KR100940741B1

KR100940741B1 - 강종별 복사율 측정장치

Info

Publication number: KR100940741B1
Application number: KR1020020085047A
Authority: KR
Inventors: 신용태
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2010-02-04
Also published as: KR20040058677A

Abstract

본 발명은 강종별 복사율을 정확하게 측정하여, 이를 현장에 활용함으로서 실제 온도값을 정확하게 측정하는 강종별 복사율 측정장치에 관한 것이다.

본 발명은, 일측에 투명창을 구비하고, 진공상태로 유지되어 강판 시편이 가열될 수 있는 전기로를 갖추고, 그 내부에 구비된 강판시편과 접촉되어 그 온도를 측온하여 전기적 신호를 송출하는 열전대를 갖추며, 전기로 내부의 강판시편의 표면적에서 발생되는 복사에너지를 측정하여 전기적 신호를 송출하는 실리콘 광 검출기를 갖추고, 강판 시편에 대한 온도별 복사 에너지 강도를, 흑체의 온도별 복사 에너지 강도에 대한 비율로 산출하여 각각의 강판 시편에 대한 온도별 복사율을 산출하는 콘트롤러를 포함하는 강종별 복사율 측정장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 강재에 대하여 강종별, 온도별로 복사율을 측정하고 그것을 조업컴퓨터에 데이터 베이스화시켜 특정 강종을 압연할 때, 이를 반영하여 사용할 수 있음으로서 현장에 설치된 복사온도계에서 측정되는 온도값을 보정하여 정확한 온도값을 측정하는 등의 효과가 얻어지는 것이다.

복사율, 복사율 측정장치, 전기로, 열전대, 복사 에너지

Description

강종별 복사율 측정장치{AN APPARATUS FOR MEASURING EMISSIVITY OF STAINLESS STEEL}

제 1도는 본 발명에 따른 강종별 복사율 측정장치를 도시한 구성도;

제 2도는 본 발명에 따른 강종별 복사율 측정장치에 갖춰진 전기로의 구성을 도시한 구성도;

제 3도는 본 발명에 따른 강종별 복사율 측정장치에서 얻어진 시편의 온도별 복사 에너지 강도와, 흑체의 온도별 복사 에너지 강도를 도시한 그래프도;

제 4도는 본 발명에 따른 강종별 복사율 측정장치에서 얻어진 시편의 온도별 복사율을 도시한 것으로서, 시편의 온도별 복사 에너지 강도와, 흑체의 온도별 복사 에너지 강도의 비율을 도시한 그래프도;

제 5도는 본 발명에 따른 강종별 복사율 측정장치에서 얻어진 스테인레스 강판의 종류별 복사율을 도시한 도표이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5..... 강판시편 10..... 전기로

12.... 투명창 15..... 도어

17.... 진공 펌프 19.... 가스 공급구

25.... 열전대 30.... 실리콘 광 검출기

40.... 콘트롤러

본 발명은 강종별 복사율을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 강종별로 각각의 복사율을 정확하게 측정하여, 이를 현장에 활용함으로서 실제 복사 온도계에 의한 온도값을 측정하는 경우, 이러한 복사율 데이터값을 활용하여 측정 대상 강판의 정확한 온도검출을 이룰 수 있고, 온도측정 오차를 감소시킬 수 있는 강종별 복사율 측정장치에 관한 것이다.

현재, 제철 공정에서 각종 공정의 온도 측정 및 온도 제어의 중요성은 날로 증대 되고 있다. 선강에서 압연에 이르기까지 모든 프로세스에서 제품의 품질과 온도제어의 기술은 매우 밀접한 관계를 가지기 때문이다. 제철공정에서 온도 측정은 크게 접촉식과 비접촉식으로 나뉘는데 전자(前者)를 대표하는 측온센서는 열전대(Thermocouple)로서 저렴한 가격과 높은 정확성으로 인해 광범위하게 사용되고 있다.

한편, 대표적인 비접촉식 온도계는 복사온도계로서 물체가 방출하는 적외선 에너지량을 측정하여 온도 값으로 환산한다. 특히 복사온도계는 측정하고자 하는 물체에 접촉하지 않고도 온도를 측정할 수 있으므로 공정에 외란을 초래하지 않으며, 고속의 온도측정이 가능하여 압연 공정에서는 필수 장비로 제철공정에서는 수 백여 곳에 설치되어 있다.

