KR20230097112A - 용융 금속욕의 일련의 온도 값들을 결정하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

용융 금속욕의 일련의 온도 값들을 결정하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 코어형 와이어 및 검출기를 포함하는 장치를 이용하여 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값들을 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 다수의 반복 측정에 특히 적합한 것으로 입증되었으며, 여기서 용융 금속욕의 최종 종료 온도가 도달되어야 할 것이다.

Description

용융 금속욕의 일련의 온도 값들을 결정하기 위한 방법 및 시스템
본 발명은 용융 금속욕(molten metal bath)의 일련의 적어도 2개의 온도 값들을 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
야금 용기 내의 용융 금속욕의 온도는 금속 제조 공정 동안 중요한 파라미터이며, 이는 결과적인 생성물의 품질을 결정한다. 용융 금속욕의 온도, 특히 전기 아크로(electric arc furnace, EAF)의 용융 환경에서 철 또는 강의 온도를 측정하기 위한 가능한 수단은 금속 튜브에 의해 둘러싸인 광섬유를 용융 금속 내로 침지시키는 것을 수반한다. 금속 튜브에 의해 둘러싸인 광섬유는 광학 코어형 와이어(optical cored wire)로도 종종 지칭된다.
금속 용융물의 가열이 에너지 집약적 공정이므로, 용융 금속의 과열, 즉 용융물의 최적 처리를 허용하는 임계 온도 초과의 가열을 피하는 것이 바람직하다.
용융 금속욕의 온도를 측정하기 위해, 광학 코어형 와이어가 야금 용기 내로 이송될(fed) 수 있다. 광학 코어형 와이어의 선단 팁이 용융 금속욕 내로 침지되어, 도중에 먼저 고온 분위기에, 뒤이어 슬래그(slag) 층 및 이어서 용융 금속욕에 직면한다. 일단 광학 코어형 와이어의 일부분이 용융 금속욕의 표면 아래에 침지되면, 광섬유는 용융 금속으로부터 받은 열 방사선을 검출기, 예컨대 고온계(pyrometer)로 전달할 수 있다. 용융 금속욕의 온도를 결정하기 위해 적합한 기구가 검출기와 연관될 수 있다. 이러한 측정 동안, 광학 코어형 와이어의 침지된 부분은 용융 금속욕에 의해 부분적으로 또는 완전히 소모될 수 있다. 일단 온도 측정이 종료되면, 광학 코어형 와이어의 팁은 용융 금속욕으로부터 후퇴될 수 있다. 후퇴된 광학 코어형 와이어의 팁은 다음 온도 측정을 위한 새로운 선단 팁이 될 것이다.
그러한 장치는 일련의 침지 사이클들 형태의 주문형 및 반연속 온도 측정들에 적합하다. 조작자는 야금 용기에 근접한 가혹한 환경에 의한 임의의 직접적인 개입 없이 온도 측정치를 얻을 수 있다.
정확한 측정치를 제공하기 위해, 측정치가 얻어지는 동안 광섬유의 침지된 선단 팁 부근에서 흑체(blackbody) 조건이 보장되어야 한다. 광섬유는 금속욕 표면 아래의 충분한 깊이까지 그리고 액체 금속욕의 온도를 대표하는 용기 내의 위치에 침지되어야 한다. 다른 한편으로, 딥(deep) 침지는 측정 시퀀스 동안 광학 코어형 와이어에서 부양력(flotational force)을 증가시키고 광학 코어형 와이어의 소모를 증가시킬 것이다.
몇몇 종래 기술의 문헌은 온도 측정의 데이터 품질을 개선하기 위해 금속 코팅된 광섬유를 위한 이송 방법을 개시한다.
예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2018180484A1호는 다수의 측정 사이클에 적합하고 추가 장비의 요건이 없는 방법을 개시한다. 그러나, 개시된 방법은 용융 공정의 종료 시에 도달되어야 할 최종 상태, 즉 용융 공정이 종료될 종료 온도를 고려하지 않는다. 금속 제조 공정 동안, 지속적으로 변화하는 조건, 특히 용융 금속의 상승하는 온도가 또한 고려되지 않는다. 이는 공정 동안 많은 측정치 또는 부적절한 지점들에서 취해진 측정치들을 불필요하게 초래할 수 있다.
미국 특허 출원 공개 제2014130636A1호는 전기 아크로에서 용융 공정을 제어하는 방법을 개시한다. 공정의 상태를 결정하기 위해 공정 파라미터들이 얻어지고, 공정은 파라미터들에 대한 미리 결정된 값들에 따라, 얻어진 파라미터들에 기초하여 조정된다. 공정 자체의 최적화가 개시되어 있지만, 수반하는 측정들의 적용의 최적화는 해결되지 않는다.
종래 기술을 고려하여, 금속 제조 공정의 수반하는 상황들을 고려한 측정 방법 및 시스템, 및 이 방법 및 시스템을 사용하는 효율적인 방식에 대한 필요성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 논의된 문제들 중 적어도 하나를 해결하는, 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값들을 결정하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명에 따른 방법의 목적은 최소 횟수의 온도 측정을 이용하여 최종 종료 온도 값에 도달할 때까지 금속 제조 공정을 수행하게 하는 방법을 제공하는 것이다. 더 상세하게는, 목적은 용융 금속욕의 과열을 피하게 하는 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 목적들 중 하나는 일련의 측정들 동안 광학 코어형 와이어의 소모를 최소화하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값들을 결정하기 위한 개선된 시스템을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항에 한정된 주제에 의해 달성된다.
본 발명은 광학 코어형 와이어 및 검출기를 포함하는 장치를 이용하여 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 결정하기 위한 방법을 제공하는데, 방법은,
(a) 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개(temperature development)를 기술하는 모델(F(t))을 공급하는 단계;
(b) 임계 온도 값(Tcri)을 한정하는 단계;
(c) 시점(t(n))에서의 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n))을 측정하는 단계;
(d) 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes(n))을 기초로 피팅된 가열 속도(fitted heating rate)(Rheat(n))를 결정하는 단계(여기서, Rheat(n)은 하기로서 정의된다:
Rheat(n) = ΔTheat(n) / Δt);
(e) 임계 온도 값(Tcri)과 측정된 온도 값(Tmes(n)) 사이의 온도차(ΔT(n)) 및 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 기초로 시점(tcal(n+1))을 계산하는 단계(여기서,
ΔT(n) = Tcri - Tmes(n) 및
tcal(n+1) = t(n) + (ΔT(n) / Rheat(n)));
(f) 시점(tcal(n+1))에서의 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n+1))을 측정하는 단계
를 포함한다.
