KR20040049854A - 고온계 - Google Patents

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KR20040049854A
KR20040049854A KR10-2004-7004798A KR20047004798A KR20040049854A KR 20040049854 A KR20040049854 A KR 20040049854A KR 20047004798 A KR20047004798 A KR 20047004798A KR 20040049854 A KR20040049854 A KR 20040049854A
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KR10-2004-7004798A
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폴 반데르마트
에릭 한세
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비수비우스 크루서블 컴패니
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Abstract

본 발명은 a) 용융조와 접촉시키기 위한 외측 표면(2)과, 내측 표면(4), 외측 개구(6) 및 내측 폐쇄 단부(5)를 갖는 내측 캐비티(3)를 갖는 내화성 장착 슬리브(1,1'); 그리고 b) 장착 슬리브에 부착되며 장착 슬리브의 내측 캐비티 내에서 용융조 레벨하에 위치한 측정 지역(10)에 의해 방사되는 열복사를 측정하도록 적용된 광학 고온계(7)를 포함하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치를 제공한다. 내측 캐비티 외측 개구(6)는 광학 고온계(7)를 고정적으로 수용하도록 적용된다. 장치는 장착 플레이트(8)가 장착 슬리브(1,1')의 내측 캐비티 외측 개구(6)에 위치한 상보적 리세스에 맞물리도록 적용되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 측정의 정확성과 신뢰성이 매우 증가된다.

Description

고온계{PYROMETER}
용융조, 예를 들면 용융 금속조는 1800℃ 또는 그 이상의 온도를 가질 수 있으며, 용융조의 수많은 반응 또는 작동이 적절하게 제어되는지를 면밀하고 정확하게 모니터링 되는 것을 필요로 한다. 통상, 그러한 환경은 써모커플(thermocouple) 또는 기타 모니터링형 장치에 유해하다.
복사 고온계, 더 일반적으로는 광학 고온계는 물질에 의해 발산되는 열복사를 측정함으로써 물질의 온도를 측정한다. 열복사는 절대 영도 이상의 임의의 온도에서 존재하는 물체의 일반적인 성질이다. 광학 온도계에 대해, 대부분의 물질에 의해 발산된 열복사의 유용한 부분은 대략 0.3 내지 20㎛ 의 스펙트럼 범위에서 지속한다. 이러한 스펙트럼 범위는 0.38㎛까지의 자외선(UV) 복사; 0.38 내지 0.78㎛의 가시광선(VIS) 범위; 및 0.78 내지 20㎛의 자외선(IR) 복사를 포함한다. IR 복사는 3가지 섹션, 근접 IR(0.78 내지 3㎛), 중간 IR(3 내지 6㎛) 및 비근접 IR(6㎛ 이상)로 나눠진다. 스펙트럼 범위상에서 물질의 열복사의 분산은 물질의 온도와 복사율의 함수이다. 더 높은 온도가 분산을 더 짧은 파장쪽으로 이동시킨다. 더 높은 복사율이 일정 온도에서 열복사를 증가시키며, 더 낮은 복사율이 동일 온도에서 열복사를 감소시킨다. 광학 고온계는 물체의 복사 및 전파 성질을 이용하여 물질의 열복사된 UV, VIS 또는 IR 에너지의 강도를 측정함으로써 물질의 온도를 확인한다.
공지된 방법에서, 광학 모니터링 장치(광학 고온계)는 용융조 위에 위치되어 용융조 온도를 측정한다. 그러나, 그 온도는, 절연 슬래그 층이 일반적으로 용융조위에 존재하며 광학 모니터링 장치에 대해 차폐물로서 역할을 하기 때문에 측정하기 어렵다. 게다가, 먼지가 슬래그 층 위의 공간에 발생되고 부분적으로 광학 모니터링 장치를 방해하여, 용융조의 부정확한 온도 측정치를 제공한다.
