량(3)의 선형 운동에 대해서, 예컨대, 하기의 단순화된 운동 방정식이 사용된다:
Figure pct00001
[1]
여기서, θges는 운송 차량(3)의 모든 휠들의 질량 관성 모멘트들(mass moments of inertia)의 합을 나타내고, m0는 충전되지 않은 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 질량을 나타내며, mload는 충전된 야금 용기(1) 내의 금속 용융물의 질량을 나타내고, R은 드라이브 휠들(9)의 각각의 반경을 나타내고,
Figure pct00002
는 운송 차량(3)의 속도를 나타내고, 는 운송 차량(3)의 가속을 나타내며, dv는 속도와 함께 취해진 마찰 토크(frictional torque)를 나타내며, dc는 속도와 관계없이 취해진 마찰 토크를 나타내고, Mmot는 모터(5)의 모터 드라이브 토크를 나타내며, i는 변속기(7)의 변속비(transmission ratio)를 나타내고, nmot는 모터들(5)의 수를 나타내며 그리고 FR은 구름 마찰(rolling friction)을 나타낸다. 이에 따라, 운동 방정식[1]은 네가티브(negative) 속도들에 대해 적응된다.
레일 차량의 형태인 운송 차량(3) 및 저속도들에 대해서, 운동 방정식[1]에서의 일정한 마찰력들은 알맞은 근사값(good approximation)에 대해 무시될 수 있고 운동 방정식[1]은 하기와 같이 단순화될 수 있다:
Figure pct00004
[2]
여기서, a 및 b는 다음과 같이 규정된다:
Figure pct00005
야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 질량은, 단순화된 운동 방정식[2]을 이용하여 야금 용기(1)의 충전되지 않은 상태 그리고 충전된 상태에서 제각기 판정된다. 이를 위해, 속도(
Figure pct00006
)에 대한 속도 측정값(
Figure pct00007
), 가속(
Figure pct00008
)에 대한 가속 측정값(
Figure pct00009
), 및 모터 드라이브 토크(Mmot)에 대한 드라이브 토크 측정값(Mmot,i)이 야금 용기(1)의 충전되지 않고 그리고 충전된 상태에서 복수의 측정 횟수(ti)에서 운송 차량(3)의 가속 이동 동안 제각기 기록되며, 여기서 지수(i)는 제각기 상이한 측정 횟수들(i = 1,…,n)을 나타낸다. 하기 형태의 연립방정식(system of equations)은 [3]
제각기 기록된 측정값들로부터 형성되는데, 여기서, S, p 및 y는 하기와 같이 제각기 기록된 속도 측정값들 및 가속 측정값들로 형성된 행렬(matrix)(S), 성분들(a 및 b)을 갖는 미지의 열벡터(column vector)(p), 및 제각기 기록된 드라이브 토크 측정값들로 형성된 열벡터(y)를 나타낸다.
Figure pct00011
방정식[3]은 p의 성분들에 대한 측정 회수들(ti)의 중복(multiplicity)(n)에 의해 중복판정된(overdetermined) 연립방정식들로서 다루어지며, p에 따라 하기 형태의 이른바 최소 (에러) 제곱법(least (error) squares method)에 의해 해결된다.
Figure pct00012
[4]
충전되지 않은 야금 용기(1)가 운송된다면, 질량(m0)에 대한 값이 방정식[4]에 따른 p에 대한 해(solution)의 각각의 제 1 성분(a)으로부터 판정되며, 충전된 야금 용기(1)가 운송된다면, 질량(m0 + mload)에 대한 값이 판정된다. 충전된 야금 용기(1) 내의 금속 용융물의 질량(mload)에 대한 결과값(m)은 이러한 2 개의 판정된 값들 사이의 차이로서 판정된다.
