KR101505275B1

KR101505275B1 - 고로 온도 측정 장치

Info

Publication number: KR101505275B1
Application number: KR1020130047859A
Authority: KR
Inventors: 강태우; 김기욱; 함은진
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2015-03-23
Also published as: KR20140129501A

Abstract

본 발명은 고로 온도 측정 장치에 관한 것으로, 금속선으로 이루어진 열전대(11)와, 상기 열전대(11)를 내장하여 보호하며 일측이 고로(61)에 형성한 측정홀(63)에 삽입되며 타측은 열전대 본체(41)와 연결되는 보호관(13)과, 상기 보호관(13)의 외주면에 설치되며, 상기 고로(61)의 외측에 고정되어 상기 보호관(13)을 지지하는 고정플랜지(15)와, 상기 보호관(13)에 설치되어 상기 보호관(13)과 상기 열전대(11) 사이에서 고로 가스의 누출이 방지되도록 밀봉작용을 하는 홀더부재(20)를 포함한다.
본 발명은 고로 가스의 누출을 방지할 수 있는 고로 온도 측정 장치를 제공하므로 고로 조업시 작업자의 생명 안전을 확보할 수 있는 이점이 있다.

Description

고로 온도 측정 장치{TEMPERATURE MEASURING DEVICE OF SHAFT FURNACE}

본 발명은 고로 온도 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로에 설치되어 고로 내부의 온도를 측정하는 고로 온도 측정 장치에 관한 것이다.

고로 조업은 고로의 상부로 장입된 철광석이 풍구를 통해 공급된 열풍에 의해 용융되어 용융물을 생성하게 되고, 노하부에 축적되어 있는 용용물이 출선구를 통해 연속적으로 배출되는 공정이다.

고로는 본체에 고로 온도 측정 장치가 장착된다. 고로 온도 측정 장치는 고로 내부의 온도를 노체 방향별로 측정하여 노 내부의 프로파일을 확인하기 위한 것이다.

본 발명과 관련된 기술은 국내등록특허공보 제10-0989592호(2010.10.25)"고로 조업중 교환이 가능한 온도계 취부장치"가 있다.

본 발명의 목적은 고로에 설치되어 고로 내부의 온도를 측정하며, 파손시 교체가 용이하고, 고로 내부의 가스 누출이 방지되는 구조를 갖는 고로 온도 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 금속선으로 이루어진 열전대와, 상기 열전대를 내장하여 보호하며 일측이 고로에 형성한 측정홀에 삽입되며 타측은 열전대 본체와 연결되는 보호관과, 상기 보호관의 외주면에 설치되며, 상기 고로의 외측에 고정되어 상기 보호관을 지지하는 고정플랜지와, 상기 보호관에 설치되어 상기 보호관을 통한 고로 가스의 누출이 방지되도록 밀봉작용을 하는 홀더부재를 포함한다.

상기 홀더부재는 상기 고로의 외측으로 노출되는 부분에 해당되는 상기 보호관의 적어도 한 곳 이상에 설치되고, 상기 열전대의 외주면에 일체로 결합되어 상기 보호관의 일부를 대체한다.

상기 홀더부재는 상기 보호관이 결합되는 결합공과 상기 결합공의 반대편에 다수의 절결홈에 의해 다수의 탄성편이 형성된 제1홀더와, 상기 탄성편이 삽입되도록 개구된 형상이고 내면에 상기 탄성편이 삽입되어 탄성 변형되는 결합부가 형성되며, 상기 결합부의 반대편에 상기 보호관이 결합되는 삽입공이 형성된 제2홀더를 포함한다.

상기 제1홀더와 상기 제2홀더는 상기 탄성편을 이격되게 감싸는 결합편과, 상기 결합부를 이격되게 감싸는 상대결합편이 나사결합되는 과정에서 상기 탄성편이 상기 결합부에 삽입되어 탄성 변형되고 상기 열전대의 외주면을 가압한다.

상기 탄성편은 선단으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 형성된다.

상기 결합부는 상기 탄성편의 선단이 삽입되어 탄성 변형되는 제1결합홈과, 상기 탄성편의 후단이 삽입되어 탄성 변형되는 제2결합홈을 포함한다.

본 발명의 고로 온도 측정 장치는 보호관에 열전대의 외주면을 가압하여 밀봉하는 홀더부재를 설치하여 보호관을 통한 고로 가스의 누출을 방지한다.

