KR100862848B1 - 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속중량검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치에 관한 것으로, 특히 취련 조업과정에서 전로 내의 용강의 무게를 측정하는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치는, 서로 연계된 복수 개의 변형검출센서가 구비되어 구조물의 변형 물리량을 측정하는 변형 검출부; 상기 변형 검출부에 온도보상센서를 연결하여 온도의 변화로 처리되지 않은 출력값을 보상하는 온도 보상부; 상기 온도 보상부에서 보상된 출력값을 전압으로 변환하는 물리량/전압 변환기; 상기 물리량/전압 변환기에서 변환된 전압을 중량 평균값으로 분석하고, 전로 내의 용강의 무게를 분석하는 무게 분석기; 및 상기 무게 분석기로부터 출력신호를 수신하여 중량값을 지시하는 무게 지시기;를 포함한다.

구조물, 변형 물리량, 용융금속, 중량

Description

구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치{Gravity detection device of fusion metal using measurment of the deformation physical quantity of fabric}

본 발명은 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치에 관한 것으로, 특히 취련 조업과정에서 전로 내의 용강의 무게를 측정하는 장치에 관한 것이다.

스트레인 게이지(strain gauge)는“변형 게이지”또는“변위 게이지”라고도 불리는데, 금속 또는 반도체의 저항체에 변형이 가해지면 그 저항치가 변화되어 휘트스톤 브리지 효과에 의한 전압이 출력되는 현상을 이용한 것이다. 그 용도로는 차압 압력 발신기, 와류량계, 토오크계 및 기타 실응력의 측정에 널리 사용되고 있다. 상기와 같이, 스트레인 게이지는 하중 측정, 보울트의 응력 측정, 자동차에 설치되어 충격을 감지하는 센서, 상용 하중센서(load cell)를 이용한 저울 등에 널리 이용되고 있다.

일반적으로, 교량은 수 십년 이상 유지되어야 하기 때문에 지속적으로 반복되는 하중을 감안하여 교량에는 보(beam) 및 기둥(column)을 설치하여 교량을 유지 하고 있다.

비록, 교량이 수 십년 이상 유지할 수 있도록 설계되어 시공되었다고 하더라도, 지속적으로 작용하는 교량 하중, 동 하중 또는 산화 때문에 최초에 설계된 대로 유지되지 못하고 붕괴되는 경우가 발생한다. 교량의 붕괴는 대형 참사를 가져오기 때문에 관리자가 종종 체크를 하지만, 외형적 이상이나 테스트기를 이용하여 그 당시의 외형상태 또는 반발력에 의한 강도를 측정하는 것에 불과하고, 내부의 피로, 항복 상태, 응력 상태 등의 물리적 양을 측정하는 것은 어렵다. 교량의 크기를 감안할 때, 테스트기로 여러 부분을 일일이 연속적으로 측정하기에는 상당한 어려움이 있고, 정확도가 떨어지기 때문에 교량이 받는 하중을 정확하게 알 수 없어 교량의 상태 정도를 파악하는데 어려움이 있었다.

그리고, 곡식이나 분말로 된 가루 등을 저장하기 위하여 대형의 탱크를 만들어 이를 받쳐주는 지지대의 구성으로 구조물을 만드는 것이 보편적이다. 그리고, 저장탱크에 저장되어 있는 곡물이나 분말 등을 얼마간 인출하였을 경우에는, 탱크 내의 잔여분에 대하여 그 양을 정확히 알 수 없을 뿐만 아니라, 기존의 부피로 용량을 표시하는 장치들은 내부 충진상태가 불균일하거나 상하부 충진 밀도가 다르게 집적되었을 때 실제의 양과 차이를 유발시키고 방출시 게이트 부분에 동공을 형성할 때, 양 파막에 오차를 초래한다.

특히, 싼 물벼를 수매하는 도정공장에서는 탱크 내 장기간 보관하면서 수분을 건조시키는 공정이 포함되므로, 최종 재고분 파악은 용이하지 않다. 그리고, 부피로 출하되는 것이 아니라 중량으로 상거래가 이루어지므로 방출 후에는 실제의 양과 가정된 양이 현저한 차이가 생기게 된다.

