KR100229096B1

KR100229096B1 - 금속의 청정도 평가장치 및 그의 방법

Info

Publication number: KR100229096B1
Application number: KR1019960706394A
Authority: KR
Inventors: 가주시께 우메자와; 도끼오 스즈끼; 고이찌 지바; 류지 우에모리; 다께히로 도오; 히로유끼 곤도; 가즈히로 후지가미; 에이이찌 다께우치; 마사미쯔 와꼬; 아끼히로 오노
Original assignee: 아사무라 타카싯; 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1999-11-01
Also published as: DE69632614D1; AU4954396A; CN1150839A; US6555063B1; EP1361432A2; AU686498B2; EP1361432A3; WO1996028729A1; EP0760480A1; CN1112587C; US5985674A; KR970702992A; EP0760480A4; DE69632614T2; EP1361432B1; CA2190123C; CA2190123A1; EP0760480B1

Abstract

본 발명은 제품의 결함으로 되는 금속 중에 존재한 비금속 개재물입자의 량과 조성을, 금속을 제조할 때 채취한 시편으로 평가할 때에, 금속의 청정도를 대표성 좋고, 신속하고 염가로 평가하기 위하여, 콜드 도가니 부양장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해하고, 그 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물 입자를 용융체 표면에 배출시켜, 응고후의 완곡되고 비평활한 시편 표면을, 에너지 분산형 분광기를 이용한 형광 X 선 분석법으로 직접 분석하고, 화학적 또는 물리적 측정을 하며, 비금속 개재물 입자를 구성하는 원소량을 계측 분석한 후, 비금속 개재물량을 동정하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속의 청정도 평가장치 및 그의 방법

금속에 대하여 강(鋼)을 예시해서 아래에 설명한다. 강내에 존재하는 비금속 개재물 입자, 예컨대, 알루미늄 킬드 강의 경우에는 강중의 산소와 첨가된 알루미늄이 함께 반응해서 생성되는 알루미나계의 개재물 제강 슬래그에 기인된 라임(lime)·실리카(silica) 등을 포함한 슬래그계 개재물, 연속 주조시의 주형 윤활재에 기인하는 파우더(powder)계의 개재물 등이 박판이나 선재 등의 압연 성형시의 중간제품이나 최종제품에 포함되어 하자나 파손의 결함을 일으키게 되므로, 여러 가지 방법으로 평가하는 것이 품질관리로 되어있다.

한편, 제품에 결함이 발견되는 경우, 재료는 여러 가지 공정을 거쳐서 제조된 후, 최종단계에서 못쓰게 되므로 원가상 큰 문제로 된다. 그래서 제조 전 초기 단계에서 제품의 질에 대한 품질평가가 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 개재물의 존재는, 금속의 정련 및 응고단계에서 결정되므로 종래부터 다양한 평가기술이 행해져왔다.

금속 중에서도 강의 개재물 평가기술은, 예를 들어 제3판 철강편람 Ⅱ 제선·제강(일본철강협회편, 소화 54년 10월 15일 마루젠 발행)에 기술되어 있는데, 강중의 산소 농도에 의거한 토탈 산소(T[0])법, 대형 개재물을 평가하기 위해 이용되는 전해 추출에 의거한 슬라임법, 금속의 단면을 확대 관찰하여 개재물을 평가하는 현미경법등이 알려져 있다. 이와 같은 기술은 일반적으로 표 1에 표시한 바와 같이 각 특징상 조사대상이 되는 개재물의 종류나 크기 등에 제약이 있고, 또 평가법에 따라서 시간이 많이 걸린다는 문제점이 있다.

또, 제품의 결함을 예측하기 위한 중간제품의 정보로서는 충분치 못한 것으로 알려져 있다. 즉, 표 1에 표시된 바와 같이, 종래의 방법은 평가 시편이 중간제품의 품질을 충분히 대표하고 있다고 볼 수 없다. 또, 시편의 평가에 장시간이 걸리거나, EB(전자 빔 용해)법과 같이 용해 중의 과열(superheating)이 큰 방법은 평가 중에 개재물이 변질하는 문제가 있다.

또, 슬라임법은 비교적 정밀도가 좋은 방법으로 널리 이용되고 있으나, 약 1㎏의 시료 전체를 전해하기 위해 수일부터 수십 일까지 많은 시간이 걸린다.

또, 소량의 금속 시편을 이용해서 평가를 하는 경우는 다량의 금속중 일부인 금속편 시편을 평가하는 것으로 되기 때문에, 금속 전체의 청정도를 엄밀하게 평가하려면, 다수의 시편을 동일한 금속편에서 채취할 필요가 있고, 평가의 신속화를 방해하게 된다.

[표 1]

한편, EB법과 용해 방법은 다르지만, 동일한 용해 추출법으로 생각되어지는 방법으로는 콜드 도가니(cold crucible)법을 이용한 유도체 용해 추출법이 있다.

즉, 이것은 EB법의 고온용해와 그에 의한 개재물 변질, 소량의 평가 볼륨에 의한 대표치로서의 불충분한 결점을 해소시킨 방법이다. 상기 콜드 도가니 부양(浮揚) 용해법으로 조제한 시료 표면의 개재물을 측정하는 방법으로서는, 예를 들어 "Evaluation of alloy cleanness in superclean materials" K. C. Mills et al., Turkdogan Symposium Proceedings, pp. 105-112(1994)인 문헌에 기재된 표면 개재물을 주사 전자 현미경으로 관찰하는 방법이 있다. 그러나, 상기 문헌은 콜드 도가니 그 자체의 특성에 의한 평가방법으로서의 문제점을 지적한 것이고, 공업적으로 염가로 신속하게, 금속표면에서 넓은 범위의 비금속 개재물을 평가하는 방법은 아니다.

도 1(a) 및 도 1(b)는 콜드 도가니의 장치의 요부를 표시한 설명도로 도 1(a)는 평면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A 단면도이다. 도면 중 1(1-1……1-8)은 도가니를 형성하고 있는, 예를 들면 8개의 내부가 수냉(水冷)되는 동(銅)제의 세그멘트(segment)이고, 복수개의 슬릿 3이 그 사이에 거의 등간격인 위치로 개입·장착되고 서로 근접되게 배설되어 도가니를 형성하고 있다. 도면 중 2는 고주파 코일이고, 도가니를 에워싸고 있다.

