KR100216682B1

KR100216682B1 - 용융금속의 온도 측정장치

Info

Publication number: KR100216682B1
Application number: KR1019970012900A
Authority: KR
Inventors: 하지메 와카이; 히토시 가와타; 젠키치 야마나카; 아쯔시 사카이; 아키라 마쯔바야시; 아키노리 가이하라
Original assignee: 야마오카 요지로; 닛폰 고칸 가부시키가이샤
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1999-09-01
Also published as: EP0806640B1; KR970070969A; EP0806640A2; EP0806640A3; DE69722305T2; DE69722305D1

Abstract

복사 온도계, 금속튜브 피복 광 파이버, 보빈, 용융 금속 내에 금속튜브 피복 광파이버를 공급하는 공급수단, 공급된 금속튜브 피복 광 파이버를 유도하는 유도수단, 및 용융 금속상의 온도측정 위치로 유도수단의 단부를 이동시키는 이송수단을 구비하는 용융금속의 온도 측정장치가 개시된다. 금속튜브 피복 광 파이버는 복사 온도계에 접속된다. 금속튜브 피복 광 파이버는 보빈에 감겨진다. 고온 금속의 온도는 금속튜브 피복 광 파이버를 용광로의 출탕구에서 방출되는 고온 금속 분사류 내부로 공급함으로써 측정된다.

Description

용융금속의 온도 측정장치

제1도는 본 발명에 따른 온도 측정장치의 개략도.

제2도는 본 발명의 온도 측정장치를 사용하여 측정된 온도에 대한 광 파이버의 공급속도의 효과를 나타내는 그래프.

제3도는 본 발명의 온도 측정장치를 고온 금속의 온도측정에 적용한 경우, 출탕개시 후의 시간과 측정된 온도와의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 본 발명의 온도 측정장치에 사용되는 유연성 광 파이퍼 유도튜브의 종단면도.

제5도는 굴곡부에 적용시킨 제4도의 광 파이퍼 유도튜브의 기능을 도시한 도면.

제6도는 본 발명의 온도 측정장치에 사용되는 또 다른 유연성 광 파이버 유도 튜브의 종단면도.

제7도는 유연성 광 파이버 유도튜브가 적용된 경우에 본 발명에 따른 온도 측정장치의 개략도.

제8도는 본 발명에 따른 온도 측정장치에 사용되는, 이음매 없는 벨트를 이용한 광 파이버 공급수단의 개략도.

제9도는 제8도의 광 파이버 공급수단은 구동 로울측에서 본 확대도.

제10(a)도는 제9도의 이음매 없는 벤트를 짝을 이룬 상태에서 본 부분확대도.

제10(b)도는 제10(a)도의 B-B선에 따른 단면도.

제11(a)도는 제1도의 온도 측정장치에서의 온도 측정결과를 나타내는 그래프.

제11(b)도는 이음매 없는 벨트를 이용한 광 파이버 공급부를 적용한 온도 측정 장치에서의 온도 측정결과를 나타낸 그래프.

제12(a)도는 제1도의 온도 측정장치로 측정하는 동안 광 파이버의 공급속도 변화를 나타내는 도면.

제12(b)도는 이음매 없는 벨트를 이용한 광 파이버 공급부를 적용한 온도 측정장치에서의 광 파이버의 공급속도 변화를 나타내는 도면.

제13도는 제8도의 광 파이버 공급수단이 적용된 경우의 온도 측정장치의 개략도.

제14(a)도는 본 발명에 따른 온도 측정장치에 사용되는 광 파이버 단부 유도장치의 단부에서의 종단면도.

제14(b)도는 본 발명에 따른 온도 측정장치에 사용되는 광 파이버 단부 유도장치의 기부(基部)에서의 종단면도.

제15(a)도는 광 파이버 단부 유도부에서 사용되는 패킹(packing)의 단면도.

제15(b)도는 광 파이버 단부 유도부의 결합/분리작용을 나타내는 도면.

제15(c)도는 광 파이버 단부 유도부의 측단면도.

제16도는 본 발명에 따른 온도 측정장치에 사용되는 광 파이버 단부 유도부의 외양도.

제17도는 광 파이버 단부 유도부를 사용하는 온도 측정장치에 의해 측정된 광 파이퍼 온도의 변화를 나타낸 그래프.

제18도는 광 파이버 유도부가 적용된 경우의 본 발명에 따른 온도 측정장치의 개략도.

제19도는 본 발명에 따른 온도 측정장치에서 사용되는 광 파이버의 단부에 대한 위치잡기부를 나타낸 개략도.

제20도는 제19도의 레이저 거리 측정장치에 의해 판별된 고온 금속 분사류의 표면으로부터 측정된 거리 데이터의 분표를 나타내는 그래프.

제21도는 광 파이버 공급위치를 도시하는 도면.

제22도는 광 파이버 단부 위치잡기부를 사용하는 온도 측정장치에 의해 판별된 온도 측정결과를 나타내는 그래프.

제23도는 광 파이버 단부 위치잡기부를 사용하는 본 발명에 따른 온도 측정장치의 개략도.

제24도는 광 파이버 루퍼부를 사용하는 본 발명에 따른 온도 측정장치의 개략도.

제25(a)도는 제1도의 온도 측정장치를 사용하는 온도 측정결과를 나타내는 그래프.

제25(b)도는 광 파이버 루퍼부를 사용하는 본 발명에 따른 온도 측정장치에 의해 판별된 온도 측정결과를 나타내는 그래프.

제26도는 본 발명에 따른 온도 측정장치의 개략도.

제27(a)도는 외부 실린더를 사용하지 않은 온도 측정결과를 나타내는 그래프.

제27(b)도는 외부 실린더를 적용한 온도 측정결과를 나타내는 그래프.

제28도는 고온 금속이 출탕구로부터 배출되는 경우, 금속튜브 피복 광 파이버 온도계가 출탕구 내로 침지된 상태를 도시한 도면.

제29도는 본 발명에 따른 광 파이버 공급속도와 영역의 관성 모멘트와의 관계를 나타내는 그래프.

제30도는 본 발명에 따른 광 파이버 단부와 고온 금속 간의 거리와, 광 파이버 공급속도 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 용융금속의 온도 측정장치에 관한 것이다.

용광로에서는, 철광석과, 코크스와, 석회 등의 용제(溶劑)를 용광로에 넣고, 용광로의 하부로부터 고온 공기를 불어넣어 코크스를 연소시키고, 발생된 열과 환원가스로 철광석을 환원시킴에 의해 고온 금속이 생상된다. 고온 금속은 용광로의 하부에 배치된 출탕구(出湯口)를 통해 슬래그와 함께 방출되는데, 방출공정은 일반적으로 출탕이라고 불린다. 용광로 내의 적재물은 코크스 연소가 진전되면서 아래로 내려가기 때문에, 용광로 내에서 적절한 적재량을 유지하도록, 원료와 용제는 용광로의 상부로부터 적재된다.

용광로 내에서의 공정 동안에, 원료량의 균형 및 열균형을 포함한 다양한 균형을 유지하면서 안정적인 공정이 이루어질 필요가 있다. 특히, 용광로 내부의 열수준은, 용광로 내의 반응상태 등의 용광로내 조건을 반영하며, 코크스 및 기타 재료의 소모량에 영향을 미친다.

따라서, 용광로 내의 열수준을 정확하게 감시하는 것은 용광로내 조건변화를 조기에 감지하고 원료비를 저감시키는데 있어서 중요하다.

용광로 내의 열수준은 주로 생산된 고온 금속의 온도에서 나타나기 때문에, 고온 금속의 온도를 정확히 판별할 필요가 있다. 용광로 내의 고온 금속의 온도를 측정하는 종래기술은 다음과 같다.

(a) 침지(沈漬) 열전쌍 : 출탕구로부터 방출되는 고온 금속은, 고온 금속 상에 슬래그를 부유시킴으로써 이를 제거하도록 하는 슬래그 제거부, 소위 스키머 내로 고온 금속 홈통(트로프,trough)을 경유하여 들어간다.

1회용의 침지 열전쌍이 스키머 내에 들어있는 고온 금속의 온도를 측정하는데 적용된다.

(b) 보호튜브를 구비한 열전쌍 : 전술한 침지 열전쌍과 유사하나, 내열성 보호튜브 내로 삽입된 열전쌍이 스키머 내에 들어있는 고온 금속의 온도를 측정하는데 사용된다.

(c) 보호튜브를 구비한 복사(輻射) 온도계 : 이 기술은 미심사된 일본 특허 공개 공보 4-348236호에 개시된 것이다. 이 특허공고에 따르면, 비활성기체로 보호튜브내부를 퍼지(purge)하면서, 그 단부에 작은 구멍을 가지는 내열성 보호튜브가 고온 금속 내로 침지된다. 그 작은 구멍에서 나타나는 고온 금속의 복사 온도는 복사 온도개에 의해 측정된다. 고온 금속의 내부 온도가 판별되야 하는 이유는, 주위 공기에 열을 방사하는 외부 물질의 존재와 고온 금속의 표면 산화상태의 불규칙성에 의해 발생하는 방사율의 기복으로 인해, 고온 금속의 표면 부위의 온도와 내부 온도가 다르게 나타나기 때문이다.

(d) 광 파이버 온도계 : 이 기술은 미심사된 일본 특허 공개공보 4-329323호에 개시된 것이다. 이 특허공보에 따르면, 열전쌍에 비해 내구성을 가지는 광 파이버가 고온 금속 등의 고온 용융물 내에 침지되고, 광 파이버의 다른 쪽 끝에 탑재된 복사 온도계를 사용하여 광 파이버를 통해 나오는 광을 측정한다.

전술한 모든 종래기술은 어느 한 지점에서 온도를 판별하기 위해 고온 금속을 담는 스키머 등의 장치를 사용하고 있다. 그러나, 고온 금속 홈통과 스키머는 열평형에 이르기 전에 고온 금속으로부터 많은 양의 열을 흡수하기 때문에, 고온 용융물의 출탕 개시에서 열 평형에 이를 때까지 40∼60분이 소요된다.

결과적으로, 전술한 모든 종래기술은, 열평형에 도달하기 전의 시간동안 고온 용융 온도가 상당히 낮은 온도를 나타낸다는 문제점을 야기한다.

이 문제를 해결하기 위해, 고온 금속의 온도 판별은 출탕구로부터의 방출점에서 행해질 수 있다. 그러나, 출탕구를 통한 고온 금속의 방출률은 5∼10톤/분의 범위이며, 이는 대략 7∼14m/s 범위의 유속에 해당하는 것이다. 이렇게 고속으로 방출되는 고온 금속의 온도를 측정하는데 있어서, 종래기술은 다음과 같은 문제점을 유발한다.

(a) 침지 열전쌍 : 고온 금속 내에 열전쌍이 잠길 때, 열전쌍의 측정 접합부가 녹아 버리기 때문에, 이 기술은 연속적인 온도측정에 적용될 수 없다. 또한, 간헐적으로 온도측정을 하는 경우에도, 매회 측정할 때마다 열전쌍을 교체할 필요가 있기 때문에 작업효율이 저하된다.

(b) 보호튜브를 구비한 열전쌍: 이 기술에 의하면, 고온 금속 내에 보호튜브를 침지시키면서 연속적으로 온도측정을 행할 수 있다. 그러나, 내열성 튜브의 내구성이 문제로 작용하는데, 이는 고온 금속 내에 내열성 튜브를 수회 반복 침지하면 튜브 상에 균열이 쉽게 발생하기 때문이다. 특히, 내열성 튜브의 내구성 이 문제로 작용하는데, 이는 고온 금속 내에 내열성 튜브를 수회 반복 침지하면 튜브 상에 균열이 쉽게 발생하기 때문이다. 특히, 내열성 보호튜브가 고온 금속 등의 용융 금속의 분출물에 침지되면, 보호튜브의 부식이 심해져서 튜브에 균열을 유발하고 열전쌍에 손상을 가하게 된다. 보호튜브의 두께가 증가되면 그 기계적 강도는 향상되나, 보호튜브의 내부와 외부 사이에 온도차이가 발생하여 고온 금속의 온도측정을 불가능하게 한다.

