KR102178704B1 - 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치 - Google Patents

코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치 Download PDF

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10B29/00—Other details of coke ovens
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Abstract

본 발명은, 코크스 오븐의 탄화실 내 부착 카본을 모니터링할 수 있는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치는 압출측(Pusher Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 압출측의 부착 카본의 두께를 검출하는 압출측 이미지 획득부, 상기 압출측의 반대 방향인 코크측(Coke Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 코크측의 부착 카본의 두께를 검출하는 코크측 이미지 획득부, 상기 압출측 이미지 획득부와 상기 코크측 이미지 획득부의 정보를 통합하여 탄화실 내의 부착 카본을 모니터링하는 모니터링부를 포함할 수 있다.

Description

코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치{APPARATUS FOR MONITORING THE ADHESIVE CARBON OF THE COKE OVEN COKING CHAMBER}
본 발명은 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에 관한 것이다.
철강 공정에서의 코크스를 생성하는 코크스 오븐의 탄화실 내의 부착 카본은 석탄을 건류하는 과정에서 반드시 생성될 수 밖에 없는 물질이다. 코크스 오븐에서 석탄을 건류할 때 생성되는 휘발분증 탄소성분이 열분해되어 일부는 코크스 층에 침착되고 일부는 탄화실의 각 부위 (로벽, 장입구 주변, 천정부, 상승관 하부 등 주요하가는 탄화실 상부 전체 벽면)에 부착되게 된다. 이렇게 부착되는 카본은 건류가 진행되면서 계속 발생 성장하게 되며 이로 인해 생성된 카본은 로체 손상을 주며, 제거하지 않으면 탄회실 내 각 부위에서 점점 성장하여 건류탄 장입 불량 및 노체 탄화실 벽면 카본에 의해 코크스 압출 장애를 초래한다. 또한, 부착 카본으로 인해 탄화실 발생 가스 흐름을 방해하여 가스 흐름 공간을 좁게하여 건류가스의 배출 방해를 가져온다. 또한, 연소실에서 탄화실로 연전달을 저하하여 코크스 품질 저하 및 열원 단위 상승으로 열원 비용 증가를 초래한다.
따라서, 건류 과정 중 발생 부착되는 카본은 제거할 필요가 있으나, 인력의 의한 카본 부착 정도의 육안 확인의 경우 대부분 공정 흐름상 코크스 생산중에 확인하다 보니 고열 및 분진, 그리고 안전상 위험에 노출되어 작업의 어려움과 인력 확보에 곤란성이 존재하며, 특히 또한 육안 확인의 경우 카본 부착 정량정보의 정확한 측정면에서 정확성이 확보되는 것이 어려운 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 2005-146164호 일본 공개특허공보 2016-065225호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 코크스 오븐의 탄화실 내 부착 카본을 모니터링할 수 있는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치는 압출측(Pusher Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 압출측의 부착 카본의 두께를 검출하는 압출측 이미지 획득부, 상기 압출측의 반대 방향인 코크측(Coke Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 코크측의 부착 카본의 두께를 검출하는 코크측 이미지 획득부, 상기 압출측 이미지 획득부와 상기 코크측 이미지 획득부의 정보를 통합하여 탄화실 내의 부착 카본을 모니터링하는 모니터링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고열/분진작업 해소 및 장입탄 장입불량 제거, 그리고 압출 생산 장애 사전 예방을 통한 조업 안정화, 그리고 코크스 오븐 장수명화, 건류소비 저감 및 코크스 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2a 내지 도 2d는 열화상 이미지를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 영상에서의 섹션 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 영상에서의 지정 영역을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 압출측에서 바라본 좌측 벽면의 측정 대상 영역을 지정하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 압출측에서 바라본 우측 벽면의 측정 대상 영역을 지정하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 대상 영역을 어파인(affine) 변환하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 카본 영역 윤곽선 및 크기를 검출하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 각 섹션별 카본 영역 점유율을 계산하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 카본 영역의 두께비를 측정하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 부착량을 계산하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치(100)는 압출측 이미지 획득부(110), 코크측 이미지 획득부(120) 및 모니터링부(130)를 포함할 수 있다.