도 2(a) 및 도 2(b)는 콜드 도가니의 작용설명도이다. 고주파 코일 2에 화살표 5방향의 고주파 전류가 흐르면, 세그멘트 1의 고주파 코일 2측에는 화살표 6-1방향의 유도기전력이 발생한다. 그러나, 세그멘트 1은 슬릿 3에 서로 이격되어 있기 때문에, 유도전류는 인접된 다른 세그멘트로는 흐르지 아니하고, 세그멘트 1의 고주파 코일의 반대측에 화살표 6-2 방향의 유도전류로 되어 흐른다. 도면 중 4는 용융금속이다. 용융금속 4에는 화살표 6-2 방향의 유도전류에 의해 와전류(渦電流, eddy current)가 화살표 7 방향으로 흐른다. 상기 화살표 7 방향의 와전류에 의해 금속편은 가열되어 용융된다. 이때, 용융금속 4에는 화살표 7 방향의 와전류가 흐르기 때문에 세그멘트 1에 흐르고 있는 화살표 6-2방향의 유도전류에 의해 금속의 중심 방향으로 척력 8이 작용하고, 상기 척력 8에 의해 용융금속 4는 세그멘트 1과 접촉되지 않은 부양상태가 유지된다.

콜드 도가니법에서는, 비산화성 분위기하에서 금속시료를 부양 용해시켜 부양 용탕을 만든다. 상기 용탕을 만들 때 금속시료내의 비금속개재물은 제2(b)도의 9와 같이 용탕 표면으로 배출된다. 소정시간 경과 후 코일에 흐르는 전류를 차단하면 비금속 개재물이 표면에 집적된 상태로 용탕이 응고된다. 상기 응고체의 표면에 집적된 비금속 개재물을 측정함으로써 금속편의 청정도를 평가하게 된다.

금속편의 내부에 산재된 비금속 개재물을 측정하는 종래의 방법에서는, 측정이 번잡하고 측정에 장시간이 소요되었으나, 콜드 도가니법에서는, 비금속 개재물이 응고체의 표면에 집적되므로 표면에 집적된 비금속 개재물의 측정이 쉬워지고, 단시간에 측정할 수 있다. 또, 산재되어 금속 중에 들어있는 비금속 개재물을 측정하는 종래 방법에서는 시료가 매우 작고, 강의 대표치로서는 부정확하였다. 한편, 콜드 도가니법에서는 수 g에서 수 ㎏의 금속편을 한 번에 부양 용해 할 수 있기 때문에, 종래 보다 시료의 양이 많아지고, 강의 대표치로서 종래 보다 정확한 평가를 할 수 있게 된다.

본 발명은 금속 중에 있는 비금속 개재물에 관한 것으로, 예를 들면 강(鋼)속에서 표면으로 신속하게 배출되어 표면에 집적(集積)되는 비금속 개재물을 물리적 또는 화학적으로 검출하고, 그의 총량평가 또는 주성분별 입도 분포 평가(主成分別粒度分布評價)를 행하여 금속 중에 존재하는 비금속 개재물(非金屬介在物)의 비율을 정밀하게 구하는 금속의 청정도 평가장치(淸淨度評價裝置) 및 그의 방법에 관한 것이다.

제 1(a) 도는 콜드 도가니 장치의 요부의 설명도이고, 제 1(b) 도는 제 1(a) 도의 A-A선 단면도이다.

제 2(a) 도는 골드 도가니의 작용 설명도이고, 제 2(b) 도는 제 2(a) 도의 종단면도이다.

제 3 도는 콜드 도가니 장치의 도가니 모양을 표시한 설명도이다.

제 4 도는 고주파 전류와 와전류의 흐름을 표시한 설명도이다.

제 5 도는 부양 용해 보지 시간과 비금속 개재물 배출율의 관계를 표시한 도면이다.

제 6 도는 부상 비금속 개재물의 표면 깊이의 존재 비율을 표시한 도면이다.

제 7(a) 도는 정상인 부양 용해 중의 부양 용탕의 표면에 집적된 비금속 개재물의 이동을 설명한 도면이고, 제 7(b) 도는 코일 통전을 중지했을 때의 표면의 비금속 개재물의 존재위치를 표시한 도면이다.

제 8 도는 3상 교류의 콜드 도가니 장치를 표시한 도면이다.

제 9 도는 용융 금속에 작용하는 전자기력과 표면장력의 관계를 표시한 도면이다.

제 10 도는 표면 전해법에 의한 모재와 부양 용해재와의 비금속 개재물 분포를 표시한 도면이다.

제 11 도는 부양 용해의 시편 채취위치를 표시한 도면이다.

제 12 도는 실시예에 사용한 부양 용해용 도가니의 크기를 예시한 도면이다.

제 13(a) 도는 실시예 1의 알루미나 분석결과와 토탈 산소농도와의 관계를 표시한 도면이고, 제 13(b) 도는 제품결함과 비금속 개재물 지수와의 관계를 표시한 도면이고, 도 13(c)는 실시예 3의 알루미나 분석결과와 토탈 산소농도와의 관계를 표시한 도면이다.

제 14 도는 CaO 분석결과와 슬라임법에 의한 분석결과와의 관계를 표시한 도면이다.

제 15 도는 콜드 도가니 용해재의 추출 비금속 개재물 개수와 종래의 슬라임 추출 개재물 개수와의 관계를 표시한 도면이다.

제 16 도는 비금속 개재물 입경과 비금속 개재물 개수의 비율의 관계를 표시한 도면이다.

제 17 도는 철 시료중의 비금속 개재물의 평가예를 표시한 도면이다.

제 18 도는 도가니의 최대내경이 30㎜인 콜드 도가니에 의한 비금속 개재물 입자의 발생상태를 표시한 도면이다.

제 19 도는 도가니의 최대내경이 100㎜인 콜드 도가니에 의한 비금속 개재물 입자의 발생상태를 표시한 도면이다.

제 20 도는 제 18 도와 다른 연속주조 주편의 비금속 개재물 입자의 발생상태를 표시한 도면이다.

제 21 도는 표 3의 응고후의 섬 모양 점유율과 비금속 개재물량과의 관계를 표시한 도면이다.

제 22 도는 기준전류의 80%로 감해서 응고시킨 표 3의 전류 차단 후 15초 경과됐을 때의 비금속 모양 점유율과 비금속 개재물량과의 관계를 표시한 도면이다.

제 23 도는 기준전류의 90%로 감해서 응고시킨 표 3의 전류 절단후 15초 경과됐을 시의 비금속 섬 모양 점유율과 비금속 개재물량과의 관계를 표시한 도면이다.

제 24 도는 표면 전해법에 의한 비금속 섬 모양 점유율과 비금속 개재물량과의 관계를 표시한 도면이다.

