KR101293432B1 - 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법 - Google Patents

용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법에 관한 것이다. 본 발명은 몰드에 수용된 용강에 투입된 용융 몰드 플럭스의 두께를 계측하기 위한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치에 있어서, 용융 몰드 플럭스의 표면에 띄워지는 계측 플레이트; 계측 플레이트의 표면에 광을 조사하는 광 조사부; 광 조사부에서 조사된 광을 촬영하여 이미지로 저장하는 이미지 저장부; 및 이미지 저장부에 저장된 이미지를 분석하여 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 제어부를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 용융 몰드 플럭스의 두께 변화를 실시간으로 관찰할 수 있고, 두께 측정이 자동으로 이루어지기 때문에 정확하며 계측장치가 고온, 고분진, 고진동의 환경에서도 내구성을 가지고 성능저하 없이 계측이 가능한 효과가 있다.

Description

용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법{Measuring apparatus and method for thickness of molten mold flux}
본 발명은 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융 몰드 플럭스 조업 시 가장 핵심이 되는 인자인 몰드 내 용융 몰드 플럭스의 두께를 연속적으로 정확하게 측정할 수 있는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법에 관한 것이다.
제강공정에서 조업 중 용융 몰드 플럭스의 두께를 얇게 가져가면 몰드 플럭스 혼입에 따른 주편 터짐(breakout)이 발생하고, 너무 두껍게 가져가면 소모량이 줄어들게 되어 조업이 불안해 지는 문제가 있다.
따라서 이러한 용융 몰드 플럭스의 두께를 연속적으로 계측할 수 있는 장치가 필요하였다. 종래에는 다양한 두께 계측 방법이 도입되었는데, 예를 들어, 카메라 측정법, 레이저측정법, 초음파측정법, 직접탐촉식, 마이크로웨이브방식 등이 있었다.
하지만, 이러한 계측 방법은 몰드 주위의 고온, 분진, 및 진동 환경에서 계측장치의 성능 및 내구성 문제를 해결하지 못하고 있었다. 뿐만 아니라, 조업 중 몰드 탕면 보온재인 카본블랙(carbon black)의 휘발에 따른 두께 변화로 인하여 측정하고자 하는 용융 몰드 플럭스의 간접적인 계측만이 가능하였다. 이로 인하여 실시간 용융 몰드 플럭스의 두께 측정에 있어서 한계가 있었다.
또한, 실질적으로 용융 몰드 플럭스의 조업 시 용융 몰드 플럭스의 두께 측정을 위하여 조업자가 2 내지 5시간까지 상시로 몰드에 접근하여 계측을 하여야 하는 문제가 있었고, 이는 조업 사고로 이어질 수 있어 조업자의 안전에도 문제가 발생할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 카본 파이버 소재의 플레이트를 이용하여 용융 몰드 플럭스의 두께를 정확하고 실시간으로 계측할 수 있는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 몰드에 수용된 용강에 투입된 용융 몰드 플럭스의 두께를 계측하기 위한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치에 있어서, 상기 용융 몰드 플럭스의 표면에 띄워지는 계측 플레이트; 상기 계측 플레이트의 표면에 광을 조사하는 광 조사부; 상기 광 조사부에서 조사된 광을 촬영하여 이미지로 저장하는 이미지 저장부; 및 상기 이미지 저장부에 저장된 이미지에서 광의 굴절 위치를 분석하여 상기 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 계측 플레이트는 카본 파이버 소재로 제작되는 것을 특징으로 한다.
상기 광 조사부는 상기 몰드에 대해 이동가능한 턴디쉬카에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 광 조사부는 레이저를 조사하는 라인 레이저인 것을 특징으로 한다.
