KR20220024525A - 금속의 연속 주조용 잉곳 주형, 온도 측정 시스템 및 금속의 연속 주조 설비에서의 브레이크아웃 감지 방법 및 시스템 - Google Patents

금속의 연속 주조용 잉곳 주형, 온도 측정 시스템 및 금속의 연속 주조 설비에서의 브레이크아웃 감지 방법 및 시스템 Download PDF

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에티엔느 카스티우스
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이비디에스 엔지니어링
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Abstract

본 발명은 냉각 유체의 순환에 의해 금속 플레이트(22)을 냉각할 수 있도록 구성된 냉각 장치(14)에 의해 지지되는 금속 플레이트의 조립체(22)로 구성되는 형태의 금속의 연속 주조용 잉곳 주형로서, 복수의 브래그 필터(34)를 포함하고, 상기 플레이트(22)중 적어도 하나의 벽안에서 연장되는, 적어도 하나의 광섬유(28); 길이의 적어도 일 부분에서 상기 잉곳 주형(12)의 주조 축에 평행하지 않은 방향으로, 상기 플레이트(22) 중 적어도 하나의 벽에 형성되고, 상기 광섬유(28)가 내부에서 연장되는 적어도 하나의 홈(24), 및 전체 길이에 걸쳐 홈을 폐쇄하는 홈(24)의 실질적으로 보충적인 형상의 텅(26)으로, 상기 광섬유가 통과하기에 적합한 형상을 가지는 상기 홈(24)과 상기 텅(26)을 포함하는 금속의 연속 주조용 잉곳 주형에 대한 것이다.

Description

금속의 연속 주조용 잉곳 주형, 온도 측정 시스템 및 금속의 연속 주조 설비에서의 브레이크아웃 감지 방법 및 시스템
본 발명은 금속의 연속 주조용 설비에 대한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로 금속의 연속 주조용 잉곳 주형에 대한 것이다. 다른 양태에 따르면 본 발명은 금속의 연속 주조용 설비의 온도 측정 시스템 및 금속의 연속 주조용 설비의 브레이크아웃 감지 방법에 대한 것이다.
금속의 연속 주조용 설비, 예컨대, 강의 연속 주조용 설비는 일반적으로 액체 금속이 주입되는 잉곳 주형을 포함하므로 액체 금속은 적절한 형상으로 응고할 것이다. 이는 예컨대 바닥이 없는 잉곳 주형으로서, 이 경우 금속은 냉각되어 슬래브를 형성한다. 액체 금속을 냉각하기 위하여, 잉곳 주형의 벽은, 예컨대, 액체-냉각 유형의 냉각 장치에 의하여 지지되거나 장치들과 나란히 배치된다. 잉곳 주형과 냉각 장치는 금속의 유동 속도에 따라 크기가 형성되므로 잉곳 주형에서 배출될 때의 슬래브는 금속을 포집하기에 충분히 큰 두께의 응고된 외면을 가지므로 액체가 여전히 슬래브 코어에 위치된다.
잉곳 주형으로의 액체금속의 주입 동안, 잉곳 주형의 벽의 여러 지점들에서 온도를 측정하기 위하여 실시간으로 접근할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 예컨대, 금속은 잉곳 주형의 벽들에 고착할 수 있는 바, 이는 바람직하지 않고 설비의 생산성에 상당한 결과를 초래할 수 있다. 이는 특히 공지의 브레이크아웃 현상을 발생한다. 벽에의 금속의 고착은 금속의 응고가 적절히 발생하지 않는 영역이 슬래브의 구간에서 발생하므로, 슬래브가 이 구간에서 충분하지 못한 두께의 외면을 가지고 잉곳 주형에서 배출된다. 이로써 슬래브가 파열하고 슬래브의 중심에서 금속은 여전히 액상을 유지할 수 있고 슬래브로부터 유출할 수 있다. 효율의 손실을 너머 그 이상으로, 따라서 매우 높은 온도에 있는 액상 금속은 설비를 손상시킬 수 있고 또는 설비 조작에 위험을 야기할 수도 있다. 그러므로 슬래브의 추출 속도를 지연시키기 위한 예방 조치를 취할 수 있도록, 임시로 설비를 차단하거나 다른 교정 조치를 취하도록 이러한 브레이크아웃을 가능한 신속하게 감지하는 것이 필요하다.