이는 헤드부에 고로 가스가 모이는 문제를 방지하여 열전대 교체시 작업자의 생명 안전을 확보할 수 있을 뿐 아니라 열전대의 교체도 용이하게 하는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 홀더부재에서 밀봉을 위해 열전대의 외주면을 가압하는 탄성편과 결합부를 가스켓 재질 또는 내열 고무로 채용하므로 열전대의 교체시 열전대의 삽입 및 위치 선정을 위한 열전대의 전후 이동이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고로 온도 측정 장치의 바람직한 실시예를 보인 단면도.
도 2는 도 1의 홀더 부재가 결합되는 모습을 보인 단면도.
도 3은 도 1의 홀더 부재를 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 고로 온도 측정 장치가 고로에 설치된 상태를 보인 단면도.
도 5는 고정플랜지와 열전대 사이에서 이격공간이 형성된 예를 보인 사진.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 고로 온도 측정 장치는, 고로에 설치되어 고로 내부의 온도를 측정하는 장치이다. 고로 온도 측정 장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 열전대(11), 보호관(13), 고정플랜지(15), 홀더부재(20)를 포함한다.

열전대(11)는 금속선으로 이루어진다. 열전대(11)는 금속선 선단에 열이 가해지면 반대편 끝단에서 온도에 따라 열기전력이 발생하고 그 열기전력의 크기로 용강 온도를 측정하게 된다.

열전대(11)를 이용한 고로 내부 온도 측정은 고로 내부를 통과하는 가스의 흐름을 알 수 있는 중요한 정보를 제공한다.

금속선은 백금을 사용하는 것이 바람직하다. 백금은 측정온도범위가 1500℃ 이상으로 안정성이 좋고 산화성 분위기에 강하며 열전도 오차도 작다.

보호관(13)은 열전대(11)를 내장하여 보호하기 위한 것이다. 열전대(11)는 고온 안정성이 우수하나 고온의 환원성분위기 즉, 일산화탄소(CO), 수소(H₂) 등에 취약하다. 보호관(13)은 화학적 안정성과 내열충격성이 우수한 알루미나(Al₂O₃) 재질, Zr-C 재질, 마그네시아 재질 중 어느 하나의 내화물을 사용하는 것이 바람직하다.

보호관(13)은 일측이 고로(61)에 형성한 측정홀(63)에 삽입되며, 타측은 열전대 본체(41)와 연결된다. 실질적으로 측정홀(63)은 고로(61)의 철피, 내화물을 관통하여 형성된 것이다.

보호관(13)은 일측이 고로(61)에 형성한 측정홀(63)에 삽입되고 단부가 고로(61)의 내부로 노출되어 고로(61) 내부의 온도를 측정할 수 있도록 된다.

열전대 본체(41)는 열전대(11)의 타측을 고정하기 위한 것이며, 열전대 본체(41)는 헤드부(43)에 고정된다. 헤드부(43)는 일측면에 길이방향으로 삽입홀(45)이 관통 형성되고, 삽입홀(45)에 열전대 본체(41)가 설치된다. 또한, 삽입홀(45)에는 보호관(13)이 결합되어 열전대(11)와 외부와의 기밀성이 유지되도록 한다.

헤드부(43)에는 열전대(11)와 외부전선과의 연결을 위한 연결관(47) 및 열전대(11)의 교체를 위한 개폐부(49)가 구비된다. 개폐부(49)는 개폐커버(51)에 의해 밀폐되며 열전대(11)의 교체시에만 개폐한다.

열전대(11)의 파손시에는 고로 내부 온도 측정이 불가능하여 광석의 녹는 상태와 내화물의 온도를 알 수 없기 때문에 용선을 생산하는데 악영향이 있다. 따라서 열전대(11) 파손시에는 곧바로 새것으로 교체해 주어야 한다.

그런데, 열전대(11) 교체를 위해 고로(61) 내에 삽입되는 보호관(13)을 고로 가동 중에 측정홀(63)로부터 분리하면 폭발 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 열전대(11)의 고장시 열전대(11)만 교체 가능하도록 헤드부(43)에 개폐커버(51)가 구비되는 것이다.

