KR20020064528A - 소모형 열전대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속용탕 특히, 용융금속 분출류의 온도를 측정하기 위한 소모형 열전대에 관한 것이다.

본 발명은 지관의 상단부에 내접 고정되는 하우징의 상측에 상향연장되어 형성된 세라믹소재의 지지체와; 상기 지지체의 내부에 상방향을 향하여 편심되게 배치되는 양단이 개방된 석영관과; 상기 석영관 내부에 삽입되고 그 상단외측에서 측온접점을 이루도록 접합되며 상기 측온접점이 어느 일방향으로 편향되게 배설되는 측온소선과; 상단은 밀폐되고 하단은 개방되어 상기 석영관이 삽입되도록 설치되는 보호관과; 상기 석영관 및 보호관을 고정하도록 상기 지지체 내부에 충전되는 내화시멘트와; 상기 지지체의 상단으로부터 일정길이 상향돌출되어 형성된 완충부와; 상기 보호관 외측에 배설되고 폐회로를 구성하는 한쌍의 보조소선을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 항상 정확한 침지깊이를 유지할 수 있고 측온접점이 보호관의 상단 내측과 인접하게 개방되어 있으므로 측정시 응답성이 빠르고 정확하고 일정한 용선의 온도측정이 가능하다는 장점을 제공한다.

Description

소모형 열전대{EXPENDABLE THERMOCOUPLE}

본 발명은 금속용탕 특히, 용융금속 분출류의 온도를 측정하기 위한 소모형 열전대에 관한 것이다.

일반적으로 고로 공정은 장입벨트로 이송된 코크스와 철광석(소결광 및 정립광)을 교대로 노정장입장치를 통해 노내로 장입하고, 열풍로를 거쳐 최대 1250℃까지 승온된 열풍이 고로의 각 풍구를 거쳐 균등하게 노내로 송풍되어 풍구선단에서 코크스가 연소되면서 생성된 고온의 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 수소 등의 혼합가스를 이용하여 철광석을 가열 환원 및 용해시킴으로써 용융물(용선,슬래그)을 형성하는 공정이다.

상기 고로 공정을 거쳐 생성된 용융물은 노저로 흘러내려 노상에 고이게 되며, 노상에 고인 용융물은 출선구를 통해 배출되어 대탕도에서 비중차에 의해 분리되고 부상된 슬래그는 재탕도를 거쳐 드라이피트(DRY PIT)에서 분리되어 괴재처리되거나 수재설비에서 수재로 제조되어 고로 시멘트 원료로 사용되며, 대탕도의 스키머(SKIMMER)를 통과한 용선은 지탕도 낙구부 및 경주통에서 주상 탈규작업 등의 용선 예비처리과정을 거친 후 수선되어 제강공정으로 이송되게 된다.

이러한 고로 공정에서는 원료량의 균형 및 열평형을 포함한 다양한 균형을 유지하면서 안정적으로 이루어져야 하며, 특히 고로내의 열수준(LEVEL)은 고로내 반응상태 등의 노내 조건을 반영하며 코크스 및 기타 재료의 소모량에 밀접한 관계가 있으므로 고로내부의 열수준을 정확하게 감지하는 것은 고로내의 반응상태를 조기에 감지하고 연,원료를 저감시키는데 있어 매우 중요하다.

고로 내부의 열수준은 주로 생성된 용융금속의 온도로 나타나기 때문에 용융금속의 온도를 정확히 측정할 필요가 있는 바, 노내에서의 용융금속 온도측정은 상당한 어려움이 있으므로 통상 분출된 용융금속의 온도를 측정하여 노내 열수준을 예측하고 있다.

예컨대, 침지열전대를 사용하는 경우에는 출선구로부터 방출된 고온의 금속용융물에 부상된 슬래그를 제거하기 위해 용융물이 흘러가는 소위 스키머의 홈통에서 측정한다.

