KR101586389B1 - 두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법으로서, 특히 몰드 내에 수강된 용강상의 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는, 하위층, 중간층, 상위층으로 이루어진 유체물이 수용된 용기의 내부의 상측 방향 또는 하측 방향으로 온도계를 미리 설정한 이동 속도로서 이동시키는 과정; 상기 온도계의 상측 방향 또는 하측 방향 이동에 의해서 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 첫 번째 구간인 제1변화 구간을 파악하는 과정; 상기 제1구간이 종료된 후 상기 온도 변화 기울기가 상기 임계 기울기보다 큰 두 번째 구간인 제2변화 구간을 파악하는 과정; 상기 이동 속도와, 상기 제1변화 구간과 상기 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출하는 두께 산출 과정;을 포함할 수 있다.

Description

두께 측정 장치 및 방법{Apparatus for measuring thickness and method for measuring the same}
본 발명은 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법으로서, 특히 몰드 내에 수강된 용강상의 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
강의 연속주조시 몰드에 수용된 용강 위에 주입되는 용융 몰드 플럭스의 두께 제어는 주조 조업성과 생산되는 주편(slab)의 품질에 매우 중요한 역할을 한다. 연속 주조시에 용융 몰드 플럭스의 두께를 얇게 가져가면 용융 몰드 플럭스 혼입에 따른 주편 터짐(breakout)이 발생하고, 너무 두껍게 가져가면 소모량이 줄어들게 되어 조업이 불안해지는 문제가 있다. 이러한 용융 몰드 플럭스는 용강 위에 일정한 두께로 주입되지만, 주입된 용융 몰드 플럭스 위에는 카본 파우더가 일정하지 않은 두께로 뿌려진다. 상위층에 뿌려진 카본 파우더로 인해 중간층에 존재하는 주입된 용융 몰드 플럭스를 육안으로 관찰할 수 없으며, 또한 그 두께 측정은 매우 힘들다.
기존에 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하기 위하여 사용되는 방법으로 레이저-카메라를 이용하는 레이저 삼각측정 방법이 사용되고 있다. 이는 비접촉식 방법으로 측정하고자 하는 층의 교란을 일으키지 않는다는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 상위층에 뿌려진 카본블랙 파우더의 두께가 항상 일정하고 또 일정하게 소모된다는 가정을 전제로 하고 있다. 용융 몰드 플럭스와 용강의 높은 온도(1200℃~1500℃)에 의해 뿌려진 카본 파우더는 연소 및 고화가 일어나 심한 흩날림이 발생하고, 흩날리는 파우더에 의해 조사되는 레이저는 교란되어 측정 이상치가 자주 발생시킨다. 몰드내 측면에서 성장하는 이물질에 의해 삼각측정법의 정확도가 현격히 떨어질 수도 있다. 또한 몰드내 화염 발생 및 외부 조명의 변화에 레이저-카메라 시스템이 능동적으로 감응되어야 하나 현실적인 시스템에서는 자동 변화를 쉽게 구현하기 힘들다.
한국공개특허 10-2013-0053183
본 발명의 기술적 과제는 몰드 내에 수용된 중간층의 두께를 측정하는데 있다. 또한 몰드 내에 수용된 중간층인 용융 몰드 플럭스의 두께를 정확하게 측정하는 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 온도를 측정하는 온도계; 하위층, 중간층, 상위층으로 이루어진 유체물이 수용된 용기의 내부의 상측 방향 또는 하측 방향으로 상기 온도계를 이동시키는 온도계 이동수단; 및 상기 온도계의 상측 방향 또는 하측 방향의 이동에 의해서 측정되는 온도 변화 기울기를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출하는 두께 산출부;를 포함할 수 있다.
상기 유체물은, 상기 용기의 바닥부터 액체 상태의 하위층, 액체 상태의 중간층, 고체 파우더인 상위층이 차례로 배치될 수 있다.
