KR101302228B1 - 주조편 표면 온도 측정 장치 및 주조편 표면 온도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

이 주조편 표면 온도 측정 장치는, 주조편의 표면에 대해 거의 수직으로 교류 자장을 인가하는 자장 여자 수단과, 상기 주조편의 표면 온도에 의해 변화된 자력선을 검출하기 위해 상기 교류 자장을 검출하는 자장 검출 수단과, 이 자장 검출 수단에 의해 상기 교류 자장을 검출함으로써 얻어진 유도 기전력과, 미리 정한 대응 관계 데이터로부터, 상기 주조편의 상기 표면 온도를 도출하는 표면 온도 도출 수단을 구비한다. 상기 자장 여자 수단은, 솔레노이드 형상의 여자 코일을 갖고, 상기 자장 검출 수단은, 상기 주조편의 상기 표면과 상기 여자 코일 사이에 배치된 솔레노이드 형상의 검출 코일을 갖고, 상기 대응 관계 데이터는, 미리 정한 큐리점을 사이에 두는 온도 구간에 있어서의, 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 대응 관계를 나타내는 데이터이다.

Description

주조편 표면 온도 측정 장치 및 주조편 표면 온도 측정 방법{CAST PIECE SURFACE TEMPERATURE MEASURING DEVICE AND CAST PIECE SURFACE TEMPERATURE MEASURING METHOD}

본 발명은, 가혹한 분위기하에서도, 장시간, 안정적으로 주조편 표면 온도를 측정할 수 있는 주조편 표면 온도 측정 장치 및 주조편 표면 온도 측정 방법에 관한 것이다.

본원은, 2009년 04월 16일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-099994호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

슬래브의 연속 주조에 있어서, 표면 및 내부 품질이 양호한 고품위 주조편을 높은 생산성으로 주조하기 위해서는, 브레이크 아웃 등의 조업 트러블의 발생을 방지하는 것이 필요하다. 브레이크 아웃을 방지하는 방법에는 다음과 같은 것이 있다.

주형 내의 구리판 표면에 응고 쉘이 완전히 구속되면, 그 응고 쉘의 온도가 큐리점까지 저하된다. 따라서, 응고 쉘의 온도가 큐리점까지 저하된 것을 검출함으로써, 응고 쉘의 구속을 검지하여 주조편의 인발을 일단 정지하는 방법이다. 상세하게는, 외부로부터 직류 자장을 주형 내의 주조편에 인가하여 응고 쉘을 자화(磁化)하는 동시에 그 자력선의 변화를 검출함으로써, 응고 쉘이 큐리점까지 저하되었는지 여부를 검출할 수 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

일본 특허 공고 소56-7456호 공보(특허청구범위)

그런데, 주형 내에 주입되는 용강류에 치우침이 발생하여, 용강류가 응고 쉘에 충돌하였을 때의 응고 쉘의 재용해가 현저해지면, 국부적인 응고 쉘 두께가 부족해진다. 그 결과, 공식성(孔食性) 브레이크 아웃이라 불리는 조업 트러블을 초래하는 경우가 있다. 이러한 조업 트러블은, 상술한 바와 같은 응고 쉘이 큐리점까지 저하된 것을 검출하는 방법으로는 충분히 방지할 수 없다. 즉, 공식성 브레이크 아웃은, 주조편 표면의 온도를 정확하게 측정하여 주조편 표면을 적절한 온도로 제어할 수 있으면, 피할 수 있다. 따라서, 다음에 주조편 표면의 온도 측정 방법에 대해 설명한다.

우선, 주조편 표면의 온도를 방사 온도계에 의해 측정하는 방법이 있다. 그러나 방사 온도계에 의해 측정하는 경우는, 측정 부위에 따라서는 제약이 있다. 구체적으로는, 측정 부위와 방사 온도계 사이의 분위기에 수증기나 물이 없는 경우나, 수증기나 물이 있는 경우는 수증기나 물의 영향을 받지 않도록 방사 온도계 전방면의 수증기나 물을 고압 공기에 의해 날리면서 측정하는 것이 필요해진다.

상술한 방사 온도계를 사용하여 공식성 브레이크 아웃을 방지하는 경우, 주형 바로 아래의 주조편 표면 온도를 관리할 필요가 있다. 즉, 주형 바로 아래에 방사 온도계를 배치하여 주형 바로 아래의 주조편 표면 온도를 측정함으로써, 공식성 브레이크 아웃이 발생할 정도로 주조편 표면 온도가 상승하는 것을 검출할 수 있어, 그 결과, 공식성 브레이크 아웃의 발생을 미연에 방지할 수 있다. 그러나 주형 바로 아래에서는 주조편을 다량의 물로 냉각하고 있으므로, 방사 온도계와 주조편 표면 사이는, 다량의 물, 수증기, 파우더, 스케일 등이 비산하는 가혹한 분위기이다. 이로 인해, 고압 공기를 사용하였다고 해도 방사 온도계에 의해서는 주조편 표면 온도를 정확하게 측정하는 것이 극히 곤란하다.

