KR101388070B1 - 용강 샘플링 장치 - Google Patents

용강 샘플링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용강 샘플링 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하며, 용강 샘플링 시 프로브의 침적깊이 및 침적시간을 동일하게 유지할 수 있게 함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 일관성 있게 동일한 조건에서 샘플링 된 용강 샘플을 얻을 수 있는 용강 샘플링 장치에 관한 것으로, 수직하게 연장된 홀더 및 홀더의 연장단에 장착되어 용강을 샘플링 하는 샘플러를 가지는 프로브; 프로브의 샘플러를 용강 내부 또는 외부로 안내하는 승강수단; 및 프로브의 무게 변화를 감지하여 샘플러의 침적 시점 및 용강 샘플링 완료 시점을 감지하는 감지수단;을 포함한다.

Description

용강 샘플링 장치{DEVICE FOR SAMPLING MOLTEN METAL}
본 발명은 용강 샘플링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강 샘플링 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하며, 용강 샘플링 시 프로브의 침적깊이 및 침적시간을 동일하게 유지할 수 있게 하는 용강 샘플링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제강 공정은 철광석을 고로에서 용해하는 제선 공정으로부터 시작된다. 철광석을 용해한 형태인 용선에 탈린 등의 예비처리 공정을 수행하여 용강을 제조한다. 용강은 불순물을 제거하는 1차 정련 공정을 거친 후 용강 내 성분을 미세하게 조정하는 2차 정련 과정을 거치게 되고, 2차 정련이 완료되면 용강 내 성분 조정이 완료된다. 2차 정련이 완료된 용강은 연속주조 공정으로 이동하게 되고, 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿 등의 반제품이 성형된다. 이와 같이 성형된 반제품은 압연 등의 최종 성형과정을 거쳐 압연 코일, 후판 등 목표하는 최종 제품으로 제조된다.
최종 제품의 품질을 예측하기 위해서 제강 공정에서는 청정도를 분석하게 된다. 청정도 분석을 위해서는 슬래그의 혼입이 이루어지지 않은 샘플의 채취가 중요하게 된다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제 2011-0109317 호 (공개일자: 2011. 10. 06, 명칭:"용강 시료 채취 장치")가 있다.
본 발명은 용강 샘플링 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하며, 용강 샘플링 시 샘플러의 침적깊이 및 침적시간을 동일하게 유지할 수 있게 함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 일관성 있게 동일한 조건에서 샘플링 된 용강 샘플을 얻을 수 있는 용강 샘플링 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치는, 수직하게 연장된 홀더 및 홀더의 연장단에 장착되어 용강을 샘플링 하는 샘플러를 가지는 프로브; 프로브의 샘플러를 용강 내부 또는 외부로 안내하는 승강수단; 및 프로브의 무게 변화를 감지하여 샘플러의 침적 시점 및 용강 샘플링 완료 시점을 감지하는 감지수단;을 포함할 수 있다.
구체적으로 감지수단은, 샘플러가 슬래그층에 접촉될 때 프로브의 무게 변화를 감지하는 제 1 로드 셀; 및 용강 내부로 침적되어 용강이 유입되는 샘플러의 무게 변화를 감지하는 제 2 로드 셀;을 포함하며, 제 2 로드 셀은 제어부를 통해 승강수단과 전기적으로 연결되고, 프로브의 무게 변화 시 승강수단을 작동시켜 프로브를 용강에서 인출되게 할 수 있다.
더 구체적으로 제 1 로드 셀 및 제 2 로드 셀은, 서로 간섭되지 않게 승강수단의 와이어로프에 접하도록 배치될 수 있다.
구체적으로 승강수단은, 와이어로프가 권취되는 와이어로프 드럼; 및 와이어로프 드럼과 연결되고 와이어로프 드럼을 회전시켜 와이어로프를 감거나 또는 풀어내는 승강모터;를 포함하며, 와이어로프의 일단에는 홀더의 상단이 연결되고, 와이어로프의 타단에는 무게추가 연결될 수 있다.
구체적으로 샘플러는, 홀더의 연장단에 장착되고 용강 샘플 채취 시 용강이 담겨질 수 있도록 상부가 열린 용기형상을 가지는 봄베; 및 봄베의 열린 상부에 끼워지며, 용강 침적 시 봄베 내부로 용강 샘플이 유입되도록 이탈되는 마개;를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치는, 용강 샘플링 작업을 자동으로 수행할 수 있으며, 용강 샘플링 시 샘플러의 침적깊이 및 침적시간을 동일하게 유지할 수 있기 때문에, 작업자의 숙련도에 관계없이 일관성 있게 동일한 조건(침적시간, 침적깊이)에서 샘플링 된 용강 샘플을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치는, 프로브의 무게를 감지하는 제 1 로드 셀 및 제 2 로드 셀을 가지는 감지수단을 포함함으로써, 프리보드(Free Board; 래들 높이 중 용강과 슬래그가 존재하지 않고 비어있는 높이) 구간을 인지하지 못하더라도 프로브의 침적시점을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 용강 샘플링 종료 시점을 감지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 제강조업을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치를 나타낸 사시도이며, 그리고
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 용강 샘플링 장치의 작동상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.
