KR102275920B1 - 원료 체류시간 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원료 체류시간 측정 장치에 관한 것으로, 소결 공정의 드럼 믹서에 원료가 투입되는 원료 이송 컨베이어벨트의 미리 지정된 지점에서 방사성 추적자를 투입하는 방사성 추적자 투입부; 상기 드럼 믹서의 입구에서, 상기 드럼 믹서에 투입되는 원료의 방사선을 측정하는 제1 방사선 검출부; 상기 드럼 믹서의 출구에서, 상기 드럼 믹서로부터 배출되는 원료의 방사선을 측정하는 제2 방사선 검출부; 및 상기 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 검출된 방사선 측정값에 기초하여, 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보를 산출하는 제어부;를 포함한다.

Description

원료 체류시간 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING RETENTION TIME OF RAW MATERIAL}
본 발명은 원료 체류시간 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사성 추적자를 활용하여 소결 공정에서 드럼 믹서 내 원료 체류시간을 측정할 수 있도록 하는, 원료 체류시간 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 소결광은 소결 공정을 통해 제조되는 용광로용 원료이다.
상기 소결 공정에서는 각종 철광석 및 부원료로 사용되는 석회석, 규석, 생석회 그리고 연료로 사용되는 코크스와 반광이 드럼 믹서에서 혼합된다.
상기 소결 공정 중 드럼 믹서는 소결광을 제조하기 전에 통기성을 확보하기 위한 원료 입자를 생성하는 역할을 수행하며, 1차 드럼 믹서와 2차 드럼 믹서의 2단계로 나뉘어 있다.
상기와 같이 소결 공정에서는 철광석, 석회석, 코크스 등의 원료에 수분을 첨가하여 수 mm의 조립 입자를 생성하는데, 조립 시간에 따라 조립 입자의 크기가 달라지며, 상기 조립 입자의 크기는 소결기 투입 시 통기성을 좌우하여 생산성에 영향을 미치게 된다.
이때 상기 드럼 믹서 내 원료의 체류시간에 따라 조립 시간이 결정되고, 상기 조립 시간에 따라 상기 조립 입자의 크기가 결정되므로, 소결 생산성 최적화를 위해서는 상기 드럼 믹서 내 원료의 정확한 체류시간 측정이 필요하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-0497716호(2005.06.17. 등록, 방사성 추적자 실험용 계측 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 방사성 추적자를 활용하여 소결 공정에서 드럼 믹서 내 원료 체류시간을 측정할 수 있도록 하는, 원료 체류시간 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 원료 체류시간 측정 장치는, 소결 공정의 드럼 믹서에 원료가 투입되는 원료 이송 컨베이어벨트의 미리 지정된 지점에서 방사성 추적자를 투입하는 방사성 추적자 투입부; 상기 드럼 믹서의 입구에서, 상기 드럼 믹서에 투입되는 원료의 방사선을 측정하는 제1 방사선 검출부; 상기 드럼 믹서의 출구에서, 상기 드럼 믹서로부터 배출되는 원료의 방사선을 측정하는 제2 방사선 검출부; 및 상기 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 검출된 방사선 측정값에 기초하여, 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보를 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 제1 및 제2 방사선 검출부를 통해 검출된 방사선 값을 저장하는 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보는, 원료의 체재시간분포(RTD), 평균체재시간(MRT) 및 분산 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 방사성 추적자 투입부는, 68Ge/68Ga 발생기로부터 방사성 추적자 물질인 68Ga를 지정된 용량을 용출하고, 텅스텐으로 차폐된 주사기를 사용하여, 상기 드럼 믹서 입구로부터 미리 지정된 지점에 있는 원료에 투입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사선 검출부는, 방진 방수형 2 inch NaI 방사선 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 방사선 검출기는, 방사성 추적자로서 투입된 방사성동위원소의 감마선 신호 계측을 위한 홀을 제외하고 주위는 납으로 완전 차폐되어 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 원료 체류시간 측정 방법은, 원료 체류시간 측정 장치의 제어부가 소결 공정의 드럼 믹서에 원료를 투입할 때 지정된 방사성 추적자를 섞어 투입하는 단계; 상기 제어부가 상기 드럼 믹서 입구의 미리 지정된 지점에서 상기 투입되는 원료의 방사선을 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 드럼 믹서의 출구에서 배출되는 원료에서 방사선을 측정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 측정된 방사선 측정값에 기초하여, 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보는, 원료의 체재시간분포(RTD), 평균체재시간(MRT) 및 분산 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 방사성 추적자를 활용하여 소결 공정에서 드럼 믹서 내 원료 체류시간을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 체류시간 측정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 체류시간 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 측정된 시간에 따른 방사선 측정값의 그래프를 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 원료 체류시간 측정 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
