KR100825567B1 - 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치는, 카메라를 통해 촬영된 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치에 있어서, 상기 코크스 오븐 내부의 형상을 픽셀화하는 픽셀부; 상기 픽셀부에서 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화하는 수치화부;를 포함한다.

그리고, 본 발명의 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 방법은, 카메라를 통해 촬영된 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 방법에 있어서, 픽셀부가 상기 코크스 오븐 내부의 형상을 픽셀화하는 제1단계; 계산부가 상기 픽셀부에서 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는 제2단계; 및 수치화부가 상기 계산부에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화하는 제3단계;를 포함한다.

코크스 오븐, 화상 판독, 픽셀부, 계산부, 수치화부

Description

코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치 및 방법{Device and method for the image readout of the inner configuration of coke oven}

본 발명의 일 측면은 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하여 이를 관리함으로써 코크스 오븐의 수명을 향상시킬 수 있게 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

코크스 오븐의 관리를 위해서는 로체 팽창율, 도어 가스 유출률, 압출 저항 등을 측정한다. 로체 팽창율은 일정한 위치에서 거리를 측정하여 코크스 오븐의 연와가 팽창하는 정도를 데이터화 하는 것이고, 도어 가스 유출률은 코크스 오븐의 외부에서 관측하였을 때 전체 도어 중에서 몇 %의 도어에서 가스가 유출되는 가를 측정하는 것이다. 그리고, 압출 저항은 퓨셔 카(pusher car)에서 램(ram)으로 코크스 덩어리(coke cake)를 압출할 때 얼마만큼의 힘이 필요한가를 측정하는 것이다.

로체 팽창율은 외부의 온도, 습도, 바람 등 외부 인자의 영향을 많이 받기 때문에 정확히 측정하는 것이 어렵다. 일정한 계절에 일정한 습도와 온도를 맞추고 일정한 시간대에 측정할 수 있지만, 외부 측량 전문업체에서 실시해야 하므로 비용이 많이 소요되고, 년 1회 측정으로 실시간 밀착 관리가 어려워 코크스 오븐을 관 리하기 위한 지표로는 부족하다.

그리고, 가스 유출률(gas leak)은 바람, 햇빛 등 외부 영향을 많이 받으며, 점검자의 육안 관측결과를 바탕으로 하기 때문에 주관이 개입될 소지가 있어 코크스 오븐의 관리지표로 활용하는 것이 어렵다.

또한, 압출 저항은 매 탄화실의 압출시마다 저항값을 측정하여 데이터화할 수 있기 때문에 밀착 관리가 가능한 지표이나 탄화실의 팽창률만 관리가 되고, 로체 관리상 중요한 카본 부착 정도나 코크스 레벨은 관리가 되지 않으며, 탄화실의 상태와 관계없이 퓨서 카의 상태에 따라 압출 저항의 측정값이 변하여 관리가 어렵다.

본 발명의 일 측면은 코크스 오븐 내부의 카본과 코크스의 형상을 측정하여 카본 부착 정도와 코크스 레벨을 수치화시켜 관리하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은 카메라를 통해 촬영된 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치에 있어서, 상기 코크스 오븐 내부의 형상을 픽셀화하는 픽셀부; 상기 픽셀부에서 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는 계산부; 및 상기 계산부에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화하는 수치화부;를 포함하는 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치를 제시한다.

그리고, 본 발명의 다른 측면은 카메라를 통해 촬영된 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 방법에 있어서, 픽셀부가 상기 코크스 오븐 내부의 형상을 픽셀화하는 제1단계; 계산부가 상기 픽셀부에서 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는 제2단계; 및 수치화부가 상기 계산부에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화하는 제3단계;를 포함하는 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 방법을 제시한다.

본 발명의 일 측면은 코크스 오븐의 상태를 수치화하여 정량화함으로써 코크스 오븐을 효율적으로 관리하게 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 코크스 오븐의 상태가 극도로 악화되어 발생하는 가스 유출 및 코크스 오븐의 가동율 하향에 대하여 사전에 대응하게 함으로써 코크스 오븐을 신설하는 경우에 기회비용을 줄일 수 있게 하고, 코크스 오븐의 수명 연장을 위해 반드시 필요한 관리지표를 제시함으로써 보수 효율 및 상태 판정을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 측정 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 정확도가 떨어지는 석탄 레벨 대신에 코크스 레벨을 지표화함으로 탄화실에 쌓인 석탄의 형상을 구체화하여 코크스의 건류 편차를 줄일 수 있다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 코크스 오븐의 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 코크스 오븐의 이동 기기 중에서 건류가 완료된 코크스 케이크(coke cake)를 코크스 오븐의 탄화실(10)에서 압출하여 추출하기 위해서는 트랜스퍼 카(transfer car, 20)와 퓨셔 카(pusher car, 30)가 필요하다.

