KR20220024196A - 야금 설비에서 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템 - Google Patents

야금 설비에서 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템 Download PDF

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KR20220024196A
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패트릭 아르눌프
안토니오 파비아
데니스 후안
에릭 마르탱
얀 멘네리히
코렌틴 피카르디
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베수비우스 그룹, 에스. 에이.
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Abstract

야금 설비에서 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템
야금 설비에서 교체 가능한 내화(refractory) 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템으로서,
레이들(ladle)과 같은 복수의 식별 가능한 야금 용기들(1) - 식별 가능한 금속 용기들 각각은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들과 같은 제거 가능한 내화 요소들(1p)을 포함함 -;
복수의 교체 내화 요소들(1r) - 각 교체 내화 요소는 내화 요소 식별 데이터를 포함하는 기계 판독 가능한 식별 태그(1t)를 포함함 -;
판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 위치된 교체 내화 요소(1d)의 기계 판독 가능한 식별 태그들(1t)을 판독하기 위한, RFID 작업대와 같은 판독 스테이션(2);
야금 용기들(1) 중 어느 하나에 커플링된 내화 요소들의 상태를 평가하기 위한 내화 상태 툴(3) -;
판독 스테이션(2) 및 내화 상태 툴(3)에 연결 가능한 모니터링 유닛(4)을 포함한다.

Description

야금 설비에서 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템
본 발명은 레이들(ladle)과 같은 야금 용기들을 포함하는 야금 설비에서, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들과 같은 교체 가능한 내화(refractory) 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템에 관한 것이다.
야금 설비에서, 많은 내화 요소들은 가혹한 조건들 하에서 작동되고 시간이 지남에 따라 마모되어, 빈번하게 교체되어야 한다. 빈번하게 교체될 이러한 내화 요소들의 일례는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들이다.
슬라이드 게이트 밸브들은 당업계에 잘 알려져 있다. 슬라이드 게이트 밸브들은 상류 야금 용기로부터 하류 용기로 부어지는 용융 금속의 흐름을 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, 노(furnace)로부터 레이들로, 레이들로부터 턴디쉬로 또는 턴디쉬로부터 잉곳 몰드로 흐른다. 예를 들어, US-A-0311902 또는 US A 0506328은 주조 레이들의 저면에 배열된 슬라이드 게이트 밸브들 - 관통 보어를 구비한 내화 슬라이드 게이트 밸브 플레이트 쌍들이 서로에 대해 슬라이딩됨 - 을 개시한다. 주탕 오리피스들이 정합되거나 부분적으로 중첩될 때, 용융 금속은 슬라이드 게이트 밸브를 통해 흐름할 수 있고("주조 채널"이 개방됨), 주탕 오리피스들 사이에 중첩이 없을 때, 용융 금속 흐름은 완전히 정지된다("주조 채널"이 폐쇄됨). 주탕 오리피스들의 부분적인 중첩은 용융 금속 스트림을 스로틀링(throttling )함으로써 용융 금속 흐름의 조절을 가능하게 한다. 슬라이드 게이트 밸브들은 지난 수십년 동안 상당히 발전되었지만, 두 개의 플레이트들의 관통 보어들 사이의 중첩의 정도을 제어하기 위해 하나의 플레이트가 또 다른 플레이트에 대해 슬라이딩하는 원리는 동일하게 유지된다.
JP2008221271은 야금 용기에서 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 마모 상태를 평가하기 위한 장치를 개시한다. 이러한 장치는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들에서의 과도한 마모의 징후들을 점검하는 것을 가능하게 하고, 결과적으로 슬라이드 게이트 밸브가 이의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들을 교체함으로써 재정비(refurbish)되어야 하는지 여부에 관한 지표를 작업자들에게 제공한다. 그러나, 이러한 선행 기술로부터의 장치는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들이 야금 용기들에 배치되면 이것들을 계속 추적하는 것을 가능하게 하지 않는다. 이러한 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들이 식별 번호를 갖는 태그를 가질 수 있지만, 이러한 태그는 용융 금속이 야금 용기에 주탕되면 곧 파손되거나 거의 판독될 수 없게 될 것이다. 선행 기술로부터의 이러한 장치는 결과적으로 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 세트가 교체되어야 하는지 여부에 관한 정시의 결정들을 취할 수 있게 할 것이지만, 이는 모든 슬라이드 게이트 밸브 플레이트에 대한 마모 이력 데이터를 수집하고 저장하는 것, 그리고 이러한 이력 데이터를 예를 들어, 통상적으로 슬라이딩 밸브 플레이트의 식별 번호에 또는 로트 번호와 연관된 슬라이드 게이트 밸브의 제조 특징들에 관련시키는 것은 가능하게 하지 않을 것이다. 내화 요소들의 생산 공정들이 사용시의 속성들에 미치는 영향에 대한 이해를 증가시키기 위해, 내화 요소의 상태 이력 데이터를, 이의 제조 특징들 및 금속 제조 파라미터들 - 금속 주조 공정에서 내화 요소들의 사용과 관련됨 - 에 결부시킬 수 있는 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.
문헌 WO 2005/007325는 예를 들어, 슬라이드 게이트 밸브의 오리피스들의 이론적인 스로틀링 레이트와 실제 스로틀링 레이트를 비교함으로써, 슬라이드 게이트 밸브의 내화 플레이트가 재사용될 수 있는지 또는 폐기되어야 하는지를 객관적으로 결정하기 위한 상이한 방법들을 개시한다. 그러나, 기술된 방법들은 슬라이드 게이트 밸브의 오리피스들의 실제 스로틀링 레이트를 추론하기 위해, 슬라이드 게이트 밸브를 통한 용융 금속의 순간 유량과 같은, 금속 주조 동안 여러 파라미터들의 측정을 필요로 하기 때문에 구현하기 어렵다. 이는 또한 물리 법칙으로부터 용융 금속의 이론적 순간 유량의 계산을 필요로 하고, 이에 따라 야금 용기, 슬라이드 게이트 밸브 및 용융 금속 사이의 기계적 상호 작용의 정확한 물리적 모델이 필요하다. 따라서, 이러한 선행 기술 문헌에 기술된 방법들은 금속 주조 동안의 물리적 측정에서의 불완전성 및 슬라이드 게이트 밸브를 통한 이론인 용융 금속 유량을 계산하기 위해 사용되는 모델의 근사치로 인해, 동시에 구현하기 어렵고 정확도가 제한된다. 더욱이, 상이한 플레이트 세트들에 대한 상태 데이터의 수집을 자동화하고 상기의 상태 데이터를 컴퓨터 메모리에 저장하기 위한 방법 또는 시스템이 개시되어 있지 않다.
문헌 WO 2010/057656은 야금 시스템의 시스템들 또는 구성요소들에 대한 특정 데이터를 능동적으로 추적하기 위한 모니터링 시스템 및 방법을 개시한다. 이 방법은 야금 설비의 개별 구성요소들 또는 시스템들에 고정된 RFID 태그를 사용하고, 이에 따라 용융 금속에 의해 야기되는 열적, 기계적 및 화학적 스트레스에 노출되는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들과 같은 내화 요소들에는 적용 가능하지 않다. 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들 상에 배치된 RFID 태그는 실제로 금속 주조 작업들에 견디지 못하고, 이에 따라 사용시 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들을 추적하도록 작동될 수 없다. 더욱이, 이 문헌은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들과 같은 내화 요소들의 상태를 실제로 평가하는 임의의 시스템 또는 방법을 개시하지 않는다.
