KR20110002510A - 용강의 연속 측온장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정에서의 용강온도를 연속적으로 측정하고자 하는 부위, 특히 연속주조용 턴디쉬에 장착되어 주조작업중 턴디쉬 내부 및 용강의 온도를 측정하거나 레들내 용강의 정련을 위한 RHOB 설비의 레들에서의 용강온도를 측정하는 용강의 연속 측온용 서모커플의 보호관의 개선에 대한 것으로서, 종전 연속 측온용 서모커플의 보호관에 비하여 용강의 온도를 민감하게 서모커플에 전달할 수 있도록 내화물 보호관으로 사용되는 통상의 카본 내화물 외에 열전도도가 큰 재료인 흑연, 실리콘 카바이드, BN의 단독 또는 이들의 복합재료로 이루어지는 열 전달체를 용강의 온도 측정부에 위치하는 보호관의 내측에 형성하도록 한 것이다.

연속 측온용 서모커플 보호관, 제강공정

Description

용강의 연속 측온장치{Continuealy molten metal temperature measuring apparatus}

본 발명은 제강공정에서 용강온도를 측정하고 관리함으로써 작업시간의 단축, 강 품질의 향상 등을 도모할 수 있도록 용강의 연속 측온용 서모커플에서 측온시간을 단축하도록 개선한 용강의 연속 측온장치에 관한 것이다.

일반적으로 일반 제철소의 연속주조공정은 고온의 용강이 레들과 턴디쉬를 통해 주형(mold)에 주입되고 연속주조기를 통과하면서 냉각, 응고되는 과정으로 이루어진다. 이런 과정에서 용강온도가 너무 높으면 연속주조기에서 브레이크 아웃이 발생하여 조업이 중단되고 설비가 열화되거나 강의 품질이 저하되며, 용강의 온도가 너무 낮으면 연속주조 작업을 계속 할 수 없는 조건이 이루어지므로 연속주조공정에서 용강의 온도를 연속적으로 정확하고 빠르게 측정하는 것은 매우 중요하다.

또한 턴디쉬 내의 연속온도 측정은 용강의 온도변화를 데이터화 함으로써 용강온도 변화에 대한 신속한 대응이 가능함에 따라 강 품질 향상 및 조업사고를 미리 예방할 수 있을 뿐만 아니라 기타 조업 데이터로의 활용이 가능하다. 따라서 연속주조공정에 있어서 용강의 온도를 정확하고 빠르게 연속적으로 측정하는 것이 무 엇보다도 중요하므로 이를 위해 일반적으로 턴디쉬 상부에서 온도측정용 열전대를 용강내로 침적시켜 용강의 온도를 측정하는 방법이 사용되고 있다.

종래의 용강내의 온도를 연속적으로 측정하는 연속 측온장치는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 온도를 측정하는 서모커플(Thermo couple : TC)(10)과 이 서모커플(10)을 보호하는 내화물로 이루어진 보호관(11)으로 되어있으며 측온의 순서는 용강의 온도가 내화물로 된 보호관(11)의 외부에서 내부로 열 전달되고 서모커플(10)과 이 보호관(11) 사이의 갭인 공기층(12)을 통과한 후 서모커플(10)로 열전달되는 구조로 되어 있다.

한편, 종래의 내화물로 이루어진 보호관(11)은 아래 [표 1]과 같은 재료로 구성된다.

단위/물질종류	공기	N2	Ar	Al2O3	Al2O3-C내화물 (C:17~27WT%)
w/mk (20℃)	0.024	0.024	0.016	30	10~20

종래의 용강의 연속 측온장치는 일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 서모커플(10)과 표 1에 나타낸 Al2O3-C계 내화물(C:17~24WT%)로 이루어진 보호관(11)으로 구성되어, 상기 서모커플(10)의 선단부에서 보호관(11) 및 서모커플(10)과 보호관(11)과의 내벽 사이의 공기층(12)을 통과하여 전달되는 용강의 열을 측온한다.

