KR20060041713A - 용금 온도 측정 장치 및 용금 온도 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
광섬유로 용금의 온도를 측정하는 장치가 제공된다. 광섬유는 직접 또는 간접적으로 측정 기구에 연결되고 캐리어에 의해 유지된다. 광섬유의 침지 단부가 용금 내에서 소모될 수 있는 본체를 통해 공급된다. 소모성 본체는 10 cm/분 이하의 소모율을 나타내며, 이 소모율은 광섬유 구조체가 파괴되는 속도와 거의 동일하거나 크다.
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 소모성 본체
2 : 광섬유
4 : 안정 장치
5 : 금속관
6 : 캐리어
7 : 표준 랜스
8 : 검출기
12 : 광 커넥터
13 : 광접속 블럭
15 : 축방향 보어
본 발명은 직접 또는 간접적으로 측정 기구에 연결되고 캐리어에 의해 유지되는 광섬유로 용금의 온도를 측정하는 장치에 관한 것이다. 광섬유의 침지 단부는 용금 내에서 소모될 수 있는 본체에 의해 안내된다. 본 발명은 또한 직접 또는 간접적으로 측정 기구에 연결되고, 선택적으로 검출기에 연결되며, 캐리어에 의해 유지되는 광섬유로 용금의 온도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
이러한 장치는, 예컨대 유럽 특허 공개 EP 655 613 A1으로부터 공지되어 있다. 상기 특허에 기재되어 있는 장치에서, 광섬유는 여러 층으로 구성된 보호 클래딩(cladding)을 구비한다. 보호 클래딩은 초당 1 내지 10 cm의 속도로 용해하고, 따라서 비교적 단시간 후에는 광섬유를 최적으로 보호할 수 없다. 보호 클래딩은 특히 측정할 용금의 온도보다 높은 융점을 지닌 입자를 함유한다.
유사한 장치가 일본 특허 공개 JP 03-126500 또는 JP 03-284709로부터 공지되어 있다. 또한, 상기 특허들은 일반적으로 용금 측정용 광섬유의 사용에 대한 여러 가지 기준을 제공한다.
본 발명의 목적은 공지의 장치와, 특히 광섬유의 보호 기능을 향상시키는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 광섬유로 용금의 온도를 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적은 직접 또는 간접적으로 측정 기구에 연결되고 캐리어에 의해 유지되는 광섬유를 포함하는 용금 온도 측정 장치에 의해서 달성된다. 본 발명에 따르면, 상기 광섬유는 용융 소모성 본체를 통해 안내되는 침지 단부를 구비하고, 상기 소모성 본체는 용융물 내에서 10 cm/분 이하의 소모율을 나타내며, 이 소모율은 광섬유가 파괴되는 속도와 거의 동일하거나 또는 광섬유가 파괴되는 속도보다 크다.
상기 소모성 본체의 소모율은 10 cm/분 이하이고, 이 소모율은 광섬유 구조체가 파괴되는 속도와 거의 동일하거나 또는 더 크기 때문에, 한편으로는 측정하는 동안에 비파괴 광섬유의 자유면이 항상 노출되어 측정을 위해 이용 가능하며, 다른 한편으로는 광섬유가 그 길이를 따라서 충분히 보호된다. 광섬유 구조체의 파괴는 이 광섬유의 침지 단부로부터 부득이하게 시작되어 광섬유가 광섬유 구조체를 파괴하는 환경(고온, 용금의 침투성 등)에 노출되어 있는 동안에 축방향을 따라 계속된다. 따라서, 광섬유를 둘러싸는 소모성 본체가 그 침지 단부에서부터 시작되어 점차적으로 파괴되고, 광섬유의 새로운 표면 영역이 항상 용금과 접촉하여 온도 결정을 위해 블랙 라디에이터로 복사 에너지를 수용하고 이 복사 에너지를 전달한다. 소모성 본체의 소모율은 1 cm/분 이하인 것이 유리하다. 여기에서, 소모율은 약 600 ℃ 내지 1700 ℃, 특히 약 1400 ℃ 내지 1700 ℃의 온도 범위를 기초로 하며, 이 소모율은 특히 재료와 본체의 구조(예컨대, 재료의 결합)에 의존하는 소모성 본체의 속성이다.
