KR101891198B1 - 처리실 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101891198B1
KR101891198B1 KR1020170097035A KR20170097035A KR101891198B1 KR 101891198 B1 KR101891198 B1 KR 101891198B1 KR 1020170097035 A KR1020170097035 A KR 1020170097035A KR 20170097035 A KR20170097035 A KR 20170097035A KR 101891198 B1 KR101891198 B1 KR 101891198B1
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treatment chamber
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이승재
김병일
박경태
우정화
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은, 처리실의 내부에서 주행 가능하도록 형성되는 휠 유닛, 처리실의 온도를 이용하여 휠 유닛을 회전시킬 수 있도록 형성되는 동력 유닛, 휠 유닛 또는 동력 유닛에 지지되며 처리실의 내부 상태를 진단할 수 있도록 형성되는 센서 유닛을 포함하는 처리실 진단 장치로서, 처리실의 고온을 이용하여 동력을 공급받아 처리실의 내부를 신속히 주행하며 처리실 벽체 상태를 안정적으로 진단할 수 있는 처리실 진단 장치와 이에 적용되는 처리실 진단 방법이 제시된다.

Description

처리실 진단 장치 및 방법{Inspection apparatus and method for chamber}
본 발명은 처리실 진단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 처리실의 고온을 이용하여 동력을 공급받아 처리실의 내부를 신속히 주행하며 처리실 벽체 상태를 안정적으로 진단할 수 있는 처리실 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
제철소의 고로는 석탄과 철광석을 사용하여 다량의 쇳물을 생산하는데, 고로에 석탄과 철광석을 바로 투입하면 통기성 확보가 어려우므로, 석탄을 코크스로 가공하고 철광석을 소결광 또는 펠렛으로 가공하여 고로에 투입해야 한다.
코크스 오븐 설비는 석탄을 고온 분위기에서 건류하여 코크스로 제조하는 공정에 사용되는 일반적인 설비이다. 코크스 오븐 설비는 독립된 다수의 탄화실과 연소실로 구성되는 코크스 오븐 본체를 구비한다. 석탄은 코크스 오븐 본체의 상부에 마련된 장입구를 통하여 비어 있는 탄화실의 내부에 장입되고, 탄화실의 내부에서 소정의 시간동안 고온으로 건류되어 코크스로 제조된다. 이때, 연소실은 코크스 오븐 가스와 고로 가스를 연소시켜 생성한 열을 탄화실에 공급한다.
코크스 제조가 완료되면, 오븐 도어를 열어 탄화실을 개방하고, 탄화실의 내부로 람을 진행시키며, 고온의 적열 코크스를 탄화실 밖으로 압출하여 버킷에 적재한 후 냉각을 위한 설비로 운반된다. 이후, 냉각이 완료된 코크스는 고로에 투입되어 고로가 다량의 쇳물을 생산하는 중에 고로내에서 통기성 향상과 열원 공급의 역할을 한다.
코크스 오븐 본체가 사용되는 중에 탄화실은 항상 고온으로 유지되며, 따라서, 탄화실은 내화 벽돌 예컨대 실리카 연와로 구축되는데, 석탄의 장입과 코크스의 압출이 반복되는 중에 내화 벽돌이 손상될 수 있다. 내화 벽돌의 손상은 코크스 제조 효율 저하와 환경 문제를 야기하므로, 조기에 발견하여 보수하는 것이 필요하다. 하지만, 탄화실은 약 1000℃ 이상의 고온으로 항상 유지되며, 다량의 이물질이 부유하는 가혹한 환경이므로, 작업자가 내부로 진입하는 것이 어렵고, 또한, 탄화실에서 멀리 떨어진 위치에서 내화 벽돌 상태를 관찰하는 것에 어려움이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2006-0022124 A
본 발명은 처리실의 고온을 이용하여 동력을 공급받아 처리실의 내부를 신속히 주행하며 처리실의 상태를 정확하고 안정적으로 진단할 수 있는 처리실 진단 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 처리실 진단 장치는, 처리실의 내부에서 주행 가능하도록 형성되는 휠 유닛; 상기 처리실의 온도를 이용하여 상기 휠 유닛을 회전시킬 수 있도록 형성되는 동력 유닛; 및 상기 휠 유닛 또는 동력 유닛에 지지되며 상기 처리실의 내부 상태를 진단할 수 있도록 형성되는 센서 유닛;을 포함한다.
상기 동력 유닛은 상기 처리실의 온도를 이용하여 액체를 기화시키며 그 팽창력을 이용하여 상기 휠 유닛을 회전시킬 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 휠 유닛은, 상기 처리실의 폭 방향으로 서로 이격되는 한 쌍의 휠; 및 상기 한 쌍의 휠을 상기 처리실의 폭 방향으로 관통하여 장착되는 회전축;을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 휠은 각각 상기 처리실의 폭 방향으로의 너비보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 휠은 각각 상기 처리실의 벽체를 마주보는 측면이 곡면 형태로 형성될 수 있다.
