KR20000041676A

KR20000041676A - 비접촉 용강온도분포 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20000041676A
Application number: KR1019980057630A
Authority: KR
Inventors: 이지은
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100380744B1

Abstract

본 발명은 철강 공정의 제강 조업내 전로취련중의 전로내 용강 온도분포를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 센서로는 측정하기 힘든 고온의 용강온도를 비접촉 방식에 의해 간편하면서도 신속하게 측정하기 위해서 온도계를 이용하여 용강온도 측정시 적외선온도계 다수를 일정한 높이로 제어함으로써 전로내 온도의 분포를 알 수 있고, 이에 의해 전로 취련중 전로내 온도분포를 파악할 수 있는 경우 제강취련 작업정도를 파악하여 취련시 필요한 산소량을 조절하여 연료 절감의 효과뿐 아니라, 제품의 품직과 직결되는 용강온도를 정확하고 신속히 측정하여 측정시간을 줄임으로써 출강 실수율의 향상 및 전로내 용강 잔존시간의 감소로 인한 노체 수명 연장과 이상에 의한 생산성 향상의 경제적 효과를 기대할 수 있으며, 또한 본 온도 측정방법은 전로 공정뿐 아니라 고온의 용융 연소체의 온도분포 측정에 사용할 수 있다.

Description

비접촉 용강온도분포 측정장치 및 방법

본 발명은 철강 공정의 제강 조업내 전로취련중의 전로내 용강 온도분포를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 센서로는 측정하기 힘든 고온의 용강온도를 적외선 온도계를 이용한 비접촉 방식에 의해서 간편하면서도 신속하게 전로탕면의 온도분포를 검출할 수 있도록 한 비접촉 용강온도분포 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용강온도를 측정하는 이유는 철강 공정의 제강 조업내 전로취련에서는 용선을 취련하여 용강이 만들어지는데, 이때 용선에 취련할 산소량의 계산이 중요하므로, 이 산소량 계산을 위해서는 취련 작업중 용강내 온도 파악이 필요하다.

현재의 전로내 용가온도 측정방법은 센서에 의한 접촉식 측정방법, 작업자의 경험에 의한 예측방법, 금속 이론을 이용한 수식모델, 인공지능에 의한 방법 그리고 일본에서 기출원된 방법이 있다. 이상 예시한 방법은 각각 온도 측정에 한계가 있을뿐만 아니라, 측정된 온도는 전로내 온도 평균값이므로, 각 용강부위마다의 온도분포는 알 수 없다.

만약, 온도분포를 알수 있다면 작업중인 전로내 취련 상황을 정확히 알 수 있으므로, 품질향상을 기할 수 있다.

먼저, 종래 센서를 이용한 접촉식 용강온도 측정방법에 대해서 도 1을 참조하여 설명하면, 도 1은 종래의 접촉식 프로브를 이용한 용강온도 측정 설비 시스템 블록도로서, 도 1을 참조하면, 현재 제강 작업순서는 먼저 제강 조업 개시시 전로내용물(용선 및 고철)이 전로(1)로 장입된후, 작업계획에 따른 프로세스 컴퓨터(4)의 지시에 의해 취련 개시 명령이 PLC(5)로 내려지면, PLC(5)는 산소랜스(12)의 하강높이를 계산후, 산소랜스 하강을 위한 모터(9)가 작동하여, 산소랜스(12)를 하강시킨다.

상기 산소랜스(12)의 높이계산에 있어서, 산소랜스(12)는 용선에 너무 가까울 경우 랜스(12)자체가 불꽃에 의해 녹을 수 있으며, 너무 먼 경우는 산소불꽃이 탕면에 닿지 않으므로, 취련작업이 제대로 될 수 없으므로, 이를 고려해야 하며 현재는 수식모델중 상취취련 패턴모델식에서 산소랜스높이를 계산한다. 연산된 산소랜스의 높이값은 산소랜드높이 제어에 이용되는데, 상기 랜스 하강후 산소밸브(13)를 열어서 산소 취련에 의해 취련 작업이 실시된다. 취련 시간 80% 지점에서 온도측정을 위한 접촉식 프로브(8)를 모터(6)에 의해 기동하여 1차 온도측정을 실시하고, 취련 종료후 다시 온도측정을 위한 접촉식 프로브(8)를 다시 기동하여 2차 온도 측정을 실시한다.

상기 프로브(8)는 고온의 용강과 직접 접촉하여 실측하는 방법으로 1회 사용후 재장착을 해야하나 탈착되는 경우가 많아서 조업시간지연의 이유가 된다. 본 발명에 의할 경우 전로내용물의 온도는 2차례에 걸쳐 접촉식 온도 측정에 의해 알 수 있으며, 상기 전로(1)은 전로내용물인 용선 및 고철을 담고, 취련작업후 전로내용물(용선 및 고철)은 용강으로 변화하며 이는 온도측정의 대상이다. 본 발명에서 사용되는 전로설비는 전로입구포기 2m, 전로내폭이 4m, 그리고 전로높이는 8m이다.

그리고, 프로세스컴퓨터(4)는 취련개시여부를 PLC(5)에 알려주며 접촉식온도측정프로브(8)에 의해 측정된 온도값을 화면(CRT:14)에 통해 출력시키며, 작업자는 CRT(14)의 화면에 출력된 정보를 이용하여 취련종료 여부를 결정하고, 상기 PLC(5)는 프로세스컴퓨터(4)에 의해 취련개시 명령을 받아서 산소랜스 밸브(13), 산소랜스 승하강용 모터(9) 및 접촉식온도 측정프로브 승하강용 모터(6)를 작동한다.

