KR20180009781A - 고로 장입물의 표면 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 와데코
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Abstract

일단의 개구부에 각도 가변의 반사판을 설치하고, 타단에 안테나를 설치하여 이루어지며, 또한, 고로의 측벽의 개구를 통해 로 내에 삽입되는 가이드부와, 가이드부를 로 내외로 이동시키는 가이드부 이동수단과, 가이드부를 그 축선을 중심으로 소정 각도로 회동시키는 가이드부 회동수단과, 안테나에 접속하는 검출파 송수신 수단과, 반사판의 안테나측으로의 경사 각도를 바꾸는 반사판 경사수단을 구비함과 아울러, 측정시에는, 가이드부의 개구부를 로 내에 돌출시키고, 가이드부 회동수단과 반사판 경사수단을 구동하여 로 내의 장입물의 표면을 면상 또는 선상으로 주사하고, 비 측정시에는 개구부를 로 외로 퇴피시킨다.

Description

고로 장입물의 표면 검출 장치 및 검출 방법{BLAST FURNACE CHARGE-MATERIAL SURFACE DETECTION DEVICE AND DETECTION METHOD}
본 발명은, 마이크로파(波)나 밀리파 등의 검출파(檢出波)를 고로(高爐) 내에 송신하고, 로 내에 장입(裝入)된 철광석이나 코크스에서 반사된 검출파를 수신하여, 장입물의 표면 프로필을 검출하는 장치, 및 검출 방법에 관한 것이다.
고로에서는, 로 내에 장입된 철광석이나 코크스의 표면 프로필을 검출하기 위해, 철광석이나 코크스의 표면에 검출파를 송신하고(송신파), 철광석이나 코크스에서 반사된 검출파(반사파)를 수신하여, 송신파와 반사파의 시간 차 등으로부터 철광석이나 코크스까지의 거리나 표면의 프로필을 검출하는 것이 행해지고 있다. 또한, 검출파로서는, 고온에서 사용할 수 있고, 로 내의 부유물이나 수증기 등의 영향을 받기 어렵다는 점에서, 마이크로파나 밀리파가 사용되고 있다.
이러한 장입물의 표면 프로파일을 검출하는 방법으로서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 선단(先端)이 개구(開口)되고, 타단(他端)에 마이크로파를 송신하기 위한 안테나(도시하지 않음)를 설치한 장척(長尺)의 랜스(30)를 고로(1)의 개구(2)로부터 장입하여, 랜스(30)를 화살표 F 방향으로 직선상(直線狀)으로 이동하면서, 선단의 개구부(31)를 통해 마이크로파의 송수신(부호 M)을 행하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 이 방법에 의해, 랜스(30)의 이동 방향에 따른 장입물(60)의 표면 프로파일이 얻어진다.
그러나, 상기 방법에서는, 랜스(30)의 이동 방향에 따른 선상(線狀)의 표면 프로파일밖에 얻어지지 않는다. 또한, 고로(1)의 내경(內徑)에 걸쳐 랜스(30)를 이동해야 해서, 측정에 시간이 걸린다. 더 나아가, 랜스(30)는 장척물로, 로 내에 길게 삽입해 두면 자중(自重)으로 만곡(灣曲)하여, 측정 정밀도의 저하에 더해, 로 내로의 삽입 조작 및 이동 조작에 지장을 일으킬 우려도 있다.
그래서, 본 출원인은 먼저 특허문헌 1에 있어서, 도 10에 나타내는 표면 검출 장치를 제안하고 있다. 도시되는 바와 같이, 표면 검출 장치의 측정부(A)는, 고로(1)의 로정(爐頂) 근방에 형성한 개구(2)의 바로 위에 설치되어 있으며, 측정부(A)에는 반사판(50)과 안테나(51)가 대향(對向)해서 수용되어 있다. 반사판(50)은, 안테나측 또는 개구측으로의 경사 각도가 화살표 X로 나타내는 바와 같이 가변이며, 또한, 안테나(51)의 축선(軸線)을 중심으로 해서 화살표 Y 방향으로 회동하도록 구성되어 있다. 그리고, 측정시에, 반사판(50)을 X 방향으로의 회동과 Y 방향으로의 회동을 연동하여 경사지게 함으로써, 마이크로파(M)에 의해 장입물(60)의 표면을 면상(面狀)으로 주사(走査)하여, 장입물의 표면 프로파일을 면상으로 측정한다.
특허문헌 1 : 일본국 특허 제5391458호 공보
그런데, 고로(1)의 로정 바로 아래에는, 철광석이나 코크스를 공급하기 위한 슈터(도 1 참조; 부호 10)나 큰 벨이 설치되어 있어, 특허문헌 1에 기재된 표면 검출 장치의 측정부(A)는, 마이크로파(M)를 장입물(60)의 표면에 대해 경사진 상방으로부터 송신하여, 마이크로파(M)의 전파 경로가 슈터의 선회 경로에 걸리지 않도록 하고 있다. 또한, 측정부(A)는, 로 내의 열로부터 지키기 위해, 칸막이 밸브(55)를 개재시키는 등 하여, 개구(2)로부터 어느 정도 떨어져서 배치되어 있다. 그 때문에, 칸막이 밸브(55)의 두께가 클수록 개구(2)는 커진다. 또한, 안전성 향상을 위해 칸막이 밸브(55)를 2중으로 달면, 개구(2)가 극단적으로 커져, 현실적이지 않다.
