KR20230093868A - 노즐 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 노즐의 하단부를 향하여 제2 노즐의 상단부를 관통하는 주입부, 주입부로 주입되는 가스의 유량을 측정하기 위한 측정부, 측정부에서 측정되는 가스의 유량을 이용하여 제1 노즐과 제2 노즐의 연결상태를 판단하는 판단부를 포함하는 노즐 모니터링 장치 및 이에 적용되는 노즐 모니터링 방법으로서, 노즐의 상태를 실시간으로 정확하게 확인할 수 있는 노즐 모니터링 장치 및 방법이 제시된다.

Description

노즐 모니터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF MONITORING NOZZLE}

본 발명은 노즐 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노즐의 상태를 실시간으로 정확하게 확인할 수 있는 노즐 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로 정련 설비와 2차 정련 설비에 의해 정련된 용강은 래들에 담겨 연속 주조 설비로 운반된다. 그리고 래들에 설치된 콜렉터 노즐(collect nozzle)에 쉬라우드 노즐(shroud nozzle)이 결합된다. 이후, 용강은 콜렉터 노즐과 쉬라우드 노즐을 통과하여, 래들로부터 턴디시로 공급된다.

한편, 콜렉터 노즐과 쉬라우드 노즐 사이에는 미세한 크기로 공간(이하, 틈새 공간이라고 한다)이 형성된다. 또한, 용강을 공급할 때, 용강의 흐름에 의해 전술한 틈새 공간의 내부에는 부압이 형성된다. 따라서, 부압에 의해 대기 중으로부터 틈새 공간으로 공기가 유입될 수 있다. 그리고 유입된 공기가 용강에 접촉되어 용강을 오염시킬 수 있다. 이에, 틈새 공간으로 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해 틈새 공간에 불활성 가스를 실시간으로 주입하여 공기의 유입을 차단한다.

이때, 콜렉터 노즐에 쉬라우드 노즐이 수직으로 정확하게 결합되어 있을 때에는 불활성 가스가 공기의 유입을 원활하게 차단할 수 있다, 그러나 쉬라우드 노즐의 수직도가 어긋나게 되면, 즉, 쉬라우드 노즐의 각도가 수직(90°)에서 단 1°도라도 어긋나게 되면, 전술한 틈새 공간의 단면적이 넓어지게 되어 불활성 가스가 공기의 유입을 원활하게 차단하기가 어려워진다.

따라서, 종래에는 레이저 장치, 카메라 장치 등의 광학 장치를 이용하여 쉬라우드 노즐의 수직도를 모니터링 하였다. 그런데 연속 주조 설비는 분진, 수증기, 화염 등이 자주 발생되는 가혹한 환경에서 운용되며, 광학 장치는 이러한 환경에서 측정 정밀도가 크게 나빠지는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.

KR 10-2148792 B1 KR 10-2013-0046734 A

본 발명은 노즐의 상태를 실시간으로 정확하게 확인할 수 있는 노즐 모니터링 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 노즐 모니터링 장치는, 제1 노즐의 하단부를 제2 노즐의 상단부에 삽입하기 위한 노즐 지지 장치와 연결되는 노즐 모니터링 장치로서, 상기 제1 노즐의 하단부를 향하여 제2 노즐의 상단부를 관통하는 주입부; 상기 주입부로 주입되는 가스의 유량을 측정하기 위한 측정부; 상기 측정부에서 측정되는 가스의 유량을 이용하여 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐의 연결상태를 판단하는 판단부;를 포함한다.

상기 주입부는 상기 제2 노즐의 상부면보다 상기 제1 노즐의 하부면에 더 가까운 높이를 가질 수 있다.

상기 주입부는 상기 제2 노즐을 상기 제2 노즐 측으로 이동시킬 수 있도록 상기 노즐 지지 장치에 구비되는 암의 이동방향을 따라 연장될 수 있다.

상기 주입부는 상기 암의 이동방향에 대하여 상기 제2 노즐의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 위치에 배치될 수 있다.

상기 주입부는 상기 제2 노즐의 상단부의 내주면을 따라 나열된 복수의 위치에 방사상으로 배치될 수 있다.

상기 주입부는 상기 제2 노즐의 상부면으로부터 하방으로 45mm 내지 50mm의 범위의 높이를 가질 수 있다.

상기 판단부는 상기 측정부에서 측정되는 가스의 유량 변화율 및 유량값 중 어느 하나를 이용하여 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단할 수 있다.

상기 주입부 보다 상하방향으로 높은 위치에서 상기 제2 노즐의 상단부와 연결되는 제2 주입부;를 더 포함할 수 있다.

상기 판단부에서 판단되는 결과에 따라 상기 제2 주입부로 주입되는 가스의 종류 및 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하기 위한 제어부:를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 노즐 모니터링 방법은, 제1 노즐측으로 제2 노즐을 이동시키고, 제2 노즐의 상단부에 제1 노즐의 하단부를 삽입하는 과정; 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐이 중첩되는 영역인 대면 영역으로 가스를 주입하는 과정; 상기 가스의 유량을 측정하는 과정; 측정되는 유량을 이용하여 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정;을 포함한다.

제2 노즐의 상단부에 제1 노즐의 하단부를 삽입하는 과정은, 상기 제2 노즐을 전후진 및 상승시키는 과정;을 포함하고, 상기 가스를 주입하는 과정은, 미리 정해진 동일한 압력으로 상기 가스를 공급하는 과정; 상기 제2 노즐을 전후진시키는 방향으로, 상기 제2 노즐을 관통하여 상기 제1 노즐의 하단부의 외주면을 향하도록, 가스를 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 가스를 주입하는 과정은, 미리 정해진 동일한 압력으로 상기 가스를 공급하는 과정; 상기 제2 노즐의 상단부의 내주면을 따라 가스를 이동시켜, 복수의 위치에서 상기 제1 노즐의 하단부의 외주면을 향하여 방사상으로 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 가스의 유량을 측정하는 과정은, 상기 가스를 주입하는 과정을 개시한 이후 주입되는 가스의 유량이 정상상태에 도달하였는지 확인하는 과정; 유량이 정상상태에 도달한 이후, 상기 가스를 공급하는 측에서 상기 가스의 공급되는 유량을 측정하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정은, 측정되는 가스의 유량 변화율이 미리 설정된 기준 변화율 범위보다 크면 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐이 연결된 상태가 불량한 것으로 판단하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정은, 측정되는 가스의 유량값이 미리 설정된 기준값 범위보다 크면 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐이 연결된 상태가 불량한 것으로 판단하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 가스가 주입되는 높이보다 높은 높이에서 상기 대면 영역으로 퍼지가스를 주입하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정 이후에, 판단결과에 따라 상기 퍼지가스의 종류 및 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 노즐은 상하방향으로 정렬되고, 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태는 상기 제1 노즐에 대한 상기 제2 노즐의 수직도일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 주입부로부터 제2 노즐 이를테면 쉬라우드 노즐과 제1 노즐 이를테면 콜렉터 노즐이 중첩되는 영역인 대면 영역으로 가스를 주입하면서 측정부를 작동시켜 주입되는 가스의 유량을 측정할 수 있다. 또한, 판단부가 측정 결과를 이용하여 제2 노즐과 제1 노즐의 연결상태를 정확하게 판단할 수 있다. 따라서, 제1 노즐에 대한 제2 노즐의 수직도를 실시간 혹은 근실시간으로 정확하게 모니터링하여, 제2 노즐의 수직도 변화 시 신속하게 후속대처를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 처리물 처리 설비와 이에 구비된 노즐 모니터링 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 및 제2 노즐과 이에 설치된 주입부, 노즐부 및 판단부의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 노즐 및 노즐 지지 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 제1 작동상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 제2 작동상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 주입부의 설치 높이를 도출하기 위한 실험 장치의 모식도이다.
도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 실험 장치의 제1, 제2 및 제3 실험 결과를 각각 보여주는 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 실험 장치를 이용한 실험 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 노즐 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 이하에서는 노즐 모니터링 장치 및 방법이 제철 조업에서 연속 주조 설비의 래들로부터 턴디쉬로의 용강 공급을 위한 콜렉터 노즐과 쉬라우드 노즐에 적용되는 경우를 예시하여, 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 물론, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치 및 방법은 처리물의 공급 경로를 형성하기 위한 각종 노즐에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속 주조 설비와 이에 구비된 노즐 모니터링 장치의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 처리물 처리 설비는 처리물(M)을 운반하기 위한 제1 용기(10)와, 제1 용기(10)가 안착되는 터렛(20)과, 제1 용기(10)에 설치되는 제1 노즐(30)과, 처리물(M)을 공급하기 위한 경로를 형성하기 위해 제1 노즐(30)에 체결되는 제2 노즐(40)과, 제2 노즐(40)의 상태를 모니터링 하기 위한 노즐 모니터링 장치(50A)와, 제2 노즐(40)을 지지하는 노즐 지지 장치(50B)와, 처리물(M)을 공급받아 임시 저장하기 위해 제2 노즐(40)과 연결되는 제2 용기(60)와, 처리물(M)을 배출하도록 제2 용기(60)에 설치되는 제3 노즐(70)과, 배출되는 처리물(M)을 응고시킬 수 있도록 제3 노즐(70)과 연결되는 제3 용기(80), 및 응고되는 처리물(M)을 인발시키기 위해 나열되는 롤러(90)를 포함할 수 있다.

