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적용분야

정밀 온도 계측 기술이 활용되는 다양한 산업 및 공정 영역을 소개합니다.

  • Challenge

    알루미늄 스트립의 온도를 정확하게 측정하는 것은 낮고 변동이 큰 방사율과 높은 반사율 때문에 어렵습니다.
    특히 냉간 압연 공정에서는 온도 제어가 제품 품질과 설비 보호에 매우 중요합니다.

  • Solution

    알루미늄 코일에서 형성되는 웨지(wedge) 영역을 측정 대상으로 삼아, 적외선 카메라가 가상 흑체 지점에서 온도를 포착함으로써 방사율 문제와 배경 간섭을 최소화하고 정확한 실시간 온도 측정을 가능하게 합니다.

  • Benefits

    • 연속적인 모니터링을 통해 일관된 제품 품질과 공정 안정성 확보
    • 정밀한 온도 추적을 통해 설비 손상 위험 감소
    • 최적 조건 유지를 위한 실시간 제어 및 자동 조정 지원
    • 추가 구성 요소를 최소화하여 기존 시스템과의 간편한 통합 가능
    • 분석과 추적성을 위한 신뢰성 높은 열 데이터 확보로 공정 투명성 향상

알루미늄 압연 공정에서의 적외선 온도 측정 과제

알루미늄 압연 공정은 알루미늄 제조 산업에서 매우 중요한 공정으로, 고품질 제품을 생산하고 설비를 보호하기 위해 정밀한 온도 측정이 필수적입니다. 냉간 압연, 직접 주조, 연속 주조 등 다양한 방식으로 알루미늄 코일을 생산하는 이 공정은 소재의 최종 물성을 결정하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

이 공정에서 알루미늄 슬래브 또는 빌릿은 요구되는 소재 특성에 따라 냉간 가공 또는 열간 가공을 거치게 됩니다.
냉간 압연은 미세조직을 변화시켜 알루미늄의 강도와 경도를 높이지만, 동시에 소재를 더 취성화시키는 단점이 있습니다. 반대로 합금 종류에 따라 약 260 °C에서 510 °C 사이의 온도에서 수행되는 열간 가공은 가공 경화를 방지해 알루미늄의 연성을 유지합니다. 알루미늄이 압연기를 통과하는 동안 온도는 크게 변하며, 약 200 °C의 예열 단계에서 시작해 압연기에 진입할 때는 약 450 °C까지 상승한 뒤, 출구에서는 100 °C 이하로 다시 낮아집니다.

이 공정에서 가장 큰 과제 중 하나는 알루미늄의 온도를 정확하게 측정하는 것으로, 이는 특히 알루미늄 표면의 높은 반사율 때문에 어렵습니다. 알루미늄은 적외선 영역에서 방사율이 낮고 반사율이 높아, 적외선 카메라로 온도를 측정하기가 매우 까다로운 소재로 알려져 있습니다. 특히 표면이 연마되었거나 밝은 알루미늄의 경우 방사율이 매우 낮아, 장파 적외선 장비 기준으로 일반적으로 0.02에서 0.1 범위에 불과합니다. 이처럼 낮은 방사율로 인해 알루미늄은 다른 소재에 비해 방출하는 적외선 복사량이 매우 적어, 장파 적외선 카메라로는 정확한 온도 측정이 어렵습니다. 또한 알루미늄의 방사율은 온도에 따라 달라질 수 있어, 정밀한 측정을 더욱 복잡하게 만듭니다. 일반적으로 더 높은 온도 측정 범위를 갖는 단파 적외선 카메라는 알루미늄 가공 공정에서 사용되는 온도 범위와 맞지 않는 경우가 많아, 이러한 적용에는 적합하지 않습니다.