상기 용기는 몰드이며, 상기 하위층은 용기에 수용된 용강, 상기 중간층은 윤활재 기능을 하는 용융 몰드 플럭스, 상기 상위층은 보온재 기능을 하는 카본 파우더임을 특징으로 할 수 있다.
상기 두께 산출부는, 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 구간이 이격되어 차례로 나타나는 경우, 상기 임계 기울기보다 큰 첫 번째 구간을 제1변화 구간, 상기 임계 기울기보다 큰 두 번째 구간을 제2변화 구간으로 결정할 수 있다.
상기 두께 산출부는, 상기 제1변화 구간과 제2변화 구간 사이의 시간차와, 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는, 하위층, 중간층, 상위층으로 이루어진 유체물이 수용된 용기의 내부의 상측 방향 또는 하측 방향으로 온도계를 미리 설정한 이동 속도로서 이동시키는 과정; 상기 온도계의 상측 방향 또는 하측 방향 이동에 의해서 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 첫 번째 구간인 제1변화 구간을 파악하는 과정; 상기 제1구간이 종료된 후 상기 온도 변화 기울기가 상기 임계 기울기보다 큰 두 번째 구간인 제2변화 구간을 파악하는 과정; 상기 이동 속도와, 상기 제1변화 구간과 상기 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출하는 두께 산출 과정;을 포함할 수 있다.
상기 온도계에서 측정되는 온도가 상기 상위층, 중간층, 하위층의 각 층의 온도와 열적 평형 상태를 유지하도록 상기 이동 속도가 결정될 할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 제1변화 구간의 시작 시점을 제1변화점으로 결정하며, 상기 제2변화 구간의 시작 시점을 제2변화점으로 결정하며, 상기 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 제1변화 구간의 종료 시점을 제1변화점으로 결정하며, 상기 제2변화 구간의 종료 시점을 제2변화점으로 결정하며, 상기 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 제1변화 구간의 중간 시점을 제1변화점으로 결정하며, 상기 제2변화 구간의 중간 시점을 제2변화점으로 결정하며, 상기 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, (1) 시간차(ΔT) = 제2변화점 - 제1변화점, (2) 중간층 두께(TS) = 온도계의 이동 속도(V) × 시간차(ΔT)에 의해 산출할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 온도계가 상위층에서 하위층으로 하강할 때의 하강 이동 속도와, 온도계가 하강할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 온도계가 하위층에서 상위층으로 상승할 때의 상승 이동 속도와, 온도계가 상승할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 온도계가 상위층에서 하위층으로 하강할 때의 하강 이동 속도와, 상기 온도계가 하강할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 제1측정 두께로 산출하는 하강 측정 과정; 상기 온도계가 하위층에서 상위층으로 상승할 때의 상승 이동 속도와, 상기 온도계가 상승할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 제2측정 두께로 산출하는 상승 측정 과정; 및 상기 제1측정 두께 및 제2측정 두께의 평균값을 중간층의 두께로 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 두께 산출 과정은, 상기 하강 측정 과정 및 상승 측정 과정을 두 번 이상 반복하여, 산출한 복수개의 제1측정 두께와 제2측정 두께의 평균값을 중간층의 두께로 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 열전대를 몰드 내에서 상하로 이동시켜 온도를 측정함으로써, 몰드 내에 수용된 중간층의 두께를 측정할 수 있다. 또한 각 층의 경계에서 발생되는 기울기 온도 변화를 파악함으로써, 중간층의 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 또한 몰드 내에 수용된 용융 몰드 플럭스의 두께를 정확하고 용이하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 몰드에 수용된 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 장치가 열전대를 하측으로 이동하며 온도를 측정하는 모습을 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 열전대의 하측 이동에 따른 측정 온도 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 장치가 열전대를 상측으로 이동하며 온도를 측정하는 모습을 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 열전대의 상측 이동에 따른 측정 온도 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 몰드에 수용된 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 과정을 도시한 플로차트.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 몰드에 수용된 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 장치의 개념도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 장치가 열전대를 하측으로 이동하며 온도를 측정하는 모습을 도시한 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 열전대의 하측 이동에 따른 측정 온도 그래프이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 용융 몰드 플럭스의 두께 측정 장치가 열전대를 상측으로 이동하며 온도를 측정하는 모습을 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 열전대의 상측 이동에 따른 측정 온도 그래프이다.
