KR20060063430A - An on-line determination device of transformation ratio of steel plate using ac magnetic field - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압연된 후 가속냉각대를 통과중인 강재의 변태량을 상기 가속냉각대 내에서 온라인으로 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the transformation amount of steel passing through the accelerated cooling stand online in the accelerated cooling stand after rolling.
본 발명은, 고온의 강재를 이송중에 냉각시키면서, 상기 강재의 변태량을 온라인으로 측정하는 장치에 있어서, 양 끝단이 상기 강재를 향하면서 상기 강재와 이격되어 설치된 요크부재; 교류전원의 인가에 따라 상기 요크부재에 교류자장을 유기하기 위하여 상기 요크부재의 일단 또는 양 끝단에 권선된 여자코일; 상기 요크부재의 양 끝단과 상기 강재 사이에 자기회로를 각각 형성시키는 제1 및 제2금속부재; 상기 여자코일에 의해 유기된 교류자장에 의해 상기 요크부재, 제1금속부재, 강재 및 제2금속부재로 형성된 자기회로상의 자속의 세기를 검출하는 자속탐지코일; 및 미리 설정된 자속 세기와 강재의 변태량과의 상관관계를 이용하여 상기 자속탐지코일에서 검출된 자속 세기에 따른 상기 강재의 변태량을 측정하는 분석부를 포함한다.The present invention provides a device for measuring the transformation amount of the steel online while cooling the high temperature steel during transport, the yoke member provided at both ends spaced apart from the steel while facing the steel; An excitation coil wound at one or both ends of the yoke member to induce an alternating magnetic field in the yoke member according to the application of an AC power source; First and second metal members each forming a magnetic circuit between both ends of the yoke member and the steel; A magnetic flux detecting coil detecting an intensity of magnetic flux on a magnetic circuit formed of the yoke member, the first metal member, the steel and the second metal member by the alternating magnetic field induced by the excitation coil; And an analysis unit configured to measure a transformation amount of the steel according to the magnetic flux intensity detected by the magnetic flux detection coil by using a correlation between a preset magnetic flux intensity and a transformation amount of the steel.
본 발명에 따르면, 강재 가속냉각대 내를 진행중인 강재의 변태량 측정시, 리프트 오프를 충분하게 확보할 수 있으므로 온라인 측정이 가능하며, 가속냉각대 내부의 고온, 고습의 열악한 환경에 영향을 크게 받지 않는 장점이 있다.According to the present invention, when measuring the amount of transformation of the steel in progress in the steel acceleration cooling stand, it is possible to secure a sufficient lift-off, online measurement is possible, and is not significantly affected by the harsh environment of high temperature, high humidity inside the acceleration cooling stand. There is no advantage.
압연, 가속냉각대, 강재, 변태량, 자성체, 자속, 요크Rolling, accelerated cooling stand, steel, transformation, magnetic material, magnetic flux, yoke
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 가속냉각대 내부의 개략적인 구조도이다.1 is a schematic structural diagram of an interior of an accelerated cooling stand to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명에 따른 가속냉각대의 냉각과정에서 강재의 상변태에 따른 자기적 특성 변화도이다.2 is a magnetic characteristic change according to the phase transformation of the steel in the cooling process of the accelerated cooling stand according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 교류자장을 이용한 강재 변태량 온라인 측정장치의 개략 구성도이다.
3 is a schematic configuration diagram of a steel deformation amount online measuring device using an alternating magnetic field according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 가속냉각대 20 : 강재10: accelerated cooling stand 20: steel
111 : 하우징 112 : 요크부재111
113 : 자속탐지코일 114 : 여자코일113: magnetic flux detection coil 114: female coil
115,116 : 제1,2 금속부재 117 : 전원공급장치115,116: first and second metal member 117: power supply device
118 : 자속 119 : 분석부118: flux 119: analysis unit
211 : 유입관 212 : 배출관211: inlet pipe 212: discharge pipe
213 : 냉각물질
213: cooling material
본 발명은 강재의 변태량 온라인 측정장치에 관한 것으로, 특히 고온의 가속냉각대 내부를 통과중인 강재의 변태량을 상기 가속냉각대 내에서 온라인으로 측정하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for on-line measurement of transformation amount of steel, and more particularly, to an apparatus for on-line measurement of transformation amount of steel passing inside a high temperature accelerated cooling stand.