한편, O₂가스(19)는 랜스밸브(13)를 거쳐서 전로(1)내 용선에 전달되어 취련작업에 사용되며, 산소랜스 승하강장치(11)는 취련시 산소밸브(13)를 하강시기고, 취련종료후 산소밸브(13)를 승강시키기 위한 장치이다.

이와같은 종래 센서를 이용한 접촉식 용강온도 측정방법에서, 전로내 용강온도 확인은 일정 시점에서 접촉식 센서의 일종인 프로브(Probe)를 이용하여 그 온도를 측정하는데, 이 프로브설비는 탈착 방식으로 장착 불량 및 프로브(probe)탈락등으로 인하여 온도 파악이 불가능하게 되는 경우가 발생되고 있으며, 이로 인해 프로브가 낭비될 뿐 아니라 공정상 전로내 용강 온도가 꼭 필요한 경우, 조업자가 수동으로 고온의 전로에 접근하여 용강온도를 측정해야 하는 위험이 따르는 문제점이 있으며, 또한, 측정시에는 용강내에 프로브가 깊이에 따라 일정시간동안 용강내를 내려가게 되는데, 각 지점의 온도를 측정후 일정구간의 평균치를 이용하여 온도를 측정하기 때문에 측정에 장시간이 걸린다는 문제점이 있다.

다음, 종래 작업자 경험에 의한 용강온도 측정방법에서, 취련조업에 장기간 작업을 한 작업자의 경우에는 불꽃의 색깔만 보아도 40%정도의 정확도로 온도를 알수 있다고 하지만, 높은 생산성을 내기 위해서는 70%정도의 정확도는 부족할 뿐 아니라, 경함자가 아닌 경우는 온도를 전혀 추출할 수 없는 문제점이 있다.

그 다음, 종래 금속모델을 이용한 수식모델에 의한 용강온도 측정방법에서, 금속이론을 토대로 나온 수식모델에 의해 용강온도를 계산할수 있지만, 수식모델의 경우 많은 가정하에서 만들어지는 관계로, 수시로 변하는 조업상황을 즉시 반영할 수 없으므로, 대체로의 경향밖에 알수 없다는 점과, 또한 수식모델의 계산을 위해서는 여러 조업 데이터가 필요하고, 이 데이터는 센서등에 의해 그 값이 측정되는데, 매번 각 센서에서 측정되는 값의 정확도를 유지하기는 어려운 관계로, 잘못된 입력 데이터에 기초한 수식모델에 의한 계산결과는 잘못된 계산결과가 되는 문제점이 있다.

그리고, 종래 인공지능 방법에 의한 용강온도 측정방법에서, 이는 변화하는 수식모델의 경향을 반영할수 없는 수식모델의 문제점을 보완하기 위해 나온 이론으로서, 실제 조업 데이터뿐 아니라, 작업자의 풍부한 경험 및 지식 데이터를 바탕으로 만들기 때문에 그 정확도는 이전의 수식모델에 비해 높다는 장점은 있으나, 작업자의 지식을 데이터화가 쉽지 않으며, 인공지능의 정확도는 작업자 지식에 근거하므로, 만약 작업자의 잘못된 지식이 인공지능에 이식되는 경우에는 정확한 결과를 얻기 어렵다는 문제점이 있다, 이 한 조업 데이터에 대한 부정확도의 가능성은 수식모델의 경우와 동일하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 센서로는 측정하기 힘든 고온의 용강온도를 적외선 온도계를 이용한 비접촉 방식에 의해서 간편하면서도 신속하게 전로탕면의 온도분포를 검출할 수 있도록 한 적외선 온도계를 이용한 용강온도 측정장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 접촉식 프로브를 이용한 용강온도 측정 설비 시스템 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 적외선온도계를 이용한 비접촉식 용강온도 측정장치의 구성도이다.

도 3은 도 2의 적외선 온도계 설치를 위한 온도계 박스도이다.

도 4는 도 3의 온도계박스의 상세구성 및 온도계박스의 세척장치의 구성도이다.

도 5는 도 4의 적외선온도계의 동작원리도이다.

도 6은 도 5의 적외선온도계의 측정반경과 측정정밀도 관계도이다.

도 7은 본 발명에 따른 적외선 온도계에 의한 측정온도의 범위도이다.

도 8은 본 발명에 따른 적외선온도계에 의해 용강온도 측정흐름을 보이는 플로우챠트이다.

도 9는 도 4의 온도계박스의 세척장치의 동작흐름을 보이는 플로우챠트이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 전로 2 : 용강

