KR101421561B1

KR101421561B1 - 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101421561B1
Application number: KR1020130005670A
Authority: KR
Inventors: 박위상; 최두석
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-07-23

Abstract

본 발명은 고로에서 풍구를 이용하여 고로 내부의 상태를 감시하는 기술에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 소정 주파수의 신호를 발생하는 신호 발생기 및 상기 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에서 출력된 후 순환기를 통해 전달되는 신호를 고로 본체의 하복부에 원주 방향으로 설치된 다수의 열풍 분기관 중에서 연결된 해당 열풍 분기관에 방사하는 프로브; 상기 열풍 분기관에 방사된 신호를 고로 본체의 내부에 방사하는 풍구; 및 상기 고로 본체의 내부에 방사된 후 용선 등에 의해 반사 및 산란되는 전파를 상기 풍구, 열풍 분기관, 프로브 및 순환기를 순차적으로 통해 입력받아 위상의 변화나 반사 정도를 분석하고, 상기 분석 결과를 근거로 용선의 높이를 유추하는 전파 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD DETECTING THE INSIDE OF THE BLAST FURNACE USING MICROWAVE THROUGH TUYERES}

본 발명은 고로에서 풍구를 이용하여 고로 내부의 상태를 감시하는 기술에 관한 것으로, 특히 풍구를 통해 고로 내부에 전파를 방사하고 입사되는 전파를 근거로 고로 내부의 상태를 탐지할 수 있도록 한 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래 들어, 철강산업은 비약적으로 발전되었다. 그러나, 고로(용광로)에 관련된 기술은 아직 부족한 부분이 많이 있으며, 특히 고로의 밀폐된 구조의 특성상 고로 내부의 상태를 감시하는 기술에 대해서는 아직 많은 발전이 요구되고 있다.

고로는 철광석과 코크스(Coke) 등을 내부에 장입시키고 열풍로 설비에서 보내진 고온의 열풍을 받아들인다. 이에 따라, 고로 내에서 철화합물이 환원 및 용해되어 철강이 생산된다. 고로 내에 주입되는 자원들의 양을 적절히 조절하고 용선(쇳물)의 출선 시점을 정확하게 선정하는 것은 철강 생산에 있어서 매우 중요한 일이다. 이를 위해 고로 내부의 상태를 정확하게 감시할 필요가 있다.

그런데, 고로 내부는 약 1500℃의 고온 및 고압 상태로 유지되는 것이 요구된다. 이를 위해 내화벽돌 및 철판 등으로 고로를 밀폐시켜 고로 내부의 열이나 가스 등이 외부로 빠져나가는 것을 방지하고 있다.

이와 같이 고로의 특성상 견고하게 밀폐된 구조로 되어 있으므로, 센서를 이용하거나 육안으로 고로 내부의 상태를 감시하는데 많은 어려움이 따른다.

종래의 고로에 있어서는 내부 상태를 감시하기 위해 외부에서 고로 내의 온도나 정전기를 측정하는 기술이 제안되었으나, 만족할 만한 결과를 얻지 못한 것으로 보고되고 있다.

이와 같이 종래의 고로에 있어서는 고로 내부의 상태를 감시하는 기술수준이 요구되는 수준에 미치지 못하여 철강의 생산효율이나 품질을 향상시키는데 어려움이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 풍구를 통해 고로 내부에 전파를 방사하고 입사되는 전파를 근거로 고로 내부의 상태를 탐지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치는, 소정 주파수의 신호를 발생하는 신호 발생기 및 상기 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에서 출력된 후 순환기를 통해 전달되는 신호를 고로 본체의 하복부에 원주 방향으로 설치된 다수의 열풍 분기관 중에서 연결된 해당 열풍 분기관에 방사하는 프로브; 상기 열풍 분기관에 방사된 신호를 고로 본체의 내부에 방사하는 풍구; 및 상기 고로 본체의 내부에 방사된 후 용선 등에 의해 반사 및 산란되는 전파를 상기 풍구, 열풍 분기관, 프로브 및 순환기를 순차적으로 통해 입력받아 위상의 변화나 반사 정도를 분석하고, 상기 분석 결과를 근거로 용선의 높이를 유추하는 전파 분석기;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 방법은, 소정 주파수의 신호를 생성하여 요구된 레벨로 증폭한 후 순환기 및 프로브를 통해 고로 본체의 하복부에 원주 방향으로 설치된 다수의 열풍 분기관 중에서 임의의 열풍 분기관에 방사하는 단계; 상기 열풍 분기관에 방사되는 신호를 상기 임의의 열풍 분기관의 일측과 연결된 해당 풍구를 통해 고로 본체 내부로 방사하는 단계; 상기 고로 본체 내부에 방사된 후 용선 등에 의해 반사 및 산란되는 전파를 상기 해당 풍구 이외의 하나 이상의 풍구 및 해당 열풍 분기관을 통해 해당 프로브에 전달하는 단계; 상기 해당 열풍 분기관을 통해 전달되는 전파는 프로브 및 순환기를 통해 전파 분석기에 전달하는 단계; 및 상기 전파 분석기가 상기 경로를 통해 입력되는 전파에 대해 위상의 변화나 반사 정도를 분석하고, 상기 분석 결과를 근거로 용선의 높이를 유추하는 단계를 포함한다.

