KR100348980B1 - 고온용체의온도측정방법과온도제어방법및이에사용되는온도측정장치 - Google Patents

Abstract

고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하여 고온용체의 온도를 측정하는 방법으로서, 잘 못 투입한 광섬유선단을 절단하고, 혹은 섬유의 연소에 의한 측정피크의 외란을 제외하여 온도측정을 행한다. 또 이 방법에 따라서 용체온도의 슬래그의 유동성이 유지되는 하한온도 부근에 관리한다. 또한, 광섬유의 출입수단 및 절단수단을 설치한 온도측정장치에 의하여 상기 온도측정을 가능하게 한다.

Description

고온용체의 온도측정방법과 온도제어방법 및 이에 사용되는 온도측정장치

용융금속의 온도측정에는 종래부터 열전대가 이용되고 있고, 용융금속에 직접 끼워넣어서 사용하는 소모형의 열전대나, 세라믹제 보호관에 수납한 것 등이 알려져 있다. 그런데, 소모형 열전대는 매회의 측정마다 센서프로브를 교환해야만 하고, 측정조작이 번잡하다. 또, 쓰고 버리는 1회용이기 때문에 고비용으로 되는 것을 피할 수가 없다. 한편, 보호관을 보유하는 것은, 그 재질의 내식성이나 열충격성에 문제가 있고, 계측시간이 5∼20시간 정도밖에 유지할 수 없다.

이와 같은 열전재를 사용한 온도계 이외에, 광섬유를 이용한 측정온도방법도 실시되고 있다. 예를 들면, 광섬유의 검출단을 수납한 세라믹제 보호관의 선단을 용융금속에 삽입하고, 광섬유를 통하여 삽입부분의 방사열을 광신호로 하여 방사온도계에 전달하여 온도를 측정하는 방법이 알려지고 있다(일본특허공개 평4-348236호, 평4-329323호 공보 등). 그런데, 이 방법에서는, 광섬유 선단의 삽입부가 오염되어서 측정정도가 저하하는 문제가 가끔 있다. 또한, 그 대책으로서, 선단부에 오염부착방지용의 가스를 흘리는 일도 행하여지고 있으나(특개소60-231126호 등), 이 경우에는 가스류에 의하여 선단부의 온도가 저하하여, 측정정도의 향상에는 한계가 있다.

또한, 광섬유 선단을 고온용체에 삽입하여, 용체의 방열광을 직접 검출하여 온도측정을 행하는 방법도 실시되고 있다(특개소62-19729호 등). 이 방법은, 제철로와 같이 용체온도가 1500℃ 이상에 달하는 고온용체의 경우에는, 석영섬유 선단이 용체삽입 중에 용융하므로 항상 새로운 섬유단면이 용체에 접촉하여 연속측정할 수 있으나, 제동로와 같이 동(구리)용체가 120℃ 전후의 경우에는 용체온도와의 관계에서 철용체와 같은 연속적인 온도측정을 할 수 없고, 또한 측정오차가 크다는 문제가 있다.

본 발명은, 종래의 광섬유를 이용한 삽입 소모형의 측정온도방법에 있어서의 상기 문제를 해결한 온도측정방법과 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 온도측정방법을 사용한 용체온도의 제어방법을 제공하는 것이다.

금속제련에 있어서 사용되는 각종의 용해로에 있어서, 용체표면에 페라이트계 슬래그를 보유하는 것은, 용체온도가 낮으면 슬래그온도가 저하하여 마그네타이트가 석출되고, 이것이 증가함에 따라서 슬래그의 유동성이 점차 상실된다.

이와 같은 슬래그의 유동성 저하는 슬래그의 이동을 곤란하게 하고, 예를 들면, 연속제동법에 있어서, 용광로의 배출구나 용광로사이를 연결하는 배출통의 막힘을 일으키고, 조업에 큰 영향을 미친다. 즉, 연속제동법의 제동로에서는, 매트 중의 철이 산화되어서 슬래그화하고, 프럭스로서 가하는 석화와 함께 CaO-FeO_n-Cu₂0계로 이루어지는 칼슘페라이트슬래그가 생성하고, 이 슬래그는 비교적 저온에서도 양호한 유동성을 보유하나, 그것에서도 용체온도가 1200℃를 하회하면, 마그네타이트가 석출하기 시작하고, 용체온도의 저하와 함께 마그네타이트 석출량이 증가하고, 이에 비례하여 슬래그의 점성이 높아져서 점차 유동성을 상실하도록 한다.

이와 같은 슬래그의 유동성의 저하를 방지함에는, 용체온도를 마그네타이트의 석출이 증가하지 않는 1200℃보다 약간 높은 온도로 유지하면 되지만, 실제 조업상, 용체온도의 변동은 피할 수 없고, 또한, 정확하게 용체온도를 측정할 수 없으면 온도변동의 폭도 커지기 때문에, 1200℃ 하한온도를 벗어나지 않도록 높은 온도로 조업을 행하는 일이 많게 된다.

종래에는 소모형 열전대를 사용한 온도측정이고, 연속적인 측정을 할 수 없어서 40∼60분에 1회 정도의 측정이었기 때문에, 변동폭을 고려하여 용체온도를 1230℃ 이상으로 제어하고 있었다. 이와 같은 종래의 용체온도제어에 있어서는, 목표하한온도가 1200℃임에도 불구하고, 실제의 용체온도는 약30℃이상 보다도 높은 온도범위에서 관리되고 있다. 종래와 같이 용광로내 온도를 높게 관리한 경우, 용광로재(내화재)의 용손이 심해지기 때문에 그 수명이 짧아지고, 또한, 냉재로서 용광로내에 투입되는 스크랩동, 금은재 등의 처리량이 감소하는 문제가 있다.

일반적으로 용광로내의 내화재는 용체에 의하여 용손되는 것을 피할 수가 없고, 용광로내 온도가 높을수록 용손량이 크다. 예를 들면, 슬래그온도와 마그네시아 용해속도와의 관계에 대하여 알아보면, 원주형상의 마그네시아 소결체시료를 페라이트계 슬래그에 삽입한 경우, 직경감소량은 슬래그온도에 의하여 큰 영향을 받고, 슬래그 온도가 1375℃의 용해속도는 1350℃의 대략 1.7배이고, 불과 25℃의 온도차로 용해속도가 크게 다르다는 것이 보고되고 있다(「철과 동」67(1981), p1726).

이상과 같이, 용체온도가 너무 높으면 용광로재의 수명을 단축시키고, 다른 한편, 용체온도가 너무 낮으면 슬래그(slag)의 철분이 마그네타이트로서 석출하고, 이 양이 증가하면, 슬래그의 유동성이 저하하여 조업에 지장을 초래하는 문제가 있다.

본 발명은 종래의 용체온도제어에 있어서의 상기 문제를 해결한 것이며, 상기 온도측정방법을 이용함으로써 용체온도를 종래의 온도범위 보다도 낮고, 마그네타이트 석출량이 적은 온도범위로서 될수록 낮은 온도로 제어하고, 용광로재의 녹아서 손실되는 것을 억제하여 용광로재 수명의 장기화를 도모하고, 또 냉재로서 투입하는 스크랩동이나 금은재 등의 처리량을 높임과 아울러, 슬래그의 유동성을 유지하여 효율이 좋은 원활한 조업을 가능하게 한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 온도측정방법에 사용하는 광온도측정장치에 대하여, 송풍구를 통하여 용광로내 온도를 측정하는 경우에도, 송풍구의 막힘을 방지하여 신뢰성이 높은 온도측정을 가능케하는 광온도측정장치를 제공한다.

종래, 송풍구를 통하여 용광로내 온도를 측정하는 장치로서, 일본특허공개소61-288028호 공보에 게재된 온도검출장치가 알려지고 있다. 이 장치는 송풍구에 삽입되는 유도관, 그 유도관의 후단에 보조관을 개재하여 장착된 방사온도계, 그 방사온도계의 바로 앞에 설치된 투명판, 그 유도관의 바깥둘레에 돌출하여 형성된 결합부 및 핸들에 의하여 형성되어 있고, 유도관을 용광로의 송풍구에 삽입하여 고정하고, 유도관 및 투명판을 통해서 관찰되는 용광로내의 복사광을 방사온도계에 의하여 검출하는 온도측정장치이다.

이 장치는 방사온도계의 부분을 정제금속 공급관으로 대체한 정제금속 녹임장치와 공통의 구조를 가지므로, 정제금속 녹임장치와 상호교환하여 부착되는 이점을 보유하고 있으나, 용체온도를 유도관과 투명판을 통하여 떨어진 위치에서 측정하기 때문에 관내의 먼지나 그을음에 의하여 오차를 일으키기 쉽다. 용체의 복사광은 용광로내 가스, 용체의 물결침, 용체표면의 부유물의 영향 혹은 산화의 진행에 따르는 용체복사율의 변화에 따라서 변하기 때문에 정확한 측정이 어렵다. 또한, 온도측정장치는 결합부를 개재하여 송풍구에 고정하는 형식이기 때문에, 다수의 송풍구를 연속적으로 측정하는 경우에는 장착에 시간이 걸린다는 문제가 있다.

