KR101480885B1 - 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 압출기에 장착되어 코크스 오븐 내의 장입탄 레벨을 효과적으로 평탄화할 수 있는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치에 관한 것으로, 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 압출기에 장착되고 코크스 오븐의 내부로 진입하여 전진 또는 후진하도록 설치되는 레벨러 바, 레벨러 바의 전단에 설치되는 한 개 이상의 스크류, 및 스크류를 회전시키는 액추에이터를 포함하며, 여기서 스크류는 레벨러 바의 전진 또는 후진 운동에 따라 이동하면서 코크스 오븐 내의 장입탄을 분산하여 장입탄 레벨의 평탄화를 수행한다.

Description

코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치{APPARATUS FOR FLATTING LEVEL OF COAL IN COKE OVEN}

본 발명은 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 코크스 압출기에 장착되어 코크스 오븐 내의 장입탄 레벨을 효과적으로 평탄화할 수 있는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 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 코크스 오븐(Coke oven, 30)에 석탄(6)을 저장한 후 대기 조건과 비슷하게 제어되는 분위기 하에서 약 24~48시간 동안 밀봉하고 약 1200~1300℃ 정도의 고온에서 가열시킴으로써 제조된다.

코크스 오븐(30)은 코크스의 효율적 생산을 위해 통상 양측의 높은 벽에 의해 형성된 좁은 통로 형상을 갖는 복수의 탄화실을 구비한다. 코크스 오븐의 탄화실(Coking chamber)은 대략 평행하게 배치되는 벽들 사이에 그 높이와 길이에 비해 그 폭이 상당히 좁은 내부 공간을 구비하도록 설치된다. 일례로, 코크스 오븐의 탄화실의 내부 공간은 높이(H) 약 6780㎜, 길이(L) 약 15480㎜, 및 폭(W) 약 392 ~ 486㎜를 구비한다.

장입탄(6)은 석탄장입장치(50)에서 탄화실의 길이 방향으로 설치된 복수의 장입구(31)를 통해 탄화실 내로 투입된다. 탄화실에 채워진 장입탄(6)의 상부 레벨은 장입구 직하부에 위치한 부분이 다른 부분에 비해 높은 레벨을 가지며, 이러한 장입탄 상부 레벨의 불균일은 탄화실 내에서 가스 흐름이 제대로 이루어지지 않는 문제를 발생시킨다. 따라서 대부분의 코크스 오븐에서는 소위 레벨러(Leveler, 10a)라고 불리는 레벨 평탄화 장치(Leveling Apparatus)에 의해 장입탄의 상단부를 평탄화하는 것이 일반적이다.

또한, 장입탄 상부 레벨 측정장치는 장입탄의 투입량 또는 장입탄의 적재 높이를 정확하게 파악함으로써 이후의 코크스 작업을 최적화하는데 이용될 수 있다. 일례로, 코크스의 품질 등을 확인하고 코크스 오븐에 적절한 석탄 투입량을 결정하기 위하여 통상 석탄의 수축률을 계산하는데, 그 경우 석탄 수축률은 코크스의 압출 작업 전에 측정한 코크스 레벨을 탄화실의 장입탄 레벨과 비교함으로써 파악될 수 있다. 탄화실에서 생성된 코크스는 해머 모양의 램(Ram, 10b)을 구비한 코크스 압출기(20)에 의해 탄화실 외부로 방출된다.

전술한 레벨 평탄화 장치의 일례가 대한민국 등록특허공보 제10-0600329호(2006.07.05)에 개시되어 있다('제1 종래기술').

제1 종래 기술의 레벨 평탄화 장치는, 서로 평행하고 길이 방향을 따라 연장하는 한 쌍의 수직 측벽과, 이 수직 측벽들 사이에 수직 측면의 몸체의 길이 방향을 따라 서로 일정 간격을 유지하면서 그 단면 하부가 평평하게 설치되어 코크스 오븐 내의 석탄을 다져주는 기능을 수행하는 콜 다짐부, 및 수직 측벽의 몸체 길이 방향을 따라 일정 간격으로 형성되는 복수의 중량 감소용 홀을 구비한다. 이러한 구성에 의해 레벨 평탄화 장치는, 레벨러 바의 끝단 처짐 현상으로 인해 끝단 파묻힘 현상을 방지하여 장입탄의 평탄화 작업을 용이하게 하는 것을 장점으로 한다.

그러나, 제1 종래 기술의 레벨 평탄화 장치는, 압출기에 장착되어 코크스 오븐 내부로 진입하는 레벨러 바를 전진하거나 후진하여 코크스 오븐 내의 장입탄을 평탄화하므로, 레벨러 바의 후진 시에 레벨러 바의 내측 공간에 위치하는 석탄이 탄화실 외부로 따라나오는 문제가 있고, 코크스 방출을 위해 레벨러 바의 출입구 측의 폭(예컨대, 392㎜)보다 코크스 방출구 측의 폭(예컨대, 486㎜)이 큰 사다리꼴 형태의 평면 구조를 갖는 탄화실로 인하여 일정한 폭(예컨대, 200㎜)을 가진 레벨러 바를 이용하여 탄화실 내 장입탄 레벨을 평탄화하는 데 많은 에너지가 소모되는 단점이 있다.

