KR102087778B1

KR102087778B1 - 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치

Info

Publication number: KR102087778B1
Application number: KR1020130136772A
Authority: KR
Inventors: 하야에 카야노
Original assignee: 가부시키가이샤 와데코
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2020-03-11
Also published as: KR20140061268A; JP6130234B2; EP2730664A1; JP2014196992A

Abstract

금속제 반사판은 송수신기에 연결된 안테나와 대향하도록 배치되어 있다. 안테나로부터의 검출파는 고로의 개방부를 통하여 고로의 내부로 들어가도록 반사판에 이해 반사되고 고로에 장입된 물질에 의해 반사된 검출파는 반사판에 의해 반사되어 안테나로 전달된다. 안테나와 반사판을 수용하는 메인 파이프부에 있어서, 가스투과성 격벽은 반사판의 반사면과 대향하도록 설치되어 있고 비가스투과성 격벽은 안테나의 안테나면과 대향하도록 설치되어 있다. 불활성 가스는 가스투과성 격벽과 비가스투과성 격벽 사이에 규정된 공간 내에 고압하에 공급된다.

Description

고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치{DETECTION APPARATUS FOR DETECTING SURFACE OF SUBSTANCE LOADED IN BLAST FURNACE}

본 발명은 고로(blast furnace)에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 마이크로파 또는 밀리미터파 등의 검출파를 고로 속으로 전달함으로써 고로 내에 장입된 철광석(iron ore) 또는 코크스(coke)의 표면까지의 거리 또는 표면 프로파일(surface profile)을 검출하고 그 장입된 철광석 또는 코크스에서 반사된 검출파를 검출하는 검출장치에 관한 것이다.

고로에 있어서는, 검출장치는 로(爐)내에 장입된 철광석 또는 코크스의 표면까지의 거리 또는 표면 프로파일을 검출한다. 구체적으로는, 고로의 노정부(頂部) 근방에는 개방부가 형성되어 있고, 안테나는 그 개방부와 동축(同軸)으로 설치되어 있다. 마이크로파(전달파)는 마이크로파 송수신기로부터 안테나를 통해 전달되고 개방부를 통하여 로의 내부로 들어가게 된다. 다음으로, 마이크로파는 로내의 철광석 또는 코크스에서 반사되고, 이렇게 반사된 마이크로파(반사파)는 개방부를 통하여 안테나에 의해 수집되고, 다음으로 마이크로파 송수신기로 전달된다. 마이크로파 송수신기는 전달파와 반사파 사이의 위상차로부터 철광석 또는 코크스의 표면 프로파일까지의 거리 또는 그 표면 프로파일을 검출한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또한, 같은 목적을 위해 다른 검출장치가 고로에 사용되기도 한다. 구체적으로는, 반사판은 개방부 위에 직접 설치되어 있고, 안테나는 반사판에 대향하도록 설치되어 있다. 다음으로, 마이크로파(전달파)는 마이크로파 송수신기로부터 안테나를 통해 전달되고, 그 다음으로 마이크로파는 개방부를 통해 고로의 내부로 들어가도록 반사판에 의해 반사된다. 다음으로, 마이크로파는 고로 내에 장입된 철광석 또는 코크스에 의해 반사되고, 이렇게 반사된 마이크로파(반사파)는 개방부를 통하여 반사판으로 들어가서 반사판에서 다시 마이크로파 송수신기에 반사된다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

이러한 검출장치들에 있어서는, 마이크로파를 전달하고, 철광석, 코크스, 먼지 등의 경질 입자(hard particles)가 로 내부로부터 개방부를 통하여 검출장치 내로 침입되는 것을 방지하기 위해 내열성과 내압성을 갖는 세라믹재로 형성되는 차폐부재(shield member)에 의해 개방부를 폐쇄하는 것이 일반적인 관행이다. 특허문헌 1에서는, 가스투과성 내열판(gas-permeable heat resistance board)이 개방부에 끼워 맞춰져 있다.

JP-A-2006-38756 JP-A-2011-145237

그러나, 4kg/cm²의 고압이 로내에서 발생되고 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 차폐부재와 자주 충돌한다. 그 결과, 세라믹 차폐부재는 비교적 조기에 손상되고, 최악의 경우에는, 차폐부재가 균열되는 상황이 일어난다. 차폐부재의 수리를 위해 검출장치 전체를 개방부로부터 제거할 필요가 있어, 그 수리 작업을 완료하기 까지 어느 정도의 시간이 걸린다.

또한, 철광석, 코크스 및 먼지는 차폐부재의 로측면(furnace side surface)에 부착되고, 차폐부재에 부착되는 이러한 물질들은 마이크로파의 송수신에 영향을 미친다. 그러나, 개방부에 설치되어 있는 차폐부재의 경우에는, 이러한 물질들의 부착 상태를 관측할 수 없다. 더구나, 차폐부재에 부착된 물질을 제거하려고 하면, 검출장치의 전체를 개방부로부터 제거할 필요가 있어, 그 제거작업을 완료하는 데 어느 정도의 시간이 걸린다.