상기 동력 유닛은, 상기 한 쌍의 휠 사이에 배치되고, 상기 회전축이 관통하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 회전축의 외주에 장착되는 터빈; 상기 하우징의 일측에 연통하도록 장착되고, 내부에 상기 처리실의 온도에서 기화될 수 있는 액체가 충전되는 동력원 저장기;를 포함할 수 있다.
상기 동력원 저장기는 상기 하우징과 터빈의 무게 중심의 높이보다 낮은 높이에 배치되고, 상기 하우징의 하부에 연통할 수 있다.
상기 동력 유닛은, 상기 하우징의 내부에서 상기 동력원 저장기를 관통하여 장착되고, 상기 터빈의 외주면을 향하도록 상기 하우징의 내부에 개방되는 분사구; 상기 터빈를 중심으로 동력원 저장기의 반대측에서 상기 하우징을 관통하여 장착되고, 상기 하우징의 내부를 외기에 노출시키는 배출구;를 포함할 수 있다.
상기 센서 유닛은 상기 동력원 저장기를 관통하여 장착되고, 적어도 일부가 상기 동력원 저장기의 내부에서 상기 액체에 접촉될 수 있다.
상기 센서 유닛은 상기 터빈의 회전에 의한 하우징의 주행 방향의 반대 방향을 향하여 장착될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 처리실 진단 방법은, 처리실의 내부에 상기 처리실의 온도를 이용하여 상기 처리실의 연장 방향으로 주행 가능한 처리실 진단 장치를 마련하는 과정; 상기 처리실의 온도를 이용하여 상기 처리실의 연장 방향으로 상기 처리실 진단 장치를 주행시키는 과정; 및 상기 처리실 진단 장치를 이용하여 상기 처리실의 내부 상태를 진단하는 과정;을 포함한다.
상기 처리실 진단 장치를 주행시키는 과정은, 상기 처리실 진단 장치의 내부에 마련된 액체를 기화시키는 과정; 상기 액체가 기화되면서 생성되는 증기를 이용하여 상기 처리실 진단 장치의 휠 유닛을 작동시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 처리실의 내부 상태를 진단하는 과정은, 적어도 일부가 상기 액체에 침지되도록 상기 처리실 진단 장치의 내부에 마련된 센서 유닛을 이용하여, 상기 처리실의 내부 형상을 촬영하는 과정; 촬영 결과를 이용하여 상기 처리실의 내부 상태를 감지하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 처리실의 내부 상태를 감지하는 과정은, 상기 촬영 결과를 분석하여 상기 처리실의 벽체 손상을 감지하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 처리실의 내부 형상을 촬영할 때, 상기 처리실 진단 장치의 주행 방향의 반대 방향을 향하여 배치된 상기 센서 유닛을 이용하여 상기 처리실 진단 장치의 후방을 촬영할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 처리실의 고온을 이용하여 동력을 공급받아 처리실의 내부를 신속히 주행하며 처리실의 상태를 정확하게 진단할 수 있고, 처리실의 상태를 안정적으로 진단할 수 있다.
예컨대 제철소의 코크스 오븐 설비에 적용되면, 코크스의 압출이 완료된 탄화실의 내부를 통화하도록 처리실 진단 장치를 주행시키며, 육안으로 확인할 수 없는 약 1000℃의 고온의 탄화실 내부의 벽체 형상을 촬영하고, 촬영 결과 예컨대 촬영된 영상을 분석하여 탄화실의 벽체 손상을 진단할 수 있고, 탄화실 내부 상태 예컨대 내화 벽돌의 손상을 정확하게 진단할 수 있다. 따라서, 탄화실을 적기에 보수하여 운용 효율을 높일 수 있고, 코크스 오븐 설비의 운용과 관리가 용이해질 수 있다.
이때, 처리실 진단 장치는 물과 스팀을 동력원으로 하는 간단한 구조로 구성되어 운용이 용이할 수 있고, 휠이 쉽게 교체 가능하도록 구성되어 휠이 열에 의해 손상되어도 이를 교체할 수 있다. 즉, 처리실 진단 장치는 고온의 탄화실 환경에서 높은 활용성을 가질 수 있다. 또한, 처리실 진단 장치는 스팀 생성을 위한 물에 센서 유닛을 직접적이거나 간접적으로 접촉시키는 구조이고, 이에, 센서 유닛의 온도 상승을 억제하여 고온에 의한 센서 유닛의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치가 적용되는 처리 설비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치가 처리실의 내부에서 운용되는 모습을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치의 작동도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 처리실의 벽체 손상을 진단할 수 있도록 마련된 처리실 진단 장치 및 이를 이용한 처리실 진단 방법에 관한 것이다. 이하에서, 제철소의 코크스 제조 공정을 기준으로 실시 예를 설명한다. 물론, 본 발명은 여러 산업 분야의 각종 원료 처리 설비 및 공정의 처리실 진단 방식에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치가 적용되는 처리 설비의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치가 운용되는 모습을 도시한 개략도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하여, 처리 설비를 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 처리 설비는 처리물을 처리실에 장입한 후 다양한 방식으로 처리하는 처리 설비로서, 예컨대 코크스 오븐 설비를 포함할 수 있다. 처리 설비는, 코크스 오븐 본체(10), 코크스 오븐 본체(10)의 내부를 길이 방향(X)으로 관통하여, 처리물 예컨대 석탄이 장입되는 내부 공간을 형성하는 복수개의 탄화실(11), 각 탄화실(11)의 길이 방향의 양측 개구에 각각 장착되는 도어, 코크스 오븐 본체(10)의 상부에 설치되고, 탄화실(11)에 연통하도록 코크스 오븐 본체(10)의 상부를 관통하여 마련된 복수개의 장입구를 통하여 탄화실(11)의 내부로 석탄을 장입하는 장입차(20), 탄화실(11)의 양측 개구 중 입구측 개구(이하, 입구)에 장착된 도어를 마주보며 설치되고, 길이 방향(X)으로 수평 이동이 가능하여, 탄화실(11) 내부에서 제조된 코크스를 탄화실(11)의 외부로 압출하는 압출기(30), 탄화실(11)의 양측 개구 중 출구측 개구(이하, 출구)에 장착된 도어를 마주보도록 설치되어 탄화실(11)에서 압출되는 코크스를 장입받아 후속설비로 운반하는 버킷 카(40)를 포함할 수 있다.