참고로 기존에 소결 공정에서 드럼 믹서 내 원료의 체류시간을 측정하는 방법(예 : 간접 측정 방법, 모델링을 통한 예측 방법)으로서, 투입 원료에 페인트를 칠하거나 별도의 유색 분말을 투입하는 방법이 있었으나, 이 방법은 색 오염이나 분쇄 등으로 인하여 육안 판단이 어렵고, 또한 일정 크기의 원형 물체를 투입하여 배출되는 시간으로 간접 측정 및 예측이 가능하지만, 원료와 부피 및 밀도 등의 차이로 인하여 정확성이 떨어지고, 낙하, 유실, 파괴, 및 변형 등이 발생할 가능성이 존재한다. 또한 드럼 믹서를 모델링하여 시뮬레이션 하는 방법은 각종 변수의 신뢰 정도에 따라 예측값의 정확도에 차이가 발생한다.
따라서 기존 방법 대비 더 정확한 체류시간 측정 방법이 필요한 상황이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 체류시간 측정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 원료 체류시간 측정 장치는, 방사성 추적자 투입부(110), 제1 방사선 검출부(120), 제2 방사선 검출부(130), 제어부(140), 및 저장부(150)를 포함한다.
상기 방사성 추적자 투입부(110)는, 68Ge/68Ga 발생기(Generator)(미도시)로부터 방사성 추적자(방사성동위원소) 물질인 68Ga 5ml를 용출하고, 텅스텐으로 차폐된 주사기를 사용하여, 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서) 입구로부터 약 10m 전방 지점의 원료 이송 컨베이어벨트 위에 투입한다.
이때 상기 방사성 추적자 물질의 용출 용량, 주사기 차폐 물질, 및 투입 지점 등은 본 실시예의 설명을 위하여 예시적으로 기재된 것이며 이를 한정하기 위한 것은 아니다.
여기서 상기 방사성 추적자는, 소결 공정 투입 시 해당 소결 공정의 프로세스에 상태 변화 등을 일으키지 않고, 소결 공정 내 물질과 거동 차이가 없으며, 소결 공정 내에서 불변하므로, 이동 경로나 시간을 그대로 추적할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 방사성 추적자는 방사선 에너지가 낮고 반감기가 짧은 소량의 방사능 물질을 사용해서 측정이 가능하기 때문에 안전성 확보를 위한 컨트롤이 가능한 장점이 있다.
상기 제1 방사선 검출부(120)는 소결 공정의 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서)의 입구에서, 상기 드럼 믹서에 투입되는 원료의 방사선을 측정한다.
상기 제2 방사선 검출부(130)는 소결 공정의 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서)의 출구에서, 상기 드럼 믹서로부터 배출되는 원료의 방사선을 측정한다.
예컨대 상기 제1 및 제2 방사선 검출부(120, 130)는 방진 방수형 2 inch NaI 방사선 검출기를 포함한다.
상기 방사선 검출기는 투입된 방사성동위원소의 감마선 신호 계측을 위한 홀(예 : 직경 2.5 cm)을 제외하고 주위는 납으로 완전 차폐되어 배경 방사선의 영향을 최소화할 수 있도록 형성된다.
상기 제1 및 제2 방사선 검출부(120, 130)를 통해 검출된 방사선 값은 상기 저장부(150)에 저장된다.
상기 제어부(140)는 상기 저장부(150)로부터 상기 제1 및 제2 방사선 검출부(120, 130)를 통해 측정된 방사선 차이 값(예 : 피크 값 및 방사선 검출 분포 시간)을 이용하여(도 3 참조), 원료의 체류시간(또는 체재시간)에 관련된 적어도 하나 이상의 정보(예 : 체재시간분포(RTD : Residence Time Distribution), 평균체재시간(MRT : Mean Residence Time) 및 분산)를 산출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 체류시간 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 소결 공정의 드럼 믹서에 원료를 투입할 때 지정된 방사성 추적자를 섞어 투입한다(S101).
예컨대 상기 제어부(140)는 68Ge/68Ga 발생기(Generator)(미도시)로부터 방사성 추적자(방사성동위원소) 물질인 68Ga를 지정된 용량(예 : 5ml) 용출하고, 텅스텐으로 차폐된 주사기를 사용하여, 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서) 입구로부터 지정된 지점(예 : 약 10m 전방)의 원료 이송 컨베이어벨트 위에 투입한다.
또한 상기 제어부(140)는 소결 공정의 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서)의 입구의 미리 지정된 지점에서 투입되는 원료의 방사선을 측정(또는 검출)한다(S102).
또한 상기 제어부(140)는 소결 공정의 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서)의 출구에서 배출되는 원료(또는 소결광)에서 방사선을 측정(또는 검출)한다(S103).
상기와 같이 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서)의 입구 및 출구에서 검출(또는 측정)된 방사선 측정값(도 3 참조)은 저장부(150)에 저장된다.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 측정된 시간에 따른 방사선 측정값의 그래프를 보인 예시도이다.
도 3을 참조하면, 방사선이 점차 증가하는 시간 구간, 방사선이 많이 분포되어 있는 시간 구간(즉, 피크 구간), 및 방사선이 점차 감소하는 시간 구간으로 분포되어 있다.
이에 따라 상기 제어부(140)는 상기 드럼 믹서(예 : 1차 드럼 믹서, 2차 드럼 믹서)의 입구 및 출구에서 검출(또는 측정)된 방사선 측정값(도 3 참조)에 기초하여(즉, 방사선 측정값의 차이 값에 기초하여), 원료의 체류시간(또는 체재시간)에 관련된 적어도 하나 이상의 정보(예 : 원료의 체재시간분포(RTD), 평균체재시간(MRT) 및 분산)를 산출할 수 있다(S104).
본 발명은 방사성 추적자를 활용하여 소결 공정에서 드럼 믹서 내 원료 체류시간을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
110 : 방사성 추적자 투입부
120 : 제1 방사선 검출부
130 : 제2 방사선 검출부
140 : 제어부
150 : 저장부

