KR19980043360A - 레이들에서 탕면 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이들에서의 탕면 높이 측정장치에 관한 것으로서, 일정 형상의 침지봉을 레이들 상부에서 하강시켜 침지봉의 이동 거리를 측정하고, 슬래그의 부력에 따른 침지봉의 겉보기 무게 변화를 감지하여, 간단한 장치로 탕면의 높이를 정확하게 측정할 수 있어 설비비 증가에 따른 제조단가 상승을 방지할 수 있고, 장치가 간단하여 유지 보수 작업이 용이하므로 작업수율을 향상시킬 수 있다.

Description

레이들에서 탕면 측정 장치

본 발명은 제강 공정에서 용철을 담는 용기인 레이들에서의 탕면 높이 측정장치에 관한 것으로서, 특히 침지봉을 탕면 상부로 부터 침지시켜 용철 상부에 존재하는 슬래그의 부력에 따른 침지봉의 하중의 변화를 감지함으로써 여기서 탕면을 용이하게 측정할 수 있는 레이들에서의 탕면 높이 측정 장치에 관한 것이다.

레이들은 제강 공정에서 용융철을 이동시키는데 사용하는 이송 용기일 뿐만 아니라 용융철속에 포함된 불순물을 제거하는 반응 용기로도 널리 사용되고 있다.

레이들에서 불순원소나 개재물의 부상 분리 등의 목적하는 야금학적 반응을 얻기 위해서는 레이들 내에 반응 물질을 투입하거나 가스를 취입한다. 이때 가스는 개재물의 제거만을 목적으로 할 경우에는 단독으로 취입되지만 불순원소의 제거를 위해서는 반응물질을 이송하기 위해 반응 물질과 함께 취입된다. 이외에도 용철의 성분과 온도를 균일하게 할 목적으로도 가스 취입 방법이 많이 사용되고 있다.

이때 가스의 유량이 많게 되면 용융물 즉, 용철이나 슬라그가 레이들 상부로 부터 외부로 비산하게 되어 작업성을 해칠 뿐만 아니라 작업자의 안전을 위협하게 되고, 반응 효율도 감소 시키게 된다. 그러므로 용융물의 표면 즉, 탕면으로부터 레이들 상부 끝부부까지의 거리-일반적으로 프리 보드(free board)라고 하는 거리 C를 적정수준 이상으로 확보해야 하며, 이를 위하여 탕면으로 부터 레이들의 상단부 까지의 거리측정이 필요하다.

종래의 탕면까지의 거리 측정방법으로는 와류(渦流, Eddy current)식 거리계를 사용하는 방법, 초음파나 레이저를 사용하는 방법, 전기접점을 사용하는 방법 등이 있었다.

상기와 같은 종래 기술에 따른 프리보드 측정방법들은 냉각 설비 및 초음파나 레이저 발생 장치, 변환 장치 등의 부대설비가 필요하므로, 상당량의 설비비가 소요되어 제조원가가 상승하고, 고온에서 작업이 이루어지므로 정기적인 보수를 요하는 등의 번거로움이 뒤따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 방법들의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 물체가 탕면에 닿을 때 레이들 내의 내용물의 부력에 따라 발생하는 하중의 변화를 로드셀(Load Cell)로 감지하고, 물체의 이동거리를 엔코더로 측정하여, 물체의 이동거리에 따른 하중 변화를 그래프로 도식화시킴으로써 탕면을 측정할 수 있어 간단한 장치로 용이하게 탕면을 측정하여 장치의 유지 보수가 간편하고, 제조단가를 절감할 수 있으며, 수율을 향상시킬 수 있는 레이들에서의 탕면 높이 측정장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탕면 측정 원리를 설명하기 위한 개략도.

도 2는 도 1에서의 침지봉 이동 거리에 따른 겉보기 무게 변화의 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정장치의 개략도.

도 4는 도 3에서의 데이타 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 레이들12 : 용강

14 : 슬라그20 : 침지부

21 : 침지봉22 : 연결봉

23 : 로드셀24 : 구동모터

25 : 구동축26 : 지지대

27 : 케이스30 : 데이타 측정

31 : 엔코더32 : 콘버터

33 : 케이블40 : 데이타 처리부

41 : 콘트롤 판넬42 : 컴퓨터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정장치는;

소정 형상으로서 레이들의 탕내에 일부가 침지되도록 상하로 이동하는 침지봉과;

상기 침지봉을 상하로 이동시키는 구동수단과;

상기 침지봉의 이동거리와 겉보기 무게 변화를 측정하는 데이타 측정수단과;

상기 측정된 데이타로 이동거리에 따른 겉보기 무게 변화를 계산하는 데이타 처리수단으로 구성된다.