또한, 본 발명은 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 결정하기 위한 시스템을 제공하는데, 여기서 시스템은 장치 및 모듈을 포함하며, 모듈은 장치와 상호작용하도록 구성되고, 장치는 광학 코어형 와이어 및 검출기를 포함하며, 모듈은 저장 유닛, 처리 유닛 및 제어 유닛을 포함하고, 저장 유닛은,
(a1) 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 공급하기 위한 저장 요소,
(a2) 임계 온도 값(Tcri)을 한정하기 위한 저장 요소
를 포함하며,
처리 유닛은,
(b1) 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes)을 기초로 피팅된 가열 속도(Rheat)를 결정하기 위한 처리 요소(여기서, Rheat는 하기로서 정의된다:
Rheat = ΔTheat / Δt),
(b2) 임계 온도 값(Tcri)과 측정된 온도 값(Tmes) 사이의 온도차(ΔT) 및 피팅된 가열 속도(Rheat)를 기초로 시점(tcal)을 계산하기 위한 처리 요소(여기서,
ΔT = Tcri - Tmes 및
tcal = t + (ΔT/ Rheat))
를 포함하고,
제어 유닛은,
(c1) 용융 금속욕의 온도 값(Tmes)을 측정하기 위한 제어 요소
를 포함한다.
바람직한 실시예들이 종속항들에서 한정된다. 바람직한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 가능한 조합으로 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 다수의 반복 측정에 특히 적합한 것으로 입증되었으며, 여기서 용융 금속욕의 최종 종료 온도가 도달되어야 할 것이다. 전형적으로, 용융 금속의 온도는 지속적인 가열로 인해 측정들 사이에서 상승하며, 과열, 즉 도달될 최종 종료 온도를 초과하는 가열이 회피되어야 할 것이다. 부가적으로, 본 방법은 최종 종료 온도까지 열을 안내하기 위해, 즉 이러한 목표 온도가 공정의 종료 시에 도달되는 것을 보장하기 위해, 수회의 측정들의 효율적인 적용을 지원하는 것으로 입증되었다. 다시 말하면, 또한 공정의 마무리 지점에서의 과소 가열이 회피될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 측정들의 타이밍 및 횟수에서의 최적 조건을 허용하고, 이는 광학 코어형 와이어의 최적화된 최소 소모로 이어진다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "소모"는, 예를 들어 용융 금속욕에 의한 용융 금속욕 내로의 광학 코어형 와이어의 용융과 용해, 전체 광학 코어형 와이어 또는 그의 상이한 부분들의 분해 또는 연소 등과 같은, 광학 코어형 와이어의 붕괴를 지칭한다.
본 발명은 일련의 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 결정하기 위한 방법을 제공한다. 일련의 온도 값들은 본 명세서에서 적어도 1회 반복되는 결정을 기술하기 위해 사용된다. 일련의 온도 값들은 적어도 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 포함한다. Tmes(n) 및 Tmes(n+1) 외에, 추가의 온도 값들이 결정될 수 있다.
본 출원 전체에 걸쳐, 온도들 또는 온도 값들과 관련된 변수들은 대문자 T로 지칭될 것인 반면, 시점, 지속기간 또는 시간과 관련된 변수들은 일반적으로 소문자 t로 지칭될 것이다.
지정된 인덱스, 즉 (n) 또는 (n+1) 등이 없는 변수는 변수를 일반적으로 정의하는 데 사용될 것이다. 지정된 인덱스를 갖는 변수는 특정 정황에서를 위해 이러한 변수를 지칭하기 위해 사용될 것이다. 예를 들어, Tmes는 측정된 온도 값(Tmes)의 일반적인 정의를 지칭하는 반면, Tmes(n)은 특정의 측정된 온도 값을 지칭한다.
본 발명에 따르면, 온도 값(Tmes)들은 온도를 측정함으로써 결정될 수 있다. 온도 측정은 예를 들어 단일 지점이거나 다수 지점 측정 및 가능한 관련된 데이터 처리일 수 있다.
측정된 온도 값(Tmes(n))은 특정 시점(t(n))에서의 측정에 의해 얻어진 온도 값으로서 이해된다. 따라서, 온도 값(Tmes(n+1))은 특정 시점(t(n+1))에서 얻어진 온도 값이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "용융 금속욕"은 용기 내의 용융물을 기술한다. 당업자에게 알려진 "용융 금속욕"에 대한 대안적인 용어는 "금속 용융물"이다. 용융 금속욕의 용융 금속은 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 실시예에 따르면, 용융 금속은 용융 강이다. 용어 "용융 금속욕"은, 예를 들어 각자의 금속의 미용융 부분들을 포함한, 임의의 고체 또는 기체 부분의 존재를 배제하지 않는다. 용융 금속욕은 슬래그 층으로 덮일 수 있다.
금속 용융물들의 온도는 상이하고, 일반적으로 금속의 조성 및 용융 공정의 스테이지에 의존한다. 바람직한 실시예에 따르면, 용융 금속욕의 온도는 1500 내지 1800℃의 범위, 더 바람직하게는 1500 내지 1700℃의 범위 내에 있다.
용융 금속욕은, 광학 코어형 와이어가 통과하여 이송되기에 적합한 진입 지점을 포함하는 용기 내에 수용될 수 있다. 그러한 진입 지점은 측벽 패널 또는 용기를 덮는 지붕에 위치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들은 광학 코어형 와이어를 포함하는 장치를 이용하여 결정된다. 바람직하게는, 광학 코어형 와이어는 금속 튜브에 의해 측방향으로 둘러싸인 광섬유이다. 바람직하게는, 광섬유는 가요성의 투과성 섬유이다. 광섬유는 광섬유의 2개의 단부들 사이에서, 특히 IR 파장 범위 내의, 광을 전달하기 위한 수단으로서 가장 흔히 사용된다. 바람직하게는, 광섬유는 유리 또는 플라스틱, 더 바람직하게는 석영 유리로부터 형성된다. 바람직하게는, 광섬유는 구배-굴절률(graded index) 광섬유 및 단일-모드 계단형 굴절률 광섬유로 이루어진 군으로부터 선택된다.
광섬유를 둘러싸는 금속 튜브는 광섬유를 완전히 에워쌀 수 있거나, 케이싱이 광섬유를 완전히 에워싸지 않도록 적어도 부분적으로 개방될 수 있다.
바람직하게는, 광섬유를 둘러싸는 금속 튜브의 금속은 철 또는 강, 바람직하게는 스테인리스강이다.
바람직한 실시예에서, 광학 코어형 와이어의 선형 밀도는 25 내지 80 g/m의 범위, 더 바람직하게는 35 내지 70 g/m의 범위이다. 선형 밀도는 단위 길이당 질량에 의해 정의된다.
바람직하게는, 광학 코어형 와이어는 적어도 하나의 추가 금속 튜브에 의해 측방향으로 둘러싸이는데, 즉 적어도 2개의 금속 튜브들은 광섬유를 측방향으로 둘러싼다. 더 바람직하게는, 광학 코어형 와이어는 적어도 하나의 추가 금속 튜브 내에서 중심에 배열된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 추가 금속 튜브는 광학 코어형 와이어와 접촉하지 않는다. 더 바람직하게는, 이들 적어도 2개의 금속 튜브들 사이의 공극 공간은 기체 또는 고체 재료 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 적어도 부분적으로 충전된다. 고체 재료는 바람직하게는 무기 재료, 천연 중합체, 합성 중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 기체 재료는 바람직하게는 가스 또는 가스들의 혼합물이다. 더 바람직하게는, 가스는 공기 또는 불활성 가스이다.