로 내에는 많은 부유물이 존재하고 있으며, 철광석(7a)이나 코크스(7b)가 상방으로 비산(飛散)하고 있어, 개구(2)를 통해 부유물이 측정부(A)로 침입하여 부착된다거나, 철광석(7a)이나 코크스(7b)가 반사판(50)에 충돌한다. 그 때문에, 개구(2)가 클수록 부유물의 침입이나 부착, 철광석(7a)이나 코크스(7b)의 충돌이 일어나기 쉬워져, 측정에 영향을 줄 우려가 있다. 또한, 메인터넌스의 회수도 늘어난다.
또한, 큰 벨(도 4 참조; 부호 20)을 구비하는 고로에서는, 측정부(A)를 큰 벨의 상방에 위에 설치하여, 마이크로파(M)를 경사진 상방으로부터 송신할 수 없다. 슈터(10)를 구비하는 고로에서는, 슈터(10)가 선회하고 있기 때문에, 측정부(A)를 슈터(10)의 상방에 설치하여 마이크로파(M)를 경사진 상방으로부터 송신해도, 슈터(10)가 마이크로파(M)의 송수신을 방해하지 않는 기간 내에 측정할 수 있다. 그러나, 큰 벨은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 로 바닥(底)을 향해 서서히 대경(大徑)이 되는 우산 모양의 고정물이기 때문에, 경사진 상방으로부터의 마이크로파가 큰 벨에서 방해받아, 송신했다고 해도 일부가 결핍된 표면 프로파일밖에 얻어지지 않는다.
그래서 본 발명은, 측정을 위한 개구를 최소한으로 한다거나, 안전성 향상을 위해 칸막이 밸브를 2중으로 달 수 있고, 더 나아가 큰 벨을 구비하는 고로에 있어서도, 장입물의 전면(全面)의 표면 프로파일을 측정하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 하기의 고로 장입물의 표면 검출 장치 및 검출 방법을 제공한다.
(1) 고로 내에 장입된 철광석이나 코크스 등의 장입물의 표면에 검출파를 송신하고, 그 반사파를 수신하여 상기 장입물의 표면 프로파일을 검출하는 장치로서,
원통상(圓筒狀)이며, 그 일단의 주벽(周壁)의 일부를 절결(切缺)한 개구부를 가지는 가이드부와,
상기 개구부의 바로 위에 설치한 반사판과,
상기 반사판과 대향하여 상기 가이드부의 타단에 설치된 안테나와,
상기 가이드부를 그 축선을 중심으로 소정 각도로 회동시키는 가이드부 회동수단과,
상기 가이드부를 상기 고로의 내부측 또는 외부측으로 이동시키는 가이드부 이동수단과,
상기 반사판을 안테나측 또는 반(反) 안테나측으로 소정 각도로 경사지게 하는 반사판 경사수단,
을 구비함과 아울러,
상기 고로의 측벽(側壁)의 개구에, 상기 개구부를 고로측으로 해서 상기 가이드부를 삽통(揷通)하여 이루어지고, 또한,
측정시에는, 상기 가이드부를 고로측으로 이동해서 상기 개구부를 로 내에 돌출시킨 후, 상기 안테나로부터 검출파를 상기 반사판에 보냄과 아울러, 상기 가이드부 회동수단과 상기 반사판 경사수단을 구동하여 상기 검출파에 의해 상기 장입물의 표면을 면상(面狀) 또는 선상(線狀)으로 주사하며,
비(非) 측정시에는, 상기 가이드부를 고로 외측 방향으로 이동해서 상기 개구부를 로 외(外) 방향으로 퇴피(退避)시키든지, 상기 가이드부를 회동해서 상기 개구부 이외의 주벽을 상기 장입물의 표면으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(2) 상기 반사판 경사수단에 있어서,
상기 반사판의 양단(兩端)에 돌설(突設)한 지축(支軸)이, 상기 가이드부의 개구부 상방의 내벽(內壁)에 회동(回動) 자유롭게 지지되어 있음과 아울러, 한쪽의 상기 지축에 크랭크 기구를 통해 피스톤 로드가 연결되어 있으며,
상기 피스톤 로드를 상기 가이드부의 축선 방향으로 소정 거리 이동시키고, 상기 크랭크 기구를 통해 상기 반사판을 소정 각도로 회동시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(3) 상기 가이드부의 내부에 불활성 가스를 유입시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(4) 상기 개구부를, 상기 검출파를 투과하는 재료로 이루어지는 창으로 막는 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(5) 상기 개구부를 포위하는 틀체를 부설하여, 상기 틀체에 상기 창을 장착함과 아울러, 상기 틀체의 상기 창보다도 로 내측에 설치한 관통 구멍으로부터 불활성 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(6) 상기 창의, 상기 가이드부의 축선에 따른 한쪽 단연(端緣)이 상방이 되도록, 상기 창이 전체적으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 상기 (4) 또는 (5) 기재의 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(7) 상기 창의 로 내측의 면에, 철망이 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (4)∼(6) 중 어느 한 항에 기재된 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(8) 상기 안테나로부터 상기 반사판의 근방까지, 상기 가이드부와 동심상(同心狀)으로 연장되는 전파부를 가지며, 상기 전파부로 상기 검출파를 전파시킴과 아울러, 상기 전파부와 상기 가이드부 사이의 공간에 상기 반사판 경사수단이 배설(配設)되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(7) 중 어느 한 항에 기재된 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(9) 상기 안테나의 전면(前面)에, 상기 검출파를 투과하는 재료로 이루어지는 비(非) 통기성의 격벽(隔璧)을 통해 필터를 설치하여 상기 가이드부의 내부를 규정함과 아울러, 상기 격벽과 상기 필터 사이의 공간에 불활성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(8) 중 어느 한 항에 기재된 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(10) 상기 고로가 큰 벨을 구비함과 아울러, 상기 개구가 상기 큰 벨보다도 로 바닥측 하방에 형성한 개구에 상기 가이드부를 장입한 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 고로 장입물의 표면 검출 장치.
