KR101762137B1 - 가열로 소재 온도측정장치 - Google Patents

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Abstract

가열로 소재 온도측정장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 가열로 소재 온도측정장치는 가열로 상부벽에 설치되며, 가열로 내부에 위치하는 소재의 상면 제1 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 제1 비접촉식 온도센서와, 가열로 상부벽에서 승강 가능하게 설치되며, 하강 시 가열로 내부에 위치하는 소재의 상면과 접촉하여 제2 온도를 측정하는 제1 접촉식 온도센서와, 가열로의 출측에서 소재를 추출하도록 작동하는 추출암에 형성된 홈에 내장되며, 소재의 하면 제3 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 제2 비접촉식 온도센서와, 추출암에 설치되며, 소재의 하면과 접촉하여 제4 온도를 측정하는 제2 접촉식 온도센서와, 제1 온도와 제2 온도에 기초하여 소재의 상면 온도를 판단하고, 제3 온도와 제4 온도에 기초하여 소재의 하면 온도를 판단하는 제어부 및 제어부에 의해 판단된 소재의 상면과 하면 온도 정보를 화면에 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

가열로 소재 온도측정장치{APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE OF MATERIAL IN REHEATING FURNACE}
본 발명은 가열로 소재 온도측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열로 내에서 소재의 온도를 측정하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가열로(Reheating Furnace)는 슬라브(Slab)와 같은 소재가 압연되기 전 압연온도를 확보하기 위하여 소재를 가열하는 장치이다.
소재는 가열로의 예열대, 가열대, 균열대를 통과하며 압연공정에서의 압하율과 냉각과정에서 필요한 기계적 성질을 얻을 수 있도록 소정온도로 가열된 후 가열로 외부로 추출되어 나오게 된다. 가열된 소재는 열간 압연공정을 지나 제품으로 완성되는 공정으로 진행되는데, 가열된 소재의 온도를 정확히 측정하는 것은 가열로에서 에너지 절감과 압연공정에서 제품 불량 같은 경제적 손실을 줄이기 위해 반드시 필요한 절차이다.
한국공개특허 제2011-0034390호(2011.04.05 공개)
본 발명의 실시 예들은 가열로에서 배출되는 소재의 온도를 정확히 측정할 수 있는 가열로 소재 온도측정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가열로 상부벽에 설치되며, 상기 가열로 내부에 위치하는 소재의 상면 제1 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 제1 비접촉식 온도센서와, 가열로 상부벽에서 승강 가능하게 설치되며, 하강 시 상기 가열로 내부에 위치하는 소재의 상면과 접촉하여 제2 온도를 측정하는 제1 접촉식 온도센서와, 가열로의 출측에서 소재를 추출하도록 작동하는 추출암에 형성된 홈에 내장되며, 소재의 하면 제3 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 제2 비접촉식 온도센서와, 상기 추출암에 설치되며, 소재의 하면과 접촉하여 제4 온도를 측정하는 제2 접촉식 온도센서와, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도에 기초하여 상기 소재의 상면 온도를 판단하고, 상기 제3 온도와 상기 제4 온도에 기초하여 상기 소재의 하면 온도를 판단하는 제어부 및 상기 제어부에 의해 판단된 소재의 상면과 하면 온도 정보를 화면에 표시하는 표시부를 포함하는 가열로 소재 온도측정장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 제1 온도 내지 상기 제4 온도가 기준치 이내인 경우에는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 평균값을 상기 소재의 상면 온도로, 상기 제3 온도와 상기 제4 온도의 평균값을 상기 소재의 하면 온도로 판단하고, 판단된 온도정보를 상기 표시부를 통해 출력할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 중 하나가 상기 기준치를 벗어난 경우에는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 중 상기 기준치를 벗어나지 않는 온도를 상기 소재의 상면 온도로, 상기 제3 온도와 상기 제4 온도 중 하나가 상기 기준치를 벗어난 경우에는 상기 제3 온도와 상기 제4 온도 중 상기 기준치를 벗어나지 않는 온도를 상기 소재의 하면 온도로 판단하고, 판단된 온도정보를 상기 표시부를 통해 출력할 수 있다.