또한, 이 외에 페리스코프를 이용한 온도측정장치도 알려져 있다(일본특허공개 소60-231126호 공보). 이 장치는 송풍구의 개구 끝부에 삽입되는 페리스코프와, 그 페리스코프에 접속한 광케이블 및 그 광케이블에 접속한 광검출회로에 의하여 구성되어 있고, 송풍구를 통해서 페리스코프에 의하여 관찰되는 용체의 열방사를 광검출회로에 의하여 온도량으로 변환하여 용체온도를 측정하는 장치이다. 그러나, 이 장치에 있어서도, 용체온도는 송풍구를 통하여 떨어진 위치에서 측정하기 때문에 용광로내 가스, 용체의 물결침이나 거품일어남, 용체표면의 부유물 내지는 이물질의 영향, 혹은 산화의 진행에 의한 용체복사율의 변화에 의한 영향을 받아, 정확한 온도측정이 곤란하다. 또한, 송풍구의 펀칭구멍과는 별도의 삽입구멍으로부터 페리스코프를 끼워넣는 형식이기 때문에, 송풍구의 대폭적인 개량이 필요하다. 그리고 이 때문에, 송풍구의 막힘을 해소하기 위해 삽입하는 펀칭로드와의 균형이 문제로 된다.

이와 같은 용체의 방사광을 대상으로 하는 간접적인 온도측정 외에, 광섬유선단을 용체에 삽입하여 용체의 복사광을 직접 측정하는 방법도 알려져 있다(일본특허공개 소62-19729호 공보 등). 이 방법에 의하면, 용광로내 가스나 용체의 물결침 등에 의한 영향을 받지 않지만, 송풍구에 광섬유를 삽입하는 데에는, 송풍구의 막힘을 해소할 필요가 있고, 특히, 다수의 송풍구를 대상으로 하는 경우에는, 광섬유의 삽입과 송풍구의 막힘을 해소하는 수단과의 균형이 실용상의 문제로 된다.

본 발명은, 고온용체의 온도측정에 있어서의 종래의 상기 문제를 해소한 것으로서, 제련로의 송풍구를 통해서 광섬유를 용광로내의 용체에 삽입하는 형식의 온도측정방법에 있어서, 송풍구의 막힘 해소와 온도측정을 순차 연속적으로 행할 수가 있는 신뢰성이 높은 온도측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 금속제련 등에 있어서, 용광로 내의 고온용체의 온도를 용이하게 또한 높은 정밀도로 측정할 수 있는 온도측정방법과 그 방법에 의한 온도제어방법 및 이에 사용되는 온도측정장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 측정온도계의 개념도.

도 2는 본 발명의 측정온도계에서 사용하는 광섬유 선단의 개략단면도.

도 3은 본 발명의 측정계에 의한 측정온도챠트.

도 4는 본 발명의 측정온도계에 의한 측정치와 소모형 열전대에 의한 측정치의 대비그래프.

도 5는 페라이트계 슬래그에 대한 마그네시아의 용해량을 나타내는 그래프.

도 6은, CaO-FeO_n-Cu₂O계의 부분상태도.

도 7은 본 발명의 광온도측정장치의 전체구조를 나타내는 개략도.

도 8은 그 장치의 광섬유 수납수단의 구성을 나타내는 부분절단사시도.

도 9는 그 장치 선단의 절단수단의 구성을 나타내는 부분도.

도 10은 그 장치의 절단수단의 작동을 나타내는 설명도.

도 11은 그 장치의 작동상태를 나타내는 설명도이고, (a)는 측정전후, (b)는 측정중을 나타내다.

도 12는 본 발명에 관한 온도측정장치의 전체개략도.

도 13은 그 온도측정수단의 개념도, 도 14는 그 온도측정장치의 절단수단의 개념도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

(10)‥‥신축수단 (11)‥‥신축로드

(12)‥‥가이드프레임 (13)(123)‥‥안내관

(20)‥‥광섬유 수납수단 (21)‥‥대차

(22)(126)(221)‥‥권취부(보빈) (20)(125)‥‥송급수단(핀치롤러)

(24)‥‥교정롤러 (31)‥‥커터

(32)‥‥클램프수단 (33)‥‥프레임

(40)(121)(220)‥‥광섬유 (50)‥‥용체

(51)‥‥용융로 (52)‥‥지지프레임

(120)‥‥온도측정수단 (122)‥‥광온도계

(124)‥‥송출입수단 (127)‥‥가스도입관

(131)‥‥펀칭로드 (132)‥‥실린더수단(왕복운동수단)

(135)‥‥가이드 (136)‥‥슬라이더

(141)‥‥클램프 (142)‥‥손톱

(143)‥‥커터 (144)‥‥절단날

(150)‥‥대차 (151)‥‥모우터

(152)‥‥레일 (153)‥‥제련로

(210)‥‥고온용체 (230)‥‥용광로

(240)‥‥가이드수단 (250)‥‥전단기

(26)‥‥광온도검출기

본 발명에 관한 온도측정방법은 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통하여 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하여 고온용체의 온도를 측정하는 방법에 있어서, 광섬유를 반복해서 고온용체에 삽입하여 온도를 측정할 때에, 실투한 광섬유 선단을 절단하고, 광섬유의 새로운 선단을 고온용체에 삽입하여 반복해서 온도측정을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 온도측정방법에 있어서, 광섬유 선단의 절단은 잘 못 투입의 정도에 따라서 적당하게 행하여지고, 광섬유를 끌어올릴 때마다 절단하여도 좋고, 또한, 광섬유의 삽입을 여러회 반복한 후에 절단하여도 좋다.

또한, 본 발명에 관한 온도측정방법의 다른 형태로서, 고온용체에 광섬유 선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환해서 고온용체의 온도를 측정하는 방법에 있어서, 고온용체에 대한 광섬유 삽입시와 끌어올릴 때에 발생하는 측정온도 피크를 제외하고, 그 측정온도 피크 사이의 정상값에 의하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도측정방법을 포함한다.

이와 같은 측정온도 피크를 제외하는 것에 의하여, 외란의 영향이 배제된 정밀도가 양호한 온도측정결과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 고온용체에 광섬유 선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환해서 고온용체의 온도를 연속적으로 측정하는 방법에 있어서, 광섬유를 일정시간마다 반복해서 고온용체에 삽입하여 온도측정하는 것에 의해, 용체 표면에 페라이트계 슬래그가 형성되는 고온용체의 온도를 1210±10℃로 제어하는 온도제어방법이 제공된다.

이 온도제어방법은 본 발명의 상기 온도측정방법에 의거하는 것이며, 실투한 광섬유 선단을 절단하고, 광섬유의 새로운 선단을 고온용체에 삽입하여 반복해서 온도측정을 행하는 형태 및 광섬유의 삽입시와 끌어올릴 때에 발생하는 측정온도피크를 제외하고, 그 측정온도피크 사이의 정상값에 의하여 온도를 측정하는 형태를 포함한다.

이 온도제어방법에 의하면, 용체온도를 종래의 온도범위보다도 낮고, 마그네타이트의 석출량이 적은 온도범위로서, 될 수 있는대로 낮은 온도로 제어하는 것에 의하여, 용광로재가 녹아서 손실되는 것을 억제하여 용광로재 수명의 장기화를 도모하고, 또 냉재로서 투입하는 스크랩동이나 금은재 등의 처리량을 높임과 아울러 슬래그의 유동성을 유지하여 효율이 좋은 원활한 조업을 행할 수가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 온도측정방법에 사용하는 측정장치로서 이하의 구성을 보유하는 것이 제공된다. 즉, 선단이 고온용체에 삽입되고 그 고온용체의 방사광을 전달하는 광섬유, 그 광섬유를 고온용체에 출입하게 하는 송출입수단, 광섬유를 고온용체에 향해서 안내하는 가이드수단, 고온용체로부터 끌어올린 광섬유선단을 절단하는 수단, 광섬유에 의해서 전달된 광신호를 온도량으로 변환하는 광온도검지기를 보유하는 것을 특징으로 하는 광온도측정장치가 제공된다.

이 광온도측정장치는, 가이드수단을 대신해서, 광섬유선단을 고온용체에 출입하게 하기 위해 고온용체를 향해서 신축하는 로드를 구비한 신축수단을 보유한 것, 광섬유 절단수단으로서 광섬유가 고온용체로부터 끌어올려진 위치에서 광섬유 선단을 절단하는 커터와, 상기 로드 선단으로부터 연장하는 광섬유를 가지는 클램프수단이 설치되어 있는 것을 포함한다.

