KR20160110964A - 용광로의 장입물 표면의 지형 결정 장치 - Google Patents

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울리히 오스터
케빈 빅토르
진-프랑수아 스텀퍼
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티엠티 태핑-매져링-테크놀로지 에스에이알엘
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Abstract

본 발명은 용광로(10)의 장입물 표면의 지형을 경정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 장치는 장입물 표면(18)을 스캔하고 퍼니스 커버(13)의 영역에 배치된 안테나 장치(22)(35)(37)를 가진 레이다 장치(20)를 구비하고, 안테나 장치는 용광로의 수직축(15)에 대해 경사 각도(α)로 경사진 회전축(24)에 배치고 구동 장치에 의해 회전축을 기준으로 회전할 수 있고, 안테나 장치가 발산하는 레이더 선에 의해 형성된 레이다 팬 빔(28)이 프로파일 라인(p)을 따르는 장입물 표면에 입사되어 안테나 장치가 회전할 때 장입물 표면을 가로질러 휩쓴다.

Description

용광로의 장입물 표면의 지형 결정 장치{Device for determining the topography of the charge surface in a shaft furnace}
본 발명은 용광로의 장입물 표면의 지형 결정 장치에 관한 것으로서, 장치는 부하면을 스캔하는 레이다 장치 및 퍼니스 커버의 영역에 배치된 안테나 장치를 구비한다.
용광로에서 발생되는 공정은 퍼니스에 배치된 코크층과 장입물(burden)층의 구조에 의해 실질적으로 결정된다. 층들을 형성하기 위하여, 퍼니스는 퍼니스 커버에 배치되고 장전(charging) 장치가 배치되며, 용광로의 수직축을 기준으로 회전할 수 있고 기술 용어가 Drenschurre(독일어로 회전 슈트(chute))인 충진 슈트를 가지며, 수직축에 대한 경사가 조절될 수 있는 장전 개구를 통해 코크와 장입물이 장전된다. 회전 슈트는 용광로가 코크층과 장입물층을 교호적으로 공급받음로서, 용광로가 재생할 수 있는 퍼니스 공정을 수행하기 위하여 가능한 한 정확하게 구획된 층들을 형성하는 것이다.
이를 위하여, 하위층의 배치 이전에 최대한 정확하게 최상위층의 표면 지형(topography)를 결정할 필요가 있다. 이러한 맥락에서, 레이다 장치의 사용이 알려져 있고, 이것의 도움으로 표면 지형이 맵핑될 수 있다.
EP 0 291 751 A로부터, 퍼니스 커버 아래의 퍼니스의 노벽을 관통하는 튜브 랜스(lance)의 끝단에 배치되고, 튜브 랜스의 도움으로 레이다 장치에 의해 맵핑될 장입물의 표면 프로파일이 용광로의 중앙축까지 방사상 이동을 허용하는 레이다 장치가 알려져 있다. 장입물의 다른 방사상 표면 프로파일을 맵핑하기 위하여, EP 0 291 751 A1은, 튜브 랜스의 세로축 및 횡단축을 기준으로 부가적으로 회동할 수 있는 그러한 방식으로 튜브 랜스의 끝단에 레이다 장치를 배열하고, 장입물 표면이 직사각형 십자선(cross-hairs)에 스캔되는 방식을 제안한다.
알려진 레이다 장치는 실질적으로 선형의 방사상 표면 프로파일의 맵핑 만을 허용한다는 사실을 제외하고, 이것은 전체 장입물 표면의 지형의 맵핑을 허용하지 않고 알려진 레이다 장치의 구현은 엄청나게 많은 장비가 필요하고, 용광로의 노벽을 관통하는 이동가능한 튜브 랜스의 제공과 튜브 랜스의 끝단에서 레이다 장치의 2축 방향으로 회동가능한 배치 모두를 필요로 한다.
