KR101016452B1 - 이동형 파이로미터 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동형 파이로미터 측정장치에 관한 것으로서,

가열로 내의 스라브 온도를 측정하는 파이로미터 측정장치에 있어서, 가열로 상부벽체의 외측에 고정된 지지대(120)와; 가열로 상부벽체의 관통구와 연통하며 상기 지지대(120)에 고정된 고정관(104)과; 상기 고정관(104)의 내측에 끼워맞춤되어 가열로의 내측으로 슬라이딩하는 이동관(101)과; 상기 지지대(120)의 상부에 고정되고, 상기 이동관(101)의 상단부와 강선(106)으로 연결된 구동부(107)와; 상기 이동관(101)에 내설되어 파이로미터에 접속된 광섬유 케이블(102)과; 상기 고정관(104)의 하단부에 설치되어 광섬유 케이블(102)을 보호하는 퍼지에어부(112)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며,

에너지 손실, 측정 정도의 신뢰성 약화, 누수 및 파손의 위험이 없어지고, 스라브 표면의 온도측정정도의 향상이 가능하며, 또한 주변 분위기 온도가 스라브 상부 보다 높은 경우에 발생하는 강한 간섭에 의한 측정 부정확성도 제거가능하며, 스라브의 두께까지 고려하여 거의 스라브의 표면과 접촉한 상태에서 측정할 수 있으므로 측정정도를 현격히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

파이로미터, 광섬유, 가열로, 스라브

Description

이동형 파이로미터 측정장치{Up-down moving pyrometer system for reheating furnace}

도 1은 종래의 파이로미터 측정장치를 설치한 가열로를 개략적으로 나타내는 구성도.

도 2는 종래의 파이로미터 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.

도 3은 종래의 파이로미터 측정장치의 측정예를 개략적으로 나타내는 구성도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 파이로미터 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 파이로미터 측정장치의 측정시의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 이동관 102 : 광섬유 케이블

103 : 케이블 고정부 104 : 고정관

105 : 스토퍼 106 : 강선

107 : 구동부 108 : 도르래

109 : 추 110 : 측정장치 연결부

111 : 냉각수 이중관 112 : 퍼지에어부

120 : 지지대 130 : 가열로 상부벽체

140 ; 스라브 150 : 스키드파이프

본 발명은 이동형 파이로미터 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에너지 손실, 측정 정도의 신뢰성 약화, 누수 및 파손의 위험이 없어지고, 스라브 표면의 온도측정정도의 향상이 가능하며, 또한 주변 분위기 온도가 스라브 상부 보다 높은 경우에 발생하는 강한 간섭에 의한 측정 부정확성도 제거가능하며, 스라브의 두께까지 고려하여 거의 스라브의 표면과 접촉한 상태에서 측정할 수 있으므로 측정정도를 현격히 향상시킬 수 있는 이동형 파이로미터 측정장치에 관한 것이다.

파이로미터(pyrometer)는 빛의 흡수 파장 영역에 따라 고온용과 저온용으로 일반적으로 구분되며, 이러한 특징을 이용하여 만들어진 장치로는 스캐닝 파이로미터와 열화상 카메라가 대표적인 예이다. 스캐닝 파이로미터는 빛을 받아 들이는 부분이 특정한 속도로 회전하면서 회전하는 방향의 경로에 위치한 지점들의 온도를 측정 가능하게 하는 것이고, 열화상 카메라는 이 기능을 확대하여 2차원적인 면적 의 정보를 처리하도록 하는 것이다. 예를 들면, 병원의 체열 측정기가 저온용 열화상 카메라의 일종이다.

도 1은 종래의 파이로미터 측정장치를 설치한 가열로를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래의 파이로미터 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 3은 종래의 파이로미터 측정장치의 측정예를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

종래의 파이로미터(pyrometer) 측정장치(20)는 가열로(10)에서 가열 대상인 스라브(slab, 50)의 표면온도를 온라인 상태에서 실측할 수 있는 대표적인 장치로서, 도 1에 표시된 바와 같이, 측정이 필요한 지점의 가열로(10)의 1가열대, 2가열대 및 균열대의 내측 상부에 설치된다.

따라서, 도 2에 표시된 바와 같이, 이러한 측정장치에서 이용되는 사이팅튜브유닛(sighting tube unit, 40)은 여러가지 문제점을 가지고 있었다. 먼저 설치에 따른 열손실이 증가하여 사이팅튜브(sighting tube) 자체가 스라브(50)의 표면을 제외한 부분에서 센서로 들어오는 복사에너지를 차단하기 위한 설비이지만 이것이 가열로 내부에 설치되어야 하기 때문에 가열로(10)의 고온조건에서 견딜 수 있도록 하기 위해서는 그 자체도 냉각기능을 가져야만 되었다.