제철공정에서는 고강도의 강재를 생산하기 위하여, 열연 후 강재를 가속냉각대 내로 통과시켜 변태조직을 강화하는 과정을 수행하고 있다. 이러한 강재를 가속 냉각하는 경우 조직의 입자 미세화가 발생되고 이로써 인장강도가 향상되어 인성이 증가하며 아울러 고입열 용접이 가능하므로 용접 수공이 현저히 절약되는 장점이 있다. 이러한 변태조직 강화기술의 경우 상기 가속냉각대 내에서의 강재의 변태거동을 실시간으로 측정하는 장치가 필수적이다.In the steelmaking process, in order to produce high strength steel, the steel is passed through the accelerated cooling zone after hot rolling to strengthen the transformation structure. In the case of accelerated cooling of such steels, grain refinement of the tissue occurs, thereby improving tensile strength, increasing toughness, and enabling high input heat welding, thereby significantly reducing welding work. In the case of the transformation structure transformation technology, an apparatus for measuring the transformation behavior of the steel in the acceleration cooling zone in real time is essential.
일반적으로, 압연 후 가속냉각대의 입측으로 진입하는 고온의 강재는 일정 속도로 상기 가속냉각대 내부를 통해 이송되면서 냉각이 이루어지고, 상기 가속냉각대의 출측에서는 저온의 강재로 배출된다. 이러한 강재는 가속냉각대 내에서의 냉각과정에 의해 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변태한다. In general, the high-temperature steel that enters the entrance of the accelerated cooling stand after rolling is cooled while being transferred through the inside of the accelerated cooling stand at a constant speed, and discharged into the low-temperature steel at the exit side of the accelerated cooling stand. Such steels are transformed from paramagnetic austenite to ferromagnetic ferrite by the cooling process in the accelerated cooling zone.
가속냉각대 출측에서 원하는 강자성의 페라이트 상태를 얻기 위해서는 무엇보다도 냉각과정, 특히 냉각수 량의 조절이 중요하다. 왜냐하면 가속냉각대의 냉각수 량이 많으면 과변태가 발생하게 되고 냉각수 량이 적으면 미변태가 발생하게 되 어 가속냉각대 출측에서 원하는 상태를 확보하기 어렵기 때문이다. 따라서, 압연 후 가속냉각 시에 강판의 상변태를 온라인으로 측정하는 것은 강재의 변태량에 따라 냉각수의 량을 조절하기 위한 것으로 가속냉각대 출측에서 원하는 상태의 강재를 확보하기 위해 중요하며, 나아가 강재의 판변형 방지를 위해서는 가속냉각대 내에서 실제 변태율을 측정하여 냉각제어를 행하는 작업이 필수적으로 요구된다. In order to achieve the desired ferromagnetic ferrite state at the side of the accelerated cooling stand, it is important to control the cooling process, especially the amount of cooling water. This is because over-transformation occurs when the amount of cooling water in the accelerated cooling stage is large, and untransformation occurs when the amount of cooling water is small. Therefore, the on-line measurement of the steel sheet during accelerated cooling after rolling is to control the amount of cooling water according to the amount of transformation of the steel, which is important for securing the steel in a desired state at the exit of the accelerated cooling stand. In order to prevent plate deformation, it is essential to perform cooling control by measuring actual transformation rate in the accelerated cooling stand.
그러나, 가속냉각대는 일종의 블랙박스(blackbox)로 그 내부에서 강재의 변태율을 쉽게 측정하기 어려우며, 실제로 현재 가속냉각대 내의 극한 환경 때문에 온도 및 변태 등을 측정하기는 매우 어려운 실정이다.However, the acceleration cooling stand is a kind of black box, and it is difficult to easily measure the transformation rate of the steel therein. In fact, it is very difficult to measure the temperature and the transformation due to the extreme environment in the current acceleration cooling stand.
종래의 변태량 측정 기술로는 상변태시 잠열로 인한 온도 상승을 정밀 온도계로 측정하는 온도측정법, X-선 회절을 이용하는 방법, 와전류를 이용하는 방법 등이 있다. Conventional transformation measurement techniques include a temperature measurement method for measuring a temperature rise due to latent heat during phase transformation with a precision thermometer, a method using X-ray diffraction, a method using eddy current, and the like.
온도측정법은 직접적으로 상변태를 검출하는 것이 아닌 간접적인 방법으로서 획득할 수 있는 정보가 개략적이라는 단점이 있다. 또한, 응답성이 늦고 정밀도 확보가 곤란하며, 수냉환경에서 방사 온도계를 이용한 측정이 곤란하다는 단점이 있다.The temperature measurement method has a drawback that the information that can be obtained as an indirect method, rather than directly detecting phase transformation, is rough. In addition, there is a disadvantage in that responsiveness is difficult to secure precision and measurement using a radiation thermometer in a water-cooled environment is difficult.
