KR101371683B1 - 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고로 스테이브 쿨러 감시 시스템은 고로의 내부에 설치되며 내부에 워터 자켓부가 마련되며 워터 자켓부에 냉각수를 공급 및 배출하는 공급관 및 배출관을 가지는 스테이브 쿨러들과, 상기 스테이브 쿨러의 본체에 설치 설치되거나 상기 공급관 또는 배출관에 설치되어 상기 스테이브 쿨러의 전면측에 초음파 또는 전자파를 조사하여 스테이브 쿨러의 표면 두께를 검출하는 검출센서를 구비한 고로 스테이브 쿨러 검출유닛들과, 상기 각 스테이브 쿨러에 설치된 검출센서들로부터 검출된 신호를 스테이브 쿨러의 두께 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스와, 상기 데이터 베이스에 저장된 정보를 분석하여 고로에 설치된 스테이브의 불량상태를 검출하는 마이크로 프로세서를 구비한다.
본 발명의 감시시스템은 고로의 가동 중에도 스테이브의 두께를 측정할 수 있다.

Description

고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치{Detector of stave for furnace and lookout system of stave using by it}

본 발명은 고로 스테이브 감시 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 고로 내의 스테이브(stave)의 두께 및 스테이브의 누설 상태 등을 감지할 수 있는 고로 스테이브 검출유닛과 이를 이용한 고로 스테이브 감시 시스템에 관한 것이다.

일반적인 고로는 고로 상부에서 광석과 코크스와 같은 장입물을 투입하고 고로 하부에서 고온의 열풍을 불어넣어 연소시켜 주면 코크스의 연소에 의하여 고온의 일산화 가스가 광석 사이로 올라가면서 광석과 환원 반응으로 용강을 생산하는 것이다.

이러한 과정은 연속적인 작업에 의해 일어나고 고로 상부에서 계속적으로 번갈아 투입된 광석과 코크스는 풍구상부 일정부에서 환원과 용융에 의해 광석과 코크스는 계속적으로 스테이브의 연와를 마찰하면서 내려오게 된다. 이와 같은 마찰은 스테이브의 마모나 파손을 야기한다. 스테이브에 마모나 파손이 지속되는 경우에 스테이브의 보호 능력이 감소하게 되고 고로의 내벽 상에 가해지는 열부하가 증가하게 되며, 이 증가된 열부하는 고로 내벽에서의 크랙 발생을 초래하게 된다.

또한, 스테이브의 마모나 파손에 의해 스테이브의 내부에 순환하는 냉각수가 고로의 내부로 유입될 수도 있다. 고로 내부로의 냉각수 유입은 고로의 온도를 설정온도 이하로 떨어트리면서, 고로의 연료비 변동, 노황 불안정으로 이어지게 된다.

따라서, 주기적으로 스테이브의 잔존 두께를 조사하여, 스테이브의 잔존 두께의 측정값에 따라 스테이브의 보수 작업을 실시해야 한다.

한국 등록 특허 10-0812167호에서는 스테이브 두께 측정장치가 개시되어 있다. 상기 스테이브 두께 측정장치는 후방 손잡이와 상부 손잡이가 설치된 베이스와, 상기 베이스에 설치된 가이드봉과, 상기 가이드봉의 단부에 설치되고 선단부에는 걸림돌기가 형성된 고정자와, 상기 가이드봉에 이동가능하게 끼워진 이동부재와, 상기 이동부재에 설치되고 선단부에는 기준편이 설치된 이동바와 상기 베이스의 전면 하부에 설치된 측정자와, 상기 측정자에 이동 가능하게 끼워진 계측기를 구비한다. 그러나 상기 스테이브 두께 측정장치는 스테이브의 잔존 두께를 측정하기 위해서는 고로의 조업을 중단하고 측정해야 하는 단점이 있으며, 작업자가 모든 스테이브를 수작업으로 측정해야 하는 번거로움이 있다.