그리고, 탄화실(10)을 구분할 때 코크스를 밀어내는 압출기가 있는 쪽을 퓨셔 측(pusher side)이라 하고, 코크스를 받는 트랜스퍼 카(transfer car, 20)가 있는 쪽을 코크스 측(coke side)이라 하는데, 탄화실(10) 우측에는 탄화실(10) 내부 로부터 연결된 상승관(11)이 있다.

도 2a는 본 발명의 트랜스퍼 카가 설치된 코크스 오븐의 정면도이고, 도 2b는 본 발명의 코크스 가이드가 설치된 코크스 오븐의 정면도이며, 도 2c는 본 발명의 퓨셔 카가 설치된 코크스 오븐의 정면도이며, 도 2d는 본 발명의 퓨셔 램이 설치된 코크스 오븐의 정면도이다.

도 2a 및 도 2b에서와 같이, 트랜스퍼 카(20)는 코크스 가이드(coke guide, 60)을 통해 밀어낸 코크스를 바켓(bucket)에 받는다. 트랜스퍼 카(20) 상부에서는 카메라(40)를 통해 탄화실(10) 상부의 형상을 측정한다.

그리고, 도 2c 및 도 2d에서와 같이, 퓨셔 카(30)는 퓨셔 램(pusher ram, 70)으로 건류가 완료된 코크스 케이크를 밀어낸다. 퓨셔 카(30) 하부에서는 카메라(50)를 통해 탄화실(10)의 상승관(11) 하부의 형상을 측정한다.

트랜스퍼 카(20)와 퓨셔 카(30)는 상기와 같은 작업을 통해 건류가 완료된 코크스 조각을 코크스 오븐 탄화실(10)에서 압출하여 추출한다.

본 발명의 코크스 오븐 내부의 형상의 화상 측정 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 압출이 지시되면 코크스 오븐 도어를 열고 코크스를 받는 쪽에서 가이드 플레이트가 전진한다. 이때, 코크스 오븐의 도어를 열어 코크스를 밀어내기 전에 화상을 측정한다. 이와 같이 하는 이유는 탄화실(10) 상부의 카본과 코크스 레벨을 같이 측정하기 위해서이다.

이후, 압출기에서 퓨셔 램(70)을 전진시키면 코크스 오븐에서 코크스가 가이 드를 통해 압출된다.

이후, 압출이 끝나면 퓨셔 램(70)이 후진하고 코크스 오븐의 도어를 닫는다. 이때, 퓨셔 램(70)이 후진하고 코크스 오븐의 도어를 닫기 전에 상승관(11) 하부의 화상을 측정한다. 이와 같이 화상을 측정하는 이유는 압출기 하단에서 상단을 올려 보아야 상승관(11) 하부가 보이는데, 코크스가 채워진 상태에서는 이러한 관측이 어렵기 때문이다.

도 3은 본 발명의 코크스 오븐의 형상을 화상 판독하는 장치 및 방법을 나타낸 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 코크스 오븐의 형상을 화상 판독하는 장치는, 픽셀부(110), 계산부(120) 및 수치화부(130)를 포함한다.

카메라를 통해 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 촬영하여 화상판독장치로 보내면, 픽셀부(100)는 사진 중에서 탄화실 부분을 입체적으로 인식하여 2000개 정도의 픽셀로 나누어 픽셀화한다(S110). 탄화실은 구조상 코크스가 잘 밀려나갈 수 있도록 퓨셔 측은 좁고 코크스 측은 넓게 한다. 따라서, 코크스 측에서 화상을 촬영하면 도 6a 내지 도 6c와 같은 입체적인 구조로 화상을 촬영할 수 있다. 픽셀 중에서 위쪽에서 가장 밝은 부분은 탄화실 상부의 카본 퇴적물을 나타낸다. 코크스 오븐의 탄화실 상부에서는 카본 퇴적물 또는 코크스 레벨의 화상을 촬영할 수 있고, 탄화실의 상승관 하부에서는 카본 퇴적물의 화상을 촬영할 수 있다.

계산부(120)는 픽셀부(110)에서 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는데(S120), 수치화부(120)는 계산부 (120)에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 픽셀의 수에 대응하는 길이 의 데이터를 산출하여 수치화한다.

픽셀 중에서 상부의 밝은 부분이 탄화실 상부의 카본 퇴적물인데, 카본 퇴적물에 해당하는 픽셀의 수를 계산하면 카본 퇴적물의 부착 정도를 알 수 있다. 그리고, 픽셀 중에서 하부의 밝은 부분은 코크스가 채워진 부분인데, 픽셀의 상부로부터 하부까지의 픽셀의 수를 계산하면 전체적인 코크스 레벨에 관한 데이터를 얻을 수 있다.