(11) 고로 내에 장입되는 철광석이나 코크스 등의 장입물의 표면에 검출파를 송신하고, 그 반사파를 수신하여 상기 장입물의 표면의 프로파일을 검출하는 방법으로서,
일단(一端)의 개구부에 경사 각도가 가변인 반사판을 구비하고, 타단에 안테나를 구비함과 아울러, 축선을 중심으로 회동 가능한 가이드부를, 상기 고로의 개구에 삽입하고,
측정시에는, 상기 가이드부를 고로측으로 이동하여 상기 개구부를 로 내에 돌출시킨 후, 상기 안테나로부터 검출파를 상기 반사판에 보냄과 아울러, 상기 가이드부 회동수단과 상기 반사판 경사수단을 구동하여 상기 검출파에 의해 상기 장입물의 표면을 면상 또는 선상으로 주사하고,
비 측정시에는, 상기 가이드부를 고로 외측 방향으로 이동하여 상기 개구부를 로 외 방향으로 퇴피시키든지, 상기 가이드부를 회동하여 상기 개구부 이외의 주벽을 상기 장입물의 표면으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 프로파일의 검출 방법.
본 발명의 표면 검출 장치에 의하면, 고로의 개구를 최소한으로 한정할 수 있어, 부유물의 침입·부착 방지, 철광석이나 코크스의 충돌을 대폭으로 억제함과 아울러, 장입물의 표면 프로파일을 정확하게, 또한 신속하게 측정할 수 있고, 고로의 조업을 더 최적으로, 안정적으로 행할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 표면 검출 장치를 고로에 설치한 상태를 나타내는 개략도이다.
[도 2] (A)는 비 측정시에 있어서의 본 발명의 표면 검출 장치를 나타내는 단면도이며, (B)는 (A)의 상면도이다.
[도 3] 측정시에 있어서의 본 발명의 표면 검출 장치를 나타내는 단면도이다.
[도 4] 큰 벨을 구비하는 고로에, 본 발명의 표면 검출 장치를 설치한 상태를 나타내는 개략도이다.
[도 5] 개구부에 창을 부설한 구성을 나타내는 요부(要部) 단면도이다.
[도 6] 도 5의 AA 단면도이다.
[도 7] 창을 티라노 섬유의 편물(編物)로 형성한 예를, 도 5의 AA 단면을 따라 나타내는 단면도이다.
[도 8] (A) 검출파의 전파부를 부설한 예를 나타내는 측단면도이며, (B) BB 단면도이다.
[도 9] 랜스를 이용한 표면 검출 장치를 나타내는 개략도이다.
[도 10] 특허문헌 1의 표면 검출 장치를 나타내는 개략도이다.
이하, 표면 검출 장치에 대해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 표면 검출 장치를 고로에 설치한 상태를 나타내는 모식도이다. 도시되는 바와 같이, 고로(高爐)(1)의 로정(爐頂)으로부터 장입된 철광석(7a)이나 코크스(7b)(이하, 합쳐서 「장입물(7)」이라 한다.)는 슈터(10)로 보내지고, 슈터(10)에서는 R 방향으로의 선회 및 V 방향으로의 진자 운동을 연동하여, 투입구(11)로부터 장입물(7)을 로 내의 소정 위치에 투하한다.