공개 특허 제 2011-0076422호에는 용철 제조로의 스테이브 두께 측정방법 및 장치가 게시되어 있으며, 공개 번호 2011-050990호에는 고로의 스테이브 두께 측정 장치가 게시되어 있다.

게시된 고로의 스테이브 두께 측정 장치는 고로에 제공된 구리층의 두께를 측정하는 홀에 삽입될 수 있으며 길이 방향으로 관통된 관통홀이 제공되고 도체로 이루어지는 제 1 부재, 제 1 부재에 제공된 상기 홀에 삽입되며 제 1 부재와 상대 이동될 수 있고 도체로 이루어지는 제 2 부재, 제 1 부재의 전도층과 제 2 부재에 연결되어 제 1 부재와 제 2 부재의 전도층 사이에서 발생되는 저항을 측정하는 저항 측정기를 포함 한다.

이러한 종래의 스테이브 두께 측정장치는 온도의 변화에 따라 저항값이 달라지게되므로 정확한 측정값의 산출이 용이하지 않다.

대한민국 공개 특허 제 2011-0035076호에는 절연와이어를 구비한 스테이브 및 이를 이용한 고로 노체 두께 측정시스템이 게시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제 2011-0019668호에는 스테이브 마모 측정수단을 구비한 고로 냉각시스템이 게시되어 있다.

그리고 특허등록 제 7218150호에는 스테이브 고로의 스테이브 마모량 실시간 측정장치가 게시되어 있으며, 특허등록 제 0812167호에는 스테이브 두께 측정장치가 게시되어 있다.

상기한 종래의 스테이브 마모량 또는 두께를 측정장치는 직접 접촉되어 마모량을 검출하는 것으로 신뢰도가 높지 않다.

한편, 구리 스테이브는, 스테이브 본체 내에 냉각관을 형성한 후, 스테이브 본체의 급배수구와 급배수관을 별도로 제작하여 연결하는 구조를 가지고 있으므로 스테이브 본체와 인접되는 용접부위를 갖게 된다. 이 구리 스테이브 쿨러에 있어서의 스테이브 본체 근방의 용접부는, 고로 조업에 있어서, 고온에 노출되는 스테이브 본체의 고로 내부측과, 냉각 방열되는 스테이브 본체의 철피측의 사이에서의 열팽창차, 열수축차에 의한 변위에 기인하여 응력이 발생할 때에 응력 집중부가 되어, 이 부위에서 피로 균열이 발생하여, 스테이브 쿨러의 수명의 단축을 초래하게 된다.

상기 스테이브 클러의 용접부위가 손상되거나 스테이브 쿨러가 손상되는 경우 고로내의 압력이 역으로 스테이브 쿨러의 내부로 유입된다. 이러한 가스의 유입은 상술한 바와 같은 종래의 측정장치로서는 검출할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스테이브 쿨러의 마모 상태를 정확하게 측정할 수 있으며, 마모량 검출에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 시스템를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 고로 내의 압력이 스테이브의 냉각수 순환라인을 유입되는 것을 감지할 수 있는 고로 스테이브 쿨러 감시 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고로 스테이브 쿨러 검출유닛은 고로의 냉각을 위해 내부에 워터자켓부가 마련된 스테이브 쿨러 본체와, 상기 스테이브 쿨러 본체와 결합되어 워터 자켓부에 냉각수를 공급하는 공급관, 워터 자켓부의 냉각수를 배출하는 배출관을 구비하며,

상기 스테이브 쿨러 본체의 배면에 설치되거나 상기 공급관 또는 배출관의 일측에 설치되어 상기 스테이브 쿨러의 전면측에 초음파 또는 전자파를 조사하여 스테이브 쿨러의 두께를 측정하는 검출센서를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 검출센서는 초음파 탐촉자로 이루어지며, 상기 검출센서가 설치되는 배출관은 스테이브 쿨러의 본체의 배면에 전면에 대해 직각을 이루며 상기 검출센서로부터 조사되는 초음파 또는 전자기파가 상기 본체의 전면에 조사될 수 있도록 하는 연장관과, 상기 연장관의 외주면에 설치되어 상기 워터자켓을 통과한 물이 배출되는 지지관부를 구비한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고로 스테이브 쿨러 감시 시스템은, 고로의 내부에 설치되며 내부에 워터 자켓부가 마련되며 워터 자켓부에 냉각수를 공급 및 배출하는 공급관 및 배출관을 가지는 스테이브 쿨러들과,

