KR20120033054A - 듀얼 샘플러 복합 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 정련 공정에서 측온 랜스의 홀더에 장착된 후 용탕에 침지시켜 용융금속의 측온, 측산 등의 센싱과 시료 채취 기능이 포함된 다기능 복합 프로브에 관한 것이다.
본 발명인 듀얼 샘플러 복합 프로브는, 장축의 다중보호관 일측 단부에 시료 채취용 샘플링 케이스와 센서를 구비한 쉘블록이 장착되고 상기 센서와 전기적으로 연결되는 커넥터를 포함하여 구성되는 복합 프로브에 있어서, 상기 쉘블록은 두 개의 샘플링 케이스와 센서를 삽입 배치토록 된 센서 구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 한 번의 프로브 측정으로 용융금속의 측온, 측산 정보의 획득뿐만 아니라 두 개의 시료를 한번에 채취하여, 만약에 발생할 수 있는 분석 불량에 대비하고, 정련효율 상승 및 원가 절감에 기여할 수 있으며, 다양한 강종에 적용할 수 있는 복합 프로브를 제공할 수 있게 된다.

Description

듀얼 샘플러 복합 프로브{Dual Sampler Comprehensive Probe}

본 발명은 제철소 정련 공정에서 측온 랜스의 홀더에 장착된 후 용탕에 침지시켜 용융금속의 측온, 측산 등의 센싱과 시료 채취 기능이 포함된 다기능 복합 프로브에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소 정련공정에서 용융금속의 온도측정 및 성분분석을 위한 시료채취 방법은 소모형 열전대를 이용하여 측온 작업을 한 후 침지 샘플러를 사용하여 시료채취 작업을 따로 하는 경우도 있으나, 대부분의 경우 용융금속에 복합 프로브를 일회 침지시켜 측온 및 시료채취 작업을 동시에 하는 방식을 사용한다.

통상 복합 프로브는 도 6에 나타난 바와 같이, 측온센서(1)와 샘플링케이스(2)가 내부지관(3)에 삽입 설치되고, 상기 내부지관(3)에는 프로브와 홀더가 전기적으로 접속할 수 있도록 하는 콘넥터(4)가 취부되며, 상기 콘넥터(4)와 측온센서(1)를 전기적으로 연결하는 보상도선이 결선되어 측온센서(1)와 샘플링케이스(2)가 일체화된 유니트로 구성되는 구조로 이루어 진다. 또한, 용탕 침지 시 상기 유니트를 보호하기 위한 외부지관(5)이 구비되며, 그 후단부에는 프로브를 홀더에 장착할 때 프로브 콘넥터와 홀더의 콘넥터가 전기적으로 용이하게 접속되도록 홀더 유도지관(6)이 조립되는 형태를 가진다.

그러나 상기와 같은 종래 기술에 의하면, 복합 프로브를 이용하여 용융금속에 대한 측온(temperature determination), 측산(oxygen determination) 등 정보수집을 위하여 측정을 실시하는 경우, 1회 측정 시에 하나의 시료가 채취되며, 채취된 시료는 분석실로 이송된 후 분석을 실시하게 된다. 하지만, 종종 시료의 불량 등의 원인으로 분석실패가 발생하며, 이 경우 재차 프로브를 이용하여 시료 채취작업을 다시 하여 분석이 이루어지게 된다. 이는 정련 공정의 시간증가로 이어져 생산성 저하가 초래되며, 재 측정에 의한 에너지 낭비, 내화물 침식증가, 대기 시간 상승 등의 원가 상승 문제가 발생한다.

또한, 요사이는 고품질 고기능 제품의 수요가 많아지고, 생산기획에서 생산까지의 시간이 단축됨에 따라 빠른 생산 강종의 변화로 다양한 제강처리가 동시에 이루어지게 되었다. 이에 따라 강종에 따른 물성의 변화는 다양하지만, 그에 따른 프로브의 변화는 설비, 비용 등의 문제로 인해 다변화 되기 어려워 하나의 복합 프로브로 다양한 강종의 생산에 맞춰 활용해야 하는 어려움이 있었다.