상기 계측 플레이트가 상기 용융 몰드 플럭스의 유동에 따라 상하로 이동가능하도록 가이드하는 가이드 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드 장치는, 자성을 가지고 상기 몰드의 상면에 부착되는 마그네틱 홀더; 및 상기 마그네틱 홀더의 일측에서 연장되어 상기 계측 플레이트에 고정되는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 몰드의 내벽 상부에는 상기 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 시 기준이 되는 기준라인이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 용융 몰드 플럭스의 두께는 하기 수학식에 의하여 측정되는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
용융 몰드 플럭스의 두께(t) = 기준라인에서 용강 표면까지의 거리(a) - 기준라인에서 계측 플레이트까지의 거리(b) - 계측 플레이트의 두께(c)
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 몰드에 수용된 용강에 투입된 용융 몰드 플럭스의 두께를 계측하기 위한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측방법에 있어서, 상기 용융 몰드 플럭스의 표면에 계측 플레이트를 띄우는 단계; 상기 계측 플레이트의 표면에 광을 조사하는 단계; 상기 레이저 조사부에서 조사된 광을 촬영하여 이미지로 저장하는 단계; 및 상기 저장된 이미지에서 광의 굴절 위치를 분석하여 상기 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 용융 몰드 플럭스의 표면에 카본 파이버 소재의 계측 플레이트를 띄운 상태로 레이저를 조사하여 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하기 때문에, 용융 몰드 플럭스의 두께 변화를 실시간으로 관찰할 수 있고, 두께 측정이 자동으로 이루어지기 때문에 정확하며 계측장치가 고온, 고분진, 고진동의 환경에서도 내구성을 가지고 성능저하 없이 계측이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치를 개략적으로 보인 단면 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치를 개략적으로 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치의 레이저 이미지를 보인 사진.
이하에서는 본 발명에 의한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치 및 계측방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치를 개략적으로 보인 단면도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치는 용융 몰드 플럭스(4)의 표면에 띄워지는 계측 플레이트(20); 상기 계측 플레이트(20)의 표면에 광을 조사하는 광 조사부(30); 상기 광 조사부(30)에서 조사된 광을 촬영하여 이미지로 저장하는 이미지 저장부(40); 및 상기 이미지 저장부(40)에 저장된 이미지에서 광의 굴절 위치를 분석하여 상기 용융 몰드 플럭스(4)의 두께를 측정하는 제어부(50)를 포함한다.
몰드(1) 수용된 용강(2)의 레벨은 몰드레벨 측정기(ECLM: EDDY CURRENT LEVEL METER)에 의해 설정될 수 있다. 그리고, 용강(2)에 용융 몰드 플럭스(4)가 주입되어 도 1에 도시된 바와 같이, 용강(2) 표면에 소정의 두께를 가진 층을 형성한다. 용융 몰드 플럭스(4)의 표면에는 몰드 탕면 보온재인 카본블랙(carbon black)이 주입될 수 있다.
용융 몰드 플럭스(4)의 두께는 조업 시 중요한 역할을 하는 인자로서 작용을 하는데, 용융 몰드 플럭스(4)의 두께가 과도하게 얇아지면 몰드 플럭스 혼입에 따른 주편 터짐(breakout)이 발생하고 과도하게 두꺼워지면 소모량이 줄어들어 조업이 불안해지게 된다. 따라서, 용융 몰드 플럭스(4)의 두께를 정확하게 측정하여 일정한 수준으로 유지시켜 주는 것이 필요한데, 본 실시예에서는 이러한 용융 몰드 플럭스(4)의 두께를 객관적으로 측정하고 자동화시킬 수 있는 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
몰드(1)의 내벽 상부에는 기준라인(8)이 형성되어 있다. 기준라인(8)은 용융 몰드 플럭스(4)의 두께를 측정 시 기준이 되는 지표로서의 역할을 수행한다.
그리고, 몰드(1)의 상면에는 계측 플레이트(20)가 용융 몰드 플럭스(4)의 유동에 따라 상하로 이동가능하도록 가이드하는 가이드 장치(10)가 설치된다. 이하에서 설명하겠지만, 계측 플레이트(20)는 용융 몰드 플럭스(4)의 표면에 띄워진다. 따라서, 계측 플레이트(20)가 일정한 위치에 있지 않고 용융 몰드 플럭스(4)의 유동에 따라 이동될 수 있기 때문에 이를 방지하고 일정한 위치에 고정시키기 위하여 가이드 장치(10)를 설치한 것이다. 또한, 가이드 장치(10)는 용융 몰드 플럭스(4)의 표면을 따라 이동하는 것만 고정시킬 뿐이고 상하방향으로는 자유도를 갖고 이동될 수 있도록 가이드한다.
가이드 장치(10)는 자성을 가지고 몰드(1)의 상면에 부착되는 마그네틱 홀더(12); 및 마그네틱 홀더(12)의 일측에서 연장되어 계측 플레이트(20)에 고정되는 연결부재(14)를 포함한다.
물론, 본 실시예에서는 가이드 장치(10)의 예시로 마그네틱 홀더(12) 및 연결부재(14)를 제시하였지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 계측 플레이트(20)를 고정시킬 수 있는 장치라면 어떠한 것이라도 채용될 수 있다.
