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음향방출 에너지 파라미터를 이용한 고로 철피균열의 조기 결함탐지 기술
Early Shell Crack Detection Technique Using Acoustic Emission Energy Parameter Blast Furnaces 원문보기

비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, v.36 no.1, 2016년, pp.45 - 52  

김동현 ((주)렉터슨) ,  이상범 ((주)렉터슨) ,  배동명 (부경대학교 조선해양시스템공학과) ,  양보석 (부경대학교 기계자동차공학과)

초록
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고로는 제철소에서 철을 만들어 내는 핵심설비 중 하나로 고온고압 환경에서 냉각과 팽창으로 인한 철피의 손상이 노출되어 있어 대형사고에 대한 발생 가능성이 높아 중점관리가 필요하다. 본 연구에서는 음향방출법을 이용한 대형구조물 안전진단 시스템에 대한 평가를 수행하였다. 특히, 철피 크랙의 성장은 큰 에너지를 수반하게 되어, 음향방출 에너지 파라미터의 급격한 증가로 심각한 손상을 예측하였다. 이러한 결과를 바탕으로 고로의 정비시기를 앞당겨 확인한 결과 실제 크랙을 UT와 병행하여 확인하였다. 본 연구에서는 음향방출법을 이용한 대형 구조물인 철피균열의 심각도에 대한 평가기준을 마련하여 구조물 조기 결함진단 시스템의 활용으로 유용할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Blast furnaces are crucial equipment for steel production. A typical furnace risks unexpected accidents caused by contraction and expansion of the walls under an environment of high temperature and pressure. In this study, an acoustic emission (AE) monitoring system was tested for evaluating the lar...

주제어

#음향방출   #철피균열   #조기 결함탐지   #고로   #음향방출 에너지   #구조물 안전진단  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 고로 철피에 대한 균열 감시 및 진단을 수행하기 위해 온라인 연속감시가 가능한 음향방출법 기반의 온라인 실시간 균열 감시 시스템을 개발 및 적용하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 한편, 용광로의 구조적 건전성 평가 방법으로는 육안검사, 온도데이터의 분석, 내화 라이닝의 음향초음파 에코(AU-E) 및 주요 구조 요소의 변위 및 온도변화 고로 전체의 팽창현상 등의 계측으로 고로 전체를 대상으로 건전성 평가 범위를 확장하여 진단[4-9]을 수행하고 있으나 국부적으로 구조물의 균열에 대한 손상은 찾을 수 없었다. 본 연구에서는 철피균열에 대한 건전성 평가시스템을 개발하고, 균열이 성장하는 시점의 음향방출 에너지 파라미터를 이용하여 균열신호의 조기 결함탐지 및 건전성 평가에 대한 연구를 수행하고자 한다.

가설 설정

  • 시험은 낙수환경에서 BB gun을 발사하여 크랙과 같은 돌발형 신호를 발생시키고 해당신호의 특징 추출(feature extraction) 및 특징 선택(feature selection)을 수행하여 실제 크랙이 발생할 경우 잘 반응할 것으로 예상되는 특징인자를 선정하는 과정을 수행하였다. 신호 발생은 AE 4-1 지점 및 AE 4-4 지점에 각각 BB gun으로 돌발형 유사 크랙신호라 가정하여 신호를 발생시켜 음향방출 파라미터를 이용하여 신호의 특징을 추출하여 Table 1과 Table 2로 각각 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고로란 무엇인가? 고로란 철광석과 코크스가 반응하여 철광석이 선철로 배출되는 연속식 반응로로 노내의 압력(0.4~2.
음향방출(Acoustic emission)법의 목적은 무엇인가? 5 Kg/cm2)을 견디기 위해 로를 철피로 둘러싸고 있고, 철피를 보호하기 위해 내부에 연와(내화벽돌)로 되어있으며, 연와의 온도 상승에 따른 손실을 막기 위해 연와 내부에 냉각 시스템이 설치되어 있어 철피의 균열 감시가 필요하다. 음향방출(Acoustic emission)법은 고로에 대한 건전성 평가를 수행하는 목적으로 최근 구조물안전진단 분야에 적용되고 있다.
음향방출법을 이용한 분석기술에서 중요한 점은 무엇인가? 음향방출기술을 이용한 분석기술은 주변의 공정신호와의 상관해석이 중요한데, AE 센서가 설치된 주변의 스트레인 및 온도센서를 통해 고온 고압환경의 공정상황 변화에 따른 주변신호의 변화를 함께 관찰하여 상관해석이 용이하도록 하였다. 또한 온라인 연속감시를 수행하는 AE 시스템의 경우, 월별 에너지 경향을 확인하여 정기적인 관리가 필요하므로, 본 연구에서는 AE energy의 경향관리를 수행 중 분석 3개월 시점부터 급격한 에너지의 증가를 보이는 신호의 경향을 감지하게 되었다.
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참고문헌 (10)

  1. S. W. Choi, "Ultrasonic Nonlinearity Evaluation for Inspecting Steel Shell of the Blast Furnace at Initial Failure," Proceedings of 26th ICROS Annual Conference, pp. 533-536 (2011) 

  2. S. W. Choi, J. L. Yoo and T. H. Choi, "Ultrasonic Thickness Measuring Technique for Inspecting Worn Cooling Stave in the Blast Furnace," Proceedings of 25th ICROS Annual Conference, pp. 771-775 (2010) 

  3. G. S. Moon, J. H. Lee and D. W. Kim, "Implementation of a Outer Wall Furnaces Temperature Monitoring system utilizing WirelessHART," Proceedings of the Institute of Electronics and Information Engineers Conference, pp. 1619-1621 (2014) 

  4. P. Gebski and A. Sadri, "Structural integrity monitoring of smelting furnaces based on acoustic emission data acquisition and analysis," 18th World Conference on Nondestructive Testing, pp. 16-20 (2012) 

  5. A. Sadri, P. Gebski, K. Mirkhani and G. McGarrie, "New and innovative NDT techniques for inspection and monitoring of metal smelting furnaces," NDT in Canada 2009, Conference and 6th International Workshop (2009) 

  6. M. -A. -G. Bentles, A. -H. -B. de Mello, F. Franklin, R. -J. van Laar, R. van Oudenallen, V. -W. -B. van Straaten and K. Andreev, "Expansion phenomena in a blast furnace hearth after blow-in," Millennium Steel 2008, pp. 42-48 (2008) 

  7. P. Bigos, J. Kulka, M. Mantic and J. Curilla, "Continual measuring of local stress values on shell of the blast furnace hearth and of total shell expansion," Metalurgija, Vol. 51(1), pp. 55-58 (2012) 

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  8. S. Cheng, L. Qian, H. Zhao, "Monitoring method for blast furnace wall with copper staves," Journal of Iron and Steel Research, International, Vol. 14, No. 4, pp. 1-5 (2007) 

    상세보기

  9. N. Parida and S. Palit Sagar, "Non-destructive testing and inspection of the blast furnace refractory lining by stress wave propagation technique," NDESAI 2011, pp. 78-86 (2011) 

  10. ASTM E 2374-04, "Standard guide for acoustic emission system performance verification," ASTM (2002) 

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