KR100548119B1 - 용융 금속의 측온 장치와 측온 방법 - Google Patents

Abstract

열영향에 대해 이미지 파이버 및 촬상 장치를 보호하기 위한 냉각 방식 및 그 제어가 용이하고, 안정된 측온이 가능한 용융 금속의 측온 장치를 제공하는 것으로, 노즐부, 퍼지ㆍ냉각 가스 도입부, 창유리를 갖는 이미지 파이버 장착부, 및 이미지 파이버 보호 튜브의 4개의 연결 가능한 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치이며, 2중관 노즐에 대해 열방사광의 도입부인 노즐 선단으로부터 이미지 파이버 선단 수광부까지의 거리를 짧게하여, 많은 열방사광을 수광하는 구성으로 이루어진다.

용융 금속, 측온, 이미지 파이버, 촬상 장치, 열방사광, 노즐

Description

용융 금속의 측온 장치와 측온 방법 {MOLTEN METAL TEMPERATURE MEASURING INSTRUMENT AND METHOD}

본 발명은, 용융 금속을 수용하는 용기의 벽에 그 벽을 관통한 노즐을 설치하고, 그 노즐의 선단에 면하는 용융 금속의 열방사광을 이미지 파이버를 통하여 도출하고, 도출된 열방사광으로부터 용융 금속의 온도를 연속적으로 측정하는 장치와 측온(測溫) 방법에 관한 것이다.

전로(轉爐)ㆍAOD 등의 용융 금속을 정련하는 노에 있어서, 양호한 정밀도로 연속하여 용융 금속 온도가 측정되고, 이것이 조업 정보로서 얻어지면, 정련의 능률 향상, 품질의 개선 및 조업상의 수율 향상, 제원(諸原) 단위의 삭감 등 매우 유용하다. 용융 금속 온도를 연속적으로 파악하여, 강종(鋼種)별로 정해진 온도 추이 패턴으로 컨트롤하는 것은 정련을 효율적으로 수행함에 있어서 중요하다. 그 때문에, 정련로의 용융 금속 온도를 측정하는 방법은 종래부터 다양하게 시행되고 개선이 거듭되어 왔다. 당초는 정련로를 경동(傾動)하여, 보호관을 갖는 소모형 열전쌍의 계측 프로브에 의해 오퍼레이터가 수동으로 용융 금속 온도를 측정했었으나, 노(爐) 경동에 따른 조업상의 안정성, 측정 시간 연장에 따른 생산성 저해의 과제가 있었다. 따라서, 더욱 작업성, 생산성의 향상을 도모할 수 있는 서브랜스(sublance)가 개발 도입되었다. 이는 수냉 랜스의 선단(先端)에 보호관을 갖는 소모형 열전쌍의 계측 프로브를 자동 장착하여 원격 자동에 의한 측온 작업을 가능하게 했다.

그러나, 이들 계측 프로브 방식에서는, 정밀도가 양호한 측온은 가능하지만 간헐적인 측온이므로, 정련중의 용융 금속 온도를 연속적으로 측정하여, 정련 제어를 치밀하게 실시하는 것은 불가능했다. 또한, 측온용의 계측 프로브는 소모품이므로, 비용도 비교적 높았다.

이에 대해, 용융 금속을 연속하여 측온하려는 시도는 종래부터 이루어져 왔다. 용융 금속 용기의 벽을 관통한 노즐에 불활성 가스를 압입하여 노즐내로의 용융 금속의 침입을 방지하면서, 노즐 선단에 면하는 용융 금속의 열방사광을 광 파이버를 통하여 방사 온도계 등으로 안내하는 장치(예를 들면, 일본특허출원공개 소61-91529호 공보, 일본특허출원공개 소62-52423호 공보, 일본특허출원공개 평8-15040호 공보)가 알려져 있다. 또한, US 6,172,367(일본특허출원공개 제2000-502183호 공보)에 있어서도 광 파이버 방식의 용융 금속 측온이 제시되어 있다. 이 방법은 연속 측온을 가능하도록 하고 있으나, 광 파이버의 시야 중심이 노즐 중심으로부터 벗어나거나, 광축이 노즐 중심축에 대해 경사되거나 할 경우, 또는 측정중에 퍼지 가스에 의해 노즐 선단 부근의 용융 금속이 응고되는 경우가 있어, 그것이 파이버 시야의 일부를 막을 경우, 파이버가 수광하는 방사 에너지가 감소하므로, 겉보기 온도가 낮게 관측된다. 이 때, 방사 온도계의 출력으로부터는 시야가 막혀있는지 실제로 온도가 저하되어 있는지를 판단할 수 없으므로, 측정치의 신뢰 성에 문제가 있다. 이러한 문제는 광 파이버를 사용하고 있기 때문에 소위 점계측으로 되어 있음에 기인한다. 또한, 일본특허출원공개 평8-15040호 공보에서는, 광축의 오차가 발생하지 않도록 광 파이버를 용융 금속을 향하여 송출하고, 광 파이버의 선단을 용융 금속에 접촉시키고 있으나, 광 파이버의 소모에 의해 비용이 증대된다는 문제가 있다.

또 다른 장치로서, 본건 출원인은 용융 금속이 발하는 열방사광을 이미지 파이버를 통하여 촬상 장치(예를 들면, CCD 카메라)에 취득하여, 촬상 화면상의 최고 휘도치로부터 용융 금속의 온도를 측정하는 장치(예를 들면, 일본특허출원공개 제1999-142246호 공보)를 출원하고 있다. 이 발명에서 사용하는 이미지 파이버 방식은, 화상 계측이 가능해지므로 상기 문제가 크게 개선되었다. 이미지 파이버는, 예를 들면, 15000 가닥 이상의 광 파이버(소선(素線))를 세밀하게 결합하여 직경 4㎜ 정도로 묶은 것으로, 그 선단에는 초점 거리가 무한대에 가까운 집광 렌즈가 장착되어 있으며, 이미지 파이버의 수광단에 그 전방의 상이 투영된다. 이미지 파이버의 출광단에는 투영상(광상(光像))이 그대로 전달된다. 즉, 이미지 파이버는 광상 전달 기능이 있으며, 그 수광단으로부터 전방을 향한 광상을 출광단으로 전달한다. 촬상 장치가 출광단의 광상을 촬영하여 화상 신호를 발생시키고, 이와 같이 하여 화상 계측 및 이에 근거한 화상 해석이 가능하게 된다. 따라서, 광 파이버에서는 이룰 수 없었던 송풍구 선단의 응고 금속에 의한 시야의 협착을 인식하여, 정확한 측온이 가능하게 된다. 또한, 광축의 약간의 오차에 따른 시야내에서의 광상의 이동에 대해서도 화상 처리에 의해, 문제없이 정확한 온도를 측정할 수 있다. 본 장치도 용융 금속 온도를 연속적으로 측정할 수 있는 이점이 있다. 이미지 파이버에서 2차원적 관찰을 수행하고, 화상 처리에 의해 용융 금속을 자동 추출하므로 약간의 광축 오차는 문제가 되지 않는다.

그러나, 상기 이미지 파이버를 이용하는 장치에서는, 일단 광축의 일치를 확보하더라도, 전로와 AOD로 등의 교환시에는 파이버의 착탈을 필요로 하므로, 이 때 광축이 크게 어긋나는 경우가 있다. 또한, 특히 고가의 이미지 파이버는 과열에 의해 열손상되기 쉽고, 또한 착탈시에 절손(折損)되는 경우가 있다. 또한, 노즐과 이미지 파이버를 구획하는 내압 창유리의 청소와, 노즐 선단의 용손량의 측정은 고온하의 조업중에 있어서 수행하므로, 신속 용이하게 수행할 수 있는 것이 요구된다. 이에 대해 본 출원인은, 일본특허출원공개 제2001-83013호 공보를 출원하고 있다.