따라서, 사이팅튜브에는 냉각수 입구(43)에서 냉각수가 유입하여 관내부를 흘러 하부 끝단까지 흐르고 이것이 다시 냉각수 출구(44)를 통하여 배출되도록 설계된 이중관(41)을 설치해야 되었다.

단순히 이중관(41)만을 삽입하여 열을 차단하기에는 가열로(10) 내부의 온 도 조건이 가혹하여 이중관(41)이 열에 의해서 변형되거나 산화에 의해서 부식되는 등의 문제점으로 인하여 사용될 수 없었다. 따라서 이러한 이중관(41)이 직접 가열로(10)의 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해서 다시 부정형 내화물(42)을 외측에 부착하였다.

사이팅튜브유닛(40)의 상부에 즉, 가열로(10)의 외측에는 파이로미터유닛(30)이 결합되고, 파이로미터유닛(30)의 상단에는 파이로미터(31)가 고정되고, 중간부에는 빛에너지를 차단하는 나이프밸브(33)가 연결되고, 그 하부에는 파이로미터(31)를 이물질이나 열로부터 보호하기 위한 퍼지에어부(purge air, 32)가 연결되어 있었다.

이중관(41)을 흐르는 냉각수에 의해서 사이팅튜브의 온도가 낮게 유지되고 가열로(10)의 열을 냉각시키는 작용을 하였다. 또한 이러한 사이팅튜브는 내부공간(45)이 계속 가열로(10) 내부의 고온조건에 노출되면 부식이나 산화가 발생하고 이에 따라 냉각수가 누수되어 가열로(10) 내부로 유입될 수도 있고, 또한 측정장치(20)가 가열되어 가열로(10) 내부로 떨어질 위험도 내포하였다.

도 3에는 장치가 작동하는 개념도를 도시한 것으로 장입되어 스키드파이프(51)에 놓여 이송되는 스라브(50)의 두께가 달라질 수 있고, 스키드파이프(51)의 상하 운동에 따른 높이 변화가 있으므로 확실한 안전성이 보장되지 않는 관계로 사이팅튜브와 측정대상인 스라브(50)사이에는 충분한 안전 간격(64)이 필요하고 측정시에 측정간섭공간(63)이 넓어서 측정하고자 하는 스라브(50)에서 방출되는 적외선(60)이외에도 다른 벽체가 방출하는 적외선이나 배가스(61) 및 그 자체에서 방출하 는 적외선(62)이 침입할 가능성이 매우 높았다.

이에 따라 측정되는 온도의 편차가 심하여 측정값의 신뢰성이 낮아지고, 특히 이러한 간섭은 분위기 배가스(61)의 온도가 스라브(50)의 표면온도보다 높은 경우에는 더 큰 문제점으로 대두되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 가열로의 스라브 표면온도 측정시 간섭효과를 억제하여 측정정도를 향상시키고, 에너지 손실, 누수 및 파손의 위험을 감소시키고, 온도예측 및 가열로 운전의 안정성을 확보할 수 있는 이동형 파이로미터 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가열로 내의 스라브 온도를 측정하는 파이로미터 측정장치에 있어서, 가열로 상부벽체의 외측에 고정된 지지대(120)와; 가열로 상부벽체의 관통구와 연통하며 상기 지지대(120)에 고정된 고정관(104)과; 상기 고정관(104)의 내측에 끼워맞춤되어 가열로의 내측으로 슬라이딩하는 이동관(101)과; 상기 지지대(120)의 상부에 고정되고, 상기 이동관(101)의 상단부와 강선(106)으로 연결된 구동부(107)와; 상기 이동관(101)에 내설되어 파이로미터에 접속된 광섬유 케이블(102)과; 상기 고정관(104)의 하단부에 설치되어 광섬유 케이블(102)을 보호하는 퍼지에어부(112)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 고정관(104)의 외측 둘레 에 설치되어 상기 이동관(101)을 냉각시키는 냉각수 이중관(111)을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 구동부(107)는 모터인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 이동관(101)의 상단에는 스토퍼(105)가 취부되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 파이로미터 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 파이로미터 측정장치의 측정시의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도 4에 표시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 파이로미터 측정장치는 크게 보면 지지대(120), 고정관(104), 이동관(101), 구동부(107), 광섬유 케이블(102) 및 퍼지에어부(112)로 이루어져 있다.