처리물(M)은 용강을 포함할 수 있다. 물론, 처리물(M)의 종류는 다양할 수 있다. 제1 용기(10)는 전로 정련을 마친 처리물(M)을 수강하여 제2 용기(60)에 제공할 수 있다. 예컨대 제1 용기(10)는 래들을 포함할 수 있다.

터렛(20)은 제2 용기(60)의 상측에 복수개의 제1 용기(10)를 번갈아 위치시킬 수 있다. 터렛(20)은 복수개의 제1 용기(10)가 안착될 수 있는 스윙 타워(21), 스윙 타워(21)를 축 회전시키기 위한 지지 타워(22)를 포함할 수 있다. 스윙 타워(21) 및 지지 타워(22)의 구조는 다양할 수 있다.

제1 노즐(30) 및 제2 노즐(40)은 제1 용기(10)와 제2 용기(60) 사이에서 처리물(M)을 공급하기 위한 경로를 형성할 수 있다. 이때, 제1 노즐(30)은 상하방향으로 연장된 통로를 가질 수 있고, 제1 용기(10)의 하부에 설치될 수 있다. 제2 노즐(40)은 상단부가 제1 노즐(30)의 하단부를 감싸도록 제1 노즐(30)에 체결될 수 있다. 제2 노즐(40)은 상하방향으로 연장된 통로를 가질 수 있다. 제2 노즐(40)은 제1 노즐(30)과 연통될 수 있다. 제2 노즐(40)의 하부는 제2 용기(60)의 내부에 배치될 수 있다.

노즐 모니터링 장치(50A)는 제2 노즐(40)의 상태를 모니터링할 수 있다. 이때, 상태는 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 의미한다. 또한, 연결상태는 수직도를 포함할 수 있다. 물론, 연결상태는 전술한 수직도 외에도 다양한 상태를 포함할 수 있다. 예컨대 연결상태는 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40) 간의 이격도를 포함할 수도 있다. 이때, 이격도는 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)이 서로 이격된 정도를 정량화하여 나타내기 위한 것으로, 길이, 면적 등 다양한 방식으로 표현될 수 있다.

노즐 지지 장치(50B)는 제2 노즐(40)을 수평방향으로 전후진 가능하도록 지지할 수 있고, 상하방향으로 승강 가능하도록 지지할 수 있다. 또한, 노즐 지지 장치(50B)는 제2 노즐(40)을 전후진 및 승강시켜 제2 노즐(40)의 상단부에 제1 노즐(30)의 하단부를 삽입시킬 수 있다. 또한, 노즐 지지 장치(50B)는 제2 노즐(40)의 상단부에 제1 노즐(30)의 하단부를 삽입시킨 상태로 제2 노즐(40)을 지지해줄 수 있다.

노즐 지지 장치(50B)는 일부가 제1 용기(10) 및 제2 용기(60)로부터 수평방향으로 이격되며 전후진 및 승강 가능하게 설치될 수 있고, 나머지가 제1 용기(10)와 제2 용기(60) 사이의 공간으로 연장될 수 있다. 이때, 노즐 모니터링 장치(50A)의 전술한 나머지 부위가 제2 노즐(40)을 전후진 및 승강 가능하게 지지할 수 있다.

한편, 제1 노즐(30) 및 제2 노즐(40)과, 노즐 모니터링 장치(50A)와, 노즐 지지 장치(50B)는 이하에서 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

제2 용기(60)는 용융물(M)을 제3 용기(80)로 지속적으로 공급해주기 위한 일종의 버퍼 역할을 한다. 제2 용기(60)는 제1 용기(10)의 하측에 배치될 수 있다. 제2 용기(60)는 제2 노즐(40)의 하부를 감싸도록 배치되어, 제2 노즐(40)을 통과한 처리물(M)을 내부에 수용할 수 있다. 또한, 제2 용기(60)는 제3 노즐(70)로 처리물(M)을 공급할 수 있다. 제2 용기(60)는 예컨대 턴디쉬를 포함할 수 있다.

제3 노즐(70)은 처리물(M)을 제3 용기(70)로 공급하는 통로 역할을 한다. 제3 노즐(70)은 제2 용기(60)의 하부에 설치될 수 있다. 제3 노즐(70)은 예컨대 침지노즐을 포함할 수 있다.

제3 용기(80)는 제3 노즐(70)로부터 공급되는 처리물(M)을 응고시킬 수 있다. 제3 용기(80)는 제2 용기(60)의 하측에 배치되고, 제3 노즐(70)의 하부를 감싸도록 배치될 수 있다. 제3 용기(80)는 예컨대 주형을 포함할 수 있다.

롤러(90)는 응고되는 처리물(M)을 하측으로 인발할 수 있다. 롤러(90)는 제3 용기(80)의 하측으로부터 하방으로 나열될 수 있다.

한편, 전술한 제1 용기(10), 터렛(20), 제2 용기(60), 제3 노즐(70), 제3 용기(80) 및 롤러(90)는 제철소의 연속 주조 설비에 적용되는 일반적인 구성일 수 있고, 특정한 구성으로 한정하지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 및 제1 노즐과 이에 설치된 주입부, 노즐부 및 판단부의 개략도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 노즐 및 체결부의 개략도이다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)의 이해를 돕기 위해, 도 2를 참조하여, 제1 노즐(30) 및 제2 노즐(40)의 구조와, 이들 사이에 형성되는 후술하는 대면 영역(S)를 설명하고, 또한, 노즐 지지 장치(50B)의 구조를 설명한다.