일본특허출원공개 제2001-83013호 공보에서는 용융 금속으로부터 열방사광을 도입하는 송풍구부, 퍼지 가스 도입부, 내압 창유리 보유부, 이미지 파이버 심출부(芯出部), 이미지 파이버 보호 튜브로 구성되는 각 부를 착탈 가능하게 연결하고, 이미지 파이버 심출부를 상호 끼움 밀접 가능한 볼록형 및 오목형부로 구성하여 심출의 간이화를 도모했다. 그러나, 본 심출부의 구조에서는, 볼록형 및 오목형부로 구성되는 각 부가 끼움 밀접하게 되므로, 광축의 오차를 용이하게 조정하는 것이 어렵다고 판명되었다. 또한, 노즐과의 결합이 플랜지 구조를 위한 착탈에 시간을 요하고, 고온 분위기하에서의 신속한 작업이 용이하지 않았다. 또한, 본 방식에서는, 노즐이 단관(單管)인 경우에 대해 이중관인 경우는 노즐 가스 도입부 가 2군데가 되므로, 이미지 파이버 선단과 열방사광 입구인 노즐 선단까지의 거리가 커지므로 더욱 광축 조정이 어려워진다.

용융 금속 온도를 연속적으로 측정하는 방법으로서, 예를 들면 일본특허출원공개 소60-129628호 공보와 일본특허출원공개 소61-17919호 공보에는 전로와 제강용 용기의 내화물을 관통한 측온용 노즐의 후단에 방사 온도계를 설치하고, 측온용 노즐로부터 용융 금속에 가스를 분출시키면서, 노즐 선단에 면하는 용융 금속의 열방사광으로부터 용융 금속 온도를 측정하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법에서는 노즐로부터 분출하는 가스에 의해, 노즐 선단 근방의 내화물 및 용융 금속 계면이 항상 냉각되므로, 노즐 선단 부근에 머시룸(mushroom)이라 불리는 응고된 강(이하, 응고 금속이라 한다)이 생성되고, 그 성장에 의해 노즐 폐색이 빈발한다. 그 결과, 방사 온도계는 용융 금속보다 온도가 낮은 응고 금속을 관측하게 되어, 측정치에 큰 오차를 발생시킨다.

응고 금속을 제거하는 방법으로서, 취입(吹入)하는 가스에 산소를 혼합하여, 산화 반응열에 의해 응고 금속을 용해시키는 방법을 생각할 수 있으나, 이 방법에서는 용융 금속 온도의 상승에 의해 노즐의 용손(溶損)이 급격하게 진행하여 측온이 불가능하게 됨을 알 수 있었다. 한편, 응고 금속의 성장을 억제하는 방법으로서 불활성 가스의 유량을 적게함으로써 용융 금속 계면의 냉각을 최대한 억제하는 방법을 생각할 수 있으나, 유량이 부족하면 노즐내에 용융 금속이 진입하여 수광기가 파괴될뿐 아니라, 용융 금속이 외부로 유출하면 중대 사고를 초래한다.

응고 금속의 부착을 방지하는 방법으로서, 일본특허출원공개 평11-281485호 공보에는 측온용 노즐의 내경을 3∼5㎜로 하고, 그리고 측온용 노즐로부터 용융 금속을 향해 분출시키는 불활성 가스의 유량을, 노즐 선단에서 응고 금속이 성장되지 않고, 또 용융 금속 진입이 없는 범위로 하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이 방법에서는 노즐 내경이 3∼5㎜로 매우 작으며, 또 노즐이 관통하는 내화물의 두께가 1㎜ 전후나 되므로, 내화물의 열변형에 의해 노즐에 구부러짐이 발생되면, 관찰할 수 있는 시야를 충분히 확보할 수 없는 문제가 있다. 또한, 정련로에서는 산소 취입에 의한 발열과 냉각재 등의 첨가에 의한 방열의 언밸런스에 의해 용융 금속 온도 변화가 크므로, 응고 금속에 의한 노즐 선단의 폐색을 완전히 방지할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명자들의 더욱 상세한 조사에 의해, 본 방식의 용융 금속 연속 측온을 실시하는 중에, 시간의 경과와 함께 노즐이 관통하는 내화 벽돌은 고온에 기인하는 열팽창에 의해 미묘하게 그 위치가 이동한다. 그 때문에, 노즐 자체가 구부러지고, 시야가 좁아지는 현상을 발견하였다. 이에 대응하기 위해 이미지 파이버 선단의 수광부를 노즐의 만곡 방향에 대응시켜 광축이 일치하도록 미묘하게 이동시키는 것이 불가결하게 된다. 이러한 이미지 파이버 선단의 수광부의 미조정은 종래의 기술에서는 도저히 불가능하며, 새로운 대응책의 책정이 요구되었다.

용융 금속을 수용하는 용기의 벽은, 용융 금속으로부터의 열전도에 의해 고온으로 되어 있다. 그 때문에, 노즐 및 이미지 파이버 접속 장치도 열전도 및 복사열 모두의 영향에 의해 고온 상태가 된다. 또한, 노(爐) 경동을 행하여 당해 장치가 노 상부의 후드 내면에 노출되면, 후드 내면에 부착한 적열(赤熱) 지금(地金) 으로부터의 열복사를 받는다. 이들 열영향에 대해서 이미지 파이버 및 촬상 장치를 보호하기 위한 냉각 방식 및 그 제어가 과제가 되었다.

용융 금속으로부터의 열방사광이 측온용 노즐 내면과 그 노즐에서 이미지 파이버까지의 접속부의 내면에 조사되므로, 측온 장치는 용융 금속으로부터의 직접광의 주변에 내면 반사광이 존재하여, 정확한 온도를 측정할 수 없는 경우가 있다. 이에 대해서는, 측온용 노즐의 중심축과 이미지 파이버의 광축을 최대한 일치시키는 등의 대책을 강구하더라도, 충분한 효과를 얻을 수 없는 것을 들 수 있다.

측온용 노즐내에 용융 금속의 침입 방지로서 불활성 가스를 압입하고 있으므로, 그 노즐 선단 부근의 용융 금속이 응고하여 용융 금속으로부터의 열방사광을 차단한 경우, 이미지 파이버의 시야가 좁아지는, 또는 막는 것을 들 수 있다.

측온용 노즐 폐색시에 관해서는, 불활성 가스를 산소 가스로 전환하여 그 노즐 선단부의 지금(地金)을 용해시키는 방법이 제안되어 있다(일본특허출원공개 소60-231141호 공보, CAMP-ISIJ Vol.2(1989)-p.216). 그러나, 이를 지나치게 실시하면, 그 노즐의 용손이 현저히 커지고, 또 사용하는 타이밍을 벗어나면 산소를 유입시켜도 응고 금속의 용류(溶流)가 불가능해진다. 이들 제안에는 명확한 실시 방법이 제시되어 있지 않고, 산소에 의한 지금의 용류를 효과적으로 이용할 수 없다.

