KR101867715B1 - 고로 출선구 온도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 고로 출선구 온도 측정 장치는, 고로 출선구의 온도값을 측정하는 온도 측정부와, 고로 출선구의 슬래그와 용선의 비율을 측정하는 비율 측정부와, 비율에 대응되는 보정 온도값을 온도 측정부에 의해 측정된 온도값에 적용하여 최종 온도값을 생성하는 보정부를 포함할 수 있다.

Description

고로 출선구 온도 측정 장치{Temperature measurement apparatus for tap hole of blast furnace}
본 발명은 고로 출선구 온도 측정 장치에 관한 것이다.
고로 출선구의 정확한 온도를 제선 공정의 조업 조건에 신속하게 반영하는 것은 고로 노황 안정화, 생산 효율성 및 에너지 소비 효율성에 있어서 중요하다.
통상 고로 출선구의 온도는 일부 물질의 상태를 변경시킬 수 있을 정도의 고온이므로, 정확하게 측정되기 어려운 실정이다.
일본 공개특허공보 특개2006-177873
본 발명의 일 실시 예는, 고로 출선구의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 고로 출선구 온도 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 고로 출선구 온도 측정 장치는, 고로 출선구의 제1 및 제2 파장 복사 에너지를 측정하고, 상기 제1 및 제2 파장 복사 에너지에 기준 복사율 비를 적용하여 온도값을 측정하는 온도 측정부; 상기 고로 출선구의 영상을 획득하는 카메라; 상기 영상에서 슬래그와 용선을 식별하여 상기 슬래그와 상기 용선의 비율을 산출하는 영상 처리부; 및 상기 영상 처리부에 의해 산출된 비율과 상기 기준 복사율 비에 대응되는 기준 비율간의 차이에 대응되는 보정 온도값을 상기 온도 측정부에 의해 측정된 온도값에 적용하여 최종 온도값을 생성하는 보정부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고로 출선구의 온도가 정확하게 측정될 수 있으며, 제선 공정의 조업 조건에 신속하게 반영될 수 있으며, 고로 노황 안정화, 생산 효율성 및 에너지 소비 효율성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고로 출선구 온도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 온도 측정부가 측정할 수 있는 복사 에너지의 분포를 나타낸 도면이다.
도 3은 슬래그와 용선의 파장별 복사율 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 슬래그와 용선의 비율에 따른 복사율 비를 나타낸 도면이다.
도 5는 슬래그와 용선의 비율에 따른 온도값 오차를 나타낸 도면이다.
도 6은 비율 측정부를 나타낸 도면이다.
도 7은 카메라의 획득 영상에서의 밝기 분석을 나타낸 도면이다.
도 8은 카메라의 획득 영상에서의 위치 분석을 나타낸 도면이다.
도 9는 카메라의 획득 영상에서의 분석 영역을 나타낸 도면이다.
도 10은 카메라의 획득 영상에서의 최대 밝기, 최소 밝기 및 평균 밝기를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고로 출선구 온도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고로 출선구 온도 측정 장치는, 온도 측정부(110), 비율 측정부(120) 및 보정부(130)를 포함할 수 있다.
온도 측정부(110)는 고로 출선구(10)의 온도값을 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 측정부(110)는 서로 다른 파장의 복사 에너지를 측정하여 온도값을 생성하는 2파장 온도계로 구현될 수 있다.
비율 측정부(120)는 고로 출선구(10)의 슬래그(slag)와 용선의 비율을 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 비율 측정부(120)는 고로 출선구(10)의 영상을 획득하고 상기 영상을 분석하여 슬래그와 용선의 비율을 측정할 수 있다.
보정부(130)는 비율 측정부(120)에 의해 측정된 비율에 대응되는 보정 온도값을 온도 측정부(110)에 의해 측정된 온도값에 적용하여 최종 온도값을 생성할 수 있다.
온도 측정부(110)에 의해 측정되는 온도값이 슬래그와 용선의 비율에 따라 실제 온도와 달라지는 특징이 있는데, 상기 보정부(130)는 이러한 특징을 보정함으로써, 온도 측정부(110)에 의해 측정된 온도값에 비해 실제 온도에 더욱 가까운 최종 온도값을 생성할 수 있다. 이에 따라, 고로 출선구(10)의 온도가 정확하게 측정될 수 있다.
