KR101223104B1

KR101223104B1 - 철강공업로 조업 모니터링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101223104B1
Application number: KR1020100106219A
Authority: KR
Inventors: 전웅; 김기영
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2013-01-17
Also published as: KR20120044751A

Abstract

본 발명은 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 촬상하기 위한 카메라부와; 상기 카메라부를 통해 수집된 영상정보를 실시간으로 전송하기 위한 광섬유 케이블과; 상기 광섬유 케이블로부터 전송받은 영상정보를 분석하여 출선속도 및 출선구 직경을 산출하는 컴퓨터부와; 상기 컴퓨터부에서 산출된 결과를 화면에 표시하기 위한 모니터부로 구성되는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치와, 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 카메라에 의해 촬상하여 수집된 영상정보를 컴퓨터부가 실시간으로 분석하여 출선속도, 출선구 직경을 산출하는 제철로의 조업 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 제철로의 출선구에서 배출되는 고온 고속으로 이동하는 용선을 촬영할 수 있는 효과가 있다. 또한 이러한 촬영을 통하여 얻어지는 영상정보를 기초로 출선구에서 배출되는 용선의 출선속도, 출선구 직경 및 출선온도를 정확하게 측정 계산할 수 있는 효과가 있다. 따라서 상기와 같이 과학적인 방법으로 취득한 정보에 기초하여 제철로에서 배출되는 용선의 출선 개시 및 종료 시기(폐공 시점)를 미리 파악하여 결정할 수 있는 효과가 있다.

Description

철강공업로 조업 모니터링 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING AN OPERATION OF IRON ＆ STEEL-MAKING FURNACE}

본 발명은 제철로에서 배출되는 용선의 출선속도, 출선구 직경 및 출선온도를 산출하여 제철로의 조업을 모니터링하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철로의 출선구로부터 고온 고속으로 이동하는 용선을 촬영하여 분석하는 새로운 용선 촬영 장치를 이용하여 용선의 출선속도, 출선구 직경 및 출선온도를 측정함으로써, 정확한 출선속도, 출선구 직경, 출선온도의 변화를 파악할 수 있도록 하여 종래와 같이 제철로에서의 출선 작업의 개시 및 종료 시기를 사람의 경험과 직관에 의하여 판단하지 아니하고, 현장에서 과학적인 방법으로 획득한 용선에 관한 정밀한 정보에 의하여 출선 작업의 개시 및 종료시기 등을 명확히 판단할 수 있고, 그에 따른 제철로 조업의 모니터링이 가능한 제철로의 조업 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소에서의 제철로의 조업이란, 도 6에 도시된 바와 같이 고로(100)를 예로 들어 설명하면, 고로(100)의 내부에 원료인 광석(110)과 열원인 코크스(120)를 장입하여 송풍구(130)를 통해 열풍을 불어 넣어 환원 반응시키는 것으로 이러한 과정을 거쳐 발생하는 용융물(용선과 슬래그)은 고로(100)의 하부에 고이게 되고, 이렇게 고인 용융물(125)은 고로(100)의 하부에 마련된 출선구(140)를 통해 배출된다.

출선구(140)의 내부는 통상적으로 부정형의 내화재인 머드(Mud)재로 충진되어 있고, 내부의 용융물(125)을 외부의 대탕도(150)로 배출시키기 위해서는 출선구(140)가 개방되어야 한다. 상기 출선구(140)는 통상 도 7에 도시된 바와 같이 고로(100)의 세트 연와(160)와 결합되어 내부로 관통된 상태에서 외부 측으로 유입재(162)가 조인트 되고, 유입재의 내부에는 다시 스탬프재(Stamp Refractory; 164)가 시공된다.

이와 같은 출선구(140)를 개공시키기 위해서는 개공기(170)를 이용하여 출선구(140)를 굴착하고 이러한 출선구(140)를 통하여 용융물(125)이 외부로 분출될 수 있도록 유로를 형성해 주는 것이다. 이렇게 개공 작업이 완료되면, 일정시간 동안 도 6(b,c)에 도시된 바와 같이, 고로(100)의 용융물(125)의 배출을 유도한 후에 내부 용융물(125)의 배출이 거의 완료되는 시점에 머드건(180)을 출선구(140)로 선회시켜 머드재(172)를 출선구(140)에 충진하는 폐쇄작업이 이루어 진다. 이와 같이 출선구의 개공 및 폐쇄작업이 연속적으로 이루어지는 것을 출선작업이라 한다.

이러한 출선작업은 고로 조업에서 매우 큰 비중을 차지하는데, 출선작업은 고로마다 조금씩 차이는 있지만, 하루에 9 ~ 10회 정도 행해지고 있다. 이러한 출선작업에 있어서, 출선구(140)의 개공 시기를 늦게 하거나 폐쇄시기를 너무 빨리하게 되면 고로 내의 용융물(125)의 잔류량이 과다하게 되어 고로 내부의 압력이 상승하고, 이로 인하여 가스류의 불안정으로 인하여 노황의 불안정을 초래할 뿐만 아니라 심할 경우 송풍구(130)에 송풍되는 공기 공급로로 용융물(125)이 역류되어 조업을 중단해야 하는 상황이 발생할 수 있다.