본 발명의 목적은 로내의 개방부를 폐쇄하는 차폐부재의 손상 또는 균열을 방지할 수 있고, 차폐부재에 부착되는 물질에 의해 영향을 받는 검출파의 송수신의 위험을 없앨 수 있으며, 또한 부착되는 물질의 제거를 용이하게 할 수 있는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치를 제공하는 데 있다.

(1) 본 발명의 대표적인 실시형태에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치는,

안테나;

안테나에 연결되어, 안테나를 통하여 고로에 검출파를 전달하고 안테나를 통하여 고로에 장입된 물질에 의해 반사된 검출파를 수신하도록 구성된 송수신기;

고로의 개방부 위에 설치되어, 안테나와 대향하도록 배치되고 안테나로부터 고로에 검출파를 반사시키고 고로에 장입된 물질에 의해 반사된 검출파를 안테나에 반사시키도록 구성된 금속제 반사판;

반사판의 반사면 아래에 놓인 위치에 개방된 개방부를 갖는 메인 파이프부(main pipe portion), 및 메인 파이프부의 개방부와 고로의 개방부를 연결하도록 구성된 연결 파이프부를 포함하고, 안테나의 안테나면과 반사판의 반사면이 서로 대향하는 방식으로 안테나와 반사판이 메인 파이프부 내에 수용되어 있는 파이프 구조물;

검출파를 전달하는 재료로 형성되고, 반사판의 반사면과 대향하도록 메인 파이프부에 설치된 가스투과성 격벽(bulkhead); 및

검출파를 전달하는 재료료 형성되고, 안테나의 안테나면과 대향하도록 메인 파이프부에 설치된 비(非)가스투과성 격벽을 포함하고,

가스투과성 격벽의 표면으로부터 반사판쪽으로 불활성 가스가 분출되도록 가스투과성 격벽과 비가스투과성 격벽 사이에 규정된 공간으로 고압하에 불활성 가스가 공급된다.

(2) (1)에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서, 반사판은, 반사면이 메인 파이프부의 축을 중심으로 회전되도록 설치되며, 연결 파이프부는 메인 파이프부의 축에 직각으로 있는 방향으로 직경이 점차적으로 확장되거나 나팔 모양으로 벌어지는 팬(fan) 형상을 나타내도록 형성되어 있다.

(3) (1) 또는 (2)에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서, 메인 파이프부는 반사판의 주변 위에 있는 적당한 위치에 윈도우(window)를 포함하고, 반사면은 반사면을 윈도우쪽으로 향하도록 반사판을 회전시킴으로써 관측된다.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서, 비가스투과성 격벽은 안테나의 안테나면에 대하여 경사져 있다.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서, 반사판의 반사면에는 복수의 미세구멍이 형성됨으로써, 반사판의 내부로 고압하에 공급되는 불활성 가스가 미세구멍을 통하여 분출된다.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서,

안테나를 송수신기와 연결하도록 구성된 도파관(waveguide); 및

검출파를 전달하는 재료로 형성되고, 도파관을 폐쇄하도록 구성된 플러그 부재(plug member);

를 더 포함한다.

(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서,

비가스투과성 격벽에 의해 규정되고 안테나를 수용하는 공간에 부착된 압력스위치를 더 포함하고,

상기 공간 내의 내압이 비가스투과성 격벽의 균열의 결과로서 증가될 때에, 압력스위치가 고로의 개방부를 폐쇄하거나 또는 이상 상황(abnormal situation)의 발생이 통보되도록 작동된다.

(8) (2) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서,

반사판을 회전시키도록 구성된 모터;

모터를 반사판과 연결시키도록 구성된 샤프트(shaft);

메인 파이프부의 외부에 부착되어, 모터, 또는 메인 파이프부의 외부에 부착된 샤프트 수용 격실(compartment)을 수용하도록 구성되고 샤프트를 수용하도록 구성된 모터 수용 격실; 및

모터 수용 격실 또는 샤프트 수용 격실에 부착된 압력스위치;

를 더 포함하고,

모터 수용 격실 또는 샤프트 수용 격실 내의 내압이 증가될 때에, 압력스위치는 고로의 개방부를 폐쇄하거나 또는 이상 상황의 발생이 통보되도록 작동된다.

(9) (8)에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서,

샤프트 및 메인 파이프부 사이의 간극(gap)을 봉쇄하도록 구성된 글랜드 패킹(gland packing)을 더 포함한다.

(10) (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서,

불활성 가스 공급부에 부착된 유량계를 더 포함하고,

공급되는 불활성 가스의 양이 감소되거나 또는 불활성 가스의 공급이 중단될 때에, 고로의 개방부가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보된다.

(11) (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서,

검출장치의 적당한 위치에 부착된 서모미터(thermometer)를 더 포함하고,

검출장치의 온도가 설정값(prescribed value) 이상으로 증가될 때에, 고로의 개방부가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보된다.

(12) (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서, 안테나는 호른 안테나 또는 렌즈를 구비한 호른 안테나이다.