본 발명은 풍구를 통해 고로 내에 전파를 방사하고 그 방사된 전파의 반사 특성을 관찰하여 용선의 높이를 유추하도록 함으로써, 용선의 높이를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 복수 개의 풍구를 통해 검출되는 전파들을 각각의 전파 분석기에서 분석하고, 상기 각각의 분석 결과를 임의의 전파 분석기 또는 메인 전파분석기에서 비교하여 그 비교 결과를 근거로 고로의 내부에 존재하는 물질의 분포를 간접적으로 예측할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치가 적용되는 고로의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 용선의 높이에 따른 신호의 반사 특성을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 방법의 신호 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치가 적용되는 고로의 단면도로서 이에 도시한 바와 같이, 고로 본체(1), 하나 이상의 열풍 분기관(2) 및 풍구(3)를 포함한다. 상기 고로 본체(1)의 내부 바닥면에 용선(4)이 침전된다. 여기서 미설명부호 "5"는 연화융착대(5)이고, "9"는 프로브이다.

도 1을 참조하면, 고로 본체(1)의 하복부에는 원주 방향으로 다수 개의 풍구(3)가 설치된다. 그리고, 상기 풍구(3)에 대응되는 개수의 열풍 분기관(2)이 구비된다. 상기 열풍 분기관(2)의 일측 종단이 상기 풍구(3)를 통해 상기 고로 본체(1)의 내부와 연결되고, 타측 종단은 열풍로(도면에 미표시)와 연결된다.

따라서, 상기 열풍로를 통해 공급되는 고온, 고압의 열풍을 상기 열풍 분기관(2) 및 풍구(3)를 통해 고로 본체(1)의 내부로 전달할 수 있게 된다. 이와 같은 경로를 통해 공급되는 고온, 고압의 열풍에 의해 상기 고로 본체(1)의 철화합물이 환원 및 용해되어 용선이 생산된다.

상기 열풍 분기관(2)의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 구리를 포함할 수 있다. 상기 열풍 분기관(2)의 형상 또한 특별히 한정되지 않으며, 원통형 도파관을 포함할 수 있다. 일반적으로 도파관은 금속관 내에 고주파신호를 가두고 전송하는 전송로 역할을 수행하는 것으로, 그의 구조와 내부에 채워진 물질에 의해 전파의 전송 조건이 결정된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치의 개략도서 이에 도시한 바와 같이, 신호 발생기(6), 증폭기(7), 순환기(8), 프로브(9) 및 전파 분석기(10)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 신호 발생기(6)는 소정 주파수의 신호를 발생한다. 상기 신호 발생기(6)에서 송출되는 신호는 증폭기(7)를 통해 요구된 수준으로 증폭된다.

순환기(8)는 상기 증폭기(7)에서 출력되는 신호를 프로브(9)에 전달하고, 상기 프로브(9)를 통해 입사되는 반사파를 전파 분석기(10)에 전달하는 역할을 수행한다.

프로브(9)는 상기 순환기(8)로부터 전달되는 상기 신호를 상기 열풍 분기관(2)의 내부에 방사하여 전파를 여기시키는 역할을 수행한다. 상기 프로브(9)의 일측이 상기 열풍 분기관(2)의 내부로 진입되게 설치함에 있어서, 상기 진입 위치는 실험을 통해 반사 전파가 잘 수신되는 위치로 설정할 수 있다.