제1 노즐(30)은 처리물(M) 예컨대 용강을 제2 노즐(40)로 공급해주는 역할을 한다. 제1 노즐(30)은 상하방향으로 연장될 수 있고, 내부에 처리물(M)을 통과시키기 위한 제1 통로를 가질 수 있다. 제1 노즐(30)은 제1 용기(10)의 하측에 배치될 수 있다. 제1 노즐(30)은 상단부가 제1 용기(10)에 장착될 수 있고, 하단부가 제2 노즐(40)의 상단부에 삽입될 수 있다. 이때, 제1 통로는 제1 용기(10) 및 제2 노즐(40)과 연통할 수 있다.

제1 노즐(30)은 상부 노즐(31), 게이트(32), 하부 노즐(33) 및 가스켓(34)을 포함할 수 있다. 상부 노즐(31)은 게이트(32) 및 하부 노즐(33)을 제1 용기(10)에 연결시키는 역할을 한다. 상부 노즐(31)은 상하방향으로 연장될 수 있고, 상하방향으로 개방되는 내부 공간을 가질 수 있다. 상부 노즐(31)은 상부가 제1 용기(10)의 하부를 상하방향으로 관통하도록 장착될 수 있다. 여기서, 상부 노즐(31)의 상부가 제1 노즐(30)의 상단부일 수 있다. 또한, 상부 노즐(31)은 하부에 게이트(32)가 장착될 수 있다.

게이트(32)는 상부 노즐(31)과 하부 노즐(32)을 연결시키며 상부 노즐(31)의 개도를 조절하는 역할을 한다. 이때, 게이트(32)는 각각 관통구를 가지는 복수개의 플레이트가 상하방향으로 적층되는 구조일 수 있다. 여기서, 각각의 관통구는 복수개의 플레이트를 각각 상하방향으로 관통할 수 있다. 또한, 게이트(32)는 복수개의 플레이트를 수평방향으로 슬라이딩시켜 각각의 관통구가 수평방향으로 중첩되는 정도를 조절하여, 상부 노즐(31)의 개도를 조절할 수 있다. 물론, 게이트(32)의 구조와, 게이트(32)가 상부 노즐(31)의 개도를 조절하는 방식은 다양할 수 있다.

하부 노즐(33)은 게이트(32)와 제2 노즐(40)을 연결시켜서 게이트(32)의 관통구들을 통과한 용강을 제2 노즐(40)로 공급해주는 역할을 한다. 하부 노즐(33)은 상하방향으로 연장될 수 있고, 상하방향으로 개방된 내부 공간을 가질 수 있다. 또한, 하부 노즐(33)은 상부가 복수개의 플레이트 중 최하층의 플레이트에 장착될 수 있다. 하부 노즐(33)의 하부는 제2 노즐(40)에 체결되는 부위로서, 제2 노즐(40)의 상단부에 삽입될 수 있다. 하부 노즐(33)의 하부가 제1 노즐(30)의 하단부일 수 있다. 한편, 하부 노즐(33)의 하부의 외주면은 하방으로 갈수록 하부 노즐(33)의 수평방향의 중심과 가까워지도록 하향 경사지게 형성될 수 있다. 이에, 제2 노즐(40)의 승강 시에, 하부 노즐(33)의 하부가 제2 노즐(40)의 상단부에 용이하게 삽입될 수 있다.

한편, 전술한 상부 노즐(31)의 내부 공간과, 게이트(32)의 관통구들과, 하부 노즐(33)의 내부 공간이 연결됨으로써 제1 노즐(30)의 제1 통로가 형성될 수 있다.

가스켓(34)은 하부 노즐(33)과 제2 노즐(40)의 상단부 사이에 형성될 수 있는 틈새 공간의 크기를 줄여주는 역할을 한다. 가스켓(34)은 하부 노즐(33)의 외주면의 형상을 따라 형성될 수 있고, 하부 노즐(33)의 외주면을 감싸도록 장착될 수 있다.

제2 노즐(40)은 처리물(M) 예컨대 용강을 제2 용기(60)로 공급해주는 역할을 한다. 제2 노즐(40)은 상하방향으로 연장될 수 있고, 내부에 처리물(M)을 통과시키기 위한 제2 통로를 가질 수 있다. 제2 노즐(40)은 제2 용기(60)의 상부에 배치될 수 있다. 제2 노즐(40)은 상단부가 하부 노즐(33)의 하부를 감싸도록 배치될 수 있다. 제2 노즐(40)의 하단부는 제2 용기(60)의 내부에 배치될 수 있다. 제2 통로는 제1 노즐(30) 및 제2 용기(60)와 연통할 수 있다. 이때, 제1 통로와 제2 통로가 연통되어 처리물 공급 경로를 형성할 수 있다.

제2 노즐(40)은 노즐본체(41) 및 상단부 커버(42)를 포함할 수 있다. 노즐본체(41)는 하부 노즐(33)로부터 제2 용기(60)로 용강을 이동시키는 역할을 한다. 노즐본체(41)는 상하방향으로 연장될 수 있고, 상하방향으로 개방된 제2 통로를 내부에 가질 수 있다. 노즐본체(41)는 상단부가 하부 노즐(33)의 하부를 감싸도록 배치될 수 있다. 즉, 노즐본체(41)의 상단부가 제2 노즐(40)의 상단부일 수 있다.

여기서, 노즐본체(41)의 상단부는 하부 노즐(33)에 체결되는 부위로서, 상하방향으로의 길이가 하부 노즐(33)의 하부와 동일하거나, 하부 노즐(33)의 하부보다 상하방향으로 긴 길이를 가질 수 있다. 즉, 노즐본체(41)의 상단부는 소정의 길이를 가진 노즐본체(41)의 일부분을 지칭할 수 있다. 노즐본체(41)의 상단부는 하방으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성될 수 있고, 이로부터 노즐본체(41)의 상단부의 내주면은 하부 노즐(33)의 하부의 외주면의 경사에 부합하는 경사면을 가질 수 있다. 한편, 노즐본체(41)의 하단부는 제2 용기(60)의 내부에 배치될 수 있다.

상단부 커버(42)는 노즐 본체(41)의 상단부와 넓은 면적으로 접촉하고, 노즐 지지 장치(50B)와 먼저 접촉하여, 노즐 지지 장치(50B)로부터 가해지는 외력을 노즐 본체(41)의 상단부에 분산시키는 역할을 한다. 따라서, 상단부 커버(42)는 노즐 본체(41)의 상단부의 외주면의 형상을 따라 형성될 수 있고, 노즐 본체(41)의 상단부의 외주면을 감싸도록 장착될 수 있다.

대면 영역(S)은 전술한 틈새 공간 및 그 주변을 포함할 수 있다. 물론, 대면 영역(S)은 틈새 공간만을 포함할 수도 있다. 대면 영역(S)은 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면 사이에 형성된 소정 영역일 수 있다. 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면이 대면 영역(S)을 사이에 두고 서로 대면할 수 있다. 대면 영역(S)의 크기 및 형상은 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)이 양호하게 연결된 상태이면 대면 영역(S)의 크기는 최소가 되고, 형상은 제1 노즐(10)의 하단부를 중심으로 대칭하는 형상이 될 수 있다. 또한, 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태가 불량하면 대면 영역(S)의 크기는 전술한 최소 크기보다 커질 수 있고, 형상은 불규칙하게 변할 수 있다.

노즐 지지 장치(50B)는 제1 노즐(30)의 하단부를 제2 노즐(40)의 상단부에 삽입하기 위한 노즐 지지 장치(50B)로서, 제2 노즐(40)을 전후진 및 승강시키고, 전후진 및 승강된 위치에서 제2 노즐(40)을 지지하는 역할을 한다.

