KR20190131565A - 측정값에 기초한 개방 아크 상태의 완화 - Google Patents

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KR20190131565A
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Abstract

시스템은 아크로에서 소모된 전력의 파라미터를 측정하고, 파라미터의 분석에 기초하여 아크 커버리지가 최적화되었는지 여부를 나타내는 표시를 제공한다. 아크 커버리지의 최적화와 관련된 요인은 전극 위치, 전하 레벨, 슬래그 레벨 및 슬래그 거동을 포함한다. 보다 구체적으로, 아크 커버리지가 최적화되었는지 여부에 대한 표시는 가능한 안정된 아크 공동이 유지되고 개방 아크 상태가 회피되도록 전극의 위치를 결정할 때 이용될 수 있다. 개방 아크 상태를 회피함으로써 노 벽과 지붕의 내부 라이닝이 과도한 마모로부터 간편하게 보호될 수 있다.

Description

측정값에 기초한 개방 아크 상태의 완화
본 출원은 일반적으로 교류(AC) 및 직류(DC) 전기 아크로(electric arc furnaces)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이와 같은 노(furnaces)에 대한 측정값에 기초한 개방 아크 상태(open arc condition)의 완화에 관한 것이다.
전기 아크로는 전기 아크에 의해 재료를 가열할 수 있는 장치이다. 전기 아크로는 수십 그램에서 수백 톤에 이르는 다양한 규모로 다양한 방면에서 이용된다. 전기 아크로의 하나의 적용예로는 2차 제강이 있다. 다른 적용예로는 비철광석의 제련이 있다. 후자에서는 종종 전기 아크로가 차폐 아크 제련에 적용된다.
교류 전기 아크로는 노(furnace) 변압기를 이용하여 전력 그리드로부터 2개 이상의 전극 팁에서의 아크에 전력을 전달한다. 직류 전기 아크로는 정류기 변압기 및 정류기를 이용하여 전력 그리드로부터 하나 이상의 전극 팁에서의 아크에 전력을 전달한다.
2차 제강의 적용예 및 차폐 아크 제련의 적용예에서, 전기 아크로에 전력을 공급하는 전력 그리드가 겪는 부하(load)의 변동은 "전력 그리드 플리커(power grid flicker)"라고 하는 것을 야기한다. 불행하게도, 전력 그리드 플리커는 민감한 전자 장비 및 조명에서 오작동을 일으키는 것으로 밝혀질 수 있다. 또한, 전력 그리드 플리커는 동일한 전력 그리드 상에서 다른 소비자를 방해하는 것으로 밝혀질 수 있다. 또한, 과도한 전력 그리드 플리커는 전기 아크로의 조작자가 가입한 전력 계약을 위반할 수 있다.
전기 아크로가 전력 그리드로부터 끌어온 전력의 안정성에 기여하는 한 가지 요인으로는 아크 공동(arc cavity)의 존재 또는 부재가 있다.
시스템은 아크로가 끌어온 전력의 파라미터를 측정하고, 파라미터의 분석에 기초하여 아크 커버리지가 최적화되었는지의 표시를 제공한다. 아크 커버리지의 최적화와 관련된 요소는, 전극 위치, 전하 레벨, 슬래그 레벨 및 슬래그 거동을 포함한다. 보다 구체적으로, 아크 커버리지가 최적화되었는지에 대한 이러한 표시는 가능한 안정된 아크 공동이 유지되고 개방 아크 상태를 회피하도록 전극의 위치를 결정할 때 사용될 수 있다. 아크 개방 상태를 회피함으로써, 노 벽과 지붕의 내부 라이닝이 과도한 온도와 마모로부터 쉽게 보호될 수 있다.
본 개시의 한 양태에 따르면, 분석기 및 제 1 제어 유닛을 포함하는 시스템이 제공된다. 분석기는 전기 아크로에 제공되는 전력의 전기적 신호 측정값을 나타내는 신호를 수신하고 전기적 신호 측정값을 분석함으로써 신호를 분석하여 특성 전기적 파라미터를 결정하도록 구성된다. 제 1 제어 유닛은 특성 전기적 파라미터를 수신하고, 특성 파라미터에 기초하여 전기 아크로의 동작에 있어서의 변화를 결정하고, 변화의 표시를 전기 아크로에 제공된 제 2 제어 유닛으로 전송하도록 구성된다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 방법이 제공된다. 이 방법은 전기 아크로의 동작과 관련된 특성 전기적 파라미터를 수신하는 단계와, 특성 전기적 파라미터에 기초하여 전기 아크로의 동작에 있어서의 변화를 결정하는 단계와, 여기서 변화는 개방 아크 상태를 완화하는 것과 관련되고, 변화의 표시를 전기 아크로의 동작을 위해 제공된 제어 유닛에 전송하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 개방 아크의 검출 방법이 제공된다. 이 방법은 전기적 신호 측정값을 획득하는 단계와, 전기적 신호 측정값에 기초하여 개방 아크 상태를 검출하는 단계와, 전기적 신호 측정값에 기초하여 전기 아크로의 동작에 있어서의 변화를 결정하는 단계와, 여기서 변화는 아크 상태를 종료하는 것과 관련되고, 변화의 표시를 전기 아크로의 동작과 관련된 제어 유닛으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 양태 및 특징은 첨부 도면과 함께 본 개시의 특정 구현예에 대한 다음의 설명을 검토할 때 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
이하에서 구현예를 도시한 첨부 도면을 예시로서 참조할 것이다.
