KR20170072718A - 디스케일러 노즐 검사장치 - Google Patents

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KR20170072718A
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박민재
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주식회사 포스코
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Abstract

실시 예는 검사 기판이 배치되는 플레이트; 상기 검사 기판상에 제1방향으로 배치된 복수 개의 홈의 깊이를 측정하는 센서; 상기 센서를 이동시키는 액추에이터; 및 상기 센서가 검출한 홈의 깊이 정보와 미리 설정된 기준값을 비교하는 제어부를 포함하는 디스케일러 노즐 검사장치를 개시한다.

Description

디스케일러 노즐 검사장치{APPARATUS FOR TESTING PERFORMANCE OF DESCALING NOZZLE}
실시 예는 디스케일러 노즐 검사장치를 개시한다.
일반적으로 제철소의 용광로나 전기로 등에서 용해된 용탕(Molten metal)은 주형(Mold)으로 주입되어 소정 형상의 압연소재로 제작된다. 그리고 이러한 압연소재는 가열로에서 가열된 뒤, 제품 특성에 따라 압연된다.
가열로에서 재결정온도 이상으로 가열된 압연소재가 대기 중의 산소와 반응하게 되면, 그 표면에 산화막, 즉 스케일(Scale)이 형성된다. 이 스케일은 압연 시 불량을 야기하는 요인이 되기 때문에, 압연 작업 전에 스케일을 제거하는 작업을 거치게 되는데, 이러한 스케일 제거 작업을 디스케일(Descale) 작업이라 한다.
일반적으로 디스케일 작업은 디스케일러에 의해 수행된다.
디스케일러는 압연소재를 재결정온도 이상으로 가열하는 가열로에서 가열된 압연소재를 인출하여 이송시키는 테이블롤 등의 이송 장치에 설치되어, 이송 장치를 따라 이송되는 압연소재의 표면에 고압의 냉각수를 분사함으로써, 압연소재로부터 스케일을 제거한다.
도 1은 종래의 디스케일러를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 디스케일러는 이송되는 압연소재(10)의 상부 및 하부에 각각 배치되는 고압수 분사 헤더(20) 및 고압수 분사 헤더(20)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 디스케일링 노즐(30)을 포함한다.
디스케일링 노즐(30)은 고압수 분사 헤더(20)로부터 고압수를 공급받아 압연소재(10)의 표면에 고압수(31)를 분사한다. 이때, 각 노즐(30)은 고압수 분사 헤더(20)의 길이 방향을 따라 일정 간격(p)으로 배치됨과 아울러, 압연소재(10)와 일정 거리 이격되어 압연소재(10)의 표면으로 고압수(31)를 분사하게 된다.
디스케일링 노즐(30)은 보통 팬(Fan) 타입의 선형 노즐로 마련된다. 이에 따라 고압수(31)는 압연소재(10)의 표면에 근접할수록 압연소재(10)의 폭 방향(고압수 분사 헤더의 길이 방향)으로 확장되며, 소정의 두께를 가지는 얇은 선 형태로 분사된다. 이때, 분사되는 고압수(31)는 노즐(30) 출구의 넓이와 형상에 따라 일정 분사각(A)을 가진다. 또한, 고압수(31)는 소정 각도(θ)로 기울어져 분사될 수 있다.
디스케일링 노즐(30)에 의해 분사된 고압수(31)는 압연소재(10)와 충돌하여 압연소재(10)의 표면에 부착되어 있는 스케일을 제거한다.
이와 같은 구성을 가지는 디스케일러를 이용하는 경우, 압연소재(10)의 스케일이 제거되는 분사 패턴과 아울러, 각 노즐(30)들의 마모, 고압수(31) 분사경로의 막힘 상태 등을 지속적으로 점검할 필요가 있다.
