KR101314288B1

KR101314288B1 - 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치

Info

Publication number: KR101314288B1
Application number: KR1020110033240A
Authority: KR
Inventors: 김응욱; 김언주
Original assignee: 김언주; 김응욱
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2013-10-02
Also published as: KR20120115750A; JP2014510825A; WO2012141461A3; WO2012141461A2

Abstract

본 발명은 레벨 센서를 탄화실 내로 삽입하지 않고 코크스로 탄화실 내의 석탄 또는 코크스 레벨을 측정할 수 있는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치를 제공한다. 이러한 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 탄화실 외부에 설치되며 레이저빔을 이용하여 거리를 측정하는 센싱부, 센싱부에서 나오고 센싱부로 들어가는 빛의 왕복 경로를 제공하는 광채널부, 광채널부의 일단에 배치되며 센싱부로부터 광채널부를 통해 탄화실로 들어오는 빛을 석탄 또는 코크스 측으로 반사시키고 석탄 또는 코크스 측에서 오는 빛을 센싱부로 반사시키는 광반사부, 및 광채널부가 탑재되고 탄화실의 길이 방향으로 움직이며 광반사부를 이동시키는 빔부를 포함한다.

Description

코크스로 탄화실용 레벨측정 장치{LEVELING APPARATUS FOR A COKING CHAMBER OF COKE OVEN}

본 발명은 레벨 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레벨 센서를 탄화실 내로 삽입하지 않고 코크스로 탄화실 내의 석탄 레벨 및 코크스 레벨을 측정할 수 있는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치에 관한 것이다.

코크스(Coke)는 강을 만드는 과정에서 철광석을 용융시키고 환원시키는데 사용되는 고체 탄소 원료 및 탄소원이다. 이러한 코크스는 도 1에 도시한 바와 같이 코크스로(Coke oven, 1)에 공급된 석탄(6)을 대기 조건과 비슷하게 제어되는 조건 하에서 약 24~48시간 동안 밀봉하고 약 1200~1300℃ 정도의 고온으로 가열시켜 제조된다.

이러한 코크스로(1)는 코크스의 효율적인 생산을 위하여 통상 좁은 축 형상의 내부 공간을 갖는 복수의 탄화실(2)을 구비한다. 코크스로 탄화실(Coking chamber of coke oven)은 통상 도 2에 도시한 바와 같이 대략 평행하게 배치되는 벽들 사이에 그 높이와 길이에 비해 그 폭이 상당히 좁은 내부 공간을 구비하도록 설치된다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 코크스로 탄화실의 내부 공간은 높이(H) 약 6780㎜, 길이(L) 약 15480㎜, 폭(W) 약 430㎜를 구비한다.

탄화실(2)에 투입된 석탄(6)은 소위 레벨러(Leveler, 8)와 같은 레벨링 장치에 의해 그 상단부가 평탄화된다. 이러한 석탄의 평탄 작업은 석탄 투입량을 정확히 파악하고 코크스 작업을 최적화하기 위한 것이다. 여기에서, 레벨링(Leveling)은 코크스로 탄화실(2)로 투입된 석탄(6)의 높이를 평탄하게 하는 것이나 석탄의 레벨 또는 높이를 측정하는 것을 나타낸다. 탄화실에서 생성된 코크스는 해머 모양의 램(Ram, 도 3의 참조부호 9 참조)과 같은 장치에 의해 탄화실(2) 외부로 압출된다.

코크스의 압출 작업 전에는 통상 코크스의 레벨을 측정하여 석탄의 수축률을 파악할 수 있는데, 그러한 경우 측정된 코크스 레벨을 탄화실의 투입석탄량의 레벨과 비교함으로써 이후 코크스 공정에서의 투입석탄량을 적절히 조정하는 것이 가능하다.

한편, 기존 대부분의 레벨 측정 장치는 코크스 생산 공정의 전후에 있어서 탄화실의 석탄 레벨이나 코크스 레벨을 측정하기 위하여 레벨 센서를 탄화실 내로 삽입하도록 구성된다. 하지만, 전자 회로나 레이저 센서와 같이 열에 취약한 구성부를 가진 레벨 센서를 탄화실 내로 삽입하는 경우, 레벨 센서가 탄화실 내의 고온고열로 인하여 손상되기 쉽다. 이를 방지하기 위하여, 기존의 레벨 측정 장치에서는 고온고열 분위기의 탄화실 내로 레벨 센서를 투입하기 위하여 레벨 센서에 단열 수단이나 냉각 수단 등을 설치해야 하기 때문에 그 구조가 복잡하고 많은 비용이 요구되는 단점이 있다.

본 발명은 레벨 센서를 탄화실 내로 삽입하지 않고 코크스로 탄화실 내의 석탄 레벨 및 코크스 레벨을 정확하게 측정할 수 있는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치를 제공하는 데에 주된 목적이 있다.