바람직한 실시예에 따르면, 광학 코어형 와이어는 적어도 하나의 금속 튜브 내에 배열된 복수의 분리 요소들을 포함하여, 분리 요소들 사이에 적어도 하나의 격실을 형성한다. 여기서, 용어 "격실"은 튜브 내에서 상이한 분리 요소들 사이의 용적에 관한 것이다. 용어 "분리 요소"는 튜브 내의 용적을 세분하는 튜브 내부에 배열된 부품들에 관한 것이다. 바람직하게는, 분리 요소들은 광학 코어형 와이어가 통과하여 연장되고 광학 코어형 와이어를 적어도 부분적으로 지지할 수 있는 개구를 포함하는 튜브 내부에 배열되는 디스크-형상의 요소들이다. 분리 요소들의 재료는 바람직하게는 실리콘, 바람직하게는 2-성분 실리콘, 고무, 가죽, 코르크, 금속 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
광학 코어형 와이어는 선택적으로 적어도 하나의 추가 층에 의해 둘러싸인다. 이러한 적어도 하나의 추가 층은 상기 적어도 하나의 추가 금속 튜브를 대체할 수 있거나 대체하지 않을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 적어도 하나의 추가 층은 복수의 단편들을 포함하며, 더 바람직하게는 층은 섬유들을 포함한다.
추가의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 추가 층의 재료는 웨브(web), 네트(net), 직조 또는 편직 구조체의 형태를 갖는다.
바람직하게는, 적어도 하나의 추가 층은 비-금속 재료, 가장 바람직하게는 유기 재료를 포함한다.
광학 코어형 와이어가 전술된 구성들의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 광학 코어형 와이어가 추가 층 및 제2 금속 튜브에 의해 측방향으로 둘러싸이는 것이 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 적용하는 데 사용되는 장치는 검출기를 더 포함한다. 검출기는 광학 코어형 와이어의 일 단부에 결합되고, 광섬유에 의해 전달되는, 특히 IR 파장 범위 내의, 광 신호를 수광한다. 바람직하게는, 본 발명의 맥락에서의 검출기는 고온계일 수 있다.
광학 코어형 와이어는 침지 단부 및 반대편 단부를 갖는다. 광학 코어형 와이어의 선단 팁은 광학 코어형 와이어의 침지 단부의 팁이다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법이 적용될 때, 광학 코어형 와이어는 침지 단부로부터 반대편 단부를 향하는 방향으로 소모되며, 각각의 측정 시퀀스 후에 광학 코어형 와이어의 다른 부분이 침지 단부가 될 것이다. 즉, 각각의 측정 시퀀스 후에 선단 팁이 새로 생성된다. 반대편 단부는 검출기에 연결되고, 측정 동안 소모되지 않을 것이다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서, 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))이 공급된다.
시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))은 시간과 온도 사이의 관계를 한정하는 모델인데, 즉 소정 시점에서의 온도를 예측하도록 구성된다. 전형적인 용융 공정에서, 시간은 전기 에너지 입력에 직접 관련된다.
모델(F(t))은 시간에 따른 용융 금속욕의 온도의 전개를 기술하므로, 그의 1차 도함수(F'(t))는 시간에 따른 온도의 변화로서 해석될 수 있다. 다시 말하면 그리고 증가하는 온도 전개의 경우, 모델(F(t))의 1차 도함수(F'(t))는 바람직하게는 시간에 따른 용융 금속욕의 가열 속도(R)를 나타내고,
R = F'(t) = ΔT / Δt
로서 나타내어질 수 있는데, 여기서 ΔT는 온도 변화를 나타내고 Δt는 시간 지속기간을 나타낸다.
바람직하게는, 모델(F(t))은 시간에 따른 용융 금속욕의 온도의 전개를 위한 최대 온도들을 기술하는데, 즉 모든 온도 값에 대한 최대 가열 속도(R)가 가정된다. 다시 말하면, 용융 금속욕의 온도는 주어진 온도에서 이러한 최대 가열 속도보다 더 빠르게 상승하지 않을 것이다.
예시적인 실시예에서, 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))의 1차 도함수(F'(t))는 선형 함수이다.
바람직하게는, 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))은 수학식들, 특성 곡선들, 또는 용융 금속욕의 시간과 온도 사이의 관계들을 한정하는 다른 정보를 포함한다. 이는 용융 금속욕의 물리적 특성들, 야금 시설의 특성들 및 대응하는 모델 파라미터들을 기술하는 관계들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 용융 금속욕의 물리적 특성들은 모델(F(t))에서 고려된다.
바람직하게는, 모델(F(t))은 수치 방법들, 분석 방법, 실험 방법들 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된 방법에 의해 도출된다.
바람직하게는, 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))은 기록된 측정치들, 즉 이전 용융 공정들에서 얻어진 데이터에 기초한다.
바람직한 실시예에서, 추정되거나 측정된 온도 값은 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 위한 유일한 입력 파라미터일 수 있다. 추가 예들에서, 추가 입력 파라미터들이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 그러한 추가 입력 파라미터는 작동 파라미터일 수 있다. 이러한 맥락에서의 작동 파라미터들은, 예를 들어 전기 에너지 입력으로서, 용융 공정을 한정하는 파라미터들이다.
바람직한 실시예에서, 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))은,
(i) 용융 금속욕의 특성들을 시간에 따른 용융 금속욕의 온도의 전개에 대한 모델(F(t))들에 대한 기록된 데이터와 관련시키는 데이터 세트를 제공하는 단계;
(ii) 용융 금속욕의 특성들을 제공하는 단계;
(iii) 용융 금속욕의 제공된 특성들에 대응하는 용융 금속욕의 특성들을 관련시키는 제공된 데이터 세트로부터 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 수신하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 도출된다.
바람직하게는, 데이터 세트는 일 유형의 데이터의 하나의 소정 값이 다른 유형의 데이터의 소정 값에 할당되는 데이터 쌍들을 포함한다. 더 바람직하게는, 이는 일 유형의 데이터의 하나의 소정 값이 모델, 수 개의 단계들의 시퀀스 등에 할당되는 데이터 쌍들을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (b)에서, 임계 온도 값(Tcri)이 한정된다.
"임계 온도 값(Tcri)"은 고정된 온도 값으로 이해되어야 한다. 바람직하게는, 임계 온도 값(Tcri)은 그 위에서는 온도 값의 추가 결정이 추가로 필요하지 않은 용융 금속욕의 미리 결정된 온도이다. 그러한 임계 온도는 예를 들어 용융 금속욕의 목표 온도일 수 있는데, 여기서 용융 공정의 마무리가 개시될 것이다. 이러한 온도는 또한 목표 출탕(tapping) 온도로서 알려져 있는데, 그 이유는 금속 제조 공정의 마지막 단계, 즉 출탕이 이러한 온도가 용융 금속욕에 의해 도달될 때 개시되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (c)에서, 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n))은 시점(t(n))에서 측정된다.