또한, 상기 신축수단이 신축로드를 구비한 실린더수단에 의해서 형성되어 있고, 또 광섬유 수납수단이 신축로드 후단에 연결된 대차, 그 대차에 장착한 광섬유의 감아붙임부 및 광섬유를 인출하는 송급수단에 의하여 형성되어 있고, 상기 실린더수단의 후단에는 길이방향으로 가이드프레임이 설치되고, 그 가이드프레임을 따라서 상기 대차가 신축로드와 일체로 이동함과 아울러 그 대차의 감아붙임부로부터 인출된 광섬유가 상기 신축로드의 내부를 관통하여 로드선단으로부터 돌출하고 있는 것을 포함한다.

상기 광섬유의 송급수단은, 핀치롤러러와 광섬유의 근거를 제거하는 교정롤러에 의하여 형성할 수가 있다. 이 핀치롤러러의 체결압은 조정가능하게 형성하면 좋고, 바람직하게는 광섬유의 늘어짐을 방지하기 위해 신축로드 선단에 안내관이 돌출설치된다.

바람직하게는, 상기 광섬유 절단수단은 신축수단의 선단에 장착되어서, 그 절단수단의 커터와 클램프수단은 신축로드 선단에서 연장한 광섬유를 사이로 하여 서로 대향함과 아울러 광섬유로 향해서 전후진 가능하게 설치되어 있고, 또한, 상기 클램프수단은 신축로드의 신축방향에 대하여 자유롭게 왕복이동 가능하게 설치되어 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 송풍구를 통해서 용광로내 온도를 측정하는 장치로서 이하의 구성을 보유하는 것이 제공된다. 즉, 고온용체에 광섬유 선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하는 것에 의하여, 고온용체의 온도를 측정하는 장치로서, 용광로의 송풍구를 통하여 고온용체의 온도를 측정하는 수단(ㄱ), 그 송풍구의 막힘을 해소하는 펀칭수단(ㄴ)을 보유하며, 상기 온도측정수단(ㄱ)에는, 선단이 고온용체에 삽입되는 광섬유, 그 광섬유를 통해서전달되는 광신호를 온도량으로 변환하는 광온도계, 그 광섬유를 송풍구로 인도하는 안내관, 그 광섬유가 삽입통과한 안내관을 송풍구에 출입하는 송출입수단 및 광섬유의 송출수단이 설치되어 있고, 상기 펀칭수단(ㄴ)에는 송풍구의 막힘을 해소시키는 펀칭로드 및 그 왕복동수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온도측정장치가 제공된다.

상기 온도측정장치 에서는, 바람직하게는, 안내관에 광섬유가 삽입통과됨과 아울러, 그 안내관의 후부에 그 광섬유의 수납부 및 송출수단이 장착되고, 한편, 그 안내관의 선단에 광섬유의 실투한 선단부를 제거하는 절단수단이 설치된다. 또한, 용광로의 복수의 송풍구에 따라서 이동가능하게 설치한 대차에, 상기 온도측정수단과 상기 펀칭로드가, 그 송풍구를 향해서 나란히 설치되어 있고, 송풍구에 펀칭로드를 삽입하여 막힘을 해소한 후에, 계속하여 대차의 이동에 의하여, 그 송풍구에 온도측정수단이 삽입되고, 송풍구의 막힘 해소와 온도측정이 순서대로 행하여지는 것을 포함하고, 온도측정수단의 안내관과 복수의 펀칭로드가, 송풍구 상호의 간격과 같은 간격 또는 그 정수배의 간격으로 나란히 설치되어 있는 것을 포함한다.

본 발명에 관한 고온용체의 온도측정방법에 관하여, 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 측정방법 및 측정장치의 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 섬유선단과 가이드부재의 개략단면도, 도 3은 본 발명에 의한 측정결과를 나타내는 챠트이다.

(측정장치-1)

도면에 나타내는 본 발명의 측정장치는, 그 선단이 고온용체(210)에 삽입된그 고온용체의 방사광을 전달하는 광섬유(220)를 보유한다. 그 광섬유(220)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 코어글래스(core glass)(220a)와 클래드(clad)(220b)로 이루어지는 석영섬유를 심선으로 하고, 이것을 극히 얇은 스테인레스제 튜브로 이루어지는 금속피복(220c)에 의해 보강한 것이고, 그 광섬유(220)는 광통신에 상용되고 있는 것을 사용할 수가 있다.

상기 광섬유(220)는 보빈(221)에 소정량 감겨져 있고, 한편, 고온용체(210)에 저장되어 있는 용광로(230)의 끓는면 상방에는 광섬유(220)를 용광로(230)의 끓는 면에 인도하는 가이드수단(240)이 설치되어 있다. 가이드수단(240)은 그 내부를 광섬유(220)가 관통하는 파이프 내지 통형상의 부재라면 된다. 그 가이드수단(240)의 출구부근(송출입위치)에는 광섬유 선단을 절단하기 위한 전단기(250)가 배설되어 있고, 광섬유 선단은 그 전단기(250)의 칼날의 사이에 왕복이동 가능하게 삽입통과되어 있다.

상기 보빈(221)과 가이드수단(240)의 사이에는 광섬유(220)를 고온용체(210)로 향해서 출입하기 위한 핀치롤러(222)가 설치되어 있다. 그리고, 그 핀치롤러(222)를 대신하여, 다른 송출입수단을 사용하여도 좋고, 또, 보빈(221)의 권취축에 회전구동수단을 연결하며, 권취축의 구동에 의해서 광섬유(220)를 출입하여도 좋다.

광섬유(220)의 후단에는 광섬유에 의해서 전달된 광신호를 온도량으로 변환하는 광온도검출기(260)가 접속되어 있다. 그리고, 필요에 따라서 그 검지기(260)에는 온도표시기가 부설된다. 검지기(260)는 시판품을 이용할 수가 있다.

(측정방법-1)

동용체 등의 고온용체(210)의 온도를 측정함에는, 핀치롤러(222) 내지는 보빈(221)의 권취축의 회전에 의하여 광섬유(220)를 인출하여, 그 선단을 고온용체(210)에 삽입하고, 그 용체에서 생기는 방열광을 그 광섬유(220)를 통해서 광온도검출기(260)에 전달한다. 전달된 광신호는 그 검지기(260)에 의하여 온도량으로 변환된다.

이 경우, 동용체 등에 삽입된 광섬유선단부는 고온 때문에 점차 잘 못 투입하므로, 소정시간 삽입한 후에 섬유선단을 끌어올리고, 전단기(剪斷機)(250)에 의하여 실투한 선단부분을 절단한다. 절단후, 다시 섬유선단을 용체(210)에 삽입하여, 측정을 반복한다. 그리고, 소정회수 삽입한 후에 잘 못 투입하는 것은, 그 정도에 따라서 소정회수 삽입한 후에 필요에 따라서 선단부분을 절단하면 된다.

이와 같이, 고온용체에 광섬유선단을 간헐적으로 출입하는 경우에 있어서, 삽입시에, 석영섬유 심선 외주의 수지피복(UV코트) 및 금속피복(220c)의 외주에 수지코트를 보유하는 것은 그 수지코트가 연소하여 프레임을 일으키고, 도 3에 나타내는 바와 같이 온도측정의 챠트에는 측정개시시에 현저한 온도피크(a)가 기록된다. 이 프레임은 수지코오팅을 제거한 금속피복을 사용하는 것에 의하여 감소할 수 있으나, 석영섬유 심선 외주의 수지피복은 제거할 수 없으므로, 삽입시의 프레임의 발생은 피할 수가 없다. 또한, 광섬유 선단을 용체에서 끌어올릴 때에도, 용체중의 산소농도 보다도 외기중의 산소농도가 높으므로 광섬유 선단이 외기에 접촉한 순간에 심한 연소를 발생하여, 온도측정의 챠트에는 측정개시시에 유사하고 현저한 온도피크(b)가 기록된다.

이와 같은 광섬유 삽입시 및 끌어올릴 때의 프레임에 의한 온도피크는, 철용체에서는 용체온도가 높으므로 큰 영향은 없으나, 동용체에서는 온도피크 보다도 용체온도가 낮기 때문에, 이러한 외란이 큰 측정오차로 된다. 그래서, 본 발명의 측정방법에서는, 삽입시와 끌어올릴 때의 측정피크(a),(b)를 제외하고, 그 측정피크(a),(b)에 끼워진 정상값(c)을 측정온도로 한다.