탄화실(11)은 내화 벽돌 예컨대 실리카 연와를 쌓아 올려 축조되며, 길이 방향(X)으로 소정의 길이를 가지고 폭 방향(Z)과 상하 방향(Y)으로 소정의 폭과 소정의 높이를 가진다. 이때, 탄화실(11)은 길이와 높이에 비하여 폭이 상대적으로 좁은 직육면체의 형상일 수 있다.
압출기(30)는 탄화실(11)의 입구 면적에 부합하는 형상을 가지도록 형성되어 탄화실(11)의 입구와 출구 사이를 길이 방향(X)으로 수평 이동하며 탄화실(11) 내부의 코크스를 밀어내어 압출 가능한 람 헤드(32), 길이 방향(X)으로 연장되며, 람 헤드(32)를 길이 방향(X)으로 수평 이동이 가능하게 지지하는 람(31)을 포함한다.
탄화실(11)의 입구과 출구에 도어를 장착하고, 장입차(20)가 탄화실(11)내에 석탄을 장입하면, 장입구에 리드를 장착하여 밀폐한 후, 탄화실(11)의 측벽에 접하여 마련된 연소실을 이용하여 탄화실(11)의 내부를 약 1000℃의 고온으로 소정시간 가열한다. 탄화실(11)의 내부에서 석탄이 견류되어 괴형 코크스로 제조되면 도어를 탈착하고, 압출기(30)의 람(31)을 탄화실(11)의 내부로 전진시켜 코크스를 밀어 내어 압출하고, 압출된 코크스를 버킷 카(40)에 담아 후속설비로 운반한다. 코크스 압출이 완료되면, 람(31)을 후진시켜 탄화실(11)의 외부로 인출한다. 이 일련의 과정이 일 회차의 코크스 제조 과정이다.
이후, 처리실 진단 장치(100)를 길이 방향(X)으로 주행시켜 탄화실(11)의 내부를 통과시키고, 이때, 처리실 진단 장치(100)의 센서 유닛(130)을 이용하여 탄화실(11)의 상태 예컨대 벽체 손상을 진단할 수 있다. 이때, 탄화실(11)의 벽체는 예컨대 탄화실(11)의 길이 방향(X)의 양 측벽을 포함할 수 있다. 탄화실(11)의 진단 후, 그 결과에 따라 예컨대 손상된 내화 벽돌 개수, 손상 면적 및 손상 깊이 등이 설정된 기준을 넘으면 해당 탄화실(11)을 보수한 후 다음 회차의 코크스 제조 과정을 수행하고, 기준 미만이면 해당 탄화실(11)의 보수없이 다음 회차의 코크스 제조 과정을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치의 모식도이다. 이때, 도 3의 (a)는 제1휠를 분리하여 동력 유닛이 보이도록 도시한 모식도이고, 도 3의 (b)는 처리실 진단 장치의 후면을 도시한 모식도이다. 도 4는 도 3의 (b)의 A-A' 선을 절단하여 처리실 진단 장치의 하우징 내부를 보여주는 부분 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치의 작동도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치를 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 장치(100)는, 처리실의 내부에서 주행 가능하도록 형성되는 휠 유닛(110), 휠 유닛(110)에 장착되고, 처리실의 온도를 이용하여 휠 유닛(110)을 회전시킬 수 있도록 형성되는 동력 유닛(120), 처리실의 내부 상태를 진단할 수 있도록 형성되고, 휠 유닛(110) 또는 동력 유닛(120)에 지지되는 센서 유닛(130)을 포함한다.
처리실은 탄화실(11)을 포함할 수 있다. 탄화실(11)은 길이 방향(X)과 폭 방향(Z)으로 연장되어 소정 면적을 가지는 바닥면(11d), 길이 방향(X)으로 연장된 바닥면(11d)의 양단부에서 상측으로 각각 연장되어 폭 방향(Z)으로 서로 마주보는 벽체, 벽체의 상단부 사이를 연결하는 천장(11c)을 포함할 수 있다. 이때, 벽체는 서로 마주보는 양 측벽 예컨대 일측벽(11a)과 타측벽(11b)을 포함할 수 있다.