표면 검출 장치(100)는 가이드부(150)를 구비하며, 가이드부(150)의 일단에 형성한 개구부(151)에는 반사판(120)이 설치되고, 타단에는 검출파의 송수신 수단(110)에 접속하여 안테나(111)가 설치되어 있다. 반사판(120)은, 안테나측 또는 반 안테나측으로의 경사 각도가 가변이며, X 방향으로 회동한다. 또한, 가이드부(150)는, 그 축선(C)을 중심으로 하여 Y 방향으로 회동하고, 그에 따라 반사판(120)도 동일 방향으로 회동한다. 그리고, 가이드부(150)가, 슈터(10)의 회전을 방해하지 않도록 고로(1)의 측벽, 혹은 로정으로부터 측벽으로 연속하는 경사부에 설치된 개구(2)에, 개구부(151)를 고로측으로 하여 삽통(揷通)된다.
고로(1)의 개구(2)는, 가이드부(150)를 삽통할 수 있으면 되고, 가이드부(150)의 직경보다도 약간 큰 정도로 해결되어, 도 6에 나타내는 특허문헌 1의 표면 검출 장치(100)의 개구(2)에 비해 대폭으로 작게 할 수 있다.
그리고, 측정시에는, 도시되는 바와 같이, 표면 검출 장치(100)는, 가이드부(150)를 고로측으로 이동하여 개구부(151)를 로 내에 돌출시킨 후, 안테나(111)로부터의 검출파를 반사판(120)으로 반사하여, 개구부(151)를 통해 로 내에 보내고(도면 중, 부호 M), 로 내에 퇴적되어 있는 장입물(7)의 표면을 주사하여, 그 반사파를 반사판(120), 안테나(111)를 통해 송수신 장치(110)로 수신해서 장입물(7)의 표면 프로파일을 검출한다. 또한, 도시는 생략하지만(도 2 참조), 비 측정시나 메인터넌스시에는, 가이드부(150)를 고로(1)의 외측 방향으로 이동하여 개구부(151)를 로 외(外) 방향으로 퇴피시킨다.
또한, 가이드부(150)는, 반사판(120)과 안테나(111)를 수용할 수 있으면 되기 때문에 짧고, 측정시와 비 측정시에 개구부(151)만을 로 내에 돌출시키면 되고, 이동 거리도 짧다. 이에 대해 랜스(예를 들면 도 9의 부호 30)는, 고로의 내경에 가까운 길이가 필요하고, 이동 거리도 길어진다. 이와 같이, 가이드부(150)는, 랜스와 같이 고로의 내외에 걸쳐 이동하는 구성은 유사하지만, 랜스와는 전혀 다른 것이다.
도 2(A)는 표면 검출 장치(100)의 상세를 나타내는 단면도로, 가이드부(150)를 그 축선에 따른 단면으로 나타내고 있다. 또한, 도 2(B)는 그 상면도이지만, 가이드부(150)를 도 2(A)와 직교하는 단면으로 나타내고 있다. 또한, 모두, 비 측정시, 즉 개구부(151)를 로 외로 퇴피한 상태로 나타내고 있다.
도시되는 바와 같이, 표면 검출 장치(100)의 가이드부(150)는, 금속 등의 내열성 재료로 이루어지는 원통체로, 한쪽 선단의 주벽의 일부(도면의 예에서는 거의 아래쪽 절반)가 소정 길이에 걸쳐 절결되어 개구부(151)를 형성하고 있으며, 이 개구부(151)에 반사판(120)이 설치되어 있다. 또한, 가이드부(150)의 다른쪽 단부에는, 반사판(120)과 대향하여 안테나(111)가 설치되어 있으며, 안테나(111)에는 도파관(112)을 통해 검출파의 송수신 수단(110)이 접속하고 있다. 또한, 검출파로서는, 열이나 로 내의 수증기 등의 영향을 받기 어려운 마이크로파나 밀리파를 사용한다.
가이드부(150)의 외주(外周)에는, 가이드부측 기어(132)가 설치되어 있다. 가이드부측 기어(132)는, 가이드부측 모터(130)로 구동되는 가이드부측 모터 기어(131)와 나합(螺合)해 있어, 가이드부측 모터(130)를 구동해서 가이드부(150)를, 그 축선(C)을 중심으로 하여 화살표 Y 방향으로 소정 각도로 회동시킨다.
이 Y 방향으로의 회동 각도는, 최대로 180°이다. 180° 회동시킴으로써, 가이드부(150)의 개구부(151)가 상방을 향하고, 개구부(151)의 상면(152)이 장입물측을 향하게 되어, 장입물(7)의 반사판(120)으로의 충돌을 방지할 수 있다. 그 때문에, 가이드부측 기어(132)는, 가이드부(150)의 외주면의 전체 둘레에 걸치는 원환상(圓環狀)이어도 되지만, 가이드부(150)의 외주를 반바퀴 도는 반(半)원환상으로 해도 된다. 또한, 도 2(A)에서는, 반원환상의 가이드부측 기어(132)를 나타내고 있다.