반면에, 출선구(140)의 폐쇄시기를 너무 늦게 하면 고로(100) 내에서 가스가 분출하여 용선이 다량으로 출선구(140) 주위로 비산할 뿐만 아니라 출선구의 직경이 갑자기 커져서 출선구 폐쇄가 불가능한 상황이 생기거나 고로 내의 압력 감소 시 휴풍을 해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 일단, 이러한 상황이 발생하면 막대한 경제적 손실과 조업상 장애를 감수해야만 한다.

따라서 이러한 출선작업에 있어서 출선 개시 및 종료 시기를 결정하는 것은 제철로의 조업에서 가장 중요한 분야 중의 하나로서 지속적으로 관리되어야 하지만, 종래에는 단지 조업자의 경험과 직관에 기초하여 출선 말기쯤에 고로(100) 내의 용융물(125)의 배출이 끝까지 진행되어 송풍구(130)를 통해 들어가는 고압의 공기가 대기압 상태인 출선구(140) 밖으로 분출되는 현상인 공취 현상이 일어나면 고로(100) 내에 용융물이 없는 것으로 판단하여 출선구(140)를 폐쇄하여 출선작업을 완료하여 왔다.

때문에, 상기와 같은 출선 개시 및 종료 시기 결정 방법은 이러한 공취현상으로 인해 발생한 고로 내부의 큰 압력으로 인하여 로내의 용융물(125)이 멀리까지 분출하여 대탕도의 덮개를 손상시키게 되는 문제점이 있었다. 또한 출선작업에 있어서도 작업자가 항상 상주하여 개공기, 머드건 등의 작업을 진행하여야 하기 때문에 비효율적일 뿐만 아니라, 작업자가 고열, 분진과 비산 용융물에 그대로 노출되어 안전사고의 위험이 있는 등 조업 관리가 어려워 작업능률이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

한편, 일본 공개 특허공보 소-197511에서는 출선용재 중에 침적하는 열 매체 관통파이프를 통과하는 열 매체의 온도변화를 감지하여 출선의 폐쇄시기를 결정하는 방법을 고안하고 있으나, 이 방법은 실제 고로의 용재에 침적하도록 파이프를 설치하는 것은 불가능에 가깝기 때문에 실제의 고로에서는 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 출선 개시 및 종료 시점을 사람의 경험 및 직관에 의해서가 아니고 과학적인 방법으로 결정할 수 있도록 하기 위해서는, 제철로에서 배출되는 용선의 출선속도, 출선구의 직경 및 출선온도 등 용선에 관련된 다양한 정보의 취득이 절실하지만, 제철로의 용선은 출선될 때 온도가 너무 고온이며 출선 속도도 대단히 빠르기 때문에 용선의 측정은 불가능한 것으로 여겨져 왔다.

이중 출선속도를 예로들어 구체적으로 설명하면, 첫째, 제철로의 용선의 온도는 약 1600℃의 고온으로 접촉식 방법을 이용할 경우 센서가 고온에 녹아버리거나 손상이 가기 때문에 직접적으로 출선속도를 측정하는 것은 불가능하다. 또한 고온에서 발산하는 고휘도의 광량으로 인해 레이저 등의 광원을 이용한 측정 기구를 이용하여 측정할 수도 없다.

둘째, 출선속도가 초당 약 4m이상의 고속이기 때문에 일반적인 카메라를 이용하여서는 측정이 불가능하다. 따라서 카메라를 사용할 경우에는 고속 셔터 속도와 함께 초당 측정할 수 있는 프레임수가 대단히 높아야만 한다.

그러나, 현재까지 정확한 출선 속도를 측정할 수 있는 일반적인 장비는 존재하지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 제철로에서 배출되는 용선의 출선 개시 및 종료 시점을 정확히 결정할 수 있는 정보 취득과 제철로 조업의 모니터링이 가능하도록, 제철로의 출선구에서 고온이면서 고속으로 이동하는 용선을 정확히 촬영하여 용선에 관한 다양한 정보의 취득이 가능한 제철로의 조업 모니터링 장치의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 제철로의 조업 모니터링 장치를 이용하여 제철로의 출선구로부터 고온 고속으로 이동하는 용선의 출선속도, 출선구 직경 및 출선온도를 정확하게 산출함으로써 종래와 같이 제철로에서의 출선 작업의 개시 및 종료 시기를 사람의 경험과 직관에 의하여 판단하지 아니하고, 현장에서 과학적인 방법으로 획득한 용선에 관한 정밀한 정보에 의하여 출선 작업의 개시 및 종료시기 등을 명확히 판단할 수 있고, 그에 따른 안정적인 제철로 조업의 모니터링이 가능한 제철로의 조업 모니터링 방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 촬상하기 위한 카메라부와; 상기 카메라부를 통해 수집된 영상정보를 실시간으로 전송하기 위한 광섬유 케이블과; 상기 광섬유 케이블로부터 전송받은 영상정보를 분석하여 출선속도 및 출선구 직경을 산출하는 컴퓨터부와; 상기 컴퓨터부에서 산출된 결과를 화면에 표시하기 위한 모니터부로 구성되는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치를 제공한다.