9 : 랜스 승하강 구동모터 12 : 산소랜스

13 : 랜스밸브 20 : 프로세스컴퓨터

21 : PLC 22 : CRT

23 : 레벨측정기 24 : 박스 승하강 구동모터

24a : 스크류 구동축 24b : 스크류 결합너트

25 : 온도계 승하강 구동모터 25a : 스크류 구동축

25b : 스크류 결합너트 26 : 온도계 박스

27 : 고정대 28 : 적외선 온도계

31 : 와이퍼 구동모터 32 : 와이퍼

33 : 수관 34 : 수관밸브

35 : 물분사기 36 : 에어관

37 : 에어관 밸브 38 : 에어분사기

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 장치는 비접촉 용강온도분포 측정장치에 있어서, 전로탕면의 레벨을 측정하기 위한 레벨측정기; 고정대에 연결된 박스에 설치하여 용강온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 적외선온도계; 상기 온도계 박스의 높이를 조절하기 위한 박스 승하강장치; 상기 적외선 온도계중 승하강가능 적외선 온도계의 높이를 조절하기 위한 온도계 승하강장치; 상기 온도계 박스의 오염물을 제거하기 위한 세척장치; 상기 레벨측정기에 의한 측정레벨치와 온도계의 처음높이 및 사전에 설정된 조절거리에 따라 박스 승하강장치, 온도계 승하강장치의 동작을 제어하고, 또한 세척장치를 제어하며, 적외선 온도계에 의해 측정된 용강온도의 화면표시를 제어하는 제어장치; 를 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 기술적인 수단으로써, 본 발명의 방법은 비접촉 용강온도 측정방법에 있어서, 취련개시시, 전로탕면 레벨값을 입력받는 제1단계; 고정된 적외선 온도계의 측정반경에 따라 온도계 박스와 전로탕면과의 조절거리를 설정하는 제2단계; 승하강 가능한 적외선 온도계이 측정반경에 따라 적외선 온도계와 전로탕면과의 조절거리를 설정하는 제3단계; 상기 전로탕면의 레벨값에 기초해서 상기 설정된 조절거리로 온도계 박스의 하강조절을 제어하는 제4단계; 상기 전로탕면의 레벨값에 기초해서 상기 설정된 조절거리로 적외선 온도계의 하강조절을 제어하는 제5단계; 상기 적외선 온도계에 의해 측정된 용강온도를 출력하는 제6단계; 로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 비접촉 용강온도 측정장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 적외선온도계를 이용한 비접촉식 용강온도 측정장치의 구성도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉 용강온도 측정장치는 전로탕면의 레벨을 측정하기 위한 레벨측정기(23)와, 고정대(27)에 연결된 박스(26)에 설치하여 용강온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 적외선온도계(28)와, 상기 온도계 박스(26)의 높이를 조절하기 위한 박스 승하강장치와, 상기 적외선 온도계중 승하강가능 적외선 온도계(28)의 높이를 조절하기 위한 온도계 승하강장치와, 상기 온도계 박스(26)의 오염물을 제거하기 위한 세척장치와, 상기 레벨측정기(23)에 의한 측정레벨치와 온도계의 처음높이 및 사전에 설정된 조절거리에 따라 박스 승하강장치, 온도계 승하강장치의 동작을 제어하고, 또한 세척장치를 제어하며, 적외선 온도계(28)에 의해 측정된 용강온도의 화면표시를 제어하는 제어장치를 포함한다.

상기 제어장치는 작업계획에 따라 취련개시 여부를 PLC에 알려주며 적외선온도계에 의해 측정된 온도값을 화면에 출력시키는 프로세스컴퓨터(20)와, 전로내용물의 높이데이터를 레벨측정기(23)로부터 받아서 온도계 박스(26) 및 적외선온도계(28)의 높이를 계산하며, 상기 프로세스 컴퓨터(20)로부터 취련개시 명령을 받아서 박스 승하강장치 및 온도계 승하강장치의 동작을 제어하는 PLC(21)를 포함한다.

도 3은 도 2의 적외선 온도계 설치를 위한 온도계 박스도로서, 도 3을 참조하면, 온도계 박스(26)는 박스 승하강 구동모터(24)와 이 모터(24)의 스크류 구동축(24a)과 결합너트(24b)에 의해서 도 2의 고정대(27)와 결합설치되며, 이 박스(26)중앙으로 산소랜스(12)가 통과된다.

도 4는 도 3의 온도계박스의 상세구성 및 온도계박스의 세척장치의 구성도로서, 이 도 4는 도 3의 절단부분"A"를 상세하게 도시한 것으로, 도 4를 참조하면, 도 4의 온도계 박스(26)내부에는 2개의 적외선온도계가 장착되어 있으며, 도 2의 설명에서와 같이 박스의 내부 온도는 냉각수관(33)에 의해 온도조절을 하며, 박스의 승하강장치는 PLC(21)의 제어에 의한 박스 승하강 구동모터(24)의 구동에 의해 작동한다.

상기 온도계 박스(26)는 상기 박스 승하강장치의 승하강동작에 의해 높이조절이 가능토록 고정대(27)에 설치하고, 상기 온도계 승하강장치의 승하강동작에 의해 높이조절할 수 있는 승하강가능 적외선 온도계(28)를 내설하고, 상기 온도계 박스(26)는 내장된 적외선 온도계가 하부의 탕면온도를 측정할 수 있도록함과 동시에, 하부의 전로탕면으로부터 적외선 온도계(28)를 보호하기 위한 유리창(26a)을 포함한다. 그리고, 상기 적외선 온도계는 상기 용선탕면에 수직으로 설치한다.

상기 박스 승하강장치는 온도계 박스의 승하강장치는 1차적으로 높이조절을 수행하기 위한 온도계 박스의 높이조절을 위해 사용되며, 이는 고정대(27)의 하부에 고정 설치한 박스승하강 구동모터(24)와, 상기 박스승하강 구동모터(24)의 스크류 구동축(24a)과 결합하기 의한 상기 온도계 박스(26)에 설치된 스크류 결합너트(24b)로 구성한다.

상기 온도계 승하강장치는 온도계 박스승하강장치는 레일을 사용하거나 드럼윈드(Drum Winth)를 여러개 설치하는 방법 혹은 스크류 잭을 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 스크류잭(스크류(볼트),너트)을 사용하였으며, 이는 상기 온도계 박스(26)내 상부에 고정 설치한 온도계 승하강 구동모터(25)와, 상기 온도계 승하강 구동모터(25)의 스크류 구동축(25a)과 결합하기 의한 상기 적외선온도계(28)에 설치된 스크류 결합너트(25b)로 구성한다.