도 2는 온도 측정부가 측정할 수 있는 복사 에너지의 분포를 나타낸 도면이며, 특정 온도(T)의 흑체(Blackbody)의 파장(λ)에 따른 복사 에너지(Eλ,b(λ,T))와 특정 온도(T)의 실제 표면(Real surface)의 파장(λ)에 따른 복사 에너지(Eλ(λ,T))를 도시한다.
여기서, 실제 표면의 복사 에너지(Eλ(λ,T))는 흑체의 복사 에너지(Eλ,b(λ,T))과 복사율(ελ)의 곱으로 정의될 수 있다.
복사율이 설정된 2파장 온도계는 특정 온도에서의 제1 파장(λ1)의 복사 에너지(Eλ1)와 제2 파장(λ2)의 복사 에너지(Eλ2)를 측정하고, 두 복사 에너지간의 차이값에 대응되는 온도값을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 차이값과 상기 온도값간의 관계는 슈테판-볼츠만 법칙 등에 따라 설정될 수 있다.
이는 하기의 수학식 1로 일반화될 수 있다. 여기서, 제1 파장(λ1)의 복사율(ε1)에서 제2 파장(λ2)의 복사율(ε2)로 나눈 값은 복사율 비로 정의될 수 있다.
Figure 112016121681000-pat00001
온도 측정부는 고로 출선구의 제1 및 제2 파장 복사 에너지(Eλ1,Eλ2)를 측정하고, 상기 제1 및 제2 파장 복사 에너지(Eλ1,Eλ2)에 기준 복사율 비를 적용하여 온도값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 측정부는 상기 고로 출선구의 슬래그와 용선의 비율이 상기 기준 비율일 때의 복사율 비를 상기 기준 복사율 비로 설정할 수 있다.
한편, 고로 출선구에서 출선 초기의 슬래그의 비율은 출선 말기의 슬래그의 비율보다 클 수 있다. 따라서, 상기 기준 비율은 상기 고로 출선구의 출선이 중간 정도 진행된 때의 평균적인 슬래그의 비율로 설정될 수 있다.
도 3은 슬래그와 용선의 파장별 복사율 특성을 나타낸 도면이며, 슬래그(slag)와 용선(Steel) 각각의 파장(Wavelength)에 따른 복사율(Emissivity)을 도시한다.
여기서, 슬래그의 복사율은 파장으로부터 거의 영향을 받지 않을 수 있으며, 용선의 복사율은 파장으로부터 상대적으로 큰 영향을 받을 수 있다. 즉, 슬래그의 복사율 비는 1에 가까울 수 있으나, 용선의 복사율 비는 1에 가깝지 않을 수 있다.
따라서, 상기 수학식 1은 슬래그의 복사율과 용선의 복사율의 반영에 따라 하기의 수학식 2로 표현될 수 있다. 여기서, εm은 용선의 복사율이고, εs는 슬래그의 복사율이고, Am은 용선의 면적비이고, As는 슬래그의 면적비이고, 용선의 면적비와 슬래그의 면적비의 합은 1이다.
Figure 112016121681000-pat00002
도 4는 슬래그와 용선의 비율에 따른 복사율 비를 나타낸 도면이며, 슬래그의 비율(Slag Ratio)에 따른 전체 복사율 비(e-Slope)를 도시한다.
전체 복사율 비는 슬래그의 비율이 높을수록 슬래그의 복사율 비에 가까운 1이 될 수 있다.
도 5는 슬래그와 용선의 비율에 따른 온도값 오차를 나타낸 도면이며, 슬래그의 비율(Slag Ratio)에 따른 온도값 오차(Temp. Difference)를 도시한다.
여기서, 온도 측정부에 설정된 기준 복사율 비는 슬래그의 비율이 40%일 때의 복사율 비로 가정될 수 있다.
예를 들어, 각각의 슬래그의 비율은 온도값 오차에 대응될 수 있다. 보정부는 비율 측정부에 의해 측정된 비율에 대응되는 온도값 오차의 음수인 보정 온도값을 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 보정부는 비율 측정부에 의해 측정된 슬래그의 비율이 기준 비율에 비해 클수록 큰 보정 온도값을 생성할 수 있으며, 비율 측정부에 의해 측정된 슬래그의 비율이 기준 비율에 비해 작을수록 작은 보정 온도값을 생성할 수 있다.