(13) (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서, 파이프 구조물은 일측면 상에 있고 가스투과성 격벽이 배치되며 메인 파이프부(30)와 연결 파이프부 사이에 있는 연결부를 포함하고, 연결부는 고로쪽으로 기울어지는 경사면으로 형성된다.

본 발명의 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치에 있어서는, 개방부를 폐쇄하는 차폐부재가 설치되어 있지 않고, 따라서 로 내부로부터 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사판과 직접 충돌한다. 그러나, 반사판이 금속으로 형성되어 있으므로, 반사판이 충격력에 의해 손상 또는 균열되는 것 같은 상황이 초래되지 않는다. 또한, 가스투과성 격벽은 반사판과 대향하도록 설치되어 있다. 그러나, 반사판에 의해 반사되는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 가스투과성 격벽과 충돌하더라도, 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들의 충격력이, 그 물질들이 반사판과 충돌하는 결과로서 대폭 감소되므로, 가스투과성 격벽이 손상되거나 균열되는 것 같은 상황을 야기되지 않는다. 더구나, 불활성 가스가 가스투과성 격벽으로부터 고압하에 분출되므로, 가스투과성 격벽뿐만 아니라 반사판의 반사면에도 부착되는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 제거되고, 이에 의해 검출파의 송수신이 양호한 상태로 유지된다. 또한, 불활성 가스가 반사판의 반사면으로부터 고압하에 분출되는 구성을 채택함으로써, 로에서의 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사면에 부착되는 것을 더 보장된 방식으로 방지될 수 있다.

또한, 반사면이 반사판을 회전시킴으로써 메인 파이프부에 형성된 윈도우쪽으로 향하는 구성을 채택함으로써, 반사면에의 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들의 부착 상태를 확인할 수 있다. 부착되는 물질을 제거할 때에는, 그 제거 작업을 용이하게 하기 위해서 윈도우를 개방한다.

더구나, 압력스위치를 작동할 때에 안테나를 송수신기와 연결하는 도파관을 폐쇄하거나 고로의 개방부를 폐쇄함으로써, 고로로부터 송신기의 외부로의 유독가스의 누출이 방지될 수 있다. 또한, 유독가스 발생에 대한 대책을 신속히 취할 수 있도록 유독가스의 발생을 통보할 수 있다. 또한, 개방부가 폐쇄되거나, 불활성 가스의 공급을 제어하는 유량계 또는 서모미터에 의해 이상 상황을 검출하여 이상 상황의 발생을 통보함으로써, 안전성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 대표적인 실시형태에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치의 주요 부분을 나타내는 단면도이다.
도 2는 반사면에 대한 반대측면에서 본 연결 파이프부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 안테나의 일측면에의 밀봉 구조의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 렌즈를 구비하는 호른 안테나를 나타내는 단면도이다.
도 5는 파라볼라 안테나의 지향성(directivity)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 렌즈를 구비하는 호른 안테나의 지향성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 모터의 일측면에의 밀봉 구조의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 모터의 일측면에의 밀봉 구조의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 메인 파이프부와 연결 파이프부 사이의 연결부를 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고로에 장입된 물질의 표면 검출(더 구체적으로는, 물질의 표면까지의 거리 또는 그 물질의 표면 프로파일 검출)용 검출장치(이하, "검출장치" 라고 함)의 주요 부분을 나타내는 단면도이다.

개방부(101)는 고로(100)의 노정부 근방에 개방되어 있고 검출장치(1)는 개방부(101)에 연결되어 있다. 검출장치(1)에 있어서, 안테나(11) 및 금속제 반사판(20)은 서로 대향하도록 메인 파이프부(30)에 수용되어 있다. 안테나(11)는 도파관(12)을 통하여 송수신기(10)에 연결되어 있다. 송수신기(10)는 안테나(11)를 통하여 검출파인 마이크로파를 전달한다. 반사판(20)은, 그 중심이 안테나(11)로부터 마이크로파의 전달축과 정렬되도록 배치되어 있다. 메인 파이프부(30)에 있어서, 반사판(20)의 반사면(20a)보다 직경이 큰 개구(31)는 반사면(20a) 아래에 직접 형성되어 있고, 연결 파이프부(32)는 이 개구(31)로부터 고로(100)의 개방부(101)까지 연장되도록 형성되어 있다. 메인 파이프부(30)와 연결 파이프부(32)로 구성되는 파이프 구조물은 전체로 거의 L자 형상을 이루도록 형성되어 있다.

또한, 가스투과성 격벽(40)은 반사판(20)의 반사면(20a)과 대향하도록 메인 파이프부(30)의 내부에 설치되어 있다. 더구나, 비가스투과성 격벽(41)은 안테나(11)의 안테나면(11a)에 대향하도록 설치되어 있다. 또한, 질소 가스 또는 그와 유사 가스 등의 불활성 가스는 가스공급포트(60)로부터 양쪽의 격벽(40, 41)에 의해 규정된 공간으로 고압하에 공급된다.