본 발명은 기존의 사다리 형태의 레벨러를 이용하여 간단히 구축할 수 있는 저비용의 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 코크스로 탄화실 내의 석탄 및 코크스의 레벨을 측정하는 장치로서, 탄화실 외부에 설치되며 레이저빔을 이용하여 거리를 측정하는 센싱부; 센싱부에서 나오고 센싱부로 들어가는 빛의 왕복 경로를 제공하는 광채널부; 광채널부의 일단에 배치되며 센싱부로부터 광채널부를 통해 탄화실로 들어오는 빛을 석탄 또는 코크스 측으로 반사시키고 석탄 또는 코크스 측에서 오는 빛을 센싱부로 반사시키는 광반사부; 및 광채널부가 탑재되고 탄화실의 길이 방향으로 움직이며 광반사부를 이동시키는 빔부를 포함한다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 빔부의 이동 거리를 측정하는 보조센싱부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 센싱부 및 보조센싱부로부터 받은 센싱값에 기초하여 석탄 또는 코크스의 레벨을 산출하는 제어부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 광채널부를 통해 광반사부 측으로 퍼지가스 또는 냉각가스를 공급하는 가스공급부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 광반사부에 반사되는 가스를 회수하는 가스방출부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 광채널부의 중간부에 설치되며 광채널부의 중간부를 소정 각도로 절곡하는 관절부; 및 관절부 내부에서 광채널부를 통해 센싱부 측에서 오는 빛을 광반사부 측으로 반사하고 광반사부 측에서 오는 빛을 센싱부 측으로 반사하도록 설치되는 보조광반사부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 센싱부 및 빔부를 탄화실의 높이 방향으로 승강시키는 승강구동부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치는 광채널부에 결합하며 광반사부와 탄화실 내의 석탄 사이에 위치하는 홀 또는 아울렛을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하는 셔터부를 더 포함한다.

일 실시예에서, 빔부는 사다리 형태의 레벨러바(Leveler bar)를 포함한다.

일 실시예에서, 광채널부는 레벨러바의 측면이나 상단면 중앙부 또는 가장자리 부분에서 레벨러바의 길이 방향으로 연장하도록 설치된다.

본 발명에 의하면, 코크스로 탄화실 내부의 고온고열 분위기 속으로 레이저 거리 측정 센서와 같은 레벨 센서를 투입할 필요가 없으므로 센서의 수명을 안정적으로 유지하고, 센서의 수명 내에서 레벨 측정에 대한 신뢰성을 보장할 수 있다.

게다가, 기존의 레벨러와 같은 평탄화 장치를 이용하여 저비용으로 레벨 측정 장치를 구축할 수 있고, 장치의 신뢰성과 수명 보장이 용이하므로 유지관리가 편리한 이점이 있다.

또한, 탄화실 외부의 레벨 센서와 탄화실 내부의 반사부 구조를 이용함으로써, 탄화실 외부에서 탄화실 내에 투입된 석탄의 봉우리 또는 골짜기 높이를 효과적으로 파악할 수 있고, 그것에 의해 탄화실로 투입되는 석탄의 품질 변화에 따라 발생하는 투입석탄량을 효과적으로 파악하고 결정할 수 있다.

또한, 투입석탄량을 정확하게 판단함으로써 레벨러의 올바른 평탄작업 시작시간을 용이하게 결정할 수 있고, 그것에 의해 석탄 평탄작업을 자동화하거나 그 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 탄화실 내의 가스웨이를 정확한 시간에 정확하게 확보할 수 있으므로, 석탄 평탄 불량에 의한 가스웨이 협소로 인하여 발생가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 고온 고열의 탄화실 내부로 레벨 센서를 삽입하지 않으면서 탄화실에서 생성된 코크스의 레벨을 효과적으로 측정할 수 있고, 그것에 의해 코크스 케이크의 부피를 산출함으로써 이후의 석탄 장입량을 정확하게 조정할 수 있다.그리고, 정확하게 조정되는 석탄 장입량에 의해 탄화실 상부 공간을 적절하게 확보하여 코크스 품질 및 탄화실 상부 온도의 불균일 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 코크스로의 일례를 설명하기 위한 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 2는 도 1의 코크스로의 탄화실의 일례를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치(이하, 간단히 "레벨측정 장치"라고 함)의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3의 레벨측정 장치의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레벨측정 장치의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 도 5의 레벨측정 장치의 변형예를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레벨측정 장치의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 도 7의 레벨측정 장치에 채용가능한 광채널부 및 보조광반사부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 레벨측정 장치에 채용가능한 레벨러의 일례에 대한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 레벨측정 장치에 채용가능한 레벨러의 또 다른 일례에 대한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 레벨측정 장치를 이용하여 코크스 레벨을 측정하는 공정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치의 개략적인 구성도이다. 도 4는 도 3의 레벨측정 장치의 개략적인 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 레벨측정 장치(10)는 센싱부(12), 광채널부(14), 광반사부(16), 및 빔부(18)를 구비한다. 또한, 레벨측정 장치(10)는 보조센싱부(20)를 구비할 수 있다. 또한, 레벨측정 장치(10)는 센싱부(12)와 전기적으로 연결되는 제어부(22)를 구비할 수 있다. 또한, 레벨측정 장치(10)는 적어도 하나의 제1 승강구동부(24)와 제2 승강구동부(26)를 구비할 수 있다.

