KR20080038455A - 용융된 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 방법 및, 온도측정용 파이프 - Google Patents

용융된 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 방법 및, 온도측정용 파이프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 방법을 개시한다. 이것은 복합의 파이프인 온도 측정용 파이프를 제공하는 단계를 구비한다. 내측 및, 외측 파이프들은 일 단부에서 개방되고 다른 단부에서 폐쇄된다. 온도 측정 파이프의 폐쇄 단부는 용융 강철내로 삽입되는데, 상기 측정용 온도 파이프의 내측 길이에 대한 삽입된 길이의 비율은 15 와 같거나 그 이상이며, 측정 온도 파이프의 외측 직경에 대한 비율은 3 보다 크다. 파이프의 다른 단부는 온도 측정 장치에 결합되어 그 장치에 의해서 용융 강철내로 삽입된 온도 측정 파이프의 내측 파이프의 단부로부터의 고온 복사를 분석하게 된다. 더욱이, 본 발명은 상기 방법을 사용하는 온도 측정 파이프를 개시한다.

Description

용융된 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 방법 및, 온도 측정용 파이프 {The method for continuously measuring melting steel temperature and measuring temperature pipe}
본 발명은 용융된 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 방법 및, 그러한 방법을 수행하는 사용되는 튜브에 관한 것이다.
야금학에 있어서, 용융된 강철의 온도는 연속적으로 측정될 필요가 있다. 강철 제조 공정은 필수적으로 용융 강철의 온도와 성분들을 조절하는 공정이며, 따라서 용융 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 것은 생산 효율을 향상시키고, 에너지 소모를 감소시키며, 품질을 향상시키는데 있어서 중요하다. 종래의 측정 기술은 목적물과 접촉하는 방식으로 이루어진다. 보호기를 가진 플래티늄-로듐 써모 커플이 융용 강철내로 놓여져서 온도를 측정한다. 그러나, 보호기의 수명은 강철 잔류물의 부식 때문에 제한되고 써모 커플이 비싸서, 측정 비용이 비싸며, 이는 강철 제조 공장에 의해서 받아들이기에 곤란한 것이다.
미국 특허 제 3,432,522 호는 용융 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 장치를 개시하는데, 이것은 흑체 공동 이론을 이용한 것이다. 이러한 특허에 따르면, 튜브는 용융 강철 안으로 놓여지며 용융 강철의 온도는 튜브에 의해서 방사되고 적외선 검출기에 의해서 수신된 복사로부터 얻어진다. 그러나, 이러한 특허에는 많은 불리한 점들이 존재한다. 첫째, 흑체 공동은 완전한 흑체의 방사와 유사한 안정된 공간상의 방사를 발생시키는 특수한 물리 이론 및, 물리적인 모델이다. 공동의 방사 특징은 공동의 구조, 물질 및, 다른 인자들에 달려 있으며, 따라서 모든 공동이 흑체 공동으로서 호칭될 수 있는 것은 아니다. 상기 특허는 튜브의 구조를 상세하게 설명하지 못하며 그리고 튜브가 용융된 강철내로 어떻게 깊이 놓여지는 가를 설명하지 않는다. 더욱이, 튜브의 세라믹 부분이 용융된 강철의 표면 아래에 담궈져야 하는지의 여부에 대해서는 언급하지 않는다. 다라서, 이러한 특허에서의 튜브는 흑체 공동으로서 호칭되어서는 아니된다. 결국, 측정의 결과에서 에러가 발생하게 될 것이다. 둘째, 튜브의 단부에 사용된 흑연은 고온 환경하에서 강한 휘발성이 있으며, 휘발성 개스는 광학 경로를 오염시킬 수 있고 측정의 정확성에 상당히 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 목적은 저비용 및, 높은 정확성을 가지고 연속적으로 용융 강철의 온도를 측정하는 방법 및, 튜브를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 용융 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 방법은: 내측 및, 외측 부싱이 일 단부에서 폐쇄되고 다른 단부에서는 개방된 두개의 부싱으로 제작된 튜브를 제공하는 단계; 내측 부싱의 내측 직경에 대한 용융 강철의 표면 아래의 길이의 비율이 15 와 같거나 또는 그 이상이고 외측 부싱의 외측 직경에 대한 상기 길이의 비율이 3 보다 크도록 튜브의 폐쇄 단부를 용융 강철 안으로 두는 단계; 튜브의 개방 단부를 적외선 검출기와 연결하는 단계; 및, 용융 강철 안으로 두어진 단부에서 내측 부싱에 의해 방사된 복사를 검출기로 측정하는 것을 통하여 용융 강철의 온도를 계산하는 단계;를 구비한다.
