KR101786254B1 - 턴디쉬 내 용융물의 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모니터링 장치에 관한 것으로, 이는 케이싱; 이 케이싱 내에 케이싱의 길이방향을 따라 설치된 이동부; 및 이 이동부에 장착되고 케이싱을 관통하여 신장되거나 케이싱 내에 수용되는 카메라 모듈을 포함하여서, 턴디쉬 내부의 탕면에서 나탕의 발생 여부를 사전에 판단하여 결함을 예방할 수 있는 효과를 얻게 된다.

Description

턴디쉬 내 용융물의 모니터링 장치 {Apparatus for monitoring molten metal in tundish}

본 발명은, 예컨대 연소주조 공정에서 주편 제조시 발생하는 재산화성 결함과 관련이 있는 턴디쉬 내부의 탕면에서 나탕 상태를 확인할 수 있는 턴디쉬 내 용융물의 모니터링 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 고망간강 및 고탄소강 등 다양한 강종을 연속주조할 때 래들(Ladle)에서 턴디쉬(Tundish)로, 그리고 턴디쉬에서 몰드(Mold)로 용강이 이동되면서 하부 세그먼트(Segment)들을 거쳐 주편, 즉 슬래브(Slab)가 만들어진다.

이때, 제조 품질상 원하지 않는 결함들이 발생하게 되는데, 그중에서도 턴디쉬에서 발생하는 재산화성 결함에 대해 그 영향도를 파악해야 하고, 이를 파악할 수 있는 인자가 턴디쉬 내부의 탕면 상태이다.

슬래그를 제거한 깨끗한 상태의 용융물을 나탕이라고 하며, 턴디쉬 내부의 탕면을 관찰하여 나탕 정도를 파악하게 되면, 재산화성 상관 여부를 규명할 수 있다.

하지만, 내부의 탕면을 연속주조 중에 육안으로나 기타의 방법으로 확인할 수 없는 실정에 있다. 그 이유는 기본적으로 턴디쉬의 상부는 공기로부터 차단시키기 위해 커버(Cover)가 씌워져 있으며, 래들의 하부에 연결되는 노즐(Long Nozzle)이 제자리를 잡고 완전히 장착되면 래들과 턴디쉬의 커버 사이의 공간이 극히 협소(약 300 mm 이하)하여 용강이 유입되는 탕면 주위를 관찰할 수가 없다.

(특허문헌 1) KR 2003-0055947 A

이에 본 발명은, 래들과 턴디쉬 사이의 협소한 공간을 통해 고온과 흄(Fume)을 견디어내면서 턴디쉬 내부의 탕면에서 나탕의 발생 여부를 확인할 수 있는 턴디쉬 내 용융물의 모니터링 장치를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치는 케이싱; 상기 케이싱 내에 상기 케이싱의 길이방향을 따라 설치된 이동부; 및 상기 이동부에 장착되고 상기 케이싱을 관통하여 신장되거나 상기 케이싱 내에 수용되는 카메라 모듈을 포함하며, 상기 카메라 모듈은 모듈 본체, 상기 모듈 본체에 일단이 연결되어 상기 케이싱을 관통 가능하게 연장한 파이프, 상기 파이프의 타단에 장착된 카메라 헤드, 및 상기 파이프의 내부에 구비된 단열재를 포함하며, 상기 카메라 모듈은 상기 케이싱으로부터 신장될 때 영상을 획득하고, 상기 케이싱 내에는 냉각가스가 일정 압력의 양압으로 채워져, 냉각과 더불어 이물질의 침입을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 고온 및 협소한 개소에서 운영할 수 있는 모니터링 장치를 제공하여, 턴디쉬 내부의 탕면에서 나탕의 발생 여부를 사전에 판단하여 결함을 예방할 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 카메라 모듈의 카메라 헤드를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 작동 상태를 도시한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 카메라 모듈의 카메라 헤드를 확대하여 도시한 단면도이다. 그리고 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 작동 상태를 도시한 단면도들이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치(1)는 케이싱(10), 이 케이싱 내에 케이싱의 길이방향을 따라 설치된 이동부(20), 및 이 이동부에 장착되고 케이싱을 관통하여 신장되거나 케이싱 내에 수용되는 카메라 모듈(30)을 포함하고 있다.