처리실 진단 장치(100)는 자체 동력을 이용하여 길이 방향(X)으로 자력 주행하여 독립적으로 탄화실(11)을 통과하면서 탄화실(11)의 벽체를 촬영하고, 촬영 결과 예컨대 촬영된 영상을 분석하여 벽체 손상을 진단할 수 있다.
휠 유닛(110)은 처리실의 내부에서 길이 방향(X)으로 주행 가능하도록 형성될 수 있다. 휠 유닛(110)은, 처리실의 폭 방향(Z)으로 서로 이격되고, 각각 폭 방향(Z)을 중심으로 회전하면서 길이 방향(X)으로 주행 가능하도록 배치되는 한 쌍의 휠, 한 쌍의 휠에 폭 방향(Z)으로 장착되는 회전축(110c)을 포함할 수 있다. 이때, 한 쌍의 휠을 한 쌍의 스팀 휠이라고 지칭할 수도 있다.
한 쌍의 휠은 제1휠(110a)과 제2휠(110b)를 포함할 수 있다. 회전축(110c)은 제1휠(110a)과 제2휠(110b)의 사이에서 제1휠(110a)과 제2휠(110b)의 중심을 폭 방향(Z)으로 관통하여 장착될 수 있다. 제1휠(110a)과 제2휠(110b)은 회전방향의 중심(회전 중심)이 회전축(110c)에 정렬될 수 있다. 제1휠(110a)과 제2휠(110b)은 회전축(110c)의 축회전 시, 회전축(110c)을 중심으로 회전축(110c)과 함께 회전할 수 있다.
처리실의 바닥면(11d)은 처리물의 장입과 열처리 및 압출이 반복되면서 불규칙한 형태로 요철이 생기거나 굴곡이 생길 수 있다. 바닥면(11d)을 길이 방향(X)으로 주행하는 휠 유닛(110)의 전도(轉倒)나 이탈을 방지하기 위해, 한 쌍의 휠은 아래와 같은 구조로 형성될 수 있다.
한 쌍의 휠은 각각의 직경(W110)이 처리실의 폭 방향 너비(W1)보다 크게 형성될 수 있다. 처리실의 폭 너비 예컨대 430㎜ 내지 470㎜의 너비에 대응하여 각 휠의 직경이 500㎜ 내지 1500㎜로 형성될 수 있다. 이에, 휠의 요동 시에 휠의 상단이 벽체에 지지된 후 복원력에 의해 휠이 복원되며 완전한 전도가 방지될 수 있다.
또한, 한 쌍의 휠은 각각 처리실의 벽체를 마주보는 각 측면이 곡면 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 곡면 형태는 반구 형태 또는 볼록면 형태를 포함할 수 있다. 즉, 제1휠(110a)의 일측벽(11a)을 마주보는 측면과 제2휠(110b)의 타측벽(11b)을 마주보는 측면이 각각 반구 또는 완만한 볼록면 형태로 돌출 형성될 수 있다.
상기의 구조에 의해, 휠 유닛(110)이 전도나 이탈되지 않고, 길이 방향(X)으로 안전하게 주행할 수 있다. 즉, 바닥면(11d)상에서 휠 유닛(110)이 폭 방향(Z)으로 요동할 때, 한 쌍의 휠의 곡면 형태의 측면이 저항 역할을 하여 요동 속도가 느릴 수 있고, 이때, 후술하는 동력원 저장기(123)에 의한 복원력이 빠르게 작용하여 휠 유닛(110)의 위치와 자세가 신속하게 복원될 수 있다. 또한, 한 쌍의 휠의 곡면 형태의 측면은 휠 유닛(110)의 복원 시 그 움직임을 가이드하는 역할도 한다. 이에 의하여, 휠 유닛(110)이 직진성을 유지하며 처리실의 내부를 안정적으로 주행하여 통과할 수 있다.
회전축(110c)은 제1휠(110a)과 제2휠(110b)의 사이를 연결하여 장착될 수 있다. 이때, 회전축(110c)의 양 단부가 각각 제1휠(110a)과 제2휠(110b)의 중심에 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 예컨대 휠 유닛(110)은 분할형 구조일 수 있고, 따라서, 회전축(110c)과 한 쌍의 휠이 서로 분리될 수 있다. 이 구조에서는, 휠이 손상되거나 손상되기 이전에 해당 휠을 쉽게 교체할 수 있다. 즉, 휠이 열에 의해 주행이 불가능할 정도로 손상되기 전에 교체하여 휠 유닛(110)의 연속성과 활용성을 확보할 수 있고, 휠 유닛(110)의 상태를 상시 주행 가능한 상태로 유지할 수 있어 원하는 시점마다 처리실의 내부를 연속적으로 주행할 수 있다.
