KR20010039517A

KR20010039517A - 제강동안 슬래그 이월을 최소화하는 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20010039517A
Application number: KR1020000001624A
Authority: KR
Inventors: 존에이. 스토파낙; 알록 샤란; 다니엘에이. 골드스타인; 엘리자베쓰에이. 스텔츠
Original assignee: 더블류.엔.바즈론; 베들레헴 스틸 코포레이션
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-05-15
Also published as: BR0000533B1; ATE257051T1; AR024527A1; CA2295386A1; CN1231604C; EP1090702B1; US6197086B1; CA2295386C; BR0000533A; AU737142B2; DE60007492D1; EP1090702A3; CN1306095A; JP3160273B2; TW505701B; AU1134600A; DE60007492T2; KR100370228B1; EP1090702A2; JP2001107127A

Abstract

순산소 전로(BOF)와 같은 제강 베셀과 레이들간에 탭 스트림내 용융 슬래그를 탐지하는 시스템과 방법이 발표된다. 적외선(IR) 영상 또는 탐지 장치가 BOF에서 레이들까지 탭 스트림을 관측하는데 사용되며, 스트림은 용융강 또는 슬래그가 주어진 시간에 스트림내에 있는지 여부를 나타내는 에너지를 전달한다. 그레이 스케일 분석이 탭 스트림으로 부터 관측된 픽셀에 대해 수행되어서 주어진 시간에 스트림내 강철 픽셀 및 슬래그 픽셀의 수를 결정한다. 슬래그 픽셀의 비율이 예정치 또는 예정량을 초과할 때 알람이 작동되어서 태핑을 중단하도록 작업자가 전로를 상향으로 기울게 하거나 전로가 자동으로 상향으로 기울어져서 태핑이 중단된다.

Description

제강동안 슬래그 이월을 최소화하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MINIMIZING SLAG CARRYOVER DURING THE PRODUCTION OF STEEL}

본 발명은 제강동안 순산소 전로(BOF) 또는 다른 베셀을 태핑하는 동안 슬래그 이월을 최소화하는 시스템 및 방법에 관계한다. 예컨대, 본 발명은 탭 스트림내 슬래그의 존재를 탐지하도록 적외선(IR) 영상 탐지기를 사용하는 것에 관계한다. 본 발명은 또한 예정된 양의 슬래그가 탭 스트림에서 탐지될 때 태핑을 중단시키는 방법 및 시스템의 사용에 관계한다.

제강산업에서 오래된 문제는 BOF 전로의 태핑동안 슬래그 이월을 최소화 할 수 없다는 점이다. 태핑은 BOF 전로로 부터 레이들로 용융금속을 붓는 과정으로서 용융 금속은 전로로부터 탭홀을 통해 흐른다.

제강동안 불순물(C, Si, Mn, S, P 등)을 함유한 용융철이 순산로 전로(BOF)로 알려진 전로 베셀에 도입된다. BOF 전로에서 불순물을 원하는 수준까지 제거하기 위해서 산소(O₂) 가스가 고온 금속에 주입된다. 이러한 정제공정동안 석회(CaO) 및 MgO 와 같은 플럭스가 전로에 가해져서 산화공정동안 형성된 , SiO₂, MnO 및 F??와 같은 산화물과 조합되어서 전로에 용융된 "슬래그"를 형성한다. 이러한 슬래그는 슬래그 밀도가 용융강의 밀도보다 낮으므로 BOF 전로에서 용융강 상부에서 부유한다.

지연된 기간동안 (BOF 전로의 용적, 용융철의 양 및 강철파편의 양 및 제조될 강철의 등급에 따라 16-25분) BOF 전로에 산소가 도입되고 용융된 슬래그 및 강철이 형성된 이후에 전로 베셀은 기울여지거나 태핑된다. 태핑동안 용융강은 BOF 전로의 측부에 있는 탭홀로부터 아래에 위치된 레이들에 부어진다. 이러한 태핑동안 바람직하지 않은 슬래그 이월이 일어날 수 있다.

BOF 전로 베셀이 적절하게 태핑될 때 태핑 초기에 소량의 이월이 일어날 수 있지만 정제된 용융강의 대부분이 레이들로 이미 부어졌고 주로 슬래그 (주로 강철 대신에)가 BOF 전로에 남아있는 태핑 말기에 슬래그 이월은 큰 문제이다. BOF 전로가 태핑을 위해 붓는 위치까지 기울여질 때 두 가지 용융물의 상이한 밀도로 인하여 슬래그의 대부분이 부어지기 이전에 전로 측부에 위치된 탭홀로부터 용융강이 부어진다. 전로를 태핑하는 작업자가 용융 슬래그가 탭홀을 통해 흐르기 시작하는 순간에 태핑(또는 붓기)을 중단하지 않으면 레이들내 이미 부어진 용융강 상부에 바람직하지 않은 용융 슬래그가 부어진다. 너무 많은 슬래그가 BOF 전로로부터 레이들에 부어지면 강철에 인(p)과 같은 불순물을 재도입시키며 태핑동안 알루미늄 효율에 악영향을 주며 특정 등급의 강철을 제조할 수 없게 만든다. 레이들에 부어지는 과잉 슬래그의 효과를 제거 또는 최소화하는 시도는 비용이 들며 시간 소모적이고 노동 집약적이다. 예컨대 사고로 너무 많은 슬래그가 레이들에 부어지면 수백달러의 가치가 있는 알루미늄 또는 기타 슬래그 변성물질이 슬래그내 FeO 및 기타 불안정한 산화물의 수준을 최소화하도록 용융된 레이들 슬래그에 첨가되어야 한다. 요약하면, BOF 전로로부터 레이들로의 슬래그 이월을 최소화 또는 감소시키는 것은 고급강철의 효과적인 제조를 위해 필수적이다.

BOF 전로의 태핑동안 슬래그 이월을 조절하기 위해서 수많은 기술이 사용되었다. 예컨대 "산소 전로에서 슬래그 이월" (International Review, Da Silva, Bergman, Lindfors, 91-95 페이지)을 참조하시오. 여기서 BOF 전로 태핑동안 슬래그 이월을 조절하기 위한 수많은 방법이 발표된다. 예컨대 슬래그 이월을 최소화하기 위해서 내화 플러그, 금속 플러그, 목질 플러그, 섬유 플러그, 점토, 다트형 부유 요소 및 볼형 부유 요소가 사용된다.

슬래그 이월을 최소화 하기 위해서 태핑 끝무렵에 전로로부터 금속 태핑 스트림을 중단시키는 여러 가지 기술이 있다. 이 목적으로 다트형 및 볼형 부유요소가 종종 사용된다. 상기 문헌의 제 4 도 및 제 5 도에서 이들 종래적인 방법과 관련된 만족스럽지 못한 결과가 도시된다. 예컨대 슬래그가 점성이 클 때 다트형 및 볼형 부유요소는 만족스럽지 못하며 이러한 부유요소를 전로 내부에 위치시키는 것은 어렵다. 탭홀의 구조 역시 이러한 부유요소의 효율에 영향을 준다. 어떤 제철소에서는 볼이 탭홀을 너무 일찍 폐쇄시키므로 전로에 정제된 용융강을 남길 수 있다(수율에 영향을 준다). 따라서 부유요소가 슬래그 이월의 최소화에 도움을 줄 수 있지만 이들은 종종 비효과적이며 결과를 예측할 수 없다. 더욱이 볼과 다트는 매우 비싸다.

매우 많은 슬래그 이월 방지 기술이 알려져 있다는 사실에도 불구하고 상기 문헌의 결론에서는 "요즈음 사용되는 어떠한 방법도 각자가 한계를 가지며 특정 조건이 존재할 경우에만 예측된 결과에 도달할 수 있으므로 범용이 아니다"라고 기술한다. 다시 말하자면 상이한 기술수준의 작업자에 의해 다양한 환경에서 사용할 수 있는 BOF 전로 태핑동안 슬래그 이월 최소화 시스템 및 방법이 당해분야의 숙원이다. 현재까지 어떠한 기술도 충분히 효과적이지 않으며 보통 강철 등급에 사용하기에는 너무 비싸므로 모든 상업적 제강 환경에서 만족스럽지 못하다.

기존의 BOF 슬래그 이월 방지방법의 비효율성 때문에 수많은 제철소는 슬래그 태핑이 도달될때를 시각적으로 탐지하는 작업자에 의존한다. 불행히도 이러한 슬래그 이월 방지 방법은 전로 탭홀에서 부어지는 정제된 용융강과 탭홀에서 부어지는 용융 슬래그간의 시각적 차이를 대개의 인간이 시각적으로 관측하는 것이 어렵기 때문에 비효율적이다.