특히, 시료채취는 용강의 과열도, 성분, 성분에 따른 점성, 슬래그 물성 등 매우 다양한 조건에 의해서 그 성공율이 크게 달라지고, 또한 넓은 범위를 커버해야 하기 때문에 하나의 샘플러(혹은 복합 프로브)로 전체의 조건을 만족시키기에는 한계가 있었다.

본 발명은 한 번의 프로브 측정으로 측온, 측산 정보 획득뿐만 아니라 두 개의 시료를 채취하여, 만약에 발생할 수 있는 분석 불량에 대비하여 정련 효율 상승 및 원가 절감 효과에 기여할 수 있으며, 다양한 강종에 적용할 수 있는 복합프로브를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 듀얼 샘플러 복합 프로브는, 장축의 다중보호관 일측 단부에 시료 채취용 샘플링 케이스와 센서를 구비한 쉘블록이 장착되고 상기 센서와 전기적으로 연결되는 커넥터를 포함하여 구성되는 복합 프로브에 있어서, 상기 쉘블록은 두 개의 샘플링 케이스와 센서를 삽입 배치토록 된 센서 구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 두 개의 샘플링 케이스는 각각 용강 유입구가 선단부에 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 두 개의 샘플링 케이스는 상기 쉘블록의 외곽 측면 내부에 설치되어 있고 상기 센서 구멍은 상기 쉘블록의 중앙 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 쉘블록의 선단부에는 상기 쉘블록의 용강 유입구 및 센서 구멍과 대응되는 구멍을 갖고, 외측으로 센서 구멍이 돌출되어 있는 형상을 갖는 세라믹 헤드가 추가 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 쉘블록의 2개의 용강 유입구는 각기 다른 구경을 갖는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 쉘블록의 2개의 용강 유입구는 같은 구경을 갖되, 동 쉘블록에 장착되는 상기 세라믹 헤드에 2개씩 형성된 상면 유입구 및 하면 유입구(26)는 어느 한쪽을 석영관으로 조정하여, 용강이 유입되는 구멍이 각기 다른 구경을 갖도록 된 것을 특징으로 하며, 상기 쉘블록의 하단부는 외 테두리에 축 방향 홈을 갖고 중앙부에 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 세라믹 헤드의 돌출된 센서 구멍은 용강 유입구의 선단과 5mm 이상 단차지게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 한 번의 프로브 측정으로 용융금속의 측온, 측산 정보의 획득뿐만 아니라 두 개의 시료를 한번에 채취하여, 만약에 발생할 수 있는 분석 불량에 대비하고, 정련효율 상승 및 원가 절감에 기여할 수 있으며, 다양한 강종에 적용할 수 있는 복합 프로브를 제공할 수 있게 된다.

즉 시료 불량 등의 원인으로 분석실패가 발생하여도 재차 시료 채취와 분석을 하지 않아도 되므로 정련 공정시간의 증가를 예방할 수 있으며, 재 측정에 의한 에너지 낭비, 내화물 침식증가, 대기 시간 상승 등의 원가 상승요인을 미리 제거할 수 있다.

