KR101974561B1 - 산소 측정장치 및 산소 측정방법 - Google Patents

산소 측정장치 및 산소 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융금속을 저장하는 용기 내부의 산소를 측정하는 산소 측정장치로서, 상기 용기의 내부공간의 기체를 흡입하도록 설치되고, 흡입된 기체를 냉각시킬 수 있는 처리부; 및 상기 처리부와 연결되고, 상기 처리부에서 냉각된 기체의 산소를 측정할 수 있는 측정부;를 포함하고, 용융금속을 수용할 수 있는 용기 내부의 산소를 용이하게 측정할 수 있다.

Description

산소 측정장치 및 산소 측정방법{Apparatus and Method for determining oxygen}
본 발명은 산소 측정장치 및 산소 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융금속을 수용할 수 있는 용기 내부의 산소를 용이하게 측정할 수 있는 산소 측정장치 및 산소 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연속주조공정은 크게 초기, 중기, 말기로 구비될 수 있다. 초기 주조공정에서는, 용강을 래들에서 턴디쉬로 주입하고, 턴디쉬에 일정량의 용강이 저장되면 턴디쉬에서 주형으로 용강을 주입한다. 중기 주조공정에서는, 래들의 용강이 모두 배출되면, 새로운 용강이 담긴 다른 래들로 교환하여 턴디쉬 내로 연속적으로 용강을 주입한다. 예를 들어, 한 개의 턴디쉬에 4~5개의 래들이 교환되면서 용강을 주입할 수 있다. 말기 주조공정에서는, 래들의 교환이 완료된 후 턴디쉬 내 잔여 용강을 주형으로 주입한다.
이때, 초기 주조공정은 연소주조공정 중 강의 생산 및 품질에 영향을 주는 중요한 공정이다. 초기 주조공정에서 턴디쉬 내부는 대기 분위기이며, 래들로부터 용강이 주입될 때, 턴디쉬 내부의 공기와 용강이 접촉한다. 턴디쉬 내부의 공기 중 특히 산소는 용강과 결합하여 강 중의 산소함량을 증가시키고, SiO2 또는 Al2O3와 같은 비금속 산화물을 발생시킨다. 이에, 연속주조공정에서 생산되는 강의 품질이 저하될 수 있다.
종래에는 래들에서 턴디쉬로 용강을 주입하기 전에, 불활성 가스와 환원성 가스가 혼합된 혼합가스를 턴디쉬 내로 공급하였다. 이에, 턴디쉬 내부의 산소가 제거되어, 턴디쉬로 공급된 용강과 공기가 접촉하는 것을 억제하였다.
그러나 턴디쉬 내부의 산소를 측정하기 위해 포터블 장비로 작업자가 직접 턴디쉬 내부의 기체를 샘플링하였다. 이에, 한정된 위치에서 한정된 시간 동안만 턴디쉬 내부의 산소를 측정할 수 있기 때문에, 턴디쉬 내부의 산소를 실시간으로 모니터링하는데 어려움이 있다. 따라서, 턴디쉬 내부의 상황에 따라 턴디쉬 내부로 공급되어야 할 불활성 가스의 양을 미리 설정할 수 없어 불활성 가스가 낭비될 수 있고, 불활성 가스가 공급된 후 턴디쉬 내부의 상태를 확인하기가 어려워 산소가 모두 제거되었는지 파악할 수 없는 문제가 있다.
KR 10-0193160 B KR 2012-0033085 A
본 발명은 용융금속이 수용될 수 있는 용기 내부의 산소를 연속적으로 정확하게 측정할 수 있는 산소 측정장치 및 산소 측정방법을 제공한다.
본 발명은 용융금속을 처리하는 설비의 공정 효율을 향상시킬 수 있는 산소 측정장치 및 산소 측정방법을 제공한다.
본 발명은 용융금속을 저장하는 용기 내부의 산소를 측정하는 산소 측정장치로서, 상기 용기의 내부공간의 기체를 흡입하도록 설치되고, 흡입된 기체를 냉각시킬 수 있는 처리부; 및 상기 처리부와 연결되고, 상기 처리부에서 냉각된 기체의 산소를 측정할 수 있는 측정부;를 포함한다.
상기 처리부는, 기체가 유입되는 경로를 형성하는 유입관; 상기 유입관과 연결되는 냉각기; 및 기체를 냉각시키면서 발생하는 응축수를 배출하도록 상기 냉각기와 연결되는 배출기;를 포함한다.
상기 처리부는, 상기 냉각기로 유입되는 기체를 필터링하도록 상기 유입관에 설치되는 필터를 더 포함한다.
상기 냉각기는 복수개가 구비되며,
상기 처리부는, 기체가 이동하는 경로를 형성하고, 복수개의 냉각기를 연결해주는 연결관을 더 포함한다.
상기 처리부는, 상기 유입관 및 상기 연결관 중 적어도 어느 하나에 설치되는 가열기를 더 포함한다.
상기 측정부는 산소분압 측정기를 포함하고,
상기 용기에, 개구부를 커버하는 커버, 및 상기 용기의 내부로 불활성 가스와 환원성 가스 중 적어도 어느 하나를 공급하도록 상기 커버와 연결되는 가스 공급부가 구비된다.
상기 측정부는, 상기 산소분압 측정기에서 측정된 결과에 따라 상기 가스 공급부의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함한다.
상기 처리부는, 상기 유입관과 연결되고 상기 커버에 설치되는 흡입배관을 포함하고, 상기 가스 공급부는, 상기 커버에 설치되는 분사배관을 포함한다.
상기 흡입배관의 단부는 상기 커버의 중심부에 위치하고, 상기 분사배관의 단부는 상기 커버의 외곽부에 위치한다.
상기 복수개의 위치에서 기체를 흡입할 수 있도록, 상기 흡입배관의 단부가 복수개가 구비된다.
상기 용기와 함께 이동할 수 있도록, 상기 처리부 및 상기 측정부는 상기 용기에 결합된다.
본 발명은 용융금속이 수용될 수 있는 용기 내부의 산소 측정방법으로서, 용기에, 기체를 흡입하여 냉각시킬 수 있는 처리부와, 산소를 측정할 수 있는 측정부를 마련하는 과정; 상기 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하여 냉각시키는 과정; 및 상기 측정부로 냉각된 기체에서 산소를 측정하는 과정;을 포함한다.
상기 기체를 냉각시키는 과정은 복수회 수행된다.
상기 기체를 냉각시키기 전에, 흡입된 기체를 필터링하는 과정을 더 포함한다.
상기 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하는 과정은, 상기 용기를 이동시키면서 상기 처리부로 기체를 흡입하는 과정을 포함한다.
상기 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하는 과정은, 상기 처리부로 기체를 연속적으로 흡입하는 과정을 포함한다.