본 발명의 목적은 금속 주조 공정에서 내화 요소들의 사용과 관련된, 내화 요소들의 제조 특징들 및 금속 제조 파라미터들 양자와 연관시켜 상기의 내화 요소들의 마모 이력 데이터를 통찰하기 위한, 야금 설비에서 교체 가능한 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 첨부된 독립 청구항들에 의해 정의된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 정의된다. 특히, 본 발명은 야금 설비에서 교체 가능한 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템으로서,
a) 레이들(ladle)과 같은 복수의 식별 가능한 야금 용기들 - 식별 가능한 금속 용기들 각각은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들과 같은 제거 가능한 내화 요소들을 포함함 -;
b) 복수의 교체 내화 요소들 - 각 교체 내화 요소는 내화 요소 식별 데이터를 포함하는 기계 판독 가능한 식별 태그를 포함함 -;
c) 판독 스테이션의 판독 구역에 위치된 교체 내화 요소의 기계 판독 가능한 식별 태그들을 판독하기 위한, RFID 작업대와 같은 판독 스테이;
d) 야금 용기들 중 어느 하나에 커플링된 내화 요소들의 상태를 평가하기 위한 내화 상태 툴 -;
e) 판독 스테이션 및 내화 상태 툴에 연결 가능한 모니터링 유닛 - 모니터링 유닛은:
ⅰ. 야금 용기들 중 하나에 커플링된 적어도 하나의 내화 요소의 상태 데이터를 내화 상태 툴로부터 수신하도록;
ⅱ. 야금 용기의 식별 데이터를 수신하도록;
ⅲ. 상태 데이터를 야금 용기의 식별 데이터와 연관시켜 내화 상태 데이터베이스에 저장하도록;
ⅳ. 상태 데이터("계속(GO) 또는 중지(NO GO)")에 기초하여 내화 요소가 교체되어야 하는지 여부를 결정하고, 내화 요소가 교체되어야 하는 경우("중지"), 모니터링 유닛은:
a. 판독 스테이션으로부터 수신된 내화 요소 식별 데이터가 적어도 하나의 내화 요소를 교체하는 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인하도록;
b. 내화 상태 데이터베이스에서, 내화 요소 식별 데이터를 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시키도록 구성됨 -; 을 포함하는, 야금 설비에서 교체 가능한 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템에 관한 것이다.
바람직한 실시예에서, 모니터링 유닛(4)은 인간-기계 인터페이스(human-machine interface) 또는 HMI를 포함하되, HMI는 내화 요소가 교체되어야 하는지 여부를 인간 작업자에게 알리도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 내화 요소가 교체되어야 할 때, HMI는 인간 작업자가 판독 스테이션에 의해 수신된 내화 요소 식별 데이터가 적어도 하나의 내화 요소를 교체하는 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인 응답할 것을 요구하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 각 야금 용기는 기계 판독 가능한 태그를 포함하고, 모니터링 유닛은 야금 용기가 모니터링 유닛의 검출 구역에 있을 때 상기한 기계 판독 가능한 태그를 판독하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서,
ⅰ. 모니터링 유닛은 내화 상태 데이터베이스에서, 판독 스테이션의 판독 구역에 배치된 교체 내화 요소의 내화 요소 식별 데이터를 모니터링 유닛의 검출 구역에 위치된 야금 용기의 식별 데이터와 디폴트로 연관시키도록 구성되고;
ⅱ. HMI는 인간 작업자가 상기한 디폴트 연관을 수정할 수 있도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 모니터링 유닛(4)은: 교체 내화 요소들들 조작하는 조작, 판독 스테이션의 판독 구역에 교체 내화 요소를 배치하는 조작, 야금 용기로부터 소비된 내화 요소를 제거하는 조작, 교체 내화 요소를 야금 용기에 커플링하는 조작, 내화 상태 툴을 금속 용기에 커플링 및 커플링 해제하는 조작 중 하나 이상을 수행하도록 구성된 로봇 시스템을 작동시킨다.
바람직한 실시예에서, 판독 스테이션은 RFID 작업대이고, 교체 내화 요소들은 RFID 태그를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 야금 용기들의 식별 데이터는 레이들의 게이트들 상에 배치된 2D 바코드 상에 포함되고, 모니터링 유닛은 상기한 2D 바코드들을 판독하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 모니터링 유닛은 내화 상태 데이터베이스에, 내화물 제조 데이터를 내화성 식별 데이터와 연관시켜 저장하도록 구성되며, 내화물 제조 데이터는 다음의 데이터:
Figure pct00001
내화재;
Figure pct00002
다양한 제조 단계들의 온도, 압력 및 지속 시간과 같은 내화물 제조 공정 파라미터들;
Figure pct00003
내화물 제조 날짜 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 모니터링 유닛은 내화 상태 데이터베이스에, 금속 공정 데이터를 야금 용기의 식별 데이터와 연관시켜 저장하도록 구성되며, 금속 생산 데이터는 다음의 데이터:
Figure pct00004
야금 용기에서 주조된 금속의 유형 및 금속 등급;
Figure pct00005
야금 용기에서 사용된 상이한 내화물들의 유형;
Figure pct00006
야금 용기의 다운 타임(들)의 빈도 및/또는 지속 시간;
Figure pct00007
금속 생산 공정의 최종 생산물 특징들;
Figure pct00008
주조 시간;
Figure pct00009
주조 온도;
Figure pct00010
열 화학;
Figure pct00011
새로운 내화 요소(들)의 설치 날짜/시간;
Figure pct00012
동일한 내화 요소(들)에 의한 주조 횟수 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 시스템은 컴퓨팅 유닛을 포함하며, 컴퓨팅 유닛은 내화 상태 데이터에 대한 기계 학습 예측 모델의 계수들을 계산하도록 구성되되, 컴퓨팅 유닛은,
ⅰ. 내화 상태 데이터베이스의 데이터에 기초하여 복수의 트레이닝 인스턴스들을 생성하도록 - 각 트레이닝 인스턴스는:
1. 내화물 제조 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터 및/또는 금속 생산 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터에 기초한 트레이닝 인스턴스 입력;
2. 내화 상태 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터에 기초한 트레이닝 인스턴스 출력을 포함함 -;
ⅱ. 트레이닝 인스턴스들에 기초하여 기계 학습 예측 모델을 트레이닝하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 야금 용기들 중 어느 하나에 커플링된 내화 요소들의 상태를 평가하기 위한 내화 상태 툴 - 내화 상태 툴은 레이들과 같은 야금 용기의 슬라이드 게이트 밸브에 커플링된 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상태 데이터의 측정을 위한 플레이트 상태 툴이며, 슬라이드 게이트 밸브는 슬라이드 게이트 밸브의 외벽으로부터 돌출된 수집기 노즐을 포함하며, 슬라이드 게이트 밸브는 적어도 두 개의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들을 서로에 대해 슬라이딩시킴으로써 개방 구성과 폐쇄 구성 사이에서 전환될 수 있으며, 수집기 노즐은 슬라이드 게이트 밸브가 개방 구성에 있을 때 야금 용기의 주조 채널과 유체 연통하며, 플레이트 상태 툴은:
Figure pct00013
수집기 노즐을 적어도 부분적으로 밀폐하기 위한 밀폐기를 포함하는 본체;
Figure pct00014
목표 압력에서 밀폐기를 통해 수집기 노즐에 가스를 주입하기 위한 압력 조절기를 포함하는 가스 주입 디바이스;
Figure pct00015
가스 주입 디바이스에 의해 주입된 가스의 흐름을 측정하기 위한 가스 흐름 측정 디바이스;
Figure pct00016
가스 흐름 측정 디바이스에 통신 가능하게 연결되고, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상대적인 위치에 관한 입력 데이터를 수신하도록 구성된 제어기를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 제어기는 시간 변수의 함수들로서 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상대적인 위치(RP) 및 목표 압력에 도달하는 데 필요한 가스 흐름(GF)을 제어기의 메모리에 저장하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 제어기는 함수의 도함수를 계산함으로써 제1 지표를 추출하고 함수의 적분을 계산함으로써 제2 지표를 추출하도록 가스 흐름(GF)의 함수를 프로세싱하도록 구성된다.