압출측 이미지 획득부(110)는 압출측(Pusher Side) 탄화실(A) 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 압출측의 부착 카본의 두께를 검출할 수 있다. 현재 코크스 조업 및 생산 압출이 실시되고 있는 배터리 번호/탄화실 번호를 수신하여, 해당 측정 탄화실 부착 카본 측정 영상 데이터와 매핑하여, 배터리 및 탄화실 정보를 트랙킹 관리될 수 있도록 할 수 있다.
코크측 이미지 획득부(120)는 상기 압출측의 반대 방향인 코크측(Coke Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 코크측의 부착 카본의 두께를 검출할 수 있다. 현재 코크스 조업 및 생산 압출이 실시되고 있는 배터리 번호/탄화실 번호를 수신하여, 해당 측정 탄화실 부착 카본 측정 영상 데이터와 매핑하여, 배터리 및 탄화실 정보를 트랙킹 관리될 수 있도록 할 수 있다.
모니터링부(130)는 압출측 이미지 획득부(110)와 코크측 이미지 획득부(120)의 정보를 통합하여 탄화실 내의 부착 카본을 모니터링할 수 있다.
압출측 이미지 획득부(110)는 압출측 실화상 카메라부(111), 압출측 열화상 카메라부(112), 제1 정량 평가부(113), 제1 영상 측정 시점 검출부(114) 및 제1 전송부(115)를 포함할 수 있고, 제거부(116)를 더 포함할 수 있다.
압출측 실화상 카메라부(111)는 탄화실의 압출측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 실화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 실화상 카메라를 가질 수 있다.
압출측 열화상 카메라부(112)는 탄화실의 압출측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 열화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 열화상 카메라를 가질 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 열화상 이미지를 나타내는 도면이다.
도 2a는 화염에 의해 정확한 데이터가 획득되지 않은 이미지이고, 도 2b는 일반적인 열화상 이미지이며, 도 2c 및 도 2d는 등고선을 이용한 열화상 이미지로, 도 2c에는 560℃~650℃ 이내의 온도 대역을 노란색으로 표현하였고, 도 2d에는 630℃ 이상의 온도 대역을 빨간색으로 표현하였다.
제1 정량 평가부(113)는 압출측 실화상 카메라부(111)와 압출측 열화상 카메라부(112)의 이미지 데이터로부터 부착 카본의 위치, 넓이, 두께, 양 중 적어도 하나의 정보를 추출할 수 있다. 실화상 영상 데이터 정보와 열화상 데이터 정보를 이중 중첩 기법을 활용하여 영상처리 기법 및 열화상 데이터 온도 중첩 기법을 활용하여 탄화실의 부착 카본 정보를 정량화할 수 있다. 즉, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 코크측의 부착 카본의 두께를 검출할 수 있다.
제1 영상 측정 시점 검출부(114)는 상기 탄화실 내의 압출기의 최대 압출 시점을 전달받아 압출측 실화상 카메라부(111) 및 압출측 열화상 카메라부(112)의 이미지 획득 시점을 제어할 수 있다. 즉, 탄화실 압출기가 탄화실 도어를 열고나서 압출을 실시하고, 압출을 최대한 하였을 경우 탄화실 부착 카본 측정 영상이 효과적으로 확보되기 때문에 탄화실 압출기의 조업 시퀀스 정보를 실시간으로 지속적으로 수신받을 수 있다. 그리고 압출기가 최대한 압출한 시점을 전달받아 압출측 실화상 카메라부(111), 압출측 열화상 카메라부(112)로 해당 시점 검출 이벤트를 전달하여, 고품질 탄화실 부착 카본 영상이 측정되도록 할 수 있다.