본 실시예에서는 도 4에 표시된 바와 같이, 종래의 고정형과 같이 가열로 내부에 사이팅튜브가 설치되지 않고, 필요한 시점에 순간적으로 가열로 내부로 이동하여 필요한 측정작업을 행한 후 다시 가열로 외부로 이동시킬 수 있는 이동형 장치로 구성되어 있다.

지지대(120)는 본 실시예의 지지 프레임을 형성하며 가열로 상부벽체의 외측 에 나사 또는 용접결합으로 고정된다.

고정관(104)은 가열로 상부벽체의 관통구와 연통하며 상기 지지대(120)에 고정되고, 이동관(101)이 상하이동을 하므로 이동관(101)의 상하이동에 대한 안내부재로서 역할을 하게 된다.

이동관(101)은 상기 고정관(104)의 내측에 끼워맞춤되어 가열로의 내측으로 슬라이딩하면서 상하로 이동가능하게 된다. 예를 들면, 통상의 가열로 상부측 높이가 2.5m보다 낮으므로 여기서 스라브의 두께와 스키드파이프의 상하운동에 따른 높이를 제외하면 상기 이동관(101)의 슬라이딩 가능한 길이는 대략 2m이하 정도이다.

이동관(101)에는 플렉시블(flexible)한 광섬유 케이블(102)을 삽입하여 케이블 고정부(103)에 의해 이동관(101)의 양단부에서 고정된다. 이동관(101)의 상단부에는 구동부(107)에 연결된 강선(106)의 말단부가 힌지 혹은 고리형식으로 걸어맞춤되어 연결되어 구동부(107), 강선(106) 및 광섬유 케이블(102)이 결합된 이동관(101)이 일체화된다. 따라서, 이동관(101)은 강선(106)에 연결되고 이 강선(106)은 구동부(107)에 연결되어 상하이동이 가능하게 된다.

상기 이동관(101)의 상단에는 스토퍼(105)가 취부되어 사고에 의해서 이동관(101)이 가열로 내부로 낙하하는 것을 방지하며, 특히 강선(106)이 파단될 경우에도 이동관(101)이 가열로 내부로 떨어지지 않도록 한다.

구동부(107)는 상기 지지대(120)의 상부에 나사 또는 용접결합으로 고정되고, 상기 이동관(101)의 상단부와 강선(106)으로 연결된다. 가열로 내의 스라브가 측정용 관통구의 하부에 위치하면 구동부(107)를 작동시켜 강선(106)이 풀리고 이 동관(101)의 자중에 의해서 가열로 내부로 인입되고, 스라브 표면에 근접하여 스라브 표면에서 발생하는 빛이 광섬유를 통하여 측정장치, 즉 파이로미터에 전달되어 온도를 검출하게 된다.

측정이 끝나면, 구동부(107)의 회전방향을 반대로 회전시켜 강선(106)을 감아 이동관(101)을 가열로 외부로 끌어내어 원래의 상태로 복귀시키게 된다. 이때, 광섬유 케이블(102)이 도르래(108)와 냉각수 이중관(111) 사이에서 엉키지 않도록 추(109)가 매달려 있어 광섬유 케이블(102)의 장력을 유지시킨다.

예를 들면, 구동부(107)로는 주로 모터를 사용하며, 제어가 가능한 스텝모터, 서보모터, 리니어모터 등이 사용되고 엔코더 등의 부가장치를 부착해도 된다.

따라서, 모터에 의해서 강선(106)을 모터축에 취부된 실린더에 감거나 풀게되므로 강선(106)에 연결된 이동관(101)이 상하로 이동하게 된다.

광섬유 케이블(102)은 상기 이동관(101)에 내설되어 파이로미터에 접속된다. 예를 들면, 플렉시블한 광섬유 케이블(102)은 일반적으로 지름이 약 50mm이하로 얇으므로 이동관(101)의 지름이 대략 100mm를 넘지 않도록 구성될 수 있다. 강선(106)이 이동관의 상하이동을 조절하는 반면 실질적인 신호선인 광섬유 케이블(102)은 도르래(108)를 거쳐 무게를 가진 추(109)에 연결되어 이동관(101)의 움직임에 의해서 자연적으로 움직이게 되며, 일단부는 측정부에서 수광하는 수광부이고 타단부는 측정장치인 파이로미터에 접속하게 된다.

이동관(101) 내부에는 실질적으로 측정에 이용될 광섬유를 내포한 광섬유 케이블(102)이 설치되고, 상기 광섬유 케이블(102)은 이동관(101)의 양끝단에 설치되 는 케이블 고정부(103)에 의해서 이동관(101)과 함께 상하로 이동하게 된다. 광섬유 케이블(102)의 타단부에 형성된 측정장치 연결부(110)를 파이로미터에 접속하여 스라브의 온도를 검출할 수 있게 된다.

