KR100851186B1 - 버블링 플러그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 저항체를 구비하여 저항체의 길이가 달라짐에 따라 변화하는 저항값을 측정하여 버블링 플러그의 잔존길이 또는 교체시기를 예측 가능하도록 구성된 버블링 플러그에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 버블링 플러그는 원뿔부내에 삽입되어 설치된 2개 이상의 저항체와 저항체에 연결된 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 레이들에 설치되어 사용되는 버블링 플러그의 잔존길이를 육안으로 확인할 필요가 없고, 측정된 저항값을 통해 잔존길이 혹은 교체시기를 판단할 수 있게 된다. 결과적으로 육안에 의한 판정오류가 발생할 가능성이 없어지고 불필요하게 레이들을 냉각할 필요도 없어지므로 작업의 안정성 및 조업의 효율성을 기할 수 있게 된다.

버블링 플러그, 저항체

Description

버블링 플러그{BUBBLING PLUG}

도 1은 본 발명에 의한 버블링 플러그를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1 에 나타난 버블링 플러그의 저항체를 확대하여 도시한 도면이다.

도 3은 실험예에 사용된 본 발명에 의한 버블링 플러그의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 4a, 4b는 사용횟수에 따른 버블링 플러그의 잔존길이와 저항값과의 관계를 도시한 그래프도이다.

도 5a는 측정된 저항값과 버블링 플러그의 용손량의 관계를 개략적으로 도시한 그래프도이다.

도 5b는 사용횟수의 증가에 따른 저항값과 버블링 플러그의 잔존길이와의 관계를 개략적으로 도시한 그래프도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 버블링 플러그 21: 원뿔부

22: 상부몸체부 23: 하부몸체부

24: 가스공급라인 27: 측정부

31: 저항체 32: 저항체의 도체부

33: 저항체의 보호관

본 발명은 불활성 가스를 용강내에 취입하는 버블링 플러그에 관한 것으로서, 특히 내부에 저항체를 구비하여 저항체의 길이가 달라짐에 따라 변화하는 저항값을 측정하여 버블링 플러그의 잔존길이 또는 교체시기를 예측 가능하도록 구성된 버블링 플러그에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정에서 취련 완료된 용강은 주조레이들에 수강을 실시하여 다음 공정으로 보내지게 된다. 그러나 레이들 내부의 용강은 온도, 성분의 불균일성 등으로 인하여 청정도가 낮기 때문에, 고청정강을 제조하기 위하여 추가적인 공정을 실시하게 된다.

이때 화학적으로는 용강정련에 여러가지 부원료를 사용하여 용강과 부원료간의 화학반응을 일으켜 알루미나등의 저융점화합물의 개재물을 만들어 용강 중에서 분리부상시키는 방법이 사용되고, 물리적으로는 용강을 담고 있는 용기인 레이들의 바닥 부위에 설치된 버블링 플러그를 통하여 불활성 기체인 아르곤 또는 질소 가스를 취입하여 용강의 교반을 증대하여 온도의 균일화를 이루고, 화학반응을 통해 생성된 개재물을 용강 상부 슬래그 층으로 분리부상시켜 개재물을 제거하는 방법이 사용된다.

이러한 공정에서 버블링 플러그는 용강에 의하여 계속 용손되기 때문에 적절한 시기에 교체해주어야 한다. 일반적으로 버블링 플러그의 사용수명은 24 내지 25회를 기준으로 한다. 그러나 실제로는 20회 정도 사용시점에서부터 래들 바닥부의 버블링 플러그의 용손 정도를 직접 육안으로 관측하여 계속 사용할지 여부를 매회 작업자가 판단하고 있다.

