KR20180097670A

KR20180097670A - 컨베이어 상의 공급재료의 매스를 결정하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20180097670A
Application number: KR1020187020775A
Authority: KR
Inventors: 장-끌로드 보메르; 장-끌로드 띠보; 마르코 피코
Original assignee: 아르셀러미탈
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-08-31
Also published as: AU2016379125A1; BR112018010508B1; CA3008570A1; JP2019504277A; JP6697561B2; KR102171157B1; WO2017109543A1; CN108369067A; UA121918C2; EP3394541B1; PL3394541T3; MX2018007727A; BR112018010508A2; AU2016379125B2; CN108369067B; WO2017109657A1; PT3394541T; EP3394541A1; US20190011183A1; ZA201804746B

Abstract

제 1 시간 간격 Δt 동안 컨베이어에 의해 방출되는 공급재료의 매스를 결정하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 이 방법은: 컨베이어의 특정 구역에서 공급재료의 연속적인 디지털 이미지들을 취하는 단계로서, 2 개의 연속적인 이미지들은 제 1 시간 간격 Δt 보다 더 작은 지속기간의 제 2 시간 간격 δt 에 의해 분리되는, 상기 공급재료의 연속적인 디지털 이미지들을 취하는 단계; 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해: - 제 2 시간 간격 δt 와 연관된 2 개의 연속적인 이미지들의 수치적 처리에 의해 컨베이어의 특정 구역에서 제 2 시간 간격 δt 동안 공급재료의 서브-볼륨의 진행 거리를 계산하는 단계; - 공급재료의 서브-볼륨의 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일을 결정하는 단계; - 공급재료의 서브-볼륨에 대해 유효 공급재료 밀도를 결정하는 단계; 및, 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해 계산되거나 결정된, 진행 거리, 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 및 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 제 1 시간 간격 Δt 동안 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

컨베이어 상의 공급재료의 매스를 결정하기 위한 방법 및 시스템

본 발명은 일반적으로, 야금 용광로, 예컨대, 전기 아크 용광로를 (강) 스크랩 및/또는 예컨대 직접 환원 철 (DRI, 또한 해면철이라고도 불림) 또는 가능하게는 선철과 같은 다른 공급재료로 장입하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 공급되는 공급재료의 양을 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

공급재료, 예컨대, 스크랩으로 연속적 또는 불연속적 방식으로 장입되는 야금 용광로들의 기술이 잘 확립되어 있다.

특허 EP2606305 호는 야금 용광로의 연속 공급 컨베이어에 의해 이송되는 재료의 장입을 제어 및 추적하기 위한 시스템을 기술한다. 이 시스템은, 연속 공급 컨베이어 상에, 미리결정된 장입 레시피에 따라, 사전에 결정된 중량의 재료를 장입하기 위한 로딩 섹션을 포함한다. 이 시스템은 식별 수단을 통해 장입물을 마킹한다. 로딩된 장입물의 전체 치수들이 검출되고, 로딩된 장입물의 진행 속도가 계산된다. EP2606305 호는, 진행 속도를 검출하기 위한 수단이, 장입물들의 복수의 이미지들을 지연된 시간들에서 획득하기 위한 수단을 포함하는 것을 기술하고, 그 이미지들 및 상대적인 획득 시간들은 그 다음에 상호 상관되고 처리된다. EP2606305 호의 시스템은, 각각의 로딩 섹션에서 그리고 장입물 부분이 컨베이어 상으로 방출되기 전에, 각각의 장입물 부분의 중량을 오직 한번 결정한다. 마지막으로, 이 시스템은 장입물의 용광로 내로의 도달 시간을 결정한다.

상기 개시물에도 불구하고, 만족스러운 정확도로 야금 용광로에 들어가는 공급재료의 매스 플로우 (mass flow) 를 결정하는 것은, 실제로, 해결되어야 할 문제로 남아있다. 사실, EP2606305 호의 시스템의 계산들의 기저의 가정들 중 하나는, 컨베이어 상에 로딩되는 각각의 장입물이 함께 머무르고 하나의 단위로서 진행한다는 것이다. 실제로는, 이것은, 특히 컨베이어가 진동 타입의 것인 경우에, 그렇지 않다. 이러한 타입의 컨베이어 상에서, 스크랩 (scrap) 의 진행은, 불가능하지 않은 경우, 모델링하기에 복잡하다. 실례로, 동일한 장입물의 상이한 부분들이 다수의 인자들에 의존하여 상이한 속도들로 진행할 수도 있는 것을 관찰할 수 있다. 더욱이, 용광로의 각각의 공급 후에, 장입물은 컨베이어 상에 남아 있을 수도 있고 용광로 내로 다음 번에 로딩될 것이다. 이러한 이유들로 인해, 컨베이어 상에 처음에 로딩된 장입물 부분들의 중량들의 지식은, 임의의 시간에서 용광로에 얼마나 많은 공급재료가 공급되는지를 결정하기 위해 통상적으로 충분하지 않다.