도 1은 가변 반응기와 조합된 교류 전기 아크로 및 분석기와 제 1 제어 유닛을 포함하는 개방 아크 완화 시스템을 포함하는 시스템을 도시하며, 분석기는 본 출원의 양태에 따라 노 변압기의 1 차측으로부터 측정값을 수신한다.
도 2는 도 1의 시스템을 도시하며, 분석기는 본 출원의 양태에 따라 노 변압기의 2 차측으로부터 측정값을 수신한다.
도 3은 본 출원의 양태에 따라 직류 전기 아크로에 적용되는 도 1의 시스템을 도시한다.
도 4는 아크 공동을 가진 도 1의 전기 아크로의 강철 스크랩 노의 구현예를 도시한다.
도 5는 개방 아크 상태에 있는 도 4의 강철 스크랩 노의 구현예를 도시한다.
도 6은 아크 공동을 가진 도 1의 전기 아크로의 비철계 차폐 아크 제련로(거품 없음)의 구현예를 도시한다.
도 7은 개방 아크 상태에 있는 도6의 비철 차폐 아크 제련로의 구현예를 도시한다.
도 8은 아크 공동을 가진 도 1의 전기 아크로의 비철 차폐 아크 제련로(거품 있음)의 구현예를 도시한다.
도 9는 개방 아크 상태에 있는 도 8의 비철 차폐 아크 제련로의 구현예를 도시한다.
도 10은 도 1의 분석기에서 전류 및 전압 측정값을 분석하는 예시적인 방법의 단계를 도시한다.
도 11은 도 1의 분석기에서 전압 측정값을 분석하는 예시적인 방법의 단계를 도시한다.
도 12는 도 1의 제 1 제어 유닛을 작동시키는 예시적인 방법의 단계를 도시한다.
도 13은 도 1의 제 1 제어 유닛을 작동시키는 다른 예시적인 방법의 단계를 도시한다.
전통적으로, 전력 그리드 플리커(또는 간단히 "플리커")는 션트 무효 전력 보상 장비를 설치함으로써 완화될 수 있다. 무효 전력 보상 장비의 예로는 기존의 SVC(Static VAR Compensator) 또는 보다 개량된 전력 변환기 기반의 STATCOM(Static Synchronous Compensator)이 있다. 플리커 감소를 위한 또 하나의 입증된 기술로는 SPLC(Smart Predictive Line Controller)가 있으며, 변동 부하와 직렬로 연결될 수 있다.
전력 전송 및 분배에서, VAR(volt-ampere reactive)은 교류 전력 시스템에서 무효 전력을 표현하는 단위이다. 전류와 전압의 위상이 다른 경우, 교류 회로에는 무효 전력이 존재한다.
SVC는 션트 접속된 고조파 필터 뱅크와 션트 접속된 사이리스터 제어 반응기로 구성된다. 필터 뱅크와 사이리스터 제어 반응기는 전압 플리커를 낮추고 일정한 공급 버스 전압을 유지하거나 일정한 역률을 유지하기 위해 함께 작동한다. SVC는 용량성 무효 전력 또는 유도성 무효 전력의 션트 삽입에 의해 동작하여, 노의 총 무효 전력 소비(MVAR)를 거의 0에 가깝게(즉, 유도성 또는 용량성도 아닌 것으로) 유지함으로써 일정한 전압을 유지한다. SVC는 일반적으로 사이리스터 정류 요구 사항으로 인해 반주기의 시간 지연을 갖는다. 초기 SVC의 예는 미국 특허 제3,936,727호에 개시되어 있다.
SVC 기반 아크로 제어기는 고정 용량성 MVAR 및 가변 유도성 MVAR의 제어된 합산(summatioin)에 의해 무효 전력을 동적으로 공급한다. 제어기는 부하 무효 전력을 역률 설정값에서 도출된 무효 전력 설정값과 비교하고 합산된 MVAR을 설정값으로 동적으로 제어합니다. 2차 제강 전기 아크로는 노 전극의 보어 다운(bore-down) 단계에서 종종 단락 및 개방 회로가 되므로 노 무효 전력 변동은 노 변압기 정격의 0에서 200 %까지 변한다. SVC는 일반적으로 노 등급의 125 % 내지 150 % 크기이며, 일반적으로 플리커를 약 40 % 내지 50 % 감소시킨다. 일부 SVC는 전압 설정값을 사용하고 션트 반응기를 조정하여 공급 전압을 설정값 전압에 매칭시킨다.