그러나, 레이들 바닥부는 상시 주조완료 후 남은 용강으로 코팅되어 있는 상태이므로 정확하게 버블링 플러그의 용손을 판단하기 곤란한 문제점이 있다. 또한, 육안 확인을 위해 한회 작업 후 레이들이 작업 가능한 온도까지 냉각될 때 까지 기다려야 하므로 작업의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 또한, 만일 과다 용손된 상태를 조기에 판단하지 못하여 적절한 시점에 교체하지 못한 경우에, 레이들 하부를 통해 용강이 유출되는 대형사고가 발생할 수 있다. 반면에 이에 대한 우려로 버블링 플러그를 조기에 교체할 경우에는 제조원가의 상승이라는 손실을 가져오게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 버블링 플러그의 잔존 길이 또는 교체시기를 내부에 삽입된 저항체의 저항을 측정하여 판단할 수 있도록 하여, 육안에 의한 판단 작업의 난이성 및 판단오류의 발생 가능성 문제를 해결하고, 레이들 운영 조업의 안정화를 이룰 수 있도록 하는 버블링 플러그를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 과제를 이루기 위해 본 발명에 의한 버블링 플러그는 불활성 가스가 취입되는 원뿔부, 이 원뿔부 외부를 둘러싸고 있는 몸체부, 원뿔부에 설치되어 불활성 가스를 공급하는 가스공급라인, 원뿔부 내부에 삽입되어 설치된 2 개이상의 저항체 및 저항체에 연결되어 저항값을 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

버블링 플러그의 원뿔부는 불활성 가스가 취입되는 부분으로, 버블링 플러그가 용손되는 경우에 원뿔부 내부의 내화물이 용강중으로 분리 부상되는 것을 막기 위해 일반적으로 원뿔형태로 설계되어 진다. 원뿔부는 불활성 가스가 취입되는 방식에 따라 여러가지 타입이 사용되고 있다. 예를 들어 슬릿 타입, 슬롯 타입, 포러스 타입등이 존재한다. 본 발명에 의한 버블링 플러그는 원뿔부의 타입에 관계없이 구성될 수 있다.

원뿔부 내부에는 삽입되어 있는 저항체는 도체만으로 이루어질수도 있고, 중심의 도체부와 이 도체부를 둘러싸고 있는 보호관의 조합으로 구성될 수 있다. 보호관은 저항체를 버블링 플러그내에 설치하는 과정에서 도체부가 파손되는 것을 방지하는 역활을 한다.

바람직하게는, 저항체는 저항값이 큰 물질로 이루어 진다. 레이들 내에서 용강이 처리된 후에 버블링 플러그의 상부에는 용강이 응고되어 코팅막을 형성하게 된다. 이 코팅막이 도선의 역활을 하여 저항 회로를 완성하게 된다. 이때 용강의 주성분은 철로 이루어져 있으므로 저항값이 철에 비해 상대적으로 큰 물질이 저항 체로 사용되는 경우 저항값은 저항체에 주로 의존하게 된다. 따라서 버블링 플러그 상부에 형성되어 도선 역활을 하는 철의 저항값을 무시할 수 있게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 저항체의 도체부는 흑연으로 하였다. 그러나 본 발명을 실시함에 있어서 반드시 도체부를 흑연으로 구성할 필요는 없다. 본 발명에 따른 버블링 플러그는 버블링 플러그의 용손에 따른 저항체의 길이 변화를 이용하여 저항값의 변화와 버블링 플러그의 잔존길이가 상관관계를 가지도록 구성하는 데 그 목적이 있으므로 이러한 관계가 형성된다면 다른 물질이 사용될수도 있다.

그리고, 저항체에 있어서, 중심의 도체부를 둘러싸고 있는 보호관은 부도체로 구성하는 것이 바람직 하다. 이는 중심의 도체부를 보호하면서 저항값에 미치는 영향을 없도록 하여 저항값이 오직 도체부에 의존하도록 하기 위함이다.

