KR20170021505A

KR20170021505A - 턴디쉬 예열기의 제어장치

Info

Publication number: KR20170021505A
Application number: KR1020150115937A
Authority: KR
Inventors: 김진수; 박재우
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-02-28

Abstract

본 발명은 턴디쉬 예열기의 제어장치가 개시된다. 본 발명의 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 저장하는 저장부; 및 턴디쉬의 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 온도감지부로부터 내부온도를 입력받아 의사 앞섬 제어기를 통해 목표 공기유량을 결정한 후 공기유량계로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브를 제어하고, 저장부에 저장된 공연비를 통해 목표 가스유량을 결정한 후 가스유량계로부터 현재 가스유량을 입력받아 가스밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

턴디쉬 예열기의 제어장치{CONTROL APPARATUS FOR PREHEATING TUNDISH}

본 발명은 턴디쉬 예열기의 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 제어 초/중기의 추종 성능을 향상시키기 위해 앞섬(lead) 제어를 적용하고 의사 앞섬(pseudo lead) 제어기를 통해 턴디쉬 예열기를 제어하는 턴디쉬 예열기의 제어장치에 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.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2012-0033056호(2012.04.06, 턴디쉬 가열장치)가 있다.

본 발명은 온도 제어 초/중기의 추종 성능을 향상시키기 위해 앞섬(lead) 제어를 적용하고 의사 앞섬(pseudo lead) 제어기를 통해 턴디쉬 예열기를 제어하는 턴디쉬 예열기의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 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 저장하는 저장부; 및 턴디쉬의 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 온도감지부로부터 내부온도를 입력받아 의사 앞섬 제어기를 통해 목표 공기유량을 결정한 후 공기유량계로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브를 제어하고, 저장부에 저장된 공연비를 통해 목표 가스유량을 결정한 후 가스유량계로부터 현재 가스유량을 입력받아 가스밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부의 의사 앞섬 제어기는, 앞섬 제어 게인을 PID 제어 게인으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 의사 앞섬 제어기는, PI제어에 의한 PI게인을 튜닝하고 앞섬 제어에 의한 앞섬 게인을 튜닝하여, PI게인과 앞섬 게인으로 의사 앞섬 제어 게인을 산출하고 이를 PID 제어 게인으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

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

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

본 발명에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치는 온도 제어 초/중기의 추종 성능을 향상시키기 위해 앞섬(lead) 제어를 적용하되 PID 제어에 의한 액추에이터에 적용할 수 있도록 앞섬 제어 게인을 PID 제어 게인으로 변환하는 의사 앞섬(pseudo lead) 제어기를 통해 턴디쉬 예열기를 제어함으로써 턴디쉬 예열 초/중기에서의 성능 개선이 가능하고 실제 액추에이터의 기능을 활용할 수 있어 안정성을 확보할 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 제어장치에서 제어부의 제어기 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치를 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 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치에서 제어부의 제어기 구성을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 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 목표온도 패턴에 따라 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 목표온도패턴에 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 저장한다. 공연비는 공기유량을 가스유량으로 나눈 값이다.

제어부(40)는 턴디쉬(100)의 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 온도감지부(30)로부터 내부온도를 입력받아, 이를 목표온도와 비교하여 내부온도가 목표온도보다 높고 낮음에 따라 공기밸브(50)와 가스밸브(60) 중 어느 하나를 제어한 후 공연비에 따라 다른 하나를 제어한다.

즉, 내부온도가 목표온도보다 같거나 낮을 경우에는 공기밸브(50)를 제어한 후 가스밸브(60)를 제어하고, 내부온도가 목표온도보다 높을 경우에는 가스밸브(60)를 제어한 후 공기밸브(50)를 제어한다.

이때 제어부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 온도감지부(30)로부터 내부온도를 입력받아 의사 앞섬(Pseudo Lead) 제어기를 통해 목표 공기유량을 결정한다.

여기서 의사 앞섬 제어기는 앞섬 제어 게인을 PID 제어 게인으로 변환함으로써 PID제어기에서 앞섬 제어를 적용할 수 있도록 한다.

이를 구체적으로 설명하면, PI제어기는 수학식 1과 같은 구조로 이루어지고, 앞섬 제어기는 수학식 2와 같은 구조로 이루어진다.

여기서, K_p는 비례게인, K_i는 적분게인, s는 라플라스 변환 변수이다.