BOF 환경에서 슬래그 이월을 최소화 하기 위해서 사용되는 또다른 방법은 BOF 전로 탭홀상에 전자기 코일을 위치시키는 것이다. 이러한 코일을 모니터함으로써 슬래그가 탭홀을 통해 흐르기 시작하는 시기를 판단할 수 있다. 코일이 슬래그를 탐지할 때 탭홀이 폐쇄되거나 전로가 상향으로 기울여져 태핑이 중단된다. 불행히도 전자기 코일은 전로내에 위치되므로 문제가 발생되며 매우 자주 고장난다. 코일의 또다른 문제는 코일은 단지 알람을 발생하며 작업자는 여전히 태핑 중단전에 슬래그가 부어지고 있도록 태핑 스트림을 관찰한다는 것이다. 슬래그 스플래슁으로 전로는 한번에 수개월동안 여러 히트에 대해 작동한다(최대 30,000 히트 또는 최대 2년간). 따라서 탭홀내 코일이 고장나면 BOF를 중단시키지 않고는 코일을 대체하거나 수선할 방법이 없다. 사실상 다음 BOF 내화 재라이닝 할 때까지 새로운 코일은 없다. 이것은 대단히 바람직하지 않으며 수율을 감소시키고 효율을 떨어뜨리고 꽤 비싸다.

따라서 공지기술에 비해서 신뢰성을 개선시키며 더 높은 성공률을 보이며 개선된 슬래그 탐지를 가져오며 보수 비용을 감소시키는 제강시 BOF 전로 태핑동안 슬래그 이월은 최소화 하는 시스템 및 방법이 당해분야에서 필요하다.

특정량 또는 사전선택된 양의 슬래그가 태핑 스트림에서 관찰될 때 태핑을 중단하기 위해서 BOF 전로를 상향으로 자동으로 기울게 하는 방법 및 시스템 제공이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 또다른 목적은 특정량의 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지될 때 태핑을 중단하기 위해서 작업자가 BOF 전로를 상향으로 기울이도록 알람을 작동하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 전로가 예정된 경사각도 범위내에 있을 때 알람을 작동시키거나 태핑을 자동으로 중단함으로써 대부분의 용융강에 앞서서 탭홀로부터 일부 슬래그가 초기가 부어지는 초기 태핑 단계동안 태핑이 중단될 가능성을 감소시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 태핑 스트림내 제 1 관심영역(ROI)을 관측하는 IR 카메라 픽셀의 디지털 분석을 수행하여 관측된 ROI에서 강철 픽셀 및 슬래그 픽셀의 개수를 측정하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 슬래그가 전로의 상부 개방입구로부터 부어지는지 탐지하도록 BOF 전로 입구 근처의 제 2 ROI를 카메라가 관측하게 하고 (제 2 ROI에서 소프트웨어 처리 신호를 영상화하고) 동일한 것이 탐지된다면 전로 경사각도를 보정시키는 것이다(작업자에게 경고하거나 전로 경사를 자동으로 수정한다).

임의의 IR 파장이 다양한 구체예에서 사용될 수 있지만 특정 구체예에서 본 발명의 목적은 태핑 스트림에서 용융 슬래그의 존재를 탐지하기 위해서 8마이크론 이상의 IR 파장을 사용하여 태핑동안 태핑 스트림의 IR 영상을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 슬래그 이월 최소화 방법과 BOF-레이들 슬래그 탐지 시스템을 개략적으로 보여준다.

도 2 는 도 1 과 유사한 또다른 구체예를 보여준다.

도 3 은 용융 슬래그와 용융강의 파장에 대한 방사율을 보여주는 그래프이다.

도 4 는 BOF 환경에서 존재하는 공기운반 가스가 특정 IR 파장을 흡수해서 그 활용도를 감소시키는 방식을 보여주는 전체 IR 영역에서 파장에 대한 투과율을 보여준다.

도 5 는 본 발명에서 사용될 수 있는 IR 카메라의 블록선도이다.

도 6 은 본 발명에 따라 정보를 표시하는 컴퓨터/모니터 디스플레이 스크린을 보여준다.

도 7 은 내부에 슬래그를 함유하지 않는 용융강이 BOF 전로에서 레이들로 부어지는 탭 스트림에 있을 때 도 6 스크린을 보여준다.

도 8 은 상당량의 슬래그가 BOF 전로에서 레이들에 부어지는 탭 스트림에 있을 때 도 6-7 스크린을 보여준다.

도 9 는 도 1 에 따라 전로 입구로 부터 슬래그가 부어지는 것을 최소화시키기 위해서 취해진 단계를 보여주는 순서도이다.

도 10 은 도 9 에 도시된 단계를 써서 실시되며 전기 제강로에서 레이들로 강철/슬래그가 부어지는 구체예를 보여준다.

도 11 은 취입로 작동에서 사용되는 본 발명을 보여준다.

* 부호설명

3 ... BOF 전로 5 ... 수평축

7 ... 레이들 9 ... 태핑 스트림

11 ... 태핑홀 12 ... 수직축

13 ... IR 카메라 14 ... 종축

15 ... TV 모니터 16 ... 컴퓨터

17 ... 시각적 알람 18 ... PLC

21 ... 윈도우 23 ... 카메라 하우징

25 ... 구조물 30 ... 광필터

301 ... 전로입구

일반적으로 말해서 본 발명은 다음 단계로 구성된 제강동안 제강 베셀로부터 용융금속을 붓는 방법을 제공함으로써 상기 목적을 달성한다:

용융강과 용융 슬래그를 포함하는 용융금속을 담는 제강 베셀을 제공하고;

베셀로부터 흐르는 용융 금속 스트림을 모니터링하는 IR 영상 카메라를 제공하고;

베셀을 기울임으로써 용융 금속이 베셀로부터 흘러나오게 하고;

IR 파장을 사용하는 IR 영상 카메라로 스트림을 모니터링 하고;

제 1 영상 프레임 동안 스트림에서 강철을 나타내는 제 1 픽셀의 개수와 스트림에서 슬래그를 나타내는 제 2 픽셀의 개수를 측정하고;

제 1 및 제 2 픽셀 개수를 활용하여 비율을 결정하고;

상기 비율이 스트림에서 선택된 양의 슬래그를 나타내는지 판단하고;

상기 비율이 스트림에서 선택된 양의 슬래그를 나타낸다고 판단될 때 태핑을 중단하는 단계.

특정 구체예에서 본 방법은 카운터를 사용하여 베셀로부터 태핑 스트림을 통해 흐르는 슬래그의 양을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 슬래그 카운터는 한 프레임에서 슬래그 픽셀을 나타내는 개수를 베셀에서 이미 흘러나온 슬래그를 나타내는 이전의 슬래그 개수에 첨가하는 것이다.

특정 구체예에서 베셀은 BOF 전로와 전기 제강로중 하나이다.

특정 구체예에서 베셀은 비철금속 처리용 베셀일 수 있다.

또다른 구체예에서 베셀은 송풍로일 수 있으며 용융철은 용융철 태핑 스트림을 통해 서브마린(submarine) 차량으로 흐르는 슬래그의 양을 카운터를 써서 측정하는 방법에 따라 서브마린 차량속으로 태핑된다. 슬래그 카운터는 한 프레임에서 슬래그 픽셀을 나타내는 개수를 이미 차량으로 흐른 슬래그를 나타내는 이전 슬래그 개수에 첨가한다.

본 발명은 다음을 포함하는 BOF 시스템을 제강에 사용하도록 제공함으로써 상기 목적을 달성한다:

용융강과 용융강 상부에 부유하는 용융 슬래그를 담으며 용융강이 흐를 수 있도록 하는 태핑홀을 포함하는 BOF 전로;

태핑홀을 통해 BOF 전로로부터 흐르는 용융강을 태핑 스트림에 수용하기 위해 BOF 전로 아래에 수직으로 위치한 레이들;

태핑 스트림내 슬래그의 존재를 탐지하기 위해서 전로내 태핑홀로부터 레이들로 흐르는 용융강 및 용융 슬래그로 구성된 태핑 스트림을 영상화하는 영상장치;

전로의 경사각도를 측정하는 센서;

상당량의 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지될 때와 전로의 경사각도가 예정치 이상일 때 태핑을 중단시키는 수단.