또한, 일본특허출원공개 소60-129628호 공보에서는 측온용 노즐로부터 취입하는 불활성 가스에 적량의 산소를 혼합하여 측온하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 취입 가스중의 산소의 혼합도에 따라, 취입 가스와 용융 금속과의 계면 온도가 크게 변화하게 되고, 또한 가스의 혼합 비율의 미조정이 어려우므로, 정밀도 높 은 용융 금속 온도 측정을 수행하는 것이 곤란하다.

일본특허출원공개 평11-326061호 공보에서는, 측온용 노즐 전용으로 하지 않고, 통상은 취련(吹鍊)용 노즐로서 질소를 혼합한 산소 가스를 흘려보내 노즐의 응고 금속 성장을 억제하고, 온도 측정시에는 노즐에 질소를 흘려보내고, 측온 종료후에는 취련용 산소 가스로 복귀시킨다. 이 방법은 온도를 어느 포인트에서 측정하는 소위 배치(batch) 측온으로, 용융 금속을 연속하여 측정하려고 하는 목적은 달성할 수 없다.

이와 같이 상술한 많은 과제는 미해결 상태이며, 이 과제의 조속한 해결이 강력히 요구되고 있다.

본 발명은 이들 과제를 해결하는 용융 금속을 연속적으로 측정하는 측온 장치와 측온 방법을 찾아낸 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 용융 금속을 수용하는 용기의 벽에 관통된 노즐을 설치하고, 그 노즐의 선단에 면하는 용융 금속의 열방사광을 이미지 파이버(화상 전송 파이버)를 통하여 도출하고, 도출한 열방사광으로부터 용융 금속의 온도를 측정하는 장치에 있어서,

그 노즐은 2중관 구조이며, 내관에 퍼지 가스를 통과시키면서 용융 금속의 열방사광을 관찰하고, 또 외관에 노즐 용손 방지를 위한 보호 냉각 가스를 통과시키고,

노즐과 이미지 파이버 장착부의 구성이, 노즐부, 퍼지ㆍ냉각 가스 도입부, 창유리를 갖는 이미지 파이버 장착부 및 이미지 파이버 보호 튜브의 4가지의 연결 가능한 부분으로 이루어지고,

퍼지ㆍ냉각 가스 도입부에 한군데 이상의 접합 부분을 형성하여, 용융 금속의 열방사광이 이미지 파이버로 연통하기 위한 광축의 심출(芯出)을 가능하게 하는 구조를 갖고,

이미지 파이버 후단에는 열방사 휘도의 2차원 분포를 측정하는 CCD 카메라 등의 촬상 장치가 접속되며,

촬상 장치는 냉각 구조를 갖는 밀폐 박스에 수납되어, 용융 금속을 수용하는 용기의 외벽 근방에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(2) (1) 기재의 장치에 있어서, CCD 카메라가 발생하는 화상 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환 장치, PC, 노즐 가스 제어 장치, 카메라 제어 장치를 갖는 장치에서, PC는 화상 상의 고휘도 영역(용융 금속상)의 휘도로부터 용융 금속의 온도를 연산하는 기능을 더 가지며,

PC는 화상으로부터 노즐 선단부의 개공 상태를 판단하여, 노즐 가스 제어 장치에 대해 가스 종류 또는 가스 유량을 지시하는 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(3) (2) 기재의 장치에 있어서, PC에 입력된 화상 상의 고휘도 영역(용융 금속상)의 휘도로부터 용융 금속의 온도를 연산할 때에, 미리 지정된 영역내에서 고휘도 영역(용융 금속상)을 추출하고, 그 휘도치로부터 용융 금속의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(4) (1) 기재의 장치에 있어서, 밀폐 박스내의 촬상 장치의 본체 또는 분위 기 온도를 열전쌍 등에 의해 측정하고, 그 온도를 촬상 장치의 허용 상한 온도 이하로 유지하기 위해, 밀폐 박스내로 보내주는 냉각 가스 또는 냉각수의 유량, 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(5) (1) 기재의 장치에 있어서, 이미지 파이버 케이블을 내부 삽입 보호한 내관 플렉시블 호스와 내관 플렉시블 호스를 내장 보호하는 이미지 파이버 보호 튜브의 3중 구조로 하여, 내관 플렉시블 호스 및 이미지 파이버 보호 튜브에 냉각·퍼지 가스를 통과시켜, 이를 외부로 방출할 때에, 이미지 파이버 선단의 렌즈 부분에 상당하는 부위를 당해 가스에 의해 외부로부터 냉각 가능한 구조로 하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(6) (1) 기재의 장치에 있어서, 노즐과 이미지 파이버 장착부의 구성중, 퍼지ㆍ냉각 가스 도입부 또는/및 창유리를 갖는 이미지 파이버 장착부를 수냉 구조로 하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(7) (5) 또는 (6) 기재의 장치에 있어서, 이미지 파이버 소선 또는 그 분위기 온도를 열전쌍 등에 의해 측정하고, 그 온도를 이미지 파이버 및 렌즈의 허용 상한 온도 이하로 유지하기 위해 퍼지ㆍ냉각 가스 또는/및 냉각수의 유량 또는/및 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.

(8) (2) 기재의 노즐 가스 제어 장치에 있어서, 화상 상의 열방사광에 의한 고휘도 영역(용융 금속상)의 면적이 감소하여, 휘도치로부터 환산되는 용융 금속의 온도의 정밀도가 악화되었을 때에, 고농도 산소 함유 가스를 그 노즐로부터 취입하여 노즐 선단부에 생성된 지금(응고 금속)을 용융하는 것을 특징으로 하는 용융 금 속의 측온 장치.

(9) 정련로내의 용융 금속에 침지하는 2중관 구조의 노즐의 선단에 부착한 지금을 제거하는 방법에 있어서, 가동중인 정련로를 공로(空爐) 상태로 하여, 2중관 구조의 노즐의 외관과 내관의 공극 유로에는, 탄화 수소계의 기체, 액체 연료, 또는 가연성 가스를 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 흘리고, 그 노즐의 내관에는 산소 가스를 연소 가능한 농도 범위로 조정한 산소 함유 가스를 흘림으로써, 가동중인 정련로가 공로 상태에서 노즐 선단에 부착한 지금을 용류(溶流), 제거한 후, 정련로에 용융 금속을 투입하여 그 용융 금속을 측온할 때에, 정련로내의 용융 금속에 침지한 상기 노즐에 용융 금속의 침입 방지용의 불활성 가스를 압입하면서, 그 노즐의 선단부에 면하는 용융 금속의 열방사광을 이미지 파이버를 통하여 촬상 장치에 취득하여, 촬상 장치가 출력하는 화상 신호를 디지털 화상 테이터로 변환하고, 그 디지털 화상 데이터에 기초하여 연산 처리하여, 촬영 화면상의 용융 금속 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 방법.

도1은 본 발명을 실시하기 위한 용융 금속 측온 장치를 도시한 개념도이다.

도2는 도1에 도시한 용융 금속 측온 장치의 노즐 접속 장치부의 부분 확대도이다.

도3의 (a)는 도2에 도시한 노즐 접속 장치부의 광축 조정부의 상세도이며, 도3의 (b)는 도3의 (a)의 A-A 단면 부분을 도시한 도면이다.

도4는 이미지 파이버 보호 튜브 구조를 도시한 도면이다.

도5는 이미지 파이버 선단 지그(jig)의 수냉 구조의 예를 도시한 도면이다.

도6은 본 발명에 따른 용융 금속 측온 장치의 시스템 구성도이다.