비가스투과성 격벽(41)은 마이크로파를 전달하고 내열성이며 고압하에 공급되는 불활성 가스에 견딜 수 있는 기계적 강도를 갖는 재료로 형성된다. 이러한 격벽(41)은 예를 들면 세라믹판으로 구성될 수 있다. 세락믹판의 두께는 소정의 강도를 제공할 뿐만 아니라 마이크로파의 전달에 의해 어떠한 문제도 제거하도록 제어된다. 추가적으로는, 세라믹판은 약간의 가스 투과성의 레벨을 가져도 좋다. 그러나, 세라믹의 종류에 따라, 마이크로파를 약간 반사하는 세라믹이 있으며, 이것이 실제 일어나면, 반사된 마이크로파는 소음을 발생시킬 수도 있다. 그러므로, 도면에 도시한 바와 같이, 비가스투과성 격벽(41)이 안테나(11)의 안테나면(11a)에 대하여 경사져 있다.

가스투과성 격벽(40)은 다공성 세라믹으로 형성되어 있다. 이에 더하여, 세라믹 섬유 또는 유리 섬유로 형성되는 가스투과성 직물은 가스투과성 격벽(40)을 위해 사용될 수 있다.

또한, 게이트 밸브(110)는 연결 파이프부(32)와 고로(100)의 개방부(101) 사이의 연결부에 개재되어 있고, 게이트 밸브(110)는 측정을 실행할 때에 개방되는 반면, 측정을 실행하지 않을 때에는 폐쇄된다.

검출장치(1)에 있어서는, 도면에 도시한 바와 같이 측정을 실행할 때에, 송수신기(10)로부터 안테나(11)를 통해 전달되는 전달된 마이크로파(Ms)는 비가스투과성 격벽(41) 및 가스투과성 격벽(40)을 통과하고, 반사판(20)의 반사면(20a)에 반사되어 연결부(32)를 통과함으로써 고로(100)의 개방부(101)로부터 로 내부로 들어간다. 다음으로, 전달된 마이크로파(Ms)는 로내에 장입된 철광석 또는 코크스(도시하지 않음)의 표면에 반사되고, 반사된 마이크로파(Mr)는 개방부(101)를 통하여 반사판(20)으로 이동되고, 그 다음으로 반사면(20a)에 반사된다. 그 후, 반사된 마이크로파(Mr)는 가스투과성 격벽(40) 및 비가스투과성 격벽(41)을 통과하고, 다음으로, 송수신기(10)에 있어서, 수신된 신호는 산술연산장치(hmetic operation device)로 보내져, 로내의 철광석 또는 코크스의 표면까지의 거리가 산술연산장치에서의 마이크로파의 전달과 수신의 결과에 기초하여 얻어진다.

또한, 측정을 실행할 때에, 불활성 가스는 가스공급포트(50)로부터 2개의 격벽(40, 41) 사이에 규정된 공간으로 고압하에 공급된다. 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 측정 중에 고로(100)로부터 개방부(101)를 통하여 메인 파이프부(30)의 내부로 들어가고, 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사판(20)의 반사면(20a)에 충돌되고, 이에 의해 입자들의 충격력이 대폭 감소된다. 다음으로, 반사면(20a)에 의해 반사되는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들의 일부는 개방부(101)로 낙하되고, 그 나머지 일부는 가스투과성 격벽(40)에 도달하게 된다. 그러나, 가스투과성 격벽(40)에 도달하는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들의 충격력이, 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사면(20a)과 충돌되었을 때에 대폭 감소되는 충격력으로 인하여 커지지 않으므로, 가스투과성 격벽(40)이 손상되거나 균열 되거나 또는 장해(failure)가 일어날 위험은 없다.

한편, 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사판(20)과 충돌되더라도, 그 반사판(20)이 금속제로 형성되어 있으므로, 마이크로파의 전달과 수신이 악영향을 미치는 것 같은 상황은 없다.

또한, 불활성 가스가 가스투과성 격벽(40)의 반사판 측면(40a)으로부터 고압하에 분출되고, 이는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사판 측면(40a)에 부착되는 것을 방지하고, 이에 의해 마이크로파의 전달과 수신이 양호한 상태로 유지된다.

더구나, 가스투과성 격벽(40)으로부터 분출된 불활성 가스가 반사판(20)의 반사면(20a)에 도달하여 반사면(20a)에 부착되어 있는 물질들을 제거한다는 것이 예측된다. 불활성 가스가 반사면(20a)을 따라 비스듬하게 아래쪽으로 유동되므로, 부착되어 있는 물질들이 제거되는 효율성이 향상된다.

