KR101159602B1 - 턴디쉬의 온도 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 공정에서 용강을 주형으로 일정하게 주입하는 턴디쉬의 온도를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 주탕부의 하단에 설치되어 주탕부의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서를 통해 검출된 주탕부의 온도를 표시하는 온도표시부, 및 상기 온도센서를 통해 검출된 신호를 통해 주탕부의 온도를 계산하고, 계산된 주탕부의 온도를 상기 온도표시부에 디스플레이시키는 제어부를 포함한다.

Description

턴디쉬의 온도 측정 장치{DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE OF TUNDISH}

본 발명은 연속주조 공정에서 용강을 주형으로 주입하는 턴디쉬의 온도를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연속 주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(Tundish)에 받았다가 연속 주조기용 주형으로 공급하여 일정한 크기의 주물(슬래브 등)을 생산하는 설비이다.

상기에서 래들은 턴디쉬로 용강을 떨어뜨려 공급하게 되는 데, 상기 턴디쉬에서 용강이 떨어지는 부위를 주탕부라고 한다.

상기 용강의 경우 고열이므로 고열과 충격에 의한 주탕부의 마모와 침식을 지연시키기 위해 주탕부를 다단의 연와를 이용하여 보강하게 되는 데, 그럼에도 주탕부의 마모와 침식을 방지할 수는 없다. 상기에서 주탕부의 마모와 침식이 진행되면 될수록 주탕부의 철피 온도가 상승하게 된다.

따라서, 주탕부의 철피 온도를 측정하면 주탕부의 마모와 침식 정도를 간접적으로 알 수 있다.

본 발명은 턴디쉬의 주탕부에 대한 보다 정확한 온도 측정이 가능한 턴디쉬의 온도 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도 측정 장치는, 래들로부터 용융 금속을 받아 주형으로 용융금속을 공급하는 턴디쉬; 상기 턴디쉬의 주탕부 하단에 설치되어 주탕부의 온도를 감지하는 온도센서; 상기 온도센서를 통해 검출된 주탕부의 온도를 표시하는 온도표시부; 및 상기 온도센서를 통해 검출된 신호를 통해 주탕부의 온도를 계산하고, 계산된 주탕부의 온도를 상기 온도표시부에 디스플레이시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 온도센서를 커버링하여 온도센서를 외부 공기로부터 밀폐시키는 밀폐부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온도센서를 통해 검출된 온도에 따른 턴디쉬의 잔여 사용 시간 또는 잔여 사용 횟수를 표시하는 잔여시간표시부를 더 포함하고, 상기 제어부는 계산된 온도에 대응되는 잔여 사용 시간을 메모리로부터 추출하여 상기 잔여시간표시부에 디스플레이시키는 것을 특징으로 한다.

상기 온도센서를 통해 검출된 온도에 따른 턴디쉬의 위험도 여부를 시청각적으로 출력하는 경보신호출력부를 더 포함하고, 상기 제어부는 계산된 온도에 대응되는 위험도를 메모리로부터 추출하여 상기 경보신호출력부를 통해 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 경보신호출력부는 복수의 발광다이오드와 부저 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 주탕부의 하단에 온도센서를 설치하여 측정 온도를 디스플레이함으로써, 정확한 온도 측정이 가능하고 정확한 온도 측정으로 인해 주탕부의 급격한 침식으로 인한 사고 위험을 사전에 표시할 수 있다.

또한, 작업자의 온도측정 위치의 변경으로 인한 온도 편차를 방지하여 턴디쉬의 정확한 교체시기를 알 수 있어 경제적으로 유용하며, 주탕부의 온도에 따른 턴디쉬의 잔여사용시간이나 위험도를 출력함으로써, 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.
도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 적용된 턴디쉬를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 턴디쉬의 온도 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 온도센서 및 밀폐부재를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 디스플레이 정보를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

연속주조(連續鑄造, Continuous casting)는 용융금속을 바닥이 없는 주형(鑄型, Mold)에서 응고시키면서 연속적으로 주물 또는 강괴(鋼塊, steel ingot)를 뽑아내는 주조법이다. 연속주조는 정사각형?직사각형?원형 등 단순한 단면형의 긴 제품과 주로 압연용 소재인 슬래브?블룸?빌릿을 제조하는 데 이용된다.