또한, 강종에 따른 물성의 변화, 용강의 과열도, 성분, 성분에 따른 점성, 슬래그 물성 등 매우 다양한 조건 속에서, 한번에 하나의 시료만을 채취함으로써 낮아지는 시료채취 성공율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 듀얼 샘플러 복합 프로브의 단면 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 쉘블록과 세라믹헤드가 조립된 사시도이다.
도 2b는 상기 도 2a의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 세라믹헤드의 하면부 사시 개념도이다.
도 3b는 본 발명의 세라믹헤드의 상면부 사시 개념도이다.
도 4는 본 발명의 좌측 및 우측 쉘블록의 사시 개념도이다.
도 5는 본 발명의 쉘블록과 세라믹헤드가 조립된 상태에서의 종단면 개념도이다.
도 6은 종래기술에 의한 복합 프로브의 개념도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 듀얼 샘플러 복합 프로브의 단면 개념도이다. 도 2a는 본 발명의 쉘블록과 세라믹헤드가 조립된 사시도이다. 도 2b는 상기 도 2a의 단면도이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 복합 프로브(10)는 장축의 다층보호관(11)의 일측 단부에 시료채취용 샘플링 케이스(12)와 센서(13)를 구비한 쉘블록(14)이 장착되어 있다. 상기 센서(13)는 센서구멍(17)을 통하여 커넥터(15)와 전기적으로 연결되며, 커넥터(15)는 메인 컴퓨터와 연결되어 필요한 신호를 교환한다. 이를 통하여 센서(13)가 수집한 측온, 측산 등 용융금속에 관한 측정된 정보는 메인 컴퓨터로 전송된다.

상기 쉘블록(14)은 도 4에 나타난 바와 같이 좌측 및 우측 쉘블록의 2개로 분리되어 있다. 쉘블록(14)에는 용융금속의 시료가 들어가는 샘플링케이스(12) 2개가 형성되어 있고, 샘플링 케이스(12)에는 그 선단부에 각각 용강 유입구(16)가 형성되어 있다.

상기 쉘블록(14)의 중앙부에는 센서(13)와 전기적으로 연결하기 위한 센서구멍(17)이 형성되어 있다. 즉, 상기 좌우측 쉘블록이 상단부에 세라믹헤드가 얹혀지면서 결합되면 상기 2개의 샘플링 케이스(12)는 상기 쉘블록의 외곽 측면 내부에 설치되어 있게 되고, 상기 센서 구멍(17)은 상기 쉘블록의 중앙 내부에 설치되어 있게 된다. 쉘블록(14)의 정 중앙에 센서구멍(17)이 존재하여 용강으로부터 보상도선의 열화를 방지할 수 있다.

요약하면, 본 발명의 복합프로브는 2 개의 샘플링 케이스(12)가 최 외곽으로, 측온 및 측산 센서가 정가운데 배치되는 구조이다. 따라서 본 발명의 복합프로브는 한 번의 프로브 측정으로 두 개의 시료를 채취하여 예비시료를 확보함으로써 시료 분석불량으로 인한 정련시간 증가를 방지할 수 있다. 또한 측온 및 측산 센서를 중앙에 배치함으로써 측정파형의 안정성으로 측정값의 신뢰성 확보에 유리하며, 보상도선이 지관 내측으로 관통할 수 있어 작업성도 향상시킬 수 있다.

상기 쉘블록(14)의 하단부는 외 테두리에 축방향 홈(18)을 갖고 중앙부에 돌출부(19)가 형성된다. 상기 축방향 홈(18)은 10mm 이상의 적정 깊이가 바람직하고, 상기 돌출부(19)는 30mm 이상의 적정 길이가 바람직하다. 상기와 같이 축방향 홈(18)과 돌출부(19)를 두는 이유는 프로브의 다중 보호관(11) 등과의 결합에 있어 보다 견고한 이중 결합구조를 형성하기 위함이다. 프로브 측정 후 센서(13)가 고정된 세라믹 헤드(20) 및 쉘블록(14) 등이 그 무게로 인해 로 내부로 탈락될 가능성이 있기 때문에 안전하고 튼튼한 이중 결합구조를 채택하여 프로브 선단부의 탈락 가능성을 배제한 것이다.

상기 세라믹헤드(20)는 도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이 하면부(21)와 상면부(22)로 이루어져 있으며, 상기 쉘블록(14)의 용강 유입구(16)에 대응되는 하면 유입구(25)와 상면 유입구(26)가 구비되어 있고, 또한 상기 쉘블록(14)의 센서구멍(17)과 대응되는 하면 센서구멍(27-1)과 상면 센서구멍(27-2)이 형성되어 있다. 상기 상면부(22)에 형성된 상면 센서구멍(27-2)은 외측으로 돌출 되어 있는 형상을 가진다.