이하에서 몰드 내의 상위층, 중간층, 하위층 물질의 온도를 측정하는 온도계의 예로서 열전대를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예를 구현하기 위하여 열전대뿐만 아니라 온도를 측정할 수 있는 다양한 온도계가 사용될 수 있음은 자명할 것이다.
열전대(200)(thermo couple, 熱電對)는 2종의 금속선의 접합점을 가열시킬 때 발생하는 열기전력을 이용하여 온도를 측정하는 온도 센서이다. 열전대(200)는 유체물이 수용된 용기(예컨대, 용강이 수용된 몰드(100))의 내부의 상하 방향으로 이동하며 온도를 측정할 수 있다. 참고로 본 발명의 실시예에서 용기는 용강이 담기는 몰드(100)(mould)를 예로 들어 설명한다. 턴디쉬(미도시)내에 저장된 용강은 원통형 내화 벽돌로 된 침지 노즐을 통하여 몰드(100)로 공급된 다음, 장변 및 단변으로 이루어진 몰드(100)의 내부 공간을 통과하면서 몰드(100)의 단면과 동일한 단면상을 갖는 주편(slab)이 연속적으로 주조될 수 있다.
열전대(200)의 지름은 10~15mm인 것이 바람직하다. 열전대(200)가 지나치게 크면 유체물(10,20,30) 내부로 진행되는 진행성이 나빠지며, 열전대(200)가 지나치게 작으면 침식이 빨리 이루어져 수명이 짧아지기 때문이다.
온도계 이동수단(300)은, 유체물이 수용된 용기(예컨대, 용강이 수용된 몰드)의 내부의 상하 방향으로 열전대(200)를 상하로 이동시키는 이동수단이다. 온도계 이동수단(300)은, 스텝 모터 등의 이동수단으로 구현되어 연결된 열전대(200)를 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시킨다. 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동하는 속도(이하, '이동 속도'라 함)는, 열전대(200)에서 측정되는 온도가 상기 상위층(30), 중간층(20), 하위층(10)의 각 층의 온도와 각각 열적 평형 상태를 유지하도록 하는 속도로서 이동되도록 한다. 열전대(200)가 용융 몰드 플럭스의 중간층(20)을 빠르게 통과하여 지나가게 되면, 열전대(200)와 용융 몰드 플럭스의 중간층(20)이 열적 평형 상태를 이루지 못하여 용융 몰드 플럭스가 위치한 중간층(20)의 정확한 온도를 측정할 수 없기 때문이다.
한편, 몰드(100)의 바닥에 존재하는 하위층(10)에는 용강이 액체 상태로 존재하며, 하위층(10)의 용강 위에는 중간층(20)인 용융 몰드 플럭스가 액체 상태로 존재하며, 중간층(20)인 용융 몰드 플럭스 위에는 상위층(30)인 카본 파우더가 고체 파우더 형태로 존재한다. 몰드(100) 내의 중간층(20)에 존재하는 용융 몰드 플럭스는 연속 주조가 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 윤활재 역할을 하며, 상위층(30)에 존재하는 카본 파우더는 몰드(100)의 탕면 온도를 유지하는 보온재 역할을 한다. 연속 주조시에 용융 몰드 플럭스의 두께를 얇게 가져가면 용융 몰드 플럭스 혼입에 따른 주편 터짐(breakout)이 발생하고, 너무 두껍게 가져가면 소모량이 줄어들게 되어 조업이 불안해지는 문제가 있다. 다라서 용융 몰드 플럭스의 두께를 설정된 두께로서 일정하게 유지하여야 한다. 본 발명의 실시예는 용강이 수용된 몰드(100) 내에서 열전대(200)를 상하로 이동시켜 온도를 측정하여 용융 몰드 플럭스의 두께를 산출한다.