휠 유닛(110)은 처리실의 바닥면(11d)에 직접 접촉하기 때문에 열에 의한 손상을 받을 수 있다. 열 손상을 억제하거나 방지하기 위하여, 휠 유닛(110)은 내열 재질을 포함할 수 있다. 이때, 내열 재질은 처리실의 고온에 견딜 수 있는 세라믹, 수지, 내열강, 내열합금 및 내열금속 등을 포함할 수 있다. 이에, 휠 유닛(110)의 열 손상이 억제 또는 방지될 수 있다.
처리실 진단 장치(100)는 자체 동력을 이용한 자력 주행이 가능한 구조로서 동력 유닛(120)을 포함할 수 있다. 동력 유닛(120)은 처리실의 온도를 이용하여 액체(L)를 기화시키며, 그 팽창력을 이용하여 휠 유닛(110)을 회전시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 이에, 처리실 진단 장치(100)는 스팀(S)으로 구동되는 휠 유닛(110)을 이용하여 처리실의 바닥면(11d)상을 자력 주행하며, 센서 유닛(130)으로 처리실의 일측벽(11a)과 타측벽(11b)을 촬영하여 각각을 구성하는 내화 벽돌의 손상을 판단할 수 있다.
액체(L)는 처리실의 온도에서 기화될 수 있는 물을 포함할 수 있다. 동력 유닛(120)이 물과 물의 기화에 의해 생성되는 스팀(S)을 동력원으로 사용함에 따라, 동력원 수급이 쉽고, 운용 비용이 저렴하며, 탄화실(11)의 오염을 방지할 수 있다.
동력 유닛(120)은 처리실의 온도를 이용하여 스팀(S)을 생성하고, 이를 이용하여 휠 유닛(110)을 회전시킬 수 있게 형성될 수 있다. 동력 유닛(120)은, 한 쌍의 휠(110a, 110b) 사이에 배치되고, 회전축(110c)이 관통하는 원통 형상의 하우징(121), 하우징(120)의 내부에 배치되고, 회전축(110c)의 외주에 장착되는 터빈(122), 하우징(120)의 일측에 연통하도록 장착되고, 내부에 처리실의 온도에서 기화될 수 있는 액체(L)가 충전되는 동력원 저장기(123), 하우징(121)의 내부에서 동력원 저장기(123)의 상면을 관통하여 장착되고, 터빈(122)의 중심이 아니라 터빈(122)의 외주면을 향하여 하우징(121)의 내부에서 경사지게 개방되는 분사구(124), 터빈(122)를 중심으로 하여 동력원 저장기(123)의 반대측에서 하우징(121)의 상부를 관통하여 장착되고, 상하 방향(Z)에 대하여 경사지게 연장되며, 하우징(121)의 내부를 외기에 노출시키는 배출구(125)를 포함할 수 있다.
동력 유닛(120)은 하우징(121)내에 스팀(S)으로 작동 가능한 터빈(122)을 배치하고, 동력원 저장기(123)에서 하우징(121)의 내부로 지속 공급되는 고온,고속의 스팀(S)을 구동력으로 터빈(122)을 축 회전시켜, 터빈(122)이 장착된 회전축(110c)과 회전축(110c)에 장착된 한 쌍의 휠을 회전시킬 수 있다. 이에, 휠 유닛(110)을 전진 주행시킬 수 있다.
하우징(121)은 원통 형상으로 형성되고, 내부에 터빈(122)이 배치되고, 스팀이 지나갈 수 있는 공간이 마련된다. 하우징(121)의 중심을 폭 방향(Z)으로 관통하여 회전축(110c)이 지나가며, 하우징(121)은 회전축(110c)의 외주면에 미끄럼 지지될 수 있다. 하우징(121)의 직경은 한 쌍의 휠의 직경보다 작고, 또한, 동력원 저장기(123)의 설치 높이를 고려하여 그 크기가 정해질 수 있다. 하우징(121)을 내열 하우징(121)이라고 지칭할 수도 있다.
터빈(122)은 회전축(110c)을 중심으로 축 회전이 가능하도록 형성될 수 있으며, 회전축(110c)에 장착되어 회전축(110c)을 회전시킬 수 있다. 터빈(122)의 납작한 원통 형상의 로터, 로터의 외주면에 방사상으로 형성된 복수개의 블레이드를 포함할 수 있다. 이때, 블레이드의 단부는 하우징(121)의 내주면으로부터 이격되거나, 미끄럼 가능하게 접촉될 수 있다. 터빈(122)은 스팀(S)으로부터 구동력 예컨대 회전력을 생성하여 회전축(110c)에 전달할 수 있다.