제1 전송부(115)는 압출측 실화상 카메라부(111)와 압출측 열화상 카메라부(112)의 이미지 데이터와 제1 정량 평가부의(113) 추출된 정보를 모니터링부(130)에 전송할 수 있다. 이때, 무선 환경으로 정보를 전송할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제거부(116)는 모니터링부(130)의 제어에 따라 탄화실내의 부착 카본을 제거할 수 있다. 즉, 탄화실 내의 부착 카본 정량 정보를 전달받아 사용자가 설정한 탄화실 부착 카본 정량 정보 한계값 즉, 기준 면적/량 등에 대한 기준 값들을 초과할 경우 압출기의 위치 및 속도를 제어하여 탄화실 부착 카본 위치에서 부착 카본을 제거할 수 있다. 제거부(116)는 압출기 후단에 설치된 에어 블로잉(Air Blowing) 장치를 포함할 수도 있고, 기계적으로 부착 카본을 드릴링 제거하는 드릴 장치를 포함할 수도 있다.
코크측 이미지 획득부(120)는 코크측 실화상 카메라부(121), 코크측 열화상 카메라부(122), 제2 정량 평가부(123), 제2 영상 측정 시점 검출부(124) 및 제2 전송부(125)를 포함할 수 있다.
코크측 실화상 카메라부(121)는 탄화실의 코크측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 실화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 실화상 카메라를 가질 수 있다.
코크측 열화상 카메라부(122)는 탄화실의 코크측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 열화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 열화상 카메라를 가질 수 있다.
제2 정량 평가부(123)는 코크측 실화상 카메라부(121)와 코크측 열화상 카메라부(122)의 이미지 데이터로부터 부착 카본의 위치, 넓이, 두께, 양 중 적어도 하나의 정보를 추출할 수 있다. 실화상 영상 데이터 정보와 열화상 데이터 정보를 이중 중첩 기법을 활용하여 영상처리 기법 및 열화상 데이터 온도 중첩 기법을 활용하여 탄화실의 부착 카본 정보를 정량화할 수 있다.
제2 정량 평가부(123)의 이미지 처리 동작은 상술한 제1 정량 평가부(113)의 이미지 처리 동작과 동일하여 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제2 영상 측정 시점 검출부(124)는 트랜스퍼카(Transfer Car)의 압출 후 원위치할 시점을 전달받아 코크측 실화상 카메라부(121) 및 코크측 열화상 카메라부(122)의 이미지 획득 시점을 제어할 수 있다. 즉, 탄화실 트랜스퍼카가 탄화실 도어를 열고나서 압출을 실시하고, 압출 후 제자리에 위치할 시점에 탄화실 부착 카본 측정 영상이 효과적으로 확보되기 때문에, 압출 및 트랜스퍼 조업 시퀀스 정보를 지속적으로 수신받을 수 있다. 그리고 트랜스퍼카의 압출 후 원위치할 시점을 전달받아 코크측 실화상 카메라부(121) 및 코크측 열화상 카메라부(122)로 해당 시점 검출 이벤트를 전달하여, 고품질 탄화실 부착 카본 영상이 측정되도록 할 수 있다.
제2 전송부(125)는 코크측 실화상 카메라부(121) 및 코크측 열화상 카메라부(122)의 이미지 데이터와 제2 정량 평가부의(123) 추출된 정보를 모니터링부(130)에 전송할 수 있다. 이때, 무선 환경으로 정보를 전송할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
모니터링부(130)는 정보 관리부(131), 정보 표시부(132), 정보 분석부(133)를 포함할 수 있고, 카본 제거 제어부(134)를 포함할 수 있다.
정보 관리부(131)는 압출측 이미지 획득부(110)와 코크측 이미지 획득부(120)의 정보를 통합하여 관리할 수 있다. 보다 상세하게는, 보통 코크스 오븐 노체에 압출 탄화실과 코크 압출 시 코크 트랜스퍼 역할이 이원화 되있기 때문에 (다수의 압출기 및 다수의 트랜스퍼카 존재) 같은 탄화실이더라도 압출기 및 트랜스퍼카 동기화가 맞지 않는 경우가 존재하며(같은 번호의 압출기 및 트랜스퍼카 사용이 안될 경우), 이원적으로 수신된 탄화실 압출측 부착 카본 정량 통합 정보들과 코크측 부착 카본 정량 정보들을 통합 머지하여 관리할 수 있다.