상기 스테이브 쿨러의 본체에 설치되거나 상기 공급관 또는 배출관에 설치되어 상기 스테이브 쿨러의 전면측에 초음파 또는 전자파를 조사하여 스테이브 쿨러의 표면 두께를 검출하는 검출센서를 구비한 고로 스테이브 쿨러 검출유닛들과,

상기 각 스테이브 쿨러에 설치된 검출센서들로부터 검출된 신호를 스테이브 쿨러의 두께 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스와, 상기 데이터 베이스에 저장된 정보를 분석하여 고로에 설치된 스테이브의 불량상태를 검출하는 마이크로 프로세서를 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 본 발명에 따른 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치는 고로의 내부에 설치된 스테이브 쿨러들의 마모 상태를 감지할 수 있어 고로의 유지보수가 용이하고, 고로 내부의 압력이 스테이브 쿨러의 워터 자켓을 통하여 누설되는 것을 검출할 수 있으며, 나아가서는 고로의 안전사고를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치를 나타내 사시도,
도 2는 스테이브 검출유닛의 일부절제 사시도,
도 3 내지 6은 본 발명에 따른 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치를 이용하여 스테이브 쿨러의 전면두께를 측정한 실험결과를 나타내 보인 그래프.

본 발명은 고로의 내부에 설치되는 스테이브 쿨러의 고로내부와 대응되는 표면을 가지는 부위의 두께를 측정함과 아울러 냉각수가 흐르는 워터자켓의 내부로 고로 내부의 가스가 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 그 일 실시예를 도 1 및 도 3에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 고로 스테이브 쿨러 검출유닛을 이용한 스테이브 쿨러 감시장치(10)는 초음파, 전자파 등을 이용하여 서로 다른 매질의 통과 시 파장이 변하는 것을 이용하여 스테이브 쿨러(20)의 전면 측 두께 즉, 고로내부에 노출되는 스테이브 쿨러(20)의 전면두께를 측정하는 것으로, 상기 스테이브 쿨러의 전면측에 초음파 또는 전자파를 조사하여 스테이브 쿨러의 표면의 두께를 검출하는 검출센서를 구비한 고로 스테이브 쿨러 검출유닛(30)들과, 상기 각 스테이브 쿨러에 설치된 검출센서들로부터 검출된 신호를 스테이브 쿨러의 두께 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스와, 상기 데이터 베이스에 저장된 정보를 분석하여 고로에 설치된 스테이브의 불량상태를 검출하는 검출부를 가진 제어유닛(50)을 구비한다.

상기 고로 스테이브 쿨러 검출유닛(30)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 고로(100)의 내면에 철피를 보호하기 위하여 내화물과 같이 설치되는 스테이브의 마모상태 즉, 스테이브 쿨러(20)의 전면에 설치되는 동판부(25) 마모상태를 검출하기 위하여 검출센서(31)를 구비한다.

상기 스테이브 쿨러(20)는 고로(100) 내의 내화물 사이에 설치되며 내부에 워터 자켓(21)이 설치된 본체(22)를 구비하고, 이 본체(22)에는 워터자켓(21)에 냉각수를 공급하기 위한 공급관(23)과 워터자켓(21)으로부터 냉각수를 배출하기 위한 배출관(24)을 구비한다. 그리고 상기 배출관(24)의 일측에는 상기 검출센서(31)가 설치된다. 이 검출센서(31)는 초음파 센서(탐촉자 또는 발진자)로 이루어진 초음파 송신부(31a)와 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하기 위한 수신부(31b)가 더 구비될 수 있다. 초음파를 송신하는 송신부(31a)는 피에조 전기소자를 포함할 수 있으며, 상기 수신부는 티단산바륨 등의 압전세라믹스 또는 공진자로 이루어질 수 있다.

