KR100992881B1 - 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법 - Google Patents

길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미분탄 및 공기의 혼합물을 용광로의 내부로 투입하되 선단이 일측으로 굴곡진 랜스(110)와; 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(110)의 외경을 감싸며 일측에서 상기 랜스(110)에 결합된 외통(120)과; 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(110)와 외통(120)의 사이에 전후로 이동 가능하도록 내부에 삽입되며 일단이 블로우 파이프(A)의 외벽과 결합되며 외경에 나선부가 형성된 내통(130)과; 상기 외통(120)과 내통(130) 사이에 회전 가능하게 결합되며 내경에 상기 내통(130)의 나선부와 나선결합되는 구동기어(140)와; 상기 구동기어(140)를 회전시키기 위한 제1구동부재(150)로 이루어지는 미분탄 혼합장치에 있어서, 상기 랜스(110)의 후방 일측에 형성되는 제2구동부재(160)와; 용광로의 점검창(C)에 설치되는 카메라(210)와; 상기 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 영상을 판독하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시키기 위한 제어부(200)를 포함하는 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치를 제어하기 위한 방법에 있어서, 용광로의 점검창(C)에 설치된 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 컬러이미지를 입력받는 단계와; 상기 입력된 화염의 컬러이미지를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리하는 단계와; 상기 분리된 컬러이미지의 밝기를 분석하는 단계와; 상기 분석된 컬러이미지를 흑백이미지로 변환하는 단계와; 상기 변환된 흑백이미지의 영역을 산출하는 단계와; 상기 산출된 흑백이미지의 크기와 위치를 기준으로 제1구동부재(150) 및 제2 구동부재(160)를 작동시켜 랜스(110)의 길이와 각도를 조절하는 단계를 포함하는 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 지금까지 단순히 작업자가 시각적으로 화염의 크기와 위치를 확인하던 수동방식을 탈피하여 실시간으로 촬영된 화염의 영상을 기준으로 랜스의 길이 및 각도를 자동으로 조절할 수 있으므로 미분탄의 연소효율을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 실시간으로 촬영된 화염의 영상에서 불필요한 주변 화염을 여과한 후 연소효율을 결정하는 조절 화염만을 추출할 수 있으므로 검출작업에 대한 정확성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다. 특히 본 발명은 실시간으로 촬영된 화염의 영상에 따라서 신속한 조치가 가능하므로 안전사고를 사전에 방지함은 물론 생산효율을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.
고로, 미분탄, 랜스, 길이, 각도, 조절, 화염, 영상, 촬영, 제어, 방법

Description

길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법{Method control and device mixing dust coal with length and angle adjustable}
본 발명은 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화염을 실시간으로 촬영하여 불필요한 주변 화염을 여과한 후 실질적인 조절 화염의 크기 및 위치에 따라서 자동으로 길이 및 각도를 조절함으로써 미분탄의 연소효율을 극대화할 수 있도록 하는 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 고로 조업은 용광로(고로)의 내부에 철광석과 코크스 등을 장입시킨 후 고온의 열풍을 용광로에 공급하여 철광석과 코크스를 용융 및 환원시켜 쇳물을 생산하게 된다.
이때 열원으로 사용되는 코크스의 공급량을 조절하기 위한 방안으로, 본 출원인은 도 1에 도시된 바와 같이 미분탄 및 공기의 혼합물을 용광로의 내부로 투입하되 선단이 일측으로 굴곡진 랜스(10)와, 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(10)의 외경을 감싸며 일측에서 상기 랜스(10)에 결합된 외통(20)과, 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(10)와 외통(20)의 사이에 전후로 이동 가능하도록 내부에 삽입되며 일단이 블로우 파이프(A)의 외벽과 결합되며 외경에 수나사가 형성된 내통(30)과, 상기 외통(20)과 내통(30) 사이에 회전 가능하게 결합되며 내경에 상기 내통(30)의 수나사와 나선결합되는 구동기어(40)와, 상기 구동기어(40)를 회전시키기 위한 구동부재(50)를 포함하는 "길이 조절이 가능한 미분탄 혼합장치"를 국내특허등록 제0653398호로 안출한 바가 있다.
그러나 종래의 "길이 조절이 가능한 미분탄 혼합장치"는 작업자가 점검창(C)을 통해서 화염의 크기 및 위치를 시각적으로 확인한 후 상기 랜스(10)의 위치를 조절하고 있으나, 이는 작업자가 시각적으로 주변 화염이 아닌 실질적인 조절 화염의 크기 및 위치를 정확하게 판독하기란 현실적으로 불가능하므로 화염의 크기 및 위치의 판독에 대한 신뢰성 및 의구심을 배제할 수 없는 문제점을 갖게 되었다.