또한, 상기한 바와 같은 가혹한 분위기에 비교적 강하다고 생각되는, 파장이 1㎛ 이하인 단파장 영역을 이용한 방사 온도계도 고안되어 있다. 그러나 이 방사 온도계를 사용하였다고 해도 측정 데이터의 편차가 커, 안정된 측정을 하는 것은 곤란하다.

또한, 주조편 표면 온도를 측정하는 다른 방법으로서는, 주형 구리판 내에 다수의 열전대를 매립하여, 이들 열전대에 의해 주조편 표면의 온도 변화를 감시하는 방법이 있다. 그러나 이 방법에서는, 주형 내의 탕면 레벨 근방이면 주조편 표면 온도의 변화를 고감도로 측정할 수 있지만, 주형 하방에서는 주조편 표면과 주형 내 구리판 사이에 에어 갭이 발생되어 있으므로, 주조편 표면 온도를 정확하게 측정하는 것이 곤란하다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은, 다량의 물이나 수증기 등이 존재하는 가혹한 분위기하에서도, 장시간, 안정적으로 주조편 표면 온도를 측정할 수 있는 주조편 표면 온도 측정 장치 및 주조편 표면 온도 측정 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다. 즉,

(1) 본 발명의 주조편 표면 온도 측정 장치는, 주조편의 표면에 대해 거의 수직으로 교류 자장을 인가하는 자장 여자 수단과, 상기 주조편의 표면 온도에 의해 변화된 자력선을 검출하기 위해 상기 교류 자장을 검출하는 자장 검출 수단과, 이 자장 검출 수단에 의해 상기 교류 자장을 검출함으로써 얻어진 유도 기전력과, 미리 정한 대응 관계 데이터로부터, 상기 주조편의 상기 표면 온도를 도출하는 표면 온도 도출 수단을 구비하고, 상기 자장 여자 수단이, 솔레노이드 형상의 여자 코일을 갖고, 상기 자장 검출 수단이, 상기 주조편의 상기 표면과 상기 여자 코일 사이에 배치된 솔레노이드 형상의 검출 코일을 갖고, 상기 대응 관계 데이터가, 미리 정한 큐리점을 사이에 두는 온도 구간에 있어서의, 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 대응 관계를 나타내는 데이터이다.

상기 주조편 표면 온도 측정 장치에 따르면, 검출 코일을 주조편의 표면과 여자 코일 사이에 배치함으로써, 주조편 코너 근방의 저온부의 영향을 받기 어려워진다. 그 결과, 검출 코일 전방면, 즉, 주조편 짧은 변 중앙 근방에 있어서의 주조편 표면 온도를 보다 고정밀도로 측정할 수 있다.

또한, 상기 대응 관계 데이터에 있어서의 주조편 표면 온도의 하한은, 큐리점 마이너스 200℃ 정도, 상한은 큐리점 플러스 100℃ 정도로 된다. 이 이유는, 강의 자기 특성의 온도 의존성(상온으로부터 큐리점까지는 강자성체, 큐리점 이상에서 상자성체, 더욱 고온에서 비자성체로 변화됨)에 의한다. 즉, 자장이 인가되는 영역이 비자성체이면 자장의 인가 유무에 의해 자력선은 변화되지 않는다. 자장이 인가되는 영역의 온도가 저하되어, 상자성체, 강자성체로 되면, 자력선이 그 부분에 집중되므로 자력선이 변화되게 된다. 또한, 자력선의 변화는 강자성체의 조건에서, 보다 현저해진다. 그러나 자장이 인가되는 영역이 강자성체이고, 그 영역에서 자기 포화되면 그 이상 자력선은 변화되지 않으므로 전압 변화는 보이지 않게 된다. 그로 인해, 일단 자기 포화되면, 그 이상 온도가 저하되어도 자력선의 변화, 즉 전압의 변화는 보이지 않게 된다. 이와 같이 하여, 측정 온도의 상하한값이 정해진다.

(2) 상기 (1)에 기재된 주조편 표면 온도 측정 장치에서는, 상기 대응 관계 데이터가, 상기 주조편 표면 온도와 상기 유도 기전력의 대응 관계를 나타내는 수식이라도 좋다.

