KR20010045026A - 비접촉식 용융금속 유속 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 용융상태에 있는 금속의 움직임을 측정하기 위해 비접촉식으로 용융금속의 유속을 측정하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 자화전원장치가 부착된 솔레노이드모양의 전자식과, 상기 전자식의 중앙에 위치하여 상기 전자석에 의한 자장에 수직한 유도자장을 측정하는 자기센서와, 상기 전자석 및 자기센서를 외부 온도변화로부터 보호하기 위한 냉각장치와, 상기 자기센서로 부터의 측정신호를 필터링 및 증폭하여 용융금속의 유동속도로 환산하는 신호처리부를 포함하여 구성되어 있다.

본 발명에 의하면 상술한 바와 같은 구성을 통해 센서 주변 온도의 영향을 받지 않고 용융금속(6)의 유속을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있으므로 용융금속(6) 취급공정의 정량적인 분석 및 개선을 가능하게 하며 금속제품의 품질을 현저히 시키는 효과가 있다.

Description

비접촉식 용융금속 유속 측정장치{Noncontact electromagnetic velocimeter for molten metal application}

본 발명은 고온의 용융상태에 있는 금속의 움직임을 확인하기 위해 비접촉식으로 고온인 용융금속의 유속을 측정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 도체 및 용융금속의 속도는 일반 산업공정에서 설비의 효율적인 운용과 제품의 품질향상, 대량 생산을 위하여 반드시 측정해야 하는 경우가 많다. 속도측정은 그 대상 및 상태에 따라 엔코드, 압력차, 초음파, 와전류, 레이저 등 여러 가지 방법이 사용되고 있으나, 대상체가 존재하는 공간에서의 환경적인 여건이나 경제적인 여건 등을 고려할 경우 적용이 곤란한 경우가 빈번히 발생하고 있다. 특히 용융금속의 유동은 알루미늄 제조산업과 철강 제조산업에서 턴디쉬, 교반레들, 유도로, 연속주조 등 많은 공정에서 관찰할 수 있고, 이러한 공정에서 용융금속의 움직임을 관찰하고 이를 제어하여 생산품의 품질을 향상시키게 되므로 용융금속의 유속측정은 반드시 필요한 기술임에도 불구하고 온도, 분진, 파우더 등의 여러 가지 제약 조건 때문에 적절한 방법의 개발이 미흡한 상태이다.

용융금속의 유속을 측정하기 위하여 종래에 사용하던 장치는 아래의 몇 가 지 경우와 같다.

그 첫번째는 용융금속에 막대(probe)를 담구어 막대의 근처에서 발생하는 용융금속의 와류(vortex)를 이용하는 장치(Material transaction, JIM, Vol.35, No.10,716(1994))로 와류의 주기를 막대에 부착한 스트레인 게이지로 측정하여 유속으로 환산하였다.

두번째 방법은 용융금속과 동일 조성의 구형 막대를 담구어 구형막대가 녹는 시간과 유속을 환산하여 유속을 측정하는 방법(Mteall. Trans. B, Vol.24B,1009(1993))이 있다.

세번째 방법은 영구자석과 전극막대를 이용하는 방법(Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.25, 1579(1982))으로 영구자석 근처에 두 전극을 두어 용융금속의 유속에 의해 발생하는 유도기전력을 측정하여 유속을 환산하는 방법이다.

마지막으로 영구자석을 몰드(mold)의 벽에 삽입하여 고정된 위치에서 용융금속에 직류 자장을 인가하고, 용융금속 내에 유도되는 와전류에 의한 자장을 측정하는 방식(Proceedings of the Int. Symp. on Electromagnetic Processing of Materials, 1994, Nagoya, ISIJ, 344(1994))으로 본 발명과 유사한 방법이지만 몰드의 온도 변화에 영향을 받는다.