버블링 플러그의 저항체는 도선으로 측정부에 연결되어 있다. 버블링 플러그가 용강에 의해 용손됨에 따라 내부의 저항체의 길이도 변화하게 된다. 저항체의 길이가 변화함에 따라 저항값이 달라지게 된다. 따라서 저항체에 연결된 측정부에 서 저항값을 측정하여 버블링 플러그의 잔존길이 또는 교체시기를 판단할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 버블링 플러그를 이용하여 버블링 플러그의 잔존길이 예측 또는 교체시기를 결정하기 위해서는 미리 버블링 플러그의 잔존길이와 저항값과의 관계을 도출할 필요가 있다, 이러한 관계는 공정조건 및 원뿔부의 타입등에 의해 달라지는 것이므로 미리 실험을 통해 이러한 관계식을 도출하는 단계 또는 버블링 플러그를 교체해야 하는 시점의 특정저항값을 미리 결정하는 단계를 필요로 한다. 이러한 관계식 또는 특정 저항값이 결정되면 한 회 작업이 끝난 후에 측정부를 통해 측정된 저항값을 관계식에 대입하여 버블링 플러그의 잔존길이를 예측하거나 특정 저항값과 비교하여 버블링 플러그의 교체가 필요한지 여부를 판단할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저항체가 삽입된 버블링 플러그(10)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

버블링 플러그(10)는 불활성 가스가 취입되는 원뿔부(cone, 21)를 포함하며, 그 외부에는 내화물로 상부몸체부(22)가 둘러싸고 있다. 원뿔부 내부에는 저항체(31)가 삽입되어 설치되어 있고, 원뿔부(21)에 불활성 가스를 공급하는 가스공급라인(24)이 연결되어 있다. 그리고 원뿔부(21)의 하부면에 하부몸체부(23)가 위치한다. 원뿔부(21)에 삽입되어 설치된 저항체(31)는 도선(26)으로 측정부(27)에 연결되어 있다.

원뿔부(21)는 레이들내에 불활성 가스를 취입하는 부분으로 아르곤, 질소 등의 불활성 가스가 가스공급라인(24)을 통해서 원뿔부로 공급된다. 원뿔부(21)는 불활성 가스를 취입하는 방식에 따라 다양한 타입이 존재하고 있다. 원뿔부(21) 내부에 슬릿(slit)을 가지고 있는 슬릿타입과 슬롯(slot)을 구비하고 있는 슬롯타입, 원뿔부 내부가 다공질의 내화물로 이루어져 내화물 입자간의 공극을 통하여 불활성 가스가 취입되는 포러스 타입 등이 있다. 본 발명에 따른 버블링 플러그(10)는 원뿔부(21)가 어떠한 타입인가에 관계없이 적용될 수 있다.

원뿔부(21) 주위를 둘러싸고 상부몸체부(22)가 설치되고, 하부에는 하부몸체부(23)가 설치된다. 몸체부는 내화물로 이루어져 있으며 원뿔부(21)를 용강으로 부터 보호하고 지지하는 역활을 한다. 상부몸체부(22)와 하부몸체부(23)는 일체로 형성될 수도 있고, 별개로 형성되어 질수도 있다. 하부몸체부(23)는 레이들내에 장착하는 경우에 레이들의 바닥부재와 결합한다.

원뿔부(21) 내부에는 2 개이상의 저항체(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 2 개이상의 저항체(31)가 존재하여야 저항회로가 완성되기 때문이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 1 에는 두 저항체(31)가 이격되어 서로 반대되는 위치(12,13)에 위치하고 있다. 이는 버블링 플러그(10)가 용강에 의해 용손되는 과정에서 불균일하게 용손되는 경우 예를 들면 일정방향으로 경사지게 용손되는 경우에 버블링 플러그(10)의 용손이 작은 곳에만 저항체가 설치된 경우에 그 용손 정도를 정확히 판단하기 어려운 경우를 대비한 것이다. 이렇게 이격된 위치(12,13)에 저항체(31)을 설치한 경우에 더욱 정확한 예측이 가능하게 된다. 또한 더욱더 정확한 측정을 위해 추가의 저항체(31)를 설치하는 것도 가능할 것이다. 저항체(31)는 기존의 버블링 플러그를 제조하는 과정에서 저항체(31)를 일정위치에 삽입 설치하여 같이 양생, 건조하는 방법으로 장착된다.