온도 값(Tmes(n))의 측정은 시점(t(n))에서의 용융 금속욕의 온도 값(Tmes(n))의 결정을 초래한다.
온도 값(Tmes)을 측정하기 위해, 특히 IR 파장 범위 내에서, 용융 금속욕에 의해 방출되고 광학 코어형 와이어에 의해 검출기로 전달되는 방사선이 기록된다. 방사선의 강도 및/또는 스펙트럼 정보는 검출기에 연결된 처리 유닛에 의해 처리될 수 있다. 광학 코어형 와이어의 선단 팁은 바람직하게는 온도가 얻어지는 시점에 용융 금속욕의 표면 아래에 침지된다.
바람직하게는, 측정된 온도 값(Tmes)의 결정은 단일 데이터 지점의 측정, 또는 하나 초과의 데이터 지점의 측정, 즉 일련의 데이터 지점들의 측정을 포함한다.
바람직하게는, 측정된 온도 값(Tmes)은 일련의 데이터 지점들의 평균 값이다. 더 바람직하게는, 결정된 온도 값은 일련의 데이터 지점들을 처리하는 알고리즘의 적용에 기초하여 도출된다.
바람직하게는, 측정된 온도 값(Tmes)은 측정 프로파일(MP)의 적용에 의해 결정된다.
바람직하게는, 측정된 온도 값(Tmes(n))은 측정 프로파일(MP(n))의 적용에 의해 결정된다.
측정 프로파일(MP)은 관심대상 값을 얻기 위해 수행되는 단계들의 시퀀스로서 이해되어야 한다. 본 발명의 맥락에서, 관심대상 값은 용융 금속욕의 온도이다.
바람직한 실시예에서, 측정 프로파일(MP)은,
(i) 광학 코어형 와이어의 선단 팁을 용융 금속욕의 표면 위에 제공하는 단계;
(ii) 광학 코어형 와이어의 선단 팁을 t0으로부터 t2까지의 기간 동안 용융 금속욕을 향해 그리고 용융 금속욕의 표면 아래로 적어도 하나의 이송 속도(vfed)로 이송하는 단계로서, 광학 코어형 와이어의 선단 팁은 t1로부터 t2까지의 기간 동안 용융 금속욕의 표면 아래에 있는, 상기 이송하는 단계;
(iii) t1에서 t2까지 내의 측정 기간 내에서 온도 정보를 얻는 단계;
(iv) 광학 코어형 와이어의 선단 팁을 용융 금속욕 위의 위치로 속도(vret)로 후퇴시키는 단계
중 적어도 하나를 한정한다.
다시 말하면, 측정 프로파일(MP)이 적어도 단계 (i) 및/또는 단계 (ii) 및/또는 단계 (iii) 및/또는 단계 (iv)를 한정하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 측정 프로파일(MP)은 단계 (i), 단계 (ii), 단계 (iii) 및 단계 (iv)를 한정한다.
t1 및 t2가 t0보다 더 늦고 t2가 t1보다 더 늦다는 것이 이해되어야 한다. t1은 선단 팁이 용융 금속욕에 진입하는 시점, 즉 이로부터 선단 팁이 용융 금속욕의 표면 아래에 침지되는 시점이다. t2는 이후로 선단 팁이 용융 금속욕의 표면 위의 위치를 향해 후퇴되는 시점이다.
바람직하게는, 단계 (i), 단계(ii) 및 단계 (iv)는 연이은 순서로 수행된다.
바람직하게는, 단계 (iii)은 단계 (ii) 동안 적어도 부분적으로 수행된다.
당업자는 "선단 팁을 제공하는 단계" 및 "선단 팁을 이송하는 단계"가 광학 코어형 와이어를 제공하고 이송하는 단계, 즉 선단 팁을 갖는 광학 코어형 와이어를 제공하는 단계 및 선단 팁을 갖는 광학 코어형 와이어를 이동시키는 단계를 필연적으로 포함한다는 것을 이해할 것이다.
이송 속도(vfed)가 용융 금속욕의 표면을 향해 그 아래로 이송하는 동안의 선단 팁의 평균 속도를 지칭할 수 있음을 이해하여야 한다.
용융 금속욕의 표면은 용기의 주변에 대면하는 표면일 수 있거나, 슬래그 층의 존재의 경우, 슬래그 층에 대면하는 표면일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 측정 프로파일(MP)의 단계 (ii)에서의 이송은 적어도 2개의 이송 속도(vfed1, vfed2)들을 포함한다. 이송 속도(vfed1, vfed2)들이 광학 코어형 와이어의 선단 팁이 이송되는 평균 속도를 지칭할 수 있음을 이해하여야 한다.
바람직하게는, 측정 프로파일(MP)의 단계 (ii)에서의 이송은 선단 팁이 t0에서 t1까지 동안 이송되는 이송 속도(vfed1) 및 선단 팁이 t1에서 t2까지 동안 이송되는 제2 이송 속도(vfed2)를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 측정 프로파일(MP)은 광학 코어형 와이어의 선단 팁의 이송이 일시정지되거나 광학 코어형 와이어의 선단 팁이 저속으로 이송되는 t1에서 t2까지 내의 정체 기간 내의 추가 단계를 한정한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "선단 팁의 이송의 일시정지"는 선단 팁이 적극적으로 이동되지 않음을 의미한다. 둘 모두의 대안들, 즉 이송의 일시정지 또는 저속으로의 이송은 소모로 인한 용융 금속욕의 표면을 향한 선단 팁의 위치의 이동을 초래한다. 그럼에도 불구하고, 선단 팁은 여전히 용융 금속욕의 표면 아래에 침지되어 있다.
저속은 바람직하게는 0.2 m/s 미만, 더 바람직하게는 0.1 m/s 미만이다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (d)에서, 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes(n))을 기초로 하는 피팅된 가열 속도(Rheat(n))가 결정되는데, 여기서 Rheat(n)은,
Rheat(n) = ΔTheat(n) / Δt
로서 정의된다.
피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 온도 값(Tmes(n))으로부터, 임계 온도가 도달될 때까지 평균적으로 예상되는 가열 속도로서 이해될 수 있다. 다시 말하면, Rheat(n)은 시간 지속기간(Δt)에서 예상되는 온도의 변화(ΔTheat(n))로서 이해되어야 한다.
모델(F(t))은 임계 온도 값(Tcri)에 관련된 시점(tcri)이 결정될 수 있는 방식으로 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 모델(F(t))의 선형 피팅에 기초하여 결정된다. 더 바람직하게는, 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 시점(tcri)과 시점(t(n)) 사이에서의 모델(F(t))의 선형 피팅에 기초하여 결정된다.