Claims (8)

  1. 소결 공정의 드럼 믹서에 원료가 투입되는 원료 이송 컨베이어벨트의 미리 지정된 지점에서 방사성 추적자를 투입하는 방사성 추적자 투입부;
    상기 드럼 믹서의 입구에서, 상기 드럼 믹서에 투입되는 원료의 방사선을 측정하는 제1 방사선 검출부;
    상기 드럼 믹서의 출구에서, 상기 드럼 믹서로부터 배출되는 원료의 방사선을 측정하는 제2 방사선 검출부; 및
    상기 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 검출된 방사선 측정값에 기초하여, 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보를 산출하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 방사선 검출부를 통해 검출된 방사선 값을 저장하는 저장부;를 더 포함하고,
    상기 방사성 추적자 투입부는,
    68Ge/68Ga 발생기로부터 방사성 추적자 물질인 68Ga를 지정된 용량을 용출하고, 텅스텐으로 차폐된 주사기를 사용하여, 상기 드럼 믹서 입구로부터 미리 지정된 지점에 있는 원료에 투입하는 것을 특징으로 하는 원료 체류시간 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보는,
    원료의 체재시간분포(RTD), 평균체재시간(MRT) 및 분산 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원료 체류시간 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사선 검출부는,
    방진 방수형 2 inch NaI 방사선 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원료 체류시간 측정 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 방사선 검출기는,
    방사성 추적자로서 투입된 방사성동위원소의 감마선 신호 계측을 위한 홀을 제외하고 주위는 납으로 완전 차폐되어 형성된 것을 특징으로 하는 원료 체류시간 측정 장치.

  7. 원료 체류시간 측정 장치의 제어부가 소결 공정의 드럼 믹서에 원료를 투입할 때 지정된 방사성 추적자를 섞어 투입하는 단계;
    상기 제어부가 상기 드럼 믹서 입구의 미리 지정된 지점에서 상기 투입되는 원료의 방사선을 측정하는 단계;
    상기 제어부가 상기 드럼 믹서의 출구에서 배출되는 원료에서 방사선을 측정하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 드럼 믹서의 입구 및 출구에서 측정된 방사선 측정값에 기초하여, 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보를 산출하는 단계;를 포함하되,
    제1 및 제2 방사선 검출부를 통해 검출된 방사선 값을 저장하는 저장부;를 더 포함하고,
    방사성 추적자 투입부를 통해, 68Ge/68Ga 발생기로부터 방사성 추적자 물질인 68Ga를 지정된 용량을 용출하고, 텅스텐으로 차폐된 주사기를 사용하여, 상기 드럼 믹서 입구로부터 미리 지정된 지점에 있는 원료에 투입하는 것을 특징으로 하는 원료 체류시간 측정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 원료의 체류시간에 관련된 적어도 하나 이상의 정보는,
    원료의 체재시간분포(RTD), 평균체재시간(MRT) 및 분산 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 원료 체류시간 측정 방법.
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