[실시예]

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명에서는 시편의 비금속 개재물의 전량 검출을 효율적으로 수행하기 위하여, 배출하는 비금속 개재물의 집합을 시편의 최적위치로 컨트롤하도록 부양 용해하는 것이다. 이와 같이 함으로써, 배출해서 집합된 위치를 간편하고 신속하게 에너지 분산형 형광 X선 장치의 분석이 가능한 위치로 세팅할 수가 있다. 그 위치로서는, 시편 표면부의 상면의 중앙부근에 집합시킬 수 있는 경우에는, 그 위치에 X선 시야를 맞출 수가 있고, 측면의 표면부 중앙에 집합시키는 경우에는 X선원을 회전시켜서 그 집합된 비금속 개재물을 효율적으로 분석할 수가 있다.

본 발명의 특징 점은 대표성이 좋으며, 염가로 신속하게 금속의 청정도 평가를 할 수 있게 하는 것이다.

이하, 본 발명의 방법의 구체적인 구성을 도 3을 이용해서 설명한다.

비산화성 분위기로서, 불활성 가스 또는 감압의 분위기(10)를 제어할 수 있는 용기(11)내에, 도 2(a)에 표시된 둘레 방향으로 분할된 금속 세그멘트(1)로 구성되고, 상면이 개방되고, 하면이 폐쇄된 수냉(12)을 가지는 수냉 금속 도가니 (콜드 도가니)(13)를 배치한다. 그 도가니의 형상에 대하여는, 저면이 곡율을 갖고, 측벽 내면이 위쪽으로 확대되어 경사진 형상이면 좋다. 상기 도가니는 고주파 발신기(14)에서 부여되는 고주파 전류(15)가 흐르도록 수냉 코일(16)에 의해 에워싸져 있다.

미리 중량을 측정한 금속 시편을 상기 도가니 속에 놓고, 코일에 전류를 흘리면, 발생된 전자기력(17)에 의해 용융금속(4)이 수냉 금속 도가니(13)내에서 부양한다. 이때의 고주파 전류 및 유도전류의 흐름의 설명도가 도 4이고, 고주파 코일에 고주파 전류가 흐르면, 세그멘트의 고주파 코일 측에는 유도기전력(5)이 발생한다. 그러나, 세그멘트는 슬릿에 의해 서로 떨어져 있기 때문에, 유도 전류는 인접된 다른 세그멘트에는 흐르지 아니하고, 고주파 코일의 반대쪽 세그멘트에서 유도전류로 되어서 흐른다. 금속시료에는 유도전류에 의해 와전류(7)가 흐른다. 상기 와전류(7)에 의해 금속편은 가열돼서 용융한다. 이때, 용융된 금속에는 와전류가 흐르고 있으므로, 세그멘트에 흐르고 있는 유도전류에 의해 척력(8)이 금속의 중심 방향으로 작용하고, 상기 척력(8)에 의해 용융 금속은 세그멘트와 접촉되지 않은 부양상태로 유지된다. 이때, 도가니의 내부는 아래쪽으로 갈수록 단면적이 작아지는 형상이므로, 그 아래쪽에 갈수록 금속에는 강한 전자기력이 작용하게 된다. 따라서, 용융시에는, 도 9에 표시된 바와 같은 전자기력(17)과 표면장력(19) 및 중력(20)의 밸런스가 일어나고, 용융 금속은 도가니 내에서 부양된다. 비금속 개재물은 용융 금속보다 비중이 가볍고, 또한 유도된 전자기력이 용융 금속을 내측으로 미는 힘에 대한 반작용이 비금속 개재물에 작용하고, 비금속 개재물과 용융 금속 사이에는 계면장력이 존재하기 때문에, 부양체 외주(18)로 배출된다. 일정시간이 지난 후, 코일에 흐르는 전류를 차단하면, 용융 금속은 응고하고, 비금속 개재물은 부양체 표면에 집합한다.

본 발명은 표면에 배출된 비금속 개재물을 신속하게 평가할 수 있는 위치에 집합시키는 발명과, 응고후의 비평활한 표면상에 존재하는 비금속 개재물의 양, 조성 및 직경(直徑) 분포를 신속하게 구하기 위한 발명으로 구성되어 있다.

본 발명의 특징인 배출된 비금속 개재물을 평가하는 방법은 콜드 도가니 부양 용해장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해하고, 상기 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시켜, 다시 표면에 배출된 비금속 개재물을 집합시키고, 부양 용해·응고된 후의 시편 표면을 에너지 분산형 분광기를 갖는 형광 X선 분석법에 의해 직접 분석하고, 비금속 개재물을 구성하는 원소량을 계측하고, 비금속 개재물을 동정하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법이다.

콜드 도가니 부양 용해 장치에 의해 부양 용해되고 응고된 시료의 표면은 만곡되고 또한 비평활하다. 또, 시료 표면에 배출된 비금속 개재물은, 섬 모양으로 불균일하게 시편 표면에 존재한다. 이와 같은 상태로 존재하는 비금속 개재물을 신속하고 간편하게 분석하기 위해서, 본 발명에 있어서는, 형광 X선 분석장치에 에너지 분산형 분광기를 사용해서, 비교적 넓은 영역(수㎜Φ, 바람직하게는 10㎜Φ이상)을 측정하게 한 것이다. 또, 응고된 시료의 전 표면을 분석함으로써, 보다 상세하고 정밀도 높게 비금속 개재물을 분석할 수가 있다. 본 발명은 금속표면에 부상한 비금속 개재물을 분석함으로써 금속 전체의 비금속 개재물의 양을 대표해서 표시할 수가 있다.

본 발명의 다른 특징인 배출된 비금속 개재물의 양, 조성 및 직경의 분포를 분석하는 방법은, 콜드 도가니 부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해하고, 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시키고, 다시 표면에 배출된 비금속 개재물을 집합시킨다. 그후, 부양 용해, 응고 후의 시편 표면을 산용액이나 할로겐·알코올 용액(예를 들어, 브롬 메탄을 용액)으로 용해시키거나, 또는 수용액계의 용액(예를 들어, 10% 염화제 1철용액, 구연산 나트륨용액)이나 비수 용액계의 용액(예를 들어 아세틸 아세톤용액) 중에서 전해시키고, 비금속 개재물을 추출여과하고, 여과된 비금속 개재물을 평량·분석하거나 입도별로 분산시킨 후에 평량·분석하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법이다.

