KR101999025B1 - 용강 레벨 측정장치 - Google Patents

용강 레벨 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치는 용강 탕면의 레벨을 측정하도록 구성되는 센싱부; 상기 센싱부의 외측을 둘러싸는 커버부; 상기 커버부의 외부면과 접촉 결합되는 내측 캡; 상기 내측 캡과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 내측 캡의 외측을 둘러싸는 외측 캡; 및 상기 내측 캡과 상기 외측 캡 사이의 상기 공간에 배치된 단열부재;를 포함하며, 상기 내측 캡의 재질과 상기 외측 캡의 재질은 서로 다르게 구성될 수 있다.

Description

용강 레벨 측정장치{Apparatus for measuring level of molten steel in mold}
본 발명은 용강 레벨 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 연속 주조 장치에서 제조되는 주편은 래들(Ladle)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아, 이를 저장하는 턴디쉬(Tundish)를 거쳐 주형(Mold)을 통과하면서, 주형에서의 냉각 작용에 의해 고체 상태의 응고쉘을 형성하게 된다. 이와 같이 용강이 냉각된 응고쉘은 그의 하부에 설치된 가이드 롤에 의해 안내를 받으면서 스프레이 노즐로부터 분사되는 냉각수에 의해 응고가 진행되어, 완전한 고체 상태의 주편 형태로 나타난다.
이러한 철강의 연속 주조 조업 중, 용강이 주형 내에 공급될 때, 용강뿐만 아니라, 부자재인 용융 몰드 플럭스도 투입된다.
일반적인 연속 주조 장치는 용강 및 용융 몰드 플럭스가 수용되는 주형, 주형의 상부를 덮는 주형 커버, 주형 커버를 관통하도록 설치되어 주형 내에 용강을 공급하는 침지 노즐, 주형 커버를 관통하도록 설치되어 용강의 표면, 즉 탕면의 레벨을 측정하는 탕면 레벨 측정장치 및 주형 내부로 용융된 몰드 플럭스를 공급하기 위한 몰드 플럭스 주입관을 포함한다.
여기서, 탕면 레벨 측정장치는 와전류식 센서로써, 센싱부, 센싱부를 둘러 싸도록 배치된 커버, 커버의 외측을 둘러싸도록 배치된 캡을 포함한다.
탕면 레벨 측정장치의 와전류식 센싱부는 여자코일 및 감지 코일을 구비하여 상기 감지코일에서 검출되는 유도 전압과 여자코일에 공급되는 교류 전압 사이의 전압 차이가 센서와 탕면 사이의 거리에 따라서 변하는 것을 이용하여 탕면의 레벨을 측정한다.
이러한 탕면 레벨 측정장치를 주형 내부로 삽입시켜, 탕면의 레벨을 측정할 경우, 용융 몰드 플럭스에 의한 고온의 복사열 및 대류열에 의해 탕면 레벨 측정장치가 가열됨으로써, 파손되거나 침식되는 문제가 발생된다.
또한, 탕면 레벨 측정장치가 고온으로 가열됨에 따라 탕면의 레벨을 정확하게 측정하지 못하고 측정 오류가 빈번히 발생된다. 이에, 탕면의 레벨을 용이하게 제어할 수 없게 되고, 이는 조업 사고로 이어지게 된다.
대한민국등록특허공보 10-0793936
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 고온의 열에 의한 손상을 최소화할 수 있는 용강 레벨 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치는, 용강 탕면의 레벨을 측정하도록 구성되는 센싱부;와, 상기 센싱부의 외측을 둘러싸는 커버부;와, 상기 커버부의 외부면과 접촉 결합되는 내측 캡;과, 상기 내측 캡과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 내측 캡의 외측을 둘러싸는 외측 캡; 및 상기 내측 캡과 상기 외측 캡 사이의 상기 공간에 배치된 단열부재;를 포함하며,
상기 내측 캡의 재질과 상기 외측 캡의 재질은 서로 다르게 구성되고, 상기 내측 캡의 재질과 상기 단열부재의 재질은 서로 동일하게 구성되되, 상기 외측 캡은 질화규소(Si3N4)와 질화붕소(BN)가 혼합된 재질로 구성되고, 상기 내측 캡과 상기 단열부재는 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나의 재질이거나, 이들이 혼합된 재질로 구성되며,
상기 내측 캡에 설치된 냉매 공급 배관을 통하여 상기 내측 캡의 내부에는 냉매가 공급될 수 있다.
