KR20210157901A - 용탕의 온도를 측정하는 장치 및 방법 - Google Patents

용탕의 온도를 측정하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

용탕 배스의 온도를 측정하는 장치를 제공하며, 이 장치는
광코어 와이어; 튜브로서, 광코어 와이어는 적어도 부분적으로 튜브 내에 배치되고, 이 튜브는 4 내지 8㎜의 범위의 외경, 및 0.2 내지 0.5㎜의 범위의 벽 두께를 갖는 것인, 튜브; 및 서로 이격되어 튜브 내에 배치되는 2개보다 많은 분리 요소들을 포함하는 복수의 분리 요소들로서, 2개보다 많은 분리 요소들 중 2개의 분리 요소 사이에 적어도 하나의 구획을 형성하는 것인, 복수의 분리 요소들을 포함한다.
본 발명은 또한, 용탕 배스의 온도를 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

용탕의 온도를 측정하는 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MEASURING A TEMPERATURE OF A MOLTEN METAL}
본 발명은 광코어 와이어(optical cored wire) 및 튜브를 포함하는 용탕 배스의 온도를 측정하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 용탕 배스의 온도를 측정하는 해당 장치를 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
금속 제조 공정 중에 야금 용기에서 용탕 배스의 온도를 측정하는 데 사용할 수 있는 여러 수단들 및 방법들이 있다. 특히 전기 아크로(EAF)의 용융 환경에서 철 또는 강의 용탕 배스의 온도를 측정하는 그러한 수단들 중 한 가지는 그 용탕 내에 금속 튜브로 둘러싸인 광섬유를 침지시키는 것을 포함한다. 또한, 금속 튜브로 둘러싸인 광섬유가 보통 광코어 와이어로 지칭된다. 광섬유는 열복사를 받을 수 있고 열복사를 용탕으로부터 감지기, 예를 들어 고온계(pyromter)로 전달할 수 있다. 적합한 기기가 용탕 배스의 온도를 결정하기 위한 감지기와 연결될 수 있다.
용탕 배스의 온도를 측정하기 위해, 광코어 와이어가 용탕 배스 내에 공급될 수 있으며, 이 광코어 와이어는 미리 정해진 시간 간격에 걸친 연속적인 온도 측정 동안 본질적으로 일정한 속도로 소비된다. 광코어 와이어의 선단 팁(leading tip)은 야금 용기 내에 침지되고, 용탕 배스로 향하는 도중에 먼저 고온의 분위기와 만나고, 이어서 슬래그 층, 이어서 용탕 배스를 만난다. 온도 측정이 완료되면, 광코어 와이어의 팁이 용탕 배스로부터 부분적으로 후퇴될 수 있다. 그러면, 후퇴된 광코어 와이어의 팁은 다음 온도 측정을 위한 새로운 선단 팁이 된다.
EP1857792A1은 광코어 와이어를 사용하여 용탕 배스의 온도를 측정하는 방법 및 장치를 예시적으로 설명한다.
종래 기술에 공지된 많은 장치들은 보통 튜브 내에 위치하는 광섬유를 사용하여 구성된다. 보통 광 와이어와 금속 튜브 사이의 갭이 침지 중에 광 와이어를 용탕 배스의 열로부터 보호하도록 충진 재료로 채워진다. 광코어 와이어 및 튜브는 용탕 배스 내의 동일한 위치로 동일한 또는 상이한 속도로 용탕 배스 내로 공급될 수 있다.
안타깝게도, 그러한 구조는 항상 전체 적용 범위에 걸쳐 신뢰할 수 있는 측정들을 제공하지는 못한다. 본 명세서에서, 적용 범위라는 용어는 용탕 배스의 온도 측정들이 수행되는 온도 범위를 지칭하여 사용될 수 있다. 특히, 낮은 온도 범위에서의 온도 측정은 높은 슬래그 온도들과 결합하여 출력 데이터에 큰 변동을 초래할 수 있다. 예를 들어, 일반 강종들의 온도 범위는 1520 내지 1700℃다. 그러나, 종래 기술에 따라 측정된 온도들의 대부분은 보통 1550 내지 1620℃다.
따라서, 전체 적용 범위에 걸쳐 보다 정확한 온도 측정들을 달성하면서 용탕 내에서 장치의 소비를 최소화할 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은 용탕 배스의 온도를 측정하는 장치를 제공하며, 이 장치는
광코어 와이어;
튜브로서, 광코어 와이어가 적어도 부분적으로 튜브 내에 배치되고, 그 튜브는 4 내지 8㎜의 범위의 외경 및 0.2 내지 0.5㎜의 범위의 벽 두께를 갖는 것인, 튜브; 및
서로 이격되어 튜브 내에 배치되는 2개보다 많은 분리 요소들을 포함하는 복수의 분리 요소들로서, 2개보다 많은 분리 요소들 중 2개의 분리 요소 사이에 적어도 하나의 구획을 형성하는 것인, 복수의 분리 요소들
을 포함한다.