본 발명의 이들 및 추가 양태들이 첨부 도면들을 참조하여 예로서 더 상세히 설명될 것이며, 첨부 도면들에서:
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 시스템의 제1 및 제2 실시예를 도시한다;
도 2a 및 2b는 도 1a 및 도 1b의 실시예들에서 모니터링 유닛과 다른 구성요소들 사이의 상호 작용을 나타낸다;
도 3은 모니터링 유닛에 의해 내화 상태 데이터베이스가 업데이트될 수 있는 방법을 도시하는 예를 도시한다;
도 4는 야금 용기의(a) 2-플레이트 및 (b)3-플레이트 슬라이드 게이트 밸브를 도시한다;
도 5는 본 발명에 따른 시스템에서 사용하기 위한 플레이트 상태 툴의 예의 주요 구성요소들의 개략도이다;
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 플레이트 상태 툴이 커플링된 슬라이드 게이트 밸브를 포함하는 레이들의 저면 사시도이다;
도 7은 본 발명에 따른 시스템의 플레이트 상태 툴에 의해 모니터링되는 파라미터들의 그래프들을 도시한다;
도면들은 일정한 비율로 도시되는 것은 아니다.
도 1a는 본 발명에 따른 시스템의 제1 실시예를 나타낸다. 레이들(1)은 마모된 요소들이 점검되고 재정비하기 위한 작업장에 가로로 놓인다.
본 발명의 하나의 기본적인 특징에 따르면, 레이들(1)은 각 야금이 식별 가능한 - 이는 집합체의 모든 야금 용기가 다른 야금 용기들과 구별될 수 있다는 것을 의미함 - 야금 용기 집합체에 속한다. 도 1a에 도시된 실시예에서, 레이들(1)은 예를 들어, 인간 작업자(11)에 의해 식별될 수 있도록, 그 외벽 상에 고유한 식별 번호 N°###을 보유한다. 대안적으로, 야금은 RFID 태그 또는 바코드, 이를테면 QR 코드를 보유할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 기본적인 특징에 따르면, 레이들(1)은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1p)와 같은 제거 가능한 내화 요소들을 포함한다. 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1p)은 이들이 작동되는 기계적 및 열적 제약들로 인해, 짧은 시간 간격들 내에 교체될 필요가 있다. 이에 따라, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1p)은 가역적인 기계적 커플링에 의해 레이들(1)의 슬라이드 게이트 밸브 상에 장착되는 것이 바람직하다. 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1p)는 인간 또는 로봇 작업자에 의해 시시로 변경될 수 있도록, 예를 들어, 슬라이드 게이트 밸브의 크래들(cradle) 내에 클램핑될 수 있다. 슬라이드 게이트의 다른 내화 요소들, 이를테면 수집기 노즐 또는 내측 노즐도 또한 필요할 때 대체될 수 있다.
도 1a에서, 작업자(11)는 교체 내화 요소(1r) 더미 옆에 선다. 각 교체 내화 요소(1r)는 기계 판독 가능한 태그(도시되지 않음), 이를테면 RFID 태그 또는 바코드를 보유한다. 인간 작업자(11)는 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 위치된 교체 내화 요소(1d)의 기계 판독 가능한 식별 태그를 판독하도록 구성된 판독 스테이션(2)과 상호 작용한다. 본 발명에 따른 시스템은 또한 야금 용기(1)의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1p)와 같은 내화 요소들의 상태를 평가하기 위한 내화 상태 툴(3)을 포함한다. 내화 상태 툴(3)은 발마직하게는 내화 요소(1p)의 마모 상태가 추론될 수 있는 물리적 파라미터들을 측정하도록 구성된다. 특히, 내화 상태 툴(3)은 내화 요소가 교체되어야 할 정도로 과도한 마모 상태에 있을 때를 검출할 수 있어야 한다. 문헌 JP2008221271은 예를 들어, 야금 용기의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 마모 상태를 평가하기 위한 이러한 내화 상태 툴(3)을 개시한다. 내화 상태 툴들의 추가적인 예들이 본 명세서에서 더 소개될 것이다.
본 발명의 또 다른 기본적인 특징에 따르면, 시스템은 모니터링 유닛(4)을 포함한다. 모니터링 유닛(4)은 판독 스테이션(2) 및 내화 상태 툴(3)에 연결 가능하다. 모니터링 유닛(4)은 야금 용기(1)에 커플링된 적어도 하나의 내화 요소의 상태 데이터를 내화 상태 툴(3)로부터 수신하도록 구성된다. 상태 데이터가 수신된 후, 상태 데이터는 모니터링 유닛(4)에 의해 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시켜 내화 상태 데이터베이스에 저장된다. 모니터링 유닛(4)은 또한, 상기의 상태 데이터에 기초하여 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는지 여부를 확정하고 "계속(GO) 또는 중지(NO GO) 결정을 내리도록 구성된다. 모니터링 유닛(4)은 적어도 하나의 프로세서 및 바람직하게는 메모리를 포함한다. 이러한 프로세서는 판독 스테이션(2) 및 내화 상태 툴(3)과 같은 본 발명에 따른 시스템의 다른 구성요소들과 바로 근접하게 야금 설비의 작업장에 위치될 수 있다. 내화 상태 툴(3)은 바람직하게는 도 1a에 도시된 바와 같이 유선 연결을 사용하거나, 또는 도 1b에 도시된 바와 같이 무선 연결을 사용하여(안테나 "c") 모니터링 유닛(4)에 통신 가능하게 연결된다.
대안적으로, 모니터링 유닛(4)은 원격에 위치될 수 있고, TCP/IP와 같은 통신 프로토콜에 의해 컴퓨터 네트워크를 통해 본 발명에 따른 시스템의 다른 구성요소들과 유선 또는 무선 연결에 의해 통신할 수 있다. 이는 또한 복수의 프로세서들을 포함할 수 있으며, 이들 프로세서들 중 적어도 일부는 판독 스테이션(2) 또는 내화 상태 툴(3)과 같은 시스템의 다른 구성요소들에 내장된다. 내화 상태 데이터베이스는 모니터링 유닛(4)의 메모리에 저장될 수 있다. 대안적으로, 내화 상태 데이터베이스는 원격 서버 상에서 호스팅되고 상이한 야금 시설들로부터 내화 상태 데이터를 수집하는 중앙 데이터베이스일 수 있다.