이때, 상기 카메라부는 적외선 카메라가 포함되도록 구성되어, 상기 컴퓨터부에서 출선속도와 출선구 직경과 함께 출선온도를 산출하여 상기 모니터부의 화면에 산출된 결과를 표시하는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 카메라부는 카메라의 광량과 노출시간을 자동으로 제어하는 노광 제어기기를 포함하여 구성되는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 카메라부는 카메라를 수납하되, 냉각장치가 설치된 카메라 하우징을 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 카메라부는 카메라의 렌즈를 분진과 고온으로부터 보호하기 위한 방진수단을 포함하는 것에도 그 특징이 있다.

여기서, 상기 방진수단은 상기 카메라 하우징 뒷부분에서 압축공기를 공급받아 카메라 앞쪽을 향해 고속으로 압축공기를 방출함으로써 에어 커튼을 형성하는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 컴퓨터부는 출선속도를 산출하고, 출선구의 직경을 산출하기 위한 소프트웨어가 내장되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 카메라에 의해 촬상하여 수집된 영상정보를 컴퓨터부가 실시간으로 분석하여 출선속도, 출선구 직경을 산출하는 제철로의 조업 모니터링 방법에 있어서, 상기 출선속도의 산출은, 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 고속의 카메라를 이용하여 연속해서 두 장의 영상을 촬영하는 단계와; 상기 촬영된 영상을 광섬유 케이블을 통해 실시간으로 상기 컴퓨터부로 전송하는 단계와; 상기 컴퓨터부가 전송받은 영상을 비교 분석하여 동일한 패턴 영역의 픽셀 거리를 계산하고 이를 다시 실제 거리로 환산하여 용선의 속도를 산출하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법을 제공한다.

게다가, 상기 영상 촬영은 초당 200장의 영상을 촬영할 수 있고, 셔터 속도가 32,000분의 1초 이하의 속도로 설정된 고속 카메라로 촬영되는 것에도 그 특징이 있다.

여기서, 상기 픽셀 거리는 처음 획득한 영상에서 일정한 영역을 패턴영역으로 정하고, 두 번째 얻은 영상에서 처음의 영상에서 얻은 패턴영상과 일치하는 영역을 찾아 해당영역의 x, y 좌표 값을 계산하여 산출하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 실제 거리는 사용자가 임의로 알고 있는 값 (L1)의 물체를 측정 거리에 미리 두고, 영상을 획득한 후, 이것을 영상에서 찾은 픽셀거리(P1)로 나눈 값인 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 용선의 출선속도는 V(m/sec) = 200 x S(m/sec) 의 식으로 구하여 지는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 카메라에 의해 촬상하여 수집된 영상정보를 컴퓨터부가 실시간으로 분석하여 출선속도, 출선구 직경을 산출하는 제철로의 조업 모니터링 방법에 있어서, 상기 출선구 직경의 산출은, 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 고속의 카메라를 이용하여 출선구에 근접한 부위의 용선 스트림의 폭을 촬상하는 단계와; 상기 카메라에 의해 수집된 영상정보를 광섬유 케이블을 통해 실시간으로 컴퓨터부로 전송하는 단계와; 상기 컴퓨터부가 전송받은 영상정보를 분석하여 용선 스트림의 폭을 측정하는 단계와; 상기 컴퓨터부가 상기 측정된 폭 정보를 실제 출선구의 직경으로 환산하여 모니터부의 화면에 표시하는 단계로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법에도 그 특징이 있다.

이때, 상기 출선구에 근접한 부위의 용선 스트림의 폭은 출선구의 벽면으로부터 10cm 이내인 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 출선구의 직경을 화면에 표시하는 단계 후에, 상기 환산된 출선구의 직경이 80mm 이상이 되면 경보가 울리는 단계가 더 포함되는 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 컴퓨터부는 적외선 카메라에 의해 측정된 출선온도를 산출하여 산출된 결과를 모니터부의 화면에 함께 표시하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 제철로의 출선구에서 배출되는 고온 고속으로 이동하는 용선을 촬영할 수 있는 효과가 있다. 또한 이러한 촬영을 통하여 얻어지는 영상정보를 기초로 출선구에서 배출되는 용선의 출선속도, 출선구 직경 및 출선온도를 정확하게 측정 계산할 수 있는 효과가 있다. 따라서 상기와 같이 과학적인 방법으로 취득한 정보에 기초하여 제철로에서 배출되는 용선의 출선 개시 및 종료 시기(폐공 시점)를 미리 파악하여 결정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 출선 개시 시점을 미리 파악할 수 있어, 종래와 같이 제철로의 공취 현상으로 인해 발생한 제철로 내부의 큰 압력으로 인하여 로내의 용융물이 멀리까지 분출하여 대탕도의 덮개, 송풍구 등을 손상시키는 문제를 해결할 수 있으며, 또한 출선작업에 있어서도 작업자가 항상 대기 상태에서 개공기, 머드건 등의 작업을 진행할 필요가 없어지고 필요한 시점에만 대기하면 되므로 작업 효율이 향상되며, 또한 작업자가 고열, 분진과 비산 용융물에 노출되지 않아 안전사고의 위험이 줄어드는 효과가 있다.

또한, 제철로의 출선구로부터 배출되는 용선의 출선속도, 출선구 직경의 정확한 산출에 의해 출선구에 충진되는 머드재의 손상원인의 파악이 가능하고, 머드재의 현장 사용 품질의 정량적인 평가가 이루어 짐으로써 우수한 품질을 갖는 머드재의 개발목표의 설정이 가능하여 출선구의 용선 배출 기능이 강화되는 효과가 있다.