상기 온도측정에 있어서는, 섬유선단의 충분히 적은 끝면을 통하여 균일온도의 용체를 직접 관찰하기 위해, 이른바 공동복사(空洞輻射)에 준한 상황이 실현되어 있고, 유사하게 이상흑체(理想黑體)로부터의 복사라고 간주할 수가 있으므로, 용체의 종류나 성상에 의한 방사율 보정이 불필요하고, 정확한 측정결과가 얻어진다. 또한, 응답성이 빠르고 2∼3초 정도의 삽입시간에서 충분한 온도측정을 행할 수가 있다.

이상과 같이, 본 발명의 상기 온도측정방법 및 측정장치는, 광섬유 선단을 고온용체에 간헐적으로 출입하게 하여, 실투한 선단부를 그 끌어올릴 때에 제거하며 다시 측정을 반복함과 아울러, 섬유 삽입시와 끌어올릴 때의 외란을 제거하여 온도측정을 행하므로, 동용체와 같이 석영의 용융온도 보다도 용체온도가 상당히 낮은 용체에 대하여도 정밀도 높은 온도측정이 가능하다. 구체적으로는, 제동로에 있어서의 동(구리), 산화동 또는 유화동 혹은 이들을 혼합해서 함유하는 용체의 온도측정에 적합하고, 또한, 이들과 동등 또는 그 부근, 예를 들면 1000∼1400℃ 정도의 용체온도를 보유하는 고온용체의 온도측정에 적합하다.

(실시예-1)

도 1에 나타내는 측정계를 사용하여, 연속제동로의 조동통(粗銅通)에 있어서의 동용체 및 슬래그용체의 온도측정을 실시하였다. 그리고, 광섬유는 석영심선(석영부Φ125㎛, 수지피복 125㎛)에 수지코오팅을 제외한 금속피복(Φ1.2㎜)을 설치한 것을 사용하였다. 이 광섬유의 선단 약 3㎝를 조동의 용체에 약 5초 삽입한 후에 끌어올리고, 섬유선단부 약 5㎝를 절단한 후에 다시 용체에 삽입하는 것을 반복하였다.

이 측정결과를 도 3에 표시하였다. 또한, 각 측정회마다의 온도값을 소모형 열전대의 측정결과와 대비하여 도 4에 표시하였다. 도면중, ○표시는 본 발명에 의한 측정치이고, ●표시는 소모형 열전대에 의한 측정치이다.

도면에 표시하는 바와같이, 본 발명의 측정온도결과는 소모형 열전대의 측정온도결과와 잘 일치하고 있고, 신뢰성이 높은 것을 알 수 있다. 또한, 소모형 열전대와 달리 반복사용이 가능하고, 조작성 및 경제성에 뛰어나다.

이상 설명한 본 발명의 온도측정방법 및 측정장치에 의하면, 동용체와 같이 석영의 용융온도 보다도 용체온도가 상당히 낮은 용체에 대하여도, 연속적으로 정확한 용체온도의 측정을 행할 수가 있다. 또한, 본 발명의 측정계는 조작성이 좋고, 경제성에도 뛰어나다.

다음에, 상기 온도측정방법에 따른 고온용체의 온도제어방법에 대하여 설명한다.

이 온도제어방법은, 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서전달되는 광신호를 온도량으로 변환하여 고온용체의 온도를 연속적으로 측정하는 방법에 있어서, 광섬유를 일정시간마다 반복해서 고온용체에 삽입하여 온도측정하는 것에 의해, 용체표면에 페라이트계 슬래그가 형성되는 고온용체의 온도를 1210±10℃로 제어하는 방법이다.

여기서, 페라이트계 슬래그라 함은, 산화철을 함유하는 슬래그를 말하고, 대표적인 것은 연속제동법의 제동로에 있어서의 칼슘페라이트슬래그(CaO-FeO_n-Cu₂O)이다. 그리고, 슬래그온도는 용체온도에 의존하고 있으므로, 본 발명에 있어서 특히 단정하지 않는한 슬래그온도와 용체온도는 같은 의미이다.

이하, 연속제동법에 있어서의 제동로를 예로 하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 상기 제동로에 있어서, 매트중의 철분은 산화되어서 슬래그화하고, 프럭스로서 가해지는 석회와 함께 용체(조동)의 표면에 산화철을 포함하는 칼슘페라이트슬래그(CaO-FeO_n-Cu₂O)를 형성한다. 이 슬래그는 석회분(CaO)이 17∼13중량%, 동분(Cu₂O)이 13∼17중량%, 잔분이 주로 산화철분으로 이루어진다.

이 칼슘페라이트슬래그에 대한 마그네시아 내화재의 내식성에 대하여 검토하였던 바, 도 5에 나타내는 결과가 얻어졌다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 그 슬래그에 대한 마그네시아의 용해량은 슬래그온도와 슬래그 중의 동농도에 의하여 다르고, 특히 슬래그온도의 영향이 강하고, 제동로에 있어서의 슬래그 동농도의 범위에 있어서, 슬래그온도가 1300℃(1573K)인 경우에 슬래그 중의 마그네시아 온도는 약 5.2중량%이지만, 1200 ℃(1473K)에서의 마그네슘 농도는 약 1.5중량%이고, 3분의 1로 감소한다. 따라서, 슬래그 온도를 1200℃ 근방으로 제어하면 마그네시아의 녹아서 손실되는량을 대폭 억제할 수가 있고, 내화재의 수명을 연장시킬 수가 있다.

한편, 상기 칼슘페라이트슬래그의 주성분인 산화동, 산화철 및 석회에 대한 3원상태도(도 6)에 의하면, 그 슬래그의 성분범위(도면중 사선부분)는, 슬래그온도가 1300℃에서는 용융상태를 표시하나, 슬래그온도가 저하하면 마그네타이트(FeO_n)가 석출하여 고상영역이 넓어지고, 슬래그온도의 저하에 비례하여 마그네타이트량이 증가하여, 점성이 높아진다. 슬래그온도가 1200℃를 하회하면, 액상영역이 소실하여 슬래그중의 철분은 대부분이 고상화하고, 슬래그의 점성이 현저하게 높아진다. 이 때문에 슬래그의 유동성이 상실되어, 용광로의 배출구나 배출통에 고정장착하여 이들의 유로를 막는 문제를 일으킨다.

이상과 같이 연속제동법의 제동로에 있어서, 슬래그의 유동성이 유지되는 하한온도는 약 1200℃이다. 따라서, 본 발명은 될수록 이 하한온도에 가까운 범위에서 용체온도를 유지하도록, 용체의 온도변동을 고려하여 목표관리온도를 1210℃로 하고, 허용범위를 ±10℃로 하여 용체온도를 제어한다. 이에 의하여, 용체온도는 1200∼1220℃의 범위로 제어되게 되어, 종래의 1230℃ 이상의 관리온도에 비하여 10∼30℃의 낮은 온도에서 조업할 수가 있다.

이 결과, 도 5에 표시하는 바와같이, 마그네시아 내화재의 용해량이 1220∼1240℃의 범위에서 1200∼1220℃의 범위로 대략 반감한다.

(실시예-2)

연속제동법에 있어서의 제동로(C용광로)에 있어서, 조동용체의 목표관리온도를 1210±10℃로 하여 조업을 행하였다. 용체의 온도측정은 도 7의 광온도측정장치를 사용하여 10분 간격으로 행하고, 용체가 목표온도를 상회하는 경우에는 냉재(C용광로 슬래그, 아노드잔기, 동스크랩)를 적량 투입하고, 혹은 제동로에 공급되는 매트량을 줄여서 발열량을 억제하여 용체온도를 내리고, 한편, 용체온도가 목표온도를 하회하는 경우에는 냉재의 투입량을 감소시키고, 또는 매트의 공급량을 증가시켜서 발열량을 높이고, 이들의 조작에 의하여 용체온도를 1200∼1220℃의 범위로 제어하였다.

이 결과, 슬래그의 점성은 낮고 양호한 유동성을 보유하며, 용광로의 배출구 및 통에 있어서 슬래그의 고정장착에 의한 불편은 인정되지 않았다. 또한, 냉재의 처리량은 비교예에 비해서 1시간당 0.8ton 증가하였다.

(비교예-1)

실시예와 동일한 제동로에 있어서, 종래의 소모형 열전대를 사용하여, 1시간마다 용체온도를 측정하여 조업을 하였다. 그리고, 실시예의 결과로부터, 1시간마다의 온도측정에서는 용체온도가 30℃이상의 온도변동을 가져올 가능성이 명백하므로, 조업의 안정성을 고려하여, 용체온도가 1200℃를 하회하지 않도록, 목표관리온도를 1230℃로 하였다.

용체온도가 목표관리온도를 벗어나는 경우에는 실시예와 동일한 조작에 의하여 용체온도를 조정하였으나, 용체온도는 그 온도변동에 의하여 실질적으로 대략 1200∼1260℃로 유지되었다.