또한, 1기의 용광로에 수십 개가 넘는 블로우 파이프(A)와 풍구(B)가 형성됨을 감안할 경우 작업자가 일일이 화염의 크기 및 위치를 확인해야 하는 번거로움이 발생하여 작업효율을 저하시킴은 물론 조업지연을 유발시키는 문제점을 갖게 되었다.
특히 종래의 "길이 조절이 가능한 미분탄 혼합장치"는 선단이 일측으로 굴곡진 랜스(10)의 특성상 화염의 크기 및 위치에 따라서 랜스(10)의 전방 또는 후방으로만 이동시킬 경우에는 풍구(B)의 중심에 일치시키기가 어려워 고로 조업중에 발생하는 열풍의 역류로 인해서 원활한 미분탄 취입이 불가능하고, 특히 열변형이 발생하여 풍구(B)와 랜스(10)가 쉽게 파손되는 심각한 문제점을 갖게 되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 화염의 영상을 실시간으로 촬영하여 크기와 위치에 따라서 랜스의 길이 및 각도를 자동으로 조절하기 위한 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 화염의 영상을 실시간으로 촬영하여 주변 화염을 여과한 후 실질적으로 연소효율을 결정하는 조절 화염의 크기와 위치를 추출하기 위한 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명은 미분탄 및 공기의 혼합물을 용광로의 내부로 투입하되 선단이 일측으로 굴곡진 랜스(110)와; 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(110)의 외경을 감싸며 일측에서 상기 랜스(110)에 결합된 외통(120)과; 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(110)와 외통(120)의 사이에 전후로 이동 가능하도록 내부에 삽입되며 일단이 블로우 파이프(A)의 외벽과 결합되며 외경에 나선부가 형성된 내통(130)과; 상기 외통(120)과 내통(130) 사이에 회전 가능하게 결합되며 내경에 상기 내통(130)의 나선부와 나선결합되는 구동기어(140)와; 상기 구동기어(140)를 회전시키기 위한 제1구동부재(150)로 이루어지는 미분탄 혼합장치에 있어서, 상기 랜스(110)의 후방 일측에 형성되는 제2구동부재(160)와; 용광로의 점검창(C)에 설치되는 카메라(210)와; 상기 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 영상을 판독하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시키기 위한 제어부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명은 용광로의 점검창(C)에 설치된 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 컬러이미지를 입력받는 단계와; 상기 입력된 화염의 컬러이미지를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리하는 단계와; 상기 분리된 컬러이미지의 밝기를 분석하는 단계와; 상기 분석된 컬러이미지를 흑백이미지로 변환하는 단계와; 상기 변환된 흑백이미지의 영역을 산출하는 단계와; 상기 산출된 흑백이미지의 크기와 위치를 기준으로 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시켜 랜스(110)의 길이와 각도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지금까지 단순히 작업자가 시각적으로 화염의 크기와 위치를 확인하던 수동방식을 탈피하여 실시간으로 촬영된 화염의 영상을 기준으로 랜스의 길이 및 각도를 자동으로 조절할 수 있으므로 미분탄의 연소효율을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 실시간으로 촬영된 화염의 영상에서 불필요한 주변 화염을 여과한 후 연소효율을 결정하는 조절 화염만을 추출할 수 있으므로 검출작업에 대한 정확성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
특히 본 발명은 실시간으로 촬영된 화염의 영상에 따라서 신속한 조치가 가능하므로 안전사고를 사전에 방지함은 물론 생산효율을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구성을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 구성을 나타내기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명에서 제어부를 나타내기 위한 구성도이며, 도 5는 본 발명 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 설치상태를 나타내기 위한 참고도를 도시한 것이다.
상기 제2구동부재(160)는 상기 랜스(110)의 선단이 일측으로 굴곡진 특성상 미분탄의 연소효율에 따라서 풍구(B)의 중심에 일치할 수 있도록 상기 랜스(110)를 회전시키기 위한 역할을 수행한다.
이를 위한 상기 제2구동부재(160)는 상기 랜스(110)의 후방 일측에 결합되는 회전기어(161)와, 상기 회전기어(161)와 맞물려 회전시키기 위한 기어가 회전축에 결합된 구동모터(162)로 이루어진다.