종래 기술에는 급속한 브레이크아웃 신호인, 금속이 잉곳 주형의 벽에 고착하는 여부를 감지하는 방법이 공지되었다. 이는 여러 지점에서 잉곳 주형의 벽 온도를 측정하는 것에 기초한다. 실제로, 금속이 벽에 고착할 때, 벽이 특수한 온도 프로파일을 가지는 것이 주목되었다. 가능한 신속하게 소정의 온도를 변칙적으로 검출하기 위하여 잉곳 주형의 벽에 규칙적으로 분포된 온도계를 설치하는 것으로 해당 온도를 측정하기 위한 공지 수단이 구성된다.
이러한 검출 방법은 중요하나 일정한 문제를 포함한다. 실제로, 최대 수의 위치들에서 벽의 온도를 측정하기 위하여, 많은 수의 온도계를 설치하는 것이 필요하다. 이는 잉곳 주형의 제조 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 온도계의 전기 접속을 복잡하게 한다. 더욱이, 온도계는 항상 벽 온도의 정밀하고 신뢰할만한 측정이 가능하지 않으므로, 만족스럽지 않은 많은 허위 경보가 생성될 수 있고, 즉, 브레이크아웃이 발생하지 않았을 때, 급박한 브레이크아웃을 표시하는 경보가 생성될 수 있다.
또 다른 문제는 잉곳 주형의 구조에 연결되고, 이는 보통 냉각 유체의 순환에 의하여 금속 플레이트를 냉각시킬 수 있도록 구성되는 냉각 장치에 의해 지지되는 금속 플레이트의 조립으로 구성된다. 온도가 측정되어야 하는 잉곳 주형의 구간에 도달하기 위하여, 이 냉각 장치를 통해 따라서 순환수를 관통해 통과하는 것이 필요하다. 이는 추가적인 실링과 배선 문제를 야기한다.
벨기에 특허출원 제2018/5193은 이미 이 문제에 대한 해결 방안을 제안하고, 복수의 브래그 필터들을 포함하는 광섬유가 삽입되는 덕트를 갖는 잉곳 주형의 벽 중 하나 이상을 공급하는 것으로 구성되는 방안이다. 이러한 방안은 위에서 설명한 문제에 대한 적절한 답변을 제공하고 주목할만한 가치가 있다. 그럼에도 불구하고, 발명자들은 더욱 신속하고 저렴한 방식으로 구현될 수 있으며 복잡한 주형 구성에 적용될 수 있는 대안을 개발하고자 하였다.
본 발명의 목적은 위에서 개시된 단점을 개선함으로써 브레이크아웃 감지를 개선하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따르면 냉각 유체의 순환에 의하여 금속 플레이트를 냉각시킬 수 있도록 구성되는 냉각 장치에 의하여 지지되는 금속 플레이트의 조립으로 구성되는 형태의 금속의 연속 주조용 잉곳 주형이 제공되며, 이는:
- 복수의 브래그 필터를 포함하고, 상기 플레이트 중 적어도 하나의 벽안에서 연장되는, 적어도 하나의 광섬유;
- 길이의 적어도 일 부분에서 상기 잉곳 주형의 주조 축에 평행하지 않은 방향으로, 상기 플레이트 중 적어도 하나의 벽에 형성되고, 상기 광섬유가 내부에서 연장되는 적어도 하나의 홈, 및
- 전체 길이에 걸쳐 홈을 덮는, 홈의 실질적으로 보충적인 형상의 텅으로, 상기 홈과 상기 텅은 상기 광섬유가 통과하기에 적합한 형상을 가진다.
혼동을 피하기 위하여, 플레이트의 크기의 용어는 이하와 같이 설정되며; 길이와 폭은 잉곳 주형의 주조 축에 수직인 단면에서의 플레이트의 크기이며 깊이는 잉곳 주형의 축 위의 플레이트의 크기이다.
이와 같이 종래기술의 온도계는 브래그 필터를 포함하는 광섬유에로 대체된다. 광섬유에서 광선(light beam)을 방출하고, 반사된 및/또는 투과된 광선을 감지함으로써 필터들의 각각의 레벨에서 벽의 온도를 측정할 수 있다. 명확히, 홈, 광섬유 및 텅은 온도계보다 부피가 훨씬 작고 명확하게 이들 품목은 장착하기가 훨씬 쉽다. 또한, 브래그 필터를 이용한 온도 측정은 온도계를 사용하여 얻어진 것보다 정확하므로 오류 경보의 횟수를 감소시킨다.