또한, 본 발명은 금속에 대하여 t /√(30 d) (t :부양 용탕의 보지시간(초), d : 도가니의 최대내경(mm))를 변경해서 콜드 도가니 처리를 수행하고, 각 t /√(30 d) 마다 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 직경 L을 조사하고, t /√(30 d)와 L(불순물 입자의 직경)의 관계를 미리·파악한다. 다음, 다른 금속의 청정도를 평가할 때에는, t /√(30 d)를 원하는 값으로 선정해서 다른 금속의 콜드 도가니 처리를 수행한다. 상기 선정된 t /√(30 d)로 그 다른 금속의 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 직경 L은 상기 금속의 경우와 동일한 것으로 하여, 그 다른 금속의 직경이 L인 비금속 개재물의 발생량 N을 측정하고, N을 그 다른 금속의 청정도로서 평가하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도의 평가방법이다. 또한, 본 발명은 다른 금속의 직경이 L 이상인 L₁, L₂,···의 비금속 개재물의 발생량 N₁, N₂,···측정하고, 이들 N₁, N₂,···을 그 다른 금속의 청정도로서 평가하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도의 평가방법이다.

응고 후의 금속표면을 현미경에 의해 확대 관찰하고, 비금속 개재물을 직경이 최대인 것으로부터 통계적으로 의미 있는 개수인 최저 10개 이상 바람직하게는 40개 이상인 것을 선택하고, 극치통계(極致統計)지에 플롯하여, 최대입경의 입자를 추정한다. 그 극치통계지에 관해서는, 예를 들어, 군벨이 쓴 극치통계학(생산기술 센터 신사발행, 소화 53년 6월 15일 제5판)에 상세하게 기술되어 있다. 금속을 용해하여 추출한 비금속 개재물을 현미경으로 확대해서 사진촬영하고, 10개소 이상 바람직하게는 40개 시야내의 최대 개재물의 입경을 측정한다. 그 후, 측정한 개수의 비금속개재물을 작은 순으로 바꿔 세우고, 누적분포관수치(累積分布關數値)를 산출하고, 극치확율지에 플롯한다. 다음, 회귀식(回歸式)을 산출하고, 최대 비금속 개재물 입경을 예측한다. 본 발명의 방법에 의해 대표성이 좋고 염가로 신속하게, 금속의 청정도 평가를 할 수 있게된다.

도가니는 상기와 같은 형상이고, 예를 들어 공지된(예컨대, 제129∼130회 니시야마 기념 기술강좌 : 전자기력을 이용한 머티리얼 프로세싱, 평성 원년 4월 28일, 사단법인, 일본철강협회발행) 배치(batch)형 또는 부양 용해형이라 호칭되는 상면이 개방되고, 하면이 폐쇄되어 있는 것이다.

도 5는 시료중의 알루미나의 배출율과 부양 용해 보지시간과의 관계를 표시한 도면이고, 도시된 바와 같이, 콜드 도가니 부양 용해법에서는 수 10g에서 수 Kg정도까지의 시료를 부양 용해하는데, 100g의 금속편을 이용한 본 발명자들의 실험결과에 의하면, 도 5에 표시한 바와 같이, 3분 이상 용해를 하면, 시료중의 비금속 개재물의 약 80%가 배출되고, 용해 보지 시간을 그 이상 길게 끌어도, 배출율은 변하지 아니한다. 본 발명자들의 시험결과에 의해, 표면에 배출된 비금속 개재물이나 불순물은, 표면층 약 30㎛ 깊이 속에 거의 모두가 존재한다.(도 6 참조) 한편, X 선의 투과율은 철이 약 100μm 정도이고, 대표적 비금속 개재물인 알루미나가 수 10μm 정도이다. 그래서 배출된 비금속 개재물이 존재하는 영역만을 직접 측정하려면, 본 발명과 같이 형광 X선 분석법을 적용하는 것이 가장 효율이 좋다.

부양 용해 후에 재응고한 시료의 표면은 만곡면으로 되고, 비평활면으로 된다. 그래서, 통상적인 원소분석에서 사용하고 있는 파장분산형 형광 X선으로는 본 시료를 측정할 수 없기 때문에 본 발명에서는 다소의 분석정밀도를 희생하더라도 만곡면 및 비평활면을 측정할 수 있는 에너지 분산형 형광 X선 분석법을 사용하고 있다.

또, 상술한 바와 같이 시료표면에 배출된 비금속개재물은, 섬 모양으로 존재하고, 매우 불균일한 상태로 시료표면에 존재한다. 본 발명자들의 시험 결과, 이와 같은 상태의 비금속 개재물을 분석하기 위해서는, 수mm의 범위를 한번에 측정하든가, 작은 영역을 몇 개 지점으로 측정할 필요가 있다.

실제로, 1차 X선 빔을 10mm이상으로 해서 측정하면, 정밀도가 좋은 측정 결과를 얻을 수 있다. 가능하면, 시료의 표면 전역에, 1차 X선 빔을 수mm 이상으로 넓혀서 이용하는 경우는 거의 없다.

또, 본 발명에서는 비금속 개재물 및 불순물 입자의 원소 조성물을 분석함으로써, 거기에 포함되어 있는 알루미나, 칼시아, 실리카, 마그네시아, 나트륨 산화물 등을 조성별로 신속하게 동정하고 정량할 수 있다.

시료 표면에 집합한 비금속 개재물 시편을 신속하게 형광 X선 분석 장치에 반송하기 위하여, 본 발명에서는 도가니에서 시편을 취출하는 장치로서, 전자석 또는 흡반(吸盤)을 설치하여 시편을 흡착시켜서 끌어내고, 도가니 근처에 설치된 상기 분석장치에 반송하게 된다. 이 때, 비금속 개재물의 집합위치를 분석용 X선 조사(照射) 범위 내에 위치 지어지게 하기 위한 위치 결정 장치를 갖는 핸들링 장치로 이루어져 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 콜드 도가니 부양 용해하여 시료 표면에 배출된 비금속 개재물을 에너지 분산형 형광 X선 분석법으로 분석하고, 비금속 개재물을 구성하는 원소량을 계측해서 그의 성분 분석을 하거나, 조성을 동정할 수가 있다.

또, 상술한 바와 같이 표면에 배출된 비금속 개재물은 표층 약 30㎛의 깊이 속에거의 존재한다. 그래서 본 발명과 같이 응고후의 시료의 가장 표면층의 50-100μm정도를 용해하거나 전해하면, 수분에서 수 10분이라는 종래와 비교해서 극히 짧은 시간 내에 목적하는 비금속 개재물의 거의 전부를 회수하고 분석할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 제강업의 관리지표로서 사용하기에 충분한, 신속성과 간편성을 구비한, 비금속 개재물의 분석방법에 제공하고 있다.

또, 회수된 비금속 개재물을 다시 입도별로 분리시긴 후 분석을 행함으로써, 비금속 개재물의 성분 분석은 물론이고, 입경(粒徑)이나 입도(粒度)의 측정, 입도별의 성분분석 및 입도별의 조성분석을 행할 수 있다.