도7의 (a) 내지 (c)는 도6에 도시한 CCD 카메라의 촬영 화면이며, 노즐 선단 응고 금속의 성장에 수반하여 용융 금속면이 작아지는 것을 도시한 도면으로, 도7의 (a)는 노즐 선단 응고 금속이 거의 없는 상태를 도시한 도면이며, 도7의 (b)는 노즐 선단 응고 금속이 부착되어 있으나, 측온이 가능한 상태를 도시한 도면이며, 도7의 (c)는 노즐 선단 응고 금속이 성장하여 측온이 불가능한 상태를 도시한 도면이다.

도8의 (a) 및 (b)는 도6에 도시한 CCD 카메라의 촬영 화면이며, 노즐 내면에 용융 금속면의 반사광이 나타남을 도시한 도면으로, 도8의 (a)는 노즐 내면에 용융 금속면의 반사광이 나타난 상태를 도시한 도면이며, 도8의 (b)는 측온을 위한 에리어(area) 지정을 수행하여 용융 금속면의 반사광을 제외하고 측온을 수행하고 있는 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 실시예의 설비 전체 개념도를 도1에, 노즐 접속 장치부의 부분 확대도를 도2에, 그리고 광축 조정부의 상세도를 도3에 각각 도시한다.

도1에 있어서, 용융 금속(1)의 용기인 정련로(2)의 측벽 하부에 설치된 연속 측온용 노즐(9)은, 이미지 파이버 보호 튜브(4)에 접속 장치부(3)에 의해 결합되어 있다. 용융 금속(1)에 접하는 노즐 선단으로부터 입사한 열방사광은, 접속 장치내 의 이미지 파이버 선단부의 수광부로부터 이미지 파이버 보호 튜브(4)를 경유하여 촬상 장치인 CCD 카메라 수납 박스(5)내의 CCD 카메라(27)에서 화상으로서 신호화되어, 카메라 케이블(7 및 21)을 경유하여 화상 처리 장치로 보내진다. 한편, 카메라 및 이미지 파이버의 퍼지ㆍ냉각용 가스는, 가스 배관(22)으로부터 가스 혼합 용기(8)에서 카메라 케이블(7)로 도입되어, CCD 카메라 수납 박스(5)내를 냉각함과 동시에, 이미지 파이버 보호 튜브(4)를 경유하여 접속 장치부(3)를 냉각한다.

가스 혼합 용기(8)는 고정 데크상에 설치되는데, CCD 카메라 수납 박스(5)는, 가동하는 정련로의 측벽 데크상에 장착된다. 이 CCD 카메라 수납 박스(5)는, 또 강제(鋼製)의 CCD 카메라 박스 보호 상자(6)에 내장되어 분진 및 낙하 비산하는 응고 금속 및 슬래그 등으로부터 보호되어 있다. 그 표면은 단열 보드로 덮여져, 분위기 온도, 및 노벽(爐壁)ㆍ후드ㆍ부착 응고 금속ㆍ슬래그 등의 열전도 및 복사열로부터 단열되어 있다. CCD 카메라 수납 박스(5)는 상면을 제거식 덮개로 하고, 측면 및 하면의 합계 5면은 냉각수에 의해 수냉되어 있다. CCD 카메라는 그 기기의 특성에 따라 내열 온도 이상이 되면 성능이 보증되지 않으므로, 그 이하의 온도로 유지할 필요가 있다. 또한, CCD 카메라 수납 박스는 분위기 온도가 높고, 노체(爐體)로부터의 열전도가 크므로, 박스의 표면적의 50％ 이상을 수냉할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 카메라 온도를 더욱 저감하기 위해, 전술한 바와 같이 측면 및 하면의 합계 5면을 수냉하였다.

도2와 도3의 (a) 및 (b)에 있어서, 측온 노즐(9)의 용융 금속에 접하는 선단 부위로부터 입력된 열방사광이 이미지 파이버(4)에 최대한 많이 통광 가능하도록, 또 다양한 원인으로 열방사광의 광축의 흔들림에 대해서, 신속 용이하게 조정가능하도록 접속 지그가 설치되어 있다.

연속 측온용 노즐(9)은 정련로 보호 내화물(10), 정련로 철피(11), 및 노즐 플랜지부(23)를 관통하여 우선 노즐 외관 가스 공급 배관(12)과 접속된다. 이 외관용 배관(12)은 접속 커플러(24)로 용이하게 착탈 가능하다. 또한, 연속 측온용 노즐은 조정용 플랜지(13)에서 이미지 파이버 접속 장치와 연결된다. 조정용 플랜지(13)는 볼트에 의해 체결되어 있으나, 볼트 체결전의 시점에서는 노즐의 축 직각 방향으로 여유를 갖도록 하여, 이미지 파이버 접속 장치의 위치 조정을 가능하도록 하는 구조로 하고 있다. 통상, 이미지 파이버 접속 장치를 신속 용이하게 착탈하기 위해, 연속 측온용 노즐과 이미지 파이버 접속 장치 사이에 접속 커플러(19)를 사용한다. 즉 실제 조업에 있어서, 연속 측온용 노즐의 잔존 길이의 치수 측정은, 비교적 빈도가 높으므로, 이 접속 커플러를 제거하고 측정함으로써, 착탈 시간을 대폭 감축할 수 있게 된다.

접속 커플러(19)의 이미지 파이버측에는, 이미지 파이버 선단 지그(20)와 연결된 접속용 블록(26)과 연결되어 있다. 또한, 이 접속용 블록(26)은 노즐 내관 가스 공급 배관(14)과 신속 착탈 가능한 접속 커플러(25)에 의해 연결되며, 노체 교환시 등에는 이 접속 커플러(25)에 의해 신속 용이하게 착탈할 수 있다. 당해 접속용 블럭(26)은 직방체 형상으로 되어 있으며, 열방사광의 광축과 축 직각 방향으로 위치 조정 가능한 나비 나사 구조의 광축 조정 장치(16)에 지지 고정되어 있다. 또한, 이 광축 조정 장치(16)는 광축 조정 장치 지지부(17)를 통하여 정련로 철피(鐵皮, 11)에 고정되어 있다. 접속 커플러(19)에서 이미지 파이버측의 접속 장치류는 고온 분위기에서 착탈되므로, 작업 부하를 고려하여 최대한 그들의 중량을 가볍게하여 제작되어 있다.

연속 측온용 노즐(9)의 광축과 이미지 파이버 선단 지그(20)의 광축을 조정 일치시키는 광축 조정 작업에 대해서, 구체적으로 순서에 따라 설명한다. 노즐 잔존 길이의 치수 측정 등의 작업을 완료한 후, 도2에 도시된 모든 배관ㆍ지그류를 재접속한다. 조정 플랜지(13)의 접속 볼트를 약간 느슨하게 해두고, 이 광축 조정 장치(16)에 의해서 접속용 블록(26)을 광축에 대해서 축 직각 방향으로 미조정함으로써 광축을 일치시키고, 마지막에 느슨하게 해둔 조정 플랜지(13)의 접속 볼트를 조인다. 이 조정 플랜지(13)는 고정측의 연속 측온용 노즐과 가동하는 이미지 파이버측과의 위치 조정 가능한 볼 조인트와 같은 접속 지그로도 대체할 수 있다. 또한, 광축 조정 장치(16)는 수작업으로 광축 조정하는 나비 나사 구조 이외에, 원격 조작이 가능한 전동 나사 방식도 가능하다. 광축 조정 작업을 노체 근방에서 수행하기 위해서는, 열방사광을 촬영한 휴대 이동식 텔레비젼 모니터를 접속하여 화면상의 이미지 화상을 관찰하면서 실시함으로써, 작업의 신속화가 가능해진다.