상기 용기는 턴디쉬를 포함하고,
상기 턴디쉬 내부를 가열한 후 상기 턴디쉬를 이동시킬 때부터 주조공정을 시작하기 전까지의 시간 중 적어도 어느 한 기간에 상기 턴디쉬 내부의 산소를 측정한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 용융금속이 저장될 수 있는 용기 내부의 산소를 정확하게 측정할 수 있다. 용기 내부의 산소를 모니터링하면서 용기 내부에 불활성 가스 분위기를 형성할 수 있다. 이에, 용기 내부의 산소를 정밀하게 제거하여, 용기 내부로 유입되는 용융금속이 산화되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용융금속을 처리하여 생산하는 제품의 품질이 향상되어 공정의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 용기 내부를 예열한 후 용기를 이동시킬 때부터 용기 내부의 용융금속을 외부로 배출하기 전까지 연속적으로 용기 내부의 산소를 측정할 수 있다. 이에, 용기 내부로 용융금속을 유입시키기 전 및 용융금속이 유입된 후, 측정된 산소 상태에 맞추어 용기 내부로 공급되어야 하는 불활성 가스의 양을 미리 산출할 수 있다. 따라서, 용기 내부의 산소를 제어하기가 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정장치의 설치 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흡입배관과 분사배관의 구조를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 흡입배관과 분사배관의 구조를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 처리부와 측정부의 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정장치의 측정 가능 시간 범위를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정방법을 나타내는 플로우 차트.
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. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정장치의 설치 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흡입배관과 분사배관의 구조를 나타내는 평면도이다. 본 발명의 실시 예는 산소 측정장치가 턴디쉬에 설치되는 것을 예시적으로 설명하지만, 적용범위는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 주조설비는, 래들(200), 용기(500), 산소 측정장치(100), 주형(300), 및 냉각대(400)를 포함할 수 있다. 이때, 용기(500)는 턴디쉬일 수 있다.
래들(200)은 내부에 용강을 저장할 수 있다. 래들(200)은 용융금속 저장장치(100)의 상측에 위치할 수 있다. 래들(200)의 하부에는 주입노즐(210)이 구비되어 내부에 저장된 용강을 하측의 용융금속 저장장치(100)에 주입할 수 있다.
용기(500)는 래들(200)과 주형(300) 사이에 위치할 수 있다. 용기(500)는 내부공간을 가지고, 상부가 개방될 수 있다. 따라서, 용기(500)에 상부를 통해 용강이 유입될 수 있고, 용기(500)의 내부공간에 용강이 수용될 수 있다. 용기(500)는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 그러나 용기(500)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
이때, 용기(500)의 개방된 부분은 커버(520)에 의해 덮힐 수 있다. 커버(520)는 용기(500)의 개방된 부분의 형상을 따라 형성될 수 있고, 용기(500)의 개방된 부분의 면적보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 따라서, 커버(520)는 용기(500)의 개방된 부분을 덮어, 외부의 물질이 용기(500) 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 용기(500)의 내부로 용강을 주입할 수 있도록, 커버(520)에는 래들(200)의 주입노즐(210)이 관통할 수 있는 관통구(미도시)가 형성될 수 있다. 그러나 커버(520)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
또한, 용기(500)에는 내부공간으로 불활성 가스 및 환원성 가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 가스 공급부(530)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면 가스 공급부(530)는, 불활성 가스 공급기(531), 환원성 가스 공급기(532), 불활성 가스와 환원성 가스를 혼합하는 가스 혼합기(533), 및 가스 혼합기(533)에서 혼합된 가스를 용기(500) 내부로 분사하는 분사배관(534)을 포함할 수 있다.
분사배관(534)은 커버(520)에 설치될 수 있고, 용기(500) 내부로 불활성 가스 및 환원성 가스 중 적어도 어느 하나를 분사하는 역할을 한다. 이때, 용기(500) 내부로 불활성 가스나 환원성 가스를 신속하게 채울 수 있도록 분사배관(534)은 복수개가 구비될 수 있다. 분사배관(534)은 가스 혼합기(533)와 연결될 수 있도록 일단은 커버(520)의 외측으로 돌출될 수 있고, 분사구가 형성되는 타단은 용기(500)의 내부를 향할 수 있다.
불활성 가스 공급기(531)는 불활성 가스를 저장할 수 있고, 용기(500)로 공급되는 불활성 가스의 양을 제어하는 밸브, 및 용기(500)로 공급되는 불활성 가스의 양을 측정하는 유량계가 구비될 수 있다. 이에, 용기(500)로 공급되는 불활성 가스의 양을 정확하게 제어할 수 있다. 불활성 가스로 아르곤(Ar) 가스가 사용될 수 있고, 용기(500) 내부에 채워져 용강과 산소가 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그러나 사용되는 불활성 가스의 종류는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
환원성 가스 공급기(532)는 환원성 가스를 저장할 수 있고, 용기(500)로 공급되는 환원성 가스의 양을 제어하는 밸브, 및 용기(500)로 공급되는 환원성 가스의 양을 측정하는 유량계가 구비될 수 있다. 이에, 용기(500)로 공급되는 환원성 가스의 양을 정확하게 제어할 수 있다. 환원성 가스로 LNG가 사용될 수 있고, 용기(500) 내부의 산소를 태워 제거할 수 있다. 따라서, 불활성 가스와 환원성 가스를 함께 용기(500) 내부로 공급하면, 환원성 가스는 산소를 제거하고 불활성 가스는 용기(500) 내에 채워져 외부의 산소가 용기(500) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 사용되는 환원성 가스의 종류는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
가스 혼합기(533)는, 불활성 가스 공급기(531), 환원성 가스 공급기(532), 및 분사배관(534)과 연결될 수 있다. 즉, 가스 혼합기(533)는 불활성 가스 공급기(531)에서 공급되는 불활성 가스와, 환원성 가스 공급기(532)에서 공급되는 환원성 가스를, 분사배관(534)으로 전달하는 역할을 한다. 불활성 가스 공급기(531)에서 공급되는 불활성 가스와, 환원성 가스 공급기(532)에서 공급되는 환원성 가스는, 가스 혼합기(533)에서 만나 혼합될 수 있고, 혼합된 가스가 분사배관(534)으로 공급되어 용기(500) 내부로 분사될 수 있다. 이때, 불활성 가스와 환원성 가스가 혼합된 혼합가스는 주조공정이 시작되기 전까지 계속 공급될 수 있다.