또한, 반사판(120)은, X 방향을 따라 경사 각도를 바꿀 뿐이기 때문에, 개구부(151)의 원주 방향의 개구 폭을 너무 넓게 할 필요는 없다. 그 때문에, 개구부(151)의 원주 방향의 개구 폭을 좁게 함으로써, 개구부(151)를 180°까지 회동시키지 않아도, 예를 들면 90° 정도 회동시키는 것만으로, 개구부(151) 이외의 주벽(측면)을 장입물(7)로 향하게 할 수도 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 비 측정시는, 개구부(151)를 로 외로 퇴피시킬 수도 있지만, 다음의 측정시에 가이드부(150)를 재차 이동하여 개구부(151)를 로 내에 돌출시켜야 해서, 이동을 위한 시간을 요한다. 또한, 비 측정시에는, 칸막이 밸브(153, 154)를 닫아 로 내로부터의 열이나, 부유물의 침입, 장입물(7)의 충돌을 완전히 방지할 수도 있지만, 이 칸막이 밸브(153, 154)의 개폐 시간도 요한다. 이에 대해, 측정시의 그대로, 즉, 가이드부(150)의 개구부(151)를 로 내에 돌출시킨 채, 가이드부(150)를 Y 방향으로 회동시켜 개구부(151)의 상면(170) 또는 측면을 삽입물측으로 향하게 함으로써, 가이드부(150)의 이동 시간이나 칸막이 밸브(153, 154)의 개폐 시간이 없어져, 측정에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 개구부(151)를 칸막이 밸브(153, 154)보다도 로 내측에서 막아 퇴피시킴으로써, 측정시간을 단축할 수도 있다.
또한, 도시되는 바와 같이, 칸막이 밸브(153, 154)를 2개 구성으로 함으로써, 양 칸막이 밸브(153, 154)를 닫고 가이드부(151)를 완전히 로 외로 퇴피시켜, 로 내와 로 외를 이중으로 차단해서 안전성을 높일 수 있다.
또한, 가이드부(150)는, 측정시와 비 측정시에, 개구부(151)가 로 내에 돌출하는 위치로부터, 개구부(151)가 로 외로 퇴피하는 위치까지 이동한다(도면 중, 부호 F). 이 이동은, 도시하지 않은 가이드부 이동수단에 의해 행해진다. 가이드부 이동수단으로서는, 예를 들면 가이드부(150)를 레일 상에 재치(載置)하여, 가이드부(150)를 안테나측으로부터 밀거나, 안테나측으로 당기거나 하는 기구 등을 채용할 수 있다.
가이드부측 모터(130) 및 가이드부측 모터 기어(131)는, 고로(1)에 고정되어 있다. 상기한 가이드부(150)의 이동 때, 개구부(151)가 로 외로 퇴피한 상태에서는, 가이드부측 모터 기어(131)가 가이드부측 기어(132)의 반사판 단부(132a)와 나합하도록 위치 결정되어 있다. 한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 개구부(151)를 로 내에 돌출한 상태에서는, 가이드부측 모터 기어(131)가, 가이드부측 기어(132)의 안테나측 단부(132b)와 나합하도록 위치 결정되어 있다. 따라서, 가이드부측 기어(132)는, 가이드부(150)의 이러한 이동 거리(스트로크)에 상당하는 길이를 가진, 광폭의 기어이다.
한편, 반사판(120)의 경사 각도를 제어하고, X 방향으로 회동시키는 반사판 경사수단을 다음과 같이 구성할 수 있다.
반사판(120)의 직경 양단에는, 핀상(狀)의 지축(支軸)(121, 121)이 돌출해 있으며, 이 지축(121, 121)이 가이드부(150)의 개구부(151)의 근방의 내벽에 회동 자유롭게 지지되어 있다. 또한, 한쪽 지축(121)에는, 크랭크 기구(122)가 연결되어 있으며, 크랭크 기구(122)에는 피스톤 로드(126)가 연결되어 있다. 피스톤 로드(126)의 타단에는 랙 기어(126a)가 설치되어 있고, 이 랙 기어(126a)는 가이드부(150)의 외측에 설치한 피스톤 로드측 모터(125)의 피스톤 로드측 기어(125a)에 나합되어 있다. 그리고, 피스톤 로드측 모터(125)를 구동하여 소정 각도로 피스톤 로드측 기어(125a)를 회동시키면, 랙 기어(126a)가 전진 또는 후퇴하고, 그에 맞춰서 피스톤 로드(126)가, F 방향으로 전진 또는 후퇴한다. 그에 따라, 크랭크 기구(122)를 통해 반사판(120)이 X 방향으로 소정 각도로 경사진다.
이와 같이, 가이드부측 모터(130)에 의한 가이드부(150)의 Y 방향으로의 회동과, 피스톤 로드측 모터(125)에 의한 반사판(120)의 X 방향으로의 회동을 연동함으로써, 안테나(111)로부터의 검출파에 의해, 장입물(7)의 표면을 면상으로 주사할 수 있다. 또한, 가이드부(150)의 회동을 막고, 반사판(120)의 회동만을 행함으로써, 장입물(7)의 표면을 선상으로 주사할 수도 있다.