계측 플레이트(20)는 용융 몰드 플럭스(4)의 표면에 띄워질 수 있도록 용융 몰드 플럭스(4)보다 비중이 작고 융점이 높은 소재인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 계측 플레이트(20)로서 카본 파이버(carbon fiber) 소재의 플레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 카본 파이버 소재의 계측 플레이트(20)는 미립질의 카본을 성형하여 플레이트 형태로 제작하고 99%이상이 순수한 카본으로 이루어진다. 이러한 카본 파이버는 융점이 약 1700도 이상이므로 용융 몰드 플럭스(4)의 표면에 띄워지더라도 고체상을 유지하며 두께를 측정할 수 있도록 한다.
도 1에서 계측 플레이트(20)는 몰드(1)의 내부 면적에 비해 작은 크기로 만들어져 띄워져 있지만, 이에 반드시 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 복수개가 여러 위치에 띄워질 수도 있다. 또한, 용융 몰드 플럭스(4)의 표면 전체에 대응되는 크기를 가지는 계측 플레이트(20)가 띄워질 수도 있다.
다음으로, 광 조사부(30)는 턴디쉬가 이동가능하게 장착되는 턴디쉬카(미도시)에 설치될 수 있다. 턴디쉬카는 몰드(1)의 양측에서 접근하도록 이동되는 장치로서 이미 공지된 장치이므로 구체적인 설명은 생략한다. 이와 같이 턴디쉬카에 설치된 광 조사부(30)는 조업 중 또는 조업 후에 따로 설치 및 철거할 필요가 없고, 고온 및 분진의 환경에서 일정거리를 유지하도록 할 수 있어 장치의 내구성 및 성능 저하가 발생하지 않는 장점이 있다.
턴디쉬카에 고정된 광 조사부(30)는 몰드(1)의 접근한 상태에서 계측 플레이트(20)에 직교한 방향으로 광을 조사하게 된다. 그러면, 광은 계측 플레이트(20)의 표면에 도달하면서 굴절이 일어나 광의 경로가 변경된다. 따라서, 작업자는 광이 굴절되는 위치를 기준으로 기준라인(8)에서 계측 플레이트(20)까지의 거리를 측정할 수 있는 것이다. 한편, 광 조사부(30)는 다양한 종류의 광원이 사용될 수 있는데, 본 실시예에서는 레이저를 조사하는 라인 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
이미지 저장부(40)는 광 조사부(30)에서 조사된 광의 경로를 촬영하여 이미지로 저장하는 역할을 한다. 이미지 저장부(40)는 예를 들어, 초고속 카메라 등의 고성능 카메라가 사용될 수 있다. 그리고, 제어부(50)에서는 이미지 저장부(40)에서 저장된 데이터를 전송받아 용융 몰드 플럭스(4)의 두께를 측정하게 된다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측방법에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 작업자는 용융 몰드 플럭스(4)의 표면에 계측 플레이트(20)를 띄운다. 이때 계측 플레이트(20)는 가이드 장치(10)의 연결부재(14)와 연결되어 있어 용융 몰드 플럭스(4) 상에서 떠다니지 않고 일정한 위치에 고정될 수 있다.
이 상태에서 턴디쉬카(미도시)가 몰드(1)에 접근하도록 이동된다. 물론, 턴디쉬카는 계측 플레이트(20)를 띄우기 이전에 몰드(1)에 접근하도록 이동될 수도 있다.
다음으로, 턴디쉬카에 설치된 광 조사부(20)에서 계측 플레이트(20)를 향하여 광을 직교하게 조사한다. 광 조사부(20)에서 조사된 광은 계측 플레이트(20)를 만나면서 경로가 변경된다. 이는 도 3에 잘 도시되어 있다. 즉, 광은 계측 플레이트(20)의 표면에서 굴절되면서 경로가 변하게 되고, 이를 외부에 설치된 이미지 저장부(40)에서 촬영하여 저장한다.
그리고, 이미지 저장부(40)에서 전송한 이미지 데이터는 제어부(50)에서 분석하여 용융 몰드 플럭스(4)의 두께를 측정하게 된다. 제어부(50)에서의 용융 몰드 플럭스(4)의 두께는 하기 수학식에 의하여 측정된다.