그러한 많은 장비의 설비를 방지하기 위하여, WO 2010/144936 A1으로부터, 퍼니스 커버에 고정되게 배치된 레이다 장치가 알려져 있고, 이러한 레이다 장치는 용광로의 수직축에 직교하는 평면에 배치되고 매트릭스 배열로 배치된 다수의 패치 안테나들로 구성된 안테나 장치를 구비한다. 이러한 패치 안테나들은 전체 장입물 표면에 레이다선을 방출하여, 안테나 장치의 축방향 이동이 필요하여 많은 양의 장비가 필요한 EP 0 201 751 A로부터 알려진 바와 같은 스캐닝 공정을 불필요하게 만든다. 레이다선을 장입물 표면의 모든 구역들에 도달시키기 위하여, WO 2010/144936 A1으로부터 알려진 안테나 장치는 용광로의 수직축에 있는 퍼니스 커버에 배치된다. 높은 각도 분해능을 달성하고 다수의 패치 안테나들로부터 방사되는 레이더선의 간섭을 감소시키기 위해, 패치 안테나들의 복잡한 제어를 통해 합성 개구가 형성되는 방식의 패치 안테나들은 송신 안테나로서 작동하고 다른 구획된 패치 안테나들은 수신 안테나로서 작동된다.
알려진 레이다 장치는 레이다 장치의 작동을 위해 필요한 합성 개구를 생성하기 위하여 광범위한 제어 효과를 필요로 한다는 사실을 제외하고, 퍼니스 커버에 있는 레이다 장치의 배치는 엄청난 단점들을 수반한다. 한편으로는, 레이다 장치를 위하여 특히 온도-민감 안테나 장치를 위하여 최대 가능 온도 부하가 발생한다. 다른 한편으로는, 퍼니스 커버의 장입물 표면의 구획된 장전을 위한 전술한 회전 슈트를 가진 종래의 방식으로 구성된 용광로에 레이다 장치의 설치는, 상호 간섭이 불가피하기 때문에 불가능하다.
본 발명의 목적은 장입물 표면의 지형을 정밀하게 맵핑할 수 있고 그 설비와 작동이 최소 노력으로 가능한 전술한 종류의 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 장치는 청구항 1의 특징들을 가진다.
본 발명에 따르면, 안테나 장치는 용광로의 수직축에 대하여 경사 각도(α)로 경사진 회전축에 배치되고 안테나 장치의 방사된 레이다선에 의해 형성된 레이더 팬 빔이 프로파일 라인(p)을 따르는 장입물 표면에 입사되고 안테나 장치가 회전할 때 장입물 표면을 휩쓰는(sweeping) 방식으로 드라이브 장치에 의해 회전축을 기준으로 회전될 수 있다.
용광로의 수직축에 대하여 경사진 회전축의 배치 때문에, 본 발명에 따른 장치는 퍼니스 커버에 배치되고 바람직하게 회전 슈트로서 구현된 장전 장치와 충돌하지 않는 배치를 허용한다. 한편, 수직축에 대하여 경사진 회전축에 있는 안테나 장치의 배치는 수직축에 있는 배치와 비교하여 안테나 장치를 위해 일반적으로 감소된 온도 부하를 초래한다. 또한, 본 발명에 따른 안테나 장치의 회전 이동의 안테나 장치에 의해 방사되는 레이더 팬 빔 위로의 중첩은, 요구되는 높은 표면의 분해능을 얻기 위하여 안테나 장치가 합성 개구의 형성을 위한 제어로 반드시 작동될 필요가 없게 한다. 대신에, 얻을 수 있는 분해능은, 다른 것들 중에서, 레이더선의 펄스 속도 및 안테나 장치가 회전축을 기준으로 회전할 때 회전 속도에 의존한다.
종합적으로, 본 발명에 따른 장치는 장입물 표면이 높은 분해능으로 맵핑되게 하는 한편 안테나 장치의 회전을 위한 회전축을 단지 형성할 필요가 있기 때문에 비교적 적은 제어 노력과 적은 설비가 필요하다.
이러한 방식에 있어서, 본 발명에 따른 장치의 통합에 의해, 퍼니스 커버의 회전 슈트로서 바람직하게 구현되는 장점 장치를 가진, 종래의 방식으로 구성된 용광로의 개조를 가능하게 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 세로축에 대한 회전축의 경사 각도(α)는 20° 내지 60이다.
특히, 안테나 장치가 회전축에 수직으로 향하는 안테나 평면에 배치될 때, 장치의 간단한 설계가 가능하게 된다.