소모성 본체가 철(또는 강 또는 주철)보다 융점이 높고, 용융된 철(또는 용융된 강 또는 용융된 주철)에서 불용성인 것이 유리하다. 특히, 소모성 본체가 주 형사(鑄型砂; molding sand), 내화 시멘트 및 결합 석탄회로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 한 가지 재료로 이루어지는 것이 유리하다. 상기 재료는 결합제에 의해 결합될 수 있다. 주형사, 내화 시멘트 및 결합 석탄회는 약 600 ℃ 내지 1700 ℃의 온도 범위에 있는 용금에 특히 적합하다. 우선, 이러한 재료는 내열성이 매우 강하다. 이들 재료로 이루어진 본체는 재료의 개별 입자간의 결합을 끊는, 기본적으로 침식에 의해 용금에 용해된다. 이 과정은 본질적으로 침지 단부에서부터 시작하여 종축 방향, 예컨대 광섬유의 축방향으로 진행한다. 광섬유는 석영 유리로 이루어지는 것이 유리하다.
금속관, 특히 강제(鋼製) 관으로 광섬유를 둘러싸는 것이 적절하다. 또한, 광섬유를 검출기에 직접 연결하는 것이 유리하며, 이 검출기는 소모성 본체에 배치될 수 있다.
유리한 방법으로는, 소모 센서를 소모성 본체 내에 배치하여, 특히 장기간 측정 중에 상기 장치의 전체적인 기능성을 제어한다. 제어된 소모를 향상시키는 기계적 안정 장치를 유리하게는 소모성 본체 내에 배치할 수 있다. 유리한 실시예에서는, 소모성 본체가 캐리어의 일단부에 착탈 가능하게 배치되어, 전체 장치의 기능성을 저감하는 일 없이 교환될 수 있다. 전기 신호 라인 및/또는 광신호 라인은 캐리어 내의 접속편(커넥터)에 대한 전기 및/또는 광 컨택트에 의해 소모성 본체에 적절히 접속되어, 착탈 가능한 결합을 달성한다.
특히, 광섬유가 무단(無단) 섬유로 이루어지고, 또한 이동 가능하게 캐리어 및/또는 소모성 본체 내에 배치되는 것이 유리하다. 그 후, 광섬유에 있어서의 소 모된 부분은 캐리어와 소모성 본체를 통해 섬유를 지속적으로 공급함으로써 간단하게 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 용금 내에서 소모되고 캐리어 상에서 유지되는 소모성 본체를 통해 안내되는 광섬유의 침지 단부가 상기 소모성 본체의 적어도 일부와 함께 한차례 또는 수차례 용금 내로 침지되고, 상기 소모성 본체는 적어도 부분적인 소모 후에 상기 캐리어로부터 분리되어 다른 소모성 본체로 대체되며, 상기 광섬유는 지속적으로 이 소모성 본체를 통해 공급되는 것을 특징으로 한다. 이 방법은 장치의 서비스 수명을 현저히 연장하고, 소모성 본체를 교체할 필요가 없는 한, 중단 없이 보다 장기간에 걸친 측정을 가능하게 한다.
본 발명의 전술한 개요 및 후술하게 될 상세한 설명은 첨부 도면을 참고하면 보다 잘 이해될 것이다. 본 발명을 예시고자 하는 목적으로 바람직한 실시예를 첨부 도면에 도시하였다. 그러나, 본 발명은 도시된 정확한 구성이나 수단으로만 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 1에 도시되어 있는 소모성 본체(1)는 기본적으로, 예컨대 주형사 입자, 무기질 시멘트 또는 석탄회로 구성되며, 상기 입자들의 결합은 압착 또는 결합제의 사용에 의해 달성된다. 광섬유(2)가 그 종축을 따라 배치되는 소모성 본체(1)는 측정을 위해 용금속으로 침지된다. 여기서, 광섬유(2)의 단부(3)는 광복사(optical radiation) 형태의 측정 신호를 수신하며, 용금의 온도는 공지된 방식으로 상기 측정 신호로부터 산출된다.