X-선 회절법은 강판의 표층부로부터 50㎛ 이내의 변태 정보만 확인이 가능하다. 따라서, 강철재의 변태 특성은 200㎛ 이상의 깊이에서 정보를 꺼낼 필요가 있다는 점을 감안할 때 부적절한 방법이다. 또한, 가속냉각내의 열악한 물 및 공기의 혼합 냉각체 분사 분위기를 고려할 때 근본적으로 사용이 불가능하며, 아울러 사용되는 장치가 고가의 대형장치이며 유지 및 보수가 곤란하다는 단점이 있다. 더불 어, 강한 X-선이 조사되므로 방사선 방호 및 차폐장치가 반드시 필요하다는 단점이 있다.The X-ray diffraction method can confirm only transformation information within 50 µm from the surface layer portion of the steel sheet. Therefore, the transformation properties of steel materials are inadequate in view of the fact that information needs to be taken out at a depth of 200 µm or more. In addition, in consideration of the poor cooling atmosphere of the mixed water and air in the accelerated cooling, it is fundamentally impossible to use, and there is a disadvantage that the apparatus used is an expensive large apparatus and difficult to maintain and repair. In addition, since strong X-rays are irradiated, a radiation protection and shielding device is necessary.
와전류 측정법은 실험실 환경에서 정밀 측정은 가능하지만 피검사체인 강재와 와전류 센서 사이의 거리인 리프트 오프(lift-off)에 매우 민감하므로, 각종 진동이 존재하는 현장 환경에서 신뢰성 있는 신호를 얻는데는 한계가 있다.Eddy current measurement is precise in the laboratory environment, but is very sensitive to the lift-off, the distance between the steel under test and the eddy current sensor, so there is a limit to obtaining a reliable signal in the field environment where various vibrations exist. have.
그 외에, 대한민국 실용신안출원 제1995-20346호에는 서로 다른 주파수 대역으로 여자되어 형상된 자속을 검출하여 유기기전력신호를 출력하고, 상기 유기기전력신호를 서로 다른 주파수 대역 필터로 필터링한 신호를 분석하여 변태량을 측정하는 기술이 개시되고, 대한민국 특허출원 제1996-41353호에는 결정구조를 분석하는 방법인 x선 회설분석법을 이용하여 각 상의 분율을 결정하여 변태율을 구하는 기술이 개시되고, 대한민국 특허출원 제1996-51639호에는 리프트 오프 거리값을 이용하여 투자율을 구하고 이 투자율에 의해 변태량을 연산하는 기술이 개시되며, 대한민국 특허출원 제1996-67984호에는 단위시간 등의 측정전압신호의 최대값만을 구하여 변태율을 측정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본 특개평5-126798호 등에 강판을 강제로 자화시키고 자화된 강판의 자기변화를 측정하여 변태량을 측정하는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 기술들은 변태량을 측정하는 원리, 개념 및 장치구성에서 본 발명과는 다르다.In addition, Republic of Korea Utility Model Application No. 1995-346, which is excited by different frequency bands and detects the magnetic flux shaped to output the organic electromotive force signal, by analyzing the signal filtered the organic electromotive force signal with a different frequency band filter Disclosed is a technique for measuring the amount of transformation, Korean Patent Application No. 1996-41353 discloses a technique for determining the fraction of each phase by using the x-ray paradigm analysis method, which is a method of analyzing the crystal structure, to obtain the rate of transformation, Korean patent Application No. 1996-51639 discloses a technique for obtaining permeability using a lift-off distance value and calculating the amount of transformation by the permeability. Korean Patent Application No. 1996-67984 discloses a maximum value of a measured voltage signal such as a unit time. The technique of measuring the metamorphosis rate by finding the bay is disclosed. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 5-126798 discloses an apparatus for forcibly magnetizing a steel plate and measuring the amount of transformation by measuring the magnetic change of the magnetized steel sheet. However, these techniques differ from the present invention in the principles, concepts and arrangements for measuring metamorphism.
따라서, 당 기술분야에서는 강재의 품질 향상을 위한 일환으로 가속냉각대의 냉각수 량을 정확히 조절하기 위하여 가속냉각대 내부를 통과중인 강재의 변태량을 정확히 측정하기 위한 장치의 필요성이 강력하게 대두되고 있는 실정이다.Therefore, in the technical field, the necessity of a device for accurately measuring the amount of transformation of the steel passing through the interior of the accelerated cooling stand in order to accurately control the amount of cooling water in the accelerated cooling stand as a part for improving the quality of the steel. to be.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 압연 후 가속냉각대를 통과하는 강재의 변태량에 따른 자속변화를 온라인으로 검출하여 분석함으로써 강재의 변태량을 온라인으로 측정할 수 있는 강재 변태량 온라인 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the steel transformation can be measured online by analyzing the magnetic flux change according to the transformation amount of the steel passing through the accelerated cooling zone after rolling online steel transformation The purpose is to provide an on-line measuring device.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고온 및 열악한 가속냉각대의 환경에 적용성이 우수하고 구조가 간단한 강재의 변태량 온라인 측정장치를 제공하는데 있다.