도 1a의 실시예에서, 내화 상태 툴(3) 및 교체 내화 요소(1r)는 인간 작업자(11)에 의해 조작된다. 이러한 실시예에서, 인간 작업자(11)는 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 교체 내화 요소(1r)를 배치하는 것을 담당한다. 또한, 모니터링 유닛(4)으로부터의 "중지" 결정의 경우에 야금 용기(1)로부터 소비된 내화 요소(1p)의 추출 및 야금 용기(1)에서의 교체 내화 요소의 커플링도 인간 작업자(11)에 의해 수동으로 수행된다. 이에 따라, 이러한 실시예에서, 모니터링 유닛(4)은 바람직하게는 본 발명에 따른 시스템과 인간 작업자(11) 사이의 상호 작용을 관리하기 위한 인간-기계 인터페이스(41)(human machine interface, HMI)를 포함한다. 이어서, HMI(41)는 바람직하게는 예를 들어, 스크린 상에 메시지를 디스플레이함으로써, 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는지 여부를 인간 작업자(11)에게 알리도록 구성된다. HMI(41)는 바람직하게는 도 1a에 도시된 바와 같이 유선 연결로 모니터링 유닛(4)에 통신 가능하게 연결된다. 대안적으로, HMI(41)는 모니터링 유닛(4)과 무선 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에서, HMI(41)는 적어도 하나의 공통 전자 프로세서를 공유하도록 모니터링 유닛(4)에 통합될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 야금 용기(1)의 식별 데이터는 이러한 야금 용기(1)를 금속 주조 설비에서의 다른 야금 용기들과 구별할 수 있게 하는 야금 용기(1)와 연관된 데이터이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 이는 야금 용기(1)의 외벽 상의 고유 식별 번호 N°###에 대응할 수 있다. 본 실시예에서, HMI(41)는 현재 작업장에 있는 야금 용기(1)의 식별 번호 N°###을 작업자(11)로부터 수신하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 야금 용기(1)는 도 1b에 도시된 바와 같이 RFID 태그와 같은 기계 판독 가능한 태그(안테나 "a")를 보유할 수 있다. 이러한 실시예에서, 야금 용기(1)가 모니터링 유닛(4)의 검출 구역(42)에 위치될 때, 모니터링 유닛(4)은 야금 용기(1)의 식별 데이터를 얻기 위해 이의 RFID 태그를 판독하도록 구성된다. 본 명세서 전반에서, 고유한 식별 번호 또는 기계 판독 가능한 태그는 야금 용기(1)로부터 제거 가능한 부분, 이를테면 슬라이드 게이트 밸브(1v)가 야금 용기(1) 상에서, 내화 요소(1p)의 수명보다 적어도 한 자릿수 더 긴 수명을 갖는다면, 그러한 제거 가능한 부분 상에 위치될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 이어서, 본 발명에 따른 시스템을 구현할 때 그러한 제거 가능한 부품의 식별 번호가 야금 용기 식별 데이터인 것으로서 고려될 수 있다.
모니터링 유닛(4)이 내화 요소(1p)가 교체되어야 한다고 또는 다시 말해 "중지" 결정을 내렸다고 확정하는 경우, 모니터링 유닛(4)은 판독 스테이션(2)으로부터 수신된 내화 요소 식별 데이터가 적어도 하나의 내화 요소(1p)를 교체하는 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인할 것이다. 이어서, 모니터링 유닛(4)은 내화 상태 데이터베이스에서, 이러한 내화 요소 식별 데이터를 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시키도록 구성된다.
또한, 본 발명은 모니터링 유닛(4)의 적어도 하나의 프로세서에 의해 구현되는 방법에 관한 것이며, 본 방법은:
ⅰ. 식별 가능한 야금 용기(1)에 커플링된 내화 요소(1p)의 상태 데이터를 내화 상태 툴(3)로부터 수신하는 단계;
ⅱ. 야금 용기(1)의 식별 데이터를 수신하는 단계;
ⅲ. 상태 데이터를 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시켜 내화 상태 데이터베이스에 저장하는 단계;
ⅳ. 상태 데이터("계속 또는 중지")에 기초하여 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고, 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는 경우("중지"), 모니터링 유닛(4)은:
a. 판독 스테이션(2)으로부터 수신된 내화 요소 식별 데이터가 적어도 하나의 내화 요소(1p)를 교체하는 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인하는 단계;
b. 내화 상태 데이터베이스에서, 내화 요소 식별 데이터를 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시키는 단계를 포함한다.
상술한 방법은 바람직하게는 복수의 식별 가능한 야금 용기들(1)에 대해 수행되고, 정기적인 시간 단계들로 반복된다.
인간 작업자가 교체 내화 요소들(1r)을 조작하고 이것들을 다양한 야금 용기들에 커플링하는 것을 담당할 때, 판독 스테이션(2)으로부터 수신된 내화 요소 식별 데이터가 내화 요소를 교체하는 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 확인은 인간 작업자(11)로부터의 입력을 요구할 것이다.
HMI(41)는 바람직하게는 내화 요소(1p)가 교체되어야 할 때, 인간 작업자(11)가 판독 스테이션(2)에 의해 수신된 내화 요소 식별 데이터가 소비된 내화 요소(1p)를 교체하는 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인 응답할 것을 요구하도록 구성된다. 일 실시예에서, HMI(41)는 내화 요소(1p)가 교체되어야 할 때, 인간 작업자(11)가 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 현재 배치된 교체 내화 요소(1d)가 소비된 내화 요소(1p)의 교체 시에 야금 용기(1)에 곧 커플링하려고 하는 내화 요소에 대응한다는 것을 확인 응답할 것을 요구하도록 구성될 수 있다. 인간 작업자(11)는 예를 들어, 판독 구역(21)에서의 교체 내화 요소(1d)로부터 판독 스테이션(2)에 의해 방금 수신된 내화 요소 식별 데이터가 인간 작업자에 의해 야금 용기(1)에 커플링될 내화 요소의 식별 데이터에 대응하는 것을 확인하는 키보드 상의 버튼을 누르도록 요구될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 야금 용기들이 RFID 태그들을 보유하고 모니터링 유닛(4)이 그러한 RFID 태그들로부터 야금 용기 식별 데이터를 추출하도록 구성될 때, 모니터링 유닛(4)은 내화 상태 데이터베이스에서, 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 배치된 교체 내화 요소(1d)의 내화 요소 식별 데이터를 모니터링 유닛(4)의 RFID 검출 구역(42)에 위치된 야금 용기(1)의 식별 데이터와 디폴트로 연관시키도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 작업자(11)는 야금 용기(1)에 대해 모니터링 유닛(4)에 의해 "중지" 결정이 내려진 후에만 교체 내화 요소(1d)를 배치하도록 훈련될 것이다. 이러한 실시예에서, 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 교체 내화 요소(1d)를 배치하는 것은 실제로, 내화 요소(1d)가 야금 용기(1)에서의 내화 요소(1p)를 교체하고 있다는 작업자에 의한 확인 응답으로서 모니터링 유닛(4)에 의해 고려된다. 그러나, HMI(41)는 바람직하게는 인간 작업자(11)가 상기한 디폴트 연관을 수정할 수 있도록 구성된다. 이는 모니터링 유닛(4)이 최종적으로 현재 작업장에 있는 야금 용기(1)에 대한 "계속" 결정을 내리는 동안 인간 작업자(11)가 판독 구역(21)에 교체 내화물(1d)을 부주의하게 배치하는 경우에 디폴트 연관을 바로 잡을 수 있게 할 것이다.
도 1b는 시스템이 제한된 인간 개입으로 또는 인간 작업자(11) 없이도, 자동화된 구성으로 작동하도록 구성된 본 발명의 실시예를 도시한다. 이 경우, 모니터링 유닛(4)은 로봇 시스템(5)을 작동시킬 수 있다. 이러한 로봇 시스템(5)은 바람직하게는 도 1a의 실시예에서, 교체 내화 요소들(1r)들 조작하는 조작, 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 교체 내화 요소(1r)를 배치하는 조작, 야금 용기(1)로부터 소비된 내화 요소(1p)를 제거하는 조작, 교체 내화 요소(1r)를 야금 용기(1)에 커플링하는 조작, 내화 상태 툴(3)을 금속 용기(1)에 커플링 및 커플링 해제하는 조작을 포함하여, 작업자(11)가 관리해야 하는 조작들 중 하나 이상을 수행하도록 구성된다.