철광석, 코크스 및 먼지의 입자들에 의한 가스투과성 격벽(40)의 손상, 균열 또는 장해를 더 확실한 방식으로 방지하기 위해서, 가스투과성 격벽(40)을 반사판(20)과 떨어지게 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 경우에, 가스투과성 격벽(40)으로부터 분출되는 불활성 가스에 의해 반사면(20a)에 부착된 물질들이 그 반사면(20a)으로부터 제거되는 이점이 줄어들게 되고, 더구나 메인 파이프부(30)가 그에 따라 길어지게 되어, 검출장치 전체를 설치하는 공간이 증대되게 된다. 이 때문에, 가스투과성 격벽(40)과 반사판(20) 사이의 간격은 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들의 충격력, 반사면(20a)에 부착된 물질들이 불활성 가스에 의해 그 반사면(20a)으로부터 제거되는 이점, 및 메인 파이프부(30)의 길이를 고려하여 필요에 따라 설정된다.

추가적으로, 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들이 반사면(20a)에 부착되는 것을 더 확실한 방식으로 방지하기 위해서는, 반사판(20)으로부터 불활성 가스를 분출시키는 것이 바람직하다. 이렇게 하기 위해서, 반사판(20)이 하우징(21) 내에 수용되어 있고, 마이크로파의 반사에 영향을 미치지 않을 정도의 직경과 간격으로 반사면(20a)에 다수의 미세구멍이 형성되어 있다. 또한, 모터(70)의 샤프트(71)에 대하여 중공(hollow)의 구조가 채용되며 하우징(21)의 내부에 삽입되는 샤프트(71)의 일부에는 다수의 구멍이 형성되어 있다. 그래서, 불활성 가스는 가스공급포트(60)를 통하여 샤프트(71)의 내부의 적당한 위치로 유동되게 된다. 샤프트(71)와 가스공급포트(60)는 샤프트(71)의 회전을 다루도록 플렉시블 호스(flexible hose)에 의해 서로 연결되어 있다. 이렇게 함으로써, 불활성 가스는 하우징(21)의 내부에 고압하에 공급되고, 이에 의해 불활성 가스는 반사면(20a)의 미세구멍들로부터 분출된다.

또한, 전달된 마이크로파(Ms)는 모터(70)에 의해 반사판(20)의 반사면(20a)을 그 축과 수직한 방향으로 회전시킴으로써 도 2에 도시한 바와 같이 반사면(20a)의 회전방향으로 전송될 수 있고, 이에 의해 철광석 또는 코크스의 표면을 선형 방식(linear fashion)으로 스캐닝(scanning)함으로써 로내의 철광석 또는 코크스의 표면 프로파일을 검출하는 것이 가능하게 된다. 이것이 발생하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 연결 파이프부(32)는 반사면(20a)의 회전각(θ, 스윙폭(swing width))에 따라 고로쪽으로 직경을 점차적으로 확장하거나 나팔모양으로 벌어지는 팬 형상으로 형성되어 있다.

더구나, 메인 파이프부(30)에는, 반사판(20)의 주변 상의 적당한 위치, 예를 들면 반사면(20a)의 바로 위에 위치된 위치에 윈도우(80)가 형성되어 있고, 이에 의해 윈도우(80)와 대향하도록 반사판(20)을 180°에 걸쳐 회전시킴으로써 반사면(20a)을 관측할 수 있다. 고로부터의 철광석, 코크스 또는 먼지의 입자들은 부딪혀 가끔 반사면(20a)에 부착된다. 그래서, 이러한 입자들을 제거할 필요가 있는 경우에는, 그 제거 작업을 실행하기 위해 윈도우(80)를 개방할 수 있다.

이와 같이, 지금까지는 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 다양하게 변경할 수 있다.

예를 들면, 비가스투과성 격벽(41)이 세라믹으로 형성되어 있는 경우에, 세라믹의 종류에 따라, 비가스투과성 격벽(41)의 강도와 두께가 불충분하고 또한 얇아지게 되어, 그 비가스투과성 격벽(41)에 진동이 전달될 때에 비가스투과성 격벽(41)이 균열될 염려를 야기시킨다. 이 격벽(41)이 균열되는 경우에는, 고로(100)의 내부에서 생성되는 유독 가스가 가스투과성 격벽(40)을 통과한 후에 도파관(12)으로 들어가서 전송기(40)로부터 누출될 염려가 있다.

다음으로, 마이크로파를 전달하는 불소 플라스틱(fluorine plastic) 등의 재료로 형성되는 플러그 부재는 도파관(12)의 내부에 삽입되거나(도시하지 않음), 또는 도 3에 도시한 바와 같이 원뿔 형상의 플러그 부재(15)가 도파관(12)의 말단부에 설치된다.

본 발명에서는, 마이크로파 이외에 검출파로서, 밀리미터파도 사용할 수 있다. 밀리미터파를 위한 도파관은 얇아서, 도파관의 내부에 플러그 부재를 삽입하는 것이 곤란하다. 그러나, 도 3에 도시한 바와 같이, 플러그 부재(15)가 도파관(12)의 말단부에 설치되는 구조는 유효하다. 주목할 점은, 밀리미터파가 사용되는 경우, 격벽(40, 41) 및 플러그 부재(15)가 밀리미터파를 전달하는 재료로 형성되어 있다는 것이다.