여러 노즐(30) 중 특정 노즐이 마모되거나 막히는 경우, 해당 노즐(30)의 분사 영역에 대한 충돌압이 다른 노즐(30)들에 비해 낮아지게 된다. 이런 충돌압 불균일 현상은 압연소재(10)내 냉각 편차를 발생시킬 수 있으며, 충돌압 불균일과 냉각 편차는 압연소재(10) 표면의 스케일이 부분적으로 덜 제거되어 나타나는 줄무늬(Stripe)와 영역별 재질 편차를 발생시킴으로써 압연소재(10) 자체의 품질 저하를 야기할 수 있다. 뿐만 아니라, 스케일 제거가 완전하게 이루어지지 않은 압연소재(10)를 압연하는 경우, 표면 품질이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 이러한 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 디스케일링 노즐(30)들에 대한 주기적으로 점검할 필요가 있다.
디스케일링 노즐(30)의 성능을 점검하는 방법으로서, 페인트를 도포한 강판에 고압수(31)를 분사하는 방법과, 정지 상태의 알루미늄판 표면에 소정 시간 동안 고압수(31)를 분사하는 방법을 사용할 수 있다.
도 2는 페인트를 도포한 강판에 고압수(31)를 분사하는 방법에 따라, 고압수(31)가 분사된 강판을 나타내는 도면으로서, 강판에 도포된 녹색의 페인트가 고압수(31)의 분사 패턴에 따라 제거된 것을 알 수 있다.
도 3은 정지 상태의 알루미늄판 표면에 고압수(31)를 분사하는 방법에 따라, 고압수(31)가 분사된 알루미늄판을 나타내는 도면으로서, 고압수(31)의 분사 패턴에 대응하는 알루미늄판 영역이 침식된 것을 알 수 있다.
하지만, 상기 방법들의 경우, 제거된 페인트나 알루미늄의 흔적을 육안으로 식별하여 디스케일링 노즐(30)을 점검해야 하기 때문에, 노즐(30)의 마모나 막힘 정도, 변형 정도 등을 정확하게 확인하는 것이 불가능한 문제점이 있다. 더욱이, 침식 깊이를 조업자가 육안으로 확인하여 성능을 정량적으로 평가하기는 매우 힘든 문제가 있다.
실시 예는 디스케일링 노즐의 성능을 간편하고 정확하게 검사할 수 있는 장치를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
실시 예에 따른 디스케일러 노즐 검사장치는, 검사 기판이 배치되는 플레이트; 상기 검사 기판상에 제1방향으로 배치된 복수 개의 홈의 깊이를 측정하는 센서; 상기 센서를 이동시키는 액추에이터; 및 상기 센서가 검출한 홈의 깊이 정보와 미리 설정된 기준값을 비교하는 제어부를 포함한다.
상기 복수 개의 홈은 디스케일러에 배치된 복수 개의 노즐에서 분사된 고압수에 의해 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 홈의 연장 방향은 제1방향과 제1각도로 기울어져 형성되고, 서로 이웃한 홈은 제2방향으로 양끝단이 일부 중첩될 수 있다.
상기 센서의 측정방향은 상기 제2방향과 평행하고, 상기 센서의 이동방향은 상기 홈의 연장방향과 평행할 수 있다.
상기 제어부는 홈의 단면적에 이동 간격을 곱하여 상기 홈의 부피를 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 홈의 부피에 상기 검사 기판의 밀도를 곱하여 침식량을 산출할 수 있다.
실시 예에 따른 디스케일러 노즐 검사장치는, 상기 검사 기판을 제1방향으로 이동시키는 한 쌍의 롤러를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 센서를 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이동시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 기판에 형성된 홈(침식 패턴)의 깊이를 측정하여 현재 디스케일러 노즐의 상태를 판단할 수 있다.
