KR101441351B1 - 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식 소성로 내의 온도를 측정하여 온도 데이터를 무선으로 송수신하는 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른은 내부에는 피처리물이 환원처리되는 처리공간이 형성되고, 일측에는 피처리물이 입조되는 입구가 형성되며, 타측에는 처리물이 배출되는 출구가 형성되는 회전식 본체와; 상기 회전식 본체의 외벽에 설치되고 일부가 상기 처리공간으로 노출되어 상기 처리공간의 온도를 직접 측정하는 적어도 하나 이상의 측정수단과; 상기 회전식 본체의 외벽에 설치되면서 상기 측정수단에 각각 접속되어 상기 측정수단에서 측정된 온도 데이터를 무선으로 전송하는 적어도 하나 이상의 무선 송신기와; 상기 무선 송신기에서 무선으로 전송되는 온도 데이터를 수신하는 무선 수신기와; 상기 무선으로 전송된 온도 데이터에 기초하여 상기 처리공간의 온도를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른{ROTARY KILN HAVE DEVICE FOR SENSING TEMPERATURE}

본 발명은 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전식 소성로 내의 온도를 측정하여 온도 데이터를 무선으로 송수신하는 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른에 관한 것이다.

스테인리스 강은 내식성(耐蝕性)을 향상시킨 특수강으로서, 스테인리스 강에는 주요 성분으로 크롬과 니켈이 함유된다. 스테인리스 강에 함유되는 니켈은 스테인리스 강의 용강 정련시 페로니켈 타입으로 첨가되는데, 페로니켈은 철(Fe)과 니켈(Ni)을 대량으로 함유하는 원광석을 처리하여 제조한다.

페로니켈 제조방식은 건식제조 공법으로서 전기로에서 광석을 용융, 환원하여 페로니켈을 제조하는 방식이다. 주요 공정으로는 원료처리, 건조, 예비환원, 용융환원(전기로 공정), 정련 및 주조 공정을 거치게 되며 최종적으로 약 20% 정도의 니켈과 80%정도의 철이 함유된 페로니켈을 생산한다.

특히, 예비환원 공정은 로터리 킬른(Rotary Kiln)을 이용하여 원료를 건식으로 환원시키는 공정으로서, 로터리 킬른 내부의 온도 제어는 원료의 환원에 중요한 요소로 작용한다.

그래서 종래에는 로터리 킬른 내부의 온도측정을 위하여 로터리 킬른 본체 상에 온도계를 설치하고, 온도계는 온도 데이터를 전송하기 위한 송신기에 보상도선으로 연결된다. 이때 로터리 킬른 동체는 회전하는 특성을 갖기때문에 로터리 킬른 동체에 설치된 송신기와 지상에 있는 수신기와의 유선 통신을 위하여 송신기의 전원공급은 슬립 링(Slip Ring)을 통해 공급된다.

슬립 링의 구조는 로터리 킬른 동체 외부에 환형으로 둘러져 있으며 회전되는 동안 브러쉬(Brush)와 접촉되어 실시간 전원이 인가된다. 하지만, 로터리 킬른은 작동 중에 계속해서 회전되기 때문에 전원 케이블과 보상도선 케이블이 단선되거나 접속불량 등의 문제가 발생된다. 이에 따라 로터리 킬른 내부의 온도를 정확하게 제어할 수 없고, 문제 해결시 설비를 정지해야 하는 문제가 발생된다.

그래서, 근래에는 로터리 킬른의 온도를 간접적으로 측정하는 방법이 제안되어 사용되고 있다. 예를 들어 비접촉식 온도측정 수단인 적외선 온도계를 이용하여 로터리 킬른의 온도를 측정하는 기술이 "회전식 소성로의 다단계 온도제어장치(공개특허 10-2003-0054319) 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

하지만, 공개된 기술은 로터리 킬른의 내부 온도를 직접 측정하는 것이 아니라 로터리 킬른의 외부 온도를 측정하여 간접적으로 로터리 킬른이 내부 온도를 유추하는 것으로서, 로터리 킬른 내부의 온도를 정확하게 측정하는데 한계가 있었다. 이에 따라 로터리 킬른의 내부 온도를 실시간으로 정밀하게 제어하는 것에 한계가 있었다.