상기 세라믹 헤드(20)의 상면부(22)에 돌출된 상면 센서구멍(27-2)은 용강 유입구(16)의 선단과 5mm 이상 단차지게 형성된다. 이렇게 단차를 형성하는 이유는 프로브의 선단부에 센서부와 시료 채취부가 공존함으로써 프로브의 헤드부가 커지게 되고, 프로브에 의한 용강 측정 시 측정 간섭을 받아 온도 하강 및 측정파형 불안정 등으로 측정값에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 따라서 센서를 시료 채취부와 이격시켜 측정의 정확도를 향상 시킬 수 있다.

세라믹헤드(20)와 쉘블록(14)를 결합할 때에는 좌우측 쉘블록(14)을 먼저 맞대어 모은 후 하면부(21)인 세라믹헤드를 먼저 쉘블록(14)의 상단부에 얹어 올린다. 하면부에 형성된 돌기(23)는 쉘블록(14)의 상단부에 형성되어 있는 돌기 삽입홈(24)에 삽입 고정된다. 다음은 하면부(21) 위에 세라믹헤드 상면부(22)를 후크 결합하거나 나사 결합하여 세라믹헤드(20)와 쉘블록(14)을 단단히 고정한다.

상기 쉘블록의 2개의 용강 유입구는 각기 다른 구경을 갖도록 할 수 있다. 쉘블록(14)의 2개의 용강 유입구(16)가 다른 구경을 갖게 되면, 그 상부를 커버하는 세라믹헤드(20)의 하면 유입구(25) 및 상면 유입구(26)도 이에 대응하도록 그에 맞는 구경으로 조정된다. 2개의 용강 유입구가 각기 다른 구경을 갖도록 하는 이유는, 생산 강종에 따른 용강 유동성의 차이로 인해 샘플 채취 시 강종에 따라 미충전이 발생되거나, 샘플링 케이스에 충전되는 시료의 충전성에 차이가 있기 때문이다.

발명자의 측정 결과에 따르면, 일반 강종의 경우 Ø7mm 유입구가 시료 충전성이 좋으나, 극저강종이나 API 강종의 경우는 Ø6 mm 유입구가 시료 충전성이 좋다. 따라서 강종 구분없이 시료 충전성을 확보하기 위해서는 두 개의 용강 유입구의 크기가 달라야 한다.

상술한 바와 같이 2 개의 용강 유입구의 크기를 다르게 하는 방법으로서는, 쉘블록(14)의 2개의 용강 유입구(16)중 어느 한쪽의 크기를 다르게 하고 이에 맞추어 세라믹헤드(20) 상면 및 하면 유입구(25, 26)의 크기를 모두 조정하는 방법이 있다.

하지만 더 좋은 방법으로는, 쉘블록(14)의 용강 유입구(16) 및 세라믹헤드(20) 상면 및 하면 유입구(25, 26)의 크기를 모두 동일하게 제작한 후, 세라믹 헤드(20)의 상면 유입구(25) 및/또는 하면 유입구(26) 중의 어느 한 쪽의 용강 유입 통로에 석영관을 부착 고정시켜 그 크기를 조정하는 것이다. 이렇게 하면 모든 유입구의 크기는 일단 동일하게 하여 프로브 제작에 들어가므로 프로브 제작 시 조립 방향성을 제거하여 작업성을 향상시키게 되며, 조립 후에 석영관으로 용융금속의 유입구경을 간단히 조절할 수 있게 된다.

다시 말하면, 쉘블록의 2개의 용강 유입구는 같은 구경을 갖되, 동 쉘블록에 장착되는 상기 세라믹 헤드에 2개씩 형성된 상면 유입구 및 하면 유입구(26)는 어느 한쪽에 석영관을 부착, 고정시킴으로써, 간단하게 용강이 유입되는 2개의 구멍이 각기 다른 구경을 갖도록 할 수 있게 된다.

