KR20060071625A - 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치 - Google Patents

열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 압연용 소재의 일부분에 적정 크기의 온도측정용 확산판을 부착하고, 해당 확산판에는 정확한 온도측정을 위한 접촉용 열전쌍을 연결함으로써, 압연용 소재의 정확한 표면온도를 측정함과 동시에, 표면온도가 내부온도에 비해서 급격히 냉각하는 것을 방지하여 상대적으로 내부온도와의 편차를 줄이기 위한, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 가열로로 장입하는 압연용 소재의 표면온도를 측정하고, 상기 표면온도를 해당 압연용 소재의 장입온도를 평가할 수 있도록 제공하기 위한, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치에 있어서, 압연용 소재의 표면에 부착되어, 그 표면온도를 보열하면서 열전쌍에 그 열을 확산하기 위한 확산판; 상기 확산판에 밀착되도록 배치되며, 압연용 소재의 표면온도를 감지하기 위한 상기 열전쌍; 및 상기 열전쌍으로부터 데이터를 수신하여, 압연용 소재의 표면온도를 측정하기 위한 온도측정부를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 열간 압연 시스템 등에 이용됨.
강판, 장입온도, 표면온도, 열전쌍, 측정판

Description

열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치{Apparatus for Measuring Slab Surface Temperature by using Thermocouple}
도 1은 종래의 압연용 소재 장입온도의 측정 장치의 구성도,
도 2는 공냉에 의한 일반적인 압연용 소재의 온도 분포도,
도 3a는 종래의 가열로 장입 직전의 압연용 소재의 온도변화를 예측하는 방식을 설명하기 위한 예시도,
도 3b는 도 3a의 방식에서 복잡한 야적 경로를 가지는 경우를 설명하기 위한 예시도,
도 3c는 도 3a의 방식에서 압연용 소재의 크기가 서로 상이한 경우를 설명하기 위한 예시도,
도 3d는 도 3a의 방식에서 야적된 압연용 소재의 매수가 서로 상이한 경우를 설명하기 위한 예시도,
도 4a는 본 발명에 따른 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치가 압연용 소재에 부착된 모습을 설명하기 위한 일예시도,
도 4b는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치의 일실시예 구조도,
도 4c는 상기 도 4b의 확산판의 일실시예 일부 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
410 : 열전쌍 420 : 확산판
421 : 구리판 422 : 보열기
423 : 열전쌍 이탈방지기 430 : 온도측정부
440 : 확산판 지지대
본 발명은 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치에 관한 것으로, 특히 연주공정에서 만들어진 슬래브(slab), 블룸(bloom), 빌레트(billet) 등이 야적장에 일정시간 야적된 뒤 압연(hot rolling)을 위하여 가열로(reheating furnace)에 들어가기 직전의 압연용 소재의 표면온도를 측정하고, 이를 이용하여 압연용 소재의 장입온도를 측정하기 위한, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 압연용 소재란, 정련된 강철 덩어리[鋼塊]를 분괴압연기(分塊壓延機)로써 다양한 형태와 치수로 압연한 중간제품을 말하며, 슬래브(slab;두께 50㎜, 나비 300㎜ 이상), 블룸(bloom;한 변 길이 130㎜ 이상), 빌릿(billet) 등의 종 류가 있다.
도 1은 종래의 압연용 소재 장입온도의 측정 장치의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 최종제품(코일(coil), 강판(plate), 와이어(wire) 등)을 만드는 열간압연과정에 사용되는 소재인 강편(110)는, 연주기(110)에서 생산되어 일정 시간을 야적장(120)에서 야적한 상태에서, 열간압연 스케줄(schedule)이 결정되면 가열로(170)에 장입되어 압연공정에 적당한 약 1300℃의 고온까지 가열된다.
이때, 가열로에서 필요 이상으로 가열하지 않고 목표로 한 온도까지 가열하기 위해서는, 압연용 소재(140)가 가열로(170) 입측의 장입테이블(130)을 통해 가열로(170)로 들어갈 때, 압연용 소재(140) 자체의 온도, 즉 기본적으로 함유한 열에너지를 평가할 수 있는 온도를 측정하여 가열로 가열조건에 반영시켜야 한다.
이를 위해서 일반적으로 입측 장입테이블(130)에는 압연용 소재(140) 표면의 온도를 측정하기 위한 광학식 파이로미터(pyrometer)(150)가 설치되어 있다.
그러나, 이러한 파이로미터(150)의 사용은 간편하기는 하나, 그 측정원리상 표면온도 밖에 읽을 수가 없어서 압연용 소재 장입온도의 측정시 필연적으로 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.
도 2는 공냉에 의한 일반적인 압연용 소재의 온도 분포도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 압연용 소재(140)가 장입테이블상에서 이송될 때, 주변의 공기에 의해서 냉각이 되므로 압연용 소재(140)는 그 내부온도가 표면온도보다는 높은 온도분포를 가지게 된다.