(c) 보호튜브를 구비한 복사 온도계: 이 기술에서는 내열성 보호튜브 내의 퍼지 가스의 압력을 조절하기 어렵다. 가스 압력이 조금만 줄어도 보호튜브의 단부에 있는 작은 구멍으로 고온 금속이 침입하게 되고, 가스 압력이 조금만 늘어도 가스 분사량이 증가하여 고온 금속의 표면을 냉각시켜 고온 금속의 내부 온도보다 낮은 표면온도로 만들어 버린다. 고온 금속 등의 용융 금속의 분사류 내부에서는 용융 금속의 유속이 큰 기복을 가지기 때문에, 보호튜브 단부에 있는 작은 구멍에서의 압력도 상당한 기복을 가진다. 따라서, 보호튜브 내의 퍼지 가스압은 용융 금속의 압력 기복에 대응하기 어려워, 과도한 가스 분사 및 고온 금속의 침입을 불가피하게 유발시킨다.

(d) 광 파이버 온도계 : 이 기술은 부동성(不動性)고온 금속 내부에 광 파이버를 삽입시키는 것이다. 따라서, 이 기술은 고온 금속 등의 용융 금속의 분사류에는 적용될 수 없다. 고온 금속 등의 용융 금속의 분사류에 광 파이버를 삽입하려고 해도. 광 파이버가 밀려나서 삽입에 실패하게 된다. 광 파이버의 베이스 리드(base lead)보다 큰 크기를 가지는 두꺼운 석영 유리봉이 적용되면, 상기 분사류에 삽입될 수는 있다. 그러나, 이 경우에는, 상기 분사류의 동압(動壓) 때문에 석영 유리봉이 깨지게 된다.

즉, 종래기술에서는, 큰 부피 및 고속으로 흘러나오는 고온 금속 등의 용융 금속의 분사류에 온도계를 삽입시키기 어렵기 때문에, 용융 금속의 분사류 내부 온도를 판별할 수 없다. 또한, 용융 금속은 유해 가스 및 증기를 외부에 자주 방출한다. 이러한 환경은 고온의 온도를 측정하는 환경뿐만 아니라 작업환경, 안전성 면에서도 문제점을 일으킨다.

따라서, 본 발명의 목적은, 용융 금속류(流)의 온도를 연속적으로 판별할 수 있고, 측정 실행환경 및 안정성이 향상된, 용융 금속의 온도 측정장치를 제공하는데 있다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,

(a) 복사 온도계; (b) 금속튜브 피복 광 파이버; (c) 광 파이버가 둘레에 감겨지는 보빈(bobbin); (d) 보빈에서 보내진, 금속튜브 피복 광 파이버를 일시 저장하는 저장수단; (e) 상기 저장수단에서 용융 금속 내에 금속튜브 피복 광 파이버를 소정속도로 공급하는 공급수단; (f) 공급된 광 파이버를 유도하는 유도수단; 및 (g) 용융 금속상의 소정 온도측정 위치로 유도수단의 단부를 이동시키는 이송수단을 구비하는 용융금속의 온도 측정장치를 제공한다.

금속 튜브 피복 광 파이버는 복사 온도계와 접속되어 있다. 유도수단은 단부를 가지며, 유도된 광 파이버는 이 단부를 통해 용융 금속 내로 도입된다. 이송수단은 유도수단에 부착되어 있다.

온도 측정장치는 보빈과 공급수단 사이에 공급로를 더 구비할 수 있다. 이 공급로는, 양쪽 모두가 코일스프링을 갖춘 직선부와 굴곡부를 구비하는 것이 바람직하다. 코일스프링은 내측 코일스프링 및 내측 코일스프링의 외측 주변부에 위치한 외측 코일스프링으로 이루어져 있다. 내측 코일스프링의 철사는 외측 코일스프링의 철사보다 가늘다. 바람직하기로는, 온도 측정장치의 유도수단은 코일스프링을 구비한 굴곡부를 가진다.

용융 금속 내로 광 파이퍼를 공급하는 공급수단은 한 쌍의 이음매 없는 벨트 및 이 이음매 없는 벨트를 구동하는 로울을 구비하는 것이 바람직하다. 한 쌍의 이음매 없는 벨트는 상기 벨트 각각의 외측면이 서로 접촉하도록 평행하게 배치된다.

이 이음매 없는 벨트는 합성수지로 만들어진다. 이 이음매 없는 벨트 각각의 외측주변면에는 복수의 측방향 홈 및 측방향 리브(rib)를 가지며, 측방향 홈을 서로 연결하도록 종방향으로 종방향 홈을 가진다. 또한, 이 이음매 없는 벨트 각각은 그 내측면상에 복수의 측방향 홈 및 측방향 리브를 가진다.

각 로울은 측방향 홈을 가지며, 로울상의 측방향 홈이 이음매 없는 벨트상의 측방향 리브와 짝을 이룬다. 공급수단은, 광 파이버와 이음매 없는 벨트의 밀착맞춤을 더욱 향상시키기 위해 측방향 홈과 측방향 리브가 함께 맞물리도록, 한 쌍의 이음매 없는 벨트를 서로 대해 가압시키는 가압장치를 가진다. 이 온도 측정장치에 따르면, 유도수단의 단부는 광 파이버를 그 내부로 통과시키는 내부 실린더, 내부 실린더 내부로 1차 냉각제를 분사하는 노즐, 단부 개구부, 중간 실린더, 외부 실린더, 2차 냉각재를 도입하는 투입 개구부, 및 채워진 냉각제를 방출하는 방출 개구부를 구비한다. 이 단부 개구부는, 1차 냉각재를 방출하기 위해, 광 파이버의 직경보다 더 큰 직경을 가진다. 중간 실린더와 외부 실린더는 내부 실린더의 외측 주변 상에 동심으로 배치된다. 투입 개구부에서는 내부 실린더와 중간 실린더 사이 및 중간 실린더와 외부 실린더 사이로 냉각재를 받아들인다. 방출 개구부에서는 채워진 냉각제를 방출한다.

이 온도 측정장치에 따르면, 온도 측정위치로 유도수단의 단부를 이동시키는 이송수단이 유도 구동장치, 레이저 거리 측정장치, 레이저 구동장치, 연산수단, 및 제어장치를 구비한다. 유도 구동부는 단부를 구동한다. 레이저 거리 측정장치는 용융 금속의 분사류로부터의 거리를 측정한다. 연산수단은 용융 금속의 분사류의 중앙위치 및 레이저 거리 측정장치에 의해 얻어진 거리 데이터에 근거한 용융 금속 분사류의 중앙 위치로부터의 거리를 연산한다. 제어장치는 유도 구동장치를 제어함으로써 단부를 구동하여, 용융 금속 분사류 내부로 광 파이버를 넣는 위치를 조절한다.

이 온도 측정장치에 따르면, 저장수단은, 보빈에서 공급된 광 파이버를 저장하며, 금속튜브 피복 광 파이버를 공급로로 공급하기 위한 루퍼(looper)장치를 구비하는 것이 바람직하다. 광 파이버는 보빈과 공급로 사이에 위치한다. 따라서, 공급로로부터 공급되는 광 파이버는 루퍼장치 상에 유지된 다음, 공급로로 보내진다. 공급기는 공급로에서 공급되는 광 파이버를 용융 금속으로 공급한다. 루퍼장치는 광 파이버를 저장하기 위한 원호모양의 루퍼몸체, 및 광 파이버가 늘어져서 잘못된 길로 보내지는 것을 루퍼몸체를 신장/수축시킴으로써 방지하는 루퍼 구동장치를 구비한다.

[실시예 1]

용융 금속의 온도 측정장치는,(a) 복사 온도계; (b) 금속 튜브 피복 광 파이버; (c) 금속 튜브 피복 광 파이버가 둘레에 감겨지는 보빈; (d) 보빈 둘레에 감겨진 광 파이버를 용융 금속 내로 공급하는 공급수단; (e) 공급된 광 파이버를 유도하는 유도수단; 및 (f) 용융 금속의 온도측정 위치로 유도수단의 단부를 이동시키는 이송수단을 구비한다.

금속튜브 피복 광 파이버는 복사 온도계에 접속된다. 유도수단은 단부를 가지며, 유도된 금속 튜브 피복 광 파이버는 유도수단의 단부를 통하여 용융 금속 내로 들어간다. 이송수단은 유도수단에 부착되어 있다.

복사 온도계는 광 파이버로부터 보내진 광의 에너지 및 파장분포에 근거하여 온도를 판별하도록 하는 광 파이버 온도계로서 주로 사용되는 것이다. 본 발명에 따른 광 파이버는 금속튜브로 피복되어 있으며, 공급수단은 소정의 속도로 광 파이버를 공급한다.

공급수단으로부터 공급된 광 파이버는 유도수단에 의해 측정체로 유도된다. 유도수단은 열 복사 및 용융 금속의 증기로부터 복사 온도계를 보호하기 위해 복사 온도계 및 공급수단을 측정체에서 분리해야 할 필요가 있다. 유도수단에는 측정 중에 용융 금속의 분사류 근방의 위치에 유도부의 단부를 이동시키는 구동부가 마련되어 있다.

유도수단의 단부에서 공급된 광 파이버는 금속으로 피복되어 있어서 광 파이버가 강도(剛度)를 가진다. 따라서, 광 파이버는 분사류로부터 밀려나지 않고 용융 금속 내에 삽입된다. 광 파이버가 어느 정도의 깊이로 용융 금속 내에 삽입되면, 광 파이버 상의 금속 피복은 녹는다. 금속 피복이 녹으면, 용융 금속의 분사류는 광 파이버의 석영유리 등과 같은 베이스 리드를 파단시키고, 파단된 부분은 광 파이버의 단부가 된다. 이 단부 주변에 있는 용융 금속으로부터 방사되는 빛은 그 단부에서 광 파이버로 들어온 다음, 그 광은 복사 온도계에 도입된다. 온도측정은 복사 온도계에서 행해진다. 공급수단은 공급속도를 소정값 이상으로 설정할 필요가 있다. 왜냐하면, 공급수단은, 용융 금속 외부나 용융 금속의 표면층에서 광 파이버의 금속튜브 피복이 녹지 않게 하면서, 용융 금속 깊숙이 광 파이버를 확실하게 삽입해야 용융 금속 내부의 온도가 측정되기 때문이다.

제1도는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 참조번호 1은 용융 금속 분사류이며, 번호 10은 복사 온도계, 번호 20은 금속튜브로 피복된 광 파이버, 번호 25는 회전드럼, 번호 30은 공급수단, 번호 31은 핀치 로울, 번호 32는 모터, 번호 40은 유도수단, 번호 41은 유도수단의 단부, 번호 45는 유도파이프, 번호 47은 지지프레임, 번호 50은 구동장치. 번호 60은 공급속도에 대한 제어장치, 번호 70은 공급속도 검출기, 번호 80은 구동 제어장치, 번호 90은 측정체 검출장치를 각각 나타낸다.

금속튜브 피복 광 파이버는 일반적인 광 파이버의 경우와 마찬가지로 회전드럼(25) 주위에 감겨 있다. 감겨진 금속튜브 피복 광 파이버(20)의 직선부는 회전드럼(25)이 회전하는 동안에 온도측정이 이루어지도록 회전 광 커넥터를 사용하여 고정측의 광 파이버에 광학적으로 접속되어 있다. 광 파이버(20)의 베이스 리드는 50

의 직경을 가지는 석영유리로 만들어지며, 피복튜브는 외경 3.2

및 0.2

의 두께를 가지는 스테인레스강으로 만들어진다. 그러나, 베이스 리드의 직경에 특별한 한정이 있는 것이 아니다. 피복튜브의 직경에 대해서, 피복튜브가 지나치게 두꺼우면 유도 파이프(45)를 통과하기 어렵고, 지나치게 가늘면 휘어짐이 일어나기 쉬워서 원활한 공급을 방해하게 된다. 또한, 금속튜브 피복 광 파이버는 외부 금속튜브가 지나치게 두꺼우면 유도 파이프(45)를 통과하기 어렵고, 지나치게 가늘면 휘어짐이 일어나기 쉬워서 원활한 공급을 방해하게 된다. 또한, 금속 튜브 피복 광 파이버는 외부 금속튜브를 더 구비할 수 있으며, 금속튜브 피복 광 파이버는 이 외부 금속튜브에 삽입될 수 있다.