또한, 적외선 카메라를 이용하여 출선온도를 정확하게 산출함으로써 로내의 슬래그와 용융물의 배출 상태, 용선의 품질을 파악 가능하고, 그에 따른 원료 장입 속도와 송풍량을 조절하여 안정적인 제철로의 조업 관리가 용이해져 작업능률이 현저히 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 측정장치의 전체 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 측정장치의 구성 및 상호 연결을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 측정장치 중 카메라와 줌렌즈 등을 보호하기 위한 카메라 하우징 의 외관 및 내부 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 측정장치를 통해 용선의 영상을 획득하고 결과를 계산하고 저장하기까지의 과정을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
도 5는 본 발명의 측정장치를 통해 획득된 용선의 영상을 보여주는 컴퓨터 모니터 화면의 사진이다.
도 6은 종래의 기술에 따라서 출선구를 개공하는 상태를 도시한 설명도로서, 도 6(a)는 고로의 종단면도, 도 6(b)는 출선구를 통한 출선작업의 설명도, 도 6(c)는 머드건에 의한 머드재 충진작업을 도시한 설명도이다.
도 7은 종래의 기술에 따른 고로의 출선구 설명도로서, 도 7(a)는 고로의 머드재가 용강에 의해 침식되는 것을 보여주는 설명도, 도 7(b)는 출선구의 확대 단면 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 고로 출선구의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 제철로의 조업 모니터링 장치의 개념도이다.
도 10은 본 발명에 의한 출선구 직경 자동측정방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 11은 본 발명에 의한 카메라부의 외관 사진이다.
도 12는 제철로의 출선구로부터 배출된 용선 스트림 사진으로서, 도 12(a)는 용선 배출 개시후 30분 경과후 용선 스트림 사진, 도 12(b)는 용선 배출 개시후 90분 경과후 용선 스트림 사진, 도 12(c)도는 용선 배출 개시후 150분 경과후 용선 스트림 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명인 제철로의 조업 모니터링 장치는, 도 1및 도 2에 나타난 바와 같이 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 촬영하기 위하여 고속 카메라가 포함되는 카메라부(200)와, 상기 카메라를 통해 수집된 영상정보를 실시간으로 전송하기 위한 광섬유 케이블(300)과, 상기 광섬유 케이블로부터 전송받은 영상정보를 분석하여 출선속도 및 출선구 직경을 산출하는 컴퓨터부(400)와, 상기 컴퓨터부에서 산출된 결과를 표시하기 위한 모니터부(401)를 포함하여 구성된다.

상기 컴퓨터부(400)에는 출선속도를 산출하고, 출선구의 직경을 산출하기 위한 소프트웨어가 내장되어 있으며, 상기 모니터부(401)에는 용선의 출선속도와 출선구의 직경이 표시된다.

제철로의 출선구로부터 고온, 고속으로 출선되는 용선의 출선속도 등 측정은 고속의 카메라를 이용하여 측정한다. 도 1의 도면부호 101은 실제 출선되는 출선 용선을 고속 카메라로 촬영한 참조 영상이다. 출선되는 용선은 고온이면서 동시에 엄청난 고휘도이기 때문에 사람의 눈으로 직접 볼 수가 없으며, 카메라를 이용하여 측정하는 경우에도 조리개를 최소화 하거나 셔터 속도를 최대로 하여야 한다. 즉, 고로 용선의 영상을 정확하게 촬영하기 위해서는 카메라가 고속으로 영상을 획득할 수 있어야 하며, 동시에 매우 빠른 셔터속도를 제공하여야 한다.

고속 카메라의 의미는 1초에 촬영할 수 있는 사진의 장수가 고속임을 의미하며, 통상 1초에 촬영할 수 있는 사진의 장수를 프레임 수(Frame Rate) 라고 한다. 연속 영상을 획득하는 경우 매우 짧은 시간 간격을 두고 두 장의 영상을 획득하여야만 그 시간 동안 이동한 물체의 위치 추적이 가능하여 속도 측정이 가능하게 된다.

빠른 셔터속도의 의미는 움직이는 물체의 순간 정지 영상을 획득하기 위하여 셔터가 열렸다 닫히는 시간이 매우 짧아야 한다는 뜻이다. 셔터 속도가 느린 경우 셔터가 열려있는 동안 이동하는 물체의 상이 반영된 영상은 흐릿하게 포착되어 정확한 순간 영상을 얻지 못하는 결과를 가져온다.

따라서, 고로 용선의 고속 측정을 위해서는 고속의 프레임 수를 가지면서 동시에 셔터속도가 매우 빠른 카메라를 사용하여야 한다. 본 발명에서는 프레임 수 = 200프레임/초, 셔터속도 = 1/32,000 초를 사용하며, 일반적인 경우는 당연히 상황에 따라서 적합한 프레임 수와 셔터속도를 사용하여야 한다.

고속 카메라(202)는 줌렌즈(201)와 함께 구성되어 줌렌즈 컨트롤러(205)에 의하여 원거리에서 촬영이 가능하도록 구성되어 있으며, 도3 및 도9에 나타난 바와 같이 특수하게 제작된 하우징(500) 내부에서 고온과 분진의 영향을 적게 받으면서 최적 영상(102)을 획득할 수 있는 위치에 배치된다. 카메라부(200)는 카메라(12)를 수납하되, 냉각장치(13)가 설치된 카메라 하우징(500)을 포함한다.