본 발명의 복합프로브는 센서 고정체로서 세라믹 헤드와 쉘 블럭의 결합체가 만들어지며, 쉘블록은 좌우 밀폐형 결합체로 샘플링 케이스(12)를 완전히 감싸는 역할을 한다. 또한 프로브 선단에 배치되는 세라믹헤드(20)는 쉘블록(14)을 용강에 침지 시 주물사에 코팅되어 있는 레진(resin)에 의한 가스(유기탄소 등)의 영향으로 인한 측정값의 신뢰성 저하 및 시료 오염을 방지 하는 역할을 한다.

그리고 쉘블록(14)은 좌우 분리성 확보를 위하여 주물사를 사용하며, 또한 냉각능 확보를 위해 좌우 밀폐형 결합체로 구성된다. 이는 선단 유입식 시료 채취의 경우 프로브 측정 후 상승 시 채취된 용강이 소량 유출되어 후단부 미충진 현상이 발생할 수 있으므로 밀폐형 구조를 통해 샘플링 케이스(12)의 냉각능을 확보하여 시료 충전성을 확보하고자 한 것이다.

본 발명에 따른 복합 프로브를 이용하여 정련공정에서 측온 측산 등 용융금속의 속성을 측정한 결과 측정 실패가 발생하지 않았으며, 측정 파형의 안정성이 양호하며, 시료 충전성 및 건전성이 양호 하였고, 시료 성분 분석 결과도 종래의 프로브와 차이가 없으면서 2 개의 시료를 성공적으로 채취할 수 있음을 확인하였다.

10 : 복합 프로브 11 : 다중 보호관 12 : 샘플링 케이스
13 : 센서 14 : 쉐블록 15 : 커넥터
16 : 용강 유입구 17 : 센서구멍 18 : 축방향 홈
19 : 돌출부 20 : 세라믹 헤드 21 : 하면부
22 : 상면부 23 : 돌기 24 : 돌기 삽입홈
25 : 하면 유입구 26 : 상면 유입구 27-1 : 하면 센서구멍
27-2 : 상면 센서구멍

Claims (8)

1. 장축의 다중보호관 일측 단부에 시료 채취용 샘플링 케이스와 센서를 구비한 쉘블록이 장착되고 상기 센서와 전기적으로 연결되는 커넥터를 포함하여 구성되는 복합 프로브에 있어서,
   상기 쉘블록은 두 개의 샘플링 케이스와 센서를 삽입 배치토록 된 센서 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
2. 제1항에 있어서,
   상기 두 개의 샘플링 케이스는 각각 용강 유입구가 선단부에 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
3. 제2항에 있어서,
   상기 두 개의 샘플링 케이스는 상기 쉘블록의 외곽 측면 내부에 설치되어 있고 상기 센서 구멍은 상기 쉘블록의 중앙 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 쉘블록의 선단부에는 상기 쉘블록의 용강 유입구 및 센서 구멍과 대응되는 구멍을 갖고, 외측으로 센서 구멍이 돌출되어 있는 형상을 갖는 세라믹 헤드가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
5. 제4항에 있어서,
   상기 쉘블록의 2개의 용강 유입구는 각기 다른 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
6. 제4항에 있어서,
   상기 쉘블록의 2개의 용강 유입구는 같은 구경을 갖되, 동 쉘블록에 장착되는 상기 세라믹 헤드에 2개씩 형성된 상면 유입구 및 하면 유입구(26)는 어느 한쪽에 석영관을 부착, 고정시켜, 용강이 유입되는 통로가 각기 다른 구경을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
7. 제4항에 있어서,
   상기 쉘블록의 하단부는 외 테두리에 축 방향 홈을 갖고 중앙부에 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
8. 제4항에 있어서,
   상기 세라믹 헤드의 돌출된 센서 구멍은 용강 유입구의 선단과 5mm 이상 단차지게 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼 샘플러 복합 프로브
   

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