이에, 구조물에 변형센서를 이용한 중량식 검출장치(weighing leveler)가 도입되어 구조물의 하중을 측정하는 저 정밀도 개념의 장치가 도입되어 사용되고 있다.

그러나, 구조물과 감지기의 온도편차 등 온도에 따르는 출력의 변화 등으로 측정의 정확성이 떨어질 뿐만 아니라, 사용범위도 극히 제한적이므로 초보적인 중량검출단계를 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 또한, 구조물에 스트레인 게이지를 직접 부착시켜 구조를 해석하는 방법도 개발 보급되었으나, 구조물과 게이지의 접착상태, 회로 간의 온도보상문제, 열처리문제, 절연 및 기밀유지상태, 시행자의 숙련도 및 지식 경험에서 오는 제한으로 고비용이면서 비효율적이고 개별 간의 신뢰성도 떨어져 정밀도 및 정확도에 문제점이 지적되고 있다.

또한, 취련 조업시 투입되는 고철, 용선, 부원료의 시퀀스 조업과정에 있어서 명확하게 전로 내의 순 용강의 무게를 측정하는 조업패턴, 즉 장기조업에 따른 전로 내의 내용적이 넓어져 전로에 장입되는 용융물이 동일하다고 볼 때, 전로 내화물의 사용수명에 따라 전로 노내에서 전로 노내에 장입된 용융물이 갖는 무게가 다르게 된다.

이에, 전로 취련공정에서 안정적이고 효율적으로 조업을 행하여 정량적인 원료 투입으로 원가절감을 행하기 위하여, 전로 노내의 용융금속의 무게를 적정하고 명확하게 파악할 필요가 있다.

그러나, 종래에는 전로 노내의 용강 무게를 측정하는 장치가 없었기 때문에 운전자의 판단에 의한 수작업으로 작업을 수행하여 측정판단 소요시간이 길고 오차가 많아 정량적인 원료 투입이 어려웠다. 이에 따라, 기준보다 다량의 원가를 투입하여 원가 손실이 발생하였고, 소량의 원가 투입에 따라 품질에도 많은 영향이 미쳤다.

본 발명의 일 측면은 용선을 용강으로 정련하는 제강공정의 전로에서 전로 철피 바닥부로부터 전로 노내에 장입된 용강의 무게를 측정하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은 서로 연계된 복수 개의 변형검출센서가 구비되어 구조물의 변형 물리량을 측정하는 변형 검출부; 상기 변형 검출부에 온도보상센서를 연결하여 온도의 변화로 처리되지 않은 출력값을 보상하는 온도 보상부; 상기 온도 보상부에서 보상된 출력값을 전압으로 변환하는 물리량/전압 변환기; 상기 물리량/전압 변환기에서 변환된 전압을 중량 평균값으로 분석하고, 전로 내의 용강의 무게를 분석하는 무게 분석기; 및 상기 무게 분석기로부터 출력신호를 수신하여 중량값을 지시하는 무게 지시기;를 포함하는 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치를 제시한다.

본 발명은 온도의 변화에 따른 출력값에 대하여 처리되지 않은 부분을 운용 후에 직접 보상할 수 있게 하고, 리드선의 길이와 그 길이에 따른 온도의 변화에도 보상이 이루어질 수 있게 하여 정밀한 출력값을 얻을 수 있게 한다. 따라서, 대용량의 저장 용기에 저장된 내용물의 양 측정이나 교량 등 대형 구조물의 휨, 처짐량, 피로도, 내부 응력상태 등의 물리적 특성에 관한 정보를 비파괴로 안정적으로 얻을 수 있게 한다.