본 명세서에서, "광코어 와이어"라는 용어는 케이싱(casing), 특히 금속 튜브 내에 포함될 수 있는 광섬유를 지칭하는 데에 사용될 수 있다. 케이싱은 광섬유를 완전히 둘러싸거나 적어도 부분적으로 개방되어 케이싱이 광섬유를 완전히 둘러싸지 않을 수도 있다. 또한, 케이싱은 용탕 내에서 적용하기 위한 작용제로 부분적으로 채워질 수 있다. 또한 광섬유는 케이싱 없이 사용될 수 있다.
그 장치의 튜브는 금속 튜브일 수 있고, 광코어 와이어는 금속 튜브의 길이를 따라 연장한다. 예를 들어, 광코어 와이어는 금속 튜브의 중심에 배치될 수 있고 금속 튜브의 방향으로 연장할 수 있다.
본 발명에 따르면, 튜브는
4 내지 8㎜의 범위의 외경; 및
0.2 내지 0.5㎜의 범위의 벽 두께를 갖는다.
바람직하게는, 튜브의 벽 두께는 0.3 내지 0.4㎜의 범위이다. 또한, 용탕 배스에서의 테스트들은 온도 측정들의 정확성이 온도 측정 중에 용탕 배스 내로 도입되는 저온 재료의 질량과 관련이 있음을 보여주었다. 단위 시간 당 그 질량은 장치의 공급 속도 및 기하학적 구조에 따라 좌우될 수 있다.
또한, 그 장치는 튜브 내에 배치되는 2개보다 많은 분리 요소들을 포함하고, 2개보다 많은 분리 요소들 중 2개 분리 요소 사이에 적어도 하나의 구획을 형성하는 복수의 분리 요소들을 포함한다.
본 명세서에서, "구획"이라는 용어는 튜브 내에서 상이한 분리 요소들 사이의 체적과 관련이 있다.
본 명세서에서, "분리 요소들"이라는 용어는 튜브 내에 배치되어 튜브 내의 체적을 세분화시키는 부품들과 관련이 있다.
분리 요소들은 튜브 내부에 배치되고 개구를 포함하는 디스크 형상의 요소들로서 실현될 수 있으며, 그 개구를 통과해 광코어 와이어가 연장하고 광코어 와이어를 적어도 부분적으로 지지할 수 있다. 바람직하게는, 그 개구는 튜브의 중심에 광코어 와이어를 지지하도록 분리 요소들의 중앙에 있다. 그러나, 실시예들에서 분리 요소들은 또한 상이한 형상들을 가질 수 있다. 예를 들어, 그 분리 요소들은 입방형, 원통형, 원추형, 삼각형, 구형, 피라미드형, 사다리꼴 및/또는 다각형 형상을 가질 수 있다. 일례에서, 그 장치는 튜브 내에 배치되는 적어도 5개의 분리 요소들을 포함하는 복수의 분리 요소들을 포함한다.
분리 요소들은 광코어 와이어 또는 튜브 중 하나에 부착될 수 있으며, 유리하게는, 즉 광코어 와이어와 튜브 사이에서 그러한 배치로 인해 튜브와 광코어 와이어의 마찰을 최소화하여 응력을 피할 수 있다. 또한, 그 장치가 용탕 내에 공급되는 경우 광코어 와이어 및 튜브는 함께 이동할 수 있다. 따라서, 광코어 와이어 및 튜브의 상대적 이동은 용탕 배스 내에 공급될 때 최소화되거나 심지어 피할 수 있다.
광코어 와이어 및 튜브의 속도 및 위치는 본질적으로 동일할 수 있다.
유리하게는, 적어도 임의의 2개의 분리 요소들 사이에 구획을 생성하도록 분리 요소들을 채용함으로써 튜브 내로의 용탕의 침투를 효율적으로 방지할 수 있다.
유리하게는, 전술한 장치를 사용함으로써, 튜브는 제어된 방식으로 침지 단부에서부터 용융되어, 보다 정확한 온도 측정들로 이어진다. 실제 온도 측정은 튜브가 용탕 배스 내에서 용융되는 동안 수행될 수 있다.
전술한 장치를 채용함으로써, 유리하게는 튜브는 용탕 배스 내로 들어가기 전에는 용융되지 않는다. 또한, 튜브가 측면에서부터 용융되지 않아서, 온도 측정들에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 튜브 내로의 용탕의 침투들이 최소화될 수 있다.