도 1 에 도시된 저항체(31)를 확대한 모습이 도 2 에 도시되어 있다. 바람직하게는, 저항체(31)는 그 내부의 봉으로 이루어진 도체부(32)와 이 도체부를 외부 에서 둘러싸고 있는 보호관(33)으로 구성된다. 그 하부에는 도선(26)이 연결되어 있다. 도체부(32)는 반드시 봉 형태로 이루어질 필요는 없으며 길이에 따라 일정한 저항값을 갖도록 균일한 단면적을 갖고 있으면 된다. 저항체(31)는 용강에 의하여 버블링 플러그(10)가 용손됨에 따라 같이 용손된다. 따라서 저항체(31)의 길이가 변함에 따라 저항값도 변화게 된다. 레이들 내에서 용강이 처리된 후 버블링 플러그(10)의 상부에는 용강이 응고되어 코팅막을 형성된다. 용강은 그 주성분이 철로 구성되어 있다. 따라서, 철이 저항회로 구성에 미치는 영향을 최소화 하고, 저항값이 주로 저항체(31)의 길이에 의존하도록 하기 위해 저항체(31)는 저항값이 철에 비해 상대적으로 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 동일한 길이 및 단면적을 지닐때 저항값이 철의 약 142 배에 달하는 흑연을 저항체로 사용하였다. 도체부(32)를 외부에서 둘러싸고 있는 보호관(33)은 버블링 플러그(10)를 제조하는 과정에서 도체가 파손되는 것을 막기 위해 설치된 것으로, 본 실시예에서는 부도체인 고알루미나(high alumina) 재질로 구성하였다. 이는 버블링 플러그내부에 저항체를 삽입하여 설치하는 과정에서 도체의 파손으로 부터 도체를 보호하기 위한 것이므로 보호관(33)을 반드시 구비하여야 본 발명이 완성되는 것이 아니다. 도 2 에서 보호관(33)은 원형의 관으로 이루어져 있으나 도체부(32)를 외부에서 지지하는 것이 목적이므로 형상에 대한 제한은 없다.

저항체(32)는 도선(26)을 통하여 측정부(27)에 연결된다. 측정부(27)는 저항체(31)와 전기적으로 항상 연결되어 있는 것은 아니다. 레이들에서 용강을 한 회 처리한 후 저항체(31)와 측정부(27)은 전기적으로 서로 연결되며 저항값이 측정된 다.

버블링 플러그(10)는 공정중에 용강에 의하여 용손이 일어나고, 내부에 위치한 저항체도 같이 용손된다. 따라서 저항체(31)의 길이가 변화한다. 저항체(31)의 길이변화는 저항체(31)의 저항값에 영향을 미치게 된다. 용강을 한 회 처리한 후 저항체(31)와 전기적으로 연결된 측정부(27)에서 저항체(31)의 저항값을 측정하면 변화된 저항값을 알 수 있게 된다. 이를 아래에서 설명할 관계식에 대입하여 버블링 플러그의 잔존치를 예측하거나 특정저항값과 비교하여 교체시기를 결정하게 된다.

도 3 은 실험예에 사용된 본 발명의 또 따른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 원뿔부(21) 내부의 저항체(31)를 제외하고는 도 1 에서 도시된 구성과 동일하다. 도시된 된 버블링 플러그의 규격은 a, b 로 표시된 부분은 300mm 이고, c로 표시된 부분은 60mm 이다. 저항체(31)는 길이 360mm, 단면적 4 mm² 의 원형봉으로 구성된 흑연봉을 사용하였고, 흑연봉 보호를 위해 부도체인 고알루미나로 보호관을 원형으로 만들었다. 도 3 에 도시된 버블링 플러그는 원뿔부(21) 내에 삽입 설치된 4개의 저항체(31)를 구비하고 있다. 서로 근거리에 배치된 두개의 저항체(31)로 이루어진 한 쌍과 서로 근거리에 배치된 나머지 두개로 이루어 진 다른 쌍이 서로 이격된 위치에 설치되어 있다.