이미지 파이버는 그 내열성으로 인하여 이미지 파이버 및 렌즈의 허용 상한 온도가 있고, 그 이하로 하지 않으면 파손될 우려가 있다. 따라서, 하기와 같은 냉각 방식을 도입했다.

도4에 도시한 바와 같이, 이미지 파이버 케이블(30)은 태프론(등록 상표) 등의 연질의 내관 플렉시블 튜브(29)에 내부 삽입되고, 또 내관 플렉시블 튜브(29)는 스텐레스제 플렉시블 튜브로 대표되는 이미지 파이버 보호 튜브(4)에 내부 삽입되어 있다. 이 이미지 파이버 보호 튜브(4) 및 내관 플렉시블 튜브(29)는 내부에 퍼지ㆍ냉각 가스를 통과시킴으로써, 이미지 파이버 케이블이 냉각된다. 냉각 효과를 높이기 위해, 이미지 파이버 보호 튜브(4)의 외측에 세라믹스 섬유 단열재 등의 내열 테이프를 감는 것이 더욱 바람직하다.

이미지 파이버의 냉각용 가스는, 이미지 파이버 보호 튜브(4)내를 통과하여, 이미지 파이버 장착부(15)로부터 외기로 방출된다. 구체적인 가스 방출 구조의 예로서 도3에 도시한 바와 같이, 이미지 파이버 장착부(15)로부터 냉각ㆍ퍼지 가스 방출관(28)을 지나, 이미지 파이버 선단 지그(20)의 외측으로 직접 내뿜고 있다. 이에 따라 이미지 파이버 선단 수광부는 외부로부터도 가스에 의해 강제 냉각된다.

한편, 냉각 능력을 더욱 높이기 위해, 냉각수를 배관하고, 이미지 파이버 선단 수광부를 수냉하는 것도 가능하다. 직접 냉각 구조로 하여, 이미지 파이버 선단 지그(20)를 수냉 재킷 구조로 하는 방법이 있다. 그러나, 이미지 파이버의 제거ㆍ장착시의 간편함을 고려하여, 도5에 도시되는 바와 같이 이미지 파이버 선단 지그(20)의 외측에 수냉 강관(31)을 감고, 이것을 냉각수용의 플렉시블 호스(32)에 연결하는 방법이 채용되었다.

이들 냉각 가스 또는 냉각수 등의 냉각 매체는, 이미지 파이버 선단 지그 (20)를 열전쌍으로 측온하면서, 목표 온도에 이르도록 유량을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 시스템 구성 개요도의 예를 도6에 도시한다. 용융 금속(1)의 용 기인 정련로(2)의 측벽 하부에, 벽을 관통하여 설치된 측온용 노즐(9)은, 그 배면에 이미지 파이버(4; 30)가 접속되어 있다. 그 노즐내에는 노즐 퍼지 가스 배관(33)을 통하여 불활성 가스(아르곤 가스, 질소 가스, CO₂ 가스 등)가 압입되고, 용강과 접하는 그 노즐 개구 선단부로부터 불활성 가스를 용융 금속(1)에 취출(吹出)함으로써, 노즐에의 용융 금속의 침입을 방지할 수 있고, 취출된 불활성 가스는 기포가 되어 용융 금속중을 부상해 간다. 따라서, 이미지 파이버(4; 30)의 수광단에는, 그 노즐로부터 용융 금속에 취출하는 불활성 가스와 용융 금속(1)과의 계면의 용융 금속이 발하는 열방사광이 닿는다.

이미지 파이버(4)는, 예를 들면 15000 가닥 이상의 광 파이버(소선)을 세밀하게 결합하여 직경 4㎜ 정도로 묶은 것을 이용할 수 있으며, 그 선단(수광단)에는 초점 거리가 무한대에 가까운 집광 렌즈가 장착되어 있으며, 이미지 파이버 (4; 30)의 수광단에, 그 전방의 상이 투영된다. 이미지 파이버(4; 30)의 출광단에는, 투사상이 그대로 전달된다.

촬상 장치로서는, 예를 들면 CCD 카메라(27)를 이용함으로써, 이 CCD 카메라(27)는 이미지 파이버(4; 30)의 출광단의 화상을 촬영하여, 아나로그 화상 신호(휘도를 나타내는 비디오 신호)를 출력한다. CCD 카메라(27)의 셔터 속도 및 판독(비디오 신호 출력 레벨)은 콘트롤러(35)를 통하여 제어된다.

이어서, 상기 아나로그 화상 신호(비디오 신호)는 화상 입력 장치(36)에 공급된다. 화상 입력 장치(36)는 비디오 신호를 주주사(主走査) X방향 640 화소×부 주사(副走査) Y방향 480 화소×256 계조의 디지털 화상 데이터(휘도를 나타내는 데이터)로 변환하여 그 내부 메모리에 기록하고, 이를 반복하여 최신의 디지털 화상 데이터를 보유한다. 화상 입력 장치(36)는 보유된 디지털 화상 데이터를 PC(37)로 전송하고, PC(37)은 이 디지털 화상 데이터를 내부 메모리(이하, 화상 메모리라 한다)에 기록한다. CCD 카메라는 1초간에 20 화면∼30 화면의 반복 회수로 이미지 파이버의 광상을 촬영하고, 그 1회분의 디지털 화상 데이터를 1 프레임(1 화면)이라 한다.

PC(37)은 취득된 디지털 화상 데이터를 하기에 기술하는 온도 계측 처리를 1초간에 약 5회의 주기로 행하고, 그 결과를 외부의 출력 장치(38)인 CRT 디스플레이에 표시한다. 또한, 출력 장치(38)에는 그 외에 프린터 및 외부 기억 장치가 포함되어 있다.

도7에는 디지털 화상 데이터로 나타내어지는 화상을 도시한다. 이상적인 상태에서는, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 촬상 화면(40)의 중앙에 노즐 내면상(41)이 있고, 이 상(41)의 중심에 용융 금속상(42)이 있게 된다. 용융 금속상(42)은 용융 금속의 광상으로서, 촬상 화면내에서 가장 고휘도이며, 노즐 내면상(41)은 저휘도이다. 이 노즐 내면상의 바깥 영역은, 이미지 파이버(4; 30)의 출광 단면의 바깥 영역으로 가장 저휘도이다. 또한, PC(37)는 화상 휘도가 적절한 값이 되도록 카메라 제어 장치에 전자 셔터 전환 신호를 보내도록 한다.

PC(37)에 의한 온도 계측 처리 방법을 도7의 (a)의 예를 사용하여 간결하게 설명한다. PC에 취득된 각 화소 데이터는 휘도를 나타내는 것이며, 용융 금속상( 金屬像)을 추출하기 위해, 용융 금속상과 노즐 내면상의 각각의 휘도를 2치화하여 식별한다. 구체적으로는, 2치화를 위한「임계치a」를 설정하고, 이「임계치a」와 비교하여, 휘도가「임계치a」이상인 화소 데이터는 용융 금속상(42) (「1」)로서 인식되고, 휘도가「임계치a」미만인 화소 데이터는 노즐 내면상(41) (「0」)으로서 인식된다. 여기에서, 2치 화상 메모리상에서, 주위가「0」으로 둘러싸인「1」은「0」으로, 주위가「1」로 둘러싸인 「0」은「1」로 변환되고, 「1」의 모든 영역은 실질상 용융 금속상(42)으로,「0」의 모든 영역은 실질상 노즐 내면상(41)이 된다. 여기에서, 2치화를 위한「임계치a」는 계측 실적으로부터 용융 금속상을 충분히 식별 가능한 값이면, 특별히 규정하는 것이 아니라 적절히 설정하는 것이다.