본 발명에서는 또한;

레이들의 탕면에서의 부력에 따른 하중 변화를 이용하여 침지봉의 이동거리에 따른 침지봉의 겉보기 무게 변화를 측정하고;

상기 침지봉의 이동 거리에 따른 겉보기 무게 변화의 그래프를 작성한 후;

상기 그래프의 기울기 변화점으로부터 탕면 높이를 계산하는 단계로 구성되는 방법도 제공하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정장치에 관하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

먼저, 용철(12) 및 슬라그(14)가 담겨있는 레이들(10)의 상부로부터 소정 형상으로 되어 있는 침지봉, 적합하게는 반경이 r(cm)이고, 무게가 W(g)인 원동형의 물체(이하 침지봉이라고 함;21)를 서서히 하강시킨다. 침지봉(4)이 탕면에 도달하게 되면 침지봉(8)은 레이들에 담겨 있는 유체로부터 부력을 받게 된다. 상기 레이들(10)은 용철(12)을 담는 용기이지만 대부분의 경우 용철(12)의 상부는 슬라그(14)로 덮여 있으므로 상기 침지봉(21)은 용철(12)에 닿기 전에 먼저 슬라그(14)에 닿게 된다. 이때 침지봉(21)이 받는 부력의 크기는 하기 식(1)과 같이 계산되며, 상기 침지봉(21)의 겉보기 무게는 실제 침지봉(21)의 무게에서 부력을 뺀 값으로 하기 식(2)와 같이된다.

B=π r²t d_slag------------(1)

W_net=W- B -------------(2)

여기서 B는 침지봉(21)이 슬라그(14)로 부터 받는 부력, t는 침지봉(21)이 슬라그(14)에 잠긴 깊이, d_slags는 슬라그(14)의 비증, W_net은 침지봉(21)의 무게에서 슬라그(14)로부터 받는 부력을 뺀 겉보기 무게, W는 침지봉(21)의 무게를 나타낸다.

따라서 침지봉(21)의 이동 거리에 따른 침지봉(21)의 겉보기 무게 변화를 보면 ⓐ구간에서는 침지봉(21)의 실제 무게만 나타나지만 침지봉(21)을 하강시켜 슬라그(14)에 도달하는 ⓑ지점에서 부터는 슬라그(14)로 부터 부력을 받게 되어 침지봉(21)의 겉보기 무게는 실제 무게에서 부력만큼 감소된다.

상기 침지봉(21)의 이동 거리에 따른 겉보기 무게 변화를 이론적으로 도식화한 그래프인 도 2에서 보면, 그래프의 꺾이는 지점을 기준으로 하여 침지봉(21)이 슬라그(14) 표면까지 도달하기 위한 전체 하강 거리를 알 수 있다. 그러므로 B는 일정한 지점이고, 앞에서 거리 A를 측정하였으므로 최종적으로 알고자 하는 거리 C는 A-B에서 구할 수 있다.

여기서 상기 침지봉(21)의 이동거리는 침지봉(21)을 하강시키는 모터에 내장된 엔코더(31)에서 구할 수 있으며, 침지봉(21)의 무게 변화는 로드셀(23)로부터 감지할 수 있다.

따라서 레이들(10)에서의 탕면 측정은 침지봉(21)의 이동거리와 무게 변화를 연속적으로 측정하면 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정장치의 개략도이다.

먼저, 탕면 높이 측정 장치는 크게 레이들(10)의 상부에서 상하로 이동되는 침지부(20)와, 상기 침지부(20)의 데이타를 측정하는 데이타 측정부(30)와, 상기에서 측정된 데이타를 처리하는 데이타 처리부(40)로 크게 나누어지는데, 상기 침지부(20)는 상기 레이들(10) 상부의 슬라그(14)에 직접 접촉되는 침지봉(21)과, 상기 침지봉(21)과 연결봉(22)으로 연결되어 있으며 하중을 측정하는 센서인 로드셀(23)과, 상기 로드셀(23)을 보호하는 단열된 케이스(27)와, 상기 로드셀(23)과 연결되어 침지봉(21)을 일정한 속도로 움직이게 하는 구동모터(24)로 구성되는데, 상기 구동모터(24)는 로드셀(23)과 볼스크류 형태의 구동축(25)과 연결되어 있으며, 상기 구동모터(24)는 지지대(26)과 연결 고정되어 있다.

데이타 측정부(30)는 상기 침지봉(21)의 이동거리를 구동모터(24)로 부터 환산하는 엔코더(31)와, 상기 로드셀(23)에서 나오는 데이타를 증폭시키는 콘버터(32)로 구성되며, 상기 데이타 처리부(40)는 상기 엔코더(31) 및 콘버터(32)와 케이블(33)로 연결되어 있어 콘트롤 판넬(41)과, 상기 침지봉(21)의 이동거리와 하중 변화를 그래프로 나타내 주는 컴퓨터(42)로 구성되어 있다.