이러한 노즐 지지 장치(50B)를 체결 장치라고 지칭할 수도 있다. 노즐 지지 장치(50B)는 브라켓(58) 및 암(59)을 포함할 수 있다. 브라켓(58) 은 제2 노즐(40)의 상단부를 파지하는 역할을 한다. 브라켓(58)은 제2 노즐(40)의 상단부가 안착되기 위한 지지링(58a) 및 지지링(58a)으로부터 좌우방향으로 돌출되는 돌출핀(58b)을 포함할 수 있다. 이때, 지지링(58a)의 내측에 제2 노즐(40)의 상단부 커버(42)가 안착되어 지지될 수 있다. 또한, 돌출핀(58b)은 암(59)에 의해 파지될 수 있다.

암(59)은 브라켓(58)을 파지하여 전후진 및 승하강시키는 역할을 한다. 이를 위해, 암(59)은 지지링(58a)의 좌우방향의 양측에 배치될 수 있고, 돌출핀(58b)을 전후방향으로 회전 가능하게 지지할 수 있는 복수개의 지지 암(59a), 복수개의 지지 암(59a)의 후방에서 복수개의 지지 암(59a)을 연결시키는 연결 암(59b), 및 연결 암(59b)을 전후진 및 승하강 시킬 수 있도록 연결 암(59b)과 연결되는 구동 암(59c)을 포함할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)를 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)는, 제1 노즐(30)의 하단부를 제2 노즐(40)의 상단부에 삽입하기 위한 노즐 지지 장치(50B)와 연결되는 노즐 모니터링 장치(50A)로서, 제1 노즐(30)의 하단부를 향하여 제2 노즐(40)의 상단부를 관통하는 주입부(51), 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량을 측정하기 위한 측정부(55), 및 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량을 이용하여 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 판단부(56)를 포함한다.

이때, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)는, 주입부(51)로 가스를 공급하기 위해, 주입부(51)와 연결되는 공급부(52)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)는, 주입부(51) 보다 상하방향으로 높은 위치에서 제2 노즐(40)의 상단부와 연결되는 제2 주입부(53), 제2 주입부(53)로 제2 가스를 공급하기 위해, 제2 주입부(53)와 연결되는 제2 공급부(54), 및 판단부(56)에서 판단되는 결과에 따라, 제2 주입부(53)로 주입되는 가스의 종류 및 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하기 위한 제어부(57)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)의 이해를 돕기 위해, 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량과 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태의 관계를 먼저 설명한다.

측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량은 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량이다. 이때, 주입부(51) 내부의 가스 압력을 동일한 압력으로 유지하는 조건 하에서 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량은 주입부(51)로부터 대면 영역(S)으로 유출되는 가스의 유량과 동일할 수 있다.

그리고 주입부(51)로부터 대면 영역(S)으로 유출되는 가스의 유량은 대면 영역(S)의 크기가 변함에 따라 달라질 수 있다. 이때, 전술한 것처럼 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태가 불량하면 대면 영역(S)의 크기가 변하게 된다.

결국, 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태가 불량하면 대면 영역(S)의 크기가 변하고, 주입부(51)로부터 대면 영역(S)으로 유출되는 가스의 유량이 변하고, 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량이 변한다. 즉, 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태의 불량이 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량 변화와 밀접한 관련이 있다. 이에, 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량으로부터 제1 노즐(10)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단할 수 있다.

주입부(51)는 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하기 위해 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면으로 가스를 분사하는 역할을 한다. 주입부(51)는 제2 노즐(40)의 상단부를 관통하도록 형성될 수 있다. 구체적으로 주입부(51)는 노즐본체(41)의 상단부와 상단부 커버(42)를 관통하도록 형성될 수 있고, 제2 노즐(40)을 제1노즐(30) 측으로 이동시키도록 노즐 지지 장치(50B)에 구비되는 암(59)의 이동방향을 따라 연장될 수 있다. 여기서, 암(59)의 이동방향은 수평방향일 수 있고, 구체적으로 전후방향일 수 있다. 물론, 암(59)의 이동방향은 좌우방향일 수도 있다.

여기서, 전후방향은 제1 노즐(30)의 게이트(32)가 슬라이딩하는 방향과 나란한 방향일 수 있고, 좌우방향은 슬라이딩하는 방향과 교차하는 방향일 수 있다. 물론, 전후방향 및 좌우방향은 다양한 방식으로 정의될 수 있다.

주입부(51)는 암(59)의 이동방향에 대하여, 제2 노즐(40)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 위치에 배치될 수 있다. 물론, 주입부(51)는 노즐본체(41)의 상단부의 내주면을 따라 나열된 복수의 위치에 방사상으로 배치될 수도 있다. 한편, 주입부(51)는 관통홀일 수 있다. 물론, 주입부(51)는 배관일 수도 있다.

한편, 주입부(51)가 암(59)의 이동방향에 대하여, 제2 노즐(40)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 위치에 배치되었을 때, 제2 노즐(40)의 연결상태가 불량하게 되면, 주입부(51)로부터 분사되는 가스(g)의 유량이 가장 크게 변할 수 있다.

예컨대 제2 노즐(40)은 상단부를 중심으로 하단부가 전후방향으로 회전 가능하도록 체결부(57, 58)에 지지될 수 있다. 이에, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태가 불량한 경우 제2 노즐(40)이 상단부를 중심으로 하단부가 전후방향으로 소정 각도 회전할 수 있다. 이에, 제2 노즐(40)의 전방측 또는 후방측에서 대면 영역(S)의 크기 변화가 가장 심할 수 있다.

또한, 대면 영역(S)의 크기 변화에 비례하여 주입부(51)로부터 분사되는 가스의 유량 변화도 심해질 수 있다. 또한, 주입부(51)로부터 분사되는 가스의 유량 변화가 심해지면 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량의 편차가 커지게 된다. 또한, 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량의 편차가 커질수록 판단부(56)가 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 더욱 정확하게 판단할 수 있다.

이에, 주입부(51)를 암(59)의 이동방향에 대하여, 제2 노즐(40)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 위치에 배치함으로써, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태가 불량할 때, 판단부(56)가 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 더욱 정확하게 판단할 수 있다. 즉, 주입부(51)를 제2 노즐(40)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 위치에 배치하는 것으로, 판단부(56)의 판단 결과의 정확도를 높여줄 수 있다.

주입부(51)의 높이는 제1 노즐(30)의 하단부의 하부면의 높이보다 높고, 제2 노즐(40)의 상단부의 상부면의 높이보다 낮은 높이 내에서, 제2 노즐(40)의 상단부의 상부면보다 제1 노즐(30)의 하단부의 하부면에 더 가까운 높이를 가질 수 있다. 이때, 주입부(51)는 제2 노즐(40)의 상부면으로부터 하방으로 45mm 내지 50mm의 범위의 높이를 가질 수 있다. 이때, 주입부(51)는 제2 노즐(40)의 상부면으로부터 하방으로 45mm의 높이보다 50mm의 높이에 더 가깝도록 위치할 수 있다.

주입부(51)는 입구 개구 및 출구 개구와 통로를 포함할 수 있다. 이때, 입구 개구는 상단부 커버(42)의 외주면에 위치하고, 출구 개구는 대면 영역(S)과 연결될 수 있도록 노즐본체(41)의 상단부의 내주면에 위치할 수 있다. 출구 개구는 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 마주볼 수 있다. 입구 개구 및 출구 개구는 가스의 흐름을 기준으로 구분될 수 있다. 주입부(51)의 개구들 중에서 가스가 먼저 통과하는 개구가 입구 개구이고, 가스가 나중에 통과하는 개구가 출구 개구일 수 있다. 통로는 노즐본체(41)의 상단부의 내부에서 수평방향으로 연장될 수 있고, 입구 개구와 출구 개구를 연결할 수 있다. 한편, 출구 개구는 공급부(52)와 연결될 수 있다.