본 발명의 제 1 양태는, 이하에서 Δt 로 표시되는 제 1 시간 간격 동안 컨베이어에 의해 야금 용광로 (metallurgical furnace), 예컨대, 전기 아크 (제강) 용광로 내로 방출되는 공급재료 (feedstock) 의 매스 (mass) 를 결정하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은:

о 컨베이어의 특정 구역에서 공급재료의 연속적인 디지털 이미지들을 취하는 단계로서, 2 개의 연속적인 이미지들은 제 1 시간 간격 Δt 보다 더 작은 지속기간의 것인, 이하에서 δt 로 표시되는 제 2 시간 간격 (δt≤Δt) 에 의해 분리되는, 상기 공급재료의 연속적인 디지털 이미지들을 취하는 단계;

о 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해:

제 2 시간 간격 δt 와 연관된 2 개의 연속적인 이미지들의 수치적 처리에 의해 컨베이어의 특정 구역에서 제 2 시간 간격 δt 동안 공급재료의 서브-볼륨 (sub-volume) 의 진행 거리 (advancing distance) 를 계산하는 단계;

공급재료의 서브-볼륨의 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 (transversal height profile) 을 결정하는 단계;

공급재료의 서브-볼륨에 대해 유효 공급재료 밀도 (effective feedstock density) 를 결정하는 단계; 및

о 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해 계산되거나 결정된, 진행 거리, 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 및 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 컨베이어에 의해 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 계산하는 단계를 포함한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "공급재료 (feedstock)" 라는 표현은 용광로 내로 장입될 고체 재료를 나타낸다. 실례로, 강 생산을 위한 전기 아크 용광로의 경우에, 공급재료는 철-함유 재로이고, 특히, (강) 스크랩 및 DRI 를 포함한다. EP2606305 호는 상이한 장입물 부분들의 처음에 측정된 중량들의 지식에 의존하고 공급재료의 매스의 임의의 후속하는 계산에 대해서는 침묵을 유지함에 주목하는 것은 가치가 있는 것일 수도 있다.

바람직하게는, 방법은 컨베이어 상의 공급재료의 서브-볼륨의 진행 속도 및/또는 공급재료의 서브-볼륨의 용광로에의 도달 시간을 계산하는 것을 포함한다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 방법은 카메라로 찍힌 디지털 이미지들로부터 (각각의 제 2 시간 간격 δt 에 대해) 공급재료의 진행 거리를 추출한다는 것이 이해될 것이다. 주어진 제 2 시간 간격에서 컨베이어의 특정 구역을 통과하는 공급재료의 매스는, 시스템으로 하여금 그 매스가 언제 용광로의 입구에 도달하고 거기에서 방출될지를 도출하도록 허용한다. 따라서, 시스템은 용광로의 장입물 (charge) 의 추적을 유지하고 또한 어느 시점에서의 미래의 장입물을 미리 예상할 수도 있다. 예측 범위는, 측정들이 이루어지는 컨베이어의 특정 구역, 및 용광로 내로의 입구 사이의 거리에 의존할 뿐만 아니라, 공급재료의 진행 속도에 의존한다. 진행 속도가 변화할 수도 있음에 따라, 예측 범위 역시 변화할 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 그 시간은 (용량 및/또는 전력 소모 및/또는 운영 비용들의 면에서) 그것의 효율성을 최적화하도록 하는 방식으로 용광로의 동작 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "시간 간격 (time interval)" 은 시작 시간, 종료 시간, 및 지속기간 (시작 시간과 종료 시간 사이의 차이) 을 갖는 기간이다. 표현들 "제 1 시간 간격" 및 "제 2 시간 간격" 에서, 서수들 "제 1" 및 "제 2" 는 오직 시간 간격들의 양 타입을 구분하기 위해서 아용되고, 시간에서의 임의의 계층 또는 순서를 함축하는 것으로 의미되지 않는다. 사실, 상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법은 미래의 제 1 시간 간격 동안 컨베이어에 의해 방출되는 공급재료의 매스를 예측하는 것의 하나일 수도 있다.

제 1 시간 간격 Δt 의 지속기간도 제 2 시간 간격 δt 의 지속기간도 고정될 필요는 없음에 유의할 가치가 있을 수도 있다, 비록 고정되는 것이 단순성을 위해 선호될 수도 있지만 말이다. 사실, 양 지속기간들 Δt 및 δt 는 동적으로 조정될 수 있을 것이다.

제 2 시간 간격의 지속기간은 카메라의 2 개의 연속적 이미지들 사이의 시간 또는 그것의 정수배 (이 경우에 상기 언급된 2 개의 연속적 이미지들은 카메라에 의해 촬영된 이미지들의 시퀀스에서의 가장 가까운 이웃들이 아니다) 일 수 있을 것이다. 제 2 시간 간격의 지속기간은, 얼마나 많은 이미지들이 수치적 처리를 위해 유지되는 매 이미지 후에 폐기되는지를 선택함으로써 변경될 수 있을 것이다. 카메라의 프레임 레이트가 조정가능한 경우에, 제 2 시간 간격의 지속기간은 프레임 레이트의 변화를 통해 조정될 수 있을 것이다.

바람직하게, 제 1 시간 간격 Δt 동안 방출되는 공급재료의 매스를 계산하는 단계는,

о 각각의 제 2 시간 간격 δt 에 대해, 결정된 진행 거리, 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 및 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 공급재료의 서브-볼륨의 매스를 계산하는 단계; 및

о 제 1 시간 간격 Δt 동안 용광로에 도달하는 공급재료의 서브-볼륨들의 매스들을 합산하는 단계를 포함한다.