상기 열풍 분기관(2)에 방사된 신호는 풍구(3)를 통해 고로 본체(1)의 내부에 방사된다. 상기와 같이 고로 본체(1)의 내부에 방사되는 신호는 용선(4) 등에 의해 도 3a 및 도 3b에서와 같이 반사 및 산란된 후 상기 임의의 풍구(3)와 대향지게 설치된 풍구(3)를 통해 상기 임의의 열풍 분기관(2)과 대향지게 설치된 열풍 분기관(2)에 입사된다.

상기 열풍 분기관(2)에 입사된 전파는 상기 프로브(9)를 통해 상기 순환기(8)에 전달된다. 이때, 상기 순환기(8)는 상기 경로를 통해 전달되는 전파를 전파 분석기(10)에 전달한다. 이에 따라, 상기 전파 분석기(10)는 상기와 같은 경로를 통해 입력되는 전파를 분석하여 상기 용선(4)의 높이를 유추한다.

도 3a 및 도 3b는 임의의 열풍 분기관(2) 및 풍구(3)를 통해 고로 본체(1)의 내부에 신호가 방사되는 것을 나타낸 개념도이다.

도 3a에서와 같이 용선(4)의 높이가 낮은 경우, 상기와 같이 풍구(3)를 통해 상기 용선(4)에 부딪혀 산란되는 전파의 전송 거리는 도 3b와 같이 용선(4)의 높이가 높은 경우에 비하여 길게 되어 위상의 변화가 크게 된다.

이와 반대로, 도 3b에서와 같이 용선(4)의 높이가 높은 경우, 상기와 같이 풍구(3)를 통해 상기 용선(4)에 부딪혀 산란되는 전파의 전송 거리는 도 3a와 같이 용선(4)의 높이가 낮은 경우에 비하여 짧게 되어 위상의 변화가 작거나 전파의 반사가 더 크게 일어난다.

또한, 상기 임의의 열풍 분기관(2) 및 풍구(3)를 통해 신호가 고로 본체(1)의 내부에 방사되고, 이때 복수의 풍구(3), 이에 대응되는 각각의 열풍 분기관(2)들을 통해 상기와 같이 전달되는 전파를 각각의 전파 분석기(10)에서 분석하고, 상기 각각의 분석 결과를 임의의 전파 분석기(10) 또는 메인 전파분석기(도면에 미표시)에서 비교하여 그 비교 결과를 근거로 상기 고로 본체(1)의 내부에 존재하는 물질의 분포를 간접적으로 예측할 수 있다.

상기 설명에서는 하나의 열풍 분기관(2) 및 풍구(3)를 통해 고로 본체(1)의 내부에 신호를 방사하고, 상기 방사되는 신호가 용선(4) 등에 의해 반사되거나 산란된 전파를 하나 이상의 풍구(3) 및 열풍 분기관(2)을 통해 해당 전파 분석기(10)에서 분석하여 용선(4)의 높이나 고로 본체(1)의 내부에 존재하는 물질의 분포를 예측하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다.

예를 들어, 복수의 열풍 분기관(2) 및 풍구(3)들을 통해 고로 본체(1)의 내부에 신호들을 방사하고, 이 때 방사되는 신호가 용선(4) 등에 의해 반사되거나 산란된 전파를 하나 이상의 풍구(3) 및 열풍 분기관(2)을 통해 해당 전파 분석기(10)에서 분석하여 용선(4)의 높이나 고로 본체(1)의 내부에 존재하는 물질의 분포를 예측할 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 방법에 대한 신호 흐름도로서 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 소정 주파수의 신호를 생성하여 요구된 레벨로 증폭한 후 순환기 및 프로브를 통해 고로 본체의 하복부에 원주 방향으로 설치된 다수의 열풍 분기관 중에서 임의의 열풍 분기관에 방사한다(S1).

이에 따라, 상기 열풍 분기관에 방사되는 신호가 상기 임의의 열풍 분기관의 일측과 연결된 해당 풍구를 통해 고로 본체 내부로 방사된다(S2).