즉 탄화실 내부의 영상 및 부착 카본 영상을 머지하고, 그때의 부착 카본 정량 정보를 머지하고, 또한 열화상 정보를 머지하여 해당 탄화실의 전장으로 부착 카본 정량 정보를 추출할 수 있다. 그리고 각 탄화실에 대한 탄화실 부착 카본 정량 통합 정보를 활용하여 심각성 등급을 각 기준값 정보들을 활용하여 추출할 수 있다.
정보 표시부(132)는 정보 관리부(131)의 통합 정보에 따라 탄화실 내부의 위치별 부착 카본의 정량 정보를 표시할 수 있다. 보다 상세하게는, 코크스의 전 탄화실에 대한 부착 카본 정량 정보/실화상 데이터 정보/열화상 데이터 정보 탄화실 내부에서 위치별 부착 카본 정량 정보를 조업중 실시간으로 표시할 수 있다.
정보 분석부(133)는 코크스 전 탄화실에 대한 부착 카본 정량 통합 정보 데이터들을 조회하고 분석할 수 있으며, 보다 상세하게는 탄화실별 부착의 카본 위치, 넓이, 량, 두께 정보, 심각성 등급 정보 등을 분석할 수 있다.
카본 제거 제어부 (134)는 정보 분석부(133)의 분석 정보가 사전에 설정된 기준값을 초과하면 제거부(116)을 제어하여 부착된 카본을 제거할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치의 카본 부착량을 모니터링하는 동작을 하기와 같이 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 영상에서의 섹션 배치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, PRV는 압출기 측에서 바라본 좌측 탄화실 벽멱의 내부 영상이고, PLV는 압출기 측에서 바라본 우측 탄화실 벽멱의 내부 영상이다. 이는 코크측에서도 동일할 수 있다.
PLV는 영상 왼쪽에서부터 섹션 번호가 시작되고, PRV는 영상 오른쪽에서부터 섹션 번호가 시작될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 영상에서의 지정 영역을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치는 탄화실의 벽면에 부착된 부착 카본의 면적과 양을 측정하기 위한 것으로, 예를 들어, 원본영상에서 부착카본 측정을 위한 대상영역 지정, 지정영역을 어파인(Affine)변환 후 예를 들어 40개의 섹션으로 균등 분할하고, 40개의 섹션에서 분포한 탄화물의 윤곽선을 검출하여 부착카본의 점유면적 측정할 수 있다. 이때, 경험적 평가기준식을 이용한 부착카본의 두께비를 측정하고, 점유면적과 두께비를 고려한 부착량 계산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 압출측에서 바라본 좌측 벽면의 측정 대상 영역을 지정하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 압출축 이미지 획득부(110)는 먼저, 영상을 불러와서, 컬러영상을 흑백영상으로 변환하고, 흑백영상에서 4개의 노란색 관심영역(ROI)를 지정하고 각각의 관심영역에 대해 소벨 필터(Sobel filter) 등의 에지 검출 필터를 사용하여 P1과 P2값을 찾는다. ( P1의 x값 : 2번 ROI의 가로방향 Sobel , y값 : 1번 ROI의 세로방향 Sobel, P2의 x값 : 4번 ROI의 가로방향 Sobel , y값 : 3번 ROI의 세로방향 Sobel)
이때 에지 검출을 하는 알고리즘을 설정 기반에 따라 동적으로 선택하여 Sobel/Canny 등을 설정할 수 있다.
그리고 기본적으로 그레이변환을 실시한 후 해당 이미지를 블러링(Blurring )하고 블러링한 이미지와 원이미지의 차이를 통해 에지 검출을 실시하는 모드도 지원한다. 블러링한 이미지와 원이미지의 차를 특정 기준값(Threshold)를 지속 조정하여 에지 검출 강도를 조정한다.