SPLC는 전기 아크로의 전극과 직렬로 연결된 사이리스터 제어 반응기로 구성된다. SPLC는 전기 아크로에서 실제 전력 또는 전류를 안정화하기 위해 예측 소프트웨어를 사용하는 동적 제어식 직렬 반응기로서 기능한다. SPLC는 전력 시스템에서 아크 전류의 변동을 줄여 플리커을 감소시킨다. 아크 전류의 변동이 줄어들면 전압 플리커가 감소한다. SPLC의 예는 1999년 11월 23일 발행된 미국 특허 제5,991,327호에 개시되어 있다.
도 1은 다중 전극 교류 전기 아크로(EAF, 140)의 하나의 전극(142)과 직렬로 연결된 SPLC의 예를 도시한다. 로컬 공급 버스(110)로부터 3상 전력이 전기 아크로(140)에 제공된다. 공급 버스(110)는 송전선 및 강압 변압기(도시되지 않음)를 통해 유틸리티 전원 또는 이와 달리 로컬 발전소(도시되지 않음)로부터 전력을 공급 받는다. 교류 전기 아크로인 전기 아크로(140)는 종종 복수의 전극(142)(개별적으로 도시되지 않음)을 포함하고, 복수의 전극 중 하나 또는 복수의 전극(142) 중 한 쌍은 3개의 전력 위상 중 하나의 위상과 관련된다. 전극(142)의 아킹 단부는, 예를 들어 고철과 같은 작업 재료를 용융시키기 위해 노 용기(144) 내에 위치하고, 노 용기(144) 내에서 전극(142)의 위치는 조정될 수 있도록 장착될 수 있다. 전극(142)은 태핑된(tapped) 노 변압기(108)의 노 측(2차 권선)에 연결된다.
가변 반응기는 전기 아크로(140)와 공급 버스(110) 사이에서 태핑된 노 변압기(108)와 직렬로 연결된다. 가변 직렬 반응기의 3개의 위상(이 중 1개만 도시 됨)은 노 변압기(108)의 공급측(1차 권선)의 각각의 위상을 공급 버스(110)의 대응하는 위상에 연결하는 가변 반응기(134), 고정 반응기(135) 및 변류기(136)의 직렬 조합을 포함한다. 설명된 실시예에서, 대표적인 가변 반응기(134)는 사이리스터 스위치(139)와 병렬로 연결된 반응기(137)를 포함한다. 각각의 사이리스터 스위치(139)는 서로 반대 극성으로 배열된 한 쌍의 사이리스터 또는 복수 쌍의 사이리스터 그룹을 포함하는 것이 바람직하다. 가변 직렬 반응기는 제어 범위를 갖는다. 사이리스터 스위치(139)는 전력 전자 정전 스위치라 불릴 수 있는 것의 특정 구현예인 것으로 간주될 수 있다.
도 3은 직류 전기 아크로(340) 및 공급 버스(110)와의 관련 연결을 도시한다. 공급 버스(110)로의 연결은 정류기(337) 및 노 변압기(308)의 노 측에 직류 반응기(344)를 포함한다.
EAF(140)의 동작은 고철의 가공에 사용되는 전기 아크로(140)의 단면을 도시하고 있는 도 4의 관점에서 고려될 수 있다. 작동 중에 있는 노 용기(144) 내에서는 재료가 여러 구역으로 나뉜다. 노 용기(144)의 바닥에는 용융 금속(예를 들어, 강철) 층(402)이 모인다. 금속 층(402) 위에는 공급물(408)(예를 들어, 고철)의 더미가 있다. 고철을 노 용기(144)에 넣는 하나의 방식으로서, 노 용기(144)의 지붕을 옆으로 치우고 고철의 버켓을 노용기(144) 내로 부을 수 있다.
도 4의 전기 아크로(140) 내의 공급물(408)은 고철과 구별되는 철 또는 강철 재료일 수 있다. 예를 들어, 공급물은 DRI(Direct Reduced Iron), HBI(Hot Briquetted Iron) 또는 고로(blast furnace)로부터 용융된 철일 수 있다.
공급물을 강철로(steel furnace)에 넣는 하나의 방식으로서, 특정 철 또는 강철 재료가 복수의 개구(412)를 통해 노 용기(144) 내로 공급될 수 있다.
전극(142)으로부터의 아크에 의해, 거품 슬래그(406)의 덩어리가 전극(142)의 팁 주위에 형성된다. 공급물(408) 더미의 높이 및 분포는 복수의 레벨 측정 유닛(414)에 의해 측정될 수 있다. 레벨 측정 유닛(414)으로서 사용되는 예시적인 장치가 존재하고, RADAR과 같은 기술이 사용될 수 있다.