도 2a 및 2b는 도 1a 및 도 1b의 실시예들에서 모니터링 유닛과 다른 구성요소들 사이의 상호 작용을 요약한다. 이 도면들에서, "RC Db"는 "내화 상태 데이터베이스"를 나타낸다. 도 1b 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템의 완전 자동화 구성의 경우에, 상이한 야금 용기들이 바람직하게는 기계 판독 가능한 태그(안테나 "a")를 보유하여, 야금 용기(1)가 정적인 검출 구역(42)에 있을 때 기계 판독 가능한 태그에 포함된 야금 용기(4)의 식별 데이터가 모니터링 유닛(4)에 의해 판독되도록 할 수 있다. 대안적으로, 로봇 시스템(5)은 로봇 시스템(5)에 통합된 적절한 판독 시스템, 이를테면 기계 비전 시스템(machine vision system) 또는 RFID 판독 스테이션에 의해 야금 용기(1)의 기계 판독 가능한 태그를 판독하도록 구성될 수 있다.
도 3은 식별 데이터가 L1234인 레이들에 대해, 모니터링 유닛(4)에 의해 내화 상태 데이터베이스가 업데이트될 수 있는 방법을 도시하는 예를 도시한다. 내화 상태 툴(3)에 의한 상이한 순간들에서의 연속적인 내화 상태 테스트들(refractory condition tests)(RCT1-9)은 모니터링 유닛(4)으로부터 내화 상태 데이터 및 "계속" 또는 "중지" 중 어느 하나의 결정을 생성한다. 초기에, 식별 데이터(R111)를 갖는 내화 요소가 레이들(L1234)에 커플링된다. 나타낸 바와 같이, 2회의 제1 내화 상태 테스트들(RCT1, RCT2)은 내화 요소(R111)가 과도한 마모의 징후를 보이지 않는다는 것을 반영하기 때문에 "G0" 결정을 초래한다. 한편, 세 번째 내화 테스트(RCT 3)는 "중지" 결정을 초래한다. 이러한 "중지" 결정은 내화 요소(R111)를 교체 내화 요소(R344) - 이의 식별 정보가 모니터링 유닛(4)에 의해 판독 스테이션(2)으로부터 얻어짐 - 로 교체하는 것을 트리거한다. 이어서, 모니터링 유닛(4)은 "중지" 결정이 내려지기 때문에 내화 요소(R344)가 교체되어야 한다고 확정되는 내화 상태 테스트(RCT 7)까지, 후속하는 내화 상태 테스트들(RCT 4-7)을 이 새로운 내화 요소(R344)에 연관시킨다. 야금 설비의 상이한 야금 용기(1)에 대해 동일한 업데이트 프로세스가 모니터링 유닛(4)에 의해 적용될 수 있다. 내화 상태 데이터베이스는 또한 본 발명에 따른 시스템을 각각 포함하는 상이한 야금 설비들로부터 내화 상태 데이터를 수집할 수 있다.
적어도 하나의 모니터링 유닛(4)에 의해 업데이트되는 내화 상태 데이터베이스는 결과적으로 하나 또는 수 개의 야금 설비들에서 사용되는 내화 요소들을 추적하고 내화 요소들 모두를 연속적인 시간 단계들에서 측정된 그것들의 상태 데이터에 결부시키는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 시스템에 의하면, 내화 요소들에 의해 보유되는 식별 태그들에 액세스하지 못하더라도, 또는 야금 용기에서 작동시 그것들의 파손에도 불구하고, 이러한 가치 있는 데이터베이스가 구축될 수 있다.
이러한 내화 상태 데이터베이스는 야금 설비에서 다양한 내화 요소들을 개별적으로 추적하는 것을 가능하게 할 것이고, 예를 들어, 금속 주조 설비들을 위한 공급망(supply chain) 관리 적용예들 통합될 수 있지만, 야금 설비에서의 내화 요소들(1p, 1r)의 거동의 계산 모델을 생성하기 위해서도 또한 사용될 수 있다. 이를 위해, 내화물 제조 데이터, 이를테면 내화재 또는 몇몇 내화 제조 공정 파라미터들, 이를테면 다양한 내화 제조 단계들의 온도, 압력 및 지속 시간이 바람직하게는 모니터링 유닛(4)에 의해 대응하는 내화 요소의 식별 데이터와 연관되어 내화 상태 데이터베이스에 저장될 수 있다. 이러한 내화물 제조 데이터는 내화물 제조 데이터베이스로부터, 예를 들어, 내화 요소와 연관된 내화성 식별 데이터 및/또는 배치 번호(batch number) 및/ 또는 생산 시간에 의해 추출될 수 있다.
또한 금속 생산 데이터가 바람직하게는 모니터링 유닛(4)에 의해 내화 상태 데이터베이스에 저장될 수 있다. 이러한 금속 생산 데이터는 대응하는 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관될 수 있고, 바람직하게는 다음의 데이터: 야금 용기(1)에서 주조된 금속의 유형, 야금 용기(1)에서 사용된 상이한 내화물들의 유형, 야금 용기의 다운 타임의 빈도 및/또는 지속 시간, 금속 생산 공정의 최종 생산물 특징들 중 적어도 하나를 포함한다. 모니터링될 내화 요소들(1p)이 슬라이드 게이트 밸브 플레이트일 때, 금속 생산 데이터는 또한 바람직하게는 마모 상태에서의 플레이트들의 사용 시간을 포함한다. 이를 위해, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 완전 폐쇄 시간 및 완전 개방 시간이 총 주조 시간으로부터 추론될 수 있는데, 이는 이 두 위치들에서 플레이트들이 거의 마모되지 않거나 마모되지 않기 때문이다. 대안적으로, 야금 용기(1)의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들에 의해 수행되는 상대적인 이동 횟수에 관한 데이터가 또한 저장될 수 있고, 대응하는 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 시스템은 내화 상태 데이터에 대한 기계 학습 예측 모델, 이를테면 (심층) 신경망 모델 또는 확률 그래프 모델을 트레이닝하도록 구성된 컴퓨팅 유닛을 포함하며, 상기의 컴퓨팅 유닛은:
ⅰ. 내화 상태 데이터베이스의 데이터에 기초하여 복수의 트레이닝 인스턴스들을 생성하도록 - 각 트레이닝 인스턴스는:
Figure pct00017
내화물 제조 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터 및/또는 금속 생산 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터에 기초한 트레이닝 인스턴스 입력;
Figure pct00018
내화 상태 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터에 기초한 트레이닝 인스턴스 출력을 포함함 -;
ⅱ. 트레이닝 인스턴스들에 기초하여 기계 학습 예측 모델을 트레이닝하도록 구성된다.
이미 위에서 설명된 바와 같이, 내화 요소들(1r, 1p)은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들일 수 있다. 이러한 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1r, 1p)은 야금 용기의 슬라이드 게이트 밸브(1v)에서 필수적인 부분들이다. 슬라이드 게이트 밸브는 2-플레이트 또는 3-플레이트 슬라이드 게이트 밸브일 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 2-플레이트 슬라이드 게이트 밸브는 상단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1u) 및 하단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1L)를 포함하는 반면, 도 2b에 도시된 바와 같은 3-플레이트 슬라이드 게이트는 상단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1u)와 하단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1L) 사이에 개재되는 중간 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1m)를 더 포함한다.