만약, 특히 불량 또는 사용되는 안테나 장치의 과도하게 작은 개구 각도 때문에, 오직 하나의 안테나만의 도움으로 전체 벌크-물질 또는 장입물 표면의 맵핑이 불출분하면, 안테나 장치의 모듈 설계는 적어도 2개의 안테나 모듈들이 가능할 뿐만 아니라, 안테나 모듈들의 빔 개구 각도의 중첩은 필요한 폭을 가진 레이다 팬 빔의 형성을 허용한다.
안테나 장치를 위한 다수의 안테나 모듈의 사용은 전체 표면의 맵핑을 위해 필요한 회전 각도의 감소를 허용한다.
안테나 모듈들은 공유된 안테나 평면에 또는 서로를 향해 각지게 경사진 다른 안테나 평면들에 배치될 수 있다.
특히, 안테나 모듈들이 배치되고 서로를 향해 소정 각도로 경사진, 다른 안테나 평면들은 회전축에 대해 다른 각도들로 배치될 수 있다.
본 발명의 장치의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 용광로의 상부에 있는 노벽에 배치된 레이다 장치의 제1 실시예를 가진 용광로의 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2에 설명된 레이다 장치의 대안적 실시예를 도시한다.
도 4는 노벽에 배치된 레이다 장치의 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 도 4의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 5에 설명된 레이다 장치의 대안적 실시예이다.
도 1을 참조하면, 용광로(10)는 퍼니스 바닥(11), 퍼니스 꼭대기(12), 장전(charging) 장치가 통합되는 퍼니스 커버(13)를 구비하고, 장전 장치는 본 실시예에서 회전 슈트(14)로서 구성되고, 수직축(15)에 대하여 회동될 수 있으므로 회전 슈트(14)의 깔대기 개구(17)에 인접하게 위치되어 수직축(15)에 대해 경사를 조절할 수 있는 충전 슈트(17)가 위치된다.
회전 슈트(14)는 용광로(10)에 코크층과 장입물층을 교호적으로 장전하도록 기능하는 것으로서, 도 1에는 별도로 도시되지 않았으며, 재생가능한 퍼니스 공정을 얻기 위하여 가능한 한 정확하게 구획된 층들을 형성하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, 하부층의 배치 이전에 최상위층의 표면 지형을 가능한 한 정확하게 결정할 필요가 있다.
도 1에 도시된 장입물 표면(18)을 맵핑하기 위하여, 레이다 장치(20)가 퍼니스 꼭대기(12)의 퍼니스 벽(19)에 있는 장입물 표면(18) 위의 퍼니스 커버(13)의 구역에 배치되고, 레이더 장치(20)의 하우징(21)은 퍼니스 벽(19)을 관통한다. 하우징(21) 내부에는, 회전축(14)을 기준으로 회전할 수 있고 드라이브 장치(미도시)에 의해 서포트 샤프트(25)를 통해 구동될 수 있는 안테나 서포트(23)에 배치된다.
안테나 장치(22)는 도 2에도 도시되어 있고, 본 실시예에서, 회전축(24)에 직교하도록 배치된 안테나 평면(26)에 위치되고 레이다선 투과성 보호 스크린(27)에 의해 퍼니스 분위기를 차폐한다. 본 실시예에 있어서, 회전축(24)은 수직축(15)에 대해 대략 30°의 경사 각도(α)로 경사지고 수직축(15)과 장입물 표면(18)의 교차점(S)에서 수직축(15)을 교차한다. 안테나 장치(22)는 레이다 선의 메인축 방향(H)이 회전축(24)과 실질적으로 일치하고 안테나 장치(22)의 빔 개구 각도(β)가 수직축(15)과 용광로(10)의 퍼니스 벽(19) 사이의 프로파일 라인(p)을 따르는 장입물 표면(19)에 입사될 수 있는 레이더 팬 빔(28)을 형성할 만큼 충분히 큰 것과 같은 방식으로 구현된다. 이 경우, 레이다 팬 빔(28)은 에지 빔들(29)(30)로 형성되고, 에지 빔(29)은 레이다 장치(20)가 위치되는 용광로(10)의 설치 절반(31)에 있는 퍼니스 벽(19)으로부터 이격된 표면 지점(O)의 장입물 표면(18)을 교차하고, 에지 빔(30)은 반대편 설치 절반(31)의 벽 지점(W)의 퍼니스 벽(19)을 교차하며, 레이다 팬 빔(28)이 입사되는 장입물 표면의 프로파일 라인(p)은 표면 지점(O)으로부터 퍼니스 벽(19)까지 연장한다. 안테나 장치(22)가 회전축(24)을 기준으로 360°회전할 때 레이다 팬 빔(28)은 전체 장입물 표면(18)에 걸쳐 스위핑한다.
