KR19980034488A

KR19980034488A - 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR19980034488A
Application number: KR1019960052546A
Authority: KR
Inventors: 서영근
Original assignee: 김종진; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-08-05

Abstract

본 발명은 카본블럭의 물성변화에 무관한 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수의 비를 이용하여 연와두께를 측정하는 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 측정장치는 탐촉자를 카본블럭 외면에 밀착되도록 천공되는 철피 및 스탬프와, 충격전 충격자를 유지하는 걸이홈과, 상기 걸이홈에서 빠져나온 충격자에 힘을 가하는 스프링과, 상기 스프링에 의해 카본블럭 외면에 충격을 가하는 충격자와, 상기 충격자의 충격을 받은 카본블럭 외면의 진동신호를 받아 전압신호로 변환시키는 탐촉자와, 상기 전압신호를 필터링 및 증폭하는 증폭기 및 필터와, 상기 증폭된 전압신호를 디지탈 신호로 변환시키는 A/D변환기와, 상기 디지탈 신호를 FFT분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수 비를 구하여 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구하는 컴퓨터를 구비하고, 상기 충격자로 상기 카본블럭에 충격을 가하여 진동신호를 측정한 다음, 이 진동신호를 디지탈 신호로 변환하여 FFT(Fast Fourier Transform)분석하고, 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수를 구하여 카본블럭의 길이를 구하여, 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구함으로써, 카본블럭의 물성변화에 무관한 보다 간편하고 정확하게 연와두께를 측정할 수 있다.

Description

고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치 및 방법

본 발명은 제철소에서 선철을 제조하는 고로의 노저 노벽부의 연와두께를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히 카본블럭의 물성변환에 무관한 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수의 비를 이용하여 보다 간편하고 정확하게 연와두께를 측정할 수 있도록 하는 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로 노조 노벽부의 연와는 주로 열전도성이 뛰어난 카본블럭으로 축조되어 있으며, 고로 상부의 철광석이 높은 열에 의해 녹아져 내려오는 용융상태으 선철을 일시 저장하는 역할을 한다. 용융상태의 선철과 직접 접촉해 있는 노벽부의 카본블럭은 용선의 유동에 의한 기계적인 마모, 용선과 카본의 화학적 반응에 의한 침식, 열적인 크랙에 의한 마모 등 여러 가지 요인에 의해 고로의 경년에 따라 점차로 감소한다. 일예로 통상의 고로인 경우에 고로의 조업 초기에는 노벽부의 카본블럭의 길이가 2000mm 정도이지만 고로를 개수해야 하는 말기에는 600mm 정도로 줄어든다. 따라서 고로조업에서는 노저 노벽부 잔존 연와두께를 예측 또는 측정의 방법을 통해 검출하여 항상 관리하고 있다.

노저 노벽부의 연와두께를 측정하는 종래의 방법에는 두 가지가 있다. 첫 번째 방법은 열전대의 온도를 이용하여 열전도 이론에 바탕을 둔 추정식에 의해서 연와두께를 측정하는 것이다. 이 방법은 실제 고로조업에서 널리 사용되고 있으나 추정에 불과하므로 실측결과와의 비교를 통한 신뢰성을 확보해야하는 문제점이 있다. 두 번째 방법은 충격탄성파 센서를 이용하여 노저 노벽부의 연와두께를 측정하는 것이다. 이 방법은 평상시에 열전대의 온도를 이용하여 연와의 두께를 추정하다가 노벽연와가 국부적 침식을 보이면 그 부위에 충격탄성파 센서를 철피에 밀착하고 공기해머로 충격을 가하여 충격탄성파를 발생하여 그 진동신호를 충격탄성파 센서를 통해 수신하고 그 송수신간의 시간과 전파속도로부터 연와두께를 측정하는 방법이다. 상기 두 번째 종래방법은 노저 노벽부의 연와가 취약한 부위로 임으로 이동하면서 측정할 수 있는 장점이 있으나 공기 해머로 철피에 충격탄성파를 발생시키면 그것이 철피 안쪽의 스탬프 및 카본블럭에 제대로 전달되지 못하거나 혹은 충격탄성파가 약화되어서 탄성파의 검지가 어려워져서 연와두께의 측정이 힘든 문제점이 있다. 또한, 노벽부의 카본블럭은 가동경년에 따라 용선의 침투층과 높은 열에 의해서 연와의 취성이 약해져서 미세한 크랙이 존재하는 취화층이 존재하기 때문에 물성의 변화가 이루어지는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 카본블럭의 물성변화로 인하여 음파전달속도 등이 달라지기 때문에 충격탄성파에 의한 연와두께의 측정시 오차가 발생할 문제점이 있다.