이 방법은 바람직하게는, 공급재료의 파티클 사이즈 분포 (particle size distribution) 를 결정 (입도분석 (granulometry)) 하기 위해, 예컨대 각각의 제 2 시간 간격 δt 동안, 컨베이어의 특정 구역에서의 공급재료의 취해진 디지털 이미지들의 수치적 분석을 포함한다.

각 서브-볼륨에서의 유효 공급재료 밀도는 공급재료의 파티클 사이즈 분포에 기초하여 결정될 수도 있다. 서브-볼륨에서의 유효 공급재료 밀도는, 예컨대, 광학적 입도분석에 의해 결정된 공급재료의 파티클 사이즈 분포에 기초하여 그리고 유효 공급재료 밀도들이 공급재료 파티클 사이즈 분포들에 상관되는 룩-업 테이블 (look-up table) 을 이용하여 결정될 수도 있다. 대안으로서, 방법은, 대응하는 디지털 이미지(들)에 기초하여 공급재료의 각 서브-볼륨에 대해 유효 공급재료 밀도를 할당하도록 트레이닝된 분류기를 사용할 수 있을 것이다. 컨베이어의 특정 구역에서 취해진 디지털 이미지들은 바람직하게는 광학적 입도분석 측정에 의한 파티클 사이즈 분포를 위한 기초로서 사용된다.

제 2 시간 간격들 δt 의 지속기간은 공급재료의 파티클 사이즈 분포에 기초하여 동적으로 조정될 수도 있다. 미세 조각의 공급재료의 문제점은, 제 2 시간 간격이 너무 긴 경우에, 카메라에 의해 보여지는 공급재료의 표면이 현저하게 변경될 수 있다는 것이다. 이것은 밑에 있는 진동 이송 메커니즘에 의해 생성되는 흔들림으로 인한 것이다. 더미의 상부에 놓이는 공급재료 파티클들은 쉽게 이동하여 이전 이미지들에서 여전히 가시적인 다른 파티클들을 덮을 수 있다. 따라서, 보다 미세한 공급재료의 경우에, 제 2 시간 간격들 δt 의 지속기간을 감소시키는 것이 유리할 수도 있는 반면, 보다 큰 공급재료의 경우에는 제 2 시간 간격들 δt 의 지속기간이 증가될 수도 있다.

바람직하게는, 카메라에 의해 취해진 이미지들이 컬러 이미지들인 경우에, 진행 거리를 계산하기 위한 수치적 처리는 컬러 이미지들을 그레이스케일 이미지들로 변환하는 것을 포함한다. 예컨대, 크로핑 (cropping), 콘트래스트 조정 (contrast adjustment) 및/또는 필터링 (filtering) 과 같은 다른 이미지 정정이 수치적 처리의 일부로서 역시 수행될 수도 있다.

진행 거리를 계산하기 위한 수치적 처리는 바람직하게는, 2 개의 연속적인 이미지들 중 하나에서 공급재료의 부분 (portion) 을 선택하는 것; 및, 2 개의 연속적 이미지들 중 다른 하나에서 공급재료의 대응하는 부분을 식별하는 것을 포함한다. 선택되는 공급재료의 부분은 바람직하게는 2 개의 연속적인 이미지들 중 하나의 이미지의 범위설정된 구역 (예컨대, 관심 구역) 에 포함된다. 선택된 공급재료 부분을 포함하는 관심 구역은 직사각형일 수도 있거나 둥글 수도 있거나 다른 적합한 형상의 것일 수도 있다. 관심 구역은 이미지 내의 정해진 사이즈 및 위치를 가질 수도 있다. 대안적으로, 관심 구역은 이미지의 콘텐츠, 즉, 현재 사진찍히고 있는 공급재료에 의존하여 동적으로 조정될 수 있을 것이다. 2 개의 연속적 이미지들의 다른 이미지에서의 공급재료의 선택된 부분의 식별표시는 예컨대 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서의 관심 구역 사이의 상호-상관 (cross-correlation) 에 의해 행해질 수도 있다. 2 개의 연속적 이미지들의 다른 이미지에서의 공급재료의 부분의 위치가 (상호-상관에 의해서 또는 임의의 다른 적합한 방식으로, 예컨대, 이미지 등록 또는 특징 검출로) 발견되었을 때, 공급재료의 그 부분의 진행 거리는 카메라 픽셀들의 단위들로 알려진다. (이동의 방향에서) 거리를 정확하게 스케일링 (scaling) 하고 2 개의 화상들 사이의 시간 간격에 의해 나눔으로써, 공급재료의 진행 속도가 쉽게 계산된다. 다른 옵션은, 예컨대 하나의 이미지의 상이한 구역들에서, 공급재료의 하나 이상의 개별 피스들 (pieces) 을 선택하는 것, 및 다른 이미지에서 이들 피스들을 식별하는 것일 것이다. 개별 피스들이 상이한 거리들 만큼 이동한 것이 결정되는 경우에, 이들 거리들의 평균은 공급재료의 진행 거리로서 사용될 수 있을 것이다.