실시 예에 따르면, 침식 깊이를 레이저 변위센서로 측정하여 데이터를 정량화할 수 있다. 조업 전에 디스케일러가 기준침식 깊이를 만족하는지 여부를 확인하고 사전에 정비함으로써 표면품질성능을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 디스케일러의 도면이고,
도 2 및 도 3은 종래 디스케일링 노즐 점검 방법을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스케일러 검사시스템의 개념도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스케일러 검사모듈의 개념도이고,
도 6은 검사 기판에 형성된 복수 개의 홈의 깊이를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 도 6의 변형예이고,
도 8는 측정된 복수 개의 홈의 깊이 정보 그래프이고,
도 9는 홈의 깊이 정보를 이용하여 단면적을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 홈의 단면적을 이용하여 침식 부피를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 침식 부피를 이용하여 침식량을 산출한 그래프이고,
도 12는 본 검출방법을 이용하여 교체한 노즐의 전/후 침식 깊이를 측정한 그래프이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스케일러 검사 모듈의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 실시 예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성 요소도 제 2 구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스케일러 검사시스템의 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스케일러 검사모듈의 개념도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스케일러 노즐 검사장치는 검사 기판(10)에 형성된 홈(40)의 깊이를 산출하는 검사 모듈(100), 및 산출된 홈(40)의 깊이 정보를 이용하여 노즐 성능을 평가하는 제어부(200)를 포함한다.
검사 모듈(100)은 검사 기판(10)이 안착되는 플레이트(110), 센서(120)를 구동하는 액추에이터(130), 및 검사 기판(10)에 형성된 홈(40)의 깊이를 측정하는 센서(120)를 포함할 수 있다. 필요에 따라 카메라(140)가 더 배치될 수 있다. 카메라(140)는 복수 개의 홈(40)의 이미지를 획득할 수 있다.
센서(120)는 검사 기판(10)의 상부에서 제1방향(X방향)과 제2방향(Y방향)으로 이동하면서 홈(40)의 깊이를 측정할 수 있다. 제1방향은 복수 개의 홈(40)의 배치 방향이고, 제2방향은 제1방향과 수직한 방향일 수 있다.
제1방향과 제2방향의 이동거리는 측정하고자 하는 대상에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어 홈의 형상이 제2방향으로 150mm이고 제1방향으로 2000mm인 경우, 센서의 이동 거리는 그에 맞게 조절될 수 있다.
제어부(200)는 홈(40)의 깊이 정보를 미리 정해진 기준값과 비교하여 노즐의 성능을 평가할 수 있다. 제어부(200)는 디스플레이를 포함하는 프로세서(예: 컴퓨터)를 포함할 수 있다.
도 6은 검사 기판에 형성된 복수 개의 홈의 깊이를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6의 변형예이다.
도 6을 참고하면, 복수 개의 홈(40)은 제1방향(X방향)으로 연속적으로 형성될 수 있다. 복수 개의 홈(40)은 디스케일러에 배치된 복수 개의 노즐에서 분사된 고압수에 의해 형성될 수 있다. 홈(40)의 깊이는 노즐의 고압수에 의한 침식 깊이일 수 있다. 홈(40)의 깊이가 깊을수록 노줄에서 분사된 고압수의 충돌압이 높을 수 있다. 검사 기판은 고압수에 의한 침식 패턴의 형성이 용이하도록 강판 대신 알루미늄 기판을 사용할 수 있다.
일반적으로 디스케일링 노즐은 스케일 박리 효과를 높이기 위해 소정 각도(θ)로 오프셋되고 일부 구간이 중첩될 수 있다(도 1 참조). 따라서, 복수 개의 홈(40) 역시 제1방향(X방향)과 제1각도(θ)로 기울어져 연장되고, 서로 이웃한 홈(40)은 제2방향(Y방향)으로 양 끝단이 일부 중첩(L)될 수 있다. 홈(40)의 연장 방향 및 중첩 면적은 노즐의 배치 및 간격에 따라 조절될 수 있다.
센서(120)는 최외측에 위치한 제1홈(41)의 시작점에서 제2방향(Y방향)으로 이동하면서 깊이 정보를 추출할 수 있다. 이후, 미리 정해진 간격만큼 제1방향(X방향)으로 이동한 후 다시 제2방향으로 깊이 정보를 추출할 수 있다. 즉, 센서(120)의 이동방향은 제1방향(X방향)과 평행하고 센서의 측정 방향(D1)은 제2방향(Y방향)과 평행할 수 있다. 이러한 과정을 반복하면서 제1홈(41)의 깊이를 측정할 수 있다.