슬라이드 게이트 밸브 플레이트는 제2 표면(1d)으로부터 슬라이드 게이트 밸브의 두께만큼 분리되고 주변 에지에 의해 서로 이어지는 슬라이딩 표면(1s)을 포함한다. 이는 또한 슬라이딩 표면에 수직으로 연장되는 관통 보어(1b)를 포함한다. 중간 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1m)의 제2 표면(1d)은 또한 슬라이딩 표면이다. 상단, 하단, 및 선택 사항으로서 중간 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들은 하나의 플레이트의 적어도 하나의 슬라이딩 표면(1s)이 제2 플레이트의 슬라이딩 표면(1s)과의 슬라이딩 접촉 상태에서, 각각 대응하는 상단, 하단, 및 선택 사항으로서 중간 플레이트 지지 프레임(11t, 11L, 11m)의 수용 크래들(1c)에 커플링된다.
상단 플레이트 지지 프레임(11u)은 야금 용기에 관해 고정되고, 상단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트(1t)는 야금 용기의 내측 노즐에 커플링된다. 4-플레이트 슬라이드 게이트 밸브(도 4a 참조)에서, 하단 플레이트 지지 프레임(11L)은 하단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트의 슬라이딩 표면이 상단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트의 슬라이딩 표면에 대고 그리고 이에 관해 접촉하고 슬라이딩하도록 공압 또는 유압 피스톤(17)에 의해 병진 구동될 수 있는 가동 캐리지이다. 3-플레이트 슬라이드 게이트 밸브에서, 하단 플레이트 지지 프레임(11L)이 상단 플레이트 지지 프레임 및 야금 용기에 관해 고정된다. 중간 플레이트 지지 프레임(11m)은 중간 슬라이드 게이트 밸브 플레이트의 두 슬라이딩 표면들을 각각 상단 및 하단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 슬라이딩 표면들에 대고 그리고 이들에 관해 슬라이딩시키기에 적합한 가동 캐리지이다. 당업계에 주지되어 있는 바와 같이, 상단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트의 그리고 선택 사항으로서, 3-플레이트 슬라이드 게이트 밸브에서의 하단 슬라이드 게이트 밸브 플레이트의 슬라이딩 표면에 관한 슬라이드 게이트 밸브 플레이트의 슬라이딩 표면의 슬라이딩 병진은 두 개(또는 세 개)의 플레이트들의 관통 보어들(2b) 사이의 중첩의 정도에 대한 제어를 가능하게 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들은 이들이 작동되는 기계적 및 열적 제약들로 인해, 짧은 시간 간격들 내에 교체될 필요가 있다. 특히, 이것들의 슬라이딩 표면들(1s)은 부식될 수 있고/있거나 이것들의 관통 보어들(1b)은 여러 주조 작업들 후에 확대될 수 있다. 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들이 교체되어야 하는지 여부를 결정하기 위해, 미리 이것들의 마모 상태를 평가하는 것이 필요하다. 본 발명에서, 내화 상태 툴(3)은 플레이트 상태 테스트들을 구현함으로써, 플레이트들이 여전히 야금 용기(1)의 슬라이드 게이트 밸브에 커플링되어 있는 동안 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 마모 상태를 평가하기 위한 플레이트 상태 툴일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플레이트 상태 툴(3)는 야금 용기(1)에서의 슬라이드 게이트 밸브(1v)의 수집기 노즐(1n)을 적어도 부분적으로 밀폐하기 위한 밀폐기(9)를 포함하는 본체(44)를 갖는다. 밀폐기(9)의 기능은 수집기 노즐(1n)로부터 흘러 나오려고 하는 가스의 변위에 대해, 때때로 부정확하게 "역압(backpressure)"으로 불리는 저항에 대항하는 것이다. 밀폐기(9)는 액추에이터에 의해 수집기 노즐(1n)에 대해 가압되는 시일을 홀딩시키기 위한 시일 홀더를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 폐색 기구는 수집기 노즐(1n)의 나사산 상에 나사 결합된 캡을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 폐색 기구는 수집기 노즐(1n)에 예를 들어, 시멘트에 의해 화학적으로 시일된 캡을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 밀폐기는 수집기 노즐(1n)의 완벽한 기밀 폐쇄가 되도록 구성된다. 그러나, 완벽한 기밀 폐쇄는 본 발명에 따른 플레이트 상태 툴에 의한 플레이트 상태 테스트의 구현에 필수적인 것은 아니다. 플레이트 상태 툴(3)은 실제로, 예를 들어, 폐색 기구(9)가 더 이상 기밀하게 시일될 수 없는 손상된 수집기 노즐(1n)과도 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 기본적인 특징은 목표 압력에서 밀폐기(9)를 통해 수집기 노즐(1n)에 가스를 주입하기 위한 압력 조절기(6)를 포함하는 가스 주입 디바이스이다. 압력 조절기는 입력 압력에서 가스를 수용하고 이러한 입력 압력을 그 출력에서 요구되는 값, 즉 목표 압력으로 감소시키도록 구성된 제어 밸브이다. 본 발명에서, 압력 조절기(6)는 예를 들어, 고압 공기 공급원으로부터 6 bar의 압력으로 압축된 공기를 수용하고, 그 출력에서 1.5 bar의 목표 압력을 유지하도록 그 입력과 그 출력 사이의 가스 흐름을 조절하도록 구성된 전자 비례 압력 조절기일 수 있다. 가스 주입 디바이스는 바람직하게는 공급 덕트에 의해 밀폐기(9)의 관통 홀에 가스를 주입하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 기본적인 특징은 수집기 노즐(1n)에서 가스 주입 디바이스에 의해 주입되는 가스의 흐름을 측정하도록 구성된 가스 흐름 측정 디바이스(7), 또는 유량계(7)의 존재이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 가스 흐름 측정 디바이스(7)는 바람직하게는 압력 조절기(6)와 밀폐기(9) 사이에 끼워져서, 압력 조절기(6)의 출력부로부터 오는 가스가 수집기 노즐(1n)에 진입하기 전에 가스 흐름 측정 디바이스(7)를 통해 흐르도록 한다.
본 발명의 제3의 기본적인 특징은 가스 흐름 측정 디바이스(7)에 통신 가능하게 연결되고, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상대적인 위치에 관한 입력 데이터를 수신하도록 구성된 제어기(8)이다. 이러한 제어기는 바람직하는 연속적인 시간 단계들에서 (i)가스 흐름의 그리고 (ii)슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상대적인 위치의 값을 제어기의 메모리에 저장하도록 구성된 PLC와 같은 전자 제어기이다. 바람직한 실시예에서, 제어기(8)는 압력 조절기(6)에 통신 가능하게 연결된다. 이어서, 제어기(8)는 압력 조절기(6)에 의해 조절되는 압력, 유량계(7)에 의해 측정되는 가스 흐름 및 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 위치를 모니터링하는 중앙 유닛이다. 바람직한 실시예에서, 제어기(8)는 또한, 공압 또는 유압 피스톤(17)을 작동시킴으로써 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 슬라이딩 모션을 제어하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 제어기(8)는 전체 플레이트 상태 테스트를 구현하는 데 필요한 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 슬라이딩 모션을 자체적으로 개시할 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, 제어기(8)는 슬라이드 게이트 밸브(1v)가 폐쇄 구성으로부터 개방 구성으로 이동되는 동안 플레이트 상태 테스트를 구현하도록 구성된다.