또한, 상기 표면 검출 장치(100)는, 큰 벨을 구비하는 고로에도 적용할 수 있다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 큰 벨(20)의 로 바닥측 하방에 개구(2)를 형성하여, 표면 검출 장치(100)의 가이드부(150)를 삽입한다. 그리고, 상기와 동일하게 하여, 측정시에는 개구부(151)를 로 내에 돌출하여 반사판(120)의 X 방향 및 Y 방향으로의 각도를 가변하면서 마이크로파(M)로 장입물(7)의 표면을 선상 또는 면상으로 주사한다. 마이크로파를 큰 벨(20)의 경사 상방으로부터 송신하는 경우에는, 큰 벨(20)로 방해받아 일부가 결여된 표면 프로파일밖에 얻어지지 않았지만, 큰 벨(20)로 방해받지 않고 장입물(7)의 표면의 전면(全面)에 마이크로파(M)를 송신할 수 있기 때문에, 장입물(7)의 전면의 표면 프로파일이 얻어진다.
상기 표면 검출 장치(100)는 여러 가지의 변경이 가능하며, 안테나(111)는, 혼 안테나 외에, 도시되는 바와 같이 렌즈 부착 혼 안테나로 할 수도 있다. 렌즈(113)는, 세라믹이나 유리, 불소 수지 등의 유전체로 이루어지는 반 볼록 모양체(半凸狀體)이며, 혼 안테나로부터의 검출파를 수속하여 송신할 수 있다. 또한, 렌즈 부착으로 함으로써, 혼 안테나의 혼 길이를 짧게 하여, 가이드부(150)를 더 짧게 할 수 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 안테나(111)로서 파라볼라 안테나를 사용할 수도 있다.
또한, 측정시에 개구부(151)를 통해 부유물이 가이드부(151)로 침입한다. 그래서, 가이드부(150)의 내부에 질소 가스 등의 불활성 가스를 공급해도 된다. 혹은, 도시되는 바와 같이, 안테나(111)의 전면(前面)에, 검출파를 투과하는 비 통기성의 내열 재료로 이루어지는 격벽(145)을 배치하고, 또한 격벽(145)의 전면(前面)에 검출파를 투과하는 내열성 재료로 이루어지는 필터(140)를 배치하여 가이드부(150)의 내부를 규정한다. 또한, 격벽(145) 및 필터(140)는, 안테나(111)로부터 연장되는 연결 부재(115)에 설치된다. 그리고, 가이드부(150)의 단부에 설치한 가스 공급구(155)로부터 질소 가스 등의 불활성 가스를 공급하고, 연결 부재(115)에 설치한 통기 구멍(116)을 통해 격벽(145)과 필터(140) 사이의 공간에 유입시킨다. 통기 구멍(116)은, 필터측으로 경사져 있으며, 격벽(145)과 필터(140) 사이의 공간에 공급된 불활성 가스는, 필터(140)를 투과하여 반사판측으로 유출된다. 이 유출된 불활성 가스는, 반사판(120)에 도달한다. 그에 의해, 개구부(151)를 통해 침입한 부유물이, 반사판(120)이나 필터(140)에 부착되는 것을 방지할 수 있어, 정확한 검출을 안정적으로 행할 수 있게 된다.
또한, 필터(140)로서, 예를 들면 우베 흥산(주) 제의 「티라노 섬유」로 이루어지는 직물을 사용할 수 있다. 이 티라노 섬유는, 실리콘, 티탄, 지르코늄, 탄소 및 산소로 이루어지는 세라믹 섬유이며, 이를 면상(面狀)으로 짠 것은, 마이크로파나 밀리파를 투과하는 내열성의 통기 재료가 된다.
또한, 안테나(111)와 도파관(112)의 연결 부분에, 검출파를 투과하는 재료, 예를 들면 불소 수지나 세라믹으로 이루어지는 마개 부재(160)를 삽입해도 된다.
더 나아가, 하기에 나타내는 바와 같은 구성으로 할 수도 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 부호 158로 나타내는 가이드부(150)의 로측 단면을 개구부(151)까지 수하(垂下)시켜, 개구부(151)를 포위하도록 틀체(160)를 부설한다. 그리고, 이 틀체(160)에, 검출파를 투과하는 재료로 이루어지는 창(170)을 설치하여 개구부(151)를 폐쇄한다. 창(170)으로서는, 석영 유리나 세라믹 판, 혹은 상기한 티라노 섬유로 이루어지는 직물 등을 이용할 수 있다. 창(170)에 의해, 개구부(151)를 통해 로 내로부터 분진이 침입하는 것을 막을 수 있다. 그 때문에, 비 측정시에, 가이드부(150)를 로 외 방향으로 이동하여 장치를 퇴피시킬 필요가 없어진다.
또한, 창(170)의 표면에는 분진이 부착되기 때문에, 틀체(160)의, 창(170)보다도 로 내측에 관통 구멍(161)을 설치하여, 가이드부(150)를 통해 퍼지 가스를 분출시킴으로써, 창(170)의 표면의 부착물을 털어낼 수 있다. 단, 티라노 섬유의 직물은, 통기성이기 때문에, 가이드부(150)로부터의 퍼지 가스가 티라노 섬유의 직물을 통과하여 로 측으로 유출되기 때문에, 틀체(160)에 관통 구멍(161)을 설치할 필요는 없다.