또한, 레벨 평탄화 장치의 다른 일례가 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0041450호(2004.05.17)에 개시되어 있다('제2 종래 기술').

제2 종래 기술의 레벨 평탄화 장치는, 압출기에 장착되어 코크스 오븐 내부로 진입한 후 전진 또는 후진하면서 코크스 오븐의 장입탄 레벨을 평탄화하도록 구성된 장치로서, 서로 평행한 한 쌍의 수직 측벽의 사이에 일정 간격을 갖도록 배치되고 그 상단이 수직 측벽에 회동 가능하도록 장착된 회동 플레이트와, 회동 플레이트의 양측에 각각 위치되는 플레이트 회전방향 조절바와, 플레이트 회전방향 조절바를 양측 단부에 고정시키며 중앙부가 수직 측벽에 회전 가능하도록 장착된 회전링크와, 회전링크가 일체로 거동하도록 그 회전링크를 서로 연결시키는 조절바 회전막대와, 조절바 회전막대를 이동시켜 회전링크를 회전 구동시키는 실린더로 구성된다.

전술한 구성에 의하면, 제2 종래 기술의 레벨 평탄화 장치는, 플레이트 회전방향 조절바에 의하여 그 회전 제한 방향이 설정되기 때문에 평상시에는 코크스 오븐의 장입탄을 전진 방향으로 밀어내는 레벨 평탄화 작업을 수행하고 비상시에는 장입탄을 후진 방향으로 끌어내 특정 장입구의 하부에만 장입탄이 과다한 높이로 쌓이는 것을 방지하는 장점을 가진다.

그러나, 제2 종래 기술의 레벨 평탄화 장치는, 전술한 제1 종래 기술의 경우와 유사하게, 레벨러 바를 전진/후진하여 코크스 오븐 내의 장입탄을 평탄화하므로 레벨러 바의 후진 시에 레벨러 바의 내측 공간에 위치하는 석탄이 탄화실 외부로 따라나오는 문제가 있고, 또한 레벨러 바의 길이 방향으로 왕복 운동하면서 탄화실 속으로 진행하여 장입탄을 평탄화하므로 산과 골짜기 형태의 프로파일을 갖는 장입탄을 평탄화하는데 상대적으로 긴 작업 시간이 소요되고 장입탄 레벨의 평탄화 작업에 맞은 에너지가 소모되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0600329호(2006.07.05) 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0041450호(2004.05.17)

본 발명은 전술한 종래 기술의 한계와 단점을 극복하기 위하여 도출된 것으로서, 전후 왕복 운동과 회전 운동을 조합하여 이용함으로써 코크스 오븐 탄화실 내의 장입탄 상부를 효과적으로 평탄화할 수 있는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 전후 왕복 운동과 회전 운동을 조합하여 이용함으로써 레벨러 바의 전후진 시 레벨러 바의 빈 공간에 있는 장입탄이 레벨러 바의 입구 측으로 흘러나오는 것을 방지할 수 있는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 압출기에 장착되고 코크스 오븐의 내부로 진입하여 전진 또는 후진하도록 설치되는 레벨러 바; 레벨러 바의 전단에 설치되는 한 개 이상의 스크류; 및 스크류를 회전시키는 액추에이터를 포함하며, 여기서 스크류는 레벨러 바의 전진 또는 후진 운동에 따라 이동하면서 코크스 오븐 내의 장입탄을 분산하여 장입탄 레벨의 평탄화를 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 스크류는 서로 나란히 배치되는 제1 스크류 및 제2 스크류를 구비하고, 여기서 제1 스크류 및 제2 스크류의 각 회전날개는 각 회전축에 대하여 일정 각도로 경사져 회전하도록 설치되고, 두 회전날개의 회전 각도는 두 회전축 사이의 교차점에서 레벨러 바의 전단 측으로 향하는 예각을 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 액추에이터는, 유압, 공압, 전기 중 적어도 어느 하나의 동력원에 의해 작동하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 레벨러 바 후단부에 설치되며 액추에이터에 회전동력을 제공하는 압력 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 레벨러 바의 전단부에 설치되는 레벨 측정 장치를 더 포함하고, 여기서 레벨 측정 장치는 레이저 센서 및 초음파 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 레벨러 바의 전단부에 설치되는 카메라, 레이저 센서, 및 레이저 센서의 광을 직각으로 굴절시키는 거울을 수용하는 카메라 하우징; 카메라 하우징에 설치되는 초음파 센서; 카메라의 촬영 방향에서 카메라 하우징의 전면부에 설치되는 제1 윈도우; 및 거울을 사이에 두고 거울에 의해 직각으로 굴절되는 빛 진행 방향에서 레이저 센서와 마주하도록 카메라 하우징의 하면부에 설치되는 제2 윈도우;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 압력 제어 장치는 레벨러 바의 후단부에 탑재되는 공기 펌프 및 공기 탱크를 구비하고, 카메라 하우징에 냉각된 압축 공기를 공급하는 것을 특징으로 한다. 또한, 구현에 따라서 압력 제어 장치는 공기 펌프 대신에 유압 펌프를 구비할 수 있다.