공급부(52)는 주입부(51)로 가스를 공급해주는 역할을 한다. 전술한 역할을 만족하는 범주 내에서, 공급부(52)의 구성은 다양할 수 있다. 예컨대 공급부(52)는 공급기(52a), 공급라인(52b) 및 공급 플러그(52c)를 포함할 수 있다. 공급기(52a)는 내부에 가스를 저장할 수 있고, 공급라인(52b)으로 가스를 공급할 수 있다. 공급기(52a)는 제1 및 제2 노즐(30, 40)과 소정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 공급기(52a) 내부에 저장되는 가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 예컨대 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스를 포함할 수 있다. 물론, 불활성 가스의 종류는 다양할 수 있다. 예컨대 공급기(52a)는 질소 가스를 저장할 수도 있다.

공급라인(52b)은 공급기(52a)로부터 공급 플러그(52c)로 가스를 운반하는 역할을 한다. 공급라인(52b)은 공급기(52a)와 연결되고, 제1 및 제2 노즐(30, 40)을 향하여 연장될 수 있다. 공급 플러그(52c)는 주입부(51)의 출구 개구로 가스를 주입해주는 역할을 한다. 공급 플러그(52c)는 상단부 커버(42)의 외주면에 장착될 수 있고, 주입부(51)의 출구 개구와 연결될 수 있다.

한편, 공급부(52)는 공급실(52d)을 더 포함할 수 있다. 공급실(52d)은 주입부(51)가 복수개 형성되는 경우 각각의 주입부(51)로 가스를 분배해주는 역할을 한다. 공급실(52d)은 노즐몸체(41)의 상단부의 외주면에 형성되며 상단부 커버(42)에 의해 커버될 수 있다. 상세하게는 공급실(52d)은 주입부(51)의 출구 개구의 높이에서 노즐몸체(41)의 외주면에 오목하게 형성되고, 노즐몸체(41)의 외주면의 둘레방향으로 연장되며, 상단부 커버(42)의 내주면에 의해 커버될 수 있다.

제2 주입부(53)는 대면 영역(S)으로 가스 예컨대 퍼지 가스를 주입하여 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 실링하는 역할을 한다. 예컨대 제2 주입부(53)는 주입부(53)로부터 상측으로 이격되고, 제2 노즐(40)의 상단부의 외주면 및 상부면을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 제2 주입부(53)는 제2 노즐(40)의 상단부와 상단부 커버(42) 사이의 이격 공간을 포함할 수 있다. 제2 주입부(53)는 제2 공급부(54)와 연결될 수 있다.

제2 공급부(54)는 제2 주입부(53)로 가스 예컨대 퍼지 가스를 공급해주는 역할을 한다. 제2 공급부(54)의 구성은 다양할 수 있다. 예컨대 제2 공급부(54)는 제2 공급기(54a), 제2 공급라인(54b) 및 제2 공급 플러그(54c)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 공급기(54a), 제2 공급라인(54b), 제2 공급 플러그(54c)는 전술한 공급부(52)의 공급기(52a), 공급라인(52b), 공급 플러그(52c)의 구성과 방식이 동일 혹은 유사하게 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다. 한편, 제2 공급기(54a)에 저장되는 퍼지 가스는 공급기(52a)에 저장되는 가스와 동일한 종류의 가스일 수 있다. 물론, 제2 공급기(54a)에 저장되는 퍼지 가스는 공급기(52a)에 저장되는 가스와 다른 종류의 가스일 수도 있다.

측정부(55)는 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량을 측정하는 역할을 한다. 측정부(55)는 공급부(52)에 설치될 수 있다. 예컨대 측정부(55)는 공급라인(52b)에 설치될 수 있다. 물론, 측정부(55)는 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량을 측정할 수 있는 위치를 만족하는 범주 내에서, 설치 위치가 다양할 수 있다. 측정부(55)는 유량계(55a) 및 측정관(55b)을 포함할 수 있다. 측정관(55b)은 공급라인(52b)과 연결될 수 있고, 유량계(55a)는 측정관(55b)에 설치될 수 있고, 공급기(52a)로부터 공급 플러그(52c)를 향하여 공급라인(52b)을 따라 흐르는 가스의 유량을 측정할 수 있다. 물론, 측정부(55)의 구성은 다양할 수 있다.

판단부(56)는 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량으로부터 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 역할을 한다. 즉, 판단부(56)는 측정부(55)와 연결될 수 있고, 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량을 이용하여 전술한 연결상태를 판단할 수 있다.

이때, 판단부(56)는 측정부(55)에서 측정되는 가스의 유량 변화율 및 유량값 중 어느 하나를 이용하여 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단할 수 있다. 예컨대 판단부(56)는 가스의 유량 변화율이 미리 설정된 기준 변화율 범위 이내이면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 정상으로 판단하고, 기준 변화율 범위보다 크면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 불량으로 판단할 수 있다. 또한, 판단부(56)는 가스의 유량값이 미리 설정된 기준값 범위 이내이면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 정상으로 판단하고, 기준값 범위보다 크면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 불량으로 판단할 수 있다.

여기서, 기준 변화율 범위 및 기준값 범위는 후술하는 노즐 모니터링 장치의 주입부의 설치 높이를 도출하기 위한 실험으로부터 도출할 수 있다. 이는 이하에서 상세하게 설명하기로 한다.

제어부(57)는 판단부(56)에서 판단되는 결과에 따라 제2 주입부(53)로 주입되는 가스의 종류 및 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(57)는 판단부(56)에서 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 정상으로 판단하면, 제2 주입부(53)로 주입되는 가스 즉, 퍼지가스의 종류 및 유량을 유지하도록 제2 공급부(54)의 작동을 제어할 수 있고, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 불량으로 판단하면, 제2 주입부(53)로 주입되는 퍼지가스의 종류를 변경하거나, 유량을 증가시키도록 제2 공급부(54)의 작동을 제어할 수 있다. 이에, 제어부(57)는 대면 영역(S)에 노출된 처리물(M) 예컨대 용강이 산소에 오염되는 것을 억제 혹은 방지해줄 수 있다. 또한, 제어부(57)는 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 회복시킬 수 있도록, 노즐 지지 장치(50B)를 작동을 제어하여 제2 노즐(40)을 전후진 및 승강시킬 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 제1 작동상태를 설명하기 위한 모식도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 제2 작동상태를 설명하기 위한 모식도이다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 지지 장치 및 노즐 모니터링 장치의 작동을 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 노즐 지지 장치(50B)는 제2 노즐(40)을 전후진 및 상승시켜, 제1 노즐(30)의 하단부를 제2 노즐(40)의 상단부 내로 삽입시킨 상태에서, 제2 노즐(40)을 지지할 수 있다. 이때, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)을 통과하여 처리물 예컨대 용강이 공급될 수 있다.

도 4를 참조하면, 노즐 모니터링 장치(50A)는 주입부(51)의 내부로 가스(g)를 주입하여 제1 노즐(30)의 하단부의 내주면으로 분사할 수 있다. 제1 노즐(30)의 상하방향의 중심에 제2 노즐(40)의 상하방향의 중심이 서로 상하방향으로 정렬되면, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면은 서로 미세한 크기로 이격될 수 있다. 이때, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면 간의 이격은 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면의 표면 거칠기에 의한 미세한 이격(de)일 수 있고, 이들은 실질적으로는 거의 접촉된 것으로 볼 수 있다.