또한, 용기(500)의 하부에는 공급노즐(510)이 구비될 수 있다. 공급노즐(510)은 상하방향으로 연장 형성되는 용강의 이동경로를 형성할 수 있다. 공급노즐(510)의 상부는 용기(500)의 하부에 연결되고, 하부는 주형(300)의 내부를 향하여 돌출될 수 있다. 공급노즐(510)이 형성하는 용강의 이동경로를 개폐될 수 있다. 따라서, 공급노즐(510)이 개방되면 용기(500) 내부의 용강이 주형(300)으로 공급될 수 있고, 공급노즐(510)이 폐쇄되면 용기(500)에서 주형(300)으로 용강이 공급되는 것이 중단될 수 있다.
주형(300)은 용강을 응고시켜 금속 제품의 외관을 결정하는 틀일 수 있다. 주형(300)은 구조적으로 마주보는 한 쌍의 면들이 개구된 형태로서, 상측에 배치된 용기(500)의 공급노즐(160)로부터 공급받은 용강이 수용되는 중공부를 형성한다. 주형(300) 내로 공급된 용강은 열에너지를 빼앗겨 응고되면서 주편이 생산될 수 있다.
냉각대(400)는 주형(300)의 하측에 배치된다. 냉각대(400)는 주형(300)의 하부로 인발되는 주편의 이동경로를 형성하여 미응고된 주편을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 연속적으로 배치되는 복수의 이송롤러(410)를 포함한다. 또한, 주편을 신속하게 응고시키기 위해 주편의 이동경로 일부에 냉각수를 분사하는 분사노즐(미도시)을 구비할 수도 있다.
이송롤러(410)들이 형성하는 주편의 이동경로는, 주형의 하측에 수직방향으로 연장 형성되는 제1 직선구간, 제1 직선구간과 연결되고 굴곡을 가지는 곡선구간, 및 곡선구간과 연결되고 제1 직선구간과 교차하는 방향으로 연장 형성되는 제2 직선구간을 포함할 수 있다. 이에, 주편은 제1 직선구간, 곡선구간, 및 제2 직선구간을 통과하면서 냉각될 수 있다. 그러나 냉각대(400)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 경로를 형성할 수 있다.
또한, 주편의 이동경로 상에는 토치 절단기(미도시)가 설치될 수 있다. 이에, 토치 절단기는 주편의 상측에 위치하여, 하측을 통과하는 주편을 일정한 크기로 절단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 흡입배관과 분사배관의 구조를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 처리부와 측정부의 구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정장치의 측정 가능 시간 범위를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 산소 측정장치(100)는 용융금속을 저장하는 용기(500) 내부의 산소를 측정하는 산소 측정장치로서, 용기(500)의 내부공간의 기체를 흡입하도록 설치되고, 흡입된 기체를 냉각시킬 수 있는 처리부(110), 및 처리부(110)와 연결되고, 처리부(110)에서 냉각된 기체의 산소를 측정할 수 있는 측정부(120)를 포함한다.
이때, 산소를 측정한다는 것은 산소가 있는지 없는지 측정(또는, 산소의 존재 여부를 측정)한다는 의미일 수 있다. 따라서, 산소 측정장치(100)가 용기(500)에 설치되는 경우, 용기(500) 내부에 산소가 있는지 없는지 측정할 수 있다.
처리부(110)는 측정부(120)에서 안정적으로 기체의 산소를 측정할 수 있도록 기체를 냉각시키거나 필터링하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 용기(500)는 내부에 용강을 주입하기 전에 내부를 예열한다. 이에, 용기(500) 내부의 기체는 고온일 수 있고, 바로 측정부(120)로 유입되면 측정부(120)가 손상될 수 있다. 따라서, 측정부(120)에서 측정하기 알맞은 온도로 처리부(110)가 기체를 냉각할 수 있다.
또한, 처리부(110)는, 기체가 유입되는 경로를 형성하는 유입관(113), 유입관(113)과 연결되는 냉각기, 및 기체를 냉각시키면서 발생하는 응축수를 배출하도록 냉각기와 연결되는 배출기를 포함한다. 또한, 처리부(110)는, 용기(500)의 내부공간의 기체를 흡입하도록 커버(520)에 설치되고, 유입관(113)과 연결되는 흡입배관(112), 유입관(113) 및 후술될 연결관(115) 중 적어도 어느 하나에 설치되는 가열기(미도시), 냉각기로 유입되는 기체를 필터링하도록 유입관(113)에 설치되는 제1 필터(113a), 및 흡입력을 발생시켜 냉각기에서 냉각된 기체를 측정부(120)로 전달하는 흡입기(116b)를 더 포함할 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 흡입배관(112)은 용기(500) 내부의 기체를 흡입하는 경로를 형성할 수 있다. 흡입배관(112)의 적어도 일부분이 커버(520) 내에 삽입되어 설치될 수 있다. 예를 들어, 유입관(113)과 연결될 수 있도록 흡입배관(112)의 일단은 커버(520)의 외측에 돌출될 수 있고, 흡입구(112a)가 형성되는 타단은 커버(520)를 관통하여 용기(500)의 내부를 향하여 연장 형성될 수 있다.
흡입배관(112)의 단부는 기체가 흡입되는 입구인 흡입구(112a)일 수 있고, 분사배관(534)의 단부는 불활성 가스나 환원성 가스가 분사되는 구멍인 분사구(534a)일 수 있다. 흡입구(112a)는 커버(520)의 중심부(G1)에 위치하고, 분사배관(534)의 분사구(534a)는 커버(520)의 중심부(G1)를 감싸는 외곽부(G2)에 위치할 수 있다. 이에, 흡입배관(112)의 흡입구(112a)와 분사배관(534)의 분사구(534a)가 서로 이격될 수 있다. 분사구(534a)와 흡입구(112a)가 근접하게 배치되면, 분사구(534a)에서 분사되는 가스가 바로 흡입구(112a)로 유입될 수 있다. 따라서, 측정부(120)는 분사구(534a)에서 분사되는 가스를 기준으로 산소를 측정하여, 용기(500) 내부의 산소를 측정할 수 없다. 이에, 용기(500) 내부의 산소를 측정할 수 있도록 흡입배관(112)의 흡입구(112a)와, 분사배관(534)의 분사구(534a)가 서로 커버(520)의 길이방향(또는, 전후방향)으로 이격될 수 있다.
예를 들어, 흡입배관(112)의 전후방향으로 연장되는 길이를, 분사배관(534)의 전후방향으로 연장되는 길이보다 길게 형성할 수 있다. 이에, 흡입배관(112)의 흡입구(112a)는 커버(520)의 중심부(G1)에 위치할 수 있고, 분사배관(534)의 분사구(534a)는 커버(520)의 외곽부에 위치하여, 서로 전후방향으로 이격될 수 있다. 따라서, 분사구(534a)에서 분사되는 가스들이 흡입구(112a)로 바로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 측정부(120)는 흡입배관(112)으로 유입된 기체를 통해 용기(500) 내부의 산소를 정확하게 측정할 수 있다.