본 조업예 에서는, 냉재의 처리량은 실시예의 경우보다도 적었다. 또 슬래그중의 용광로재(MgO연화)의 용해량은 실시예의 약1.5배이고, 용광로재의 수명이 짧은 것이 확인되었다. 또한, 슬래그의 유동성은 대략 양호하였으나, 점성이 높은 것이 배출되면 동시에 통에 주조를 생성하는 경우가 있고, 이 주조의 성분을 분석하였던 바, 마그네타이트였으므로, 슬래그가 가끔 1200℃ 보다도 낮은 온도까지 변동하는 일이 있었다.

이상 설명한 본 발명에 관한 용해로의 온도제어방법은, 페라이트계 슬래그가 형성되는 용광로 내에서 용체온도를 슬래그의 유동성이 유지되는 하한온도 부근에서 관리하는 것이며, 종래의 온도관리방법 보다도 상당히 낮은 온도에서 조업을 할 수가 있다. 따라서, 용광로재의 열부하가 종래 보다도 적고, 슬래그에 의한 용광로재의 손상도 경감되므로 용광로재의 수명을 연장할 수가 있다. 또한, 용체에 투입되는 냉재의 처리량이 많아지므로 조업효율이 향상한다.

다음에, 이상 설명한 고온용체의 온도측정 및 온도제어를 행하는 경우에 최적한 광온도측정장치에 대하여, 도면을 참조하면서 아래에 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 광온도측정장치의 전체구조를 표시하는 개략도이다. 그리고, 광섬유 수납부분을 그 측면으로부터 확대한 부분개략도를 부가하여 표시하였다. 도 8은 그 장치의 광섬유 수납부분의 구성을 표시하는 부분절단사시도, 도 9는 그 장치선단의 절단수단의 구성을 표시하는 부분도, 도 10은 상기 절단수단의 작동을 표시하는 설명도, 도 11(a),(b)은 그 장치의 작동상태를 표시하는 설명도이다.

(장치구성-2)

본 발명의 광온도측정장치는, 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 고온용체의 방사열에 의한 방사광을 광섬유를 통해서 광온도검지기에 전달하여 온도량으로 변환하는 것에 의하여 고온용체의 온도를 측정하는 장치이고, 신축하는 로드를 구비한 신축수단(10), 신축수단의 신축로드(11)와 일체로 이동하는 광섬유 수납수단(20) 및 신축수단의 선단에 위치하는 광섬유 절단수단(30)을 구비하고 있다.

신축수단(10)의 적합한 구성예를 도 7 및 도 11에 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이, 신축수단(10)은 신축로드(11)를 구비한 실린더수단에 의하여 형성되어 있고, 그 실린더수단의 후단에는 그 길이방향으로 연장된 가이드프레임(12)이 일체로 형성되어 있다. 그 가이드프레임(12)에는 대차(21)가 자유롭게 움직일 수 있도록 설치되어 있고, 그 대차(21)는 신축로드(11)의 후단에 연결되어 있으며, 가이드프레임 위를 신축로드(11)와 일체로 왕복운동한다.

그 대차(21)에는 광섬유(40)가 감겨져 있는 권취부(22) 및 광섬유(40)를 인출하는 송급수단(23)이 장착되어 있다. 상기 광섬유 수납수단(20)은 그 대차(21)와 그 대차에 장착한 권취부(22) 및 송급수단(23)에 의해서 형성되고, 그 대차(21)의 권취부(22)로부터 인출된 광섬유(40)는 상기 신축로드(11)의 내부를 관통하여 로드선단(11a)으로부터 외측으로 돌출하고 있다.

상기 광섬유 수납수단(20)의 구체적인 구성예를 도 8에 표시한다. 도면에 나타내는 바와 같이, 대차(21)의 양측에는 가이드프레임(12)의 상하면에 전달되어 접하는 롤러(12a),(12b) 및 가이드프레임(12)의 내측면에 전달되어 접하는 롤러(12c)가 설치되어 있고, 대차(21)는 이들 롤러(12a),(12b),(12c)를 개재하여 가이드프레임(12)에 이동가능하게 결합되어 있다. 그 대차(21)의 후부에는 광섬유(40)를 감는 보빈(22)이 설치되어 있고, 그 보빈(22)에는 광섬유에 의하여 전달된 방사광을 온도량으로 변환하는 광온도검지기(23)가 내장되어 있다.

또한 대차(21)에는, 광섬유(40)의 송급수단(23)을 형성하는 1쌍의 핀치롤러러가 설치되어 있고, 그 핀치롤러러(23)와 보빈(22)의 사이에, 광섬유(40)의 꼬임을 제거하는 교정롤러(24)가 설치되어 있다. 도면에 표시하는 구성에서 교정롤러(24)는 서로 전달하여 접하는 3개의 롤러로 이루어지고, 보빈(22)으로부터 연장된 광섬유(40)는 이들의 롤러를 감겨회전시켜 핀치롤러러(23)에 끼워놓고, 그 핀치롤러러(23)에 의하여 인출되며, 신축로드(11)의 내부를 관통하여 로드선단(11a)에 돌출된다. 광섬유(40)의 핀치롤러러(23)에 의하여 인출되는 길이는 선단부의 절단길이에 따라서 조정된다. 여기서, 핀치롤러러(23)의 체결압은, 광섬유의 입구지름 등에 따라서 적당하게 조정가능하다면 바람직하다. 이 체결압은 너무 작으면 핀치롤러러(23)가 미끄러지고, 또 너무 크면 광섬유를 변형시켜서 빛의 투과를 방해할 우려가 있다.

한편, 바람직하게는 도 7 및 도 9에 표시하는 바와 같이, 상기 신축로드(11a)의 선단에는, 광섬유의 늘어짐을 방지하는 안내관(13)이 설치되어 있다. 그 안내관(13)은 신축로드(11)의 길이방향으로 신장하고 있고, 그 내부를 광섬유(40)가 삽입통과하여 선단으로부터 돌출하고 있다. 신축수단의 선단에는 절단수단(30)이 설치되어 있다.

상기 절단수단(30)은 광섬유(40)의 선단부분을 절단하는 커터(31)와 광섬유(40)를 보유하는 클램프수단(32)을 구비하고, 바람직하게는 상기 신축수단(10)과 일체로 형성되어 있다. 그 절단수단(30)의 적합한 구성예를 도 9 및 도 10에 표시한다. 도면에 나타내는 바와 같이, 신축수단(10)의 실린더 선단에 정(井)자 형상의 프레임(33)이 고정설치되어 있고, 그 프레임(33)에 커터(31)와 클램프수단(32)이 장착되어 있다. 이 커터(31) 및 클램프수단(32)은 광섬유(40)를 사이로 서로 대향해서 배치되어 있고, 그 광섬유(40)로 향해서 전후진이 자유로움과 아울러 적어도 클램프수단(32)은 광섬유(40)의 길이방향을 따라서 왕복운동 가능하게 설치되어 있다.

상기 커터(31)는 회전날(31a)과 그 구동모우터(31b) 및 이들을 일체로 광섬유(40)를 향해서 왕복운동하는 실린더수단(31c)에 의하여 형성되어 있고, 그 실린더수단(31c)은 프레임(33)에 지지되어 있으며, 그 실린더수단(31c)의 선단에 구동모우터(31b)와 함께 회전날(31a)이 날끝이 광섬유(40)를 향하여 장착되어 있다. 그리고, 상기 실린더수단(31c)은 프레임(33)을 상하이동하도록 설치하여도 좋다.

한편, 클램프수단(32)은 광섬유(40)를 파지하는 개폐 가능한 손톱부(爪部)(32a)와 그 손톱부(32a)를 광섬유(40)를 향해서 왕복운동시키는 실린더수단(32b) 및 손톱부(32a)와 실린더수단(32b)을 일체로 광섬유(40)를 따라서 상하이동하는 실린더수단(32c)에 의하여 형성되어 있다.

광섬유 선단을 절단하는 경우에는, 신축로드(11)가 후퇴하여 광섬유 선단이 신축로드 선단의 안내관(13)의 근방에 올려진 후, 클램프수단(32)이 안내관(13)을향해서 상승하고, 손톱부(32a)가 열린 상태에서 광섬유(40)를 향하여 전진하여 광섬유(40)를 느슨하게 파지한다. 계속해서, 광섬유(40)를 파지한 상태에서 클램프수단(32)이 광섬유(40)에 따라서 절단위치까지 하강하고, 다음에 대기위치의 커터(31)가 전진하여 회전날(31a)에 의해서 광섬유 선단을 절단한다. 절단후, 커터(31)는 후퇴하여 대기위치로 복귀하고, 클램프수단(32)은 손톱부(32a)가 개방되어 후퇴하고, 다음회의 절단시까지 대기한다.

그리고, 절단시에 있어서의 커터(31), 클램프수단(32)의 동작은 상기 순서에 한정되지 않는다. 광섬유를 클램프수단에 의해서 보유하고, 커터(31)에 의해서 안정하게 절단할 수 있는 동작순서이면 좋다.