바람직하게 텅은 복수의 부품들로 구성된다.
따라서, 텅의 길이는 구성 부품의 수를 선택함으로써 적응될 수 있다. 이로써 잉곳 주형의 치수에 적응될 수 있다.
바람직하게 텅은 홈을 폐쇄하기 전에 완전히 형성된 장착 부품을 포함한다.
따라서 텅은 잉곳 주형에의 장착 전에 완전히 형성된다. 즉, 텅은 홈을 닫는 순간 현장에서 형성되지 않는다. 이로써 용이하게 장착할 수 있는 데, 이는 단순히 텅을 홈에 부착하거나 홈의 단부 중 하나로부터 홈을 따라 텅을 슬라이드 이동시킴으로써 잉곳 주형 내에 텅을 장착할 수 있기 때문이다. 바람직하게 홈은 실질적으로 균일한 깊이를 가진다.
따라서 플레이트와 광섬유 사이의 열 전단은 균일해진다.
바람직하게 잉곳 주형은 구리 또는 구리 합금으로 제조되고, 텅은 바람직하게 동일한 재료로 제조된다.
이들 재료는 높은 열 전도성을 가지므로, 균일한 열 전달에 기여한다.
바람직하게, 텅은 예컨대, 레이저 용접, x-선 용접, 또는 이온 용접 및 코팅된 전극에 의한 전기 아크 용접과, 비융착 전극에 의한 아크(arc) 용접, 융착 전극에 의한 아크 용접, 서브머지드 아크(submerged arc) 용접을 포함한 모든 형태의 아크 용접, 전자가스(electrogas) 용접, 확산(diffusion) 용접, 또는 브레이징(brazing) 또는 납땜(soldering)과 같은 다른 용접 기술이 동등하게 가능하지만, 전자 빔 용접에 의해 홈을 폐쇄하는 방식으로 잉곳 주형에 용접된다.
따라서 홈의 밀봉 폐쇄가 가능해진다.
바람직하게 홈은 적어도 하나의 플레이트의 적어도 하나의 중심 부분에 위치된다.
따라서 벽의 중심 영역에서 온도를 측정할 수 있으므로, 특히 벽의 온도를 나타내는 측정값을 얻을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 홈은 플레이트 중 적어도 하나의 전체 길이를 연장한다.
따라서 주조 금속의 온도는 매우 많은 수의 지점들에서 측정될 수 있으며, 이는 보다 안정적으로 브레이크아웃 감지하는데 기여한다.
광섬유에는 바람직하게 코팅 또는 튜브가 구비된다.
이는 광섬유를 손상시킬 수 있는 기계적인 스트레스로부터 보호한다. 또한, 코팅이나 튜브에 의하여 광섬유의 직경을 조정할 수 있다.
광섬유는 바람직하게 1.6 mm보다 큰 직경을 가진다.
잉곳 주형은 바람직하게 실질적으로 평행한 복수의 홈에 포함된 복수의 광섬유를 포함한다.
그러므로 벽의 온도를 측정하기 위한 지점들의 수는 더욱 증가하여 보다 안정적인 브레이크아웃 감지에 기여한다.
잉곳 주형이 박 슬래브 주조용 형태이고, 상부 부분에 깔대기 부분을 포함할 때, 홈은 바람직하게 깔대기 부분의 적어도 모든 부분에 위치된다. 실제로, 벽에 실질적으로 평행인 방식으로 형성된 덕트에 광섬유를 장착하는 것으로 구성되는 벨기에 특허출원 2018/5193에 개시된 방안은 벽의 비평면 부분에 실시하는 것이 매우 어렵다.
이 실시예는 복잡한 형상의 임의의 유형의 잉곳 주형에 적합함이 명확하다.
벽은 바람직하게 평면 부분에 천공된 덕트, 홈을 향하여 개방된 덕트와 깔대기 중심 부분의 홈을 포함할 것이다. 또한 본 발명에 따르면 금속의 연속 주조용 시스템의 온도 측정용 시스템이 제공된다:
- 상기 정의된 바와 같은 잉곳 주형,
- 광섬유에 광을 전송하고, 트랜시버에 의하여 수신된 반사 및/또는 투과된 광을 수신하도록 형성된 트랜시버,
- 트랜시버에 의하여 수신된 반사 및/또는 투과된 광에 대한 데이터를 잉곳 주형 위의 여러 지점들에서의 온도에 대한 정보로 변환하도록 형성된 프로세서; 및
- 상기 프로세서에 연결된, 사용자 인터페이스를 포함하는 터미널을 포함한다.