케이싱(10)은 턴디쉬카(Tundish Car; 5; 도 5 및 도 6 참조)의 일측에 고정되게 설치된다. 이러한 케이싱은 예컨대 스테인리스강과 같은 금속 재질로 만들어져, 내부 구성품의 보호와 냉각을 유지할 수 있다.

또, 케이싱(10) 내에는 예컨대 질소가스나 공기와 같은 냉각가스가 일정 압력의 양압으로 채워져, 냉각과 더불어 이물질의 침입을 방지할 수 있게 하는 것이 좋다.

이동부(20)는 예를 들어 선형운동 가이드(Linear Motion Guide)와 같은 선형 액츄에이터로 이루어질 수 있다. 이러한 이동부는, 케이싱(10) 내에 설치된 안내레일(21), 이 안내레일을 따라 이동하는 장착블록(22), 안내레일과 평행하게 배치되고 장착블록에 나사체결되는 볼스크류(23), 및 이 볼스크류의 일단에 연결된 구동모터(24)를 포함할 수 있다.

구동모터(24)는 이 구동모터의 작동을 제어하는 모터 드라이버(25)에 연결될 수 있으며, 이 모터 드라이버는 제어반(50)으로부터 제어신호를 전달받을 수 있도록 전기적으로 연결되어 있다.

추가로 안내레일(21)의 일측, 다시 말해 구동모터(24)의 반대측 단부에는 예컨대 리미트 스위치와 같은 위치센서(26)가 설치될 수 있다. 이 위치센서는 장착블록(22)의 위치를 감지하여, 카메라 모듈(30)이 케이싱(10)을 관통하여 신장될 때 예정된 위치에서 멈출 수 있도록 하는 감지신호를 제어반(50)에 보내게 된다.

카메라 모듈(30)이 이동부(20)의 장착블록(22) 상에 장착되게 된다. 이러한 카메라 모듈은 모듈 본체(31), 이 모듈 본체에 일단이 연결되어 연장한 파이프(32), 및 파이프의 타단에 장착된 카메라 헤드(33)를 포함할 수 있다.

모듈 본체(31) 내에는 획득된 영상데이터를 전기적 신호로 변환하는 영상처리부(미도시)가 내장될 수 있다.

파이프(32)는 열변형이 최소화될 수 있으면서 충분한 강도를 갖는 강이나 그 합금과 같은 금속 등의 재질로 만들어질 수 있다. 또한, 파이프 또는 모듈 본체(31)의 내부에는 예컨대 폼(Foam)재 또는 세라믹 섬유, 펄라이트(Pearlite)와 같은 단열재(34)가 채워질 수 있다. 이러한 단열재에 의해 복사 및 대류로 전달되는 열을 침입하지 못하도록 차단할 수 있게 된다.

더구나, 파이프(32)와 모듈 본체(31)의 내부에는 냉매가 순환하여, 모듈 본체로부터 연결되는 와이어(미도시)와, 이 와이어에 연결되는 카메라 헤드(33)를 열로부터 보호할 수 있게 되어 있다. 이러한 냉매로는 예컨대 질소가스나 공기와 같은 가스가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며 밀봉성만 확보될 수 있다면 물 등과 같은 액체도 채택될 수 있다.

이러한 냉매의 순환을 위해, 파이프(32)와 모듈 본체(31)는 서로 연통되도록 연결되어 있으며, 모듈 본체의 일측에는 냉매주입구(35)가 설치되고, 이 냉매주입구는 호스(36)를 통해 냉매원(미도시)에 연결될 수 있다. 이 호스는 케이싱(10)을 관통하여 외부에 있는 냉매원에 연결된다.

