KR20200110496A - Dc 전기로의 멜트 다운 판단 장치 및 방법 - Google Patents

Dc 전기로의 멜트 다운 판단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치 및 방법이 제공된다. DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치는, DC 전기로 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉에 전압을 인가하는 전원부와, 인가된 전압에 의해 전극봉을 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 측정된 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단하는 판단부를 포함할 수 있다.

Description

DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF DETERMINING MELT DOWN IN DC ELECTRIC FURNACE}
본 발명은 DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 DC 전기로는, 전열(電熱)을 이용하여 가열하는 노로, 특히 아크로는 노 안에 놓인 피용융재와 전극 사이에 아크의 형태로 전류를 흘려 스크랩을 가열하는 방식을 사용한다. 직류 전원을 이용하는 직류 아크로에서는 전극봉 끝단이 (-)극이다.
상술한 DC 전기로에 스크랩이 장입되면, 도 1에 도시된 바와 같은 순서, 즉 고철 용해기, 용락기 및 정련기를 거쳐 용해되며, 고철 용해기는 보링기, 고철 주 용해기, 고철 붕락기로 세분화될 수 있다.
특히, DC 전기로에서는 다음 조업인 정련기로의 진행을 위해 장입된 스크랩이 충분히 용해되는 시점, 즉 멜트 다운(용락기, melt down) 시점을 판단하는 것이 매우 중요하다.
멜트 다운 시점을 판단하는 방법으로는 전력량에 기초하여 계산하는 방법, 수냉각 시스템 및 에어퍼징을 적용하여 노내를 관찰하는 카메라를 설치하는 방법 등이 있으나, 전력량에 기초하여 계산하는 방법으로는 정확한 멜트다운 시점을 예측하기 어려우며, 카메라를 설치하는 방법의 경우 한 두 번 실험적 측정은 가능하나, 고온하에 24시간, 365일 측정하는 것은 불가능하다.
따라서, 기존에는 숙련된 조업자의 귀와 오감에 의존하여 판단하고 운영하였다. 따라서 숙련 정도에 따라 개인적인 편차가 발생하고, 휴먼 에러로 인하여 안정적인 판단을 이루어지지 않고 있는 실정이다.
한국공개특허 제2017-0060268호(공개일:2017년06월01일)
본 발명은 추가적인 센서 없이도 정확한 멜트다운 시점을 예측할 수 있으며, 고온하에도 24시간, 365일 측정이 가능한 DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, DC 전기로 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉에 전압을 인가하는 전원부; 인가된 상기 전압에 의해 상기 전극봉을 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 측정된 상기 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 상기 스크랩의 멜트 다운을 판단하는 판단부;를 포함하는, DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 안정도 함수는, 측정된 상기 전류의 변화율의 절대값일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 판단부는, 일정 시점부터 측정된 전류의 변화율의 절대값이 기 설정된 값 미만인 시간이 기 설정된 시간을 초과하면 스크랩이 멜트 다운된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 일정 시점은, 상기 전극봉에 전원이 인가된 후 상기 스크랩의 히트 번호, 장입량 및 강종에 따라 결정되는 누적 전력량이 기 설정된 전력량 이상인 시점일 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 전원부에서, DC 전기로 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉에 전압을 인가하는 제1 단계; 전류 측정부에서, 인가된 상기 전압에 의해 상기 전극봉을 흐르는 전류를 측정하는 제2 단계; 및 판단부에서, 측정된 상기 전류의 변화율에 기초하여 상기 스크랩의 멜트 다운을 판단하는 제3 단계;를 포함하며, 상기 제3 단계는, 측정된 상기 전류의 변화율의 절대값이 일정 시점을 기준으로 기 설정된 시간 동안 기 설정된 크기 미만을 유지하면 상기 스크랩의 멜트 다운으로 판단하는, DC 전기로의 멜트 다운 판단 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉을 흐르는 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단함으로써, 추가적인 센서 없이도 정확한 멜트다운 시점을 예측할 수 있으며, 고온하에도 24시간, 365일 측정이 가능한 이점이 있다.
도 1은 장입된 스크랩의 용해 과정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 전류 측정부에서 측정된 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 전류 측정부에서 측정된 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치는, DC 전기로(100) 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉(102)에 전압을 인가하는 전원부(110)와, 인가된 전압에 의해 전극봉(102)을 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부(120)와, 측정된 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단하는 판단부(130)를 포함할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치를 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 우선 DC 전기로(100)는 제1 전극인 전극봉(102)과 DC 전기로(100)의 하부에 설치된 하부 전극인 제2 전극(103) 사이에 직류 전원(110)을 인가함에 의해 발생되는 아크에 의해 내화물(101) 내부의 스크랩을 녹일 수 있는 구조로 이루어져 있다.