그러나, 종래의 보호관(1)은 표 1에 의하여 확인되는 바와 같이, 공기 및 기체의 열 전달이 고체 또는 내화재료에 비해 현저히 낮고 또한 각 재료적인 열 전달계수를 갖고 있으나 이러한 물질의 조합 구성으로 내화물 제조공정을 거침으로 인한 수~수십%의 기공을 갖는 다공성 구조체로 제조됨에 따라 각 재료가 갖는 고유의 열 전달계수보다 낮은 특성을 갖게 된다.

종래의 기술에 의한 측온장치를 이용할 경우 침적 후 약 3~6분이 경과한 후에나 용강온도를 감지할 수 있다. 이러한 용강온도 감지까지의 시간은 제강공정, 특히 RHOB(Reinstahl Huten Oxygen Blowing) 공정에서 용강의 처리시간을 단축할 수 없는 요인이 된다.

온도 감지시간을 단축하는 종래의 다른 방법으로는 용강이 침적하여 측온하기전에 보호관과 서모커플을 예열한 후 용강에 침적하는 방법을 사용하는 경우가 있으나, 예열을 위한 별도의 설비 및 가스 또는 전력 비용이 발생한다는 문제점이 있으므로 실용적이지 못하다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 열전도도가 빠른 재료로 이루어진 열 전달체를 보호관에 배치함으로써 용강온도의 측정시간을 단축하고 각종 부재료의 절감 및 강 품질을 향상시키기도록 한 용강의 연속 측온장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명은 연속주조용 턴디쉬 또는 제강공정의 RHOB 설비의 고온의 용강온도를 연속적으로 측정하는 서모커플과, 카본함유 내화물로서 상기 서모커플의 선단부에 위치하는 온도감지부를 감싸도록 설치되는 보호관으로 구성된 용강의 연속 측온장치에 있어서, 상기 보호관과 서모커플의 사이에는 고 열전도도의 재료로 형성되는 열 전달체가 배치된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 열 전달체는 내화물 보호관으로 사용되는 통상의 카본 함유 내화물 이외에 흑연, 실리콘 카바이드(SiC), BN(Bron Nitride)의 단독 또는 이들의 복합재료로 이루어지도록 하는 것이다.

바람직하게, 상기 보호관은 상기 서모커플의 온도 감지부의 두께방향으로 카본의 함량에 차이가 있는 두개 이상의 재료로 된 열 전달체를 배치하도록 하는 것이다.

바람직하게, 상기 열 전달체는 카본함량이 상기 보호관 본체 카본함량보다 높도록 구성하는 것이다.

바람직하게, 상기 보호관과 서모커플 사이에는 공극이 더 형성되고, 상기 공극 중 상기 서모커플의 선단부에 위치하는 온도감지부에 해당하는 구간에는 고 열전도도의 재료로 이루어진 고체분말이 충전되도록 구성하는 것이다.

바람직하게, 상기 고열전도도 재료는 흑연, 실리콘 카바이드(SiC), BN의 단독 또는 이들의 복합재료로 이루어지도록 구성하는 것이다.

본 발명은 열전도도가 큰 재료로 이루어진 열 전달체를 용강의 연속 측온용 서모커플의 보호관에 배치하도록 구성되었기 때문에 제강공정에서 용강온도를 연속적으로 측정하고자 하는 위치인 연속주조용 턴디쉬나, 또는 용강의 정련을 위한 RHOB 설비의 레들에서의 용강온도를 연속 측정할 때에 측정되는 용강의 온도를 민감하게 측정하여 서모커플에 전달할 수 있기 때문에 용강온도의 측정시간을 크게 단축할 수 있는 효과가 있다.

특히 RHOB와 같이 정련처리 시간에 제한이 되는 경우 측정시간을 단축함으로써 작업부하 및 조업시간의 단축, 각종 부재료의 절감, 강 품질 향상등을 도모할 수 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 용강의 연속 측온장치의 보호막의 중요부를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 용강의 연속 측온장치를 사용하는 연속주조 작업의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 용강의 연속 측온장치를 사용하는 용강 정련처리 RHOB 설비의 개략도이다.

