KR20170120850A - 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 턴디쉬 예열기의 제어장치는, 턴디쉬의 예열버너로 공급되는 산소유량을 조절하는 산소밸브; 예열버너로 공급되는 공기유량을 조절하는 공기밸브; 예열버너로 공급되는 가스유량을 조절하는 가스밸브; 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 온도감지부; 턴디쉬의 예열 단계별 가스유량에 따른 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블을 저장하는 저장부; 및 온도감지부로부터 내부온도를 입력받아 목표온도에 도달하도록 예열 단계에 따른 목표 가스유량을 결정하고 설정된 산소부화율, 저장부에 저장된 이론 공연비 테이블, 이론 산소비 테이블로부터 결정된 이론 공연비 및 이론 산소비를 기반으로 목표 산소유량과 목표 공기유량을 결정하여 가스밸브, 산소밸브 및 공기밸브를 구동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

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

본 발명은 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 턴디쉬를 목표온도로 예열시킬 때 산소 공연비를 통해 추가로 주입하기 위한 산소유량을 제어하고, 산소유량에 따른 에어 공연비를 적용하여 공기유량을 제어하는 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조기는 래들(Ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 침지노즐을 통해 주형(Mold)으로 공급하고 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)를 포함하여 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.)인 "턴디쉬 가열장치"가 있다.

본 발명의 목적은 턴디쉬를 목표온도로 예열시킬 때 산소 공연비를 통해 추가로 주입하기 위한 산소유량을 제어하고, 산소유량에 따른 에어 공연비를 적용하여 공기유량을 제어함으로써 산소부화 버너의 도입에 따른 산소유량을 효율적으로 제어할 뿐만 아니라 예열효율을 높여 예열시간을 단축시켜 생산성을 높이고 불완전 연소를 방지하여 유해 가스 발생을 줄일 수 있도록 한 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치는, 턴디쉬의 예열버너로 공급되는 산소유량을 조절하는 산소밸브; 예열버너로 공급되는 공기유량을 조절하는 공기밸브; 예열버너로 공급되는 가스유량을 조절하는 가스밸브; 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 온도감지부; 턴디쉬의 예열 단계별 가스유량에 따른 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블을 저장하는 저장부; 및 온도감지부로부터 내부온도를 입력받아 목표온도에 도달하도록 예열 단계에 따른 목표 가스유량을 결정하고 설정된 산소부화율, 저장부에 저장된 이론 공연비 테이블, 이론 산소비 테이블로부터 결정된 이론 공연비 및 이론 산소비를 기반으로 목표 산소유량과 목표 공기유량을 결정하여 가스밸브, 산소밸브 및 공기밸브를 구동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 설정된 산소부화율과 목표 가스유량에 대응되는 이론 공연비 및 이론 산소비에 따라 아래식 1의 산소 공연비 함수를 통해 목표 산소유량을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(아래식 1)

본 발명에서 제어부는, 결정된 목표 산소유량과 설정된 산호부화율을 기반으로 아래식 2의 에어 공연비 함수를 통해 목표 공기유량을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(아래식 2)

본 발명에서 제어부는, 목표 가스유량을 기반으로 저장부에서 저장된 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블로부터 선형 보간법을 통해 인접한 값들 사이의 값으로 이론 공연비와 이론 산소비를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법은, 제어부가 온도감지부로부터 턴디쉬의 내부온도를 입력받는 단계; 제어부가 턴디쉬의 예열 목표온도와 내부온도의 온도차에 따라 목표 가스유량을 결정하는 단계; 제어부가 목표 가스유량을 기반으로 저장부로부터 이론 공연비와 이론 산소비를 결정하여 설정된 산소부화율을 통해 목표 산소유량을 결정하는 단계; 제어부가 목표 산소유량과 산소부화율을 기반으로 목표 공기유량을 결정하는 단계; 및 제어부가 목표 가스유량, 목표 산소유량 및 목표 공기유량에 따라 가스밸브, 산소밸브 및 공기밸브를 구동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 목표 산소유량을 결정하는 단계는, 제어부가 설정된 산소부화율과 목표 가스유량에 대응되는 이론 공연비 및 이론 산소비에 따라 아래식 3의 산소 공연비 함수를 통해 목표 산소유량을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(아래식 3)