또한 상기 제1 접촉식 온도센서와 상기 제2 접촉식 온도센서 중 적어도 하나는, 케이싱과, 상기 케이싱 내부의 챔버를 외기와 연통하는 센서실과 압축성 기체가 충진된 밀폐된 기밀실로 구분하고, 상기 소재의 열에 의해 상기 압축성 기체가 팽창함에 따라 상기 센서실 내에서 이동하여 상기 소재의 표면과 접촉하는 열전달 피스톤부재와, 상기 열전달 피스톤부재 내부에 배치된 열전대를 포함한다.
본 발명의 실시 예들은 가열로 내부 소재의 상하 온도를 정확히 추정할 수 있어 소재의 품질을 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가열로 소재 온도측정장치의 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소재 상면의 온도를 측정하는 온도센서를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소재 하면의 온도를 측정하는 온도센서를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서의 내부를 나타낸 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 열전달 피스톤부재가 상온과 고온에서 케이싱 내에서의 이동상태를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 열전달 피스톤부재가 소재와 접촉한 상태를 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가열로 소재 온도측정장치의 제어블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 가열로 소재 온도측정장치는 가열로 출측으로 추출되는 소재(11)의 온도 측정방법을 향상시키기 위한 것으로서, 가열로 내부의 소재 온도를 측정하기 위한 복수의 온도센서와, 복수의 온도센서에 의해 측정된 온도정보에 기초하여 소재의 온도를 판단하는 제어부(100)와, 제어부(100)에 의해 판단된 온도정보를 출력하는 표시부(120) 및 저장부(130)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소재 상면의 온도를 측정하는 온도센서를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소재 하면의 온도를 측정하는 온도센서를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 온도센서는 가열로(10) 내부에 배치되는 소재(11)의 상면 온도를 계측하기 위한 제1 비접촉식 온도센서(140) 및 제1 접촉식 온도센서(150)와, 소재(11)의 하면 온도를 계측하기 위한 제2 비접촉식 온도센서(160) 및 제2 접촉식 온도센서(170)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 제1 비접촉식 온도센서(140)는 가열로의 상부벽(10a)에 설치되어, 소재(11)와 직접 접촉하지 않은 상태에서 소재(11)의 상면에서 나오는 열을 감지하는 방사 온도계, 고온계, 적외선 온도계 중 적어도 하나를 포함한다.
제1 비접촉식 온도센서(140)는 가열로 상부벽(10a)에 설치되는 센서하우징(141) 내에 배치되고, 상부벽(10a)에 관통 형성된 홀(142)을 통해 소재(11)의 상면에서 방사되는 열을 계측한 후 계측된 정보를 제어부(100)로 전송한다.
제1 접촉식 온도센서(150)는 소재(11)와 접촉함에 의해 소재(11)의 상면 온도를 측정하는 열전대(thermocouple)를 포함한다.
제1 접촉식 온도센서(150)는 가열로 상부벽(10a) 외측에 구비되는 승강수단(미도시)에 의해 상하로 승강 이동할 수 있게 설치되고, 승강수단에 의해 하강하게 되면, 상부벽(10a)에 형성된 홀(151)을 통해 가열로 내부로 진입된 후 가열로 내부에 배치된 소재(11)의 상면과 접촉하여 소재(11)의 상면 온도를 감지하고, 감지된 온도정보를 제어부(100)로 전송한다. 여기서 승강수단은 도시하지는 않았으나, 랙과 피니언의 조합에 의한 승강구조 또는 유압식 실린더에 의한 승강구조를 채용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 비접촉식 온도센서(160)는 가열로(10)의 출측에서 가열로 내에 배치된 소재(11)를 인출하기 위한 추출암(20)에 형성된 홈(21)에 내장되어, 소재(11)와 직접 접촉하지 않은 상태에서 소재(11)의 하면에서 나오는 열을 감지하는 방사 온도계, 고온계, 적외선 온도계 중 적어도 하나를 포함한다.
제2 비접촉식 온도센서(160)는 가열로(10) 외측에 위치하는 추출암(20)이 가열로 내부에 배치된 소재(11)의 하부를 향해 진입되면, 소재(11)의 하면에서 방사되는 열을 계측한 후 계측된 정보를 제어부(100)로 전송한다.
제2 비접촉식 온도센서(160)에 의해 감지된 정보는 광섬유케이블(22)을 통해 제2 비접촉식 온도센서(160)가 위치하는 반대편 추출암(20)에 내장된 신호처리기(23)로 전달되고, 신호처리기(23)에서 처리된 온도정보는 제어부(100)로 전송되게 된다.