상기 적외선온도계 승하강장치(10)는 각 적외선온도계 높이 조절이 필요한 경우 사용하며, 그 예로서는 유압실린더를 사용하거나 혹은 모터와 스크류잭을 사용할수 있으며. 본 발명에서는 소형 스크류잭을 사용하였다.

상기 온도계 박스(2)는 여러개의 적외선 온도계(8)를 수납하는데, 단순히 수납기능뿐 아니라, 창을 이용하여 외부의 먼지로부터 적외선 온도계(8)를 보호하며, 냉각용 수관(3)에 의해 외부로부터 적외선 온도계 박스(26) 내부온도의 상승을 막는 역할을 한다. 필요시 각 적외선 온도계(8)마다 자체의 냉각장치를 장착할수 있다. 또한 온도계 박스(26)는 적외선 온도계(7)가 최적의 측정위치에 위치하도록 1차적 높이 조절의 대상이 된다. 본 박스(26)는 도 2의 고정대에 부착된다. 온도계 박스 중앙으로 산소랜드(4)가 통과하며, 적외선온도계는 랜스를 중심으로 위치한다.

도 4의 온도계박스의 세척장치는 상기 박스(26)의 유리창(26a)을 세척하는 세척장치는 상기 제어장치의 제어에 따라 동작하는 와이퍼모터(31)와, 이 와이퍼모터(31)의 동작에 의해 상기 박스(26)의 유리창(26a)의 표면을 세척하기 위한 와이퍼(32)와, 상기 제어장치의 제어에 따라 물을 공급하는 수관(33)을 오픈/클로즈시키는 수관밸브(34)와, 상기 수관(33)의 물을 상기 유리창(26a)으로 분사시키는 물분사기(WaterGun)(35)과, 상기 제어장치의 제어에 따라 공기를 공급하는 에어관(36)을 오픈/클로즈시키는 에어관 밸브(37)와, 상기 에어관(36)의 공기를 상기 유리창(26a)으로 분사시키는 에어분사기(AirGun)(38)로 구성한다.

상기 적외선 온도계의 박스(26)의 유리창(26a)에 부착되는 먼지를 막을 뿐아니라 청소를 용이하게 하며, 유리창(26a)의 테두리에는 세척용 와이퍼(32)와 물분사기(WaterGun)(35), 그리고 에어분사기(AirGun)(38)를 설치한다. 세척용 와이퍼(32)는 와이퍼의 길이를 유리반경보다 약간 길게하여 3개를 설치하면 유리내를 모두 닦을수 있다.

상기 물분사기(35)는 원주방향에 대해 5개면 충분하며, 물을 분출시키는 압력은 물이 유리창의 반지름거리 이상을 가로지를 정도의 크기가 되어야 한다. 세척을 위한 물은 냉각용 수관(33)의 배수측 물을 이용하고, 유리창을 거꾸로 둔 상태에서 세척작업을 실시하므로, 물분사기(35)의 분사각도는 지면에서 45도 내로 조절가능하게, 그리고 용액분출은 분무형식으로 한다.

상기 에어분사기(38)는 세척후 말리는 작업을 할 뿐 아니라, 먼저 덩어리를 제거할수 있으며, 본 세척장치의 제어는 조업후지기간중 세척이 필요한 시기에 프로세스 컴퓨터(3)에 의해 세척시시를 받은 PLC(2)에 의한다.

이 세척장치와 관련하여 본 발명의 비접촉 용강온도 측정장치는 냉각장치가 더 구비하고 있는데, 이 냉각장치는 냉각수를 공급받아 배수하는 냉각용 수관(33)을 온도계 박스(26)의 내벽면으로 연장시켜 설치한다.

도 5는 도 4의 적외선온도계의 동작원리도로서, 도 5를 참조하면, 본 발명에서 적용하는 적외선 온도계(8)의 내부 구조는 다음과 같다.

도 5를 참조하면, 측정대상인 용강 표면의 광선은 대물렌즈(28e)에서 집광되고, 구정 뚤린 미러(28c)에 상이 연결되며, 이 미러(28c)내에는 중심에 핀홀이 있으며, 이부분으로 빛이 통과한다. 미러(28c) 앞쪽의 조래개(28d)는 렌즈 경동내에서의 미광을 막고, 입체각을 교정하는 기능을 가진다. 그리고 광검출기(28a)에 입사하는 광속을 고정하는 입체각을 통해 유도하는 것은 적외선온도계에서 매우 중요하며, 이 조건이 만족되지 않으면 온도계로서의 기능을 잃는다.

이와같이 결상된 부분의 평균 온도가 측정된 점의 온도를 나타내며, 핀홀을 통과한 빛은 간섭필터(28b)로 파장이 선택되고, 0.9㎛의 적외선만이 광검출기(28a)로 입사하여 광전류로 변환된다. 이 광전류를 적당한 레벨까지 증폭하여 온도를 측정할수 있다. 간섭필터(28b)를 사용하는 이유는 측정대상의 방사율 영향이나 측정광로도중에 있는 연기나 먼지의 영향이 측정결과에 미치는 것을 적게 하기 위해서이다. 광검출에는 Si포트 다이오드를 사용한다.

이와같은 적외선 온도계 적용법에 대해서 설명하면, 현재 적외선 온도계가 사용되는 분야는 다양하고, 단순히 움직이지 않는 연소체의 불꽃온도를 측정하는 것에서부터 움직이는 고온의 물제 온도를 측정할 수 있으며, 이 경우 측정하는 대상 물체에서 일정거리에 적외선 온도계를 설치후 온도를 측정한다.