이와 같이 하여 추출된 용융 금속상의 휘도로부터, 온도로 환산함으로써, 용융 금속의 온도를 측정할 수 있다. 용융 금속상의 휘도는, 용융 금속상내의 화소를 평균화하는 것이 바람직하다. 휘도에서 온도로의 환산으로서는, 예를 들면 1 화소 단위로 미리 오프 라인의 흑체로에서 교정된 휘도-온도 환산의 광전 변환 특성에 기초하여 환산할 수 있다.

이어서, 2치 화상 메모리상「1」의 X방향 분포 히스토그램(X 각 위치에서의 Y방향으로 분포하는「1」의 수의 적산치)를 생성하고, 마찬가지로 Y방향 분포 히스토그램을 생성한다. 또한, 상기 X 방향 분포 히스토그램의 X 각 위치의 Y방향으로 분포하는「1」의 수의 적산치 Sh를 구한다. 이 Sh는 용융 금속상(42)의 면적으로서 구해진다.

이와 같은 측온을 수행할 때에, 용융 금속상(42)이 도7의 (a)에 보여지는 바와 같은 상태, 즉 측온 노즐 선단 외주부에 응고 금속이 거의 없는 상태이면, 용융 금속의 열방사광이 충분히 촬상 장치에 취득되어, 용융 금속의 측온은 안정적으로 양호한 정밀도로 실시 가능하다.

그러나, 측온중에는 그 노즐에 불활성 가스(아르곤 가스 등)를 통과시키므로, 노즐 선단 주변에는 응고 금속이 생성하고, 성장한다. 그 때문에, 용융 금속으로부터의 열방사광의 입사 통로 단면이 좁아진다. 그 예를 도7의 (b) 및 (c)에 도시한다. 도7의 (b)는 노즐 선단 응고 금속은 그다지 크지 않으므로, 용융 금속상(42)은 어느 정도의 크기가 확보되어, PC상에서의 온도 계측 처리에 의해, 비교적 정밀도가 양호한 온도를 얻을 수 있는 경우를 나타낸다. 또한, 도의 7(c)는 노즐 선단의 응고 금속이 더욱 성장하여, 용융 금속상(42)은 극히 작아졌으므로, 온도 계측 처리를 수행하더라도 정밀도가 충분히 양호한 온도는 얻을 수 없는 경우를 나타낸다.

사전에 온도 계측 처리된 추정 온도와 실제 온도와의 오차 데이터와 용융 금속상(42)의 면적 Sh과의 상관 관계를 정리함으로써, 정밀도가 양호한 측온 데이터를 얻을 수 있는 용융 금속상(42)의 면적 Sh의 범위가 정량적으로 추정 가능하게 된다.

이와 같이, 추정 온도의 허용 정밀도를 하회하는 경우의, 용융 금속상(42)의 면적 Sh의「임계치b」를 미리 설정해 두고, 이「임계치b」를 하회한 경우, 이하의 처리를 실시한다. 여기에서, 상기「임계치b」는 추정 온도의 허용 정밀도에 따라 서 정해지는 값이며, 또 추정 온도의 허용 정밀도는 목적에 따라서 적절히 설정하는 것이다.

상기「임계치b」를 하회한 경우의 처치로서, 정련중에 있어서는, 예를 들면 노즐 선단 응고 금속을 제거하기 위해, 전술한 바와 같이 노즐 퍼지 가스의 불활성 가스에서 산소 가스로 전환한다. 도6에 도시한 바와 같이, 노즐 가스 제어 장치(39)는, 통상 내관에는 퍼지 가스 제어 밸브를 열어 노즐 내관 가스 배관(33)을 경유하여 불활성 가스(예를 들면, Ar 가스)를 도입한다. 한편, 외관에는 외관 가스 제어 밸브를 열어 노즐 외관 가스 배관(34)을 경유하여 냉각 가스(예를 들면, Ar가스)를 도입한다. 따라서, 산소 제어 밸브를 열어 노즐 내관 가스 배관(33)에 산소 가스를 도입함과 동시에, 퍼지 가스 제어 밸브를 닫아 퍼지 가스(예를 들어, Ar 가스)를 차단한다. 외관에 대해서는 가스 종류의 변경은 특별히 할 필요가 없다. 이에 따라 측온 노즐(9)의 내관에는 퍼지 가스 대신에 산소 가스가 유입되어, 그 노즐 선단의 생성 응고 지금을 용류할 수 있다. 소정의 용류 시간이 경과한 후, 퍼지 가스 제어 밸브를 열고, 산소 제어 밸브를 닫고 그 노즐 퍼지 가스로서 Ar으로 전환하여, 용융 금속의 측온을 계속한다. 여기에서, 소정의 지금 용류 시간이란, 노즐 선단 응고 금속을 충분히 용류할 수 있어, 측온 가능한 용융 금속상이 얻어지고, 또 용류 시간의 과다에 의해 선단 응고 금속뿐만 아니라, 노즐 파이프 자체가 용류되는 것을 방지할 수 있는 시간을 의미하며, 과거의 실적 등으로부터 적절히 설정할 수 있다. 용융 금속상(42)의 면적 Sh를 계측 감시하면서, Sh가 어느 「임계치b」이하가 되었을 때 산소 개공을 수행하고, 이를 반복함으로써 계속 하여 용융 금속의 측온이 가능하게 된다.

이어서, 용융 금속면으로부터의 열방사광이 측온용 노즐 내면과 그 노즐로부터 이미지 파이버까지의 접속부의 내면에 조사되므로, 측온 장치는 반사광도 포함하여 측정하게 되어, 정확한 온도를 측정할 수 없는 경우가 있다. 이 상황은, 예를 들면 도8의 (a)에 도시한 바와 같이, 촬영 화면(40)상의 노즐 내면상(41)내에 있어서 용융 금속상의 양쪽 외측 또는 한쪽 외측에 노즐 내면 반사광(43)의 상이 관찰된다.

이에 대해서는, 측온용 노즐의 중심축과 이미지 파이버의 광축을 최대한 일치시키는, 촬영 화면상의 고휘도 영역의 중심 위치를 측온 위치와 일치시키는 등의 대책을 강구함으로써, 어느 정도 효과는 얻을 수 있지만, 이하의 내용에 따라 정밀도를 높일 수 있음을 찾아내었다.

본 발명에서는, 도8의 (b)에 도시한 바와 같이, 용융 금속의 열방사광을 이미지 파이버를 통하여 촬상 장치에 취득한 촬상 화면에 대해서, 미리 노즐 내면 반사광 (43)을 제외한 측온 에리어(area) 지정 영역(44)을 화상 처리 장치(36) 및 PC(37)에 의해 설정함으로써, 정확한 측정을 가능하게 하였다.

여기에서, 노즐 내면 반사광의 식별 방법으로서는, 용융 금속상과 노즐 내면 반사광의 휘도의 차를 이용한다. 통상 노즐 내면 반사광은 용융 금속상에 비해 휘도가 낮으므로, 촬상 화면상의 양자의 상을 비교하면 식별이 가능해진다.

측온 에리어 지정 영역(44)의 설정 방법으로서는, 노즐 내면 반사광(43)을 제외한 측온 영역을 임의로 지정하면, 특별히 방법은 규정하지 않는다.

