KR20040047286A

KR20040047286A - 유체 투입용 노즐막힘 진단센서

Info

Publication number: KR20040047286A
Application number: KR1020020075441A
Authority: KR
Inventors: 김명남; 정상준; 김종철; 이원희
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-05

Abstract

본 발명은 연속 주조기 2차 냉각대의 스프레이 노즐의 분사량을 실시라인에서 진단함과 동시에 스프레이 노즐의 막힘현상이 발생하는 경우 이를 감지할 수 있는 유체 투입용 노즐막힘 감지센서에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 유체 공급관(10)과 연결되어 스프레이 노즐(20)과 연결되는 센서 케이스(30)의 유체 공급 측에 설치되어 내장되면서 제1온도센서(43)를 내장하는 제1전극봉(40)과; 상기 제1전극봉(40)에 근접하여 상기 센서 케이스(30)에 내장되면서 제2온도센서(44) 및 발열체(45)를 내장하는 감지봉(41)과; 상기 감지봉(41)과 거리를 두고 설치되면서, 상기 센서 케이스(30)의 유체 배출부에 설치되어 내장되는 제2전극봉(42)과; 상기 제1전극봉(40) 및 감지봉(41), 제2전극봉(42)을 전기 신호적으로 연결하여 상기 제1전극봉(40)과 감지봉(41) 및 상기 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 전압차이를 검출함과 동시에 상기 제1온도센서(43) 및 제2온도센서(44), 발열체(45)와 전기 신호적으로 연결되어 온도차이를 검출하는 노즐막힘 감지부(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서를 제공한다.

Description

유체 투입용 노즐막힘 진단센서{SENSOR FOR DETECTING THE CLOG OF NOZZLE TO SPRAY FLUID}

본 발명은 유체 투입용 노즐막힘 감지센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 주조기 2차 냉각대의 스프레이 노즐의 분사량을 실시라인에서 진단함과 동시에 스프레이 노즐의 막힘현상이 발생하는 경우 이를 감지할 수 있는 유체 투입용 노즐막힘 감지센서에 관한 것이다.

특히, 강의 연속주조공정에서 스프레이 노즐의 분사량을 측정하여 이미 설정된 기준값과 비교하여 진단함으로써 냉각 중에 발생하는 표면온도의 편중, 슬래브 표면의 균열현상 및 슬래브 표면의 라운드 형태 등을 방지하여 연속주조 조업의 안정화 및 슬래브 품질향상에 기여 할 수 있는 유체 투입용 노즐막힘 감지센서에 관한 것이다.

일반적으로 강의 연속주조공정에 있어서 반응고된 상태의 슬래브는 주형을 거쳐 2차 냉각대에 도달하게 되는데, 이때 각각의 스프레이 노즐로부터 냉각수를 일정량 분사하게 되어진다.

그러나, 상기한 스프레이 노즐헤드가 슬래그 및 각종 불순물에 의한 막히게 되는 경우 냉각수의 분사가 정확히 되지 않아 연주 슬래브표면 및 내부품질에 큰영향을 미친다.

즉, 냉각수 분사에 관계된 변수인 분사량, 분사각도 등은 슬래브 냉각에 매우 중요한 인자로서 냉각상태가 불안정하게 되면 슬래브 표면에 균열(Crack)이 발생을 하고, 내부에는 퍼지(Purge)가 발생하여 압연공정에서의 품질문제가 발생하기 때문에 냉각대의 필수조건으로 모든 구간에 걸쳐 균일하게 냉각수의 분사가 이루어져야만 하는 것이다.

한편, 일반적으로 스프레이 노즐의 분사량 계측을 위하여 압력계, 유량계 등이 적용되었으나, 설비가 고가이고, 고온의 열악한 환경에서는 설치가 불가하여 개별의 노즐에 관한 측정은 이루어지지 못하고 있으며,

일본의 경우 더미바(Dummy Bar)에 압력센서를 장착하여 주조초기에 스프레이 노즐의 막힘 정도를 축정하고 있으나, 열악한 조업환경 및 스프레이 노즐의 분사정도의 부정확한 관계로 효율적인 계측이 불가능하였다.