(3) 상기 (1)에 기재된 주조편 표면 온도 측정 장치에서는, 상기 주조편이, 주형을 사용하여 이 주형의 하방으로부터 인발하는 연속 주조에 의해 얻어지는 슬래브이고, 상기 자장 여자 수단 및 상기 자장 검출 수단이, 상기 주형의 바로 아래이고 또한 상기 주조편의 짧은 변측을 냉각하는 냉각대보다도 하방에 있는 주조편 짧은 변측에 배치되어 있는 구성을 채용해도 좋다.

이 경우, 주조편 짧은 변측을 냉각하는 냉각대에서 주조편의 표면 온도를 큐리점 이하까지 일단 냉각하고, 그 직후에, 복열에 의해 주조편의 표면 온도가 상승하는 부분의 표면 온도를 측정할 수 있다.

(4) 상기 (1)에 기재된 주조편 표면 온도 측정 장치에서는, 상기 자장 여자 수단에 의해 여자되는 자장의 인가 주파수가 0.5㎐ 이상 또한 20㎐ 이하인 것이 바람직하다.

(5) 본 발명의 주조편 표면 온도 측정 방법은, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 주조편 표면 온도 측정 장치를 사용하여 상기 주조편의 상기 표면 온도를 측정하는 방법이며, 상기 자장 여자 수단에 의해 상기 주조편에 대해 상기 교류 자장을 인가하는 동시에, 상기 자장 검출 수단에 의해 상기 교류 자장을 검출하는 공정과, 상기 표면 온도 도출 수단에 의해 상기 주조편의 상기 표면 온도를 도출하는 공정을 구비한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 주조편 표면 온도 측정 장치 또는 주조편 표면 온도 측정 방법에 따르면, 다량의 물이나 수증기 등이 존재하는 가혹한 분위기하에서도, 장시간에 걸쳐 안정적으로 주조편 표면 온도를 측정할 수 있다.

도 1은 주형 바로 아래의 주조편 짧은 변측을 강냉각하면서 슬래브를 하방으로부터 인발하여 연속 주조하는 프로세스에 있어서의, 탕면으로부터의 거리와 슬래브 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 주조편 표면 온도를 측정하는 방법의 기본 원리를 설명하는 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 주조편 표면 온도 측정 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 주조편 표면 온도와 센서 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 3에 나타내는 550℃로부터 850℃까지의 온도 영역에 있어서의 센서 전압과 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 여자 코일에 인가하는 주파수와 표피 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 검출 코일 배치의 차이에 의한, 주조편 코너부에 있어서의 전압 변화를 확인하는 실험 내용을 나타내는 모식도이다.
도 6b는 검출 코일 배치의 차이에 의한, 주조편 코너부에 있어서의 전압 변화를 확인하는 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 비교 실험의 측정 결과를 나타내는 그래프로, 측정한 시간과 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 실시예의 측정 결과를 나타내는 그래프로, 측정한 시간과 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 주조편 표면 온도 측정 장치 및 주조편 표면 온도 측정 방법의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

본 실시 형태에서는, 내부 공간이 직방체 형상인 주형을 사용하여 슬래브를 하방으로부터 인발하여 연속 주조할 때에, 주형의 바로 아래에 있어서의 주조편 표면 온도를 측정하는 장치 및 방법에 대해 설명한다.

주형의 긴 변측의 하방에서는, 주형 바로 아래로부터 인발된 주조편이 최종적으로 응고하는 위치의 근방까지의 사이, 다수의 롤에 의해 주조편이 지지되어 있지만, 짧은 변측의 하방에서는, 주형 바로 아래에 설치된 수개의 롤에 의해 주조편이 지지되어 있는 것에 불과하다. 그로 인해, 주조편의 긴 변측은 롤 사이에 냉각용 노즐 칩을 응고 완료 위치까지 배치하여 냉각할 수 있지만, 짧은 변측에서는 주형 바로 아래로부터 롤이 있는 위치까지의 범위 내에서 표면 온도를 저하시켜 용강 헤드에 견딜 수 있는 응고 쉘 두께를 확보할 필요가 있다. 따라서, 주형 바로 아래의 주조편의 짧은 변측을 물 등으로 강냉각하게 되고, 그것에 의해 주조편 표면에서의 온도 변화는, 도 1에 모식적으로 도시하는 바와 같은 온도 패턴을 취한다. 도 1에서 주목해야 할 것은, 주조편의 짧은 변측으로부터의 강냉각에 의해 주조편 표면 온도가 일단, 큐리점 Tc 이하까지 저하된 후, 복열에 의해 상승하는 점이다. 큐리점은 자기 변태점이다. 강은, 상온으로부터 큐리점까지는 강자성체, 큐리점 이상에서 상자성체, 더욱 고온에서 비자성체로 변화된다. 본 실시 형태에서는, 이 성질을 이용한 온도 센서를 사용하여 주조편 표면 온도를 측정한다.