동력원 저장기(123)는 내부에 처리실의 온도에서 기화될 수 있는 액체(L)가 충전되는 용기로서, 열 전달이 용이한 재질 예컨대 금속이나 합금 등의 재질로 제작될 수 있다. 동력원 저장기(123)는 내부에 액체(L)가 저장되기 때문에, 구조적인 안정을 위하여, 하부에서 상부로 갈수록 용적이 작아지도록 형성된, 각뿔이나 원뿔 또는 각기둥이나 원기둥의 형상일 수 있다. 동력원 저장기(123)는 처리실내의 열을 전달받아 내부에 충전된 액체(L)에 전달할 수 있다. 액체(L)가 동력원 저장기(123)의 내부에서 동력원 저장기(123)를 통해 처리실의 열을 흡수하여 기화 및 팽창되어 스팀(S)이 생성되고, 스팀(S)은 분사구(124)를 통하여 터빈(122)의 블레이드에 경사지게 분사될 수 있고, 이에 터빈(122)을 회전시킬 수 있다. 동력원 저장기(123)의 용적이 동력 유닛(120)의 주행시간에 비례한다. 이에, 동력원 저장기(123)는 수 내지 수십분 동안 주행하며 처리실을 통과 가능하도록 그 용적이 정해질 수 있다.
동력원 저장기(123)는 스팀의 생성 및 공급에 더하여, 무게추의 역할을 하도록, 하우징(121)과 터빈(122)의 무게중심(C121,122)의 높이보다 낮은 소정 높이에 동력원 저장기(123)의 무게중심(C123)이 위치하도록 배치될 수 있다. 즉, 하우징(121)의 중심의 하측에 동력원 저장기(123)이 위치할 수 있고, 하우징(121)의 하부에 연통할 수 있다. 이에, 동력 유닛(120)의 전체 무게 중심이 회전 중심의 하측에 낮게 형성될 수 있다. 따라서, 휠 유닛(110)의 요동 시 동력 유닛(120)에 의한 복원력이 생성될 수 있다.
동력원 저장기(123)는 길이 방향(X)을 기준으로 할 때, 회전축(110c)에서 전방으로 이격될 수 있다. 이때, 전방은 한 쌍의 휠에 의해 휠 유닛(110)이 주행할 때, 횔 유닛(110)이 향하는 방향을 전방이라 하고, 그 반대 방향을 후방이라 한다. 즉, 회전 중심과 상하로 정렬된 위치가 아니라 회전 중심과 길이 방향(X)으로 이격된 위치에 동력원 저장기(123)에 담긴 액체(L)의 중심이 위치할 수 있다. 이에, 액체(L)는 무게추와 함께 댐퍼의 역할도 원활하게 수행할 수 있고, 동력원 저장기(123)내에서 하우징(121)의 요동을 억제나 방지할 수 있다. 이에, 휠 유닛(100)이 전방으로 주행할 때, 동력원 저장기(123)내의 액체(L)에 의해 흔들임이 억제 또는 방지되며 안정적으로 주행할 수 있다.
분사구(124)는 하우징(121)의 내부에서 동력원 저장기(123)의 상면을 관통하여 경사지게 장착될 수 있다. 이때, 분사구(124)는 터빈(122)의 외주면에 마련되는 블레이드를 향하여 하우징(121)의 내부에 경사지게 연장될 수 있다. 분사구(124)를 통하여 하우징(121)과 동력원 저장기(123)의 내부가 연통할 수 있다. 분사구(124)의 내부 면적에 의해 터빈(122)의 회전 속도가 정해질 수 있고, 동력 유닛(120)이 처리실내를 수분 내에 빠져나갈 수 있도록 하는 회전 속도로 터빈(122)이 회전하도록 그 면적이 정해질 수 있다.
분사구(124)의 단부에는 분사 제어판(124a)이 돌출 형성될 수 있다. 분사 제어판(124a)은 분사구(124)의 단부 개구의 하부에 완만한 곡선 형태로 돌출되어, 블레이드와 마주보는 하우징(121)의 내주면측을 향할 수 있다. 스팀(S)이 분사 제어판(124a)을 타고 그 흐름이 유도되어 블레이드에 원하는 각도로 충돌할 수 있다.
배출구(125)는 터빈(122)를 중심으로 하여 동력원 저장기(123)의 반대측에서 하우징(121)의 상부를 관통하여 장착되고, 상하 방향(Z)에 대하여 경사지게 연장될 수 있다. 이에, 배기되는 스팀(S)을 이용하여 하우징(121)을 처리실의 바닥면(11d)에 밀착시킬 수 있고, 이에 휠 유닛(110)의 주행 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 배출구(125)가 개방 및 연장된 방향은 휠 유닛(110)의 후방일 수 있다. 즉, 휠 유닛(110)은 전방으로 주행하고, 배출구(125)는 주행 방향의 후방으로 상향 경사지게 스팀(S)을 배기할 수 있다.
상술한 바와 같이 처리실 진단 장치(100)는 처리실의 고온을 이용하여, 물을 스팀으로 생성하면서 스팀의 팽창력을 이용하여 휠을 회전시킬 수 있고, 이에, 처리실의 내부를 주행하며 빠르게 통과할 수 있다.