냉매로 가스가 사용되는 경우에는 일정 압력, 예컨대 5~6 kg/cm²의 양압이 파이프(32)와 모듈 본체(31) 내에 가해져, 이들의 냉각과 더불어, 흄과 같은 이물질이 파이프나 모듈 본체 내로 침입하는 것을 방지할 수 있도록 하여도 된다.

냉매의 공급은 카메라 모듈(30)의 이동 및 촬영과 연계하여 시작되거나 중지될 수 있다.

또한, 냉매주입구(35)와 인접하여 모듈 본체(31)의 일측에는 와이어에 접속되는 내부 커넥터가 위치하고, 이 내부 커넥터에는 내부 케이블(미도시)이 연결될 수 있다. 내부 케이블과 와이어는 전원과 더불어 신호를 전달할 수 있는데, 이를 위해 케이싱(10)에 설치되어 내부 케이블에 접속되는 외부 커넥터(11), 및 이 케이싱의 외부 커넥터와 외부 전원 또는 제어반(50) 사이를 연결하는 외부 케이블(12)이 마련될 수 있다.

모듈 본체(31)에는 내부 케이블 및 호스(36)를 보호하면서 카메라 모듈(30)의 이동에 따라 원활하게 이동할 수 있게 하는 케이블베어(Cableveyor; 37)가 연결될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 카메라 헤드(33)는 적어도 하나의 렌즈(38)를 포함할 수 있으며, 투입된 턴디쉬(4; 도 5 및 도 6 참조)의 내부에서 탕면에 대한 영상을 수집하게 된다.

또, 카메라 헤드(33)는 예컨대 스테인리스강과 재질로 된 반사경(39)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 반사경에 의해, 렌즈(38)가 직접 고온의 복사열에 노출되지 않고 견딜 수 있게 되는 것이다.

이에 따라, 파이프(32)가 갖는 관통홀(40)의 중심축선은 렌즈(38)의 광축과 사잇각을 갖고서 교차하며, 반사경(39)은 이들 중심축선과 광축에 대해 각각 소정의 각도로 경사져 있다.

다시 도 1을 참조로 하면, 본 발명의 모니터링 장치(1)는 전기적으로 연결된 제어반(50)을 더 포함할 수 있으며, 이 제어반에는 무선통신모듈(51)이 구비되어 카메라 모듈(30)에서 획득된 영상을 주제어장치(55)로 송신할 수 있다.

이러한 제어반(50)은 도 6에 도시된 것처럼 턴디쉬카(5)에 설치될 수 있으며, 턴디쉬(4)의 개구부(7)로부터 멀리 떨어져 있어 열로부터 보호될 수 있다.

주제어장치(55)는 일측으로 무선통신모듈(52)에 연결되고, 타측으로는 디스플레이(56)에 연결되어 있다. 이에 따라 작업자는, 영상을 표시하는 디스플레이를 통해 카메라 모듈(30)이 촬영한 턴디쉬(4) 내부의 탕면 상태를 원격에서 모니터링할 수 있게 되는 것이다.

또한, 주제어장치(55)는 미리 마련된 알고리즘을 이용하여 획득된 영상을 저장하고, 탕면의 직경, 탕면에서 발생한 나탕율 등과 같은 탕면의 상태를 정확하게 분석할 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 작동에 대해 간략히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 평면도로서, 래들을 생략한 채로 도시한 도면이다.

턴디쉬(4)는 예컨대 연속주조설비 중에 설치되어 래들(2)로부터 노즐(3)을 통해 주입된, 예컨대 용강과 같은 용융물을 몰드(8)로 보내어 다양한 주편으로 제조되게 하는 역할을 한다.