P3와 P4의 x값은 각각 P2, P1과 동일하며 y값 즉 P3와 P4가 P1과 P2와의 Y축으로 거리값은 이미지에서 기본적으로 탄화실 부착 카본의 량에 따라 여러 장의 이미지를 중첩하여 최고 탄화실 부착 카본의 위치보다 큰값으로 축적하여 정하게 된다. 기본적으로 시스템에서는 해당 카본의 Y방향으로의 뻗어진 정도를 지속적으로 추출하여 해당 값보다 큰값으로 P4 P3값을 정하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 압출측에서 바라본 우측 벽면의 측정 대상 영역을 지정하는 도면이다.
도 6에서의 측정 대상 여역을 지정하는 동작은 도 5에서와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 대상 영역을 어파인(affine) 변환하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 탄화물을 측정하고 싶은 영역의 포인트 P1 ~ P4 를 지정하고, 탄화물을 측정하고 싶은 영역의 소실점이 없는 이미지를 생성할 수 있다.
즉, 변환 행렬을 생성하고 변환 행렬에 의해 어파인(Affine) 변환을 실시하여 이미지를 변환시켜준다. 이렇게 변환을 주는 이유는 왼쪽 이미지로부터 부착 카본 정보를 정량적으로 추출하기 위해서는 이미지 본격적인 처리 전에 이미지를 어파인하여 사람 눈에는 앞쪽 부착량 길이가 눈으로 길어 보일지라도 뒷부분 안쪽 이미지에서는 같은 값의 길이가 작게 이미지에서 보이므로 변환하여 같은 위치 기준 정보로 변환한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 카본 영역 윤곽선 및 크기를 검출하는 도면이다.
도 8을 참조하면, Affine 영상에서 탄화물의 윤곽선은 어두운 영역에서 밝은 영역으로 바뀌는 부분이고, 탄화물의 두께정보는 비교적 밝은 영역에서 어두운 영역으로 바뀌는 지점과 연관된다는 특징을 도출할 수 있다.
윤곽선의 경우 탄화실의 부착 카본 특성을 이용하여 어두운 부분에서 주로 밝은 부분으로 변환이 되는 부분으로써 해당 특성을 이용하여 윤곽선 검출을 실시한다. 이때 레드 커널을 이용한다. 그리고 탄화실 부착 카본의 특성상 두께 정보는 비교적 밝은 영역에서 어두운 영역으로 바뀌는 지점과 연관된다. 이러한 부분은 블루커널을 이용하여 추출하게 된다. 그리고 이러한 커널 필터를 통해 어두운 부분에서 밝은영역으로 바뀌는 부분을 이용하여 윤곽선을 추출하고 어두운 영역에서 밝은영역으로 되었다가 다시 어두운 영역으로 바뀌는 지점이 윤곽선 위쪽 부분에서 나타남으로 해당 부분을 필요시 블루커널만 사용 또는 레드커널 사용후 블루커널 사용을 접목하여 윤곽선 위쪽의 밝은 영역을 탄화실 두께 정보로 활용하기 위해 추출한다.
레드 커널(Red Kernel)을 이용하여 탄화물의 윤곽선(red line)을 검출하고, 블루 커널(Blue Kernel)을 이용하여 탄화물의 두께정보(blue line)를 검출하고 컨투어 이미지(Contour Image)를 생성한다. 그리고 해당 탄화실을 길이방향으로 펼쳤을때 섹션 별로 차지 면적 정보를 추출하게 된다.
다음으로, 40개의 영역 각각에 탄화물의 윤곽선(red line)의 인덱스(index)값만큼 빨간색 원을 채우고 화면에 표시한다. 그리고 해당 카본의 위치 크기의 경우 실제 해당 픽셀에 해당하는 크기를 설정 기반 테이블로 매핑 관리하여 해당 영상에서의 길이에 따른 실제 크기로 변환하여 카본 위치/크기/길이/넓이등을 구하게 된다.
카본의 탄화실 섹션 별 (섹션의 경우 40개 기본이며 나누는 섹션의 경우 설정기반으로 가능하다.) 그리고 해당 섹션에서의 실제 카본 검출에 따라 섹션의 가로/세로 영역의 실제 길이는 테이블로 매핑하여 실지 길이/폭/넓이 등으로 환산된다.