일 실시예에서, 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 압력 제어 장치, 레벨 측정 장치 및 카메라 하우징과 제어장치와의 사이에 연결되는 적어도 하나의 케이블을 연장 또는 수축하는 케이블 릴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 액추에이터 및 카메라 하우징을 수용하고, 레벨러 바의 전단부에 사각 박스 형태로 설치되며, 레벨러 바의 전진 또는 후진 운동에 따라 탄화실 내의 장입탄 상부 레벨을 평탄화하는 레벨링 유닛 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 레벨러 바의 전후 왕복 운동과 스크류의 회전 운동을 조합하여 이용함으로써 코크스 오븐의 탄화실 내의 장입탄을 효과적으로 평탄화할 수 있는 효과를 제공한다. 즉, 레벨러 바의 전면에 스크류를 부착하고 회전시킴으로써 종래 기술의 장치보다 빨리 그리고 적은 에너지로 장입탄의 상부 레벨을 평탄화할 수 있다.

또한, 레벨러 바의 전면에 스크류를 부착하고 회전시켜 평탄화 작업을 수행함으로써 레벨러 바의 후진 시 레벨러 바의 빈 공간에 있는 석탄이 탄화실의 레벨러 바의 출입구를 통해 외부로 흘러나오는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 의하면, 장입탄 레벨의 평탄화 작업 중에 카메라로 레벨러 바 전방의 장입탄 레벨을 평탄화하는 스크류의 회전 운동을 모니터링하면서 거울을 이용하여 레벨러 바 하부의 장입탄 레벨 및/또는 레벨러 바 상부의 거리를 측정함으로써 장입탄 레벨을 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 정확한 장입탄 레벨 측정과 함께 장입탄 레벨 평탄화 작업의 안정성 향상을 통해 탄화실 내의 가스 통로를 안정적으로 확보할 수 있고, 그에 의해 장입탄 평탄화 불량에 의한 가스 통로 협소 및 내부 압력 상승 등으로 인하여 발생 가스가 외부로 유출되거나 코크스 품질이 나빠지는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

아울러, 고온 고열의 탄화실 내부에 레벨 측정 센서를 삽입하여 탄화실에서 생성된 코크스의 레벨을 정밀하게 측정할 수 있고, 그것에 의해 정확한 코크스 케이크의 부피를 산출하고 이후의 석탄 장입량을 적절하게 결정할 수 있다. 그리고, 적절한 석탄 장입량에 의해 탄화실 상부 공간(가스 통로 등)을 안정적으로 확보하여 코크스 품질 및 탄화실 상부 온도의 불균일 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 코크스 제조 설비의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치(이하, '장입탄 레벨 평탄화 장치'라고 함)를 설명하기 위한 블록도.
도 3은 도 2의 장입탄 레벨 평탄화 장치의 작동 상태를 나타낸 개략도.
도 4는 도 3의 장입탄 레벨 평탄화 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도.
도 5는 도 4의 장입탄 레벨 평탄화 장치의 레벨러 바의 일단에 설치된 레벨링 유닛의 개략적인 확대 측면도.
도 6은 도 5의 레벨링 유닛의 평면도.

본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예에 대한 상세 설명에 의하여 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치(이하, '장입탄 레벨 평탄화 장치'라고 함)를 설명하기 위한 블록도이다. 도 3은 도 2의 장입탄 레벨 평탄화 장치의 작동 상태를 나타낸 개략도이다.

도 2를 참조하면, 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 레벨러 바(10), 액추에이터(11) 및 스크류(12)를 구비한다.

또한, 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 구현에 따라서 압력 제어 장치(13), 케이블 릴(14) 및 레벨 측정 센서(15a, 15b)를 구비한다. 또한, 장입탄 레벨 평탄화 장치는, 구현에 따라서 케이블 릴(14)을 통해 연결되는 제어장치(16)를 구비하고, 이 제어장치(16)를 통해 석탄장입장치(51, 52, 53, 54)에서 코크스 오븐(30)의 탄화실로 공급되는 석탄의 장입량을 조절하는 장입량 콘트롤러(17)를 제어할 수 있다.

각 구성요소를 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 레벨러 바(10)는, 코크스 오븐(30)의 탄화실에 삽입되어 탄화실의 길이 방향으로 전진/후진하며 탄화실 내의 장입탄 레벨을 평탄화하도록 구성된다. 일례로, 레벨러 바(10)는 제1 프레임과 제2 프레임을 구비하고, 여기서 제1 프레임은 한 쌍의 긴 판형 부재를 폭 방향으로 세워 일정 간격으로 두고 서로 마주하도록 배치한 구조를 지칭하고, 제2 프레임은 제1 프레임을 형성하는 두 판형 부재 사이에 설치되어 두 판형 부재를 지지하는 구조를 지칭한다.