두께 산출부(400)는 열전대(200)를 용강이 수용된 몰드(100) 내에서 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시켜가며 온도를 측정하여, 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동에 따른 측정되는 온도 변화 기울기를 이용하여 용융 몰드 플럭스의 두께를 산출한다.
열전대(200)가 몰드(100) 내에서 하측 방향으로 이동하는 모습을 도시한 도 2를 참조하면, 도 2(a)에 도시한 바와 같이 대기 상태의 열전대(200)는 몰드(100) 내에서 하측으로 이동하여 도 2(b)에 도시한 바와 같이 상위층(30)인 카본 파우더에 도달한다. 그 후 열전대(200)를 계속적으로 하강시키면 도 2(c)에 도시한 바와 같이 중간층(20)인 용융 몰드 플럭스에 도달하며, 더 하강시키면 도 2(d)에 도시한 바와 같이 하위층(10)인 용강에 도달하게 된다. 따라서 도 2와 같이 열전대(200)를 몰드(100) 내에서 하측으로 이동시키면 상위층(30), 중간층(20), 하위층(10)을 차례로 거치면서 각 층의 물질 온도 차이로 인하여 도 3과 같은 온도 그래프가 측정될 수 있다.
마찬가지로, 열전대(200)가 몰드(100) 내에서 상측 방향으로 이동하는 모습을 도시한 도 4를 참조하면, 도 4(a)에 도시한 바와 같이 몰드(100)의 하위층(10)에 위치한 열전대(200)는 몰드(100) 내에서 상측으로 이동하여 도 4(b)에 도시한 바와 같이 중간층(20)인 용융 몰드 플럭스에 도달한다. 그 후 열전대(200)를 계속적으로 상승시키면 도 4(c)에 도시한 바와 같이 상위층(30)인 카본 파우더에 도달하며, 더 상승시키면 도 4(d)에 도시한 바와 같이 몰드(100) 내부를 벗어나 대기 상태에 도달하게 된다. 따라서 도 4와 같이 열전대(200)를 몰드(100) 내에서 상측으로 이동시키면 하위층(10), 중간층(20), 상위층(30)을 차례로 거치면서 각 층의 물질 온도 차이로 인하여 도 5와 같은 온도 그래프가 측정될 수 있다.
한편, 열전대(200)는 대기 상태에서 일정한 이동 속도로서 카본 파우더의 상위층(30), 용융 몰드 플럭스의 중간층(20)을 지나 용강이 존재하는 하위층(10)으로 들어갈 수 있다. 이때, 열전대(200)의 움직임을 구간별로 나누어 보면 도2(a)의 대기 상태, 도 2(b)의 카본 파우더의 상위층(30), 도 2(c)의 용융 몰드 플럭스의 중간층(20), 도 2(d)의 용강의 하위층(10)으로 구분된다. 각각의 층을 지나면서 층 내에서는 온도가 서서히 증가하지만, 각 층의 경계에서는 온도의 기울기가 급변하게 된다. 따라서 열전대(200)가 하측 방향 또는 상측 방향으로 이동하며 각 층의 경계 구간을 통과할 때, 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 구간이 이격되어 차례로 나타남을 알 수 있다. 예를 들어, 열전대(200)가 하측 방향으로 이동할 때의 온도 그래프인 도 3을 참조하면, 상위층(30)과 중간층(20)의 경계를 열전대(200)가 통과할 때 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 첫 번째 변화 구간이 나타남을 알 수 있다. 그 후, 중간층(20)을 통과한 후 중간층(20)과 하위층(10)의 경계를 열전대(200)가 통과할 때 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 두 번째 변화 구간이 나타남을 알 수 있다.