공개특허 10-2003-0054319 (2003. 07. 02)

본 발명은 로터리 킬른의 내부 처리공간의 온도를 직접 측정하고 온도 데이터를 무선으로 송수신함에 따라 무선 송신기와 무선 수신기 간의 접속 불량을 원천적으로 해소할 수 있는 무선 온도 측정수단을 갖는 회전식 소성로를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른은 내부에는 피처리물이 환원처리되는 처리공간이 형성되고, 일측에는 피처리물이 입조되는 입구가 형성되며, 타측에는 처리물이 배출되는 출구가 형성되는 회전식 본체와; 상기 회전식 본체의 외벽에 설치되고 일부가 상기 처리공간으로 노출되어 상기 처리공간의 온도를 직접 측정하는 적어도 하나 이상의 측정수단과; 상기 회전식 본체의 외벽에 설치되면서 상기 측정수단에 각각 접속되어 상기 측정수단에서 측정된 온도 데이터를 무선으로 전송하는 적어도 하나 이상의 무선 송신기와; 상기 무선 송신기에서 무선으로 전송되는 온도 데이터를 수신하는 무선 수신기와; 상기 무선으로 전송된 온도 데이터에 기초하여 상기 처리공간의 온도를 제어하는 제어기를 포함한다.

상기 측정수단은 다수의 서모커플(thermocouple)이고, 상기 서모커플은 상기 회전식 본체의 길이방향으로 서로 이격되어 배치되어 상기 처리공간의 길이방향에 따른 구간별 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 무선 송신기와 무선 수신기 사이에는 상기 송신기에서 전송되는 온도 데이터 신호를 중계하는 적어도 하나 이상의 중계기가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 회전식 본체의 출구에는 버너가 설치되고, 상기 회전식 본체의 길이방향 중간 영역 외벽에는 연소용 석탄미분을 장입할 수 있는 장입구가 형성되며, 상기 제어기는 온도 데이터에 기초하여 상기 버너의 작동과 상기 장입구를 통한 석탄미분의 장입 여부 및 장입되는 석탄미분의 장입량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 로터리 킬른의 처리공간의 온도를 직접 측정하면서, 측정된 데이터를 지상에 있는 무선 수신기와 무선으로 송수신함에 따라 유선 케이블의 단선으로 발생되는 문제점을 극복할 수 있다.

그리고, 온도 데이터를 무선으로 송수신하는 기기를 마련함에 따라 온도 데이터의 송수신에 문제가 발생하더라도 로터리 킬른과 같은 회전 관련 설비의 정지 없이 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 로터리 킬른의 처리공간의 온도를 직접 측정하면서, 측정된 데이터를 무선으로 송수신함에 따라 로터리 킬른의 처리공간 온도를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있고, 이에 따라 로터리 킬른의 처리공간 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 온도를 측정할 수 있는 측정수단을 로터리 킬른의 길이방향에 따라 이격하여 다수개 설치함에 따라 로터리 킬른의 구간별 온도를 실시간으로 측정하여 로터리 킬른의 처리공간에 대한 온도를 구간별로 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른을 보여주는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른을 보여주는 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른은 크게 회전식 본체(10), 측정수단(20), 무선 송신기(30), 무선 수신기(40) 및 제어기(50)를 포함한다.

상기 회전식 본체(10)는 일반적인 로터리 킬른(Rotary Kiln)의 동체를 의미하는 것으로서, 내부에는 피처리물이 환원처리되는 처리공간(11)이 형성되고, 일측에는 피처리물이 입조되는 입구(12)가 형성되며, 타측에는 처리물이 배출되는 출구(13)가 형성된다.

이때 상기 회전식 본체(10)의 출구(13)측에는 처리공간의 온도를 제어하는 버너(14)가 설치된다. 상기 버너(14)는 가스버너로 구현될 수 있는데, 상기 버너(14)는 가스버너에 한정되지 않고 다양한 방식의 버너가 사용될 수 있을 것이다.

또한, 상기 회전식 본체(10)의 길이방향 중간 영역에는 외벽을 관통하는 장입구(15)가 형성되고, 상기 장입구(15)는 커버(16)를 통하여 개폐된다. 그래서 필요에 따라 상기 장입구(15)를 통하여 연소용 석탄미분을 장입시킴에 따라 석탄미분의 연소를 조장하여 회전식 본체(10)의 처리공간 온도를 제어할 수 있다.