제2 접촉식 온도센서(170)는 제2 비접촉식 온도센서(160)와 인접한 위치에서 추출암(20)이 소재(11)의 하면을 지지할 때 추출암(20)에 얹혀진 소재(11)의 하면과 접촉 가능한 위치에 설치된다.
제2 접촉식 온도센서(170)는 소재(11)의 하면과 접촉함에 의해 소재(11)의 하면 온도를 측정하는 열전대(thermocouple)를 포함하고, 추출암(20)에 얹혀진 소재(11)의 하면 온도를 감지한 후 감지된 온도정보를 제어부(100)로 전송한다.
제어부(100)는 복수의 온도센서에 의해 감지된 온도정보에 기초하여 소재(11)의 상면과 하면 온도를 판단하고, 판단된 정보를 표시부(120)를 통해 출력하도록 제어한다.
구체적으로, 제어부(100)는 제1 접촉식 온도센서(150)와 제1 비접촉식 온도센서(140)에 의해 감지된 정보에 기초하여 소재(11)의 상면 온도를 판단하고, 제2 접촉식 온도센서(170)와 제2 비접촉식 온도센서(160)에 의해 감지된 정보에 기초하여 소재(11)의 하면 온도를 판단한다.
제어부(100)는 제1 비접촉식 온도센서(140)에 의해 감지된 제1 온도와 제1 접촉식 온도센서(150)에 의해 감지된 제2 온도를 미리 설정된 온도인 기준치(예를 들면, 1200℃~1300℃)와 비교하고, 제1 온도와 제2 온도가 각각 기준치 이내인 경우에는 제1 온도와 제2 온도의 평균값을 산출한 후 산출된 소재(11)의 상면 온도를 표시부(120)를 통해 출력시킨다.
이와 달리, 제1 온도와 제2 온도 중 하나가 기준치를 벗어난 경우에는 제어부(100)는 기준치를 벗어난 온도를 제외한 다른 온도를 소재(11)의 상면 온도로 판단하고, 이를 표시부(120)를 통해 출력시킨다.
또한 제어부(100)는 제2 비접촉식 온도센서(160)에 의해 감지된 제3 온도와 제2 접촉식 온도센서(170)에 의해 감지된 제4 온도를 미리 설정된 온도인 기준치와 비교하고, 제3 온도와 제4 온도가 각각 기준치 이내인 경우에는 제3 온도와 제4 온도의 평균값을 산출한 후 산출된 소재(11)의 하면 온도를 표시부(120)를 통해 출력시킨다.
이와 달리, 제3 온도와 제4 온도 중 하나가 기준치를 벗어난 경우에는 제어부(100)는 기준치를 벗어난 온도를 제외한 다른 온도를 소재(11)의 하면 온도로 판단하고, 이를 표시부(120)를 통해 출력시킨다.
표시부(120)는 복수의 온도센서에 의해 감지된 정보에 기초하여 제어부(100)에 의해 판단된 소재(11)의 상면과 하면 온도 정보를 표시한다. 이러한 표시부는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diodes), OLED(OrganicLight Emitting Diodes), AMOLED(교류tive Matrix Organic Light Emitting Diodes), 플러시블 디스플레이(flexible display) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
저장부(130)는 복수의 온도센서에 의해 계측되어 전송된 데이터 정보를 저장하고, 저장된 데이터 정보를 제어부(100)로 제공한다. 또한 저장부(130)는 전술한 기준치 값을 저장한다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서(150,170) 중 적어도 하나 이상은 고온 환경에서 사용하는 경우 내구성 및 유지보수가 수월하도록 구비된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서의 내부를 나타낸 절개 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 열전달 피스톤부재가 상온과 고온에서 케이싱 내에서의 이동상태를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 열전달 피스톤부재가 소재와 접촉한 상태를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 접촉식 온도센서(150,170)는 상하가 개방된 중공 원통 형상의 케이싱(40)을 구비하고, 케이싱(40)의 개방된 상부 및 하부는 상부덮개(41)와 하부덮개(43)가 각각 결합됨에 의해 내부에 소정공간을 이루는 챔버(50)를 형성한다. 이러한 상부덮개(41)와 하부덮개(43)는 케이싱(40)에 볼트 체결, 걸쇠 구조, 또는 용접에 의해 결합될 수 있다.