예를 들어, 구획 내에 수용된 가스가 장치가 용탕 배스 내로 삽입될 때 온도 상승으로 인해 팽창할 것이다. 일례에서, 강의 침투를 방지하는 데 필요한 압력 상승은 용탕 배스 내의 목표 침지 깊이에서 철정압(ferrostatic pressure)을 간단하게 계산함으로써 계산될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 용탕 배스 온도의 갑작스런 온도 증가는 그러한 구획들에 약 6bar 정도의 압력 증가를 초래할 수 있다. 그러한 압력은 용융 공정이 시작되기 전에 튜브의 측벽에 균열을 야기할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 튜브의 직경과 벽 두께를 감소시킴으로써 단위 길이 당 질량을 최소화하면 보다 정확한 온도 측정들을 달성할 수 있는 것으로 보여진다. 또한, 굽힘 및 부유 없이 용탕에 들어가도록 하기 위한 최소 직경이 유리하다.
일례에서, 튜브는 상온(RT)에서 30W/mK보다 큰 열전도율을 갖는 재료를 포함한다.
본 명세서에서, 상온(RT)은 약 20℃의 온도, 특히 16 내지 25℃의 범위의 온도를 지칭하는 데에 사용될 수 있다.
일례에서, 광코어 와이어와 튜브 사이의 공간은
- 가스, 가스 혼합물, 또는
- 저밀도 재료, 특히 저밀도 유기 재료를 포함하는 충진 재료
로 채워진다.
예를 들어, 그 공간은 공기 또는 불활성 가스로 채워질 수 있다. 낮은 출력값들을 초래할 수 있는 튜브 내로의 용탕의 침입을 최소화하도록, 유리하게는 충진 재료가 광코어 와이어와 튜브 사이의 공간 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
본 명세서에서, "저밀도"라는 용어는 2g/㎤, 바람직하게는 1g/㎤보다 작은 밀도를 갖는 재료들을 지칭하여 사용될 수 있다.
일례에서, 충진 재료는 목화, 양털, 삼, 왕겨 및/또는 아마를 포함한다. 회분(ash) 함량이 10% 미만인 기타 저밀도 충진 재료들도 적합하다.
회분 함량은 재료가 완전히 연소된 후 남은 재료의 불연성 성분을 의미할 수 있다.
일례에서, 튜브는 철, 및/또는 합금 강종을 포함하는 재료들의 그룹 중 적어도 하나의 합금 또는 재료를 포함한다.
유리하게는, 전술한 재료들은 상온에서 30W/mK보다 큰 열전도율을 갖는다.
일례에서, 튜브의 열전도율과 벽 두께의 곱은 0.015W/K보다 크다.
얇은 벽과 조합한 높은 열전도율이 유리할 수 있다. 유리하게는, ㎜ 단위의 벽 두께와 열전도율의 곱이 0.015W/K보다 클 수 있다. 일례에서, 0.3㎜의 두께를 갖는 외부벽은 50W/mK보다 큰 열전도율을 갖는 재료를 필요로 한다. 유리하게는, 선택되는 튜브의 재료의 열전도율이 높을수록 튜브의 가열 중에 온도 분포가 더 균일해질 것이다. 대조적으로, 불균일한 온도 분포는 튜브의 측벽들의 제어되지 않은 파열(blasting)로 이어질 수 있으며 이는 용탕의 원치 않는 침투를 초래할 수 있다.
통상의 로 내에서, 진입점과 용탕 배스 간의 거리는 1 내지 2m 범위이다.
일례에서, 분리 요소들은, 로 내의 진입점으로부터 용탕 배스의 높이까지의 거리보다 작은 거리로 서로 이격되어 튜브 내에 배치된다. 이러한 예에서, 분리 요소들은 장치의 길이에 걸쳐 통기로를 형성하도록 구성된다.
일례에서, 분리 요소들은 규소수지(silicone), 바람직하게는 2성분 규소수지 재료, 고무 재료, 가죽 재료, 코르크 재료, 및/또는 금속 재료를 포함한다.
갑작스런 압력 증가의 역효과를 극복하도록, 작은 구획들이 선택될 수 있으며, 이는 측정 중에 적어도 하나의 구획이 로 내에 공급된다는 것을 의미한다. 그 구획 내의 가스들이 팽창할 것이고, 압력이 열팽창으로 인해 증가할 것이다. 유리하게는, 통기로는 튜브의 측벽으로부터의 강 및 슬래그의 침투를 방지한다. 장치의 침지 중에, 팽창하는 가스는 장치의 침지 단부를 통해 부분적으로 배출될 수 있다.
