KR20000012622U - 슬래그 두께 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 정련작업후 발생하는 슬래그의 두께를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 슬래그 두께를 부력을 이용하여 측정하는 장치에 관한 것이다.

본 고안의 구성은 부력을 이용하여 슬래그의 두께를 측정하는 장치에서, 외측에 스크류기어를 장착한 파이프형 본체와; 상기 스크류기어와 정합하여 상기 본체를 상하 자재로이 유동시킬 수 있는 구동수단과; 상기 본체의 내부에서 상하로 고정 장착되고 중앙에 통공을 갖춘 한쌍의 원판형 고정 디스크와; 작기 고정 디스크 직경보다 작은 원판형 유동 디스크를 용접 고정시킴과 동시에 상기 고정 디스크 사이에 놓이도록 하며 상기 연결공 사이를 관통하고 미단에 침적봉을 구비한 환봉과; 상기 침적봉이 슬래그층 통과 이후 상기 본체가 받는 부력 데이터를 측정하는 로드셀과; 상기 본체가 받는 부력 데이터의 분석을 행하는 분석수단으로 이루어진 부력을 이용한 슬래그 두께 측정장치를 요지로 한다.

본 고안에 의하면 정확한 슬래그층 두께 측정이 가능케 되므로써 제품 품질을 향상시키기 위한 각종 처리를 정량적으로 수행할 수 있으며 실조업 적용시 품질 예지등을 가능케 하여 조업 능력 향상을 가능케 하는데 효과가 있다.

Description

슬래그 두께 측정장치

본 고안은 야금작업시 용융금속을 정련(精鍊)하는 공정에서 정련작업후 발생하는 슬래그의 두께를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 용융금속 대비 비중이 낮아 용융금속 상부에 부유해 있는 슬래그 두께를 부력을 이용하여 측정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 철강 제련공정에서는 불순물이 함유되어 있는 원료로부터 원하는 금속을 얻기 위하여 정련을 실시하게 되는데 이때 금속내에 함유되어 있던 불순물 원소는 산화물의 형태로 제거되며 이때 비중이 금속보다 낮게 되므로 금속 상부에 부유하게 되는데 이를 슬래그(Slag)라 한다.

이와 같은 슬래그를 측정하는 가장 간단한 방법으로는 내열선을 슬래그층으로 침적시켜 적열부위 또는 내열선에 부착된 슬래그를 육안 판정하여 두께를 측정하는 방법이 있다. 그러나 이와 같은 방법은 신뢰성이 부족하고 고열의 상태에서의 작업이 용이하지 않으므로 이를 대체하기 위한 각종 장치들이 개발되고 있다.

도 1과 도 2는 종래기술에 관한 슬래그 두께 측정장치의 모식도를 나타내고 있다.

도 1은 기전력의 차이를 이용한 슬래그 두께 측정장치를 나타내고, 도 2는 부력을 이용한 슬래그 두께 측정장치를 나타내고 있다. 그러나 기전력 차에 의한 장치의 경우에는 금속과 슬래그 계면에서 기전력 차가 급격하게 변화하지 않으므로 정밀성이 부족한 실정이다. 제철, 제강 제련공정에서는 금속이이 산화되어 산화철 형태로 슬래그 중에 존재하게 되며 이 경우 특별한 처리 공정을 거치지 않는 한 다시 환원되어 순수한 철(Fe)의 상태로의 회복은 불가능하게 된다. 따라서 연속적인 기전력의 측정 값의 분석을 통한 금속층과 슬래그층의 구분값은 신뢰도가 낮을 수밖에 없는 실정이다.

또한, 부력차 감지를 이용한 장치는 도 3의 (a)의 형태와 같이 부력의 기울기가 명확히 구분되어야 정확한 측정이 가능하게 된다. 도 3은 침지봉이 받는 부력과 침지봉의 낙하거리와의 관계를 도시한 그래프도이다. 여기서 (A)는 대기중 낙하, (B)는 슬래그층 통과, (C)는 금속층 통과의 형태를 도시한다. 그러나 실제 측정에서는 변곡점이 명확하게 구분되지 않아 도 3의 (b)와 같은 형태가 발생하게 되어 정밀도 측면에서는 많은 문제점을 내포하고 있는 실정이다. 이렇게 정밀도 측면에서 신뢰도가 저하하는 이유로써는 출강중 유출된 슬래그는 1200∼1350 의 온도에서 유출되나 대기와 직접 접촉함에 따라 온도가 급격히 저하하게 되고 대기와의 접촉 부위는 쉽게 응고가 진행된다. 슬래그가 응고된 경우에는 침지봉들이 슬래그층을 통과하는 시점에 급작스런 저항력(=부력)을 받게 되며 이후 침지봉이 슬래그층을 통과하는 동안까지도 헌팅(Hunting)이 지속적으로 발생하므로 변곡점을 찾기가 어렵게 되는 것이다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제철, 제강 등 제련공정에서 슬래그두께를 측정시 신뢰성을 확보하고 재연성이 우수한 두께 측정장치를 개발하여 실 조업에 적용함으로써 유출 슬래그 또는 발생 슬래그량에 대한 정확한 정보를 제공하여 제품 품질 향상을 위한 후속처리를 과학적, 정량적으로 가능토록 하는데 있다.