또한, 기존의 방식은 와류에 의한 물의 형태적 특성을 감지하는 방법으로는 초음파방식과 압력방식, 진동방식 등이 있으며, 그 원리는 다음과 같다.

먼저 초음파방식은 와류가 생기는 지점에 초음파를 투음하여 물의 소속에 따른 초음파의 회귀속도를 감지하여 물의 흐름을 판단하는 원리이며,

압력방식은 와류가 발생시 물의 회오리현상에 의한 압력의 차가 생기므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 지점에 압력계를 설치하여 유체관의 압력을 비교측정하여 물의 흐름을 감지하는 원리이다.

또한, 진동방식은 물이 와류발생시 진동을 발생을 동반하는데, 소정 지점에진동센서를 설치하여 물의 흐름에 따른 와류의 변화진동을 감지하여 그 진동 크기에 따른 변화율을 환산하여 유체관의 유체의 흐름 정도를 감지하는 것이다.

상기한 바와 같은 와류에 의한 물의 형태적 특성을 감지하는 종래장치들은 물의 흐름 시 온도가 방출되는 정도를 분석하도록 일체형으로 구성되어있고,

또한 유입되는 유체의 온도에 영향을 받아 기준치의 온도를 벗어나면 허용오차가 많이 발생되며, 열악한 주위환경에 많은 영향을 받아 작동이 잘 되지 않는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 강의 연속주조 공정의 온라인 상태에서 스프레이 노즐의 분사량을 측정하여 이미 설정된 기준값과 비교하여 진단함으로써 주조 중에 생기는 슬래브표면의 크랙, 내부의 퍼지 등을 방지하여 연속주조 조업의 안정화와 슬래브 품질향상에 기여 할 수 있으며, 노즐 막힘을 전기저항식과 온도 측정식으로 감지하여 스프레이 노즐설비의 정확한 이력관리와 막힘 발생시 신속히 노즐을 교체할 수 있는 유체 투입용 노즐막힘 감지센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 진단센서의 원리를 도시한 원리도;

도 2는 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서의 전체 구성을 도시한 단면도;

도 3은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서를 구성하는 센서부를 확대 도시한 단면도;

도 4는 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 설치된 상태를 도시한 부분 확대단면도;

도 5는 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 현장설비에 설치된 상태를 도시한 정면도 및 측면도;

도 6은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 유체투입용 노즐과 분리된 상태를 도시한 분리도;

도 7은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 유체투입용 노즐과 결합된 상태를 도시한 결합도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1:슬래브 10:유체 공급관 20:스프레이 노즐 30:센서 케이스

40:제1전극봉 41:감지봉 42:제2전극봉 50:노즐막힘 감지부

43:제1온도센서 44:제2온도센서 45:발열체

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유체 공급관(10)과 연결되어 스프레이 노즐(20)과 연결되는 센서 케이스(30)의 유체 공급 측에 설치되어 내장되는 제1전극봉(40)과; 상기 제1전극봉(40)에 근접하여 상기 센서 케이스(30)에 내장되는 감지봉(41)과; 상기 감지봉(41)과 거리를 두고 설치되면서, 상기 센서케이스(30)의 유체 배출부에 설치되어 내장되는 제2전극봉(42)과; 상기 제1전극봉(40) 및 감지봉(41), 제2전극봉(42)을 전기 신호적으로 연결하여 상기 제1전극봉(40)과 감지봉(41) 및 상기 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 전압차이를 검출하는 노즐막힘 감지부(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제1전극봉(40)이 이의 설치된 위치를 통과하는 유체의 온도를 측정할 수 있도록 제1온도센서(43)를 내장함과 동시에 상기 감지봉(41)이 이의 설치된 위치를 통과하는 유체의 온도를 측정할 수 있도록 제2온도센서(44) 및 이를 가열하기 위한 발열체(45)를 내장하는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서를 제공하게 되며,