공급수단(30)은 펀치 로울(31, 31)을 이용하여 금속튜브 피복 광 파이버(20)를 끼우고, 모터(32)에 의해 소정 속도로 펀치 로울을 회전시킴으로써 금속튜브 피복 광 파이버(20)를 공급한다. 본 실시예에서 공급속도는 0∼600

/sec의 범위에서 가변한다. 본 실시예에 따르면, 공급수단(30)에는 공급속도를 제어하는 속도 제어장치(60)와 공급속도를 소정 값으로 유지하게 하는 공급속도 검출기(70)가 마련되어 있다. 검출기(70)와 속도 제어장치(60)는 공급속도가 적절하게 유지된다면 생략해도 무방하다.

유도수단(40)은 금속튜브 피복 광 파이버(20)를 그 내부로 통과시키는 유도파이프(45)와 지지프레임(47)을 구비한다. 지지프레임(47)은 유도파이프(45)의 기계적 강도를 강화시킨다. 본 실시예의 유도파이프(45)는 내경 5

의 스테인레스강으로 만들어져 있다.

유도파이프(45)의 내부를 통하여, 퍼지가스가 상기 파이프를 냉각시키기 위해 흘려진다. 퍼지가스의 누설을 최소화하기 위해 유도파이프의 입구에는 밀봉부가 위치할 수 있다. 그러나, 유도파이프 입구의 완벽한 밀봉이, 예컨대 O-링에 의해 이루어진다면, 광 파이버의 공급이 여기에서 저항을 받게 된다. 따라서, 밀봉수단은 퍼지가스의 공급량에 따라 균형적으로 선택되어야 한다. 일반적으로 실제에 있어서는, 금속튜브 피복 광 파이버(20)를 저항 없이 통과시키는 개구부를 가지는 마우스 링(mouth ring)을 적용하거나, 어느 정도의 누설이 있더라도 실제적으로 적용할 수 있는 정도로 유도파이프를 인출함으로써 개구부를 수축시킨 것을 적용한다.

유도수단(40)의 단부(41)는, 용융 금속의 방울에 의해 유도파이프(45)가 용융되는 것을 방지하기 위해 내열성 커버에 의해 보호된다. 본 실시예에서는, 이 내열성 커버는 산화마그네슘계로 만들어진다. 유도수단의 단부(41)의 내경에 대해서는, 직경이 작을수록 퍼지가스의 소모량도 줄어들고, 상기 단부 근방에서 용융 금속의 온도 감소도 줄어든다. 따라서, 온도를 정확하게 측정한다는 관점에서 단부(41)의 내경은 작은 것이 바람직하다.

본 실시예에 따르면, 유도부(40)에 탑재되는 구동장치(50)는, 유도수부(40)의 지지프레임(47)에 전기구동 실린더가 부착된 구조로 되어 있다. 구동장치(50)의 동력원에는 유압모터 및 동력을 생성시키는 기타 형태의 것들이 포함된다. 본 실시예에 따르면, 전체 유도부(40)는 수평축 주위로 경사진 구름동작을 한다. 이 동작은 대상에 따라서는 수직 및 수평동작과 결부될 수도 있다. 본 실시예에서는, 머드 건(mud gun) 등의 단독 작업기계가 고온 금속의 온도를 측정할 위치에 도달하는 즉시 출탕구의 개폐작업을 행한다. 따라서, 구동장치(50)의 후퇴위치는 공작기계와의 충돌을 피하도록 상부에 선택된다.

구동 제어장치(80)는 유도수단(40)의 구동장치를 제어하여, 유도부의 단부(41)를 측정대상 근방으로 이동시키는 마이크로 컴퓨터이다. 머드건의 작업패널로부터 작업개시 신호가 발생되는 경우, 또는 측정체 검출장치(90)로부터 머드 건 등의 작업기계의 접근을 알리는 신호가 발생되는 경우, 구동 제어장치(80)는 유도수단(40)의 후퇴를 위해 구동장치(50)를 제어한다.

본 실시예에 따르면, 작업기계가 접근하면, 구동 제어장치(80)가 전기 실린더 봉을 신장시키도록 작동된다. 이 작업은, 유도수단(40)이 급작스럽게 개시 및 정지동작을 하는 것을 피하기 위해, 구동의 개시시기 및 완료시기 모두에 전기 실린더의 동작이 적어지도록 프로그램화되어 있다. 단순화를 위해, 본 실시예에서는, 유도수단(40)의 위치를 검출하는데 리미트 스위치가 사용된다. 리미트 스위치 대신에 인코더(encoder) 또는 기타 수단을 사용한다면 더 미세한 제어를 보장할 수 있다. 구동 제어장치(80)는 용융 금속 내의 광 파이버 삽입위치의 위치잡기를 하는데도 당연히 적용된다.

제2도는 제1도의 장치를 사용하여 측정된 온도 대 광 파이버의 공급속도의 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 수직축은 측정된 온도, 수평축은 측정시간을 표시한다. 400

/sec의 공급속도에서, 측정값은 상수였다. 따라서, 공급속도 400

/sec에서 측정된 값은 고온 금속의 온도를 나타내어야만 한다. 400

/sec보다 늦은 공급속도에서는 300

/sec의 속도에 대한 실제값보다 조금 낮은 측정값, 즉 1 내지 2

낮은 측정온도를 나타내었으며, 100

/sec의 공급속도에서 3 내지 4

낮은 측정온도를 나타내었다.

따라서, 화학반응 분석의 경우에서와 같이

2

의 정밀도로 고온 금속의 온도를 판별하기 위해서, 공급속도는 300

/sec 또는 그 이상으로 선택될 수 있다. 용광로의 작동에 대한 통상적인 제어는

5

의 정밀도로 온도를 판별할 필요가 있기 때문에, 공급속도는 100

/sec 근방에서 선택될 수 있다. 용광로 작동의 제어는 순조로운 조건으로 탈황공정을 유지하고, 용광로 작동의 불안정한 상태, 예컨대 용광로 내부의 온도감소를 유발하는 바람직하지 않은 현상 및 사고를 방지하는 것을 의미한다.

제3도는 종래기술의 방법에 의한 고온 금속의 온도측정에 본 발명에 따른 장치를 적용한 경우, 측정된 온도를 비교하는 그래프이다. 측정조건은 제2도와 마찬가지이다. 즉, 공급속도는 400

/sec이며, 퍼지가스로서 질소가스가 유도부의 유도파이프에 2Nm³/hour의 유량으로 공급되었다. 적용된 종래기술은 1회용 열전쌍을 사용하여 스키머 내에 들어있는 고온 금속의 온도를 판별하기 위한 침지 열전쌍법이 이용되었다.

종래기술에서, 출탕 개시시기 동안 출탕구에서 스키머로 고온 금속을 유도하는 홈통에 열이 흡수되어, 고온 금속의 온도가 출탕 완료시기의 온도에 비해 상당히 낮아진다. 도면에 나타난 바와 같이, 출탕개시로부터 25분 경과 후에는 심지어 20

까지 고온 금속의 온도가 낮아지며, 10

의 차이가 되는데는 1시간이 필요하다. 그러나, 본 발명에 따른 장치가 적용되면, 출탕개시 이후의 경과시간에 무관하게 일정치가 얻어지는 데, 그 이유는 고온 금속의 온도가 분사류내에서 판별되기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 임의의 시간에 고온 금속의 온도측정을 정확히 할 수 있다.

[실시예 2]

용융 금속의 온도측정을 하는 또 다른 장치가 제7도에 도시되어 있는데, 이 장치는 유연성 광 파이버 유도튜브(121)를 사용한다. 실시예 2의 유연성 광 파이버 유도튜브(121)는 반드시 금속튜브로 피복된 광 파이버(103)를 유도해야 하는 것은 아니며, 금속튜브로 피복되지 않은 광 파이버를 유도하는 것일 수도 있다.

그러나, 실시예 2는 고온 금속 분사류(113)의 내부 온도를 측정하기 위한 용융 금속의 온도 측정장치를 목적으로 하는 것이기 때문에, 광 파이버가 고온 금속의 분사류(113)의 동압에 의해 깨지거나 분사류로부터 밀려나오는 것을 방지하기 위해, 실시예 2에서는 금속튜브 피복 광 파이버(103)가 적용된다.

금속튜브 피복 광 파이버(103)는 보빈(101) 주위에 감긴다. 광 파이버(103)의 시단부, 또는 광 파이버(103)의 말단부는, 보빈(101)의 외측에 부착된 복사 온도계를 구성하는 광/전류 변환기에 접속된다. 광/전류 변환기에 의해 광으로부터 변환된 전류는 보빈(101)의 회전축 근방에 탑재된 회전 커넥터를 통해 인출된다. 또한, 광 파이버는 복사 온도계에 접속된다.

광 파이버의 베이스 리드는 50

의 직경을 가지는 석영유리로 만들어지며, 3.2

의 외경 및 0.2

의 두께를 가지는 스테인레스강에 의해 피복되어 있다. 광 파이버(101)의 풀림부는 풀림위치를 일정하게 유지하는 프레스 로울러(123)에 의해 가압된다. 풀려진 광 파이버(103)는 공급로(125)를 따라 공급된다.

공급로(125)는 직선부(127)와 굴곡부로 이루어져 있다. 직선부(127)에는 스테인레스강 유도튜브가 형성되어 있으며, 굴곡부에는 본 실시예에 따른 유연성 광 파이버 유도튜브(121)가 형성되어 있다. 직선부(127)와 굴곡부(121)를 조합함으로써, 어떤 형태의 공급로(125)라도 만들어질 수 있다.

공급로(125)의 단부에는 핀치 로울러(107)를 구비하는 공급수단(109)이 있으며, 여기에서 금속튜브 피복 광 파이버(103)가 핀치 로울러(107) 사이에 끼워진 후, 모터로 구동되는 핀치 로울러의 회전에 의해 일정 속도록 공급된다.

핀치 로울러(107)로부터 공급된 광 파이버(103)는 유연성 광 파이버 유도튜브(121)를 통해 단부 유도장치(111)로 보내진다. 단부 유도장치(111)는 지지점(129) 둘레로 회전가능하며, 구동부(115)에 의해 선회동작을 하도록 회전된다. 선회동작은 고온 금속의 분사류(113) 내로 광 파이버(103)의 단부를 정확히 공급하는 것을 보장해 준다.

제4도에 도시된 바와 같이, 실시예 2에 따른 유연성 광 파이버 유도튜브(121)는 단일 또는 2중 코일 스프링(131, 133)으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 코일 스프링(131, 133)은, 예컨대 일종의 인장 코일 스프링이다. 이 스프링의 재질은, 예컨대 스테인레스강이다. 이 코일 스프링들은 유도튜브(121)와 스테인레스강 튜브로 피복된 광 파이버(103) 사이의 마찰을 감소시킨다.

내부 코일 스프링(131)은, 금속튜브 피복 광 파이버(103)의 단부가 유도튜브(121)를 통하여 지나갈 때, 불규칙한 내부의 코일면에서 광 파이버의 단부가 걸리지 않도록 가는 철사를 사용한다. 예를 들면, 내부 코일 스프링(131)의 직경은 1.0 내지 1.5

의 범위로 한다. 내부 코일 스프링(131)이 감긴 내직경은, 예컨대 10.5

이고, 그외직경은 12.5

이다.

외부 코일 스프링(133)은 충분한 강성을 유지할 수 있도록 내부 코일 스프링(131)보다 두꺼운 철사를 사용한다. 예컨대, 외부 코일 스프링(133)의 직경은 1.4

이다. 외부 코일 스프링(133)이 감긴 내직경은, 예컨대 13.2

이고, 그 외직경은 16

이다.

동심으로 배치된 내부 코일 스프링(131)과 외부 코일 스프링(133) 각각의 양단은 지지부(135, 137)에 의해 각각 지지된다. 지지부(135)는 동심으로 겹쳐진 상태에 있는 2개의 코일 스프링(131, 133)을 외부로부터 지지한다.

즉, 지지부(135)의 내측에, 광 파이버가 통과하는 구멍(138)을 가지고 동심으로 단차부(139)가 형성되어 있다. 단차부(139) 내에서 양 코일 스프링(131, 133)의 단부를 지지하기 위해서, 단차부(139)는 외부 코일 스프링(133)의 외측에 맞추어져 있다. 지지부(137)는 겹쳐진 코일 스프링(131, 133)의 타단부의 내측을 지지한다. 즉, 지지부(137)에는 스프링의 내측을 지지하는 실린더형 돌출부(141)가 마련되어 있다. 실린더형 돌출부(141)는 내부 코일 스프링(131)의 내측 안으로 삽입된다.