이때, 턴디쉬(4)는 몰드(8)의 상측에서 수평으로 주행하는 턴디쉬카에 탑재되어 용용물의 주입시에 몰드(8)의 상측에 위치될 수 있다.

또한, 턴디쉬(4)의 개방된 상단면에는 주입된 용용물이 대기에 노출되는 것을 방지하기 위해 덮어 씌워지는 커버(6)가 구비된다. 이 커버에는 개구부(7)가 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 장치는, 래들(2)의 하부와 턴디쉬(4)의 커버(6) 사이에 위치하는데, 케이싱(10)은 턴디쉬카(5)의 일측에 설치되고, 카메라 모듈(20)이 턴디쉬의 개구부(7)로 신장되어 영상을 획득할 수 있게 배치된다.

이러한 상태에서 작업자가 주제어장치(55)의 스위치 등을 사용하여 본 발명의 모니터링 장치(1)의 작동을 지시한다. 이러한 작동지시는 무선통신모듈(51, 52) 간의 통신을 통해 제어반(50)으로 송신되고, 제어반은 그 작동지시의 수신에 따라 모니터링 장치 내 이동부(20)의 구동모터(24)를 구동시키기 위한 제어신호를 모터 드라이버(25)로 보내게 된다.

도 3에 도시된 것처럼, 구동모터(24)의 정방향 회전에 의해 볼스크류(23)가 회전함에 따라 이에 나사체결된 장착블록(22)이 이동하여, 그 위에 장착된 카메라 모듈(30)이 케이싱(10)의 밖으로 신장되게 한다.

구동모터(24)의 정방향 회전과 더불어, 카메라 모듈(30)의 카메라 헤드(33)는 촬영을 시작할 수 있으며, 동시에 파이프(32)와 모듈 본체(31) 내로 냉매의 공급이 이루어질 수 있다.

카메라 모듈(30)이 이동함에 따라, 케이블베어(37)에 의해 보호되는 내부 케이블 및 호스(36)도 함께 이동한다.

위치센서(26)에 의해, 장착블록(22), 즉 카메라 모듈(30)이 케이싱(10)을 관통하여 예정된 위치까지 신장된 것이 감지되면, 제어반(50)은 모터 드라이버(25)를 통해 구동모터(24)의 작동을 중지시켜 선형 액츄에이터인 이동부(20)를 멈추게 하고, 이에 따라 카메라 모듈이 일정한 위치에서 정지한 채로 계속 촬영하게 되는데, 이때 카메라 헤드(33)가 턴디쉬(4) 또는 커버(6)의 개구부(7) 상에 위치되게 되는 것이다.

카메라 모듈(30)은 모듈 본체(31) 내 영상처리부에서 전기적 신호로 변환된 영상데이터를 전기적으로 연결된 제어반(50)과 그 무선통신모듈(51, 52)을 통하여 주제어장치(55) 측으로 송신하게 되고, 주제어장치에서는 전달받은 전기적 신호를 다시 영상데이터로 변환하여 디스플레이(56)에 표시할 수 있다.

카메라 모듈(30)의 촬영 중에, 래들(2)이나 래들 터릿 또는 노즐(3)의 매니퓰레이터 등의 작동이 감지되면, 주제어장치(55)는 무선통신모듈(51, 52) 간의 통신을 통해 제어반(50)으로 복귀지시를 송신하고, 제어반은 그 복귀지시의 수신에 따라 이동부(20)의 구동모터(24)를 구동시키기 위한 제어신호를 모터 드라이버(25)로 보내게 된다.

도 4에 도시된 것처럼 구동모터(24)의 역방향 회전에 의해 이동부(20)의 장착블록(22)이 이동하여, 그 위에 장착된 카메라 모듈(30)이 케이싱(10)의 안으로 수축되게 한다.

구동모터(24)의 역방향 회전과 더불어, 카메라 모듈(30)의 카메라 헤드(33)는 촬영을 중지하게 되며, 동시에 파이프(32)와 모듈 본체(31) 내로 공급되던 냉매의 차단이 이루어질 수 있다.