챔버(50)는 케이싱(40) 내에 삽입되는 열전달 피스톤부재(60)에 의해 상부공간과 하부공간으로 구분될 수 있다.
챔버(50)의 상부공간은 외기와 연통하며 열전달 피스톤부재(60)가 위치되는 센서실(51)을 형성하고, 챔버(50)의 하부공간은 온도변화에 따라 체적이 변화하는 공기와 같은 압축성 기체가 충진된 기밀실(53)을 형성한다.
열전달 피스톤부재(60)는 기밀실(53)의 상부를 밀폐하도록 센서실(51)에 위치되고, 케이싱(40)의 내벽(44)에서 원주를 따라 돌출 형성된 단턱부(45) 위에 지지될 수 있다.
단턱부(45)는 열전달 피스톤부재(60)가 승강 이동하는 경우에는 챔버(50) 내에서 열전달 피스톤부재(60)가 하강되는 위치를 규제함에 의해 열전달 피스톤부재(60)의 승강 이동범위를 제한하게 된다.
열전달 피스톤부재(60)는 소재(11) 표면의 열을 최대한 손실 없이 전달할 수 있고, 센서실(51) 내에서 원활한 슬라이딩 이동이 가능하도록 열전도성이 높고, 자체 윤활성이 우수한 흑연 재질로 형성될 수 있다.
열전달 피스톤부재(60)는 열전대(thermo couple: TC)(31)를 감싸 보호하는 원통 형상의 대경부(61)와, 대경부(61)의 상면에서 연장 형성된 소경부(62)를 포함한다.
대경부(61)는 센서실(51)과 대응하는 직경을 가지며, 그 내측에는 열전대(31)가 수용되는 수용홈(64)이 형성될 수 있다. 수용홈(64)은 열전대(31)의 이탈을 방지하기 위해 단면 T자 형상으로 이루어질 수 있다.
소경부(62)는 열전달 피스톤부재(60)가 상승하는 경우 상부덮개(41)에 형성된 개구홀(46)을 통해 케이싱(40)의 외부로 돌출되어 소재(11)의 표면과 접촉할 수 있다.
센서실(51)의 내벽(44)과 대경부(61) 사이의 틈새를 밀폐하기 위해 센서실(51)의 내벽에는 중공(71)을 갖는 원통형상의 상부라이닝(70)이 배치될 수 있다.
상부라이닝(70)은 기밀실(53) 상부의 밀폐성을 보장하고, 고온의 열에 의한 변형이 적은 내열성 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.
기밀실(53)의 하부는 챔버(50) 하부에 삽입되는 하부밀봉부재(80)에 의해 밀폐될 수 있다.
하부밀봉부재(80)는 기밀실(53)과 대응하는 직경을 가진 원통형상으로 이루어질 수 있고, 밀폐성 및 내열성이 우수한 내열성 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
하부밀봉부재(80)에는 열전대(31)와 전기적으로 연결되는 케이블(33)이 관통하는 케이블홀(81)이 형성될 수 있다.
열전대(31)와 연결되는 케이블(33)은 케이블홀(81)을 통과하여 하부덮개(43)에 형성된 홀(47)을 통해 외부로 연장된 후 압연기 등의 동작을 제어하는 컨트롤러와 접속될 수 있다.
케이블(33)이 관통하는 케이블홀(81)의 내주면은 케이블(33)에 밀착됨에 따라 기밀이 유지될 수 있다. 또한 케이블(33)이 관통하는 하부덮개(43)에 형성된 홀(47)에는 밀봉패킹(48)이 설치될 수도 있고, 이에 따라 기밀을 확고히 유지할 수 있게 된다.
이러한 구성을 통하여, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 상온에서는 열전달 피스톤부재(60)가 단턱부(45)에 지지된 상태로 센서실(51) 내에 위치하게 되나, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 고온에서는 기밀실(53) 내부의 압축성 기체가 팽창함에 따라 가압되어 열전달 피스톤부재(60)의 소경부(62)가 개구홀(46)을 통해 외부로 돌출되게 된다.
이때, 열전달 피스톤부재(60)는 자체 윤활성을 갖는 흑연 재질로 형성됨에 따라 상부라이닝(70)을 따라 원활한 이동이 이루어지게 된다.