In addition, another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the amount of transformation online of a steel having excellent applicability and simple structure to an environment of high temperature and poor accelerated cooling stage.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고온의 강재를 이송중에 냉각시키면서, 상기 강재의 변태량을 온라인으로 측정하는 장치에 있어서,The present invention for achieving the above object, in the apparatus for measuring the transformation amount of the steel online while cooling the high temperature steel during transport,
양 끝단이 상기 강재를 향하면서 상기 강재와 이격되어 설치된 요크부재; 교류전원의 인가에 따라 상기 요크부재에 교류자장을 유기하기 위하여 상기 요크부재의 일단 또는 양 끝단에 권선된 여자코일; 상기 요크부재의 양 끝단과 상기 강재 사이에 자기회로를 각각 형성시키는 제1 및 제2금속부재; 상기 여자코일에 의해 유기된 교류자장에 의해 상기 요크부재, 제1금속부재, 강재 및 제2금속부재로 형성된 자기회로상의 자속의 세기를 검출하는 자속탐지코일; 및 미리 설정된 자속 세기와 강재의 변태량과의 상관관계를 이용하여 상기 자속탐지코일에서 검출된 자속 세기에 따른 상기 강재의 변태량을 측정하는 분석부를 포함한다.A yoke member having both ends spaced apart from the steel while facing the steel; An excitation coil wound at one or both ends of the yoke member to induce an alternating magnetic field in the yoke member according to the application of an AC power source; First and second metal members each forming a magnetic circuit between both ends of the yoke member and the steel; A magnetic flux detecting coil detecting an intensity of magnetic flux on a magnetic circuit formed of the yoke member, the first metal member, the steel and the second metal member by the alternating magnetic field induced by the excitation coil; And an analysis unit configured to measure a transformation amount of the steel according to the magnetic flux intensity detected by the magnetic flux detection coil by using a correlation between a preset magnetic flux intensity and a transformation amount of the steel.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기한 본 발명에 따른 측정장치는, 냉각물질로 채워진 내부 공간을 갖는 비자성체의 하우징을 추가로 포함할 수 있으며, 이때, 상기 하우징의 내부 공간에 상기 요크부재, 제1,2자성체 및 자속검출센서가 설치되고, 상기 냉각물질은 냉각유, 냉각수 또는 냉각기체 중 선택되는 하나의 물질이다. In one embodiment of the present invention, the measuring device according to the present invention may further include a housing of a nonmagnetic material having an internal space filled with a cooling material, wherein the yoke member, The first and second magnetic bodies and the magnetic flux detection sensor are installed, and the cooling material is one material selected from cooling oil, cooling water or cooling gas.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 요크부재는 실질적으로 U자 형태의 페라이트를 포함하며, 상기 제1,2 금속부재는 강자성체의 와이어 브러쉬(wire brush) 또는 원형 롤러(roller)인 것이 바람직하다. In addition, in one embodiment of the present invention, the yoke member includes a substantially U-shaped ferrite, and the first and second metal members are preferably ferromagnetic wire brushes or circular rollers. Do.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 및 제2 금속부재는 상기 요크부재의 양단에 대응하는 하우징의 외부에 각각 부착되며, 상기 요크부재의 양단과 상기 제1 및 제2 금속부재 사이에 자기회로 형성을 위해 상기 하우징에 각각 접합된 강자성부재를 추가로 포함할 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the first and second metal members are attached to the outside of the housing corresponding to both ends of the yoke member, respectively, between both ends of the yoke member and the first and second metal members. It may further comprise a ferromagnetic member each bonded to the housing for forming a magnetic circuit.
나아가, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 강재는 일정한 속도로 이송되면서, 750℃ 내지 850℃의 온도에서 500℃ 내지 600℃의 온도로 냉각되는 것이 바람직하며, 이때, 상기 강재는 0.5 ~ 2.0 m/s의 속도로 이송되는 것이 바람직하다.
Furthermore, in one embodiment of the present invention, while the steel is transferred at a constant speed, it is preferable to cool to a temperature of 500 ℃ to 600 ℃ at a temperature of 750 ℃ to 850 ℃, wherein the steel is 0.5 ~ 2.0 m It is preferable to feed at a speed of / s.
본 발명은 가속냉각대를 통과중인 강재의 변태량을 온라인으로 측정하는 장치를 제공한다. 고온의 상태에서 가속냉각대를 통과하는 강재는 냉각과정을 통해 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변태하게 된다. 이와 같이 가속냉각대를 통하면서 강재의 자성변화가 발생하게 되는데, 이러한 강재의 자성변화에 따라 상기 강재에 인가된 자속의 세기도 변화한다. 본 발명은 이러한 강재의 자속 세기의 변화를 자속검지코일을 통해 검출하여 분석함으로써 상기 가속 냉각대를 통과하는 강재의 자성 변태량을 온라인으로 측정하는 장치를 제공한다.