고정플랜지(15)는 보호관(13)의 외주면에 일체로 설치되고, 고로(61)의 외측에 고정되어 보호관(13)을 지지한다. 실질적으로, 고정플랜지(15)는 고로(61)의 외측에 설치된 결합플랜지(53)에 고정되어 보호관(13)을 지지한다. 고정플랜지(15)는 납작한 원반형태이며, 외면을 둘러서는 하나 이상의 체결홀(17)이 형성된다.

결합플랜지(53)는 고로 온도 측정 장치의 고로 설치를 용이하게 하기 위한 것이다. 결합플랜지(53)는 후단이 고로(61)의 측정홀(63)의 가장자리에 용접 등에 의해 고정되고, 선단이 고정플랜지(15)에 대응되는 형상으로 형성된다. 결합플랜지는 고로의 측정홀(63)과 연통되는 연통홀(54)이 형성된다. 결합플랜지(53)는 후단에 시일부재(미도시)를 구비하여 결합플랜지(53) 후단과 고로(61) 측정홀(63)의 가장자리와 기밀성이 유지되도록 한다.

시일부재는 기밀성이 우수한 오링("O" ring)이 사용되는 것이 바람직하다.

결합플랜지(53)는 고정플랜지(15)의 체결홀(17)에 대응되는 위치에 볼트홀(55)이 형성된다. 고정플랜지(15)는 결합플랜지(53)에 체결부재(57)에 의해 고정된다. 체결부재(57)는 볼트와 너트인 것이 바람직하다.

체결부재(57)는 고정플랜지(15)의 체결홀(17), 결합플랜지(53)의 볼트홀(55)에 체결되어 고정플랜지(15)를 결합플랜지(53)에 밀착되게 고정시킨다. 이때, 고정플랜지(15)와 결합플랜지(53)의 사이에는 시일부재(59)를 삽입하여 고정플랜지(15)와 결합플랜지(53) 사이의 기밀성이 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

홀더부재(20)는 보호관(13)에 설치되어 보호관(13)과 열전대(11) 사이에서 고로 가스의 누출이 방지되도록 밀봉작용을 한다.

고로 조업시 고로 내부로 고온의 송풍이 불어오면 노체에 진동이 발생하게 된다. 고로(61)에 고로 온도 측정 장치가 설치된 상태에서 노체에 진동이 발생하면 시간이 지남에 따라 도 1의 A부분에서 이격이 발생하고 이 부분을 통해 고로 가스가 누설되기 쉽다. 도 1의 A부분에서 이격이 발생된 예가 도 4에 도시되어 있다.

도 1의 A부분을 통해 누설된 고로 가스는 보호관(13)을 통해 헤드부(43)에 모이게 된다. 헤드부(43)에 모인 고로 가스는 열전대(11)의 교체를 위해 개폐커버(51)를 여는 과정에서 대기로 배출되므로 작업자가 가스중독에 의한 안전사고가 발생할 수 있고 작업부하가 가중될 수 있다.

특히, 고로 가스는 일산화탄소가 다량 포함되므로 사람이 일정량 흡입시 중독되거나 질식하여 목숨을 잃을 수 있으므로 보호관(13)을 통한 고로 가스의 누설을 방지하는 것이 중요하다.

따라서, 홀더부재(20)를 보호관(13)에 설치하여 도 1의 A부분에 이격이 발생하더라도 보호관(13)을 통해 고로 가스가 누출되는 것을 방지하다.

홀더부재(20)는 고로(61)의 외측으로 노출되는 부분에 해당되는 보호관(13)의 적어도 한 곳 이상에 설치되고, 열전대(11)의 외주면에 일체로 결합되어 보호관(13)의 일부를 대체한다.

홀더부재(20)는 보호관(13)이 결합되는 결합공(23)과 결합공(23)의 반대편에 다수의 절결홈(27)에 의해 다수의 탄성편(25)이 형성되는 제1홀더(21)와, 탄성편(25)이 삽입되도록 개구된 형상이고 내면에 탄성편(25)이 삽입되어 탄성 변형되는 결합부(33)가 형성되며, 결합부(33)의 반대편에 보호관(13)이 결합되는 삽입공(35)이 형성된 제2홀더(31)를 포함한다.

제1홀더(21)는 탄성편(25)을 이격되게 감싸고 외주면에 나사산(29a)이 형성된 결합편(29)을 더 구비하고, 제2홀더(31)는 결합부(33)를 이격되게 감싸고 내주면에 나사산(37a)이 형성된 상대결합편(37)을 더 구비한다.

