KR20120070752A - A tundish having optical temperature sensor - Google Patents

A tundish having optical temperature sensor

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Abstract

PURPOSE: A tundish is provided to measure the internal temperature thereof in real time even in a high-temperature condition because an optic fiber temperature sensor is installed between an outer steel shell and an inner refractory material. CONSTITUTION: A tundish comprises an outer steel shell(10), inner refractory materials(30,31), and an optical fiber temperature sensor installed between the outer steel shell and the inner refractory materials. The optical fiber temperature sensor is inserted in a groove formed on the underside of a metal plate with excellent thermal conductivity.

Description

광섬유 온도 센서가 부착된 턴디쉬{A Tundish having Optical Temperature Sensor}A Tundish Having Optical Temperature Sensor

본 발명은 광섬유 온도 센서가 부착된 턴디쉬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 철강제조 공정 중 연속주조용 설비인 턴디쉬의 내부의 온도를 실시간으로 측정하여 확인 할 수 있도록 고온의 조건에서도 작동 가능한 구조로 광섬유 온도 센서를 부착한 턴디쉬에 관한 것이다.The present invention relates to a tundish with an optical fiber temperature sensor, and more particularly, to operate in a high temperature condition so that the temperature inside the tundish, which is a facility for continuous casting, can be checked in real time during the steel manufacturing process of an ironworks. A possible structure relates to a tundish having an optical fiber temperature sensor.

1970년대 초반부터 본격적으로 개발된 광섬유는, 전자 신호 대신 빛을 이용한 광통신에 이용되어 통신기술에 혁신을 가져왔으며 광섬유 센서는 또한 광섬유의 중요한 활용 분야이다. Fiber optics, developed in earnest from the early 1970s, have been used in optical communication using light instead of electronic signals, which has revolutionized communication technology. Fiber optic sensors are also an important application of fiber.

센서 응용의 경우 광섬유는 측정할 물리량이 있는 곳에 손쉽게 빛을 전달하는 역할뿐 아니라, 광섬유를 구성하고 있는 유리를 매개로 빛과 측정하고자 하는 외부신호 사이에 상호작용을 일으키게 하는 역할을 한다. 대부분의 광섬유 센서에서는 광섬유에 가해지는 외부 물리량의 변화(신호)에 의해 광섬유 속을 진행하는 빛에 유도되는 여러 가지 특성 변화를 측정하게 되는데, 외부에서 가해지는 신호에는 온도, 압력, 전기장, 자기장, 회전, 화학물질의 농도, 기계적인 움직임 등 거의 모든 종류의 물리량들이 포함된다. 이와 같은 여러 가지 빛의 특성 변화를 읽어, 우리가 원하는 외부 물리량의 변화를 측정하는 것이 광섬유 센서의 기본 원리이다. In sensor applications, optical fibers not only easily transmit light where there is a physical quantity to be measured, but also cause interaction between light and the external signal to be measured through the glass constituting the optical fiber. Most optical fiber sensors measure various characteristic changes induced by light propagating through the optical fiber by the change of the external physical quantity (signal) applied to the optical fiber. The externally applied signal includes temperature, pressure, electric field, magnetic field, Almost all kinds of physical quantities are included, such as rotation, chemical concentration and mechanical movement. The basic principle of the fiber optic sensor is to read these various changes in light characteristics and measure the change in external physical quantity that we want.

광섬유 센서가 다른 센서들에 비해 갖는 장점들은 전자소자 대신에 빛을 이용해 측정한다는 사실과, 이 측정신호의 전달 역시 빛으로 하고 있는 데서 기인한다. 우선 전기가 통하는 전도체가 포함되어 있지 않으므로 주변의 여러 장치에서 발생할 수 있는 전자파 장애에 의한 잡음이 없고, 전기적인 접지, 누전, 감전 등의 염려가 없다. 크기가 작고 가벼우며, 거의 모든 종류의 물리량 측정에 이용할 수 있다. 특히 파장이 매우 짧은 빛을 기준으로 측정하게 되어 매우 높은 감도를 보장하고 있다. The advantages of fiber optic sensors over other sensors are due to the fact that they use light instead of electronics, and that the transmission of these signals is also done with light. First of all, there is no electric conduction, so there is no noise caused by electromagnetic interference that may occur in various devices nearby, and there is no fear of electrical grounding, short circuit, electric shock, etc. It is small in size and light in weight, and can be used for measuring almost all kinds of physical quantities. In particular, the measurement is based on light having a very short wavelength, which ensures very high sensitivity.