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 부력을 이용하여 슬래그의 두께를 측정하는 장치에서, 외측에 스크류기어를 장착한 파이프형 본체와; 상기 스크류기어와 정합하여 상기 본체를 상하 자재로이 유동시킬 수 있는 구동수단과; 상기 본체의 내부에서 상하로 고정 장착되고 중앙에 통공을 갖춘 한쌍의 원판형 고정 디스크와; 작기 고정 디스크 직경보다 작은 원판형 유동 디스크를 용접 고정시킴과 동시에 상기 고정 디스크 사이에 놓이도록 하며 상기 연결공 사이를 관통하고 미단에 침적봉을 구비한 환봉과; 상기 침적봉이 슬래그층 통과 이후 상기 본체가 받는 부력 데이터를 측정하는 로드셀과; 상기 본체가 받는 부력 데이터의 분석을 행하는 분석수단으로 이루어진 부력을 이용한 슬래그 두께 측정장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래기술에 관한 기전력차를 이용하여 슬래그 두께를 측정하는 장치의 개략도.

도 2는 종래기술에 관한 부력차를 이용하여 슬래그 두께를 측정하는 장치의 개략도.

도 3의 (a)는 도 2의 장치를 이용한 부력과 침지봉 낙하거리와의 관계를 도시한 이상적인 그래프도.

도 3의 (b)는 도 2의 장치를 이용한 부력과 침지봉 낙하거리와의 관계를 도시한 실제의 그래프도.

도 4는 본 고안에 관한 슬래그 두께 측정장치의 단면도.

도 5는 본 고안에 관한 슬래그 두께 측정장치의 상세도.

도 6의 (a),(b),(c),(d)는 본 고안에 의한 슬래그 두께 측정장치의 동작 설명도.

* 주요 도면부호의 설명*

10 ; 본체 20 ; 스크류 기어

30,30' ; 고정 디스크 40 ; 환봉

50 ; 유동 디스크 60 ; 침적봉

70 ; 구동수단 80 ; 로드 셀

90 ; 분석수단

이하 본 고안을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4와 도 5는 본 고안에 관한 슬래그 두께 측정장치의 단면도와 상세도를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 슬래그층과 용융 금속 표면까지 침적되는 침적봉(60)과 유동 디스크(50)를 구비한 환봉(40), 침적봉 하강중 부력차 발생시 접점을 형성하는 파이프형 본체(10), 상기 본체내에 고정 장착된 한쌍의 원판형 고정 디스크(30,30'), 그리고 본체를 하강, 상승시키는 모터등과 같은 구동수단(70), 그리고 본 장치 작동시 발생되는 정보를 분석, 디스플레이 해주는 PC등과 같은 분석수단(90)으로 구성되어 있다.

본체(10)는 금속 파이프로 구성되어 있고, 외부에는 스크류 기어(20)가 장착되어 있으며, 내부에는 한쌍의 고정 디스크(30,30'), 침적봉(60)을 체결할 수 있는 환봉(40)이 내장되어 있다.

이 환봉(40)에는 전류가 흐를 수 있는 재질의 유동 디스크(50)가 용접되어 고정되어 있으며 미단에는 침적봉(60)이 체결되어 있다.

또한 상기 본체내에는 환봉(40)이 자유롭게 상승, 하강할 수 있도록 중앙에 연결공이 있는 원판형의 디스크(30,30')가 고정식으로 용접되어 있다.

침적봉(60)은 슬래그 보다 비중이 가벼운 종이 재질로 구성되어 있다.

본 장치의 본체(10) 외부 측변에는 스크류기어(20)장치가 장착되어 있으며 구동수단(70)의 가동에 의해 상승, 하강이 이루어진다.