마찬가지로 열전대(200)가 상측 방향으로 이동할 때의 온도 그래프인 도 5를 참조하면, 하위층(10)과 중간층(20)의 경계를 열전대(200)가 통과할 때 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 첫 번째 변화 구간이 나타남을 알 수 있다. 그 후, 중간층(20)을 통과한 후 중간층(20)과 상위층(30)의 경계를 열전대(200)가 통과할 때 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 두 번째 변화 구간이 나타남을 알 수 있다.
이하에서는, 열전대(200)가 하측 방향 또는 상측 방향으로 이동할 때, 온도 변화 기울기가 임계 기울기보다 큰 첫 번째 변화 구간을 제1변화 구간이라 하며, 두번째 변화 구간을 제2변화 구간이라 한다. 따라서 열전대(200)가 하측 방향으로 하강할 때는 도 3에 도시한 바와 같이 A 구간이 제1변화 구간에 해당되며 B 구간이 제2변화 구간에 해당된다. 또한 열전대(200)가 상측 방향으로 상승할 때는 도 5에 도시한 바와 같이 C 구간이 제1변화 구간에 해당되며 D 구간이 제2변화 구간에 해당된다.
두께 산출부(400)는 제1변화 구간과 제2변화 구간 사이의 시간차와, 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출한다. 도 3과 같이 열전대(200)가 하측으로 하강하며 온도를 측정한 경우, 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차(ΔT)를 구한 후, 시간차(ΔT)에 열전대(200)의 이동 속도(v)를 곱함으로써 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
상기에서 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차(ΔT)는 변화 구간의 중간 시점간의 차이, 변화 구간의 시작 시점간의 차이, 변화 구간의 종료 시점간의 차이를 각각 비교하여 구할 수 있다.
예를 들어, 열전대(200)가 하강할 때 변화 구간의 중간 시점간의 차이를 이용하는 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 제1변화 구간의 중간 시점을 제1변화점(t1)으로 결정하며, 제2변화 구간의 중간 시점을 제2변화점(t2)으로 결정하며, 이러한 제1변화점(t1)과 및 제2변화점(t2)간의 시간차와 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다. 또한 열전대(200)가 하강할 때 변화 구간의 중간 시점간의 차이를 이용하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 제1변화 구간의 중간 시점을 제1변화점(t3)으로 결정하며, 제2변화 구간의 중간 시점을 제2변화점(t4)으로 결정하며, 이러한 제1변화점(t3)과 및 제2변화점(t4)간의 시간차와 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이밖에 변화 구간의 시작 시점간의 차이를 이용하는 경우, 제1변화 구간의 시작 시점을 제1변화점으로 결정하며, 제2변화 구간의 시작 시점을 제2변화점으로 결정하며, 이러한 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와, 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이밖에 변화 구간의 종료 시점간의 차이를 이용하는 경우, 제1변화 구간의 종료 시점을 제1변화점으로 결정하며, 제2변화 구간의 종료 시점을 제2변화점으로 결정하며, 이러한 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와, 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
결국, 하기에 기재한 [식 1] 및 [식 2]를 이용하여 중간층 두께(TS)를 산출할 수 있다.
[식 1] 시간차(ΔT) = 제2변화점 - 제1변화점
[식 2] 중간층 두께(TS) = 열전대(200)의 이동 속도(V) × 시간차(ΔT)
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 몰드에 수용된 용융 몰드 플럭스의 두께를 측정하는 과정을 도시한 플로차트이다.
하위층(10), 중간층(20), 상위층(30)으로 이루어진 유체물이 수용된 용기, 예컨대, 용강이 수용된 몰드(100)의 내부의 상측 방향 또는 하측 방향으로 온도를 측정하는 열전대(200)를 미리 설정한 이동 속도로서 이동시키는 과정을 가진다(S610). 이때, 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동하는 속도(이동 속도)는, 열전대(200)에서 측정되는 온도가 상위층(30), 중간층(20), 하위층(10)의 각 층의 온도와 각각 열적 평형 상태를 유지하도록 하는 속도로서 이동되도록 한다. 열전대(200)가 용융 몰드 플럭스의 중간층(20)을 빠르게 통과하여 지나가게 되면, 열전대(200)와 용융 몰드 플럭스가 열적 평형 상태를 이루지 못하여 용융 몰드 플럭스의 정확한 온도를 측정할 수 없기 때문이다.