본 발명의 용강의 연속 측온장치는 통상의 서모커플(Thermo couple: TC)(10)과 서모커플(10)의 선단부(10-1)에 위치하는 온도측정부를 감싸는 보호관(11)을 기본적으로 구비하고 있다.

상기 보호관(11)과 서모커플(10)의 사이에는 고 열전도도의 재료로 형성되는 열 전달체(11-1)가 배치된다. 상기 열전달체(11-1)는 내화물 보호관으로 사용되는 통상의 카본함유 내화물 이외에 열전도도가 큰 재료인 흑연, 실리콘 카바이 드(SiC), BN의 단독 또는 이들의 복합재료를 사용하여 형성된다. 흑연의 열전도율은 약 110-160(W/mK), 실리콘 카바이드는 약 60~90(W/mK), BN은 약 30~60(W/mK) 정도의 열전도율을 갖는다. 상기 재료들이 적당한 이유는 일반적으로 상기의 재료외에 금속(Steel, 스테인레스등) 또는 비철금속(동, 알루미늄)의 경우 열전도율이 매우 높으나 본 발명의 사용장소가 1500℃이상의 고온의 용탕 내에서 사용되며 상기 금속, 비철금속 등은 그 온도에서 용해됨에 따라 고온 하에서 사용될 수 없기 때문이다.

이 경우, 상기 보호관(11)은 두께 방향으로 카본의 함유량의 차이가 있는 두개 이상의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 보호관(11)의 표면에는 용강에 대한 마모, 침식등에 견디는 재질을 배치하는 동시에 보호관(11)의 내측에는 열전달이 빠르면서 경제적인 원료이고 용강, 고온분위기에서의 산화, 용해 등이 문제점을 갖고 있는 카본 함유량이 높은 재료를 배치하는 것이다.

또한, 상기와 같은 동일한 이유로 상기 열 전달체(11-1)는 카본함량이 상기 보호관(11) 본체의 카본함량보다 높은 것이 좋다.

그리고, 상기 열 전달체(11-1)는 상기 재료를 사전에 성형하여 내화물 보호관을 제조할 때 일체로 성형하거나 또는 상기한 열 전달체 재료의 분말을 보호관 내벽에 이중으로 투입하고 등방가압프레스(CIP)로 성형하여 형성할 수도 있다.

또한 상술한 열 전달체(11-1)는 기공률이 낮으면 낮을수록 열전도도가 상승한다. 그러나 열 전달체(11-1)를 구성하는 재료들은 용강에 바로 노출될 때는 용강중에 쉽게 용해되는 단점과 고온 분위기에서 공기 중에 산소에 의해 산화되는 단점 이 있으므로 열전달체(11-1)는 내화물 보호관(11)의 내측에 배치함이 바람직하다.

또한 열 전달체(11-1)의 형태는 특정할 필요는 없으나. 상기 열전달체(11-1)는 보호관(11) 전체 두께에 대해 0.4~0.8배에 해당하는 두께로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 두께는 열전달속도, 용강내에서의 보호관의 용손, 마모 등에 의해 결정된다.

이는, 열전달체(11-1)의 두께가 보호관(11) 전체 두께에 대해 0.4배 이하가 되면 용강의 접촉면에서부터 서모커플(10)이 위치하는 내벽까지의 두께가 너무 얇아서 제품의 강도가 크게 떨어져 제품의 취급, 제조상에 불량률이 크게 높아지기 때문이다. 또한, 열전달체(11-1)의 두께가 보호관(11) 전체 두께에 대해 0.8배 이상이 되면 열전달체(11-1)의 두께가 너무 두꺼워 상대적으로 보호관(11) 본체의 두께가 얇아지거나 심할 경우 열전달체(11-1)가 그대로 용강에 노출될 수 있다. 이와 같이 보호관(11) 본체의 두께가 얇아지면 상기의 제조 중 취급강도가 낮아질 수 있으며, 열전달체(11-1)가 용강에 노출되면서 용강에 용해되어 버리는 문제로 이어지게 된다.