삭제
삭제
삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치의 상기 센싱부의 내부에는 냉매가 공급될 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치는 고온의 열에 의한 손상을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치가 설치된 주형을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 용강 레벨 측정장치의 온도에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치와 종래의 용강 레벨 측정장치를 비교한 그래프이고,
도 4는 측정된 탕면 레벨에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치와 종래의 용강 레벨 측정장치를 비교한 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치가 설치된 주형을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 주형은 주형 본체(100), 커버(200), 침지 노즐(300), 몰드 플럭스 주입관(400) 및 용강 레벨 측정장치(500)를 포함할 수 있다.
주형 본체(100)는 용강(S)을 수용하는 내부 공간을 가지며, 냉각 작용에 의해 용강(S)을 고체 상태의 응고쉘로 응고시키는 역할을 한다.
이를 위하여, 주형 본체(100)의 적어도 일측벽 내부에는 냉각수가 흐르는 도관(110)이 배치된다. 도관(110)의 일단은 냉각수가 유입되는 유입구이고, 타단은 냉각수가 토출되는 토출구이다.
도관(110)의 유입구는 주형 본체(100)의 상부 일측에 배치되고, 배출구는 주형 본체(100)의 하부 일측에 배치될 수 있다. 이때 도관(110)은 냉각수가 흐르는 내부 공간이 마련된 파이프 형태이거나, 주형 본체(100)의 내벽을 가공하여 냉각수가 흐르는 유로를 형성한 형상일 수 있다.
커버(200)는 주형 본체(100)의 상부에 설치되어 용강(S)의 탕면에서 방출되는 복사파가 외부로 방출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이를 위하여 커버(200)의 하부면은 알루미늄 거울이나 골드 코팅 거울 등 반사율이 높은 소재로 형성될 수 있다.
이때, 용강(S)의 탕면으로부터 방출되는 복사파는 반사율이 높은 커버(200)의 하부면에 의해 반사되어, 다시 용융 몰드 플럭스(F) 또는 용강(S)의 표면으로 흡수된다. 따라서, 용강(S)의 표면 온도가 하강하는 것을 최소화할 수 있으며, 용융 몰드 플럭스(F)가 주형의 내벽면에서 응고되는 것을 방지할 수 있다.
침지 노즐(300)은 일부가 주형 본체(100) 내부로 삽입될 수 있다. 일 예로, 침지 노즐(300)은 일단이 용강(S)을 수용하는 턴디쉬와 연결되고 타단이 커버(200)를 관통하여 주형 본체(100) 내부로 삽입될 수 있다.
턴디쉬 내의 용강(S)은 침지 노즐(300)을 통해 주형 본체(100) 내부로 공급된다.
몰드 플럭스 주입관(400)은 일부가 커버(200)를 관통하도록 삽입되어, 용융 몰드 플럭스(F)를 주형 본체(100) 내부로 공급하는 역할을 한다.
도면에 도시되지는 않았으나, 주형 본체(100)의 외측 즉, 커버(200)의 상측에 배치되는 몰드 플럭스 주입관(400)의 일단은 몰드 플럭스(F)를 용융시키는 몰드 플럭스 용융 장치와 연결된다.
고체 또는 분말 상태의 몰드 플럭스(F)는 몰드 플럭스 용융 장치에 의해 용융된 후, 몰드 플럭스 주입관(400)을 통해 주형 본체(100) 내부로 주입된다. 이때 주입된 몰드 플럭스(F)는 용강(S)의 상측면, 즉 탕면 상측에 위치하게 되어, 용강(S)이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 몰드 플럭스(F)는 용강(S)의 온도가 하강하는 것을 방지하고, 주형 본체(100)의 내벽과 용강(S) 사이의 윤활능을 향상시키는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
용강 레벨 측정장치(500)는 일부가 주형 본체(100) 내부로 삽입되어 탕면의 레벨을 측정하는 역할을 한다.