The present invention provides an apparatus for measuring on-line the amount of transformation of the steel passing through the acceleration cooling stand. The steel that passes through the accelerated cooling zone in the high temperature state is transformed from the paramagnetic austenite state to the ferromagnetic ferrite state through the cooling process. As such, the magnetic change of the steel is generated through the acceleration cooling zone, and the intensity of the magnetic flux applied to the steel also changes according to the magnetic change of the steel. The present invention provides an apparatus for measuring the magnetic transformation amount of steel passing through the accelerated cooling zone online by detecting and analyzing the change of magnetic flux intensity of the steel through the magnetic flux detection coil.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 강재 변태량 온라인 측정장치가 적용되는 가속냉각대 내부의 개략적인 구조도이다. 도 1을 참조하면, 먼저, 압연된 강재(20)는 롤러(11)의 구동에 의해 가속냉각대(10) 입측으로 인입된다. 이와 같이, 상기 강재(20)가 가속냉각대(10) 입측으로 인입되면 이를 감지하여 상기 가속냉각대(10) 내의 상,하부에 설치된 냉각수 노즐(12)을 통해 설정된 양의 냉각수(14)를 상기 강재(20)의 상하면에 뿌려 상기 강재(20)를 냉각시킨다. 본 발명에 따른 강재의 바람직한 변태 상태를 획득하기 위해서는, 압연 후 가속냉각대로 진입하는 강재의 온도는 바람직하게는 750℃ 내지 850℃이고, 가속냉각대로부터 배출되는 강재의 온도는 바람직하게는 500℃ 내지 600℃이며, 상기 가속냉각대 내를 통과하는 강재의 이동속도는 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 m/s이다.1 is a schematic structural diagram of an interior of an accelerated cooling stand to which the steel deformation amount online measuring apparatus of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, first, the rolled
도면에는 미도시 되었으나, 가속냉각대(10)의 냉각장치에서는 에어컴프레셔를 통해 고압의 압축공기가 공급됨과 동시에 물이 공급된다. 공급된 압축공기와 물은 냉각수 노즐(12)의 한 지점에서 서로 만나면서 고압고속의 유출속도에 맞추어 물이 분사되면서 미세한 물입자가 고압의 압축공기에 의해 비산되는 미스트(mist)가 생성된다. 이와 같이 생성된 미스트는 그 분출속도 때문에 강재(20)의 표면에 고속으로 스프레이 되면서 열처리된 강재(20)를 고속으로 냉각하게 된다.Although not shown in the drawing, in the cooling device of the accelerated cooling table 10, high pressure compressed air is supplied through the air compressor and water is simultaneously supplied. The supplied compressed air and water meet each other at one point of the
이러한 냉각과정을 통해, 단시간에 충분한 냉각이 이루어지기 때문에 열처리된 강재(20)의 조직이 미세화되고 이로써 인장강도가 급격히 향상된다.
Through such a cooling process, since sufficient cooling is achieved in a short time, the structure of the heat-treated
도 2는 본 발명에 따른 가속냉각대의 냉각과정에서 강재의 상변태에 따른 자기적 특성 변화도이다. 상술한 바와 같이, 강재(20)는 오스테나이트 상태에서 압연된 후 가속냉각대(10)로 이송되고 상기 가속냉각대(10)를 통과하면서 냉각되어 페라이트 상태로 배출된다. 도 2를 참조하면, 열간압연된 직후에 강재(20)의 온도는 약 750 내지 800℃((a)위치)이며, 이때는 면심입방체의 오스테나이트 상태(γ상)이고 투자율 μ는 1이다. 상기 강재(20)가 가속냉각대(10)로 진입하여 급냉이 시작되면 강재(20)의 온도는 점차 하강하고 A3 변태선 온도 이하로 내려가면 오스테나이트 상태의 γ상은 점차 줄어들고 페라이트 상태의 α상이 점차 증가하게 된다. 이 경우 큐리(curie)온도 이상이므로 페라이트 상은 상자성 상태(α상)로 투자율 μ는 1이다. 즉, 냉각에 따라 A3 변태선 이하가 되면 오스테나이트 상태에서 페라이트 상태로 조금씩 변하고, 온도가 큐리온도 이상이면 모든 상이 상자성체이지만 큐리온도 이하가 되면 페라이트 상은 강자성체가 되는 것이다. 계속해서 상기 강재(20)의 급냉이 진행되면서 상기 강재(20)의 온도가 큐리(curie) 이하로 떨어지면 오스테나이트 상태에서 페라이트 상태로 변태된 페라이트 상은 강자성의 성질을 지니게 되고 투자율 μ는 1보다 크게 되어 대략 70부근이 된다. 본 발명은 이러한 변태과정에서 강재의 자성의 성질이 크게(즉, 투자율 μ가 1에서 70범위) 변화하는 원리를 이용하여 상기 강재의 변태량을 측정하고자 하는 것이다.2 is a magnetic characteristic change according to the phase transformation of the steel in the cooling process of the accelerated cooling stand according to the present invention. As described above, the
이와 같이 냉각과정이 진행될수록 변태량은 증가하게 되며 이는 곧 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변화한다는 것이다. 아울러, 격자구조는 면심입방체에서 체심입방체 구조로 변화되어 금속상의 변화가 발생한다. 여기서, 변태량은 하기 식1을 이용하여 계산될 수 있다.As the cooling process proceeds, the amount of transformation increases, which is a change from paramagnetic austenite to ferromagnetic ferrite. In addition, the lattice structure is changed from a face-centered cube to a body-centered cubic structure, whereby a change in metal phase occurs. Here, the transformation amount may be calculated using Equation 1 below.
