KR102086942B1 - 코크스 오븐의 벽 부분의 형상을 측정하기 위한 디바이스 - Google Patents
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Abstract
코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10) 로서,
- 적어도 하나의 개구를 한정하는 메인 파트와 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 메인 파트에 대해 이동가능한 폐쇄 시스템을 갖는 박스,
- 상기 박스 내부에 위치되며 적어도 하나의 스캐닝 윈도우를 정의하는 내부 보호 스크린으로서, 상기 스캐닝 윈도우는 박스의 횡방향을 따르는 개구보다 좁은, 상기 내부 보호 스크린, 및
- 상기 폐쇄 시스템이 개방 위치에 있을 때, 상기 스캐닝 윈도우를 통해 그리고 상기 개구를 통해 상기 벽 부분을 스캔하기 위해 상기 박스 내에 위치된 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너를 포함한다.
- 적어도 하나의 개구를 한정하는 메인 파트와 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 메인 파트에 대해 이동가능한 폐쇄 시스템을 갖는 박스,
- 상기 박스 내부에 위치되며 적어도 하나의 스캐닝 윈도우를 정의하는 내부 보호 스크린으로서, 상기 스캐닝 윈도우는 박스의 횡방향을 따르는 개구보다 좁은, 상기 내부 보호 스크린, 및
- 상기 폐쇄 시스템이 개방 위치에 있을 때, 상기 스캐닝 윈도우를 통해 그리고 상기 개구를 통해 상기 벽 부분을 스캔하기 위해 상기 박스 내에 위치된 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너를 포함한다.
Description
본 발명은 코크스 오븐 (coke oven) 의 벽 부분의 형상을 측정하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 오븐 및 상기 디바이스를 포함하는 장치뿐만 아니라, 코크스 오븐의 벽 부분의 형상을 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 오븐의 개구를 통해 오븐의 좌측 벽 및 우측 벽 전체를 스캔하기 위한 방법에 관한 것이다.
코크스 오븐은 철강 산업에서 숯으로 코크스를 생산하는데 사용된다. 이들은 벽돌로 제조된 오븐 벽들로 분리된 코킹 챔버 (coking chamber) 와 연소 챔버를 교대로 배치하여 구성된다. 코킹 챔버는 평행 육면체 형상을 가지며, 통상적으로 높이가 3.5 미터와 8 미터 사이, 수평 방향을 따른 깊이가 12 미터와 20 미터 사이, 폭이 0.35 미터와 0.7 미터 사이이다. 이들은 일반적으로 수평 방향을 따라 양 단부들에서 각각 2 개의 대향하는 문들을 포함한다.
코킹 프로세스는 탄소를 농축하기 위해 산소 결핍 분위기에서, 석탄을 1000 ℃ 이상의 고온으로 탄화시키는 것을 수반한다. 석탄은 코킹 챔버의 상부에서 석탄 충전 홀로부터 충전된다. 그 다음, 1000 ℃ 이상의 고온이 대략 20 시간 동안 코킹 챔버 내부의 석탄에 인가된다. 이에 따라 석탄이 코크스화 (탄화) 되고, 코크스 케이크 (이하, 바로 "코크스 로 지칭됨) 가 생성된다. 코크스가 생성될 때, 코킹 챔버의 양 단부들에 배치된 도어들이 개방되고, 코크스가 코킹 챔버의 측면으로부터 푸셔에 의해 푸시되며, 코크스가 코킹 챔버 외부로부터 취득된다.
고온 외에도, 코킹 프로세스는 또한 많은 먼지, 그을음 및 증기를 생성한다.
석탄이 코크스로 변형되면, 오븐 벽의 벽돌들에 높은 압력을 가하고, 오븐 벽은 그 후 변형될 수 있다. 이러한 오븐 벽들의 변형들은 코크스를 챔버 외부로 푸시하고 오븐 벽들의 손상을 증가시키는 문제들을 발생할 수도 있다. 더욱이, 벽돌은 오븐 로딩과 언로딩 사이의 고온 변화들에 노출되며, 열 충격들이 발생하여 벽에 손상을 야기할 수도 있다.
이러한 모든 손상은 결국, 석탄 충전 또는 코크스 푸시 동안 문제를 유발하여 벽의 형상을 변경시키고 코크스 공장의 생산성에 영향을 미친다.
벽 형상의 측정들은 언로딩 후에 및 다음 로딩 전에 수행된다. 벽 온도는 일반적으로 900 ℃ 내지 1000 ℃ 범위이다.
이러한 이유로, 특히 벽 형상이 변경되지 않았는지의 여부를 체크하기 위해, 코크스 오븐의 상태를 모니터링할 필요가 있다.
과거에, 이는 육안 검사를 통해 수행되었지만, 운영자들에게 많은 안전 위험들을 수반하였으며 매우 정확하지 않았다.
문헌 JP 2014-218557 는 챔버 벽의 형상을 평가하기 위해 3D 레이저를 사용하는 것을 기술한다. 레이저는 코킹 챔버의 제 1 도어 앞의 제 1 위치에 위치되어 그 챔버의 좌측 벽의 일부분을 스캔한다. 그 다음, 챔버의 우측 벽의 일부분을 스캔하기 위해 제 2 위치로 이동된다.
게다가, 3D 레이저 스캐너들은 3 차원 형상을 측정하기 위해 일부 다른 기술 분야에서 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 스캐너들은, 가동중인 코크스 오븐 근처의 덥고, 먼지가 많고, 습한 환경을 견딜 수 없기 때문에, 코크스 공장 내에서의 사용에는 부적합한 것으로 간주되었다.