전극(142)의 단부에서 아크가 반복적으로 생성됨에 따라, "아크 공동"(410)이 형성되는 것이 이해될 수 있다. 아크 공동(410) 내에 상호 유익한 관계가 형성된다. 전극(142)의 단부에서 아크가 반복적으로 생성됨에 따라, 이온화된 플라즈마 기둥이 형성된다. 이온화된 플라즈마 기둥은 다음 아크 생성에 유리하다는 것이 밝혀졌다. 이온화된 플라즈마 기둥은 고온인 것으로 생각될 수 있다. 실제로, 이온화된 플라즈마 기둥은 예를 들어 5000 K로 유지될 수 있다. 플라즈마 기둥의 열은 플라즈마 기둥의 이온화의 유지를 돕는 것으로 용이하게 생각될 수 있다. 또한, 뜨거운 플라즈마 기둥은 상대적으로 긴 아크를 생성한다. 노의 전력 손실이 낮아지므로, 짧은 아크의 열보다 긴 아크의 열이 바람직하다. 따라서, EAF(140)의 조작자는 긴 아크가 생성되도록 전극(142)의 위치를 조정하는데 관심이 있다.
도 5는 개방 아크 상태에서의 도 4의 고철 노의 구현예를 도시한다. 개방 아크 상태는 아크 공동(410)의 부재를 야기하는 것을 유발할 수 있다. 도 5에서, 예를 들어, 아크 공동(410)의 부재는 거품 슬래그(406)의 발포성의 변화에 의해 야기될 수 있다. 개방 아크 상태에서, 노 벽 및 지붕의 내부 라이닝은 과도한 온도에 노출될 위험이 있다.
도 6은 일반적으로 거품 슬래그를 일으키지 않는 적용예에 사용되는 비철 차폐 아크 제련로의 단면을 도시한다. 작동 중에 노 용기(144) 내에서는 재료가 여러 구역으로 나뉜다. 노 용기(144)의 바닥에는 용융 금속 층(602)(예를 들어, 페로-니켈)이 모인다. 금속 층(602) 위에는 슬래그 층(604)이 있다. 슬래그 층(604) 위에는 공급물(608) 더미가 있다. 공급물(608)은 복수의 개구(612)를 통해 노 용기(144) 내로 공급된다.
공급물(608) 더미의 높이 및 분포는 복수의 레벨 측정 유닛(614)에 의해 측정될 수 있다.
전극(142)으로부터의 아크가 발생하면, 공급물(608)은 슬래그(604) 및 금속(602)으로 변환될 수 있다. 도 4에 도시된 적용예와는 달리, 슬래그(604)에는 거품이 없다. 또한 전극(142)의 단부에서 아크가 반복적으로 생성됨에 따라, 아크 공동(610)이 형성되는 것으로 이해될 수 있다.
도 7은 개방 아크 상태에서 도 6의 비철 차폐 아크 제련로를 도시한다. 도 7에서, 아크 공동(610)의 부재는 공급물(608)의 이동에 의해 야기될 수 있다.
도 8은 거품 슬래그를 갖는 비철 차폐 아크 제련 적용예에 이용되는 전기 아크로(140)의 단면을 도시한다. 작동 중에 노 용기(144) 내에서는 재료가 여러 구역으로 나뉜다. 노 용기(144)의 바닥에는 용융 금속 층(802)이 모인다. 금속 층(802) 위에는 슬래그 층(804)이 있다. 슬래그 층(804) 위에는 공급물(808) 더미가 있다. 공급물(808)은 복수의 개구(812)를 통해 노 용기(144) 내로 공급된다.
공급물(808) 더미의 높이 및 분포는 복수의 레벨 측정 유닛(814)에 의해 측정될 수 있다.
전극(142)으로부터 아크가 발생하면, 공급물(808)은 슬래그(804) 및 금속(802)으로 변환될 수 있다. 도 4에 도시된 적용예와 동일하게, 슬래그(804)는 거품이 있으며, 거품 슬래그 층(806)을 형성한다. 또한 전극(142)의 단부에서 아크가 반복적으로 생성됨에 따라, 아크 공동(810)이 형성되는 것으로 이해될 수 있다.
도 9는 개방 아크 상태에서 도 8의 비철 차폐 아크 제련로 구현예를 도시한다. 도 9에서 아크 공동(810)의 부재는 거품 슬래그(806)의 발포성의 변화에 의해 야기될 수 있다.
고온인 플라즈마 기둥은 개방 아크 상태에 존재하는 전력 소모보다 훨씬 더 안정적인 전력 소모와 관련이 있는 것으로 이해된다. 따라서, EAF(140)의 조작자는 아크 공동(410, 610, 810)을 유지하는데 관심이 있고, 그렇게 함으로써 EAF(140)의 조작자는 개방 아크 상태를 회피하는 것으로 보일 수 있다.
아크 공동(410, 610, 810)은 또한, 아크 공동(410, 610, 810)이 존재할 때, 노 용기(144)의 지붕 및 노 용기(144)의 상부 측벽이 발생된 아크로부터 차폐되고, 이에 따라 노 용기(144)의 예상 수명이 연장되는 점에서 유용하다. 도 4에 도시된 적용예에서, 차폐는 공급물(408)과 거품 슬래그(406)의 조합에 의해 이루어진다. 도 6에 도시된 적용예에서, 차폐는 공급물(608)에 의해 이루어진다. 도 8에 도시된 적용예에서, 차폐는 거품 슬래그 층(806)에 의해 이루어진다.