그리고, 제1홀더(21)와 제2홀더(31)는 결합편(29)과, 상대결합편(37)이 나사결합되는 과정에서 탄성편(25)이 결합부(33)에 삽입되어 탄성 변형되면서 열전대(11)의 외주면을 가압하게 된다.

즉, 제1홀더(21)의 탄성편(25)이 제2홀더(31)의 결합부(33)에 삽입되어 탄성 변형됨에 의해 탄성편(25)이 열전대(11)의 외주면을 가압하여 밀봉하게 되고 보호관(13)을 통한 가스 누출이 방지되게 된다.

결합편(29)의 내측에서 돌출되게 형성된 탄성편(25)은 선단으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 형성됨이 바람직하다. 결합부(33)는 탄성편(25)의 선단이 삽입되어 탄성 변형되는 제1결합홈(33a)과, 탄성편(25)의 후단이 삽입되어 탄성 변형되는 제2결합홈(33b)을 포함하되, 제2결합홈(33b)은 제1결합홈(33a)에 비해 내경이 큰 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해, 탄성편(25)의 선단이 제1결합홈(33a)에 의해 가압되고, 탄성편(25)의 후단이 제2결합홈(33b)에 의해 가압되어 열전대(11)의 외주면을 가압하게 되는 것이다.

탄성편(25) 및 결합부(33)는 내열 고무나 가스켓 재질로 형성될 수 있다.

노체의 외부로 위치되는 열전대 부분의 온도는 100~200℃ 정도로 많이 높지 않다. 따라서, 100~200℃ 온도 범위에서 견디는 내열 고무나 가스켓 재질로 탄성편(25) 및 결합부(33)를 형성하면 기밀성이 우수하고 열전대(11)의 삽입 및 위치 선정이 자유로워 열전대(11)를 장입물 위치에 따라 자유롭게 전후로 이동하기 용이하다.

한편, 제1홀더(21)와 보호관(13)의 연결은 제1홀더(21)의 결합공(23)에 보호관(13)의 일부를 압입식으로 삽입하고, 결합공(23)에 삽입된 보호관(13)의 외주면을 제1홀더(21)와 용접하거나 심실링 방식을 이용하여 기밀성이 유지되게 고정할 수 있다.

또한, 제1홀더(21)와 보호관(13)의 연결은 제2홀더(31)의 삽입공(35)에 보호관(13)의 일부를 압입식으로 삽입하고, 삽입공(35)에 삽입된 보호관(13)의 외주면을 제2홀더(31)와 용접하거나 심실링 방식을 통해 기밀성이 유지되게 고정할 수 있다.

또한, 홀더부재는 제1홀더(21)에 보호관(13)이 일체로 연결되게 하거나, 제2홀더(31)에 보호관(13)이 일체로 연결되게 제작할 수도 있다. 이 경우 제1홀더(21)와 제2홀더(31)를 결합하면 양측 보호관(13) 사이의 기밀성이 홀더부재(20)에 의해 유지된다.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

고로 온도 측정 장치를 고로에 설치하고, 열전대를 교체하는 방법, 보호관의 밀봉이 유지되는 원리에 대해 설명한다.

고로 온도 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 형태로 제작된다. 열전대(11)의 외면을 보호관(13)이 감싸고 있으며, 고정플랜지(15)와 헤드부(43) 사이에 위치되는 보호관(13)의 일부는 홀더부재(20)가 대체하고 있다.

이때, 보호관(13)과 홀더부재(20)는 압입식으로 끼워진 후 외주면을 용접이나 심실링 방식으로 고정할 수도 있고, 보호관(13)과 홀더부재(20)를 일체로 제작하여 보호관(13)과 홀더부재(20) 사이의 결합이 견고하게 이루어지도록 할 수 있다.

도 1과 같은 형태로 제작된 고로 온도 측정 장치를 고로(61)의 외면에 설치된 결합플랜지(53)에 고정하여 설치하면 된다.

그 과정은 고정플랜지(15)에 돌출되게 구비된 보호관(13)을 결합플랜지(53)의 연통홀(54)로 삽입하여 보호관(13)의 단부가 측정홀(63)을 통해 고로(61) 내부로 노출되게 한다. 다음으로, 고정플랜지(15)의 체결홀(17)과 결합플랜지(53)의 볼트홀(55)이 일치되게 하고, 체결홀(17)과 볼트홀(55)에 체결부재(57)를 결합하여 고정플랜지(15)를 결합플랜지(53)에 고정시킨다.