주목할 점은, 도 3에 도시한 바와 같이, 안테나(11)의 경우 카세그레인 안테나(Cassegrain antenna)가 사용될 수 있다는 것이다. 카세그레인 안테나에 있어서, 마이크로파 또는 밀리미터파는 반사부재(16)에 의해 반사되고, 다음으로 안테나면(11a)에 전송된다. 다음으로, 마이크로파 또는 밀리미터파는 안테나면(11a)에 다시 반사되어 전달된다. 또한, 마이크로파 또는 밀리미터파를 수신할 때에, 마이크로파 또는 밀리미터파는 안테나면(11a)에 입사되어 반사부재(16)로 전송되고, 다음으로 도파관(12)을 통하여 송수신기(10)에 의해 수신된다. 플러그 부재(15)는 도파관(12) 내의 말단부에 설치되어 있다.

추가적으로, 안테나(11)로서 파라볼라 안테나 또는 호른 안테나가 사용될 수도 있지만, 호른 안테나가 구조가 간단하기 때문에 바람직하다. 특히, 지향성이 향상되므로, 렌즈를 구비하는 호른 안테나가 바람직하다. 렌즈를 구비하는 안테나로서는, 도 4에 도시한 바와 같이 호른 안테나(13)의 개방부에 추가적으로 설치되어 있는 유전체 렌즈(dielectric lens)(14)를 구비한 호른 안테나(13)가 있다. 도 5는 파라볼라 안테나의 지향성을 나타내는 그래프이고, 도 6은 렌즈를 구비하는 호른 안테나의 지향성을 나타내는 그래프이다. 렌즈를 구비하는 호른 안테나는 우수한 지향성을 가지며, 따라서 이러한 안테나에 의해 빔이 덜 산란되는 지향성을 얻을 수 있다.

유전체 렌즈를 구비한 호른 안테나에 있어서, 호른 안테나(13)와 유전체 렌즈(14)는 그 사이에 규정되는 어떠한 간극도 없이 함께 결합되어도 좋다. 이렇게 되면, 도파관(12)에 들어가는 유독 가스의 위험이 제거되며, 이는 플러그 부재(15)의 필요성을 없앤다. 또한, 호른 안테나(13)와 유전체 렌즈(14) 사이에 간극이 규정되어 있어도 좋지만, 이렇게 되면, 플러그 부재(15A)는 도파관(12)으로의 유독 가스의 침입을 방지하기 위해 도파관(12)의 내부에 또는 말단부에 설치된다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 격벽(41)의 균열을 감지하여 이를 통보하기 위해, 압력 스위치(55)가 격벽(41) 및 안테나(11) 사이의 적당한 위치에 추가적으로 설치되어 있다. 압력 스위치(55)의 출력은 게이트 밸브(110)의 개폐를 제어하는 게이트 밸브 개폐장치(도시하지 않음) 및 불활성 가스를 가스공급포트(50, 60)로 공급하는 가스공급장치(도시하지 않음)로 전송되도록 설계되어 있다. 격벽(41)이 균열되는 경우, 격벽(40)과 안테나(11) 사이의 공간 내의 내압이 증가됨에 따라, 압력 스위치(55)가 작동되고, 그로부터의 출력이 게이트 밸브 개폐장치로 전송되어 게이트 밸브(11)를 폐쇄함으로써 고로(100)로부터의 유독 가스가 파이프 구조물에 침입되는 것이 방지된다.

이상은 안테나의 측면 상의 밀봉 구조에 대하여 설명하였다. 모터의 측면 상의 유독 가스의 누출 역시 방지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 7에 도시한 바와 같이, 모터(70)는 메인 파이프부(3)의 외측으로 배치되는 모터 수용 격실(72) 내에 수용되어 있다. 다음으로, 메인 파이프부(30)와 샤프트(71) 사이의 간극은 글랜드 패킹(73)에 의해 봉쇄되어 있다. 그 설치가 생략되더라도, 글랜드 팩킹(73)은 스터핑 박스(stuffing box) 내에 수용되고, 그 다음으로 팩킹 고정부(packing fastener)에 의해 고정되고, 이에 의해 밀봉 성능이 증대된다. 또한, 압력 스위치(75)는 모터 수용 격실(72)에 추가적으로 부착된다.

대안적으로는, 도 8에 도시한 바와 같은 구조가 채용되어도 좋다. 이러한 구조에 있어서는, 샤프트(71)의 반사판 측면 일부가 샤프트 수용 격실(74) 내에 수용되고, 모터(70)는 샤프트 수용 격실(74)의 후방에 배치되며, 샤프트(71)는 글랜드 팩킹(73a, 73b)에 의해 샤프트 수용 격실(74)의 내부 및 외부에 이중으로 밀봉되어 있다. 추가적으로는, 압력 스위치(75)는 샤프트 수용 격실(74)에 추가적으로 부착되어 있다. 더구나, 도 7에 도시한 것처럼 모터(70)를 수용하는 모터 수용 격실(72)이 추가적으로 설치되어도 좋다.