이때 상기 구동모터(162)의 선단에는 별도의 기어(미 도시됨)를 장착하여 상기 회전기어(161)를 회전시킬 수 있음은 물론 선단의 회전축에 기어가 일체형으로 형성된 구동모터를 적용할 수도 있다.
특히 상기 구동모터(162)는 다양한 형태와 구조를 갖는 모터를 사용할 수 있으나, 회전속도를 조절할 수 있는 공지의 서버모터 또는 스테핑모터를 사용함이 바람직하다.
본 발명에서 상기 카메라(210)는 풍구(B)의 내부에 발생되는 화염의 크기와 위치를 실시간으로 촬영하기 위한 수단으로 사용된다.
이때 상기 카메라(210)는 화염의 컬러이미지를 실시간으로 촬영할 수 있음은 물론 고온에서 견딜 수 있도록 내열처리된 특수 카메라를 사용함이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 상기 제어부(200)는 상기 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 컬러이미지에 대한 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기(220)와; 상기 A/D변환기(220)와 연결되어 촬영된 화염의 컬러이미지를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리한 후, 컬러이미지의 밝기를 분석하고, 분석된 컬러이미지를 흑백이미지로 변환하기 위한 이미지 변환부(230)와; 상기 이미지 변환부(230)로부터 전달받은 흑백이미지의 크기와 위치를 산출 및 연산하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시키기 위한 중앙처리장치(240)와; 상기 중앙처리장치(240)와 연결되어 산출 및 연산처리된 화염의 흑백이미지와 데이터를 작업자에게 표시하기 위한 표시부재(250)와, 상기 중앙처리장치(240)와 연결되어 산출 및 연산처리된 화염의 흑백이미지 및 데이터를 저장하기 위한 저장부재(260)와; 상기 중앙처리장치(240)와 연결되어 작업자가 화염의 적절한 크기 등과 같은 설정 값을 입력할 수 있음은 물론 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 수동으로 작동시키기 위한 제어버튼을 구비하는 입력부재(270)로 이루어진다.
상기 이미지 변환부(230)는 화염의 컬러이미지를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리하게 되는데, 이러한 이유는 온도에 따라서 주변 화염과 조절 화염의 색상이 서로 상이하게 되므로 이렇게 분리된 색상과 밝기를 기준으로 실질적으로 연소효율을 좌우하는 고온의 조절 화염을 분석(추출)하게 된다.
이때 분석된 컬러이미지는 다시 흑백이미지로 변화하면서 고온의 조절 화염은 밝게 보이고, 나머지 부분은 어둡게 보이므로 조절 화염의 영역(크기와 위치)을 명확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 상기 중앙처리장치(240)는 검출된 화염의 영역과 기존에 입력된 설정 값과 대비하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시켜 상기 랜스(110)의 길이를 조절하거나 회전시켜 미분탄의 분사방향과 위치를 제어하는 역할을 수행한다.
그리고 상기 표시부재(250)는 화염의 검출영역 및 등을 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 모니터가 사용된다.
상기 저장부재(260)는 상기 중앙처리장치(240)에서 연산처리된 데이터를 저장할 수 있도록 USB메모리 또는 하드디스크 등과 같은 다양한 종류의 저장매체가 사용된다.
또한, 상기 입력부재(270)는 사용자가 손쉽게 활용할 수 있는 키보드 또는 터치 패널 등과 같은 다양한 입력수단이 사용된다.
상기한 바와 같은 본 발명 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 제어방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 용광로의 점검창(C)에 설치된 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 컬러이미지를 입력받게 된다.
이때 입력된 화염의 컬러이미지는 상기 이미지 변환부(230)를 통해서 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리하여 화염의 온도분포를 구분하게 된다.
이렇게 분리된 화염의 컬러이미지는 온도에 따라서 색상분포가 상이하므로 이에 대한 밝기를 분석하게 된다.
다음으로 분석된 화염의 컬러이미지는 상기 이미지 변환부(230)를 통해서 흑백이미지로 변환되므로 밝기가 서로 상이한 조절 화염과 주변 화염을 명확하게 분리할 수 있게 된다.
이렇게 검출된 흑백이미지는 상기 중앙처리장치(240)를 통해서 조절 화염의 크기와 위치를 산출하게 되므로, 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시켜 상기 랜스(110)의 길이와 각도를 조절하면서 제어를 종료하게 된다.
따라서 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 카메라(210)를 통해서 풍구(B)의 외부로 발생되는 화염의 영역을 실시간으로 촬영한 후 고온의 조절 화염만을 추출하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시켜 미분탄의 연소효율을 증대시킬 수 있게 된다.