연속주조기의 형태는 수직형?수직굴곡형?수직축차굴곡형?만곡형?수평형 등으로 분류된다. 도 1 및 도 2에서는 만곡형을 예시하고 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 연속주조기를 보인 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 연속주조기는 턴디쉬(20)와, 주형(30)과, 2차냉각대(60 및 65), 핀치롤(70), 그리고 절단기(90)를 포함할 수 있다.

턴디쉬(Tundish, 20)는 래들(Ladle, 10)로부터 용융금속을 받아 주형(Mold, 30)으로 용융금속을 공급하는 용기이다. 래들(10)은 한 쌍으로 구비되어, 교대로 용강을 받아서 턴디쉬(20)에 공급하게 된다. 턴디쉬(20)에서는 주형(30)으로 흘러드는 용융금속의 공급 속도조절, 각 주형(30)으로 용융금속 분배, 용융금속의 저장, 슬래그 및 비금속 개재물(介在物)의 분리 등이 이루어진다.

주형(30)은 통상적으로 수냉식 구리제이며, 수강된 용강이 1차 냉각되게 한다. 주형(30)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 슬래브를 제조하는 경우에, 주형(30)은 한 쌍의 장벽과, 장벽들을 연결하는 한 쌍의 단벽을 포함한다. 여기서, 단벽은 장벽보다 작은 넓이를 가지게 된다. 주형(30)의 벽들, 주로는 단벽들은 서로에 대하여 멀어지거나 가까워지도록 회전되어 일정 수준의 테이퍼(Taper)를 가질 수 있다. 이러한 테이퍼는 주형(30) 내에서 용강(M)의 응고로 이한 수축을 보상하기 위해 설정한다. 용강(M)의 응고 정도는 강종에 따른 탄소 함량, 파우더의 종류(강냉형 Vs 완냉형), 주조 속도 등에 의해 달라지게 된다.

주형(30)은 주형(30)에서 뽑아낸 주물이 모양을 유지하고, 아직 응고가 덜 된 용융금속이 유출되지 않게 강한 응고각(凝固殼) 또는 응고쉘(Solidifying shell; 81, 도 2를 참조)이 형성되도록 하는 역할을 한다. 수냉 구조에는 구리관을 이용하는 방식, 구리블록에 수냉홈을 뚫는 방식, 수냉홈이 있는 구리관을 조립하는 방식 등이 있다.

주형(30)은 용강이 주형의 벽면에 붙는 것을 방지하기 위하여 오실레이터(40)에 의해 오실레이션(oscillation, 왕복운동)된다. 오실레이션 시 주형(30)과 주물과의 마찰을 줄이고 타는 것을 방지하기 위해 윤활제가 이용된다. 윤활제로는 뿜어 칠하는 평지 기름과 주형(30) 내의 용융금속 표면에 첨가되는 파우더(Powder)가 있다. 파우더는 주형(30) 내의 용융금속에 첨가되어 슬래그가 되며, 주형(30)과 주물의 윤활뿐만 아니라 주형(30) 내 용융금속의 산화?질화 방지와 보온, 용융금속의 표면에 떠오른 비금속 개재물의 흡수의 기능도 수행한다. 파우더를 주형(30)에 투입하기 위하여, 파우더 공급기(50)가 설치된다. 파우더 공급기(50)의 파우더를 배출하는 부분은 주형(30)의 입구를 지향한다.

2차 냉각대(60 및 65)는 주형(30)에서 1차로 냉각된 용강을 추가로 냉각한다. 1차 냉각된 용강은 지지롤(60)에 의해 응고각이 변형되지 않도록 유지되면서, 물을 분사하는 스프레이(65)에 의해 직접 냉각된다. 주물 응고는 대부분 상기 2차 냉각에 의해 이루어진다.

인발장치(引拔裝置)는 주물이 미끄러지지 않게 뽑아내도록 몇 조의 핀치롤(70)들을 이용하는 멀티드라이브방식 등을 채용하고 있다. 핀치롤(70)은 용강의 응고된 선단부를 주조 방향으로 잡아당김으로써, 주형(30)을 통과한 용강이 주조방향으로 연속적으로 이동할 수 있게 한다.

절단기(90)는 연속적으로 생산되는 주물을 일정한 크기로 절단하도록 형성된다. 절단기(90)로는 가스토치나 유압전단기(油壓剪斷機) 등이 채용될 수 있다.

도 2는 용강(M)의 흐름을 중심으로 도 1의 연속주조기를 설명하기 위한 개념도이다.