또한, 본 발명에 따르면 금속의 연속 주조용 시스템에서 브레이크아웃을 감지하기 위한 시스템이 제공되며, 이는 위에 정의된 온도 측정 시스템을 포함하며 여기서 프로세서는 트랜시버에 의하여 수신된 반사된 및/또는 투과된 광에 대한 데이터를 브레이크아웃 감지에 대한 정보로 변환하도록 형성된다.
최종적으로 본 발명에 따르면 잉곳 주형의 벽의 온도를 측정하는 것을 특정으로 하는, 금속의 연속 주조용 설비의 브레이크아웃을 감지하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 이제 비제한적인 예와 같이 첨부 도면을 참조하여 설명되고, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 잉곳 주형을 포함하는 금속의 연속 주조용 설비의 개요도이며,
도 2a와 2b는 도 1로부터의 설비(5)의 기능을 예시하는 개략적인 도면들이며,
도 3은 도 1로부터의 설비의 잉곳 주형의 단면도이며,
도 4는 도 3으로부터의 잉곳 주형의 사시도이고,
도 5는 도 3으로부터의 잉곳 주형의 플레이트의 사시도로서, 도 5a, 5b, 5c, 및 5d는 잉곳 주형의 텅 및 홈에 대한 다양한 형상을 개략적으로 예시하는 도면들이며,
도 6은 도 5로부터의 플레이트에 포함된 광섬유의 길이방향 단면도이며,
도 7은 도 6으로부터의 광섬유의 기능을 개략적으로 설명하는 도면이고, 및
도 8a, 8b, 8c, 및 8d는 브레이크아웃의 발생을 예시하는 도 3으로부터의 잉곳 주형의 단면도들이다.
도 1에는 금속의 연속 주조용 설비(2)가 도시되었다. 이는 종래의 구조를 가지므로, 대부분의 구성 요소들은 단지 간략하게 설명된다.
설비(2)는 냉각하려는 액체 금속을 함유하는 래들(4)을 포함한다. 모터구동 암(motor-driven arm, 6)에 의해 운반되는 두 개의 레이들(4)이 도시된다. 모터구동 암(6)은 도 1에 예시된 위치로 운반되기 전에 특히 용융 금속이 예컨대 용광로(furnace) 또는 전로(converter, 도시되지 않음)로 운반 시스템 내로 주입될 수 있는 충진 구간으로부터 운반 시스템(예컨대 도시되지 않은, 이동식 오버헤드 크레인(overhead crane))에 의하여 주조 구간으로 운반되는 래들(4)을 이동시킬 수 있다. 래들(4)이 비워진 후, 모터구동 암(6)은 또한 운반 시스템이 래들을 회수할 수 있는 위치에 빈 래들을 배치하고, 래들이 충전 구역으로 복귀하기 전에 재조정될 준비 구역으로 이를 이동시킬 수 있다.
설비(2)는 래들(4) 아래 위치된 턴디쉬 또는 분배조(distribution basin)(8)를 포함한다. 후자는 액체 금속을 턴디쉬(8) 내로 유동시킬 수 있는 개방될 수 있는 바닥을 가진다.
턴디쉬(8)는 액체 금속의 흐름을 제어할 수 있는 스토퍼 로드(10)에 의하여 폐쇄될 수 있는 흐름 오리피스를 포함한다(flow orifice). 턴디쉬의 흐름 오리피스는 잉곳 주형(12) 내로 주입되는 액체 금속의 보호를 위한 서브머지드 유입(submerged entry nozzle, SEN) 주조 튜브(11)에 의하여 연장된다.
도 2a에 보다 잘 도시되고 도 2b에 더 큰 비율로 도시된 바와 같이, 서브머지드 유입 주조 튜브(11)는 잉곳 주형(12)의 상부 개구로 개방된다. 여기서 이는 수직 주조 축을 가지는 바텀리스(bottomless) 잉곳 주형이다. 잉곳 주형(12)는 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
설비(2)는 잉곳 주형(12)의 외면에 설치된 냉각 장치(14)를 포함한다. 이들은 액체 형태의 냉각 장치이다. 이를 위하여 예컨대, 물과 같은 냉각 유체가 내부로 흐르는 도관을 포함한다. 냉각 유체는 금속을 냉각하고 응고시키기 위하여 잉곳 주형(12) 내에 위치된 액체 금속으로부터 열을 흡수한다. 여기서 금속은 액체 코어(20)를 둘러싸는 응고된 외부 표면(18)을 가지는 슬래브의 형태로 응고된다.