이처럼 상기와 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범 위에 있는 구성까지 본 발명의 권리범위에 포함됨은 당연할 것이다.
도 1 - 종래 미분탄 혼합장치의 구성을 나타내기 위한 단면도.
도 2 - 종래 미분탄 혼합장치의 설치상태를 나타내기 위한 참고도.
도 3 - 본 발명 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 구성을 나타내기 위한 단면도.
도 4 - 본 발명에서 제어부를 나타내기 위한 구성도.
도 5 - 본 발명 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 설치상태를 나타내기 위한 참고도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 종래 미분탄 혼합장치
10: 랜스(Lance) 20: 외통
30: 내통 40: 구동기어
50: 구동부재
100: 본 발명 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치
110: 랜스 120: 외통
130: 내통 140: 구동기어
150: 제1구동부재 160: 제2구동부재
161: 회전기어 162: 구동모터
200: 제어부 210: 카메라
220: A/D변환기 230: 이미지 변환부
240: 중앙처리장치 250: 표시부재
260: 저장부재 270: 입력부재
A: 블로우 파이프 B: 풍구
C: 점검창

Claims (4)

  1. 미분탄 및 공기의 혼합물을 용광로의 내부로 투입하되 선단이 일측으로 굴곡진 랜스(110)와; 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(110)의 외경을 감싸며 일측에서 상기 랜스(110)에 결합된 외통(120)과; 중공 원통 형상을 이루며 상기 랜스(110)와 외통(120)의 사이에 전후로 이동 가능하도록 내부에 삽입되며 일단이 블로우 파이프(A)의 외벽과 결합되며 외경에 나선부가 형성된 내통(130)과; 상기 외통(120)과 내통(130) 사이에 회전 가능하게 결합되며 내경에 상기 내통(130)의 나선부와 나선결합되는 구동기어(140)와; 상기 구동기어(140)를 회전시키기 위한 제1구동부재(150)로 이루어지는 미분탄 혼합장치에 있어서,
    상기 랜스(110)의 후방 일측에 형성되는 제2구동부재(160)와; 용광로의 점검창(C)에 설치되는 카메라(210)와; 상기 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 영상을 판독하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시키기 위한 제어부(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제2구동부재(160)는 상기 랜스(110)의 후방 일측에 결합되는 회전기어(161)와, 상기 상기 회전기어(161)와 맞물려 회전시키기 위한 기어가 회전축에 결합된 구동모터(162)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 길이와 각 도조절이 가능한 미분탄 혼합장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(200)는 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 컬러이미지에 대한 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기(220)와; 상기 A/D변환기(220)와 연결되어 촬영된 화염의 컬러이미지를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리한 후, 컬러이미지의 밝기를 분석하고, 분석된 컬러이미지를 흑백이미지로 변환하기 위한 이미지 변환부(230)와; 상기 이미지 변환부(230)로부터 전달받은 흑백이미지의 크기와 위치를 산출 및 연산하여 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시키기 위한 중앙처리장치(240)와; 상기 중앙처리장치(240)와 연결되어 산출 및 연산처리된 화염의 흑백이미지와 데이터를 작업자에게 표시하기 위한 표시부재(250)와, 상기 중앙처리장치(240)와 연결되어 산출 및 연산처리된 화염의 흑백이미지 및 데이터를 저장하기 위한 저장부재(260)와; 상기 중앙처리장치(240)와 연결되어 작업자가 화염의 적절한 크기 등과 같은 설정 값을 입력할 수 있음은 물론 상기 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 수동으로 작동시키기 위한 제어버튼을 구비하는 입력부재(270)가 포함되는 것을 특징으로 하는 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치.
  4. 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    용광로의 점검창(C)에 설치된 카메라(210)를 통해서 실시간으로 촬영된 화염의 컬러이미지를 입력받는 단계와;
    상기 입력된 화염의 컬러이미지를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)으로 분리하는 단계와;
    상기 분리된 컬러이미지의 밝기를 분석하는 단계와;
    상기 분석된 컬러이미지를 흑백이미지로 변환하는 단계와;
    상기 변환된 흑백이미지의 영역을 산출하는 단계와;
    상기 산출된 흑백이미지의 크기와 위치를 기준으로 제1구동부재(150) 및 제2구동부재(160)를 작동시켜 랜스(110)의 길이와 각도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 길이와 각도조절이 가능한 미분탄 혼합장치의 제어방법.
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