USP 5,302,027은 상기 논의된 문제점의 부분을 제거하는 용융조의 온도를 측정하는 장치를 기술한다. 이 장치는,
a) 용융조와 접촉하는 외측 표면과, 내측 표면, 외측 개구 및 내측 폐쇄 단부를 갖는 내측 캐비티를 구비하는 내화성 장착 슬리브; 및
b) 상기 장착 슬리브의 상부에 위치하며 장착 슬리브의 내측 캐비티 내에서 용융조 레벨하에 위치한 측정 지역에 의해 발상되는 열복사를 측정하도록 적용된 광학 고온계를 포함한다.
이 장치는 용융조에 부분적으로 잠긴다. 이 장치를 사용하는 측정 방법의 원리는, 장착 슬리브로서 사용되는 내화성 물질에 의해 발산된 열복사가 용융조의 온도에 링크된다는 사실에 기초로 한다. 내화성 장착 슬리브는 광학 고온계를 열적으로 보호하는 차폐물로서 역할을 하지만, 용융조 레벨 깊숙히 절연 슬래그층 아래에위치한 측정 지역에서의 측정이 이루어지게 한다.
출원인은 그러한 장치로 측정된 온도가 덜 정확함을 발견하였다. 따라서, 용융조의 온도를 정확하게 그리고 밀접하게 측정하기 위한 새로운 장치에 대한 필요성이 여전히 존재하다.
출원인은 사용중의 장치가 내측 캐비티 내측의 광학 고온계에 의해 측정이 이루어지는 지역의 진동 및 충격을 받아서 정확하며 신뢰성있는 측정이 실행될 수 없음을 또한 설정하였다. 출원인은 그러한 문제점을 인식하여, 이러한 문제점이 극복되는 광학 고온계를 고정적으로 수용하도록 적용된 새로운 내화성 슬리브를 설계하였다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은,
a) 용융조와 접촉하는 외측 표면과, 내측 표면, 외측 개구 및 내측 폐쇄 단부를 갖는 내측 캐비티를 구비하는 내화 장착 슬리브; 및
b) 상기 장착 슬리브에 부착되며 장착 슬리브의 내측 캐비티 내에서 용융조 레벨하에 위치한 측정 지역에 의해 발산되는 열복사를 측정하도록 적용된 광학 고온계를 포함하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치에 있어서,
내측 캐비티 외측 개구가 광학 고온계를 고정적으로 수용하도록 적용되는 온도 측정 장치로 달성된다.
장착 슬리브와 광학 고온계는 그 사용중에 고온계의 상대적인 이동을 방지하는 협력 수단을 구비하여 측정 지역이 대체로 내측 캐비티의 동일 지역에 항상 위치하며, 따라서, 측정이 더 신뢰성이 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따라, 그 사용중에 고온계의 상대적인 이동을 방지하는 협력 수단은 장착 슬리브의 내측 캐비티 외측 개구에 위치한 상보적 리세스에 맞물리도록 적용된 광학 고온계의 장착 플레이트를 포함한다.
본 발명은, 용융조와 접촉시키기 위한 외측 표면과, 용융조 레벨하에 위치한 내측 표면, 외측 개구 및 내측 폐쇄 단부를 갖는 내측 캐비티를 구비하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치에서 사용하기 위한 내화 장착 슬리브에 관한 것으로서, 내측 캐비티 외측 개구부는 광학 고온계를 고정적으로 수용하도록 적용된다. 본 발명에 따라, 내화성 장착 슬리브는 광학 고온계를 고정적으로 수용하도록 적용된 내측 캐비티의 외측 개부에 위치한 리세스를 포함하므로 그 상대적인 이동이 제거된다. 따라서, 내화성 장착 슬리브는 광학 고온계의 측정 지역이 내측 캐비티 내에서 이동시키도록 야기하는 진동 및 충격으로 인하여 정확하고 신뢰성 있는 측정이 실행될 수 없었던 상기 문제점을 해결한다.
본 발명의 특정의 바람직한 변형에 따라, 리세스는 절두원추형이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 내측 캐비티가 일직선이므로 측정 지역 이동하더라도, 내측 캐비티의 쇼울더에 위치한 상기 측정 지역을 가질 위험성이 제거된다. 물론 이러한 직선 특성이 상기된 것처럼 리세스될 수 있는 내측 캐비티 외측 개구에 적용되지 않음이 이해된다.