가스 흐름 측정 데이터 및 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 위치 데이터를 프로세싱함으로써, 제어기(8)는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 마모 상태에 관한 지표들을 평가할 수 있을 것이다. 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상대적인 변위 동안 유량계(7)에 의해 측정되는 가스 흐름은 실제로 슬라이드 게이트 밸브(1v)를 통해 흐르는 가스의 양과 강하게 상관된다. 이미 위에서 설명된 바와 같이, 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들이 완벽한 상태(마모 없음)에 있으면, 유체는 슬라이딩 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 관통 보어들(1b) 사이에 적어도 부분적인 중첩이 있을 때에만 슬라이드 게이트 밸브를 통해 흐름할 수 있다. 완벽한 상태의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 관통 보어들(1b)은 알려진 직경을 가지므로, 가스 흐름의 프로파일은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 알려진 상대적인 위치에서 급격한 변화를 갖는 형상을 갖는다. 가스 흐름의 이러한 급격한 변화는 실제로, 슬라이드 게이트 밸브(1v)가 초기에 폐쇄 게이트에 있었든(급격한 증가) 또는 개방 게이트 구성에 있었든(급격한 감소), 관통 보어들(1b)이 시작하거나 중단되는 위치에서 관찰된다.
이러한 가스 흐름의 급격한 변화는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 상대적인 위치(RP)가 폐쇄 게이트 구성으로부터 개방 구성으로 변경될 때, 시간 변수에 대한 가스 흐름의 그래프(GF)를 도시하는 도 7a에 도시되어 있다. 초기 피크(S1)는 수집기 노즐(1n)에서의 압력을 상승시키는 데 필요한 가스 흐름에 대응한다. 가스 흐름의 급격한 증가(S2)는 관통 보어들(2b)이 중첩되기 시작하는 슬라이드 게이트 밸브(1v)의 상대적인 위치에 대응한다. 그래프(NP)는 압력 조절기(6)에 의해 모니터링되는 가스 압력을 도시하며, 이는 초기 가스 흐름 피크(S1) 이후에 이의 목표 값인 1.5 bar에 도달한다.
도 7b는 도 7a와 동일한 그래프들을 도시하지만, 이번에는 마모된 플레이트에 대한 것이다. 마모된 플레이트들은 부식된 슬라이딩 표면들(1s) 및/또는 확대된 관통 보어들(1b)을 특징으로 한다. 부식된 표면들(1s)의 경우에, 가스 흐름의 급격한 증가(S2) 앞에는 관통 보어들(1b)이 중첩되기 시작하기 전에 유체 연통될 때 발생하는 누설을 반영하는 약한 증가(M1)가 선행된다. 마모된 플레이트들이 확대된 관통 보어들(1b)을 가질 때에는 또한 급격한 증가(S2)의 좌측으로의 시프트가 관찰될 수 있다. 제어기(8)를 갖는 플레이트 상태 툴(3)은 GF 그래프의 이러한 변경들을 검출하고 정량화하는 것을 가능하게 할 것이다.
일 실시예에서, 제어기(8)는 가스 흐름의 그래프(GF) 아래의 영역, 또는 즉 시간 변수에 대한 가스 흐름의 적분을 계산함으로써 슬라이딩 표면들(1s)의 부식으로 인한 누설을 정량화하도록 구성될 수 있다. 부식으로 인한 누설에 관한 의미 있는 물리적 지표를 생성하기 위해, 이러한 적분은 바람직하게는 테스트 동안 이동하는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들의 슬라이딩 속도로 균형 있게 될, 예를 들어, 정규화될 것이다. 한편, 플레이트들의 관통 보어들(1b)의 확대는 급격한 증가(S2)의 시프트를 평가함으로써 정량화될 수 있다. 일 실시예에서, 급격한 증가(S2)의 위치는 가스 흐름의 그래프(GF)의 도함수를 계산하고 이 도함수의 극댓값을 구함으로써 찾아질 수 있다. 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 위치는 그래프(RP)를 사용함으로써 이러한 급격한 증가(S2)과 연관될 수 있다.
슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 위치의 그래프(RP)를 생성하고, 위에서 설명된 물리적 지표들을 추출하기 위해, 제어기(8)는 상기의 상대적인 위치에 관련된 전자 신호를 수신해야 한다. 일 실시예에서, 이러한 전자 신호는 이동하는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1L, 1m)의 변위를 측정하도록 구성된 거리계에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 이러한 전자 신호는 슬라이드 게이트 밸브(11)의 가동 캐리지(11L, 11m)를 작동시키는 공압 또는 유압 피스톤(17)의 제어 시스템으로부터 직접 얻어질 수 있다. 그러나, 이러한 구현은 제어 시스템이 이동하는 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1L, 1m)의 위치를 충분한 정확도로 결정할 수 있는 경우에만 바람직하다.

Claims (14)

  1. 야금 설비에서 교체 가능한 내화(refractory) 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템으로서,
    a) 레이들(ladle)과 같은 복수의 식별 가능한 야금 용기들(1) - 식별 가능한 상기 금속 용기들 각각은 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들과 같은 제거 가능한 내화 요소들(1p)을 포함함 -;
    b) 복수의 교체 내화 요소들(1r) - 각 교체 내화 요소는 내화 요소 식별 데이터를 포함하는 기계 판독 가능한 식별 태그(1t)를 포함함 -;
    c) 판독 스테이션(2)의 판독 구역(21)에 위치된 교체 내화 요소(1d)의 상기 기계 판독 가능한 식별 태그들(1t)을 판독하기 위한 RFID 작업대와 같은 상기 판독 스테이션(2);
    d) 상기 야금 용기들(1) 중 어느 하나에 커플링된 상기 내화 요소들의 상태를 평가하기 위한 내화 상태 툴(3) - 상기 내화 상태 툴은 레이들과 같은 야금 용기(1)의 상기 슬라이드 게이트 밸브(1v)에 커플링된 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상태 데이터의 측정을 위한 플레이트 상태 툴(3)이며, 상기 슬라이드 게이트 밸브(1v)는 상기 슬라이드 게이트 밸브(1v)의 외벽으로부터 돌출된 수집기 노즐(1n)을 포함하며, 상기 슬라이드 게이트 밸브(1v)는 적어도 두 개의 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들을 서로에 대해 슬라이딩시킴으로써 개방 구성과 폐쇄 구성 사이에서 전환될 수 있으며, 상기 수집기 노즐(1n)은 상기 슬라이드 게이트 밸브(1v)가 상기 개방 구성에 있을 때 상기 야금 용기(1)의 주조 채널과 유체 연통하며, 상기 플레이트 상태 툴(3)은:
    ⅰ. 상기 수집기 노즐(2n)을 적어도 부분적으로 밀폐하기 위한 밀폐기(9)를 포함하는 본체(44);
    ⅱ. 목표 압력에서 상기 밀폐기(9)를 통해 상기 수집기 노즐(1n)에 가스를 주입하기 위한 압력 조절기(6)를 포함하는 가스 주입 디바이스;
    ⅲ. 상기 가스 주입 디바이스에 의해 주입된 상기 가스의 흐름을 측정하기 위한 가스 흐름 측정 디바이스(7);
    ⅳ. 상기 가스 흐름 측정 디바이스(7)에 통신 가능하게 연결되고, 상기 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상대적인 위치에 관한 입력 데이터를 수신하도록 구성된 제어기(8)를 포함함 -;
    e) 적어도 하나의 전자 프로세서를 포함하고, 상기 판독 스테이션(2) 및 상기 내화 상태 툴(3)에 연결 가능한 모니터링 유닛(4) - 상기 모니터링 유닛(4)은:
    ⅰ. 상기 야금 용기들(1) 중 하나에 커플링된 적어도 하나의 내화 요소(1p)의 상태 데이터를 상기 내화 상태 툴(3)로부터 수신하도록;
    ⅱ. 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터를 수신하도록;
    ⅲ. 상기 상태 데이터를 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시켜 내화 상태 데이터베이스에 저장하도록;