[수학식]
용융 몰드 플럭스의 두께(t) = 기준라인에서 용강 표면까지의 거리(a) - 기준라인에서 계측 플레이트까지의 거리(b) - 계측 플레이트의 두께(c)
여기에서 기준라인에서 용강 표면까지의 거리(a)는 몰드레벨 측정기(ECLM: EDDY CURRENT LEVEL METER)에 의해 설정된 용강레벨에서 기준라인(8)까지의 거리의 측정값이다. 그리고, 기준라인에서 계측 플레이트까지의 거리(b)는 도 3에서와 같이 광의 경로가 변경되기 전까지의 거리로 측정된다. 또한, 계측 플레이트의 두께(c)는 미리 측정되는 값이다.
참고로, 기준라인에서 계측 플레이트까지의 거리(b)는 예를 들어 다음과 같이 측정될 수 있다. 이미지 저장부(40)에서는 고해상도를 가진 고성능 카메라로 이미지를 촬영할 수 있다. 이때 저장된 이미지는 복수열 및 복수행으로 이루어진 픽셀값으로 이루어지는데, 광의 경로가 변경되는 지점에서의 픽셀 위치를 통하여 거리를 측정할 수 있다.
이상에서 살펴본 방법에 의하여 용융 몰드 플럭스(4)의 두께가 측정되면 최적의 두께를 기준으로 두께 변화를 실시간으로 관찰할 수 있고, 두께 측정이 자동으로 이루어지기 때문에 정확하며 고온, 고분진, 고진동의 환경에서도 내구성을 가지고 성능저하 없이 계측이 가능하다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1 : 몰드 2 : 용강
4 : 용융 몰드 플럭스 6 : 카본블랙
8 : 기준라인 10 : 가이드 장치
12 : 마그네틱 홀더 14 : 연결부재
20 : 계측 플레이트 30 : 광 조사부
40 : 이미지 저장부 50 : 제어부

Claims (11)

  1. 몰드에 수용된 용강에 투입된 용융 몰드 플럭스의 두께를 계측하기 위한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치에 있어서,
    상기 용융 몰드 플럭스의 표면에 띄워지는 계측 플레이트;
    상기 계측 플레이트의 표면에 광을 조사하는 광 조사부;
    상기 광 조사부에서 조사된 광을 촬영하여 광의 경로를 이미지로 저장하는 이미지 저장부; 및
    상기 이미지 저장부에 저장된 이미지에서 광의 굴절 위치를 분석하여 상기 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 제어부를 포함하되,
    상기 몰드의 내벽 상부에는 상기 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 시 기준이 되는 기준라인이 형성되고,
    상기 제어부는 하기 수학식에 의하여 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치.
    [수학식]
    용융 몰드 플럭스의 두께(t) = 기준라인에서 용강 표면까지의 거리(a) - 기준라인에서 계측 플레이트까지의 거리(b) - 계측 플레이트의 두께(c)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 플레이트는 카본 파이버 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조사부는 상기 몰드에 대해 이동가능한 턴디쉬카에 설치되는 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조사부는 레이저를 조사하는 라인 레이저인 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 플레이트가 상기 용융 몰드 플럭스의 유동에 따라 상하로 이동가능하도록 가이드하는 가이드 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가이드 장치는,
    자성을 가지고 상기 몰드의 상면에 부착되는 마그네틱 홀더; 및
    상기 마그네틱 홀더의 일측에서 연장되어 상기 계측 플레이트에 고정되는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 몰드에 수용된 용강에 투입된 용융 몰드 플럭스의 두께를 계측하기 위한 용융 몰드 플럭스의 두께 계측방법에 있어서,
    상기 용융 몰드 플럭스의 표면에 계측 플레이트를 띄우는 단계;
    상기 계측 플레이트의 표면에 광을 조사하는 단계;
    상기 조사된 광을 촬영하여 광의 경로를 이미지로 저장하는 단계; 및
    상기 저장된 이미지에서 광의 굴절 위치를 분석하여 상기 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 단계를 포함하되,
    상기 몰드의 내벽 상부에는 상기 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 시 기준이 되는 기준라인이 형성되고,
    상기 용융 몰드 플럭스의 두께는 하기 수학식에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하는 용융 몰드 플럭스의 두께 계측방법.
    [수학식]
    용융 몰드 플럭스의 두께(t) = 기준라인에서 용강 표면까지의 거리(a) - 기준라인에서 계측 플레이트까지의 거리(b) - 계측 플레이트의 두께(c)
  10. 삭제
  11. 삭제
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