상기 측정수단(20)은 회전식 본체(10)의 처리공간 온도를 직접 측정하는 수단으로서, 본 실시예에서는 다수의 서모커플(thermocouple; 20)이 사용된다.

서모커플(20)은 두 종류의 금속을 조합하였을 때 접합 양단의 온도가 서로 다르면 이 두 금속 사이에 전류가 흐르고, 이 전류로 2접점 간의 온도차를 이용하는 방식으로서, 열전기(熱電氣)의 현상을 이용하여 고열로(高熱爐)의 온도를 측정하는 수단이다.

이러한 서모커플(20)은 그 단부가 회전식 본체(10)의 외벽을 관통하여 회전식 본체(10)의 처리공간(11)에 노출되도록 설치된다. 그래서 상기 처리공간(11)의 온도를 직접 정확하게 측정할 수 있다.

한편 상기 서모커플(20)은 상기 회전식 본체(10)의 길이방향으로 서로 이격되어 배치되어 상기 처리공간(11)의 길이방향에 따른 구간별 온도를 측정한다. 예를 들어 본 실시예에서는 입구(12)측에 처리공간(11)의 길이방향을 따라 소정간격 이격시켜 일렬로 5개의 서모커플(20)을 배치한다. 그리고, 출구(13)측에 처리공간(11)의 길이방향을 따라 소정간격 이격시켜 일렬로 3개의 서모커플(20)을 배치하고, 이렇게 배치된 서모커플(20)과 대향되는 위치에 3개의 서모커플(20)을 배치한다. 물론 상기 서모커플(20)의 배치는 제시된 실시예에 한정되지 않고 처리공간(11)의 구간별 주요구간에 필요에 따라 배치할 수 있을 것이다.

상기 무선 송신기(30)는 상기 회전식 본체(10)의 외벽에 설치되면서 상기 서모커플(20)에 각각 접속됨에 따라 상기 각각의 서모커플(20)에서 측정된 온도 데이터를 무선으로 전송시킨다.

상기 무선 송신기(30)는 서모커플(20)에서 측정된 온도 데이터를 하트(Hart) 통신 기반으로 무선 전송시키는 수단으로서, 바람직하게 신호 조정 회로를 포함하고, 상기 서모커플(20)과 직접 접속되거나 케이블을 접속된다. 무선 송신기(30)는 외부에서 전원이 인가되지 않고 별도의 배터리를 이용하여 작동되는 트랜스미터(Wireless Temp. Transmitter)로 구현될 수 있다.

상기 무선 수신기(40)는 상기 회전식 본체(10)와는 별도의 지상 공간에 설치되어 상기 무선 송신기(30)에서 전송되는 온도 데이터를 무선 수신하는 수단으로서, 외부 전원 또는 별도의 배터리를 이용하여 작동되는 게이트웨이(Gateway)로 구현될 수 있다.

상기 제어기(50)는 상기 무선 수신기(40)에 유선으로 접속되어 전송된 온도 데이터에 기초하여 상기 처리공간(11)의 온도를 제어한다. 바람직하게는 상기 제어기(50)는 온도 데이터에 기초하여 상기 버너(14)의 작동 여부 및 화력을 조절하여 회전식 본체(10)의 출구(13)측 영역 및 회전식 본체(10)의 처리공간(11) 전체의 온도를 조절한다.

또한, 상기 제어기(50)는 상기 장입구(15)를 통한 석탄미분의 장입 여부 및 장입되는 석탄미분의 장입량을 제어하여 회전식 본체(10)의 중간영역 온도를 조절한다.

그리고, 상기 제어기(50)는 온도 데이터를 사용자가 직접 식별할 수 있도록 HMI 화면에 나타낸다.