수치화부(130)에서 산출하는 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터는, 코크스 오븐의 탄화실 상부에 부착된 카본 퇴적물의 일 방향 길이에 관한 데이터 또는 탄화실에 채워진 코크스의 레벨의 길이에 관한 데이터가 될 수 있고, 탄화실의 상승관 하부에 부착된 카본 퇴적물의 일 방향 길이에 관한 데이터가 될 수도 있다.

표 1을 살펴보면, 탄화실 번호에 대하여 오븐조업과 로체 관리로 구분하여 수치화하였다. 오븐조업은 장입일시, 장입량[t], 온도[℃]로 구분하여 수치화하였고, 로체관리는 탄화실 코크스 레벨[mm], 탄화실 상부 카본[mm], 상승관 하부 카본[mm]으로 구분하여 수치화하였다.

예를 들어, 탄화실 번호가 50일 때의 오븐조업시 장입일시는 6월 25일 15시 2분이고, 장입량은 34.25t이며, 온도는 1235[℃]이다. 그리고, 탄화실 번호가 45일 때의 로체 관리시 탄화실 코크스 레벨은 970[mm]이고, 탄화실 상부 카본은 55[mm]이며, 상승관 하부 카본은 30[mm]이다.

상기 로체 관리와 관련하여 설명하면 다음과 같다. 코크스 오븐은 쇠 구조물이 옆에서 지지하고 있고, 그 사이에 벽돌을 올려놓은 후 스프링으로 잡아준 형태를 취하는데, 벽돌은 항상 일정한 크기를 갖어야 한다. 그러나, 벽돌이 열에 의해 팽창되거나 공기에 의해 수축되면 형태가 틀어져서 틈이 생기고, 이를 통해 코크스 건류 중에 발생하는 가스가 유출되어 환경 문제가 발생하므로 코크스 오븐을 쓸 수 없게 된다. 코크스 오븐을 건설한 후에는 일정한 온도를 유지해야 하는데, 코크스 오븐의 상태가 어떠한 지를 분석하여 보수하는 것이 로체 관리이다. 종래에는 로체 관리를 하기 위해 여러 가지 시도를 하였지만, 측정의 용이성 하락 및 밀착 관리의 어려움으로 인하여 로체 관리에 관한 지표가 없었는데, 본 발명에서는 이러한 수치화를 통한 로체 관리를 통하여 코크스 오븐의 수명을 늘릴 수 있다.

도 4a는 본 발명의 탄화실의 상승관 하부의 카본 부착상태를 나타낸 사진이고, 도 4b는 본 발명의 탄화실 상부의 카본 부착상태를 나타낸 사진이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 코크스 오븐의 사용 경련이 오래될수록 카본(80a)이 부착되는데, 카본(80a)은 코크스 건류 과정에서 발생하는 가스의 흐름을 막아 가스가 코크스 오븐 밖으로 유출되게 하며, 장입 레벨을 낮추어 코크스 생산량을 저감시키고, 코크스 오븐의 수명에 악영향을 미치기 때문에 일정한 수준 이하로 관리해야 한다.

도 5a는 본 발명의 탄화실의 상승관 하부의 카본 부착상태를 나타낸 사진이고, 도 5b는 도 5a를 확대한 사진이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 카본(80b)은 코크스 건류 중에 발생하는 가스의 주요 통로를 막아 원료탄 장입시 가스를 유출시키므로 일정한 수준 이하로 관리해야만 한다. 작업자가 주기적으로 탄화실의 상승관의 카본(10)을 제거한다 하더라도, 이는 관리기준 없이 획일적으로 진행되는 것이기 때문에 개별적인 탄화실의 특성을 반영하지 못하여 관리상의 효율이 떨어지게 된다.

도 6a는 본 발명의 탄화실 상부의 코크스 화상 촬영 사진이고, 도 6b는 본 발명의 탄화실 상부의 코크스 화상 픽셀 사진이며, 도 6c는 본 발명의 탄화실 상부의 3차원 화면 분석 사진이다.

트랜스퍼 카 상부에서 카메라를 통해 도 6a와 같이 탄화실 상부의 코크스 화상을 촬영하고, 도 6b와 같이 픽셀화하여 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산한다. 그리고, 도 6c와 같이 3차원 화면 분석을 통해 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화한다. 도 6c에서 a는 카본 퇴적물을 나타내고, b는 코크스 레벨을 나타낸다.

또한, 탄화실 상부에서 동시에 측정되는 코크스 레벨도 코크스 화상과 마찬가지로 픽셀화하고, 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산한 후, 3차원 화면 분석을 통해 수치화하는 것이 가능하다. 이것은 탄화실에 코크스를 제조하기 위한 원료탄이 어떤 형상으로 쌓이는지를 판단할 수 있는 중요한 지표로 쓰일 수 있기 때문에 장입 순서 조정에 활용되어 코크스 오븐의 연소 효율 향상에 기여할 수 있다.