센서 유닛(130)은 휠 유닛(110) 또는 동력 유닛(120)에 지지되며 처리실의 내부 상태를 획득할 수 있도록 형성될 수 있다. 센서 유닛(130)은 고온에서 작동 가능한 각종 카메라를 포함할 수 있고, 액체(L)를 냉매로서 사용할 수 있도록, 동력원 저장기(123)의 하부를 관통하여 장착되고, 적어도 일부가 동력원 저장기(123)의 내부에서 직간접적으로 액체(L)에 접촉될 수 있다. 센서 유닛(130)은 광학 렌즈부가 동력원 저장기(123)를 관통하여 처리실의 내부에 노출될 수 있고, 광학 렌즈부를 제외한 나머지가 동력원 저장기(123)의 내부에서 방열판이나 케이스에 보호되고, 방열판이나 케이스는 액체(L)에 보호될 수 있다. 액체(L)는 물의 기화 온도 예컨대 100℃로 유지되고, 센서 유닛(130)은 액체(L)에 지속적으로 열을 방열하여 온도 상승이 억제될 수 있다. 센서 유닛(130)은 터빈(122)의 회전에 의한 주행 방향의 반대 방향을 향하여 장착될 수 있다. 즉, 센서 유닛(130)은 후방을 향하여 상향 장착될 수 있다. 이에, 스팀(S)에 분사압에 의해 이물이 밀려나며 후방 시야가 확보되고, 스팀(S)에 의해 후방의 열기가 일부 해소됨에 따라, 센서 유닛(130)이 열기에 직접 닿는것이 방지되어 열기로부터 보호될 수 있다. 따라서, 센서 유닛(130)이 벽체의 전체 형상을 용이하게 촬영할 수 있다. 이때, 처리실의 출구측 근방에서 휠 유닛(110)이 처리실을 통과한 이후, 휠 유닛(110)이 처리실 밖에서 소정 시간동안 처리실 근방의 소정 거리를 더 주행할 수 있고, 이 동안 센서 유닛(130)이 처리실내를 계속 촬영하여 벽체의 전체 형상을 용이하게 촬영할 수 있다.
처리실 진단 장치(100)는 센서 유닛(130)에서 촬영된 처리실 벽체 영상을 분석하여 벽체 손상을 진단하기 위해 진단부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 진단부는 센서 유닛(130)에 유무선 통신으로 연결될 수 있는데, 유선 통신으로 연결되는 경우, 진단부가 동력 유닛(120)의 소정 위치에 예컨대 단말기의 형태로 내장될 수 있고, 무선 통신으로 연결되는 경우, 진단부가 처리실의 외부 소정 위치에 마련될 수 있다. 진단부가 촬영된 영상을 분석하는 방식은 특별히 한정하지 않고, 예컨대 촬영된 영상을 픽셀이나 구간별로 나누고, 그 픽셀이나 구간내에 나타나는 패턴이나 명암을 분석하여 손상 여부, 손상 위치, 손상 깊이 등을 분석하고, 그 결과를 진단 결과로서 출력할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 처리실 진단 방법을 설명한다. 처리실 진단 방법은, 처리실의 내부에 처리실의 온도를 이용하여 처리실의 연장 방향으로 주행 가능한 처리실 진단 장치를 마련하는 과정, 처리실의 온도를 이용하여 처리실의 연장 방향으로 처리실 진단 장치를 주행시키는 과정, 처리실 진단 장치를 이용하여 처리실의 내부 상태를 진단하는 과정을 포함한다.
우선, 처리실의 내부에 처리실의 온도를 이용하여 처리실의 연장 방향으로 주행 가능한 처리실 진단 장치를 마련한다. 처리실에서 예컨대 코크스의 압출이 완료되면, 도어를 닫기 전, 비어있는 처리실내에 처리실 진단 장치(100)를 마련한다.
이후, 처리실의 온도를 이용하여 처리실의 연장 방향 예컨대 길이 방향(X)으로 처리실 진단 장치(100)를 주행시킨다. 이때, 동력원 저장기(123)의 내부에 마련된 액체(L)를 기화시키고, 액체(L)가 기화되면서 생성되는 증기 예컨대 스팀(S)을 이용하여 휠 유닛(110)을 작동시킨다. 이에, 수분 정도의 짧은 시간동안 고온의 처리실 내를 처리실 진단 장치(100)가 스팀을 동력으로 하여 주행할 수 있다.
이후, 처리실 진단 장치(100)의 센서 유닛(130)를 이용하여 처리실의 내부 상태를 진단한다. 이때, 적어도 일부가 액체(L)에 침지되도록 동력원 저장기(123)의 내부에 마련된 센서 유닛(130)을 이용하여, 처리실의 내부 형상을 연속 촬영하고, 촬영 결과를 이용하여 처리실의 내부 상태를 감지한다.
센서 유닛(130)은 처리실내에 쵤영할 수 있는 영역으로서, 일측벽 영역(P1), 타측벽 영역(P2), 천장 영역(P3) 및 바닥면 영역(P4)을 포함하는데, 휠 유닛(110)이 주행함에 따라 각 영역이 확장되고, 휠 유닛(110)의 처리실의 출구를 통과한 후 처리실 근방에서 길이 방향(X)으로 소정 거리를 더 주행하게 되면, 각 영역이 처리실의 일측벽(11a), 타측벽(11b), 천장(11c) 및 바닥면(11d)의 각 전체면으로 확장될 수 있다. 센서 유닛(130)이 벽체의 전체 영상을 촬영하면, 진단부가 처리실의 내부 상태를 감지하는데, 촬영 결과를 분석하여 처리실의 벽체 손상을 감지할 수 있다.