상기 카메라부(200)는 카메라의 광량과 노출시간을 자동으로 제어하는 노광 제어기기(15)를 포함하여 구성된다. 또한 상기 카메라부는 카메라의 렌즈를 분진과 고온으로부터 보호하기 위한 방진수단(14)을 포함해도 좋다. 상기 방진수단은 도 3의 하단에 도시된 바와 같이 카메라 하우징(500)의 뒷부분에서 압축공기를 공급받아 카메라 앞쪽을 향해 고속으로 압축공기를 방출함으로써 에어 커튼을 형성하도록 할 수도 있다.

또한, 상기 카메라부는 도 2에 도시된 바와 같이 출선구에서 배출되는 용선의 출선온도를 측정하는 적외선 카메라(203)가 포함되도록 구성되어, 상기 컴퓨터부에서 출선속도와 출선구 직경과 함께 출선온도를 산출하여 상기 모니터부의 화면에 산출된 결과를 표시한다.

<용선의 출선속도 측정>

다음은 상기와 같은 본 발명의 장치를 이용하여 행하는 용선의 출선속도 측정방법에 관하여 상세하게 설명한다.

도4의 플로우 챠트를 참조하여 고속의 카메라를 이용하여 제철로에서 배출되는 용선의 출선속도를 측정하는 방법에 관하여 설명한다. 제철로의 출선 영상을 획득하기에 적합하도록 카메라부의 설치가 완료되면 맨 처음 카메라 및 장치의 초기화(401)를 실시한다. 초기화는 카메라의 초당 프레임 획득 수 설정 (예: 초당 200프레임 촬영), 셔터속도 설정 (예: 32,000 분의 1초 셔터속도 설정), 줌렌즈 설정 (줌인 줌아웃을 이용하여 최적의 영상 영역을 확보) 등이 있다. 이하부터는 초당 200프레임으로 설정한 경우를 예로 들어 설명한다.

초기화가 완료되면 고속 연속 영상 획득(402)의 단계로 진행하여, 초당 200프레임 촬영모드로 설정한 경우 카메라는 연속해서 두 장의 영상을 획득한다. 즉, 도 5에 나타난 바와 같은 영상 한 장을 획득(501)한 후, 다음 영상 한 장을 획득(502)하는 경우 두 장의 영상 획득 시간 간격은 200분의 1초가 된다.

다음은 영상처리 및 패턴 매칭(403) 작업과정으로서, 두 장의 획득한 영상 (501, 502)으로부터 동일한 패턴을 찾아서 200분의 1초 동안 이동한 거리를 계산하여야 한다. 즉 실제거리 환산 및 속도측정(404)을 진행한다.

첫 번으로 얻은 영상(501;

)과 두 번째로 얻은 영상(502;

) 두 장의 영상에서 동일한 패턴을 찾기 위한 과정을 보다 상세하게 설명한다. 처음 획득한 첫 번째 영상(501)에서 임의로 지정된 위치 (영상의 중심부분)에서 영상 상단부분으로 영상의 밝기 값을 검사하여 영상의 밝기 값이 중심부분보다 약 50% 이하로 어두워지는 부분을 찾고 이 점을 중심으로 일정한 영역을 비교코자 하는 패턴 영역(503)으로 정한다. 그리고는 두 번째로 얻은 영상(502)으로부터 첫 번째 영상에서 정한 패턴 영역(503)의 영상과 형태가 가장 유사한 영상을 갖는 부분을 찾으면 된다.

상기 첫 번째 영상의 패턴영역(503)에 나타난 영상을 제1패턴영상이라 하고, 상기 두 번째 영상의 패턴영역(504)에 나타난 영상을 제2 패턴영상이라 하자. 상기 두 번째 영상으로부터 첫 번째 영상에서 얻은 제1패턴 영상과 일치하는 영역을 찾기 위해서는 다음과 같은 수식에 의한 과정을 적용한다.

(식 1)

는 두 번째 영상의 실제 탐색영역을 나타낸다. 탐색영역은 첫 번째 영상의 패턴이 위치하는 영역을 중심으로 용선이 이동하는 방향으로 일정 영역을 지정한다. 위의 식은 첫 번째 영상(501)에서 얻은 제1패턴 영상과 차이가 가장 적은 오른쪽 두 번째 영상 내의 위치를 찾아 해당 영역의 (x, y) 좌표 값을 계산하는 것을 의미한다. 즉, 첫 번째 영상(501)에서 얻은 비교 기준이 되는 제1패턴 영상에 대응하는 제2패턴영상의 영역을 찾는 것이다. 이렇게 구해진 제2 패턴 영상의 대응 점 (x, y)을 찾으면 첫 번째 영상의 제1패턴 영상의 위치로부터의 픽셀 거리를 계산할 수 있다.

픽셀로 계산된 거리는 이를 실제 거리로 환산하여야 한다. 실제 거리를 환산하기 위해서는 이미 실제로 알고 있는 특정한 영상을 카메라로 촬영하여서 몇 픽셀에 해당하는지를 계산해서 반영하면 된다. 이를 위해서는 사용자가 임의로 알고 있는 길이 값 (L1 이라고 하자) 의 물체를 측정 거리에 미리 두고 영상을 획득한 뒤 영상에서 픽셀 거리(P1 이라고 하자)를 찾은 후 비율을 계산하면 된다. 즉, L1/P1 값이 한 픽셀에 해당하는 실제 거리를 반영한다고 볼 수 있다.