대안의 예에서, 분리 요소들은, 로 내의 진입점으로부터 용탕 배스의 높이까지의 거리보다 큰 거리로 서로 이격되어 튜브 내에 배치된다.
그 경우에, 다음 구획이 로 내부와 로 외부에 부분적으로 배치된다. 유리하게는, 이는 전체 구획 길이에 걸친 가스의 가열을 방지할 수 있고, 따라서 갑작스런 압력 증가의 역효과를 극복하도록 구획 내에서 얻어지는 최대 압력을 감소시킬 수 있다. 또한, 전술한 예에서, 분리 요소들은 광코어 와이어와 튜브 내부 사이에 밀봉을 제공하도록 기밀 방식으로 튜브 내에 배치될 수 있다.
다른 예에서, 분리 요소들은 2 내지 5m의 범위, 바람직하게는 3 내지 4m의 범위의 거리로 서로 이격되어 튜브 내에 배치된다.
대부분의 야금 공정들에서, 용탕 배스는 용탕 배스보다 저밀도를 갖는 슬래그 층으로 덮여 있다. 예를 들어, 강 제조 공정들에서, 용융된 강의 밀도가 약 7g/㎤ 이고, 슬래그 커버는 약 2g/㎤의 밀도를 갖는다. 전로, 전기 아크로 및 래들로(ladle furnace)들의 공정 단계들 중에, 그 밀도는 CO/CO2 기포들에 의해 야기되는 슬래그 발포로 인해 더 떨어질 수 있다. 장치가 용탕보다 높은 밀도를 갖는 경우, 바닥으로 가라앉는 경향이 있고, 낮은 밀도를 갖는 경우 부유하는 경향을 보여준다.
일례에서, 장치는 0.8g/㎤ 내지 4g/㎤의 범위, 특히 1g/㎤ 내지 3g/㎤의 범위의 밀도를 포함한다.
장치의 침지 중에 부유의 우려를 방지하도록, 재료 밀도는 0.8g/㎤ 내지 4g/㎤의 범위, 특히 1g/㎤ 내지 3g/㎤의 범위가 유리하다.
전기 아크로 공정은 슬래그에 대해 매우 넓은 밀도 범위를 가질 것이다. 붕괴 단계(phase)에서 슬래그 두께가 약 30cm로 추정되면, 그 슬래그 두께는 발포 중에 로 천장까지 증가할 수 있다. 따라서, 그 공정에 사용되는 장치는 정확한 온도 측정들을 달성할 수 있도록 그 범위 내에서 적용할 수 있어야 한다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 기재된 장치, 및 용탕 배스 내로 장치의 선단 팁을 공급하기 위한 공급 수단을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 또한, 그 시스템은 장치를 위한 진입점을 갖고 있고 용탕 배스 및 슬래그 커버를 수용하는 로를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 본 명세서에 기재된 장치 또는 시스템을 사용하여 용탕 배스의 온도를 측정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은
선단 팁을 용탕을 향하게 하여 온도 측정 장치를 10g/s 내지 50g/s 범위의 공급 속도로 용탕 배스 내에 공급하는 단계; 및
용탕의 온도를 측정하는 단계를 포함한다.
50g/s의 공급 속도가 최대로 고려될 수 있다. 고온의 용례들에서, 그 속도는 용탕 배스 내의 충분한 깊이에 도달하도록 적용되어야 할 필요가 있다. 저온의 용례들에서, 그 값은 작아질 수 있다. 모든 제강 용례들에서 최소 침지 깊이를 달성하기 위해 최소 10g/s가 필요하다.
예를 들어, 가장 정확한 측정들은 전기 아크로 용례들에서는 약 30g/s의 공급 속도에서 달성될 수 있고, 래들로 용례들에서는 약 20g/s의 공급 속도에서, 그리고 래들 용례들에서는 약 16g/s의 공급 속도에서 달성될 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 온도 측정들의 정확성은 온도 측정 중에 용탕 배스로 들어가는 저온 재료의 질량에 관련이 있는 것을 알 수 있다. 단위 시간 당 그 질량은 장치의 공급 속도 및 기하학적 구조에 따라 좌우될 수 있다.
유리하게는, 그 방법에서 정해진 공급 속도로 전술한 바와 같은 장치를 공급함으로써 보다 정확한 온도 측정들이 달성될 수 있다.
일례에서, 광코어 와이어 및 튜브는 용탕 배스 내로 동일한 속도로 함께 공급된다.
이하에서 2개의 유리한 예들을 설명한다.