설비(2)는 잉곳 주형(12) 하류에 위치한 롤러 가이드(16)를 포함한다. 가이드(16)는 외부 표면(18)이 응고된 슬래브를 잉곳 주형(12)으로부터 외부로 안내할 수 있다. 도 2a로부터 알 수 있는 바와 같이, 슬래브는 가이드(16)를 따라 이동하면서 점진적으로 응고한다. 즉, 잉곳 주형(12)으로부터의 슬래브가 멀리 이동할수록, 슬래브의 응고된 외부 표면(18)의 부피가 증가하고 슬래브의 액체 코어(20)의 부피는 감소한다.
도 3에 잉곳 주형(12)이 보다 상세하게 도시된다. 여기서 이는 4개의 플레이트(네번째 플레이트는 단면 평면의 위치 때문에 보이지 않음)(22)를 갖는다. 플레이트(22)는 구리 또는 구리 합금으로 제조되고, 이 재료는 높은 열 전도성을 나타내므로 냉각 장치(14)와 잉곳 주형(12) 사이의 열 교환을 촉진할 수 있다. 플레이트(22)는 잉곳 주형(12)이 일반적으로 직사각형 또는 정사각형 단면을 가지도록 배치된다. 그러나, 플레이트는 잉곳 주형이 임의의 다른 형상을 가지도록 배치될 수 있다.
잉곳 주형(12)은 도 4에서 다른 각도에서 도시되었다. 잉곳 주형(12)의 적어도 상부는 주조 튜브(11)의 일부를 수용하는 깔대기 형상을 가지며, 그 하부는 평평하다. 잉곳 주형이 박 슬래브를 주조할 때 이러한 형상은 특히 적합하다.
도 5에는 잉곳 주형(12)의 플레이트(22) 중 하나가 도시되었다. 이는 주조 축에 평행하지 않은 방향으로 연장되는 홈(24)을 갖는다. 여기서 이는 플레이트의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 수평 방향으로 연장된다. 그럼에도 불구하고 박 슬래브 주조용 잉곳 주형의 경우, 예컨대 중심 부분과 같이, 플레이트(22)의 길이의 단지 일 부분에 걸쳐 홈(24)이 연장될 수 있다. 홈(24)은 모든 길이에서 실질적으로 균일한 깊이를 가진다.
도 5a 내지 5d에는 홈(24)이 가질 수 있는 다양한 형상이 도시되었다. 홈(24)은 텅(tongue)(26)에 의하여 모든 길이에 걸쳐 폐쇄되며 텅의 형상은 홈의 형상에 실질적으로 상보적이다. 텅(26)은 바람직하게 플레이트(22)와 동일한 재료, 즉, 구리 또는 구리 합금에 의하여 제조된다. 텅(26)은 홈(24)을 폐쇄하기 전에 완전히 형성된 장착 부품을 포함한다. 따라서, 텅(26)은 잉곳 주형(12) 내에 장착하기 전에 완전히 형성된다. 달리 말하면, 텅(26)은 홈(24)을 폐쇄할 때 그 자리에서 형성되지 않는다.
홈(24)과 텅(26)은 광섬유의 통과에 적합한 형상을 가지며 그 기능이 이하 설명될 것이다. 이 경우, 도 5a 내지 5d에서 알 수 있는 바와 같이, 홈(24) 또는 텅(26)(또는 모두)는 광섬유를 수용하도록 형성된 슬롯(27)을 가진다. 광섬유가 홈에 수용되면, 텅(26)은, 예컨대, 전체 길이에 걸쳐 홈(24)을 폐쇄하도록 전자 빔에 의해 용접된다.
변형 실시예에서, 텅(26)은 홈(24)이 텅(26)에 의하여 폐쇄되기 전에 같이 용접된 복수의 부품들로 구성된다. 따라서, 텅(26)의 전체 길이는 특히 홈(24)의 길이의 함수로서 구성 부품의 수를 선택하는 것에 의하여 조정될 수 있다.
도 5a로부터의 실시예에서, 홈(24)과 텅(26)은 굽은 프로파일을 가지며 슬롯(27)은 텅(26)에 의하여 지지된다.