그리고, 고온의 용선처리를 하는 전로의 경우 적외선 온도계 사용법에 의할 때 다음과 같은 문제가 발생하는데, 첫 번째, 온도는 1600~2000℃에 달한다. 따라서 단순히 적외선 온도계를 전로 근처에 위치시키는 경우 온도계 자체의 온도 상승에 의해 온도 측정을 정확히 할수 없다. 단 냉각장치가 내장된 적외선 온도계가 사용할 경우 본 문제는 해결된다.

두번째, 전로내에는 용선과 함께 찌꺼기에 해당하는 슬래그가 존재한다. 슬래그는 용강 표면에 군데군데 떠 있는데, 만약 적외선 온도계를 하나만 사용하는 경우 온도계의 측정 반경에 슬래그만 잡히는 경우 정확한 용강의 온도를 알수 없게 된다.

세 번째, 주위 외란에 의해 측정치가 부정확할 우려가 있으나, 최근 출시된 적외선 온도계에 의할 경우 주위의 외란 뿐 아니라 습기 혹은 먼지에도 불구하고 온도가 정확히 측정된다. 하지만 오염물등이 온도계에 물리적으로 두껍게 부착되는 경우 온도 측정이 불가한 경우가 발생한다.

도 6은 도 5의 적외선온도계의 측정반경과 측정정밀도 관계도로서, 도 6을 참조하면, 먼저, 적외선 온도계는 내온도측정범위(2000도 내외)에 적합하여야 하며, 온범위가 결정된 다음 생각할 항목은 적외선온도계의 측정반경으로, 적외선온도계의 측정반경은 적외선온도계 측정각도(θ)에 의해 결정된다. 이 측정각도(θ)는 이미 각 적외선온도계 마다 결정된 값이다. 측정각도에 대한 온도측정반경은 tanθ값에 의한다. 즉 적외선온도계에서 전로 탕면의 거리(이하 측정거리)를 h, 적외선온도계측정반경(이하 측정반경)을 x라고하면, 둘의 관계는 하기 수학식1에 보인 바와 같다.

여기서, h는 승하강장치에 의해 조절되는 탕면과 적외선 온도계간의 거리이며, 측정반경은 적외선 온도계에 의해 측정되는 범위를 말한다.

가령, 적외선 온도계1과 적외선온도계2를 비교해 보면, 적외선온도계1은 측정각도가 θ1이고, 적외선온도계2는 측정각도가 θ2이며, 도 6a,6b에 보인 바와같이, θ2가 θ1보다 큰 값을 가지므로, tanθ1은 <tanθ2보다 적으며, 측정반경이 작은 적외선온도계1의 온도측정범위가 더 좁음을 알 수 있다. 적외선온도계의 온도측정은 측정범위내 온도의 평균을 적외선온도계의 온도로 계산하므로, 측정각도가 좁은 적외선온도계를 사용할 경우 보다 좁은 범위마다 온도를 구함으로써 정확한 온도 측정이 가능하다.

따라서 정밀한 온도 측정을 위해서는 θ가 작은 것을, 그리고 만약 대강의 온도범위만 알고자 하는 경우는 θ가 큰 것을 선택한다. 다만 측정각도가 좁은 적외선온도계를 사용할 경우 전로(1)내 온도를 보다 정밀하게 구할 수 있는 장점이 있는 반면 측정반경이 좁으므로, 결국 전로내 온도분포를 측정하기 위해서 더 많은 적외선온도계를 사용해야 하며 따라서 비용이 많이 든다. 이에 대해 측정각도가 넓은 적외선온도계를 사용하는 경우 온도분포의 정확도가 떨어지는 반면, 소수의 온도계에 의해서도 전로(1)온도분포를 알수 있으므로, 적은 비용이 든다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 시중에 판매중인 적외선온도계중에서 tanθ=1/60, θ=1°, 측정가능온도범위는 1370-3000℃인 특성을 가진 적외선온도계를 사용하였다.

도 7은 본 발명에 따른 적외선 온도계에 의한 측정온도의 범위도로서, 도 7을 참조하면, 본 발명에서는 적외선온도계를 12개 사용했으며, 도 7과 같이 X,Y축방향으로 각각 4개(이하 축방향온도계)를 사선방향으로 각 사면에 한 개씩 총 4개(이하 사선방향온도계)를 배치한다.

본 발명에서 효율적으로 온도를 측정하기 위해서는 적외선온도계의 위치에 따라 높이를 달리해야 한다. 만약 처음 높이 조절에 의해(1차조절) 12개 적외선온도계에 대해 모두 높이를 동일하게 할 경우 적외서온도계의 측정반경을 보면 7.1도와 같다. 흰색부분이 온도가 측정되는 부분이며, 회색부분은 온도측정법위를 벗어난다.

그림에서와 같이 지름방향의 온도분포는 측정이 되나, 그외 부분의 온도는 제대로 측정되지 않는다. 따라서 사선방향의 온도계(28-1,28-2,28-3,28-4)에 대해 승강을 시켜 2차 높이조절을 실시함으로서 도 7.2와 같이 온도측정가능 범위가 증가하며 따라서 더 정확한 온도분포를 구할수 있다. 즉 본 발명은 각 온도계에 대해 2차례의 높이조절이 필요하며, 1차 온도계높이 조절은 온도계박스높이조절에 의하여 모든 온도계가 동일 높이에 위치하도록 조절하며, 2차 온도계 높이 조절은 본 발명의 경우 사선방향온도계의 높이를 승강시킴으로써 정확한 용강온도분포를 알 수 있다.