도 7a은 본 발명의 상승관 하부의 코크스 화상 촬영의 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 상승관 하부의 코크스 화상 픽셀의 개념도이다.

석탄을 코크스 오븐에 넣고 공기가 없는 상태에서 건류시켜 코크스를 만드는 과정에서 석탄 중 휘발하는 성분에 의해 가스가 발생한다. 가스 발생 속도 및 가스 발생량은 석탄의 물성에 따라 다른데, 석탄이 너무 미분이거나 가스가 통하는 통로가 너무 좁으면 가스의 흐름이 빨라지며 상승관(11) 하부에 카본으로 부착된다. 퓨셔 카 하부에서 카메라를 통해 도 7a와 같이 탄화실(10)의 상승관(11) 하부를 촬영하면 카본의 부착 정도를 알 수 있다.

도 7b와 같이 탄화실(10)의 상승관(11) 하부의 카본의 형상을 픽셀화하여 픽셀화된 형상(점으로 표시된 부분) 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산한다. 그리고, 3차원 화면 분석을 통해 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화한다. 이것은 이동 기기의 무인화에 따라 오븐 관리에 넥 포인트(neck point)가 될 수 있는 상승관(11) 하부의 카본의 형상을 수치화할 수 있는 것으로 코크스 오븐의 로체 관리를 위해 반드시 필요하다.

도 1은 본 발명의 코크스 오븐의 정면도이다.

도 2a는 본 발명의 트랜스퍼 카가 설치된 코크스 오븐의 정면도이다.

도 2b는 본 발명의 코크스 가이드가 설치된 코크스 오븐의 정면도이다.

도 2c는 본 발명의 퓨셔 카가 설치된 코크스 오븐의 정면도이다.

도 2d는 본 발명의 퓨셔 램이 설치된 코크스 오븐의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 코크스 오븐의 형상을 화상 판독하는 장치 및 방법을 나타낸 블록도이다.

도 4a는 본 발명의 탄화실의 상승관 하부의 카본 부착상태를 나타낸 사진이다.

도 4b는 본 발명의 탄화실 상부의 카본 부착상태를 나타낸 사진이다.

도 5a는 본 발명의 탄화실의 상승관 하부의 카본 부착상태를 나타낸 사진이다.

도 5b는 도 5a를 확대한 사진이다.

도 6a는 본 발명의 탄화실 상부의 코크스 화상 촬영 사진이다.

도 6b는 본 발명의 탄화실 상부의 코크스 화상 픽셀 사진이다.

도 6c는 본 발명의 탄화실 상부의 3차원 화면 분석 사진이다.

도 7a은 본 발명의 상승관 하부의 코크스 화상 촬영의 개념도이다.

도 7b는 본 발명의 상승관 하부의 코크스 화상 픽셀의 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 탄화실 11 : 상승관

20 : 트랜스퍼 카 30 : 퓨셔 카

40, 50 : 카메라 60 : 코크스 가이드

70 : 퓨셔 램 80a, 80b : 카본

110 : 픽셀부 120 : 계산부

130 : 수치화부

Claims (4)

1. 카메라를 통해 촬영된 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치에 있어서,

   상기 코크스 오븐 내부의 형상을 픽셀화하는 픽셀부;

   상기 픽셀부에서 픽셀화된 형상 중에서 서로 다른 밝기로 구분되는 영역에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는 계산부; 및

   상기 계산부에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화하는 수치화부;

   를 포함하는 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터는, 상기 코크스 오븐의 탄화실 상부에 부착된 카본 퇴적물의 일 방향 길이에 관한 데이터 또는 상기 탄화실에 채워진 코크스의 레벨의 길이에 관한 데이터인 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터는, 상기 탄화실의 상승관 하부에 부착된 카본 퇴적물의 일 방향 길이에 관한 데이터인 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 장치.
4. 카메라를 통해 촬영된 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 방법에 있어서,

   픽셀부가 상기 코크스 오븐 내부의 형상을 픽셀화하는 제1단계;

   계산부가 상기 픽셀부에서 픽셀화된 형상 중에서 일정한 범위의 밝기를 나타내는 형상에 대응하는 픽셀의 수를 계산하는 제2단계; 및

   수치화부가 상기 계산부에서 계산된 픽셀의 수를 3차원 화면 분석을 통해 상기 픽셀의 수에 대응하는 길이의 데이터를 산출하여 수치화하는 제3단계;

   를 포함하는 코크스 오븐 내부의 형상을 화상 판독하는 방법.

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