특히, 본 실시예의 제2 프레임은 레벨러 바(10)의 후진 운동 시에 레벨러 바(10)의 빈 공간, 예컨대 제1 프레임을 형성하는 한 쌍의 긴 판형 부재 사이에 위치하는 석탄이 탄화실 외부로 흘러나오는 것을 방지하기 위하여 스크류(12)에 인접한 레벨러 바(10)의 최전단 부분에만 설치될 수 있다. 또한, 제2 프레임은 최전단 부분 외에 제1 프레임의 중간 부분에도 설치될 수 있는데, 그 경우 제2 프레임은 레벨러 바(10)의 전진/후진 시에 장입탄을 이동시키거나 평탄화하지 않는 단순 막대 형태 등의 지지 구조로만 기능하도록 구현될 수 있다.

참고로, 제1 프레임과 제2 프레임은 재료나 결합 방법에 따라서 일체화된 단일 구조를 구비할 수 있다. 그리고, 레벨러 바(10)는 압출기의 이동 방향에 따라 레벨러 바의 폭 방향으로 이동 가능하다.

전술한 레벨러 바(10)의 제1 프레임과 제2 프레임은 다른 구성요소를 지지하는 사다리 형태의 고정 프레임으로서 기능한다. 본 실시예에서 제1 프레임과 제2 프레임으로 이루어지는 레벨러 바(10)의 일단부에는 레벨링 유닛(Leveling Unit)이 설치되고, 타단부에는 압력 제어 장치(Pressure Control Unit, 13)가 설치된다. 레벨링 유닛은 액추에이터(11), 스크류(12), 거리 센서(15a, 15b), 카메라, 레이저 센서 등을 구비한다.

액추에이터(11)는 스크류(12)를 구동하기 위한 장치이다. 액추에이터(11)는 유압, 공압, 전기 중 적어도 어느 하나의 동력원에 의해 작동되며, 스크류(12)에 회전동력을 제공한다. 즉, 액추에이터(11)로는 모터 등을 포함한 전동식 액추에이터, 피스톤(실린더)형 액추에이터, 다이아프램 액추에이터 등을 포함한 공압식 액추에이터가 이용될 수 있다.

액추에이터(11)가 유압에 의해 회전하는 스크류식 압축기 구조를 구비하는 경우, 압력 제어 장치(13)는 액추에이터(11)에 압축 공기를 공급하여 액추에이터의 동작을 제어하는 공기 모터, 공기 탱크 등을 구비하도록 이루어질 수 있다. 한편, 액추에이터(11)가 전동식 액추에이터인 경우, 압력 제어 장치(13)에서 액추에이터에 압축 공기를 공급하는 기능은 생략될 수 있다.

스크류(12)는 레벨러 바(10)의 최전단에 설치된다. 스크류(12)는 액추에이터(11)에 연결되는 회전축과, 회전축에 결합된 적어도 하나 이상의 회전날개를 구비한다. 스크류(12)에 대하여는 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

압력 제어 장치(13)는 레벨러 바(10)의 타단부에 설치된다. 압력 제어 장치(13)는 액추에이터(11)에 압축 공기를 공급하거나 후술하는 카메라 하우징에 압축 공기를 공급한다. 압축 공기는 카메라 하우징의 냉각 및 카메라 하우징에 설치된 투명창의 클리닝(Clearing)을 위해 사용된다. 본 실시예에서 압력 제어 장치(13)는 공기 모터와 공기 탱크를 구비하고 레벨러 바(10)의 타단부에 탑재되며, 그에 의해 레벨러 바(10)의 일단부에 설치되는 레벨링 유닛과 레벨러 바(10) 상에서 무게 균형을 이루도록 구현될 수 있다.

케이블 릴(14)은 신호 및/또는 전력을 전달하는 적어도 하나의 케이블을 연장하거나 신축한다. 또한, 케이블 릴(14)은 압축 공기를 이송하는 적어도 하나의 케이블을 연장하거나 신축할 수 있다. 케이블 릴(14)은 압력 제어 장치(13)와 제어장치(16)를 연결하는 제1 케이블을 연장 또는 신축하거나, 레벨링 유닛과 제어장치(16)를 연결되는 적어도 하나의 제2 케이블을 신축 또는 연장하도록 설치될 수 있다.

레벨 측정 센서(15a, 15b)는 레벨러 바(10)의 하부측 거리 즉, 레벨러 바(10)에서 탄화실 내 장입탄 상부 레벨까지의 거리를 측정하는 제1 레벨 측정 센서(15a) 및 레벨러 바(10)의 상부측 거리 즉, 레벨러 바(10)에서 탄화실 천장까지의 거리를 측정하는 제1 레벨 측정 센서(15a)를 구비한다. 제1 및 제2 레벨 측정 센서(15a, 15b)는 거울을 이용하여 레벨러 바(10)의 길이 방향으로 레이저 빔을 발광하고 수광하면서 거리를 측정하도록 배치됨으로써 최소화된 설치 공간 등과 같이 효율적으로 레벨러 바(10) 상에 탑재될 수 있다.