또한, 안테나(111)로부터의 송신파가 가이드부(150)의 로측 단면에서 반사되어 안테나(111)에서 노이즈로서 수신되지 않도록, 가이드부(150)의 로측 단면(158)을 경사면으로 할 수도 있다.
나아가, 창(170)은 반사판(120)에 가장 근접해 있기 때문에, 창(170)에 의한 반사파를 수신하여 노이즈가 될 우려가 있다. 그래서, 도 6(도 5의 AA 단면도)에 나타내는 바와 같이, 창(170)을, 개구부(151)와 대향하는 수평한 면으로 하는 것이 아니라, 가이드부(150)의 축선에 대해 한쪽 단연(170A)이, 지축(121)측으로 상방에 위치하여, 창(170)을 전체적으로 경사지게 한 상태로 한다. 이에 의해, 창(170)에 의한 반사파를 반사판(120)에 직접 입사시키지 않도록 하여, 노이즈가 되는 창(170)에 의한 반사파를 제거할 수 있다. 또한, 경사 각도로서는, 지축(121)에 대해 15° 정도가 바람직하다.
또한, 창(170)에는, 철광석이나 코크스와 같이 비교적 큰 덩어리가 충돌하는 일이 있기 때문에, 도시는 생략하지만, 창(170)의 로측에 적당한 메쉬 크기의 철망을 배치하여(도 7 참조), 비교적 큰 덩어리의 충돌로부터 창(170)을 방호하는 것이 바람직하다.
또한, 티라노 섬유의 직물인 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 가이드부(150)와 동일한 곡률인 원호상(圓弧狀)의 철망(175)을 사용하여, 철망(175)과 티라노 섬유의 직물을 접합해서 원호상의 창(170)으로 할 수도 있다. 그리고, 개구부(151)에 철망(175)을 설치함으로써, 창(170)이 가이드부(150)의 외경을 따라 형성되기 때문에, 틀체(160)가 불필요하게 된다.
또한, 피스톤 로드(126)가, 반사판(120)과 접근하여, 지축(121)까지 연장되어 있기 때문에, 검출파는 피스톤 로드(126)에서도 반사되고, 이것이 수신되어 노이즈가 된다. 그래서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 안테나(도시하지 않음)로부터 반사판(120)의 전면(前面) 근방까지 연장되는 전파부(180)를, 가이드부(150)과 동심상으로 배치하고, 전파부(180)의 외측에 피스톤 로드(126)를 배치한다. 검출파는 전파부(170)의 내부를 전파하기 때문에, 피스톤 로드(126)에 의한 반사를 받는 일이 없다.
창(170)이 있는 경우는 창(170)에, 창(170)이 없는 경우는 반사판(120)에, 로 내로부터의 분진이 부착되지만, 부착 상황을 알기 위해, 하기의 조작을 행할 수 있다.
고로(1)에 표면 검출 장치(100)를 설치한 직후에, 가이드부(150)의 개구부(151)가 도 3에 부호 1a로 나타내는 고로(1)의 개구(2)를 형성하는 벽과의 사이에서 송수신을 행하고, 그때의 초기 수신 강도(I0)를 측정해 둔다. 그 후, 실제 측정을 행하고, 측정마다, 혹은 소정의 측정 회수마다, 동일 조건으로 송수신을 행하여, 그때의 수신 강도(IT)를 측정한다. 그리고, 양 수신 강도의 차(I0-IT)가 역치(threshold)까지 감쇠한 때에, 반사판(120)이나 창(170)의 청소를 행한다. 역치로서는, 감쇠율(減衰率) 50∼70%가 적당하다.
본 발명을 상세하게 또한 특정의 실시 태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은, 2016년 3월 25일 출원의 일본 특허출원(특원 2016-062229)에 근거한 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명의 표면 검출 장치는, 고로의 개구를 최소한으로 하여 부유물의 침입·부착 방지, 철광석이나 코크스의 충돌을 대폭으로 억제함과 아울러, 장입물의 표면 프로파일을 정확하게, 또한 신속하게 측정할 수 있다. 특히, 큰 벨을 구비하는 고로에의 적용에 적합하다.