그러나, 이 지점은 출선구로부터 약 15~20m 떨어진 곳에 위치하고 있으므로 탕도를 흘러가는 동안 탕도의 내화물에 열을 빼앗겨 출선 개시에서 열평형에 도달할 때까지의 소요시간인 대략 40~60분 보다 먼저 측정되므로, 즉 열평형이 이루어지기 전에 측정되기 때문에 정확한 용융물의 온도측정이 어려워 실시간(real time)으로 고로 내부의 온도를 예측할 수 없다는 단점이 있다.

다른 예로, 금속튜브가 피복된 광파이버 온도계를 사용하는 경우가 있는데 이는 열전쌍에 비해 내구성을 가지는 광파이버를 고온의 용융물에 침지시켜 광파이버의 타단에 탑재된 복사온도계를 사용하여 광파이버를 통해 나오는 광을 측정함으로써 용융물의 온도를 측정하는 것이나, 이러한 광파이버는 분출류에 침지됨과 동시에용융되어버리기 때문에 용융분에 따른 길이가 달라져 광의 감쇄량에 영향이 유발되고 이로 인한 보정이 필요하고 소모량이 많으며, 50m 이내의 길이에서는 재현성이 전혀없어 운용코스트가 매우 높다는 단점이 있다.

이러한 예들중 침지열전대는 통상 도 1과 같은 구조를 갖는 바, 종이로 된 지관(4)에 측온소자(6) 즉, 소선(素線)이 접합되어 내장된 '∩'형상의 석영관(1)이 매설된 하우징(3) 내에 고정되고, 상기 하우징(3)의 측온소자(1) 외측에는 캡(2)이 부착되어 팁(TIP)을 이루며, 상기 하우징(3)의 하단부에는 상기 측온소자(1)의 양단인 단자(5a,b)가 노출된 형태를 취하고 있으며, 최근에는 지관(4) 외측에 보호관을 입힌 서멧(CERMET)형 열전대, W-Re를 소선으로 하는 시스형(SHEATH TYPE) 열전대, SUS 시스형 열전대, Pt-Rh를 소선으로 하는 PR 열전대 등이 공개된 바 있다.

그러나, 이와 같은 다양한 열전대들의 개발에도 불구하고 온도 측정의 정밀도가 떨어지고 응답성이 나쁘다는 단점을 해결하지는 못하였다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 양호한 응답성을 가짐과 동시에 내구성도 향상되고 용융물의 정확한 온도측정이 가능한 소모형 열전대를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상기한 목적은 지관의 상단부에 내접 고정되는 하우징의 상측에 상향연장되어 형성된 세라믹소재의 지지체와; 상기 지지체의 내부에 상방향을 향하여 편심되게 배치되는 양단이 개방된 석영관과; 상기 석영관 내부에 삽입되고 그 상단외측에서 측온접점을 이루도록 접합되며 상기 측온접점이 어느 일방향으로 편향되게 배설되는 측온소선과; 상단은 밀폐되고 하단은 개방되어 상기 석영관이 삽입되도록 설치되는 보호관과; 상기 석영관 및 보호관을 고정하도록 상기 지지체 내부에 충전되는 내화시멘트와; 상기 지지체의 상단으로부터 일정길이 상향돌출되어 형성된 완충부와; 상기 보호관의 외측에 배설되고 폐회로를 구성하는 한쌍의 보조소선을 포함하여 구성함에 의해 달성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 소모형 침지 열전대의 요부를 보인 내부구조도,

도 2는 본 발명에 따른 소모형 침지 열전대의 요부를 보인 내부구조도,

도 3은 도 2의 요부 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 소모형 침지 열전대의 외관 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 지관20 : 하우징

30 : 지지체40 : 내화시멘트

50 : 완충부60 : 석영관

70 : 보호관90 : 측온소선

92a,b : 보조소선

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 소모형 열전대의 내부구조를 보인 요부 단면도이고,도 3은 도 2의 요부 확대 단면도이다.

도 2 내지 도 3에 따르면, 지관(10)의 상단 내주연에 접하도록 하우징(20)이 고정되고, 상기 하우징(20)의 상측에는 지지체(30)가 고정된다.

상기 지지체(30)는 내열성 세라믹소재로 형성됨이 바람직하다.

상기 지지체(30) 내부에는 양단이 개방된 석영관(60)이 편심되게 내장되고, 상기 석영관(60)의 외측에는 일단이 폐쇄된 보호관(70)이 씌워진다.