제어장치(16)는 압력 제어 장치(13)를 제어하고, 제1 및 제2 레벨 측정 센서(15a, 15b)로부터 신호를 수신하고, 후술되는 카메라 하우징에 압축 공기를 공급하고, 장입량 콘트롤러(17)에 소정의 제어신호를 전달하거나 석탄 장입량에 관한 정보를 포함한 신호를 제공하여 장입량 콘트롤러(17)를 제어할 수 있다. 제어장치(16)로는 마이크로프로세서가 탑재된 컴퓨터나 이에 상응하는 기능을 수행하는 장치가 이용될 수 있다.

여기서, 장입량 콘트롤러(17)는 코크스 오븐(30)에 석탄을 공급하는 석탄장입장치(51, 52, 53, 54)에서 코크스 오븐의 탄화실의 각 장입구로 얼마만큼의 석탄을 공급할지를 제어하기 위한 것으로, 플립플롭 기반의 논리회로나 마이크로프로세서 등이 탑재된 콘트롤러로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 장입탄 레벨 평탄화 장치에 의하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 탄화실(2) 내의 장입탄 레벨을 레벨러 바(10)의 길이 방향에서의 전진/후진 왕복 운동과 이러한 왕복 운동의 이동 방향과 대략 평행한 회전축을 중심으로 회전하는 스크류(12)의 회전 운동에 의해 코크스 오븐 장입탄 레벨을 효율적으로 평탄화할 수 있다.

도 4는 도 3의 장입탄 레벨 평탄화 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 장입탄 레벨 평탄화 장치는 레벨러 바(10), 액추에이터(11), 스크류(12), 압력 제어 장치, 케이블 릴(14) 및 제어장치(미도시)를 구비한다. 본 실시예의 장입탄 레벨 평탄화 장치를 설명함에 있어서 도 2 및 도 3을 참조하여 앞서 설명한 구성요소의 설명과 중복되는 상세 설명은 생략한다.

레벨러 바(10)는 레벨러 바 몸체(101) 및 레벨링 유닛 하우징(102)을 구비한다.

레벨링 유닛 하우징(102)은 레벨러 바 몸체(101)의 길이 방향의 최전단에 육면체 형태의 박스 구조를 갖도록 설치된다. 본 실시예에서 레벨링 유닛 하우징(102)은 레벨러 바(10)의 전진 운동과 후진 운동 시에 탄화실 내 장입탄 레벨을 평탄화하고 다지는 기능을 수행한다. 본 실시예에 의하면, 레벨러 바(10)의 전진/후진 왕복 운동에 있어서는 레벨러 바(10)의 최전단에 설치되며 사각 막대 형상의 긴 박스 구조를 갖는 레벨러 유닛 하우징(102)을 이용하여 장입탄 레벨의 평탄화 작업을 수행하므로, 종래 기술의 레벨러 바의 콜 다짐부나 회전 플레이트와 같이 레벨러 바의 길이 방향을 따라 복수 개가 설치될 필요가 없고, 또한, 레벨러 바의 후진 시에 종래 기술의 콜 다짐부나 회전 플레이트 등에 의해 레벨러 바의 빈 공간에 존재하던 석탄이 탄화실 내에서 외부로 흘러나가는 문제를 해결할 수 있다.

또한, 레벨링 유닛 하우징(102)은 액추에이터(11) 및 카메라 하우징(110)을 수용하고 이것들을 탄화실 내의 고온 고열 환경으로부터 보호한다. 이를 위해, 레벨링 유닛 하우징(102)에는 압력 제어 장치로부터 소정 온도로 냉각된 압축 공기가 공급될 수 있다.

스크류(12)는 레벨링 유닛 하우징(102)의 일측 부분(레벨러 바의 최전단에 대응하는 부분)을 관통하여 액추에이터(11)에 결합된다. 카메라 하우징(110)은 카메라와 레벨 측정 센서를 구비한다. 스크류(12)와 카메라 하우징(110)의 상세 구성에 대하여는 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.

압력 제어 장치는, 본 실시예의 경우, 공기 모터(131) 및 공기 탱크(132)를 구비한다. 공기 모터(131)는 압축 공기를 이송하는 케이블을 통해 레벨링 유닛 하우징(102)에 연결된다. 압축 공기는 레벨링 유닛 하우징(102) 및/또는 카메라 하우징(110)에 동시에 공급되거나 독립적으로 공급될 수 있다.

공기 탱크(132)는 소정의 필터를 통해 유입되는 깨끗한 공기를 저장한다. 공기 탱크(132)의 공기 배출구는 공기 모터(131)의 공기 흡입구에 연결된다. 압력 제어 장치는 케이블 릴(14)에 의해 신장 또는 수축하는 케이블을 통해 제어장치에 연결된다.