즉, 상기 파이로미터(150)는 표면온도를 측정할 때 저온의 표면온도만을 측정하게 되어, 고온의 내부온도를 고려한 압연용 소재 전체 장입온도의 산출에는 오차가 발생하게 되는 문제점이 있으며, 측정된 표면온도 역시 압연용 소재 표면에 생성된 스케일(scale)로 인하여 정확한 표면온도의 측정이 곤란하게 되는 문제점이 있다.
이러한 측정법에 대한 대안으로, 가열로에 장입되기 이전 압연용 소재의 야적 위치에 따른 온도변화를 예측하는 방식을 채용하는 경우가 있다.
도 3a는 종래의 가열로 장입 직전의 압연용 소재의 온도변화를 예측하는 방식을 설명하기 위한 예시도이며, 도 3b는 도 3a의 방식에서 복잡한 야적경로를 가지는 경우를 설명하기 위한 예시도이며, 도 3c는 도 3a의 방식에서 압연용 소재의 크기가 서로 상이한 경우를 설명하기 위한 예시도이며, 도 3d는 도 3a의 방식에서 야적된 압연용 소재의 매수가 서로 상이한 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
야적장의 야적조건에 따른 해당 압연용 소재의 전체적인 온도변화 과정은, 일정한 정해진 패턴보다는 압연을 위한 압연 스케줄에 따라서 상이하며, 이러한 야적위치와 각 위치별로 적치되는 압연용 소재의 적치순서는 일정한 정해진 패턴이 없다. 또한 서로 인접하는 압연용 소재의 상태도 경우에 따라서는 고온+고온 혹은 고온+상온의 압연용 소재가 적치되는 경우가 발생한다. 따라서 압연용 소재의 야적 위치에 따라서 압연용 소재는 인접한 압연용 소재에 의한 영향으로 냉각 혹은 가열의 효과를 되풀이하여 받게 된다.
따라서, 도 3a와 같은 종래의 방식에서는, 야적되는 위치와 야적된 상태에서 의 적치된 위치 및 해당 압연용 소재와 연계된 다른 압연용 소재(대체적으로 상면과 하면의 압연용 소재임)의 온도변화를 예측하는 기능을 갖고 압연용 소재의 위치이동과 시간변화에 따른 온도이력을 추정하게 된다.
즉, 고온 압연용 소재와 저온 압연용 소재를 같이 야적하는 경우, 고온 압연용 소재는 급속한 온도강하, 저온 압연용 소재는 급속한 온도 상승이 나타나서 야적된 압연용 소재의 야적전의 상황이 야적된 이후의 시간변화에 따른 각각의 압연용 소재들에 대한 온도변화에 대한 기준이 된다. 이러한 야적 상황에 따른 해당 압연용 소재들의 온도변화를 실험으로부터 구하여, 조건별 전열계수를 산출하여 이를 모델(model)화 하여 적용한 것이다.
또한, 통상 공냉시 압연용 소재의 온도는 표면부위가 점차 냉각됨에 따라서 내부의 온도가 낮아지며, 압연용 소재를 야적하는 방식과 매수에 따라서 이러한 내부의 온도분포는 차이가 난다. 예를 들어 동일한 크기의 압연용 소재를 1매, 8매, 16매 야적한 경우에 나타나는 냉각속도를 1매의 경우를 기준으로 나타낸 상대적인 냉각속도의 변화(1매에 비하여 8매 야적시 약 1/5, 16매 야적시 약 1/7의 냉각속도를 나타냄)를 정리하여 야적조건에 따른 냉각속도를 간략화하여 모델에 적용할 수도 있다.
이와 같은 방법에 따르면 야적조건 변화에 따른 가열로 장입 직전의 압연용 소재의 장입온도를 평가한 실시예에 의해 추정할 수 있으나, 도 3b와 같이 복잡한 단계의 야적경로를 거치거나, 도 3c와 같이 압연용 소재의 크기가 서로 상이하거나, 도 3d와 같이 야적된 압연용 소재의 매수가 서로 상이한 경우에는 이와 같은 방식에 의한 압연용 소재의 장입온도에 대한 측정에 한계가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 압연용 소재의 일부분에 적정 크기의 온도측정용 확산판을 부착하고, 해당 확산판에는 정확한 온도측정을 위한 접촉용 열전쌍을 연결함으로써, 압연용 소재의 정확한 표면온도를 측정함과 동시에, 표면온도가 내부온도에 비해서 급격히 냉각하는 것을 방지하여 상대적으로 내부온도와의 편차를 줄이기 위한, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가열로로 장입하는 압연용 소재의 표면온도를 측정하고, 상기 표면온도를 해당 압연용 소재의 장입온도를 평가할 수 있도록 제공하기 위한, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치에 있어서, 압연용 소재의 표면에 부착되어, 그 표면온도를 보열하면서 열전쌍에 그 열을 확산하기 위한 확산판; 상기 확산판에 밀착되도록 배치되며, 압연용 소재의 표면온도를 감지하기 위한 상기 열전쌍; 및 상기 열전쌍으로부터 데이터를 수신하여, 압연용 소재의 표면온도를 측정하기 위한 온도측정부를 포함하는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 4a는 본 발명에 따른 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치가 압연용 소재에 부착된 모습을 설명하기 위한 일예시도이며, 도 4b는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치의 일실시예 구조도이며, 도 4c는 상기 도 4b의 확산판의 일실시예 일부 단면도이다. 열전쌍이란, 열기전력을 이용하여 온도측정에 사용하기 위해 2종의 금속선을 한쪽 끝에 접합한 것을 말한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장입온도 측정 장치는, 압연용 소재(140)의 표면에 부착되어 그 표면온도를 최대한 보열하면서 온도측정용 열전쌍(T/C)(410)에 열을 확산시키는 기능을 담당하는 확산판(420)과 상기 온도측정용 열전쌍(410) 및 상기 열전쌍(410)으로부터 데이터를 수신하여 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(430)를 포함하여 구성된다. 또한, 압연용 소재(140)이 이송되면 온도를 측정할 수 있도록 확산판(420)을 분리하고, 다음 압연용 소재로 이송하기 위한 확산판 이송부(도시되지 않음)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 확산판(420)은 온도측정을 위한 상기 열전쌍(410)에 전열하기 위한 구리판(421), 상기 구리판(421)을 통한 냉각효과를 배제하기 위한 카오울(caowool) 재질의 보열기(422) 및 열전쌍 이탈방지기(423)를 포함하여 구성된다.