따라서, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면 사이로 미량의 가스(g')가 흐를 수 있다. 즉, 가스(g)의 대부분은 주입부(51)의 내부에서 제1 노즐(30)의 하단부에 충돌한 후 정체되며, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 따라 미세한 양의 가스만 일정하게 흐르게 된다.

이때, 공급부(52)는 주입부(51) 내의 가스(g)의 압력이 미리 정해진 동일한 압력을 유지하도록, 주입부(51)로 공급되는 가스(g)의 공급 압력을 제어한다. 여기서, 미리 정해진 동일한 압력은 대기압 보다 높은 소정의 압력일 수 있다. 공급 압력을 제어하는 것에 의해, 가스(g)의 주입이 개시된 시점부터 주입부(51)로 주입되는 가스(g)의 유량은 점차 감소한다. 결국, 소정 시점이 되면 가스(g)의 유량은 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면 사이로 빠져나갈 수 있는 유량에 수렴하게 된다. 이를 가스(g)의 유량이 정상상태에 도달하였다라고 한다. 여기서, 정상상태는 시간의 흐름에 따라 유량이 변하지 않고, 일정하게 유지되는 상태를 의미한다.

가스(g)의 주입이 개시되는 시점부터 가스(g)의 유량이 정상상태에 도달하는 전술한 소정 시점까지를 주입 초기라 한다. 또한, 주입 초기에 주입부(51)로 공급되는 가스(g)의 유량을 초기 유량이라고 한다. 이때, 판단부(56)는 주입 초기에 측정부(55)에서 측정되는 가스(g)의 유량을 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 것에 사용하지 않는다.

판단부(56)는 전술한 주입 초기가 지나고 가스(g)의 유량이 정상상태에 도달하면, 측정부(55)가 측정하는 가스(g)의 유량을 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 것에 사용한다. 판단부(56)는 측정부(55)에서 측정되는 가스(g)의 유량 변화율이 기준 변화율 범위 이내이고, 유량값이 기준값 범위 이내이면, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 정상으로 판단할 수 있다.

도 5를 참조하면, 처리물(M)을 처리하는 공정을 수행하는 동안, 처리물(M)의 흐름에 의해 제2 노즐(40)이 진동될 수 있다. 이때, 진동이 계속됨에 따라, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면 사이에 지금이 부착되거나, 제2 노즐(40)을 지지하고 있는 암(59)의 위치가 변경될 수 있다. 이에, 제1 노즐(30)의 상하방향의 중심에 제2 노즐(40)의 상하방향의 중심이 수평방향으로 어긋날 수 있다. 이때, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면과 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면은 표면 거칠기에 의한 미세한 이격보다 큰 간격(e)으로 이격될 수 있다.

이때, 가스(g)는 가스(g)의 유량이 정상상태에 도달하였을 때의 유량보다 큰 유량으로, 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 따라 흐르면서, 대면 영역(S)으로 유출될 수 있다.

이에, 측정부(55)에서 측정되는 가스(g)의 유량 변화율이 기준 변화율 범위를 벗어날 수 있고, 측정부(55)에서 측정되는 유량값이 기준값 범위를 벗어날 수 있다. 이때, 판단부(56)가 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 불량으로 판단할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 방법을 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 방법은, 제2 노즐(40)을 제1 노즐(30)측으로 이동시키고, 제2 노즐(40)의 상단부에 제1 노즐(30)의 하단부를 삽입하는 과정, 제2 노즐(40)과 제1 노즐(30)이 중첩되는 영역인 대면 영역(S)으로 가스(g)를 주입하는 과정, 가스(g)의 유량을 측정하는 과정, 측정되는 유량을 이용하여 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 과정을 포함한다.

우선, 제2 노즐(40)을 제1 노즐(30)측으로 이동시키고, 제2 노즐(40)의 상단부에 제1 노즐(30)의 하단부를 삽입하는 과정을 수행한다. 즉, 노즐 지지 장치(50B)를 전후진 및 상승시켜 노즐 지지 장치(50B)에 지지된 제2 노즐(40)을 전후진 및 상승시킬 수 있다. 이 과정에 의해, 제2 노즐(40)의 상단부에 제1 노즐(30)의 하단부를 삽입할 수 있다. 이때, 제1 노즐(30)은 상하방향으로 정렬될 수 있고, 제2 노즐(40)은 제1 노즐(30)에 상하방향으로 정렬될 수 있다.

전술한 과정을 완료하면, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)을 이용하여 제1 용기(10)로부터 제2 용기(60)로 처리물(M)을 공급하여 처리물(M)을 처리하는 공정을 수행할 수 있다. 예컨대 처리물(M)을 처리하는 공정을 용강을 주편으로 연속주조하는 공정일 수 있다. 물론, 처리물(M)을 처리하는 공정의 종류는 다양할 수 있다.

이후, 처리물(M)을 처리하는 공정을 수행하며, 제2 노즐(40)과 제1 노즐(30)이 중첩되는 영역인 대면 영역(S)으로 가스(g)를 주입하는 과정을 수행한다. 이때, 가스(g)를 주입하기 위한 유로 내에 미리 정해진 동일한 압력으로 가스(g)를 공급한다. 여기서, 가스(g)를 주입하기 위한 유로는 전술한 주입부(51), 공급실(52d), 공급 플러그(52c) 및 공급라인(52b)을 포함할 수 있다. 또한, 미리 정해진 동일한 압력은 대면 영역(S)으로부터 주입부(51)로 가스(g)가 역류되지 않을 수 있는 소정의 압력일 수 있으며, 예컨대 미리 정해진 동일한 압력은 대기압보다 큰 소정의 압력일 수 있다. 물론, 미리 정해진 동일한 압력의 크기는 다양할 수 있다.

여기서, 동일한 압력으로 가스(g)를 공급해줌으로써, 주입부(51)로부터 대면 영역(S)으로 유출되는 가스(g)의 유량과 주입부(51)로 공급되는 가스(g)의 유량을 동일하게 할 수 있다. 즉, 주입부(51)로 공급되는 가스(g)의 유량을 측정함으로써, 주입부(51)로부터 대면 영역(S)으로 유출되는 가스(g)의 유량을 알 수 있다. 따라서, 가스(g)의 유량을 측정하는 측정부(55)를 대면 영역(S)으로부터 멀리 이격시킬 수 있고, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)을 통과하는 처리물 예컨대 용강의 고열로부터 측정부(55)를 보호할 수 있다.

또한, 주입부(51)를 이용하여, 제2 노즐(40)을 전후진시키는 방향인 전후방향으로 제2 노즐(40)의 상단부를 관통하여 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 향하도록 가스(g)를 분사할 수 있다. 한편, 제2 노즐(40)의 상단부의 내주면을 따라 가스를 이동시켜, 복수의 위치에서 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 향하여 방사상으로 가스를 분사할 수도 있다.

또한, 가스(g)를 주입하는 과정을 수행하면서 가스(g)의 유량을 측정하는 과정을 수행한다. 이때, 가스(g)를 공급하는 측 구체적으로 공급라인(54b)측에서 측정부(55)를 이용하여 가스(g)의 공급되는 유량을 측정할 수 있다.

또한, 측정되는 유량을 이용하여 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 과정을 수행한다. 여기서, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태는 제1 노즐(30)에 대한 제2 노즐(40)의 수직도일 수 있다.

즉, 처리물(M)을 처리하는 공정을 수행하는 중에, 처리물(M)에 의한 진동에 의해 제2 노즐(40)의 상하방향의 중심이 제1 노즐(30)의 상하방향의 중심으로부터 수평방향으로 이격될 수 있다.