도 1은 일반적인 제강조업을 나타낸 도면으로서, 제강조업은 도 1에 도시된 바와 같이 용선예비처리공정, 전로정련공정, 2차정련공정, 연속주조공정으로 이루어진다.
용광로에서 철광석을 녹여 제조한 용선은 용선예비처리공정에서 유황과 인 성분을 제거한다. 이러한 용선에는 탄소함량이 매우 높기 때문에 탄소 제거를 위해서 용선을 전로에 담고 순산소를 취입(취련)함으로써 일정 함량까지 용선 내 탄소를 제거한다. 그리고 이렇게 탄소가 제거된 용융철을 용강이라고 한다. 전로공정을 마친 용강은 래들(ladel)이라고 하는 용기에 담아 2차 정련 설비인 알에치(RH) 또는 래들퍼니스(LF; Ladel Furnace)로 이송하여 용강성분과 온도를 균일하게 하거나, 용강 내 잔존하는 가스성분을 제거하거나, 혹은 용강의 온도를 상승시킨 후, 연속주조공정에서 응고시킴으로써 제강공정의 최종 제품인 주편을 생산한다.
한편, 전술한 알에치(RH) 또는 래들 퍼니스(LF; Ladel Furnace) 설비를 이용한 2차 정련공정은 용강의 성분 및 온도 등을 조정하여 청정한 용강을 제조하기 위하여 실시되는 공정이기 때문에 고품질 제품을 예측하기 위해서 용강의 청정도를 분석하게 된다. 이러한 용강의 샘플링은 2차 정련공정 중 수차례 실시될 수 있으며, 용강의 샘플링 작업은 샘플링 장치를 통해 이루어진다.
2차 정련공정에서의 용강 샘플링 장치로는 주로 상부가 코르크마개로 마감된 통상의 봄베(bomb) 샘플러가 이용된다. 이러한 봄베 샘플러를 통한 용강 샘플링 작업은 봄베 샘플러를 용강 내로 침적시켜 이루어진다. 즉 봄베 샘플러를 용강 내로 침적시키면 용강에 의해 봄베 샘플러의 내부 공기가 팽창하게 되고, 이로 인해 코르크마개가 이탈되면서 봄베 샘플러 내부로 용강이 충진되는데, 이렇게 봄베 샘플러에 용강이 충진되면 봄베 샘플러를 용강으로부터 인출한 후, 핀(pin) 형상으로 가공하여 용강의 청정도를 분석한다.
그런데, 전술한 종래의 봄베 샘플러를 이용한 용강 샘플링 작업은 수작업으로 이루어지 때문에 작업자의 숙련도에 따라 용강 샘플링 시 샘플러의 침적깊이 및 침적시간이 서로 다르기 때문에 일관성 있는 용강 샘플을 얻을 수 없는 문제점이 있었다. 즉 용강 샘플링 시 침적깊이가 얕으면 슬래그가 혼입되고, 침적깊이가 깊으면 봄베 샘플러의 제거가 어려우며, 그리고 용강 샘플링 시 침적시간이 봄베 샘플러 내부로 용강 샘플이 충전되지 못하고, 침적시간이 길어지면 봄베 샘플러가 용강에 용해되는 문제점이 있었다.
따라서, 용강 샘플링 작업을 자동으로 수행할 수 있으며, 용강 샘플링 시 샘플러의 침적깊이 및 침적시간을 동일하게 유지할 수 있게 하는 용강 샘플링 장치가 요구되는 실정이다.
도 2는 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치를 나타낸 사시도로서, 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치(100)는 래들(L)의 내부에 담긴 용강 샘플을 채취할 수 있도록 래들(L)의 상부에 이격 배치된다.
본 발명에 따른 용강 샘플링 장치(100)는 용강을 샘플링 하는 프로브(110)와, 프로브(110)를 용강 내부 또는 외부로 안내하는 승강수단(120), 및 프로브(110)의 무게 변화를 감지하여 프로브(110)의 침적 시점 및 용강 샘플링 완료 시점을 감지하는 감지수단(130)을 포함한다.