그리고 열화상 촬영을 실시하여 해당 열화상 데이터 정보 또한 상기 실화상 카메라 변환 과정과 같이 트랜스포메이션(Transformation)을 실시하고, 실제 온도분포에 따라 부착 카본이 위치하는지 검증용으로 매핑한다.
이렇게 부착 카본의 경우 다른 일반 영역보다 온도가 높은 것을 착안하여, 실제 부착 카본의 윤곽선 검증 및 두께 정보를 추출하기 위한 영역의 검증용으로 사용한다. 예를 들어, 해당 실화상 이미지에서 추출된 윤곽선 부분과 실제 온도 분포가 사용자가 설정한 기준 값에 따라 매치 영역이 해당 기준값 (예: 2/3) 를 초과할 경우 해당 윤곽선 정보는 유효하다고 판단하며, 또한 탄화실 부착 카본의 두께 정보를 추출하기 위한 영역에서 탄화실 부착 카본의 온도 분포가 어느정도 열화상 이미지에서 기준 값 이상으로 매핑될 경우 유효하다고 판단한다.
그 다음으로 열화상에서 추출한 온도 분포가 탄화실 부착 카본을 특성을 나타내나 상기 실화상에서 검출이 안될 경우에는 두가지 선택모드 합집합 모드, 즉 열화상에서 온도 분포가 탄화실 부착 카본을 나타내는 경우를 기존 실화상 영상 처리 결과에 합쳐서 다시 조정하는 모드, 아니면, 기본 실화상 결과값에 열화상 결과 보정치를 어느정도 포함할 건지 보정하는 보정치 모드, 아니면 그냥 실화상 모드를 사용하는 모드가 있어 선택적으로 조정이 가능하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 각 섹션별 카본 영역 점유율을 계산하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 한 영역 (총 40개 사용자가 동적 변경 가능)에 대한 탄화물의 점유율을 하기의 수식과 같이 측정한다.
(수식)
한 영역의 전체 면적 : S = w x h , 한 영역에서 탄화물이 분포한 부분의 면적 : Sr = w x hr
탄화물의 점유율 = Sr / S
( w : 한 영역의 너비, h : 한 영역의 높이 = 이미지의 높이, hr : 탄화물이 분포한 높이)
탄화물의 점유율 = Sr / S = w x hr / w x h = hr / h
상술한 수식에 따라 40개 영역에 대한 탄화물의 점유율을 각각 구한다. 점유율을 통해 해당 부분의 어느 부분이 카본 점유율이 높은지 구하게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 카본 영역의 두께비를 측정하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 영상의 특징에 의해 도출된 두께를 구한다.
즉, 한 영역에서 탄화물의 윤곽선(red line)이 두께 정보(blue line)보다 더 하단에 있는 섹션을 활용한다.
이때, hr < hb 이면 탄화실 부착 카본 두께 산출에 미활용하고, hr > hb 이면 탄화실 부착 카본 두께 산출에 활용 가능하며, hr>hb인 영역에 대하여 섹션별로 추출을 한후 두께의 경우 블루 커널을 통해 추출된 영역과 레드커널을 통해 추출된 영역의 차 즉 Hr- Hb를 실시하여 픽셀을 카운트한다.
이렇게 부착 카본의 두께로 볼수있는 영역의 끝부분에서 밝은 부분은 실제 두께 정보와 테이블로 매핑 관리되어 조업자 경험치를 반영하여 동적으로 테이블을 조작 변경할 수 있게 한다.