도 2를 참조하면, 용강 레벨 측정장치(500)는 센싱부(510), 커버부(520), 내측 캡(530) 및 외측 캡(540)을 포함한다.
커버부(520)는 센싱부(510)의 적어도 일부를 수용하고, 일측이 개방된 형상으로 구성되며, 단열재를 이용하여 제작된다.
일 예로, 커버부(520)는 상부가 개방된 원통 형상일 수 있고, 커버부(520)의 내부 공간에 센싱부(510)가 삽입 배치될 수 있다.
센싱부(510)는 와전류에 의해 유도되는 자기장이 통과할 때 발생되는 기전력을 이용하여 탕면의 레벨을 측정하는 와전류식 센서일 수 있다.
센싱부(510)는 원통 형상일 수 있고, 일부가 커버부(520)의 내부에 수용되는 몸체부(511), 몸체부(511)의 외부면에 구비된 제1 코일부(512a) 및 제2 코일부(512b), 몸체부(511)의 내부를 관통하도록 설치되어 몸체부(511) 내부로 냉매(일 예로, 질소 가스)를 공급하는 냉매 공급 배관(513)을 포함한다.
냉매 공급 배관(513)의 일단은 냉매가 유입되는 유입구이고, 타단은 냉매가 토출되는 토출구일 수 있다.
몸체부(511)는 상부가 커버부(520)의 외측으로 돌출되도록 커버부(520)의 개방된 상부에 결합되며, 몸체부(511)의 외부면 중 적어도 일부는 커버부(520)의 내부면과 이격되도록 배치될 수 있다. 따라서, 몸체부(511)와 커버부(520) 사이에는 공간이 형성된다.
제1 코일부(512a) 및 제2 코일부(512b)는 몸체부(511)의 외부면 중 적어도 일부에 권취될 수 있다. 일 예로, 제1 코일부(512a) 및 제2 코일부(512b)는 몸체부(511)의 외부면 하부에 권취될 수 있다.
이때, 제1 코일부(512a) 및 제2 코일부(512b)는 상하 방향으로 일정 간격 이격되도록 배치된다. 여기서, 제1 코일부(512a) 및 제2 코일부(512b) 중 어느 하나는 여자코일이고, 나머지 하나는 감지코일일 수 있다.
감지코일에서 검출되는 유도 전압과 여자코일에서 공급되는 교류 전압 사이의 전압 차이가 센싱부(510)의 하부와 탕면 사이의 거리에 따라 변하는 것을 이용하여 탕면의 레벨을 측정한다.
내측 캡(530)은 커버부(520)의 외부면을 둘러싸도록 구성되고, 외측 캡(540)은 내측 캡(530)의 외부면을 둘러싸도록 구성될 수 있다.
여기서, 내측 캡(530)의 내부면은 커버부(520)의 외부면 및 몸체부(511)의 상측 외부면과 접촉된다. 또한, 외측 캡(540)은 상측 내부면이 내측 캡(530)의 상측 외부면과 접촉되며, 외측 캡(540)의 내부면 중 적어도 일부는 내측 캡(530)의 외부면과 이격되도록 배치될 수 있다.
따라서, 내측 캡(530)과 외측 캡(540) 사이에는 공간이 형성된다.
여기서, 내측 캡(530)과 외측 캡(540) 사이의 공간에 고온의 복사열이 전달되어 커버부(520) 내측의 센싱부(510)에 영향을 미칠 수 있다.
이러한 경우, 용강 레벨 측정장치가 고온으로 가열됨에 따라 탕면의 레벨을 정확하게 측정하지 못하고 측정 오류가 빈번히 발생하게 되는 문제가 있고, 이로 인해 탕면의 레벨을 용이하게 제어할 수 없게 되며, 조업 사고를 일으키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치(500)는 내측 캡(530)과 외측 캡(540) 사이의 공간에 배치된 단열부재(550)를 포함한다.
단열부재(550)는 열전도율이 매우 낮은 재질일 수 있으며, 이에 따라 고온의 복사열이 센싱부(510)에 전달되는 것을 최소화시킬 수 있다.
한편, 내측 캡(530)의 재질과 외측 캡(540)의 재질은 서로 다를 수 있고, 내측 캡(530)의 재질과 단열부재(550)의 재질은 서로 동일할 수 있다.