레벨측정 장치(10)는 드롭슬리브(도 1의 참조부호 4 참조)를 통해 코크스로의 각 탄화실로 투입된 석탄(6)이 레벨러(8)에 의해 평탄화된 다음, 탄화실 내의 석탄(6)의 레벨을 측정한다. 이때, 레벨측정 장치(10)의 센싱부(12)는 탄화실 내부로 삽입되지 않으며 탄화실 외부에서 탄화실로 투입된 석탄의 레벨을 측정한다.

예를 들면, 탄화실내 석탄에 대한 센싱부(12)의 거리값은 L1과 h의 합이 되고, 보조센싱부(20)에 기초한 오프셋(Offset) 값은 L1에서 L2를 뺀 값이 된다. 따라서, 탄화실 내의 석탄(6)의 레벨(h)는 탄화실내 석탄에 대한 센싱부(12)의 측정값에서 보조센싱부(20)의 측정값을 빼고 여기에 오프셋(offset)값을 빼면 구할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 보조센싱부(20)는 빔부(18)의 이동 거리를 파악하기 위한 수단으로써 빔부(18)의 위치를 보조센싱부(20)의 측정값(L2)에 의해 구할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 빔부(18)는 광채널부(14) 및 광반사부(16)를 지지하기 위한 수단으로서 탄화실의 길이 방향으로 연장 가능하도록 설치되므로, 광채널부(14) 및 광반사부(16)와 함께 탄화실의 길이 방향으로 연장되게 된다. 따라서, 오프셋(offset)값은 일정한 값으로서 미리 알 수 있는 값이다. 이를 수식으로 표현하면 다음의 수학식 A와 같다.
[수학식 A]
h=센싱부(12)의 측정값-보조센싱부(20)의 측정값-오프셋(offset)값
이를 풀어서 쓰면 다음의 수학식 1과 같다.

이러한 원리에 의하여 탄화실 내의 석탄(6)의 레벨(h)를 구할 수 있게 된다.

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전술한 코크스로의 탄화실(2)은 그 길이 방향에서 볼 때 축 모양의 내부 공간이 형성되도록 그 길이나 높이에 비해 상대적으로 매우 좁은 폭을 갖고 설치되는 한 쌍의 내벽들(3a, 3b)을 구비하고, 광채널부(14)와 광반사부(16)를 탑재한 빔부(18)는 내벽(3a, 3b)을 따라 탄화실의 내부를 그 길이 방향(D)으로 왕복 운동한다.

이와 같이, 레벨측정 장치(10)는 실질적으로 탄화실 외부에서 탄화실 내부의 석탄 레벨을 측정할 수 있다.

본 실시예에 따른 레벨측정 장치의 각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

센싱부(12)는 레이저빔을 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 수단 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 구성부이다. 센싱부(12)는 예를 들어 광반사부(16)를 향해 빛을 방출하는 발광기(Transmitter)와, 석탄으로부터 광반사부(16)를 통해 반사되어 되돌아오는 빛을 감지하는 광검출기(Detector), 및 빛의 방출로부터 감지까지의 시간 계산을 위한 계수기(Counter) 등으로 구성될 수 있다. 이러한 센싱부(12)는 소위 레이저 거리 측정 센서로 언급될 수 있다.

광채널부(14)는 센싱부(12)에서 방출된 빛이 광반사부(16)로 원활히 전달되고 광반사부(16)에서 반사되어 되돌아오는 빛이 센싱부(12)에 원활히 도달하도록 빛 진행 경로를 보호하는 수단 또는 이에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 지칭한다. 광채널부(14)는 금속성 파이프, 내열성 유리관, 내열성 복합재료 등으로 구현가능하다.