상기 검출센서는 이에 한정되지 않고, 매질을 통과하면서 파장이 변화하는 센서가 이용될 수 있다. 예컨대, 소정주파수의 전자파를 발생시킬 수 있는 전자파 센서로 이루어질 수 있으며, 스테이브의 내부로 로내의 가스가 유입되는 것을 감지하기 위해서는 광센서가 더 구비될 수도 있다.

상기 검출센서(31)는 스테이브 쿨러의 본체(22)의 배면 즉, 고로(100)와 내부와 대응되는 측의 전면과 대응되는 본체(22)의 배면에 배출관(24)을 이루는 연장관(32)의 단부에 설치된다. 상기 연장관(32)에 설치되는 검출센서(31) 즉, 탐족자는 지지플랜지(33)에 설치되고, 이 지지플랜지(33)가 연장관(32)의 단부에 고정 플랜지(34)와 결합됨으로써 상기 스테이브 쿨러(20)의 내면과 대응되게 설치된다. 상기 고정플랜지(34)와 지지플랜지(33)의 사이에는 냉각수의 누수를 방지하기 위한 실링부재(35)가 설치된다. 이 실링부재는 우레탄 팩으로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다. 그리고 검출센서(31)는 고열 등에 견딜 수 있도록 검출센서(31)를 보호하는 보호커버가 더 구비될 수 있다. 상기 연장관(32)은 상기 스테이브 쿨러의 내측 배면 즉, 고로의 내부와 대응되는 표면과 대응되는 전면부의 배면에 직각을 이루도록 설치되는 것이 바람직하며, 연장관이 외주면에는 스테이브쿨러를 통과한 물이 배출되는 지지관부(24a)가 설치된다. 상기 검출센서(31)는 전원을 공급하기 위한 전원 공급유닛이 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 검출센서는 스테이브 쿨러(20)의 본체(22)에 설치될 수 있다. 이 경우 상기 검출센서인 초음파 탐촉자로부터 조사되는 초음파는 스테이브 쿨러의 워터자켓의 내부에 주입된 냉각수 즉, 초음파 탐촉자와 배면 사이의 냉각수를 관통하여 배면에 조사된다. 이 경우 상기 본체(22)로부터 발생되는 열에 의해 검출센서를 보호하기 위한 별도의 냉각유닛이 더 구비될 수도 있다.

상술한 바와 구성된 스테이브 쿨러 검출유닛(20)은 고로에 장착된 스테이브 쿨러(30)의 연장관에 설치된 검출센서(31)로부터 초음파가 발생되어 냉각수를 통과한 후 스테이브 쿨러(20) 배면을 통과하게 된다. 이 때에 연장관(32) 내의 물을 통과한 후 스테이브 쿨러(20)의 배면을 통과할 때 매질의 변화로 인하여 반사되는 파장이 변화되고, 스테이브 쿨러(20)의 배면 측으로부터 전면의 사이 스테이브의 전면부 두께에 해당하는 매질인 구리를 통과 후 변화된다.

즉, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 연장관(32) 내의 냉각수를 통과한 후 냉각수와 스테이브 쿨러(20)의 경계부와 스테이브 쿨러(20)를 통과한 후 내화물과 또는 로내부의 경계부위에서 파장이 변화되게 된다. 따라서 이들 사이의 거리를 측정함으로써 검출센서(31)와 스테이브 쿨러(20) 배면 사이의 간격과 스테이브의 두께를 측정할 수 있는 것이다. 본 발명인의 실험에 의하면 탐촉자로부터 스테이브 쿨러 내면 사이의 간격이 653mm 로 측정되고, 스테이브 쿨러의 두께 즉 전면에 위치되면 동으로 이루어진 동판부(25)의 두께가 21.1mm로 오차가 1/100mm 내의 범위로 확인되었다.