도 2a는 주조편 표면 온도를 측정하는 방법의 기본 원리를 설명하기 위한 모식도이고, 도 2b는 본 실시 형태에 관한 주조편 표면 온도 측정 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 2a를 사용하여 주조편 표면 온도를 측정하는 방법의 기본 원리를 이하에 설명한다.

우선, 주조편(1)의 표면에 대해 수직 자장을 여자 코일(2)에 의해 인가한다. 그러면, 주조편(1)의 표면 온도에 의해 자력선이 변화되므로, 그 자력선의 변화를 검출 코일(3)에 의해 검출한다. 그리고 이 검출에 의해 얻어진 유도 기전력과, 미리 정해 둔 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 관계식을 이용함으로써, 주조편(1)의 표면 온도를 측정할 수 있다.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 주조편 표면 온도 측정 장치는, 주조편(1)의 표면에 대해 교류 자장을 인가하는 솔레노이드 형상의 여자 코일(2)과, 자력선의 변화를 검출하는 솔레노이드 형상의 검출 코일(3)과, 미리 정한 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 관계를 나타내는 관계식을 이용하여 주조편 표면 온도를 산출하는 산출 수단(도시하지 않음)을 주된 구성 요소로서 구비하고 있다.

검출 코일(3)은, 여자 코일(2)보다도 전방측[즉, 주조편(1)의 표면과 여자 코일(2) 사이]에 배치된다. 그 이유에 대해서는 후술한다.

도 2b에 나타내는 바와 같이, 여자 코일(2)은, 외경 30㎜의 글래스 에폭시제 파이프(4)의 주위에 외경 1㎜의 폴리에스테르 피복 구리선(5)을 500회 권취한 것이다. 또한, 검출 코일(3)은, 글래스 에폭시제 파이프(4)의 주위에 외경 0.3㎜의 폴리에스테르 피복 구리선(6)을 40회 권취한 것이다. 또한, 여자 코일(2) 및 검출 코일(3)로 이루어지는 코일 장치 일식은, 센서로서, 스테인리스제의 원통 케이스(도시하지 않음) 내에 수납되어 있다. 이 원통 케이스 내는, 도시되어 있지 않은 장치로부터 공급되는 건조 공기에 의해 강제 냉각되어 있다.

여자 코일(2)에는, 정전류 앰프(7)가 배선에 의해 접속되어 있고, 이 정전류 앰프(7)에는 발진기(8)가 접속되어 있다.

검출 코일(3)에는, 신호 처리기(9)가 배선에 의해 접속되어 있다. 이 신호 처리기(9)는, 연산 증폭기나 저항, 콘덴서 등으로 구성되고, 전압 증폭 및 로우패스 필터나 밴드패스 필터 등의 필터 처리 기능을 갖는다. 이 신호 처리기(9)에는 로크인 앰프(10)가 접속되어 있다. 이 로크인 앰프(10)는, 정전류 앰프(7)로부터 1.5㎐의 신호를 참조 신호로서 도입하여, 동일 주파수의 전압의 크기를 출력하는 아날로그 기기이며, 참조 신호와의 위상차도 검출할 수 있다.

또한, 신호 처리기(9) 및 로크인 앰프(10)의 기능을, 퍼스널 컴퓨터(도시하지 않음)의 기능으로 대체 처리할 수도 있다. 그 경우는, 검출 코일(3)에 의해 검출된 신호(자력선의 변화)를, AD 변환기를 통해 퍼스널 컴퓨터에 도입하여, 신호 처리기(9)와 로크인 앰프(10)의 기능을 프로그램 소프트웨어로 실현하면 된다.

상기 주조편 표면 온도 측정 장치는, 주형 바로 아래에서 주조편(1)의 짧은 변측을 강냉각하는 냉각대보다도 하방의 주조편 짧은 변측에 고정된다. 냉각대보다도 하방에 고정하는 이유는, 주조편(1)이, 주형 바로 아래의 냉각대에 있어서 주조편 표면 온도가 큐리점 이하에 이를 때까지 일단 냉각되고, 그 직후에, 복열에 의해 주조편 표면 온도가 상승하는 부분의 표면 온도를 측정하기 위함이다. 또한, 상기 주조편 표면 온도 측정 장치는, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 글래스 에폭시제 파이프(4)의 내경(또는 외경)의 중심과 주조편(1)의 짧은 변 중앙 위치가 서로 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