또한, 본 발명은 상기 노즐막힘 감지부(50)가 상기 제1전극봉(40)에 내장된 제1온도센서(43)와 상기 감지봉(41)에 내장된 제2온도센서(44) 및 발열체(45)와 전기 신호적으로 연결되어 상기 온도센서(43, 44)의 온도차이를 검출하여 노즐막힘을 감지하는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서를 제공하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 센서 케이스(30)가 노즐부의 파이프에 원터치식 조인트로 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 진단센서의 원리를 도시한 원리도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서의 전체 구성을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서를 구성하는 센서부를 확대 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 진단센서는 센서 케이스(30) 내부에 제1전극봉(40)과 감지봉(41) 및 제2전극봉(42)이 소정 거리로 이격 설치됨으로써 구성된다.

상기 제1전극봉(40)과 제2전극봉(42) 사이에 위치하는 감지봉(41)은 일정한 거리(3:1비율)를 유지하도록 설치되며,

기본적인 저항값을 다르게 구성 되어있고 유체의 흐름에 따라 밀도차가 발생하는데, 이 때 변화되는 유체의 밀도차이에 따른 저항값의 변화로 노즐(20)의 막힘을 감지 할 수 있다.

즉, 유체는 직방으로 흐르는 경우, 장애물이 있으면 장애물 뒤쪽에 소용돌이가 형성되어 좌우로 교번하여 흐르므로 장애물 뒤편의 유체 밀도가 차이가 나는 현상인 카르만-볼텍스(Karman Vortex) 현상을 이용한 것이다.

또한, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 제1전극봉(40)에 제1온도센서(43)를 삽입하고, 상기 감지봉(41)에는 가열할 수 있는 발열체(45) 및 제2온도센서(44)를 내장 설치하여 발열체(45)의 온도를 감지 할 수 있게 한다.

독립적인 제1전극봉(40)의 제1온도센서(43)는 기본적인 유체의 온도를 감지하고, 유체의 변화에 의한 발열체(45)의 온도는 제2온도센서(44)가 감지하게 된다.

즉, 전기 저항식 측정방식에 의한 본 발명의 노즐막힘 김지센서가 장기적으로 사용되는 경우 냉각수 내의 불순물(철분 함유)이 각각의 전극봉(40, 41, 42)에 부착되어질 가능성이 있어 측정의 정확도가 저하될 수 있는 문제점을 보완하기 위하여 상기 제1전극봉(40) 및 감지봉(41)에는 발열체(45)와 각각의 온도센서(43, 44)가 내장되어 2차적인 온도측정방식을 도입한 것이다.

상기한 바와 같이, 감지봉(41)에 내장되어 있는 발열체(45)가 발열을 하고, 제2온도센서(44)가 그 온도를 측정하게 되며,

센서 케이스(30) 내부의 유속의 흐름이 빠를 경우 감지봉(41)의 온도가 떨어지고, 기준값인 제1전극봉(40)과의 온도편차를 비교하여 온도편차에 따른 유속을 추정하는 것으로서 상기한 바와 같이 전기 저항방식에 따른 본 발명의 노즐막힘 감지센서 보완개념으로 추가되어 있는 측정방식이다.

이와 같은 원리를 이용하여 측정대상이 액체이든 기체이든 관계없이 대상에 적합한 기능을 선택 하여 사용 할 수 있는 것이 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서의 특징이다.

다시 한번 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서의 원리는 상세하게 설명하면, 센서 케이스(30)를 통하여 냉각수가 노즐(20)로 냉각수를 분사하는데, 이 때 센서 케이스(30)에 설치된 감지봉(41)과 제1전극봉(40), 상기 감지봉(42)과 제2전극봉(42)의 양단간에 일정한 저항 값이 형성 되어진다.