이러한 영역을 섹션별로 구하여 각각의 섹션에 대한 두께 정보를 추출한다. 즉, 예를 들어, 탄화실 길이에 대하여 섹션이 40개로 나누어져 있다면 40개의 부착 카본의 두께를 추출할 수 있는 영역이 최대 검출될 수 있고 각각 Hb와 Hr의 차를 구해 각각 픽셀 개수 정보에 따라 매핑 관리되는 두께 정보로 변환이 되고 각 영역에 따라 두께 정보과 추출된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치에서 부착량을 계산하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 40개 섹션의 영역에 대한 탄화물의 넓이와 두께(TR)를 곱하여 부피를 구한다. 이를 실제 한영역에 대한 면적 부피로 환산하여 압출측에서 차지하는 최종 면적과 양을 구한다.
상술한 바와 같은 탄화실의 부착 카본의 면적과 양은 코크측에서도 구해지며, 모니터링부(130)에서는 압출측과 코크측에서의 탄화실의 부착 카본의 면적과 양을 통합하여 모니터링할 수 있다.
이때, 압출측에서는 탄화실의 2/3까지 커버를 하고 코크측의 경우 1/3까지 커버를 하여 전체 탄화실 길이 약 20m에서 매핑조합하게 된다. 이러한 각각의 압출측 및 코크측의 커버 비율을 사용자가 동적으로 설정하여 탄화실 길이가 변경되었을 경우 조정이 가능하다.
코크측도 압출측처럼 섹션 개수를 정할 수 있고 이러한 섹션의 탄화실 길이에 따라 하나의 섹션이 길이가 매핑되어져 시스템에서는 탄화실 길이등의 규격 정보를 입력받아 활용한다.
끝으로 전체 탄화실 길이에 대한 부착 카본 넓이 및 두께 정보가 추출되어 좌측 우측 면에서 통합되어 최종 매핑 관리가 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탄화실 코크스 생산 중 압출 장애, 조업 장애, 연와 손상, 가스 흐름 비효율로 인한 코크스 품질 저하를 사전에 예방하기 위해, 탄화실 부착 카본들을 통합 정량적으로 측정 및 모니터링 하여 (실화상/열화상 이중 중첩 기반 활용) 이중으로 정량 정보를 추출 검증하고, 이를 통해 압출기의 속도 및 위치제어를 통해 부착 카본을 조업중 실시간으로 안전하게 제거할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 코크스 오븐의 탄화실 내 부착 카본을 효율적으로 모니터링 및 정량화 관리 그리고 자동으로 제거함에 의해 고열/분진작업 해소 및 장입탄 장입불량 제거, 그리고 압출 생산 장애 사전 예방을 통한 조업 안정화, 그리고 코크스 오븐 장수명화, 건류소비 저감 및 코크스 품질 향상등의 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치
110: 압출측 이미지 획득부
111: 압출측 실화상 카메라부
112: 압출측 열화상 카메라부
113: 제1 정량 평가부
114: 제1 영상 측정 시점 검출부
115: 제1 전송부
116: 제거부
120: 코크측 이미지 획득부
121: 코크측 실화상 카메라부
122: 코크측 열화상 카메라부
123: 제2 정량 평가부
124: 제2 영상 측정 시점 검출부
125: 제2 전송부
130: 모니터링부
131: 정보 관리부
132: 정보 표시부
133: 정보 분석부
134: 카본 제거 제어부

Claims (7)

  1. 압출측(Pusher Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 압출측의 부착 카본의 두께를 검출하는 압출측 이미지 획득부;
    상기 압출측의 반대 방향인 코크측(Coke Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 코크측의 부착 카본의 두께를 검출하는 코크측 이미지 획득부; 및
    상기 압출측 이미지 획득부와 상기 코크측 이미지 획득부의 정보를 통합하여 탄화실 내의 부착 카본을 모니터링하는 모니터링부를 포함하고,
    상기 모니터링부는 상기 압출측 이미지 획득부와 상기 코크측 이미지 획득부의 이미지 정보를 어파인(affine) 변환하고, 변환된 어파인 이미지에서 어두운 영역에서 밝은 영역으로 바뀌는 부분은 탄화물의 윤곽선 정보로 추출하고, 밝은 영역에서 어두운 영역으로 바뀌는 지점은 탄화물의 두께정보로 추출하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압출측 이미지 획득부는 압출측 실화상 이미지와 열화상 이미지를 획득하고,
    상기 코크측 이미지 획득부는 코크측 실화상 이미지와 열화상 이미지를 획득하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