본 발명의 목적은 유휴 코크스 오븐의 벽 부분의 형상을 측정하는데 적합하고, 가동중인 코크스 오븐 근처에서 사용하기에 적합한 디바이스를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 코크스 오븐의 벽 부분의 형상을 측정하기 위한 디바이스를 제안하며, 상기 디바이스는:
- 적어도 하나의 개구를 한정하는 메인 파트와 메인 파트에 대해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 폐쇄 시스템을 갖는 박스로서, 상기 박스는 폐쇄 시스템이 폐쇄 위치에 있을 때, 방수되고 먼지 및 외부의 고체 돌출부로부터 보호되는, 상기 박스,
- 상기 박스 내부에 위치되며 적어도 하나의 스캐닝 윈도우를 정의하는 내부 보호 스크린으로서, 상기 스캐닝 윈도우는 박스의 횡방향을 따르는 개구보다 좁은, 상기 내부 보호 스크린, 및
- 상기 폐쇄 시스템이 개방 위치에 있을 때, 상기 스캐닝 윈도우를 통해 그리고 상기 개구를 통해 상기 벽 부분을 스캔하기 위해 상기 박스 내에 위치된 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너로서, 상기 레이저 스캐너는 벽 부분을 스캔하기 위해 박스에 대해 이동하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너를 포함한다.
다른 실시형태들에서, 상기 디바이스는 분리되어 또는 임의의 기술적 실현가능한 조합으로 취득된, 다음 특징들 중 하나 또는 몇 개를 포함한다:
- 폐쇄 시스템이 폐쇄 위치에 있을 때 박스는 방수되고 먼지 및 외부의 고체 돌출부로부터 보호된다;
- 내부 보호 스크린은 횡방향을 따라 분포된 몇몇 모듈들을 포함하며, 각각의 모듈은 개구를 통해 횡방향에 대해 실질적으로 방사상으로 오븐으로부터 나오는 열 방사들의 적어도 70% 를 반사시키도록 적응된다;
- 내부 보호 스크린은 횡방향을 따르는 2 개의 대향하는 극단 모듈들을 포함하고, 상기 각각의 극단 모듈은 개구를 통해 횡방향을 따라 실질적으로 오븐으로부터 나오는 열 방사들의 적어도 80% 를 반사시키도록 적응된다;
- 상기 디바이스는 개방 위치에서 상기 폐쇄 시스템을 유지하도록 적응된 적어도 하나의 가스 스프링을 포함하며, 상기 극단 모듈 중 적어도 하나는 상기 가스 스프링의 적어도 부분을 상기 오븐으로부터 나오는 열 방사들로부터 감추도록 적응된다;
- 상기 폐쇄 시스템은 박스의 메인 파트 상에 회전가능하게 장착된 커버를 포함한다;
- 상기 커버는 폐쇄 시스템이 폐쇄 위치에 있을 때 오븐으로부터 나오는 열 방사들의 적어도 80% 를 반사시키도록 적응된 외부 보호 패널을 포함한다;
- 박스는 박스와 주위 분위기 사이의 열 교환을 촉진하기 위해 외부로 지향된 핀들을 포함하는 후면을 가진다;
- 상기 디바이스는 후면에 고정되고 공기를 상기 핀들 상에 송풍하거나 또는 상기 핀들로부터 추출하도록 적응된 적어도 하나의 팬을 포함한다;
- 상기 디바이스는 압축 공기 소스 및 상기 압축 공기 소스에 연결되고 상기 압축 공기 소스로부터 3D 레이저 스캐너를 향해 공기를 송풍하도록 적응된 적어도 하나의 노즐을 포함한다;
- 상기 디바이스는 폐쇄 시스템이 개방 위치에 있을 시기를 검출하기에 적합한 검출기, 및 적어도 폐쇄 시스템이 개방 위치에 있을 때 소스로부터의 공기가 3D 레이저 스캐너를 향해 송풍되도록 노즐을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함한다;
- 상기 디바이스는 제 2 의 3D 레이저 스캐너를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 의 3D 레이저 스캐너는 횡방향을 따라 서로 떨어져서 그리고 예를 들어 서로 평행하게 이격된다;
- 3D 레이저 스캐너들은 박스의 동일한 빔에 장착된다; 그리고
- 박스는 베이스에 회전가능하게 장착된 플레이트에 의해 지지되거나 플레이트에 고정된다.
본 발명은 또한, 코크스 오븐 및 전술한 바와 같은 디바이스를 포함하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 코크스 오븐의 챔버의 적어도 부분의 형상을 측정하는 방법에 관한 것으로, 상기 챔버는 오븐의 횡방향을 따라 대향하는 좌측 벽 및 우측 벽을 갖고, 상기 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다:
- 상술한 바와 같은 디바이스를 제공하는 단계,
- 상기 디바이스를 오븐의 개구의 전면에, 그리고 상기 개구에 대해 횡방향에 수직인 종방향을 따른 거리에서, 그리고 상기 좌측 벽과 우측 벽 사이를 횡단하게 위치시키는 단계, 및
- 스캔하는 동안 오븐에 대해 디바이스를 이동시키지 않고 3D 레이저 스캐너를 사용하여 좌측 벽과 우측 벽을 스캔하는 단계, 상기 레이저 스캐너 (21A) 는 스캔하는 동안 박스 (20) 에 대해 이동한다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 예로서 주어진 다음의 설명을 읽을 때 명백할 것이다:
- 도 1 은 본 발명에 따른 장치의 개략도이다,
- 도 2 및 도 3 은 도 1 에 도시된 장치의 개략적인, 각각의 측면도 및 상면도이다,
- 도 4 는 도 1 내지 도 3 에 도시된 디바이스의 사시도이다,
- 도 5 는 도 1 내지 도 4 에 도시된 디바이스의 박스의 측면도이다,
- 도 6 은 도 5 에 도시된 박스의 정면을 향한 사시도이다,
- 도 7 은 내부 보호 스크린의 일부 모듈이 제거된, 도 5 및 도 6 에 도시된 박스의 상이한 사시도이다,
- 도 8 은 도 1 내지 도 7 에 도시된 디바이스의 3D 레이저 스캐너들 중 하나의 사시도이다, 그리고
- 도 9 내지 도 11 은 코크스 오븐에서 수행된 측정들을 산업적 스케일로 도시하는 그래프들이다.