본 발명에서 목표 공기유량을 결정하는 단계는, 제어부가 결정된 목표 산소유량과 설정된 산호부화율을 기반으로 아래식 4의 에어 공연비 함수를 통해 목표 공기유량을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(아래식 4)

본 발명에서 이론 공연비와 이론 산소비는, 제어부가 목표 가스유량을 기반으로 저장부에 저장된 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블로부터 선형 보간법을 통해 인접한 값들 사이의 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치 및 그 제어방법은 턴디쉬를 목표온도로 예열시킬 때 산소 공연비를 통해 추가로 주입하기 위한 산소유량을 제어하고, 산소유량에 따른 에어 공연비를 적용하여 공기유량을 제어함으로써 산소부화 버너의 도입에 따른 산소유량을 효율적으로 제어할 뿐만 아니라 예열효율을 높여 예열시간을 단축시켜 생산성을 높이고 불완전 연소를 방지하여 유해 가스 발생을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 설치상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 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 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 설치상태를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어장치는 산소유량계, 공기유량계, 가스유량계, 온도감지부, 저장부, 산소밸브, 공기밸브, 가스밸브 및 제어부를 포함한다.

턴디쉬 예열기는, 도 2에 도시된 바와 같이 래들(미도시)로부터 용강을 받을 때 용강의 온도하락을 방지하기 위해, 턴디쉬(100)의 덮개(120)에 형성된 홀(130)에 삽입된 예열버너(110)를 통해 설정된 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.

본 실시예에서 예열버너(110)는 산소부화 버너를 적용하여 예열 효율성을 높일 수 있도록 한다.

턴디쉬 예열기의 제어장치는 이와 같이 턴디쉬(100)의 내부온도를 목표온도패턴에 따라 승온시키기 위해 예열버너(110)로 공급되는 산소유량, 공기유량 및 가스유량을 조절하여 급격한 온도상승 및 온도변화가 이루어지지 않도록 예열을 진행한다.

산소유량계(10)는 턴디쉬(100)의 예열버너(110)으로 공급되는 산소유량을 측정하여 제어부(80)에 제공함으로써, 제어부(80)에서 산소밸브(40)를 제어할 때 목표 산소유량과 측정된 산소유량을 비교하여 PID 제어를 수행할 수 있도록 한다.

공기유량계(20)는 턴디쉬(100)의 예열버너(110)로 공급되는 공기유량을 측정하여 제어부(80)에 제공함으로써, 제어부(80)에서 공기밸브(50)를 제어할 때 목표 공기유량과 측정된 공기유량을 비교하여 PID 제어를 수행할 수 있도록 한다.

그리고, 가스유량계(30)는 턴디쉬(100)의 예열버너(110)로 공급되는 가스유량을 측정하여 제어부(80)에 제공함으로써, 제어부(80)에서 가스밸브(60)를 제어할 때 목표 가스유량과 측정된 가스유량을 비교하여 PID 제어를 수행할 수 있도록 한다.

온도감지부(70)는 턴디쉬(100)의 내벽에 설치되어 턴디쉬(100)의 내부온도를 측정하여 제어부(80)에 제공한다.

산소밸브(40)는 제어부(80)의 제어에 따라 구동되어 예열버너(110)로 공급되는 산소유량을 조절한다.

공기밸브(50)는 제어부(80)의 제어에 따라 구동되어 예열버너(110)로 공급되는 공기유량을 조절한다.

가스밸브(60)는 제어부(80)의 제어에 따라 구동되어 예열버너(110)로 공급되는 가스유량을 조절한다.

저장부(90)는 턴디쉬(100)의 예열 단계별 가스유량에 따른 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블을 저장한다.

여기서 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블은 원료인 가스의 종류 및 가스유량에 따라 정의되는 기준 관계식을 기반으로 산출하여 테이블로 저장할 수 있다.

제어부(80)는 온도감지부(70)로부터 내부온도를 입력받아 목표온도에 도달하도록 예열 단계에 따른 목표 가스유량을 결정하고 설정된 산소부화율과 저장부(90)에 저장된 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블로부터 결정된 이론 공연비와 이론 산소비를 기반으로 목표 산소유량과 목표 공기유량을 결정하여 가스밸브(60), 산소밸브(40) 및 공기밸브(50)를 구동시킨다.