여기서, 전극봉(102)에는 직류 전원(110)의 (-)극, 제2 전극(103)에는 직류 전원(110)의 (+)극이 인가되며, 이때 생기는 아크에 의해 내화물(101) 내부의 스크랩이 녹아 용탕(S)이 생성될 수 있다.
한편, 전원부(110)는 DC 전기로(100) 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉(102)에 전압을 인가할 수 있다. 이러한 전원부(110)는 대전력 정류기일 수 있다.
전류 측정부(120)는, 전원부(110)에 의해 인가된 전압에 의해 전극봉(102)을 흐르는 전류를 실시간으로 측정할 수 있으며, 실시간으로 측정되는 전류는 판단부(130)로 전달될 수 있다.
마찬가지로, 전압 측정부(121)는, 전원부(110)에 의해 인가되는 전압을 실시간으로 측정할 수 있으며, 실시간으로 측정된 전압은 판단부(130)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 판단부(130)는, 전류 측정부(120)에서 측정한 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단할 수 있다. 여기서, 상술한 안정도 함수는 측정된 전류의 변화율의 절대값일 수 있다.
구체적으로, 판단부(130)는, 하기의 수학식 1의 두개의 조건을 만족하면 스크랩이 멜트 다운된 것으로 판단할 수 있다. 첫째 조건은 측정된 전류의 변화율의 절대값(|dI/dt|)이 기 설정된 값(Is) 미만이어야 하며, 둘째 조건은 일정 시점부터 측정된 전류의 변화율의 절대값(|dI/dt|)이 기 설정된 값(Is) 미만인 시간(T)이 기 설정된 시간(Ts)을 초과하여야 한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, |dI/dt|는 측정된 전류의 변화율의 절대값, Is는 기 설정된 값, T는 일정 시점부터 측정된 전류의 변화율의 절대값이 기 설정된 값 미만인 시간, Ts는 기 설정된 시간일 수 있다.
즉, 판단부(130)는, 일정 시점부터 측정된 전류의 변화율의 절대값(|dI/dt|)이 기 설정된 값(Is) 미만인 시간(T)이 기 설정된 시간(Ts)을 초과하면 스크랩이 멜트 다운된 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 일정 시점은, 전극봉에 전원이 인가된 후 스크랩의 히트 번호(Heat No), 장입량 및 강종에 따른 누적 전력량이 기 설정된 전력량 이상인 시점일 수 있다. 누적 전력량을 구하기 위해, 판단부(130)는 전극봉(102)에 전압이 인가되면 그 시점부터 전력량을 연산하여 누적할 수 있으며, 기 설정된 전력량은 스크랩의 히트 번호(Heat No), 장입량 및 강종에 따라 미리 설정된 값일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉(102)에 전압이 인가된 시점부터 누적 전력량을 구하고, 누적 전력량이 기 설정된 전력량 이상인 시점부터 본 발명의 일 실시 형태에 따른 스크랩의 멜트 다운 판단을 개시하게 되는데, 이는 대략적인 멜트 다운 시점을 정하여 정확성을 확보함과 동시에 많은 양의 데이터 처리로 인한 부하 증가나 처리 시간의 지연을 방지하기 위함이다.
한편, 도 3은 본 발명의 전류 측정부에서 측정된 전류 파형을 도시한 도면이다.
전류 측정부(120)에서 측정된 전류 파형(300)을 살펴보면, 도 1의 용략기(멜트 다운)에서 측정되는 전류의 변화율이 가장 큰 전류(301)가 고철 용해기에서 측정되는 전류의 크기보다 훨씬 작다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에서는 이러한 전류의 노이즈의 변화율의 절대값을 이용하여 멜트 다운을 판정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉을 흐르는 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단함으로써, 추가적인 센서 없이도 정확한 멜트다운 시점을 예측할 수 있으며, 고온하에도 24시간, 365일 측정이 가능한 이점이 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 2 내지 도 3과 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DC 전기로의 멜트 다운 판단 방법은, 전원부(110)에서 DC 전기로(100) 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉(102)에 전압을 인가하는 단계에 의해 개시될 수 있다(S401).
다음, 전류 측정부(120)는, 전원부(110)에 의해 인가된 전압에 의해 전극봉(102)을 흐르는 전류를 실시간으로 측정할 수 있으며, 실시간으로 측정되는 전류는 판단부(130)로 전달될 수 있다(S402).
마지막으로, 판단부(130)는, 전류 측정부(120)에서 측정한 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단할 수 있다(S403). 여기서, 상술한 안정도 함수는 측정된 전류의 변화율의 절대값일 수 있음은 상술한 바와 같다.
특히, 판단부(130)는, 일정 시점부터 측정된 전류의 변화율의 절대값(|dI/dt|)이 기 설정된 값(Is) 미만인 시간(T)이 기 설정된 시간(Ts)을 초과하면 스크랩이 멜트 다운된 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 일정 시점은, 전극봉에 전원이 인가된 후 스크랩의 히트 번호(Heat No), 장입량 및 강종에 따른 누적 전력량이 기 설정된 전력량 이상인 시점일 수 있음은 상술한 바와 같다.
또한, 누적 전력량을 구하기 위해, 판단부(130)는 전극봉(102)에 전압이 인가되면 그 시점부터 전력량을 연산하여 누적할 수 있으며, 기 설정된 전력량은 스크랩의 히트 번호(Heat No), 장입량 및 강종에 따라 미리 설정된 값일 수 있음은 상술한 바와 같다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전극봉을 흐르는 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 스크랩의 멜트 다운을 판단함으로써, 추가적인 센서 없이도 정확한 멜트다운 시점을 예측할 수 있으며, 고온하에도 24시간, 365일 측정이 가능한 이점이 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: DC 전기로 101: 내화물
102: 전극봉 103: 하부전극
110: 직류 전원 120: 전류 측정부
121: 전압 측정부 130: 판단부
S: 스크랩