상기 적외선온도계 사양은, 본 발명에서 사용된 전로(1)는 전로 입구폭이 2m, 전로 내폭이 4m, 그리고 전로 높이는 8m인 설비로서, 이 전로는 단순 원통형이 아니라 항아리처럼 입구는 좁고, 내부는 넓다. 따라서 전로지름은 전로입구족에서와 전로내부에서 서로 다르며, 즉 전로 입구폭이란 도 2에서와 같이 전로의 입구지름을 말하며, 적외선온도계에 의해 실제 측정될 범위이다.

도 8은 본 발명에 따른 적외선온도계에 의해 용강온도 측정흐름을 보이는 플로우챠트이고, 도 9는 도 4의 온도계박스의 세척장치의 동작흐름을 보이는 플로우챠트이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명에 따른 제어 및 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1단계에서는 취련개시시, 전로탕면 레벨값을 입력받는데, 이 단계의 구체적인 동작과정은 제강작업 시작시 전로내용물(용선 및 고철)이 전로(1)로 장입되면 프로세스 컴퓨터(20)에 의해 조업계획에 따른 취련 개시 지시가 내려지면, 이 취련개시 지시에 따라 PLC(21)는 레벨측정기(23)로부터 전로탕면의 레벨값을 입력받는다.

이 레벨측정기(23)는 액체높이를 측정하는 초음파센서로서 전로(1)내 전로탕면 높이가 얼마인지를 반복적으로 측정하여 이 측정한 레벨값을 PLC(2)에 전달하는데, 이 레벨측정원리는 상기 전로(1)내에 용선 및 고철등 전로내용물이 장입된 다음 탱크상부에서 초음파 발신기로부터 음파가 발신한 후 탕면에서 반사하고 되돌아와서 수신되기까지의 시간(t)과 초음파속도(v)를 이용하여 탕면높이(I=v*t/2)를 연산한다.

이와같이, 레벨측정기(23)에서 측정된 레벨값이 PLC(21)로 입력되면, 이 PLC(21)는 측정 레벨값을 참조하여 랜스 승하강 구동모터(9)를 동작시켜 랜스랜스(12)를 하강시키고, 산소밸브(13)를 오픈시켜 산소랜스(12)를 통한 산소를 전로(1)의 탕면으로 공급하게 한다. 이때 O₂가스는 랜스밸브(13)를 거쳐서 전로(1)내 용선에 전달되어 취련작업에 사용된다. 이와같은 취련작업중에 공급되는 산소량은 하기와 같이 구해지는 용선온도에 대한 분포에 따라 PLC(21)가 산호밸브(13)의 개도량을 조절하게 된다.

그리고, 제2단계에서는 고정된 적외선 온도계의 측정반경에 따라 온도계 박스(26)와 전로탕면과의 조절거리를 설정하는데, 이 설정되는 거리는 전로탕면과 온도계간의 거리를 1차로 조절하기 위한 것이고, 이 제2단계후, 제3단계는 승하강 가능한 적외선 온도계이 측정반경에 따라 적외선 온도계와 전로탕면과의 조절거리를 설정하는데, 이 설정되는 거리는 전로탕면과 온도계간의 거리를 2차로 조절하기 위한 것이다.

이와같은 1차 및 2차로 설정되는 조절거리는 상기 수학식1에 의해 계산되는데, 본 발명의 실시예에서는 (1/60)의 값을 가진 온도계 선택하고, 본 발명에서 전로지름이 2m이고, 총 12개의 온도계를 설치하며, X,Y 축방향의 온도계는 각각 4개씩 설치하되 그 측정반경 20cm로 한다. 그리고, 사선방향의 온도계는 각각 1개로 설치하되 온도측정범위를 넓히기 위한 승강을 위한 측정반경 25cm로 설정한다.

상기 제2,3단계는 이는 상기 레벨측정기(23)으로부터 전송받은 전로탕면의 높이데이터를 이용하여 온도계 박스(26)의 높이와 이 박스(26)내부의 적외선 온도계의 높이를 계산하여 설정하는 것으로, 이에따라, 1차 온도계(X,Y축방향온도계)의 조절높이(측정거리=(20cm/(1/60))는 12m이고, 2차 온도계(사선방향온도계)의 조절높이((25cm/(1/60))는 15m이다.

제4단계에서는 상기 전로탕면의 레벨값에 기초해서 상기 설정된 조절거리로 온도계 박스(26)의 하강조절을 제어하는데, 이 제어는 PLC(21)가 온도계 박스(26)의 승하강장치인 박스 승하강 구동모터(24)를 동작시킴에 따라 전로탕면으로부터 상기 제2단계에서 설정된 높이에 상기 온도계 박스(26)가 위치하게 된다. 이에따른 1차 조절에 의해서 온도계 박스(26)의 X,Y축방향 온도계와 사선방향의 온도계 모두는 탕면에서 12m에 위치하며, 이와같이 온도계 박스가 탕면으로부터 12m 떨어진 경우는 취련시 발생하는 전로불꽃에 의해 박스가 소실될 위험이 없다.

제5단계에서는 상기 전로탕면의 레벨값에 기초해서 상기 설정된 조절거리로 적외선 온도계의 하강조절을 제어하는데, 이 제어는 PLC(21)가 온도계의 승하강장치인 온도계 승하강 구동모터(25)를 동작시킴에 따라 전로탕면으로부터 상기 제3단계에서 설정된 높이에 상기 사선방향의 온도계가 위치하게 된다. 이에따른 2차 조절에 의해서 사선방향의 온도계 모두는 탕면에서 15m에 위치하며, 이 2차조절을 위한 높이는 원하는 측정반경에 따라 결정된다. 원하는 측정반경은 전로(1)입구 크기 및 온도계배치 여부에 따라 결정된다. 도 7a에 도시한 바와같이, 사선방향온도계의 측정반경이 25cm가 되도록 하였으며, 상기 수학식(1)에 의해 측정거리를 구하면 썬방향 온도계는 탕면에서 15m떨어져야 하며, 따라서 적외선온도계를 "(15-12)m=3m"만큼 승강시키면 된다.