이 주조편 표면 온도 측정 장치에 있어서, 발진기(8)에서 1.5㎐의 교류 신호를 만들고, 그 교류 신호를 정전류 앰프(7)에서 일정한 크기의 교류 전류로 증폭하여 여자 코일(2)에 통전한다. 그 결과, 여자 코일(2)은 교번 자속 φ을 주조편(1)에 여자한다. 즉, 여자 코일(2)에 의해, 주조편(1)의 짧은 변측의 표면에 대해 거의 수직으로 교류 자장을 인가한다. 그리고 주조편(1)의 표면이 비자성체인 경우는, 도 2a에 파선으로 나타내는 바와 같이 진공 중의 경우와 마찬가지로 자장이 넓어지면서 주조편(1)의 내부까지 침입한다. 주조편(1)의 표면이 자성을 띠면, 도 2a에 실선으로 나타내는 바와 같이 그 부위에 자장이 집중됨으로써, 자력선이 대폭으로 변화된다. 이 자력선의 변화는, 주조편(1)의 표면 온도, 즉, 주조편(1)의 표면의 투자율(透磁率)에 의해 정해진다. 따라서, 그 자력선의 변화를 검출 코일(3)에 의해 검출한다.

검출 코일(3)에 의한 자력선의 변화의 검출을 상세하게 설명한다.

검출 코일(3)에는, N×dφc/dt[N : 검출 코일(3)의 권취수, φc : 검출 코일(3)의 쇄교 자속수, t : 시간]의 교류 전압이 유기된다. 이 교류 전압은, 신호 처리기(9)에서 5㎐의 로우패스 필터를 통해 노이즈 제거하는 동시에 로크인 앰프(10)에서 처리되어, 1.5㎐의 주파수 성분의 전압값을 검출한다. 즉, 주조편(1)의 표면 온도에 의해 교번 자속 φ의 분포가 바뀌면, 검출 코일(3)의 쇄교 자속수 φc가 바뀌므로, 검출 코일(3)에 유기되는 교류 전압이 변화되어, 이 변화되는 교류 전압을 검출할 수 있다. 그리고 자력선의 변화를 검출 코일(3)에 의해 검출함으로써 얻어진 유도 기전력과 상기 관계식에 기초하여, 상기 산출 수단이 주조편(1)의 표면 온도를 산출한다. 이와 같이 하여, 주조편(1)의 표면 온도를 측정할 수 있다.

상기 기본 원리에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 주조편 표면 온도 측정 장치에 의해 주조편 표면 온도를 측정하기 위해서는, 주조편 표면 온도와 유도 기전력[즉, 검출 코일(3)에 의해 검출되는 전압]의 관계를 나타내는 관계식을 미리 정해 둘 필요가 있다. 따라서, 그 관계식의 일례를 도출하기 위한 실험을 행하였으므로, 그 실험 내용 및 결과에 대해 이하에 설명한다.

도 3은, 주조편 온도(주조편 표면 온도)와 전압[검출 코일(3)에 의해 검출된 전압]의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4는, 도 3에 나타내는 550℃로부터 850℃까지의 온도 영역에 있어서의 센서 전압과 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 관계식(즉, 전압과 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 관계식)은, 하기 수학식 1로 나타내는 바와 같다.

또한, 하기 수학식 1에 있어서의 x는 검출 코일(3)에 의해 검출된 전압값 V와 비자성체 온도 영역에서의 전압 5.54V의 차를 10배한 값이고, y는 주조편 표면 온도(℃)이고, R은 상관 계수이다.

본 실험에서는, 주조편 샘플을 가열로에 의해 1200℃ 정도까지 가열하고, 이 가열한 주조편 샘플의 표면에 대해 수직으로 자장을 인가할 수 있도록, 도 2b에 도시하는 주조편 표면 온도 측정 장치를 배치하였다. 또한, 이 주조편 표면 온도 측정 장치를, 글래스 에폭시제 파이프(4)와 주조편 샘플의 표면의 거리가 30㎜로 되는 위치에 고정하였다. 또한, 주조편 샘플 표면으로부터 1㎜ 깊이의 내부에 열전대를 세트하여, 주조편 샘플의 온도를 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 고온측에서는, 검출 코일(3)에 의해 검출된 전압(센서 전압)이 거의 일정하지만, 큐리점 Tc를 사이에 둔 온도 영역 r 내에 있어서 전압이 변화되는 것이 확인되었다. 또한, 전압이 변화되는 온도 영역 r에 대해, 강판 표면 온도와 전압의 관계는, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같은 다항식 근사를 행함으로써, 상기 수학식 1과 같은 관계식을 얻을 수 있다. 이것은, 본 실시 형태의 주조편 표면 온도 측정 장치가, 큐리점 Tc를 사이에 둔 온도 영역 r에 있어서의 자기 특성의 변화를 고감도로 검출할 수 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 이 실험 결과로부터, 예를 들어 큐리점 Tc 마이너스 약 200℃로부터, 큐리점 Tc 플러스 약 100℃의 온도 영역에서, 주조편 표면의 온도계로서 활용할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 전압이 급격하게 변화되는 상기 온도 영역에 대해, 온도와 전압의 관계는 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같은 다항식 근사를 행함으로써, 상기 수학식 1과 같은 관계식을 얻을 수 있다. 이것은, 본 실시 형태에 따른 측정 장치가, 큐리점 Tc의 근방에서의 주조편 표면의 자기 특성의 변화를 고감도로 검출할 수 있는 것을 나타내고 있고, 예를 들어 큐리점 Tc 마이너스 약 200℃로부터 큐리점 Tc 플러스 약 100℃의 온도 영역에서 주조편 표면의 온도계로서 활용할 수 있는 것을 의미하고 있다.