이 때 상기 감지봉(41)과 제1전극봉(40)의 거리 와 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 거리차이와 흐르는 유체의 흐름량과 속도에 따라 상기 감지봉(41)과 제1전극봉(40) 및 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 양단에 형성되는 저항값이 유체의 상태에 따라 변화되어진다.

즉, 상기 감지봉(41)과 제1전극봉(40)의 1차 양단간의 저항값(R)과, 상기 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 2차 양단간의 저항값(R)이 변화되고, 고정된 전류(I)는 항시 일정하므로 아래와 같은 오옴(Ohm)의 법칙에 따라 변화하는 전압값(V)을 얻을 수 있다.

V = I×R

V: 전압, R: 저항 값, I: 전류

그러므로 상기 1차, 2차 양단간에 형성된 전압이 서로 떨어져있는 거리만큼 다르게 발생하고, 이 두 값의 전압차만 고려하여 판단하므로 수질에 영향을 받지 않고 항상 일정한 출력값을 유지할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서의 구성을 상세하게 살펴보면, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 유체 공급관(10)과 연결되어 스프레이 노즐(20)과 연결되는 센서 케이스(30)의 유체 공급 측에 제1전극봉(40)이 설치되어 내장되고,

상기 제1전극봉(40)에 근접하여 감지봉(41)이 상기 센서 케이스(30)에 내장 설치되며,

상기 감지봉(41)과 거리를 두고 설치되면서, 상기 센서 케이스(30)의 유체 배출부에 제2전극봉(42)이 설치되어 내장된다.

특히, 상기 제1전극봉(40)과 감지봉(41)이 설치된 거리는 감지봉(41)과 제2전극봉(42)이 설치되는 거리의 1/3이다.

상기와 같이 센서 케이스(30)에 설치되는 제1전극봉(40) 및 감지봉(41), 제2전극봉(42)을 전기 신호적으로 연결하여 상기 제1전극봉(40)과 감지봉(41) 및 상기 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 전압차이를 검출하도록 감지부(50)가 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 설치된 상태를 도시한 부분 확대단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 현장설비에 설치된 상태를 도시한 정면도 및 측면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 유체투입용 노즐과 분리된 상태를 도시한 분리도이고, 도 7은 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서가 유체투입용 노즐과 결합된 상태를 도시한 결합도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 설치 고정되는 제1전극봉(40), 감지봉(41) 및 제2전극봉(42)은 1차, 2차 양단간에 형성된 값을 센서연결단자(100)와 센서외부연결선이 내장된 와이어파이프(102)와 연결되어 신호처리장치에 연결되어진다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서는 슬래브(1)를 이동시키는 롤 테이블(2)의 하방에 설치되어 고압수를 분사하는 분사노즐(20)의 각 개소에 설치되어 각각의 노즐(20)의 막힘상태를 감지하게 되며,

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서는 노즐(20) 배관과 원터치식 조인트(103; Quick Coupler)로 연관되어 신속한 노즐(20)의 착탈이 가능토록 구성된다.

이하, 본 발명의 작용에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 롤 테이블(2) 상을 이동하는 고온의 슬래브(1)를하부에 설치된 다수의 노즐(20)이 고압수를 분사하여 냉각시키게 된다.

이러한 슬래브(1) 냉각은 슬래브(1) 내부에 퍼지홀, 내부 크랙이 발생시키며, 이러한 결함발생은 강이 응고가 되면서 냉각이 잘되어진 부분으로부터 냉각이 잘되지 않는 부분으로 내부의 조그마한 에어퍼지가 몰려들어 하나의 커다란 에어퍼지가 슬래브(1) 내부에 발생하게 되고, 불균일한 냉각으로 인하여 동일한 슬래브(1) 내부에 크랙이 발생하기도 한다.