전술한 레벨러 바(10)는 레벨러 바를 지지하고 이송하는 이송 수단에 의해 코크스 오븐의 탄화실에 삽입되고 전진/후진 왕복 운동하며 탄화실 외부로 인출된다. 여기서, 이송 수단은 압출기(도 1의 20 참조) 상단부에 설치되며, 모터(200)와 제1 롤러(201) 및 제2 롤러(202)를 구비한다. 제1 롤러(201) 및 제2 롤러(202)는, 모터(200)의 구동에 의해 소정 방향으로 회전하며 제1 이송케이블(211) 및 제2 이송케이블(212)을 신축 및 연장한다. 또한, 이송 수단은 레벨러 바(10)를 지지하도록 제1 롤러(201)와 제2 롤러(202) 사이에 배치되는 복수의 더미 롤러들(203)을 구비한다. 더미 롤러들(203)은 고정프레임(220)에 회동가능하게 결합된다.

본 실시예에 의하면, 더미 롤러들(203)에 의해 지지되는 레벨러 바(10)를 이송 수단에 의해 전진시켜 탄화실 내부로 진입시키거나 이송 수단에 의해 후진시켜 탄화실 외부로 후퇴시킬 수 있다. 또한, 탄화실 내부로 삽입된 레벨러 바(10)는, 전진/후진 운동을 반복하면서 탄화실 내부로 진행하고, 이때 스크류(12)의 회전 운동을 통해 장입탄을 평탄화한다.

즉, 레벨링 유닛 하우징의 일측에 결합된 스크류는 레벨러 바의 전진/후진 운동에 따라 이동하면서 회전하고, 그에 의해 산과 골짜기 프로파일을 갖는 장입탄의 산 프로파일 부분을 분산시킴으로써 평탄화 작업을 매우 효과적으로 수행하게 된다. 이와 같이, 본 실시예의 장입탄 레벨 평탄화 장치는 레벨러 바의 전면에 스크류를 부착하고 회전시킴으로써 장입탄 레벨의 평탄화 작업에 소모되는 에너지를 최소화하면서 신속하게 평탄화 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 도 4의 장입탄 레벨 평탄화 장치의 레벨링 유닛의 개략적인 확대 측면도이다. 도 6은 도 5의 레벨링 유닛의 평면도이다.

도 5를 참조하면, 레벨링 유닛은 레벨링 유닛 하우징(102) 및 스크류(12)를 구비한다.

레벨링 유닛 하우징(102)은 평평한 바닥면을 이용하여 탄화실 내 장입탄 레벨을 평탄화하는 기능과 액추에이터(11) 및 카메라 하우징(110)을 수용 및 보호하는 기능을 가진다. 여기서, 액추에이터(11)와 스크류(12)는 레벨링 유닛 하우징(102)의 일단부를 관통하여 서로 결합된다.

카메라 하우징(110)은, 카메라(112), 거울(113), 레이저 센서를 포위하는 하우징 몸체(111)를 구비한다. 하우징 몸체(111)는 금속성 재료 또는 복합 재료 등의 내열성 재료로 이루어진다.

카메라(112)는 제1 윈도우(114a)를 통해 레벨러 바(10)의 길이 방향에서의 탄화실 내부 및 탄화실 내부의 장입탄에 대한 영상을 촬영하고 촬영한 영상을 제어장치에 전송하도록 설치된다.

거울(113)은 레이저 센서(15a, 15b)로부터의 레이저 빔이 45°굴절되어 제2 윈도우(114b)를 통과하도록 제2 윈도우(114b) 안쪽에 설치된다. 레이저 센서를 이용하여 레벨러 바(10)의 하부 측에 위치하는 장입탄의 레벨을 측정하기 위해, 거울(113)은 100% 반사 거울인 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 반거울(Half Mirror) 또는 반투명거울을 사용할 수도 있다.

전술한 레이저 센서는 단일 레이저 센서로 이루어질 수 있다. 다만, 레이저 센서를 제1 레이저 센서(15a) 및 제2 레이저 센서(15b)와 같이 복수 개로 구성하면, 레이저 센서의 자체 측정 오류를 검출하거나, 어느 하나의 레이저 센서의 고장 시 나머지 레이저 센서를 이용하여 장입탄 레벨 측정의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 초음파 센서가 하우징 몸체(111)에 설치될 수 있다. 그 경우, 초음파 센서는 레벨러 바의 상부 측에 위치한 물체와의 거리를 측정하기 위한 제1 초음파 센서(118a)와, 레벨러 바의 하부 측에 위치한 물체와의 거리를 측정하기 위한 제2 초음파 센서(118b)로 설치될 수 있다.

전술한 레이저 센서와 초음파 센서의 조합을 이용하면, 레이저 센서의 정밀성과 초음파 센서의 내환경성의 장점을 함께 이용하여 먼지(Dust)가 많은 탄화실 내부에서 장입탄 레벨을 효과적으로 측정하는 효과가 있다.