다음에, 주조편 짧은 변부에 있어서의 표면 온도를 측정하는 데 있어서, 가능한 한 짧은 변 중앙부에 있어서의 표면 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 노즐로부터의 토출류에 의한 공식성 브레이크 아웃이, 짧은 변 중앙부의 표면 온도에 의존하고 있기 때문이다.

그런데, 여자 코일의 교류 자장은, 근소하기는 하지만, 주조편 코너부까지 도달되어 있으므로, 주조편 코너부의 온도에 의해서도 검출 코일의 전압이 변화되어, 외란 인자로 된다. 일반적으로, 주조편 코너부의 표면 온도는, 짧은 변 중앙부에 비해 발열되기 쉽고, 그 표면 온도는 중앙부의 표면 온도에 비해 낮다. 그로 인해, 비투자율도 주조편 코너부의 쪽이 짧은 변 중앙부에 비해 크기 때문에, 여자되어 있는 교류 자장은 근소하더라도, 주조편 코너부의 온도 변화에 의한 검출 코일의 전압 변화가 일어난다. 또한, 코너부는 긴 변측의 롤 사이에 배치된 노즐 칩으로부터 분사된 냉각수에 의한 냉각을 받고 있고, 긴 변측의 냉각 조건에 따라서도 온도는 다르므로, 그것에 의한 전압 변화도 일어난다. 따라서, 주조편 코너부의 온도 변화에 의한 검출 코일의 전압 변화는, 가급적 작은 쪽이 바람직하다.

따라서, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 검출 코일(3)을 주조편[도 6a에 있어서의 글래스 에폭시제 파이프(4)의 지면(紙面) 하방에 배치되지만, 도 6a에서는 도시를 생략하고 있음]에 대해 여자 코일(2)의 전방[도 6a 중의 참조 부호 (3a)로 나타내는 배치로, 이하, 전방 배치라 함], 혹은 후방[도 6a 중의 참조 부호 (3b)로 나타내는 배치로, 이하, 후방 배치라 함]에 배치한 경우에, 주조편 코너부의 영향에 의해, 검출 코일(3)의 전압이 어떻게 변화되는지를 조사하였다.

본 실험에 있어서는, 우선, 철제 앵글(11)을 센서인 검출 코일(3)의 중심선[즉, 글래스 에폭시제 파이프(4)의 직경의 중심축선] 상이고 또한 검출 코일(3)로부터 30㎜의 거리의 위치에 배치한 경우의 검출 코일(3)의 측정 전압(△V 중심)을 2개의 조건으로 비교하였다.

다음에, 주조편 코너 상당 위치, 즉, 검출 코일(3)의 중심축선으로부터 120㎜, 직경 방향으로 이동한 위치에 철제 앵글(11)을 배치하여, 검출 코일(3)의 전압값(△V 코너)을 측정하고, 먼저 측정한 중심축선 상에서의 전압값(△V 중심)에 의해 나눈 값(△V 코너/△V 중심)을 구하였다. 실험 결과를 도 6b에 나타낸다. 중심축선 상에 앵글(11)을 배치하였을 때의 전압값(△V 중심)이, 검출 코일(3)을 전방 배치한 쪽이, 후방 배치한 경우에 비해 약 2배로 커져 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 짧은 변 중앙부의 자속 변화, 즉, 온도 변화에 대한 감도가 높은 것을 나타내고 있다.

다음에, 주조편 코너 상당 위치에 앵글(11)을 배치한 경우의 전압값(△V 코너)과 중심축선 상에 배치한 경우의 전압값(△V 중심)의 비[도 6b 중의(코너 영향)]에 대해서는, 검출 코일(3)을 전방 배치한 쪽이, 후방 배치의 경우에 비해 약 1/10까지 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은, 검출 코일(3)을 전방 배치함으로써, 주조편 코너부의 온도 변화에 의한 검출 코일(3)의 전압 변화를 저감할 수 있는 것을 의미하고 있고, 짧은 변 중앙의 표면 온도를 고감도로 측정할 수 있다. 검출 코일(3)을 전방 배치하면 주조편 코너부의 영향을 저감할 수 있는 이유는, 주조편 코너 상당 위치에 앵글(11)을 배치한 경우에 있어서의 검출 코일(3)을 쇄교하는 자속의 변화가, 전방 배치한 경우보다도 작은 것에 의한다.