바람직하게는, 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 시점(tcri) 및 시점(t(n))에 대한 모델(F(t))의 1차 도함수들에 기초하여 결정된다. 더 바람직하게는, 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 시점(tcri) 및 시점(t(n))에 대한 모델(F(t))의 1차 도함수들의 평균에 의해 결정된다.
바람직한 실시예에 따르면, 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 시점(tcri),시점(t(n)) 및 측정된 온도 값(Tmes(n))에 대한 모델(F(t))의 1차 도함수들에 기초하는, 용융 금속욕의 가열 속도에 대한 모델(R(T))에 기초하여 결정된다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (e)에서, 임계 온도 값(Tcri)과 측정된 온도 값(Tmes(n)) 사이의 온도차(ΔT(n)) 및 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 기초로 시점(tcal(n+1))이 계산되는데, 여기서
ΔT(n) = Tcri - Tmes(n)
및
tcal(n+1) = t(n) + (ΔT(n) / Rheat(n))이다.
단계 (e)는 용융 금속욕의 온도 전개가 단계 (d)에서 결정되어진 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 따를 경우 임계 온도 값(Tcri)에 도달될 미래의 시점(tcal(n+1))의 예측을 초래한다.
바람직하게는, 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 용융 금속욕의 실제 가열 속도보다 더 높다. 따라서, 용융 금속욕의 온도는 미래의 시점(tcal(n+1))에서의 임계 온도(TCri)보다 더 낮을 것이다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (f)에서, 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n+1))은 시점(t(n+1))에서 측정된다.
온도 값(Tmes(n+1))의 측정은 시점(t(n+1))에서의 용융 금속욕의 온도 값(Tmes(n+1))의 결정을 초래한다.
바람직하게는, 측정된 온도 값(Tmes(n+1))은 측정 프로파일(MP(n+1))의 적용에 의해 결정된다.
바람직하게는, 측정 프로파일(MP(n+1))의 이송 속도(vfed)가 더 높을수록, 측정된 온도 값(Tmes(n))이 더 높다.
바람직하게는, 측정 프로파일(MP(n+1))의 t1로부터 t2까지의 기간의 지속기간이 더 짧을수록, 측정된 온도 값(Tmes(n))이 더 높다.
바람직하게는, 단계 (c) 내지 단계 (f)는 연이은 순서로 수행된다.
바람직하게는, 단계 (a)는 단계 (c) 전에, 더 바람직하게는 단계 (d) 전에, 가장 바람직하게는 단계 (e) 전에 수행된다.
바람직하게는, 본 방법은 하기의 순서들 중 하나로 수행된다:
(a) - (b) - (c) - (d) - (e) - (f),
(b) - (a) - (c) - (d) - (e) - (f),
(b) - (c) - (a) - (d) - (e) - (f) 또는
(b) - (c)- (d) - (a) - (e) - (f).
바람직하게는, 단계 (b)는 단계 (a) 전에, 더 바람직하게는 단계 (c) 전에, 가장 바람직하게는 단계 (d) 전에 수행된다.
바람직하게는, 본 방법은 하기의 순서들 중 하나로 수행된다:
(b) - (a) - (c) - (d) - (e) - (f),
(a) - (b) - (c) - (d) - (e) - (f) 또는
(a) - (c) - (b) - (d) - (e) - (f).
바람직하게는, 본 방법은 다수회 수행된다. 더 바람직하게는, 본 방법은 임계 온도 값(Tcri)이 용융 금속욕에 의해 도달될 때까지 다수회 수행된다.
바람직하게는, 본 방법은 단계 (g) 내지 단계 (i), 즉
(g) 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes(n+1))을 기초로 피팅된 가열 속도(Rheat(n+1))를 결정하는 단계(여기서, Rheat(n+1)은 하기로서 정의된다:
Rheat(n+1) = ΔTheat(n+1) / Δt);
(h) 임계 온도 값(Tcri)과 온도 값(Tmes(n)) 사이의 온도차(ΔT(n)) 및 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 기초로 시점(tcal(n+2))을 계산하는 단계(여기서,
ΔT(n+1) = Tcri - Tmes(n+1) 및
tcal(n+2) = t(n+1) + (ΔT(n+1) / Rheat(n+1)));
(i) 시점(tcal(n+2))에서의 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n+2))을 측정하는 단계
를 포함한다.
바람직하게는, 피팅된 가열 속도(Rheat(n+1))는 피팅된 가열 속도(Rheat(n))보다 더 높은데, 즉 온도차(ΔTheat(n+1))는 온도차(ΔT)보다 더 크다.
바람직하게는, 단계 (g) 내지 단계 (i)는 연이은 순서로 수행된다.
바람직하게는, 단계 (g) 내지 단계 (i)는 단계 (a) 내지 단계 (f) 후에 수행된다.
바람직하게는, 본 방법은 하기의 순서들 중 하나로 수행된다:
(a) - (b) - (c) - (d) - (e) - (f) - (g) - (h) - (i),
(b) - (a) - (c) - (d) - (e) - (f) (g) - (h) - (i),
(b) - (c) - (a) - (d) - (e) - (f) (g) - (h) - (i), 또는
(b) - (c)- (d) - (a) - (e) - (f) (g) - (h) - (i).
본 발명은 또한 장치 및 모듈을 포함하는, 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 결정하기 위한 시스템을 제공하는데, 여기서 모듈은 장치와 상호작용하도록 구성된다.
바람직하게는, 시스템은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성되는데, 여기서 본 방법은 하기 단계들을 포함한다:
(a) 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 공급하는 단계;
(b) 임계 온도 값(Tcri)을 한정하는 단계;
(c) 시점(t(n))에서의 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n))을 측정하는 단계;
(d) 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes(n))을 기초로 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 결정하는 단계(여기서, Rheat(n)은 하기로서 정의된다:
Rheat(n) = ΔTheat(n) / Δt);
(e) 임계 온도 값(Tcri)과 온도 값(Tmes(n)) 사이의 온도차(ΔT(n)) 및 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 기초로 시점(tcal(n+1))을 계산하는 단계(여기서,
ΔT(n) = Tcri - Tmes(n) 및
tcal(n+1) = t(n) + (ΔT(n) / Rheat(n)));
(f) 시점(tcal(n+1))에서의 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n+1))을 측정하는 단계.
본 발명의 방법과 관련된 바람직한 실시예들에 대해, 이는 위에 주어진 바람직한 실시 형태들로 지칭된다.
본 발명에 따른 시스템은 장치를 포함하는데, 여기서 장치는 광학 코어형 와이어 및 검출기를 포함한다. 광학 코어형 와이어 및 검출기와 관련된 바람직한 실시예들에 대해, 이는 위에 주어진 바람직한 실시예들로 지칭된다.
본 발명에 따른 시스템은 모듈을 포함하는데, 여기서 모듈은 저장 유닛, 처리 유닛 및 제어 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 저장 유닛, 처리 유닛 및 제어 유닛은 서로 상호작용하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 모듈의 저장 유닛은,
(a1) 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 공급하기 위한 저장 요소, 및
(a2) 임계 온도 값(Tcri)을 한정하기 위한 저장 요소
를 포함한다.