도 1 은 본 발명의 한 구체예에 따라서 제강시 BOF 전로(3)의 태핑동안 용융 슬래그가 레이들(7)로 이월하는 것을 조절 또는 최소화하는 시스템/방법을 보여준다. 이러한 시스템/방법은 수평축(5) 주위로 선회전가능한 BOF 전로(3), 전로 태핑홀(11)을 통해 용융금속(9)이 부어지는 레이들(7), 용융된 태핑 스트림(9)을 모니터링하는 IR 카메라(13) 및 TV 모니터(15)를 포함한다. 특정 구체예에서 카메라(13)는 태핑 스트림(9)으로부터 30-150피트(특히 50 내지 100피트) 거리에 위치되어서 용융된 태핑스트림에 대해 양호한 저온 배경을 수득하고 BOF 근처에서 카메라가 손상될 가능성을 감소시키며 용이한 서비스를 제공한다. 이 위치는 BOF 근처의 특정 지점보다 더 깨끗하다. 특정 구체예에서 카메라(13) 관측 지역은 도 1 에 도시된 대로 제 1 및 제 2 관심영역(ROI)을 포함한다. (즉, ROI #1, ROI #2). ROI #1은 카메라(13)가 태핑홀(11)로부터 레이들(7)로 흐르는 태핑 스트림(9)을 관측하도록 위치된다. ROI #1은 적당한 크기나 모양을 가지며 그 크기 또는 위치는 예컨대 도 6 의 모니터 스크린상에 적절하게 클릭함으로써 사전 선택될 수 있다. ROI #2은 전로의 상부 또는 입구(301)로부터 바람직하지 않은 슬래그가 나오는 (예컨대 전로 경사 각도(θ)가 너무 큰) 시기를 탐지하기 위해서 전로 상부 개방 입구 아래와 태핑홀 단부위의 영역을 카메라가 동시에 관측하도록 카메라 관측 지대 (적어도 태핑홀 단부 위에) 제공된다. ROI #2 역시 적당한 크기와 모양을 가지며 도 6 의 모니터 스크린상에서 적절하게 클릭함으로써 크기 또는 위치가 사전 선택될 수 있다. 또다른 구체예에서 제 1 IR 카메라는 ROI #1을 관측하고 제 2 IR 카메라는 ROI #2를 관측해서 ROI에서 나오는 분석하거나 영상 소프트웨어 처리한다). 그러나 두가지 ROI를 동시에 관측하는 단일 카메라(13)가 선호된다. 영상 소프트웨어 (마이크로피시 부록 참조)가 카메라 또는 카메라 밖의 컴퓨터에 저장될 수 있다.

먼저 BOF 전로(3)에 용융철과 강철 파편이 충진된다. 이후에 불순물 방출을 위해서 산소가스가 전로(3)에 도입된다. 산호가 내부에 도입될 수 있도록 전로의 입구(301)에 구멍이 제공된다. 산소 도입으로 바람직하지 않은 원소는 전로(3)내에서 산화되어 슬래그를 형성함으로써 고온 금속을 정제하고 그것을 용융강으로 변환시킨다. BOF 슬래그는 용융강보다 적은 밀도를 가지므로 슬래그는 전로(3)내에서 용융강 상부에 부유한다.

산소가스 도입후 전로(3)는 고정된 축(5) 주위로 경사각도(θ)까지 선회전되어서 (4) 용융금속 태핑 스트림(9)이 전로(3)로부터 레이들(7)로 부어진다(각도(θ)는 선회전축(5)을 통과하는 수직축(12)과 전로의 종축(14) 사이에 한정된다). 적절하게 선회전되면 슬래그가 강철 및 태핑홀 위에 위치되므로 태핑동안 먼저 강철이 태핑홀(11)로부터 (소량의 슬래그와 함께) ROI #1을 통해 레이들로 흐른다. 이후에 강철이 전로(3)로부터 배출됨에 따라 작업자는 대부분의 강철이 전로에서 배출되고 슬래그층이 태핑홀(11)네 도달할 때까지 더 큰 경사각도(θ)로 전로(3)를 축(5) 주위로 계속 선회전시킨다. 슬래그가 태핑 스트림(11)에 들어가서 상당량으로 레이들(7)에 흐르기 시작하는 시기를 탐지하기 위해서 태핑홀(11)과 레이들(7) 사이의 ROI #1에서 적외선(IR) 카메라(13)와 TV 모니터(15)는 태핑 스트림(9)을 모니터링한다.

또다른 구체예에 따르면 슬래그/강철을 관측하는데 임의의 파장이 카메라에 의해 사용될 수 있다. 그러나 선호되는 구체예에서 (i) IR 카메라(13)가 원적외선 범위의 파장만을 활용할때나 (8마이크론 이상의 IR 파장) (ii) 원적외선 파장(8마이크론 이상의 파장)이 카메라(13)에 의해 모니터링되고 다른 IR 파장은 여과될 때 태핑 스트림(11)내 슬래그 탐지가 개선된다. 분석시 이들 더 긴 IR 파장(더 짧은 파장과 다르게)은 BOF 환경에서 존재하는 공기운반 먼지입자 및 연기에 의해 차단될 가능성이 적음이 발견되었다. 또한, BOF 환경에서 일반적인 공기운반 가스(예 CO₂및 H₂O)는 근적외선 또는 중적외선 파장을 흡수 또는 차단하지만 원적외선 파장(8마이크로미터 이상의 파장)을 흡수 또는 차단하지 못함이 발견되었다. 게다가 이들 더 긴 IR 파장은 이들 파장에서 슬래그와 강철간의 방사율 차이가 더 커서 모니터 상에서 더 큰 색깔 변화를 가져오므로 더 좋다. 특정 구체예에서 이들 긴 파장만이 모니터링 되고 다른 덜 선호되는 구체예에서 긴 파장과 함께 다른 파장도 모니터링될 수 있다. 또다른 구체예에서 1-7마이크로미터 범위의 파장이 모니터링되고 태핑스트림내 강철에서 슬래그를 탐지할 수 있도록 관측된 영상 데이터를 조작하는 영상 소프트웨어가 사용된다.

카메라(13)는 8마이크로미터 이상, 특히 8 내지 12마이크로미터의 IR 파장을 주로 활용하도록 설정된다. 슬래그는 모니터(15)상에서 색깔 변화로서 탐지되므로 작업자에 의해 시각적 탐지가 가능하다.

본 발명은 종래의 슬래그 이월 최소화 방법에 비해서 유지비용을 감소시키고 신뢰성 및 효율을 향상시키며 BOF 환경에서 슬래그 이월을 더 잘 조절할 수 있게 한다. BOF 슬래그 이월을 감소시킴으로써 다음 장점이 수득된다: 레이들 슬래그내 FeO 함량이 감소되고 값비싼 슬래그 변성물질의 소모가 감소되고 레이들에서 인 복원현상이 감소되고 레이들에서 강철 탈황이 개선되고 강철 청결성이 향상되며 값비싼 슬래그 유지 시스템(예 다트 및 볼)의 사용이 감소되고 철수율이 향상되고 슬래그 탐지 신뢰성이 개선되며 BOF상에 도선과 탐지기 코일을 유지시킬 필요가 없다.