뿐만 아니라 통신의 경우와 마찬가지로 광손실이 적고 정보전송 대역폭이 넓어 많은 수의 센서를 광섬유 한 가닥에 연결하여 동시에 측정할 수 있는 배열형 센서가 가능하며, 수십 km 떨어진 거리에서도 원격측정을 할 수 있고, 위치에 따른 물리량의 분포를 측정하는 분포계측이 가능하다. In addition, as in the case of communication, the optical loss is low and the bandwidth of information transmission is wide, so that an array of sensors can be simultaneously measured by connecting a large number of sensors to one strand of optical fiber. For example, it is possible to measure the distribution of physical quantities according to their positions.

따라서 광섬유 센서를 이용하면 기존의 기술로는 센서의 동작이 불가능한 환경에서도 사용할 수 있다는 점이다. 예를 들면 전자파 장애가 많은 환경의 발전소, 제철소, 변전소, 전기용접 등이 이루어지는 공장 등이나, 고온 다습 고 압력의 환경, 폭발위험이 있는 환경 등에서도 광섬유 센서가 사용될 수 있다. Therefore, if the optical fiber sensor is used, it can be used in an environment in which the sensor cannot operate with conventional technology. For example, optical fiber sensors may be used in power plants, steel mills, substations, and electric welding plants in environments with high electromagnetic interference, high temperature, high humidity, and explosion environments.

그러나 이러한 장점들에 불구하고, 사실상 제철소의 턴디쉬 등 1500℃ 이상의 온도를 갖는 조건에서는 광섬유 온도 센서의 사용이 곤란한 것으로 여겨져 온 것이 현실이다. 광섬유는 도 3에 나타난 바와 같이 재킷이 폴리에틸렌 수지 계통으로 피복되어 있어서 고온에서 사용되는 경우는 200 ~ 300℃에서 피복이 녹아내려 클래딩이 노출되므로 상기와 같은 고온 환경 하에서 사용할 수가 없었다. In spite of these advantages, however, the use of the optical fiber temperature sensor has been considered difficult under conditions having a temperature of 1500 ° C. or higher, such as a tundish of a steel mill. 3, when the optical fiber is coated with a polyethylene resin system as shown in FIG. 3, when the jacket is used at a high temperature, the coating melts at 200 to 300 ° C. and thus the cladding is exposed, and thus the optical fiber cannot be used in the high temperature environment as described above.

따라서 턴디쉬에서의 온도 측정을 위한 종래 기술로서는 열전대(thermocouple)를 이용하여 턴디쉬내 용탕 등의 온도를 측정하는 방법이 흔히 사용되었다. 이는 측정하고자 하는 부위에 열전대를 삽입하여 철피 내부 온도를 측정하는 기술로서 하나의 열전대가 측정할 수 있는 영역이 매우 작으며, 넓은 면적에 대한 측정을 하기 위해서는 많은 수의 열전대를 사용하여야 하기 때문에 시공의 어려움 및 많은 수의 채널을 가지고 있는 데이터 로거(datalogger) 등의 주변 장치가 필요하다는 문제점이 있다. Therefore, as a conventional technique for measuring the temperature in the tundish, a method of measuring the temperature of the molten metal in the tundish using a thermocouple is commonly used. This is a technique for measuring the internal temperature of the shell by inserting a thermocouple in the area to be measured. The area that can be measured by one thermocouple is very small, and it is necessary to use a large number of thermocouples to measure a large area. Difficulties and a need for a peripheral device such as a datalogger having a large number of channels are problematic.

턴디쉬 내부의 온도를 측정하는 또 다른 종래기술로는, 열화상 카메라를 이용한 철피 외부온도 측정방법이 있다. 이는 노체 외부 측정용 기술로서 넓은 면적에 대하여 별도의 온도 측정용 센서나 그에 따른 장치의 설치가 필요 없으나, 온도 측정에 대한 신뢰도가 떨어지는 단점이 있다. 그 이유는 측정값에 대한 오차를 발생시키는 다음과 같은 몇 가지 문제, 즉, i) 외부 온도의 변화에 따른 온도 측정값의 오차발생, ii) 측정하고자 하는 노체의 외부 표면 상태에 따른 오차발생, iii) 측정 거리에 따른 오차발생 등 때문이다.Another conventional technique for measuring the temperature inside the tundish is a method of measuring the outer temperature of the shell using a thermal imaging camera. This is a technology for external body measurement, it is not necessary to install a separate temperature measuring sensor or a device according to the large area, but there is a disadvantage that the reliability of the temperature measurement is low. Some of the reasons are as follows: i) error in temperature measurement due to changes in external temperature, ii) error in external surface conditions of the furnace to be measured, iii) This is because of errors caused by the measurement distance.