한편, 본 실시예는 상기 무선 송신기(30)와 무선 수신기(40) 사이에는 상기 무선 송신기(30)에서 전송되는 온도 데이터 신호를 중계하는 라우터 역할을 하는 적어도 하나 이상의 중계기(60)가 더 설치될 수 있다. 이와 같이 중계기(60)를 무선 송신기(30)와 무선 수신기(40) 사이에 배치함에 따라 무선 송신기(30)와 무선 수신기(40) 사이에 데이터 신호를 송수신할 수 있는 메쉬(mesh) 구조를 형성할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른의 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 로터리 킬른의 작동되면 피처리물이 회전식 본체(10)의 입구(12)를 통하여 처리공간(11)으로 장입되고, 회전식 본체(10)의 회전 및 기울기에 의해 출구(13) 방향으로 이동된다. 이때, 버너(14)가 작동됨에 따라 처리공간(11)의 온도가 피처리물이 환원처리되는 온도로 조정됨에 따라 피처리물이 환원처리된다. 환원처리된 처리물은 회전식 본체(10)의 출구(13)로 배출된다.

한편, 피처리물이 환원처리되는 동안 서모커플(20)에서는 실시간으로 처리공간(11)의 구간별 온도를 측정한다. 그리고, 측정된 온도 데이터는 무선 송신기(30)를 통하여 무선으로 전송되고, 이렇게 전송된 온도 데이터는 중계기(60)를 통하거나 직접 무선 수신기(40)에서 수신하여 제어기(50)로 전송된다.

그러면 제어기(50)에서는 처리공간(11)의 구간별 온도를 판단하여 그 결과를 HMI 화면에 출력하는 동시에 필요에 따라 버너(14)의 작동 여부 및 화력을 제어한다. 또한 선택적으로 회전식 본체(10)의 중간영역에 추가적인 가열이 필요한 경우 회전식 본체(10)에 마련된 장입구(15)의 커버(16)를 열고 석탄미분을 소정량 만큼 장입시킨다. 그러면 석탄미분은 처리공간(11)의 고온에 의해 연소되면서 처리공간(11)의 온도를 더욱 상승시킨다.

이렇게 회전식 본체(10)의 처리공간(11) 구간별 온도를 실시간으로 측정하면서 제어기(50)에 의해 동시에 버너(14) 및 석탄미분의 장입 여부를 제어하여 회전식 본체(10)의 처리공간 온도를 정밀하면서 신속하게 조절할 수 있는 것이다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 회전식 본체 11: 처리공간
12: 입구 13: 출구
14: 버너 15: 장입구
16: 커버 20: 측정수단(서모커플)
30: 무선 송신기 40: 무선 수신기
50: 제어기 60: 중계기

Claims (4)

1. 내부에는 피처리물이 환원처리되는 처리공간이 형성되고, 일측에는 피처리물이 입조되는 입구가 형성되며, 타측에는 처리물이 배출되는 출구가 형성되는 회전식 본체와;
   상기 회전식 본체의 외벽에 설치되고 일부가 상기 처리공간으로 노출되어 상기 처리공간의 온도를 직접 측정하는 적어도 하나 이상의 측정수단과;
   상기 회전식 본체의 외벽에 설치되면서 상기 측정수단에 각각 접속되어 상기 측정수단에서 측정된 온도 데이터를 무선으로 전송하는 적어도 하나 이상의 무선 송신기와;
   상기 무선 송신기에서 무선으로 전송되는 온도 데이터를 수신하는 무선 수신기와;
   상기 무선으로 전송된 온도 데이터에 기초하여 상기 처리공간의 온도를 제어하는 제어기를 포함하고,
   상기 회전식 본체의 출구에는 버너가 설치되고, 상기 회전식 본체의 길이방향 중간 영역 외벽에는 연소용 석탄미분을 장입할 수 있는 장입구가 형성되며,
   상기 제어기는 온도 데이터에 기초하여 상기 버너의 작동과 상기 장입구를 통한 석탄미분의 장입 여부 및 장입되는 석탄미분의 장입량을 제어하는 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 측정수단은 다수의 서모커플(thermocouple)이고,
   상기 서모커플은 상기 회전식 본체의 길이방향으로 서로 이격되어 배치되어 상기 처리공간의 길이방향에 따른 구간별 온도를 측정하는 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 무선 송신기와 무선 수신기 사이에는 상기 송신기에서 전송되는 온도 데이터 신호를 중계하는 적어도 하나 이상의 중계기가 더 설치되는 무선 온도 측정수단을 갖는 로터리 킬른.
   
4. 삭제

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