압력 스위치(55)와 같이, 압력 스위치(75)의 출력 또한 게이트 밸브 개폐장치 및 가스공급장치에 전송되도록 설계되어 있다. 압력 스위치(75)는, 유독 가스가 모터 수용 격실(72) 또는 샤프트 수용 격실(74)에 들어가는 결과로서 모터 수용 격실(72) 또는 샤프트 수용 격실(74) 내의 내압이 증가될 때에 작동되어, 그 출력이 게이트 밸브 개폐장치로 전송되어 게이트 밸브(110)를 폐쇄함으로써 고로(100)로부터의 유독 가스가 메인 파이프부(30) 에 더 침입하는 것이 방지된다.

전술한 바와 같이 안테나측 및 모터측 밀봉 구조를 이용함으로써 고로로부터의 유독 가스의 누설을 차단하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 이상 상황의 발생을 통보하는 것 또한 가능하다.

또한, 도시하지는 않았지만, 가스공급포트(50, 60)에 연결되는 가스공급원에 유량계를 추가적으로 부착하는 구조를 채용하여도 좋고, 이에 의해 불활성 가스의 공급이 중단되거나 공급되는 불활성 가스의 양이 감소될 때에, 게이트 밸브(110)가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보된다. 검출장치에 불활성 가스가 공급되지 않는 경우에서는, 불활성 가스는 가스투과성 격벽(40)의 표면(40a)과 반사판(20)의 반사면(20a)으로부터 분출되지 않아, 마이크로파의 전달과 수신이 적당히 실행될 수 없는 우려가 야기된다.

더구나, 메인 파이프부(30)의 적당한 위치에 서모미터를 추가적으로 부착하는 구조를 채용하여도 좋고, 이에 의해 메인 파이프부(30)의 내부의 온도가 설정값 이상으로 증가될 때에, 게이트 밸브(110)가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보된다. 예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 서모미터(90)가 압력 스위치(55)에 인접하여 있도록 메인 파이프부(3) 내의 격벽(41)과 안테나(11) 사이에 추가적으로 설치되면, 격벽(41)이 균열되는 경우에, 격벽(41)과 안테나(11) 사이의 공간 내의 내압이 감소된다. 다음으로, 고로(100)로부터의 열풍(heated air)으로 인하여 격벽(41)과 안테나(11) 사이의 공간 내의 내부 온도가 증가되고 이와 같은 온도의 증가는 서모미터(90)에 의해 검출된다. 다음으로, 서모미터(9)에 의해 온도의 증가를 알게 됨에 따라, 게이트 밸브(110)가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보되고, 이에 의해 도파관(12)을 통하여 송수신기(10)의 내외로 격벽(41)의 균열의 결과로서 발생할 수 있는 유독 가스의 누출을 더 확실한 방식으로 방지하는 것이 가능하다.

전술한 설명에 더하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 격벽(40)에 대향하는 메인 파이프부(30)와 연결 파이프부(32) 사이의 연결부의 일측면은 고로쪽으로 기울어지는 경사면(33)에 형성될 수도 있다. 연결 파이프부(32)가 메인 파이프부(30)에 도 1에 도시한 바와 같이 직각으로 연결되면, 반사판(20)의 반사면(20a) 또는 격벽(40)과 부딪히는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들은 메인 파이프부(30)과 연결 파이프부(32) 사이의 연결부(A) 위로 낙하되어 거기에 축적되며, 다음으로 이렇게 축적된 물질들은 마이크로파의 전달과 수신에 악영향을 미친다. 다음으로, 고로쪽으로 기울어지는 경사면(33)에 연결부(A)를 형성함으로써, 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들은 경사면(33)을 따라 아래로 미끄러지고, 이에 의해 철광석, 코크스 및 먼지 입자들의 축적이 방지될 수 있다.

개방부(31)가 경사면(33)에의 대향측에 위치되는 연결부(B) 아래에 직접 형성되어 있으므로, 반사판(20)의 반사면(20a)과 부딪히는 철광석, 코크스 및 먼지의 입자들은 개방부(31)로 낙하되고, 따라서 철광석, 코크스 및 먼지 입자들이 연결부(B) 위에 축적되는 위험은 없다.

이와 같이, 지금까지는 본 발명의 검출장치에 대하여 설명하였지만, 고로에 대한 분야 이외에, 본 발명의 검출장치는 전로(converter) 또는 석탄호퍼(coal hopper)에 장입되는 물질의 표면 프로파일 등을 검출하는 데 사용될 수도 있다.