상술한 바와 같은 측정은 비 접촉식 수중 초음파 방식으로 별도의 접촉 매질을 사용하지 않고 측정하게 된다. 상기 연장관(32)의 단부측에 설치된 검출센서(31)의 송신부(31a)에 의해 스테이브(20) 측으로 초음파를 송출하고, 매질 및 이의 경계부에서 반사되는 초음파를 수신부(31b)에서 수신하게 된다. 즉, 고로내부에 노출된 스테이브(20) 표면의 동판부(25)의 마모 상태를 측정하기 위하여 검출센서(31)로부터 송출 된 초음파는 냉각수, 본체(22), 동으로 이루어진 동판부(25)로 조사되고, 이로부터 반사되는 초음파를 수신하게 되는데, 각 매질에서의 반사되는 초음파가 변화되게 되는데, 이를 이용하여 두께를 측정할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 스테이브의 두께를 측정하는 과정에서 냉각수의 찬넬(워터자켓 또는 냉각유로)이 파손되면 고로 내부의 BFG 가스가 워터자켓를 통과하는 냉각수에 포함되게 되는데, 이 경우 수신되는 초음파의 노이즈 폭이 급격하게 커지게 된다. 이와 같이 노이즈가 급격하게 커지는 원리를 이용하여 스테이브(20)의 냉각라인의 손상을 검출할 수 있다.(도 3참조)

이와 같이 각 스테이브 쿨러 검출유닛으로부터 검출된 검출신호를 이용하여 고로 스테이브 마모 상태를 디스플레이어에 디스플레이 한다. 따라서 고로의 스테이브의 마모상태를 입체적으로 관리할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치는 , 냉각수 유로를 통해 고로의 스테이브 쿨러의 두께를 측정할 수 있으므로, 고로의 가동 중에도 스테이브 쿨러의 두께를 측정할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명의 고로 스테이브 쿨러 검출유닛 및 이를 이용한 고로 스테이브 쿨러 감시 장치는 고로 뿐만아니라 각종 산업기계에 널리 적용 가능하다.

Claims (3)

1. 고로의 냉각을 위해 내부에 워터자켓부가 마련된 스테이브 쿨러 본체(22)와, 상기 스테이브 쿨러 본체(22)와 결합되어 워터 자켓부(21)에 냉각수를 공급하는 공급(23)관, 워터 자켓부의 냉각수를 배출하는 배출관(24)을 구비하며,
   상기 배출관(24)에 설치되어 상기 스테이브 쿨러(20)의 전면측에 초음파 또는 전자파를 조사하여 스테이브 쿨러의 두께를 측정하는 검출센서(31)를 구비하며,
   상기 검출센서(30)는 초음파 탐촉자로 이루어지며, 상기 배출관(24)은 스테이브 쿨러의 본체(22)의 배면에 전면에 대해 직각을 이루며 상기 검출센서(31)로부터 조사되는 초음파 또는 전자기파가 상기 본체의 전면에 조사될 수 있도록 하는 연장관(32)과, 상기 연장관(32)의 외주면에 설치되어 상기 워터자켓을 통과한 물이 배출되는 지지관부(24a)를 구비하고, 상기 연장관(32)의 단부에 설치된 고정플랜지(34)와 결합되어 검출센서(31)를 지지하는 지지플랜지(33)를 구비하며,
   상기 각 스테이브 쿨러(20)에 설치된 검출센서(31)들로부터 검출된 신호를 스테이브 쿨러(20)의 두께 정보를 수집하여 저장하는 데이터 베이스와, 상기 데이터 베이스에 저장된 정보를 분석하여 고로에 설치된 스테이브의 불량상태를 검출하는 제어유닛(50)을 구비한 것을 특징으로 하는 고로 스테이브 쿨러 감시 장치.
   
   
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