KR20190136651A - 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치에 관한 것으로,
이의 구성은 길게 연장된 아암(2) 단부에 장착된 용강 레벨 감지센서(5)가 몰드(3)에 충전되는 용강(4)이 넘치지 않도록 그의 충전 높이를 감지하는 용강 레벨 감지장치에 있어서,
상기 용강 레벨 감지센서(5) 내부와 연통되게 공기공급파이프(6)를 설치하고, 이 공기공급파이프(6) 단부에 압축공기를 고속으로 회전시켜 그에 의해 가열된 가열공기를 고온출구(7a)로 배출시키고 냉각된 냉각공기를 저온출구(7b)로 배출시키는 볼텍스튜브(7)를 장착하여, 저온출구(7b)로 배출되는 냉각공기를 용강 레벨 감지센서(5)에 공급하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.

Description

냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치{Molten metal level sensing device with cooling device}

본 발명은 용강(용융금속)을 성형할 때 몰드에 충전되는 용강의 높이를 센서로 감지하여 넘치지 않도록 하는 레벨 감지장치에 관한 것으로, 특히 몰드에 충전되는 용강이 근접할 때 그 높이를 감지하는 용강 감지센서를 볼텍스튜브에서 배출되는 냉각공기를 이용하여 냉각시켜 과열을 방지하고, 이 볼텍스튜브와 그의 주변 부품들을 커버로 차단하여 고온의 융강에 노출되지 않도록 보호할 수 있는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치에 관한 것이다.

금속을 특정한 형상이나 규격으로 제조할 때 미리 만들어진 몰드 내부에 용강을 충전시켜 몰드의 형상으로 성형하게 된다. 이 과정에서 몰드에 충전된 금속은 액상의 형태로 용융되므로 그 온도가 매우 높다. 예컨대, 철금속의 경우 용융점은 1535℃이고, 텅스턴의 경우는 3382℃나 되어 매우 높다.

이렇게 온도가 높은 용강을 몰드에 넣어 성형할 때 과도한 공급으로 몰드를 넘쳐 흐르게 되면 대형 사고로 연결되므로 즉시 작업을 중지해야 한다.

만약, 용강이 몰드를 범람하면 작업중지에 따른 생산성 저하는 물론이고, 금속 제련에 필요한 장비들이 손상되어 이들을 수리를 해야하므로 장시간 구동이 불가능하여 2차 피해가 대단히 크고, 무엇보다 인명피해가 발생될 우려가 있다는 점에서 주의가 필요하다. 따라서 이러한 문제점 때문에 생산 현장에서는 용강을 몰드에 충전할 때 센서를 이용하여 넘치지 않도록 안전장치를 갖추고 있다.

종래에 금속 성형시 몰드에 충전되는 용강을 넘치지 않도록 하는 장치는 등록특허 제10-0803733호(2008년02월15일 공고)의 용융 몰드플럭스를 이용한 연속 주조에 사용하는 탕면 레벨측정 센서 유닛이 제시되고 있다. 이 기술은 와전류식 센서(110)가 길게 연장된 센서 지지봉(150)에 연결된 상태로 용강 상부에 위치하여 용강의 표면을 감지하여 그 높이를 감지하게 된다.

그런데, 상기 종래 기술은 용강의 높이를 직접 감지하는 와전류식 센서(110)는 용강 상부에 위치한 상태에서 용강이 대략 40㎝∼10㎝의 범위에 근접할 때 그 높이를 감지하게 되므로, 이 센싱 과정에서 근접된 용강에 장시간 노출되어 온도가 상승하지만 팬에 의해 상온의 공기를 압송하는 공랭식 방식으로 온도를 낮추었기 때문에 과열로 인하여 고장이 자주 발생하여 수명이 단축되는 문제가 있었다.

따라서, 와전류식 센서(110)는 금속 성형시 그 사용횟수가 1회∼3회에 불과하여 자주 교체해야 하는 불편함이 있었고, 잦은 교체로 인하여 생산성이 저하됨은 물론이고 많은 와전류식 센서(110)의 사용으로 원가가 상승하는 문제를 피할 수 없었다.

대한민국 등록특허 제10-0803733호(2008년02월15일 공고)

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 용강 레벨 감지 장치의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 몰드에 충전되는 용강이 근접할 때 그 높이를 감지하는 용강 감지센서를 볼텍스튜브에서 배출되는 저온의 냉각공기를 이용하여 냉각시켜 과열을 방지할 수 있는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 볼텍스튜브와 그의 주변 부품들을 커버로 차단하여 고온의 용강에 노출되지 않도록 보호할 수 있는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치는 길게 연장된 아암 단부에 장착된 용강 감지센서가 몰드에 충전되는 용강이 넘치지 않도록 그의 충전 높이를 감지하는 용강 레벨 감지장치에 있어서,

상기 용강 감지센서 내부와 연통되게 공기공급파이프를 설치하고, 이 공기공급파이프 단부에 압축공기를 고속으로 회전시켜 그에 의해 가열된 가열공기를 고온출구로 배출시키고 냉각된 냉각공기를 저온출구로 배출시키는 볼텍스튜브를 장착하여, 저온출구로 배출되는 냉각공기를 용강 감지센서에 공급하여 냉각시키는 것을 포함한다.