그리고, 본 발명의 다른 측면은 재고물량을 정확히 파악하게 하여 자동화 도입이 가능하게 할 수 있어 측정의 오차로 인한 손실을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 원가절감을 이룰 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면은 구조물의 물리적 성질을 정확히 파악하여 전로 내의 용강을 정확히 측정할 수 있게 하기 때문에 부원료 투입량의 최적 패턴화에 의한 원가절감과 취련조업 트랜드의 파악에 의한 전로 조업의 용강 품질을 대폭적으로 개선할 수 있게 한다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 전로 노내에 용선이 장입되어 행해지고 있는 취련조업 상태도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전로 경동장치(10)는 내부의 모터를 회전하여 전로(50)를 동작시키고, 전로(50) 노내에 산소를 취입하여 용선을 용강으로 정련하는 전로(50)에서 분출된 가스는 전로(50)의 상부에 있는 전로 후두부(40)를 통하여 외부로 보내어진다. 그리고, 전로 경동 베어링장치(20a, 20b)는 전로 경동장치(10)와 전로(50)를 연결시켜 이들을 지지하고, 전로 경동 베어링장치(20a, 20b)의 하부에 있는 전로 경동 지지장치(30a, 30b)는 전로 경동장치(10)와 전로 경동 베어링장치(20a, 20b)를 지지하고, 내부에 변형검출센서가 구비되어 전로(50) 내의 무게의 변화를 검출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장 치의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치는 변형 검출부(110), 온도 보상부(170), 물리량/전압 변환기(400), 무게 분석기(500) 및 무게 지시기(600)를 포함한다.

변형 검출부(110)는 서로 연계된 복수 개의 변형검출센서(111, 112, 113, 114)가 구비되어 구조물의 변형 물리량을 측정하는데, 변형검출센서(111, 112, 113, 114)는 스트레인 게이지를 포함하고, 외부에 있는 보호박스(150, 160)를 통하여 보호된다. 보호박스(150, 160) 일측의 전로 경동 지지 베이스(300)는 전로 경동장치를 지지하고, 베어링 지지장치(200)는 전로 경동 베어링장치를 지지한다.

변형검출센서(111, 112, 113, 114)는 스트레인 게이지의 하중이 증대하면 저항이 증대하는 방향으로 2개조를 부착하고, 하중이 감소하면 저항이 감소하는 방향으로 2개조를 부착함으로써, 변형 검출부(110)와 스트레인 게이지가 동일한 변형조건이 되게 접착하여 회로를 결선한다. 변형 검출부(110)는 교량의 저면부의 적절한 위치와 대용량의 저장 용기 및 충진 호퍼 등을 지지하는 지지대와 같은 구조물의 적절한 위치에 설치되어 견고하게 고정될 수 있는데, 변형 검출부(110)의 재질, 형태 및 하중 등을 고려하여 구조물에 브라켓을 사용하여 고정한다.

온도 보상부(150)는 변형 검출부(110)에 온도보상센서를 연결하여 온도의 변화로 처리되지 않은 출력값을 보상한다. 온도 보상부(150)도 변형 검출부(110)와 마찬가지로 보호박스(150)를 통하여 보호된다.

물리량/전압 변환기(400)는 온도 보상부(150)에서 보상된 출력값을 전압으로 변환한다. 물리량/전압 변환기(400)의 양단에 전압을 인가하면, 스트레인 게이지에 의해 물리량이 변하여 물리량/전압 변환기(400)를 통하여 출력된다. 물리량/전압 변환기(400)의 양단에 저항의 변화가 생기고, 저항의 변화에 따른 출력이 변하게 된다. 물리량/전압 변환기(400)로는 저항/전압 변환기가 대표적이다.

변형 검출부(110)와 물리량/전압 변환기(400) 사이에는 특별히 선정된 도선으로 연결되어 있다 하더라도, 제작시 표준 리드선은 온도 보상이 이루어져 있으나, 현장조건에 따라 달라지는 리드선의 길이로 인하여 리드선의 길이에 따르는 저항 성분에 의한 온도 편차 요인을 초래한다. 따라서, 휘트스톤 브릿지 회로로는 온도 변화에 따른 출력 요인들을 제거하지 못하므로, 특수한 회로를 구성하여 리드선의 길이에 관계없이 온도 편차의 요인을 일정한 수준 이하로 제어할 수 있다. 변형검출부(110)의 무 부하시의 온도 보상, 부하 시의 출력에 대한 온도 보상이 완벽히 이루어지기 때문에, 변형 검출부(110)에서 물리량/전압 변환기(400)까지는 통상 100~300m의 리드선으로 연결한다.