따라서, 아크 공동(410, 610, 810)에서 긴 아크를 달성하기 위해 전극(142)을 상승시키는 것과 개방 아크 상태를 회피하는 것 사이에서 균형을 잡아야 하며, 이 상태는 전극(142)을 상승시킬수록 더욱 분명해짐을 알 수 있다.
예를 들어, 60 메가 와트보다 큰 것으로 정의될 수 있는 비교적 높은 전력 레벨에서, 전극(142)을 상승시키면 전기적 저항이 증가하는 것으로 보일 수 있다. 안정적인 전력이 측정되고 안정적인 저항이 측정된다는 것은 전극(142)이 전극(142)의 단부를 최적으로 둘러싸는 재료 내에 잘 위치되어 있음을 나타내는 것으로 이해될 수 있다. 그 재료는 일부 적용예에서, 거품 슬래그일 수 있고, 다른 적용예에서 입상 공급물 뱅크일 수 있다.
불행하게도, 거품 층(406, 806) 및 공급물(408, 608, 808)의 깊이는 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 전극(142)의 위치가 유지되는 경우에도, 거품 층(406, 806) 또는 공급물(408, 608)의 깊이의 감소는 개방 아크 상태를 야기할 수 있다. 거품 층(406, 806)의 깊이의 감소는 보다 빈번하게 개방 아크 상태를 초래할 수 있다. 개방 아크 상태에서의 동작은 아크 공동(410, 610, 810)이 있는 상태로 동작하는 동안 측정된 저항보다 높은 저항과 관련이 있는 것으로 밝혀질 수 있다. 또한, 개방 아크 상태에서의 동작이 아크 재점화를 더 어렵게 한다는 것이 밝혀질 수 있다. 개방 아크 상태에서의 동작은 전극(142)이 아크 공동(410, 610, 810) 내에서 동작하는 동안 측정된 노 전력 소모의 변동보다 더 높은 노 전력 소모의 변동을 초래하는 것으로 밝혀질 수 있다.
다양한 요인으로 인해 불충분한 아크 커버리지가 발생할 수 있다. 한 가지 요인은 슬래그의 저항이다. 즉, 슬래그의 조성물로 인해, 슬래그의 전기적 저항은 예상보다 낮거나 또는 높을 수 있다. 슬래그의 조성물과 관련된 다른 요인은 슬래그 층(804)이 거품 층(806)을 형성하는 정도와 관련된다. 슬래그 층(804)에서 슬래그의 탄소 함량은 슬래그 층(804)이 거품 층(806)을 형성하는 정도와 직접적으로 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 불충분한 아크 커버리지를 야기하는 다른 요인은 슬래그 층(804)에서의 불충분한 슬래그의 부피이다. 즉, 하부 슬래그 층(804)에서 원하는 깊이 및 부피보다 낮은 경우 거품 층(806)에서도 원하는 깊이 및 부피를 얻을 수 없다. 도 4의 고철 노 구현예에서, 고철(402)의 품질, 탄소 주입, 온도 및 석회 주입은 거품 층(406)의 깊이 및 부피에 영향을 줄 것이다.
본 출원의 일 양태에서, 도 1의 SPLC에 개방 아크 조건 완화 시스템(150)이 부가될 수 있다. 개방 아크 조건 완화 시스템(150)은 EAF(140)에 의해 소모되는 전력을 특징짓는 전기적 파라미터의 수집을 가능하게 하는 방식으로 SPLC에 연결된 분석기(102)를 포함한다. 분석기(102)는 제 1 제어 유닛(104)에 출력을 제공한다. 또한, 제 1 제어 유닛(104)은 제 2 제어 유닛(106) 및 공급물 제어 유닛(120)에 출력을 제공한다.
분석기(102), 제 1 제어 유닛(104), 제 2 제어 유닛(106) 및 공급물 제어 유닛(120)은 도 1에 개별 요소로 도시되어 있다. 그러나, 이들 요소는 하드웨어에서 단일 유닛 또는 복수의 유닛으로서 구현될 수 있음을 이해해야 한다.
간략하게 설명하면, 분석기(102)는 EAF(140)에 의해 소모되는 전력의 각 위상의 측정값을 획득하고 측정값을 분석한다. 일 예에서, 분석기(102)는 변압기(122)를 통해 전압 측정값을 획득한다. 다른 예에서, 분석기(102)는 변류기(136)를 통해 전류 측정값을 획득한다. 분석기(102)는 데이터를 제 1 제어 유닛(104)에 전달한다. 제 1 제어 유닛(104)은 각 단계에서 다양한 동작 파라미터가 변화되어야 하는 정도를 결정하고 제 2 제어 유닛(106)에 변화를 수행하도록 지시한다. 제 2 제어 유닛(106)은 제 1 제어 유닛(104)으로부터의 지시에 따라 EAF(140) 및 가변 리액터(134)의 동작 파라미터를 조정한다.
도 2는 도 1의 시스템을 도시하고, 분석기(102)는 본 출원의 양태에 따라 노 변압기(108)의 2차 측으로부터 측정값을 수신한다. 특히, 측정값은 노 변압기(108)와 EAF(140) 사이에 위치된 변압기(122) 및 변류기(136)로부터 획득된다.