본 발명에 따르면, 모듈의 처리 유닛은,
(b1) 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes)을 기초로 피팅된 가열 속도(Rheat)를 결정하기 위한 처리 요소(여기서, Rheat는 하기로서 정의된다:
Rheat = ΔTheat / Δt),
(b2) 임계 온도 값(Tcri)과 측정된 온도 값(Tmes) 사이의 온도차(ΔT) 및 피팅된 가열 속도(Rheat)를 기초로 시점(tcal)을 계산하기 위한 처리 요소(여기서,
ΔT = Tcri - Tmes 및
tcal = t + (ΔT/ Rheat))
를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 처리 유닛은 저장 유닛에 저장된 정보를 처리하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 모듈의 제어 유닛은,
(c1) 용융 금속욕의 온도 값(Tmes)을 측정하기 위한 제어 요소
를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 제어 유닛은 장치를 제어하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 시스템은 이송 수단을 포함한다. 본 발명의 맥락에서, 이송 수단은 용융 금속욕 내로의 광학 코어형 와이어의 이송을 허용하는 수단으로서 이해될 수 있다. 그러한 수단은 이송기, 이송 제어, 스트레이트너(straightener) 및 안내 튜브로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 시스템은 광학 코어형 와이어의 길이를 수용하는 코일을 더 포함한다.
본 발명의 근본적인 발상은 후속적으로, 도면에 도시된 실시예들과 관련하여 더 상세히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명이 도시된 정확한 배열 및 수단으로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서:
도 1은 광학 코어형 와이어들의 상이한 설계들의 개략 단면도들을 도시한다.
도 2는 온도가 결정되어야 할 용융 금속욕(7)을 갖는 예시적인 설비(6)의 개략도를 도시한다.
도 3은 대표적인 측정 프로파일의 적용 동안 광학 코어형 와이어의 선단 팁의 침지를 나타내는 위치-시간 그래프를 도시한다.
도 4은 다른 대표적인 측정 프로파일의 적용 동안 광학 코어형 와이어의 선단 팁의 침지를 나타내는 위치-시간 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모듈의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법을 예시하는 그래프를 도시한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광학 코어형 와이어들의 상이한 설계들의 개략 단면도들을 도시한다. 도 1의 A는 금속 튜브(3')에 의해 둘러싸인 광섬유(2')를 포함하는 광학 코어형 와이어(1')를 도시한다.
도 1의 B는 금속 튜브(3")에 의해 둘러싸인 광섬유(2")를 포함하는 광학 코어형 와이어(1")를 도시한다. 제2 금속 튜브(4")가 금속 튜브(3")를 추가로 둘러싼다. 2개의 금속 튜브 사이의 공극 공간(5")은 고체 재료로 충전되지 않는데, 즉 공극 공간은 가스 또는 가스 혼합물을 포함할 수 있다.
도 1의 C는 금속 튜브(3''')에 의해 둘러싸인 광섬유(2''') 및 제2 금속 튜브(4''')를 포함하는 광학 코어형 와이어(1''')를 도시한다. 2개의 금속 튜브 사이의 공극 공간(5''')은 충전재 재료, 예를 들어 유기 재료 또는 e-유리로부터의 섬유들로 충전된다.
도 2는 온도가 결정되어야 할 용융 금속욕(7)을 갖는 예시적인 설비(6)의 개략도를 도시한다.
설비(6)는 코일(8) 상에 적어도 부분적으로 위치되고 측정의 수행을 위해 코일(8)로부터 적어도 부분적으로 권취해제된 광학 코어형 와이어(1)를 포함한다. 광학 코어형 와이어의 일 단부(9)가 검출기(10)에 연결되고, 검출기는 이어서 광학 코어형 와이어(1) 및 검출기(10)에 의해 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터 시스템(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 용융 금속욕(7)은 용융 금속의 처리를 위한 당업자에게 알려진 전기 아크로, 레이들(ladle), 턴디시(tundish) 또는 임의의 용기일 수 있는 용기(11) 내에 수용된다. 광학 코어형 와이어(1)는 이송기(12)에 의해 안내 튜브(13)를 통하여, 진입 지점(14)을 갖는 용기(11) 내에 이르게 된다. 도시된 구성은 예로서 사용되며, 각자의 진입 지점을 갖는 지붕이 본 발명에 대한 전제 조건이 아니다.
도시된 구성은 선단 팁(15)이 용융 금속욕의 표면(MBS) 아래에 침지된 상태에서의 광학 코어형 와이어(1)의 예시적인 측정 위치를 예시한다. 용융 금속욕의 표면(MBS)에 대한 광학 코어형 와이어(1)의 침지 각도가 제시된 실시예에서 90°이다. 그러나, 각도는 야금 시설의 구성 상세사항에 따라 달라질 수 있다.
코일(8)로부터 용기의 진입 지점(14)까지 연장되는 광학 코어형 와이어(1)의 일부의 온도는 낮은 것으로 간주될 수 있으며, 이는 실온 내지 최대 100℃ 범위의 온도일 수 있다. 일단 용융 금속욕(7)의 방향으로 진입 지점(14)을 통과하면, 최대 1700℃ 또는 심지어 더 높은 고온 분위기에 먼저 직면하고, 뒤이어 슬래그 층(17)이, 이어서 용융 금속욕(7)이 뒤따른다. 용기에의 진입 지점(14)에는 안내 튜브(13) 내로의 금속 및 슬래그 침투를 방지하기 위한 송풍 랜스(blowing lance)(18)가 설비될 수 있다.
온도 측정치를 얻기 위해, 광학 코어형 와이어(1)는 침지 단부에서의 그의 선단 팁(15)이 용융 금속욕(7)을 향해 필요한 침지 깊이까지 이송된다. 신뢰성 있는 온도 측정치를 얻기 위해, 용융 금속욕 내의 대략 고정된 침지 깊이에서 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 적합한 이송 시스템(12)이 광학 코어형 와이어(1)의 이송 속도를 정확하게 제어할 것이다.
측정 시퀀스 후, 용융 금속욕에 침지된 광학 코어형 와이어의 부분(19)이 용융되고 이에 의해 소모될 것이다. 이 부분의 길이는 LC로 표시되어 있다. 측정이 취해진 후, 고온 분위기 내에 위치되고 슬래그 층을 통해 연장되는 광학 코어형 와이어의 부분(20)은 코일(8)의 방향으로 뒤로 이송될 수 있고 다음 측정을 위해 재사용될 수 있다.