한편, 처리실의 내부 형상을 촬영할 때, 처리실 진단 장치(100)의 주행 방향의 반대 방향을 향하여 배치된 센서 유닛(130)을 이용하여 처리실 진단 장치(100)의 후방 상부를 촬영할 수 있다.
상기한 바에 의하여, 육안으로는 관측이 어려운 처리실 내의 벽체 손상을 안전하고 정확하게 진단할 수 있다. 진단이 완료되면, 그 결과에 따라 처리실 보수를 수행하거나 다음 번 처리 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 코크스 오븐 본체 11: 탄화실
100: 처리실 진단 장치 110: 휠 유닛
120: 동력 유닛 130: 센서 유닛

Claims (15)

  1. 처리실의 내부에서 주행 가능하도록 형성되는 휠 유닛;
    상기 처리실의 온도를 이용하여 상기 휠 유닛을 회전시킬 수 있도록 형성되는 동력 유닛; 및
    상기 휠 유닛 또는 동력 유닛에 지지되며 상기 처리실의 내부 상태를 진단할 수 있도록 형성되는 센서 유닛;을 포함하는 처리실 진단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 동력 유닛은 상기 처리실의 온도를 이용하여 액체를 기화시키며 그 팽창력을 이용하여 상기 휠 유닛을 회전시킬 수 있도록 형성되는 처리실 진단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 휠 유닛은,
    상기 처리실의 폭 방향으로 서로 이격되는 한 쌍의 휠; 및
    상기 한 쌍의 휠을 상기 처리실의 폭 방향으로 관통하여 장착되는 회전축;을 포함하는 처리실 진단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 한 쌍의 휠은 각각 상기 처리실의 폭 방향으로의 너비보다 큰 직경으로 형성되는 처리실 진단 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 한 쌍의 휠은 각각 상기 처리실의 벽체를 마주보는 측면이 곡면 형태로 형성되는 처리실 진단 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 동력 유닛은,
    상기 한 쌍의 휠 사이에 배치되고, 상기 회전축이 관통하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 회전축의 외주에 장착되는 터빈;
    상기 하우징의 일측에 연통하도록 장착되고, 내부에 상기 처리실의 온도에서 기화될 수 있는 액체가 충전되는 동력원 저장기;를 포함하는 처리실 진단 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 동력원 저장기는 상기 하우징과 터빈의 무게 중심의 높이보다 낮은 높이에 배치되고, 상기 하우징의 하부에 연통하는 처리실 진단 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 동력 유닛은,
    상기 하우징의 내부에서 상기 동력원 저장기를 관통하여 장착되고, 상기 터빈의 외주면을 향하도록 상기 하우징의 내부에 개방되는 분사구;
    상기 터빈를 중심으로 동력원 저장기의 반대측에서 상기 하우징을 관통하여 장착되고, 상기 하우징의 내부를 외기에 노출시키는 배출구;를 포함하는 처리실 진단 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서 유닛은 상기 동력원 저장기를 관통하여 장착되고, 적어도 일부가 상기 동력원 저장기의 내부에서 상기 액체에 접촉되는 처리실 진단 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서 유닛은 상기 터빈의 회전에 의한 하우징의 주행 방향의 반대 방향을 향하여 장착되는 처리실 진단 장치.
  11. 처리실의 내부에 상기 처리실의 온도를 이용하여 상기 처리실의 연장 방향으로 주행 가능한 처리실 진단 장치를 마련하는 과정;
    상기 처리실의 온도를 이용하여 상기 처리실의 연장 방향으로 상기 처리실 진단 장치를 주행시키는 과정; 및
    상기 처리실 진단 장치를 이용하여 상기 처리실의 내부 상태를 진단하는 과정;을 포함하는 처리실 진단 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 처리실 진단 장치를 주행시키는 과정은,
    상기 처리실 진단 장치의 내부에 마련된 액체를 기화시키는 과정;
    상기 액체가 기화되면서 생성되는 증기를 이용하여 상기 처리실 진단 장치의 휠 유닛을 작동시키는 과정;을 포함하는 처리실 진단 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 처리실의 내부 상태를 진단하는 과정은,
    적어도 일부가 상기 액체에 침지되도록 상기 처리실 진단 장치의 내부에 마련된 센서 유닛을 이용하여, 상기 처리실의 내부 형상을 촬영하는 과정;
    촬영 결과를 이용하여 상기 처리실의 내부 상태를 감지하는 과정;을 포함하는 처리실 진단 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 처리실의 내부 상태를 감지하는 과정은,
    상기 촬영 결과를 분석하여 상기 처리실의 벽체 손상을 감지하는 과정;을 포함하는 처리실 진단 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 처리실의 내부 형상을 촬영할 때,
    상기 처리실 진단 장치의 주행 방향의 반대 방향을 향하여 배치된 상기 센서 유닛을 이용하여 상기 처리실 진단 장치의 후방을 촬영하는 처리실 진단 방법.
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