1 고로
2 개구
7 장입물
7a 철광석
7b 코크스
10 슈터
20 큰 벨
100 표면 검출 장치
110 송수신 수단
111 안테나
112 도파관
120 반사판
121 지축
122 크랭크 기구
125 피스톤 로드측 모터
125a 피스톤 로드측 기어
126 피스톤 로드
126a 랙 기어
130 가이드부측 모터
131 가이드부측 모터 기어
132 가이드부측 기어
140 필터
145 비 통기성 격벽
150 가이드부
151 개구부
160 틀체
161 관통 구멍
170 창
180 전파부

Claims (11)

  1. 고로(高爐) 내에 장입(裝入)된 철광석이나 코크스 등의 장입물의 표면에 검출파(檢出波)를 송신하고, 그 반사파를 수신하여 상기 장입물의 표면 프로파일을 검출하는 장치로서,
    원통상(圓筒狀)이며, 그 일단(一端)의 주벽(周壁)의 일부를 절결(切缺)한 개구부를 가지는 가이드부와,
    상기 개구부의 바로 위에 설치한 반사판과,
    상기 반사판과 대향(對向)하여 상기 가이드부의 타단에 설치된 안테나와,
    상기 가이드부를 그 축선(軸線)을 중심으로 소정 각도로 회동시키는 가이드부 회동수단과,
    상기 가이드부를 상기 고로의 내부측 또는 외부측으로 이동시키는 가이드부 이동수단과,
    상기 반사판을 안테나측 또는 반(反) 안테나측으로 소정 각도로 경사지게 하는 반사판 경사수단,
    을 구비함과 아울러,
    상기 고로의 측벽(側壁)의 개구에, 상기 개구부를 고로측으로 해서 상기 가이드부를 삽통(揷通)하여 이루어지고, 또한,
    측정시에는, 상기 가이드부를 고로측으로 이동하여 상기 개구부를 로 내에 돌출시킨 후, 상기 안테나로부터 검출파를 상기 반사판에 보냄과 아울러, 상기 가이드부 회동수단과 상기 반사판 경사수단을 구동하여 상기 검출파에 의해 상기 장입물의 표면을 면상(面狀) 또는 선상(線狀)으로 주사(走査)하며,
    비(非) 측정시에는, 상기 가이드부를 고로 외측 방향으로 이동하여 상기 개구부를 로 외(外) 방향으로 퇴피(退避)시키거나, 상기 가이드부를 회동하여 상기 개구부 이외의 주벽(周壁)을 상기 장입물의 표면으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사판 경사수단에 있어서,
    상기 반사판의 양단(兩端)에 돌설(突設)한 지축(支軸)이, 상기 가이드부의 개구부 상방의 내벽(內壁)에 회동(回動) 자유롭게 지지되어 있음과 아울러, 한쪽의 상기 지축에 크랭크 기구를 통해 피스톤 로드가 연결되어 있으며,
    상기 피스톤 로드를 상기 가이드부의 축선 방향으로 소정 거리 이동시키고, 상기 크랭크 기구를 통해 상기 반사판을 소정 각도로 회동시키는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 가이드부의 내부에 불활성 가스를 유입시키는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부를, 상기 검출파를 투과하는 재료로 이루어지는 창으로 막는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 개구부를 포위하는 틀체를 부설하여, 상기 틀체에 상기 창을 장착함과 아울러, 상기 틀체의 상기 창보다도 로 내측에 설치한 관통 구멍으로부터 불활성 가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 창의, 상기 가이드부의 축선에 따른 한쪽 단연(端緣)이 상방이 되도록, 상기 창이 전체적으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  7. 청구항 4 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 창의 로 내측의 면에, 철망이 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나로부터 상기 반사판의 근방까지, 상기 가이드부와 동심상(同心狀)으로 연장되는 전파부를 가지며, 상기 전파부로 상기 검출파를 전파시킴과 아울러, 상기 전파부와 상기 가이드부 사이의 공간에 상기 반사판 경사수단이 배설(配設)되어 있는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나의 전면(前面)에, 상기 검출파를 투과하는 재료로 이루어지는 비(非) 통기성의 격벽(隔璧)을 통해 필터를 설치하여 상기 가이드부의 내부를 규정함과 아울러, 상기 격벽과 상기 필터 사이의 공간에 불활성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고로가 큰 벨을 구비함과 아울러, 상기 개구가 상기 큰 벨보다도 로 바닥측 하방에 형성한 개구에 상기 가이드부를 장입한 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 검출 장치.
  11. 고로 내에 장입되는 철광석이나 코크스 등의 장입물의 표면에 검출파를 송신하고, 그 반사파를 수신하여 상기 장입물의 표면의 프로파일을 검출하는 방법으로서,
    일단(一端)의 개구부에 경사 각도가 가변인 반사판을 구비하고, 타단에 안테나를 구비함과 아울러, 축선을 중심으로 회동 가능한 가이드부를, 상기 고로의 개구에 삽입하고,
    측정시에는, 상기 가이드부를 고로측으로 이동하여 상기 개구부를 로 내에 돌출시킨 후, 상기 안테나로부터 검출파를 상기 반사판에 보냄과 아울러, 상기 가이드부 회동수단과 상기 반사판 경사수단을 구동하여 상기 검출파에 의해 상기 장입물의 표면을 면상(面狀) 또는 선상(線狀)으로 주사(走査)하고,
    비 측정시에는, 상기 가이드부를 고로 외측 방향으로 이동하여 상기 개구부를 로 외 방향으로 퇴피시키거나, 상기 가이드부를 회동하여 상기 개구부 이외의 주벽(周壁)을 상기 장입물의 표면으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물의 표면 프로파일의 검출 방법.
KR1020177036715A 2016-03-25 2017-03-24 고로 장입물의 표면 검출 장치 및 검출 방법 KR102074877B1 (ko)

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