도 6은 비율 측정부를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 비율 측정부는 카메라(121), 영상 처리부(122) 및 제어부(123)를 포함할 수 있다.
카메라(121)는 고로 출선구(10)의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라(121)는 초당 200번 촬영할 수 있는 고속 카메라일 수 있으며, 줌(zoom) 기능을 가질 수 있다.
영상 처리부(122)는 상기 영상에서 슬래그와 용선을 식별하여 비율을 산출할 수 있다. 예를 들어, 상기 영상 처리부(122)는 프로세서, 메모리, 입력 디바이스, 출력 디바이스 및 통신 접속을 포함하는 컴퓨팅 환경으로 구현될 수 있다.
제어부(123)는 영상 처리부(122)의 영상 분석 결과에 기초하여 카메라(121)의 촬영 범위를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(123)는 카메라(121)의 렌즈를 제어하여 촬영 범위의 크기를 조정할 수 있으며, 카메라(121)를 구동시켜 촬영 범위의 위치를 조정할 수 있다.
도 7은 카메라의 획득 영상에서의 밝기 분석을 나타낸 도면이며, 영상의 일례와, 상기 영상의 위치에 따른 밝기를 나타낸 그래프의 일례와, 제1 기준 밝기(Threshold 1)의 일례와, 제2 기준 밝기(Threshold 2)의 일례와, 슬래그(Slag)와 용선(Iron) 경계지점에 대응되는 밝기의 일례를 도시한다.
예를 들어, 비율 측정부에 포함된 영상 처리부는 영상에서 제1 및 제2 기준 밝기(brightness)보다 높은 밝기를 가지는 픽셀과 영상에서 제1 기준 밝기보다 높고 제2 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 비율을 산출할 수 있다.
예를 들어, 비율 측정부에 포함된 영상 처리부는 영상에서 제1 기준 밝기(Threshold 1)보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 배경으로 식별하고, 영상에서 제1 기준 밝기(Threshold 1)보다 높고 제2 기준 밝기(Threshold 2)보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 용선(Iron)으로 식별하고, 영상에서 제1 및 제2 기준 밝기(Threshold 1, Threshold 2)보다 높은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 슬래그(Slag)로 식별할 수 있다.
한편, 상기 픽셀과 하기의 픽셀은 하나의 픽셀뿐만 아니라 서로 인접한 복수의 픽셀로 구성된 픽셀 집합을 포함할 수 있다.
도 8은 카메라의 획득 영상에서의 위치 분석을 나타낸 도면이며, 영상의 일례와, 상기 영상에서 설정되는 기준선 1 내지 기준선 3의 일례를 도시한다.
예를 들어, 비율 측정부에 포함된 제어부는 영상에서 배경에 대응되는 어두운 영역의 전체적인 위치에 따라 카메라의 촬영 범위를 조정할 수 있다. 영상은 기준선 1의 아래 영역과 기준선 1과 기준선 2 사이의 영역과 기준선 2와 기준선 3 사이의 영역과 기준선 3의 위 영역으로 분할될 수 있다. 상기 제어부는 기준선 1의 아래 영역에서 어두운 영역의 비율과 기준선 3의 위 영역에서 어두운 영역의 비율간의 차이가 클수록 카메라의 촬영 범위를 많이 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 기준선 1 내지 기준선 3은 영상 처리부의 분석 결과에 기초하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준선 1 내지 기준선 3은 영상에서 슬래그 또는 용선과 배경간의 경계의 전체적인 위치에 기초하여 설정될 수 있다. 이후, 기준선 2는 상기 기준선 1 내지 기준선 3의 중심선에 설정될 수 있다. 상기 기준선 2는 하기의 분석 영역 설정에 이용될 수 있다.
도 9는 카메라의 획득 영상에서의 분석 영역을 나타낸 도면이며, 영상의 일례와, 상기 영상에서 설정되는 분석 영역의 일례를 도시한다.