도 7(a), (b)는 유도 가열 코일에 통상적인 단상고주파전류를 흘리는 종래의 콜드 도가니법을 이용하여, 부양 용탕의 표면에 배출시킨 비금속 개재물의 이동을 설명한 도면이고, 도 7(a)는 통전중의 설명도, 도 7(b)는 고주파 전류를 차단했을 때의 설명도이다. 부양 용탕의 중앙에서 상승하여 표면을 따라 아래로 흐르는 용탕의 완만한 흐름(10)이 형성되있다. 이 용탕의 흐름(10)을 따라서 용탕 표면에 배출된 비금속 개재물의 일부 (9-1)는 부양 용탕(4)과 세그멘트(1)의 사이로 이동한다. 이상태에서 고주파 전류를 차단하면, 비금속 개재물의 일부 (9-1)는 제 7(b) 도와 같이, 용탕의 정부의 표면에 집적하지 않고, 용탕의 하부표면근방에 밀려들어간다. 따라서, 도 7(b)의 경우는, 금속의 청정도의 평가를 할 때에, 응고된 후의 도 7(b)의 시료(4)의 금속표면을 측정하게된다. 그러나, 비금속 개재물이 표면에 산재하고, 측정면적이 넓기 때문에 비금속 개재물의 평가의 간편성이나 신속성이 충분하다고는 말할 수 없다. 그래서, 본 발명에서는 단상교류를 이용한 부양 용해의 경우에 도 7(a)와 같이, 비금속 개재물이 용융 금속의 대칭축 주위에 끌려 올라가서 도가니벽을 따라 하강하는 흐름에 실려 측벽과 용융 금속사이에 퇴적된다. 코일에 흐르는 전류를 차단하면, 도 7(b)와 같이, 부양 금속 중력의 작용에 의해 도가니 밑에 고이고, 표면에 배출된 비금속 개재물은 금속의 옆으로 일부가 집합하고, 나머지 일부는 금속의 상부로 이동한다. 여기서, 코일에 흐르는 전류의 차단을, 부양중인 금속이 응고되는 전류의 레벨에 일단 보정(保定)시켜, 금속을 응고시킨 후에 수행하면, 비금속 개재물은 옆으로 고이게되고, 밴드모양의 집적대가 형성된다.

도 8은 본 발명의 유도 가열 코일의 위상이 다른 3상 교류의 고주파 전류 U, V, W를 통전한 유도 가열 코일이다. 이 유도 가열 코일은 3상 교류 U, V, W에 의해 부양 용해한 용탕(4)의 표면에 상방향 흐름(11)을 형성하는 리니어 모터의 기능을 갖도록 구성되어있다.

또, 고주파 전류 U, V, W는 금속시료(4)의 부양 용융을 가능하게 하도록 구성되어있다. 즉, 본 발명의 유도 가열 코일은, 금속시료(4)를 부양 용융함과 아울러 부양용융한 용탕 표면에 쌍방향 흐름(110을 형성하는 유도 가열 코일이다. 본 발명에서는, 3상 교류를 이용한 경우, 도 8과 같이, 용해 중에도 흐름이 도가니벽을 따라 상방향으로 흐르게 되므로, 비금속 개재물은 상부에만 집적하고, 전류의 차단 조건에 불구하고, 응고 후에도 상부에 집적되기 때문에, 금속시료에 포함된 비금속 개재물은, 용탕의 정부의 섬 모양 점유 영역의 비금속 개재물만 측정함으로써 거의 상기의 전량을 파악할 수 있게 되고, 매우 간편하고 신속하게 금속의 청정도를 평가하게된다.

[실시예 1]

폭 1500mm, 두께 250mm의 주형을 사용하여, 주조속도 1.2m/분으로 주조한 저탄소알루미늄 킬드강의 주편 20개로부터, 도 11에 표시한 바와 같이, 주편 폭 방향 1/4 및 1/2 부위에서, 주조방향으로 20mm, 두께 방향으로 30mm, 폭방향으로 20mm인 시편을 채취하고, 내경 40mm, 깊이 40mm, 상단에서 20mm 내지 40mm 까지 포물선 모양의 단면을 갖는 도 12에 표시된 도가니를 사용하여, 분위기를 대기압에 대한 게이지 압력 0.2기압으로 만들어, 용해를 하였다. 코일에는 30KW의 전력을 부여하고, 용해 후 5분 보지하고, 그 후 10초 동안 전력을 0KW까지 비례적으로 낮추었다. 용해 샘풀은, 그 정부를 최종 응고 위치로 하고, 수축이 없는 상태로 응고하였다. 그후, 비금속 개재물의 섬 모양 집합의 면적을 조사하였다. 또, 동일 샘플의 근접된 위치에서 채취한 동일 치수의 시편을, 토탈 산소(T.[O])분석을 하고 비교하였다.

도 13(a)에 양자의 지수 비교 결과가 표시되어 있는데, 양호한 상관관계가 표시되어있다. 동일한 방법으로, 주편의 압연, 표면처리 후의 제품의 결함 지수 등의 지수 비교를 한 결과를 도 13(b)에 표시했는데, 역시 양호한 상관관계를 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

160mm 각(角) 주형을 이용하여, 주조속도 2m/분으로 주조한 고탄소강의 주편으로부터, 도 11에 표시한 바와 같이, 주편 가장자리 방향 1/2 부위에시, 주조방향으로 20mm, 두께 방향으로 30mm, 둘레방향으로 20mm인 시편을 채취하고, 내경 40mm, 깊이 40mm, 상단에서 20mm 내지 40mm까지 포물선 모양의 단면을 갖는 도 12와 같은 도가니를 사용하여, 분위기를 대기압에 대한 게이지 압력 0.2기압으로 해서, 용해하였다. 코일에는 30KW의 전력을 부여하고, 용해 후 5분 보지하고, 그 후 전력을 낮추었다. 용해 시편은, 그의 정부를 최종 응고 위치로 하고, 수축이 없는 상태로 응고하였다. 그후, 용해 응고 시편표면에서 전해 추출한 비금속 개재물을 필터 위에 집합시켜, 현미경 관찰하고, 50시야(1시야 0.02833mm²)에서 1시야마다의 최대 비금속 개재물의 극치통계를 행하고, 최대 입경의 비금속 개재물을 추정하였다. 한편 동일 사이즈의 시편을 50개 용해하고, 각 시편 표면의 최대 입경의 비금속 개재물을 조사하고, 주정결과와 비교하였다. 표 2에 극치통계에 대한 추정 입경과, 50 시편 표면 중 최대의 비금속 개재물 입경을 표시하였는데, 거의 예측 입경에 합치하는 결과를 얻을 수 있었다.