- 도 1 은 본 발명에 따른 장치의 개략도이다,
- 도 2 및 도 3 은 도 1 에 도시된 장치의 개략적인, 각각의 측면도 및 상면도이다,
- 도 4 는 도 1 내지 도 3 에 도시된 디바이스의 사시도이다,
- 도 5 는 도 1 내지 도 4 에 도시된 디바이스의 박스의 측면도이다,
- 도 6 은 도 5 에 도시된 박스의 정면을 향한 사시도이다,
- 도 7 은 내부 보호 스크린의 일부 모듈이 제거된, 도 5 및 도 6 에 도시된 박스의 상이한 사시도이다,
- 도 8 은 도 1 내지 도 7 에 도시된 디바이스의 3D 레이저 스캐너들 중 하나의 사시도이다, 그리고
- 도 9 내지 도 11 은 코크스 오븐에서 수행된 측정들을 산업적 스케일로 도시하는 그래프들이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 장치 (1) 가 설명된다.
장치 (1) 는 코크스 오븐 (5) 및 오븐의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10) 를 포함한다.
오븐 (5) 은 종방향 (L) 을 따라, 예를 들어 대략 수평으로 연장된다. 오븐 (5) 은 코킹 챔버 (14) 를 한정하고, 종방향 (L) 을 따라 디바이스 (10) 를 대면하는 적어도 하나의 도어 (16) 를 갖는다.
도어 (16) 는 오븐 (5) 의 개구를 한정하고, 디바이스 (10) 가 실행중일 때 개방되도록 의도된다.
또한 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 코킹 챔버 (14) 는 종방향 (L) 을 따라 깊이 (L1) 를 갖는다. 코킹 챔버 (14) 는 디바이스 (10) 가 서 있는 지면 (18) 위의 수직 방향 (V) 을 따라 높이 (H1) 에서 시작한다. 코킹 챔버 (14) 는 수직 방향 (V) 을 따르는 높이 (H2) 및 종방향 (L) 및 수직 방향 (V) 에 수직하는 횡방향 (T) 을 따른 폭 (W1) 을 갖는다. 챔버 (14) 는 횡방향 (T) 을 따라 좌측 벽 (12A) 과 우측 벽 (12B) 을 갖는다.
예를 들어, L1 은 12 미터와 20 미터 사이의 범위이다.
예를 들어, H1 은 최대 2 미터이다.
예를 들어, H2 는 3.5 미터와 8 미터 사이의 범위이다.
예를 들어, W1 는 0.35 미터와 0.7 미터 사이의 범위이다.
벽 (12) 은 예를 들어, 실질적으로 수직이고 평평하게 설계된다.
벽 부분은 유리하게는 2 차원 표면이다.
디바이스 (10) 는 벽 (12) 의 일부분의 형상을 측정하도록 적응되어, 그 형상이 코킹 챔버 (14) 의 내부를 향하여 국부적으로 오목하거나 볼록한지의 여부를 유리하게 검출한다.
디바이스 (10) 는 오븐 (5) 의 외부에 위치되도록 의도된다. 오븐 (5) 은 여전히 높은 레벨의 잔류 열을 가질 수도 있기 때문에, 디바이스 (10) 에서 너무 복잡하고 고가인 냉각 부재들을 회피한다.
도 1 및 도 4 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태에서, 디바이스 (10) 는 박스 (20), 박스 내에 위치된 2 개의 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B), 베이스 (22) 및 박스와 베이스 사이에 수직으로 위치된 스페이서 (24) 를 포함한다.
베이스 (22) 는 유리하게 지면 (18) 상에서 구르도록 적응된다.
베이스 (22) 는 컴퓨터 (29), 하나 이상의 제어 스크린들을 갖는 제어 유닛 (30), 압축 공기의 소스 (32) 및 전원 (34) 을 포함한다. 베이스 (22) 는 유리하게는 먼지 필터 (미도시) 를 갖는 하나 또는 수 개의 냉각 팬들 (미도시) 을 구비한다.
베이스 (22) 및 스페이서 (24) 는 유리하게 보호 매트 (미도시) 로, 특히 오븐 (5) 에 대면하는 측면들 상에 커버된다. 예를 들어, 매트는 알루미늄화된 유리 직물 또는 임의의 절연 재료를 포함한다.
전원 (34) 은 유리하게, 디바이스 (10) 가 전력 공급부와 관련하여 자율적이게 한다. 전원 (34) 은 예를 들어, 인버터이다. 압축 공기 소스 (32) 는 예를 들어, 실린더이다.
컴퓨터 (29) 는 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 을 모니터링하기에 적합하다. 유리하게, 컴퓨터 (29) 는 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 에 의해 수행된 측정들을 분석하고 보고를 생성하기 위한 하나 또는 수 개의 전용 소프트웨어(들)을 포함한다.