기존의 방법들은 용융금속에 유속측정장치를 담구어야 하는 경우에는 유동장을 교란 내지 변화시키는 문제가 발생하고, 영구자석을 사용하는 경우에는 영구자석과 측정센서가 온도변화에 민감하다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 속도 측정으로 인해 용융 금속의 유동장을 교란하지 않으면서 온도와 같은 외부 요인의 변화에 무관하게 용융 금속의 속도를 안정적이고 정확하게 측정할 수 있는 유속 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 용융금속의 유속 측정장치의 개념도

도 2는 본 발명에 의한 유속 측정장치의 일실시예의 구성도

도 3은 본 발명에 의한 유속 측정장치의 출력 신호를 나타낸 그래프

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1 : 전자석 2 : 자기센서

3 : 자장 4 : 와전류

5 : 유도자장 6 : 용융금속

7 : 자화전원장치 8 : 신호처리부

9 : 냉각장치

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자화전원장치가 부착된 솔레노이드모양의 전자식과, 상기 전자식의 중앙에 위치하여 상기 전자석에 의한 자장에 수직한 유도자장을 측정하는 자기센서와, 상기 전자석 및 자기센서를 외부 온도변화로부터 보호하기 위한 냉각장치와, 상기 자기센서로 부터의 측정신호를 필터링 및 증폭하여 용융금속의 유동속도로 환산하는 신호처리부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

비접촉식으로 용융금속(6)의 유속을 측정하기 위해서는 도 1의 개념도에 도시된 바와 같이 전자석(1) 코일로 직류 자장(3)을 발생시키고, 전자석(1)의 중앙에 유속방향과 동일한 방향의 자장을 측정할 수 있는 자기센서(2)를 위치시킨다. 전자석(1)에 의한 자장(3)은 용융금속(6) 내에 와전류(4)를 유발시키게 되며, 그 와전류(4)에 의하여 유도자장(5)이 발생하게 된다. 전자석(1)의 중앙에 위치한 자기센서(2)는 유도자장(5)의 성분을 측정하여 유속을 환산하게 된다. 도 2는 도 1의 개념도에 대한 일실시예의 구성을 도시한 것이다. 자화전원장치(7)에서 소정의 전류를, 일정한 온도로 유지되는 전자석(1)에 인가하여 자장(3)을 발생시키고, 자기센서(2) 및 전자석(1)의 주위에는 설치된 냉각장치(9)에 냉각수를 순환시켜 자기센서(2)및 전자석(1)이 열에 대하여 안정화되도록 하였다.

여기서 전자석(1)에 일정한 전류를 인가할 경우 용융금속(6)에 인가되는 자장(3)은 항상 일정하게 되고, 용융금속(6)의 표면과 전자석(1)과의 거리가 일정할 경우 와전류(4)에 의한 유도자장(5)은 용융금속(6)의 유동 속도와 선형적으로 비례하게 된다. 자기센서(2)로부터의 출력은 신호처리부(8)에서 증폭기와 필터를 거쳐 신호의 안정화를 취했으며, 유속에 대한 자기센서(2)의 출력을 도 3의 그래프에 나타내었다.

따라서, 본 발명에 의하면 상술한 바와 같은 구성을 통해 센서 주변 온도의 영향을 받지 않고 용융금속의 유속을 정확하고 안정적으로 측정할 수 있으므로 용융금속의 유동 산정 및 유동 제어에 필요한 기초 자료를 제공하여, 용융금속 취급 공정의 정량적인 분석 및 개선을 가능하게 하며, 금속제품의 품질을 현저히 향상 시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 자화전원장치가 부착된 솔레노이드모양의 전자식과, 상기 전자식의 중앙에 위치하여 상기 전자석에 의한 자장에 수직한 유도자장을 측정하는 자기센서와, 상기 전자석 및 자기센서를 외부 온도변화로부터 보호하기 위한 냉각장치와, 상기 자기센서로 부터의 측정신호를 필터링 및 증폭하여 용융금속의 유동속도로 환산하는 신호처리부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비접촉식 용융금속 유속 측정장치.