본 발명은 볼텍스튜브의 저온출구와 용강 감지센서 사이에 공기분배블록을 설치하여 저온출구에서 배출된 냉각공기가 공기분배블록의 공급통로를 통해 용강 감지센서에 공급되고, 냉각을 수행한 후 용강 감지센서에서 배출된 공기는 공기분배블록의 배출통로로 토출되는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 공기공급파이프는 일부를 아암 내부에 내장되고, 아암 외부로 노출되는 부분은 내화튜브로 감싸아 보호하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명의 공기공급파이프 및 볼텍스튜브는 커버로 감싸아 보호하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명은 공기분배블록의 배출통로에는 배출관이 연결되는 것을 포함한다. 상기 배출관에는 소음기가 장착되는 것을 더 포함한다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 볼텍스튜브에 압축공기를 공급하면 볼텍스튜브의 작동에 의해 압축공기는 급속도로 회전하면서 이동하고 이때 발생된 마찰에 의해 급속 가열된 상태로 일부가 고온출구로 배출되고, 이 과정에서 중앙 부분에 위치한 가열공기는 디퓨져에 막혀 미쳐 배출되지 못하고 유턴하여 압력이 낮은 상태로 역방향으로 이동하면서 방열이 급속 진행되어 온도가 현저히 낮아진 상태로 저온출구로 배출됨에 따라, 이 배출되는 냉각공기를 용강 레벨 감지센서에 공급하여 그를 간단히 냉각시킬 수 있다.

상기 볼텍스튜브의 냉각공기를 이용하여 용강 레벨 감지센서를 냉각시키면 사용온도를 약 30℃까지 냉각시킬 수 있어 과열로 인한 오작동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고장을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

따라서, 낮은 온도로 인하여 용강 레벨 감지센서가 오작동이나 고장을 방지하게 되면, 안정적으로 작업을 진행할 수 있어 제품 생산성을 높일 수 있고, 또한 용강이 몰드를 넘쳐 발생하는 인명피해와 같은 종래의 심각한 문제점을 일거에 해소할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 공기공급파이프 및 볼텍스튜브는 커버로 감싸아 보호하여 성형과정에서 고온의 용강이 튀어 공기공급파이프나 볼텍스튜브가 손상되는 것을 방지할 수 있어 더욱 안정적으로 금속 성형작업을 수행할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치의 사용상태를 보인 개념도
도 2는 본 발명에 따른 용강 레벨 감지센서과 그 주변을 확대한 우측 사시도
도 3은 본 발명에 따른 용강 레벨 감지센서과 그 주변을 확대한 좌측 사시도
도 4는 본 발명에 따른 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치의 좌측 분해 사시도
도 5는 본 발명에 따른 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치의 우측 분해 사시도
도 6은 본 발명에 따른 용강 레벨 감지센서에 공기의 공급 및 배출 경로를 보인 개념도
도 7은 본 발명에 따른 공기분배블록을 보인 사시도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치의 구성을 상세히 설명한다.

상기 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명의 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치(1)는 통상의 경우와 같이 길게 연장된 아암(2) 단부에 몰드(3)에 충전되는 용강(4)의 높이를 감지하는 감지하는 용강 레벨 감지센서(5)가 장착된다.

이러한 용강 레벨 감지장치(1)에 있어서, 상기 용강 레벨 감지센서(5) 내부와 연통되게 공기공급파이프(6)를 설치하고, 이 공기공급파이프(6) 단부에 압축공기를 고속으로 회전시켜 그에 의해 가열된 가열공기를 고온출구(7a)로 배출시키고 냉각된 냉각공기를 저온출구(7b)로 배출시키는 볼텍스튜브(7)를 장착하여, 저온출구(7b)로 배출되는 냉각공기를 용강 레벨 감지센서(5)에 공급하여 냉각시키는 것을 포함한다.