또한, 열 전달체(11-1)의 높이는 통상의 내부 서모커플(10)의 선단부(10-1)에 형성된 온도감지부에서 실질적으로 열을 감지하게 되므로 상기 온도감지부를 충분히 감쌀 수 있는 높이로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 서모커플(10)과 상기한 내화물의 상기 열 전달체(11-1)의 내벽 사이에 공극(12)이 형성될 수도 있다. 그리고 상기 공극(12)에 낮은 열전도도를 개선하기 위해 금속분말을 채워 넣음으로써 공기에서의 낮은 열전달을 해소할 수 있 다. 이 경우, 상기 고체분말은 흑연, 실리콘 카바이드(SiC), BN의 단독 또는 이들의 복합재료로 이루어진 것이 적당하다. 그리고, 상기 고체분말은 상기 서모커플(10)의 선단부(10-1)에 위치하는 온도감지부에 해당하는 구간에만 채워 넣어지도록 하는 것이 좋다.

도 3은 본 발명에서의 연속 측온장치(10)의 사용예를 나타낸 것으로 연속 주조작업에 있어서, 용강(7)을 레들(1)로부터 연속 주조용 쉬라우드노즐(2)을 통하여 턴디쉬(3)에 공급하고 턴디쉬(3)에 모여진 용강(7)을 스토퍼(4)와 그 하부의 침지노즐(5)을 통해 몰드(6)로 공급하는 것을 나타낸 것이며 상기 턴디쉬(3)내의 용강(7)에 본 발명에 따른 용강의 연속 측온장치(10)가 배치되어 있다.

도 4는 본 발명의 연속 측온장치(10)의 다른 사용예인 용강의 정련처리설비인 RHOB에 사용한 경우를 나타낸 것으로써, 진공관(8)의 하부와 레들(1)사이에 용강의 상승관(8-1)과 하강관(8-2)을 설치하고 본 발명의 용강의 연속 측온장치(10)가 상기 레들(1)내의 용강(7)에 배치되어 있다.

도 1은 종래의 용강의 연속 측온장치의 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 용강의 연속 측온장치의 온도측정부를 나타낸 요부다면도.

도 3은 본 발명에 따른 용강의 연속 측온장치를 사용하는 연속주조 작업의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 용강의 연속 측온장치를 사용하는 용강 정련처리 RHOB 설비의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1. 레들 2. 쉬라우드노즐

3. 턴디쉬 4. 스토퍼

5. 침지노즐 6. 몰드

7. 용강 8. 진공로

8-1. 상승관 8-2. 하강관

9. 연속 측온장치 10. 서모커플

10-1. 서모커플 선단부 11. 보호관

11-1. 열 전달체 12. 공극

Claims (6)

1. 연속주조용 턴디쉬 또는 제강공정의 RHOB 설비의 고온의 용강온도를 연속적으로 측정하는 서모커플과, 카본함유 내화물로서 상기 서모커플의 선단부에 위치하는 온도감지부를 감싸도록 설치되는 보호관으로 구성된 용강의 연속 측온장치에 있어서,

   상기 보호관과 서모커플의 사이에는 고 열전도도의 재료로 형성되는 열 전달체가 배치된 것을 특징으로 하는 용강의 연속 측온장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열 전달체는 내화물 보호관으로 사용되는 통상의 카본 함유 내화물외에 흑연, 실리콘 카바이드(SiC), BN의 단독 또는 이들의 복합재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 용강의 연속 측온용 서모커플의 보호관.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 보호관은 두께 방향으로 카본의 함유량의 차이가 있는 두개 이상의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 용강의 연속 측온용 서모커플의 보호관.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 열 전달체는 카본함량이 상기 보호관 본체 카본함량보다 높은 것을 특 징으로 하는 용강의 연속 측온용 서모커플의 보호관.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보호관과 서모커플 사이에는 공극이 더 형성되고,

   상기 공극 중 상기 서모커플의 선단부에 위치하는 온도감지부에 해당하는 구간에는 고 열전도도의 재료로 이루어진 고체분말이 충전된 것을 특징으로 하는 용강의 연속 측온장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 고체분말은 고열전도도 재료는 흑연, 실리콘 카바이드(SiC), BN의 단독 또는 이들의 복합재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 용강의 연속 측온장치.

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