상기 확산판(420)은 구리판(421)을 포함하는데, 이는 압연용 소재 표면의 온도를 상기 열전쌍(410)을 이용하여 직접 측정하는 경우에, 공냉에 의한 냉각효과와 열전쌍(410)으로 전달되는 전열량이 충분하지 않아서 정확한 온도측정이 어려우므로 열전쌍(410) 주위를 충분한 전열량을 받을 수 있고, 그와 동시에 공냉에 의한 냉각효과를 배제할 수 있기 때문이며, 또한 통상 장입되는 고온 압연용 소재의 온도가 약 800~400℃에 달하므로 이와 유사한 기능을 발휘할 수 있는 열전도도가 높은 소재인 알루미늄을 채용하는 경우에는 녹는점(melting point) 이상이 되어서 확산판으로서의 사용상 문제가 있기 때문이다.
상기 열전쌍(410)과 상기 구리판(421)의 연결은 상기 열전쌍(410)이 완전히 구리판(421)에 밀착될 수 있도록 주조에 의해 제작되며, 압연용 소재 표면부위의 온도를 신속하게 측정할 수 있도록 압연용 소재 접촉부위에서 약 0.5~1.0mm 정도의 간격을 유지하게 된다.
장시간 사용에 따른 상기 구리판(421)과 상기 열전쌍(410)과의 이탈 방지를 위하여 상기 열전쌍 이탈방지기(423)를 설치하여, 열전쌍 탈락에 의한 사용상의 문제점이 없도록 할 수 있다.
또한, 빠르고 정확하게 측정하기 위하여 확산판의 크기(길이와 폭)가 적절하게 선정이 되어야 하는데, 이는 각 야적조건과 압연용 소재의 크기에 따른 간단한 온도 수치 해석을 통하면 최적의 확산판 크기를 쉽게 결정할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치 환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 적절한 확산판의 크기를 선택함으로써 정확한 표면온도의 측정이 가능해지고, 그 결과를 야적조건에 따른 압연용 소재의 온도이력을 평가하는 방식의 회귀식에 적용하여, 장입되는 압연용 소재의 전체적인 열함유량, 즉 장입온도에 대한 평가가 정확하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래의 온도 측정장치에 간단한 확산판과 그 이송장치만을 추가하면 되므로 아주 간단하고 경제적이면서도 강판의 평균온도 평가 및 측정정도를 획기적으로 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 가열로로 장입하는 압연용 소재의 표면온도를 측정하고, 상기 표면온도를 해당 압연용 소재의 장입온도를 평가할 수 있도록 제공하기 위한, 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치에 있어서,
    압연용 소재의 표면에 부착되어, 그 표면온도를 보열하면서 열전쌍에 그 열을 확산하기 위한 확산판;
    상기 확산판에 밀착되도록 배치되며, 압연용 소재의 표면온도를 감지하기 위한 상기 열전쌍; 및
    상기 열전쌍으로부터 데이터를 수신하여, 압연용 소재의 표면온도를 측정하기 위한 온도측정부
    를 포함하는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    압연용 소재가 이송되면, 상기 확산판을 분리하고, 상기 확산판을 다음에 배치된 압연용 소재로 이송하기 위한 이송부
    를 더 포함하는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 확산판은,
    상기 열전쌍에 전열하기 위한 구리재질의 구리판; 및
    상기 구리판을 통한 냉각효과를 방지하기 위한 보열기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전쌍은,
    압연용 소재의 접촉부위에서 소정의 간격을 유지하도록 배치되는 것
    을 특징으로 하는 열전쌍을 이용한 압연용 소재 표면온도 측정 장치.
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