KR20060049847A - 용탕 용기, 이 용탕 용기의 용도 및 계면층 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용기 벽 개구에 배치되어 있는 온도 측정 장치를 구비하는 용탕 용기에 관한 것으로, 상기 온도 측정 장치는 용탕 용기 내로 돌출되어 있고 그 용기에 배치되어 있는 단부에서 폐쇄되는 보호 덮개부와 이 보호 덮개부의 개구에 배치되어 있는 온도 측정 요소를 구비하고 있으며, 보호 덮개부는 내열성 산화 금속과 흑연으로 구성되어 있고, 그 폐쇄 단부는 용기 벽으로부터 50 mm 떨어져 있다.

Description

용탕 용기, 이 용탕 용기의 용도 및 계면층 측정 방법{CONTAINER FOR MOLTEN METAL, USE OF THE CONTAINER AND METHOD FOR DETERMINING AN INTERFACE LAYER}

도 1은 용기 벽에 배치되어 있는 온도 측정 장치의 횡단면도이다.

도 2는 전자화학적 센서를 구비하는 온도 측정 장치의 폐쇄 단부에 대한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

1 : 부싱

2 : 보호 덮개부

3 : 온도 측정 요소

4 : 튜브

5 : 내화성 시멘트

6 : 커넥터

7 : 전기화학 센서

10 : 기준 전극

12 : 주입 재료

13 : 열선

본 발명은 용기 벽 개구에 배치되어 있는 온도 측정 장치를 구비하는 용탕 용기에 관한 것으로, 상기 온도 측정 장치는 용탕 용기 내로 돌출되어 있고 그 용기에 배치되어 있는 단부에서 폐쇄되는 보호 덮개부와 이 보호 덮개부의 개구에 배치되어 있는 온도 측정 요소를 구비하고 있다. 또한, 본 발명은 용탕 용기의 용도와 용기에서 적층하여 배치되어 있는 2 개의 재료 사이의 계면층 특히, 슬래그 층과 하부 용강 사이의 계면층을 탐지하는 방법에 관한 것이다.

이러한 용기는 종래 기술로부터 공지되어 있다. 예를 들어, 독일 실용 신안 GM 7228088에는 강제(鋼製) 레이들(ladle)의 벽에 열전쌍을 배치한 것이 공지되어 있다. 열전쌍은 세라믹 보호층에 의해 포위되어 있는 강제 튜브에 배치되어 있다. 독일 특허 DE 1 054 735에는 측벽에 온도 센서가 삽입되어 있는 금속 용융 도가니가 개시되어 있다. 온도 센서는 몰리브덴과 산화 알루미늄과 같은 금속-세라믹 재료로 이루어진 보호 튜브를 구비하고 있다. 보호 튜브는 그 선단이 대략 25mm 용융 공간 측으로 돌출되어 있다. 미국 특허 US 3,610,045에는 측벽에 열전쌍이 배치되어 있는 용융철 용융 도가니가 개시되어 있다. 열전쌍은 산화 알루미늄과 산화 실리콘으로 이루어진 원추형 보호 덮개부에 의해 보호된다. 유럽 특허 EP 314 807 B1에는 유사한 용기가 공지되어 있다. 이 용기에도, 용기의 내부로 벽을 통해 열전쌍이 안내되어 있다. 열전쌍은 산화 알루미늄 튜브에 의해 보호되고, 또한 용기 내부에서 질화 붕소 보호 덮개부에 의해 포위되어 있다.

미국 특허 US 6,309,442에는 이산화 지르코늄 또는 이산화 토륨으로 이루어진 내측 접촉부가 중첩 배치되어 용탕과 슬러그 사이의 계면층의 수준을 측정하는 용탕 용기가 공지되어 있다.

본 발명은 내부에 존재하는 용탕의 온도를 더 긴 시간 주기에 걸쳐 가능한 정확하게 측정할 수 있도록 용탕 용기를 개선하는 문제에 기초하고 있다. 또한, 본 발명은 계면층을 탐지하는 공지된 방법을 개선하는 문제에 기초하고 있다.