양 지지부(135, 137)는 평 스프링(143)에 의해 함께 연결되어 있다. 즉, 지지부(135, 137) 사이의 거리를 각각 일정하게 유지하기 위해, 소정 길이의 스테인레스강평 스프링(143)이 볼트(145, 147)에 의해 양 지지부(135, 137)에 고정된다. 지지부(137) 상의 볼트(147)는 홈 구멍(149)을 이용하여 고정된다.

홈 구멍(149) 때문에 고정부에서 약간의 미끄럼 길이 정도의 여유가 있다. 만약, 코일 스피링(131, 13)이 구부러지면, 굴곡부에서 코일 스프링의 내측과 외측 사이의 주변부 길이의 차는 이 미끄럼 동작에 의해 흡수된다. 평 스프링(143)은 외부 코일 스프링(133)의 강성을 강화시키며, 굴곡에 대한 최적의 곡률반경을 제공한다.

공급로의 직선부(127)를 구성하는 스테인레스강 유도튜브는 각 지지부(135, 137)의 외측과 연결된다.

연결을 이루기 위해 도면 좌측에 도시된 지지부(135)에 짧은 실린더형 돌출부(151)가 형성되고, 볼트(153)를 이요하여 유도튜브(127)와 접속을 수행한다. 도면 우측에 도시된 지지부(137)에 광 파이버를 수납하기 위해 구멍(155)이 형성되어 있으며, 유도튜브는 이 구멍을 통해 끼워맞춤된다.

지지부(135, 137)에 각각 형성된 구멍(138, 155)은 광 파이버(103)를 수납한다. 이 구멍(138, 155)은 광 파이버가 그 안으로 삽입될 때 광 파이버의 걸림을 방지하기 위해 테이퍼 형태로 되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 유연성 광 파이버 유도튜브(121)는, 겹친 상태로 배치된 코일 스프링(131, 133)의 기능 때문에, 광 파이버(3)(제7도의 참조번호를 참조)를 공급하기 위한 공급로(125) 상의 굴곡부를 임의로 형성시킬 수 있다. 즉, 유연성 광 파이버 유도튜브(121)로 들어가는 광 파이버(103) 사이의 각도차이인 굴곡각도가 자유롭게 설정될 수 있다. 설정된 굴곡각도에 대해, 주로 외부 코일 스프링(133)과 평 스프링 (143)의 동작에 의해 최적의 곡률 반경이 얻어진다.

내부 코일 스프링(131)의 철사의 직경은 충분히 가늘게 선정될 수 있으므로, 코일 내측에서의 불규칙성은 최소화될 수 있다. 따라서, 광 파이버(103)가 최초로 삽입될 때, 예컨대 거기서 구부러짐 및 엉킴을 유발하는 광 파이버(103)의 걸림의 발생이 방지된다.

직선부(127)를 이루는 유도튜브와 굴곡부를 이루는 유연성 광 파이버 유도튜브(121)를 조합상태에서 여러 개 사용하면, 어떤 형태의 공급로(125)도 마련될 수 있다. 예를 들면, 보빈(101)과 핀치 로울(107) 사이에 다른 장치 등의 장애물(126)이 존재해도, 아무 문제가 없다. 보빈(101)과 단부 유도장치(111) 사이의 거리는 충분히 길게 선택될 수 있다.

또한, 보빈(101) 교체의 안전성을 보장하기 위해, 먼 장소에 보빈을 위치시키는 것도 가능하다. 또한, 공급로(125)에서의 광 파이버(103)의 굴곡에 의한 온도 측정오류의 발생 및 광 파이버의 엉킴에 기인하는 온도 측정의 불능 발생이 회피될 수 있다.

상기 실시예는 평 스프링(143)에 연결된 지지부(135, 137)를 다루었다. 그러나, 각 지지부(135, 137)가 각 코일 스프링(131, 133)에 각각 견고하게 연결되도록 한 다른 실시예에서는 평 스프링(143)을 제거할 수도 있다.

또, 상기 실시예는 지지부(135, 137)와 직접 연결된 유도튜브(127)를 다루었다. 다른 실시예에 따르면, 예를 들어 제6도에 도시된 바와 같이, 유도튜브(127)가 커넥터(157)를 통해 지지부(135, 137)와 연결될 수 있다. 즉, 실린더형 커넥터(157)가 유도튜브(127)의 단부의 외측 주변부에 용접 고정될 수 있으며, 커넥터(157)는 지지부(135)의 실린더형 돌출부(159)의 외측 주변부 상에 스터드 볼트(161)에 의해 고정될 수 있다. 그 대신에, 커넥터(157)가 지지부(137)의 구멍(155)의 확장부로 삽입될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 실시예 2에 따른 유연성 광 파이버 유도튜브는 어떤 길이 및 모양으로도 광 파이버를 공급하는 공급로를 선택할 수 있다. 또한, 공급로의 굴곡부를 형성하는 유연성 광 파이버 유도튜브의 내부 코일 스프링은 광 파이버에 대한 마찰을 경감시킬 수 있도록 가는 철사로 제조될 수 있다. 또한, 외부 코일 스프링은 그 굴곡조건 하에서 충부한 강성을 제공할 수 있도록 굵은 철사로 제조될 수 있다.

용융 금속의 온도 측정장치의 굴곡부에 실시예 2에 따른 유연성 광 파이버 유도튜브를 이용하면, 보빈과 단부 유도장치 사이의 거리는 충분히 큰 값으로 선택될 수 있다. 또한, 보빈과 단부 유도장치 사이의 공급로를 종래기술과 같이 직선통로로 할 필요가 없이, 어떤 굴곡모양으로 해도 된다. 더욱이, 유연성 광 파이버 유도튜브를 구비한 광 파이버에 대한 보호는, 광 파이버가 그 유도튜브를 통해 처음 삽입될때에도, 광 파이버의 구부러짐이나 엉킴이 발생하는 것을 방지한다.

[실시예 3]

본 실시예에 따른 광 파이버 공급수단(219)을 이용하는 용융 금속의 온도 측정 장치가 제13도를 참조하여 아래에 설명된다.

실시예 3에 따른 광 파이버 공급수단(219)이 반드시 금속튜브로 피복된 광 파이버(203)을 공급하는 것일 필요는 없으며, 금속튜브로 피복되지 않은 광 파이버를 유도하는 것이어도 된다. 그러나, 본 실시예는 고온 금속 분사류(213) 내부의 온도를 측정하는 용융 금속의 온도 측정장치를 의도한 것이기 때문에,광 파이버가 분사류에서 밀려나거나 깨지는 것을 방지하기 위해, 금속튜브 피복 광 파이버(203)가 적용된다.

금속튜브 피복 광 파이버(203)는 보빈(201) 둘레에 감겨진다. 광 파이버(203)의 시단부, 또는 광 파이버(203)의 말단부는, 보빈(201)의 외측에 부착된 복사 온도계를 구성하는 광/전류 변환기에 접속된다. 광/전류 변환기에 의해 광으로부터 변환된 전류는 보빈(201)의 회전축 근방에 탑재된 회전 커넥터를 통해 인출된다. 회전식 광 커넥터는 그 고정단부에서 광 파이버와 광학적으로 연결된다. 또한, 광 파이버는 복사 온도계에 접속된다.

광 파이버(201)의 풀림부는 풀림위치를 일정하게 유지하는 프레스 로울러(223)에 의해 가압된다. 풀려진 광 파이버(203)는 공급로(225)를 따라 공급된다.

공급로(225)는 직선부(227)와 굴곡부를 이루어져 있다. 직선부(227)에는 스테인레스강 유도튜브가 형성되어 있으며, 굴곡부에는 유연성 광 파이버 유도튜브(221)가 형성되어 있다. 직선부(227)와 굴록부(221)를 조합함으로써, 어떤 형태의 공급로(225)라도 만들어질 수 있다.

공급로(225)의 단부에는 본 실시예에 따른 공급수단(219)이 있으며, 여기에서 금속튜브 피복 광 파이버(203)가 그 사이에 끼워진 후, 모터의 회전에 의해 광 파이버(203)가 소정 속도로 공급된다.

광 파이버 공급수단(219)으로부터 공급된 광 파이버(203)는 유연성 광 파이버 유도튜브(221)를 통해 단부 유도장치(211)로 보내진다. 단부 유도장치(211)는 지지점(229) 둘레로 회전가능하며, 구동부(215)에 의해 선회동작을 하도록 회전된다. 선회동작은 고온 금속의 분사류(213) 내로 광 파이버(203)의 단부를 정확히 공급하는 것을 보장해준다.

광 파이버 공급수단(219)이 제8도 내지 제12도를 참조하여 아래에 설명된다.

광 파이버 공급수단(219)은 한 쌍의 수지제 이음매 없는 벨트(231)를 구비한다. 각 이음매 없는 벨트(231)는 구동 로울(233) 및 피구동 로울(235)에 의해 구동된다. 한쌍의 이음매 없는 벨트(231)는 상기 벨트 각각의 외측면이 서로 접촉하도록 평행하게 배치된다. 광 파이버(203)는 평행배치된 이음매 없는 벨트(231) 사이에 끼워진 상태로 공급된다.

각 이음매 없는 벨트(231)는 강도를 보장해 주는 강화 직물코어를 구비한 내마모성 고무벨트로 만들어진다.

이음매 없는 벨트(231)에는 등간격으로 복수의 측방향 홈(237)이 있으며, 이에 따라 인접한 측방향 홈(237) 사이에 측방향 리브(239)가 형성되어 있다. 각 측방향홈(237)과 측방향 리브(239)의 단면을 보면, 이끝과 이뿌리가 서로 맞물린 형태로 되어 있다.

이음매 없는 벨트(231)의 외측면에는, 제10(b)도에 도시된 바와 같이, 폭의 중앙 근방에 종방향을 따라 종방향 홈(241)이 형성되어 있다. 종방향 홈(241)은 광 파이버(203)와 짝을 이루기 위한 것으로서, 복수의 측방향 홈(237)을 서로 연결하게 한다. 종방향 홈(241)의 단면은, 금속튜브로 피복된 광 파이버(203)의 외형에 맞는 U자형으로 되어 있다. 그러나, 종방향 홈(241)의 형상은 U자형 대신에 V자형으로 되어도 된다.

서로의 외측면을 접촉하도록 배치된 한 쌍의 이음매 없는 벨트(231)의 각각은, 서로 맞물리도록 이음매 없는 벨트(231) 각각의 측방향 홈(237) 1피치만큼 엇갈리게 하여 배치된다.

제10도에 도시된 바와 같이,광 파이버(203)는 종방향 홈(241)에 맞물린 상태에 있다. 측방향 홈(237)과 종방향 홈(241)의 치수는, 이음매 없는 벨트(231)상의 측방향홈(239) 사이에 소정의 갭(S)을 유지하도록 하여 서로간에 완전한 접촉을 이루지 않게 형성된다.

구동 로울(233) 및/또는 피구동 로울(235)은 한 쌍의 이음매 없는 벨트(231) 사이(제8도의 상부와 하부 사이)에서 기어 등에 의해 연결될 수 있다. 이러한 연결 대신에, 구동 로울(233)의 일측의 구동력은 한 쌍의 이음매 없는 벨트(231)를 통해 로울(233)의 타측으로 전달될 수 있다.

가압장치(243)는, 제8도에 도시된 바와 같이, 하부 고정 유도부(245)와 상부 유도부(247)를 사용하여 벨트가 서로 접촉하는 상태가 되게 두께방향으로 이음매 없는 벨트(231)를 가압한다. 즉, 상부 유도부(247)는 기부(249)에 위치한 한 쌍의 가압 스프링(251)에 의해 하부 고정 유도부(245)의 방향으로 가압된다.

기부(249)의 위치는 가압력 조정볼트(253)에 의해 조정된다. 가압력 조정볼트(253)는 기부(249)의 위치를 수직방향으로 조정하여, 기부(249) 및 상부 유도부(247) 사이의 거리, 또는 가압 스프링(251)의 길이를 조정함으로써, 가압력을 조정한다.

구동 로울(233) 및 피구동 로울(235)에 의해 이음매 없는 벨트(231)를 구동하기 위해, 이음매 없는 벨트(231)의 내면에도 외면과 마찬가지로 복수의 측방향 홈(237')과 축방향 리브(239')가 마련된다. 측방향 홈(237')과 맞물리는 톱니(234)가 로울(233, 235)상에 형성된다.