이러한 복사온도계는 특성상 측정물체의 복사율을 사전에 알고 있어야 한다. 근접한 두개 이상의 파장간의 관계식을 가정하여 복사율을 모르는 경우에도 온도 측정이 가능한 제한적이며 특수한 경우도 있다.

그러나, 현재 제철공정에서 사용되는 대부분의 복사온도계는 단파장 영역의 복사율을 미리 설정하여 온도를 측정하는 방식이다. 특히 이러한 경우에 온도계를 설치한 업체에서 대략의 값으로 설정한 복사율을 그대로 사용하고 있는 실정이다.

따라서, 강종의 복사율이 정확하지 않으면, 실제 복사 온도계에 의한 온도 측정값에 오차를 초래하여 정확한 값을 얻기 어려운 것이다.

그러나, 여러 강종들, 특히 스테인레스 강의 표면 복사율은 그 종류와 상태에 따라 달라지므로 이에 대한 측정 데이터를 확보하고, 이를 활용하여 온도 측정 및 제어의 정도 향상을 도모할 수 있다.

즉, 보통 스테인레스 강판을 포함하는 대부분의 강재의 복사율은 강종별로 다르게 나타난다. 이것은 강종이 다르기 때문에 나타나는 현상으로 이미 널리 알려져 있는 상식이다.

종래의 기술은 스테인레스 강의 열연강판을 압연할 때, 온도를 측정하는 복사온도계는 고정된 복사율을 사용하고 있기 때문에, 다양한 강종에서 복사되는 에너지를 측정하여 정확한 온도를 측정하는 것은 불가능한 일이다.

정확하게 온도를 측정하기 위해서는 다양한 강종의 복사율을 데이터 베이스화하여 전산에 입력이 되어져 있어야 하며, 이 데이터 베이스화된 복사율을 바탕으로 하여 강종에 따른 적정한 복사율을 재설정하여 정확한 온도를 제시할 수 가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 강종별로 각각의 복사율을 정확하게 측정하여, 이를 현장에 활용함으로서 실제 복사 온도계에 의한 온도값을 측정하는 경우, 이러한 복사율 데이터값을 활용하여 정확한 온도검출을 이룰 수 있고, 온도측정 오차를 감소시킬 수 있도록 개선된 강종별 복사율 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 강종별 복사율을 측정하기 위한 장치에 있어서, 일측에 투명창을 구비하고, 내부에 설치된 강판 시편의 양단에 고전류를 흘려주어 강판 시편을 가열하며, 진공 펌프가 구비되어 그 내부는 진공상태로 유지될 수 있는 전기로;

상기 전기로내에 구비된 강판시편과 접촉되어 그 온도를 측온하여 전기적 신호를 송출하는 열전대;

상기 전기로의 측방에 위치되어 전기로 내부의 강판시편의 표면적에서 발생되는 복사에너지를 측정하여 전기적 신호를 송출하는 실리콘 광 검출기; 및

상기 전기로와 진공펌프및 열전대와 광 검출기등에 전기적으로 연결되어 그들을 제어하고, 강판 시편에 대한 온도별 복사 에너지 강도를 얻게 되며 이를 흑체의 온도별 복사 에너지 강도에 대한 비율로 산출하여 각각의 강판 시편에 대한 온도별 복사율을 산출하는 콘트롤러;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 강종별 복사율 측정장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 강종별 복사율 측정장치(1)는 제1도에 나타난 바와 같이, 시편 가열장치로서 강판시편(5)을 상온에서 1200℃까지 승온시키는 역할을 하는 전기로(10)를 구비한다.

상기 전기로(10)는 시편(5) 자체에 고전류를 흘려 주므로 가열할 수 있는 방식이며, 일측에 투명창(12)을 구비한 도어(15)를 갖추며, 진공 펌프(17)가 구비되어 그 내부는 진공상태로 유지될 수 있는 것이다. 또한, 상기 전기로(10)에는 알곤 가스를 제공할 수 있는 가스 공급구(19)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 전기로(10)의 내부에 삽입되는 강판시편(5)은 스테인레스 시편으로 폭 1cm, 길이 30 cm, 두께 3mm 정도의 크기를 갖게 된다. 이와 같은 시편(5) 양단에 고전류를 흘리게 되면 저항에 의하여 열이 발생하고, 순간적으로 온도가 상승하게 된다.