[식1][Equation 1]
변태량(율)(%) = {(α상 체적)/(금속 전체 체적)} ×100
Transformation rate (%) = {(α phase volume) / (total volume of metal)} × 100
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 교류자장을 이용한 강재 변태량 온라인 측정장치의 전체 개략 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 교류자장을 이용한 강재 변태량 온라인 측정장치(100)는, 냉각물질(112)을 포함하는 내부 공간을 갖는 비자성체의 하우징(111), 상기 비자성체의 하우징(111)의 내부 공간에 제공되며, 양단이 강재(20)를 향하면서 상기 강재(20)와 이격되어 설치된 요크(yoke)부재(112), 전원공급장치(117)에 의한 교류전원의 인가에 따라 상기 요크부재(112)에 교류자장을 유기하기 위해 상기 요크부재(112)의 일단 또는 양단에 권선된 여자코일(114), 상기 요크부재(112)의 양단과 상기 강재(20) 사이에 자기회로를 각각 형성시키는 제1,2금속부재(115,116), 상기 여자코일(114)에 의해 유기된 교류자장에 의해 상기 요크부재(112), 제1금속부재(115), 강재(20) 및 제2 금속부재(116)로 형성된 자기회로 상의 자속(flux)(118)의 변화를 검출하는 자속탐지코일(113) 및 상기 자속탐지코일(113)에서 검출된 자속(flux)(118)의 변화를 분석하여 상기 강재(20)의 변태량을 측정하는 분석부(119)를 포함하여 구성된다.3 is an overall schematic configuration diagram of a steel deformation amount online measuring device using an alternating magnetic field according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the steel deformation amount online measuring
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명의 강재 변태량 측정장치(100)는 열간압연 후 고온의 강재(20)에 근접하여 상기 강재(20)의 변태량을 측정하기 때문에 바람직하게는 상기 측정장치(100)의 냉각을 위한 장치가 필요할 수 있다. 이를 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 하우징(111)의 일면에는 외부로부터 냉각물질(213)을 유입하기 위한 유입관(211)과 상기 냉각물질(213)을 외부로 배출하기 위한 배출관(212)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유입관(211)을 통해 외부로부터 유입된 냉각물질(213)은 상기 요크부재(112), 자속탐지코일(113), 여자코일(114)을 냉각시킨 후 상기 배출관(212)을 통해 외부로 배출된다. 여기서, 상기 냉각물질(213)은 냉각수, 냉각기체 또는 냉각유일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the steel deformation
또한, 도면에는 미도시 되었으나, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 냉각물질(213)을 포함하는 비자성체의 하우징(111)을 밀봉하고, 상기 하우징(111) 내부에 소정 직경을 갖는 튜브(미도시)를 삽입하여 설치하고 상기 튜브 내부로 특정 냉각매체(냉각수, 냉각유 등)를 흘려줌으로써 상기 하우징(111) 내부의 냉각물질(213)을 냉각시키고, 결과적으로 상기 냉각된 냉각물질(213)에 의해 본 발명의 측정장치(100)를 냉각시키게 할 수도 있다. 이때, 상기 냉각용 튜브(미도시)는 상기 냉각물질(213)을 냉각시킬 수 있다면 어떠한 형태를 갖든지 또는 어떠한 위치에 설치되든지 상관이 없다. 그러나, 상기 튜브(미도시)는 온도에 민감한 자속탐지코일 (113)이 위치한 요크부재(112)의 주변에 위치되는 것이 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 따른 강재의 온라인 측정장치(100)가 고온 환경에서 작동하는 경우 상기한 실시형태들에 따른 냉각장치가 구비될 수 있다.In addition, although not shown in the drawing, in another embodiment of the present invention, a