도 4 를 참조하면, 박스 (20) 는 오븐 (5) 의 개구를 대면하는 정면 (37) 을 갖는다. 박스 (20) 는 또한, 스페이서 (24) 에 의해 베이스 (22) 에 고정된 메인 파트 (38), 및 박스가 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 주위에서 폐쇄되는 폐쇄 위치 (도 4) 와, 메인 파트 (38) 가 정면 (37) 에서 적어도 하나의 개구 (44) 를 한정하는 개방 위치 (도 5 내지 도 7) 사이에서 메인 파트에 대하여 이동가능한 폐쇄 시스템 (40) 을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 박스 (20) 는 베이스 (22) 상에 회전가능하게 장착된 플레이트 (미도시) 에 의해지지되거나 또는 고정되거나, 또는 박스가 베이스 상에 회전가능하게 장착된다.
폐쇄 시스템 (40) 이 폐쇄 위치에 있을 때, 박스 (20) 의 내부는 먼지에 대해 및 모든 방향에서의 물 돌출로부터 보호된다.
정면 (37) 의 개구 (44) 는 수직 방향 (V) 을 따라 그리고 횡방향 (T) 을 따라 연장된다. 예를 들어, 개구 (44) 는 평평한, 유리하게 직사각형의 형상을 갖는다. 개구 (44) 는 유리하게, 횡방향 (T) 에 평행하며, 예를 들어 45° 와 80° 사이의 범위에 있는 수직 방향 (V) 으로 각도 (α) 를 한정한다 (도 5). 이러한 각도는 코킹 챔버 (14) 의 전체 높이에 걸쳐 벽 (12) 을 측정하는 것을 허용한다.
폐쇄 시스템 (40) 은 축 (R) 을 중심으로 메인 파트 (38) 상에 회전가능하게 장착된 커버 (46) 를 포함하고 (도 5), 예를 들어 도 5 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 개방 위치에서 커버를 유지하도록 적응된 하나 또는 2 개의 가스 스프링들 (48) 을 포함한다.
폐쇄 시스템 (40) 은 유리하게 커버 (46) 와 메인 파트 (38) 사이에 설치된 플루오로엘라스토머 내에 시일 (미도시) 을 포함한다. 플루오로엘라스토머는 -20℃ 부터 200℃ 까지의 온도 범위를 견딜 수 있는 탄화플루오로 기반 합성 고무이다.
일 변형 (미도시) 으로서, 시일은 디바이스 (10) 의 후방을 향하여 열을 전도시키고 오븐 (5) 으로부터 열 방사들 (△) 을 반사시키도록 적응된 코팅부를 포함한다.
본 출원에서 "오븐으로부터의 열 방사들을 반사시키도록 적응된" 은 오븐 (5) 에 의해 방출된 열 방사들로부터 3D 레이저 스캐너들이 보호되는 것을 의미한다. 축 (R) 은 예를 들어, 횡방향 (T) 에 대략적으로 평행하다.
커버 (46) 는 유리하게, 박스 (20) 의 내부를 외부 먼지로부터 보호하도록 적응된 상부 플랩 (50) (도 4) 을 포함한다.
커버 (46) 는 유리하게, 폐쇄 시스템 (40) 이 폐쇄 위치에 있을 때 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 을 반사시키도록 적응된 외부 보호 패널 (52) 을 포함한다.
일 실시형태에서, 커버 (46) 는 폐쇄 시스템 (40) 을 폐쇄 위치에서 개방 위치로 또는 그 반대로 이동시키기 위해 수동으로 이동되도록 적응된다. 이를 위해, 커버 (46) 는 유리하게 핸들들 (54) 및 패스너들 (56), 예컨대 후크 클램프들을 포함한다. 다른 실시형태에서, 커버 (46) 는 자동으로 제어된다.
보호 패널 (52) 은 예를 들어 스테인레스 스틸, 폴리싱된 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 폴리싱된 알루미늄과 같은 반사 금속으로 제조되며, 세라믹 섬유와 같은 절연 재료를 포함할 수도 있다. 외부 보호 패널 (52) 은 유리하게, 도 5 에서 잘 보여지는 바와 같이 커버 (46) 의 나머지 부분으로부터 이격된다.
박스 (20) 의 메인 파트 (38) 는 오븐 (5) 에 대해 박스 (20) 의 배면에 후면 (58) (도 4) 을 가지며, 유리하게 박스와 주변 분위기 사이의 열교환을 촉진하기 위해 외부로 지향된 핀 (60) 들을 갖는다.
특정 실시형태에서, 2 개의 팬들 (62) 은 후면 (58) 에 고정되고, 냉각을 증가시키기 위해 핀 (60) 상에 공기를 송풍하거나 추출하도록 적응된다.
메인 파트 (38) 는 또한, 예를 들어 실질적으로 평평한, 유리하게는 박스 (20) 와 스페이서 (24) 를 기계적으로 연결하기 위한 연결 인터페이스를 형성하는, 하부 벽 (64) 을 갖는다. 메인 파트 (38) 는 상부 벽 (65) 을 갖는다.
메인 파트 (38) 는 예를 들어, 박스 (20) 의 내부를 향하여 하부 벽 (64) 에 고정된 빔 (68) (도 8) 을 포함하며, 횡방향으로 연장되고 유리하게 지면 (18) 과 실질적으로 평행하게 설계된 플랫폼 (70) 을 형성한다.