상기 방법을 수행하기 위해서, 본 발명은 일 단부가 온도를 검지하도록 용융 강철 안으로 두어지고 다른 단부가 적외선 검출기와 연결되도록 구성된 튜브를 제공한다. 튜브는 이중의 부싱으로 제작되는데, 내측 및, 외측 부싱의 양쪽 모두는 일 단부에서 폐쇄되고 다른 단부에서 개방된다. 내측 부싱의 내측 직경에 대한 용융 강철 표면 아래의 길이의 비율이 15 와 같거나 크고 외측 부싱의 직경에 대한 상기 길이의 비율이 3 보다 크도록 튜브의 폐쇄 단부가 용융 강철 안으로 놓여진다.
열 전달 분석 및, 흑체 공동 이론에 기초하여, 본 발명에 따르면, 용융된 강철 표면 아래의 튜브의 길이와 튜브의 구조는 흑체 공동의 안정된 방사가 달성될 수 있도록 지정된다. 따라서, 용융 강철의 온도는 저비용 및, 높은 정확도로써 연속적으로 측정될 수 있다.
본 발명은 용융 금속의 온도를 측정하는데 있어서 흑체 공동의 원리를 이용하여 융융 금속의 온도를 효과적으로 저렴하고 정확하게 연속적으로 측정할 수 있다는 장점을 가진다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법에 따른 용융 강철의 온도를 연속적으로 측정하는 장치는 튜브(6), 적외선 검출기(4), 광섬유(3), 신호 프로세서(1) 및, 콤퓨터(2)를 구비한다. 작동에 있어서, 튜브(6)는 홀더(5)에 고정되고 용융 강철(7) 안으로 놓여지게 된다. 적외선 검출기(4)와 연결되기 위하여, 튜브(6)의 개방 단부에는 원추 형상의 커넥터(connector)가 제공되는데, 여기에서 해당 원추 형상의 오목부는 튜브를 교체하는 것을 용이하게 하도록 형성된다.
상기 튜브가 용융금속 내로 넣어져야 함을 고려할 때, 튜브는 뛰어난 열저항성, 세척저항성(scour-resistance), 진동저항성, 안정성, 및 정확성을 가져야 한다. 그러므로, 상기 튜브(6)는 도 2 에 도시된 바와 같이 이중 부싱(double bushing)으로 만들어진다. 내측 부싱(8) 및 외측 부싱(9) 양자는 일단부가 닫혀 있으며 타단부는 개방되어 있다. 상기 튜브의 닫힌 단부는 상기 용융금속(7) 내로 넣어지고, 상기 개방된 단부는 커넥터(10)에 의하여 적외선 검출기(4)에 연결된다. 상기 내측 부싱(8)은 Al2O3 와 같이 열저항성과 안정성이 좋은 재료로, 예를 들어 20mm 의 내경을 갖도록 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 내측 부싱(8)은 고온환경에서의 양호한 폐색성(obturation)과 증발저항성을 갖는 특징을 갖는데, 이는 상기 튜브 내의 광경로가 깨끗하고 측정 결과가 정확하게 되는 것을 보장한다. 상기 외측 부싱(9)은 Al2O3 및 C, 또는 Al2O3, C, 및 Zr 과 같이 열저항성, 침식저항성, 산화저항성, 및 용융금속 세척저항성이 양호한 재료로, 예를 들어 80 mm 의 외경을 갖도록 만들어지는 것이 바람직하다. 또한 측정민감성을 향상시키기 위하여, 상기 외측 부싱(9)은 온도를 측정하는 단부에서보다 잔여 표면(residue surface)에서 더 두꺼운 것이 바람직하다. 나아가, 상기 외측 부싱(9)에는 산화저항코팅이 가해질 수 있고, 응력집중을 향상시키기 위하여 그 주위에 보호 부싱이 고정될 수 있다.
용융금속의 온도를 측정하는 공정은 이하에서 간단히 설명된다. 먼저, 상기 내측 부싱의 내경에 대한 용융금속의 표면 밑의 튜브길이의 비율이 15 이상이 되고, 상기 외측 부싱의 외경에 대한 상기 길이의 비율이 3 보다 크도록, 상기 튜브(6)의 닫힌 단부를 용융금속(7) 내로 넣는다. 이에 따라서 상기 튜브(6) 내에 흑체 공동이 생성되고, 이는 적외복사선(infrared radiation)을 방출한다. 상기 복사선은 적외선 검출기(4)에 의하여 수신된다. 상기 수신된 신호는 광섬유(3)를 통하여 신호처리기(1) 및 컴퓨터(2)로 전송된다. 상기 컴퓨터(2)는 온라인 흑체 공동 이론(on-line blackbody cavity theory)에 근거하여 상기 공동의 유효방출을 계산하고, 이로써 상기 용융금속의 온도를 결정한다.
상기 적외선 검출기(4)의 구조, 및 수신된 적외복사선으로부터 용융금속의 온도를 측정하는 방법은 종래기술에 속하는 것이고, 따라서 여기서 상세히 설명하지는 않는다.
실험결과는 측정 오차가 ±3℃ 미만임을 나타내었다.
전술된 실시예는 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로서 이해되어서는 안된다는 점을 강조한다. 본 발명의 요지는, 상기 튜브가 이중 부싱으로 만들어지고, 내측 부싱과 외측 부싱에 대한 용융금속의 표면 밑의 튜브길이의 비율이 전술된 바와 같은 조건을 충족시켜야 함에 있다. 본 발명의 진의 내에서의 임의의 변형예는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는다.
도 1 은 본 발명의 방법에 따른 용융 강철의 온도를 측정하는 장치에 대한 개략적인 다이아그램이다.
도 2 는 본 발명의 튜브의 개략적인 다이아그램이다.