광반사부(16)는 광채널부(14)를 통해 오는 빛을 탄화실 내의 석탄(6) 측으로 반사하고, 석탄(6)에서 반사되는 빛을 센싱부(12) 측으로 다시 반사하기 위한 수단 또는 이에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 포함한다. 광반사부(16)는 광채널부(14)의 일단에 밀착되거나 광채널부(14)의 일단부 내측에 삽입 설치될 수 있다. 광반사부(16)는 예를 들어 미러(Mirror)나 미러에 상응하는 기능을 수행하는 표면 또는 계면을 가진 재료로 구현될 수 있다. 표면 또는 계면은 내열성 재료상에 소정의 내열 코팅층으로 형성될 수 있고, 100% 반사율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

빔부(18)는 광채널부(14) 및 광반사부(16)를 지지하기 위한 수단 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 기구나 장치를 지칭한다. 빔부(18)는 탄화실의 길이 방향으로 탄화실의 길이만큼 연장가능하도록 설치된다. 이러한 빔부(18)는 일정 이상의 강도를 갖는 부재로 구현될 수 있으며, 이러한 부재로는 철재 빔 등이 이용될 수 있다. 또한, 빔부(18)는 탄화실 내부에 투입되는 석탄의 높이에 따라 그 높이를 조정할 수 있도록 설치될 수 있다.

보조센싱부(20)는 빔부(18)의 특정 지점의 위치를 감지함으로써 적어도 탄화실의 길이 방향으로 이동하는 빔부(18)의 이동 거리를 파악하기 위한 수단 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 지칭한다. 보조센싱부(20)는 빔부의 특정 지점에 위치하는 기준반사부(19)와 이 기준반사부(19)에 대한 거리를 측정하는 레이저 거리 측정 센서로 구현될 수 있다. 기준반사부(19)는 미러 등으로 구현될 수 있다.

제어부(22)는 기본적으로 센싱부(12) 및 보조센싱부(20)에 전기적으로 연결되어 센싱부(12)의 측정값 또는 출력값에 상응하는 석탄 레벨을 디스플레이 장치 등으로 출력할 수 있다. 또한, 제어부(22)는 측정된 복수의 석탄 레벨들에 기초하여 석탄 레벨 프로파일을 생성할 수 있고, 그것에 기초하여 각 탄화실에 투입된 석탄량이나 부피를 산출할 수 있다. 이러한 제어부(22)는 컴퓨터 기반의 장치를 포함할 수 있다.

제1 승강구동부(24)는 빔부(18)를 탄화실의 높이 방향으로 승강하는 수단 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 지칭한다. 제2 승강구동부(26)는 센싱부(12) 및 보조센싱부(20)를 탄화실의 높이 방향으로 승강시키는 수단 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 구성부를 지칭한다. 제1 및 제2 승강구동부(24, 26)는 유압 장치나 엘리베이터 장치 등으로 하나 이상의 장치로 구현가능하다. 도 3에서는 도시의 편의상 제1 및 제2 승강구동부(24, 26)가 생략되어 있다.

전술한 구성에 의하면, 탄화실 외부에 설치된 센싱부(12)에서 방출한 빛은 광채널부(14)를 경유하여 광반사부(16)에서 반사된 후 탄화실내의 석탄 상부에 조사되고, 석탄 상부에서 반사되는 일부 빛은 광반사부(16)에서 반사된 후 다시 광채널부(14)를 경유하여 센싱부(12)에 도달한다. 여기에서, 센싱부(12)는 석탄에서 반사되어 되돌아온 빛을 감지하게 되고, 그것에 의해 빛의 왕복 시간을 계산하고 현재의 레벨측정 장치의 높이를 감안하여 석탄의 레벨을 산출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레벨측정 장치의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5를 참조하면, 레벨측정 장치(10a)는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 레벨측정 장치(10)에 더하여 가스공급부(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

가스공급부(30)는 예를 들어 퍼지가스 또는 공기를 저장하는 가스탱크 및/또는 가스압축기를 구비하고, 광채널부(14)의 인렛(Inlet, 32)과 가스탱크 사이에 연결되는 소정의 배관을 통해 공기를 공급한다. 여기에서, 인렛(32)은 공기 흐름 방향(D1)이 센싱부(12) 측에서 광반사부(16) 측으로 향하도록 광채널부(14)에 소정 경사각을 갖고 결합될 수 있다.

가스공급부(30)에 의해 광채널부(14) 내로 공급된 공기는 광채널부(14) 내부를 유동한 후 광반사부(16)에서 반사되어 아울렛(outlet, 34)으로 배출될 수 있다. 아울렛(34)은 빔부(18)를 관통하는 홀 형태나 빔부(18)의 측면에서 하부측을 향하여 개구부 형태로 설치될 수 있다.