단, 그 예로서 이하의 방법을 이용할 수도 있다.

우선, 상기 2치 화상 메모리상「1」의 X방향 분포 히스토그램(X 각 위치에서의 Y방향으로 분포하는「1」의 수의 적산치)를 생성하고, 그 중심 위치를 Wx로 한다. 마찬가지로 Y방향 분포 히스토그램을 생성하고, 그 중심 위치를 Wy로 한다. 다음에, 위치 (Wx, Wy)가 용융 금속상(42)의 중심 위치로 간주하여, 즉 (Wx, Wy)를 측온 에리어(area) 지정 영역(44)의 중심으로 정의하고, PC(37)에 의해 측온해야할 영역의 중심 포인트 및 어느 선택 가능 범위내에서 영역의 경계 포인트(도7의 (b)에서 원의 반경에 상당한다)를 지정하고, 화상 처리 장치(36)에 설정한다.

또한, 오퍼레이션상 더욱 간단한 방법으로서, 조작자가 용융 금속상의 중심에 예를 들면 원호 등의 영역을 지정함으로써, 측온 에리어(area)를 정의하는 것도 가능하다. 본 방법의 경우, 측온 에리어 지정의 빈도를 전술의 방법보다 증가시키는 것이 관리상 바람직하다.

여기에서, 측온 에리어 지정 영역(44)의 중심 포인트 및 측온 에리어 지정 영역의 경계 포인트가 상수로서 정해지지 않는 것은, 용융 금속상(42)이 노즐 내면상(41)의 중심에 항상 있다고는 한정할 수 없기 때문이다. 전술한 바와 같이, 측온 노즐의 중심축과 이미지 파이버의 광축이 어긋나거나, 노즐 선단 응고 금속이 치우쳐 생성했으므로, 용융 금속상(42)이 노즐 내면상(41)에 근접하는 경우가 있다. 따라서, 측온 에리어 지정 영역(44)의 중심 포인트 및 측온 에리어 지정 영역의 경계 포인트는, 촬상 화면상의 용융 금속상의 위치에 따라서 전술한 지정 방법 에 의해 적절히 변경하는 것이 바람직하다.

또한 상기와 같이, 측온 에리어 지정 영역을 설정하는 방법을 이용하여 지정한, 고휘도 영역의 면적의 변화에 따라서, 노즐의 내측으로부터 용융 금속과 면하는 노즐 선단부로 산소 가스를 취입함으로써, 반사광의 영향과, 노즐 선단에 부착하는 응고 금속의 영향 모두를 억제할 수 있어, 보다 높은 정밀도로 측온할 수 있다.

전술한 바와 같이, 정련중에 퍼지 가스를 산소 가스로 바꾸어 노즐 선단의 지금을 용류하는 것도 가능하지만, 내관측에 과잉되게 성장한 지금의 경우는 이 방법에서의 용류에도 한계가 있다. 따라서, 정련로를 공로 상태로 하여, 노즐 선단에 부착한 지금을 연소에 의해 용류하여 제거하는 방법을 알아내었다.

구체적으로는, 2중관 구조의 측온 노즐을 이용하는 경우에는, 노즐 외관에는 탄화 수소계의 기체, 액체 연료, 또는 가연성 가스를 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 흘리고, 그 송풍구의 내관에는 산소 가스를 연소 가능한 농도 범위로 조정한 산소 함유 가스를 흘린다.

이들을 도6에 따라 설명한다. 노즐 가스 제어 장치(39)에 의해 산소 가스는 산소 가스 제어 밸브로 유량 제어되면서 노즐 내관 가스 배관(33)을 통하여 내관으로 유입된다. LPG는 외관 가스 제어 밸브로 유량 제어되면서 노즐 외관 가스 배관(34)을 통하여 외관으로 유입된다.

상기 연소가 일어나면, 부착되어 있는 지금의 양이 감소하여, 제거할 수 있다. 또한, 연소 가능한 농도 범위의 산소 가스 농도는 실험과 조업 실적 등으로부 터 적절히 설정하면 되고, 특별히 규정하지는 않으나, 50용량％ 이상이면, 연소 효과가 크므로 바람직하다. 또한, 산소 가스와 혼합하는 가스는, 조연제(助燃劑)로서 사용할 목적에서 불활성 가스(N₂, Ar 등)을 통상 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 취입하는 탄화 수소계의 기체는 특별히 한정되지는 않으나, LPG, LNG 등이 연소성과 비용의 면에서 바람직하다. 액체 연료도 특별히 한정되지는 않으나, 연소성과 비용의 면을 고려하여 등유 등의 적절한 것을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 가연성 가스도 특별히 한정되지는 않으나, 연소성과 비용의 면에서 CO 함유 가스가 바람직하다. 여기에서, 이들 탄화 수소계 기체, 액체 연료, 가연성 가스 등은 단독으로 유입시킬 수 있으나, 질소ㆍArㆍCO₂ 등의 불활성 가스와 혼합하여 유입시킬 수도 있다.

단, 공로시(空爐時), 노즐 선단 지금 용류시에, 예를 들면 갑자기 내관에 산소 가스, 외관에 LPG 가스를 유입시키더라도 LPG 가스에 착화하지 않는 경우가 있다. 따라서, 지금 용류에 앞서, 적어도 노즐 선단 지금의 내면(노즐 길이 방향의 중심축측)을 얼마동안 계속하여 예열해 둠으로써, 이어서 실시되는 지금 용류에 있어서, 산소에 의한 지금의 착화 연소를 용이하게 발생할 수 있게 된다. 상기 예열을 수행하면, 부착되어 있는 지금의 양이 거의 감소함 없이, 지금에 열을 가하게 된다.

상기 예열 가능한 내관 가스중 산소 농도 범위는, 특별히 규정하지는 않으며, 목적으로 하는 예열 조건에 따라서 실험과 조업 실정 등으로부터 적절히 설정 하도록 한다. 예를 들면, 공기를 이용할 수도 있고, 산소 가스와 불활성 가스(N₂, Ar 등)을 혼합하여 조정할 수도 있다.

노즐 외관의 유로에 유입시키는 연소 가스는, 지금 용류시와 마찬가지로, 특별히 한정되지는 않으나, LPG, LNG 등의 탄화 수소계의 기체가 연소성과 비용의 면에서 바람직하다. 액체 연료도 특별히 한정되지는 않으나, 연소성과 비용의 면을 고려하여, 등유 등의 적절한 것을 선택할 필요가 있다. 또한, 가연성 가스도 특별히 한정되지는 않으나, 연소성과 비용의 면에서 CO가 바람직하다.

예열 방법은 특별히 규정하지는 않으나, 열을 가하는 기능을 갖는 것을 적절히 사용하는 것으로 한다. 또한, 예열 시간에 대해서도, 특별히 규정하지 않고, 실험과 조업 실적 등으로부터 적절히 설정할 수 있다.

여기에서, 예열 방법에 대해서는 도6에 도시한 바와 같이, 지금 용류에 앞서서, 예열용 공기(Air)는 공기 제어 밸브로 유량 제어되면서 노즐 내관 가스 배관(33)을 통하여 내관에 유입된다. LPG는 외관 가스 제어 밸브로 유량 제어되면서 노즐 외관 가스 배관(34)을 통하여 외관으로 유입되어, 노 내의 고온 상태로 되어 있는 내화물을 착화원으로 하여 착화시킨다. 예열 시간은 본 출원인의 실험을 통해 약 5분 정도 이상 확보하는 것이 바람직하다.