본 발명에 따르면, 상기 문제는 독립항의 특징부에 의해 해결된다. 본원의 종속항에는 유리한 실시예가 제시되어 있다. 따라서, 전술한 특징을 갖는 용기는 내열성 산화 금속과 흑연으로 이루어진 보호 덮개부를 구비하고 있고, 보호 덮개부의 폐쇄 단부는 용기 벽으로부터 적어도 50 mm, 바람직하게는 약 75 내지 200 mm 떨어져 있기 때문에, 측정값에 영향을 주는 도가니벽으로부터 생길 수 있는 냉각 효과없이 용탕의 실제 온도를 측정할 수 있다. 동시에, 보호 덮개부는 침투성 용탕 특히, 용강에 충분한 내성이 있어서, 장기간 사용에 적합하다. 보호 덮개부를 구비하는 온도 측정 요소는 바람직하게는 용기의 베이스(바닥)에 배치되어, 낮은 주입 수준에서도 측정에 사용될 수 있다. 보호 덮개부는 바람직하게는 산화 알루미늄과 흑연을 주성분으로 하여 구성되어 있는데, 산화 알루미늄은 특히 약 20 중량% 내지 80 중량% 부분을 포함하고, 흑연은 약 5 중량% 내지 60 중량% 부분을 포함할 수 있다. 보호 덮개부는 흑연 및/또는 다른 내화성 산화물과 다른 형태의 카 본을 함유하고 있을 수도 있다. 보호 덮개부 내에서, 온도 측정 요소, 바람직하게는 열전쌍이 산화 알루미늄으로 이루어져 있는 보호 튜브에 의해 포위되어 있다면 유리할 수 있다. 보호 튜브의 외경이 보호 덮개부 개구의 내경보다 대략 0.1 내지 1 mm 더 작다면 유리할 수 있다. 보호 덮개부는 그것의 길이 중 적어도 일부분에서 용기 내부를 향할수록 직경이 작아지는 외부 원추형이어서, 용기 벽에 장착하는 것과 보호 덮개부의 충분한 안정성을 보증할 수 있다. 또한, 재료의 변화 또는 재료 특성의 변화를 탐지하기 위해 보호 덮개부에는 용기 내부로 돌출되어 있는 센서 특히, 전기화학 센서, 전자기 센서, 광학 센서, 또는 전압 및/또는 전류 및/또는 전기 저항을 검출하는 센서가 배치되어 있는 것이 유리하고, 그 이유는 이러한 방식으로 용탕 사이 특히, 용강과 그 위에 놓여있는 슬래그 사이에서 계면층 측정이 가능하기 때문이다. 센서가 계면층과 접촉하게 되면, 센서에 의해 포착되는 신호가 변화하여, 계면층에 도달했다는 것을 나타낸다. 또한, 내화성 재료 바람직하게는 뮬라이트로 이루어진 부싱은 용기 벽과 보호 덮개부 사이의 용기 벽 개구에 배치되어 있고, 상기 부싱은 용기 내부를 향할수록 직경이 작아지는 원추형인 것이 유리할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용기는 특히 용강의 주조 레이들로 사용될 수 있다. 용탕은 항상 주조 레이들 소위 턴디쉬(tundish)에서 이동하여, 용기 내로 비교적 멀리 돌출되어 있는 측정 장치에는 특히 높은 안정성이 요구된다. 주조 레이들은 일반적으로 예열되기 때문에, 측정 장치도 예열되어 있다. 이로 인하여 반응 시간이 매우 짧아져서, 온도 측정 장치는 용탕과의 평형 온도에 매우 신속하게 도달하게 되어, 측정도 매우 신속하게 수행될 수 있다.

문제점은 재료의 변화 또는 재료 특성의 변화를 탐지하는 센서 특히, 전기화학 센서, 전자기 센서, 광학 센서 또는 전압 및/또는 전류 및/또는 전기 저항을 탐지하는 센서가 용기에 배치되어 있는 하부 재료 내에 배치되어 있고, 전기화학 센서의 측정 신호가 용기(sic 재료)의 주입 또는 유출 중에 용기로부터 측정되고, 신호의 변화는 센서가 재료 사이의 계면층과 접촉할 때 탐지되는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 해결된다. 바람직하게는, 신호 변화는 용기의 바닥으로부터 계면층의 거리와 관련이 있다. 또한, 신호가 변화할 때 주입 또는 유출 공정이 종료한다면 유리할 수 있다. 이러한 공정에 있어서, 동시에 측정 신호를 사용하여 주입 또는 유출 공정을 제어하는 장치에 신호를 보내고, 이 신호에 근거하여 주입 또는 유출 공정이 종료된다.