또한, 가스공급부(30)는 공기 탱크와 공기 인렛(32) 사이의 공기 유동 경로 상에서 공기를 냉각하는 냉각 수단, 공기 중의 불순물을 제거하는 공기 필터, 또는 공기 공급량을 조절하기 위한 밸브 또는 유량조절장치(MFC, Mass flow controler) 등을 구비할 수 있다. 여기에서, 공기는 퍼지가스 등의 적절한 가스로 대체될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 탄화실 내의 고온고열 분위기에 직접 노출되는 광반사부(16)를 냉각시켜 광반사부(16)의 열화 또는 손상을 방지하고, 탄화실 내에서 비산하여 아울렛(34)으로 유입되는 석탄 가루나 오염 물질이 광반사부(16)의 표면을 덮거나 광채널부(14)를 막는 것을 차단하여 석탄 레벨 측정에 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 도 5의 레벨측정 장치의 변형예를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 레벨측정 장치(10b)는 도 5를 참조하여 설명한 레벨측정 장치(10a)에 더하여 가스방출부(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

가스방출부(40)는 예를 들어 배기 펌프(42)와 배관(44)를 구비하고, 광반사부(16) 부근과 배기 펌프(42)를 연결하는 배관(44)을 통해 광반사부(16)에 반사되는 냉각공기를 배기 펌프(42)로 탄화실 외부로 방출한다. 배관(44)의 일단은 아울렛(34)에 유체소통 가능하게 연결되고 타단은 배기 펌프(42)에 연결된다. 배관(44)의 일단부(44a)는 빔부(18)에 의해 지지될 수 있다.

광반사부(16) 부근에서 광반사부(16)에서 반사된 냉각공기의 대부분의 흐름(D2)은 배기 펌프(42)에 의한 소정의 흡인력으로 인하여 광반사부(16)로부터 배관(44)을 향하여 형성된다. 여기에서, 광채널부(14) 내의 압력 등의 조건에 따라 광채널부(14)로부터 광반사부(16)를 경유하는 냉각공기의 흐름은 그 대부분이 배관(44)을 통해 외부로 방출되고 그 일부분이 아울렛(34)을 통해 탄화실 내로 방출될 수 있다.

이러한 배관(44)은 유연한 내열성 배관인 것이 바람직하며, 빔부(18)의 이동에 따라 배관(44)의 길이를 연장하거나 축소할 수 있는 호스 릴(Hose Reel, 46) 또는 이와 유사한 기능을 수행하는 장치에 결합될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 탄화실 내부로부터 아울렛(34)을 통해 광반사부(16)로 유입되는 석탄 가루나 기타 원하지 않는 물질을 중간에 낚아채서 탄화실 외부로 방출하면서 탄화실내 석탄(6)과 아울렛(34) 사이에 석탄 가루 등이 거의 존재하지 않도록 작용함으로써 석탄(6) 상부면에서 반사되는 소량의 빛이 효과적으로 광반사부(16)를 통해 다시 센싱부(12)로 되돌아올 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레벨측정 장치의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 개략도이다. 도 8은 도 7의 레벨측정 장치에 채용가능한 광채널부 및 보조광반사부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 레벨측정 장치(10c)는, 도 5 또는 도 6을 참조하여 설명한 레벨측정 장치에 있어서, 광채널부의 중간부에 설치되는 관절부(50), 및 관절부(50) 내부에 설치되는 보조광반사부(52)가 더 구비되는 것을 주된 기술적 특징으로 한다.

관절부(50)는 광채널부의 중간부를 소정 각도로 절곡하기 위한 수단이다. 예를 들면, 관절부(50)는 두 개로 분할된 제1 광채널부(14a)와 제2 광채널부(14b)를 연결하면서 제1 광채널부(14a)의 길이 방향의 연장선에 대하여 제2 광채널부(14b)가 적어도 어느 하나의 특정한 각도로 경사지도록 동작한다.

보조광반사부(52)는 광채널부가 절곡된 상태에서 센싱부(12)와 광반사부(16) 사이에 오고 가는 레이저빔을 반사하도록 설치된다. 광채널부 내에서 레이저빔의 반사를 위해 보조광반사부(52)는 관절부(50)가 절곡될 때 관절부(50)의 경사각의 절반만큼 경사지도록 설치된다.

또한, 본 실시예에 따른 레벨측정 장치(10c)는 제1 광채널부(14a) 및 제2 광채널부(14b)는 빔부(18)과 각 광채널부(14a, 14b) 사이의 길이를 신축성 있게 조절하면서 빔부(18) 상에 광채널부(14a, 14b)를 각각 지지하는 고정부(54a, 54b)를 구비할 수 있다. 적어도 하나의 제1 고정부(54a)는 빔부(18)와 제1 광채널부(14a)에 신축가능하게 결합하고, 적어도 하나의 제2 고정부(54b)는 빔부(18)와 제2 광채널부(14b)에 신축가능하게 결합한다. 이러한 제1 및 제2 고정부(54a, 54b)는 스프링 부재나 소형 유압 장치로 구현될 수 있다.