상기한 실험 결과에 따르면, 검출 코일(3)을 주조편과 여자 코일(2) 사이에 배치하는 전방 배치로 함으로써, 후방 배치로 한 경우에 비해, 주조편의 짧은 변 중앙부의 표면 온도를 보다 고정밀도로 측정할 수 있는 것이 확인되었다.

상기 발진기(8)로부터 발진하여 여자 코일(2)에 인가하는 주파수는 0.5㎐ 이상 또한 20㎐ 이하로 하는 것이 바람직하다. 0.5㎐보다도 저주파수측이면, 검출 코일(3)로부터 송출되는 신호를 위상 검파할 때의 시상수가 1분 이상 필요해져, 본 주조편 표면 온도 측정 장치의 응답 속도가 느려지기 때문이다. 한편, 20㎐보다도 고주파측이면, 자장이 침투하는 깊이인 표피 깊이가 얇아지므로, 자장이 보다 주조편 표면에 집중되게 된다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 비투자율이 200 정도였다고 해도, 20㎐까지의 주파수로는 표피 깊이를 10㎜ 정도(0.01m 정도)로 확보할 수 있다. 이 의미는, 주조편 표면은 오실레이션 마크 등의 요철이 있고, 그것에 더하여 벌징 등에 의해 주조편 표면과 본 주조편 표면 온도 측정 장치 사이의 거리가 미묘하게 변동되어 있으므로, 주파수가 높아지면 그 영향을 받기 쉬워지기 때문에, 표피 깊이를 10㎜ 정도 확보할 수 있는 것이 바람직하다고 하는 것이다. 따라서, 주파수의 상한값은 20㎐로 하는 것이 바람직하다.

실시예

검출 코일(3)을 여자 코일(2)의 전방, 즉 여자 코일(2)과 주조편 표면 사이에 설치하고, 주조편 표면 온도 측정 장치로서의 유효성을 확인하기 위한 실험을 행하였다. 그 실험의 조건은, 하기에 나타내는 바와 같다.

(실험 조건)

주조편 폭 : 1000 내지 1800㎜

주조 속도 : 0.75 내지 1.2m/분

강종 : 중탄소 Al-킬드강

센서 설치 위치(주조편 표면 온도 측정 장치의 설치 위치) : 주형 내 탕면 레벨로부터 1m 하방이고 또한 주형 짧은 변 냉각대의 바로 아래

센서[주조편 표면 온도 측정 장치의 검출 코일(3)의 선단]와 주조편 표면의 거리 : 30㎜

여자 코일(2)에 인가하는 교류 전류의 주파수 : 1.5㎐

본 실시예에서는, 주조편 표면 온도 측정 장치는, 주형 짧은 변 바로 아래에 설치되어 있다. 이로 인해, 주조편의 폭을 다양하게 변경하기 위해 주형을 조정하였다고 해도, 주조편 표면 온도 측정 장치와 주조편 표면 사이의 거리를 거의 일정하게[즉, 여자 코일(2)에 의해 주조편의 짧은 변측의 표면에 대해 거의 수직으로 인가되는 교류 자장을 거의 일정하게] 할 수 있다.

도 7a는, 상기 실험 조건에 있어서의 주조편 표면 온도 측정 장치를 종래의 방사 온도계로 바꾸어 행한 비교 실험의 측정 결과를 나타내는 그래프로, 측정한 시간과 주조편 표면의 온도의 관계를 나타내고 있다. 도 7b는, 상기 실험 조건에 의한 측정 결과이며, 측정한 시간과 주조편 표면 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7a에 나타내는 바와 같이, 비교 실험에서는, 방사 온도계와 주조편 표면 사이에 존재하는 수막이나 수증기의 영향을 받았기 때문에, 측정값이 크게 변동되어 있어, 주조편 표면 온도를 정확하게 측정할 수 없었다. 이에 대해, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 의한 실험 결과에서는, 본 실시 형태의 주조편 표면 온도 측정 장치를 사용하면 주조편 표면 온도를 안정적으로 측정할 수 있는 것이 확인되었다.