Claims (5)

  1. DC 전기로 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉에 전압을 인가하는 전원부;
    인가된 상기 전압에 의해 상기 전극봉을 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
    측정된 상기 전류에 기초한 안정도 함수에 기초하여 상기 스크랩의 멜트 다운을 판단하는 판단부;
    를 포함하는, DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안정도 함수는,
    측정된 상기 전류의 변화율의 절대값인, DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 판단부는,
    일정 시점부터 측정된 전류의 변화율의 절대값이 기 설정된 값 미만인 시간이 기 설정된 시간을 초과하면 스크랩이 멜트 다운된 것으로 판단하는, DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 일정 시점은,
    상기 전극봉에 전원이 인가된 후 상기 스크랩의 히트 번호, 장입량 및 강종에 따라 결정되는 누적 전력량이 기 설정된 전력량 이상인 시점인, DC 전기로의 멜트 다운 판단 장치.
  5. 전원부에서, DC 전기로 내에 장입된 스크랩을 용해시키기 위해 전극봉에 전압을 인가하는 제1 단계;
    전류 측정부에서, 인가된 상기 전압에 의해 상기 전극봉을 흐르는 전류를 측정하는 제2 단계; 및
    판단부에서, 측정된 상기 전류의 변화율에 기초하여 상기 스크랩의 멜트 다운을 판단하는 제3 단계;를 포함하며,
    상기 제3 단계는, 측정된 상기 전류의 변화율의 절대값이 일정 시점을 기준으로 기 설정된 시간 동안 기 설정된 크기 미만을 유지하면 상기 스크랩의 멜트 다운으로 판단하는, DC 전기로의 멜트 다운 판단 방법.
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