공급재료의 진행 거리 및/또는 진행 속도를 스케일링하는 것은 바람직하게는, 진행 거리 및/또는 진행 속도의 계산을 위해 현재 고려되고 있는 공급재료(의 부분)와 카메라 사이의 거리에 기초하여 수행된다. 그 거리 (이하에서 "시선 (line-of-sight)" 거리라고 칭함) 는 카메라에 의해 촬상된 공급재료에 대응하는 횡방향 높이 프로파일로부터 추론될 수도 있다. 진행 거리를 픽셀들의 단위들로부터 거리의 단위들로 변환하는 스케일링 인자는 시선 거리에 의존한다. 높이 프로파일들에서의 변화들이 시선 거리에 비해 현저한 경우에 진행 거리 및/또는 진행 속도 계산들에서의 원하는 정확도를 달성하기 위해 동적 스케일링이 선호되고 심지어 필요할 수도 있다. 하지만, 컨베이어 상의 공급 재료의 높이 레벨이 다소 일정한 경우에, 평균 스케일링 인자는 고려 하의 이미지들 사이의 정확한 시프트를 결정하기 위해, 그리고 결과적으로, 공급재료의 정확한 진행 거리 또는 속도를 계산하기 위해 충분할 수도 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 2 개의 연속적인 이미지들 중 하나에서의 공급재료의 부분의 선택은, 이미지에 걸친 공급재료의 파티클 사이즈 분포를 광학적으로 결정하는 것; 및, 파티클 사이즈 분포에 의존하여 공급재료의 부분을 선택하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 시스템은 파티클 사이즈 분포가 양호한 상호-상관을 허용하는 공급재료의 부분을 선택한다. 오직 작은 공급재료 피스들만을 포함하는 이미지 영역들은 제 2 이미지에서의 만족스럽지 못한 식별 결과들을 초래할 수도 있다. 동적 선택이 구현되는 경우에, 공급재료의 다소 보다 큰 피스들을 갖는 구역들이 선호될 수도 있다. 공급재료의 부분을 동적으로 선택하기 위한 다른 기준은 이미지에서의 그것의 위치일 수도 있다: 그것의 이동으로 인해 다른 이미지에서 나타날 것 같지 않은 공급재료의 임의의 부분은 선택되지 않을 것이다. 2 개의 연속적 이미지들 중 하나에서 공급재료의 부분을 선택하는 것은, 대안적으로 또는 추가적으로, 파티클 사이즈 분포와는 상이한 하나 이상의 기준들 (예컨대, 밝은 및 어두운 영역들의 분포, 인식가능한 에지들의 존재 등) 을 이용하여 이미지들 중 하나의 콘텐츠를 분석하고, 그리고 그 다음에, 이 분석의 결과에 의존하여 공급재료의 부분을 선택하는 것을 포함할 수도 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따른 방법은, 진동-타입 (또는 요동 타입) 컨베이어와 결합하여 특히 잘 적합화된다. 진동 컨베이어 상의 공급재료의 움직임은 병진운동이 아니기 때문에, 그러한 발견은 놀라운 것이다. 사실, 공급재료가 전방을 향해 이동함에 따라, 공급재료의 피스들 사이에 상당한 상대적인 이동이 존재한다. 공급재료의 각 피스는 그 자신의, 개별적인, 궤적을 따르므로, 진행 거리 (또는 진행 속도) 의 광학적 검출은 유용한 결과들을 생성하면서 합리적인 계산 시간으로 가능할 것으로 기대되지 않을 수 있을 것이다. 하지만 놀랍게도, 진행 거리의 검출을 위해 상관-기반 패턴 인식이 사용되었을 때 그것은 사실인 것으로 판명되었다.

본 발명의 제 2 양태는 제 1 시간 간격 Δt 동안 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은,

о 컨베이어의 특정 구역에서 공급재료의 연속적인 이미지들을 취하도록 구성되고 배열된 하나 이상의 카메라들, 여기서, 2 개의 연속적인 이미지들은 제 2 시간 간격 δt≤Δt 에 의해 분리됨;

о 특정 구역에서 공급재료의 서브-볼륨의 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일을 결정하기 위한 적어도 하나의 레이저 스캐너 또는 레인지 카메라 (range camera) (예컨대, 3-D 비과 시간 (time-of-flight) 카메라);

о 데이터 프로세싱 시스템으로서,

각각의 제 2 시간 간격 δt 에 대해, 제 2 시간 간격 δt 와 연관된 2 개의 연속적인 이미지들의 수치적 처리에 의해 제 2 시간 간격 δt 동안 공급재료의 각각의 서브-볼륨의 진행 거리를 계산하는 것; 및

제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해 계산되거나 결정되거나 또는 정해진, 진행 거리, 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 및 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 제 1 시간 간격 Δt 동안 컨베이어에 의해 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 계산하는 것

을 위해 구성된, 데이터 프로세싱 시스템을 포함한다.

이 시스템은, 신호 대 잡음 비를 감소시키기 위해 그리고 이미지들의 콘트래스트를 향상시키기 위해, 충분히 짧은 노출 시간들을 허용하도록, 하나 이상의 카메라들의 시야 (field of view) 를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 모듈 (lighting module) 을 포함할 수도 있다.

바람직하게는, 이 하나 이상의 카메라들은, 컨베이어 위에, 충분한 이미지 해상도를 보장하도록 선택된 컨베이어로부터의 거리에서 배치된다. 실례로, 하나 이상의 카메라들에 표준 광학계가 구비되는 경우에, 컨베이어의 횡방향 폭의 1 배와 3 배 사이에 포함되는 하나 이상의 카메라들의 컨베이어로부터의 거리가 적합할 수도 있다.