제6단계에서는 상기 적외선 온도계에 의해 측정된 용강온도를 출력하는데, 이때 적외선온도계(28)는 전로(1)내 용강의 온도를 비접촉방식에 의해 측정범위내 온도의 평균치를 각 온도계의 측정온도로 상기 프로세스컴퓨터(20)로 제공한다. 이 프로세스컴퓨터(20)는 측정한 용선의 온도분포를 참조하여 상기 PLC(21)로 취련시 산소의 공급량에 대한 정보를 제공하면 이에따라 PLC(21)가 상기 산소밸브를 제어하게 된다.

이와같은 본 발명에 의하면, 전로내용물이 장입된후 전로내용물의 높이가 탕면높이 레벨측정기에 의해 측정된 후 제강 서버 컴퓨터로 넘어가며, 그 데이터를 PLC에서 받아서, 온도계 박스의 높이를 계산하고, 온도계 박스 승하강장치에 의해 1차로 그 높이가 조절되고, 다음으로 일부 적외선온도계에 대한 측정범위를 넓히기 위해 일부 적외선온도계에 대한 승강작업을 실시한다. 적외선 온도계에 의해 측정된 신호는 CRT로 전달되어 작업자가 볼 수 있다.

또한, 작업중 항상 전로내 온도를 파악할수 있으며. 작업중간에 온도를 측정하기 위해 온도센서를 기동할 필요가 없다. 따라서 작업시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 취련에 필요한 산소량도 정확히 계산할수 있다.

상기한 바와같이, PLC(21)가 랜스 승하강 구동모터(9)로 산소랜스(12)의 승하강 제어를 수행한후, 측정한 용강온도분포에 기초해서 산호밸브(9)를 제어하여 산소랜스(12)의 산소공급량 제어를 수행한다.

한편, 도 4 및 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 세척장치에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 물분사단계에서는 세척개시 지시가 있으면 수관밸브를 오픈시켜 온도계 박스의 유리창으로 물을 분사시키는데, 이는 프로세스컴퓨터(20)로부터 세척지시를 받은 PLC(2)는 수관밸브(34)를 열어서 물분사기(35)로 상기 박스(26)의 유리창으로 물을 분사시켜 1차 세척을 실시한다.

그리고, 와이퍼구동단계에서는 와이퍼 구동모터(31)를 동작시켜 와이퍼를 구동시키는데, 이는 PLC(2)가 와이퍼 구동모터(31)를 작동시켜 와이퍼(32)가 상기 유리창(26a) 표면의 오염물을 제거하는 2차 세척을 실시한다.

상기한 1차 및 2차 세척과정을 다수회 반복시킨후, 마지막으로 공기분사단계에서는 에어관를 오픈시켜 온도계 박스의 유리창으로 공기를 분사시키는데, 이는 에어밸브(37)를 열어서 에어분사기(38)로 유리창(26a)으로 공기를 분사시켜 유리창의 수분을 말린다.

전로(1)공정은 산소를 이용하여 불순물을 태우는 작업으로 작업중 많은 오염물이 발생하며, 이중 대부분은 슬래그의 형태로 전로(1)내에 있으나, 일부분은 먼지 형태로 전로(1)상부로 날라간다. 이 과정에서 일부분은 온도계 박스창에 부착될 우려가 있다.

현재 기술상 적외선온도계는 렌즈앞의 불순물이 있는 경우에도 온도의 측정에는 지장이 없으나, 오염물이 적외선 온도계에 물리적으로 두껍게 쌓이는 경우는 측정의 정확도가 떨어진다. 이 경우 일정기간마다 세척작업을 함으로써 적외선 온도계의 측정 환경을 깨끗이 유지하여 온도계의 정확도를 높인다. 이와같은 세척작업은 일정기가 마다 또는 필요에 따라 불규칙적으로 실시할 수 있게 되어 있다.

상기한 세척작업을 수행하기 위한 냉각용 수관(33)을 통해서 냉각수가 공급되어 배출되면서, 상기 냉각용 수관(33)이 온도계 박스(26)의 내부면에 설치되어 있으므로, 상기 박스(26)가 냉각되는 것이다.

상기한 바와같은 본 발명에 의하면, 센서로는 측정하기 힘든 고온의 용강온도를 비접촉 방식에 의해 간편하면서도 신속하게 측정하기 위해서 온도계를 이용했으며, 측정시 적외선온도계 다수를 일정한 높이로 제어함으로써 전로내 온도의 분포를 알 수 있다. 이에 의해 전로 취련중 전로내 온도분포를 파악할 수 있는 경우 제강취련 작업정도를 파악하여 취련시 필요한 산소량을 조절하여 연료 절감의 효과뿐 아니라, 제품의 품직과 직결되는 용강온도를 정확하고 신속히 측정하여 측정시간을 줄임으로써 출강 실수율의 향상 및 전로내 용강 잔존시간의 감소로 인한 노체 수명 연장과 이상에 의한 생산성 향상의 경제적 효과를 기대할 수 있다. 또한 본 온도 측정방법은 전로 공정뿐 아니라 고온의 용융 연소체의 온도분포 측정에 사용할 수 있다.