상기 고로 본체 내부에 방사된 후 용선 등에 의해 반사 및 산란되는 전파는 상기 해당 풍구 이외의 하나 이상의 풍구 및 해당 열풍 분기관을 통해 해당 프로브에 전달된다(S3).

상기 해당 프로브에 전달된 전파는 순환기를 통해 전파 분석기에 전달된다(S4).

이후, 상기 전파 분석기는 상기 경로를 통해 입력되는 전파에 대해 위상의 변화나 반사 정도를 분석하고, 상기 분석 결과를 근거로 용선의 높이를 유추한다(S5).

또한, 복수 개의 전파 분석기에서 상기와 같은 각각의 경로를 통해 입력되는 전파를 분석하고, 미리 설정된 전파 분석기 또는 메인 전파분석기에서 상기와 같이 분석된 결과들을 비교하여 그 비교 결과를 근거로 고로 본체의 내부에 존재하는 물질의 분포를 예측한다(S6).

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 고로 본체 2 : 열풍 분기관
3 : 풍구 4 : 용선
5 : 연화융착대 6 : 신호 발생기
7 : 증폭기 8 : 순환기
9 : 프로브 10 : 전파 분석기

Claims

소정 주파수의 신호를 발생하는 신호 발생기 및 상기 신호를 증폭하는 증폭기;
상기 증폭기에서 출력된 후 순환기를 통해 전달되는 신호를 고로 본체의 하복부에 원주 방향으로 설치된 다수의 열풍 분기관 중에서 연결된 해당 열풍 분기관에 방사하는 프로브;
상기 열풍 분기관에 방사된 신호를 고로 본체의 내부에 방사하는 풍구; 및
상기 고로 본체의 내부에 방사된 후 용선 등에 의해 반사 및 산란되는 전파를 상기 풍구, 열풍 분기관, 프로브 및 순환기를 순차적으로 통해 입력받아 위상의 변화나 반사 정도를 분석하고, 상기 분석 결과를 근거로 용선의 높이를 유추하는 전파 분석기;를 포함하고,
상기 프로브의 일측이 상기 열풍 분기관의 내부로 진입되게 설치하되, 상기 진입 위치는 실험을 통해 반사 전파가 잘 수신되는 위치로 설정되는 것을 특징으로 하는 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치.
제1항에 있어서, 상기 열풍 분기관은 상기 풍구에 일측 종단이 연결되고, 타측 종단이 열풍로에 연결된 것을 특징으로 하는 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전파 분석기는 고로 본체의 내부에서 반사 및 산란된 후 복수 개의 경로를 통해 입력되는 전파들을 분석하고, 상기 분석 결과들을 비교하여 상기 비교 결과를 근거로 상기 용선의 높이 또는 상기 고로 본체의 내부에 존재하는 물질의 분포를 예측하는 것을 특징으로 하는 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 장치.
(a) 소정 주파수의 신호를 생성하여 요구된 레벨로 증폭한 후 순환기 및 프로브를 통해 고로 본체의 하복부에 원주 방향으로 설치된 다수의 열풍 분기관 중에서 임의의 열풍 분기관에 방사하는 단계;
(b) 상기 열풍 분기관에 방사되는 신호를 상기 임의의 열풍 분기관의 일측과 연결된 해당 풍구를 통해 고로 본체 내부로 방사하는 단계;
(c) 상기 고로 본체 내부에 방사된 후 용선 등에 의해 반사 및 산란되는 전파를 상기 해당 풍구 이외의 하나 이상의 풍구 및 해당 열풍 분기관을 통해 해당 프로브에 전달하는 단계;
(d) 상기 해당 열풍 분기관을 통해 전달되는 전파는 프로브 및 순환기를 통해 전파 분석기에 전달하는 단계; 및
(e) 상기 전파 분석기가 상기 경로를 통해 입력되는 전파에 대해 위상의 변화나 반사 정도를 분석하고, 상기 분석 결과를 근거로 용선의 높이를 유추하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 방법.
제5항에 있어서, 상기 (e) 단계는 복수 개의 전파 분석기에서 각각의 경로를 통해 입력되는 전파를 분석한 후 메인 전파분석기에서 상기와 분석된 결과들을 비교하여 그 비교 결과를 근거로 상기 고로 본체의 내부에 존재하는 물질의 분포를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍구를 통한 전파를 이용한 고로 내부 탐지 방법.