광섬유는 광통신에 상용되고 있는 도 2에 나타내는 구조의 것을 사용할 수가 있다.

또 일반적으로, 제련로에는 용체의 온도저하를 방지하기 위해, 용광로의 주위에 가열버너를 설치해서 용체를 가열해 왔으나, 온도측정시, 상기 광온도측정장치의 주위에 설치한 가열버너의 화염에 의하여 측정오차를 발생하지 않도록, 측정시에는 가열버너를 자동적으로 소화하고, 측정후에 다시 자동적으로 착화(着火)하는 제어회로를 설치하면 좋다.

(측정방법(작용))

상기 광온도측정장치는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 용융작업의 방해가 되지 않도록 상기 장치를 용융로(51)의 옆쪽으로부터 용체(50)를 향해서 대략 경사지게 지지프레임(52)에 고정하면 좋다.

동용체 등의 고온용체(50)의 온도를 측정함에는, 신축수단(10)에 의해서 신축로드(11)를 하강시키고, 광섬유(40)의 선단을 고온용체(50)에 삽입한다. 고온용체의 방사광은 광섬유(40)의 선단부로부터 입사하고, 그 내부를 통하여 광온도검지기에 전달된다. 이 광온도검지기에 의하여 방사광의 휘도에 따라서 온도량이 검출된다. 광섬유의 삽입시간은 2∼3초 정도가 알맞다.

측정후, 신축로드(11)를 상승시켜서 광섬유 선단을 고온용체(50)로부터 인상한다. 섬유선단에 잘 못 투입이 발생하고 있는 경우에는, 상술한 바와 같이 절단수단(30)에 의해서 섬유선단의 잘 못 투입부분을 절단한다. 동용체의 경우에는 통상 4∼5회의 측정후에 절단하면 되지만, 필요에 따라서, 매회 절단하여도 좋다. 그리고, 절단길이는 잘 못 투입부분의 길이에 의거하나, 대략 5∼7㎝ 정도이다.

섬유선단을 절단후, 핀치롤러러(13)에 의하여 절단길이에 따른 길이가 인출되고, 계속해서 신축로드(11)를 하강시켜서 광섬유(40)의 선단을 고온용체(50)에 삽입하여 측정을 반복한다.

그리고, 고온용체에 광섬유 선단을 간헐적으로 출입하여 온도측정을 행하는 경우, 상술한 바와 같이, 광섬유(40)가 고온용체에 삽입될 때, 수피피복(UV코트)이 연소하여 프레임을 발생시키고, 측정대상의 고온용체와는 다른 온도피크가 기록된다. 또한, 광섬유선단을 용체로부터 끌어올릴 때에도, 용체중의 산소농도 보다도 외기중의 산소농도가 높으므로, 광섬유 선단이 외기에 접촉한 순간에 심한 연소를 발생시키고, 온도측정의 챠트에는 측정개시 시에 유사하고 현저한 온도피크가 기록된다. 그래서, 이것이 측정오차로 되지 않도록, 삽입시와 끌어올릴 때의 측정피크를 제외하고, 이 측정피크 사이의 정상값에 따라서 측정온도를 결정하면 된다. 그리고, 금속피복의 외주에 수지코트를 보유하는 광섬유를 사용하면 상기 영향이 현저하게 되어 측정오차가 크게 되므로 금속피복 외주에 수지코트를 보유하지 않는 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 본 발명의 광온도측정장치는, 광섬유선단을 간헐적으로 고온용체에 삽입하고, 광섬유를 끌어올릴 때에 실투한 광섬유선단부를 적당하게 절단하는 기능을 보유하므로, 동용체와 같이 석영의 용융온도 보다도 용체온도가 상당히 낮은 용체에 대하여도, 연속적으로 정확한 용체온도의 측정을 행할 수가 있다. 또한, 광섬유의 수납부분이 신축로드와 일체로 이동하므로, 광섬유를 용체에 삽입할 때에 섬유의 인출길이는 최소한도로 만족스럽고, 또 용체로부터 광섬유를 인상한 경우에도 섬유의 이완 등에 의한 불편을 발생시키는 일이 없다.

또한, 신축로드 후단에 연이어 설치한 대차에 광섬유 수납부를 장착한 것은, 신축로드와 광섬유 수납부분의 일체이동이 원활하여 조작성에 뛰어나고, 또 신축로드 내부를 관통하여, 그 선단으로부터 광섬유를 돌출하도록 한 것에 의하여, 신축수단과 광섬유 수납부가 콤팩트하게 일체화되고, 또한 신축수단이 광섬유 연장부분의 보호케이스로서의 역할도 달성할 수가 있다.

또한, 상기 절단수단은 클램프수단과 커터를 보유하므로, 절단시에 광섬유를 파지하여 안정하게 절단할 수가 있고, 이들 클램프수단과 커터를 신축수단과 일체로 형성한 것은 장치 전체의 방향을 바꾼 경우 등에도 절단위치를 조정할 필요가 없어 조작성에 뛰어나다. 또한 클램프수단 및 커터가 광섬유에 대해서 전후진하고,또 클램프수단이 안내관 선단부근에서 광섬유를 파지한 후에 절단위치까지 이동하도록 하면, 광섬유의 선단이 늘어져 있어도 안내관 선단부근에서 이것을 정확하게 파지하여 절단할 수가 있다.

또한, 광섬유 권취부에 광온도검지기를 내장하는 것에 의하여 장비를 보다 소형화할 수 있고, 또한, 광섬유 수납부의 교정롤러 및 신축로드 선단의 안내관을 설치하는 것에 의해, 광섬유의 꼬임이나 휘어짐, 늘어짐이 해소되므로, 장치의 조작성이 한층 향상한다.

이외에, 외주에 수지코트를 보유하지 않는 광섬유를 사용하고, 또 그 광온도측정장치 주변의 가열버너를 자동소화하고, 재착화하는 제어회로를 설치함으로써, 수지코트의 연소나 가열버너에 의한 영향을 배제하여 정도가 보다 높은 온도측정을 행할 수가 있다.

다음에, 본 발명의 송풍구를 통하여 용광로내 온도를 측정하는 온도측정장치에 대하여, 도면을 참조하면서 아래에 상세하게 설명한다.

도 12는 본 발명에 관한 온도측정장치의 전체 개략도, 도 13은 온도측정수단의 개념도, 도 14는 그 장치의 절단수단의 개념도이다.

(장치구성-3)

본 발명의 온도측정장치(110)는, 제동로의 송풍구(160)를 통해서 고온용체의 온도를 측정하는 수단(120)과, 그 송풍구(160)의 막힘을 해소하는 펀칭수단(130)을 보유한다. 그리고, 본 발명에 있어서 제련로라 함은, 각종 금속제련의 전로, 정제로, 용련로, 분리로, 제동로, 용광로 등 송풍구를 보유하는 화로를 널리 포함한다.또한, 송풍구에는, 온도측정수단이나 펀칭수단을 빼낼때, 송풍구를 밀폐하는 시일수단을 보유하는 것이 바람직하다. 한 예로서, 도 13에 표시하는 바와 같이, 송풍구의 관통공 상부에 수납된 구형상의 실(seal)부재(161)가 사용된다. 그 실부재(161)는 온도측정수단이나 펀칭수단에 의하여 통공상부로 밀어올리고, 이들을 송풍기로부터 뽑아낼 때에는 송풍구의 통공(163)에 낙하하여 송풍구를 폐쇄하고, 용광로내의 누설을 방지한다.

본 발명에 관한 온도측정수단(120)은 광섬유에 의하여 형성되고, 선단이 고온용체에 삽입되는 광섬유(121), 그 광섬유(121)를 통해서 전달되는 광신호를 광온도로 변환하는 광온도계(122), 그 광섬유(121)를 송풍구(160)에 인도하는 안내관(123), 그 안내관(123)을 송풍구(160)에 출입하는 송출입수단(124) 및, 광섬유(121)의 송출수단(125), 온도측정시에 안내관 내부를 가스파지(gas purge)하기 위한 가스도입관(127)이 설치되어 있다.

상기 안내관(123)은 제련로의 송풍구(160)에 면하고, 송출입수단(124)에 의하여 송풍구에 송출입 가능하게 설치되어 있다. 도면에 나타내는 예에서는 송출입수단(124)으로서 실린더수단이 사용되고 있고, 그 로드선단이 안내관(123)의 후부에 일체로 연결되어 있다. 그 안내부(123)에는 온도측정용의 광섬유(121)가 삽입통과하고, 상기 실린더수단(124)에 의하여 송풍구(160)에 출입된다. 그리고, 온도측정시에는 안내관(123)을 송풍구에 삽입할 때에 용광로 내의 통기를 차단하도록, 가스도입관(127)을 통하여 안내관 내부에 가압가스를 흐르게 하고, 이 가압가스 도입에 의하여 용광로내의 용체가 안내관 내부에 침입하는 것을 방지한다.