본 도면을 참조하면, 용강(M)은 래들(10)에 수용된 상태에서 턴디쉬(20)로 유동하게 된다. 이러한 유동을 위하여, 래들(10)에는 턴디쉬(20)를 향해 연장하는 슈라우드 노즐(Shroud nozzle, 15)이 설치된다. 슈라우드 노즐(15)은 용강(M)이 공기에 노출되어 산화?질화되지 않도록 턴디쉬(20) 내의 용강에 잠기도록 연장한다. 슈라우드 노즐(15)의 파손 등으로 용강(M)이 공기 중에 노출된 경우를 오픈 캐스팅(Open casting)이라 한다.

턴디쉬(20) 내의 용강(M)은 주형(30) 내로 연장하는 침지 노즐(SEN, Submerged Entry Nozzle, 25)에 의해 주형(30) 내로 유동하게 된다. 침지 노즐(25)은 주형(30)의 중앙에 배치되어, 침지 노즐(25)의 양 토출구에서 토출되는 용강(M)의 유동이 대칭을 이룰 수 있도록 한다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출의 시작, 토출 속도, 및 중단은 침지 노즐(25)에 대응하여 턴디쉬(20)에 설치되는 스톱퍼(stopper, 21)에 의해 결정된다. 구체적으로, 스톱퍼(21)는 침지 노즐(25)의 입구를 개폐하도록 침지 노즐(25)과 동일한 라인을 따라 수직 이동될 수 있다. 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 유동에 대한 제어는, 스톱퍼 방식과 다른, 슬라이드 게이트(Slide gate) 방식을 이용할 수도 있다. 슬라이드 게이트는 판재가 턴디쉬(20) 내에서 수평 방향으로 슬라이드 이동하면서 침지 노즐(25)을 통한 용강(M)의 토출 유량을 제어하게 된다.

주형(30) 내의 용강(M)은 주형(30)을 이루는 벽면에 접한 부분부터 응고하기 시작한다. 이는 용강(M)의 중심보다는 주변부가 수냉되는 주형(30)에 의해 열을 잃기 쉽기 때문이다. 주변부가 먼저 응고되는 방식에 의해, 스트랜드(80)의 주조 방향을 따른 뒷부분은 미응고 용강(82)이 용강(M)이 응고된 응고쉘(81)에 감싸여진 형태를 이루게 된다.

핀치롤(70, 도 1)이 완전히 응고된 스트랜드(80)의 선단부(83)를 잡아당김에 따라, 미응고 용강(82)은 응고쉘(81)과 함께 주조 방향으로 이동하게 된다. 미응공 용강(82)은 위 이동 과정에서 냉각수를 분사하는 스프레이(65)에 의해 냉각된다. 이는 스트랜드(80)에서 미응고 용강(82)이 차지하는 두께가 점차로 작아지게 한다. 스트랜드(80)가 일 지점(85)에 이르면, 스트랜드(80)는 전체 두께가 응고쉘(81)로 채워지게 된다. 응고가 완료된 스트랜드(80)는 절단 지점(91)에서 일정 크기로 절단되어 슬래브 등과 같은 제품(P)으로 나뉘어진다.

도 3은 본 발명에 적용된 턴디쉬를 나타낸 도면으로서, 턴디쉬(20)는 외피인 철피(21)와, 다단의 내화성 및 내침식성의 연와(22-1~22-3)가 적층되어 내부로 돌출된 주탕부(22)와, 철피(21)의 내면에 형성된 내화물(23), 및 저장된 용강(M)을 하단의 주형으로 주입하는 침지 노즐(25)을 포함하여 이루어져 있다.

상기 주탕부(22)의 경우 다단의 내화성 및 내침식성 연와(22-1~22-3; brick)를 포함하여 구성되어 있는 데, 시간이 경과될수록 슈라우드 노즐(15)을 통해 래들(10)에서 떨어지는 용강(M)의 기계적 및 열적 충격으로 인해 주탕부(22)의 마모와 침식이 이루어지게 된다. 주탕부(22)의 마모와 침식이 진행되면 될수록 주탕부(22)의 철피 온도가 상승하게 된다.