물론, 카메라 모듈(30)이 이동함에 따라, 케이블베어(37)에 의해 보호되는 내부 케이블 및 호스(36)도 함께 이동한다.

카메라 모듈(30)이 원위치로 복귀함에 따라, 래들(2)이나 노즐(3) 또는 턴디쉬(4)의 작동에 대하여 간섭이 없게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 복사 및 대류에 의한 대략 1,100℃의 고온 상태와 흄 및 가스 환경에서도 단열 및 냉각 유지와 양압 부여에 의해 턴디쉬의 내부를 지속적으로 촬영할 수 있고, 이에 따라 획득된 탕면의 영상을 통해 나탕율 등을 분석할 수 있어 궁극적으로 제품의 결함을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 래들과 턴디쉬 사이의 대략 300 mm 이하의 협소한 공간을 통해 카메라 모듈이 신장 또는 수축되게 됨으로써, 래들 또는 턴디쉬의 작동에 간섭 없이 순차적으로 연속주조 공정이 원활히 이루어질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 모니터링 장치 10: 케이싱
20: 이동부 30: 카메라 모듈
50: 제어반 55: 주제어장치

Claims (12)

1. 케이싱;
   상기 케이싱 내에 상기 케이싱의 길이방향을 따라 설치된 이동부; 및
   상기 이동부에 장착되고 상기 케이싱을 관통하여 신장되거나 상기 케이싱 내에 수용되는 카메라 모듈
   을 포함하며,
   상기 카메라 모듈은
   모듈 본체,
   상기 모듈 본체에 일단이 연결되어 상기 케이싱을 관통 가능하게 연장한 파이프,
   상기 파이프의 타단에 장착된 카메라 헤드, 및
   상기 파이프의 내부에 구비된 단열재
   를 포함하며,
   상기 카메라 모듈은 상기 케이싱으로부터 신장될 때 영상을 획득하고,
   상기 케이싱 내에는 냉각가스가 일정 압력의 양압으로 채워져, 냉각과 더불어 이물질의 침입을 방지하는 모니터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱은 턴디쉬카의 일측에 고정되게 설치되고,
   상기 카메라 모듈이 상기 케이싱으로부터 턴디쉬의 개구부로 신장되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이동부는
   상기 케이싱 내에 설치된 안내레일,
   상기 안내레일을 따라 이동하는 장착블록,
   상기 안내레일과 평행하게 배치되고 상기 장착블록에 나사체결되는 볼스크류, 및
   상기 볼스크류의 일단에 연결된 구동모터
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 안내레일의 일측에는 상기 장착블록의 위치를 감지하는 위치센서가 설치된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 카메라 모듈이 상기 장착블록 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 파이프와 상기 모듈 본체는 서로 연통되도록 연결되어 있으며,
   상기 모듈 본체의 일측에는 냉매주입구가 설치되고, 상기 냉매주입구는 호스를 통해 냉매원에 연결된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉매로 가스가 사용되는 경우에, 일정 압력의 양압이 상기 파이프와 상기 모듈 본체 내에 가해지는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 모듈 본체에는 내부 케이블 및 호스를 보호하는 케이블베어가 연결된 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
10. 제5항에 있어서,
    상기 카메라 헤드는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고,
    상기 파이프가 갖는 관통홀의 중심축선은 상기 렌즈의 광축과 사잇각을 갖고서 교차하며, 상기 카메라 헤드는 상기 중심축선과 상기 광축에 대해 각각 일정 각도로 경사져 있는 반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 제어반에 전기적으로 연결되어 있으며,
    상기 제어반에는 무선통신모듈이 구비되어 상기 카메라 모듈에서 획득된 영상을 주제어장치로 송신하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 주제어장치는 일측으로 무선통신모듈에 연결되고, 타측은 디스플레이에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
    

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