내마모성 코팅을 소모성 본체(1)의 외면에 도포하여, 취급, 특히 용금 외부에서 취급하는 동안에 소모성 본체(1)를 보호할 수 있다. 용금 내에서 소모성 본체(1)가 [광섬유 단부(3)에 인접한] 침지 선단에서부터 서서히 용해하여, 소모성 본체(1) 입자간의 결합이 서서히 파괴된다. 상기 과정은 침지 선단에서 개시되는데, 그 이유는 침지 선단이 최초로 용금에 노출되는 부분이기 때문이며, 그 후에 상기 과정은 축방향으로 계속된다. 여기서, 소모성 본체(1) 내에 배치된 광섬유(2)가 점차적으로 노출되고, 광섬유의 다른 표면 부분이 용금에 노출되어 광복사를 수용한다.
안정 장치(4)가 소모성 본체(1)에 포함되어 있으며, 이 안정 장치는 소모성 본체(1)를 고정하고, 이송 또는 취급 중에 파단으로 인한 파괴를 방지하며, 침지 선단의 소모를 촉진한다. 금속 용해물과의 접촉시(즉, 소모성 본체가 이 지점에서부터 파괴될 때)에 전기 신호를 생성하기 때문에 소모성 본체(1)용 소모 센서로서 우선적으로 기능하는 금속관(5)이 침지 선단과 대향하는 소모성 본체(1)의 단부 내로 도입된다. 두번째로, 상기 금속관(5)은 소모성 본체(1)용 홀더로서 기능한다. 이러한 용도로, 상기 금속관(5)은 금속으로 이루어진 캐리어 관(6)에 부착된다. 장치를 핸들링할 수 있는 표준 랜스(lance)(7)가 이 캐리어 관(6)에 삽입된다.
또한, 표준 랜스(7)는 소모성 본체(1)로부터 도달하는 전도체 라인과 접촉하는 기능을 하며, 신호 전송 기능을 한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 전도체 라인은 전기 신호 라인이다. 이러한 목적을 위해서, 광 검출기(8)가 금속관(5) 내에 배치되어, 광섬유(2)로부터 도달하는 광신호를 수신하고, 이 광신호를 전기 신 호로 전환하며, 다음에 이 전기 신호가 전도체 라인(9)에 의해 전송된다. 전도체 라인은 표준 랜스(7) 내에 배치된 대응하는 컨택트에 접속되도록 전기 접속편(10)에 연결되어, 전기 신호가, 예컨대 전기 측정기로 전달될 수 있다. 상기 전기 신호를 예정된 표준치와 비교할 수 있는 보정 장치(11)가 금속관(5) 내에 배치된다. 이러한 방식으로, 예컨대 장기간 동안에 발생하는 광섬유(2)의 길이 변화를 측정하여, 신호 손실을 보정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 소모성 본체(1)에서 또는 소모성 본체(1) 내에서 광신호가 미리 전기 신호로 전환되고, 그 후에 이 전기 신호가 전달되는 도 1과는 대조적으로, 도 2에 따른 장치는 광신호를 전달할 수 있다. 여기서, 광 커넥터(12)가 금속관(5) 내에 배치된다. 이 광 커넥터로 인하여 광신호를 광접속 블럭(13)에 커플링할 수 있으며, 이 광접속 블럭(13)에서는 다른 광섬유(14)가 용금으로부터 도달하는 신호를 수신하고, 이들 신호를 고정식 측정 장치(도시하지 않음)로 전달하여, 이 고정식 측정 장치에서 광신호가 전기 신호로 변환된다. 광접속 블럭(13)은 금속관(5) 내로 플러깅(plugging)될 수 있다. 양 실시예에서, 소모성 본체(1)는 충분한 소모후에, 표준 랜스(7)로부터 뽑아낸 다음, 새로운 소모성 본체(1)로 교체함으로써 교환될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 실시예에서 광섬유(2)가 소모성 본체(1) 내에 강고하게 배치되는 반면, 도 3에는 광섬유(2)를 안내하고, 광섬유를 지속적으로 공급할 수 있는 축방향 보어(15)를 구비한 실시예가 도시되어 있다. 이러한 목적을 위해, 기계식 커넥터(16)(예컨대, 금속관)가 침지 단부에 대향하는 소모성 본체(1) 의 단부에 배치된다. 표준 랜스(7) 상에 배치된 접속 블럭(17)을 상기 기계식 커넥터(16) 내로 가압할 수 있다. 광섬유(2)의 보다 양호한 안내를 위해서, 깔때기형 전이부가 기계식 커넥터(16)와 축방향 보어(15)의 연결부에 제공된다. 상기 깔때기형 전이부로 인하여 광섬유(2)를 축방향 보어(15)에 보다 양호하게 삽입할 수 있다. 섬유 안내 시스템이 공지된 방식으로 접속 블럭(17) 내에 배치된다. 이러한 구성으로 인하여, 소위 무한한 또는 무단 섬유가 소모됨에 따라 일정하게 공급될 수 있으며, 이것이 소모성 본체(1)의 소모와 광섬유(2)의 마모와의 관계에 있어서 어느 정도의 독립성을 보장한다. 이것은 측정 장치의 기능성을 향상시키고 보다 장시간의 내구성을 제공한다.