또한, 상기 문제 이외에도 온도를 측정하고자 하는 턴디쉬 주변의 공간은 상대적으로 협소하기 때문에 많은 공간을 필요로 하는 열화상 카메라를 이용하여 턴디쉬의 온도를 계측하기에는 많은 번거로움이 있었다.In addition to the above problem, since the space around the tundish to measure the temperature is relatively narrow, there is a lot of trouble in measuring the temperature of the tundish using a thermal imaging camera that requires a lot of space.

따라서 원격 정밀 온도 측정이 가능하고 간단히 온도 측정이 가능한 광섬유 센서를 이용하여 원하는 부분에 대하여 정밀하고 정확한 온도 측정이 가능한 턴디쉬를 개발하고자 하는 요구가 있었으나 현재까지 이에 이르지 못한 문제점이 있었다. Therefore, there was a demand to develop a tundish capable of precise and accurate temperature measurement for a desired part using a fiber sensor capable of remote precise temperature measurement and simple temperature measurement.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 제철소의 철강제조 공정 중 연속주조용 설비인 턴디쉬 내부의 온도를 실시간으로 측정하여 확인 할 수 있는 광섬유 온도센서를 턴디쉬 철피와 내부 내화물 사이에 설치하여 턴디쉬 철피 내부온도의 측정을 가능토록 한 턴디쉬를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides an optical fiber temperature sensor that can be confirmed in real time by measuring the temperature inside the tundish, which is a facility for continuous casting during the steel manufacturing process of steelworks It is aimed to provide a tundish for the measurement of the internal temperature of tundish hulls by installing between tundish hulls and internal refractories.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 광섬유 온도 센서가 부착된 턴디쉬는, 외부 철피의 내부에 내화재가 축조 설치된 연속 주조용 턴디쉬에 있어서, 상기 외부 철피와 내화재 사이에 광섬유 온도 센서가 설치된 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the tundish with the optical fiber temperature sensor of the present invention is a continuous casting tundish in which the refractory material is built up inside the outer shell, the optical fiber temperature sensor is installed between the outer shell and the refractory. It features.

또한 본 발명에서, 상기 광섬유 온도센서는 열전도율이 좋은 금속재 판재의 하부에 형성된 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하고, 상기 금속재 판재는 Al 또는 Mg 재질로 된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the optical fiber temperature sensor is characterized in that the thermal conductivity is inserted into the groove formed in the lower portion of the metal plate material, the metal plate material is characterized in that the Al or Mg material.

본 발명에 따르면, 제철소의 철강제조 공정과 같이 고온의 환경 속에서도 광섬유 센서를 이용하여 연속주조용 설비인 턴디쉬 내부의 온도를 실시간으로 측정하여 확인 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, even in a high temperature environment, such as the steel manufacturing process of steel mills, there is an effect that can be confirmed in real time by measuring the temperature inside the tundish, which is a facility for continuous casting using an optical fiber sensor.

도 1은 광섬유의 구조를 보여주는 사시 개념도이다.
도 2는 본 발명의 광섬유 센서가 턴디쉬의 바닥 면에 설치된 것을 보여주는 개념도이다,
도 3은 본 발명의 광섬유 센서가 턴디쉬의 벽면과 바닥 면에 동시에 설치된 것을 보여주는 개념도이다,
도 4는 본 발명의 턴디쉬에 장착되는 광섬유 온도센서가 설치된 판재 구조물의 정면 개념도이다.
도 5는 도 4의 A-A 단면도이다1 is a perspective conceptual view showing the structure of an optical fiber.
2 is a conceptual view showing that the optical fiber sensor of the present invention is installed on the bottom surface of the tundish,
3 is a conceptual view showing that the optical fiber sensor of the present invention is installed on the wall and bottom of the tundish at the same time,
4 is a front conceptual view of a plate structure with an optical fiber temperature sensor mounted on the tundish of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along AA of FIG. 4.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 요지는 철강제조 공정 중 연속주조용 설비인 턴디쉬 내부의 온도를 실시간으로 측정하기 위하여 턴디쉬 철피내부와 내화물 사이에 본 발명 특유의 구조로 광섬유 온도센서를 설치한 턴디쉬를 제공하는 것이다. Summary of the Invention The present invention provides a tundish provided with an optical fiber temperature sensor in a structure unique to the present invention between a tundish inner shell and a refractory to measure in real time the temperature inside a tundish which is a continuous casting facility in a steel manufacturing process. will be.