또한, 상기 전기로(10)내에는 열전대(25)가 상기 강판시편(5)과 접촉되어 강판시편(5)의 온도를 측온하게 되고, 측정한 온도를 콘트롤러(40)에 전기적인 신호로 송신하여 시편(5)의 온도를 검출하게 된다.

그리고, 상기 전기로(10)의 측방에는 실리콘 광 검출기(30)가 배치되며, 이는 강판시편(5)에 대해 거리 110cm의 전방에 설치되며, 이와 같은 광 검출기(30)는 시편(5)의 폭이 1cm이므로 1cm 안쪽을 볼 수 있어야 하므로, 목표 크기(target size)는 직경 4mm를 볼 수 있도록 설계되어 있어 전기로(10) 내부의 강판시편(5)의 표면적에서만 발생되는 복사에너지를 측정할 수 있다.

그리고, 진공펌프(17)는 전기로(10)내에 진공을 유지하기 위한 것으로서, 진공펌프(17)를 이용하여 10^-3 Torr 까지 진공을 유지하기 위한 장치이다.

그리고, 상기 전기로(10)와 진공펌프(17)및 열전대(25)와 광 검출기(30)등에 전기적으로 연결되어 그들을 제어하는 콘트롤러(40)를 구비하는 구성으로 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 진공 챔버로 구성된 전기로(10)에 시편(5)을 장입하고, 열전대(25)를 시편(5)에 부착한 다음, 시편(5)인 강판을 전기로(10)내에 고정시키고, 진공 펌프(17)로 10^-2 torr 까지 진공을 유지시킨다.

그 다음, 전기로(10)의 온도를 서서히 1200 ℃ 까지 올리게 된다. 그리고, 시편(5)의 온도가 일단 700℃에 도달하게 되면, 이때부터 콘트롤러(40)를 통하여 열전대(25)와 실리콘 광 검출기(30)에서 각각 시편(5)의 온도신호와 복사 에너지의 세기에 대한 신호를 획득하게 된다.

상기에서 실리콘 광 검출기(30)가 향하고 있는 곳은 전기로(10)내에 있는 시편(5)이 되고, 시편(5)의 중심부위중 4mm정도의 직경을 관찰하여 검출하는 것이다.

따라서, 상기 콘트롤러(40)는 열전대(25)로 부터의 온도와 광 검출기(30)로 부터의 복사 에너지 강도를 얻게 되고, 이는 도 3에 도시된 그래프와 같이, 온도별 복사 에너지 강도로 표시될 수 있다.

또한, 본 발명은 각각의 시편(5)의 복사율을 얻기 위하여, 흑체, 즉 흑연을 시편 대신 전기로(10) 내부의 시료고정부에 부착하고, 전기로(10)의 온도를 상승시키면서, 상기와 동일한 과정을 거쳐서 제3도와 같은 흑체(blackbody)에 대한 온도별 복 사 에너지 강도를 얻게 되며, 이와 같은 시편(5)과 흑체의 온도별 복사 에너지 강도의 비율을 이용하여 본 발명에서 사용된 시편 coil# 80222에 대한 온도별 복사율을 얻을 수 있다.

제4도는 표면의 수직방향에 대한 시편 coil# 80222의 복사율을 나타낸 것이다.

이는 도 3에 도시된 시편 coil# 80222의 온도별 복사 에너지 강도를 흑체의 온도별 복사 에너지 강도로 나눈 값으로서, 시편(5)은 각각의 온도별로 복사율이 다르게 나타났지만, 대략 구간별로 보면 800~900℃에서는 0.78, 900~1000℃에서는 0.81, 1000~1100℃에서는 0.80, 1100~1200℃에서는 0.83으로 나타났다.

그리고, 이와 같이 온도별로 얻어진 복사율의 평균값을 산출하여 해당 시편(5)의 복사율로 선정하는 것이다.

이렇게 하여 동일한 방법을 사용하여 여러가지 강종에 대한 실제 복사율을 온도별로 구할 수가 있다.

이는 도 5에 도시된 표1에서와 같이, 실제 스테인레스 13 강종에 대하여 온도별로 실제 복사율을 측정한 결과를 표시할 수 있다. 이렇게 측정된 복사율을 사용하여 현장의 조업 컴퓨터에 이 값들을 저장하고 그 강종에 대하여 압연한다고 하면, 다음과 같은 수식1을 통하여 온도를 보정해줄 수 가 있다.