도 5 는 본 발명의 특정 구체예에서 태핑스트림(9)을 모니터링하는데 사용될 수 있는 IR 카메라(13)의 블록선도이다. 선호되는 카메라(13)는 FLIR, Inc.로부터 구매가능한 모델 760 IR 영상 라디오미터이다. 카메라(13)는 집적 칼라 LCD, 마이크로 플로피 디스켓 드라이브 및 냉각기를 가지며 외부 모니터(15)와 함께 사용될 수 있는 열영상화 기록 분석 시스템일 수 있다. 모니터는 PC(16)의 일부일 수 있다. 컴퓨터(16)는 도 9 의 단계가 수행될 수 있도록 부탁된 마이크로피시 부록에 따라 프로그램될 수 있다. 카메라는 최대 열 민감도와 고 해상도를 위해 냉각기에 의해 77k까지 냉각된 수은/카드뮴/텔루륨 탐지기를 포함할 수 있다. 카메라의 광학적 경로 측면에서 태핑 스트림 ROI #1 또는 ROI #2로부터 나오는 열복사가 조준렌즈를 통해 진공 스캔 모듈에 들어오고 수평 및 수직 스캔 거울에 의해 회절되고 제 2 윈도우를 통해 빠져나가 탐지기 렌즈를 통해 탐지기에 들어온다. 도시된 바와 같이 카메라(13)는 집적 LCD 또는 외부 비디오/TV/컴퓨터 모니터(15)상에 칼라 또는 흑백으로 표시하기 위해 IR 신호를 처리, 디지털화 및 재포맷하는 회로를 포함한다. 마이크로프로세서는 각 영상 요소(픽셀)에 접근하고 광필터/렌즈 조합에 대응하는 보정 테이블을 사용하여 온도를 계산한다. 카메라(13)의 스캐닝 섹션(31)에서 광필터(30)는 카메라의 스펙트럼 반응을 조절하여 BOF 태핑 스트림(9) 측정을 최적화한다. 선호되는 구체예에서 고역 필터(30)가 카메라(13)내에 설치되어 0-8마이크로미터의 IR 파장 투과를 차단 또는 흡수함으로써 카메라(13)가 8마이크로미터 이상의 원적외선 파장(즉, 장파 IR)만을 사용함으로써 태핑 스트림을 모니터링할 수 있게 한다. 어떤 구체예에서 고역 필터는 8-14마이크로미터 또는 8-12마이크로미터의 IR 파장의 투과를 허용하며 모든 다른 IR 파장이 카메라의 스캐너에 투과하는 것을 차단한다. 이러한 고역 필터는 셋업 메뉴에서 선택되고 자동으로 삽입된다. 이러한 필터를 사용함으로써 카메라(13)는 태핑 스트림에서 나오는 방출, 반사 및 투과된 에너지의 합에 반응한다. 이러한 에너지의 조합을 스트림 방사에너지라 부른다. 스트림의 온도를 획득하기 위해서 방출된 에너지는 입사 방사에너지에서 반사 및 투과 에너지를 뺌으로써 나온다. 그 결과는 방사율로서 보정표와 대조함으로써 온도로 전환될 수 있는 흑체 당량값을 수득한다. 결과의 태핑스트림의 온도는 용융강과 슬래그간의 색상(방사율) 차이를 보여주는 것으로서 모니터(15)상에 나타난다. 본 발명의 특정 구체예에서 상기 IR 영상 카메라(13)가 사용되지만 태핑 스트림에서 슬래그를 탐지하는데 긴 IR 또는 기타 파장을 사용할 수 있는한 다른 종류의 IR 영상장치/카메라가 대신 사용될 수 있다. 강철과 슬래그간에 대조를 제공하는한 선택된 IR 영상 장치/카메라가 강철과 슬래그간에 양호한 대조가 되는 직접적인 영상을 제공할 수 없는 경우에 영상 증진 소프트웨어를 사용함으로써 이러한 대조가 제공될지라도 다른 종류의 IR 영상장치/카메라가 사용될 수 있다.

경사각도 센서(14)는 도 5 에서 컴퓨터와 조합된 것으로서 도시된다. 센서(14)는 태핑동안 전로가 기울여지는 각도(θ)를 측정하고 도 9 에 도시된 비교단계에서 사용하기 위해 컴퓨터에 동일한 각도를 출력한다. 센서(14)는 전로의 회전축(5)에 연결되어서 그 회전을 측정하거나 IR 카메라와 같은 적당한 수단을 통해서 전로(3) (또는 도 10 의 로)의 기울기를 광학적으로 측정할 수 있다.

또다른 구체예에서 FLIR로부터 구매가능한 ThermaCAM UlTRA 휴대용 IR 영상 라디오미터(모델 SC 2000, PM 395, PM 295 또는 PM 195)가 카메라(13)로서 사용될 수 있다. 이것은 전체 스크린 온도측정 및 영상저장 및 분석능이 있는 손바닥 크기의 초점 평면 배열 라디오미터이다. 데이터는 제거가능한 고체 상태 플래쉬 또는 SRAM PCMCIA 메모리 카드(SC 2000, PM 395, PM 295)에 저장될 수 있다. 보정된 IR 데이터는 실시간 데이터 분석을 위해 TV 호환 비디오로서 출력된다. SC 2000은 실시간 14비트 디지털 비디오 데이터를 출력하는 디지털 비디오 포트를 갖는다. 이것은 320 ×240 마이크로볼로미터 초점 평면 배열 탐지기를 사용할 수도 있다. 또다른 구체예에서 카메라(13)는 FSI Automation (Bothell, WA)으로부터 구매가능한 초점 평면배열, 비냉각 마이크로볼로미터 320 ×240 픽셀을 포함하는 Thermovision 모델 570 카메라일 수 있다.

태핑 스트림(9)을 관측하는데 원적외선 파장이 IR 카메라(13)에 사용될 경우에 용융강과 용융 슬래그간의 방사율 차이가 TV 모니터(15)상에 명백하게 된다. 도 1 에서 태핑 스트림(9)내 용융강은 용융슬래그에 비해서 어둡게 나타나며, 슬래그가 태핑 스트림(9)에 들어오기 시작할 때 이러한 슬래그는 모니터(15)상에 강철과 다른 색상(예컨대 밝은 백색)으로 나타난다. 특정 구체예에서 슬래그는 백색, 강철은 어두운 색으로 표시된다. 따라서 태핑 작업자(또는 도 6-9 에서 컴퓨터나 영상 분석 시스템)는 슬래그가 태핑 스트림(9)에 들어오는 시기를 쉽게 판단할 수 있어서 상당량의 백색(또는 다른 색상변화)가 모니터(15)상에서 스트림에서 나타날 때 작업자가 태핑 또는 붓기를 중단할 수 있다. 그러므로 작업자 (또는 도 6-10 에서 컴퓨터(16) 또는 IR 카메라를 통한 영상 분석 시스템)는 모니터(15)를 보고 슬래그가 태핑 스트림(9)을 지배하기 시작할 때 작업자는 전로(3)를 축(5) 주위로 상향으로 기울이거나 태핑홀(11)을 폐쇄함으로써 태핑을 중단한다. 이러한 방식으로 전로(3)에서 레이들(7)로의 과도한 슬래그 이월이 방지된다.

본 발명의 특정 구체예에 따르면 BOF 전로(3)의 태핑은 카메라가 태핑 스트림(11)에서 예정된 양의 슬래그를 탐지할 때 중단된다. 예컨대 도 6-9에서 기술된 그레이 스케일 비교 비율을 사용하여 모니터링된 태핑 스트림내 콘트라스트가 태핑 스트림에서 예정량의 슬래그 존재를 나타내는 예정된 수준에 도달할 때 태핑을 중단하도록 (즉, 전로를 상향으로 기울이도록) 태핑 시스템이 프로그램될 수 있다. 또다른 구체예에 따르면 태핑동안 BOF 전로의 기울임은 태핑 스트림에서 카메라(13)에 의해 탐지되는 슬래그의 양에 의해서 조절될 수 있다. 예컨대 태핑 초기에 예정량보다 적은 양의 슬래그가 태핑홀(11)에서 레이들(7)로 부어지는 각도(Θ)까지 전로(3)를 기울이도록 시스템이 설계되고 이후에 전로(3)의 경사각도(Θ)가 태핑 스트림내 슬래그를 최소화하도록 프로그램에 따라 태핑동안 조절될 수 있다. 이후에 예정된 기간동안 태핑한 이후에 (즉, 태핑 끝무렵에) 예정량의 슬래그(예정된 방사율 차이)가 태핑 스트림에서 탐지될 때 시스템은 자동으로 태핑을 중단시킬 수 있다. 태핑동안 BOF 전로의 경사각도(Θ)를 보정함으로써 태핑이 끝날때까지 스트림에서 슬래그가 제거될 수 있다.

도 2 는 전로(3) 및 레이들(7)이 상이한 구조적 특성을 가진 것을 제외하고는 도 1 과 유사한 구체예이다. 전로(3)는 여전히 축(5)주위로 선회전하여서 태핑홀(11)로부터 용융 금속 스트림(9)을 붓는다. 카메라(13)(또는 저장된 소프트웨어)가 스트림(9)에서 슬래그를 탐지할 때 작업자는 태핑을 중단하라는 경고를 받는다. 도 2 의 또다른 특성은 카메라 하우징(23)내에 위치한 원형 또는 사각형 윈도우(21)의 존재이다. 카메라(13)는 하우징(23)내 구조물(25)상에 장착되어서 카메라는 윈도우(21)를 통해 태핑 스트림(9)을 관측한다. 선호되는 구체예에서 윈도우(21)는 원적외선(즉, 8마이크로미터 이상의 IR 파장)을 투과한다. 특정 구체예에서 윈도우(21)는 모든 또는 특정 IR 파장을 투과하는 재료 또는 유리로 제조된다. 그러나 특정 구체예에서 윈도우(21)는 비-IR 파장에 대해 투과성일 필요가 없다.