그러면, 고로 온도 측정 장치가 고로(61)에 설치되고 고로 내부의 온도를 측정할 수 있게 된다. 고로 온도를 측정하는 과정에서, 도 1의 A부위에 이격이 발생하여 고로 가스가 누출되어도 보호관(13)과 보호관(13) 사이에 설치된 홀더부재(20)가 밀봉작용을 하므로 보호관(13)을 통한 고로 가스의 누출이 방지된다.

특히, 본 실시예의 경우 홀더부재(20)가 보호관의 2곳에 설치되므로 밀봉 효과가 더욱 크다.

또한, 열전대(11)가 파손되어 고로 내부의 온도 측정이 어려운 경우에는, 헤드부(43)의 개폐커버(51)를 열고 열전대(11)를 당겨 인출한 후, 새로운 열전대(11)를 보호관으로 삽입하면 된다. 이 과정에서 열전대(11)의 외주면을 가압하게 되는 홀더부재(20)의 탄성편(25)과 결합부(33)가 내열 고무나 가스켓 재질로 될 경우 열전대(11)의 삽입이 용이하고 열전대(11)를 장입물 위치에 따라 전 후로 이동시키기 용이하다.

상술한 바와 같이, 홀더부재가 보호관의 기밀성을 유지하므로 보호관을 통한 고로 가스의 유출이 방지되면서도 열전대의 교체도 용이하게 된다.

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.

11: 열전대 13: 보호관
15: 고정플랜지 17: 체결홀
20: 홀더부재 21: 제1홀더
23: 결합공 25: 탄성편
27: 절결홈 29: 결합편
29a:나사산 31: 제2홀더
33: 결합부 33a: 제1결합홈
33b: 제2결합홈 35: 삽입공
37: 상대결합편 37a:나사산
41: 열전대 본체 43: 헤드부
45: 삽입홀 47: 연결관
49: 개폐부 51: 개폐커버
53: 결합플랜지 55: 볼트홀
57: 체결부재 59: 시일부재
61: 고로 63: 측정홀

Claims

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금속선으로 이루어진 열전대;
상기 열전대를 내장하여 보호하며 일측이 고로에 형성한 측정홀에 삽입되며 타측은 열전대 본체와 연결되는 보호관;
상기 보호관의 외주면에 설치되며, 상기 고로의 외측에 고정되어 상기 보호관을 지지하는 고정플랜지;
상기 보호관에 설치되어 상기 보호관을 통한 고로 가스의 누출이 방지되도록 밀봉작용을 하는 홀더부재를 포함하며,
상기 홀더부재는
상기 고로의 외측으로 노출되는 부분에 해당되는 상기 보호관의 적어도 한 곳 이상에 설치되고, 상기 열전대의 외주면에 일체로 결합되어 상기 보호관의 일부를 대체하며,
상기 홀더부재는
상기 보호관이 결합되는 결합공과 상기 결합공의 반대편에 다수의 절결홈에 의해 다수의 탄성편이 형성된 제1홀더와,
상기 탄성편이 삽입되도록 개구된 형상이고 내면에 상기 탄성편이 삽입되어 탄성 변형되는 결합부가 형성되며, 상기 결합부의 반대편에 상기 보호관이 결합되는 삽입공이 형성된 제2홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 온도 측정장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제1홀더와 상기 제2홀더는
상기 탄성편을 이격되게 감싸는 결합편과,
상기 결합부를 이격되게 감싸는 상대결합편이 나사결합되는 과정에서 상기 탄성편이 상기 결합부에 삽입되어 탄성 변형되고 상기 열전대의 외주면을 가압하는 것을 특징으로 하는 고로 온도 측정장치.
청구항 3에 있어서,
상기 탄성편은 선단으로 갈수록 외경이 작아지도록 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 고로 온도 측정장치.
청구항 5에 있어서,
상기 결합부는
상기 탄성편의 선단이 삽입되어 탄성 변형되는 제1결합홈과,
상기 탄성편의 후단이 삽입되어 탄성 변형되는 제2결합홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 온도 측정장치.