용융 금속욕(7)의 온도가 임계 공정 파라미터이므로, 금속 제조 공정 동안 그의 전개에 대한 상세한 지식이 요구되며 공정에는 일련의 측정들이 수반된다. 전형적인 EAF 공정에서, 용융 금속의 온도는 더 높은 온도보다 더 낮은 온도에서 더 낮은 속도로 증가할 것이다. 저온 범위에서, 용융 금속욕은 여전히 미용융 부분을 함유할 것인 반면, 더 높은 온도 범위에서 금속욕은 균질한 용융 금속을 함유한다. 따라서, 전체 에너지 입력이 재료의 가열로 지향되며, 고체 부분의 용융에 의해 소모되지 않는다.
대부분의 강에 대해 전형적으로 1500℃의 온도 값 위에서 평탄 욕에 도달한 후에 온도 측정치가 보통 얻어진다. 이러한 온도에서의 가열 속도는 전형적으로 10℃/min 정도이다. 전형적인 목표 출탕 온도, 전형적으로 1650℃의 온도 범위에서, 가열 속도는 에너지 입력에 따라 80℃/min까지 증가할 수 있다.
도 3은 대표적인 측정 프로파일의 적용 동안 광학 코어형 와이어의 선단 팁의 침지를 나타내는 위치-시간 그래프를 도시한다. x-축은 시간을 나타내는 반면, y-축은 선단 팁의 위치를 나타낸다. 용융 금속욕의 표면(MBS)의 위치는 배향에 대해 나타나 있다. 측정의 시작 전에, 즉 t0 전에, 선단 팁은 시작 지점에 위치된다. 이는 야금 용기 내부에 그리고 진입 지점에 근접하여, 즉 광학 코어형 와이어가 용기에 들어가는 지점에 가깝게 있을 수 있다. 광학 코어형 와이어는 t0으로부터 t2까지의 지속기간 동안 이송 속도로 용융 금속욕을 향하여 그 내로 이송된다. 이러한 지속기간은 전형적으로 초 범위이다. 광학 코어형 와이어의 선단 팁은 시간 t1의 지점에서 용융 금속욕으로 진입하는데, 즉 t1은 선단 팁이 용융 금속욕의 표면 아래로 침지되는 시점이다. 도시된 그래프에서, 단일 이송 속도가 적용되지만, 이송은 상이한 이송 속도들을 갖는 몇몇 단계를 포함할 수 있다. 심지어 이송이 없는 단계, 즉 일시정지 단계가 다른 바람직한 실시예를 나타내는 도 4에 도시된 그래프에 나타낸 바와 같이 측정의 수행 동안 포함될 수 있다. 온도 측정치는 t1 내지 t2 동안의 측정 기간 동안 얻어진다. 선단 팁은 신뢰성 있는 측정치를 얻기 위해 용융 금속욕의 표면 아래로 침지되어야 한다. 이송의 초기 단계에서 얻어진 온도 값은 종종 용융 금속욕의 벌크 온도를 대표하지 않을 수 있다. t2 후에, 광학 코어형 와이어는 용융 금속욕으로부터 표면 위의 위치로 뒤로 후퇴된다. 이상적으로, 용융 금속욕의 표면 아래에 침지된 광학 코어형 와이어의 부분(LC)은 t2까지 소모된다.
용융 금속욕의 표면까지의 광학 코어형 와이어의 침지된 부분의 완전한 소모를 위한 필요한 시간은 용융 금속의 온도 및 광학 코어형 와이어의 특성에 의존한다. 그의 용융 또는 소모 거동에 영향을 미치는 광학 코어형 와이어의 상기 특성은 그의 설계 및 그를 제조하는 재료를 포함한다. 예를 들어, 더 큰 벽 두께를 갖는 금속 튜브는 더 얇은 벽 두께를 갖는 동일한 재료의 금속 튜브보다 더 느리게 용융될 것이다. 임의의 경우에, 측정은 항상 광학 코어형 와이어의 소정 부분의 소모와 연관된다. 따라서, 측정의 횟수를 최소화하는 것은 소모된 광학 코어형 와이어의 양을 최소화한다.
도 5는 본 발명의 방법을 수행하도록 구성된, 본 발명의 실시예에 따른 시스템(30)의 개략도를 도시한다. 따라서, 시스템(30)은 시간에 따른 용융 금속욕의 온도 전개(temperature development)를 기술하는 모델을 공급하도록 구성된다. 시스템(30)은 임계 온도, 예를 들어 용융 금속욕의 목표 온도를 한정하도록 또한 구성된다. 또한, 시스템(30)은 임계 온도의 입력, 측정된 온도, 및 용융 금속욕의 시간 의존적 온도 전개를 기술하는 모델에 기초하여 가열 속도를 결정하도록 구성된다. 시스템(30)은 제1 시점, 결정된 가열 속도, 및 온도차에 기초하여 일정 시점을 계산하도록 또한 구성된다. 부가적으로, 시스템(30)은 온도 값을 측정하도록 구성된다.
시스템은 장치(40)를 포함하고, 장치는 광학 코어형 와이어 및 검출기를 포함한다. 또한, 시스템은 모듈(50)을 포함한다. 도 6은 모듈(50)의 개략도를 더 상세히 도시한다. 모듈(50)은 저장 유닛(60), 처리 유닛(70) 및 제어 유닛(80)을 포함한다.
하기에서, 본 발명의 방법에 따른 예시적인 조건이 주어질 것이다.
예
광학 코어형 와이어를 포함하는 장치를 도 2에 따른 대표적인 전기 아크로(EAF) 설비 내에 설치하였다. 광학 코어형 와이어는 50 ㅅm의 코어 직경을 갖는 구배-굴절률 섬유 및 1.3 mm의 외경을 갖는 스테인리스강 튜브를 포함하였다. 섬유와 금속 튜브를 6 mm의 외경과 0.3 mm의 벽 두께를 갖는 스테인리스강 튜브 내에 매립하였다.
EAF에 스크랩(scrap)을 로딩하였고, 용융 공정을 개시하였다. 1650℃의 출탕 온도(TCri)를 목표로 하였다. 도 7은 적용된 공정 파라미터를 갖는 특정 야금 설비에 대한 시간에 따른 온도의 예상 전개를 도시한다. 기본 모델은 이전 공정으로부터 기록된 바와 같은 온도의 최대 예상 증가에 기초한다. EAF의 소모된 누적 전력에 기초하여, 제1 측정을 개시하였고 1520℃의 온도 값(도 7에서 t(n)으로 지시된 시점에서의 Tmes(n))을 결정하였다. 측정된 온도로부터 임계 온도까지의 130℃의 온도차(ΔT(n)), 및 예상 온도 전개에 따라 출탕 온도에 도달될 때까지의 4분의 예상 시간(tCri까지의 Δt(n))에 기초하여, 32.5℃/min의 평균 가열 속도(Rheat(n))를 예상하였다. 따라서, 다음 측정을 위한 시점(t(n+1))을 제1 측정 후 4분으로 설정하였다.
제2 측정은 1600℃의 온도 값(도 7에서 t(n+1)로 지시된 시점에서의 Tmes(n+1))을 결정하였다. 제3 측정은, 50℃의 온도차 및 목표 출탕 온도에 도달하는 제2 측정 후 43초의 예상 시점, 즉 70℃/min의 예상 가열 속도에 따라, 이러한 제2 측정 후 43초로 설정될 것이다.