메인 파트 (38) 는 플랫폼 (70) 에 고정되고 각각 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 에 대한 베이스들로서 역할을 하는 2 개의 스캐너 어댑터들 (72) 을 포함한다.
메인 파트 (38) 는 박스 (20) 내의 온도를 포착하기위한 포착 모듈 (74) (도 1) 을 포함한다.
메인 파트 (38) 는 유리하게 폐쇄 시스템 (40) 이 개방 위치에 있는지 또는 폐쇄 위치에 있는지의 여부를 검출하기 위한 위치 검출기 (76) (도 7) 및 압축된 공기를 각각 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 을 향해 송풍하기 위해 압축 공기 소스 (32) 에 연결된 2 개의 노즐들 (78) 을 포함한다.
디바이스 (10) 는 또한, 정면 (37) 의 개구 (44) 를 통해 횡방향 (T) 에 대해 실질적으로 방사상으로 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 의 에너지의 적어도 80% 를 반사시키도록 적응된 내부 보호 스크린 (80) 을 포함한다.
예를 들어, 내부 보호 스크린 (80) 은 횡방향 (T) 을 따라 분포된 몇몇 모듈들 (82) 및 옵션적으로 열 방사들 (△) 로부터 빔 (68) 을 보호하도록 구성된 횡단 모듈 (84) 을 포함한다.
횡단 모듈 (84) 은 빔 (68) 과 오븐 (5) 사이에 개재된다. 횡단 모듈 (84) 은 개구 (44) 를 가로질러 횡단하게 연장된다.
각 모듈 (82) 은 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 의 에너지의 적어도 70% 를 반사시키도록 적응된다.
모듈 (82) 은 운영자 (미도시) 에 의해 횡방향 (T) 을 따라 용이하게 이동가능하도록, 예를 들어 각각 몇 개의 스크류들에 의해 메인 파트 (38) 의 하부 벽 (64) 과 상부 벽 (65) 에 유리하게 고정되어, 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 의 위치에 관계없이 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 의 정면에 각각 2 개의 스캐닝 윈도우들 (86A, 86B) 을 한정한다.
예를 들어, 각각의 모듈 (82) 은 횡방향 (T) 을 따라 "L" 형상을 갖는다. 각각의 모듈 (82) 은 "L" 을 형성하는 2 개의 패널들 (88) 을 포함한다. 패널들 (88) 중 하나는 예를 들어 종방향 (L) 에 대략적으로 수직하고, 다른 하나는 수직 방향 (V) 에 대략적으로 수직한다. 패널들 (88) 은 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 을 개구 (44) 를 통해 횡방향 (T) 에 대해 실질적으로 방사상으로 반사시키도록 적응된다.
유리하게, 모듈들 (82) 중에서, 예를 들어 횡방향 (T) 을 따르는 모듈은 위치 검출기 (76) 를 보호하는데 적합하고, 횡방향 (T) 을 따르는 2 개의 대향하는 외부 모듈들은 가스 스프링들 (48) 을 적어도 부분적으로 보호하는데 적합하다.
유리하게는, 모듈들 (82) 및 횡단 모듈 (84) 은 폴리싱된 알루미늄의 중량에 있어서 적어도 50% 를 포함한다.
예를 들어, 어댑터들 (72) 은 횡방향 (T) 을 따라 플랫폼 (70) 에 대해 여러 위치들, 예를 들어 3 개 위치들 사이에서 이동가능하다.
예를 들어 "Delrin 워셔" 로 알려진 몇몇 워셔들 (미도시) 이 열전도를 제한하기 위해 빔 (68) 과 하부 벽 (64) 사이에 개재된다.
포착 모듈 (74) (도 1) 은 박스 (20) 내에 확산된 여러 온도 센서들 (미도시) 을 포함한다. 유리하게, 2 개의 온도 센서들 (미도시) 이 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 의 부근에서 빔 (68) 상에 위치된다. 예를 들어, 2 개의 온도 센서들 (미도시) 은 메인 파트 (38) 의 하부 벽 (64) 상에 위치된다.
3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 은 어댑터들 (72) (도 8) 에 고정되고 서로 평행하게 장착된다. 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 은 예를 들어, Faro 로부터 상업적으로 입수가능한 Focus3D 레이저 스캐너들 또는 유사한 스캐너들이다. 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 은 컴퓨터 (29) 에 의해 모니터링되도록 적응된다.
3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 은 유리하게, 그 벽에 부착된 반사 접착 테이프 (미도시) 로 보호된다. 접착 테이프는 유리하게, 알루미늄화된 유리 직물, 예를 들어, 3M 사에 의해 참조된 것 (363) 이다.
각각의 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 예를 들어, 스캐닝 윈도우를 통해 광을 방출 및 수신하도록 적응된다.
각각의 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 벽 부분 (12) 을 스캔하기 위해 박스 (20) 에 대해 이동하도록 구성된다.
3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 코킹 챔버 (14) (도 1 내지 도 3) 로부터 거리 L2 에, 예컨대 1 미터와 4 미터 사이의 범위에 위치된다.
3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 종방향 (L) 에 대해 상부 각도 (α1) 으로부터 하부 각도 (α2) 로 수직면 (P) (도 2) 에서, 그리고 종방향 (L) 에 대하여 좌측 각도 (α3) 로부터 우측 각도 (α4) 으로 수평면 (P') (도 3) 에서 코킹 챔버 (14) 를 스캔하도록 적응된다.