이와같은 종래의 연와두께 측정방법에서 열전대의 온도를 이용하여 열전도 이론에 바탕을 둔 추정식에 의해서 연와두께를 추정하는 방법은 추정에 불과하므로 실측결과와의 비교를 통한 신뢰성을 확보해야하는 문제점이 있고, 충격탄성파 센서를 이용한 연와두께 측정방법은 카본블럭의 물성변화로 인하여 음파전달속도 등이 달라지기 때문에 충격탄성파에 의한 연와두께의 측정시 오차가 발생할 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고 개선점을 달성하기 위해 안출한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 카본블럭의 물성변화로 인한 측정 오차를 해결하기 위하여 카본블럭의 물성변화에 무관한 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수의 비를 이용하여 보다 간편하고 정확하게 연와두께를 측정할 수 있는 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명에 의한 측정장치는 탐촉자를 카본블럭 외면에 밀착되도록 천공되는 철피 및 스탬프와, 충격전 충격자를 유지하는 걸이홈과, 상기 걸이홈에서 빠져나온 충격자에 힘을 가하는 스프링과, 상기 스프링에 의해 카본블럭 외면에 충격을 가하는 충격자와, 상기 충격자의 충격을 받은 카본블럭 외면의 진동신호를 받아 전압신호로 변환시키는 탐촉자와, 상기 전압신호를 필터링 및 증폭하는 증폭기 및 필터와, 상기 증폭된 전압신호를 디지탈 신호로 변환시키는 A/D변환기와, 상기 디지탈 신호를 FFT분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수 비를 구하여 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구하는 컴퓨터를 구비하고, 상기 충격자로 상기 카본블럭에 충격을 가하여 진동신호를 측정한 다음, 이 진동신호를 디지탈 신호로 변환하여 FFT(Fast Fourier Transform)분석하고, 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수를 구하여 카본블럭의 길이를 구하고, 상기 구한 카본블럭의 길이에 의해 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구함으로써, 카본블럭의 물성변화에 무관한 보다 간편하고 정확하게 연와두께를 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께를 측정하기 위한 연와두께 측정장치의 일례 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정시 충격기로 카본블럭에 충격을 가하여 탐촉자로 측정된 진동신호의 일례도,

도 3은 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정시 FFT분석 결과의 일례를 나타내는 FFT분석 결과도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:탐촉자2:충격자

3:스프링4:걸이홈

5:증폭기 및 필터6:A/D변환기

7:컴퓨터8:철피

9:스탬프10:카본블럭

이하, 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정방법을 수행하기 위한 장치의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께를 측정하기 위한 연와두께 측정장치의 일례 구성도이다. 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치는 탐촉자를 카본블럭 외면에 밀착되도록 천공되는 철피(8) 및 스탬프(9)와, 충격전 충격자를 유지하는 걸이홈(4)과, 상기 걸이홈에서 빠져나온 충격자에 힘을 가하는 스프링(3)과, 상기 스프링에 의해 카본블럭 외면에 충격을 가하는 충격자(2)와, 상기 충격자의 충격을 받은 카본블럭 외면의 진동신호를 받아 전압신호로 변환시키는 탐촉자(1)와, 상기 전압신호를 필터링 및 증폭하는 증폭기및필터(5)와, 상기 증폭된 전압신호를 디지탈 신호로 변환시키는 A/D변환기(6)와, 상기 디지탈 신호를 FFT분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수 비를 구하여 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구하는 컴퓨터(7)로 구성하고, 본 발명에 의한 측정방법은 철피(8)와 스탬프(9)를 천공하고 탐촉자(1)와, 충격자(2)를 카본블럭(10)의 외면에 설치되는 단계와, 상기 충격자(2)로 상기 카본블럭(10)에 충격을 가하여 진동신호를 측정한 다음, 이 진동신호를 전압신호로 변환하는 단계와, 상기 전압신호를 필터링 및 증폭하는 단계와, 상기 증폭된 전압신호를 디지탈 신호로 변환하는 단계와, 상기 디지탈 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수를 구하는 단계와, 상기 구한 공진주파수 들로부터 카본블럭(10)의 길이를 구하는 단계와, 상기 구한 카본블럭(10)의 길이에 의해 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구하는 단계로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른동작을 첨부도면 도 1에 의거하여 하기에 상세히 설명한다. 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께를 측정하기 위한 연와두께 측정장치의 일례가 도 1에 나타나 있다. 본 발명에 따라 고로 노저 노벽부와 연와두께를 측정하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 우선 철피(8)와 스탬프(9)를 천공하고 그 천공한 곳에 탐촉자(1)와 충격자(2)를 카본블럭(10)의 외면에 밀착되도록 설치한다. 다음에 상기 충격자(2)로 상기 카본블럭(10)에 충격을 가한다. 충격을 가하는 방법은 스프링(3)이 수축된 상태에 있다가 충격자(2)를 걸이홈(4)에서 빠져 나오도록 하면 충격자92)는 수축된 스프링(3)에 의해 카본블럭(10)외면에 충격을 가하여 주는 것이다. 이에 따라 카본블럭(10) 외면에 접촉해 있는 압전소자 등을 이용한 탐촉자(1)에 의해 진동신호를 측정한 다음, 이 진동신호를 전압신호로 변환한다. 상기 전압신호는 mV 단위 정도이므로 증폭기 및 필터(5)에서 필터링 및 증폭되어야 한다. 상기 증폭된 전압신호는 A/D 변환기(6)에서 디지탈 신호로 변환된다. 다음에 컴퓨터(7)에서 상기 디지탈 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수를 구한다. 상기 구한 공진주파수들을 하기 수학식 1에 대입하여 카본블럭(10)의 길이를 구한다.