특정 구체예에서 윈도우(21)는 불화칼슘을 포함한 투명한 단결정재료로 제조되며, 이것은 비-흡습성 윈도우이다. 이러한 윈도우는 knoxville (Tennesee)에 위치한 Heise's Online Thermographic Services (H.O.T.S.)로부터 H. VIR Comet 윈도우(21)로서 구매가능하다. 이 윈도우는 IR 파장에 대해 95+% 투과성이고 가시광선 파장에 대해 100% 투과성이다. 또한, 8-12㎛의 IR 파장에 대해 95% 이상(예컨대 98%) 투과성이며 UV에 대해 민감하지 않으며 13℃에서 11.72w/mk의 열전도성을 갖는 모델 H. VIR 75와 같은 장파 검사 윈도우(21)를 HOTS로부터 구매할 수 있다. 이러한 윈도우는 8-12㎛ 밖의 다른 파장에 대해서 투과성이거나 투과성이 아니다. 특히 윈도우(21)는 8㎛ 이상의 IR 파장에 대해 95% 이상의 투과율을 갖는다.

다른 구체예에서 윈도우(21)는 ZnSe, GaAs, 게르마늄, CdTe 또는 ZnS를 포함할 수 있으며 상기 윈도우와 유사한 특성을 가진다. 그러나 ZnSe 포함 윈도우와 같은 윈도우는 코팅이 필요할 수 있다.

윈도우(21)는 카메라(13)내에 위치한 필터에 추가적인 것으로서, 필터는 카메라(13)가 활용하는 파장을 작업자가 선택적으로 결정할 수 있도록 한다. 상이한 재료가 윈도우(21)로서 사용될 수 있으며 필터 대신에 윈도우의 사용은 카메라를 보호하기 위해서이다. 어떤 구체예에서 윈도우는 8-12㎛ 범위에서 높은 투과성을 가지므로 스트림 모니터링을 위해 선택된 파장이라면 8-12㎛ 필터를 갖는 IR 카메라 또는 영상기를 사용할 수 있다.

도 3 은 IR 파장의 함수로서 슬래그 및 강철의 방사율이 변하는 방식을 보여주는 파장대 방사율 그래프이다. 원적외선 파장(8㎛ 이상)이 용융강 태핑 스트림내 슬래그가 있는지 여부를 판단하는데 활용될 때 이들 높은 파장에서 강철과 슬래그의 방사율간의 차이가 더 크므로 다른 파장에서 보다 더 용이하게 탐지가능하다.

도 4 는 특정 가스가 특정 IR 파장을 흡수(즉, 투과를 방지)하는 정도를 보여주는 IR 파장에 대한 투과성 그래프이다. 예컨대, H₂O 가스는 5 내지 8㎛ 파장의 상당부분을 흡수한다. 유사한 방식으로 H₂O 또는 CO₂는 1 내지 5㎛ 파장을 흡수한다. 이 그래프는 8-14㎛의 파장이 사용될 때 이들 가스(예, CO₂, O₃, H₂O)를 통한 투과성이 더 큼을 보여준다. CO₂와 H₂O 는 BOF 태핑 스트림 근처에 존재하는 가스이므로 높은 IR 파장(즉, 8㎛ 이상의 파장)을 사용하여 BOF 태핑 스트림내 강철 및 슬래그가 더 쉽게 탐지될 수 있다. 그러나, 도 4 는 슬래그 탐지에 다른 파장이 사용될 수 있음을 보여주고 이들 파장은 선호되지 않는 파장(1.4-1.8㎛, 1.9-2.5㎛, 2.9-4.1㎛)에서 차단되지 않는다.

도 6-9 는 본 발명의 또다른 구체예를 보여주는데, 도 6-8 은 상이한 단계에서 작업자에 의해 관측가능한 컴퓨터 스크린을 모니터상에 보여주며 도 9 는 레이들(7)로의 슬래그 이월을 최소하시키기 위해서 수행되는 단계를 보여준다. 카메라(13)의 출력을 처리하는 영상 분석을 사용함으로써 태핑 스트림(9)에서 강철에서 슬래그로의 변화를 탐지하는 컴퓨터(16) 사용방법이 더 효율적이다. 시스템은 전기신호를 오디오 또는 시각적 알람(17)(도 1)으로 출력하거나 ROI #1에서 스트림(9)내 상당량의 슬래그 탐지시 자동으로 전로(3)를 상승시킴으로써 히트로부터 강철 레이들(7)로 전달되는 슬래그의 총량을 최소화시킨다.

도 6-9 에서 활용될 수 있는 성분은 IR 카메라(13), 소프트웨어를 사용하여 프로그램된 컴퓨터(16), 모니터(15)(예, 컴퓨터 모니터나 외부 모니터), 아날로그 및 디지털 I/O, 오디오 또는 시각적 알람을 포함한다. 카메라(13)는 태핑 전로 경사각도(θ)와 관계없이 ROI #1을 통해 스트림을 모니터할 수 있는 방식으로 위치된다. 시스템은 National Instruments (Austin, Texas)에 의해 제조된 하드웨어와 소프트웨어를 활용한다. 하드웨어는 PXI 1000 카시스, 8155 내장 콘트롤러, PXI 영상 획득 카드, PXI 6040E I/O 카드, PXI 8210 Ethernet/ScSI 인터페이스 카드 및 PXI 8220 PcMCIA 카드를 포함한다. 소프트웨어는 LabVIEW 5.0, IMAW 1.5 및 Microsoft NT 4.0 운영체계를 포함한다. 응용프로그램은 LabVIEW 5.0 및 IMAW 1.5으로 작성되어서 카메라(13)에서 나오는 비디오 신호를 처리해서 주어진 순간 또는 주어진 기간에 얼마나 많은 슬래그가 태핑 스트림(9)에 존재하는지를 결정한다.

도 9 에서 시스템은 아이들 모드(101)에서 시작한다. 작업자가 전로(3)를 초기 태핑각도(θ)로 기울이는 태핑 초기에 작업자는 PLC(18)(도 1)에 디지털신호를 보내는 "스타트 탭" 버턴(103)을 누른다. 전로가 기울여져 태핑 스트림의 붓기를 시작한다. "스타트 탭" 버턴의 작동에 의해 발생된 신호는 비젼 시스템에 전달되어서 태핑 시작 직전 또는 직후에 ROI #1 또는 ROI #2 의 영상화 및 처리를 개시한다(107). 도 6-8 에 도시된대로 영역(109)에서 컴퓨터 또는 모니터 스크린상에 생 영상이 표시되는데, 도 6 은 강철 또는 슬래그가 부어지지 않는 스크린을, 도 7 은 태핑 스트림에 주로 강철이 있는 스크린을, 도 8 은 태핑 스트림에 상당량의 슬래그가 존재하는 스크린을 보여준다. 카메라(13)에서 나온 비디오 영상 처리는 다음과 같이 수행된다.

IR 카메라(13)는 사전선택된 ROI #1에서 태핑 스트림(9)을 관측하고 또한 ROI #2를 통해 영역을 관측한다. 두 ROI에 대한 표준 RS-170 비디오 신호가 적외선 카메라(13)로부터 RG 59 비디오 케이블을 통해 비젼 시스템으로 전달된다. 비디오 프레임은 실시간으로 영상 획득 카드에 의해 포착된다. 영상 획득 카드의 최대 해상도는 640 ×480 픽셀이지만 상이한 최대값을 갖는 다른 카드가 사용될 수 있다. 이 영상을 "생 영상"이라 하며 단계(108)에서 전용창(109)에서 컴퓨터 모니터(15)상에 표시된다. 영상분석을 위해 ROI #1이 선택되며, ROI #1은 카메라(13)로부터 관측된 태핑 스트림의 전체폭보다 약간 더 큰 영역을 포괄한다. 도 6 내지 8 에서 컴퓨터 스크린상의 영역/윈도우(111)는 슬래그를 표시하며 영역/윈도우(111)는 스트림내 강철을 표시한다.

그러나 IR 카메라(13)는 컴퓨터(16)에 의해 수신된 14비트 출력과 같은 디지털 출력을 제공할 수도 있다. IR/디지탈 출력 카메라는 출원인의 작동에 사용하는 비디오 출력 IR 장치에 비해서 개선된 해상도를 제공할 수 있다.