몰드(100)의 바닥인 하위층(10)에는 용강이 액체 상태로 존재하며, 하위층(10)의 용강 위에는 중간층(20)인 용융 몰드 플럭스가 액체 상태로 존재하며, 중간층(20)인 용융 몰드 플럭스 위에는 상위층(30)인 카본 파우더가 고체 파우더 형태로 존재한다. 따라서 열전대(200)를 몰드(100) 내에서 상위층(30)->중간층(20)->하위층(10)으로 차례로 하강 이동시키는 경우에는 도 3과 같은 온도 그래프의 형태로 측정될 수 있다. 반대로 열전대(200)를 몰드(100) 내에서 하위층(10)->중간층(20)->상위층(30)으로 차례로 상승 이동시키는 경우에는 도 5와 같은 온도 그래프의 형태로 측정될 수 있다.
도 3 또는 도 5의 온도 그래프에서, 열전대(200)의 상측 방향 또는 하측 방향의 이동에 의해서 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 첫 번째 구간인 제1변화 구간을 파악한다(S620). 그 후, 온도 변화 기울기가 임계 기울기보다 큰 두 번째 구간인 제2변화 구간을 파악한다(S630). 즉, 열전대(200)의 하강 또는 상승에 따라서 층간의 경계를 지나게 되어, 상위층(30)과 중간층(20) 간에 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 구간이 나타나며, 중간층(20)과 하위층(10) 간에 온도 변화 기울기가 임계 기울기보다 큰 구간이 차례로 나타난다. 이와 같이 이격되어 나타나는 제1변화 구간과 제2변화 구간을 파악하는 것이다.
그 후, 이동 속도와, 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 몰드(100)에 수용된 용융 몰드 플럭스로 된 중간층(20)의 두께를 산출한다(S640).
도 3과 같이 열전대(200)가 하측으로 하강하며 온도를 측정한 경우, 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차(ΔT)를 구한 후, 시간차(ΔT)에 열전대(200)의 이동 속도(v)를 곱함으로써 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
상기에서 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차(ΔT)는 변화 구간의 중간 시점간의 차이, 변화 구간의 시작 시점간의 차이, 변화 구간의 종료 시점간의 차이를 비교하여 구할 수 있다.
예를 들어, 열전대(200)가 하강할 때 변화 구간의 중간 시점간의 차이를 이용하는 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 제1변화 구간의 중간 시점을 제1변화점(t1)으로 결정하며, 제2변화 구간의 중간 시점을 제2변화점(t2)으로 결정하며, 이러한 제1변화점(t1)과 및 제2변화점(t2)간의 시간차와 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다. 또한 열전대(200)가 하강할 때 변화 구간의 중간 시점간의 차이를 이용하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 제1변화 구간의 중간 시점을 제1변화점(t3)으로 결정하며, 제2변화 구간의 중간 시점을 제2변화점(t4)으로 결정하며, 이러한 제1변화점(t3)과 및 제2변화점(t4)간의 시간차와 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이밖에 변화 구간의 시작 시점간의 차이를 이용하는 경우, 제1변화 구간의 시작 시점을 제1변화점으로 결정하며, 제2변화 구간의 시작 시점을 제2변화점으로 결정하며, 이러한 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와, 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이밖에 변화 구간의 종료 시점간의 차이를 이용하는 경우, 제1변화 구간의 종료 시점을 제1변화점으로 결정하며, 제2변화 구간의 종료 시점을 제2변화점으로 결정하며, 이러한 제1변화점과 및 제2변화점간의 시간차와, 열전대(200)의 이동 속도를 이용하여 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