시스템은 바람직하게는, 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법을 수행하도록 구성되고, "연속적인 (continuous)" 장입 설비를 구비한 야금, 예컨대 전기 아크, 용광로들을 위해 특히 적합하다.

본 발명의 제 3 양태는, 컨베이어에 의해 공급재료가 방출되는 야금 용광로 (예컨대, 전기 아크 용광로) 를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제 3 양태에 따른 방법은:

о 본 발명의 제 1 양태에 따른 방법을 이용하여 제 1 시간 간격 Δt 동안 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 예측하는 단계, 및

о 예측된 공급재료의 매스에 기초하여 용광로의 동작 파라미터들을 수정하는 단계; 및/또는

о 용광로의 목표 동작 파라미터들에 기초하여 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스 플로우 (mass flow) 를 수정하는 단계를 포함한다.

따라서, 용광로 운영 방법은, 용광로의 동작을 수동으로 또는 아니면 자동적으로 제어하기 위해서 및/또는 (연속적인) 장입 프로세스를 보정하기 위해서 이 예측들을 이용한다. 바람직하게는, 최적의 영역에서 용광로를 동작시키기 위해 양 타입의 조정이 결합된다.

첨부 도면들은, 본 발명의 몇몇 양태들을 예시하고, 그리고 상세한 설명과 함께, 그것의 원리들을 설명하도록 기능한다.
도 1 은 제강을 위한 전기 아크 용광로의 장입 메커니즘의 개략도이다.
도 2 는 컨베이어 상의 공급재료의 운동을 나타내는, 카메라에 의해 상이한 시간들에서 취해진 2 개의 이미지들을 포함한다.
도 3 은, 컨베이어 상의, 큰 피스들로 이루어진 공급재료의 개략적 단면도이다.
도 4 는 컨베이어 상의, 보다 작은 피스들로 이루어진 공급재료의 개략적 단면도이다.
도 5 는 컨베이어 상의 공급재료의 파일의 검출된 높이 프로파일들의 그래픽적 표현이다.

도 1 내지 도 5 는 제강 전기 아크 용광로 (16) 에 장입하기 위한 단순화된 시스템 (10) 의 양태들을 나타낸다. 장입 시스템 (10) 은 컨베이어 (14) 상에 공급재료, 특히 스크랩을 놓는 로딩 섹션 (12) 을 포함한다. 컨베이어 (14) 는 진동 타입의 것이고, 이 진동 타입은 그것의 비폐색 (non-clogging) 및 셀프-클리닝 특성들로 인해 공급재료를 운반하기에 가장 적합하다.

컨베이어 (14) 상에서의 용광로 (16) 를 향한 이송 동안, 공급재료는 공급재료 특성화 스테이션 (18) 을 통과한다. 공급재료 특성화 스테이션 (18) 은 프로세서 (20) 에 접속된다. 프로세서 (20) 는 공급재료에 관한 정보를 제어 센터 (22) 에 송신한다. 공급재료 특성화 스테이션 (18) 으로부터 수신된 정보에 기초하여, 제어 센터 (22) 에서의 제어기는 전기 아크 용광로 (16) 의 동작 파라미터들을 수정하고 및/또는 공급재료의 매스 플로우를 변조할 수도 있다. 양 조치들은 전기 아크 용광로 (16) 를 가능한 한 효율적으로 구동하도록 기능한다.

공급재료 로딩 스테이션 (12) 은 통상적으로 크레인 호이스트 또는 유사한 설비를 포함하고, 여기에서는, 컨베이어 (14) 상에 로딩되는 공급재료의 양이 제어되지 않거나 적어도 정확하게는 제어되지 않는다. 따라서, 시간 간격 Δt 동안 전기 아크 용광로 (16) 내로 방출되는 공급재료의 매스는, 있다면 공급재료 로딩 스테이션 (12) 으로부터의 정보에만 의존하여 결정될 수 없다. 더욱이, 공급재료 부분들의 형상, 사이즈, 및 애스펙트 비 (aspect ratio) 는 시간에 걸쳐 현저하게 변화될 수 있다.

공급재료 특성화 스테이션 (18) 은 컨베이어 (14) 의 종 방향 (longitudinal direction) 에서의 공급재료의 매스의 분포 및 진행 거리를 광학적으로 결정할 목적을 위해 기능한다. 공급재료 특성화 스테이션 (18) 은 로딩 스테이션 (12) 과 전기 아크 용광로 (16) 사이에 위치하고, 바람직하게는 컨베이어 (14) 의 횡방향 폭의 1 배와 3 배 사이에 포함되는 컨베이어 (14) 로부터의 거리에서, 컨베이어 (14) 위에서 고정된 디지털 카메라 (24) 및 레이저 스캐너 (26) 를 메인 컴포넌트들로서 갖는다. 2m 의 횡방향 폭을 갖는 컨베이어 (14) 에 대해, 카메라 (24) 및 레이저 스캐너 (26) 는, 예컨대, 컨베이어 (14) 위 2m 와 6m 사이에서 고정될 수도 있다.