ROI #1에 포함된 픽셀의 그레이 스케일 수준은 단계(115)에서 비젼 시스템으로 측정되고 ROI #2에서 픽셀의 그레이 스케일 수준은 단계(117)에서 측정된다. 특정 구체예에서 8-비트 영상의 경우에 한 픽셀의 그레이 스케일은 0 내지 255이다. 0은 흑색을 255는 백색을 나타내고 (슬래그는 백색이다) 다른 음영은 중간값을 갖는다.

빈(bin)은 관심 물체의 영상의 픽셀 그레이 스케일 또는 수준의 범위이다. 예컨대 강철 빈은 태핑 스트림에서 용융강을 나타내는 영상의 그레이 스케일 범위이다. 컴퓨터 또는 소프트웨어는 강철빈과 슬래그빈을 둘다 포함하도록 프로그래밍되어서 얼마나 많은 픽셀이 용융강을 포함하고 얼마나 많은 픽셀이 용융 슬래그를 포함하는지를 결정할 수 있다. 따라서 컴퓨터는 각 영상 프레임(115)에 대해서 강철빈과 슬래그빈에 속하는 픽셀의 수를 결정한다. 특정 구체예에서 강철빈은 도 6-8 에 도시된대로 60 내지 160의 그레이 스케일 수준을 갖는 픽셀을 나타내고 슬래그 빈은 230 내지 250의 그레이 스케일 수준을 갖는 픽셀을 나타낼 수 있다. 어느 빈에도 속하지 않는 그레이 스케일을 갖는 픽셀은 강철 또는 슬래그를 나타내지 않는다. 각 빈에 속하는 픽셀의 수를 측정함으로써 강철 및 슬래그 픽셀의 수를 결정할 수 있다. 도 6-8 의 좌측상부에 도시된대로 작업자는 도시된 "강철범위" 또는 "슬래그 범위" 영역에서 상향 또는 하향을 클릭함으로써 슬래그 및 강철 빈 범위를 변경할 수 있다. 또한 도 6-8 의 좌측에 도시된대로 마우스를 상향 또는 하향으로 클릭함으로써 모니터상에 도시된 슬래그 및 강철 칼라를 변경시킬 수 있다. 도 6-8 은 또한 작업자가 관측될 ROI를 프로그램하고 위치와 크기를 변경할 수 있음을 보여준다.

따라서, 단계(119)에서 "강철 범위" 빈 매개변수내 ROI #1의 관측된 픽셀의 수는 주어진 영상 프레임에 대해서 "슬래그 범위" 빈 매개변수내 픽셀의 수처럼 결정된다. 유사하게 단계(121)에서 "슬래그 범위" 빈 매개변수내 ROI #2의 관측된 픽셀의 수가가 결정된다. 단계(123)에서 태핑 각도가 예정된 태핑각도 범위내에 있는지 여부가 판단된다(그렇다면, 슬래그 카운터 단계(125)가 수행되고; 그렇지 않으면 단계(125)가 생략되고 SSR 단계(127)가 수행된다). 전로가 예정된 최종 태핑 각도 범위에 있다면 단계(125)에서 카운터는 단계(119)에서 결정된 ROI #1의 "슬래그 범위" 빈 픽셀의 수만큼 값을 증가시켜서 각 히트에서 레이들에 부어지는 슬래그의 양을 측정한다.

각 영상 프레임(이진 영상)에 대해서 강철대 슬래그 비율(SSR)이 결정되고 단계(127)) 다음 방정식을 사용하여 모니터상에 표시된다: SSR = #ROI #1 슬래그 픽셀/(# ROI #1 슬래그 픽셀 + # ROI #1 강철 픽셀). SSR 범위는 0 내지 1이다. 도 7 에 도시된 바와 같이 태핑 스트림에 슬래그가 거의 없으므로 SSR은 0 근처이다(도 7 에서 0.00으로 나타남). 태핑이 진행되고 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지됨에 따라 SSR 값을 증가하여 1에 접근한다(도 8 에서 0.485로 나타남). 선호되는 구체예에서 SSR 비율은 0 내지 1.0이며 1.0 이상의 비율에 비해 개선된 것이다.

도 7 은 태핑 스트림에 슬래그가 존재하지 않을 때의 컴퓨터 모니터를 보여준다. 태핑 스트림은 좌측 하부 박스(109)에 도시되며 이 박스에서 점선 사각형 형태로 ROI #1이 도시된다(영상 프레임은 ROI로부터 취한 것이다). 두 개의 적은 박스(111,113)은 스트림(9)에서 강철은 존재하지만 슬래그는 존재하지 않음을 보여준다. 그러나 도 8 은 상당량의 슬래그가 태핑 스트림에 존재할 경우의 컴퓨터 모니터 스크린을 보여준다. 도 8 의 박스(111)에서 스트림의 백색은 슬래그를 나타낸다. 상당량의 슬래그가 탐지될 때 "슬래그 탐지!!!" "로를 지금 상승시켜라!!!.."라는 알람이 작업자에게 제공될 수 있다. 이러한 알람을 보거나 들을 때 작업자는 BOF를 상승시키고 태핑을 중단한다.

도 9 에서 태핑의 종료를 결정하기 위해서 단계(127)에서 각 프레임에 대해서 평균시간동안 SSR이 계산된다. 계산된 SSR 값과 예정된 강철에 대한 슬래그 설정점 또는 한계치(Th₁)의 비교가 단계(129)에서 행해진다. 도 7-8 에 도시된 바와 같이 한계치는 필요한 강철의 등급에 따라 0.40 또는 다른 적당한 수치로 설정될 수 있다. 이러한 한계치는 레이들로의 과도한 슬래그 이월없이 전로로부터 많은 용융강을 배출시키도록 선택된다. 한계치는 다양한 등급의 강철에 대한 품질 기준에 따라 작업자에 의해 정해진다. 특정 등급의 경우에 매우 작은 슬래그 이월이 필요하면 알람 한계치(Th₁)은 예컨대 0.05 내지 0.10의 값으로 설정된다. 그러면 소량의 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지되어서 한계치가 더 높을 경우보다 더 적은 슬래그 이월을 가져올 때 작업자는 경고를 받는다. 반면에 철수율이 더 중요할 경우에 한계치(Th₁)는 예컨대 0.10 내지 0.60의 높은 값으로 설정되어서 상당량의 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지될 때 알람이 작동될 것이다. 만약 영상 품질이 탁월하면 Th₁는 0.60 이상의 값으로 설정될 수도 있다. 이러한 한계치는 단지 예시적인 것이다.

도 9 에 도시된 바와 같이 SSR 값이 한계치를 초과하지 않으면 태핑공정은 계속되어서 단계(108)가 반복될 때 다음 영상 프레임이 분석된다. 그러나 단계(129)에서 SSR 값이 알람 한계치(예컨대 0.40)를 초과하고 (i) 단계(131)에서 ROI #2 슬래그 픽셀이 슬래그 픽셀의 예정된 허용수치보다 크지 않고 (ii) 단계(133)에서 센서에 의해 전도(3)가 예정된 최종 경사각도(예컨대 90 내지 105도)내에서 기울어진다고 판단되면 단계(135)에서 알람이 작동된다. 알람은 (i) 태핑 작업자에게 전로를 상향으로 기울여서 태핑을 중단하라(단계(135))고 경고하는 오디오 또는 시각적 알람에 의해 작동되거나 (ii) 시스템이 자동으로 전로를 상향으로 기울여서 태핑을 중단하거나 (단계(137)) (iii) 공압식 또는 유압식 램이 태핑홀에 삽이비되어서 태핑홀을 폐쇄해서 태핑을 중단한다(단계(137)) 태핑은 단계(137)에서 종료되고 시스템은 아이들 모드(101)로 복귀한다.

단계(133)에서 전로 태핑 각도가 예정된 최종 태핑 각도 범위내에 있지 않다고 판단되면 단계(139)에서 초기 태핑 단계동안 슬래그가 전로로부터 부어진다는 것을 나타내는 조기 슬래그 알람이 작동된다.