상기한 구조를 가지는 광 파이버 공급수단의 기능을 아래에 설명한다.

구동 로울(233)이 회전하여 이음매 없는 벨트(231)를 구동하면, 광 파이버(203)가 한 쌍의 이음매 없는 벨트(231) 사이에 끼워진 상태로 종방향으로 공급된다. 이 때, 광 파이버(203)는 종방향 홈(241)과 맞물리며, 고 마찰계수가 종방향 홈(241)이 측방향 홈(237)과 교차하는 모서리에 나타난다.

긴 이음매 없는 벨트(231)가 이용될 수 있으며, 긴 이음매 없는 벨트(231)는 이음매 없는 벨트(231)로부터 보내지는 광 파이버(203)에 충분히 큰 마찰력을 인가한다.

한 쌍의 이음매 없는 벨트(231)가 서로 접촉하는 부분은 직선부이다. 광 파이버(203)는 직선부 외측 주변면에 형성된 종방향 홈(241)에 맞물리기 때문에, 광 파이버(203)는 직선통로로 정확하게 유도된다. 따라서, 종래기술에서 관찰되는 바와 같이, 점 접촉상태에서 회전하는 핀치 로울에서 보내진 광 파이버가 기복을 나타낼 가능성이 없어진다.

이와 같은 방법으로, 광 파이버 공급수단(219)에서 보내어진 광 파이버(203)가 단부 유도장치(211)에 정확히 공급된다.

또한, 제10도에 도시된 바와 같이, 측방향 홈(237)과 측방향 리브(239) 사이의 거리(S)는 광 파이버가 종방향 홈에 맞물리는 상태에서 큰 값으로 설정된다. 따라서, 가압장치(243) 상의 가압 스프링(251)의 행정(行程)은 만족스러운 큰 값으로 설정될 수 있다. 결과적으로 광 파이버(203)에 대한 가압장치(243)의 가압력 조정이 매우 용이해진다. 따라서, 과도한 가압력이 없어진다.

광 파이버(203)와 이음매 없는 벨트(231) 간의 접촉부가 충분히 길기 때문에, 가압력이 분산된다. 따라서, 이음매 없는 벨트(231)의 마모가 감소하여 광 파이버 공급수단(219)의 수명이 연장된다.

충분히 큰 마찰력으로 공급이 이루어지기 때문에, 공급시 미끄러짐이 줄어든다. 제12(a)도에 도시된 종래기술에서, 광 파이버(203)의 공급을 가속시키는데 0.5초가 걸리며, 필요한 소정 속도(400m/sec)로 0.8초간 유지한 후 광 파이버를 감속시키는데 0.5초가 걸린다. 소정 공급속도를 유지하는 동안에도, 최대 40

/sec 의 속도에서 공급속도의 분산을 일으키는 간헐적인 미끄러짐이 발생한다.

반대로, 제12(b)도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 광 파이버 공급수단(219)은 가속완료에 0.1초가 걸리며, 소정 속도로 0.8초 유지하는 시간 동안에 공급속도에 있어서 분산을 나타내지 않았다. 감속은 0.1초 내에 완료되었다.

본 실시예에 따른 광 파이버 공급수단(219)을 적용하여 미끄러짐을 감소시키기 때문에, 측정된 온도는 제11도에 도시된 바와 같이, 종래기술보다 적은 분산을 나타내었다. 즉, 종래의 핀치 로울을 이용한 공급수단이 대략 3

의 분산(제12(a)도 참조)을 나타내었으며, 본 실시예는 약 1

의 분산(제12(b)도 참조)을 나타내었다.

상기한 실시예는 금속튜브로 피복된 광 파이버(203)를 이용한다. 다른 실시예에서, 본 발명은 금속튜브로 피복되지 않은 통상의 광 파이버에 대해서도 적용될 수 있다.

상기 실시예에 따르면, 외측면 상의 측방향 홈(237)과 동일한 형상을 가지는 측방향 홈(237')이, 제9도에 도시된 바와 같이, 이음매 없는 벨트(231, 231)의 내면에도 형성되어 있으며, 로울(233, 235)은 이 측방향 홈(237')과 맞물리는 톱니(234)를 가진다. 그러나, 또 다른 실시예에서, 상기 내면 상의 측방향 홈(237')의 형상은 외면 상의 측방향 홈(237)의 형상과 반드시 동일할 필요는 없으며, 필요에 따라 작은 측방향 홈이어도 무방하다.

이음매 없는 벨트(231)의 내측 주변면과 로울(233, 235)사이의 접촉은 평면상에서 이루어질 수 있다. 어느 정도 수준의 장력이 이음매 없는 벨트(231)에 인가된다면 평면 상에서도 구동력 전송이 가능하다.

상기 실시예에 따르면, 이음매 없는 벨트(231)는 고무에 의해 일체로 제조된다. 그러나, 또다른 실시예에서는 , 이음매 없는 벨트가 합성수지로 만들어질 수 있으며, 일체 구조 외에도 복수의 부품이 조합된 복합구조를 가질 수도 있다.

상기한 바와 같이, 실시예 3에 따르면, 광 파이버가 한 쌍의 이음매 없는 벨트에 끼워져, 종방향으로 소위 샌드위치된 상태로 공급되어, 이음매 없는 벨트와 광 파이버와의 접촉부는 충분히 큰 마찰력을 보장할 수 있도록 종방향을 따라서 긴 거리의 범위로 선택될 수 있다. 또한, 종방향 홈이 측방향 홈을 가로지르는 모서리에서고 마찰계수를 얻으면서, 광 파이버가 종방향 홈에 맞물린 상태로 공급되게 된다. 따라서, 미끄러짐은 거의 발생하지 않는다.

이음매 없는 벨트를 따라 긴 거리범위로 상기 접촉부를 얻을 수 있기 때문에, 마찰력은 긴 접촉부에 대해 분산되어, 마모도 거의 일어나지 않는다.

또한, 용융 금속의 온도 측정장치에 실시예 3에 따른 광 파이버 공급수단을 이용하면, 용융 금속 내의 광 파이버의 소모에 대응한 소정 속도로 광 파이버가 쉽게 공급될 수 있으며, 가속 및 감속시간에 발생하는 광 파이버의 손실도 최소화할 수 있다.

[실시예 4]

본 실시예에 따른 광 파이버 단부 유도장치(319)를 이용한 용융 금속의 온도 측정장치가 제18도를 참조하여 아래에 설명된다.

실시예 4의 광 파이버 단부 유도장치(319)는 반드시 금속튜브로 피복된 광 파이버(303)를 유도할 필요는 없고, 금속튜브로 피복되지 않은 단순한 광 파이버를 유도하는 것이어도 된다.

그러나, 본 실시예는 고온 금속 분사류(313) 내부의 온도를 측정하는 용융 금속의 온도 측정장치를 의도한 것이기 때문에, 광 파이버가 분사류(313)에서 밀려나거나 분사류(313)의 동압에 의해 깨지는 것을 방지하기 위해, 금속튜브 피복 광 파이버(303)가 적용된다. 금속튜브 피복 광 파이버(303)는 보빈(301) 둘레에 감겨진다. 광파이버의 풀림부(301)는 풀림위치를 일정하게 유지하는 프레스 로울러(323)에 의해 가압된다. 풀려진 광 파이버(303)는 공급로(325)를 따라 공급된다.

공급로(325)는 직선부(327)와 굴곡부로 이루어져 있다. 직선부(327)는 스테인레스강 유도튜브를 구비하고 있으며, 굴곡부에는 유연성 광 파이버 유도튜브(321)가 형성되어 있다. 직선부(327)와 굴곡부(321)를 조합함으로써, 어떤 형태의 공급로(325)라도 만들어질 수 있다.

공급로(325)의 단부에는 핀치 로울러(307)를 구비하는 공급수단(309)이 있으며, 여기에서 금속튜브 피복 광 파이버(303)가 핀치 로울러(307) 사이에 끼워진 후, 모터의 회전에 의해 소정 속도로 공급된다.

핀치 로울러(307)로부터 공급된 광 파이버(303)는 유연성 광 파이버 유도튜브(321)를 통해 본 실시예에 따른 광 파이버 단부 유도장치(319)로 보내진다. 광 파이버 단부 유도장치(319)는 지지점(329) 둘레로 회전가능하며, 구동부(315)에 의해 선회동작을 하도록 회전된다. 선회동작은 고온 금속의 분사류(313) 내로 광 파이버(303)의 단부를 정확히 공급하는 것을 보장해준다.

본 실시예에 따른 광 파이버 단부 유도장치(319)는 제14도 내지 제16도를 참조하여 아래에 설명된다.

제16도에 도시된 바와 같이, 광 파이버 유도장치(319)는 대체로 봉(棒)모양을 가지고 있으며, 이를 통하여 광 파이버(16)가 유도된다. 내부 구조는 제14도에 도시되어 있으며, 이는 동심적으로 배치된 내부 실린더(331), 중간 실린더(333) 및 외부 실린더(335)를 구비하는 3층 구조로 되어 있다. 내부 실린더(331)는 그 안으로 광 파이버(303)를 관통시키며, 1차 냉각재로 분사공기를 수납한다. 중간 실린더(333)와 외부 실린더(335)는 광 파이버 유도장치(319)의 단부에서 서로 연결되며, 2차 냉각재로 분사공기를 수납한다.

광 파이버 유도장치(319)의 단부(337)는, 이 단부(337)의 외부 실린더(335')에 부착된 수나사(339) 및 몸체부의 외부 실린더(335)에 부착된 암나사(341)에 착탈될 수 있다. 몸체부와 단부(337)의 기부(基部)는 고순도 구리로 만들어진 패킹(342)을 가진다. 단부(337)의 내부 실린더(331')는 몸체부의 삽입된 내부 실린더(331)를 수납하여, 이들을 함께 맞추어 준다.

맞춰진 단부(337)에 있는 내부 실린더(331')는 들어오는 광 파이버(303)가 엉키는 것을 방지하도록 테이퍼모양의 내부 주변면을 가진다. 중간 실린더(333)는 단부(337)와 몸체에 공통으로 속한다.

내부 실린더(331), 중간 실린더(333) 및 외부 실린더(335) 각각은 스페이서(343, 345)를 이용하여 서로 소정의 반지름 방향 거리를 유지하고 있으며, 이 스페이서(343, 345)는 내부 실린더(331)와 중간 실린더(333)의 외측 주변면에 각각 탑재되어 있다.

외부 실린더(335)는 광 파이버 유도장치(319)의 기부의 외측 주변면에서 끝나며, 외부 실린더(335)의 단부는 중간 실린더(333)의 외측 주변에 용접된다. 그 다음, 노출된 중간 실린더(333)와 내부 실린더(331)는 기부(347)에 용접된다. 중간 실린더(333)의 노출부에는 2차 냉각재로 공기를 도입하는 공기 투입 개구부(348)가 마련되어 있다. 외부 실린더(335)의 단부 근방에는, 공기 방출 개구부(350)가 2차 냉각재로서의 공기를 방출하도록 열려있다.

내부 실린더(331)는 광 파이버(303)를 도입하기 위한 개구부(349)가 형성된 기부를 관통한다. 개구부(349)에 연결된 노즐(351)도 기부를 관통하여 형성되어 있다. 노즐의 직경은, 예컨대 2

이다. 예를 들면, 12개의 노즐(351)이 개구부(349) 둘레선 상에 등간격으로 배치된다. 각 노즐(351)의 방향은 중앙 개구부(349) 둘레에 소용돌이 모양의 방향으로 되어 있다.

1차 냉각재로서 공기는 개구부(349)로부터 노즐(351) 내로 분사되며, 내부 실린더(331)에서 단열팽창을 유발한다. 단열팽창은 분사공기가 주위의 열을 흡수하도록 해준다. 공기는 열을 흡수하면서 소용돌이 모양으로 분사되므로, 광 파이버(303)를 냉각시킨다. 노즐(351)은 기부(347)의 외측 주변부에 형성된 포트(353)와 연결되며, 또한 1차 냉각재의 투입 개구부(355)와도 연결된다.