Claims

비접촉 용강온도분포 측정장치에 있어서,

전로탕면의 레벨을 측정하기 위한 레벨측정기(23);

고정대(27)에 연결된 박스(26)에 설치하여 용강온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 적외선온도계(28);

상기 온도계 박스(26)의 높이를 조절하기 위한 박스 승하강장치;

상기 적외선 온도계중 승하강가능 적외선 온도계(28)의 높이를 조절하기 위한 온도계 승하강장치;

상기 온도계 박스(26)의 오염물을 제거하기 위한 세척장치;

상기 레벨측정기(23)에 의한 측정레벨치와 온도계의 처음높이 및 사전에 설정된 조절거리에 따라 박스 승하강장치, 온도계 승하강장치의 동작을 제어하고, 또한 세척장치를 제어하며, 적외선 온도계(28)에 의해 측정된 용강온도의 화면표시를 제어하는 제어장치; 를 구비함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도분포 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 제어장치는 작업계획에 따라 취련개시 여부를 PLC에 알려주며 적외선온도계에 의해 측정된 온도값을 화면에 출력시키는 프로세스컴퓨터(20);

전로내용물의 높이데이터를 레벨측정기(23)로부터 받아서 온도계 박스(26) 및 적외선온도계(28)의 높이를 계산하며, 상기 프로세스 컴퓨터(20)로부터 취련개시 명령을 받아서 박스 승하강장치 및 온도계 승하강장치의 동작을 제어하는 PLC(21); 를 포함함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 온도계 박스(26)는 상기 박스 승하강장치의 승하강동작에 의해 높이조절이 가능토록 고정대(27)에 설치하고,

상기 온도계 승하강장치의 승하강동작에 의해 높이조절할 수 있는 승하강가능 적외선 온도계(28-1∼28-4)를 내설함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정장치.
제3항에 있어서, 상기 온도계 박스(26)는 내장된 적외선 온도계가 하부의 탕면온도를 측정할 수 있도록함과 동시에, 하부의 전로탕면으로부터 적외선 온도계(28)를 보호하기 위한 유리창(26a)을 포함함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정장치.
제1항에 있어서, 상기 적외선 온도계는 상기 용선탕면에 수직으로 설치함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도분포 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 박스 승하강장치는 고정대(27)의 하부에 고정 설치한 박스승하강 구동모터(24)와, 상기 박스승하강 구동모터(24)의 스크류 구동축(24a)과 결합하기 의한 상기 온도계 박스(26)에 설치된 스크류 결합너트(24b)로 구성하고,

상기 온도계 승하강장치는 상기 온도계 박스(26)내 상부에 고정 설치한 온도계 승하강 구동모터(25)와, 상기 온도계 승하강 구동모터(25)의 스크류 구동축(25a)과 결합하기 의한 상기 적외선온도계(28)에 설치된 스크류 결합너트(25b)로 구성함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 박스(26)의 유리창(26a)을 세척하는 세척장치는 상기 제어장치의 제어에 따라 동작하는 와이퍼모터(31);

이 와이퍼모터(31)의 동작에 의해 상기 박스(26)의 유리창(26a)의 표면을 세척하기 위한 와이퍼(32);

상기 제어장치의 제어에 따라 물을 공급하는 수관(33)을 오픈/클로즈시키는 수관밸브(34);

상기 수관(33)의 물을 상기 유리창(26a)으로 분사시키는 물분사기(WaterGun)(35);

상기 제어장치의 제어에 따라 공기를 공급하는 에어관(36)을 오픈/클로즈시키는 에어관 밸브(37);

상기 에어관(36)의 공기를 상기 유리창(26a)으로 분사시키는 에어분사기(AirGun)(38); 를 구비함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정장치.
제1항 또는 제7에 있어서, 비접촉 용강온도 측정장치는

냉각수를 공급받아 배수하는 관이 온도계 박스(26)의 내벽면으로 연장시켜 설치된 냉각용 수관(33)으로된 박스 냉각장치; 를 더 포함함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정장치.
비접촉 용강온도 측정방법에 있어서,

취련개시시, 전로탕면 레벨값을 입력받는 제1단계;

고정된 적외선 온도계의 측정반경에 따라 온도계 박스(26)와 전로탕면과의 조절거리를 설정하는 제2단계;

승하강 가능한 적외선 온도계이 측정반경에 따라 적외선 온도계와 전로탕면과의 조절거리를 설정하는 제3단계;

상기 전로탕면의 레벨값에 기초해서 상기 설정된 조절거리로 온도계 박스(26)의 하강조절을 제어하는 제4단계;

상기 전로탕면의 레벨값에 기초해서 상기 설정된 조절거리로 적외선 온도계(28-1∼28-4)의 하강조절을 제어하는 제5단계;

상기 적외선 온도계에 의해 측정된 용강온도를 출력하는 제6단계; 로 이루어짐을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정방법.
제9항에 있어서, 상기 비접촉 용강온도 측정방법은

랜스 승하강 구동모터(9)로 산소랜스(12)의 승하강 제어를 수행하고, 측정한 용강온도분포에 기초해서 산소랜스(12)의 산소공급량 제어를 수행하는 랜스조절단계를 더 포함함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정방법.
제9항에 있어서, 상기 비접촉 용강온도 측정방법은

세척개시 지시가 있으면 수관밸브(34)를 오픈시켜 온도계 박스의 유리창(26a)으로 물을 분사시키는 물분사단계;

와이퍼 구동모터(31)를 동작시켜 와이퍼(32)를 구동시키는 와이퍼구동단계;

에어관(36)를 오픈시켜 온도계 박스의 유리창(26a)으로 공기를 분사시키는 공기분사단계; 로 이루어진 온도계 박스의 세척단계를 더 포함함을 특징으로 하는 비접촉 용강온도 측정방법.