이때, 흡입배관(112)의 흡입구(112a)는 커버(520)의 중심부(G1)에 위치하기 때문에, 용기(500) 내부의 평균적인 상태의 기체를 흡입할 수 있다. 즉, 흡입구(112a)와 분사구(534a)가 사이의 거리가 너무 멀어지면, 불활성 가스가 채워지지 않은 기체만 흡입구(112a)로 유입될 수 있다. 이에, 불활성 가스를 용기(500) 내로 공급해도 측정부(120)에서는 산소가 많은 것으로 측정될 수 있다. 따라서, 용기(500) 내부를 기준으로 불활성 가스의 양이 부분(또는, 흡입구(112a)가 위치하는 부분)과, 용기(500)의 불활성 가스가 가장 공급되기 어려운 부분(또는, 용기(500)의 흡입구(112a)와 마주보는 부분)의 중간 부분에 흡입구(112a)를 위치시킬 수 있다.
한편, 도 3의 (b)와 같이 복수개의 위치에서 기체를 흡입할 수 있도록, 흡입배관(112)의 흡입구(112a)가 복수개가 구비될 수도 있다. 예를 들어, 흡입구(112a)들이 용기(500)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 이에, 복수개의 위치에서 흡입되는 기체를 기준으로 산소를 측정하여 용기(500) 내부의 평균적인 산소를 더 정확하게 측정할 수 있다.
또는, 흡입배관(112)의 길이가 조절되어 흡입구(112a)의 위치가 조절될 수도 있다. 이에, 흡입구(112a)의 위치를 변경하면서 복수개의 위치에서의 기체를 흡입하여 위치별 산소를 측정할 수 있다. 따라서, 분사구(534a)와 근접한 영역 및 원거리 배치되는 영역 모두에서 산소를 측정할 수 있고, 측정된 값들을 비교하여 용기(500) 내 위치별 산소분포도 측정할 수 있다. 그러나 흡입배관(112)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
도 5를 참조하면, 유입관(113)은 기체가 이동하는 경로를 형성한다. 유입관(113)의 흡입배관(112)과 연결될 수 있다. 이에, 흡입배관(112)을 통해 흡입된 용기(500) 내부의 기체가 유입관(113)을 통해 냉각기로 공급될 수 있다. 유입관(113)은 흡입배관(112)에 용이하게 체결될 수 있도록 유연성을 가질 수 있다.
또한, 유입관(113)에는 가열기(미도시)가 설치될 수 있다. 기체에는 수분이 함유되어 있기 때문에 유입관(113)을 통과하면서 자연 냉각되면, 응축수가 발생할 수 있다. 유입관(113) 내부에서 발생한 응축수는 유입관(113) 내부를 오염시키거나, 기체가 이동하는 경로를 막을 수 있다. 따라서, 기체가 냉각되어 유입관(113) 내부에서 응축수가 발생하는 것을 방지하기 위해, 유입관(113) 내부를 가열하여 기체의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 유입관(113)은 내부의 기체가 이동하는 경로를 개폐하는 개폐밸브(미도시)가 구비될 수도 있다. 이에, 개폐밸브의 작동을 제어하여 기체가 흡입되는 시점이나 흡입되는 시간을 조절할 수 있다. 또는, 처리부(110)에 흡입력을 발생시키거나 발생시키지 않으므로, 기체가 흡입되는 시점이나 시간을 조절할 수도 있다. 따라서, 주조공정이 시작될 때는, 개폐밸브를 잠글 수 있다.
제1 필터(113a)는 유입관(113)에 설치되고, 냉각기와 흡입배관(112) 사이에 위치할 수 있다. 이에, 제1 필터(113a)는 용기(500)에서 흡입된 기체 내에서 먼지나 이물질을 걸러낼 수 있고, 냉각기로 청정한 기체가 유입될 수 있다. 따라서, 냉각기가 먼지나 이물질에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
냉각기는 복수개가 구비될 수 있고, 처리부(110)는 복수개의 냉각기를 연결해주는 연결관(115)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각기(111a)와 제2 냉각기(111b)가 구비될 수 있고, 제1 냉각기(111a)와 제2 냉각기(111b)는 연결관(115)에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 유입관(113)을 통해 유입된 기체가 제1 냉각기(111a)에서 1차로 냉각된 후, 연결관(115)을 통해 제2 냉각기(111b)로 이동되어 2차로 냉각될 수 있다.
이때, 배출기는 냉각기가 구비되는 개수만큼 구비되어, 각 냉각기 별로 연결될 수 있다. 따라서, 냉각기가 2개가 구비되면, 배출기도 제1 냉각기(111a)와 연결되는 제1 배출기(114), 및 제2 냉각기(111b)와 연결되는 제2 배출기(116a)로 각각 구비될 수 있다. 그러나 냉각기와 배출기가 구비되는 개수는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
제1 냉각기(111a)는 유입관(113)과 연결되고, 유입관(113)을 통해 들어오는 기체를 냉각시켜주는 역할을 한다. 예를 들어, 제1 냉각기(111a)는 이중코일 형태로 형성될 수 있다. 이에, 제1 냉각기(111a)가 형성하는 나선형 경로를 통과하는 기체가 공기에 의해 외부로 열을 빼앗겨 일정온도로 냉각될 수 있다. 그러나 제1 냉각기(111a)의 구조 및 기체를 냉각시키는 방법은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
제1 배출기(114)는 제1 냉각기(111a)에서 발생하는 응축수를 외부로 배출하는 역할을 한다. 제1 배출기(114)는 응축수를 수용하는 포트(114a)와, 응축수를 배출시키는 드레인 펌프(114b)를 포함할 수 있다.
포트(114a)는 내부에 응축수가 저장되는 공간이 형성되고, 응축수를 포집하도록 제1 냉각기(111a)의 하부와 연결될 수 있다. 이에, 제1 냉각기(111a)에서 발생한 응축수가 포트(114a)로 모여질 수 있다.
드레인 펌프(114b)는 포트(114a)와 연결되고, 포트(114a) 내 응축수를 외부로 배출하는 역할을 한다. 따라서, 포트(114a) 내에 일정량의 응축수가 저장되면, 드레인 펌프(114b)로 응축수를 처리부(110) 외측으로 배출시킬 수 있다. 이에, 포트(114a)에 과도한 응축수가 저장되어 터지는 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
연결관(115)은 기체가 이동하는 경로를 형성한다. 연결관(115)의 일단은 제1 냉각기(111a)와 연결될 수 있다. 이에, 제1 필터(113a)와 제1 냉각기(111a)에서 필터링되고 냉각된 기체가 연결관(115)을 통해 제1 필터(113a)로 전달될 수 있다. 연결관(115)은 제1 냉각기(111a)에 용이하게 체결되고, 용기(500)와 함께 이동할 수 있도록 유연성을 가질 수 있다.