예를 들면, 기부에서의 내부 실린더(331)와 연결되는 개구부(349)의 내경은 4

이며, 단부(337)에서의 내부 실린더(331)의 내경은 5

이다. 따라서, 만약 금속튜브로 피복된 광 파이버(303)의 외경이 3.6

이면, 금속튜브로 피복된 광 파이버(303)와 내부 실린더(381) 또는 개구부(349) 사이의 틈은 기부에서보다 단부(337)에서 더 크므로, 분사된 1차 냉각재는 단부(337)로부터 방출된다.

단부 개구부(357)에서 방출된 공기는 고속도이므로, 광 파이버(303)는 공기의 동압에 밀려 내부 실린더(331')의 중앙에 위치하게 된다. 결과적으로, 광 파이버(303)는 내부 실린더(331')에 대한 접촉저항 없이 원활히 공급될 수 있다. 시간당 흐르는 공기의 유량이 적어서 공기가 확산하면, 고온 금속의 분사류(313)를 냉각시킬 수 없다(제18도 참조).

반면에, 2차 냉각재로서의 공기는 공기 투입 객부(348)로부터 투입된다. 투입개구부(348) 내에는 구멍(359)이 형성되어, 투입된 공기가 단열팽창하여 주위의 공기로부터 열을 흡수하도록 해준다. 다음에 공기는 특별한 온도상승 없이 중간 실린더(333)를 통과하여 단부(337)에 도달한다. 단부(337)에서, 공기는 기류의 방향을 180°바꾸어 외부 실린더(335)를 통과하여 냉각기능을 수행한 다음, 방출 개구부(350)에서 방출된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 1차 냉각재로서의 공기는 내부 실린더(331) 내의 광 파이버(303)를 냉각하고, 2차 냉각재로서의 공기는 중간 실린더(333)와 외부 실린더(335)를 냉각한다. 개별적인 냉각에 의해, 냉각기능이 더욱 향상된다.

광 파이퍼(303) 및 단부 유도부에 대한 개별적인 냉각은 광 파이버에서의 시간당 공기유량을 줄이면서 광 파이버(303)를 냉각시키는 1차 냉각재의 충분한 유속을 보장해준다. 시간당 공기유량의 억제는 고온 금속 분사류(313)를 냉각시키는 문제점이 발생하지 않도록 해준다. 또한, 충분한 유속이 보장되면 단열팽창에 의해 만족스러운 냉각효과가 제공된다.

2차 냉각재는 중간 실린더(333)에 도입되기 때문에, 냉각재는 그 온도가 상당히 상승되기 전에 단부(337)에 도달한다. 결과적으로, 단부(337)에서의 열교환이 확실히 행해지므로, 전체적인 냉각효과가 향상된다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 충분한 냉각효과가 달성되어, 제17도에 도시된 바와 같은 양호한 실험결과가 얻어진다. 즉, 종래기술의 단부 유도부에서, 고온 금속의 분사류 근방에서의 20분간의 측정하면, 공급되고 있는 광 파이버(303)의 온도가 한계수준인 100

에 도달하여 단부 유도부가 약 10분간의 냉각을 위해 후퇴될 필요가 있었다.

측정 및 후퇴사이클을 반복함으로써, 종래기술의 방법은 오직 간헐적인 온도측정만이 가능했다. 반대로, 본 실시예에 따르면, 충분한 냉각효과에 의해 광 파이버(303)의 온도상승을 약 70

까지로 억제하므로, 연속적인 온도측정이 가능하다.

광 파이버 유도장치(319)의 단부(337)는 몸체부에 대해 착탈이 가능하므로, 언제라도 제거될 수 있다. 따라서, 만약 내부 실린더(331')가 고온 금속 입자의 부착과 성장으로 메워진다면, 다른 부품은 재사용하면서 단부(337)만을 교체하면 된다.

전술한 실시예는 냉각재로서 공기를 사용하였다. 공기는 저가로 사용할 수 있는 바람직한 냉각재이다. 그러나, 질소 및 아르곤도 냉각재로 적용될 수 있다. 공기와 같은 가스가 사용될 경우, 가스의 단열팽창을 이용한 냉각효과를 얻기 위해 바람직한 가스압은 5kgf/cm²이상이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 1차 냉각재는 광 파이버가 통과하는 내부실린더를 냉각하며, 2차 냉각재는 중각 실린더와 외부 실린더를 냉각한다. 즉, 광 파이버와 단부 유도부는 개별적으로 냉각된다. 이러한 구성은 냉각기능을 향상시킨다. 1차 냉각재는 노즐을 통하여 분사되어 단열팽창되고, 이러한 단열팽창은 주위의 공기에서 열을 흡수하여 냉각효율을 높인다.

[실시예 5]

본 발명의 실시예 5는 제19도 내지 제23도에 도시된다.

광 파이버 단부 위치잡기부(419)를 사용하는 용융 금속의 온도 측정장치가 제23도를 참조하여 아래에 설명된다. 광 파이버 단부 위치잡기부(419)는 반드시 금속튜브로 피복된 광 파이버(303)를 위치잡기할 필요는 없고, 금속튜브로 피복되지 않은 단순 광 파이버를 유도하는 것이어도 된다.

그러나, 본 실시예는 고온 금속 분사류(413) 내부의 온도를 측정하는 용융 금속의 온도 측정장치를 의도한 것이기 때문에, 광 파이버가 분사류에서 밀려나거나 분사류의 동압에 의해 깨지는 것을 방지하기 위해, 금속튜브 피복 광 파이버(403)가 적용된다.

금속튜브 피복 광 파이버(403)는 보빈(401)둘레에 감겨진다.

광 파이버(403)의 시단부, 또는 광 파이버(403)의 말단부는, 보빈(401)의 외측에 부착된 복사 온도계를 구성하는 광/전류 변환기에 접속된다. 광/전류 변환기에 의해 광으로부터 변환된 전류는 보빈(401)의 회전축 근방에 탑재된 회전 커넥터를 통해 인출된다. 또한, 광 파이버는 복사 온도계에 접속된다.

광 파이버(403)의 베이스 리드는 50

의 직경을 가지는 석영유리로 만들어지며, 외경 3.2

및 두께 0.2

를 가지는 스테인레스강으로 피복되어 있다. 광 파이버(403)의 풀림부는 플림위치를 일정하게 유지하는 프레스 로울러(421)에 의해 가압된다. 풀려진 광 파이버(403)는 공급로(423)를 따라 공급된다.

공급로(423)는 직선부(425)와 굴곡부(427)로 이루어져 있다. 직선부(425)는 스테인레스강 유도튜브를 구비하며, 굴곡부(427)에는 본 실시예에 따른 유연성 광 파이버 유도튜브가 형성되어 있다. 직선부(425)와 굴곡부(427)를 조합함으로써, 어떤 형태의 공급로(423)라도 만들어질 수 있다.

공급로(423)의 단부에는 핀치 로울러(407)를 구비하는 공급수단(409)이 있으며, 여기에서 금속튜브 피복 광 파이버(403)가 핀치 로울러(407) 사이에 끼워진 후, 모터의 회전에 의해 일정 속도로 공급된다.

핀치 로울러(407)로부터 공급된 광 파이버(403)는 단부 유도장치(429)로 보내진다. 단부 유도장치(429)는 유도기부(430) 상에 탑재되어 지지점(431) 둘레로 회전가능하며, 구동부(433)에 의해 선회동작을 하도록 회전된다. 선회동작은 고온 금속의 분사류(413) 내로 광 파이버(403)의 단부를 정확히 공급하는 것을 보장해준다.

단부 유도장치(429)를 구동하는 유도 구동부(433)를 이용하여 고온 금속(413) 내로 광 파이버(403)의 단부의 위치를 정확히 잡아주기 위한 광 파이버 위치잡기부(419)에 대한 설명은 아래와같다.

홈 덮개(437)가 고온 금속의 분사류(423)를 수납하는 홈(435)상에 적용된다. 홈덮개(437) 상에 열려진 창(439)을 통해, 광 파이버(403)를 유도하는 단부 유도장치(429)가 삽입된다. 또한, 홈 덮개(437)는, 레이저 거리측정장치(441)에 의해 진동하는 레이저 광(440)이 거리를 판별하기 위해 통과하는 창(443)을 가지며, 레이저 거리측정장치(441)는 아래에 설명된다.

단부 유도장치(429) 및 레이저 거리측정장치(441)는 캐리지(445) 상에 탑재된다. 캐리지(45)는, 고온 금속(413)에 대한 본체의 전/후 동작을 할 수 있게 하는 본체 구동모터(447)에 의해 회전되는 바퀴(449)를 가진다. 레이저 기부(451)는 전기 실린더를 구비하는 레이저 구동부(455)에 의해 자유롭게 회전된다.

레이저 거리측정장치(441)는 거리 데이터 측정부(457)로 측정된 거리 데이터를 전송한다. 거리 데이터 측정부(457)는, 측정방향을 변경하는 레이저 거리측정장치(441)의 회전 하에서 얻어진 거리 데이터의 근거하여 거리 분포 데이터를 준비한다.

제20도는 레이저 거리측정장치에 의해 판별된 고온 금속의 분사류 표면으로부터 측정된 거리 데이터의 분포를 나타낸다. 준비된 분포 데이터로부터, 고온 금속 분사류(413)의 중앙 위치가 계산된다. 여기서 중앙 위치는, 레이저 거리측정장치(441)의 방향 및 위치, 또한 레이저 거리측정장치(441)와 고온 금속 분사류로부터의 거리를 고려하여 판별된 고온 금속 분사류의 수직단면 사이의 중앙 위치를 의미한다.

또한, 분포 데이터로부터, 중앙 위치에서의 고온 금속 분사류(413)의 표면으로부터의 거리가 계산된다. 상기 표면의 계산된 거리에 고온 금속 분사류(413)의 반경을 더함으로써, 고온 금속 분사류(413)의 중앙까지의 정확한 거리가 판별된다. 고온 금속 분사류(413)의 직경은 분포 데이터로부터 얻어질 수 있다. 레이저 구동부(455)는 레이저 거리측정장치(441)를 간헐적으로 회전시켜 간헐적인 동작마다 데이터를 얻으며, 고온 금속 분사류(413)의 중앙 위치를 계산하고, 그 중앙 위치로부터 거리를 계산한다.

전술한 절차를 통해, 고온 금속 분사류(413)의 단면 상의 소정 위치에 광 파이버(403)가 항상 공급될 수 있다. 상기 소정 위치는 제21도에 도시된다. 즉, 고온 금속 분사류(413)의 단면의 면적 및 위치는 초기 출탕단계와 후기 출탕단계에서 서로 다르다. 예를 들면, 고온 금속 분사류(413)의 직경은 초기 출탕단계동안 약 50

정도이나, 후기 출탕단계동안은 약 150

이다. 그러나, 고온 금속 분사류(413)의 중앙 위치 및 그 중앙 위치로부터의 거리에 대한 정보는 고온 금속 분사류의 단면모양(거의 원형) 내에 광 파이버(403)를 공급시키는 위치와 일치시킨다.

계산된 거리 및 중앙 위치에 근거하여, 거리 데이터 처리부(457)는 제어부(459,461)에 제어신호를 발생시킨다. 다음에, 제어부(459, 461)는, 본체 구동모터(447) 및 단부 유도 구동부(433)로 구동신호를 발생시킨다. 레이저 거리측정장치(441)에서 사용되는 레이저광의 파장은 고온 금속 분사류(413)에서 발생되는 파장과 다른 것이다. 본체 구동모터(447) 및 단부 유도 구동부(433)는 단부 유도장치(429)를 구동하는 유도 구동부를 구성한다.

따라서, 광 파이버(403)는, 고온 금속 분사류(413)의 단면의 면적 및 위치가 시간에 따라 변하는 조건하에서도, 고온 금속 분사류(413)의 단면모양(거의 원형)의 중앙 위치에 항상 정확히 공급된다.

전술한 실시예에 의해, 광 파이버(403)를 고온 금속 분사류(413) 내로 공급하여 위치를 조정하는 작업은, 작업자의 시측(視測)에 의하지 않아도 레이저 거리측정장치(441)를 사용하여 자동적으로 실시된다. 조정은 언제든지 실시될 수 있으므로, 시간에 따른 고온 금속 분사류(413)의 변화에 조정작업이 항상 대응하고, 고온 금속분사류(413)에 대한 연속적인 온도측정을 할 수 있기 때문에, 결과적으로 온도측정의 정확도가 높아진다.