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 요크부재(112)의 양단에는 각각 제1,2금속부재(115,116)가 제공된다. 따라서, 상기 제1,2금속부재(115,116)는 상기 요크부재(112)의 양 끝단과 상기 강재(20) 사이에 설치되어 상기 요크부재(112)의 양 끝단과 상기 강재(20) 사이에 자속경로를 효과적으로 형성하도록 한다. 이때, 상기 제1,2금속부재(115,116)는 상기 요크부재(112), 자속탐지코일(113) 및 여자코일(114)의 효과적인 냉각을 위해 주입되는 냉각물질(213)이 상기 하우징(111)의 외부로 누설되는 것을 방지함과 동시에, 자속경로 유지에 효과적인 방법으로 설치된다. 이를 위하여 본 발명의 다른 실시형태에서는 상기 제1,2금속부재(115,116)를 상기 하우징(111)의 외부에 착탈식으로 부착시킬 수 있고, 상기 1,2금속부재(115,116)와 상기 요크부재(112) 사이의 하우징(111)에는 강자성체 철판(미도시)을 용접, 삽입하여 자속의 손실없이 효과적으로 냉각물질(213)이 순환되도록 할 수도 있다. 이로써, 상기 강재(20), 제1금속부재(115), 요크부재(112) 및 제2금속부재(116)를 통해 자기 폐회로가 효과적으로 형성되고 상기 자기 폐회로 상에는 자속(118)이 발생된다. 여기서, 상기 제1,2금속부재(115,116)는 상기 요크부재(112)의 양 끝단과 강재(20) 사이에 자속경로를 효과적으로 형성할 수 있는 수단이면 족하나, 본 발명의 양호한 일 실시형태에서는 다수의 강선 와이어(wire)가 집합된 브러쉬(brush) 또는 단면이 원형인 롤러(roller)(미도시)인 것이 바람직하다. 이러한 제1,2 와이어 브 러쉬(wire brush) 또는 제1,2롤러(roller)는 강자성체 계열의 강선을 사용하고, 상기 요크부재(112)의 하중을 지탱할 수 있는 강성과 탄성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1,2 와이어 브러쉬 또는 롤러는 상기 요크부재(112)의 양 단 또는 상기 양단에 대응되는 하우징(111)의 외부에 각각 부착됨과 동시에 상기 강재(20)에 접촉되며, 상기 이동되는 강재(20)의 판변형에 따른 굴곡부를 흡수할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다. Meanwhile, as shown in FIG. 3, first and
또한, 상기 여자코일(114)은 상기 요크부재(112)의 일단 또는 양단에 권선된다. 상기 여자코일(114)에는 외부의 전원공급장치(power supply)(117)에 의해 교류전원이 인가된다. 이와 같이 여자코일(114)에 교류전원이 인가되면 플레밍의 오른손 법칙에 따라 코일 내부에 자장이 형성되며, 이러한 자장은 상기 여자코일(114)이 권선된 요크부재(112)를 통해 형성된다. 자속(118)의 방향은 여자코일(114)의 권선방향에 따라 결정된다. 이때, 상기 여자코일(114)에 인가되는 전원이 교류전원이므로 상기 요크부재(112)에 유기되는 자장은 교류자장이 된다. 이와 같이, 상기 여자코일(114)에 의해 유기되는 교류자장에 의해 형성되는 자속(118)의 세기는 시간에 따라 변하게 된다. 이러한 자속의 세기를 자속탐지코일(113)에서 검출하게 된다. 즉, 상기 자속탐지코일(113)에는 상기 요크부재(112)를 통해 형성된 자기회로 상의 자속 세기의 변화에 따라 전압이 유기되며 상기 유기전압은 분석부(119)로 입력된다. 상기 유기전압은 하기 식2에 의해 결정된다.In addition, the
[식2][Equation 2]
V = - dφ/dt V =-dφ / dt
여기서, V는 자속탐지코일에 유기되는 전압, φ는 자속세기, t는 시간이다.Where V is the voltage induced in the magnetic flux detecting coil,? Is the magnetic flux intensity, and t is the time.
이와 같이, 요크부재(112)를 통해 형성된 교류자장에 의한 자속(118)이 변화하게 되면 상기 자속탐지코일(113)에는 일정 전압이 유기된다. 여기서 전압측정 대신에 필요에 따라 플럭스메터(flux meter)와 같은 자속측정 장치를 사용할 수도 있다. 이러한 유기전압 또는 플럭스메터의 자속값은 자속의 세기기 커짐에 따라 그 값도 증가한다.As such, when the
나아가, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 요크부재(112)는 자속경로가 잘 형성될 수 있도록 하기 위하여 실질적으로 U자 형태를 갖는 페라이트인 것이 바람직하다. 그러나, 도 3에는 바람직한 일 실시형태로서 U자 형태의 요크부재(112)를 도시하고 있지만 자속경로가 형성될 수 있는 구조 및 상태라면 족하다.
Furthermore, as shown in FIG. 3, the
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 교류자장을 이용한 강재 변태량 온라인 측정장치를 보다 구체적으로 설명한다. 상술한 바와 같이, 압연후 가속냉각대(10) 내로 진입한 고온의 강재(20)는 급냉이 진행되면서 상자성인 오스테나이트 상태(γ상)에서 강자성인 페라이트 상태(α상)로 변화된다. 이때, 본 발명의 양호한 실시예에서는, 고온의 강재를 이송중에 냉각시켜 상기 강재의 변태량을 측정하기 위해서는,상기 가속냉각대(10)로 진입하는 강재의 온도는 750℃ 내지 850℃로 하고, 상기 가속냉각대(10)로부터 배출되는 강재의 온도는 500℃ 내지 600℃가 되도록 하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 상기 가속냉각대 내를 통과하는 강재의 이동속도는 0.5 ~ 2.0 m/s로 하는 것이 바람직하다.