상기 안내관(123)의 뒤쪽에는 권취용 보빈(126)이 설치되어 있고, 그 보빈(126)에는 광온도계(122)가 내장되어 있다. 광섬유(121)는 상기한 보빈(126)에 감겨지고, 광온도계(122)에 접속되어 있다. 또한, 그 보빈(126)의 인출구에는 송출수단의 핀치롤러(125)이 설치되어 있다. 보빈(126) 및 핀치롤러(125)로 이루어지는 수납부는, 바람직하게는 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기 안내관(123)의 후단에 일체로 형성된다. 광섬유가 삽입통과한 안내관(123)이 송풍구(160)에 삽입되면, 핀치롤러(125)에 의하여 광섬유(121)가 앞쪽으로 도출되고, 그 선단이 용광로내의 용체에 삽입된다.

또한, 바람직하게는, 상기 안내관(123)의 선단에 광섬유의 실투한 선단부를 제거하는 절단수단이 설치된다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 그 절단수단(140)은 광섬유(121)를 보유하는 클램프(141)와 파지된 광섬유(121)의 선단부를 절단하는 커터(143)를 구비하고 있다. 클램프(141)는 광섬유(121)를 파지하는 개폐가능한 조(142)를 보유하고, 한편 커터(143)는 절단날(144)을 보유한다. 그리고, 절단날(144)은 도면에 나타내는 회전날에 한정되지 않는 절단날이라도 좋다.

클램프(141)와 커터(143)는 광섬유(121)를 향하여 왕복운동 가능하게 설치되고, 통상은 안내관(123)의 왕복운동을 방해하지 않도록 대기위치로 후퇴하고 있다. 안내관(123)이 송풍구로부터 뽑혀져서 대기위치에 복귀한 후, 클램프(141)가 전진하여 안내관(123)의 선단으로부터 돌출하고 있는 광섬유(121)의 선단부를 파지하며, 커터(143)가 전진하여 그 선단부를 절단한다. 절단후, 클램프(141) 및 커터(143)는 다시 대기위치로 후퇴한다.

상기 펀칭수단(130)은 송풍구의 막힘을 해소시키는 펀칭로드(131) 및 그 왕복운동수단(132)에 의하여 형성되어 있다. 펀칭로드(131)는 송풍구(160)를 향하여 왕복운동 가능하게 배치되고, 그 뒤쪽에 왕복동수단의 실린더수단(132)이 설치되며, 그 실린더수단(132)의 로드선단에 연결되고, 그 로드의 신축에 의해 송풍구(160)를 향해서 왕복운동 한다.

도면에 나타내는 예에서는, 펀칭로드(131)의 왕복운동 방향에 따른 1쌍의 가이드(135)와, 그 가이드(135)를 따라서 미끄럼이동하는 슬라이더(136)가 설치되고, 그 슬라이더(136)에 복수개(3개)의 로드가 일체로 장착되어 있으며, 상기 실린더수단(132)의 로드선단이 그 슬라이더(136)에 연결되어 있다. 그 펀칭로드(131)는 실린더수단에 의하여 송풍구(160)에 삽입되고, 송풍구의 용광로내 개구부에 응고하고 있는 슬래그 등을 무너뜨리고 송풍구의 막힘을 해소한다. 그후, 계속해서 그 로드(131)는 실린더수단(132)에 의해서 복구되어서, 대기위치로 복귀한다.

상기 온도측정수단과 상기 펀칭수단은, 바람직하게는 제련로의 송풍구에 따라서 이동하는 대차에 일체로 설치된다. 도 12에 표시하는 바와 같이, 제련로의 송풍구에 따라서 주행하는 대차(150)를 설치하고, 그 대차(150) 위에 온도측정수단의 안내관(123)과 복수의 펀칭로드(131) 및 이들의 왕복운동수단이 설치된다. 그리고, 대차(150)의 주행수단은 도면에 나타내는 바와 같이, 모우터(151)를 설치하고, 제련로(153)를 따라서 설치한 레일(152) 위를 스스로 움직이는 것이라도 좋고, 기타 적합한 수단이어도 좋다.

대차(150)에 올려진 안내관(123) 및 펀칭로드(131)는 송풍구에 면하여 나란히 설치되어 있고, 바람직하게는 송풍구 상호의 간격과 동일한 간격 혹은 그 정배수의 간격으로 설치되어 있다. 이와 같이 송풍구와 동일한 간격 또는 그 정배수의 간격으로 설치함으로써, 펀칭로드를 복수의 송풍구에 동시에 삽입하여 막힘을 해소할 수가 있고, 또 펀칭로드에 의한 막힘 해소와 아울러 안내관(123)을 막힘이 해소된 송풍구에 삽입하여 온도측정을 행할 수가 있다.

또한, 온도측정수단과 펀칭로드를 대차의 위에 일체로 설치하는 것에 의해, 송풍구의 막힘해소와 온도측정을 순차 연속적으로 행할 수가 있다.

(장치의 작용)

온도측정을 행하는 송풍구에 면하는 위치에 대차(150)를 정차시키고, 송풍구(160)와 펀칭로드(131)의 위치를 맞춘 후에, 실린더수단(132)에 의하여 복수의 펀칭로드(131)가 동시에 송풍구에 압입되고, 송풍구의 용광로내 개구부에 부착하고 있는 슬래그 등이 손실되어서 송풍구의 막힘이 해소된다. 막힘 해소 후, 실린더수단(132)에 의해 펀칭로드(131)가 대기위치까지 복귀된다.

계속해서, 대차(150)를 이동하여 막힘을 해소한 송풍구에 인접하는 송풍구에 펀칭로드(131)를 맞춘다. 여기서, 펀칭로드(131) 및 안내관(123)은 송풍구 상호의 간격과 동일한 간격으로 병설되어 있으므로, 대차(150)를 이동하여 펀칭로드(131)를 막힘을 해소하는 송풍구에 위치맞춤하는 것에 의하여, 상기 안내관(123)도 거의 막힘이 해소된 인접하는 송풍구에 면하는 위치로 된다. 위치맞춤후, 실린더수단에 의한 펀칭로드(131)와 안내관(123)이 각각 대응하는 송풍구에 삽입되어서 막힘의 해소와 온도측정이 행해진다.

온도측정수단(120)의 안내관(123)이 막힘을 해소한 송풍구에 삽입되고, 안내관 선단이 용광로내에 이르면, 그 안내관(123)에 삽입 통과되어 있는 광섬유(121)가 핀치롤러(125)에 의하여 다시 송입되고, 섬유선단이 용체에 삽입된다. 이 온도측정시에는 가스도입관(127)을 통하여 가압가스가 안내관 내부에 도입되어, 용광로내의 용체가 안내관 내부에 침입하는 것이 방지된다. 용체의 복사광은 광섬유(121)를 통하여 광온도계(122)에 전달되고, 그 휘도에 따라서 온도량이 검출된다. 그리고, 광섬유의 삽입시간은 2∼3초 정도로 만족한다.

온도측정후, 실린더수단(124)에 의하여 안내관(123)이 송풍구로부터 빠져서 대기위치로 복귀된다. 여기서, 광섬유선단이 잘 못 투입되고 있는 경우에는, 절단수단에 의해 실투한 부분이 절단된다. 즉, 안내관(123)으로부터 돌출하고 있는 광섬유선단으로 향해서 클램프(141)가 전진하고, 그 섬유선단부를 보유한다. 이어서, 커터(143)가 전진하고, 그 선단부를 파지한다. 절단후, 클램프(141) 및 커터(143)는 다시 대기위치로 후퇴한다. 그리고 동용체의 경우에는 통상 4∼5회의 측정후에 절단하면 좋고, 절단시기는 적당하게 정하여진다. 또 절단길이는 실투한 길이에 의한 것이지만, 대략 5∼7㎝ 정도이다.

상기 안내관(123) 및 펀칭로드(131)가 송풍구로부터 빠지면, 송풍구 상부에 밀어올려지고 있던 구형상의 실부재(161)가 낙하하여 송풍구를 폐쇄하지만, 안내관(123)을 뽑을 때에, 이 실부재(161)에 의해서 광섬유선단이 손상을 받지 않도록, 온도측정후, 광섬유선단을 안내관 내부에 끌어넣은 상태에서 안내관(123)을 송풍구(160)로부터 뽑아내어도 좋다.

상기 안내관(123)과 함께 펀칭로드(131)가 송풍구(160)로부터 빠져서 대기위치로 복귀된다. 그후, 대차(150)를 이동하고, 다시, 송풍구와 펀칭로드(131) 및 안내관(123)의 위치를 맞추어서 상기 동작을 반복한다.