  3. 압출측(Pusher Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 압출측의 부착 카본의 두께를 검출하는 압출측 이미지 획득부;
    상기 압출측의 반대 방향인 코크측(Coke Side) 탄화실 내의 이미지를 획득하여 영상처리하고, 영상 처리된 이미지의 부착 카본 형상의 에지의 밝기 변화에 따라 코크측의 부착 카본의 두께를 검출하는 코크측 이미지 획득부; 및
    상기 압출측 이미지 획득부와 상기 코크측 이미지 획득부의 정보를 통합하여 탄화실 내의 부착 카본을 모니터링하는 모니터링부를 포함하고,
    상기 압출측 이미지 획득부는 압출측 실화상 이미지와 열화상 이미지를 획득하고,
    상기 코크측 이미지 획득부는 코크측 실화상 이미지와 열화상 이미지를 획득하며,
    상기 압출측 이미지 획득부는
    상기 압출측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 실화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 실화상 카메라를 갖는 압출측 실화상 카메라부; 및
    상기 압출측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 열화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 열화상 카메라를 갖는 압출측 열화상 카메라부;
    상기 압출측 실화상 카메라부와 상기 압출측 열화상 카메라부의 이미지 데이터로부터 부착 카본의 위치, 넓이, 두께, 양 중 적어도 하나의 정보를 추출하는 제1 정량 평가부;
    상기 탄화실 내의 압출기의 최대 압출 시점을 전달받아 상기 압출측 실화상 카메라부 및 상기 압출측 열화상 카메라부의 이미지 획득 시점을 제어하는 제1 영상 측정 시점 검출부; 및
    상기 압출측 실화상 카메라부와 상기 압출측 열화상 카메라부의 이미지 데이터와 상기 제1 정량 평가부의 추출된 정보를 상기 모니터링부에 전송하는 제1 전송부
    를 포함하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코크측 이미지 획득부는
    상기 코크측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 실화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 실화상 카메라를 갖는 코크측 실화상 카메라부; 및
    상기 코크측에 상하로 배치되어 서로 상기 탄화실 내의 열화상 이미지를 크로스하여 획득하는 한쌍의 열화상 카메라를 갖는 코크측 열화상 카메라부;
    상기 코크측 실화상 카메라부와 상기 코크측 열화상 카메라부의 이미지 데이터로부터 부착 카본의 위치, 넓이, 두께, 양 중 적어도 하나의 정보를 추출하는 제2 정량 평가부;
    상기 탄화실 내의 트랜스퍼카의 압출 후 원위치할 시점을 전달받아 상기 코크측 실화상 카메라부 및 상기 코크측 열화상 카메라부의 이미지 획득 시점을 제어하는 제2 영상 측정 시점 검출부; 및
    상기 코크측 실화상 카메라부와 상기 코크측 열화상 카메라부의 이미지 데이터와 상기 제2 정량 평가부의 추출된 정보를 상기 모니터링부에 전송하는 제2 전송부
    를 포함하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 모니터링부는
    상기 압출측 이미지 획득부와 상기 코크측 이미지 획득부의 정보를 통합하여 관리하는 정보 관리부;
    상기 정보 관리부의 통합 정보에 따라 탄화실 내부의 위치별 부착 카본의 정량 정보를 표시하는 정보 표시부;
    탄화실별 부착의 카본 위치, 넓이, 량, 두께 정보, 심각성 등급 정보를 분석하는 정보 분석부
    를 포함하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모니터링부는
    상기 정보 분석부의 분석 정보가 사전에 설정된 기준값을 초과하면 부착된 카본의 제거를 제어하는 카본 제거 제어부를 더 포함하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압출측 이미지 획득부는
    상기 카본 제거 제어부의 제어에 따라 탄화실 내의 부착 카본을 제거하는 제거부를 더 포함하는 코크스 오븐 탄화실 부착 카본 모니터링 장치.
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