도 10에 도시된 동작에서, 분석기(102)는 각 위상으로부터 전류 및/또는 전압의 측정값을 수신한다(단계 1002). 일 예에서, 분석기(102)는 3상의 전류 및/또는 전압 파형의 복수의 고조파를 추출하기 위해 전류 및/또는 전압의 측정값을 처리한다(단계 1004). 이후 이러한 고조파 또는 그 서브세트를 분석한다. 고조파의 서브세트는, 예를 들어 단지 낮은 차수의 고조파를 포함할 수 있다.
분석은, 예를 들어, 선택된 시간 동안 특정 고조파 특성 파라미터를 결정하는 단계(단계 1006)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 일 예에서, 분석은 제 3 고조파 파라미터, 제 5 고조파 파라미터, 총 고조파 왜곡(THD) 파라미터 또는 이들의 조합에 집중될 수 있다. 분석기(102)는 결정된 고조파 특성 파라미터를 출력하고(단계 1008), 추가 측정값을 수신(단계 1002)하기 위해 복귀할 수 있다.
더욱 구체적으로, 일 예에서, 각각의 위상의 추출된 제 5 고조파는 서로 비교되어 어떤 위상이 최대 제 5 고조파를 갖는지를 결정할 수 있다. 가장 큰 제 5 고조파를 갖는 위상이 결정되면, 분석기(102)는 최대 고조파의 크기, 대응하는 기본 고조파의 크기 및 최대 제 5 고조파를 대응하는 기본 고조파로 나눈 값을 제 1 제어 유닛(104)에 출력할 수 있다(단계 1008).
제 3 고조파 및 THD에 대해 동일한 처리가 반복될 수 있다.
또한, 구성에 따라, 분석기(102)는 제 5 고조파의 비율, 제 3 고조파의 비율 또는 THD의 비율을 출력할 수 있다(단계 1008). 특히, 각각의 고조파에 대해, 분석기(102)는 1초 동안 획득된 모든 복수의 샘플의 평균값을 이용할 수 있다.
요약하면, 구성에 따라, 분석기(102)는 선택된 고조파 파라미터의 표시를 제 1 제어 유닛(104)에 출력한다(단계 1008).
도 11를 참조하면, 분석기(102)는 또한 각 위상으로부터 전압의 측정값을 수신할 수 있다(단계 1102). 분석기(102)는 각 위상에 대해 주기적으로 순시 전압 플리커의 샘플을 추출하고(단계 1104), 전압 플리커 샘플의 평균을 산출 할 수 있다(단계 1106). 플리커 샘플에 기초하여, 분석기(102)는 각각의 위상과 연관된 플리커 특성 파라미터를 결정할 수 있다(단계 1108). 분석기(102)는 예를 들어, 어느 위상이 미리 결정된 기준을 만족시키는 플리커 특성 파라미터를 갖는지를 결정할 수 있다(단계 1108). 보다 구체적으로, 3개의 위상들에 대한 플리커 특성 파라미터들 중에서 가장 큰 플리커 특성 파라미터가 중요할 수 있다. 이후, 분석기(102)는 미리 결정된 기준을 만족하는 플리커 특성 파라미터의 표시를 출력하고(단계 1110), 추가 측정값을 수신(단계 1102)하기 위해 복귀할 수 있다.
도 12는 제 1 제어 유닛(104)의 동작의 예시적 방법의 단계를 도시한다. 예를 들어, 제 1 제어 유닛(104)은 분석기(102)로부터 수신된(단계 1202) 데이터에 기초하여 전류 설정값 오프셋을 결정할 수 있다(단계 1204). 이후, 제 1 제어 유닛(104)은 전류 설정값 오프셋(킬로 암페어로 표시됨)을 제 2 제어 유닛(106)에 전송하고(단계 1206), 추가 표시를 수신(단계 1202)하기 위해 복귀할 수 있다.
다른 예에서, 제 1 제어 유닛(104)은 분석기(102)로부터 수신된(단계 1202) 데이터에 기초하여 전압 설정값 오프셋을 결정할 수 있다(단계 1204). 이후, 제 1 제어 유닛(104)은 전압 설정값 오프셋을 제 2 제어 유닛(106)에 전송하고(단계 1206), 추가 표시를 수신(단계 1202)하기 위해 복귀할 수 있다.