도 3은 동일한 안테나 평면(26)에 배치된 다수의 안테나 모듈들(36)로 구성된 안테나 장치(35)를 도시한다.
도 4는 각각이 안테나 평면(40)(41)에 배치된 2개의 안테나 모듈들(38)(39)을 가진 안테나 장치(37)를 구비하는 레이다 장치(20)를 도시한다. 안테나 평면들(40)(41)은 각각 각도(γ)로 회전축에 경사지고, 안테나 모듈들(38)(39)의 메인축 방향들(H1)(H2)은 다른 교차점들(S1)(S2)에서 장입물 표면(18)을 교차한다. 2개의 안테나 모듈들(38)(39)은 본 실시예에 맞는 개구 각도들(β1)(β2)을 가진다. 서로 중첩될 때, 안테나 모듈들(38)(39)의 2개의 개구 각도들(β1)(β2)은 도 1에서 설명된 레이다 밴 핌(28)에 상응하는 레이다 팬 빔(28)을 형성한다.
도 4의 설명에도 불구하고, 안테나 모듈들(38)(39)의 안테나 평면들(40)은 회전축(24)에 대해 다른 각도들(γ)을 가질 수 있음은 물론이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 3개 또는 그 이상의 안테나 모듈들(42)(43)(44)은 함께 안테나 장치(45)를 형성하는 것이 가능하고, 이 경우 안테나 모듈들(42-44)이 위치되는 안테나 평면들은 회전축(24)과 관련하여 상응하는 각도 또는 회전축(24)과 관련하여 다른 각도들을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 6의 도움으로 설명된 것과 같은 레이다 장치(20)의 안테나 장치들(22)(35)(37)(45)과 독립적으로, 본 발명에 따라 설계된 레이다 장치는 퍼니스 커버(13)에 배치되고 본 실시예의 회전 슈트(14)로서 구현되는 장전 장치와 충돌할 위험없이 용광로(10)에 배치되거나 이와 통합을 허용하는 것은 명백하다.
10...용광로 12...퍼니스 꼭대기
14...회전축 15...수직축
18...장입물 표면 19...퍼니스 벽
20...레이더 장치 21...하우징
22...안테나 장치 23...서포트
24...회전축 26...안테나 평면
27...보호 스크린 28...레이다 팬 빔
30...에지 빔 36...안테나 모듈

Claims (7)

  1. 장입물 표면(18)을 스캔하고 퍼니스 커버(13)의 영역에 배치된 안테나 장치(22)(35)(37)를 가진 레이다 장치(20)를 구비하고, 용광로(10)의 장입물 표면의 지형을 결정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 안테나 장치는 용광로의 수직축(15)에 대해 경사 각도(α)로 경사진 회전축(24)에 배치고 구동 장치에 의해 회전축을 기준으로 회전할 수 있고,
    안테나 장치가 발산하는 레이더 선에 의해 형성된 레이다 팬 빔(28)이 프로파일 라인(p)을 따르는 장입물 표면에 입사되어 안테나 장치가 회전할 때 장입물 표면을 가로질러 휩쓰는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    회전축(14)의 경사 각도(α)는 수직축(15)에 대해 20° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    안테나 장치(22)는 회전축(24)에 직교하도록 위치된 안테나 평면(26)에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    안테나 장치(35)(37)(43)은 적어도 2개의 안테나 모듈들(36)(38)(39)(42)을 가진 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    안테나 모듈들(36)은 공유된 안테나 평면(26)에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    안테나 모듈들(38)(39)(42)은 회전축(24)에 대해 각도(γ)로 경사진 다른 안테나 평면들(40)(41)에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    안테나 평면들은 회전축(24)에 대해 다른 각도들로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
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