또한, 연결관(115)에는 가열기(미도시)가 설치될 수 있다. 기체에는 수분이 함유되어 있기 때문에 연결관(115)을 통과하면서 자연 냉각되면, 응축수가 발생할 수 있다. 연결관(115) 내부에서 발생한 응축수는 연결관(115) 내부를 오염시키거나, 기체가 이동하는 경로를 막을 수 있다. 따라서, 기체가 냉각되어 연결관(115) 내부에서 응축수가 발생하는 것을 방지하기 위해, 연결관(115) 내부를 가열하여 기체의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 연결관(115)은 복수개가 구비될 수 있다. 예를 들어, 연결관(115)은 두 개가 구비될 수 있고, 제1 연결관은 제1 냉각기(111a)와 제2 냉각기(111b)를 연결해줄 수 있고, 제2 연결관은 제1 배출기(114)의 포트(114a)와 제2 냉각기(111b)를 연결해줄 수 있다. 이에, 제1 연결관은 제1 냉각기(111a)에서 냉각된 기체를 제2 냉각기(111b)로 전달해주고, 제2 연결관은 포트(114a) 내로 응축수와 함께 유입된 기체를 제2 냉각기(111b)로 전달해줄 수 있다. 따라서, 제2 냉각기(111b)로 전달되는 기체의 양을 증가시킬 수 있고, 샘플링되는 기체의 양이 늘어나 측정부(120)에서 더 정확하게 산소를 측정할 수 있다. 그러나 연결관(115)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
제2 냉각기(111b)는 연결관(115)과 연결되고, 제1 냉각기(111a)에서 전달된 기체를 2차로 냉각하는 역할을 한다. 예열된 후 용기(500) 내부의 기체 온도가 높기 때문에, 유입된 기체를 처리부(110)에서 1차로 냉각하고, 제2 냉각기(111b)에서 2차로 냉각할 수 있다. 따라서, 제2 냉각기(111b)에서 냉각되는 기체는 측정부(120)에서 측정하기 용이한 온도까지 냉각될 수 있다.
또한, 제2 냉각기(111b)는 내부공간을 가지고, 내부공간의 둘레에는 열에너지를 뺏는 유체가 이동하는 유로가 형성될 수 있다. 이에, 제2 냉각기(111b) 내부의 기체가 유로를 통과하는 유체에 의해 냉각될 수 있다. 내부공간에 기체와, 기체를 냉각하면서 발생한 응축수가 모두 수용될 수 있다. 따라서, 응축수는 제2 냉각기(111b) 내부공간 내 하부에 위치하고, 기체는 상부에 위치할 수 있다.
제2 배출기(116a)는 펌프일 수 있고, 제2 냉각기(111b)의 하부와 연결될 수 있다. 따라서, 제2 배출기(116a) 내에 일정량의 응축수가 저장되면, 제2 배출기(116a)로 응축수를 배출시킬 수 있다. 이에, 제2 배출기(116a) 내부에 과도한 양의 응축수가 저장되는 것을 방지할 수 있다.
흡입기(116b)는 펌프일 수 있고, 제2 냉각기(111b)의 상부와 연결될 수 있다. 따라서, 흡입기(116b)의 흡입력을 통해 제2 냉각기(111b) 내부에 냉각된 기체가 흡입될 수 있고, 흡입기(116b)는 측정부(120) 측으로 냉각된 기체를 전달해줄 수 있다.
이때, 제2 냉각기(111b)와 흡입기(116b) 사이에는 습도 센서(117)가 구비될 수 있다. 습도 센서(117)는 제2 냉각기(111b)에서 흡입기(116b)로 이동하는 기체의 습도를 측정할 수 있다. 따라서, 기체의 습도 상태를 확인하여 선택적으로 측정부(120)에 기체를 전달해줄 수 있다. 즉, 기체의 습도가 너무 높은 경우, 측정부(120)의 측정 정확도가 저하될 수 있다. 이에, 습도 센서(117)에서 측정된 값과 미리 설정된 습도값을 비교하여, 측정된 값이 설정된 습도값보다 작은 경우에만 기체를 측정부(120)로 공급할 수 있다.
예를 들어, 흡입기(116b)는 측정부(120)와 연결되는 연결라인(118a), 기체를 배출시키는 배출라인(118b), 및 연결라인(118a) 또는 배출라인(118b)으로 이동하는 기체의 이동경로를 제어하는 경로밸브(118c)를 구비할 수 있다. 이에, 경로밸브(118c)가 연결라인(118a)을 개방하고 배출라인(118b)을 폐쇄하면, 기체가 측정부(120)로 공급되어 측정부(120)에서 산소를 측정할 수 있다. 경로밸브(118c)가 연결라인(118a)을 폐쇄하고 배출라인(118b)을 개방하면, 기체가 처리부(110) 외부로 배출될 수 있다. 이에, 흡입기(116b)로 흡입되는 기체의 습도에 따라 경로밸브(118c)의 작동을 제어할 수 있다.
표준가스 공급기(119)는 연결라인(118a)과 연결될 수 있다. 이에, 표준가스 공급기(119)는 후술될 측정부(120)의 산소분압 측정기(121)에 표준가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 표준가스는 대기일 수 있고, 표준가스의 산소분압은 미리 알 수 있다. 이에, 산소분압 측정기(121)에 표준가스를 공급하여 산소분압을 측정한 결과를 통해 산소분압 측정기(121)가 정상인지 비정상인지 판단할 수 있다. 따라서, 산소분압 측정기(121)의 상태를 점검하여 용이하게 유지보수할 수 있다. 이때, 표준가스 공급기(119)와 측정부(120) 사이에 공급밸브(119a)가 구비되어 측정부(120)로 공급되는 표준가스의 양이 제어될 수 있다.
제2 필터(119b)는 표준가스 공급기(119)와 산소분압 측정기(121) 사이에 위치할 수 있고, 연결라인(118a)에 설치될 수 있다. 이에, 제2 필터(119b)는 표준가스 내에서 먼지나 이물질을 걸러낼 수 있고, 산소분압 측정기(121)로 청정한 표준가스가 유입될 수 있다. 또한, 제2 필터(119b)는 흡입기(116b)에 의해 전달되는 기체 내의 먼지나 이물질도 제거할 수 있다. 따라서, 산소분압 측정기(121)가 먼지나 이물질에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.
측정부(120)는 처리부(110)에서 필터링되고 냉각된 기체를 통해 용기(500) 내 산소를 측정하는 역할을 한다. 측정부(120)는, 산소분압 측정기(121)를 포함한다. 또한, 측정부(120)는, 컨버터(122), 제어기(123), 표시기, 표준가스 공급기(119), 및 제2 필터(119b)를 더 포함할 수 있다.