보호 덮개부가 용탕 내로 비교적 긴 길이만큼 돌출되어 있지만, 장치는 충분한 안정도를 갖고 있어서, 용탕의 온도 측정과, 용탕과 그 위에 놓여있는 슬래그 사이의 계면층의 위치 측정이 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시예를 설명하겠다.

본 발명에 따른 측정 장치는 뮬라이트로 이루어진 부싱(1)을 구비하고 있다. 이것은 도시의 명확성 때문에 도시되어 있지 않은 용강 주조 레이들(foundry ladle)의 바닥에 배치되어 있다. 이러한 주조 레이들은 당업계에 예를 들어, 전술한 미국 특허 6,309,442(도 1, 도면 부호 16 참조)에 공지되어 있다. 부싱(1) 내에는 보호 덮개부(2)가 배치되어 있다.

상기 보호 덮개부(2)는 산화 알루미늄과 흑연의 혼합물을 주성분으로 하여 이루어져 있다. 보호 덮개부(2)는 적어도 부싱(1) 내에 배치되어 있는 부분에서는 원추형 프로파일을 갖고 있다. 이로 인하여 온도 측정 요소(3)와 함께 보호 덮개부(2)를 교환하기 위해 부싱(1)으로부터 더 쉽게 제거할 수 있다. 온도 측정 요소(3)는 보호 덮개부(2) 내의 폐쇄된 산화 알루미늄 튜브(4)에 의해 포위되어 있다.

보호 덮개부(2)는 내화 시멘트(5)에 의해 부싱(1) 안에 고정되어 있다. 보호 덮개부(2)의 선단은 주조 레이들로 대략 120 mm 돌출되어, 온도 측정 요소(3)의 선단에서 수행되는 측정은 주조 레이들의 벽 효과에 의해 영향을 받지 않는 상태가 된다. 주조 레이들의 내부로부터 반대 방향을 향하는 온도 측정 요소(3)의 단부는 소위 커넥터(6)를 구비하는데, 이 커넥터는 온도 측정 요소(3)와의 기계적 및 전기적 접점 역할을 한다. 뮬라이트로 이루어진 부싱(1)과 시멘트(5)에 의해 고정된 보호 덮개부(2)의 전체 구성은 조밀하고 분말 없는 재료를 포함하여, 구성 부품 중 하나가 파손되는 경우에도 누출이 없고, 용탕이 주조 레이들에서 새어 나올 수 없다.

도 2에는 온도 측정 요소(3)와 전기화학 센서(7)와 함께 주조 레이들로 돌출되어 있는 보호 덮개부(2)의 선단이 도시되어 있다. 전기화학 센서(7)는 보호 덮개부(2)로부터 돌출되어 있고, 내화성 시멘트(8)로 고정되어 있다. 또한, 산화 알루미늄 튜브(4)도 내화성 시멘트(8)로 고정되어 있다. 전기화학 센서는 고체 전해질 재료로서 이산화 지르코늄 튜브(9)를 구비하는 일반적인 전기화학 센서인데, 기준 전극(10)은 기준 재료(11)와 주입 재료(12)에 배치되어 있다. 이러한 전기화학 센서는 예를 들어 주로 미국 특허 US 4,342,633에 공지되어 있다.