이러한 구성을 갖는 버블링 플러그를 래이들 하부에 장착하여 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 버블링 플러그는 통상적으로 사용되는 것으로 슬릿 타입을 사 용하였다. 슬릿타입은 원뿔부 내화물 중간에 성형시 아크릴 등의 얇은 판을 삽입하여 소성시에 자연적으로 그 부분이 연소되어, 내화물 사이에 틈이 생기도록 이루어진 것으로 그 구성은 0.18mm(폭)*20mm(길이)*16개 로 이루어져 있는 것이다.

실험 횟수는 10회로 하여 버블링 플러그의 사용전 길이와 24회 작업이 완료된 후의 잔존 길이 및 각각의 저항값을 측정하여 표 1 에 나타내었다. 제강 공정에서 일반적으로 버블링 플러그의 수명을 24 내지 25회를 기준으로 하고 있는바 본 실험에서도 24회를 기본으로 하여 버블링 플러그의 길이와 저항값을 측정하였다.

실험NO.	버블링 플러그의 잔존길이(mm)		저항값의 변화(Ω)
	사용전	24회사용후	사용전	24회 사용후
1	360	235	247	170
2	360	230	250	165
3	360	210	241	164
4	360	220	238	153
5	360	229	251	171
6	360	231	252	152
7	360	228	255	163
8	360	225	246	163
9	360	230	238	146
10	360	223	245	153
평균	360	226.1	246	160

표 2 는 실험 1 및 2에 대하여 각 회의 작업이 끝난 후 버블링 플러그의 잔존길이와 저항값을 측정하여 표시하였다.

작업 횟수	실험 NO.1		실험 NO.2
	잔존길이(mm)	저항값(Ω)	잔존길이(mm)	저항값(Ω)
작업전	360	247	360	250
1	352	246	355	246
2	344	244.6	348	245
3	338	240	343	242.1
4	335	237.5	338	239.6
5	330	234.4	332	236.6
6	326	238	327	233.6
7	321	231	325	226.6
8	316	228.5	320	224.6
9	309	226	315	222.1
10	306	224.8	309	220.9
11	301	225	304	218
12	295	223.1	290	217.8

13	290	223	285	213
14	285	220	279	210
15	280	218	272	206
16	275	216	267	205.9
17	270	213	261	199.9
18	264	211	254	194.9
19	259	205	254	189.9
20	259	200	249	183.9
21	250	195	245	176.9
22	245	190	240	171
23	240	186	234	168
24	235	170	230	165

도 4a 및 4b 는 표 2 에 나타난 사용횟수에 따른 버블링 플러그의 잔존길이와 저항측정값과의 관계를 나타낸 그래프도이다. 도 4a는 실험 1에 대한 것이고, 도 4b는 실험 2 에 대한 것이다. 도 5a 및 도 5b 는 표 2 에 나타난 값들을 이용하여 저항측정값과 용손량, 저항측정값과 버블링 플러그의 잔존길이와의 관계를 개략적 나타낸 그래프도이다. 측정된값들과 그래프로 부터 버블링 플러그의 잔존길이와 저항체의 저항값들이 서로 대응되는 관계에 있음을 확인할 수 있다.

표 2에서 측정된 값들을 이용하여 버블링 플러그의 잔존길이와 측정 저항값 과의 관계를 도출해 보면, 다음과 같다.