산소분압 측정기(121)는 흡입기(116b)와 연결된다. 산소분압 측정기(121)는 제2 냉각기(111b)에서 냉각된 기체에서 산소분압을 측정하는 센서일 수 있다. 이에, 기체 내 산소분압을 통해 기체 내 산소가 존재하는지 알 수 있고, 이를 통해 용기(500) 내 산소가 존재하는지 알 수 있다.
컨버터(122)는 산소분압 측정기(121)와 연결된다. 컨버터(122)는 산소분압 측정기(121)에서 측정된 데이터를 연속적으로 처리하여 제어기(123)로 전달할 수 있다.
제어기(123)는 컨버터(122)와 연결되어 컨버터(122)에서 처리된 데이터를 저장하고, 산소분압 측정기(121)에서 측정된 결과에 따라 가스 공급부(530)의 작동을 제어하는 역할을 한다. 즉, 제어기(123)는 측정된 산소 분압도에 따라 가스 공급부(530)를 통해 공급되는 혼합가스의 유량을 자동으로 제어할 수 있다.
산소분압이 높게 측정되면, 제어기(123)는 용기(500) 내부에 산소가 많이 포함되어 있다고 판단하고, 용기(500) 내부로 공급되는 불활성 가스와 환원성 가스의 양을 증가시킬 수 있다. 반대로, 산소분압이 낮게 측정되면, 제어기(123)는 용기(500) 내부에 산소가 적거나 없다고 판단하고, 용기(500) 내부로 공급되는 불활성 가스와 환원성 가스의 양을 감소시키거나 차단시킬 수 있다.
예를 들어, 제어기(123)는 산소분압 측정기(121)에서 측정된 값과 미리 설정된 설정값을 비교할 수 있다. 설정값으로 12~17atm-10 중 어느 한 값이 사용될 수 있다. 이에, 산소분압 측정기(121)에서 측정된 값이 설정값을 초과하면, 제어기(123)는 용기(500) 내부에 산소가 존재한다고 판단하여 용기(500) 내부로 공급되는 불활성 가스와 환원성 가스의 양을 증가시킬 수 있다. 산소분압 측정기(121)에서 측정된 값이 설정값 이하이면, 제어기(123)는 용기(500) 내부에 산소가 제거되었다고 판단하여 용기(500)로 불활성 가스와 환원성 가스가 공급되는 것을 중단시키거나 공급되는 양을 감소시킬 수 있다. 그러나 설정값은 이에 한정되지 않고 다양하게 결정될 수 있고, 측정부(120)의 구조 및 산소를 측정하는 방법도 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
표시기(미도시)는 제어기(123)와 연결되어, 측정된 데이터를 청각적 시각적으로 표시해줄 수 있다. 이에, 작업자가 표시기를 통해 용기(500) 내부의 기체 상태를 모니터링할 수 있다. 따라서, 작업자가 용기(500) 내부의 산소 상태에 따라 적절한 조처를 신속하게 취할 수 있다.
용기(500)와 함께 이동할 수 있도록, 처리부(110)와 측정부(120)는 용기(500)에 직접 결합되거나 장착될 수 있다. 처리부(110)와 측정부(120)는 용기(500)의 상부 및 하부 중 적어도 어느 한 부분에 설치될 수 있다.
예를 들어, 용기(500)의 상부에 제1 판넬(110a)이 설치되고, 용기(500)의 하부에 설치되는 제2 판넬(110b)이 설치될 수 있다. 제1 냉각기(111a)와 제1 배출기(114)는 제1 판넬(110a)에 설치되어 지지되고, 제2 냉각기(111b)와 제2 배출기(116a) 및 측정부(120)는 제2 판넬(110b)에 설치되어 지지될 수 있다.
처리부(110)와 측정부(120)가 용기(500)의 상부와 하부 두 위치에 설치되기 때문에, 용기(500)가 이동할 때 균형을 유지하기가 용이할 수 있다. 또한, 처리부(110)로 흡입된 기체가 신속하게 냉각될 수 있도록 처리부(110)의 제1 냉각기(111a)는 용기(500)의 상부에 위치할 수 있다. 측정부(120)는 고온의 기체로부터 보호받기 위해, 용기(500)의 하부에 위치할 수 있다. 이에, 고온의 기체가 냉각되는 제1 냉각기(111a)와 이격되어, 측정부(120)는 용기(50)의 하부에 위치할 수 있고, 측정부(120)는 고온의 열로부터 보호받을 수 있다.
이와 같이 처리부(110)와 측정부(120)가 용기(500)와 함께 이동할 수 있고, 용기(500)를 이동시키면서 용기(500) 내부의 산소를 측정하는 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 도 6과 같이, 산소 측정장치(100)가 산소를 측정 가능한 시간 범위가 종래에 비해 증가할 수 있고, 시간 범위 내에서 연속적으로 용기(500) 내부의 산소를 측정하여 용기(500) 내부의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
즉, 용기(500) 내부를 가열한 후 용기(500)를 이동시킬 때부터, 주조공정이 시작되기 전까지 용기(500) 내부의 산소를 측정할 수 있다. 이에, 용기(500)가 이동할 때, 용기(500)가 주형(300) 상에 정지했을 때, 등 다양한 시점에서 용기(500) 내부의 산소를 측정할 수 있고, 연속적으로 산소를 측정하여 시간별로 변화되는 산소를 그래프로 나타낼 수도 있다.
예를 들어, 용기(500)를 이동시킬 때부터 주조공정이 시작될 때까지 끊이지 않고, 연속적으로 산소를 측정할 수 있다. 또는, 용기(500)를 이동시킬 때부터 주조공정이 시작될 때까지의 시간 중 정해진 내에 계속(또는, 여러번) 산소를 측정할 수도 있다. 그러나 처리부(110)와 측정부(120)가 설치되는 위치는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
이처럼 용융금속이 저장될 수 있는 용기(500) 내부의 산소를 정확하게 측정할 수 있다. 용기(500) 내부의 산소 상태를 모니터링하면서 용기(500) 내부에 불활성 가스 분위기를 형성할 수 있다. 이에, 용기(500) 내부의 산소를 정밀하게 제거하여, 용기(500) 내부로 유입되는 용융금속이 산화되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용융금속을 처리하여 생산하는 제품의 품질이 향상되어 공정의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 용기(500) 내부를 예열한 후 용기(500)를 이동시킬 때부터 용기 내부의 용융금속을 외부로 배출하기 전까지 연속적으로 용기(500) 내부의 산소를 측정할 수 있다. 이에, 용기(500) 내부로 용융금속을 유입시키기 전 및 용융금속이 유입된 후, 측정된 산소 상태에 맞추어 용기(500) 내부로 공급되어야 하는 불활성 가스의 양을 미리 산출할 수 있다. 따라서, 용기(500) 내부의 산소를 제어하기가 용이해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정방법을 나타내는 플로우 차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정장치에 대해 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 산소 측정방법은, 용융금속이 수용될 수 있는 용기 내부의 산소 측정방법으로서, 용기에, 기체를 흡입하여 냉각시킬 수 있는 처리부와, 산소를 측정할 수 있는 측정부를 마련하는 과정(S100), 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하여 냉각시키는 과정(S200), 및 측정부로 냉각된 기체에서 산소를 측정하는 과정(S300)을 포함한다.