이점으로서, 내측 캐비티의 내측 폐쇄 단부는 장착 슬리브의 종축에 수직인 평면에 대체로 포함된다. 그러한 경우에, 내측 폐쇄 단부는 대체로 균일한 측정 지역을 제공할 수 있으며, 따라서, 온도 측정이 극히 정확하며 신뢰할 수 있다.
마지막 실시예의 변형에 따라, 내측 폐쇄 단부는 대체로 구형이다. 내측 폐쇄 단부의 곡률은, 광학 고온계의 교체시간의 경우에 조차도, 측정 지역과 광학 고온계 사이의 거리가 대체로 일정하도록 바람직하게 계산된다.
출원인은, 측정에 있어서 부정확성의 또 다른 원인이 내화 물질의 열기(fume) 또는 기타 휘발성 화합물의 발산으로 인할 수 있음을 또한 발견하였다. 이러한 열기 또는 기타 휘발성 화합물은 광학 고온계상에(일반적으로, 관찰 튜브상에) 응축하여, 측정 능력을 완전히 또는 부분적으로 방해한다. 어쨋든, 열기 또는 기타 휘발성 화합물의 발산은 또한 광학 고온계의 심각한 손상을 유발한다. 따라서, 바람직한 실시예에 따라, 내화성 장착 슬리브는 열기 또는 기타 휘발성 화합물의 발산을 회피 또는 제한시키도록 설계된다.
온도 측정 장치용 보호 슬리브의 제조를 위해 사용된 종래의 내화성 물질은 일반적으로 45 내지 70중량%의 알루미나과 55 내지 30중량%의 카본으로 코프레스(copress) 및 이루어진다. 형성된 물질은 800 내지 1100℃의 온도에서 불에 구워진다. 이 물질은 우수한 열충격, 화학 및 마멸 저항을 나타낸다.
종래의 고온계에 통상적으로 사용되었더라도, 이 물질은 열기 및 기타 휘발성 화합물 발산을 초래하여 광학 고온계에 신뢰성있게 사용될 수 없다.
본 발명의 특정 양태에 따라, 장착 슬리브를 구성하는 물질은 1200℃ 이상의 온도에서 구워지며 바람직하게는 물질의 사용 온도 주위에서 구워지므로, 열기 또는 기타 휘발성 화합물 발산을 극적으로 감소시키며, 물질의 우수한 저항력을 유지시킨다.
바람직한 변형예에 따라, 내화성 장착 슬리브는 내측 캐비티에 채용되는 내화성 튜브를 포함한다. 내화성 튜브는 열기 또는 기타 휘발성 화합물 발산 문제를 완전히 제거하는 물질로 적어도 부분적으로 바람직하게 이루어진다. 바람직하게, 물질이 기밀(gas-tight)이므로 튜브의 벽을 통한 휘발성 화합물 또는 기타 열기의 침입이 회피된다. 적절한 물질은 알루미나 계열 물질, 이를 테면 강옥(corundum) 또는 뮬라이트(mullite)(예를 들면, VESUVIUS MC DANNEL사의 ZYALOXTM), 지르코니아(zirconia)(예를 들면, VESUVIUS MC DANNEL사의 ZYAZIRCTM), 순흑연, 실리카, 몰리브덴 등을 포함한다. 바람직하게, 튜브 벽은 충분히 얇아서, 예를 들면 0.5 내지 5mm로 온도 측정의 응답시간을 증대시키는 것을 회피시킨다. 또한 튜브는 장착 슬리브의 내측 캐비티에 꼭 맞아서, 튜브의 외측 표면과 장착 슬리브의 내측 표면간에 절연측의 형성을 회피시킨다. 변형예에서, 열-전도 시멘트는 내측 캐비티의 튜브를 고정시키는데 사용될 수 있다.