제 1 예에서는 정확한 온도 측정을 달성하기 위해 필요한 공급 속도가 확인되었다. 광코어 와이어와, 6㎜의 외경 및 0.3㎜의 벽 두께를 갖는 저탄소강 튜브를 포함하고 약 1.6 g/㎤의 밀도를 갖는 장치가 용탕 배스 내에 800㎜/s의 속도로 300㎜의 깊이까지 공급될 수 있다. 약 1.6 g/㎤의 밀도는 44.1g/m의 질량과 상응한다. 그 속도에서, 측정은 전체 적용 범위에 걸쳐 정확할 것이다. 유리하게는, 선택된 구성이 용탕 내에 남을 것이고, 용탕-슬래그 계면의 방향으로 부유할 것이다.
제 1 예와 관련하여 이하의 예시적인 파라미터들이 얻어진다.
시간 = 300㎜ / 800㎜/s = 0.375s
질량 = 44.1g/m * 0.3m = 13.2g
질량/시간 = 13.2g / 0.375s = 35.2g/s
제 2 예에서는 정확한 온도 측정을 달성하기 위한 최대 공급 속도가 정해졌다. 7㎜의 외경 및 0.4㎜의 벽 두께를 갖는 저탄소강 튜브를 구비하는 약 2.2g/㎤의 밀도(68.6g/m에 상응)의 장치가 용탕 내로 400㎜의 깊이까지 최대 728㎜/s의 속도로 공급될 수 있다. 그 속도까지는 측정이 전체 적용 범위에 걸쳐 신뢰할 수 있다. 그 선택된 구성이 용탕 내에 남을 것이고, 용탕-슬래그 계면의 방향으로 부유할 것이다.
제 2 예와 관련하여 이하의 예시적인 파라미터들이 얻어진다.
질량 = 68.6 g/m * 0.4 m = 27.4g
시간 = 27.4g / 50g/s = 0.54s
속도 = 400㎜ / 0.54s = 728㎜/s
본 발명의 기초가 되는 사상은 후속하여 도면들에 도시된 실시예들과 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용탕 배스의 온도 측정 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 용탕의 온도를 측정하기 전에, 측정하는 중에 및 측정한 후에 장치의 선단 팁의 침지를 나타내는 개략적인 위치-시간 그래프를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 장치들의 개략도들을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 구획들의 기밀함을 검증하는 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5의 a 내지 c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치를 용탕 배스 내로 침지하는 것을 나타내는 개략도들을 도시한다.
도 6의 a 내지 c는 본 발명의 실시예들에 따른 분리 요소들의 상이한 구성들의 개략도들을 도시한다.
도 7의 a 내지 c는 본 발명의 실시예들에 따른 장치들의 개략도들을 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용탕 배스(15)의 온도 측정 시스템의 개략도를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 그 시스템은, 적어도 부분적으로 코일(9) 상에 위치하고 측정의 수행을 위해 코일(9)로부터 적어도 부분적으로 풀리는 장치(1)를 포함한다. 장치(1)의 제 1 단부가 고온계(11)에 연결되며, 고온계(11)는 또한 장치(1)로 얻은 데이터를 처리하도록 컴퓨터 시스템(도시 생략)에 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(1)는 진입점(19)을 갖고 용탕 배스(15)를 수용하는 용기 내에 안내 튜브(17)를 통해 공급 장치(13)에 의해 공급된다. 코일(9)로부터 진입점(19)까지 연장하는 장치(1)의 부분의 온도는 낮은 것으로 고려될 수 있으며, 그 온도는 상온에서부터 최대 100℃까지 범위의 온도일 수 있다. 용탕 배스(15)의 방향으로 진입점(19)을 통과하면, 최대 1700℃ 또는 심지어 더 높은 고온의 분위기를 먼저 만나게되고, 이어서 슬래그 층(16), 이어서 용탕 배스(15)를 만나게 된다. 용기의 진입점(19)에는 장치(1) 내로의 금속 및 슬래그 침투를 방지하도록 송풍 랜스(blowing lance)(도 1에 도시 생략)가 장착될 수 있다. 용탕 배스(15) 내에 잠긴 장치(1)의 선단 팁은 용융될 것이고, 이 용융 단계 중에 온도 측정이 달성될 수 있다. 용탕(15) 내부에서 장치(1)의 선단 팁에 의해 커버되는 거리는 LMM으로 표시된다. 측정이 수행된 후, 고온의 분위기 내에 위치하고 슬래그 층(16)을 통과해 연장하는 장치(1)의 부분은 코일(9)의 방향으로 다시 이송되어 다음 측정을 위해 재사용될 수 있다. 용기 내부에서 장치(1)의 선단 팁에 의해 커버되는 거리는 도 1에서 LMEAS로 표시된다. 또한, 도 1에는 슬래그층-분위기 계면(SAI), 및 용탕-슬래그층 계면(MSI)이 도시된다.