즉 노즐(20)의 냉각수 분사가 일정부분 편중 분사되어 버리면 슬래브(1)의 표면온도가 불균등하게 되어 표면의 라운드 형태 및 표면크랙이 발생하게 되어진다.

이러한 품질문제는 스프레이 노즐(20)의 분사형태 및 분사량과 밀접한 관계를 형성하고 있기 때문에 본 발명에 따른 유체 투입용 노즐막힘 감지센서를 노즐(20)과 연관되게 설치하여 스프레이 노즐(20)의 분사량을 전기저항 방식으로 1차 측정을 하고, 2차적으로 감지봉(41)과 제1전극봉(40)의 내장된 온도센서(43, 44)를 이용하여 온도편차를 측정하여 냉각수의 불순물, 철 성분의 분진 등으로부터 측정의 정도를 향상시켰다.

본 발명에 따른 유체투입용 노즐막힘 감지장치는 직렬 전기저항 방식과 온도측정 방식을 혼합한 방식을 이용한 것이다.

본 발명은 유량계 및 압력계와는 달리 타개소의 노즐(20) 막힘으로 인한 측정치의 변화, 경향에 영향을 받지 않으며, 독자적인 측정의 신뢰성을 유지 할 수 있는 것이 특징이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강의 연속주조공정에서 스프레이노즐의 분사량을 측정하고 진단하여 주조 중에 발생하는 슬래브의 내부 퍼지, 슬레브 표면크랙 및 라운드 현상을 방지하는 효과가 있다.

또한 이러한 효과로 인하여 연속주조의 안정화 및 슬래브 품질향상 그리고 스카핑율과 주문외 제품발생 억제에 크게 기여하게 된다.

특히 설비의 품질이 제품품질을 결정하는 제철산업의 경우 정확한 설비의 관리를 통하여 품질문제가 발생 될 수 있는 요소를 지속적으로 관리하여 설비의 활용 극대화를 추구한다. 현재 생산되어지는 슬래브의 표면품질 및 내부 품질에 영향을 줄 수 있는 원인을 파악하고 자료를 확보하여 후 공정의 원활한 조업을 유지하고 조업품질을 향상시킬 수 있다.

Claims

유체 공급관(10)과 연결되어 스프레이 노즐(20)과 연결되는 센서 케이스(30)의 유체 공급 측에 설치되어 내장되는 제1전극봉(40)과;

상기 제1전극봉(40)에 근접하여 상기 센서 케이스(30)에 내장되는 감지봉(41)과;

상기 감지봉(41)과 거리를 두고 설치되면서, 상기 센서 케이스(30)의 유체 배출부에 설치되어 내장되는 제2전극봉(42)과;

상기 제1전극봉(40) 및 감지봉(41), 제2전극봉(42)을 전기 신호적으로 연결하여 상기 제1전극봉(40)과 감지봉(41) 및 상기 감지봉(41)과 제2전극봉(42)의 전압차이를 검출하는 노즐막힘 감지부(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서.
제1항에 있어서,

상기 제1전극봉(40)은 이의 설치된 위치를 통과하는 유체의 온도를 측정할 수 있도록 제1온도센서(43)를 내장함과 동시에 상기 감지봉(41)은 이의 설치된 위치를 통과하는 유체의 온도를 측정할 수 있도록 제2온도센서(44) 및 이를 가열하기 위한 발열체(45)를 내장하는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 노즐막힘 감지부(50)는 상기 제1전극봉(40)에 내장된 제1온도센서(43)와 상기 감지봉(41)에 내장된 제2온도센서(44) 및 발열체(45)와 전기 신호적으로 연결되어 상기 온도센서(43, 44)의 온도차이를 검출하여 노즐막힘을 감지하는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서.
제1항에 있어서,

상기 센서 케이스(30)는 노즐부의 파이프에 원터치식 조인트로 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 투입용 노즐막힘 진단센서.