박스 (20) 및 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 대부분의 기존 코크스 오븐을 스캔하도록 구성된다. 이를 위해, 박스 (20) 및 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 다음을 허용하도록 설계된다:
- 78° 인 상부 각도 (α1) 의 최대값,
- 적어도 38.5° 인 하부 각도 (α2) 의 최대값,
- 적어도 13.5° 인 좌측 각도 (α3) 의 최대 값, 및
- 적어도 30° 인 우측 각도 (α4) 의 최대값.
이들 각도들은 스캐닝 시간을 감소시키고 좌측 벽 (12A) 과 우측 벽 (12B) 모두를 스캔할 수 있도록 최적화된다.
이러한 길이는 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 를 적당한 높이에 두기 위해 수직 방향 (V) 을 따라 다양한 길이들을 갖는 복수의 (미도시) 스페이서들로부터 스페이서 (24) 를 선택하게 한다. H1 이 1 미터 이상, 예를 들어 대략 1.5 미터인 경우, 더 큰 스페이서 또는 추가의 스페이서가 베이스 (22) 와 박스 (20) 사이에서 사용될 수 있다.
디바이스 (10) 의 변형 (미도시) 으로서, 레이저 스캐너 (21A) 와 같은 단 하나의 3D 레이저 스캐너가 박스 (20) 내에 있다. 이러한 변형에서, 플랫폼 (70) 및 하나의 노즐 (78) 에 고정된 스캐너 어댑터 (72) 는 오직 하나이다. 모듈들 (82) 은 오직 하나의 스캐닝 윈도우 (86A) 만을 정의한다.
본 발명의 용도가 이제 기술될 것이다.
본 발명은 다음 단계들을 포함한다:
- 디바이스 (10) 를 제공하는 단계,
- 박스 (20)의 정면 (37) 을 오븐 (5) 의 개구를 향해 터닝하는 단계,
- 폐쇄 시스템 (40) 을 개방 위치에 두는 단계, 및
- 정면 (37) 의 개구 (44) 를 통해 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 로 벽 부분 (12) 을 스캔하는 단계.
3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 의 위치들은 오븐 (5) 의 치수, 특히 폭 (W1) 및 거리 (L2) 에 따라 선택된다.
내부 보호 스크린 (80) 의 모듈 (82,84) 은 스캐닝 윈도우 (86A, 86B) (도 6) 를 개구 (44) 내에 한정하도록, 빔 (68) 에 대한 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 의 위치에 따라 박스 (20) 의 나머지 부분에 고정된다.
정면 (37) 을 오븐 (5) 을 향하여 터닝하는 단계는 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 거리 (L2) 에서 오븐 (5) 의 정면에 디바이스 (10) 를 가져오는 서브 단계, 및 높이 (H1) 에 따라 적당한 스페이서 (24) 를 선택하는 서브 단계를 포함한다.
옵션의 회전판이 오븐 (5) 에 대해 박스 (20) 를 정렬시킴으로써 벽 부분 (12) 이 스캔될 수 있게 한다. 예를 들어, 수직 방향 (V) 에 대한 박스 (20) 의 배향이 모니터링될 수 있다.
폐쇄 시스템 (40) 이 폐쇄 위치에 있는 한, 박스 (20) 내의 모든 엘리먼트들은 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 및 먼지로부터 잘 보호된다.
외부 보호 패널 (52) 은, 예를 들어 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 를 손상시킬 수 있는 박스 (20) 의 내부의 온도 상승을 경험하지 않고, 오븐 (5) 의 전면에서 디바이스를 (10) 를 얼마간, 예를 들어 5 분 동안 떠나는 것을 허용한다. 또한, 일부 열은 핀 (60) 덕분에, 박스 (20) 의 후면 (58) 을 통해 배출된다. 유리하게, 팬 (62) 은 후면 (58) 을 통한 열교환을 증가시키기 위해 스위치 온된다.
유사하게, 베이스 (22) 및 스페이서 (24) 상의 보호 매트는 이들 엘리먼트들의 온도 증가를 지연시킨다. 베이스 (22) 의 냉각 팬은 또한, 베이스 (22) 내부의 온도를 허용 가능한 레벨, 바람직하게는 40℃ 이하로 유지하는데 기여한다.
온보드 전원 (34) 및 압축 공기 소스 (32) 덕분에, 디바이스 (10) 는 자율적이다.
벽 부분 (12) 의 스캔을 수행하기 위해, 커버 (46) 는 수동으로 개방된다. 이것은 폐쇄 시스템 (40) 을 도 5 에 도시된 개방 위치에 놓는다. 핸들들 (54) 은 커버 (46) 의 개방 또는 폐쇄 동안 열 방사들 (△) 에 대한 운영자 (미도시) 의 노출을 최소화하게 한다.
커버 (46) 는 가스 스프링 (48) 에 의해 개방 또는 폐쇄 위치에서 유지되며, 이들 양자는 안정하다.
위치 검출기 (76) (도 7) 는 폐쇄 시스템이 닫힌 위치를 벗어났음을 검출하고, 노즐 (78) (도 8) 이 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 를 향해 공기를 송풍하도록 트리거한다.
3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 는 컴퓨터 (29) 에 의해 모니터링되어 정면 (37) 에서 개구 (44) 를 통해 벽 부분 (12) 을 스캔하고 그 자체로 알려진 방식으로 벽 부분의 형상을 나타내는 신호들을 전달한다. 그 후, 신호들은 컴퓨터 (29) 에 의해 해석되고, 예를 들어 그래프와 같은, 형상을 나타내는 데이터로 변환된다. 스캐닝 동안, 디바이스 (10) 는 오븐 (5) 에 대해 이동되지 않고, 어댑터들 (72) 도 고정된 위치에 있는다.