[표 2]

[실시예 3]

폭 1500mm, 두께 250mm의 주형을 이용하여, 주조속도 1.2m/분으로 주조한 저탄소알루미늄 킬드강의 주편 20개로부터, 주편폭방향 1/4 및 1/2부위에서, 주조방향으로 20mm, 두께방향으로 30mm, 폭방향으로 20mm인 시편을 채취하고, 내경 40mm , 깊이 40mm, 상단에서 20mm 내지 40mm까지 포물선 모양인 단면을 갖는 도 12에 표시된 바와 같은 도가니를 사용하여, 대기압 Ar 분위기하에서 용해를 하고, 용해 후 5분 유지하여, 비금속 개재물을 배출시킨 후 응고하였다.

재응고한 시료 표면에 섬 모양으로 집합한 비금속 개재물을 형광 X선 분석을 하였다. 1차 X선 강도를 1㎂ x 50KV, 조사(照射) 직경을 13mm, 조사시간은 30초로 해서측정을 하였다. Al, Si, Ca 등의 형광 X선 강도에서 시료 중의 알루미나, 실리카, 칼시아 등의 존재량을 측정하였다. 또, 동시에 동일 시편 근처의 위치에서 채취한 동일 치수의 시편을 토탈 산소 분석하였다. 상기 양자의 측정 결과를 비교하였으나, 도 13(c)에 표시한 바와 같이, 형광 X선 분석에 의해 얻어진 알루미늄 강도와 토탈 산소와의 사이에는 좋은 상관 관계가 얻어졌다. 또, 별도 채취한 동일한 시료에 의해, 본 발명의 방법에 의한 비금속 개재물의 칼슘을 형광 X선 분석하고, 슬라임법에 의해 얻어진 Ca0와의 상관 관계를 구한 결과, 양자 사이에는 도 14에 표시한 좋은 상관 관계가 인정되었다. 또, 도 16에 표시된 바와 같이, 50㎛마다의 사이즈 분포에서는, 슬라임법의 결과와 거의 변화가 없다는 것을 알았다. 본 발명의 방법에 의해 턴디쉬 내 시료와 주편에 표함되는 비금속 개재물량을 측정하고, 비교한 결과를 도 15에 표시한다. 도시된 바와 같이, 턴디쉬 내에서는 비금속 개재물량이 많고, 주편에서는 적다는 것처럼, 강시료 중의 개재물 평가를 염가로 신속 간편하게 할 수가 있다.

즉, 본 발명의 방법에 의하면, 콜드 도가니 부양 용해에 5분 정도, 형광 X선 분석에 1분 정도, 시료를 장치에 취부(取付)하는 것 등을 포함해도 10분 정도면 비금속 개재물 평가가 가능하고, 종래의 평가 방법에 비교해서, 비약적으로 단시간 내에 주편의 품질 평가를 할 수 있다.

[실시예 4]

폭 1500mm, 두께 250 mm인 주형을 사용하여, 주조속도 1.2m/분으로 주조한 저탄소알루미늄 킬드강의 주편 20개로부터, 주편 폭방향 1/4 및 1/2부위에서, 주조방향으로 20mm, 두께방향으로 30mm, 폭방향으로 20mm인 시편을 채취하고, 내경 40mm , 깊이 40mm, 상단에서 30mm내지 40mm까지 포물선 모양의 단면을 갖는 도 12에 표시된 바와 같은 도가니를 사용하여, 대기압 Ar 분위기하에서 용해를 하고, 용해 후 5분 유지하여, 비금속 개재물을 배출시켜 응고하였다.

다시 응고한 시료 표면을 본 발명의 표면 전해법으로 분석하였다. 표면 전해법으로는, 예를 들여, 용해하는 시편을 양극으로 하고 10% 아세틸 아세톤계 전해 용액 중에 세트하고, 전류밀도 5 - 50mA/cm²의 조건으로 기지 강을 0.5g정도 전해하고, 시편 표면에 배출된 비금속 개재물을 전해 찌거기로 해서 용액 중에 남기고, 전해 완료 후에 전해용액을 여과해서 비금속 개재물을 필터 상에 찌꺼기로서 회수한다. 상기 찌꺼기를 평량하고, 입도분리 또는 성분의 분석을 하였다.

비금속 개재물의 분석 방법으로는, 필터상의 찌꺼기를 형광 X선 분석으로 분석하거나, 찌꺼기를 포함한 필터를 백금 도가니 속에서 가열하여 회(灰)로 만든 후, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 붕산나트륨의 혼합유제로 융해하고, 그 융해하여 생성물을 염산용액을 이용해서 가열 용해한 후, 플라즈마 발광 분광 분석, 또는 원자 흡광 분석으로 분석하였다.

산화물의 입도 측정법으로는, 초음파 체[篩(사)] 분류법을 적용하였다. 필터상의 찌꺼기를 메탄올 용액이나 에탄올 용액 속에서 초음파를 이용하여 분산시키고, 이용액을 적당한 눈을 갖은 금속 필터 상에 주입하고, 초음파 진동을 부여하면서 여과시켜, 각 필터 상의 찌꺼기의 중량 및 화학분석치에 의하여, 비금속 개재물의 입도 분포 및 성분 조성을 구하였다.

도 10에 표시된 바와 같이, 부양 용해에 의해 표면에 농축되고, 전해에서 추출된산화물은, 부양 용해에 사용한 시편과 동일한 모재를 직접 전해 추출한 산화물과, 거의 직경마다의 추출 빈도가 동일하다는 것이 판명되었다. 즉, 본 평가법에 의하면, 시료 중에 개재물이 변질됨이 없이, 모재 그 자체가 갖는 비금속 개재물 정보를 얻을 수 있다.

따라서, 본 평가 방법에 의해, 턴디쉬 내 시료와, 주편에 포함된 비금속 개재물의중량을 특정하고, 이를 비교한 결과를 도 17에 표시했다. 도시된 바와 같이, 턴디쉬 내에서 비금속 개재물이 많고, 주편에서는 적다고 할만큼, 강 시료 중의 비금속 개재물 평가를 염가로 신속 또한 간편하게 수행 할 수가 있다.

[실시예 5]

본 발명자들은 저탄소 알루미늄 킬드강의, 두게 250mm의 연속주조 주편의 피하(皮下) 약 30mm에서 시료를 채취하고, 도가니의 최대내경이 30mm인 콜드 도가니를 이용해서, 대기압의 Ar 분위기하에서 시료를 부양 용해하고, 부양 용탕을 후술하는 t초간 유지하고, 그후, 용탕을 응고시켰다. 응고체의 표면에는 집적된 비금속 개재물 입자가 육안으로 관찰되었다. 비금속 개재물가 표면에 집적된 응고체를 양극으로 하고, 10% 아세틸 아세톤계 전해 용액중에 세트하고, 전류밀도 5 - 50mA/cm²인 조건에서, 응고체의 표면의 금속의 불순물입자와 함께 0.5g 전해하였다. 그후, 전해용액을 여과하고, 초음파 체 분류법으로 필터상의 찌꺼기를 분산시켜, 원하는 크기의 눈을 가진 금속 필터상에 주입하고, 초음파 진동을 부여하면서 여과 분급하였다.