그러나, 제1홈(41)과 제2홈(42)의 중첩 영역(L)에서는 제1홈(41)의 깊이 정보만을 추출할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 센서(120)는 제1방향과 제1각도(θ)만큼 기울어진 제3방향(D3)을 따라 이동할 수 있다.
제3방향(D3)으로 이동하는 방법은 제1방향으로 이동(X1)하는 제1스텝과 제1각도(θ)만큼 제2방향으로 이동(Y1)하는 제2스텝을 포함할 수 있다. Y1은 X1× tan (θ)를 이용하여 구할 수 있다.
즉, 센서(120)는 홈(40)의 연장방향(40a)과 평행하게 이동하여 중첩 영역(L)에서도 제1홈(41)의 깊이만을 측정할 수 있다.
센서(120)는 제1홈(41)의 끝단까지 측정한 후 이웃한 제2홈(42)의 시작점(Start2)에 위치할 수 있다. 제어부(200)는 제1홈(41)의 측정이 완료된 것으로 판단하면 제1홈(41)의 시작점(Start1)에서 피치 간격만큼 이동한 지점(Start2)으로 이동하도록 액추에이터(130)에 제어신호를 출력할 수 있다.
제1홈(41)의 측정이 완료된 것으로 판단하는 시점은 제2방향으로 깊이 변화가 없는 구간이 측정된 시점일 수도 있고, 홈(40)의 거리가 미리 정해져 있을 수도 있다. 즉, 복수 개의 홈(40)의 길이와 피치는 미리 정해질 수 있다.
도 7을 참고하면, 센서(120)의 측정 각도(θ2)는 홈(40)의 오프셋 각도(θ)보다 크고 90도보다 작을 수 있다. 이러한 센싱 방법에 의하면 제1홈(41)의 측정이 끝나는 시점(D12)까지 제2홈(42)의 깊이는 측정되지 않을 수 있다. 측정 각도는 홈(40)의 오프셋 각도 및 피치에 따라 조절될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 센서(120)가 제1홈(41)의 측정을 완료한 후 다시 제2홈(42)의 시작점으로 이동할 필요가 없다.
도 8을 참고하면, 전술한 방법들에 따라 센서(120)는 홈(40)의 깊이 정보를 독립적으로 추출할 수 있다. 제어부(200)는 각 홈(40)의 깊이 정보를 수신하고 미리 정해진 기준값 이하의 깊이를 갖는 홈(40)에 대응하는 노즐을 불량으로 판단할 수 있다. 제어부(200)는 성능에 문제가 없는 디스케일러의 침식 패턴을 먼저 획득하고 그 깊이를 기준값으로 설정할 수 있다. 또는, 기준값은 미리 정해질 수 있다.
제어부(200)는 센서(120)를 통해 검출한 깊이 정보와 기준값(SD)을 비교/분석할 수 있다. 따라서, 조업 전에 미리 디스케일러를 테스트하여 노즐을 교체할 수 있으므로 디스케일링 성능을 개선할 수 있다.
도 9는 홈의 깊이 정보를 이용하여 단면적을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 홈의 단면적을 이용하여 침식 부피를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 침식 부피를 이용하여 침식량을 산출한 그래프이고, 도 12는 본 검출방법을 이용하여 교체한 노즐의 전/후 침식 깊이를 측정한 그래프이다.
도 9를 참고하면, 제어부(200)는 홈(40)의 깊이와 데이터의 측정 간격을 곱하여 홈(40)의 단면적을 산출할 수 있다. 데이터 측정 간격은 센서(120)의 샘플링 속도와 제2방향 이동속도의 곱일 수 있다. 일 예로, 샘플링 속도가 초당 100개라면 데이터 1개의 간격은 0.01S일 수 있다. 레이저 센서의 이동 속도가 16mm/s라면 데이터 측정 간격은 0.16mm일 수 있다.