특정 실시형태에서, 전체 좌측 벽 (12A) 및 전체 우측 벽 (12B) 은 스캐닝 동안 오븐 (5) 에 대해 디바이스 (10) 를 이동시키지 않고 3D 레이저 스캐너에 의해 스캔된다.
디바이스 (10) 의 온도 증가를 최소화하기 위해, 스캔의 지속 시간은 최소화되고, 바람직하게 3 분 미만으로 유지된다.
박스 (20) 내부의 온도는 포착 모듈 (74) 에 의해 측정되어 컴퓨터 (29) 로 전송된다.
스캐닝 윈도우 (86A, 86B) 를 한정함으로써, 내부 보호 스크린 (80) 은 3D 레이저 스캐너 (21A, 21B) 에 의해 방출된 레이저 빔을, 도 2 및 도 3 에 도시된 유용한 입체각 (solid angle) 으로 한정한다. 특히, 어떤 레이저 빔도 횡방향 (T) 을 따라 옆으로 방출될 수 없다.
내부 보호 스크린 (80) 은 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 및 가스 스프링을 열 방사들 (△) 로부터 보호한다. 내부 보호 스크린 (80) 은 폐쇄 시스템 (40) 이 개방 위치에 있을 때 박스 (20) 로 들어가는 열 플럭스를 제한한다. 내부 보호 스크린 (80) 은 또한, 박스 (20) 의 내부를 향한 외부 공기의 진입을 제한한다.
플랩 (50) 은 가장 큰 먼지 단편들이 커버 (46) 와 박스 (20)의 메인 파트 (38) 사이의 슬롯으로 진입하는 것을 방지한다.
스캔 결과들은 오븐 (5) 이 스캔된 직후 또는 소정 세트의 모든 오븐이 스캔된 후에 해석된다. 2 개의 연속적인 오븐들의 스캔들 사이에는, 일반적으로 8 내지 12 분의 분위기 시간이 있다.
베이스 (22) 덕분에, 각 오븐의 전면에서 디바이스 (10) 를 연속적으로 이동시키는 것이 쉽다.
상기 언급된 특징들 덕분에, 디바이스 (10) 는 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하고, 특히 오븐 (5) 옆에 있는 근처의 가동중인 오븐 뿐만 아니라, 먼지 및 열 방사들의 존재 하에서 사용하기에 적합하다.
디바이스 (10) 는 또한, 오븐의 가장 큰 횡방향 치수의 5 배보다 큰, 큰 길이를 갖는 임의의 좁은 오븐의 벽 부분의 형상을 측정하도록 적응된다.
산업용 테스트
디바이스 (10) 의 산업용 테스트는 프랑스 Dunkirk 의 코크스 오븐 상에 기밀로 수행되었다. 디바이스 (10) 는 각 오븐 입구로부터 2.5m 에 위치되었다. 스캐닝 단계는 각 오븐에 대해 약 2.5 분이 소요되었고 매우 정확한 결과를 제공하였다. 주어진 오븐을 사용하여 획득된 결과 중 일부는 도 9 내지 도 11 에 도시된다.
도 9 내지 도 11 은 횡방향 (T) 을 따른 측정된 폭 (도면의 Y 축) 대 종방향 (L) 을 따른 오븐 길이 (도면의 X 축) 를 도시한다.
곡선 (C1) 은 오븐의 예상 폭 프로파일이다.
곡선들 (C2, C3 및 C4) 은 바닥에서 시작하여 코킹 챔버 (14) 의 높이의 10%, 50% 및 90% 에서 각각 측정된 폭 프로파일들이다.
도 9 내지 도 11 은 측정된 폭 프로파일 (C2 내지 C4) 이 예상된 폭 프로파일 (C1) 과 어떻게 다른지를 평가하는 것을 허용하였다.
이 데이터를 사용하여, 측정된 편차들을 오븐에서의 실제 탄소 퇴적물 또는 벽돌 변위들과 관련시킬 수 있었고, 오븐의 일부가 로딩 또는 언로딩하기 더 쉬운 이유를 설명할 수 있었다.