상기 보호관(70)도 석영관(60)과 동일 재질로 형성함이 바람직하다.

석영관(60)의 내부에는 측온소선(90)이 삽입되는 바, 상기 측온소선(90)의 일단이 상기 석영관(60)의 하단측에서 상단측을 향하여 삽입된 후 상기 보호관(70)의 폐쇄된 상단에 인접하여 석영관(60)의 어느 일측에서 접합되어 측온접점을 이룬 후 상기 석영관(60)의 일측 외주연에 접하면서 하단을 향해 연장되어 설치된다.

따라서, 상기 측온소선(90)은 그 측온접점이 상기 석영관(60)의 원 중심으로부터 어느 일측으로 편향되게 배설된다.

이와 같은 상태에서 상기 지지체(30)의 내부는 내화시멘트(40)로 충전되어 상기 보호관(70) 및 석영관(60)을 입설상태로 고정시킨다.

아울러, 상기 내화시멘트(40)의 상단면에는 완충부(50)가 형성되는 바, 상기 완충부(50)는 원추형상을 갖고 상기 지지체(30)와 동일재질로 형성된다.

상기 완충부(50)는 상기 지지체(30)의 상단면으로부터 돌출된 보호관(70) 높이의 대략 1/2이하에 근접하도록 원추형상(이를테면 쐐기형)으로 편심되게 돌출형성함이 바람직하다.

이와 같은 완충부(50)를 두는 이유는 열전대의 침지깊이가 깊어 열전대의 보호슬리브(77)가 용융금속에 부딪히면서 분출금속이 비산되게 되고 이로 인해 출선구 주위의 철피에 부착되어 출선종료후 출선구를 밀폐할 때에 큰 장애요소가 되므로 이를 방지키 위해 완충부(50)를 원추형 혹은 쐐기형상으로 형성함으로써 분출류가 부딪힐 때에 열전대가 받는 압력을 증가시켜 열전대를 작동시키는 장치에 취부된 스프링(미도시)을 후퇴되게 하여 보호슬리브(77)에 분출류가 직접 접촉되지 않도록 하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 소모형 열전대의 외관 사시도이다.

도시와 같이, 상기 석영관(60) 내부에 삽입된 상기 측온소선(90)의 일단은 하우징(20)의 하단측에 측온소선단자(94a,b)와 연결된다.

아울러, 보호관(70)의 상단으로부터 대략 8~12mm, 바람직하게는 10mm 정도 하향된 지점까지 보조소선(92a,b)이 돌출되는 바, 상기 보조소선(92a,b)중 어느 하나는 상기 보호관(70)에 인접하여 완충부(50)로부터 돌출되고 나머지 하나는 상기 보호관(70)에 인접하여 돌출된 보조소선(92a)과 약간의 거리를 두고 동일높이로 돌출형성된 후 서로 연결되어 폐회로를 이룬다.

즉, 상기 보조소선(92a,b)의 연결접점은 상기 보호관(70)의 상단으로부터 8~12mm 이격되어 형성된다.

그리고, 상기 보조소선(92a,b)의 하단은 상기 하우징(20)의 하단측에서 보조소선단자(96a,b)와 연결된다.

상기와 같이 상기 보조소선(92a,b)은 보호관(70)의 상단으로부터 대략8~12mm 정도 이격시켜 배치하는 것은 열전대의 침지깊이를 보다 정확하게 유지 측정할 수 있도록 하기 위한 것으로 열전대가 용융금속에 침지될 때 4개의 소선단자(94a,b,96a,b)가 폐회로를 구성하고 있다가 분출류에 접촉된 보조소선(92a,b)이 녹아 개회로를 만드는 지점까지 침지되도록 하기 위함이다.

이들 보조소선(92a,b)은 금속, 특히 융점이 낮은 구리(Cu)로 형성됨이 바람직하다.

이와 같이, 측온소선(90)이 삽입되는 석영관(60)의 상단을 개방시켜 측온소선(90)의 측온접점이 상기 보호관(70)과 인접하여 접촉가능하게 배치함으로써 응답성을 향상시킬 수 있다.