이때, 용융금속은 용강일 수 있고, 용융금속 저장장치는 주조설비에 구비되는 턴디쉬일 수 있고, 산소를 측정하는 것은 산소가 존재 여부를 측정하는 것일 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 용기(500) 내부로 유입되는 용강이 냉각되는 것을 방지하기 위해, 주조공정이 시작하기 전에, 용기(500) 내부를 예열하는 작업을 수행할 수 있다. 용기(500)의 내부를 예열하는 작업은 주조공정이 수행되는 장소와 다른 곳에서 수행될 수 있다. 이에, 용기(500) 내부를 예열하고, 용기(500)를 이동시켜 주형(300)의 상측에 위치시킬 수 있다.
이때, 용기(500)에는 기체를 흡입하여 냉각시킬 수 있는 처리부(110)와, 산소를 측정할 수 있는 측정부(120)가 설치되어 있다. 처리부(110)와 측정부(120)는 용기(500)와 함께 이동할 수 있다. 따라서, 용기(500) 내부를 가열한 후 상기 용기(500)를 주조공정이 수행되는 장소로 이동시킬 때부터 주조공정을 시작하기 전(래들(200)에서 용기(500)로 용강을 주입하기 전)까지의 시간 중 적어도 어느 한 기간에 용기(500) 내부의 산소를 연속적으로 측정할 수 있다. 이에, 용기(500) 내부의 산소를 시간별로 나타나는 연속적인 값인 그래프 형태로 표시할 수 있고, 용기(500) 내 산소 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
우선, 용기(500) 내부의 기체를 처리부(110)로 흡입할 수 있다. 처리부(110)는 기체를 냉각시킬 수 있다. 용기(500) 내부가 가열되면 용기(500) 내부의 기체 온도도 상승한다. 고온의 기체가 측정부(120)로 곧바로 전달되면, 측정부(120)가 열에 의해 파손되거나 측정값의 정확도가 저하될 수 있다. 이에, 기체의 온도가 측정부(120)에서 측정이 용이한 온도가 되도록, 처리부(110)에서 고온의 기체를 냉각시킬 수 있다.
기체를 냉각시키는 작업은 복수회가 수행될 수 있다. 즉, 기체의 온도가 고온이면 측정부(120)에서 측정이 용이한 온도로 한 번에 냉각시킬 수 없다. 이에, 복수회의 걸쳐 고온의 기체를 냉각시켜 측정부(120)에서 측정이 용이한 온도까지 기체의 온도를 저하시킬 수 있다.
또는, 고온의 기체를 한 번에 냉각시키면 다량의 응축수가 발생할 수 있다. 응축수가 측정부(120)로 유입되면 측정부(120)가 손상되거나 측정 정확도가 저하될 수 있기 때문에 제거할 필요가 있다. 다량의 응축수는 한 번에 배출하여 제거하기가 어렵기 때문에, 복수회의 걸쳐 기체를 냉각시키면서 발생한 응축수를 각각의 냉각 작업 중에 개별적으로 배출할 수 있다.
예를 들어, 처리부(110)가 제1 냉각기(111a) 및 제2 냉각기(111b)를 구비할 수 있다. 이에, 기체는 제1 냉각기(111a)에서 1차로 냉각되고, 제2 냉각기(111b)에서 2차로 냉각되어 측정부(120)에서 측정이 용이한 온도까지 온도가 저하될 수 있다. 이때, 제1 냉각기(111a)에서 기체를 냉각시키면서 발생한 응축수는 제1 배출기(114)를 통해 외부로 배출되어 제거되고, 제2 냉각기(111b)에서 기체를 냉각시키면서 발생한 응축수는 제2 배출기(116a)를 통해 외부로 배출되어 제거될 수 있다. 그러나 기체를 냉각시키는 횟수 및 응축수를 배출하는 횟수는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
이때, 처리부(110)로 유입된 기체를 냉각시키기 전에, 기체를 필터링할 수 있다. 처리부(110)로 기체가 흡입될 때 먼지나 이물질도 함께 흡입될 수 있다. 먼지나 이물질은 냉각기들이나 측정부(120)를 오염시키거나 파손시킬 수 있고, 측정부(120)의 측정 정확도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 기체가 제1 냉각기(111a)로 유입되기 전에 제1 필터(113a)를 통과시켜 먼지나 이물질을 제거할 수 있다.
그 다음, 필터링과 냉각 과정을 거친 기체가 측정부(120)로 전달될 수 있다. 측정부(120)는 산소분압 측정기(121)를 구비하여, 전달된 기체의 산소분압을 측정할 수 있다. 즉, 측정된 산소분압값을 통해 용기(500) 내 산소를 측정할 수 있다. 그러나 산소를 측정하는 방법은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
산소분압 측정기(121)에서 측정된 값은 제어기(123)로 전달될 수 있다. 제어기(123)는 산소분압 측정기(121)에서 측정된 값과 미리 설정된 설정값을 비교할 수 있다. 설정값으로 12~17atm-10 중 어느 한 값이 사용될 수 있다. 이에, 산소분압 측정기(121)에서 측정된 값이 설정값을 초과하면, 제어기(123)는 용기(500) 내부에 산소가 존재한다고 판단하여 용기(500) 내부로 공급되는 불활성 가스나 환원성 가스의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 용기(500) 내부의 산소를 제거하는 공정이 계속 수행될 수 있다.
산소분압 측정기(121)에서 측정된 값이 설정값 이하이면, 제어기(123)는 용기(500) 내부에 산소가 제거되었다고 판단하여 용기(500)로 불활성 가스나 환원성 가스가 공급되는 것을 중단시킬 수 있다. 이에, 용기(500) 내에 불활성 가스 분위기가 조성되고, 용기(500) 내부로 용강이 공급되어도 산화되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 설정값은 이에 한정되지 않고 다양하게 결정될 수 있다.