도 2는 용탕의 온도를 측정하기 전에, 측정하는 중에 및 측정한 후에 장치의 선단 팁의 침지를 나타내는 위치-시간 그래프의 개략도를 도시한다. 본 설명을 위해, 도 2의 위치-시간 그래프는 측정 중에 장치의 선단 팁이 용융되지 않는다고 가정하는 단순화한 경우를 도시한다. 도 1에 도시된 진입점은 용기의 진입점 및 측정의 기준점으로 고려된다. 용기 내부에서 커버되는 거리(LMEAS)가 도 2에 도시되어 있을 뿐 아니라, 용탕 내부에서 선단 팁에 의해 커버되는 거리(LMM) 및 통상적으로 1회의 온도 측정을 수행하는 데 소모되는 장치의 길이(LC)도 도 2에 도시되어 있다. 그 시퀀스는 장치의 새로운 선단 팁이 용기의 진입점에 위치하는 상태로 끝날 것이다. 용탕 배스(15) 내에 침지된 장치의 길이(LMM) 및 피드포워드(feedforward) 거리는 복귀 거리를 얻도록 용탕 배스 내에서 길이와 함께 감소한다.
도 3a 및 도 3b는 측정 시퀀스 중에 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 장치(1, 1')들의 개략도들을 도시한다. 도 3a 및 도 3b는 용탕 배스(15) 내의 진입점(19)으로부터 공급되는 장치의 부분을 도시한다.
양 실시예들에서, 장치(1, 1')들은, 분리 요소(7a, 7a', 7b, 7b', 7n')들 중 2개의 분리 요소 사이에 적어도 하나의 구획을 형성하게 튜브(5, 5') 내에 배치되는 2개보다 많은 분리 요소(7a, 7a', 7b, 7b', 7n')들을 포함한다.
도 3a는 큰 구획들을 갖는 구성의 제 1 실시예에 따른 장치(1)를 도시한다. 제 1 실시예에 따른 구성을 위해, 분리 요소(7a, 7b)들은, 진입점(19)으로부터 용탕-슬래그층 계면(MSI)까지의 거리보다 큰 거리로 서로 이격되게 튜브(5) 내에서 광코어 와이어(3) 주위에 배치된다. 도시된 구성에서, 구획의 길이는 용기 내에서 그 전체 길이에 걸쳐 밀폐된 구획이 위치하지 않도록 하는 방식으로 선택된다. 진입점(19)에 송풍 랜스(도시 생략)가 장착된 경우, 용기 내부의 작은 부분이 저온으로 고려될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 구획은 2개의 분리 요소(7a, 7b)들 사이에 형성되며, 제 1 분리 요소(7a)는 저온 영역에, 반대쪽의 제 2 분리 요소(7b)는 고온 영역에 있다.
도 3b는 작은 구획들의 구성을 갖는 제 2 실시예에 따른 장치(1')를 도시한다. 그 경우에, 분리 요소(7a', 7b', 7n')들은, 로 내의 진입점19)으로부터 용탕-슬래그층 계면(MSI)까지의 거리보다 작은 거리로 서로 이격되어 튜브(5') 내에 배치된다. 도 3b에 도시된 실시예에서, 분리 요소(7a', 7b', 7n')들은, 침지 단부로부터 코일의 방향(도 3B에 도시 생략)으로 통기로를 형성하도록 적어도 부분적으로 가스가 투과성을 가질 수 있다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 장치(1, 1')들의 튜브(5, 5')들 내에 배치된 분리 요소(6의 c, 7b, 7a', 7n')들에 의해 형성되는 구획들의 기밀성을 검증하기 위한 시스템의 개략도를 도시한다.
가스 기밀성을 검증하기 위한 도시된 시스템이 압력 조절기(21), 유량계(23), 밸브(25) 및 압력계(27)를 포함한다. 테스트를 위해, 도시된 장치(1, 1')들 중 하나의 장치가 시스템에 연결될 수 있다. 그러나, 당업자는 구획들의 가스 기밀성을 검증하기 위해 사용 가능한 대안의 수단들도 있다는 것을 알 것이다.