내화성 튜브는 삽입 또는 장착 슬리브와 코프레스될 수 있다. 튜브의 삽입은 튜브를 재사용하는 것을 허용하기 때문에 바람직하다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 튜브와 광학 고온계의 어셈블리에 관한 것으로서, 광학 고온계는 튜브 내측에 위치한 측정 영역에서 발산되는 열복사를 측정하도록 설치되며 튜브는 내화성 장착 슬리브의 내측 캐비티로 삽입되도록 적용된다. 그러한 어셈블리는 가스 또는 열기 발산의 문제로 인한 낮은 신뢰성의 문제점 외에는 내화성 장착 슬리브에 삽입되고 사전 장착될 수 있는 어셈블리가 현장 필요 수작업을 감소시키므로 극히 이롭다. 게다가, 어셈블리는 내화성 장착 슬리브가 마모될 때 쉽게 재사용될 수 있다.
바람직하게, 어셈블리는 튜브 내측의 공기의 제어를 하는 수단을 포함한다. 예를 들면, 튜브 또는 광학 고온계는 튜브 내측에 포함된 공기를 제거, 감소 또는 교체시키는 가스 배출구를 구비한다.
유익하게는, 적어도 측정 지역에 있어서는, 사용 온도에서 높은 복사능을 갖는 물질(이를 테면 매우 순수한 흑연)이 존재하여 온도 측정의 정확성을 증가시킨다. 이러한 물질은 튜브 또는 내측 캐비티의 내측 폐쇄 단부에 정제(pastille)로서 존재할 수 있다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 본 발명의 특정 실시예를 도시하는 도면과 관련하여 기술될 것이며 본 발명에 어떠한 제한을 가하지 않는다.
본 발명은 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치와, 그러한 장치에 사용하기 위한 내화성 장착 슬리브, 및 내화성 튜브와 광학 고온계의 특정 어셈블리에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내화성 장착 슬리브를 포함하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내화성 장착 슬리브를 포함하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치의 개략도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 내화성 장착 슬리브와 같은 장착 슬리브에 삽입될 수 있는 튜브의 개략도를 나타낸다.
도 4는 장착 슬리브에 삽입된 튜브를 지니는 장착 슬리브의 개략도를 나타낸다.
도 5는 광학 고온계와 튜브의 어셈블리를 나타낸다.
도 1, 2 및 4의 유형품은 용융조, 예를 들면 용융 금속조에 접촉하도록 적용된 외측 표면(2)과 내측 캐비티(3)를 구비하는 내화성 장착 슬리브(1, 1')이다. 상기 내측 캐비티(3)는 내측 표면(4), 내측 폐쇄 단부(5) 및 외측 개구(6)를 구비한다. 상기 외측 개구(6)는 광학 고온계(7)를 고정적으로 수용하도록 적용된다. 광학 고온계가 도 1과 2에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 광학 고온계는 내측 캐비티(3)의 외측 개구(6)에 제공된 해당 리세스에 맞물리도록 설계된 장착 플레이트(8)와 내측 캐비티(3)에 맞물리는 관찰 튜브(9)를 포함한다. 상기 고온계(7)는 와이어 또는 케이블(도시되지 않음)을 통하여 프로세서에 연결될 수 있다.
도 1과 2에 도시된 실시예에서, 측정 영역(10)은 장착 슬리브의 내측 폐쇄 단부(5)와 대체로 일치한다. 상기 내측 캐비티(3)의 직진도(straightness)는 관찰 튜브(9)의 부정합으로 인할 수 있는 측정의 부정확성을 방지시킨다.
도 4에 도시된 실시예에서, 알루미나 계열 물질로 만들어진 튜브(11)가 내화성 장착 슬리브(1')에 삽입된다. 상기 튜브를 구성하는 물질은 휘발성 물질을 포함하지 않으므로, 열기의 발산이 방지되고 관찰 튜브의 수명이 크게 연장된다.
도 3에 도시된 튜브(11)는 또한 장착 슬리브에 삽입될 수 있다. 상기 튜브는 측정 지역(10)에서 우수한 복사능 성질을 위해 선택된 물질, 예를 들면 초순수 흑연의 정제(12)를 포함한다.