한편, 본 실시예의 레이저 센서는 작동 원리상 밀폐된 공간에 설치되고 투명한 윈도우(114a, 114b)를 통해 윈도우 밖에 위치한 물체(장입탄)에서 반사되고 되돌아 오는 빛을 감지함으로써 소정의 기준점에서 장입탄까지의 거리를 측정하도록 동작한다. 따라서, 먼지가 많은 탄화실 내에서 윈도우에 먼지가 많이 달라붙지 않도록 관리하는 것이 필요하다.

다시 말하면, 본 실시예의 카메라 하우징(110)의 전단부(119c)에는 카메라의 촬영 방향으로 설치된 제1 윈도우(114a)가 구비되고, 카메라 하우징(110)의 하면부(119d)에는 경사진 거울(113)을 통해 레이저 센서와 마주하도록 설치된 제2 윈도우(114b)가 구비된다. 제1 윈도우(114a) 및 제2 윈도우(114b)는 내열성 유리 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 윈도우가 석탄 속에 묻히는 것을 방지하기 위해 각 윈도우(114a, 114b)의 전면에는 윈도우 보호 장치(115a, 115b)가 설치된다. 윈도우 보호 장치(115a, 115b)는 커버(Cover) 또는 셔터(Shutter) 형태를 구비할 수 있다. 커버나 셔터 자체는 일반적인 기술내용이므로 그것들에 대한 상세 설명은 생략한다.

윈도우 보호 장치(115a, 115b)가 셔터 형태를 구비하는 경우, 윈도우 측으로 석탄이 이동하는 것을 감지하고, 윈도우가 석탄에 묻히지 않도록 하기 위하여 적절하게 윈도우 보호 장치를 개폐하기 위한 장치가 필요하다. 본 실시예서는 각 윈도우 부근에 적어도 하나의 검지바(119a, 119b)가 설치된다.

검지바(119a, 119b)는 막대 모양으로 형성되고 그 일단이 레벨러 바에 회동가능하게 고정된다. 검지바를 이용하면, 탄화실 내에서 장입탄에 의해 검지바의 타단이 밀려 회전하여 검지바가 소정 각도 이상으로 틀어질 때, 장입탄 레벨 평탄화 장치가 셔터(윈도우 보호 장치)를 닫을 수 있고, 그에 의해 윈도우 표면에 먼지가 부착하는 것을 방지하여 센서 신뢰도를 높일 수 있다.

윈도우 보호 장치(115a, 115b)가 커버 형태를 구비하는 경우, 카메라 하우징(110)의 전단부에는 제1 윈도우 보호 장치(115a) 상에 부착하는 분진 등을 제거하기 위하여 압축 공기를 방출하는 제1 노즐(117a)이 설치되고, 그 하면부에는 제2 윈도우 보호 장치(115b) 상에 달라붙은 석탄가루 등을 제거하기 위하여 압축 공기를 방출하는 제2 노즐(117b)이 설치될 수 있다.

전술한 윈도우 보호 장치(115a, 115b) 등을 이용하면, 카메라의 촬영 동작을 방해하거나 윈도우 상에 먼지가 달라붙어 레이저 센서의 신뢰도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

참고로, 카메라 하우징(110)의 후단부에는 케이블 커넥터의 결합공을 제외하고 카메라 하우징의 후면을 덮는 후면 커버(115c)가 설치된다. 이 경우, 케이블 커넥터 및 소정의 케이블에 의해 압력 제어 장치에 연결되는 하우징 몸체(111)에는 압력 제어 장치로부터의 냉각 압축 공기가 공급될 수 있다.

스크류(12)는 회전축(121) 및 회전날개(122)를 구비한다. 본 실시예에서, 회전축(121)은 액추에이터(11)에 일단이 고정되어 액추에이터(11)의 동작에 따라 일방향 또는 양방향으로 회전한다. 회전날개(122)는 회전축(121)을 중심으로 회전축(121)이 연장하는 방향과 대략 직교하는 방향으로 회전하도록 설치된다.

스크류(12)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 효과적인 장입탄 평탄화 작업을 위하여 나란히 연장하는 두 개의 스크류(12a, 12b)를 구비할 수 있다. 그 경우, 제1 스크류(12a)의 회전축에 결합하는 회전날개(122a)는 제2 스크류(12b)에 인접한 회전 반경 부분에서 레벨링 유닛 하우징(102) 측으로 기울어진 예각(θ1)을 구비하고, 제2 스크류(12b)의 회전축에 결합하는 회전날개(122b)는 제1 스크류(12a)에 인접한 회전 반경 부분에서 레벨링 유닛 하우징(102) 측으로 기울어진 예각(θ2)을 구비한다.