도 5b 실시예에서, 홈(24)과 텅(26)은 굽은 프로파일을 가지며 슬롯(27)은 홈(24)에 의하여 지지된다.
도 5c의 실시예에서 홈(24)과 텅(26)은 직선 프로파일을 가지며 슬롯(27)은 홈(24)에 의하여 지지된다.
도 5d의 실시예에서, 홈(24)과 텅(26)은 역원추형 직선 단면을 가지며 슬롯(27)은 홈(24)에 의하여 지지된다. 특히 홈(24)의 단면은 깊이 방향으로 홈이 확장하도록 형성된다. 그 결과, 홈(24) 내에 텅(26)이 그의 단부들의 일측으로부터 홈(24)을 따라 텅을 슬라이드 이동시킴으로써 홈(24)의 형상에 의하여 텅(26)은 제 위치에 유지될 수 있다. 그러므로 텅(26)을 잉곳 주형(12)에 용접할 필요가 없으며, 이는 경제적인 이점을 나타낸다. 홈(24)에 텅(26)을 더욱 용이하게 삽입할 수 있도록 하기 위하여 예컨대 홈의 레벨에서 플레이트(22)의 다른 측에 위치된 홈(24)에 평행인 축을 중심으로 아주 약간 플레이트를 굽힐 수 있다. 그러므로 홈(24)은 개방되고 텅(26)은 어렵지 않게 홈 내로 슬라이드 이동할 수 있다. 바람직하게 이러한 굽힘은 구리 플레이트의 탄성 변형 한계 내에 이루어진다.
도 6과 7을 참조하면, 광섬유(28)는 홈(24) 내에 수용된다. 광섬유(28)는 광 외장재(30)와 광 클래딩(30)에 의하여 둘러싸인 코어(32)를 포함한다. 광섬유(28)는 코어(32) 내에 복수의 브래그 필터(34)들을 포함한다. 광섬유(28)는 미터당 적어도 10 개의 브래그 필터, 바람직하게 미터당 적어도 20 개의 브래그 필터, 보다 바람직하게 미터당 적어도 30 개의 브래그 필터, 그리고 더욱 보다 바람직하게 미터당 적어도 40 개의 브래그 필터들을 포함한다.
광섬유(28)는 홈(24)에 균등하게 노출되어 수용될 수 있고 또는 보호 코팅이 제공될 수 있고 또는 장착 전에 튜브에 삽입될 수 있다. 이러한 코팅이나 튜브는 홈(24)의 모든 또는 거의 모든 직경을 충진하기 위하여 광섬유(28)의 직경을 증가시키는 기능을 가질 수 있다. 위에서 설명된 바와 같은 튜브 또는 코팅이 존재하는 경우, 광섬유는 1.6 mm보다 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다.
광섬유(28)의 기능이 도 7에 예시된다. 브래그 필터(34)들은 필터 제조업자에 의하여 조정될 수 있는, 반사된 파장이라고 하는, 미리 결정된 값을 중심으로 하는 파장 범위에 걸쳐 광을 반사시킬 수 있는 필터이다. 이러한 미리 결정된 값은 또한 특히 필터가 있는 온도에 따라 달라지며, 따라서 각각의 필터에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있다:
λreflected = f ( λ0, T )
(λreflected)는 필터에 의하여 실제로 반사된 파장이고, f 는 공지의 함수이다. T는 필터의 온도이고 λ0는 미리 결정된 온도, 예컨대, 실온에서 필터에 의하여 반사된 파장이다.
이러한 두 가지 성질에 의하여 광섬유(28)는 온도 센서로서 사용될 수 있다. 먼저, 예를 들어 5 나노미터만큼 서로 분리된 상이한 선택된 반사 파장값(λ0)을 가지는 브래그 필터(34)가 광섬유(28)에 장착된다. 다색 스펙트럼(35a), 예컨대, 백색광을 가지는 광 빔은 이어서 광섬유(28)에 보내지고 이후 반사 빔의 스펙트럼(35b)에 표시된 파장 피크가 결정된다. 각 피크에서 주변 온도(λ0)에서 반사된 파장의 이론값과 측정값(λreflected)이 비교되고 함수(f)를 이용하여 문제의 필터 온도(T)가 산출된다. 대신해서, 광섬유(28)가 내장된 덕트(24)의 구조가 이를 허용하면 투과 빔의 스펙트럼(35c)의 골(trough)을 기초로 이들 단계를 실시할 수 있다.