하지만, 주탕부(22)의 철피(21)의 온도는 위치에 따라 다소 다른 데, 예컨대 ⓐ지점의 온도가 380℃라면 ⓑ지점의 온도는 355℃ 정도가 되고, ⓒ지점의 온도는 340℃ 정도가 된다. 이와 같이 주탕부(22)는 위치에 따라 온도가 다소 상이하므로 정확한 위치에서의 온도 측정이 필요하다.

주탕부(22)의 온도 측정 결과, 예컨대 주탕부(22)의 ⓐ지점의 온도가 500℃가 넘을 경우에는 주탕부(22)의 마모와 침식이 심각한 것으로 판단하여 턴디쉬(20)를 교체하거나 턴디쉬(20) 내의 주탕부(22)를 보수하여야 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 턴디쉬의 온도 측정 장치를 나타낸 도면으로서, 온도센서(110)와 온도표시부(130), 잔여시간표시부(140), 경보신호출력부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성된다.

온도센서(110)는 주탕부(22)의 철피 하단에 설치되어 주탕부(22)의 온도를 감지하는 것으로, 대략 0℃ 내지 800℃의 온도 범위를 검출할 수 있어야 한다. 상기 온도센서(110)는 서로 다른 2종의 물체의 에너지 준위를 이용한 열전대(thermo couple)식 센서이거나 온도의 변화에 따라 고유 저항값이 변화하는 서미스터 센서이거나 또는 서로 다른 이종의 금속 열팽창 계수를 이용한 바이메탈식 센서 등일 수 있다.

아울러, 상기 온도센서(110)는 도 5와 같이 밀폐부재(120) 내에 삽입되어 주탕부(22)의 하단에 설치될 수 있는 데, 상기 밀폐부재(120)의 경우 주탕부(22)의 열이 외부 공기로 빠져나가는 현상을 방지하여 정확한 온도 측정을 가능하도록 한다. 상기 온도센서(110)의 경우 주탕부(22)의 철피(21) 하단면과 접촉되도록 직접 부착되거나 또는 밀폐부재(120)에 삽입되어 근접 설치될 수도 있다. 아울러, 상기 밀폐부재(120)는 주변으로부터 용강이 튀어 온도센서(110)가 훼손되거나 오동작되는 것을 방지할 수 있다.

온도표시부(130)는 온도센서(110)를 통해 검출된 주탕부(22)의 온도를 표시한다. 상기 온도표시부(130)로는 7-세그먼트(Segment)나 LCD(Liquid Crystal Display) 등이 이용될 수 있다.

잔여시간표시부(140)는 온도센서(110)를 통해 검출된 온도에 따라 턴디쉬(20)의 잔여 사용 시간 또는 잔여 사용 횟수를 표시한다. 상기 잔여시간표시부(140)로는 7-세그먼트(Segment)나 LCD(Liquid Crystal Display) 등이 이용될 수 있다.

경보신호출력부(150)는 온도센서(110)를 통해 검출된 온도에 따른 턴디쉬(20)의 위험도 여부를 시청각적으로 출력하게 된다. 상기 경보신호출력부(150)는 부저 또는/및 복수의 발광다이오드로 구성될 수 있는 데, 예컨대 검출된 온도가 정상적인 범위에 있을 경우에는 초록색 발광다이오드를 점등시킨다. 그리고, 검출된 온도가 다소 위험한 범위에 있을 경우에는 황색 발광다이오드를 점등시키며, 검출된 온도가 상당히 위험한 범위에 있을 경우에는 적색 발광다이오드를 점등시킬 수 있다. 물론, 부저도 온도 범위에 따라 서로 다른 경보음을 단계적으로 출력할 수도 있다.

제어부(160)는 상기 온도센서(110)를 통해 검출된 신호를 통해 온도를 계산한 후 계산된 주탕부(22)의 온도를 온도표시부(130)에 디스플레이시키고, 계산된 온도에 대응되는 잔여사용시간(또는 잔여사용횟수) 및 위험도 정도를 메모리(170)로부터 추출하여 잔여사용시간 및 위험도가 잔여시간표시부(140) 및 경보신호출력부(150)를 통해 각각 출력되도록 제어하게 된다.

상기 메모리(170)에는 온도에 대응되는 잔여사용시간(또는 잔여사용횟수)과 위험도에 대한 데이터가 미리 저장되어 있다.

예컨대, 메모리(170)에는 아래 표 1과 같은 데이터가 미리 저장될 수 있다.