도 2는 시간(t)이 기초하여 판정된 결과값(m)의 결과값 프로파일(m(t))을 도시하는데, 여기서, t1 내지 t6은 연속적인 측정 시간들을 나타내며, 여기서, 금속 용융물이 충전된 야금 용기(1)를 운송하기 위한 속도 측정값, 가속 측정값 및 드라이브 토크 측정값이 제각기 기록된다. 결과값(m)은 단지 측정값들의 기록의 시작시에 충전된 야금 용기(1)의 금속 용융물의 실제 질량(mload) 주위에서 크게 변동하지만, 이후 이러한 실제 질량(mload)으로 빠르게 수렴하며, 그 결과 3번째 측정 시간(t3) 이후에는 실제 질량(mload)에 대해 알맞은 근사값을 이미 제공한다. 실제 질량(mload)에 대한 결과값(m)의 이러한 신속한 접근은, 보다 많은 측정값들이 각각 새로운 측정 시간(ti)을 사용한 계산에 포함되고, 그리고 측정값들의 증가된 수의 결과로서, 행렬(S) 및 열벡터(y)의 엔트리들(entries)의 수들이 또한 증가한다는 사실로부터 유발되며, 그 결과로서, 결과값(m)이 실제 질량(mload)에 빠르게 접근한다.
최소 제곱법 대신에, 공지된 이른바 순환 최소 제곱법(recursive least squares method)이 또한 사용가능하며, 여기서, 새로운 측정값들이 결과값(m)을 순환식으로 업데이트(update)하기 위해 사용된다. 설명된 최소 제곱법에 반해, 이 방법은 또한 온라인(online)으로, 즉, 운송 차량(3)의 가속 동안 실행될 수 있다.
도 3은 야금 용기(1)의 금속 용융물의 질량(mload)에 대한 결과값(m)의 판정의 블록 선도를 도시한다.
이 경우에, 드라이브 데이터(drive data)(19)(이로부터, 운송 차량(3)의 모터(5)의 모터 드라이브 토크가 판정될 수 있음)가 결과값(m), 특히 속도 측정값들, 가속 측정값들 및 운송 차량(3)에 대한 설계 데이터(예컨대, 질량 관성 모멘트들 및 휠들의 반경들 및 모터들(5)의 개수)를 계산하는데 사용되는 파라미터들을 포함하는 프로세스 모델(process model)(21)에 공급된다. 이들 파라미터들 및 드라이브 데이터(19)는 상기 언급된 최소 제곱법 또는 순환 최소 제곱법을 사용하여 결과값(m)을 계산하는 것(23)에 사용된다. 판정된 결과값(m)은 출력값(25)으로서 출력된다. 선택적으로, 도 2에 예시된 임시 출력값 프로파일(m(t))이 추가로 판정되며 출력 선도(output diagram)(27)로서 출력되며 그리고/또는 추가의 측정값들의 평가로부터 발생하는 결과값(m)의 백분율 변화(percentage change)가 추가로 판정되며 변화값(29)으로서 출력된다. 이 경우에, 변화값(29)은 무엇보다도(first of all), 프로세스 모델(21)에서 제각기 저장된 이전에 판정된 결과값(m)과 업데이트된 결과값(m) 사이의 결과값 차이(31)를 형성하고, 이후에 이러한 결과값 차이(31)와 이전에 판정된 결과값(m)으로부터의 몫(quotient)(33)을 형성하며, 마지막으로 몫(33)과 숫자 100의 곱(product)(35)을 형성함으로써 판정된다.
상기 언급된 측정값 기록 및 질량 판정의 시퀀스(sequence)는 하기 예시로서 설명된다.
측정값 기록 및 질량 판정 이전에, 충전되지 않은 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)은 예컨대, 금속 용융물을 위한 운반 로케이션(delivery location)에 있다.
이후, 운송 차량(3)은 금속 용융물을 수용하는 수용 로케이션으로의 접근을 위해서 예컨대 상위 제어 시스템을 통해 드라이빙 명령(driving command)을 수신한다.
운송 차량(3)의 드라이브 시스템이 드라이빙 명령을 구현하는 동안, 드라이브 데이터(19) 및 속도 그리고 가속 측정값들이 계속해서 기록된다. 드라이브 데이터(19) 및 측정값들은 이미 존재하는 시스템들, 예컨대 운송 차량(3)의 모터(5)에 공급하는 주파수 변환기(frequency converter)로부터 판독되며, 그리고/또는 추가의 센서들(sensors), 예컨대 운송 차량(3)에 그리고 운송 차량 둘레 영역에 배열되어 속도 및 가속 측정값들을 판정하도록 의도된 모션 센서들(motion sensors)이 측정값들을 기록하기 위해서 사용된다. 드라이브 시스템의 적어도 모터 전류 및 모터 속도 및/또는 전체 기록된 파워가 이로부터 모터 드라이브 토크들을 판정하기 위해서 드라이브 데이터(19)로서 기록된다. 챠량 제어기는 상기 설명된 방법을 사용하여 기록된 측정 데이터 및 차량 특정 설계 데이터로부터 충전되지 않은 야금 용기(1)가 탑재되는 운송 차량(3)의 질량(m0)에 대한 값을 계산한다.