정확한 측정들을 달성하기 위해, 적어도 큰 구획들을 갖는 구성의 장치(1)의 구획들은 기밀이어야 한다. 구획들의 "가스 기밀"은 0.8bar의 역압을 나타내는 지에 대해 개별의 분리 요소(7a, 7a', 7n')들의 가스 기밀성을 테스트함으로써 테스트될 수 있다. 경험상으로, 구획의 길이가 길수록 압력은 높을 것이라고 말할 수 있다. 고온 구역의 길이의 2배의 길이에 이르는 구획 길이는 0.9bar를 초과하는 역압을 갖는 유리한 결과들을 나타내는 것이 보여진다. 유기 화합물들을 갖는 분리 요소들은 고온 구역에서 가스 형성을 야기할 수 있다. 그러한 분리 요소들은 측정 시퀀스 중에 연소하여 통기로를 생성할 수 있다. 시스템에 연결된 것으로 도 4에 도시된 장치(1')는, 20개의 분리 요소들을 포함하는 장치(1')의 테스트에 근거하여 0.2 내지 0.8bar의 역압을 보여줄 수 있다. 도 4에서 장치(1') 옆에 도시된 장치(1)는, 단일 분리 요소를 포함하는 장치(1)의 테스트에 근거하여 0.9bar 이상의 역압을 보여줄 수 있다.
일례로서, 도 4에 도시된 시스템을 사용하여 가스 기밀성을 검증하는 방법의 후속 단계들은 다음과 같다.
1. 밸브(25)가 폐쇄된 상태에서 압력 조절기(21)를 1bar의 과압으로 설정하는 단계;
2. 밸브(25)를 개방하고 유량계를 23 내지 5 l/min으로 설정하는 단계;
3. 장치(1, 1')를 시스템에 연결하는 단계; 및
4. 압력계(27)의 압력을 측정하는 단계
도 5의 a 내지 c는 제 1 실시예에 따른 장치(1)의 개략도들을 도시한다. 특히, 도 5의 a 내지 c는 용탕 배스(15) 내의 진입점(19)으로부터 공급되는 장치(1)의 부분을 도시한다. 좌측으로부터 우측으로 장치(1)를 용탕 배스(15) 내에 침지시키는 3개의 단계들이 도면들에 예시적으로 도시되어 있다.
도 5의 a에서, 분리 요소(7b)가 고온 분위기 내에 위치하는 것이 도시된다. 장치(1)의 선단 팁 내로의 금속 및 슬래그 침투가 분리 요소(7b)에 의해 방지될 수 있다. 튜브(5) 내의 고압이 방지될 수 있는데, 이는 선단 팁이 용탕 배스(15) 내에서 통기될 수 있고 다음 구획이 부분적으로 저온 구역에 배치되기 때문이다. 측정 시퀀스 후에, 용탕 배스(15) 내의 광코어 와이어의 부분은 용융될 것이고, 다음 측정 시퀀스에서 장치(1)의 새로운 선단 팁이 도 5의 b에 도시된 바와 같이 위치할 것이다. 다시, 금속 및 슬래그 침투가 분리 요소(7b)에 의해 피해질 수 있고 다음 구획에서의 과압은 그 구획이 부분적으로 저온 영역에 배치되기 때문에 감소된다. 도 5의 b에 도시된 시퀀스가 완료되면, 새로운 선단 팁이 도 5의 c에 도시된 바와 같이 위치될 것이다. 그 측정 시퀀스 중에, 분리 요소(7b)는 용탕 배스(15)로 들어가고, 구획 내의 내부 압력이 너무 커지기 전에 튜브(5)가 용융될 것이다. 도 5의 c에 도시된 시퀀스가 완료되면, 그 다음 측정이 도 5의 a에 도시된 시퀀스와 다시 유사할 것이다.
도 6의 a 내지 c는 본 발명의 실시예들에 따른 분리 요소들(7, 7', 7'')의 상이한 구성들의 개략도들을 도시한다. 당업자는 본 명세서에 기재된 예들에서 상이한 구성들이 튜브 내부에서 함께 사용될 수 있다는 점을 알 것이다.
도 6의 a에서는 가스가 투과 가능하고 광코어 와이어(도 6의 a에 도시 생략)를 위한 중앙 개구 주위에 통기로(8)가 배치되어 있는 분리 요소(7)를 도시한다. 도시된 구성은, 공급 시퀀스 중에 장치를 굽히고 곧게 펴는 동안 광코어 와이어의 상대적 이동을 가능케 한다.
도 6의 b에서는 가스가 투과 가능하고 통기로(8')가 표면에 배치되어 있는 분리 요소(7')를 도시하며, 분리 요소(7')는 장치의 튜브 내에 설치되는 경우 그 튜브와 접촉한다.
도 6의 c에서는 가스가 투과 가능하고, 통기로(8'')를 가스가 투과 가능한 재료를 선택함으로써 생성한 분리 요소(7'')를 도시한다.