본 발명자들은 동일한 차지(charge)의 연속주조 주편에 대하여 상기와 같은 시험을, 부양 용탕의 유지시간 t가 60초인 경우와, 120초인 경우 등으로 3번 수행했다. 또 분급된 비금속 개재물 입자는, 그 크기에 따라, 상기, 1종(300㎛초과), 2종(250㎛ - 300㎛), 3종(200㎛ - 250㎛), 4종(150㎛ - 200㎛), 5종(100㎛ - 150㎛), 6종(50㎛ - 100㎛), 7종(10㎛ - 50㎛), 8종(10㎛미만)인 8종류로 분류하였다.

도 18은 시험결과이고, 종축은 금속편 1Kg당 비금속 개재물 입자의 개수이다. t = 60" (실선)인 히스토그램에서 보는 바와 같이, 부양 용탕의 유지시간 t가 60초인 경우는, 최대 빈도에서 발생되는 비금속 개재물 입자의 크기는 5종이고, 100㎛ -150㎛의 크기이다.

한편 t = 120" (점선)인 히스토그램에서 보는 바와 같이, 부양 용탕의 유지시간이 120초인 경우는 최대 빈도의 비금속 개재물 입자는 7종이다. 또 t = 180" (점쇄선)의 곡선도에서 보는 바와 같이, 부양 용탕의 유지시간이 180초인 경우는 최대 빈도의 비금속 개재물 입자는 9종이다.

또, 도 18에서 보는 바와 같이, 1종 - 5종의 대형 비금속 개재물 입자는, 60초 유지시간에서, 거의 용탕 표면에 집적하고, 유지시간을 120초, 180초로 연장하더라도, 그의 수는 거의 증가하지 않는다. 6종 - 7종의 중형인 비금속 개재물 입자는, 60초의 유지시간에서는 용탕 표면으로 집적되기에 불충분 하지만, 120초의 유지시간에서는 거의 모두 용탕 표면에 집적하고, 유지시간을 다시, 180초로 연장하더라도 그의 수는 거의 증가하지 않는다. 8종인 소형의 비금속 개재물 입자는, 180초의 유지시간에서는 불충분 하지만, 180초를 유지하면 거의 모두 용탕 표면에 집적된다.

본 발명자들은 도 18의 최대 내경을 30mm로 바꾸고, 도가니의 최대 내경이 100mm인 콜드 도가니를 사용하여, 제 18 도와 동일한 연속주조 주편의 피하 약 30mm에서 시료를 채취하고 실험을 하였다. 또, 이 때 부양 용탕의 유지시간 t를 110초, 220초, 330초로 했다. 부양 용탕의 표면에 집적한 비금속 개재물 입자는 도 18의 경우와 동일하게 처리하여 분급하였다.

도 19에 그의 시험결과를 표시했다. 이때, t = 55"의 2점쇄선의 곡선으로 표시한바와 같이, 부양 용탕의 유지시간이 55초인 경우에는, 1종 이상의 매우 큰 비금속 개재물 입자가 집적되지만, 그보다 적은 비금속 개재물 입자의 집적은 불충분하다.

비금속 개재물 입자의 크기가 100㎛ - 150㎛인 5종이 최대 빈도로 되는 t는, 제 18도에서는 60" 이지만, 제 19 도에서는 100"으로 된다. 똑같이 비금속 개재물 입자의 크기가 10㎛ - 50㎛인 7종이 최대 빈도로 되는 t는 도 18에서는 120"이지만 도 19에서는 220"으로 된다.

상기한 바와 같이, 도가니의 최대 내경이 다른 콜드 도가니의 경우에는, 부양 용탕의 유지시간 t 을 변경하지 않으면, 동일한 크기의 비금속 개재물 입자를 집적시킬수가 없다. 그러나, 도가니의 최대 내경(dmm)과 부양 용탕의 유지 시간 t와의 비t/√(30d)를 이용하면, 도 18 및 도 19에 표시된 바와 같이, 도가니의 내경 d가 변경되어도, t/√(30d)가 동일한 경우에는 동일한 크기의 비금속 개재물 입자가 집적된다. 즉 t/√(30d)가 2인 경우에는 도 18에서나, 도 19에서도 5종이 최대 빈도로 되고, t/√(30d)가 4인 경우에는 도 18에서나 도 19에서도, 7종이 최대 빈도가 된다.

본 발명에서는, 따라서 크기가 다른 도가니를 사용하는 경우에는 t/√(30d)에 의해 부양 용탕의 유지시간을 조정하는데 이 조정에 의해, 크기가 다른 도가니를 사용했을경우에도, 비금속 개재물 입자를 정확하게 파악할 수 있고, 또 크기가 다른 도가니를 이용한 경우에도, 비금속 개재물 입자의 측정 결과를 직접 비교하는 것이 가능해진다.

본 발명자들의 생각으로는, 콜드 도가니로 관측되는, 크기가 300㎛ 초과된 거대한 비금속 개재물 입자는, 어느 품종의 강재에도 바람직하지 않다. 그래서 항상 파악해 놓는 것이 바람직하다. 이 거대한 비금속 개재물 입자는, 도 19의 2점쇄선의 곡선도에 표시된 바와 같이, t/√(30d) = 1에서 거의 모두가 집적된다. 따라서, 본 발명의 t/√(30d)는 1이상으로 한다.

도 18 및 도 19에는 기재되어 있지 아니하나, 본 발명자들의 식견으로는 t/√(30d)를 6이상으로 하면, 8종보다도 미세한 비금속 개재물 입자가 미세하게 증가한다.

그러나, t/√(30d)가 20에서, 미세한 비금속 개재물 입자의 미세한 증가는 포화된다. 따라서, t/√(30d)는 20을 초과하는 것이 불필요하다. 그래서, 본 발명의 t/√(30d)는 20이하로 한다.

본 발명자들은, 도 18과 같은, 도가니의 최대 내경이 30mm인 콜드 도가니를 이용해서, 도 18과 다른 연속주조 주편에서 시료를 채취하고, 부양 용탕 유지시간을 60초,120초, 180초로 해서 시험을 하였다. 도, 부양 용탕의 표면에 집적된 불순물 입자는, 제 18 도의 경우와 같이 처리해서 분급하였다.