상기 아암(2)은 설치장소에서 몰드(3) 상부까지 도달하도록 길게 연장되고, 그 끝단부에 상기 용강 레벨 감지센서(5)가 장착된다. 아암(2)은 온도가 높은 환경에서 사용됨을 감안하여 높은 온도에서 견딜 수 있도록 내열성이 좋은 금속재의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용강 레벨 감지센서(5)는 몰드(3)에 충전 중인 용강(4)이 근접할 때의 그 위치를 감지하는 것으로, 일종의 근접센서이다. 이러한 용강 레벨 감지센서(5)는 용강(4)을 성형하는 작업현장에서 널리 사용되고 공지의 것이므로 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 공기의 흐름을 설명하기 위해 용강 레벨 감지센서(5)의 상부 일측에는 공기 유입구(5a)가 관통되고, 이 공기 유입구(5a) 하부에는 토출구(미도시)가 형성되는 것을 설명한다.

상기 공기공급파이프(6)는 볼텍스튜브(7)에 압축공기를 공급하는 것으로, 아암(2)을 따라 설치되는데, 도면에서와 같이 일부 구간은 파이프 형태를 갖는 아암(2) 내부에 내장되게 설치되어 용강(4)으로부터 노출되지 않도록 보호하고, 또한 볼텍스튜브(7)와 연결되는 부분은 아암(2) 외부로 노출된다. 상기 아암(2) 외부로 노출되는 부분도 내화튜브(8)로 감싸 보호하여 용강(4)에 노출되지 않도록 보호한다.

상기 공기공급파이프(6) 일단부는 압축공기를 생산하는 콤퓨레셔(미도시)와 연결되고, 타단부는 볼텍스튜브(7)와 연결되어 콤퓨레셔에서 생산된 압축공기를 볼텍스튜브(7)에 공급하게 된다.

상기 볼텍스튜브(7)는 본 발명을 실현하는 데 있어 아주 중요한 요소 중 하나이다. 볼텍스튜브(7)는 널리 알려진 공지 기술로서 압축공기를 공급하면 내부를 통과하면서 가열된 가열공기가 고온출구(7a)로 배출되고, 내부를 통과하면서 냉각공기가 저온출구(7b)로 배출되는 일종의 공기 냉,온분리기이다.

볼텍스튜브(7)가 공지 기술이긴 하지만, 본 발명의 이해를 돕기 위해 공기를 냉,온으로 분리하는 과정을 구체적으로 설명한다.

보통의 압축공기(Compressed Air :3-10kg/㎠)가 공급되면 전기나 어떤 약품도 필요없이 스스로 냉,온 두 가지 공기 기류로 분리해내는 획기적인 냉각장치이다. 압축공기가 배관을 통해 볼텍스튜브(7)로 공급되면 일차적으로 볼텍스(와류)회전실에 투입되어 1,000,000RPM으로 초고속 회전을 하게 된다.

이 회전공기(1차 볼텍스)는 고온출구(7a) 쪽으로 향하다가 디퓨져에 의해 일부만 고온출구(7a)로 배출(30℃~90℃)되고 나머지 공기는 디퓨져에 의해 회송되어 2차 볼텍스를 형성하면서 저온출구(7b) 쪽으로 나가게 되는데, 이 과정에서 2차 볼텍스의 흐름은 1차 볼텍스의 안쪽에 형성된 낮은 압력의 통로를 지나면서 열을 빼앗기면서 저온출구(7b) 방향으로 이동하게 된다. 회전하면서 이동하는 두 개의 1,2차 회전공기는 내부의 2차 회전공기와 외부의 1차 회전공기는 1회전하는 시간이 동일(동일 각속도)하므로 2차 회전공기는 실제 운동 속도는 1차 회전공기 보다 낮다. 이 운동 속도의 차이는 2차 회전공기의 운동 에너지가 줄었음을 의미하며 이 상실된 운동에너지는 열로 변환되어 바깥 흐름의 1차 회전공기 온도를 상승시키고 내부의 2차 회전공기는 이동하면서 더욱 온도가 내려간다.

따라서, 고온출구(7a)에 설치된 디퓨져를 조절하여 고온출구(7a)로 가열된 공기를 많이 배출시킬수록 저온출구(7b)로 토출되는 냉각공기는 감소되지만 온도는 더욱 낮아진다. 반대로 고온출구(7a)로 가열된 공기를 적게 배출시킬수록 저온출구(7b)로 토출되는 냉각공기는 증가하지만 온도는 상승하여 덜 차가워진다. 이러한 원리에 따라 디퓨져를 적절하게 조절하여 저온출구(7b)로 토출되는 저온의 냉각공기의 온도와 풍량을 선택적으로 조절하여 용강 레벨 감지센서(5)를 냉각시킬 수 있다.

이와 같이 작동되는 볼텍스튜브(7)는 도면에서와 같이 튜브형태로 구성되기 때문에 부피가 소형이면서도 구조가 단순하여 본 발명에 적용하기 적합한 구성요소라 하겠다.