파이로미터(pyrometer)는 기본적으로 모든 물체가 온도에 따라 특정 파장의 적외선을 방출한다는 것에 착안하여 고안된 장치로서, 물체마다 그 물체의 표면온도에 따라 고유한 파장의 적외선을 방출하고, 이를 검출하여 전기에너지로 변환하고 이 전기에너지의 세기를 다시 그 물체의 표면 방사율을 고려하여 온도로 환산하는 온도 측정장치이다. 따라서 본 실시예에서는 스라브의 빛에너지를 전반사 특징을 가지는 광섬유를 활용하여 파이로미터까지 유도하여 온도를 측정하는 것이다.

퍼지에어부(112)는 상기 고정관(104)의 하단부에 설치되어 광섬유 케이블(102)을 보호하게 된다. 광섬유 케이블(102)이 가열로 외부에 있는 동안에 광섬유 끝단인 수광부가 이물질이나 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있도록 퍼지에어부(112)에서 에어를 공급하는 것이 바람직하다.

냉각수 이중관(111)은 상기 고정관(104)의 외측 둘레에 설치되어, 이동관(101)을 냉각시킨다. 이동관(101)이 가열로 내부에 상하이동을 반복하면서 가열되는 것을 방지하기 위해서 이를 강제로 냉각할 수 있도록 냉각수 이중관(111)을 추가로 설치하는 것이 바람직하다.

냉각수 이중관(101)은 냉각수에 의해 가열로에 들어갔다 나온 이동관(101)을 효과적으로 냉각하기 위한 기능을 지니고 있으며 외기에 노출시키므로 안전상 설치되는 것으로서 외기의 상태에 따라서 냉각수를 흘리지 않아도 되는 경우에는 반드 시 설치가 필요한 구성은 아니다.

도 5에 표시된 바와 같이, 이동관(101)이 가열로 내부로 이동하여 스키드파이프(150)의 상부에 위치하는 스라브(140)의 표면온도를 측정하는 상태를 나타낸 것으로서 스라브(140)의 두께를 고려하여 구동부(107)를 작동하면 스라브(140) 표면에 근접하여 측정할 수 있고, 구동부(107)의 오작동에 의해서 스라브(140) 표면에 충동하더라도 기존의 고정형에서는 상하운동이 되지 않으므로 파손되지만, 본 실시예에서는 이동관(101)의 하단부에 외력이 가해지면 자동적으로 상부로 이동될 수 있으므로 파손의 위험이 낮아 안정적으로 측정이 가능하고 스라브(140)의 표면에 근접하여 측정하므로 외부 간섭이 미약하여 측정정도가 향상된다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 에너지 손실, 측정 정도의 신뢰성 약화, 누수 및 파손의 위험이 없어지고, 스라브 표면의 온도측정정도의 향상이 가능하며, 또한 주변 분위기 온도가 스라브 상부 보다 높은 경우에 발생하는 강한 간섭에 의한 측정 부정확성도 제거가능하며, 스라브의 두께까지 고려하여 거의 스라브의 표면과 접촉한 상태에서 측정할 수 있으므로 측정정도를 현격히 향상시킬 수 있 는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 가열로 내의 스라브 온도를 측정하는 파이로미터 측정장치에 있어서,

   가열로 상부벽체의 외측에 고정된 지지대(120)와;

   가열로 상부벽체의 관통구와 연통하며 상기 지지대(120)에 고정된 고정관(104)과;

   상기 고정관(104)의 내측에 끼워맞춤되어 가열로의 내측으로 슬라이딩하는 이동관(101)과;

   상기 지지대(120)의 상부에 고정되고, 상기 이동관(101)의 상단부와 강선(106)으로 연결된 구동부(107)와;

   상기 이동관(101)에 내설되어 파이로미터에 접속된 광섬유 케이블(102)과;

   상기 고정관(104)의 하단부에 설치되어 광섬유 케이블(102)을 보호하는 퍼지에어부(112)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동형 파이로미터 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정관(104)의 외측 둘레에 설치되어 상기 이동관(101)을 냉각시키는 냉각수 이중관(111)을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동형 파이로미터 측정장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 구동부(107)는 모터인 것을 특징으로 하는 이동형 파이로미터 측정장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이동관(101)의 상단에는 스토퍼(105)가 취부되어 있는 것을 특징으로 하는 이동형 파이로미터 측정장치.

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