여기서 제어부(80)는 가스밸브(60), 산소밸브(40) 및 공기밸브(50)를 구동시킬 때, 가스유량계(30), 산소유량계(10) 및 공기유량계(20)로부터 측정된 현재의 가스유량, 산소유량 및 공기유량과 목표 가스유량, 목표 산소유량 및 목표 공기유량을 비교하면서 PID 제어를 통해 구동시킨다.

또한, 제어부(80)는, 설정된 산소부화율과 목표 가스유량에 대응되는 이론 공연비 및 이론 산소비에 따라 수학식 1의 산소 공연비 함수를 통해 목표 산소유량을 결정한다.

여기서 산소부화율은 순수 산소를 추가로 공급하여 예열 효율성을 높이기 위해 임의로 설정할 수 있다.

그리고, 이론 공연비와 이론 산소비는 제어부(80)가 목표 가스유량을 기반으로 저장부(90)에서 저장된 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블로부터 선형 보간법을 통해 인접한 값들 사이의 값으로 결정할 수 있다.

이렇게 목표 산소유량이 결정되면 제어부(80)는 결정된 목표 산소유량과 설정된 산호부화율을 기반으로 수학식 2의 에어 공연비 함수를 통해 목표 공기유량을 결정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 턴디쉬 예열기의 제어장치에 따르면, 턴디쉬를 목표온도로 예열시킬 때 산소 공연비를 통해 추가로 주입하기 위한 산소유량을 제어하고, 산소유량에 따른 에어 공연비를 적용하여 공기유량을 제어함으로써 산소부화 버너의 도입에 따른 산소유량을 효율적으로 제어할 뿐만 아니라 예열효율을 높여 예열시간을 단축시켜 생산성을 높이고 불완전 연소를 방지하여 유해 가스 발생을 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 턴디쉬 예열기의 제어방법에서는, 먼저 제어부(80)가 온도감지부(70)로부터 턴디쉬(100)의 내부온도를 입력받는다(S10).

S10 단계에서 턴디쉬(100)의 내부온도를 입력받은 후 제어부(40)는 턴디쉬(100)를 예열하기 위해 설정된 목표온도와 내부온도를 비교하여 목표온도와 내부온도의 온도차에 따라 목표 가스유량을 결정한다(S20).

S20 단계에서 결정된 목표 가스유량과 가스유량계(30)로부터 입력된 현재의 가스유량을 기반으로 제어부(80)는 PID 제어를 수행하여 가스밸브(60)를 구동시킨다(S30).

이후 제어부(80)는 목표 가스유량을 기반으로 저장부로부터 이론 공연비와 이론 산소비를 결정하여 설정된 산소부화율을 통해 목표 산소유량을 결정한다(S40).

여기서 이론 공연비와 이론 산소비는, 제어부(80)가 목표 가스유량을 기반으로 저장부(90)에 저장된 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블로부터 선형 보간법을 통해 인접한 값들 사이의 값으로 결정할 수 있다.

S40 단계에서 목표 산소유량은, 제어부(80)가 설정된 산소부화율과 목표 가스유량에 대응되는 이론 공연비 및 이론 산소비에 따라 수학식 3의 산소 공연비 함수를 통해 결정할 수 있다.

여기서 산소부화율은 순수 산소를 추가로 공급하여 예열 효율성을 높이기 위해 임의로 설정할 수 있다.

S40 단계에서 목표 산소유량을 결정한 후 제어부(80)는 목표 산소유량과 산소부화율을 기반으로 목표 공기유량을 결정한다(S50).

S50 단계에서 목표 공기유량은, 제어부(80)가 결정된 목표 산소유량과 설정된 산호부화율을 기반으로 수학식 4의 에어 공연비 함수를 통해 결정할 수 있다.

이후 제어부(80)는 S40 단계에서 결정된 목표 산소유량과 산소유량계(10)로부터 입력된 현재 산소유량을 기반으로 PID 제어를 수행하여 산소밸브(40)를 구동시킨다(S60).