전술한 관절부(5)의 작동원리를 좀더 구체적으로 설명하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 탄화실 내부로 삽입되는 광채널부의 길이는 탄화실의 길이에 따라 다를 수 있지만 일반적인 코크스로 탄화실의 경우 약 15m에 달한다. 따라서, 광채널부는 빔부(18)의 무게나 그 자체의 무게 등에 의해 탄화실 내에서 길이 방향을 기준으로 약간 휘어질 수 있다. 예를 들면, 광반사부(16)가 위치하는 광채널부의 일단은 센싱부(12)에 인접한 광채널부의 타단을 기준으로 탄화실 하부측으로 약 1m 정도 아래에 위치할 수 있다. 그러한 경우, 센싱부(12)의 레이저빔은 센싱부(12)와 광반사부(16) 사이의 휘어진 광채널부를 제대로 통과할 수 없어 탄화실 내의 석탄이나 코크스 레벨을 측정할 수 없게 된다. 따라서, 본 실시예의 레벨측정 장치(10c)에서는 빔부(18)의 구부러짐에 상관없이 센싱부(12)와 광반사부(16) 사이에 광 진행 경로를 확보할 수 있도록 관절부(50)와 보조광반사부(52)를 구비한다.

일 실시예에서, 관절부(50)는 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 광채널부(14a)의 일단에 설치되며 힌지결합홀을 구비하는 힌지부(51a), 및 제1 광채널부(14a)의 일단과 마주하는 제2 광채널부(14b)의 타단에 설치되며 힌지결합홀에 삽입되는 힌지돌기(51b)를 구비한다. 관절부(50)는 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 제1 광채널부(14a)에 대하여 제2 광채널부(14b)가 경사질 때 그 경사각이 특정 각도(θ)에서 제한되도록 설치되는 것이 바람직하다.

관절부(50)의 경사각을 특정 각도(θ)로 제한하기 위하여, 제1 및 제2 광채널부들(14a, 14b)은 그 사이에 일정 간격을 두고 배치될 수 있고, 그 사이에는 신축성있는 내열성 소재(56)가 설치될 수 있다. 또한, 관절부(50)의 경사각을 제한하기 위하여, 제1 또는 제2 광채널부(14a, 14b) 외표면에 돌출되도록 설치되는 돌기 형태의 스토퍼(Stopper, 미도시) 등이 구비될 수 있다. 또한, 힌지부(51a)의 힌지결합홀과 힌지돌기(51b)의 구조를 그 상대적인 회전각이 제한되도록 설치함으로 관절부(50)의 경사각을 특정 각도(θ)로 제한하는 것도 가능하다.

여기에서, 특정 각도(θ)는 약 0.079068° 정도일 수 있다. 특정 각도(θ)는 제1 및 제2 광채널부(14a, 14b) 각각의 길이가 약 7500㎜이고, 광채널부 또는 빔부의 타단에 대한 일단의 최대 처짐 값이 약 1000㎜일 때의 값인 약 tan(0.0138)의 값으로부터 얻어진 것이다. 그러한 경우, 보조광반사부(52)는 tan(0.0138)의 절반에 해당하는 각도로 제1 광채널부(14a)에 대하여 제2 광채널부(14b)가 기울어지는 방향으로 경사짐으로써 센싱부(12)와 광반사부(16) 사이에서 레이저빔을 반사하여 레이저빔이 원활히 진행하도록 하는 기능을 수행한다.

전술한 보조광반사부(52)는 레이저빔을 반사하는 미러 또는 그에 상응하는 기능을 수행하는 수단으로 구현될 수 있으며, 제1 및/또는 제2 광채널부(14a, 14b) 내의 대응 부분에 설치되는 돌기나 톱니 구조 등에 의해 관절부(50)의 경사각의 절반으로 경사지도록 구현될 수 있다. 예컨대, 보조광반사부(52)를 경사지게 하는 돌기(미도시)는 보조광반사부(52)를 그 회전축에 대하여 회전시키는 타점에 대하여 관절부(50)의 경사각에 상응하는 이동 거리의 절반에 해당하는 간격을 두고 배치되도록 구현될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 상대적으로 긴 길이에 의해 빔부(18)가 처지는 경우에도, 빔부(18)에 탑재되는 광채널부의 중간부를 관절부(50)에 의해 특정 각도로 구부리고, 관절부(50) 내에 설치한 보조광반사부(52)를 통해 레이저빔의 경사진 왕복 경로를 중계함으로써 탄화실 외부에서 탄화실 내부의 석탄이나 코크스의 레벨을 용이하게 측정하도록 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 레벨측정 장치에 채용가능한 레벨러의 일례에 대한 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 레벨측정 장치(10d)에 있어서, 빔부(도 3의 참조부호 18 참조)는 코크스로 탄화실에 사용되던 기존의 사다리 형태의 레벨러바(18d)로 구현될 수 있다(도 1의 참조부호 8 참조). 용어 "레벨러바"는 탄화실의 평탄화 작업을 위한 기존의 레벨러에 있어서 적어도 탄화실 안으로 삽입되는 사다리 형태의 구성부와 이를 지지하기 위한 구성부를 포함하는 것을 지칭한다. 레벨러바(18d)는 길이 방향으로 대략 나란히 연장하는 한 쌍의 제1 플레이트(70)와 한 쌍의 제1 플레이트들(70) 사이를 다리 형태로 연결하는 복수의 제2 플레이트(72)로 구성될 수 있다. 그 경우, 광채널부(14d)는 레벨러바(18d)의 길이 방향을 따라 적어도 일측 측면의 외표면 상에 설치되도록 구현될 수 있다.