수용 로케이션에 도달된 이후에, 야금 용기(1)에는 금속 용융물이 충전된다. 이 경우에, (예컨대, 회전중인 전로 용기(converter vessel)로부터의 출탕(tapping)중 야금 용기(1)의 중심에 금속 용융물을 수용하기 위해) 수용 포지션에서 운송 차량(3)을 추적(track)할 필요가 있다면, 질량이 여기서 이미 판정될 수 있을 수 있다.
야금 용기(1)가 충전된 이후에, 차량 제어기는 수용 로케이션을 떠나 운반 로케이션에 접근하도록 명령을 수신한다. 충전된 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 후속의 가속 동안, 그의 질량(m0 + mload)에 대한 값은 충전되지 않은 야금 용기(1)가 탑재된 운송 차량(3)의 질량(m0)에 대한 값의 판정과 유사한 방식으로 판정된다. m0 + mload에 대한 판정값과 m0에 대한 판정값 사이의 차이는 충전된 야금 용기(1)의 금속 용융물의 질량에 대한 결과값(m)이다. 결과값(m)은 자동화 또는 데이터 프로세싱(processing) 시스템으로 전송될 수 있거나 그래픽 유저 인터페이스(graphical user interface) 또는 디스플레이(display)를 통해 오퍼레이터에게 직접 디스플레이될 수 있다.
미지의 질량을 계산하기 위한 알고리즘들(algorithms)이 차량 제어기 또는 상위(superordinate) 자동화 시스템에서 구현될 수 있다. 차량 제어기는 운송 차량(3) 내에 또는 운송 차량(3) 외부에 배열될 수 있다.
차량 식별 시스템(15)이 야금 용기들(1)을 식별하고 구별하기 위해 사용된다. 이러한 목적을 위해, 각각의 야금 용기(1)에는 이를 독특하게 식별하고 용기 식별 시스템(15)에 의해 판독될 수 있는 식별 엘리먼트(17)가 제공된다. 예컨대, RFID(Radio Frequency Identification) 트랜스폰더들(transponders) 또는 QR(Quick Response) 코드들(codes)이 식별 엘리먼트들(17)로서 사용되며, 대응하는 판독기들(readers)이 용기 식별 시스템들(15)로서 사용된다. 그 결과, 각각의 야금 용기(1)는 이러한 야금 용기(1)를 위해 판정된 질량(m0)을 위한 값들로 할당될 수 있다. 이러한 용기 특정 값들(vessel specific values)은 상위 자동화 또는 데이터 프로세싱 시스템에 전송되며, 이 시스템에 의해 평가된다. 하차된(unloaded) 운송 차량(3)의 질량을 알고있는 것(knowledge) 또는 질량의 판정을 통해서, 야금 용기(1)의 자체 무게(empty weight)가 사용되는 각각의 시간마다 판정될 수 있으며, 따라서, 이러한 야금 용기(1)의 라이닝(lining)의 상태가 유리하게는 계속해서 추적되고 감시될 수 있다.
게다가, 야금 용기(1)의 금속 용융물의 충전 정도(filling level)는 야금 용기(1)에 대한 기하학적 데이터 및 금속 내용물들의 특징들 및 야금 용기(1)의 금속 용융물의 질량(mload)에 대한 판정된 결과값(m)을 사용하여 판정될 수 있다.
본 발명이 바람직한 예시적 실시예들에 의해 보다 자세히 상세하게 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시들에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 보호 범주로부터 벗어나지 않고, 당업자에 의해서 다른 변경예들이 이로부터 유도될 수 있다.