한편, 본 발명은 상기 볼텍스튜브(7)의 저온출구(7b)와 용강 레벨 감지센서(5) 사이에 공기분배블록(9)을 설치하여 저온출구(7b)에서 배출된 냉각공기가 공기분배블록(9)의 공급통로(9a)를 통해 용강 레벨 감지센서(5)에 공급되고, 냉각을 수행한 후 용강 레벨 감지센서(5)에서 배출된 공기는 공기분배블록(9)의 배출통로(9b)로 토출되게 한다.

상기 공기분배블록(9)은 도 7 내지 도 9에서 자세히 도시된다. 상기 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 공급통로(9a)와 배출통로(9b)는 별도로 분리되어 사용 전 냉각공기와 사용 후 배출되는 공기를 서로 혼합되지 않는다. 상기 공기분배블록(9)은 상부가 개방되는데, 이 개방된 상부는 덮개(10)로 폐쇄되고, 측면에 관통된 케이블통로(11)도 폐쇄되어 냉각공기가 공급통로(9a)를 통과할 때 외부로 누출되지 않는다.

한편, 본 발명은 공기공급파이프(6) 및 볼텍스튜브(7)는 커버(12)로 감싸아 보호되게 한다. 상기 커버(12)는 도 2 내지 도 5와 같이 얇은 금속재 박판으로 구성되고, 복수 개가 조립된 형태로 구성된다. 즉 커버(12)는 상부판(12a), 하부판(12b), 측면판(12c)을 서로 연결할 수 있도록 이들을 볼트로 체결하면 조립 후 단일형태로 구성되어 그 내부에 공기공급파이프(6) 및 볼텍스튜브(7)를 수용하여 보호하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 공기분배블록(9)의 배출통로(9b)에는 배출관(13)이 연결되는 것이 바람직하다. 이 배출관(13)은 사용 후 가열된 공기를 용강 레벨 감지센서(5)부터 멀리 토출시키게 되므로 용강 레벨 감지센서(5)가 토출된 공기에 의해 가열되지 않는다.

그리고, 상기 배출관(13)의 출구에는 소음기(14)가 장착되어 사용된 공기가 토출될 때 발생하는 소음을 줄이게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 구조가 간단한 볼텍스튜브(7)를 압축공기 공급 경로상에 설치하여 그에 의해 냉각된 공기를 용강 레벨 감지센서(5)에 공급하여 냉각시키므로 용강 레벨 감지센서(5)가 과열되지 않아 용강 레벨감지를 원할하게 수행할 수 있고, 공기공급파이프(6) 및 볼텍스튜브(7)는 커버(12)로 감싸아 보호하여 장치의 안전성을 담보하여 고장발생을 줄일 수 있으므로 종래 기술보다 진보성을 갖춘 유익한 발명이라 하겠다.

1 : 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치
2 : 아암 5 : 용강 레벨 감지센서
6 : 공기공급파이프 7 : 볼텍스튜브
8 : 내화튜브 9 : 공기분배블록
10 : 덮개 12 : 커버
13 : 배출관 14 : 소음기

Claims (6)

1. 길게 연장된 아암(2) 단부에 장착된 용강 레벨 감지센서(5)가 몰드(3)에 충전되는 용강(4)이 넘치지 않도록 그의 충전 높이를 감지하는 용강 레벨 감지장치에 있어서,
   상기 용강 레벨 감지센서(5) 내부와 연통되게 공기공급파이프(6)를 설치하고, 이 공기공급파이프(6) 단부에 압축공기를 고속으로 회전시켜 그에 의해 가열된 가열공기를 고온출구(7a)로 배출시키고 냉각된 냉각공기를 저온출구(7b)로 배출시키는 볼텍스튜브(7)를 장착하여, 저온출구(7b)로 배출되는 냉각공기를 용강 레벨 감지센서(5)에 공급하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 볼텍스튜브(7)의 저온출구(7b)와 용강 레벨 감지센서(5) 사이에 공기분배블록(9)을 설치하여 저온출구(7b)에서 배출된 냉각공기가 공기분배블록(9)의 공급통로(9a)를 통해 용강 레벨 감지센서(5)에 공급되고, 냉각을 수행한 후 용강 레벨 감지센서(5)에서 배출된 공기는 공기분배블록(9)의 배출통로(9b)로 토출되는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 공기공급파이프(6)는 일부를 아암(2) 내부에 내장되고, 아암(2) 외부로 노출되는 부분은 내화튜브(8)로 감싸아 보호하는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 공기공급파이프(6) 및 볼텍스튜브(7)는 커버(12)로 감싸아 보호하는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.
   
5. 청구항 2에 있어서, 상기 공기분배블록(9)의 배출통로(9b)에는 배출관(13)이 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 배출관(13)에는 소음기(14)가 장착되는 것을 특징으로 하는 냉각장치를 갖는 용강 레벨 감지장치.
   

Images