이와 같이 잉곳 주형(12)의 플레이트(22) 중 하나에 광섬유(28)를 설치하면 정해진 위치에서 해당 플레이트의 온도를 측정할 수 있고 시간의 경과에 따른 변화를 감시할 수 있다. 충분한 수의 측정 지점들을 얻기 위하여 두 개의 대향하는 플레이트(22) 각각에, 또는 잉곳 주형(12)의 4 개의 플레이트(22)의 각각에도 적어도 하나의 광섬유(28)를 설치하는 것이 바람직할 것이다.
더구나, 또한 두 개의 다른 높이들에서 잉곳 주형(12)의 온도를 측정할 수 있도록 각 플레이트(22)에 두 개의 광섬유(28)를 설치하는 것이 바람직하다.
예컨대, 두 개의 광섬유(28)들은 각 플레이트에 설치될 수 있으므로 그들은 15 내지 25 cm 만큼 서로로부터 떨어져 평행이다.
브레이크아웃 감지는 이하와 같이 실행된다.
도 8a 내지 도 8d에는 잉곳 주형(12)에 함유된 금속이 잉곳 주형의 플레이트(22) 중 하나에 부착되는 영역(36)의 전파가 도시되어 있다. 이들 도면들 각각의 우측 하단 구간의 그래프는 상부 광섬유(28a)(곡선)의 브래그 필터(34) 및 하부 광섬유(28b)의 브래그 필터(34)에 의하여 측정된 온도의 변화를 시간의 함수로서 표시한다.
도 8a와 8b의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 상부 광섬유(28a)는 영역(36)에서의 금속의 잉곳 주형(12)에의 고착에 대응하는 비정상적인 온도 증가를 감지한다. 이것은 브레이크아웃이 임박한 첫 번째 신호이다.
이어서, 도 8c와 8d의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 하부 광섬유(28b)는 상부 광섬유(28a)에 의하여 이미 감지된 비정상 온도 상승을 감지한다. 이것은 브레이크아웃이 임박한 두 번째 신호이며, 이는 브레이크아웃을 방지할 수 없는 것처럼 보인다는 확인을 제공한다.
광섬유(28a, 28b)들에 의하여 얻어진 정보가 설비(2)의 사용자에 전달되기 위해, 후자는:
-광섬유로 광을 전송하고, 광섬유에 의하여 수신되어 반사되고 및/또는 투과된 광을 수신하도록 형성된 트랜시버;
- 트랜시버에 의하여 수신된 반사 및/또는 투과된 광에 대한 데이터를 잉곳 주형의 여러 지점들에서의 온도에 대한 정보로 변환하도록 형성된 프로세서; 및
- 상기 프로세서에 연결된, 사용자 인터페이스를 포함하는 터미널을 포함한다.
프로세서는 또한 트랜시버에 의하여 수신된 반사 및/또는 투과된 광에 대한 데이터를 브레이크아웃 감지에 대한 정보로 변환하도록 형성된다.
이들 요소(명확성을 위하여 도면들에는 표시되지 않음)들에 기인하여, 광섬유(28)에 의하여 실시된 온도 측정을 브레이크아웃의 감지 또는 비삼지에 대한 설비(2) 사용자들에 의해 이해가능한 정보로 변환할 수 있다. 달리 말하면, 광섬유(28)를 구비한 잉곳 주형(12), 트랜시버, 프로세서 및 터미널은 브레이크아웃 감지 시스템을 형성한다. 브레이크아웃을 적극적으로 감지한 경우, 사용자는 브레이크아웃에 의해 야기된 손상을 감소시킬 행동을 취할 수 있고 또는 이를 방지할 수도 있다.
본 발명은 제공된 실시예들에 한정되지 않고 다른 실시예들이 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확해질 것이다. 특히 잉곳 주형은 깔대기가 없는 직선 형상이 더욱 일반적일 수 있다.
잉곳 주형에는 실질적으로 평행한 복수의 홈에 포함된 복수의 광섬유들이 구비될 수 있다.