이때, 측정부(55)에서 측정되는 가스(g)의 유량 변화율 및 유량값이 달라질 수 있고, 판단부(56)를 이용하여, 달라진 가스(g)의 유량 변화율 및 유량값으로부터 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단할 수 있다.

구체적으로, 가스(g)를 주입하는 과정을 개시한 이후에, 주입되는 가스의 유량이 정상상태에 도달하였는지를 확인한다. 유량이 정상상태에 도달한 이후에 판단부(56)는 측정되는 가스의 유량 변화율이 미리 설정된 기준 변화율 범위보다 크면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)이 연결된 상태가 불량한 것으로 판단하고, 미리 설정된 기준 변화율 범위에 포함되면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)이 연결된 상태가 양호한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 판단부(56)는 측정되는 가스의 유량값이 미리 설정된 기준값 범위보다 크면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)이 연결된 상태가 불량한 것으로 판단하고, 미리 설정된 기준값 범위에 포함되면 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)이 연결된 상태가 양호한 것으로 판단할 수 있다.

여기서, 미리 설정된 기준 변화율 범위는 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태가 정상일 때 측정되는 가스의 유량의 변화율 범위일 수 있다. 이는 처리물 처리 설비 및 노즐 모니터링 장치를 실제 공정에서 운용되는 조건과 동일하게 설치한 후, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 정상으로 유지하고 주입부(51)로 가스를 주입하면서 가스의 유량을 측정하고, 측정된 가스의 유량으로부터 유량의 변화율 범위를 구하여 기준 변화율 범위로 정할 수 있다. 이때, 미리 설정된 기준값의 경우에도 전술한 방식과 동일한 방식으로 정할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 방법은, 가스(g)가 주입되는 높이보다 높은 높이에서 대면 영역(S)으로 퍼지가스를 주입하는 과정을 더 포함할 수 있다. 예컨대 처리물(M)을 처리하는 공정을 수행하며, 제2 노즐(40)과 제1 노즐(30)이 중첩되는 영역인 대면 영역(S)으로 가스(g)를 주입하는 과정을 수행할 때, 전술한 대면 영역(S)으로 퍼지가스를 주입하는 과정을 함께 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 방법은, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 판단하는 과정 이후에, 판단결과에 따라 퍼지가스의 종류 및 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다.

즉, 판단부(56)가 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 정상으로 판단하면, 제어부(57)로 제2 주입부(53)로 주입되는 가스 즉, 퍼지가스의 종류 및 유량을 유지하도록 제2 공급부(54)의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 판단부(56)가 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 연결상태를 불량으로 판단하면, 제어부(57)로 제2 주입부(53)로 주입되는 퍼지가스의 종류를 변경하거나, 유량을 증가시키도록 제2 공급부(54)의 작동을 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 주입부의 설치 높이를 도출하기 위한 실험 장치의 모식도이다. 도 7, 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 실험 장치의 제1, 제2 및 제3 실험 결과를 각각 보여주는 사진이다. 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 실험 장치를 이용한 실험 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치의 주입부의 설치 높이를 도출하기 위한 실험을 설명한다.

우선, 도 6을 참조하면, 각각의 높이(H1, H2, H3)로 주입부(53a, 53b, 53c)를 복수개 형성한 제2 노즐(40)의 상단부에 제1 노즐(30)을 삽입하여 실험 장치를 마련한다. 이때, 제2 노즐(30)이 삽입된 깊이(H0)는 67mm이고, 실험예1에 따른 주입부(53a)의 높이(H1)는 45mm이고, 실험예2에 따른 주입부(53b)의 높이(H2)는 50mm이고, 실험예3에 따른 주입부(53c)의 높이(H3)는 55mm로 하였다. 여기서, 이들 깊이 및 높이는 제2 노즐(40)의 노즐본체의 상단부의 상부면으로부터의 깊이 및 높이일 수 있다.

이후, 제1 노즐(30)과 제2 노즐(40)의 내부로 유체를 통과시키면서 실험예1 내지 실험예3에 따른 주입부(53a, 53b, 53c)로 가스를 번갈아 주입하고, 실험예1 내지 실험예3에 따른 주입부(53a, 53b, 53c)와 연결된 측정부로 가스의 유량을 각각 측정하였다.

이때, 유체는 공기를 사용하였으나, 그 종류는 다양할 수 있다. 예컨대 물을 사용하여 실험을 수행할 수도 있다. 또한, 가스로는 아르곤 가스를 사용하였다.

도 7을 참조하면, 실험예1에 따른 주입부(53a)에 가스를 주입하였을 때는 가스의 일부가 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 따라 상방으로 흘러서 대기로 유출되는 것을 확인하였다. 또한, 도 8을 참조하면, 실험예2에 따른 주입부(53b)에 가스를 주입하였을 때는 가스 유출이 발생하지 않았다. 반면, 도 9를 참조하면, 실험예3에 따른 주입부(53c)에 가스를 주입하였을 때는 가스의 일부가 제1 노즐(30)의 하단부의 외주면을 따라 하방으로 흘러서 제2 노즐(40) 내로 유출되는 것을 확인하였다.

이로부터 실험예2에 따른 주입부(53b)의 높이에서 가스의 누출이 발생하지 않는 것을 확인하였다.

이후, 제2 노즐(40)의 각도를 조절하여 수직도를 불량으로 하였을 때, 실험예1 내지 실험예3에 따른 주입부(53a, 53b, 53c)와 연결된 측정부로 가스의 유량을 각각 측정하여 도 10에 도시하였다.

도 10을 참조하면, 수직도가 정상인 상태에서 수직도를 불량하도록 조절하였을 때, 실험예2에 따른 주입부(53b)로 주입되는 가스의 유량이 가장 확연하게 변화하는 것으로 확인하였고, 실험예1에 따른 주입부(53a)로 주입되는 가스의 유량도 수직도 불량을 감지할 수 있을 정도로 변화하는 것을 확인하였다. 반면, 실험예3에 따른 주입부(53c)로 주입되는 가스의 유량은 제2 노즐(40)의 수직도의 변화에 가장 둔감한 것으로 확인하였다.

따라서, 상술한 노즐 모니터링 장치의 주입부의 설치 높이를 도출하기 위한 실험으로부터 본 발명의 실시 예에 따른 주입부의 설치 높이의 범위와, 판단부(56)에서 사용하는 기준값의 범위를 구할 수 있다.

예컨대 본 발명의 실시 예에서는 주입부의 설치 높이를 45mm 내지 50mm의 범위로 하여, 제2 노즐(40)의 수직도 변화 시 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량 변화를 확실하게 확인할 수 있다.

또한, 판단부(56)는 유량값에 대한 기준값의 범위를 0 초과 43 L/min 이하로 하여 제2 노즐(40)의 수직도 변화에 따른 주입부(51)로 주입되는 가스의 유량 변화를 정확하게 판단할 수 있다. 이와 마찬가지로, 도 10의 그래프의 기울기를 이용하여 판단부(56)에서 이용할 유량값에 대한 기준 변화율의 범위도 정해줄 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치 및 방법을 연속 주조 공정에 적용함으로써, 쉬라우드 노즐의 수직도를 실시간 혹은 주기적으로 모니터링하여, 수직도의 변화 시 즉시 후속 조치를 수행할 수 있다. 이때, 전술한 대면 영역(S)으로 주입되는 가스의 유량을 근거로 수직도를 판단하기 때문에, 광, 레이저 등과 같은 간접적인 지표보다 상당히 정확하게 수직도를 판단할 수 있고, 모니터링 결과의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에서는 가스(g)의 압력을 고정하고, 가스의 유량을 측정하여, 유량의 변화에 따라 제2 노즐(40)의 수직도를 정확하게 판단할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 노즐 모니터링 장치(50A)가 가스의 압력을 고정하고, 가스의 유량을 측정하는 이유를 설명한다.