예를 들어, 비율 측정부에 포함된 영상 처리부는 배경에 대응되는 어두운 영역의 경계의 위치에 각각 대응되는 기준선 1과 기준선 3을 설정하고, 상기 기준선 1과 상기 기준선 3의 사이에 기준선 2를 설정하고, 상기 기준선 2의 일부를 포함하는 분석 영역을 설정하고, 상기 분석 영역에서 제2 기준 밝기보다 높은 밝기를 가지는 픽셀과 상기 분석 영역에서 제2 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 비율을 산출할 수 있다.
이에 따라, 영상 처리부의 영상 처리 소요 시간은 감소할 수 있으며, 영상 처리부의 분석 정확도 향상을 위한 영상 집중 분석의 구현은 용이해질 수 있다.
한편, 상기 분석 영역은 기준선 1 내지 기준선 3의 설정 없이 제1 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀이 실질적으로 포함되지 않는 영역들 중에서 임의로 선택될 수도 있다.
도 10은 카메라의 획득 영상에서의 최대 밝기, 최소 밝기 및 평균 밝기를 나타낸 도면이며, 영상의 위치에 따른 용선의 밝기와 이미지의 밝기와 슬래그의 밝기를 도시한다.
예를 들어, 비율 측정부에 포함된 영상 처리부는 영상의 최대 밝기, 최소 밝기 및 평균 밝기 중 적어도 하나에 종속적인 제1 및 제2 기준 밝기를 설정할 수 있다.
카메라에 의해 획득된 영상의 전체적인 밝기는 고로 출선구의 환경에 따라 달라질 수 있다. 상기 전체적인 밝기는 최대 밝기, 최소 밝기 및 평균 밝기에 반영될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고로 출선구 온도 측정 장치는 고로 출선구의 유동적인 환경에도 불구하고 정확하게 고로 출선구의 온도를 측정할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 고로 출선구
110: 온도 측정부
120: 비율 측정부
121: 카메라
122: 영상 처리부
123: 제어부
130: 보정부

Claims (10)

  1. 고로 출선구의 제1 및 제2 파장 복사 에너지를 측정하고, 상기 제1 및 제2 파장 복사 에너지에 기준 복사율 비를 적용하여 온도값을 측정하는 온도 측정부;
    상기 고로 출선구의 영상을 획득하는 카메라;
    상기 영상에서 슬래그와 용선을 식별하여 상기 슬래그와 상기 용선의 비율을 산출하는 영상 처리부; 및
    상기 영상 처리부에 의해 산출된 비율과 상기 기준 복사율 비에 대응되는 기준 비율간의 차이에 대응되는 보정 온도값을 상기 온도 측정부에 의해 측정된 온도값에 적용하여 최종 온도값을 생성하는 보정부; 를 포함하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는 상기 고로 출선구에 상기 슬래그가 상기 용선에 비해 많을수록 상기 최종 온도값이 높도록 상기 보정 온도값을 생성하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 영상에서 제1 및 제2 기준 밝기(brightness)보다 높은 밝기를 가지는 픽셀과 상기 영상에서 제1 기준 밝기보다 높고 제2 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 비율을 산출하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 영상에서 제1 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 배경으로 식별하고, 상기 영상에서 상기 제1 기준 밝기보다 높고 제2 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 상기 용선으로 식별하고, 상기 영상에서 상기 제1 및 제2 기준 밝기보다 높은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 상기 슬래그로 식별하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 영상에서 제1 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 집합을 배경으로 식별하고, 상기 배경의 경계의 위치에 각각 대응되는 기준선 1과 기준선 3을 상기 영상에서 설정하고, 상기 기준선 1과 상기 기준선 3의 사이에 기준선 2를 상기 영상에서 설정하고, 상기 기준선 2의 일부를 포함하는 분석 영역을 상기 영상에서 설정하고, 상기 분석 영역에서 제2 기준 밝기보다 높은 밝기를 가지는 픽셀과 상기 분석 영역에서 제2 기준 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 픽셀의 비율을 산출하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 배경의 상기 영상에서의 위치 또는 상기 영상에서 상기 배경의 비율에 기초하여 상기 카메라의 촬영 범위를 제어하는 제어부를 더 포함하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
  10. 제6항 또는 제8항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 영상의 최대 밝기, 최소 밝기 및 평균 밝기 중 적어도 하나에 종속적인 상기 제1 및 제2 기준 밝기를 설정하는 고로 출선구 온도 측정 장치.
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