여기에서, 광반사부(미도시)는 광채널부(14d)의 일단부 내측에 설치되고, 그에 따라 가스공급부로부터 공급되고 광채널부(14d)를 통해 유동하는 냉각 공기는 광반사부를 거쳐 광반사부 하부측의 아울렛으로 방출될 수 있다. 또한, 아울렛에는 가스방출부의 배관(미도시)의 일단이 연결되어 냉각 가스의 배기를 위한 채널을 형성할 수 있다(도 6의 참조부호 40 참조). 센싱부는 도시의 편의상 생략되어 있다.

도 10은 본 발명의 레벨측정 장치에 채용가능한 레벨러의 또 다른 일례에 대한 사시도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 레벨측정 장치(10e)에 있어서, 빔부(도 3의 참조부호 18 참조)는 코크스로 탄화실에 사용되던 기존의 사다리 형태의 레벨러바(18e)로 구현될 수 있다(도 1의 참조부호 8 참조). 그 경우, 광채널부(14e)는 레벨러바(18e)의 길이 방향을 따라 레벨러바의 상부측 중앙에 설치되도록 구현될 수 있다. 물론, 상부측 중앙의 양측 가장자리에 두 개의 광채널부를 설치하는 것도 가능하다. 본 실시예의 레벨러바(18e)는 도 9의 레벨러바(18d)와 비교할 때 제1 플레이트(70)에 형성된 복수의 관통홀(80)에 의해 탄화실 내에서 가스 흐름을 원활하게 할 수 있도록 구성된다.

여기에서, 광반사부(미도시)는 광채널부(14e)의 일단부 하부측에 설치되며, 광반사부의 하부에는 아울렛(34)이 설치된다. 아울렛(34)은 레벨러바(18e)의 하부측의 석탄을 향해 노출된다. 가스공급부로부터 공급되고 광채널부(14d)를 통해 유동하는 냉각 공기는 광반사부를 거쳐 아울렛(34)으로 방출된다. 한편, 아울렛(34)에는 가스방출부의 배관(미도시)의 일단이 연결되어 냉각 가스 등의 배기를 위한 채널을 형성할 수 있다(도 6의 참조부호 40 참조).

전술한 실시예들에 의하면, 기존의 레벨러바를 이용하여 본 발명에 따른 레벨측정 장치를 간단히 구현할 수 있다. 또한, 기존의 레벨러바 및 레벨러를 이용하면, 레벨러의 석탄 평탄 작업을 완료한 다음 레벨러의 위치를 조금 상승시킨 후 탄화실로부터 레벨러를 후퇴시키면서 탄화실내 석탄의 레벨을 용이하게 측정할 수 있다. 아울러, 제어부에서 기측정된 복수의 석탄 레벨들에 기초하여 석탄 레벨 프로파일을 생성하고 그것에 의해 탄화실로의 투입석탄량을 용이하게 파악할 수 있다.

참고로, 기존의 레벨러는 등록특허 제10-0600329호의 코크스 오븐의 장입탄 레벨 평탄화 장치에 개시된 것을 인용한 것이다.

도 11은 본 발명의 레벨측정 장치를 이용하여 코크스 레벨을 측정하는 공정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 레벨측정 장치는 도 5에 도시한 레벨측정 장치의 변형예로서 추가적으로 아울렛(34)에 결합된 셔터부(36)를 더 포함하는 것을 주된 기술적 특징으로 한다.

셔터부(36)는 레벨측정 작업시 제어부(22)의 제어에 따라 닫힘 상태에서 개방 상태로 전환되도록 구현될 수 있다. 이러한 셔터부(36)를 이용하면, 레벨측정 작업시에만 아울렛(34)와 광채널부(14)가 개방되도록 동작함으로써 레벨링 작업시에 닫힘 상태를 유지하여 탄화실내의 석탄이 아울렛(34)이나 광채널부(14)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 레벨측정 장치는 석탄의 코킹 공정이 완료되고 다음의 코크스 공정이 시작되기 전에 탄화실 내로 삽입되어 코크스(7)의 레벨(h2)을 측정할 수 있다. 탄화실 내의 코크스 상단부의 다수 개소에서 측정한 복수의 코크스 레벨들을 이용하면, 제어부(22)에서 코크스 레벨 프로파일을 생성할 수 있고, 그것에 의해 코크스의 부피를 산출할 수 있다.