1 야금 용기
3 운송 차량
5 모터
7 변속기
9 드라이브 휠
11 루프
13 가이드 휠
15 용기 식별 시스템
17 식별 엘리먼트
19 드라이브 데이터
21 프로세스 모델
23 결과 계산
25 출력값
27 출력 선도
29 변화값
31 결과값 차이
33 몫
35 곱
m 결과값
m(t) 결과값 프로파일
mload 금속 용융물의 질량
t 시간
t1 내지 t6 측정 시간

Claims (14)

  1. 금속 용융물(metallic melt)을 수용하는데 적합한 야금 용기(metallurgical vessel)(1) 내의 금속 용융물의 질량(mass)(mload)을 판정하기 위한 방법에 있어서,
    운송 차량(3)의 가속 동안 충전되지 않은 야금 용기(1)가 탑재되는 운송 차량(3)의 파라미터들(parameters)을 판정하는 단계―상기 파라미터들은 적어도 상기 운송 차량(3)의 속도, 상기 운송 차량(3)의 가속 및 상기 운송 차량(3)의 모터 드라이브 토크(motor drive torque)를 포함함―;
    상기 운송 차량(3)의 가속 동안 상기 금속 용융물이 충전되는 야금 용기(1)가 탑재되는 상기 운송 차량(3)의 파라미터들을 판정하는 단계; 및
    프로세스 모델(process model)(21)에 상기 파라미터들을 전송하고, 그리고 상기 운송 차량(3)에 대한 설계 데이터(design data)를 고려하여 상기 운송 차량(3), 상기 야금 용기(1) 및 상기 금속 용융물로 구성된 시스템(system)의 운동 방정식(motion equation) 및 상기 프로세스 모델(21)에 의해 상기 금속 용융물의 상기 질량(mload)을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 드라이브 토크를 판정하기 위해서, 상기 운송 차량(3)의 모터 전류 및/또는 모터 전압 및/또는 모터 파워(power) 그리고 상기 운송 차량(3)의 모터 속도가 측정되거나 상기 운송 차량(3)에 연관된 주파수 변환기 데이터(frequency converter data)로부터 판독되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터들은 상기 운송 차량(3)의 가속 동안 반복적으로 판정되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 용융물의 질량(mload)은 상기 금속 용융물이 충전된 야금 용기(1)가 탑재된 상기 운송 차량(3)의 이동 동안 판정되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 용융물의 질량(mload)은 최소 제곱법(least squares method) 또는 순환 최소 제곱법(recursive least squares method)을 사용하여 상기 프로세스 모델(21) 및 상기 운동 방정식에 의해 판정되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전되지 않은 야금 용기(1)의 질량이 판정되고 그리고/또는 상기 하차된 운송 차량(3)의 질량이 판정되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    식별 시스템(identification system)(15)이 사용되며, 이에 의해 상기 충전되지 않은 야금 용기(1)에 대해 판정된 질량이 야금 용기(1)에 할당되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 야금 용기(1)의 마모는 상기 식별 시스템(15)을 사용하여 감시되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 야금 용기(1)의 금속 용융물의 충전 정도(filling level)는 상기 야금 용기(1)에 대한 기하학적 데이터(geometrical data) 및 금속 내용물들의 특징들 및 상기 금속 용융물의 판정된 질량(mload)을 사용하여 판정되는 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 야금 용기(1)는 강 레이들(steel ladle)의 형태인 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 용융물은 철 또는 강 용융물인 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운송 차량(3)은 레일(rail) 차량의 형태, 특히 레이들 트랜스퍼 카(ladle transfer car) 또는 슬래그 포트 트랜스퍼 카(slag pot transfer car)의 형태인 것을 특징으로 하는,
    금속 용융물을 수용하는데 적합한 야금 용기 내의 금속 용융물의 질량을 판정하기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 상기 운송 차량(3)에 대한 설계 데이터를 고려하여 상기 운송 차량(3), 상기 야금 용기(1) 및 상기 금속 용융물로 구성된 시스템의 운동 방정식(motion equation) 및 상기 프로세스 모델(21)에 의해 상기 금속 용융물의 상기 질량(mload)을 판정하기 위한 컴퓨터 프로그램.
  14. 제 13 항에 기재된 컴퓨터 프로그램을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품.
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