상기 수학식 1은 다음과 같이 유도되었다. 길이가 L, 너비가 b, 폭이 t인 카본블럭시편에 대해서 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수는 하기 수학식 2에 의하여 잘 알려져 있다.

여기서 N₁, N_t는 각각 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수를 나타내고, E는 시편연와의 탄성계수, W는 시편연와의 무게, T는 시편연와의 수정계수를 나타낸다. 여기서 두 모드의 공진주파수의 비를 구하면 상기 수학식 1을 구할 수 있다.

상기와 같이 구한 카본블럭(10)의 길이에 의해서 고로 노지 노벽부의 연와두께를 구함으로써, 본 발명에 의한 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정이 완료된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

노상의 직경이 12m이고 가동년수가 8년된 실고로의 노저부에 직경 60mm인 구멍을 카본블럭의 외면까지 천공하고 도 1에서와 같이 탐촉자와 충격자를 설치한 후, 상기한 방법에 의하여 충격자에 의해 충격을 가하고 탐촉자에 의해 진동신호를 측정하여 전압신호롤 변환한 다음 필터링 및 증폭한 후 디지탈 신호로 변환한 다음 FFT분석을 행하였다. 이때 진동신호는 도 2와 같았으며 이 신호는 데이터 샘플링 시간을 6μs로 하였으며 데이터 수는 4096개만 받아들이도록 하였다. 그리고 상기 FFT분석 결과는 도 3과 같았다. 도 3에서 나타난 바와같이 종파의 공진주파수는 1.7kHz이고 횡파의 공진주파수는 0.88kHz임을 알 수 있다. 따라서 폭이 0.5m인 카본연와에 대하여 수정계수는 1.73으로 구해지므로 상기 두가지 공진주파수를 상기 수학식 1에 대입하면 카본블럭의 길이는 151cm가 된다. 이때, 연와두께는 카본블럭의 길이가 되므로 그 값은 151cm 가 된다.

상술한 바와같은 본 발명에 따른면, 본 발명은 노저 노벽부의 카본블럭에 손상을 주지 않을 뿐만 아니라, 가동년수에 따라 카본블럭의 열화로 인한 물성변화에 상관없이 보다 간편하고 정확하게 연와두께를 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치에 있어서,

탐촉자를 카본블럭 외면에 밀착되도록 천공되는 철피(8) 및 스탬프(9)와,

충격전 충격자를 유지하는 걸이홈(4)과,

상기 걸이홈에서 빠져나온 충격자에 힘을 가하는 스프링(3)과,

상기 스프링에 의해 카본블럭 외면에 충격을 가하는 충격자(2)와,

상기 충격자의 충격을 받은 카본블럭 외면의 진동신호를 받아 전압신호로 변환시키는 탐촉자(1)와,

상기 전압신호를 필터링 및 증폭하는 증폭기및필터(5)와,

상기 증폭된 전압신호를 디지탈 신호로 변환시키는 A/D변환기(6)와,

상기 디지탈 신호를 FFT분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수 비를 구하여 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구하는 컴퓨터(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 컴퓨터(7)는 하기 수학식으로 표현되는 종파의 공진주파수 및 횡파의 공진주파수를 이용하여

N₁: 종파의 공진주파수, N_t: 횡파의 공진주파수, E: 연와의 탄성계수, W: 연와의 무게, T: 연와의 수정계수, L: 연와의 길이, b: 연와의 너비, t: 연와의 두께

하기 수학식을 유도하여

카본블럭의 길이를 구하는 것을 특징으로 하는 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정장치.
고로 노저 노벽부의 연와두께 측정방법에 있어서,

철피(8)와 스탬프(9)를 천공하고 탐촉자(1)와 충격자(2)를 카본블럭(10)의 외면에 설치하는 단계와,

상기 충격자(2)로 상기 카본블럭(10)에 충격을 가하여 진동신호를 측정한 다음, 이 진동신호를 전압신호로 변환하는 단계와,

상기 전압신호를 필터링 및 증폭하는 단계와,

상기 증폭된 전압신호를 디지탈 신호로 변환하는 단계와,

상기 디지탈 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)분석하여 종파의 공진주파수와 횡파의 공진주파수를 구하는 단계와,

상기 구한 공진주파수들을 하기 수학식에 대입하여 카본블럭(10)의 길이를 구하는 단계와,

상기 구한 카본블럭(10)의 길이에 의해 고로 노저 노벽부의 연와두께를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고로 노저 노벽부의 연와두께 측정방법.