디지털 카메라 (24) 는 공급재료 특성화 스테이션 (18) 을 지나는 공급재료의 디지털 이미지들을 바람직하게는 1Hz 내지 30Hz 의 범위에 포함되는 프레임 레이트로 찍는다. 카메라 (24) 의 시야 (28) 는 컨베이어 (14) 의 전체 폭 및 그것의 종 방향에서의 컨베이어 (14) 의 섹션을 커버한다. 일 예로서, 카메라 (24) 에 의해 커버되는 구역은 2 미터 곱하기 2 미터의 컨베이어 (14) 사이즈일 수 있을 것이다. 공급재료 특성화 스테이션 (18) 은, 예를 들어, 카메라 (24) 의 시야 (28) 를 조명하기 위한, 예를 들어 LED 들을 포함하는, 조명 모듈 (30) 을 더 포함한다.

카메라 (24) 의 타입에 관한 요건들로는, 그것이 바람직하게는, 그것이 노출되는 환경적 조건들을 견디도록 구성된 러기드 카메라 (rugged camera) 라는 점을 제외하고는, 특정 요건들이 존재하지 않는다.

카메라 (24) 에 의해 취해진 이미지들은 공급재료의 진행 속도, 공급재료의 파티클 사이즈 분포 및 유효 밀도를 추출하기 위해 처리된다.

진행 속도의 추출은 소위 '이미지 등록 (image registration)' 기법에 기초한다. 2 개의 이미지들 (32-34) 은 카메라 (24) 에 의해 전달되는 이미지 시퀀스에서 선택된다. 이미지들 (32-34) 은 직접적으로 연속적인 이미지들일 수 있지만, 그것은, 특히 카메라 (24) 가 고 프레임 레이트를 가지는 경우에, 반드시 선호되는 것은 아니다. 이들 이미지들 (32-34) 사이의 시간 간격 δt 는, 공급재료의 적어도 부분이, 비록 상이한 위치들에 있지만, 양 이미지들 (32-34) 에 존재하도록, 충분히 작게 선택된다. 이미지들 (32) 중 하나에서, 공급재료의 부분을 포함하는 소위 '템플릿 (template)' (36) (서브-이미지, 또는 관심 구역) 이 선택되고, 프로세서 (20) 는 제 2 이미지 (34) 에서 공급재료의 동일 부분 (38) 을 발견하기 위해 시도한다. 제 2 이미지 (34) 에서, 공급재료의 그 부분은 제 1 이미지 (32) 에 대해 소정 거리 (40) 만큼 이동하였다. 제 2 이미지 (34) 에서 그 공급재료 부분을 식별하는 것은 템플릿 (36) 을 제 2 이미지와 2-D 상호-상관시킴으로써 수행된다. 식별은 상호-상관 함수가 그것의 최대치에 도달하는 영역에서 달성된 것으로 간주된다. 제 2 이미지 (38) 에서의 그 영역과 템플릿 (36) 사이의, 픽셀들에서의, 거리는 시간 간격 δt 에서의 공급재료의 진행 거리 (40) 에 대응한다. 픽셀들에서의 진행 거리 (40) 로부터 (예컨대, 미터법 단위들에서의) 실제 진행 거리 (40) 로의 변환은 카메라 (24) 의 사전에 이루어진 교정 (calibration) 에 기초하여 수행된다. 진행 거리 (40) 를 2 개의 화상들 (32-34) 사이의 시간 간격에 의해 나눔으로써, 병진운동 속도가 획득된다.

프로세서 (20) 는 바람직하게는 진행 속도를 전부 자동적으로 추출하도록 구성된다. 알고리즘은, 특히 공급재료의 고도로 다양한 양태들: 타입 (스크랩 또는 DRI), 사이즈, 형상, 컬러 (깨끗한 내지 완전히 산화된) 를 다루기 위해, 몇몇 이미지 전-처리 (pre-processing) 를 포함할 수도 있다.

제 1 전-처리 단계는 쓸모 없는 정보를 갖는 경계 영역들을 제거하기 위해 이미지들을 크로핑하는 것을 포함할 수도 있다.

카메라 (24) 가 컬러 이미지들을 취하는 경우에, 컬러 이미지들의 그레이스케일 이미지들로의 변환을 포함하는 전-처리 단계가 수행될 수도 있다. 이 단계는 이미지에 존재하는 정보의 양을 감소시키지 않거나 적어도 현저하게 감소시키지 않지만, 상호-상관들의 계산적 비용들을 현저하게 감소시킨다.

이미지들의 고 콘트래스트는 최대의 상호-상관을 보다 확고하게 (robustly) 검출하기 위해 유용하다. 이러한 목적을 위해, 프로세서 (20) 는 이미지의 콘트래스트를 증가시키기 위한 적응적 히스토그램 평활화 (Histogram Equalisation) 루틴을 적용한다.