이상과 같은, 노즐 선단에 부착된 지금을 제거한 후, 정련로에 용융 금속을 투입하여 정련을 수행할 때에, 측온용 노즐을 이용하여 그 용융 금속을 양호한 정밀도로 측온할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 있어서는 지금의 태양은, 노즐 내관에 있어서의 가스 유량 및/또는 내압의 변화로 검지할 수 있다. 노즐 선단 지금이 성장하여, 내관의 가스 유로가 폐색된 기미를 보이면, 가스 유량은 감소하고, 가스압이 높아지므로, 그 변화로부터 지금의 성장 상태를 검지할 수 있다.

또한, 노즐에 장착한 이미지 파이버를 이용하는 경우는, 이 이미지 파이버를 통하여 용융 금속의 열방사광을 촬상한 측온 장치의 화면상의 유효 화소수의 증감으로부터, 지금의 성장 상태를 검지할 수 있다.

예를 들면, 노즐 선단의 지금이 성장하여, 내관이 현저한 폐색 경향에 빠지면, 열방사광에 따른 촬상 시야가 좁아져, 촬상 화면상의 유효 화소수가 감소한다. 이 유효 화소수의 변화를 앎으로써, 노즐 선단에서의 지금의 성장 상태를 알 수 있다.

본 발명은 용융 금속 온도를 상시 정확하게 파악할 수 있어, 적정한 조업 및 설비 관리를 수행함으로써, 대폭적인 제조 비용을 삭감함과 동시에 고품질의 강을 안정적으로 용제가능하게 된다.

Claims (9)

1. 용융 금속을 수용하는 용기의 벽에 관통된 노즐을 설치하고, 그 노즐의 선단에 면하는 용융 금속의 열방사광을 이미지 파이버(화상 전송 파이버)를 통하여 도출하고, 도출한 열방사광으로부터 용융 금속의 온도를 측정하는 장치에 있어서,

   상기 노즐은 2중관 구조이며, 내관에 퍼지 가스를 통과시키면서 용융 금속의 열방사광을 관찰하고, 또 외관에 노즐 용손(溶損) 방지를 위한 보호 냉각 가스를 통과시키고,

   노즐과 이미지 파이버 장착부의 구성이, 노즐부, 퍼지ㆍ냉각 가스 도입부, 창유리를 갖는 이미지 파이버 장착부 및 이미지 파이버 보호 튜브의 4가지의 연결 가능한 부분으로 이루어지고,

   퍼지ㆍ냉각 가스 도입부에 1 군데 이상의 접합 부분을 설치하고, 용융 금속의 열방사광이 이미지 파이버로 연통하도록 열방사광의 광축과 축 직각 방향으로 위치조정가능한 광축 조정 장치에 의해 접속용 블록을 광축에 대해 축 직각 방향으로 미세 조정함에 의해서 광축을 일치시키고, 마지막에 느슨하게 해둔 조정 플랜지의 접속 볼트, 또는 볼 조인트와 같은 접속 지그를 단단히 체결하는 것을 가능하게 하는 구조를 갖고,

   상기 이미지 파이버 후단에는 열방사 휘도의 2차원 분포를 측정하는 CCD 카메라 등의 촬상 장치가 접속되며,

   상기 촬상 장치는 냉각 구조를 갖는 밀폐 박스에 수납되어, 용융 금속을 수용하는 용기의 외벽 근방에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
2. 제1항에 있어서, CCD 카메라가 발생하는 화상 신호를 디지털 신호로 변환하 는 AD 변환 장치, 계산기, 노즐 가스 제어 장치, 카메라 제어 장치를 갖는 장치에서, PC는 화상(畵像) 상의 고휘도 영역(용융 금속상)의 휘도로부터 용융 금속의 온도를 연산하는 기능을 더 가지며,

   PC는 화상으로부터 노즐 선단부의 개공 상태를 판단하여, 노즐 가스 제어 장치에 대해 가스 종류 또는 가스 유량을 지시하는 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
3. 제2항에 있어서, PC에 입력된 화상 상의 고휘도 영역(용융 금속상)의 휘도로부터 용융 금속의 온도를 연산할 때에, 미리 지정된 영역내로부터 고휘도 영역(용융 금속상)을 추출하고, 그 휘도치로부터 용융 금속의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
4. 제1항에 있어서, 밀폐 박스내의 촬상 장치의 본체 또는 분위기 온도를 열전쌍 등에 의해 측정하고, 그 온도를 촬상 장치의 허용 상한 온도 이하로 유지하기 위해 밀폐 박스내로 보내주는 냉각 가스 또는 냉각수의 유량, 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
5. 제1항에 있어서, 이미지 파이버 케이블을 내부 삽입 보호한 내관 플렉시블 호스와 내관 플렉시블 호스를 내장 보호하는 이미지 파이버 보호 튜브의 3중 구조로 하여, 내관 플렉시블 호스 및 이미지 파이버 보호 튜브에 냉각ㆍ퍼지 가스를 통 과시키고 이것을 외부로 방출할 때에, 이미지 파이버 선단의 렌즈 부분에 상당하는 부위를 당해 가스에 의해 외부로부터 냉각 가능한 구조로 하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
6. 제1항에 있어서, 노즐과 이미지 파이버 장착부의 구성중, 퍼지ㆍ냉각 가스 도입부, 또는/및 창유리를 갖는 이미지 파이버 장착부를 수냉 구조로 하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 이미지 파이버 소선(小線) 또는 그 분위기 온도를 열전쌍 등에 의해 측정하고, 그 온도를 이미지 파이버 및 렌즈의 허용 상한 온도 이하로 유지하기 위해 퍼지ㆍ냉각 가스 또는/및 냉각수의 유량 또는/및 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
8. 제2항에 있어서, 화상 상의 열방사광에 의한 고휘도 영역(용융 금속상)의 면적이 감소하여, 휘도치로부터 환산되는 용융 금속의 온도의 정밀도가 악화되었을 때에, 고농도 산소 함유 가스를 상기 노즐로부터 취입하여 노즐 선단부에 생성된 지금(地金; 응고 금속)을 용융하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 장치.
9. 정련로내의 용융 금속에 침지하는 2중관 구조의 노즐의 선단에 부착한 지금을 제거하는 방법에 있어서, 가동중인 정련로를 공로(空爐) 상태로 하여, 2중관 구 조의 노즐의 외관과 내관의 공극 유로에는, 탄화 수소계의 기체, 액체 연료, 또는 가연성 가스를 단독으로, 또는 2종 이상을 혼합하여 흘리고, 상기 노즐의 내관에는 산소 가스를 연소가능한 농도 범위로 조정한 산소 함유 가스를 흘림으로써, 가동중인 정련로가 공로 상태에서 노즐 선단에 부착한 지금을 용류(溶流)ㆍ제거한 후, 정련로에 용융 금속을 투입하고 그 용융 금속을 측온할 때에, 정련로내의 용융 금속에 침지한 상기 노즐에 용융 금속의 침입 방지용의 불활성 가스를 압입하면서, 상기 노즐의 선단부에 면하는 용융 금속의 열방사광을 이미지 파이버를 통하여 촬상 장치에 취득하고, 촬상 장치가 출력하는 화상 신호를 디지털 화상 테이터로 변환하고, 상기 디지털 화상 데이터에 기초하여 연산 처리하여, 촬영 화면상의 용융 금속 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 측온 방법.

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