이제 연속해서 얻은 두 장의 영상으로부터 첫 번째 영상에서 용선 영상의 가장자리 부분을 찾고 기준 패턴 영역(503)을 얻은 후, 두 번째 영상에서 대응하는 패턴 영역(504)를 찾은 후 픽셀 거리를 계산하고, 실제거리/픽셀거리 비율을 곱하면 실제 이동 거리(S라고 하자) 가 나온다. 용선의 이동 속도를

라고 하면 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

이상의 출선속도 측정 방법을 다시 요약하면, 본 발명에서는 초당 약 200프레임을 촬영할 수 있는 고속의 카메라를 이용하여 1/200초 간격으로 2장의 출선 영상을 획득한다. 이때 셔터 속도는 고속의 용선의 순간 포착 및 용선의 고휘도 성분을 최소화 하고 최적의 영상을 얻기 위해 약 1/32,000초로 설정한다. 1/200초 간격으로 획득한 두 장의 영상을 바탕으로 용선의 가장자리에서 발생하는 불규칙 패턴을 서로 비교하여 1/200초 동안 이동한 용선의 거리를 측정한다. 영상에서 계산된 픽셀 거리는 실제 거리를 반영하여 다시 계산한 후 1/200초로 나누어서 초당 이동 속도를 계산한다.

상기와 같이 거리환산과 속도측정이 완료되면 이어서 결과 영상 및 속도정보 출력(405)을 행하고 결과 영상 및 데이터 저장(406)으로 필요 시에 이를 꺼내어 활용할 수 있도록 한다.

<용선 출선구 직경의 측정>

다음은 상기와 같은 본 발명의 장치를 이용하여 행하는 용선 출선구의 직경 측정방법에 관하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명하는 출선구의 직경을 촬영하기 위한 방법과 장치들은 단지 출선구의 직경 측정에만 관련된 것은 아니며, 필요 가능한 범위에서 앞서 설명된 본 발명의 측정장치 등 본 발명 전체에 걸쳐 적용 가능하다.

본 발명은 제철로의 내부의 용융물을 배출시키는 출선구 직경을 측정하기 위하여, 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 고속의 카메라를 이용하여 출선구에 근접한 부위의 용선 스트림의 폭을 촬상하는 단계와; 상기 카메라에 의해 수집된 영상정보를 광섬유 케이블을 통해 실시간으로 컴퓨터부로 전송하는 단계와; 상기 전송받은 영상정보를 분석하여 용선 스트림의 폭을 측정하는 단계와; 상기 측정된 폭 정보를 실제 출선구의 직경으로 환산하여 화면에 표시하는 단계로 이루어 진다.

도 10을 참조하여 부연 설명하면, 본 발명의 출선구 직경 측정 방법은, 상기 출선구에 근접한 부위의 용선 스트림의 폭을 자동으로 카메라에 의해 촬상하는 단계(S10)와, 상기 카메라에 의한 촬상 단계 후에, 상기 카메라에 의해 수집된 영상정보를 광섬유 케이블을 통하여 실시간으로 정보 분석이 가능한 컴퓨터부로 전송하는 단계(S15)와, 상기 카메라에 의해 수집된 영상정보를 수신 받아 내장 소프트웨어를 통해 자동 분석하여 상기 출선구에 가장 근접한 부위의 용선 스트림의 폭을 측정하는 단계(S20)와, 상기와 같이 측정된 폭 정보를 실제 출선구의 직경으로 자동 환산하여 화면에 표시하는 단계(S30)를 포함하여 구성된다.

도 8, 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명은 출선구를 향하여 설치된 카메라(12)에 의해 출선구(140)를 통해 배출되는 용선 스트림(11)을 촬상하고, 촬상된 영상정보를 광섬유케이블(300)을 통하여 실시간으로 컴퓨터부(400)에 전송을 하게 되며, 상기 컴퓨터부에서는 영상정보를 수신 받은 후, 내장된 분석 소프트웨어를 사용한 영상정보의 자동분석을 통하여 출선구(140)에 가장 근접한 부위의 용선 스트림의 폭이 측정되며, 출선구에 가장 근접한 부위의 용선 스트림의 폭이 출선구 직경과 동일하다는 원리를 이용하여 출선구의 직경으로 환산되어 화면에 표시된다.

다만, 출선구(140)에 가장 근접한 부위의 용선 스트림(11)의 폭을 출선구 직경으로 환산하는데 있어서 보다 정밀한 결과를 얻기 위해서는, 용선 스트림을 카메라(12)에 의해 촬상한 영역 중 출선구의 벽면(19)으로부터 10 cm 이내의 범위의 용선 스트림(11)의 폭을 측정하는 것이 바람직하다. 이는 도 8의 도시에서 S1 ~ S2 의 범위내이다.