도 1은 광섬유의 구조를 보여주는 사시 개념도이다. 일반적인 광섬유는 도1과 같이 굴절률이 다른 클래딩(fiber cladding)과 코어(fiber core), 그리고 이를 감싸고 있는 폴리머 코팅과 재킷으로 구성되어 있다. 빛을 전달하는 매개체인 코어로 입사된 빛은 코어와 클래딩의 굴절률 차로 인하여 빛의 전반사가 일어나며, 클래딩을 통해 빛이 새어 나가지 않고 코어를 통해서만 빛이 전달되게 되는 것이다. 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 입사할 때, 그 경계 면에서 빛이 100% 반사되는 현상을 빛의 전반사라고 한다.1 is a perspective conceptual view showing the structure of an optical fiber. A typical optical fiber is composed of a cladding and a fiber core having different refractive indices as shown in FIG. 1, and a polymer coating and a jacket surrounding the fiber. The light incident on the core, the medium that transmits light, is totally reflected by the difference in the refractive index between the core and the cladding, and the light is transmitted only through the core without the light leaking out through the cladding. When light enters a medium with a large index of refraction, 100% of the light is reflected at the interface.

광섬유 센서는 측정범위에 따라 일점형, 분포형 및 다중형으로 분류할 수 있으며, 측정방식에 따라 광강도센서, 간섭형 센서, 그리고 브래그 격자 광섬유센서로 구분할 수 있다. 턴디쉬 내부 온도측정을 위하여 사용되는 광섬유 센서는 측정범위에 따른 분류상으로는 분포형 및 다중형 센서가 이용될 수 있으며, 측정방식에 따라서는 광강도센서, 간섭형 센서, 브래그 격자 광섬유 센서가 모두 이용 될 수 있다. Fiber optic sensors can be classified into single point, distributed and multiple types according to the measurement range, and can be classified into light intensity sensor, interference type sensor, and Bragg grating fiber optic sensor according to the measuring method. The optical fiber sensor used for tundish internal temperature measurement can be classified and distributed type according to the measurement range, and depending on the measurement method, the light intensity sensor, interference type sensor and Bragg grating optical fiber sensor are all used. Can be.

광섬유 센서를 이용하여 턴디쉬 내부 온도를 측정하는데 있어서의 장점은 i) 턴디쉬 철피 내부에 삽입되어 측정되기 때문에 외기의 영향이 거의 없이 실제 내부 온도의 측정이 용이하며, ii) 한 가닥의 광섬유 케이블을 사용하여 넓은 면적의 측정이 가능하므로 내부 설치에 대한 용이성 또한 종래기술과 비교하여 장점이라고 할 수 있다. 그리고 iii) 녹슬거나 부식이 없고, 내구성이 높기 때문에 안전한 사용이 가능하다는 장점들이 있다.The advantage of measuring the internal temperature of the tundish using the optical fiber sensor is i) inserted into the tundish shell, so it is easy to measure the actual internal temperature with little influence of outside air, and ii) one strand of fiber optic cable. Because of the large area can be measured using the ease of installation is also an advantage compared to the prior art. And iii) there is no rust or corrosion, and the durability is high, so the safe use is possible.

본 발명은 상기와 같은 장점이 많은 광섬유 센서를 1500℃ 상당의 고온인 턴디쉬에 활용할 수 있도록 턴디쉬에 광섬유 센서를 장착한다. 도 2는 본 발명의 광섬유 센서가 턴디쉬의 바닥 면에 설치된 것을 보여주는 개념도이다, 도 3은 본 발명의 광섬유 센서가 턴디쉬의 벽면과 바닥 면에 동시에 설치된 것을 보여주는 개념도이다,The present invention is equipped with an optical fiber sensor in the tundish so that the optical fiber sensor with many advantages as described above can be utilized in the tundish of a high temperature equivalent to 1500 ℃. 2 is a conceptual diagram showing that the optical fiber sensor of the present invention is installed on the bottom surface of the tundish, Figure 3 is a conceptual diagram showing that the optical fiber sensor of the present invention is installed on the wall and the bottom surface of the tundish at the same time,

도 3을 참조하면, 본 발명의 턴디쉬(100)에는 광섬유 센서가 철피(10)와 내화재(30, 31)의 사이에 들어가게 된다. 고온의 환경 조건인 여기에 광섬유가 삽입되어 녹지 않고 작동되기 위하여는 광섬유를 보호하기 위한 특수한 구조가 필요하게 된다. Referring to FIG. 3, in the tundish 100 of the present invention, an optical fiber sensor enters between the shell 10 and the fireproof materials 30 and 31. In order for the optical fiber to be inserted and operated without melting in a high temperature environmental condition, a special structure for protecting the optical fiber is required.