무게 분석기(500)는 물리량/전압 변환기(400)에서 변환된 전압을 중량 평균값으로 분석하고, 전로 내의 용강의 무게를 분석한다. 그리고, 무게 지시기(600)는 무게 분석기(500)로부터 출력신호를 수신하여 중량값을 지시한다. 이와 같이, 전로 계산기 모델에 의한 슬래그 발생량 계산값의 정도 평가와 전로 슬래그의 코팅 품질 향상을 위한 부원료의 투입 기준을 설정하여 전로 취련조업의 패턴을 수립할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 변형검출센서의 내부 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 변형검출센서는 기판(111a), 변형검출소자(111b), 바이어스 저항(111c) 및 전 극(111d)을 포함한다.

탄성재료로 이루어진 금속표면에 절연층이 형성되어 기판(111a)을 형성하고, 기판(111a) 상에는 변형검출소자(111b)가 형성되어 있다. 그리고, 복수 개의 바이어스 저항(111c) 및 전극(111d)이 변형검출소자(111b)에 접속되어 있다. 변형검출소자(111b)와 복수 개의 바이어스 저항(111c)은 동일면 상에 구비되어 있기 때문에, 동일한 응력이 형성된다.

도 4는 본 발명의 변형검출센서의 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 변형검출센서는 2개의 센싱부(115a, 115b) 및 응집부(116)를 포함한다.

센싱부(115a, 115b)는 내부에 저항이 있어 저항의 변화에 따라 출력값을 변화시킨다. 그리고, 응집부(116)는 2개의 센싱부(115a, 115b)를 연결하는데, 스트레인 게이지가 취부될 수 있게 일측에 취부홈(116a)을 형성하고 있다. 취부홈(116a)에는 접착제를 발라 구조물에 취부될 수 있는 구조로 되어 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해서만 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정되며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 전로 노내에 용선이 장입되어 행해지고 있는 취련조업 상태도이다.

도 2는 본 발명의 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 변형검출센서의 내부 구성도이다.

도 4는 본 발명의 변형검출센서의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전로 경동장치 20a, 20b : 전로 경동 베어링장치

30a, 30b : 전로 경동 지지장치 40 : 전로 후두부

50 : 전로 110 : 변형 검출부

111, 112, 113, 114 : 변형검출센서 111a : 기판

111b : 변형검출소자 111c : 저항

111d : 전극 115a, 115b : 센싱부

116 : 응집부 116a : 취부홈

150, 160 : 보호박스 170 : 온도 보상부 200 : 베어링 지지장치 300 : 전로 경동 지지 베이스 400 : 물리량/전압 변환기 500 : 무게 분석기 600 : 무게 지시기

Claims (4)

1. 서로 연계된 복수 개의 변형검출센서가 구비되어 구조물의 변형 물리량을 측정하는 변형 검출부;

   상기 변형 검출부에 온도보상센서를 연결하여 온도의 변화로 처리되지 않은 출력값을 보상하는 온도 보상부;

   상기 온도 보상부에서 보상된 출력값을 전압으로 변환하는 물리량/전압 변환기;

   상기 물리량/전압 변환기에서 변환된 전압을 중량 평균값으로 분석하고, 전로 내의 용강의 무게를 분석하는 무게 분석기; 및

   상기 무게 분석기로부터 출력신호를 수신하여 중량값을 지시하는 무게 지시기;

   를 포함하고, 상기 변형검출센서는 스트레인 게이지 및 상기 스트레인 게이지가 취부될 수 있게 하는 취부홈을 형성하는 응집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 변형검출센서는,

   탄성재료로 이루어진 금속표면에 절연층이 형성된 기판;

   상기 기판 상에 형성된 변형검출소자; 및

   상기 변형검출소자에 접속된 복수 개의 바이어스 저항 및 전극;

   을 포함하는 구조물의 변형 물리량 측정을 이용한 용융금속 중량검출장치.

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