본 발명의 상기 온도측정장치에 의하면, 이상과 같이, 송풍구의 막힘 해소수단을 보유하므로, 송풍구의 펀칭과 연동하여 온도측정을 행할 수가 있다. 따라서, 제련로의 송풍구의 보수와 용광로내 온도의 측정을 단시간에 효율좋게 행할 수가 있다.

또한, 제련로의 송풍구에 따라서 주행하는 대차에 온도측정수단과 복수의 펀칭수단을 일체로 설치한 것은, 펀칭로드를 복수의 송풍구에 동시에 삽입하여 막힘을 해소할 수 있고, 또한 펀칭로드에 의한 막힘 해소와 병행하여 막힘을 해소한 송풍구에 안내관을 삽입하여 온도측정을 행할 수 있으므로, 송풍구의 막힘 해소와 온도측정을 순차 연속적으로 행할 수 있다.

또한, 상기 온도측정수단은 광섬유선단을 용체에 삽입하여 온도측정을 행하는 방식이므로, 종래의 복사광을 관찰하는 방사온도계와 다르고, 용체의 물결침이나 거품일어남, 부유물이나 이물, 복사율의 변화에 의한 영향을 받지않고, 정확한 온도측정을 행할 수가 있다. 또한, 온도측정수단에 광섬유선단을 제거하는 절단장치를 설치하는 것에 의해, 동용체와 같은 석영섬유 선단이 잘 못 투입하는 측정대상에 대하여도 신뢰성이 높은 온도측정이 가능하다.

본 발명의 온도측정방법 중, 실투한 섬유선단을 절단하여 연속적인 온도측정을 행하는 것이나, 섬유의 연소에 의한 측정피크의 외란을 제외하여 온도측정을 행하는 것은, 동용체와 같이 석영의 용융온도 보다도 용체온도가 상당히 낮은 용체에 대하여도, 연속적으로 정확한 용체온도의 측정을 행할 수 있다. 또, 조작성이 좋고, 경제성에도 뛰어나다. 따라서, 이와 같은 용체온도를 보유하는 것의 온도측정에 적합하다.

또한, 이와 같은 온도측정방법에 따른 용체온도의 제어방법은 용광로재의 열부하를 경감하고, 용광로재의 수명을 연장할 수가 있고, 또한 용체에 투입되는 냉재의 처리량을 높일 수 있으므로, 금속제련의 조업효율 및 경제성을 향상하는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명의 광온도측정장치는, 고온용체의 온도를 연속해서 정확하게 측정할 수 있으므로 금속제련 등에 있어서 널리 사용할 수가 있다. 또한, 송풍구를 통하여 온도측정을 행하는 본 발명의 온도측정장치는 송풍구의 막힘을 일으키는 일이 없으므로, 이 종류의 용광로에 대하여 신뢰성이 높은 온도측정을 행할 수 있다.

Claims (16)

1. 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하여 고온용체의 온도를 측정하는 방법에 있어서, 광섬유를 반복해서 고온용체에 삽입하여 온도측정할 때에, 고온용체로의 광섬유의 삽입을 수 회 반복한 후에 실투한 광섬유선단을 절단하고, 광섬유의 새로운 선단을 고온용체에 삽입하여 반복해서 온도측정을 행하는 것을 특징으로 하는 고온용체의 온도측정방법.
2. 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유선단을 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하여 고온용체의 온도를 측정하는 방법에 있어서, 고온용체에 대한 광섬유의 삽입시와 끌어올릴 때에 발생하는 측정온도 피크를 제외하고, 그 측정온도피크 사이의 정상값에 의하여 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 고온용체의 온도측정방법.
3. 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유선단을 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하여 고온용체의 온도를 반복해서 측정하는 방법에 있어서, 실투한 광섬유선단을 절단하고, 광섬유의 새로운 선단을 일정시간마다 반복하여 고온용체에 삽입하여 온도측정함으로써, 용체표면에 페라이트계 슬래그가 형성되는 고온용체의 온도를 1210±10℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 온도제어방법.
4. 제3항에 있어서, 고온용체에 대한 광섬유의 삽입시와 끌어올릴 때에 발생하는 측정온도피크를 제외하고, 그 측정온도피크 사이의 정상값에 의하여 온도를 측정하는 것에 의하여 용체온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도제어방법.
5. 고온용체에 광섬유선단을 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환함으로써 고온용체의 온도를 측정하는 장치에 있어서,

   상기 광섬유를 고온용체에 출입하게 하는 송출입수단, 광섬유선단을 고온용체에 출입하게 하기 위해 고온용체를 향해서 신축하는 로드를 구비한 신축수단, 상기 로드와 일체로 이동하는 광섬유 수납수단, 상기 신축수단 선단에 장착된 광섬유 절단수단과 광섬유에 의해 전달된 광신호를 온도량으로 변환하는 광온도검지기를 구비하고,

   상기 절단수단에는 광섬유가 고온용체로부터 끌어올려진 위치에서 광섬유선단을 절단하는 커터와, 상기 로드선단으로부터 연장되는 광섬유를 고정하는 클램프 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광온도 측정장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 신축수단이 신축로드를 구비한 실린더수단에 의하여 형성되어 있고, 또한 광섬유 수납수단이 신축로드 후단에 연결된 대차, 그 대차에 장착한 광섬유의 권취부 및 광섬유를 인출하는 송급수단에 의하여 형성되어 있고, 상기 실린더 수단의 후단에는 길이방향으로 가이드 프레임이 설치되고, 그 가이드 프레임을 따라서 상기 대차가 신축로드와 일체로 이동함과 아울러 그 대차의 권취부로부터 인출된 광섬유가 상기 신축로드의 내부를 관통하여 로드선단으로부터 돌출하고 있는 것을 특징으로 하는 광온도측정장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 대차에 설치한 광섬유 권취부에 광온도검지가 내장되고, 그 권취부와 광섬유의 송급수단을 형성하는 핀치롤러와 함께 광섬유의 꼬임을 제거하는 교정롤러가 상기 대차에 설치되어 있고, 또한, 신축로드 선단에는 광섬유의 늘어짐을 방지하는 안내관이 돌출설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광온도측정장치.
8. 제7항에 있어서, 핀치롤러의 체결압이 조절가능한 것을 특징으로 하는 광온도측정장치.
9. 제5항에 있어서, 금속피복 외주에 수지코트를 보유하지 않는 광섬유를 이용하는 것을 특징으로 하는 광온도측정장치.
10. 제5항에 있어서, 광섬유 절단수단이 신축수단의 선단에 장착되어 있고, 그 절단수단의 커터와 클램프수단은 신축로드 선단으로부터 연장한 광섬유를 사이에 두고 서로 대향함과 아울러, 광섬유를 향해서 전후진행이 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광온도측정장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 클램프수단이 신축로드의 신축방향에 대하여, 왕복운동이 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광온도측정장치.
12. 고온용체에 광섬유를 삽입하고, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하는 것에 의해 고온용체의 온도를 측정하는 장치에 있어서, 용광로의 송풍구를 통하여 고온용체의 온도를 측정하는 수단(ㄱ)과, 그 송풍구의 막힘을 해소하는 펀칭수단(ㄴ)을 보유하며,

    상기 온도측정수단(ㄱ)에는, 선단이 고온용체에 삽입되는 광섬유, 그 광섬유를 통해서 전달되는 광신호를 온도량으로 변환하는 광온도계, 그 광섬유를 송풍구에 인도하는 안내관, 그 광섬유가 삽입 통과한 안내관을 송풍구에 출입하게 하는 송출입수단 및 광섬유의 송출수단이 설치되어 있고,

    상기 펀칭수단(ㄴ)에는, 송풍구의 막힘을 해소시키는 펀칭로드 및 그 왕복동수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
13. 제12항에 있어서, 안내관에 광섬유가 삽입 통과됨과 아울러 그 안내관의 후부에 그 광섬유의 수납부 및 송출수단이 장착되어 있고, 이에 의하여 상기 온도측정수단이 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 안내관의 선단에, 광섬유의 실투한 선단부를 제거하는 절단수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
15. 제12항에 있어서, 용광로의 복수의 송풍구에 따라서 이동가능하게 설치된 대차에, 상기 온도측정수단과 상기 펀칭로드가, 그 송풍구를 향해서 나란히 설치되어 있고, 송풍구에 펀칭로드를 삽입하여 막힘을 해소한 후에, 계속하여 대차의 이동에 의하여, 그 송풍구에 온도측정수단이 삽입되고, 송풍구의 막힘 해소와 온도측정이 순차 행하여지는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.
16. 제15항에 있어서, 온도측정수단의 안내관과 복수의 펀칭로드가, 송풍구 상호의 간격과 동일한 간격 또는 그 정배수의 간격으로 나란히 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온도측정장치.

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