Hereinafter, with reference to Figure 3, it will be described in more detail the steel deformation amount online measuring device using the alternating magnetic field according to the present invention. As described above, the
한편, 전원공급장치(117)에서 요크부재(112)에 권선된 여자코일(114)에 교류전원을 인가하면 상기 요크부재(112)를 통해 교류자장이 유기된다. 이때, 상기 강재(20)가 상자성체에서 강자성체로 점차 변해감에 따라서 상기 여자코일(114)에 의해 유기된 교류자장에 의해 상기 강재(20), 제1금속부재(115), 요크부재(112) 및 제2금속부재(116)를 통해 자기회로가 형성되며 상기 자기회로상에는 자속(118)이 발생하게 된다. 이러한 자속(118)은 상기 강재(20)가 상자성의 오스테나이트 상태에서 강자성의 페라이트 상태로 변태함에 따라 그 세기가 점차 증가하게 된다. 이때, 상기 자기회로 상의 자속(118)의 세기를 자속탐지코일(113)에서 검출한다. 즉, 시간에 따라 자속이 변하면 상기 자속탐지코일(113)에는 일정한 전압이 유기되는데, 상기 자속의 세기에 따라 상기 자속탐지코일(113)에서 유기되는 전압도 달라진다. 따라서, 자속의 세기를 상기 자속탐지코일(113)에서 유기되는 전압의 크기로 판단할 수 있다. 이어, 상기 유기전압은 분석부(119)로 전송된다. 상기 분석부(119)에서는 자속의 세기와 변태량과의 상관관계를 이용하여 강재(20)의 변태량을 계산한다.On the other hand, when the AC power is applied to the
결과적으로, 상기 강재(20)의 변태가 진행됨에 따라 상기 제1금속부재(115), 강재(112), 제2금속부재(116) 및 요크부재(112)를 통해 형성된 자속(118)의 세기는 증가하게 되고, 상기 자속(118)의 세기가 증가함에 따라 상기 자속탐지코일(118)에서 유기되는 전압의 세기도 커진다. 상기 분석부(119)에서는 이러한 검출된 자속 크기에 따른 전압신호와 변태량과의 상관관계를 분석하여 상기 강재(20)의 변태량을 검출하게 된다. 여기서, 상기 분석부(119)는 마이크로프로세서 또는 소프트웨어 로 구현될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 소정의 프로그램을 이용하여 구현할 수 있을 것이다. 나아가, 상기 분석부(119)는 상기 자속탐지코일(113)로부터 전압 신호를 유선을 통해서만이 아니라 무선으로도 수신이 가능할 것이다. 또한 전압 뿐만 아니라 플럭스메터와 같은 자속적분 회로를 구성하여 자속의 변화값을 직접적으로 활용할 수도 있다. 이러한 본 발명에 따른 강재의 변태량 온라인 측정장치는, 가속냉각대(10) 내에 복수 개소에 설치되어 각 위치에서 강재의 변태량을 온라인으로 측정할 수 있을 것이다. As a result, as the transformation of the
이와 같이, 본 발명에 따른 교류자장을 이용한 강재 변태량 측정장치에서는 강재(20)의 변태량에 따른 자속을 검출하여 분석함으로써 상기 강재(20)의 변태량을 측정할 수 있는 것이다.
As described above, in the steel transformation amount measuring apparatus using the alternating magnetic field according to the present invention, the transformation amount of the
이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명에 따른 강재의 변태량 온라인 측정장치에 대한 기술사상을 설명한 것으로서, 이는 발명의 가장 양호한 실시형태를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
The description and the contents of the drawings described above describe the technical idea of the on-line deformation measuring apparatus for steel according to the present invention, which is illustrative of the best embodiments of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person having ordinary skill in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 또는 도면에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.
Therefore, the scope of the present invention should be determined by the appended claims rather than by the foregoing description or drawings.
본 발명에 따르면, 강재 가속냉각대 내를 진행중인 강재의 변태량 측정시, 리프트 오프를 충분하게 확보할 수 있으므로 온라인으로 측정이 가능하다.According to the present invention, when measuring the amount of transformation of the steel in progress in the steel accelerated cooling stand, it is possible to secure a sufficient lift-off can be measured online.
또한, 가속냉각대 내부의 고온, 고습의 열악한 환경에 영향을 크게 받지 않고 변태량을 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that can accurately measure the amount of transformation without being significantly affected by the harsh environment of high temperature, high humidity inside the acceleration cooling stand.
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