Claims (16)
- 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10) 로서,
- 박스 (20) 및 상기 박스 (20) 에 위치된 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너 (21A) 로서, 상기 박스 (20) 는 상기 오븐 (5) 의 개구부를 대면하도록 의도된 정면 (37), 메인 파트 (38), 및 상기 메인 파트 (38) 에 대해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 폐쇄 시스템 (40) 을 가지고, 상기 개방 위치에서, 상기 메인 파트 (38) 는 상기 정면 (37) 에 적어도 하나의 개구 (44) 를 한정하고, 상기 폐쇄 위치에서, 상기 박스 (20) 는 상기 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너 (21A) 주위에서 폐쇄되고, 상기 박스 (20) 는 방수되고 먼지 및 외부의 고체 돌출부로부터 보호되는, 상기 박스 (20) 및 상기 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너 (21A), 및
- 상기 박스 (20) 내부에 위치되며 적어도 하나의 스캐닝 윈도우 (86A, 86B) 를 정의하는 내부 보호 스크린 (80) 으로서, 상기 스캐닝 윈도우 (86A, 86B) 는 상기 박스 (20) 의 횡방향 (T) 을 따르는 상기 개구 (44) 보다 좁은, 상기 내부 보호 스크린 (80) 을 포함하며,
상기 적어도 하나의 3D 레이저 스캐너 (21A) 는 상기 폐쇄 시스템 (40) 이 상기 개방 위치에 있을 때, 상기 스캐닝 윈도우 (86A, 86B) 를 통해 그리고 상기 개구 (44) 를 통해 상기 벽 부분 (12) 을 스캔하도록 적응되고, 상기 3D 레이저 스캐너 (21A) 는 상기 벽 부분을 스캔하기 위해 상기 박스 (20) 에 대해 이동하도록 구성되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 내부 보호 스크린 (80) 은 상기 횡방향 (T) 을 따라 분포된 몇몇 모듈들 (82) 을 포함하며, 각각의 모듈 (82) 은 상기 개구 (44) 를 통해 상기 횡방향 (T) 에 대해 실질적으로 방사상으로 상기 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 의 적어도 70% 를 반사시키도록 적응되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 2 항에 있어서,
상기 내부 보호 스크린 (80) 은 상기 횡방향 (T) 을 따르는 2 개의 대향하는 극단 모듈들을 포함하고, 상기 극단 모듈들의 각각은 상기 개구 (44) 를 통해 상기 횡방향 (T) 을 따라 실질적으로 상기 오븐 (5) 으로부터 나오는 상기 열 방사들 (△) 의 적어도 80% 를 반사시키도록 적응되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 3 항에 있어서,
상기 폐쇄 시스템 (40) 을 상기 개방 위치에서 유지하도록 적응된 적어도 하나의 가스 스프링 (48) 을 더 포함하며, 상기 극단 모듈들 중 적어도 하나는 상기 가스 스프링 (48) 의 적어도 부분을 상기 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 로부터 감추도록 적응되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 폐쇄 시스템 (40) 은 상기 박스 (20) 의 상기 메인 파트 (38) 상에 회전가능하게 장착된 커버 (46) 를 포함하는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 5 항에 있어서,
상기 커버 (46) 는 상기 폐쇄 시스템 (40) 이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 오븐 (5) 으로부터 나오는 열 방사들 (△) 의 적어도 80% 를 반사시키도록 적응된 외부 보호 패널 (52) 을 포함하는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 박스 (20) 는 상기 박스 (20) 와 주위 분위기 사이의 열 교환을 촉진하기 위해 외부로 지향된 핀들 (60) 을 포함하는 후면 (58) 을 가지는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 7 항에 있어서,
상기 후면 (58) 에 고정되고 공기를 상기 핀들 (60) 상에 송풍하거나 또는 상기 핀들 (60) 로부터 추출하도록 적응된 적어도 하나의 팬 (62) 을 더 포함하는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 1 항에 있어서,
압축 공기 소스 (32) 및 상기 압축 공기 소스 (32) 에 연결되고 상기 압축 공기 소스 (32) 로부터 상기 3D 레이저 스캐너 (21A) 를 향해 공기를 송풍하도록 적응된 적어도 하나의 노즐 (78) 을 더 포함하는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 9 항에 있어서,
상기 폐쇄 시스템 (40) 이 상기 개방 위치에 있을 시기를 검출하기에 적합한 검출기 (76), 및 적어도 상기 폐쇄 시스템 (40) 이 상기 개방 위치에 있을 때 상기 소스로부터의 공기가 상기 3D 레이저 스캐너 (21A) 를 향해 송풍되도록 상기 노즐 (78) 을 제어하기 위한 제어 유닛 (30) 을 더 포함하는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 1 항에 있어서,
제 2 의 3D 레이저 스캐너 (21B) 를 더 포함하며,
제 1 및 제 2 의 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 은 상기 횡방향 (T) 을 따라 서로 떨어져서 그리고 예를 들어 서로 평행하게 이격되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 11 항에 있어서,
상기 3D 레이저 스캐너들 (21A, 21B) 은 상기 박스 (20) 의 동일한 빔 (68) 에 장착되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 박스 (20) 는 베이스 (22) 에 회전가능하게 장착된 플레이트에 의해 지지되거나 또는 상기 플레이트에 고정되는, 코크스 오븐 (5) 의 벽 부분 (12) 의 형상을 측정하기 위한 디바이스 (10). - 코크스 오븐 (5) 및 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 디바이스 (10) 를 포함하는 장치 (1).
- 코크스 오븐 (5) 의 챔버 (14) 의 적어도 부분의 형상을 측정하는 방법으로서,
상기 챔버 (14) 는 상기 오븐 (5) 의 횡방향 (T) 을 따라 대향하는 좌측 벽 (12A) 및 우측 벽 (12B) 을 갖고,
상기 방법은 적어도,
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 디바이스 (10) 를 제공하는 단계,
- 상기 디바이스 (10) 를 상기 오븐 (5) 의 개구부의 전면에, 상기 개구부에 대해 상기 횡방향 (T) 에 수직인 종방향 (L) 을 따르는 거리 (L2) 에, 그리고 상기 좌측 벽 (12A) 과 상기 우측 벽 (12B) 사이를 횡단하게 위치시키는 단계, 및
- 스캔하는 동안 상기 오븐 (5) 에 대해 상기 디바이스 (10) 를 이동시키지 않고 상기 3D 레이저 스캐너 (21A) 를 사용하여 상기 좌측 벽 (12A) 과 상기 우측 벽 (12B) 을 스캔하는 단계로서, 상기 3D 레이저 스캐너 (21A) 는 스캔하는 동안 상기 박스 (20) 에 대해 이동하는, 상기 좌측 벽 (12A) 과 상기 우측 벽 (12B) 을 스캔하는 단계를 포함하는, 코크스 오븐 (5) 의 챔버 (14) 의 적어도 부분의 형상을 측정하는 방법. - 삭제
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