한편, 본 발명은 상기 출선구 직경을 화면에 표시하는 단계(S30)후에, 상기 환산된 출선구의 직경이 80 mm 이상이 되면 경보가 울리는 단계(S35)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출선구 직경 자동측정방법을 포함한다. 출선구의 직경이 80 mm 이상이 되면, 제철로 내에서 가스가 분출하여 용선이 다량으로 출선구(140) 주위로 비산할 뿐만 아니라 출선구의 직경이 갑자기 커져서 출선구 폐쇄가 불가능한 상황이 생기거나 제철로 내의 압력 감소 시 휴풍을 해야 하는 상황이 발생하여 경제적 손실과 조업상 장애를 감수해야만 하기 때문에, 상기 출선구 직경이 화면에 표시되었을 때에 그 직경이 80 mm 이상이 되면 경보를 울리게 하여 머드건(180)에 의하여 출선구를 적절한 시기에 폐쇄할 수 있게 되므로 출선구를 효율적이고 용이하게 관리하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명에 의한 출선구의 직경을 자동 측정한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 11은 본 발명에 의한 카메라부의 외관 사진을 나타낸 것이고, 도 12는 출선구로부터 배출된 용선 스트림 사진으로서, 도 12(a)는 용선 배출 개시후 30분 경과후 용선 스트림 사진, 도 12(b)는 용선 배출 개시후 90분 경과후 용선 스트림 사진, 도 12(c)는 용선 배출 개시후 150분 경과후 용선 스트림 사진을 나타낸 것이다.

도 12의 사진에서와 볼 수 있는 것과 같이, 제철로의 출선구(140)로부터 용선이 배출되는 시간이 길어질수록, 즉, 용선의 배출량이 증가할 수록, 내화물로 구성된 출선구가 용선에 의해 침식, 마모됨에 따라 출선구의 직경이 점점 증가하고, 이러한 현상이 본 발명에 의한 카메라(12)에 의해 촬상되어 그 확대 사진이 효과적으로 영상화 된 것을 확인할 수 있다.

도 12의 사진에서 나타난 것과 같이, 제철로의 출선구로부터 용선이 배출되는 시간에 따라서 용선 스트림 이미지에서 용선 스트림과 주변의 음영차이가 존재하므로, 이와 같이 촬상된 용선 스트림 이미지에서 출선구에 가장 인접한 부위의 용선 스트림의 폭을 측정하고, 이렇게 측정된 용선 스트림의 폭이 출선공 직경과 동일하다는 원리를 이용하여 출선구 직경을 측정하게 됨으로써, 용선의 배출시간에 따른 출선공 직경의 변화를 실시간으로 관찰하여 시간에 따라 확대되는 출선공의 직경에 따라 작업자가 용이하게 대처를 할 수 있게 되어 조업안정성을 도모하고 조업 트러블을 방지할 수 있게 되는 것이다.

<용선의 출선온도 측정>

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카메라부의 내부에는 적외선 카메라(203)가 설치되어 있어, 제철로의 출선구로부터 배출되는 용선의 출선온도의 측정이 가능하다. 이때, 상기 적외선 카메라(203)는 도 3에 도시된 적외선 카메라 컨트롤러에 의해 제어된다.

그리고, 제철로의 출선구를 통해 용선 이외에도 슬래그가 배출되는데, 통상, 용선의 온도는 1,400~1,550℃의 범위이고, 슬래그의 온도는 1550℃ 이상이다. 따라서, 적외선 카메라를 이용하여 1,400~1,550℃ 구간 범위내의 온도가 측정되었다면 이는 슬래그 배출이 원활치 못하고 용선만이 배출되고 있음을 알 수 있고, 1550℃ 이상의 온도가 측정되었다면 슬래그가 용선에 다수 혼합되어 배출되고 있음을 알 수 있다.

또한, 용선의 온도가 과도하게 높게 나타난 경우에는, 제철로 내부에 설치된 내화물의 침식량이 증가하고, 용선중 Si 함량 증가로 인해 용선의 품질이 저하되며, 에너지 효율도 감소되는 바, 이때는 원료 장입량을 줄이고, 송풍량을 감소시켜 온도를 저하시킨다.

반대로, 용선의 온도가 과도하게 낮게 나타난 경우에는, 슬래그의 배출량이 적어 조업에 문제가 발생하게 되므로, 송풍량을 증가시켜 온도를 증가시키고, 제철로의 다른 방향에 위치한 출선구를 개방하여 슬래그를 배출시킨다.

11: 용선 12 : 카메라
13 : 냉각박스 14 : 방진수단
15 : 노광제어기기 18 : 영상분석부
19 : 벽면
100 : 고로 110 : 광석
120 : 코크스 125 : 용융물
130 : 송풍구 140 : 출선구
150 : 대탕도 160 : 세트연와
162 : 유입재 164 : 스탬프재
170 : 개공기 172 : 머드재
180 : 머드건
200 : 카메라부 300 : 광섬유 케이블
400 : 컴퓨터부 401 : 모니터부
500 : 카메라 하우징