열전달 피스톤부재(60)가 상부로 이동하게 되면, 개구홀(46)을 통해 노출되는 소경부(62)의 표면은 소재(11)의 표면과 접촉하게 되고, 소재(11)로부터 전달되는 열은 열전도율이 높은 흑연 재질의 열전달 피스톤부재(60)를 통해 열 손실이 최소화되면서 열전대(31)로 전달되어 온도 측정이 이루어지게 된다.
이 경우, 열전달 피스톤부재(60)는 기밀실(53)에 충진된 기체의 압력에 의해 소재(11)의 표면에 지속적으로 가압된 상태이므로 열전달 효율이 향상되어, 소재(11)의 온도를 정확히 측정할 수 있게 된다.
이때, 열전대(31)는 소재(11)의 표면과 직접적으로 접촉하지 않으므로 소재(11)의 열이 열전대(31)에 미치는 영향을 줄일 수 있어 열전대(31)의 내구성은 향상되게 된다.
또한 열전달 피스톤부재(60)의 승강 이동을 위한 스프링 등과 같은 별도의 부품을 사용하지 않으므로, 고온에 지속적으로 노출되는 환경에서 사용하는 경우 부품의 열 변형에 따른 빈번한 교체가 필요치 않아 유지보수 비용을 현저히 줄일 수 있게 된다.
10: 가열로, 11: 소재,
20: 추출암, 40: 케이싱,
41: 상부덮개, 43: 하부덮개,
45: 단턱부, 46: 개구홀,
48: 밀봉패드, 50: 챔버,
51: 센서실, 53: 기밀실,
60: 열전달 피스톤부재, 100: 제어부,
120: 표시부, 130: 저장부,
140: 제1 비접촉식 온도센서, 150: 제1 접촉식 온도센서,
160: 제2 비접촉식 온도센서, 170: 제2 접촉식 온도센서.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 가열로 상부벽에 설치되며, 상기 가열로 내부에 위치하는 소재의 상면 제1 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 제1 비접촉식 온도센서;
    가열로 상부벽에서 승강 가능하게 설치되며, 하강 시 상기 가열로 내부에 위치하는 소재의 상면과 접촉하여 제2 온도를 측정하는 제1 접촉식 온도센서;
    가열로의 출측에서 소재를 추출하도록 작동하는 추출암에 형성된 홈에 내장되며, 소재의 하면 제3 온도를 비접촉 방식으로 측정하는 제2 비접촉식 온도센서;
    상기 추출암에 설치되며, 소재의 하면과 접촉하여 제4 온도를 측정하는 제2 접촉식 온도센서;
    상기 제1 온도와 상기 제2 온도에 기초하여 상기 소재의 상면 온도를 판단하고, 상기 제3 온도와 상기 제4 온도에 기초하여 상기 소재의 하면 온도를 판단하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 판단된 소재의 상면과 하면 온도 정보를 화면에 표시하는 표시부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 온도 내지 상기 제4 온도가 기준치 이내인 경우에는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 평균값을 상기 소재의 상면 온도로, 상기 제3 온도와 상기 제4 온도의 평균값을 상기 소재의 하면 온도로 판단하고, 판단된 온도정보를 상기 표시부를 통해 출력하는 가열로 소재 온도측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 중 하나가 상기 기준치를 벗어난 경우에는 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 중 상기 기준치를 벗어나지 않는 온도를 상기 소재의 상면 온도로, 상기 제3 온도와 상기 제4 온도 중 하나가 상기 기준치를 벗어난 경우에는 상기 제3 온도와 상기 제4 온도 중 상기 기준치를 벗어나지 않는 온도를 상기 소재의 하면 온도로 판단하고, 판단된 온도정보를 상기 표시부를 통해 출력하는 가열로 소재 온도측정장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 접촉식 온도센서와 상기 제2 접촉식 온도센서 중 적어도 하나는,
    케이싱과,
    상기 케이싱 내부의 챔버를 외기와 연통하는 센서실과 압축성 기체가 충진된 밀폐된 기밀실로 구분하고, 상기 소재의 열에 의해 상기 압축성 기체가 팽창함에 따라 상기 센서실 내에서 이동하여 상기 소재의 표면과 접촉하는 열전달 피스톤부재와,
    상기 열전달 피스톤부재 내부에 배치된 열전대를 포함하는 가열로 소재 온도측정장치.
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