온도 측정 요소(3)는 열전쌍으로 형성되어 있는데, 외측 덮개부는 산화 알루미늄을 포함하고, 2 개의 열선(13) 중 하나는 양측이 개방되어 있는 산화 알루미늄 튜브(14)로 연장되어 있다. 모든 전선은 산화 알루미늄 튜브(4)를 통해 커넥터(6)로 안내되어, 측정 장치에 추가로 연결될 수 있다. 전기화학 센서(7)에 의해 발생된 전압은 대체로 측정 환경에 따라 달라진다. 따라서, 전압의 변화는 환경이 변화하는 즉시 발생하게 된다. 이것은 예를 들어, 주조 레이들 내에 위치하는 용강의 액체 수준이 낮아져 전기화학 센서(7)가 용탕 위에 배치된 슬래그층과 접촉하게 되는 경우이다. 그러므로, 주조 레이들 바닥 위의 슬래그와 용강 사이의 계면층의 높이를 정확하게 탐지할 수 있다. 전기화학 센서(7)가 예를 들어, 다른 신호에 의해 계면층을 탐지하는 즉시, 출구를 폐쇄하여 주조 레이들로부터의 용강의 유출을 종료할 수 있다. 기본적으로, 용강의 배쓰(bath) 수준의 변화를 탐지할 수 있도록 몇 개의 전기화학 센서(7)를 종방향으로 이격되어 있는 보호 덮개부(2)의 주변에 걸쳐 배치할 수 있다. 전기화학 센서 대신에, 다른 센서 특히, 전기화학 센서, 전자기 센서, 광학 센서, 또는 전압 및/또는 전류 및/또는 전기 저항을 검출하는 센서를 사용하여 용강과 슬러그의 계면 영역에서 재료 특성의 변화를 탐지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용탕의 온도를 더 긴 시간 주기에 걸쳐 가능한 정확하게 측정할 수 있고, 계면층 탐지할 수 있는 용탕 용기 및 측정 방법을 제공할 수 있 다.

Claims (14)

1. 용기 벽의 개구에 배치되어 있는 온도 측정 장치를 구비하는 용탕 용기로서, 상기 온도 측정 장치는, 용기 내로 돌출되어 있고 용기 내에 배치되어 있는 그 단부에서 폐쇄되어 있는 보호 덮개부와, 이 보호 덮개부의 개구에 배치되어 있는 온도 측정 요소를 구비하는 용탕 용기에 있어서,

   상기 보호 덮개부는 내열성 산화 금속과 흑연으로 이루어져 있고, 폐쇄된 단부는 용기 벽으로부터 50mm 이상 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 폐쇄된 단부는 용기 벽으로부터 약 75mm 내지 200mm 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도 측정 장치는 용기의 바닥을 형성하는 용기 벽의 일부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 덮개부는 특히, 약 20 중량% 내지 80 중량%의 산화 알루미늄 성분과 약 5 중량% 내지 60 중량%의 흑연 성분을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 덮개부에는 바람직하 게는 산화 알루미늄으로 이루어져 있고 온도 측정 요소를 포위하는 보호 튜브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 덮개부는 그 길이의 일부분 이상에서 용기의 내부를 향할수록 직경이 작아지는 외부 원추형상을 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 측정 요소는 열전쌍인 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 덮개부에는, 재료의 변화를 탐지하기 위해 용기 내부로 돌출되어 있는 센서 특히, 전기화학 센서, 전자기 센서, 광학 센서, 또는 전압 및/또는 전류 및/또는 전기 저항을 검출하는 센서가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 내화성 재료, 바람직하게는 뮬라이트로 이루어져 있고, 용기 내부로 향할수록 직경이 작아지는 원추형상인 부싱이 용기 벽과 보호 덮개부 사이의 용기 벽 개구에 배치되는 것을 특징으로 하는 용탕 용기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용기의 특히 용강 주조 레이들로서의 용도.
11. 용기에 중첩하여 배치된 2 개의 재료 사이에 특히, 슬래그층과 기부 용강 사이의 계면층을 탐지하는 방법에 있어서,

    재료의 변화를 탐지하는 센서가 하부 재료 내에 배치되고, 센서의 측정 신호는 용기내외로의 재료의 주입 또는 유출 중에 측정되고, 센서가 재료 사이의 계면층과 접촉할 때 신호 변화가 검출되는 것을 특징으로 하는 탐지 방법.
12. 제11항에 있어서, 센서로서, 전기화학 센서, 전자기 센서, 광학 센서, 또는 전압 및/또는 전류 및/또는 전기 저항을 검출하는 센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 탐지 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 신호의 변화는 용기 바닥으로부터의 계면층의 거리와 관련이 있는 것을 특징으로 하는 탐지 방법.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입 또는 유출 공정은 신호가 변화할 때 종료하는 것을 특징으로 하는 탐지 방법.

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