Claims

제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 촬상하기 위한 카메라부와;
상기 카메라부를 통해 수집된 영상정보를 실시간으로 전송하기 위한 광섬유 케이블과;
상기 광섬유 케이블로부터 전송받은 영상정보를 분석하여 출선속도 및 출선구 직경을 산출하는 컴퓨터부와;
상기 컴퓨터부에서 산출된 결과를 화면에 표시하기 위한 모니터부를 포함하고,
상기 컴퓨터부는 상기 카메라부에 의해 연속해서 촬영된 처음 획득한 제1영상의 지정된 위치에서 영상 상단부분으로 영상의 밝기 값이 중심부분보다 50% 이하로 어두워지는 기준점을 중심으로 일정한 영역을 제1패턴 영역으로 정하고, 두 번째로 얻은 제2영상으로부터 상기 제1패턴 영역에 해당되는 제2패턴 영역을 탐색하여, 상기 기준점과 상기 기준점에 대응하는 상기 제2패턴 영역내의 점의 x, y 좌표 값을 비교하여 픽셀 거리를 계산하고 이를 다시 실제 거리로 환산하여 용선의 출선속도를 산출하며,
상기 컴퓨터부는 상기 영상정보를 분석하여 용선 스트림의 폭을 측정하여 실제 출선구의 직경으로 환산함으로써 상기 용선 스트림의 직경을 산출하는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 카메라부는 적외선 카메라가 포함되도록 구성되어, 상기 컴퓨터부에서 출선속도와 출선구 직경과 함께 출선온도를 산출하여 상기 모니터부의 화면에 산출된 결과를 표시하는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 카메라부는 카메라의 광량과 노출시간을 자동으로 제어하는 노광 제어기기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제3항에 있어서,
상기 카메라부는 카메라를 수납하되, 냉각장치가 설치된 카메라 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제4항에 있어서,
상기 카메라부는 카메라의 렌즈를 분진과 고온으로부터 보호하기 위한 방진수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제5항에 있어서,
상기 방진수단은 상기 카메라 하우징 뒷부분에서 압축공기를 공급받아 카메라 앞쪽을 향해 고속으로 압축공기를 방출함으로써 에어 커튼을 형성하는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 컴퓨터부는 출선속도를 산출하고, 출선구의 직경을 산출하기 위한 소프트웨어가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 장치.
제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 카메라에 의해 촬상하여 수집된 영상정보를 컴퓨터부가 실시간으로 분석하여 출선속도, 출선구 직경 및 출선온도를 산출하는 제철로의 조업 모니터링 방법에 있어서,
상기 출선속도의 산출은, 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 고속의 카메라를 이용하여 연속해서 두 장의 제1영상 및 제2영상을 촬영하는 단계와;
상기 제1영상 및 상기 제2영상을 광섬유 케이블을 통해 실시간으로 상기 컴퓨터부로 전송하는 단계와;
상기 컴퓨터부가 상기 제1영상의 지정된 위치에서 영상 상단부분으로 영상의 밝기 값이 중심부분보다 50% 이하로 어두워지는 기준점을 중심으로 일정한 영역을 제1패턴 영역으로 설정하고, 상기 제2영상으로부터 상기 제1패턴 영역에 해당되는 제2패턴 영역을 탐색하여, 상기 기준점과 상기 기준점에 대응하는 상기 제2패턴 영역 내의 점의 x, y 좌표 값을 비교하여 픽셀 거리를 계산하고 이를 다시 실제 거리로 환산하여 용선의 출선속도를 산출하는 단계;로 이루어지며,
상기 출선구 직경의 산출은, 제철로의 출선구에서 배출되는 용선을 고속의 카메라를 이용하여 출선구에 근접한 부위의 용선 스트림의 폭을 촬상하는 단계와;
상기 카메라에 의해 수집된 영상정보를 광섬유 케이블을 통해 실시간으로 컴퓨터부로 전송하는 단계와;
상기 컴퓨터부가 전송받은 영상정보를 분석하여 용선 스트림의 폭을 측정하는 단계와;
상기 컴퓨터부가 상기 측정된 폭 정보를 실제 출선구의 직경으로 환산하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
제8항에 있어서,
상기 영상 촬영은 초당 200장의 영상을 촬영할 수 있고, 셔터 속도가 32,000분의 1초 이하의 속도로 설정된 고속 카메라로 촬영되는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 실제 거리는 사용자가 임의로 알고 있는 값 (L1)의 물체를 측정 거리에 미리 두고, 영상을 획득한 후, 이것을 영상에서 찾은 픽셀거리(P1)로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
제8항에 있어서,
상기 용선의 출선속도는 V(m/sec) = 200 x S(m/sec) 의 식으로 구하여 지는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
여기에서 V는 출선속도, S는 실제이동 거리이다.
삭제
제8항에 있어서,
상기 출선구에 근접한 부위의 용선 스트림의 폭은 출선구의 벽면으로부터 10cm 이내인 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
제8항에 있어서,
상기 출선구의 직경을 화면에 표시하는 단계 후에, 상기 환산된 출선구의 직경이 80mm 이상이 되면 경보가 울리는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
제8항에 있어서,
상기 출선온도의 산출은, 상기 카메라의 내부에 설치된 적외선 카메라에 의해 출선온도가 측정되는 단계와;
상기 적외선 카메라에 의해 측정된 출선온도가 모니터부의 화면에 실시간으로 표시되는 단계와;
상기 표시된 출선온도에 의거 제철로의 조업환경이 조절되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.
제16항에 있어서,
상기 조업환경 조절은 측정된 출선온도가 1400~1550℃ 범위내이면 정상적으로 조업을 행하고, 1400℃ 이하이거나 1550℃ 이상이면 원료장입량, 송풍량을 증가 또는 감소시켜서 조절하는 것을 특징으로 하는 제철로의 조업 모니터링 방법.