T2 = (T1 + 273 ) * (e1 / e2)^(1/4) - 273 식 1

여기서 e1 : 0.87 (현재의 복사율 설정치)

e2 : 측정을 통해 구한 새로운 복사율

T1 : 조압연 온도계에서 읽은 현재의 온도값

T2 : 새로운 복사율을 적용해서 구할 온도값

273 : 섭씨온도를 절대온도로 변환하기 위한 값

상기 수식 1에서 복사율 e1, e2는 시편 온도 T1, T2의 4승에 비례하는 법칙을 가지고 있다. 그러므로, 온도 T2를 구하기 위해서는 T1을 섭씨온도를 절대온도값으로 변환하기 위하여 273을 더하여 주고, 종래에 설정된 복사율 e1에 대하여, 본 발명에 따라서 얻어진 측정값을 통하여 얻은 새로운 복사율 e2로 나누어 주면 T2에 대한 복사율이 보정된다. 그리고, 상기 복사율은 온도의 4승에 비례하므로 (e1/e2)에 1/4 승근을 씌우게 되면, 본 발명에 의해서 새로운 보정 온도값 T2가 구해지게 된다. 이때 그 값에서 273을 빼어주어 절대온도를 섭씨온도로 다시 환산하여야 한다. 이렇게 하면 본 발명에 의해서 강판의 실제 온도값을 정확하게 얻을 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명의 식 1을 이용하여 실제 현장에 적용한 예를 들면 아래와 같다.

스테인레스 410L에 대하여, 종래의 현장 복사온도계에서 측정된 온도값이 1000℃이라면, 도 5의 표 1에서 스테인레스 410L의 1100~1200℃ 구간에서 본 발명에 의한 복사율값은 0.83 이므로, 본 발명의 식 1에 따르면,

보정온도 = (1000+273) * (0.87/0.83)^1/4 - 273 = 1015℃가 된다.

이것으로 현장에서 검출된 온도는 스테인레스 410L 강판의 실제 온도와는 그 차이가 15℃정도 차이가 나는 것을 알 수가 있으며, 조업온도가 실제는 15℃ 높은 구간에서 작업이 이루어지는 것을 나타내는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스테인레스 강에 대하여 강종별, 온도별로 복사율을 측정하고 그것을 조업컴퓨터에 데이터 베이스화시켜 특정 강종을 압연할 때, 이를 반영하여 사용할 수 있음으로서 현장에 설치된 복사온도계에서 측정되는 온도값을 보정하여 정확한 온도값을 측정하는 등의 효과가 얻어지는 것이다.

한편, 상기에서는 본 발명을 스테인레스 강에 대해서 적용한 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이와는 다르게 일반강에도 그대로 적용가능한 것임을 당업자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims

강종별 복사율을 측정하기 위한 장치에 있어서,

일측에 투명창(12)을 구비하고, 내부에 설치된 강판 시편(5)의 양단에 고전류를 흘려주어 강판 시편(5)을 가열하며, 진공 펌프(17)가 구비되어 그 내부는 진공상태로 유지될 수 있는 전기로(10);

상기 전기로(10)내에 구비된 강판시편(5)과 접촉되어 그 온도를 측온하여 전기적 신호를 송출하는 열전대(25);

상기 전기로(10)의 측방에 위치되어 전기로(10) 내부의 강판시편(5)의 표면적에서발생되는 복사에너지를 측정하여 전기적 신호를 송출하는 실리콘 광 검출기(30); 및

상기 전기로(10)와 진공펌프(17)및 열전대(25)와 광 검출기(30)등에 전기적으로 연결되어 그들을 제어하고, 강판 시편(5)에 대한 온도별 복사 에너지 강도를 얻게 되며 이를 흑체의 온도별 복사 에너지 강도에 대한 비율로 산출하여 각각의 강판 시편(5)에 대한 온도별 복사율을 산출하는 콘트롤러(40);를 포함하는 것임을 특징으로 하는 강종별 복사율 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 강판 시편에 대한 복사율은 아래의 [수식1]을 통하여 강판의 실제 온도를 보정해 주는 것이고,

T2 = (T1 + 273 ) * (e1 / e2)^(1/4) - 273 ... [수식 1]

여기서, e1 : 현재의 복사율 설정치

e2 : 측정을 통해 구한 새로운 복사율

T1 : 조압연 온도계에서 읽은 현재의 온도값

T2 : 새로운 복사율을 적용해서 구할 온도값

273 : 섭씨온도를 절대온도로 변환하기 위한 값임을 특징으로 하는 강종별 복사율 측정장치.