설정값 오프셋을 결정하는 각각의 예에서, 설정값 오프셋(전류 또는 전압 또는 둘 모두)은 아크 공동(410, 610, 810)에서의 변화를 완화하기 위한 것이다. 특히 개방 아크 상태를 나타내는 변화가 중요하다. 아크 공동(410, 610, 810)의 변화는, 일 예에서, 거품 슬래그(406, 806)의 품질의 변화과 관련될 수 있다. 아크 공동(410, 610, 810)의 변화는, 다른 일 예에서, 공급물(408, 608, 808)의 구조의 변화와 관련될 수 있다. 제 1 제어 유닛(104)은 분석기(102)로부터 수신된 데이터에 기초하여, 데이터가 바람직하지 않은 양의 플리커 및/또는 좋지 않은 고조파를 나타내는지 여부를 결정할 수 있다. 이에 응답하여 제 1 제어 유닛(104)은 불량 거품 슬래그를 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 실제로, 거품 층(406, 806)은 불량하거나 또는 불량하지 않으므로, 불량 거품 슬래그를 나타내는 신호는 1 비트 플래그("Bad Foamy Slag" 플래그)일 수 있다. 본 출원의 다른 양태에서, 제 1 제어 유닛(104)은 개방 아크 상태를 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 실제로, 아크가 개방되거나 또는 아크 공동(410, 610, 810)에 포함되므로, 개방 아크 상태를 나타내는 신호는 1 비트 플래그("Open Arc Condition" 플래그)일 수 있다.
제 1 제어 유닛(104)은 플리커 검출 임계치로부터 측정된 플리커의 편차를 나타낼 수 있는 플리커 에러(Flicker Error)로 알려진 값을 결정할 수 있다. 유사하게, 제 1 제어 유닛(104)은 고조파 검출 임계치로부터 측정된 고조파 값의 편차를 나타낼 수 있는 고조파 에러(Harmonic Error)로 알려진 값을 결정할 수 있다.
제 1 제어 유닛(104)은 거품 슬래그 오버라이드 가능 모듈(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이 모듈은 전압 설정값 오프셋 및 전류 설정값 오프셋을 계산하기 위해 플리커 에러, 고조파 에러 및 개방 아크 조건 플래그를 이용하도록 구성될 수 있다(단계 1206).
전류 설정값 오프셋을 수신하면, 제 2 제어 유닛(106)은 가변 리액터(134)를 제어하여 전류를 수정된 전류 설정값으로 조절할 수있다.
전압 설정값 오프셋을 수신하면, 제 2 제어 유닛(106)은 전압 설정값 오프셋을 이용하여 전극(142)에 대한 새로운 위치를 결정할 수 있다. 이후, 제 2 제어 유닛(106)은 전극(142)이 새로운 위치로 이동하도록 제어할 수 있다.
제 2 제어 유닛(106)은 제 1 제어 유닛(104)으로부터 수신된 값에 기초하여 사이리스터 스위치(139)의 발사 각도를 제어하도록 더 구성될 수 있다.
전술한 것과 같이, EAF(140)의 동작의 한 양태는 복수의 개구(412, 612, 812)를 통해 새로운 재료를 노 용기(144) 내로 공급하는 것이다.
본 출원의 일 양태에서, 개방 아크 상태에 있는지에 관해 제 1 제어 유닛(104)에서 이루어진 결정과 조합하여 분석기(102)에서 수행된 분석은 노 용기(144) 내로 새로운 재료를 공급하는 속도를 조정하는데 이용될 수 있다. 노 용기(144) 내의 공급물(408, 608, 808) 더미의 높이 및 분포를 나타내는 추가 데이터는 새로운 재료가 노 용기(144) 내로 공급되는 속도를 조절할 때 또한 유용할 수 있다.
도 13은 제 1 제어 유닛(104)의 동작의 다른 예시적 방법의 단계를 도시한다. 이 예에서, 제 1 제어 유닛(104)은 분석기(102)로부터 파라미터 데이터 및 복수의 레벨 측정 유닛(414, 614, 814)으로부터 공급물 레벨 데이터를 수신할 수 있다(단계 1302). 수신된 데이터에 기초하여, 제 1 제어 유닛(104)은 기존의 공급 속도에 변화를 결정할 수 있다(단계 1304). 이후, 제 1 제어 유닛(104)은 공급 속도의 변화를 공급물 제어 유닛(120)으로 전송하고(단계 1306), 추가 표시를 수신(단계 1302)하기 위해 복귀할 수 있다.
간략하게 설명하면, 분석기(102)는 전기 아크로(140)의 동작과 관련된 측정값을 나타내는 신호를 수신하고 신호를 분석하여 특성 파라미터를 결정할 수 있다는 것이 전술되었다. 특성 파라미터에 기초하여, 제 1 제어 유닛(104)은 전기 아크로(140)가 동작하는 방식을 변경하도록 제 2 제어 유닛(106)과 통신할 수 있다. 전류 설정값 오프셋 및 전압 설정값 오프셋과 공급 속도에 대해 설명했다. 전기 아크로(140)가 동작하는 방식과 관련된 다른 조정 가능한 요인들도 변경될 수 있음은 명백하다. 조정 가능한 요인의 예는 전력 설정값 오프셋, 전극(142)의 위치, 노 용기(144)의 경사각 및 하나 이상의 냉각 팬의 회전 속도를 포함한다. 전기 아크로(140)는 내용물(금속 층(402, 602, 802), 슬래그 층(604, 804), 거품 층(406, 806))의 성질을 변화시킬 수 있는 다양한 물질을 노 용기(144)에 첨가하기 위한 관련 첨가제 시스템을 포함할 수 있다. 이 물질은, 예를 들어 석회, 탄소 및 석탄을 포함할 수 있다.