    ⅳ. 상기 상태 데이터("계속(GO) 또는 중지(NO GO)")에 기초하여 상기 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는지 여부를 결정하고, 상기 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는 경우("중지"), 상기 모니터링 유닛(4)은:
    a. 상기 판독 스테이션(2)으로부터 수신된 내화 요소 식별 데이터가 상기 적어도 하나의 내화 요소(1p)를 교체하는 상기 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인하도록;
    b. 상기 내화 상태 데이터베이스에서, 상기 내화 요소 식별 데이터를 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시키도록 구성됨 - 을 포함하는, 야금 설비에서 교체 가능한 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모니터링 유닛(4)은 인간-기계 인터페이스(human-machine interface) 또는 HMI(41)를 포함하되, 상기 HMI(41)는 상기 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는지 여부를 인간 작업자(11)에게 알리도록 구성되는 것인, 야금 설비에서 교체 가능한 내화 요소의 상태를 추적 및 평가하기 위한 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내화 요소(1p)가 교체되어야 할 때, 상기 HMI는 인간 작업자(11)가 상기 판독 스테이션(2)에 의해 수신된 내화 요소 식별 데이터가 상기 적어도 하나의 내화 요소(1p)를 교체하는 상기 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인 응답할 것을 요구하도록 구성되는 것인, 야금 설비에서 교체 가능한 내화 요소들의 상태를 추적하고 평가하기 위한 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 야금 용기(1)는 기계 판독 가능한 태그를 포함하고, 상기 모니터링 유닛(4)은 상기 야금 용기(1)가 상기 모니터링 유닛(4)의 검출 구역(42)에 있을 때 상기한 기계 판독 가능한 태그를 판독하도록 구성되는 것인, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    ⅰ. 상기 모니터링 유닛(4)은 상기 내화 상태 데이터베이스에서, 상기 판독 스테이션(2)의 상기 판독 구역(21)에 배치된 상기 교체 내화 요소(1d)의 상기 내화 요소 식별 데이터를 상기 모니터링 유닛(4)의 상기 검출 구역(42)에 위치된 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터와 디폴트로 연관시키도록 구성되고;
    ⅱ. 상기 HMI(41)는 상기 인간 작업자가 상기한 디폴트 연관을 수정할 수 있도록 구성되는 것인, 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 유닛(4)은, 상기 교체 내화 요소들(1r)들 조작하는 조작, 상기 판독 스테이션(2)의 상기 판독 구역(21)에 교체 내화 요소(1r)를 배치하는 조작, 상기 야금 용기(1)로부터 소비된 내화 요소(1p)를 제거하는 조작, 교체 내화 요소(1r)를 상기 야금 용기(1)에 커플링하는 조작, 상기 내화 상태 툴(3)을 상기 금속 용기(1)에 커플링 및 커플링 해제하는 조작 중 하나 이상을 수행하도록 구성된 로봇 시스템(5)을 작동시키는 것인, 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판독 스테이션(2)은 RFID 작업대이고, 교체 내화 요소들(1r)은 RFID 태그들을 포함하는 것인, 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 야금 용기들(1)의 식별 데이터는 상기 레이들의 게이트들 상에 배치된 2D 바코드들 상에 포함되고, 상기 모니터링 유닛(4)은 상기한 2D 바코드들을 판독하도록 구성되는 것인, 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 유닛(4)은 상기 내화 상태 데이터베이스에, 내화물 제조 데이터를 상기 내화성 식별 데이터와 연관시켜 저장하도록 구성되며, 상기 내화물 제조 데이터는 다음의 데이터:
    a) 내화재;
    b) 다양한 제조 단계들의 온도, 압력 및 지속 시간과 같은 내화물 제조 공정 파라미터들;
    c) 내화물 제조 날짜 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모니터링 유닛(4)은 상기 내화 상태 데이터베이스에, 금속 생산 데이터를 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시켜 저장하도록 구성되며, 상기 금속 생산 데이터는 다음의 데이터:
    a) 상기 야금 용기(1)에서 주조된 상기 금속의 유형;
    b) 상기 야금 용기(1)에서 사용된 상이한 내화물들의 유형;
    c) 상기 야금 용기(1)의 다운 타임(들)의 빈도 및/또는 지속 시간;
    d) 상기 금속 생산 공정의 최종 생산물 특징들;
    e) 주조 시간;
    f) 주조 온도;
    g) 열 화학;
    h) 새로운 내화 요소(들)의 설치 날짜/시간;
    i) 동일한 내화 요소(들)에 의한 주조 횟수 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 시스템은 컴퓨팅 유닛을 포함하며, 상기 컴퓨팅 유닛은 상기 내화 상태 데이터에 대한 기계 학습 예측 모델을 트레이닝하도록 구성되되, 상기 컴퓨팅 유닛은,
    ⅰ. 상기 내화 상태 데이터베이스의 상기 데이터에 기초하여 복수의 트레이닝 인스턴스들을 생성하도록 - 각 트레이닝 인스턴스는:
    Figure pct00019
    상기 내화물 제조 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터 및/또는 상기 금속 생산 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터에 기초한 트레이닝 인스턴스 입력;
    Figure pct00020
    상기 내화 상태 데이터로부터 추출되는 적어도 하나의 파라미터에 기초한 트레이닝 인스턴스 출력을 포함함 -;
    ⅱ. 상기 트레이닝 인스턴스들에 기초하여 상기 기계 학습 예측 모델을 트레이닝하도록 구성된다.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기(8)는 시간 변수의 함수들로서 상기 슬라이드 게이트 밸브 플레이트들(1u, 1L, 1m)의 상기 상대적인 위치(RP) 및 상기 목표 압력에 도달하는 데 필요한 가스 흐름(GF)을 상기 제어기(8)의 메모리에 저장하도록 구성되는 것인, 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기(8)는 상기 함수의 도함수를 계산함으로써 제1 지표를 추출하고 상기 함수의 적분을 계산함으로써 제2 지표를 추출하도록 상기 가스 흐름(GF)의 함수를 프로세싱하도록 구성되는 것인, 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 시스템에서 모니터링 유닛(4)의 적어도 하나의 프로세서에 의해 구현되는 방법으로서,
    ⅰ. 식별 가능한 야금 용기(1)에 커플링된 내화 요소(1p)의 상태 데이터를 내화 상태 툴(3)로부터 수신하는 단계;
    ⅱ. 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터를 수신하는 단계;
    ⅲ. 상기 상태 데이터를 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시켜 내화 상태 데이터베이스에 저장하는 단계;
    ⅳ. 상기 상태 데이터("계속(GO) 또는 중지(NO GO)")에 기초하여 상기 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 내화 요소(1p)가 교체되어야 하는 경우("중지"), 상기 모니터링 유닛(4)은:
    a. 판독 스테이션(2)으로부터 수신된 내화 요소 식별 데이터가 상기 적어도 하나의 내화 요소(1p)를 교체하는 상기 교체 내화 요소의 식별 데이터에 대응한다는 것을 확인하는 단계;
    b. 상기 내화 상태 데이터베이스에서, 상기 내화 요소 식별 데이터를 상기 야금 용기(1)의 식별 데이터와 연관시키는 단계를 구현하도록 구성되는 것인, 방법.
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