따라서 상기에서 기재한 [식 1] 및 [식 2]를 이용하여 중간층 두께(TS)를 산출할 수 있다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이 열전대(200)가 상위층(30)의 표면에서 하위층(10)의 바닥면으로 하강할 때는, 열전대(200)가 하강할 때의 하강 이동 속도와, 도 3에 도시한 바와 같이 열전대(200)가 하강할 때의 제1변화 구간(A 구간)과 제2변화 구간(B 구간)간의 시간차를 이용하여 몰드(100)에 수용된 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
또한 도 4에 도시한 바와 같이 열전대(200)가 하위층(10)의 바닥면에서 상위층(30)의 표면으로 상승할 때는, 열전대(200)가 상승할 때의 상승 이동 속도와, 도 5에 도시한 바와 같이 열전대(200)가 상승할 때의 제1변화 구간(C 구간)과 제2변화 구간(D 구간)간의 시간차를 이용하여 몰드(100)에 수용된 중간층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이밖에 본 발명의 실시예는 열전대(200)를 하강 및 상승시켜서 산출한 두께의 평균값을 산출하여 중간층(20)의 두께로 산출할 수 있다. 이를 위하여, 열전대(200)가 상위층(30)의 표면에서 하위층(10)의 바닥면으로 하강할 때의 하강 이동 속도와, 열전대(200)가 하강할 때의 제1변화 구간(A 구간)과 제2변화 구간(B 구간)간의 시간차를 이용하여 몰드(100)에 수용된 중간층(20)의 두께를 제1측정 두께로 산출하는 하강 측정 과정을 가진다. 그리고 상기 열전대가 하위층(10)에서 상위층(30)의 표면으로 상승할 때의 상승 이동 속도와, 열전대(200)가 상승할 때의 제1변화 구간(C 구간)과 제2변화 구간(D 구간)간의 시간차를 이용하여 몰드(100)에 수용된 중간층(20)의 두께를 제2측정 두께로 산출하는 상승 측정 과정을 가진다. 그 후 제1측정 두께 및 제2측정 두께의 평균값을 중간층(20)의 두께로 결정할 수 있다.
이밖에 하강 측정 과정 및 상승 측정 과정을 두 번 이상 반복하여, 산출한 복수개의 제1측정 두께와 제2측정 두께의 평균값을 중간층(20)의 두께로 산출할 수 있다. 즉, 열전대(200)의 하강을 복수회 반복하여 제1측정 두께를 복수개로서 산출하고, 열전대(200)의 상승을 복수회 반복하여 제2측정 두께를 복수개로서 산출하여, 이와 같이 복수개로 산출된 제1측정 두께와 제2측정 두께를 모두 더하여 측정 횟수로 나눈 평균값을 중간층(20)의 두께로 산출할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:몰드 200:열전대
300:온도계 이동수단 400:두께 산출부

Claims (15)

  1. 온도를 측정하는 온도계;
    하위층, 중간층, 상위층으로 이루어진 유체물이 수용된 용기의 내부의 상측 방향 또는 하측 방향으로 상기 온도계를 이동시키는 온도계 이동수단; 및
    상기 온도계를 상측 또는 하측 방향으로 이동시키며 온도를 측정하고, 상기 온도계의 상측 방향 또는 하측 방향의 이동에 의해서 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 구간이 이격되어 차례로 나타나는 경우 상기 임계 기울기보다 큰 첫 번째 구간을 제1변화 구간, 상기 임계 기울기보다 큰 두 번째 구간을 제2변화 구간으로 결정하고, 상기 제1변화 구간과 제2변화 구간 사이의 시간차와, 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출하는 두께 산출부;
    를 포함하는 두께 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유체물은,
    상기 용기의 바닥부터 액체 상태의 하위층, 액체 상태의 중간층, 고체 파우더인 상위층이 차례로 배치되어 있는 두께 측정 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 용기는 몰드이며, 상기 하위층은 용기에 수용된 용강, 상기 중간층은 윤활재 기능을 하는 용융 몰드 플럭스, 상기 상위층은 보온재 기능을 하는 카본 파우더임을 특징으로 하는 두께 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 하위층, 중간층, 상위층으로 이루어진 유체물이 수용된 용기의 내부의 상측 방향 또는 하측 방향으로 온도계를 미리 설정한 이동 속도로서 이동시키는 과정;
    상기 온도계의 상측 방향 또는 하측 방향 이동에 의해서 측정되는 온도 변화 기울기가 미리 설정한 임계 기울기보다 큰 첫 번째 구간인 제1변화 구간을 파악하는 과정;