일 예에서, 공급물(408)이 도 4의 노에 도입되기 전에 공급물(408)을 저장하기 위해 사용되는 고철 버킷에 탄소가 첨가될 수 있다. 다른 예에서, 석탄은 도 6의 제련로에 공급하는 회전 가마에 첨가될 수 있다. 또 다른 예에서, 탄소는 천연 가스 및 산소와 함께 측벽 랜스(lances)를 통해 또는 노 지붕의 개구(412, 612, 812)를 통한 호퍼(hopper) 및 공급 파이프를 통해 첨가될 수 있다.
지금까지 분석기(102)는 전기 아크로(140)의 동작과 관련된 측정값을 나타내는 전기적 신호를 수신하는 것으로서 설명되었지만, 분석기(102)는 EAF(140)의 동작에 관련된 비-전기적 측정값의 표시를 수신하도록 구성될 수 있는 것으로 고려된다. 이러한 비-전기적 측정값은 EAF(140)의 내부 및/또는 주변의 진동 및/또는 소리를 나타낼 수 있다.
본 출원의 양태는 개방 아크 상태를 완화시키는 것에 관한 것이다. 실제로, 본 출원에서 용어 "완화"는 개방 아크 상태를 방지하기 위한 단계를 수행하는 것과 개방 아크 상태에서 아크 개방 상태를 종료하고 아크 공동(410, 610, 810)이 존재하는 동작으로 복귀하기 위해 전기 아크로의 동작을 조절하는 단계를 수행하는 것을 모두 의미한다.
본 출원의 상기 설명된 구현예는 단지 예시를 위한 것이다. 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 출원의 범위를 벗어나지 않고 통상의 기술자는 특정의 구현예에 대한 변경, 수정 및 변형을 수행할 수 있다.

Claims (21)

  1. 전기 아크로에 공급되는 전력의 전기적 신호 측정값을 나타내는 신호를 수신하고, 상기 전기적 신호의 측정값을 분석하여 특성 전기적 파라미터를 결정하기 위해 신호를 분석하도록 구성된 분석기와,
    상기 특성 전기적 파라미터를 수신하고, 상기 특성 전기적 파라미터에 기초하여 상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 변화를 결정하고, 상기 변화의 표시를 상기 전기 아크로에 제공된 제 2 제어 유닛에 전송하도록 구성된 제 1 제어 유닛을 포함하는
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 신호 측정값은 전압 측정값을 포함하는, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터는 전압 특성 파라미터를 포함하는, 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 특성 파라미터는 전압 고조파를 포함하는, 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전압 특성 파라미터는 전압 변동을 포함하는, 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 신호 측정값은 전류 측정값을 포함하는, 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기적 파라미터는 전류 고조파의 파라미터 특성을 포함하는, 시스템.
  8. 전기 아크로의 동작과 관련된 특성 전기적 파라미터를 수신하는 단계와,
    상기 특성 전기적 파라미터에 기초하여, 개방 아크 상태의 완화와 관련된 전기 아크로의 동작에 있어서의 변화를 결정하는 단계와,
    상기 변화의 표시를 전기 아크로의 동작을 위해 제공되는 제어 유닛에 전송하는 단계를 포함하는,
    방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 특성 파라미터는 상기 전기 아크로에 제공된 전력의 전류 파형의 고조파의 표시를 포함하는, 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 특성 파라미터는 상기 전기 아크로에 제공된 전력의 전압 파형의 고조파의 표시를 포함하는, 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 상기 변화는 전류 설정값 오프셋을 포함하는, 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 특성 파라미터는 상기 전기 아크로에 제공된 전력의 전압의 변동의 표시를 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    전압에서 플리커의 표시를 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 상기 변화는 전극 위치 오프셋을 포함하는, 방법.
  15. 제 8 항 에있어서,
    상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 상기 변화는 전압 설정값 오프셋을 포함하는, 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 상기 변화는 전력 설정값 오프셋을 포함하는, 방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 상기 변화는 공급 속도의 변화를 포함하는, 방법.
  18. 개방 아크 검출의 방법으로서,
    전기적 신호 측정값을 얻는 단계와,
    상기 전기적 신호 측정값에 기초하여, 개방 아크 상태를 검출하는 단계와,
    상기 전기적 신호 측정값에 기초하여, 상기 개방 아크 상태를 종료시키는 것과 관련된 상기 전기 아크로의 동작에 있어서의 변화를 결정하는 단계와,
    상기 변화의 표시를 상기 전기 아크로의 동작과 관련된 제어 유닛으로 전송하는 단계를 포함하는,
    방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 검출에 기초하여, 비철 전기 아크로에서 공급물 제어를 조정하여 바람직한 아크 커버를 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 검출에 기초하여, 고철 전기 아크로에서 탄소 및 산소 주입을 조정하여 바람직한 아크 커버를 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 검출에 기초하여, 고철 전기 아크로에서 슬래그 및 거품의 두께를 조정하여 바람직한 아크 커버를 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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