Claims

고로(blast furnace)(100)에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치(1)로서,
안테나(11);
안테나(11)에 연결되어, 안테나(11)를 통하여 고로에 검출파를 전달하고 안테나(11)를 통하여 고로(100)에 장입된 물질에 의해 반사된 검출파를 수신하도록 구성된 송수신기(10);
고로(100)의 개방부(101) 위에 설치되어, 안테나(11)와 대향하도록 배치되고 안테나(11)로부터 고로(100)에 검출파를 반사시키고 고로(100)에 장입된 물질에 의해 반사된 검출파를 안테나(11)에 반사시키도록 구성된 금속제 반사판(20);
반사판(20)의 반사면(20a) 아래에 놓인 위치에 개방된 개방부(31)를 갖는 메인 파이프부(main pipe portion)(30), 및 메인 파이프부(30)의 개방부(31)와 고로(100)의 개방부(101)를 연결하도록 구성된 연결 파이프부(32)를 포함하고, 안테나(11)의 안테나면(11a)과 반사판(20)의 반사면(20a)이 서로 대향하는 방식으로 안테나(11)와 반사판(20)이 메인 파이프부(30) 내에 수용되어 있는 파이프 구조물(30, 32);
검출파를 전달하는 재료로 형성되고, 반사판(20)의 반사면(20a)과 대향하도록 메인 파이프부(30)에 설치된 가스투과성 격벽(bulkhead)(40); 및
검출파를 전달하는 재료료 형성되고, 안테나(11)의 안테나면(11a)과 대향하도록 메인 파이프부(30)에 설치된 비(非)가스투과성 격벽(41)을 포함하고,
가스투과성 격벽(40)의 표면으로부터 반사판(20)쪽으로 불활성 가스가 분출되도록 가스투과성 격벽(40)과 비가스투과성 격벽(41) 사이에 형성된 공간으로 고압하에 불활성 가스가 공급되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항에 있어서,
반사판(20)은, 반사면(20a)이 메인 파이프부(30)의 축을 중심으로 회전되도록 설치되며, 연결 파이프부(32)는 메인 파이프부(30)의 축에 직각으로 있는 방향으로 직경이 점차적으로 확장되거나 나팔 모양으로 벌어지는 팬(fan) 형상을 나타내도록 형성되어 있는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
메인 파이프부(30)는 반사판(20)의 주변에 윈도우(window)(80)를 포함하고,
반사면(20a)은 반사면(20a)을 윈도우(80)쪽으로 향하도록 반사판(20)을 회전시킴으로써 관측되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
비(非)가스투과성 격벽(41)은 안테나(11)의 안테나면(11a)에 대하여 경사져 있는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
반사판(20)의 반사면(20a)에는, 복수의 미세구멍이 형성됨으로써, 반사판(20)의 내부로 고압하에 공급되는 불활성 가스가 미세구멍을 통하여 분출되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
안테나(11)를 송수신기(10)와 연결하도록 구성된 도파관(12); 및
검출파를 전달하는 재료로 형성되고, 도파관(12)을 폐쇄하도록 구성된 플러그 부재(plug member)(15);
를 더 포함하는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
비가스투과성 격벽(41)에 의해 형성되고 안테나(11)를 수용하는 공간에 부착된 압력스위치(55)를 더 포함하고,
상기 공간 내의 내압이 비가스투과성 격벽(41)의 균열의 결과로서 증가될 때에, 압력스위치(55)가 고로(100)의 개방부(101)를 폐쇄하거나 또는 이상 상황(abnormal situation)의 발생이 통보되도록 작동되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제2항에 있어서,
반사판(20)을 회전시키도록 구성된 모터(70);
모터(70)를 반사판(20)과 연결시키도록 구성된 샤프트(shaft)(71);
메인 파이프부(30)의 외부에 부착되어, 모터(70), 또는 메인 파이프부(30)의 외부에 부착된 샤프트 수용 격실(compartment)(74)을 수용하도록 구성되고 샤프트(71)를 수용하도록 구성된 모터 수용 격실(72); 및
모터 수용 격실(72) 또는 샤프트 수용 격실(74)에 부착된 압력스위치(75);
를 더 포함하고,
모터 수용 격실(72) 또는 샤프트 수용 격실(74) 내의 내압이 증가될 때에, 압력스위치(75)는 고로(100)의 개방부(101)를 폐쇄하거나 또는 이상 상황의 발생이 통보되도록 작동되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제8항에 있어서,
샤프트(71) 및 메인 파이프부(30) 사이의 간극(gap)을 봉쇄하도록 구성된 글랜드 패킹(gland packing)(73)을 더 포함하는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
불활성 가스 공급부에 부착된 유량계를 더 포함하고,
공급되는 불활성 가스의 양이 감소되거나 또는 불활성 가스의 공급이 중단될 때에, 고로(100)의 개방부(101)가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
검출장치(1)에 부착된 서모미터(thermometer)(90)를 더 포함하고,
검출장치(1)의 온도가 설정값(prescribed value) 이상으로 증가될 때에, 고로(100)의 개방부(101)가 폐쇄되거나 또는 이상 상황의 발생이 통보되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
안테나(11)는 호른 안테나 또는 렌즈를 구비한 호른 안테나인, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
파이프 구조물(30, 32)은 일측면 상에 있고 또한 가스투과성 격벽이 배치되며 메인 파이프부(30)와 연결 파이프부(32) 사이에 있는 연결부(33)를 포함하고, 연결부(33)는 고로(100)쪽으로 기울어지는 경사면으로 형성되는, 고로에 장입된 물질의 표면 검출용 검출장치.