그 경우, 레벨측정 장치는 석탄의 레벨(h1) 또는 부피와 코크스의 레벨(h2) 또는 부피를 비교함으로써 원료 석탄의 물성, 또는 탄화실로 투입된 석탄의 장입 밀도, 또는 코크스로의 조업 조건 등에 따른 코크스의 품질을 파악할 수 있고, 그것에 의해 차후 생성되는 코크스 강도 또는 품질을 향상시키거나 유지할 수 있다.

이상에서, 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명은 첨부한 특허청구범위 및 도면 등의 전체적인 기재를 참조하여 해석되어야 할 것이며, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

코크스로 탄화실 내의 석탄 및 코크스의 레벨을 측정하는 장치로서,
상기 탄화실 외부에 설치되며 레이저빔을 이용하여 거리를 측정하는 센싱부;
상기 센싱부에서 나오고 상기 센싱부로 들어가는 빛의 왕복 경로를 제공하는 광채널부;
상기 광채널부의 일단에 배치되며 상기 센싱부로부터 상기 광채널부를 통해 상기 탄화실로 들어오는 빛을 상기 석탄 또는 상기 코크스 측으로 반사시키고 상기 석탄 또는 코크스 측에서 오는 빛을 상기 센싱부로 반사시키는 광반사부;
상기 광채널부가 탑재되고 상기 탄화실의 길이 방향으로 움직이며 상기 광반사부를 이동시키는 빔부;
상기 광채널부를 통해 상기 광반사부 측으로 퍼지가스 또는 냉각가스를 공급하는 가스공급부;
상기 광채널부의 중간부에 설치되며 상기 광채널부의 중간부를 소정 각도로 절곡하는 관절부; 및
상기 관절부 내부에서 상기 광채널부를 통해 상기 센싱부 측에서 오는 빛을 상기 광반사부 측으로 반사하고 상기 광반사부 측에서 오는 빛을 상기 센싱부 측으로 반사하도록 설치되는 보조광반사부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 빔부의 이동 거리를 측정하는 보조센싱부를 더 포함하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 센싱부 및 상기 보조센싱부로부터 받은 센싱값에 기초하여 상기 석탄 또는 상기 코크스의 레벨을 산출하는 제어부를 더 포함하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 광반사부에 반사되는 가스를 회수하는 가스방출부를 더 포함하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 센싱부 및 상기 빔부를 상기 탄화실의 높이 방향으로 승강시키는 승강구동부를 더 포함하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
코크스로 탄화실 내의 석탄 및 코크스의 레벨을 측정하는 장치로서,
상기 탄화실 외부에 설치되며 레이저빔을 이용하여 거리를 측정하는 센싱부;
상기 센싱부에서 나오고 상기 센싱부로 들어가는 빛의 왕복 경로를 제공하는 광채널부;
상기 광채널부의 일단에 배치되며 상기 센싱부로부터 상기 광채널부를 통해 상기 탄화실로 들어오는 빛을 상기 석탄 또는 상기 코크스 측으로 반사시키고 상기 석탄 또는 코크스 측에서 오는 빛을 상기 센싱부로 반사시키는 광반사부;
상기 광채널부가 탑재되고 상기 탄화실의 길이 방향으로 움직이며 상기 광반사부를 이동시키는 빔부; 및
상기 광채널부에 결합하며 상기 광반사부와 상기 석탄 사이에 위치하는 홀 또는 아울렛을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하는 셔터부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
코크스로 탄화실 내의 석탄 및 코크스의 레벨을 측정하는 장치로서,
상기 탄화실 외부에 설치되며 레이저빔을 이용하여 거리를 측정하는 센싱부;
상기 센싱부에서 나오고 상기 센싱부로 들어가는 빛의 왕복 경로를 제공하는 광채널부;
상기 광채널부의 일단에 배치되며 상기 센싱부로부터 상기 광채널부를 통해 상기 탄화실로 들어오는 빛을 상기 석탄 또는 상기 코크스 측으로 반사시키고 상기 석탄 또는 코크스 측에서 오는 빛을 상기 센싱부로 반사시키는 광반사부; 및
상기 광채널부가 탑재되고 상기 탄화실의 길이 방향으로 움직이며 상기 광반사부를 이동시키는 빔부
를 포함하고,
상기 빔부는 사다리 형태의 레벨러바(Leveler bar)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.
제9항에 있어서,
상기 광채널부는 상기 레벨러바의 측면이나 상단면 중앙부 또는 가장자리 부분에서 상기 레벨러바의 길이 방향으로 연장하도록 설치되는 코크스로 탄화실용 레벨측정 장치.