먼저, 프로브(110)는 상하로 수직하게 연장된 봉 형상을 가지는 홀더(112), 및 홀더(112)의 연장단에 장착되어 용강 샘플링 하는 샘플러(114)를 포함한다.
샘플러(114)는 홀더(112)의 연장단에 장착되고 용강 샘플링 시 용강(M)이 담겨질 수 있도록 상부가 열린 용기(容器) 형상을 가지는 봄베(116)와, 봄베(116)의 열린 상부에 끼워지는 마개(118)를 포함한다.
봄베(116) 및 마개(118)로 이루어진 샘플러(114)는 홀더(112)와 함께 용강(M) 내로 침적되어 용강 샘플링 하는데, 즉 용강 샘플을 얻기 위해 샘플러(114)를 용강(M) 내로 침적시키면 열린 상부가 마개(118)로 마감된 봄베(116)의 내부는 고온의 용강(M)에 의해 팽창하게 되고, 팽창하는 공기에 의해서 마개(118)는 봄베(116)에서 이탈된다. 이때 마개(118)가 이탈된 봄베(116)의 열린 상부를 통해 봄베(116) 내부로는 용강 샘플이 충진된다. 여기서 마개(118)는 용강 샘플 채취 시 봄베(116) 내부로 슬래그(S)가 유입되지 않게 하는 기능을 수행하며, 그리고 용강(M) 내에서 마개(118)가 이탈되어 용강 샘플이 내부로 유입되는 봄베(118)는 무게가 증가된다.
바람직하게는 홀더(112) 및 봄베(116)는 용강 샘플링 시 용강(M) 내부에 침적되기 때문에 용강(M)과 반응하여 용강(M)의 청정도를 악화시키지 않는 통상의 스틸(steel)로 제작되며, 샘플러(114)의 마개(118)는 용강(M)에 의해 용융되더라도 용강(M) 성분에 영향을 적게 주는 코르크(cork)로 제작된다.
이와 같이 형성된 프로브(110)에는 프로브(110)를 용강(M) 내부로 안내하거나 또는 용강(M) 내부로 침적된 프로브(110)를 용강(M) 외부로 안내하는 승강수단(120)이 연결된다.
승강수단(120)은 와이어로프(124)가 권취되는 와이어로프 드럼(122)과, 와이어로프 드럼(122)과 연결되고 와이어로프 드럼(122)을 회전시켜 와이어로프(124)를 감거나 또는 풀어내는 승강모터(128)를 포함한다.
와이어로프 드럼(122) 및 승강모터(128)는 도시된 바와 같이 래들(L)에 간섭되지 않게 래들(L)의 상부 측으로 연장되는 프레임(F) 상에 배치된다. 이때 와이어로프(124)는 일단 및 타단이 와이어로프 드럼(122)의 하부 측으로 연장되게 와이어로프 드럼(122)에 권취되는데, 이렇게 와이어로프 드럼(122)에 권취된 와이어로프(124)의 일단에는 프로브(110)의 홀더(112) 상단이 연결되고, 와이어로프(124)의 타단에는 무게추(126)가 연결된다. 여기서 무게추(126)는 프로브(110)와 반대방향으로 승강하는데, 이러한 무게추(126)는 프로브(110)를 상승시킬 때 하중을 감소시키는 역할을 수행한다.
즉 프로브(110)는 승강모터(128)의 작동에 의해 와이어로프 드럼(122)에 감기거나 또는 풀리는 와이어로프(124)에 의해 용강(M) 내부 및 용강(M) 외부로 안내된다.
한편, 감지수단(130)은 승강수단(120)에 의해 안내되는 프로브(110)의 무게를 감지하는 제 1 로드 셀(132) 및 제 2 로드 셀(134)을 포함한다.
제 1 로드 셀(132) 및 제 2 로드 셀(134)은 무게추(126)의 이동에 간섭되지 않게 무게추(126)에 인접한 프레임(F) 상에 배치된다. 그리고 제 1 로드 셀(132) 및 제 2 로드 셀(134)은 서로 간섭되지 않게 무게추(126)를 연결하는 와이어로프(124)에 접하도록 배치된다. 이렇게 배치되는 제 1 로드 셀(132)은 프로브(110)의 무게를 감지하여 프로브(110)가 용강(M) 내로 침적되는 시점을 감지하며, 제 2 로드 셀(134)은 마찬가지로 프로브(110)의 무게를 감지하여 용강 샘플링 종료 시점을 감지하는데, 제 1 로드 셀(132) 및 제 2 로드 셀(134)은 도 2에 도시된 제어부(C)와 통해 승강수단(120)의 승강모터(128)와 전기적으로 연결된다.