상기 실시 형태 및 상기 실시예에 따르면, 전술한 주조편 표면 온도 측정 장치를 사용함으로써, 강의 연속 주조를 행하는 주형의 바로 아래이고 또한 다량의 물이나 수증기 등이 존재하는 가혹한 분위기하에 있어서도, 주조편 표면 온도를 장시간, 직접적으로 또한 안정적으로 측정할 수 있다. 환언하면, 주형 바로 아래의 냉각대에서 주조편 표면 온도가 큐리점 이하까지 일단 냉각되고, 그 직후에, 복열에 의해 주조편 표면 온도가 상승하는 부분의 표면 온도를 장시간, 직접적으로 또한 안정적으로 측정할 수 있다. 또한, 주조편 사이즈에 의존하는 일 없이 주조편 표면 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 주조편 표면 온도 측정 장치 및 주조편 표면 온도 측정 방법을 사용함으로써, 조업 이상인 브레이크 아웃이나 용강류에 치우침이 발생하는 편류의 검지가 가능해진다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태 및 상기 실시예에만 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 주조편 표면 온도를 측정할 때, 주형 바로 아래의 주조편의 짧은 변측의 양쪽 각각에 전술한 주조편 표면 온도 측정 장치를 배치하고, 한쪽의 주조편 표면 온도 측정 장치에 의해 측정된 주조편 표면 온도가 통상의 주조시의 표면 온도에 비해 높은 것을 검출한 경우에 공식성 브레이크 아웃의 발생의 우려가 있다고 인식하여, 연속 주조를 일단 정지함으로써 브레이크 아웃의 발생을 미연에 방지하는 방법도 채용 가능하다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 미리 정한 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 관계식을 이용함으로써 주조편(1)의 표면 온도를 도출하고 있지만, 미리 정한 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 대응 관계를 나타내는 대응 관계 데이터(예를 들어, 도 4에 나타내는 대응 관계를 나타내는 데이터)를 이용함으로써 주조편(1)의 표면 온도를 도출하는 것도 가능하다.

본 발명의 주조편 표면 온도 측정 장치 또는 주조편 표면 온도 측정 방법에 따르면, 다량의 물이나 수증기 등이 존재하는 가혹한 분위기하에서도, 장시간에 걸쳐 안정적으로 주조편 표면 온도를 측정할 수 있다.

1 : 주조편
2 : 여자 코일
3 : 검출 코일
4 : 글래스 에폭시제 파이프
5 : 외경 1㎜의 폴리에스테르 피복 구리선
6 : 외경 0.3㎜의 폴리에스테르 피복 구리선
7 : 정전류 앰프
8 : 발진기
9 : 신호 처리기
10 : 로크인 앰프

Claims (5)

1. 주조편의 표면에 대해 수직으로 교류 자장을 인가하는 자장 여자 수단과,
   상기 주조편의 표면 온도에 의해 변화된 자력선을 검출하기 위해 상기 교류 자장을 검출하는 자장 검출 수단과,
   이 자장 검출 수단에 의해 상기 교류 자장을 검출함으로써 얻어진 유도 기전력과, 미리 정한 대응 관계 데이터로부터, 상기 주조편의 상기 표면 온도를 도출하는 표면 온도 도출 수단을 구비하고,
   상기 자장 여자 수단이, 솔레노이드 형상의 여자 코일을 갖고,
   상기 자장 검출 수단이, 상기 주조편의 상기 표면과 상기 여자 코일 사이에 배치된 솔레노이드 형상의 검출 코일을 갖고,
   상기 대응 관계 데이터가, 미리 정한 큐리점을 사이에 두는 온도 구간에 있어서의, 주조편 표면 온도와 유도 기전력의 대응 관계를 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하는, 주조편 표면 온도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 대응 관계 데이터가, 상기 주조편 표면 온도와 상기 유도 기전력의 대응 관계를 나타내는 수식인 것을 특징으로 하는, 주조편 표면 온도 측정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 주조편이, 주형을 사용하여 이 주형의 하방으로부터 인발하는 연속 주조에 의해 얻어지는 슬래브이고,
   상기 자장 여자 수단 및 상기 자장 검출 수단이, 상기 주형의 바로 아래이고 또한 상기 주조편의 짧은 변측을 냉각하는 냉각대보다도 하방에 있는 주조편 짧은 변측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 주조편 표면 온도 측정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 자장 여자 수단에 의해 여자되는 자장의 인가 주파수가 0.5㎐ 이상 또한 20㎐ 이하인 것을 특징으로 하는, 주조편 표면 온도 측정 장치.
5. 제1항에 기재된 주조편 표면 온도 측정 장치를 사용하여 상기 주조편의 상기 표면 온도를 측정하는 방법이며,
   상기 자장 여자 수단에 의해 상기 주조편에 대해 상기 교류 자장을 인가하는 동시에, 상기 자장 검출 수단에 의해 상기 교류 자장을 검출하는 공정과,
   상기 표면 온도 도출 수단에 의해 상기 주조편의 상기 표면 온도를 도출하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 주조편 표면 온도 측정 방법.
   

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