잔존(Y)= 0.6992 ×저항값(X)^1.1234

이러한 관계식을 이용하면 측정저항값을 이용하여 버블링 플러그의 잔존길이를 예측할 수 있게 된다. 그러나 이러한 관계식은 절대적인 것이 될 수 없다. 왜냐하면, 이러한 관계식은 용강이 레이들내에 머무는 시간, 저항체의 형상 및 취입되는 불활성가스의 압력 및 양 등의 여러 공정조건에 의존하는 값이기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 버블링 플러그를 이용하여 측정저항값을 통해 버블링 플러그의 잔존길이를 예측하기 위해서는 공정조건 및 버블링 플러그의 규격등이 미리 결정되어 지고, 실제 작업과정에서 버블링 플러그의 잔존길이와 측정저항값과의 관계식을 도출하는 단계를 필요로 한다. 이러한 단계를 거쳐 측정저항값과 버블링 플러그의 잔존길이와의 관계식이 도출되면 버블링 플러그내 저항체의 저항값을 측정하여 도출된 관계식에 대입하므로서, 잔존 길이를 예측할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 버블링 플러그를 실시함에 있어 반드시 관계식을 도출하여야 하는 것은 아니다. 왜냐하면, 제강공정에서 버블링 플러그의 잔존길이의 확인을 필요로 하는 이유는 잔존길이 예측 그 자체에 있는 것이 아니라 교체시기를 확정하기 위한 것에 있기 때문이다. 적절한 시기에 버블링 플러그가 교체되지 않는 경우 용강이 레이들 하부로 유출되는 사고가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 관계식을 도출하지 않고 측정된 저항값이 특정값 이하인 경우에 버블링 플러그를 교체하도록 설정할 수 도 있다. 예컨대 표 1 에서 측정된 값으로 부터 측정된 저항값 이 146Ω 이하인 경우 버블링 플러그를 교체하기로 정할 수 있다. 이 특정값은 상기에서 언급한 바와 같이 버블링 플럭그의 원뿔부 타입이나 공정조건, 저항체의 형상 등에 의해 좌우되는 값이므로 정해진 공정조건하에서 미리 실험적으로 정해질 필요가 있다. 따라서 버블링 플러그의 교체가 필요한 시기를 지시하는 특정 저항값이 결정되면 버블링 플러그의 교체시기를 버블링플러그내의 저항체의 측정저항값을 통해 결정할 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 버블링 플러그는 버블링 플러그에 연결된 측정장치를 통해 측정된 저항값을 이용하여 버블링 플러그의 교체시기를 결정하고 나아가 버블링 플러그의 잔존길이를 예측할 수 있게된다. 그 결과 육안으로 이루어지던 버블링 플러그의 잔존길이에 대한 판단과 교체시기 판단을 기기를 통한 데이타를 통해 할수 있게 됨으로써, 육안 판단에 의한 판단오차 발생가능성을 제거할 수 있고, 또 육안판단을 위해 레이들이 작업가능 온도까지 냉각될때 까지 기다리지 않아도 되기 때문에 작업환경 개선과 레이들 조업의 안정을 기할 수 있다.

Claims (5)

1. 불활성 가스가 취입되는 원뿔부;

   상기 원뿔부의 외부를 둘러싸고 있는 몸체부;

   상기 원뿔부 내부에 삽설되어 버블링 플러그의 용손에 따라 길이가 변화하는 2개 이상의 저항체;

   상기 원뿔부내로 불활성가스를 공급하는 가스공급라인; 및

   상기 저항체에 연결되어 저항값을 측정하는 측정부를 포함하고,

   상기 저항값에 따라 상기 버블링 플러그의 잔존길이를 예측하는 것을 특징으로 하는 버블링 플러그.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 저항체는 중심의 도체부와 상기 도체부를 외부에서 둘러싸는 보호관을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블링 플러그.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 도체부는 흑연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버블링 플러그.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 보호관은 부도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 버블링 플러그.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 저항체 각각이 서로 이격되어 반대되는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 버블링 플러그 .

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