2: 설비(금속 연속 주조용), 4: 래들
6: 모터구동 암, 8: 턴디쉬
10: 스토퍼 로드, 11: 주조 튜브
12: 잉곳 주형, 14: 냉각 장치
16: 가이드, 18: 응고된 외부 표면
20: 액체 코어, 22: 플레이트
23: 깔대기(funnel), 24: 홈
26: 텅 27: 슬롯
28: 광섬유, 30: 광 외장재
32: 코어, 34: 브래그 필터
35a: 다색 스펙트럼, 35b: 반사 빔 스펙트럼
36: 영역

Claims (15)

  1. 냉각 유체의 순환에 의해 금속 플레이트(22)를 냉각할 수 있도록 구성된 냉각 장치(14)에 의해 지지되는 금속 플레이트의 조립체(22)로 구성되는 형태의 금속의 연속 주조용 잉곳 주형으로서:
    - 복수의 브래그 필터(34)를 포함하고, 상기 플레이트(22)중 적어도 하나의 벽안에서 연장되는, 적어도 하나의 광섬유(28);
    - 길이의 적어도 일 부분에서 상기 잉곳 주형(12)의 주조 축에 평행하지 않은 방향으로, 상기 플레이트(22) 중 적어도 하나의 벽에 형성되고, 상기 광섬유(28)가 내부에서 연장되는 적어도 하나의 홈(24), 및
    - 전체 길이에 걸쳐 홈을 폐쇄하는 홈(24)의 실질적으로 보충적인 형상의 텅(26)으로, 상기 광섬유가 통과하기에 적합한 형상을 가지는 상기 홈(24)과 상기 텅(26)을 포함하는 금속의 연속 주조용 잉곳 주형.
  2. 제1항에 있어서, 상기 텅(26)은 복수의 부품들로 구성되는 잉곳 주형.
  3. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 텅(26)은 홈(24)을 폐쇄하기 전에 완전히 형성된 장착 부품을 포함하는 잉곳 주형.
  4. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈(24)은 실질적으로 균일한 깊이를 가지는 잉곳 주형.
  5. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 구리 또는 구리 합금으로 제조되고, 상기 텅(26)은 동일한 재료로 제조되는 잉곳 주형.
  6. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 텅(26)은, 예컨대, 상기 홈(24)을 폐쇄하도록 잉곳 주형에 전자 빔에 의해 용접되는 잉곳 주형.
  7. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈(24)은 적어도 하나의 플레이트(22) 중 적어도 하나의 중심 부분에 위치되는 잉곳 주형.
  8. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 홈(24)은 플레이트(22) 중 적어도 하나의 전체 길이로 연장되는 잉곳 주형.
  9. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유(28)에는 코팅 또는 튜브가 구비되는 잉곳 주형.
  10. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유(28)는 1.6 mm보다 큰 직경을 가지는 잉곳 주형.
  11. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 실질적으로 평행한 복수의 홈(24)에 포함된 복수의 광섬유(28)를 포함하는 잉곳 주형.
  12. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 박 슬래브 주조용 형태이고, 상부 부분에 깔대기 부분(23)을 포함하고, 상기 홈(24)은 깔대기 부분(23)의 적어도 모든 부분에 위치되는 잉곳 주형.
  13. 금속의 연속 주조 시스템에서 온도를 측정하기 위한 시스템으로,
    - 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 따른 잉곳 주형(12);
    - 광섬유(28)에 광을 전송하도록 형성되고, 상기 잉곳 주형(12)의 여러 지점들에서의 온도에 대한 정보로서 트랜시버에 의하여 수신된 반사 및/또는 전송된 광을 수신하도록 형성된 트랜시버;
    - 트랜시버(transceiver)에 의하여 수신된 반사 및/또는 투과된 광에 대한 데이터를 잉곳 주형의 여러 지점들에서의 온도에 대한 정보로 변환하도록 형성된 프로세서; 및
    - 상기 프로세서에 연결된, 사용자 인터페이스를 포함하는 터미널을 포함하는 온도 측정 시스템.
  14. 선행하는 청구항들의 어느 한 항에 따른 금속의 연속 주조 시스템에서 고장을 검출하기 위한 시스템으로서, 상기 프로세서는 트랜시버에 의하여 수신된 반사 및/또는 투과된 광에 대한 데이터를 브레이크아웃 감지에 대한 정보로 변환하도록 형성되는 브레이크아웃 감지 시스템.
  15. 금속의 연속 주조용 설비에서 브레이크아웃을 감지하기 위한 방법으로서, 온도는 청구항 1 내지 12의 어느 한 항에 따른 잉곳 주형의 벽에서 측정되는 브레이크아웃 감지 방법.
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