상기 컴퓨터(42)의 데이타 처리 흐름은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 로드셀 신호와 엔코더 신호를 연속적으로 받아 침지봉의 이동 거리에 따른 무게 변화를 실시간 그래프로 나타내 주며, 이 그래프로 부터 침지봉의 초기 위치로 부터 슬라그층 표면까지 이동한 거리(A)를 알 수 있다.

여기서 상기 구동모터(24)는 탕면 특정 시간을 줄이기 위하여 속도를 제어할 수 있는 서보콘트롤 모터이며, 상기 로드셀(23)은 인장 하중과 압축 하중을 측정할 수 있는 인장-압축 겸용을 사용하여야 한다. 그러나 구동 모터(24)는 다른 종류의 모터, 예컨대 스테퍼 모터 등도 사용할 수 있음은 물론이다.

탕면 즉, 슬라그(14)와 직접 접촉하는 침지봉(21)은 고온의 슬라그(14)에 용해되지 않아야 할 뿐만 아니라 좌우로 흔들리지 않고 연직 방향을 유지할 수 있도록 충분한 자중을 가져야 하며, 상기 로드셀(23)은 대부분의 경우 허용 온도가 70℃ 이하로서 온도에 매우 민감하기 때문에 케이스(27)에 내장하고, 케이스의 내부와 온도를 단열재로 피복하는 것이 좋다.

이하, 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정방법을 실시예를 통하여 설명한다.

먼저, 제강 공정시 전로에서 불순 성분 제거된 용강은 레이들로 출강되며, 용강을 받은 레이들은 교반 장소로 이동하여 측온(側溫)과 시료 채취를 한후, 소정 형상, 예를 들어 직경 100mm, 높이 300mm의 원통형 압력 용기용 스틸 재질로서 스트로크가 1500mm인 침지봉을 하강속도 20-100mm/sec로 제어하여 하강시키면서, 인장-압축 겸용의 +100kg급인 로드셀을 사용하여 무게 변화를 측정하고, 컴퓨터의 모니터에 나타나는 침지봉의 이동 거리에 따른 침지봉의 겉보기 무게 변화를 확인하면, 도 5에 도시되어 있는 것과 같은 그래프를 얻을 수 있다.

그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 침지봉의 중량은 그 이동거리가 910mm까지는 거의 일정하게 유지되다가 910mm 지점에서 침지봉의 겉보기 무게가 급격히 감소하는 것으로 보아 슬라그층 표면에 침지봉이 도달하였음을 확인할 수 있다. 이는 이론적으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 이 지점에서부터 무게가 일정하게 감소하여야 하나 레이들 상부의 슬라그층 표면이 다소 고화되었기 때문에 침지봉에 가해지는 압축 하중이 순간적으로 증가하여 전체적으로 침지봉의 겉보기 하중은 급격하게 감소한다. 이와 같이 슬라그 표면이 고화된 경우에는 무게 변화가 크게 나타남으로 탕면의 측정이 더욱 용이하다. 따라서 본 측정의 결과 침지봉의 초기 위치 즉, 레이들 끝에서부터 침지봉 선단까지의 거리가 300mm이면, 침지봉이 슬라그 표면까지 이동한 거리가 910mm이므로 탕면 높이는 610mm가 된다. 그러므로 침지봉의 초기 위치는 일정하므로 침지봉이 슬라그층 표면에 도달할 때까지의 거리를 측정함으로써 탕면 높이를 산출할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이들에서의 탕면 높이 측정장치는 일정한 형상의 침지봉을 레이들 상부의 임의의 위치로부터 하강시켜 침지봉의 이동거리를 엔코더로 측정하고, 침지봉의 겉보기 무게 변화를 하중 센서로 감지하여, 침지봉의 이동 거리에 따른 겉보기 무게 변화를 측정하여 하중이 급격이 떨어지는 점으로부터 탕면을 측정하였으므로, 간단한 장치로 탕면의 높이를 정확하게 측정할 수 있어 설비비 증가에 따른 제조단가 상승을 방지할 수 있고, 장치가 간단하여 유지 보수가 용이하므로 작업수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 소정 형상으로 레이들의 탕내에 담구어 지며 상하로 이동하는 침지봉과,

   상기 침지봉을 상하로 이동시키는 구동 수단과,

   상기 침지봉의 이동거리와 겉보기 무게 변화를 측정하는 데이타 측정 수단과,

   상기 측정된 데이타로 이동 거리에 따른 겉보기 무게 변화를 계산하는 데이타 처리수단을 구비하는 레이들에서의 탕면 높이 측정장치.