특정 구체예에서 시간 평균 SSR이 결정되고 이것이 한계값과 비교되며, 다른 구체예에서 SSR은 시간 평균화될 필요가 없다. 시간 평균화 구체예에서 프로그램 또는 컴퓨터는 다음 방정식에 의해 ROI #1 (또는 ROI #2)에서 슬래그 픽셀의 총수를 계산할 수 있다:

N=_i=1 ^m·A_i

여기서 A_i는 i번째 영상 프레임에서 슬래그 빈내 픽셀의 수이고 m은 전로가 최종 태핑 각도 범위에 들어가는 시간과 태핑을 끝내는 시간내에 영상프레임의 총수이다. 슬래그 픽셀의 총수와 슬래그 이월의 실제량간의 관계식이 도출될 수 있다. 이월된 실제 슬래그의 양은 레이들에서 물리적 슬래그 깊이 측정 또는 질량보존 계산을 통해 결정될 수 있다. 이러한 관계(물리적으로 측정된 슬래그와 영상시스템에 의해 탐지된 슬래그간의)는 첨부된 영상 소프트웨어를 써서 레이들로의 슬래그 이월양을 예측하는데 사용될 수 있다.

특정구체예에 따르면 태핑공정의 불규칙성을 작업자에게 경고하는데 알람(139)이 사용될 수 있다. 태핑동안 전로(3)가 올바르지 않게 기울여지면 슬래그가 스트림에 이월될 수 있다. 첨부된 소프트웨어는 전로의 경사각도를 연속적 또는 주기적으로 검사한다. 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지되지만 경사각도가 예정된 태핑 각도(θ) 최종범위(90-105도)내에 있지 않으면 알람(139)이 작동되어서 작업자에게 경사 각도를 수정하라고 경고한다.

도 9 의 단계(117,121,122,124)에서 카메라(13)(또는 또다른 IR 카메라)는 ROI #1이 모니터링될때와 동시에 ROI #2를 모니터링 한다(도 1 참조). 태핑동안 일어날 수 있는 불규칙성은 전로의 개방된 상부 입구(301)로 부터의 슬래그 넘침이다. 이것은 전로(3)가 너무 많이 기울여질 때 일어난다. 시스템은 이 문제를 탐지하여 작업자에게 경고하거나 자동으로 전도 경사각도를 수정한다. 이를 위해서 IR 카메라에 의해 ROI #2가 모니터링 되고 모니터상에 표시되고 영상 소프트웨어에 의해 분석된다. ROI #2는 태핑홀 위에 개방된 입구 아래에 있다(도 1). ROI #2에서 주어진 프레임에서 슬래그 픽셀의 수가 단계(122)에서 예정된 허용 한계치보다 크게 탐지되면 시스템은 작업자에게 경고하거나 경사각도를 단계(124)에서 자동으로수행한다. 단계(122,124)로부터 태핑이 진행됨에 따라 시스템은 단계(119)로 진행한다.

태핑동안 태핑종료 직전에 태핑 스트림에서 슬래그 탈선을 관찰하는 것이 일반적이다. 탈선이 일어날 때 영상 소프트웨어에서 SSR은 0보다 크지만 SSR 한계치 Th_i보다 적은 값을 가진다. 특정 구체예에서 SSR을 연속으로 모니터링하는 영상 시스템은 SSR이 탈선과 관련된 범위 (예컨대 0.02보다 크지만 Th_i보다 적은)에 있는지를 판단하도록 프로그래밍 된다. 그럴 경우에 탈선이 일어나므로 시스템은 작업자에게 태핑 종료가 가까워짐을 나타내거나 경사각도가 너무 적어서 베셀이 더 큰 각도로 기울여질 필요가 있음을 나타내는 시각적 또는 오디오 알람을 작동시킨다.

특정 단계를 수행하는 소프트웨어는 포착된 영상을 사용하여 태핑 시각 및 종료의 자동 탐지; 태핑 스트림 주위나 상에 연속으로 중심이 잡히는 ROI #1의 자동 배치; 엣지 탐지 및 폭 측정을 통해 태핑 스트림 폭 결정; 태핑홀 재배치를 위한 유지 표시(태핑 시간, 태핑 스트림 폭); 태핑 공정을 위해 전로(3)를 자동으로 회전/상,하향 기울기, 레이들 슬래그 조절제 첨가를 조절하는 데이터베이스 정보제공을 포함한다.

도 10 에서 카메라, 모니터, 컴퓨터 및 프로그램이 BOF 대신에 전기로(201)에 사용될 수 있다. 전기로는 BOF 환경과 유사한 환경에 노출되며 전기 제강로는 용융강을 아래에 위치한 레이들(7)로 흐르게 하는 하부 출력포트를 선택적으로 개/폐시킨다(즉, 측부 태핑홀이 없다). 이 경우에 카메라(13)는 로의 하부 출력 포트로부터 레이들로 흐르는 용융된 고온 금속 스트림(9)을 관측하고 위에서 기술된 방식으로 슬래그의 존재를 탐지한다. 도 10 에서 개방된 상부 입구가 없어서 도 9 의 단계(117,121,122,124,131)가 수행될 필요가 없으므로 ROI #2는 활용되지 않는다.

도 11 에서 본 발명의 또다른 구체예는 용융된 철 제조시 송풍로(203)와 함께 사용되는 카메라(13), 모니터, 컴퓨터 및 프로그램을 포함한다. 송풍로 태핑 공정은 BOF 및 전기제강로 공정과 유사한 더럽고 먼지 낀 환경에서 수행된다. 그러나 이 경우에 개방된 태핑홀(205)은 철구멍(211)과 슬래그가 흐르는 더 높은 슬래그 구멍(213)을 갖는 댐(209)에 의해 유지되는 통로(207)로 용융철과 슬래그를 배출시킨다. 용융철(215)은 구멍(211)을 통해 플로어(219)를 따라 내화 라이닝된 서브마린 차량(220)까지 연장된 러너(217)로 흐르고 차량에 철이 수집되어 후속 가공이 된다. 슬래그 구멍(213)을 통해 용융철 상부로부터 슬래그가 벗겨지고 추가 처리를 위해 슬래그 버켓에 수집된다. 그러나 통로(207)내에 캐스트 수준이 떨어짐에 따라 슬래그는 러너를 따라 차량(220)으로 흐르는 용융철내에 포함될 수 있다. 이러한 경우에 서브마린 차량내에 수집된 용융철에서 슬래그 함량을 선철 및 강철 제조자가 결정할 수 있는 것이 중요하다. 따라서, 카메라(13)는 러너(217)로부터 서브마린 차량(220)으로 흐르는 용융된 선철 스트림(215)을 관측하고 위에서 기술된 방식으로 슬래그의 존재를 탐지한다. 도 11 에서 상구 입구가 없어서 도 9 의 단계(117,121,122,124,131)가 수행될 필요가 없으므로 ROI #2는 활용되지 않는다. 추가로 송풍로는 경사축 주위로 회전되지 않으므로 도 9 의 단계(123,133)가 수행되지 않는다.

또다른 구체예에 따르면 본 발명의 카메라, 모니터, 컴퓨터 및 프로그램을 강철산업 이외에 알루미늄, 구리, 황동등의 제련 공정에 사용될 수 있다.

Claims

용융금속을 수용하는 BOF 전로를 제공하고, 산소가 전로에 도입되어서 전로내에 슬래그를 형성시키며;

BOF 전로로부터 나오는 용융금속이 흘러들어가는 레이들을 제공하고;

용융금속 태핑 스트림이 제 1 관심영역(ROI #1)의 적어도 일부를 통해 BOF 전로로부터 레이들로 흘러들어가도록 BOF 전로를 태핑하고, 상기 태핑은 전로를 기울임으로써 수행되고;

상기 태핑동안 적어도 ROI #1에서 태핑 스트림을 IR 영상화하여 적어도 하나의 영상 프레임을 제공하고;

영상 픽셀에 대해서 태핑 스트림내 강철을 나타내는 예정된 강철 범위내에서 강철 픽셀의 수와 태핑 스트림내 슬래그를 나타내는 예정된 슬래그 범위내에서 슬래그 픽셀의 수를 측정하고;

강철 픽셀의 수와 슬래그 픽셀의 수를 사용하여 0 내지 1.0 범위의 비율을 결정하고;

전로의 경사각도(θ)를 결정하고;

상기 비율이 태핑 스트림내 사전선택된 양의 슬래그를 나타내는지 여부를 판단하고;

경사각도(θ)가 예정치보다 큰지 또는 예정된 범위내에 있는지 여부를 판단하고;