Figure pct00001

Claims (15)

  1. 광학 코어형 와이어(optical cored wire) 및 검출기를 포함하는 장치를 이용하여 용융 금속욕(molten metal bath)의 일련의 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 결정하기 위한 방법으로서,
    (a) 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 온도 전개(temperature development)를 기술하는 모델(F(t))을 공급하는 단계;
    (b) 임계 온도 값(Tcri)을 한정하는 단계;
    (c) 시점(t(n))에서의 상기 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n))을 측정하는 단계;
    (d) 상기 모델(F(t)), 상기 임계 온도 값(Tcri) 및 상기 측정된 온도 값(Tmes(n))을 기초로 피팅된 가열 속도(fitted heating rate)(Rheat(n))를 결정하는 단계(여기서, Rheat(n)은 하기로서 정의된다:
    Rheat(n) = ΔTheat(n) / Δt);
    (e) 상기 임계 온도 값(Tcri)과 상기 측정된 온도 값(Tmes(n)) 사이의 온도차(ΔT(n)) 및 상기 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 기초로 시점(tcal(n+1))을 계산하는 단계(여기서,
    ΔT(n) = Tcri - Tmes(n) 및
    tcal(n+1) = t(n) + (ΔT(n) / Rheat(n)));
    (f) 상기 시점(tcal(n+1))에서의 상기 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n+1))을 측정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은,
    (g) 상기 모델(F(t)), 상기 임계 온도 값(Tcri) 및 상기 측정된 온도 값(Tmes(n+1))을 기초로 피팅된 가열 속도(Rheat(n+1))를 결정하는 단계(여기서, Rheat(n+1)은 하기로서 정의된다:
    Rheat(n+1) = ΔTheat(n+1) / Δt);
    (h) 상기 임계 온도 값(Tcri)과 상기 측정된 온도 값(Tmes(n)) 사이의 온도차(ΔT(n)) 및 상기 피팅된 가열 속도(Rheat(n))를 기초로 시점(tcal(n+2))을 계산하는 단계(여기서,
    ΔT(n+1) = Tcri - Tmes(n+1) 및
    tcal(n+2) = t(n+1) + (ΔT(n+1) / Rheat(n+1)));
    (i) 상기 시점(tcal(n+2))에서의 상기 용융 금속욕의 측정된 온도 값(Tmes(n+2))을 측정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피팅된 가열 속도(Rheat(n+1))는 상기 피팅된 가열 속도(Rheat(n))보다 더 높은, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모델(F(t))은 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 상기 온도의 전개를 위한 최대 온도들을 기술하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 상기 온도 전개를 기술하는 상기 모델(F(t))의 1차 도함수는 선형 함수인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 상기 온도 전개를 기술하는 상기 모델(F(t))은 이전 측정들에 기초하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 상기 온도 전개를 기술하는 상기 모델(F(t))은 작동 파라미터들에 기초하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 상기 모델(F(t))의 선형 피팅에 기초하여 결정되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피팅된 가열 속도(Rheat(n))는 시점(tcri) 및 상기 시점(t(n))에 대한 상기 모델(F(t))의 1차 도함수들에 기초하여 결정되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 상기 온도 전개를 기술하는 상기 모델(F(t))은,
    (i) 용융 금속욕의 특성들을 시간에 따른 용융 금속욕의 온도의 전개에 대한 기록된 데이터와 관련시키는 데이터 세트를 제공하는 단계;
    (ii) 상기 용융 금속욕의 특성들을 제공하는 단계;
    (iii) 상기 용융 금속욕의 제공된 특성들에 대응하는 상기 용융 금속욕의 특성들을 관련시키는 제공된 데이터 세트로부터 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 상기 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 수신하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 도출되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 온도 값(Tmes)은 측정 프로파일(MP)의 적용에 의해 결정되는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 프로파일(MP)은,
    (i) 선단 팁을 갖는 상기 광학 코어형 와이어를 상기 용융 금속욕의 표면 위에 제공하는 단계;
    (ii) 상기 광학 코어형 와이어의 상기 선단 팁을 t0으로부터 t2까지의 기간 동안 상기 용융 금속욕을 향해 그리고 상기 용융 금속욕의 상기 표면 아래로 적어도 하나의 이송 속도(vfed)로 이송하는 단계로서, 상기 광학 코어형 와이어의 상기 선단 팁은 t1로부터 t2까지의 기간 동안 상기 용융 금속욕의 상기 표면 아래에 있는, 상기 이송하는 단계;
    (iii) t1에서 t2까지 내의 측정 기간 내에서 온도 정보를 얻는 단계;
    (iv) 상기 광학 코어형 와이어를 상기 용융 금속욕 위의 위치로 속도(vret)로 후퇴시키는 단계
    중 적어도 하나를 한정하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 측정 프로파일(MP)은 상기 광학 코어형 와이어의 상기 선단 팁의 이송이 일시정지되거나 상기 광학 코어형 와이어의 상기 선단 팁이 저속으로 이송되는 t1에서 t2까지 내의 정체 기간 내의 단계를 또한 한정하는, 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 단계 (ii)의 상기 이송은 적어도 2개의 이송 속도(vfed1, vfed2)들에 의해 한정되는, 방법.
  15. 장치 및 모듈을 포함하는, 용융 금속욕의 일련의 적어도 2개의 온도 값(Tmes(n), Tmes(n+1))들을 결정하기 위한 시스템으로서,
    상기 모듈은 상기 장치와 상호작용하도록 구성되고, 상기 장치는 광학 코어형 와이어 및 검출기를 포함하며,
    상기 모듈은 저장 유닛, 처리 유닛 및 제어 유닛을 포함하고,
    상기 저장 유닛은,
    (a1) 시간에 따른 상기 용융 금속욕의 온도 전개를 기술하는 모델(F(t))을 공급하기 위한 저장 요소,
    (a2) 임계 온도 값(Tcri)을 한정하기 위한 저장 요소
    를 포함하며,
    상기 처리 유닛은,
    (b1) 모델(F(t)), 임계 온도 값(Tcri) 및 측정된 온도 값(Tmes)을 기초로 피팅된 가열 속도(Rheat)를 결정하기 위한 처리 요소(여기서, Rheat는 하기로서 정의된다:
    Rheat = ΔTheat / Δt),
    (b2) 임계 온도 값(Tcri)과 측정된 온도 값(Tmes) 사이의 온도차(ΔT) 및 피팅된 가열 속도(Rheat)를 기초로 시점(tcal)을 계산하기 위한 처리 요소(여기서,
    ΔT = Tcri - Tmes 및
    tcal = t + (ΔT/ Rheat))
    를 포함하고,
    상기 제어 유닛은,
    (c1) 상기 용융 금속욕의 온도 값(Tmes)을 측정하기 위한 제어 요소
    를 포함하는, 시스템.
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