도 5는 광학 고온계(7')와 튜브(11)의 어셈블리를 나타낸다. 상기 어셈블리는 쉽고 빠르게 내화성 장착 슬리브(1')에 삽입될 수 있어서(도 5에 볼수 없음) 현장 수작업이 감소된다. 나타난 실시예에서, 광학 고온계의 관찰 튜브(9)가 상기 튜브(11)에 맞물린다. 기밀 연결은 종래의 밀봉제(도시되지 않음)로 획득될 수 있다. 광학 고온계(7')는 측정 지역(10)의 온도를 측정하도록 설정된다.
이점으로서, 상기 광학 고온계(7')는 내화성 장착 슬리브(1')의 외측 개구(6)에 위치한 해당 리세스에 맞물리도록 적용된 장착 플레이트(8')를 포함한다.
참조번호
1. 내화성 장착 슬리브
2. 외측 표면
3. 내측 캐비티
4. 내측 표면
5. 내측 폐쇄 단부
6. 외측 개구
7. 고온계
8. 장착 플레이트
9. 사이팅 튜브
10. 측정 영역
11. 튜브
12. 정제

Claims (10)

  1. a) 용융조와 접촉하는 외측 표면(2)과, 내측 표면(4), 광학 고온계(7)를 고정적으로 수용하도록 적용된 외측 개구(6) 및 내측 폐쇄 단부(5)를 갖는 내측 캐비티(3)를 구비하는 내화 장착 슬리브(1, 1'); 및
    b) 상기 장착 슬리브(1, 1')에 부착되며 장착 플레이트(8)를 포함하며, 장착 슬리브의 내측 캐비티(3) 내에서 용융조 레벨하에 위치한 측정 지역(10)에 의해 발산되는 열복사를 측정하도록 적용된 광학 고온계(7)를 포함하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치에 있어서,
    장착 플레이트(8)가 상기 장착 슬리브(1, 1')의 내측 캐비티 외측 개구(6)에 위치한 상보적 리세스에 맞물리도록 적용되는 것을 특징으로 하는 용융조의 온도 측정 장치.
  2. 용융조에 접촉시키기 위한 외측 표면(2)과 내측 표면(4), 광학 고온계(7)를 고정적으로 수용하도록 적용된 외측 개구(6) 및 용융조 레벨 하에 위치하는 내측 폐쇄 단부(5)를 갖춘 내측 캐비티(3)를 구비하는 용융조의 온도를 측정하기 위한 장치에서 사용하기 위한 내화성 장착 슬리브(1, 1')에 있어서,
    내측 캐비티 외측 개구(6)는 광학 고온계(7)를 고정적으로 수용하도록 적용된 내측 캐비티(3)의 외측 개구(6)에 위치한 리세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 리세스는 절두원추형인 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1').
  4. 제 2 또는 3 항에 있어서, 내측 캐비티(3)는 직선인 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1, 1').
  5. 제 2 내지 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화성 슬리브는 열기 또는 기타 휘발성 화합물의 발산을 회피 또는 감소시키기에 충분한 온도, 바람직하게는 1400℃ 이상에서 구워진 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1, 1').
  6. 제 2 내지 5 항중 어느 한 항에 있어서, 튜브(11)가 내화성 슬리브의 내측 캐비티(3)에 삽입되는 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1, 1').
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 튜브(11)가 열기 또는 휘발성 화합물의 발산을 방지 또는 회피시키는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1,1').
  8. 제 6 또는 7 항에 있어서, 상기 튜브(11)가 알루미나 계열 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1, 1').
  9. 제 2 내지 8 항중 어느 한 항에 있어서, 측정 지역(10)에 해당하는 튜브(11) 또는 내측 캐비티(3)의 적어도 일부분(12)이 높은 복사능을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화성 장착 슬리브(1, 1').
  10. 튜브와 광학 고온계의 어셈블리에 있어서, 광학 고온계는 튜브 내측에 위치한 측정 지역에 의해 방사되는 열복사를 측정하도록 설정되며 튜브는 내화성 장착 슬리브의 내측 캐비티에 삽입되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
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