도 4은 본 발명의 턴디쉬에 장착되는 광섬유 온도센서가 설치된 판재 구조물의 정면 개념도이다. 도 5는 도 4의 A-A 단면도이다. 4 is a front conceptual view of a plate structure with an optical fiber temperature sensor mounted on the tundish of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이 본 발명의 턴디쉬에 광섬유 센서를 턴디쉬에 장착하기 위해서는, 열전도율이 높으며, 그 융점이 외부 철피와 내부 내화재료의 경계부의 최고 온도보다 높고, 가공이 용이한 Al, Mg 등의 판재를 사용한다. 도 4에서는 단순한 평면으로 판재의 형상을 보여주고 있으나 판재의 형상은 노체의 형태에 부합하도록 다양한 형태로 변형할 수 있다. 4 and 5, in order to mount the optical fiber sensor on the tundish of the present invention, the thermal conductivity is high, and its melting point is higher than the maximum temperature of the boundary between the outer shell and the internal refractory material, and the processing is easy. Plate materials such as Al and Mg are used. In Figure 4 shows the shape of the plate in a simple plane, but the shape of the plate can be modified in various forms to match the shape of the furnace body.

또한 상기 판재(10)에는 한 면에 광섬유온도센서를 삽입할 수 있도록 홈(12)을 가공한다. 홈(12)의 형태는 도 2에 나타난 바와 같이, 판재의 한쪽 면으로 광섬유 온도 센서(1)가 노출되도록 일부가 개방된다. 즉 홈(12)은 마치 파이프의 하면 일부를 길이 방향으로 절단한 것과 유사한 도랑 형태로 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the plate 10 is machined to the groove 12 to insert the optical fiber temperature sensor on one side. As shown in FIG. 2, the groove 12 is partially opened to expose the optical fiber temperature sensor 1 to one side of the plate. That is, the groove 12 is preferably formed in a groove shape similar to a portion of the lower surface of the pipe cut in the longitudinal direction.

따라서, 상기 홈(12) 안에 광섬유 온도센서(1) 케이블을 밀어 넣어 삽입하면 별도의 고정 장치 없이도 광섬유가 그 곳에 밀어 넣어져 안착되어 빠져 나오지 않는 구조로 입구 쪽의 폭이 광섬유의 지름보다 약간 작도록 설계된다. 또한 판재에 형성되는 홈(12)은 지그재그 형상으로 판재 전체에 고르게 설치된다. 이는 온도 측정의 범위를 가능한 한 넓게 잡는 효과가 있다. Therefore, when the optical fiber temperature sensor 1 cable is inserted into the groove 12, the optical fiber is pushed therein without a separate fixing device so that the width of the entrance side is slightly smaller than the diameter of the optical fiber. It is designed to be. In addition, the grooves 12 formed in the plate member are zigzag-shaped and evenly installed in the whole plate member. This has the effect of making the temperature measurement as wide as possible.

100 : 턴디쉬 10 : 철피 30 : 내화재 1
31 : 내화재 2100: tundish 10: iron shell 30: fireproof 1
31: fireproof 2

Claims (3)

외부 철피의 내부에 내화재가 축조 설치된 연속 주조용 턴디쉬에 있어서,
상기 외부 철피와 내화재 사이에 광섬유 온도 센서가 설치된 것을 특징으로 하는 광섬유 온도 센서가 부착된 턴디쉬 In the continuous casting tundish in which the refractory material is built inside the outer shell,
Tundish with an optical fiber temperature sensor, characterized in that the optical fiber temperature sensor is installed between the outer shell and the refractory material 제1항에 있어서,
상기 광섬유 온도센서는 열전도율이 좋은 금속재 판재의 하부에 형성된 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 광섬유 온도 센서가 부착된 턴디쉬 The method of claim 1,
The optical fiber temperature sensor is tundish attached to the optical fiber temperature sensor, characterized in that inserted into the groove formed in the lower portion of the metal plate having a good thermal conductivity 제2항에 있어서,
상기 금속재 판재는 Al 또는 Mg 재질로 된것을 특징으로 하는 광섬유 온도 센서가 부착된 턴디쉬
The method of claim 2,
The metal plate is a tundish with an optical fiber temperature sensor, characterized in that the Al or Mg material
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