도 7의 a 내지 c는 본 발명의 실시예들에 따른 장치(1, 1', 1'')들의 개략도들을 도시한다. 각 도면들의 화살표가 용탕 배스(도 7의 a 내지 c에 도시 생략) 내로의 장치(1, 1', 1'')들의 침지 방향을 나타낸다.
도 7의 a는 튜브(5)와 광코어 와이어(3) 사이의 공간 내에 배치되는 충진 재료(4)를 갖는 장치(1)를 도시한다. 그 충진 재료(4)는 목화 등의 저밀도를 갖는 재료일 수 있다.
도 7의 b는 광코어 와이어(3')의 외경에 배치되는 개구들에 의해 통기로(8')가 생성된 장치(1')를 도시한다.
도 7의 c는 기밀 밀봉을 제공할 수 있는 분리 요소(7a'', 7b'')들, 및 이 분리 요소(7a'', 7b'')들 사이에 배치되고 튜브(5'')와 직접적으로 접촉하지 않는 추가의 분리 요소(7c'', 7d'')들을 갖는 장치(1'')를 도시한다.
1, 1', 1'' : 장치
3, 3', 3'' : 광코어 와이어
4 : 충진 재료
5, 5', 5'' : 튜브
7-7'', 7a-7n'' : 분리 요소
8, 8', 8'' : 통기로
9 : 코일
11 : 고온계
13 : 공급 장치
15, 15' : 용탕
16, 16' : 슬래그층
17 : 안내 튜브
19 : 진입점
21 : 압력 조절기
23 : 유량계
25 : 밸브
27 : 압력계
SAI : 슬래그층-분위기 계면
MSI : 용탕-슬래그층 계면
LMEAS : 측정 거리
LMM : 용탕 내 거리
LC : 용탕 내에서 소비되는 장치의 길이

Claims (15)

  1. 용탕 배스의 온도를 측정하는 장치로서,
    광코어 와이어;
    튜브로서, 상기 광코어 와이어는 적어도 부분적으로 상기 튜브 내에 배치되고, 상기 튜브는 4 내지 8㎜의 범위의 외경, 및 0.2 내지 0.5㎜의 범위의 벽 두께를 갖는 것인, 튜브; 및
    서로 이격되어 상기 튜브 내에 배치되는 2개보다 많은 분리 요소들을 포함하는 복수의 분리 요소들로서, 2개보다 많은 분리 요소들 중 2개의 분리 요소 사이에 적어도 하나의 구획을 형성하는 것인, 복수의 분리 요소들
    을 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브는 상온(RT)에서 30W/mK보다 큰 열전도율을 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브의 열전도율과 벽 두께의 곱은 0.015W/K보다 큰 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광코어 와이어와 상기 튜브 사이의 공간은
    - 가스, 가스 혼합물, 또는
    - 저밀도 재료, 특히 저밀도 유기 재료를 포함하는 충진 재료
    로 채워지는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 충진 재료는 목화, 양털, 삼, 왕겨 및/또는 아마를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브는 철, 및/또는 합금 강종들을 포함하는 재료들의 그룹 중 적어도 하나의 재료 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 요소들은, 로 내의 진입점으로부터 상기 용탕 배스의 높이까지의 거리보다 작은 거리로 서로 이격되어 상기 튜브 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분리 요소들은 상기 장치의 길이에 걸쳐 통기로를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 요소들은, 로 내의 진입점으로부터 상기 용탕 배스의 상기 높이까지의 거리보다 큰 거리로 서로 이격되어 상기 튜브 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분리 요소들은 상기 광코어 와이어와 상기 튜브의 내부 사이에 밀봉을 제공하도록 기밀 방식으로 상기 튜브 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 요소들은 2 내지 5m의 범위, 바람직하게는 3 내지 4m의 범위의 거리로 서로 이격되어 상기 튜브 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 요소들은 규소수지(silicone), 바람직하게는 2성분 규소수지 재료, 또는 고무 재료, 가죽 재료, 코르크 재료, 및/또는 금속 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 0.8g/㎤ 내지 4g/㎤의 범위, 특히 1g/㎤ 내지 3g/㎤의 범위의 밀도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 13 항의 장치; 및
    용탕 배스 내로 상기 장치의 선단 팁을 공급하기 위한 공급 수단
    을 포함하는, 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항의 장치 또는 제 14 항의 시스템을 사용하여 용탕 배스의 온도를 측정하는 방법으로서,
    선단 팁을 상기 용탕을 향하게 하여, 온도를 측정하는 상기 장치를 10g/s 내지 50g/s 범위의 공급 속도로 상기 용탕 배스 내에 공급하는 단계; 및
    상기 용탕의 온도를 측정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
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