여기서, α, β는 앞섬 게인, s는 라플라스 변환 변수이다.

따라서, PI제어기와 앞섬 제어기를 대응시켜 변환하기 위해 수학식 3과 같이 대입하여 정리할 경우 의사 앞섬 제어기의 구조를 만들 수 있다.

여기서, ρ, σ, μ는 의사 앞섬 게인, s는 라플라스 변환 변수이다.

따라서, 제어부(40)는 PI제어에 의한 PI게인을 튜닝하고, 앞섬 제어에 의한 앞섬 게인을 튜닝한 후 의사 앞섬 제어 게인을 산출한다. 그런 다음 실제 액추에이터의 기능을 활용할 수 있도록 변환하여 PID 제어 게인을 튜닝하여 확정한다.

이와 같이 제어부(40)는 의사 앞섬 제어기를 통해 내부온도가 목표온도보다 같거나 낮을 경우, 목표 공기유량을 결정하여 공기유량계(10)로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브(50)를 제어한 후, 목표 공기유량과 저장부(70)에 저장된 공연비를 통해 목표 가스유량을 결정하여 가스유량계(20)로부터 현재 가스유량을 입력받아 가스밸브(60)를 제어한다. 이를 통해 제어부(40)는 온도를 높이기 위해 가스공급을 늘릴 때, 공기유량을 증가시킨 후 가스유량을 증가시킴으로써 연료의 과잉공급을 방지하여 불완전 연소로 인한 유해가스 발생을 방지할 수 있다.

또한, 제어부(40)는 내부온도가 목표온도보다 높을 경우, 목표 가스유량을 결정하여 가스유량계(20)로부터 현재 가스유량을 입력받아 가스밸브(60)를 제어한 후, 목표 가스유량과 저장부(70)에 저장된 공연비를 통해 목표 공기유량을 결정하고 공기유량계(10)로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브(50)를 제어한다. 이를 통해 제어부(40)는 온도를 낮추기 위해 가스공급을 줄일 때 가스유량을 줄인 후 공기유량을 줄여 연료의 과잉공급을 방지함으로써 불완전 연소로 인한 유해가스 발생을 방지할 수 있다.

이때 제어부는 도 3에 도시된 바와 같이 온도 PID(42)에서의 목표온도와, 온도감지부(30)를 통해 입력된 턴디쉬(100)의 내부온도간의 온도차에 대해 의사 앞섬 제어를 수행하여 목표 공기유량을 결정하고, 공기유량 PID(44)는 목표 공기유량과 공기유량계(10)로부터 입력된 현재 공기유량을 기반으로 의사 앞섬 제어를 수행하여 공기밸브 개도량을 산출하며, 이를 통해 제어부(40)는 공기밸브(50)를 제어한다.

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

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 턴디쉬 예열기의 제어장치에 따르면, 온도 제어 초/중기의 추종 성능을 향상시키기 위해 앞섬(lead) 제어를 적용하되 PID 제어에 의한 액추에이터에 적용할 수 있도록 앞섬 제어 게인을 PID 제어 게인으로 변환하는 의사 앞섬(pseudo lead) 제어기를 통해 턴디쉬 예열기를 제어함으로써 턴디쉬 예열 초/중기에서의 성능 개선이 가능하고 실제 액추에이터의 기능을 활용할 수 있어 안정성을 확보할 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 진정한 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 저장하는 저장부; 및
상기 턴디쉬의 상기 내부온도가 목표온도에 도달하도록, 상기 온도감지부로부터 상기 내부온도를 입력받아 의사 앞섬 제어기를 통해 목표 공기유량을 결정한 후 상기 공기유량계로부터 현재 공기유량을 입력받아 공기밸브를 제어하고, 상기 저장부에 저장된 상기 공연비를 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 제어부의 상기 의사 앞섬 제어기는, 앞섬 제어 게인을 PID 제어 게인으로 변환하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 의사 앞섬 제어기는, PI제어에 의한 PI게인을 튜닝하고 앞섬 제어에 의한 앞섬 게인을 튜닝하여,상기 PI게인과 상기 앞섬 게인으로 의사 앞섬 제어 게인을 산출하고 이를 PID 제어 게인으로 변환하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 목표 공기유량과 상기 현재 공기유량을 기반으로 의사 앞섬 제어를 통해 상기 공기밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 목표 가스유량과 상기 현재 가스유량을 기반으로 의사 앞섬 제어를 통해 상기 가스밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.