예컨대 제2 노즐(40)은 금속 재질의 상단부 커버(42)와 내화물 재질의 노즐 본체(41)를 포함하며, 이들 사이에는 몰탈(미도시)이 충전된다. 이때, 몰탈은 내화물에 비하여 강도가 약하고 두께가 얇다. 또한, 몰탈은 기공을 가질 수 있다. 따라서, 제2 노즐(4)은 상단부 커버(42)와 노즐 본체(41) 사이에서 노즐 본체(41)의 표면 및 몰탈의 기공을 따라 소정량의 가스의 누출되는 것을 피할 수 없다.

한편, 기공에 의한 가스의 누출은 가스의 압력이 증가할수록 커지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 기공에 의한 가스의 누출이 최소화되는 압력으로 가스의 압력을 고정하고, 가스의 유량을 측정하여, 기공에 의한 영향을 배제하면서 노즐의 수직도를 모니터링할 수 있다.

반면, 본 발명의 실시 예와 다르게, 노즐 모니터링 장치(50A)가 가스의 유량을 고정하고, 압력을 측정하는 경우에는, 주입부(51)에 과도하게 높은 압력이 걸릴 수 있고, 노즐의 수직도가 변하지 않았는데도 가스가 누출되며 압력이 변할 수 있다. 이에, 수직도가 정상일 때와 불량일 때의 가스의 압력을 구분하기가 어렵기 때문에, 본 발명의 실시 예에서처럼 노즐의 수직도 변화를 정확하게 판단하기 어려울 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예와 다르게, 노즐 모니터링 장치(50A)가 가스의 유량을 고정하고, 압력을 측정하는 경우에서, 가스의 공급압력의 상한을 기공에 의한 가스의 누출이 최소화되는 압력으로 하는 경우, 즉, 낮은 압력 범위에서는 노즐의 수직도의 변화에 따른 가스의 압력 변화가 둔감하기 때문에, 수직도가 정상일 때와 불량일 때의 가스의 압력을 구분하기가 어렵고, 본 발명의 실시 예에서처럼 노즐의 수직도 변화를 정확하게 판단하기 어려울 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10: 제1 용기 20: 터렛
30: 제1 노즐 40: 제2 노즐
50A: 노즐 모니터링 장치 51: 주입부
52: 공급부 53: 제2 주입부
54: 제2 공급부 55: 측정부
56: 판단부 57: 제어부
50B: 노즐 지지 장치 59: 암
60: 제2 용기 70: 제3 노즐
80: 제3 용기 90: 롤러

Claims (18)

1. 제1 노즐의 하단부를 제2 노즐의 상단부에 삽입하기 위한 노즐 지지 장치와 연결되는 노즐 모니터링 장치로서,
   상기 제1 노즐의 하단부를 향하여 제2 노즐의 상단부를 관통하는 주입부;
   상기 주입부로 주입되는 가스의 유량을 측정하기 위한 측정부;
   상기 측정부에서 측정되는 가스의 유량을 이용하여 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐의 연결상태를 판단하는 판단부;를 포함하는 노즐 모니터링 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주입부는 상기 제2 노즐의 상부면보다 상기 제1 노즐의 하부면에 더 가까운 높이를 가지는 노즐 모니터링 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 주입부는 상기 제2 노즐을 상기 제2 노즐 측으로 이동시킬 수 있도록 상기 노즐 지지 장치에 구비되는 암의 이동방향을 따라 연장되는 노즐 모니터링 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 주입부는 상기 암의 이동방향에 대하여 상기 제2 노즐의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 위치에 배치되는 노즐 모니터링 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 주입부는 상기 제2 노즐의 상단부의 내주면을 따라 나열된 복수의 위치에 방사상으로 배치되는 노즐 모니터링 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 주입부는 상기 제2 노즐의 상부면으로부터 하방으로 45mm 내지 50mm의 범위의 높이를 가지는 노즐 모니터링 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 판단부는 상기 측정부에서 측정되는 가스의 유량 변화율 및 유량값 중 어느 하나를 이용하여 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 노즐 모니터링 장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 주입부 보다 상하방향으로 높은 위치에서 상기 제2 노즐의 상단부와 연결되는 제2 주입부;를 더 포함하는 노즐 모니터링 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 판단부에서 판단되는 결과에 따라 상기 제2 주입부로 주입되는 가스의 종류 및 가스의 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하기 위한 제어부:를 더 포함하는 노즐 모니터링 장치.
10. 제2 노즐을 제1 노즐측으로 이동시키고, 제2 노즐의 상단부에 제1 노즐의 하단부를 삽입하는 과정;
    상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐이 중첩되는 영역인 대면 영역으로 가스를 주입하는 과정;
    상기 가스의 유량을 측정하는 과정;
    측정되는 유량을 이용하여 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정;을 포함하는 노즐 모니터링 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    제2 노즐의 상단부에 제1 노즐의 하단부를 삽입하는 과정은,
    상기 제2 노즐을 전후진 및 상승시키는 과정;을 포함하고,
    상기 가스를 주입하는 과정은,
    미리 정해진 동일한 압력으로 상기 가스를 공급하는 과정;
    상기 제2 노즐을 전후진시키는 방향으로, 상기 제2 노즐을 관통하여 상기 제1 노즐의 하단부의 외주면을 향하도록, 가스를 분사하는 과정;을 포함하는 노즐 모니터링 방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스를 주입하는 과정은,
    미리 정해진 동일한 압력으로 상기 가스를 공급하는 과정;
    상기 제2 노즐의 상단부의 내주면을 따라 가스를 이동시켜, 복수의 위치에서 상기 제1 노즐의 하단부의 외주면을 향하여 방사상으로 분사하는 과정;을 포함하는 노즐 모니터링 방법.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스의 유량을 측정하는 과정은,
    상기 가스를 주입하는 과정을 개시한 이후 주입되는 가스의 유량이 정상상태에 도달하였는지 확인하는 과정;
    유량이 정상상태에 도달한 이후, 상기 가스를 공급하는 측에서 상기 가스의 공급되는 유량을 측정하는 과정;을 포함하는 노즐 모니터링 방법.
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정은,
    측정되는 가스의 유량 변화율이 미리 설정된 기준 변화율 범위보다 크면 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐이 연결된 상태가 불량한 것으로 판단하는 과정;을 포함하는 노즐 모니터링 방법.
15. 청구항 10 있어서,
    상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정은,
    측정되는 가스의 유량값이 미리 설정된 기준값 범위보다 크면 상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐이 연결된 상태가 불량한 것으로 판단하는 과정;을 포함하는 노즐 모니터링 방법.
16. 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가스가 주입되는 높이보다 높은 높이에서 상기 대면 영역으로 퍼지가스를 주입하는 과정;을 더 포함하는 노즐 모니터링 방법.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태를 판단하는 과정 이후에,
    판단결과에 따라 상기 퍼지가스의 종류 및 유량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 과정;을 더 포함하는 노즐 모니터링 방법.
18. 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1 노즐은 상하방향으로 정렬되고,
    상기 제2 노즐과 상기 제1 노즐의 연결상태는 상기 제1 노즐에 대한 상기 제2 노즐의 수직도인 노즐 모니터링 방법.

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