상기 비율이 태핑 스트림내 사전 선택된 양의 슬래그를 나타낼때와 경사각도(θ)가 예정치보다 큰지 또는 예정된 범위내에 있는지 여부를 판단할 때 상기 태핑을 중단하는 단계를 포함하는 제강시 BOF 전로 태핑동안 슬래그 탐지방법.
제 1 항에 있어서, 상기 비율이 태핑 스트림내 슬래그의 사전선택된 양을 나타내고 경사각도(θ)가 예정치보다 크거나 예정된 범위내에 있다고 판단할 때 알람을 작동시켜 작업자에게 태핑을 중단하라고 경고하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 비율이 태핑 스트림내 슬래그의 사전선택된 양을 나타내고 경사각도(θ)가 예정치보다 크거나 예정된 범위내에 있다고 판단할 때 전로를 자동으로 상향으로 기울여서 태핑을 중단하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 비율이 태핑 스트림내 슬래그의 사전선택된 양을 나타내고 경사각도(θ)가 예정치보다 크거나 예정된 범위내에 있다고 판단할 때 전로를 자동으로 상향으로 기울이고 태핑을 중단하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 IR 영상화 단계가 8마이크로미터 이상의 긴 IR 파장을 사용하여 태핑 스트림내 용융 슬래그의 존재를 탐지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 IR 영상화 단계동안 용융금속 태핑 스트림내 슬래그의 방사율값이 0.7 내지 0.9로 영상화되고 용융금속 태핑 스트림내 용융강의 방사율 값이 0.25 미만으로 영상화되고 모니터상에 출력됨을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 IR 영상화 단계동안 용융금속 태핑 스트림내 용융강의 방사율 값이 0.20 미만으로 영상화되고 모니터상에 출력됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 IR 영상화단계동안 8마이크로미터 이상의 IR 파장만이 사용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단계가 순서대로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 전로의 개방 입구 아래에 적어도 부분적으로 위치된 제 2 관심지역(ROI #2)을 IR 영상화하고; ROI #2로부터 프레임내 픽셀의 수가 예정된 양의 슬래그를 나타낸다고 판단될 때 알람을 작동시키는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 10 항에 있어서, ROI #2가 ROI #1과 접촉하지 않음을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 긴 IR 파장이 사용되어 태핑 스트림내 슬래그의 존재를 탐지하도록 상기 IR 영상화동안 8마이크로미터 미만의 파장을 여과하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
용융강과 용융강 상부에 부유하는 용융슬래그를 담으며 용융강이 흐르도록 내부에 형성된 태핑홀을 포함하는 BOF 전로;

태핑홀을 통해 BOF 전로로부터 태핑스트림에 흐르는 용융강을 수용하도록 BOF 전도아래에 수직으로 위치된 레이들;

태핑 스트림내 슬래그의 존재를 탐지하도록 태핑홀로부터 레이들로 흐르는 용융강 및 용융 슬래그로 구성된 태핑 스트림을 영상화하는 장치;

전로의 경사각도를 측정하는 센서;

상당량의 슬래그가 태핑 스트림에서 탐지될 때와 전로의 경사각도가 예정치보다 크거나 예정된 범위내에 있을 때 태핑을 중단시키는 수단을 포함하는 제강에 사용하는 순수 산소전로(BOF) 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 수단이 태핑이 중단되어야 함을 작업자에게 지시하는 알람을 작동시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 수단이 전로를 상향으로 자동으로 기울여서 태핑을 중단시키는 수단을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 수단이 (a) 램 또는 스톱을 태핑홀의 구멍으로 이동시켜서 태핑을 중단시키는 수단과 (b) 작업자가 관찰하는 모니터상에 태핑 스트림내 슬래그를 나타내는 칼라를 표시하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
제 13 항에 있어서, 8마이크로미터 이상의 IR 파장이 태핑 스트림내 슬래그를 탐지하는데 사용되도록 8마이크로미터 미만의 모든 IR 파장을 여과하는 필터를 더욱 포함하는 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 영상화 장치가 IR 영상화 장치이고 상기 영상화 장치가 제 1 및 제 2 비연속 사전 선택된 관심영역을 동시에 영상화하고 상기 태핑홀로부터 나오는 태핑 스트림이 제 1 관심영역을 통과하지만 제 2 관심영역은 통과하지 않으며 상기 제 2 관심영역은 전로의 개방된 입구 아래에 위치됨을 특징으로 하는 시스템.
용융강과 용융 슬래그를 포함하는 용융금속을 담는 제강 베셀을 제공하고;

베셀에서 나오는 용융금속 스트림을 모니터링하는 IR 영상 카메라를 제공하고;

베셀을 기울임으로써 용융 금속이 베셀로부터 스트림으로 흐르게 하며;

IR 파장을 사용하는 IR 영상 카메라로 스트림을 모니터링하고;

영상 프레임에 대해서 스트림내 강철을 나타내는 제 1 픽셀의 수와 스트림내 슬래그를 나타내는 제 2 픽셀의 수를 결정하고;

제 1 및 제 2 픽셀의 수를 사용 비율을 결정하고;

상기 비율이 스트림내 사전선택된 양의 슬래그를 나타내는지 여부를 판단하고;

상기 비율이 스트림내 사전선택된 양의 슬래그를 나타낸다고 판단될 때 태핑을 중단하는 단계를 포함하는 제강동안 제강 베셀로부터 용융금속을 붓는 방법.
제 19 항에 있어서, 스트림을 통해 베셀로부터 흐르는 슬래그의 양을 측정하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 측정단계가 한 프레임에서 나온 슬래그 픽셀을 나타내는 수를 베셀로부터 이미 흘러나온 슬래그를 나타내는 슬래그 수에 더하는 슬래그 카운터를 활용하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 베셀이 BOF 전도와 전기 제강로중 하나임을 특징으로 하는 방법.
제강동안 순수 산소 전로(BOF)로부터 레이들로 흐르는 용융된 태핑 스트림내 슬래그 탐지장치에 있어서,

용융철을 용융강으로 전환시키고 상기 용융강을 용융된 태핑 스트림 형태로 레이들에 붓는 BOF;

상기 태핑 스트림에서 슬래그가 존재하는지 여부를 판단하기 위해서 상기 용융된 태핑 스트림을 영상화하고 슬래그가 상기 태핑 스트림에 존재하는지 여부 판단시 0.25미만의 방사율값이 활용될 수 있도록 하는 IR 카메라를 포함함을 특징으로 하는 BOF.
제강동안 제강 베셀로부터 용융금속을 붓는 방법에 있어서,

용융강과 용융 슬래그를 포함한 용융금속을 담는 제강 베셀을 제공하고;

베셀로부터 흘러나오는 용융 금속 스트림을 모니터링하는 카메라를 제공하고;

베셀을 기울임으로써 용융금속이 베셀로부터 스트림으로 흐르게 하며;

카메라를 써서 스트림을 모니터링하고;

영상 프레임에서 복수의 픽셀에 대해 그레이 스케일값을 결정하고 영상프레임내 각 픽셀에 하나의 그레이 스케일값을 할당하고;

영상 프레임내 픽셀중 사전선택된 슬래그 그레이 스케일 범위내의 그레이 스케일 값을 갖는 것과 사전선택된 강철 그레이 스케일범위내의 그레이 스케일 값을 갖는 것을 결정하고 그 결과를 사용하여 슬래그를 나타내는 제 1 픽셀의 수와 강철을 나타내는 제 2 픽셀의 수를 계산하고;

제 1 및 제 2 픽셀의 수를 사용하여 0 내지 1.0 범위로 비율을 결정하고;

상기 비율이 태핑 스트림내 예정된 양의 슬래그를 나타내는지 여부를 판단하고;

상기 비율이 태핑 스트림내 예정된 양의 슬래그를 나타낸다고 판단될 때 태핑을 중단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
용융 금속 제품 제조동안 베셀로부터 용융금속을 배출하는 방법에 있어서,

용융금속과 용융 슬래그를 포함한 용융재료는 담는 베셀을 제공하고

베셀로부터 흘러나온 용융 재료스트림을 모니터링하는 IR 카메라를 제공하고;

영상 프레임에 대해서 스트림내 용융금속을 나타내는 제 1 픽셀의 수와 스트림내 용융슬래그를 나타내는 제 2 픽셀의 수를 결정하고;

제 1 및 제 2 수치를 사용하여 비율을 결정하고;

상기 비율이 스트림내 예정된 양의 용융 슬래그를 나타내는지 여부를 판단하고;

상기 비율이 태핑 스트림내 예정된 양의 슬래그를 나타낸다고 판단될 때 태핑을 중단하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 25 항에 있어서, 베셀이 송풍로이며 용융금속이 철을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제 25 항에 있어서, 용융금속이 비철금속임을 특징으로 하는 방법.