즉 용강을 샘플링하기 위해 승강모터(128)를 정회전 작동시키면, 프로브(110)는 래들(L) 내부로 안내되는데, 이때 프로브(110)의 샘플러(114)가 래들(L) 내부의 슬래그(S)에 접촉되면 철정압에 의한 부력이 발생하게 되는데, 이렇게 발생하는 부력을 제 1 로드 셀(132)이 감지하게 되고, 이로 인해 프로브(110), 즉 샘플러(114)의 의 침적 시점을 감지할 수 있게 된다. 그리고 계속되는 승강모터(128)의 작동에 의해 용강(M) 내부로 침적된 샘플러(114)의 봄베(116)에는 용강(M)이 충전되는데, 이렇게 봄베(116) 내부로 용강(M)이 충전되면 프로브(110)의 무게가 증가하게 되고, 이를 제 2 로드 셀(134)이 감지하여 제어부(C)에 신호를 보내면, 제어부(C)는 승강모터(128)를 역회전시켜 프로브(110)의 샘플러(114)를 용강(M)의 외부로 인출시킨다.
이렇게 용강(M)의 외부로 인출된 샘플러(114) 내부의 용강 샘플은 핀(pin) 형상으로 가공되어 용강(M)의 성분을 분석하게 된다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치(100)는, 용강 샘플링 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하며, 용강 샘플링 시 프로브(110)의 침적깊이 및 침적시간을 동일하게 유지할 수 있기 때문에, 작업자의 숙련도에 관계없이 일관성 있게 동일한 조건(침적시간, 침적깊이)에서 채취된 용강 샘플을 얻을 수 있다..
또한, 본 발명에 따른 용강 샘플링 장치(100)는, 프로브(110)의 무게를 감지하는 제 1 로드 셀(132) 및 제 2 로드 셀(134)을 가지는 감지수단(130)을 포함함으로써, 프리보드(Free Board; 래들 높이 중 용강과 슬래그가 존재하지 않고 비어있는 높이) 구간을 인지하지 못하더라도 프로브(110)의 침적시점을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 용강 샘플링 종료 시점을 감지할 수 있다.
상기와 같은 용강 샘플링 장치(100)는 위에서 설명된 실시 예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시 예들은 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100 : 용강 샘플링 장치 110 : 프로브
112 : 홀더 114 : 샘플러
116 : 봄베 118 : 마개
120 : 승강수단 122 : 와이어로프 드럼
124 : 와이어로프 126 : 무게추
128 : 승강모터 130 : 감지수단
132 : 제 1 로드 셀 134 : 제 2 로드 셀

Claims (5)

  1. 수직하게 연장된 홀더 및 상기 홀더의 연장단에 장착되어 용강을 샘플링 하는 샘플러를 가지는 프로브;
    상기 프로브의 상기 샘플러를 용강 내부 또는 외부로 안내하는 승강수단; 및
    상기 프로브의 무게 변화를 감지하여 상기 샘플러의 침적 시점 및 용강 샘플링 완료 시점을 감지하는 감지수단;을 포함하며,
    상기 감지수단은,
    용강 샘플링 시 상기 샘플러가 슬래그층에 접촉될 때 상기 프로브의 무게 변화를 감지하는 제 1 로드 셀; 및
    용강 내부로 침적되어 용강이 유입되는 상기 샘플러의 무게 변화를 감지하는 제 2 로드 셀;을 포함하며,
    상기 제 2 로드 셀은 제어부를 통해 상기 승강수단과 전기적으로 연결되고, 상기 프로브의 무게 변화 시 상기 승강수단을 작동시켜 상기 프로브를 용강에서 인출되게 하는 용강 샘플링 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 로드 셀 및 상기 제 2 로드 셀은,
    서로 간섭되지 않게 상기 승강수단의 와이어로프에 접하도록 배치되는 용강 샘플링 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    승강수단은,
    와이어로프가 권취되는 와이어로프 드럼; 및
    상기 와이어로프 드럼과 연결되고 상기 와이어로프 드럼을 회전시켜 와이어로프를 감거나 또는 풀어내는 승강모터;를 포함하며,
    상기 와이어로프의 일단에는 상기 홀더의 상단이 연결되고, 상기 와이어로프의 타단에는 무게추가 연결되는 용강 샘플링 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플러는,
    상기 홀더의 연장단에 장착되고 용강 샘플 채취 시 용강이 담겨질 수 있도록 상부가 열린 용기형상을 가지는 봄베; 및
    상기 봄베의 열린 상부에 끼워지며, 용강 침적 시 상기 봄베 내부로 용강 샘플이 유입되도록 이탈되는 마개;를 포함하는 용강 샘플링 장치.
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