각각의 이미지에 대해, 공급재료 부분들의 입도분석 (파티클 사이즈 분포) 이 소위 '형태학적 이미지 오프닝 (morphological image opening)' 기법을 이용하여 획득될 수 있다. 이 기법은, 구조적 엘리먼트로 이루어진 마스크 ((픽셀들에서) 다양한 직경의, 또는 다른 형상의 오프닝 원판) 를 이미지 위에 통과시키고, 이 다양한 사이즈의 구조적 엘리먼트를 통과하는 촬상된 공급재료 피스들의 윤곽들에 관련된 픽셀들의 수를 카운팅하는 것에 대응한다. 이 기법은 또한 '광학적 시프팅 (optical sifting)' 으로서 지칭될 수 있다. 공급재료 입도분석에 관한 정보는 추적될 템플릿 (36) 의 사이즈 (및 가능하게는 형상) 를 동적으로 조정하기 위해 프로세서 (20) 에 의해 사용될 수도 있다. 통상적으로, 양호한 변위 검출을 위해 보다 큰 공급재료 피스들은 보다 작은 것들보다 더 큰 템플릿을 필요로 한다. 또한, 이 입도분석 데이터는, 무슨 타입, 또는 등급의 공급재료가 현재 컨베이어 상에서 운반되는지에 관한 보다 '객관적인 (objective)' 정보를 용광로 운영자 정보에 제공하기 위해 사용될 수 있다.

다른 광학적 입도분석 기법들이 사용될 수 있을 것이다. 그럼에도 불구하고, '이미지 오프닝' 기법은, 상호-상관이 바람직하게는 '형태학적 이미지 오프닝' 기법에 따라 획득된 필터링에 의해 획득된 이미지들에 대해 수행되기 때문에, 특히 잘 적합화된다. 그들 필터링된 이미지들은 소정 범위 내의 직경 (최대 확장) 을 갖는 피처들 (features) 만을 포함한다.

레이저 스캐너 (26) 는 공급재료의 운동에 대해 수직인 (횡단하는) 평면에서 공급재료를 스캐닝 (42) 하도록 구성되고 배열된다. 스캔 (42) 은 공급재료 특성화 스테이션 (18) 을 통과하는 위치된 공급재료의 서브-볼륨의 적어도 높이 프로파일 (44) 을 제공한다. 연속적으로 기록되는 높이 프로파일들 (44) 은 서브-볼륨의 공급재료 표면의 3-D 표현을 산출하기 위해 결합될 수도 있다. 공급재료 컨베이어 (14) 의 서브-볼륨의 이러한 3-D 표현의 일 예가 도 5 에서 제공된다. (장면의 개별 슬라이스들을 기록하는) 선형 레이저 스캐너 대신에, 공급재료 특성화 스테이션 (18) 은 대안적으로 3-D 레이저 스캐너 또는 3-D 비과 시간 카메라를 포함할 수 있을 것이다.

광학적으로 결정된 파티클 사이즈 분포에 기초하여, 프로세서 (20) 는 공급재료의 유효 밀도를 결정한다. 높이 프로파일들 (44) 과 결합하여 그 정보를 이용하여, 공급재료의 서브-볼륨들의 매스들이 계산될 수도 있다.

공급재료의 서브-볼륨의 매스의 결정은 공급재료의 서브-볼륨의 겉보기 볼륨 V_app 및 그것의 유효 밀도 ρ_eff 의 지식을 필요로 한다. 일반적으로, 겉보기 볼륨, 유효 밀도, 벌크 볼륨 V 및 벌크 밀도 ρ 사이의 관계는 ρV = ρ_effV_app 로서 쓰여질 수 있다. 겉보기 볼륨 V_app 은 레이저 스캐너 (26) 에 의해 측정된 적어도 하나의 높이 프로파일 (44) 을 통해 알려진다. 명확성을 위해, 공급재료의 양 부분들의 겉보기 볼륨 V_app 이 대략적으로 동일하면서 공급재료의 파티클 사이즈들의 분포가 높은, 각각 낮은, 평균의 파티클 사이즈를 갖는 2 개의 예들이 도 3 및 도 4 에 도시된다. 프로세서 (20) 는, 유효 공급재료 밀도들이 공급재료 파티클 사이즈 분포들에 상관되는 룩-업 테이블을 이용하여 공급재료의 서브-볼륨의 유효 밀도 ρ_eff 를 결정한다. 마지막 단계에서, 공급재료의 서브-볼륨의 매스를 결정하기 위해, 프로세서 (20) 는 유효 밀도 ρ_eff 를 겉보기 볼륨 V_app 에 의해 곱한다.

특정 실시형태가 상세하게 본 명세서에서 설명되었지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 그들 상세들에 대한 다양한 변형들 및 대안들이 본 개시의 전체 교시들에 비추어 개발될 수 있을 것이라는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 배열들은 오직 예시적인 것으로 의미되고, 첨부된 청구항들 및 그것의 임의의 모든 균등물들의 전체 범위에 주어지는 본 발명의 범위로서 제한하지 않는다.