이때, 용기(500) 내부의 기체를 처리부(110)로 흡입할 때, 용기(500)를 이동시키면서 상기 처리부로 기체를 흡입시킬 수도 있다. 즉, 처리부(110)와 측정부(120)가 용기(500)와 함께 이동할 수 있도록 용기(500)에 결합되기 때문에, 용기(500)를 이동시킬 때도 처리부(110)와 측정부(120)를 작동시켜 산소를 측정할 수 있다. 따라서, 용기(500) 내부를 예열한 후 용기(500)를 이동시킬 때부터 용기(500) 내부의 산소 상태를 측정할 수 있다. 이에, 산소를 측정하는 시간 범위가 증가할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 용기(500)가 정지해 있을 때도 산소를 측정할 수 있다.
또한, 용기(500) 내부의 기체를 처리부(110)로 흡입할 때, 처리부(110)로 기체를 연속적으로 흡입할 수도 있다. 즉, 정해진 시간 동안 끊임없이 기체를 흡입하여 연속적으로 측정부(120)로 산소를 측정할 수 있다. 이에, 용기(500) 내부의 산소 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
또는, 용기(500) 내부의 기체를 처리부(110)로 흡입할 때, 처리부(110)로 기체를 정해진 시간 동안 복수회 흡입할 수도 있다. 즉, 측정하는 시기들 사이에 간격이 있고, 처리부(110)로 정해진 시간에만 기체를 흡입하여 측정부(120)로 산소를 계속 측정할 수 있다. 이에, 원하는 시간 때에 용기(500) 내 산소 상태를 측정할 수 있다.
이처럼 용융금속이 저장될 수 있는 용기(500) 내부의 산소를 정확하게 측정할 수 있다. 용기(500) 내부의 산소 상태를 모니터링하면서 용기(500) 내부에 불활성 가스 분위기를 형성할 수 있다. 이에, 용기(500) 내부의 산소를 정밀하게 제거하여, 용기(500) 내부로 유입되는 용융금속이 산화되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 용융금속을 처리하여 생산하는 제품의 품질이 향상되어 공정의 효율이 향상될 수 있다.
또한, 용기(500) 내부를 예열한 후 용기(500)를 이동시킬 때부터 용기 내부의 용융금속을 외부로 배출하기 전까지 연속적으로 용기(500) 내부의 산소를 측정할 수 있다. 이에, 용기(500) 내부로 용융금속을 유입시키기 전 및 용융금속이 유입된 후, 측정된 산소 상태에 맞추어 용기(500) 내부로 공급되어야 하는 불활성 가스의 양을 미리 산출할 수 있다. 따라서, 용기(500) 내부의 산소를 제어하기가 용이해질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 산소 측정장치 110: 처리부
111a: 제1 냉각기 111b: 제2 냉각기
114: 제1 배출기 118b: 제2 배출기
120: 측정부 121: 산소분압 측정기
123: 제어기 500: 용기
520: 커버 530: 가스 공급부

Claims (17)

  1. 용융금속을 저장하는 용기 내부의 산소를 측정하는 산소 측정장치로서,
    상기 용기의 내부공간의 기체를 흡입하도록 설치되고, 흡입된 기체를 냉각시킬 수 있는 처리부; 및
    상기 처리부와 연결되고, 상기 처리부에서 냉각된 기체의 산소를 측정할 수 있는 측정부;를 포함하고,
    상기 처리부는, 기체가 유입되는 경로를 형성하는 유입관과, 상기 유입관과 연결되고 상기 측정부의 손상을 방지하도록 고온의 기체를 냉각시키는 복수개의 냉각기와, 상기 복수개의 냉각기와 상기 측정부를 연결하고 냉각된 기체를 흡입하여 상기 측정부로 냉각된 기체를 전달하는 흡입기를 포함하는 산소 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리부는,
    기체를 냉각시키면서 발생하는 응축수를 배출하도록 상기 냉각기와 연결되는 배출기를 포함하는 산소 측정장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 냉각기로 유입되는 기체를 필터링하도록 상기 유입관에 설치되는 필터를 더 포함하는 산소 측정장치.
  4. 청구항 1 있어서,
    상기 처리부는, 기체가 이동하는 경로를 형성하고, 복수개의 냉각기를 연결해주는 연결관을 더 포함하는 산소 측정장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 유입관 및 상기 연결관 중 적어도 어느 하나에 설치되는 가열기를 더 포함하는 산소 측정장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부는 산소분압 측정기를 포함하고,
    상기 용기에, 개구부를 커버하는 커버, 및 상기 용기의 내부로 불활성 가스와 환원성 가스 중 적어도 어느 하나를 공급하도록 상기 커버와 연결되는 가스 공급부가 구비되는 산소 측정장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 산소분압 측정기에서 측정된 결과에 따라 상기 가스 공급부의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함하는 산소 측정장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 유입관과 연결되고 상기 커버에 설치되는 흡입배관을 포함하고,
    상기 가스 공급부는, 상기 커버에 설치되는 분사배관을 포함하는 산소 측정장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 흡입배관의 단부는 상기 커버의 중심부에 위치하고, 상기 분사배관의 단부는 상기 커버의 외곽부에 위치하는 산소 측정장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    복수개의 위치에서 기체를 흡입할 수 있도록, 상기 흡입배관의 단부가 복수개가 구비되는 산소 측정장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기와 함께 이동할 수 있도록, 상기 처리부 및 상기 측정부는 상기 용기에 결합되는 산소 측정장치.
  12. 용융금속이 수용될 수 있는 용기 내부의 산소 측정방법으로서,
    용기에, 기체를 흡입하여 냉각시킬 수 있는 처리부와, 산소를 측정할 수 있는 측정부를 마련하는 과정;
    상기 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하여 냉각시키는 과정; 및
    상기 측정부로 냉각된 기체에서 산소를 측정하는 과정;을 포함하고,
    상기 기체를 처리부로 흡입하여 냉각시키는 과정은,
    상기 측정부의 손상을 방지하도록, 복수개의 냉각기를 마련하고, 흡입된 기체를 상기 복수개의 냉각기로 통과시키는 과정과, 상기 복수개의 냉각기를 통과한 기체를 상기 처리부의 흡입기를 이용하여 측정부로 이동시키는 과정을 포함하는 산소 측정방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기체를 냉각시키는 과정은 복수회 수행되는 산소 측정방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 기체를 냉각시키기 전에,
    흡입된 기체를 필터링하는 과정을 더 포함하는 산소 측정방법.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하는 과정은,
    상기 용기를 이동시키면서 상기 처리부로 기체를 흡입하는 과정을 포함하는 산소 측정방법.
  16. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기 내부의 기체를 처리부로 흡입하는 과정은,
    상기 처리부로 기체를 연속적으로 흡입하는 과정을 포함하는 산소 측정방법.
  17. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기는 턴디쉬를 포함하고,
    상기 턴디쉬 내부를 가열한 후 상기 턴디쉬를 이동시킬 때부터 주조공정을 시작하기 전까지의 시간 중 적어도 어느 한 기간에 상기 턴디쉬 내부의 산소를 측정하는 산소 측정방법.
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