따라서, 홈(40)의 단면적은 각 지점에서의 깊이(d1+d2+...dn)에 데이터 측정 간격 0.16mm를 곱하여 산출할 수 있다. 이때 깊이는 평탄면을 기준으로 음일 경우에만 측정할 수 있다. 샘플링 개수가 많고 이동 속도가 충분히 느리다면 데이터 간격이 좁아져 단면적의 정확도를 높일 수 있다. 홈(40)의 단면적은 깊이 곡선의 적분값일 수 있다.
도 10을 참고하면 제어부(200)는 산출한 단면적과 센서(120)의 이동 간격(1,2,3,4, n)을 곱하여 홈(40)의 부피(침식 부피)를 산출할 수 있다. 이후, 산출된 침식 부피에 검사 기판의 밀도를 곱하여 도 11과 같이 각 노즐의 침식량을 산출할 수 있다. 검사 기판(10)의 알루미늄인 경우 알루미늄의 밀도를 곱할 수 있다. 제어부(200)는 침식량이 미리 정해진 기준값(SD)보다 작은 노즐은 불량으로 판단할 수 있다.
도 12를 참고하면, 본 실시 예에 따른 검사 장치를 이용하여 불량으로 판정된 노즐의 교체 전(before)과 후(after)의 침식 깊이를 측정한 그래프이다. 교체 후 침식 성능이 개선되었음을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스케일러 검사 모듈의 개념도이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스케일러 검사 장치는
검사 기판(10)이 배치되는 플레이트(110), 검사 기판(10)상에 제1방향으로 형성된 복수 개의 홈(40)의 깊이 정보를 측정하는 센서(120), 센서(120)를 이동시키는 액추에이터(130), 및 센서(120)가 검출한 홈(40)의 깊이 정보와 미리 설정된 기준값을 비교하는 제어부(200)를 포함한다.
실시 예에서는 한 쌍의 롤러(141, 142)가 검사 기판(10)을 제1방향으로 이동시키는 점에서 전술한 구성과 상이하다. 전술한 구성에서는 액추에이터(130)가 센서(120)를 제1방향으로 이동시킨다.
실시 예에 따르면, 검사 기판(10)의 가이드부(111)에 의해 안내되고, 한 쌍의 롤러(141, 142)가 검사 기판(10)을 이동시키면서 기판의 휘어짐을 방지한다. 따라서, 검사 기판(10)은 센서(120)와 평행을 유지할 수 있다. 그 결과, 측정 정확도가 향상될 수 있다.
100: 검사 모듈
110: 플레이트
120: 센서
130: 액추에이터

Claims (7)

  1. 검사 기판이 배치되는 플레이트;
    상기 검사 기판상에 제1방향으로 배치된 복수 개의 홈의 깊이를 측정하는 센서;
    상기 센서를 이동시키는 액추에이터; 및
    상기 센서가 검출한 홈의 깊이 정보와 미리 설정된 기준값을 비교하는 제어부를 포함하는 디스케일러 노즐 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 홈은 디스케일러에 배치된 복수 개의 노즐에서 분사된 고압수에 의해 형성된 디스케일러 노즐 검사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 홈의 연장 방향은 제1방향과 제1각도로 기울어져 형성되고,
    서로 이웃한 홈은 제2방향으로 양끝단이 일부 중첩되는 디스케일러 노즐 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서의 측정방향은 상기 제2방향과 평행하고, 상기 센서의 이동방향은 상기 홈의 연장방향과 평행한 디스케일러 노즐 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 홈의 단면적에 이동 간격을 곱하여 상기 홈의 부피를 산출하는 디스케일러 검사장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 홈의 부피에 상기 검사 기판의 밀도를 곱하여 침식량을 산출하는 디스케일러 검사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검사 기판을 제1방향으로 이동시키는 한 쌍의 롤러를 포함하고,
    상기 액추에이터는 상기 센서를 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이동시키는 디스케일러 검사장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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