즉, 제22도에 도시된 바와 같이, 종래에는(개선 전) 작업자의 시측에 의한 수작업으로 위치조정이 행해져서, 한 번의 측정사이클동안 측정온도는 +3

에서 -10

까지에 이르는 분산을 나타내었다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 시측 대신에 레이저 거리측정장치(441)를 이용하여 자동적인 거리 판별이 실시되고, 광 파이버(403)의 위치조절이 자동적으로 행해지므로, 분산은 대략

1

의 범위로 좁아진다.

전술한 실시예는 단부 유도 구동부(433)와 레이저 구동부(455)에 전기 구동 실린더를 사용한다. 그러나, 다른 실시예에서는, 다른 형태의 구동 동력원이 사용될 수 있다.

레이저 거리측정장치(441)의 구동은 주로 회전(선회)동작이거나, 본체(445)의 전/후 동작(미끄럼)과 회전동작이 조합되어 이루어지는 동작일 수 있다. 구동 전달의 바람직한 방향은 고온 금속 분사류(413)에 대해 직각인 방향이다. 마찬가지 방법으로, 단부 유도장치(429)의 구동은 단부 유도장치 구동부(433)로서 전기 실린더에 의한 회전동작일 수 있으며, 본체(433)의 전/후 동작과 회전동작이 조합된 동작일 수 있다. 또한, 다른 구동구조가 적용될 수 있는데, 예컨대 그 구조는 그 일부가 자유로운 전/후 이동 지지부로 형성되어, 그 전/후 동작에 의해 구동되는 단부 유도장치(429)를 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 광 파이버 단부 위치잡기부에 따르면, 작업자가 시측에 의해 고온 금속 분사류의 직경 및 중앙의 위치변화 감시할 필요가 없다. 따라서, 작업자가 용융 금속 분사류 근방에 머물면서 이를 시측하지 않아도 되므로, 작업자의 안전에 유리하다. 또한, 원격감시를 위한 ITV나 기타 장치를 설치할 필요가 없다. 더욱이, 용융 금속 분사류의 중앙 위치 및 용융 금속 분사류로부터의 위치는 레이저 거리측정장치에 의해 정확히 판별된다. 따라서, 얻어진 중앙 위치 및 거리는 광 파이버의 공급위치를 조정할 수 있게 해주어, 온도측정의 정확도가 높아진다.

[실시예 6]

본 발명의 실시예 6에 대한 설명을 제24도 및 제25도를 참조하여 아래에 설명한다.

실시예 6은 광 파이버 루퍼기(526)를 구비한 용융 금속의 온도 측정장치를 제공한다. 용융 금속의 온도 측정자치에는, 복사 온도계와 연결된 광 파이버(503)로 감긴보빈(501)과, 상기 광 파이버를 공급하는 공급로(533)와, 상기 공급로에서 보내진 광파이버를 유도하는 미끄럼 유도장치(539)와, 상기 광 파입를 용융 금속 내로 공급하는 공급기(545)가 마련되어 있다.

광 파이버 루퍼기(526)에는 광 파이버를 그 위에 일시적으로 저장하고 다시 공급로를 통해 광 파이버를 공급하는 광 파이버 루퍼부가 마련되어 있다. 복사 온도계를 구성하는 광/전류 변환기는 광 파이버(503)가 그 주위에 감기는 보빈(501)의 외측면에 탑재되어 있다. 감겨진 광 파이버(503)의 말단부는 광/전류 변환기에 접속된다.

광/전류 변환기에 의해 광으로부터 변환된 전류는 보빈(501)의 회전축 근방에 탑재된 회전식 조인트(joint)를 통하여 인출된다. 인출된 전류에 근거하여 온도를 판별하고 측정된 온도의 변화를 기록하기 위해 장치구성부 또는 기타 장치들이 설치된다.

보빈(501)은 보빈에서의 광 파이버(503)가 풀릴 때 불규칙한 움직임을 방지하기 위해 브레이크(521)를 가진다. 측정 로울(523)은 광 파이버(503)의 통로 상의 보빈의 하류측(송출측)에 위치한다.

측정 로울(523)은 보빈(501) 주위에 감긴 광 파이버(503)의 길이에서의 변화에의한 온도오류를 판정하기 위해 광 파이버(503)의 소모를 검출한다.(광 파이버(503)는 고온 금속 분사류(513) 또는 용융 금속 내에서 공급사이클마다 소모된다). 측정 로울(523)은 상기 소모가 소정 한계 근방에 이르면 보빈(501)의 교체시기를 알려주기도한다.

핀치 로울(525)은 측정 로울(523)보다 더 하류측에 위치한다. 핀치 로울(525)은 한 번의 온도 측정사이클에 대해 필요한 소정 길이의 광 파이버를 공급하기 위해 간헐적으로 작동된다. 핀치 로울(525)은 새로운 보빈(501)으로 교체한 후에 광 파이버(503)를 그 사이로 도입하기 위해 후술하는 벨트 공급기(545)로 광 파이버(503)를 공급한다.

광 파이버 루퍼기(526)는 핀치 로울(525)의 하류측에 위치한다. 즉, 광 파이버(503)를 그 안에 일시 저장하는 원호모양의 루퍼 본체(527)가 있으며, 루퍼 본체(527)를 신장/수축시키는 루퍼 구동장치(529)가 있다. 루퍼 구동장치(529)는, 루퍼 본체(527) 둘레에 감겨진 광 파이버(503)에 장력을 주어 광 파이버(503)의 느슨해짐 때문에 잘못 공급되는 것을 방지하기 위해, 예컨대 공기 실린더를 구비한다. 루퍼 본체(527)는 루퍼 슬라이더(531)에 의해 신장/수축방향으로 유도된다. 도면에 도시된 바와 같이, 루퍼 슬라이더(531)는 로울러를 구비한다.

광 파이버 루퍼기(526)의 하류측에는, 광 파이버 루퍼기(526)에서 공급된 광 파이버(503)를 그 내부로 통과시키기 위해 광 파이버(503)를 받아들이는 공급로(533)가 위치한다. 공급로는 직선부(535)와 굴곡부(537)를 구비한다. 직선부(535)는 스테인레스강 유도튜브에 의해 제조된다.

굴곡부(537)는 코일 스프링을 이용한 유연성 광 파이버 유도튜브로 만들어져 있다. 직선부(535)와 굴곡부(537)를 조합함으로써, 어떤 형태의 공급로(533)라도 만들어 질 수 있다.

벨트 공급기(545)는 루퍼본체(527)에 저장되어 있던 광 파이버(503)를 다시 공급한다. 벨트 공급기(545)는 한 쌍의 이음매 없는 벨트(547)를 이용하는 것이 바람직하다. 이음매 없는 벨트(547)는 구동 로울러(549), 및 피구동 로울러(551)에 의해 구동된다.

한 쌍의 이음매 없는 벨트(547)는 충분한 마찰력 하에서 광 파이버를 공급하기 위해 광 파이버(503)를 끼워 잡는다. 벨트 공급기(545)로부터 공급된 광 파이버(503)는 굴곡부(537)를 통과하여 단부 유동장치(550)로 들어간다. 단부 유도장치(550)는 지지점(553) 둘레로 회전할 수 있으며, 구동부(555)에 의해 선회동작을 하도록 회전된다.

선회동작은 광 파이버(503)의 단부를 고온 금속, 또는 용융 금속의 분사류(513) 내로 정확히 공급하게 해준다. 벨트 공급기(545), 단부 유도장치(550), 지지점(553), 및 구동부(555)는 구동바퀴(559)에 의해 전/후로 움직일 수 있는 본체(557)에 탑재된다.

미끄럼 유도장치(539)와 광 파이버 루퍼기(526)에 의해 전/후 동작이 이루어질 수 있다. 즉 미끄럼 유도장치(539)는 이중 튜브구조를 가지며, 이 이중 튜브(541, 543)는 축방향을 따라 긴 길이에서 서로 겹쳐진 직선부(535)를 이룬다. 이러한 구성으로, 고정된 공급로(533)는 본체(557)가 전/후로 움직일 때 신장/수축될 수 있다. 광파이버의 공급은, 본체(557)의 전/후 움직임에 동기(同期)하여 신장/수축되는 루퍼기(526)에 의해 조정된다.

본 실시예의 기능은 다음과 같이 설명한다.

본 기능은 광 파이버 루퍼기(526) 내로 광 파이버(503)를 저장시키는 준비단계와, 용융 금속과 같은 고온 금속의 분사류(513) 내로 광 파이버(503)를 실제로 공급하는 공급단계로 이루어진다.

준비단계에서, 핀치 로울(525)이 구동되어 광 파이버(503)를 끌어당기고, 온도측정에 필요한 소정의 길이만큼 광 파이버(503)를 공급시키기 위한 보빈(501)이 회전한다. 이와 동시에, 루퍼 구동장치(529)는 루버 본체(527)를 도면의 우측으로 이동시켜 루퍼 슬라이더(531)를 따라 루퍼 본체(527)가 움직이도록 해준다. 공급된 광 파이버(503)는, 늘어짐이나 기타 원인에 의해 광 파이버(503)가 잘못 공급되는 것을 방지하기 위해, 루퍼 본체(527)의 연장부 내에 저장된다. 소정 길이만큼 광 파이버(503)를 공급한 후에, 보빈(501)에 대한 브레이크(521)가 활성화되어 보빈(501)의 회전을 정지시킨다.

공급된 광 파이버(503)는 루퍼 본체(527)의 둘레에 감겨 저장된다. 이 때, 루퍼구동장치(529)는 루퍼 본체(527)를 도면의 우측으로 이동시켜 루퍼 슬라이더(531)를 따라 루퍼 본체(527)가 움직이도록 해 줌으로써, 늘어짐이나 기타 원인에 의해 광 파이버(503)가 잘못 공급되는 것을 방지할 수 있다. 준비단계 동안에, 벨트 공급기(545)는 정지하고, 광 파이버 루퍼기(526)의 하류측에 있는 광 파이버(503)는 움직이지 않는다.

공급단계에서, 루퍼 구동장치(529)는 보빈(501)이 회전하지 않는 상태에서 도면의 좌측으로 루퍼 본체(527)를 움직이게 한다. 따라서, 광 파이버 루퍼기(526)는 수축한다. 이와 동시에, 벨트 공급기(545)는 고온 금속 분사류(513) 내에 광 파이버(503)를 소정 속도로 공급한다. 이 때 루퍼 구동장치(529)의 상류측에 있는 광 파이버(503)는 움직이지 않고, 보빈(501)은 회전하지 않는다.

공급단계에서, 광 파이퍼 루퍼기(526)에 저장되어 있던 광 파이버(526)를 파이버의 소정 길이만큼 고온 금속 분사류(513) 내로 공급하는 동작 중에, 고온 금속 분사류로부터 발산되는 열 방사광은 광 파이버(503)의 단부로 들어가고, 광 파이버(503)를 통과하여, 복사 온도계에 도달한다.

도달한 광은 복사 온도계의 광/전류 변화기에 의해 전류로 변환된다. 이 전류는 보빈(501)의 회전식 조인트를 통해 인출된다. 이 전류에 근거하여, 고온 금속 분사류(513) 내의 온도가 판별되고 기록된다.

전술한 바와 같이, 고온 금속 분사류(513) 내의 온도측정 중에, 보빈(501)은 회전하지 않는다. 따라서, 종래기술에서 발생하던, 보빈(501)의 회전에 의해 유발되는 원심력 및 진동이 광/전류 변환기에 주는 악영향을 배제할 수 있다. 또한, 온도측정중에 보빈(501)의 회전에 의해 발생하는 잡음문제도 해결된다.

제25도는 실험결과를 나타낸다. 이 실험은 고온 금속 온도의 변화하는 온도신호의 피크값을 선택하였다. 상업적인 온도측정장치에서 수초동안만 온도측정이 된 것과는 달리 이 실험에서는 10분간 지속적으로 온도측정을 행하였다. 종래기술에서와 같이 보빈(501)이 회전하면서 측정이 행해진 경우, 10분의 측정동안 온도신호의 관찰된 피크값의 최대값과 최소값의 분산은 약 3

였던 것이(제25(a)도 참조), 보빈(501)의 회전을 정지시키고 측정이 행해진 경우 약 1

(제25(b)도 참조)로 감소하였다.