    상기 제1변화 구간이 종료된 후 상기 온도 변화 기울기가 상기 임계 기울기보다 큰 두 번째 구간인 제2변화 구간을 파악하는 과정; 및
    상기 이동 속도와, 상기 제1변화 구간과 상기 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출하는 두께 산출 과정;
    을 포함하는 두께 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 온도계에서 측정되는 온도가 상기 상위층, 중간층, 하위층의 각 층의 온도와 열적 평형 상태를 유지하도록 상기 이동 속도가 결정되는 두께 측정 방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 제1변화 구간의 시작 시점을 제1변화점으로 결정하며, 상기 제2변화 구간의 시작 시점을 제2변화점으로 결정하며,
    상기 제1변화점과 제2변화점간의 시간차와 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출하는 두께 측정 방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 제1변화 구간의 종료 시점을 제1변화점으로 결정하며, 상기 제2변화 구간의 종료 시점을 제2변화점으로 결정하며,
    상기 제1변화점과 제2변화점간의 시간차와 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출하는 두께 측정 방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 제1변화 구간의 중간 시점을 제1변화점으로 결정하며, 상기 제2변화 구간의 중간 시점을 제2변화점으로 결정하며,
    상기 제1변화점과 제2변화점간의 시간차와 상기 온도계의 이동 속도를 이용하여 상기 중간층의 두께를 산출하는 두께 측정 방법.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    (1) 시간차(ΔT) = 제2변화점 - 제1변화점
    (2) 중간층 두께(TS) = 온도계의 이동 속도(V) × 시간차(ΔT)
    에 의해 산출하는 두께 측정 방법.
  12. 청구항 6에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 온도계가 상위층에서 하위층으로 하강할 때의 하강 이동 속도와, 온도계가 하강할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출하는 두께 측정 방법.
  13. 청구항 6에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 온도계가 하위층에서 상위층으로 상승할 때의 상승 이동 속도와, 온도계가 상승할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 산출하는 두께 측정 방법.
  14. 청구항 6에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 온도계가 상위층에서 하위층으로 하강할 때의 하강 이동 속도와, 상기 온도계가 하강할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 제1측정 두께로 산출하는 하강 측정 과정;
    상기 온도계가 하위층에서 상위층으로 상승할 때의 상승 이동 속도와, 상기 온도계가 상승할 때의 제1변화 구간과 제2변화 구간간의 시간차를 이용하여 용기에 수용된 중간층의 두께를 제2측정 두께로 산출하는 상승 측정 과정; 및
    상기 제1측정 두께 및 제2측정 두께의 평균값을 중간층의 두께로 결정하는 과정;
    을 포함하는 두께 측정 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 두께 산출 과정은,
    상기 하강 측정 과정 및 상승 측정 과정을 두 번 이상 반복하여, 산출한 복수개의 제1측정 두께와 제2측정 두께의 평균값을 중간층의 두께로 결정하는 두께 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101076760B1 (ko) 2004-07-27 2011-10-26 주식회사 포스코 슬래그 두께 측정장치
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KR101257472B1 (ko) * 2010-09-29 2013-04-23 현대제철 주식회사 슬래그 측정장치 및 그 측정방법

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