온도범위	사용잔여시간	위험도
0 ~ 300℃	-	안정적
301℃ ~ 350℃	10시간	다소 위험
351℃ ~ 400℃	7시간
400℃ ~ 500℃	3시간	매우 위험

상기 표 1의 데이터는 일예에 불과하며, 주탕부(22)의 설계에 따라 변경될 수 있음은 당연하다. 아울러, 필요에 따라 온도범위와 그에 대한 턴디쉬(20)의 사용잔여시간 또는 사용잔여횟수를 더 세분화하는 것도 가능하다.

따라서, 제어부(160)는 온도센서(110)를 통해 검출한 온도가 380℃일 경우 온도표시부(130)를 통해 380℃가 디스플레이되도록 제어하고, 잔여시간표시부(140)에는 7시간이 표시되도록 제어하며, 경보신호출력부(150)로는 황색 발광다이오드가 점등되도록 제어하게 된다.

한편, 도 4에서는 온도표시부(130)와 잔여시간표시부(140)를 별개로 구성하는 것으로 설명하였지만, 도 6과 같이 하나의 디스플레이에 주탕부(22)의 온도와 잔여시간을 모두 표시할 수도 있다.

아울러, 제어부(160)는 온도센서(110)를 통해 검출한 주탕부(22)의 온도를 메모리(170)에 저장하고, 메모리(170)에 저장된 온도를 소정의 시간 간격으로 그래프화하여 도 6과 같이 디스플레이할 수도 있다. 이와 같이 주탕부(22)의 온도를 시간대별로 그래프로 디스플레이함에 따라 작업자는 그래프를 통해 주탕부(22)의 온도 추이를 쉽게 파악할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 주탕부(22)의 하단 중앙에 온도센서(110)를 설치하여 측정 온도를 디스플레이함과 아울러 잔여사용시간이나 위험도를 출력함으로써, 정확한 온도 측정과 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 정확한 온도 측정으로 인해 주탕부(22)의 급격한 침식으로 인한 사고 위험을 사전에 알릴 수 있고, 작업자의 온도측정 위치의 변경으로 인한 온도 편차를 방지하여 턴디쉬(20)의 정확한 교체시기를 알 수 있어 경제적으로도 유용한 것이다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 래들 15: 슈라우드 노즐
20: 턴디쉬 21: 철피
22: 주탕부 22-1~22-3: 연와
23: 내화물 25: 침지 노즐
110: 온도센서 120: 밀폐부재
130: 온도표시부 140: 잔여시간표시부
150: 경보신호출력부 160: 제어부
170: 메모리

Claims (8)

1. 래들로부터 용융 금속을 받아 주형으로 용융금속을 공급하는 턴디쉬;
   상기 턴디쉬의 주탕부 하단에 설치되어 주탕부의 온도를 감지하는 온도센서;
   상기 온도센서를 커버링하여 온도센서를 외부 공기로부터 밀폐시키는 밀폐부재;
   상기 온도센서를 통해 검출된 주탕부의 온도를 표시하는 온도표시부;
   상기 온도센서를 통해 검출된 온도에 따른 턴디쉬의 잔여 사용 시간 또는 잔여 사용 횟수를 표시하는 잔여시간표시부; 및
   상기 온도센서를 통해 검출된 신호를 통해 주탕부의 온도를 계산하고, 계산된 주탕부의 온도를 상기 온도표시부에 디스플레이시킴과 아울러 상기 계산된 주탕부의 온도에 대응되는 잔여 사용 시간을 메모리로부터 추출하여 상기 잔여시간표시부에 디스플레이시키는 제어부;를 포함하는 턴디쉬의 온도 측정 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도센서를 통해 검출된 온도에 따른 턴디쉬의 위험도 여부를 시청각적으로 출력하는 경보신호출력부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 계산된 온도에 대응되는 위험도를 메모리로부터 추출하여 상기 경보신호출력부를 통해 출력하는 턴디쉬의 온도 측정 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도센서는 열전대 또는 서미스터인 턴디쉬의 온도 측정 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 온도표시부는 7-세그먼트(Segment) 또는 LCD(Liquid Crystal Display)인 턴디쉬의 온도 측정 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 잔여시간표시부는 7-세그먼트(Segment) 또는 LCD(Liquid Crystal Display)인 턴디쉬의 온도 측정 장치.
   
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 경보신호출력부는 복수의 발광다이오드와 부저 중 적어도 어느 하나를 포함하는 턴디쉬의 온도 측정 장치.

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