Claims

제 1 시간 간격 Δt 동안 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 컨베이어의 특정 구역에서 상기 공급재료의 디지털 이미지들을 취하는 단계로서, 2 개의 연속적인 이미지들은 제 2 시간 간격 δt≤Δt 에 의해 분리되는, 상기 공급재료의 디지털 이미지들을 취하는 단계;
상기 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해:
상기 제 2 시간 간격 δt 와 연관된 상기 2 개의 연속적인 이미지들의 수치적 처리에 의해 상기 컨베이어의 상기 특정 구역에서 상기 제 2 시간 간격 δt 동안 공급재료의 서브-볼륨의 진행 거리를 계산하는 단계;
상기 공급재료의 서브-볼륨의 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일을 결정하는 단계;
상기 공급재료의 서브-볼륨에 대해 유효 공급재료 밀도를 결정하는 단계; 및
상기 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해 계산되거나 결정된, 상기 진행 거리, 상기 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일들 및 상기 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 상기 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 컨베이어에 의해 상기 용광로 내로 방출되는 상기 공급재료의 매스를 계산하는 단계를 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 컨베이어에 의해 방출되는 상기 공급재료의 매스를 계산하는 단계는:
각각의 제 2 시간 간격 δt 에 대해, 결정된 상기 진행 거리, 상기 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 및 상기 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 상기 공급재료의 서브-볼륨의 매스를 계산하는 단계; 및
상기 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 용광로에 도달하는 상기 공급재료의 서브-볼륨들의 매스들을 합산하는 단계를 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공급재료의 파티클 사이즈 분포를 결정하기 위해 상기 컨베이어의 상기 특정 구역에서의 상기 공급재료의 취해진 디지털 이미지의 수치적 분석을 더 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 서브-볼륨에서의 상기 유효 공급재료 밀도는 상기 공급재료의 상기 파티클 사이즈 분포에 기초하여 결정되는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 서브-볼륨에서의 상기 유효 공급재료 밀도는, 상기 공급재료의 상기 파티클 사이즈 분포에 기초하여 그리고 유효 공급재료 밀도들이 공급재료 파티클 사이즈 분포들에 상관되는 룩-업 테이블을 이용하여 결정되는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 시간 간격들 δt 의 지속기간은 상기 공급재료의 상기 파티클 사이즈 분포에 기초하여 동적으로 조정되는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지들은 컬러 이미지들이고, 상기 진행 거리를 계산하기 위한 상기 수치적 처리는 상기 컬러 이미지들을 그레이스케일 이미지들로 변환하는 것을 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진행 거리를 계산하기 위한 상기 수치적 처리는:
2 개의 연속적인 이미지들 중 하나의 이미지에서 공급재료의 부분을 선택하는 것; 및
상기 2 개의 연속적인 이미지들 중 다른 하나의 이미지에서 공급재료의 대응하는 상기 부분을 식별하는 것을 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 2 개의 연속적인 이미지들 중 하나의 이미지에서 공급재료의 부분을 선택하는 것은,
상기 이미지에서 상기 공급재료의 파티클 사이즈 분포를 결정하는 것; 및
상기 파티클 사이즈 분포에 기초하여 공급재료의 상기 부분을 선택하는 것을 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨베이어 상의 상기 공급재료의 서브-볼륨의 진행 속도가 계산되는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컨베이어는 진동 타입의 것인, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
진행 거리 및/또는 진행 속도의 계산에서 현재 고려되고 있는 상기 공급재료와 카메라 사이의 거리에 기초하여 상기 공급재료의 상기 진행 거리 및/또는 상기 진행 속도를 스케일링하는 단계를 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 스케일링은 상기 횡방향 높이 프로파일들에 의존하여 동적으로 수행되는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하는 방법.
제 1 시간 간격 Δt 동안 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
상기 컨베이어의 특정 구역에서 상기 공급재료의 연속적인 이미지들을 취할 수 있는 적어도 하나의 카메라로서, 2 개의 연속적인 이미지들은 제 2 시간 간격 δt≤Δt 에 의해 분리되는, 상기 적어도 하나의 카메라;
상기 특정 구역에서 공급재료의 서브-볼륨의 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일을 결정하기 위한 적어도 하나의 레이저 스캐너 또는 레인지 카메라;
데이터 프로세싱 시스템으로서,
각각의 제 2 시간 간격 δt 에 대해, 상기 제 2 시간 간격 δt 와 연관된 상기 2 개의 연속적인 이미지들의 수치적 처리에 의해 상기 제 2 시간 간격 δt 동안 공급재료의 각각의 서브-볼륨의 진행 거리를 계산하는 것; 및
상기 제 2 시간 간격들 δt 의 각각에 대해 계산되거나 결정되거나 또는 정해진, 상기 진행 거리, 상기 적어도 하나의 횡방향 높이 프로파일 및 유효 공급재료 밀도에 기초하여, 상기 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 컨베이어에 의해 상기 용광로 내로 방출되는 상기 공급재료의 매스를 계산하는 것
을 위해 설계된, 상기 데이터 프로세싱 시스템을 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하기 위한 시스템.
제 14 항에 있어서,
신호 대 잡음 비를 감소시키고 상기 이미지들의 콘트래스트를 향상시키기 위해, 상기 적어도 하나의 카메라의 시야를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 모듈을 포함하는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하기 위한 시스템.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 카메라는, 상기 컨베이어 위에, 상기 컨베이어의 횡방향 폭의 1 배와 3 배 사이에 포함되는 거리에서 배치되는, 컨베이어에 의해 야금 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 결정하기 위한 시스템.
야금 용광로를 동작시키는 방법으로서, 컨베이어에 의해 공급재료가 상기 야금 용광로 내로 방출되고, 상기 방법은:
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스를 예측하는 단계;
상기 제 1 시간 간격 Δt 동안 상기 용광로에 방출되는 상기 공급재료의 매스에 기초하여 상기 용광로의 동작 파라미터들을 수정하는 단계; 및/또는
상기 용광로의 목표 동작 파라미터들에 기초하여 상기 용광로 내로 방출되는 공급재료의 매스 플로우를 수정하는 단계를 포함하는, 야금 용광로를 동작시키는 방법.