또한, 제어부(80)는 S50 단계에서 결정된 목표 공기유량과 공기유량계(20)로부터 입력된 현재 공기유량을 기반으로 PID 제어를 수행하여 공기밸브(50)를 구동시킨다(S70).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 턴디쉬 예열기의 제어방법에 따르면, 턴디쉬를 목표온도로 예열시킬 때 산소 공연비를 통해 추가로 주입하기 위한 산소유량을 제어하고, 산소유량에 따른 에어 공연비를 적용하여 공기유량을 제어함으로써 산소부화 버너의 도입에 따른 산소유량을 효율적으로 제어할 뿐만 아니라 예열효율을 높여 예열시간을 단축시켜 생산성을 높이고 불완전 연소를 방지하여 유해 가스 발생을 줄일 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 : 산소유량계 20 : 공기유량계
30 : 가스유량계 40 : 산소밸브
50 : 공기밸브 60 : 가스밸브
70 : 온도감지부 80 : 제어부
90 : 저장부 100 : 턴디쉬
110 : 예열버너 120 : 덮개
130 : 홀

Claims (8)

1. 턴디쉬의 예열버너로 공급되는 산소유량을 조절하는 산소밸브;
   상기 예열버너로 공급되는 공기유량을 조절하는 공기밸브;
   상기 예열버너로 공급되는 가스유량을 조절하는 가스밸브;
   상기 턴디쉬의 내부온도를 측정하는 온도감지부;
   상기 턴디쉬의 예열 단계별 가스유량에 따른 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블을 저장하는 저장부; 및
   상기 온도감지부로부터 상기 내부온도를 입력받아 목표온도에 도달하도록 예열 단계에 따른 목표 가스유량을 결정하고, 설정된 산소부화율, 상기 저장부에 저장된 이론 공연비 테이블, 이론 산소비 테이블로부터 결정된 이론 공연비 및 이론 산소비를 기반으로 목표 산소유량과 목표 공기유량을 결정하여 상기 가스밸브, 상기 산소밸브 및 상기 공기밸브를 구동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 설정된 상기 산소부화율과 상기 목표 가스유량에 대응되는 상기 이론 공연비 및 상기 이론 산소비에 따라 아래식 1의 산소 공연비 함수를 통해 상기 목표 산소유량을 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
   (아래식 1)
   

   

   
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는, 결정된 상기 목표 산소유량과 설정된 상기 산소부화율을 기반으로 아래식 2의 에어 공연비 함수를 통해 상기 목표 공기유량을 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
   (아래식 2)
   

   

   
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 목표 가스유량을 기반으로 상기 저장부에서 저장된 상기 이론 공연비 테이블과 상기 이론 산소비 테이블로부터 선형 보간법을 통해 인접한 값들 사이의 값으로 상기 이론 공연비와 상기 이론 산소비를 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어장치.
   
5. 제어부가 온도감지부로부터 턴디쉬의 내부온도를 입력받는 단계;
   상기 제어부가 상기 턴디쉬의 예열 목표온도와 상기 내부온도의 온도차에 따라 목표 가스유량을 결정하는 단계;
   상기 제어부가 상기 목표 가스유량을 기반으로 저장부로부터 이론 공연비와 이론 산소비를 결정하여 설정된 산소부화율을 통해 목표 산소유량을 결정하는 단계;
   상기 제어부가 상기 목표 산소유량과 상기 산소부화율을 기반으로 목표 공기유량을 결정하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 목표 가스유량, 상기 목표 산소유량 및 상기 목표 공기유량에 따라 가스밸브, 산소밸브 및 공기밸브를 구동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 목표 산소유량을 결정하는 단계는, 상기 제어부가 설정된 상기 산소부화율과 상기 목표 가스유량에 대응되는 상기 이론 공연비 및 상기 이론 산소비에 따라 아래식 3의 산소 공연비 함수를 통해 상기 목표 산소유량을 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.
   (아래식 3)
   

   

   
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 목표 공기유량을 결정하는 단계는, 상기 제어부가 결정된 상기 목표 산소유량과 설정된 상기 산소부화율을 기반으로 아래식 4의 에어 공연비 함수를 통해 상기 목표 공기유량을 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.
   (아래식 4)
   

   

   
   
8. 제 5항에 있어서, 상기 이론 공연비와 상기 이론 산소비는, 상기 제어부가 상기 목표 가스유량을 기반으로 상기 저장부에 저장된 이론 공연비 테이블과 이론 산소비 테이블로부터 선형 보간법을 통해 인접한 값들 사이의 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 턴디쉬 예열기의 제어방법.
   

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