알루미늄 압연 공정에서의 적외선 온도 측정 과제
웨지 효과의 활용: 적외선 온도 측정에서 방사율 문제 극복하기

온도 측정에서 방사율 문제를 해결하는 효과적인 방법 중 하나는 코일이 웨지(wedge) 형태를 이루는 지점에 주목하는 것입니다. 이 지점에서는 적외선 복사가 거의 밀폐된 공간에 형성되어 측정에 유리한 조건이 만들어집니다. 웨지의 가장 깊은 부분에서는 이 공간이 가상 흑체처럼 작용하여, 방사율이 거의 1에 가까운 안정적인 특성을 보입니다. 이러한 방식은 ‘웨지 방법(wedge method)’으로 알려져 있으며, 일반적으로 방사율이 약 0.37로 낮은 연마된 강 스트립의 온도를 측정하는 데 특히 효과적입니다. 웨지는 코일 형태의 스트립 내부에서 자연스럽게 형성되므로, 정확한 온도 측정을 위한 최적의 위치가 됩니다.

적외선 열화상에서의 웨지 효과는 웨지 형태 구조 내부의 표면이 평평한 표면에 비해 더 높은 겉보기 방사율을 보이는 이유를 설명합니다. 이 방사율 증가는 웨지 내부에서 적외선 복사가 여러 번 반사되면서 벽면에 부딪혀 흡수와 재방출이 일어날 가능성이 높아지기 때문에 발생합니다. 이러한 과정은 소재 고유의 방사율과 관계없이 방사율이 약 0.998에 가까운, 거의 완전한 흑체에 가까운 환경을 형성합니다. 그 결과 방사율 변화와 배경 복사가 온도 측정에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 웨지 효과가 효과적으로 작동하기 위해서는 웨지의 깊이가 개구부보다 충분히 커야 합니다.

Xi410 적외선 카메라는 장파장 장비임에도 불구하고 웨지 효과를 자율적으로 활용할 수 있습니다. PIXConnect 소프트웨어에서 관심 영역(ROI)을 설정해 알루미늄 코일의 웨지 내부에서 가장 높은 온도를 포착함으로써, 열화상 카메라는 최대 온도를 정확하게 식별할 수 있습니다. 이후 Xi410은 아날로그 출력 또는 디지털 인터페이스를 통해 열 데이터를 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 직접 전송하여, 실시간으로 정밀하고 신뢰성 있는 온도 모니터링을 보장합니다.

웨지 효과의 활용: 적외선 온도 측정에서 방사율 문제 극복하기
웨지 측정 기법을 활용한 합리적인 온도 모니터링으로 알루미늄 냉간 압연 공정 최적화

고급 제품을 압연하기 위해서는 정밀한 온도 제어가 결정적인 차이를 만듭니다. 필요한 온도가 정확하게 유지되면 제품 품질을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 압연 스탠드의 손상도 방지할 수 있습니다. 이 응용은 압연 공정 중 코일러 부근이나 롤과 제품 사이에서 적용되는 웨지 측정 기법에 적합하며, 낮은 온도와 변동하는 방사율로 인한 문제를 해소하고 배경 반사 영향 또한 제거합니다. 이를 통해 제조업체는 공정 온도를 연속적으로 모니터링할 수 있습니다.
시스템은 생산 전 과정에서의 온도 변화를 지속적으로 추적하여 실시간 조정을 가능하게 하며, 공정 및 공구 온도의 문서화를 지원해 생산 공정에 대한 통찰을 제공하고, 최적의 조건을 유지하며 편차를 방지하기 위한 자동화된 폐루프 제어를 가능하게 합니다.

모든 Optris 장파장 카메라는 웨지 효과를 활용하여 냉간 압연 및 코일링 공정에서 스트립의 온도를 정확하게 측정할 수 있습니다. 이 응용 분야에서는 Xi 시리즈의 자율형 열화상 카메라가 다양한 인터페이스 옵션을 제공해, 신규 또는 기존 공정 제어 시스템에 손쉽게 통합될 수 있습니다. 경쟁사의 다른 솔루션과 달리, 이처럼 까다로운 환경에서도 특수 소프트웨어나 특정 파장 조합이 필요 없으며, Optris 적외선 카메라는 합리적인 비용으로 웨지 효과를 활용한 온도 측정을 제공합니다.

웨지 측정 기법을 활용한 합리적인 온도 모니터링으로 알루미늄 냉간 압연 공정 최적화

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