결과적으로, 본 발명에 따르면, 보빈의 회전 없이 고온 금속 내로 광 파이버를 공급하면서 온도측정이 행해질 수 있다. 따라서, 온도측정동작 중에 열 방사광이 전류로 변환되는 상태에서는 보빈이 회전하지 않는다. 결국, 보빈의 회전에 의해 유발되는 원심력 및 진동이 광/전류 변환기에 전해지지 않기 때문에, 악영향이 발생하지 않는다. 또한, 보빈의 회전에 의해 유발되는 회전식 조인트에서의 잡음도 발생하지 않는다. 따라서, 원심력과 진도, 및 잡음발생의 악영향이 방지되어, 온도측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

[실시예 7]

실시예 7은, 복사 온도계에 접속된 금속튜브 피복 광 파이버를 금속제 외부 실린더에 삽입하고, 이 금속튜브 피복 광 파이퍼를 소정 공급속도로 고온 금속 내에 침지키는, 소모성 금속튜브 피복 광 파이버 온도계를 이용하여 출탕구의 고온 금속의 온도를 측정하는 방법을 제공한다.

복사 온도계는 광 파이버로부터 보내진 광의 에너지 및 파장분포에 근거하여 온도를 판별하도록 하는 광 파이버 온도계로서 주로 사용되는 것이다. 본 발명에 따르면, 광 파이버는 금속튜브로 피복되어 있으며, 이 금속튜브 피복 광 파이버는 소정의 외경 및 내경을 갖는 금속제 외부 실린더에 삽입된다.

외부 실린더에 삽입된 광 파이버는, 용융 금속 분사류로부터 밀려나지 않고, 용융 금속 내부로 공급된다. 광 파이버가 어느 정도의 깊이로 용융 금속 내에 삽입되면, 광 파이버 상의 외부 실린더와 금속튜브는 녹는다. 이들이 녹으면, 용융 금속의 분사류는 광 파이버이 베이스 리드(석영유리 등)를 파단시키고, 파단된 부분은 광파이버의 단부가 된다. 이 단부 주변에 있는 용융 금속으로부터 나오는 열 방사광은 그 단부에서 광 파이버로 들어온 다음, 복사 온도계에 도달하며, 여기서 온도판별이 행해진다.

제28도는 고온 금속이 출탕구로부터 배출도는 경우, 금속튜브 피복 광 파이버온도계가 출탕구 내에 침지된 상태를 도시한 개략도이다. 참조번호 601은 출탕구에서의 고온 금속 분사류, 번호 602는 광 파이버의 단부이다. 금속튜브 피복 광 파이버가 V₁의 속도로 흐르는 고온 금속 내에 V₂의 속도록 수직방향으로 공급되면, 고온 금속류에 의해 인가된 힘 때문에 광 파이버가 뒤틀리고, 광 파이버의 단부는 고온 금속으로부터 거리 x만큼 이격된다. 이 때, 광 파이버는 선회하게 되어, 안정된 온도 측정을 방해한다. 광 파이버의 단부를 고온 금속류에 안정되게 침지시키려면, x값이 0 또는 음수가 될 필요가 있다.

한편, 고온 금속과 광 파이버 단부 사이의 직선거리와 광 파이퍼의 공급속도 V₂간의 관계는 제30도에 의해 표현된다. x=0에서의 속도는 광 파이버의 단부를 고온금속 내부에 안정되게 침지시키기 위해 필요한 최소 공급속도이다. 이 최소 공급속도는 고온 금속류를 극복하는 속도이다. 금속튜브 피복 광 파이버의 영역의 관성 모멘트가 커지면, 최소 공급속도는 도면의 좌측인 감소측으로 이동한다.

따라서, x값을 0 또는 음수로 만드는 효과적인 방법은, 광 파이버의 공급속도 V₂를 증가시키거나, 외부 실린더를 포함한 광 파이버 면적의 관성 모멘트 I(I=π(D⁴-d⁴)/64, 여기서 D는 외부 실린더의 외경, d는 외부 실린더의 내경)를 증가시키거나, 이들 두 방법을 조합하는 것이다. 상기 면적의 관성 모멘트 I는, 정의된 식에서 보듯이 외부 실린더의 직경이 증가할 때, 이에 따라 증가한다.

본 발명에 따르면, 면적의 관성 모멘트 소정 직경을 가지는 금소제 외부 실린더에 금속튜브 피복 광 파입의 온도계를 삽입함으로써 증가하며, 외부 실린더에 나란한 광 파이버는 소정 속도로 고온 금속류에 침지된다. 외부 실린더의 직경 및 공급속도는 각 용광로의 출탕률 등의 조건에 의존한다. 따라서, 실험에 의해 최적조건이 선택된다. 다음은 용광로의 출탕구에서의 측정결과이다.

제26도는 본 발명에 따른 측정방법을 이용하는 장치는 개략도를 나타낸다, 참조번호 601은 출탕구에서의 고온 금속 분사류, 번호 602는 외부 실린더에 삽입된 광 파이버의 단부, 번호 603은 측정 로울, 번호 604은 승강부, 번호 605는 외부 실린더에 삽입된 금속튜브 피복 광 파이버, 번호 606은 출탕구를 나타낸다.

복사 온도계는 통상의 광 파이버 온도계에 대한 것을 사용한다. 본 발명에 따르면, 광 파이버는 금속튜브로 피복되어 있으며, 금속튜브 피복 광 파이버는 소정의 외경 및 내경을 가지는 금속제 외부 실린더에 삽입되어 있다. 외부 실린더의 재질은 특별히 한정되는 것이 아니며, 필요한 면적의 관성 모멘트 I만 만족한다면 된다. 외부 실린더용의 바람직한 재질은, 예컨대 SUS 304이다. 본 실시예에 따르면, 필요한 I값은 530

⁴

외부 실린더에 삽입된 광 파이버 온도계는 공기압에 의해 구동되는 승강부(604) 및 측정 로울(603)을 구비하는 공급수단을 이용하여 소정 속도로 공급된다. 공급속도는 600

/sec의 상한을 가진다.

제27도는 출탕구에서 분사되는 고온 금속에 400

/scc의 공급속도로 광 파이버 온도계가 침지된 조건하에서 온도측정을 한 결과를 나타낸다. 그래프의 수직축은 관측온도, 수평축은 측정시간을 나타낸다. 제27(a)도는, 금속튜브 피복 광 파이버가 외부 실린더에 삽입되지 않은 상태로 고온 금속류에 침지된 경우의 온도측정과의 비교 데이터를 나타낸다. 관측된 온도는

3

의 분산을 나타낸다. 제27(b)도는, 금속튜브 피복 광 파이버의 온도계가 외경 8

및 내경 5

의 SUS 304재질의 외부 실린더(I=170)에 삽입된 조건하에서 온도측정을 한 예를 나타낸다. 측정된 온도는

1

의 안정적인 측정상태를 나타낸다.

제29도는 각각 170, 260, 및 530

⁴인 면적의 관성 모멘트를 가지는 3가지 종류의 외부 실린더를 사용하여 측정된 온도의 분산

1

을 주도록 결정된 최소 공급속도를 나타낸다. 수직축은 면적의 관성 모멘트 I이며, 수평축은 광 파이버의 공급속도 V₂이다. 이 도면은 음영부분에 의해 본 실시예에서의 I와 V₂의 바람직한 조건을 나타낸다. 즉, I는 170에서 530

⁴ ₂

/sec의 범위이다. 음영부분의 내부에는, 측정된 온도의 분산이

1

이내에 있어서, 고 정확도와 안정된 온도측정을 보장해준다.

본 발명은 출탕구에서의 고온 금속 온도를 고 정확도로 안정된 상태에서 연속적으로 측정하게 해 준다. 따라서, 본 발명은 용광로에서의 열 수준을 즉각적으로 또 정확하게 잡아내게 해주며, 원료비의 절감, 온도측정에 있어서 완전 자동화를 포함한 용광로의 효율적 운영에 유용하다.

Claims

(a) 복사 온도계; (b) 상기 복사 온도계에 접속된 금속튜브 피복 광 파이버; (c) 상기 금속튜브 피복 광 파이버가 둘레에 감겨지는 보빈; (d) 보빈에서 보내진, 상기 금속튜브 피복 광 파이버를 일시 저장하는 저장수단; (e) 상기 저장수단에 용융 금속 내에 상기 금속튜브 피복 광 파이버를 소정속도로 공급하는 공급수단; (f) 공급된 광 파이버를 유도하는 유도수단으로서, 단부를 가지는 동시에, 유도된 광 파이버를 상기 유도수단의 단부를 통해 용융 금속 내부로 삽입시키는 유도수단; 및 (g) 상기 유도수단에 부착되어, 용융 금속 상의 온도측정 위치로 상기 유도수단의 단부를 이동시키는 이송수단을 구비하는 용융금속의 온도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 보빈과 공급수단 사이에 공급로를 더 구비하는 용융금속의 온도 측정장치.
제2항에 있어서, 상기 공급로는 코일 스프링을 구비하며, 직선부와 굴곡부를 가지는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제3항에 있어서, 상기 코일스프링은 내측 코일스프링 및 내측 코일스프링의 외측 주변부에 위치한 외측 코일스프링으로 이루어져 있으며, 상기 내측 코일스프링의 철사는 외측 코일스프링의 철사보다 가는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 유도수단은 코일스프링을 구비한 굴곡부를 가진 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제5항에 있어서, 상기 코일스프링은 내측 코일스프링 및 내측 코일스프링의 외측 주변부에 위치한 외측 코일스프링으로 이루어져 있으며, 상기 내측 코일스프링의 철사는 외측 코일스프링의 철사보다 가는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 공급수단은: 벨트 각각의 외측면이 서로 접촉하도록 평행하게 배치된, 수지제의 한 쌍의 이음매 없는 벨트와; 상기 이음매 없는 벨트 각각의 외측면에 형성된 복수의 측방향 홈 및 측방향리브와; 상기 복수의 측방향 홈과 교차하여 상기 광 파이버와 맞물리도록, 상기 이음매 없는 벨트 각각의 외측면에 형성된 종방향 홈과; 상기 이음매 없는 벨트를 구동시키는 로울을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제7항에 있어서, 상기 공급수단은, 상기 광 파이버와 이음매 없는 벨트의 맞물림을 더욱 향상시키기 위해 상기 측방향 홈과 측방향 리브가 함께 맞물리도록, 상기 한 쌍의 이음매 없는 벨트를 서로에 대해 가압시키는 가압장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 유도수단의 단부는; 광 파이버를 그 내부로 통과시키는 내부 실린더와; 상기 내부 실린더 내부로 1차 냉각재를 분사하여 단열팽창을 유발하는 노즐과; 상기 광 파이버의 직경보다 더 큰 직경을 가지며, 상기 1차 냉각재를 방출하는 단부 개구부와; 상기 내부 실린더의 외측 주변에 동심으로 배치된 중간 실린더 및 외부 실린더; 및 상기 내부 실린더와 중간 실린더 사이의 공간 및 상기 중간 실린더와 외부 실린더 사이의 공간으로 냉각재를 투입하는 투입 개구부와, 상기 냉각재를 방출하는 방출 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제1항에 있어서, 온도 측정위치로 상기 유도수단의 단부를 이동시키는 상기 이송수단은; 상기 단부를 구동시키는 유도 구동장치와; 상기 용융 금속 분사류로부터의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정장치와; 상기 레이저 거리 측정장치를 측정방향으로 바꾸도록 구동시키는 레이저 구동장치와; 상기 레이터 거리 측정장치에 의해 얻어진 거리 데이터에 근거한 용융 금속 분사류의 중앙 위치로부터의 거리 및 용융 금속 분사류의 중앙 위치를 연산하는 연산수단; 및 상기 유도 구동장치를 제어함으로써 단부를 구동하여, 용융 금속 분사류 내부로 광 파이버를 넣는 위치를 조절하는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 저장수단은, 상기 보빈에서 공급된 광 파이버를 저장하며, 상기 금속튜브 피복 광 파이버를 공급로로 공급하기 위해, 보빈과 공급로 사이에 위치한 루퍼장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.
제11항에 있어서, 상기 루퍼장치는: 상기 광 파이퍼를 일시 저장하는 원호모양의 루퍼 본체와; 상기 루퍼 본체를 신장/수축시켜 느슨해짐 때문에 금속튜브 피복 광 파이버가 잘못 공급되는 것을 방지하는 루퍼 구동장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융금속의 온도 측정장치.