외측 캡(540)은 고온의 복사열에 직접적으로 노출되어 있으므로, 고온에서 안정한 물질로 제작될 수 있다.
또한, 단열부재(550)와 내측 캡(530)은 외측 캡(540)으로부터 센싱부(510)에 열이 전달되는 것을 최소화하도록 고온에서 열전도율이 낮은 재질로 제작될 수 있다.
일 예로, 외측 캡(540)은 질화규소(Si3N4)와 질화붕소(BN)가 혼합된 재질이고, 단열부재(550)와 내측 캡(530)은 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나의 재질이거나, 이들이 혼합된 재질일 수 있다.
내측 캡(530)에는 냉매 공급 배관(531)이 설치될 수 있다.
일 예로, 냉매 공급 배관(531)은 내측 캡(530)을 관통하도록 설치되어 내측 캡(530)의 내부로 냉매(일 예로, 질소 가스)를 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치(500)는 단열부재(550) 및 내측 캡(530)에 의해 고온의 복사열이 센싱부(510)에 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
나아가, 내측 캡(530)과 몸체부(511)에 공급되는 냉매에 의해 내측 캡(530)과 몸체부(511)를 냉각시킴으로써 센싱부(510)에 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
도 3은 용강 레벨 측정장치의 온도에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치와 종래의 용강 레벨 측정장치를 비교한 그래프이고, 도 4는 측정된 탕면 레벨에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치와 종래의 용강 레벨 측정장치를 비교한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 종래의 용강 레벨 측정장치를 이용하여 탕면의 레벨을 측정할 경우, 용강 레벨 측정장치의 온도는 시간의 경과에 따라 지속적으로 상승한다.
이는 고온의 복사열에 의해 용강 레벨 측정장치가 가열되는 것을 방지하지 못한 결과이며, 일 예로, 종래의 용강 레벨 측정장치는 시간이 지남에 따라 약 45°이상으로 온도가 상승하게 된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치(500)는 고온의 복사열이 전달되는 것을 최소화할 수 있으므로, 탕면의 레벨 측정 시에 시간이 경과하더라도 대략 26°도 이하의 온도를 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 종래의 용강 레벨 측정장치는 고온에 의한 과열로 인하여 탕면의 레벨 값이 큰 폭으로 차이가 나게 되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치(500)는 시간이 경과하더라도 10mm 이내의 범위 안에서 안정적으로 작동됨을 확인할 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 레벨 측정장치는 고온의 열에 의한 손상을 최소화할 수 있다.
따라서, 용강 레벨 측정장치의 수명을 개선하고, 고온 작업 조건에서 주편의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 주형 본체 110: 도관
200: 커버 300: 침지 노즐
400: 몰드 플럭스 주입관 500: 용강 레벨 측정장치
510: 센싱부 511: 몸체부
512a: 제1 코일부 512b: 제2 코일부
513: 냉매 공급 배관 520: 커버부
530: 내측 캡 531: 냉매 공급 배관
540: 외측 캡 550: 단열부재

Claims (6)

  1. 용강 탕면의 레벨을 측정하도록 구성되는 센싱부;와, 상기 센싱부의 외측을 둘러싸는 커버부;와, 상기 커버부의 외부면과 접촉 결합되는 내측 캡;과, 상기 내측 캡과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 내측 캡의 외측을 둘러싸는 외측 캡; 및 상기 내측 캡과 상기 외측 캡 사이의 상기 공간에 배치된 단열부재;를 포함하며,
    상기 내측 캡의 재질과 상기 외측 캡의 재질은 서로 다르게 구성되고, 상기 내측 캡의 재질과 상기 단열부재의 재질은 서로 동일하게 구성되되, 상기 외측 캡은 질화규소(Si3N4)와 질화붕소(BN)가 혼합된 재질로 구성되고, 상기 내측 캡과 상기 단열부재는 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나의 재질이거나, 이들이 혼합된 재질로 구성되며,
    상기 내측 캡에 설치된 냉매 공급 배관을 통하여 상기 내측 캡의 내부에는 냉매가 공급되는 용강 레벨 측정장치
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부의 내부에는 냉매가 공급되는 용강 레벨 측정장치.
  6. 삭제
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