아울러, 측정시 편심된 측온접점이 항상 분출류를 향하도록 하기 위해 측온소선의 편심방향과 일치되게 지관(10)의 하단측에 표시부를 형성함이 바람직하다.

예컨대, 특정 색상, 이를테면 검정색의 종이테이프를 붙이거나 혹은 매직과 같은 필기구를 이용하여 측온소선의 편심방향을 표시하여 둠으로써 측정시 편심된 측온접점이 항상 분출류를 향하도록 하여 측정의 정확도를 보다 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같이 작동된다.

도시 설명하지 않은 측정장치에 의해 열전대가 분출류를 향해 침지되게 된다.

침지되던 열전대는 용융금속에 의해 보조소선(92a,b)이 녹게 되어 개회로를 이루게 된다.

이와 같이 개회로를 이루는 시점에서 열전대의 침지동작을 멈추고 이때 제어백(SEEBECK) 계수와 양단간의 온도차이에 의한 전자밀도의 차로 용융금속의 온도를 측정하게 된다.

이때, 본 발명의 열전대는 기존과 같은 '∩'형상의 석영관 내부에 장입되어 있지 않고 개방된 일자형의 석영관에 장입되어 노출되어 있으므로 분출류에 대한 저항이 최소화되어 응답성이 빠르고 보다 정확한 온도측정이 가능하게 된다.

즉, 열전대의 침지깊이가 항상 동일하게 되므로 보다 정확한 측정이 가능하게 되는 것이다.

아울러, 완충부(50)가 쐐기 내지는 원추형상으로 형성되어 있음으로써 열전대의 침지깊이에 따라 열전대가 받는 하중은 급격히 증가하게 되므로 일정 하중이상이 되면 측정장치에 개재된 스프링(미도시)이 후측으로 후퇴되도록 하여 열전대의 보호슬리브(77)가 분출류와 직접 접촉되지 못하도록 방지하여 준다.

이렇게 함으로써 고로로부터 출선구를 통과한 직후의 용선(용융금속) 온도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있게 되고 이로 인해 고로 내부의 노열관리를 정확하게 수행할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 항상 정확한 침지깊이를 유지할 수 있고 측온접점이 보호관의 상단 내측과 인접하게 개방되어 있으므로 측정시 응답성이 빠르고 정확하고 일정한 용선의 온도측정이 가능하다는 장점을 제공한다.

Claims (4)

1. 지관(10)의 상단부에 내접 고정되는 하우징(20)의 상측에 상향연장되어 형성된 세라믹소재의 지지체(30)와;

   상기 지지체(30)의 내부에 상방향을 향하여 편심되게 배치되는 양단이 개방된 석영관(60)과;

   상기 석영관(60) 내부에 삽입되고 그 상단외측에서 측온접점을 이루도록 접합되며 상기 측온접점이 어느 일방향으로 편향되게 배설되는 측온소선(90)과;

   상단은 밀폐되고 하단은 개방되어 상기 석영관(60)이 삽입되도록 설치되는 보호관(70)과;

   상기 석영관(60) 및 보호관(70)을 고정하도록 상기 지지체(30) 내부에 충전되는 내화시멘트(40)와;

   상기 지지체(30)의 상단으로부터 일정길이 상향돌출되어 형성된 완충부(50)와;

   상기 보호관(70)의 외측에 배설되고 폐회로를 구성하는 한쌍의 보조소선(92a,b)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소모형 열전대.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지체(30)의 상단면에는 편심된 석영관(60) 및 보호관(70)의 상단을 향하여 상기 지지체(30)와 동일소재로 이루어진 완충부(50)가 원추형상으로 일정길이 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 소모형 열전대.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조소선(92a,b)은 그 상단 접점이 보호관(70)의 상단으로부터 하방향으로 8~12mm 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 소모형 열전대.
4. 제1항에 있어서, 상기 지관(10)의 하단부에는 측온소선(90)의 측온접점이 항상 분출류를 향하도록 측온접점의 편심방향과 일치되는 위치에 특정색상의 표시부가 국부적으로 표시되는 것을 특징으로 하는 소모형 열전대.