Claims (13)

  1. 흑체 공동 방사체로서의 내측 부싱과 외측 부싱으로 만들어지는 온도 측정용 튜브를 제공하는 단계로서, 내측 부싱과 외측 부싱은 단힌 일단부와 개방된 타 단부를 구비하는, 단계;
    안정된 흑체 방사를 이루기 위하여, 상기 내측 부싱의 내경에 대한 용융금속의 표면 밑의 온도 측정용 튜브 길이의 비율이 15 이상이 되고, 상기 외측 부싱의 외경에 대한 상기 길이의 비율이 3 보다 크게 되도록, 상기 온도 측정용 튜브의 닫힌 단부를 용융금속 내에 넣는 단계;
    상기 온도 측정용 튜브의 개방된 단부를 신호 프로세서에 연결된 적외선 검출기 시스템과 연결하는 단계; 및
    상기 용융 금속 내로 넣어진 단부에서 내측 부싱에 의해 방출되는 흑체 방사를 상기 신호 프로세서에 의해 평가함으로써 용융금속의 온도를 계산하는 단계;를 구비한, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정용 튜브는 원추형 커넥터를 통하여 상기 검출기 시스템에 분리 가능하게 연결되는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 부싱은 열저항성과 안정성이 양호한 재료로 만들어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내측 부싱은 Al2O3 로 만들어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부싱은 열저항성, 침식저항성, 산화저항성, 및 용융금속 세척저항성이 양호한 재료로 만들어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부싱은 잔여 표면에서보다 상기 온도를 측정하는 단부에서 더 얇은, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부싱에는 산화저항성 코팅이 가해지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하는 방법.
  8. 일 단부는 온도를 감지하기 위하여 용융금속 내로 넣어지고 타 단부는 신호 프로세서에 연결된 적외선 검출기 시스템과 연결되도록 구성된, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브로서, 상기 온도 측정용 튜브는 흑체 공동 방사체로서의 내측 부싱과 외측 부싱으로 만들어지고, 내측 부싱과 외측 부싱은 닫힌 일단부와 개방된 타단부를 구비하고, 안정된 흑체 방사를 이루기 위하여, 상기 온도 측정용 튜브의 닫힌 단부는, 상기 내측 부싱의 내경에 대한 용융금속의 표면 밑의 상기 튜브 길이의 비율이 15 이상이 되고 상기 외측 부싱의 외경에 대한 상기 길이의 비율이 3 보다 크게 되도록 용융금속 내에 넣어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내측 부싱은 열저항성과 안정성이 양호한 재료로 만들어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 내측 부싱은 Al2O3 로 만들어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 외측 부싱은 열저항성, 침식저항성, 산화저항성, 및 용융금속 세척저항성이 양호한 재료로 만들어지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 외측 부싱은 잔여 표면에서보다 상기 온도를 측정하는 단부에서 더 얇은, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 부싱에는 산화저항성 코팅이 가해지는, 용융금속의 온도를 연속적으로 측정하기 위한 온도 측정용 튜브.
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