전술한 스크류의 구성에 의하면, 레벨러 바(10)의 평탄화 작업 시에 제1 회전날개(122a)와 제2 회전날개(122b)를 회전시킴으로써 탄화실 내부에서 산과 골짜기 형태의 상부 프로파일을 갖는 장입탄을 효과적으로 분산시키고 그에 의해 효율적인 평탄화 작업을 수행할 수 있다. 즉, 스크류(12)의 회전 운동에 의해 장입탄의 산 형태 부분을 뚫고 들어가면서 장입탄을 효과적으로 분산시킴으로써 평탄화 작업이 신속하고 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 전술한 카메라 하우징의 구성에 의하면, 탄화실 장입탄 레벨의 평탄화 작업 시, 레벨러 바(10)의 전단부에 설치되고 코크스 오븐에 삽입되는 카메라(112)를 통해 장입탄 레벨을 모니터링하면서 레벨러 바(10)의 전진/후진 동작을 제어하거나 레벨러 바(10)의 전단부에 설치된 스크류(12)의 회전 동작을 제어함으로써 효과적으로 평탄화 작업을 수행할 수 있다. 또한, 평탄화 작업 중이나 작업 종료 후에 레벨러 바에 탑재되고 레이저 빔을 이용하는 고성능 레벨 측정 센서를 이용하여 장입탄 레벨을 정밀하게 측정할 수 있다.

아울러, 효과적인 평탄화 작업과 정밀한 장입탄 레벨 및 코크스 레벨 측정에 의해 원료 석탄의 물성, 탄화실로 투입된 석탄의 장입 밀도, 코크스 오븐의 조업 조건에 따른 코크스의 품질을 정확하게 파악할 수 있고, 그에 의해 차후 생성되는 코크스 강도 및 품질을 향상시키거나 유지할 수 있는 장점이 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.

10: 레벨러 바
11: 액추에이터
12: 스크류
13: 공압제어장치
14: 케이블 릴
15a, 15b: 레이저 센서
16: 제어장치
30: 코크스 오븐
101: 레벨러 바 몸체
102: 레벨링 유닛 하우징
110: 카메라 하우징
111: 하우징 몸체
112: 카메라
113: 거울
114a, 114b: 윈도우
115a, 115b: 윈도우 보호 장치
117a, 117b: 노즐
118a, 118b: 초음파 센서
119a, 119b: 검지바

Claims (9)

1. 압출기에 장착되고 코크스 오븐의 내부로 진입하여 전진 또는 후진하도록 설치되는 레벨러 바;
   상기 레벨러 바의 전단에 설치되는 한 개 이상의 스크류;
   상기 스크류를 회전시키는 액추에이터; 및
   상기 레벨러 바의 전단부에 설치되는 레벨 측정 장치;
   를 포함하며,
   상기 레벨 측정 장치는, 상기 레벨러 바의 하부측에 위치하는 장입탄 레벨을 측정하는 레이저 센서 및 초음파 센서를 구비하되, 상기 레벨러 바의 전단부에 설치되는 카메라, 레이저 센서, 및 상기 레이저 센서의 광을 직각으로 굴절시키는 거울을 수용하는 카메라 하우징; 상기 카메라 하우징에 설치되는 초음파 센서; 상기 카메라의 촬영 방향에서 상기 카메라 하우징의 전면부에 설치되는 제1 윈도우; 및 상기 거울을 사이에 두고 상기 레이저 센서와 마주하도록 상기 카메라 하우징의 하면부에 설치되는 제2 윈도우를 포함하고,
   상기 스크류는 상기 레벨러 바의 전진 또는 후진 운동에 따라 이동하면서 코크스 오븐 내의 장입탄을 분산하여 장입탄 레벨의 평탄화를 수행하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 스크류는 서로 나란히 배치되는 제1 스크류 및 제2 스크류를 구비하고, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 각 회전날개는 각 회전축에 대하여 일정 각도로 경사져 회전하도록 설치되고, 두 회전날개의 회전 각도는 두 회전축 사이의 교차점에서 상기 레벨러 바의 전단 측으로 향하는 예각을 형성하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터는, 유압, 공압, 전기 중 적어도 어느 하나의 동력원에 의해 작동하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 레벨러 바 후단부에 설치되며 상기 액추에이터에 회전동력을 제공하는 압력 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제4항에 있어서,
   상기 압력 제어 장치는 상기 레벨러 바의 후단부에 탑재되는 유압 펌프를 구비하거나 또는 공기 펌프 및 공기 탱크를 구비하고, 상기 공기 펌프는 상기 카메라 하우징에 냉각된 압축 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 압력 제어 장치, 상기 레벨 측정 장치 및 상기 카메라 하우징과 제어장치와의 사이에 연결되는 적어도 하나의 케이블을 연장 또는 수축하는 케이블 릴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터 및 상기 카메라 하우징을 수용하고, 상기 레벨러 바의 전단부에 사각 박스 형태로 설치되며, 상기 레벨러 바의 전진 또는 후진 운동에 따라 탄화실 내의 장입탄 상부 레벨을 평탄화하는 레벨링 유닛 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐 장입탄 레벨 평탄화 장치.

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