또한 침적봉이 슬래그층을 통과한 이후 본체(10)가 받는 힘을 측정하기 위한 로드셀(80)이 본체(10) 외부에 부착되어 있다.

그리고 본 장치를 사용할 때 발생되는 정보를 수집, 분석, 디스플레이 해주는 프로그램등이 내장된 PC와 같은 분석수단(90)이 있다.

이하에서는 본 고안의 작동 및 기능에 관한 것으로 슬래그의 두께 측정을 실시하는 과정에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6의 (a),(b),(c),(d)는 본 고안에 의한 슬래그 두께 측정장치의 동작 설명도를 나타낸다.

환봉(40)은 자유롭게 고정 디스크 (30)와 (30') 사이를 왕복할 수 있으므로 평상시 대기중에서 중력을 받는 상태에서는 환봉에 부착된 유동 디스크(50)은 고정 디스크(30')와 접촉한 상태로 유지된다.(도 6의 (a) 참조)

이 때 ((50)와 (30')가 접촉시) 분석 PC 에서는 환봉(40)와 디스크(30')가 폐쇄회로를 이루고 있음을 디스플레이 하게 된다.

다음은 슬래그층을 통과할 때의 작용을 설명한다.(도 6의 (b) 참조)

침적봉은 슬래그층보다 비중이 가벼운 재질로 구성되어 있으므로 슬래그층에 접촉이후 계속하여 하강시 유동 디스크 (50)는 디스크(30')로부터 분리되며 이후 즉시 디스크(30)에 접촉하게 되며 이 때 유동 디스크(50),디스크 (30) 간에 폐쇄회로를 이루고 이 정보가 도 6의 (b)의 (h)와 같이 디스플레이된다.

반경이 r인 침적봉이 슬래그층을 통과시 받는 부력은 아래식과 같이 표시할 수 있다.

B_Slag= πr²t₁d_slag---- (식 1)

여기서 B_Slag는 슬래그층 통과시 침지봉이 받는 부력을, t₁은 슬래그층의 두께, d_slag는 슬래그층의 밀도를 나타낸다.

또한 반경이 r인 침적봉이 용융 금속층을 통과시 받는 부력은 아래식과 같이 표시할 수 있다.

B_metal= πr²t₂d_metal---- (식 2)

여기서 B_metal은 용융 금속층을 통과시 침지봉이 받는 부력을, t₂는 금속층의 두께를, d_metal은 금속층의 밀도를 나타낸다.

본 설비는 하강중 상기식 2를 초과하는 힘을 로드셀에서 감지시 리밋 스위치가 작동되어 자동 상승하도록 되어 있다.

즉 수식으로는 아래식 (3)과 같으며 이는 금속층을 통과할 수 없음을 의미한다.

B_metalπr²t₂d_metal---- (식 3)

따라서 3-3와 같은 데이터를 마지막으로 측정 작업은 완료된다.

따라서 (h)의 거리를 계산하면 정확한 슬래그 두께가 측정되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 의하면 기존에 고안된 측정장치에 비하여 정확한 슬래그층 두께 측정이 가능케 되므로써 제품 품질을 향상시키기 위한 각종 처리를 정량적으로 수행할 수 있으며 실조업 적용시 품질 예지등을 가능케 하여 조업 능력 향상을 가능케 하는데 효과가 있다.

Claims (3)

1. 부력을 이용하여 슬래그의 두께를 측정하는 장치에서, 외측에 스크류기어를 장착한 파이프형 본체와; 상기 스크류기어와 정합하여 상기 본체를 상하 자재로이 유동시킬 수 있는 구동수단과; 상기 본체의 내부에서 상하로 고정 장착되고 중앙에 통공을 갖춘 한쌍의 원판형 고정 디스크와; 작기 고정 디스크 직경보다 작은 원판형 유동 디스크를 용접 고정시킴과 동시에 상기 고정 디스크 사이에 놓이도록 하며 상기 연결공 사이를 관통하고 미단에 침적봉을 구비한 환봉과; 상기 침적봉이 슬래그층 통과 이후 상기 본체가 받는 부력 데이터를 측정하는 로드셀과; 상기 본체가 받는 부력 데이터의 분석을 행하는 분석수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 슬래그 두께 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유동 디스크는 전류가 흐를 수 있는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 슬래그 두께 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 침적봉은 슬래그 보다 비중이 가벼운 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 슬래그 두께 측정장치.