조정 장치(도시하지 않음)도 또한 도 2 및 도 3의 실시예에 제공될 수 있다는 것이 명백하다. 다음에, 이 조정 장치는 광섬유(2)의 타단, 따라서 통상적으로 전체 측정 장치의 고정부에 장착된다.
당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 실시예를 변형할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예로만 한정되지 않고, 첨부된 청구 범위에서 정의한 본 발명의 사상과 범위 내에서 변형될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 따르면, 직접 또는 간접적으로 측정 기구에 연결되고 캐리어에 의해 유지되는 광섬유를 포함하는 용금 온도 측정 장치 및 광섬유로 용금 온도를 측정하는 방법이 제공되며, 광섬유의 보호 기능을 향상시킬 수 있다.
Claims (16)
- 측정 기구에 직접 또는 간접적으로 연결되며 캐리어(6)에 의해 유지되고, 용융 소모성 본체(1)를 통해 안내되는 침지 단부를 구비하는 광섬유(2)를 포함하며, 상기 소모성 본체(1)는 10 cm/분 이하의 소모율을 나타내며, 이 소모율은 상기 광섬유(2)가 파괴되는 속도와 거의 동일하거나 또는 상기 광섬유(2)가 파괴되는 속도보다 큰 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)는 1 cm/분 이하의 소모율을 나타내는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)는 철보다 높은 융점을 가지며, 용융 철에서 용해되지 않는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)는 주형사(鑄型砂; molding sand), 내화 시멘트 및 결합 석탄회로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광섬유(2)는 석영 유리를 포함하는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광섬유(2)는 금속관에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 금속관은 강제(鋼製) 관인 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광섬유(2)는 검출기(8)에 연결되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 검출기(8)는 상기 소모성 본체(1) 내에 배치되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)에 소모 센서가 배치되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)에 기계식 안정 장치(4)가 배치되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)는 상기 캐리어(6)의 일단부에 착탈 가능하게 배치되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 소모성 본체(1)의 전기 신호 및/또는 광신호 라인이 전기 컨택트 및/또는 광 컨택트에 의해 상기 캐리어(6)의 커넥터(10)에 접속되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광섬유(2)는 무단(無斷) 섬유로 구성되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 광섬유는 상기 캐리어(16) 및/또는 상기 소모성 본체(1) 내에 이동 가능하게 배치되는 것인 용금 온도 측정 장치.
- 측정 기구에 직접 또는 간접적으로 연결되고 캐리어(6)에 의해 유지되는 광섬유(2)로서, 이 광섬유(2)의 침지 단부가 상기 캐리어(6) 상에서 유지되는 용융 소모성 본체(1)를 통해 안내되는 광섬유(2)로 용금의 온도를 측정하는 방법으로서,상기 광섬유(2)의 침지 단부를 제1 소모성 본체(1)의 적어도 일부분과 함께 일회 이상 용금에 침지시키는 단계와;상기 캐리어(6)의 적어도 부분적인 소모후에 상기 제1 소모성 본체(1)를 분리하는 단계와;상기 제1 소모성 본체(1)를 제2 소모성 본체(1)로 교체하는 단계와;상기 광섬유(2)를 상기 제2 소모성 본체를 통해 지속적으로 공급하는 단계를 포함하는 용금 온도 측정 방법.
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