제 20 도는 그의 시험결과 이다. 제 20 도는 제 18 도와 다른 차지의 연속주조주편이므로, 비금속 개재물 입자개수는 제 18 도와 다르다. 그러나, t/√(30d)가 2인 경우는 최대빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 크기는 제 18 도의 경우와 같이 5종이고, t/√(30d)가 4인 경우는 최대빈도의 비금속 개재물 입자는 제 18 도의 경우와 같이 7종이고, t/√(30d)가 6인 경우는 최대 빈도의 비금속 개재물 입자는 제 18 도의 경우와 같이 8종이다. 또, 제 20 도의 경우도, 제 18 도에서 설명한 바와 같이, 1종 - 5종인 대형의 비금속 개재물 입자는 t/√(30d)가 2에서의 용탕 표면에 집적하고, t/√(30d)를 다시 4 나 6으로 하더라도, 그의 수는 거의 증가하지 아니한다. 또, 6종 - 7종인 중형의 비금속 개재물 입자는 t/√(30d)가 2에서는 용탕 표면으로 집적이 불충분하지만, t/√(30d)가 4에서 거의 모두가 용탕 표면에 집적하고, t/√(30d)를 6으로 해도 거의 증가하지 아니한다.

즉, 측정하는 연속주조 주편의 차지가 다른 경우에도, 5종의 비금속 개재물 입자는 t/√(30d)가 2의 경우에 최대 빈도로 나타나고, 7종의 비금속 개재물 입자는 t/√(30d)가 4인 경우에 최대 빈도로 나타난다. 본 발명에서는, 예를 들어, 도 18의 차지의 연속주조 주편에 있어서, t/√(30d)를 2, 4, 6과 같이 변경해서 콜드 도가니 처리를 하고, 각 t/√(30d)마다 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물 입자의 직경L이 5종, 7종, 8종으로 된다는 것을 미리 파악해 놓는다.

이와 같이 파악해 놓으면, 다른 차지인, 예를 들어, 도 20의 연속주조 주편의 청정도의 평가를 할 때에, t/√(30d)를 예를 들어 4로 선정해서 콜드 도가니 처리를 수행하면 도 20의 경우에도 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물 입자의 직경 L은 7종이라고 추정된다.

이때, 본 발명에서는, L이 7종인 비금속 개재물 입자의 발생량 N/Kg를 측정한다.

또는, L이 7종 이상인 1종 - 7종의 비금속 개재물 입자의 발생량 N₁, N₂,····N, 을 측정한다.

예를 들어, 연속주조 주편은, 소성가공되어 강성품으로 된다. 이때, 비금속 개재물 입자는, 강재나 강성품의 제조과정에서 하자나 결함을 발생시켜, 강성품의 사용 수명을 단축시키는 품질의 결함을 발생한다.

그러나, 소성가공의 수단이 달라지면, 또 강성품의 종류가 다르면 하자나 품질상의 결함을 발생시키는 비금속 개재물 입자의 크기도 변화한다. 즉, 소성가공의 수단이나, 강성품의 종류에 따라 7종보다 큰 비금속 개재물 입자만이 결함을 발생시키고, 7종 보다 적은 비금속 개재물 입자는 결함을 발생시키지 않는 경우가 있다.

이때에는, 7종보다 적은 비금속 개재물 입자의 발생량을 측정하는 것은 불필요한 일이고, 따라서, t/√(30d)를 예컨대, 4로 선정해서, 콜드 도가니를 수행하고, 7종의 비금속 개재물 입자의 발생량 N/Kg개을 측정함으로써, 그의 금속의 청정도를 평가할 수 있게 된다. 이때에는, 7종보다 많이 발생하는 8종의 비금속 개재물 입자의 발생량을 측정할 필요가 없으므로, 금속의 청정도의 측정은 종래 보다 간편하고 쉬워진다.

[실시예 6]

본 발명자들은 차지가 다른 3종류의, 두께 250mm인 저탄소 Al 킬드강의 연속주조의 주편으로부터 시료를 채취하고, 그들을, 도가니의 최대 내경이 30mm의 콜드 도가니를 이용해서, 대기압의 Ar 분위기하에서 부양 용해하고, 부양 용탕을 120초간 유지해서 비금속 개재물을 부양 용탕의 표면에 집적시킨 후, 콜드 도가니의 코일에 흐르는 고주파 전류를 차단하고, 고주파전류 차단 후 10초 경과 시와 15초 경과시의 도가니내의 금속의 상부 표면을 CCD 카메라에 의해 촬영하였다. 이때, 도가니 내의 금속의 상부 표면에는, 비금속 개재물의 점유부와의 휘도 차이에 의해, 비금속 개재물의 점유부는 섬 모양의 영상으로 촬영되었다. 이 영상을 화상 처리해서 비금속 개재물의 점유부의 면적을 각각 구했다.

또, 도가니 내의 표면에 비금속 개재물을 집적시킨 금속시료는, CCD 카메라로 촬영하고, 응고를 완료시킨 후 도가니에서 취출하고, 섬 모양의 비금속 개재물의 점유부의 면적을 상온에서 측정한 후, 10% 아세틸 아세톤계 전해용액중에 양극으로 세트하고, 전류밀도 5 - 50mA/cm²인 조건에서, 금속표면을 0.5gr 전해하고, 여과해서 비금속 개재물의 중량을 측정하였다.

본 발명자들은, 차지가 다른 기타 3종류의 저탄소 알루미늄 킬드 강의 연속 주조

주편에서 시료를 채취하고, 그들을 도가니의 최대 내경이 100mm인 콜드 도가니를 이용해서, 대기압인 Ar 분위기하에서 부양 용해하고, 부양 용탕을 400초간 유지해서 비금속 개재물을 부양 용탕의 표면에 집적시킨 후, 콜드 도가니의 코일에 흐르는 고주파 전류를 차단하고, 고주판 전류의 차단 후 10초 경과시와 15초 경과시의 도가니 내의 금속의 상부표면을 CCD 카메라로 촬영하였다.

촬영한 영상은, 도가니의 최대 내경이 30mm인 경우와 같은 방법으로 화상처리해서 섬 모양의 비금속 개재물의 점유부의 면적을 구했다. 또, 도가니내의 표면에 비금속 개재물을 집적시킨 금속은, 도가니의 최대 내경의 30mm인 경우와 같이, 섬 모양의 비금속 개재물의 점유부의 면적을 상온에서 측정하고, 그 후, 금속표면을 1gr 전해하고, 비금속 개재물의 중량을 측정했다.

표 3에 이들의 실험결과를 표시했다.

[표 3]

표 3 에 도시된 바와 같이, 섬 모양 비금속 개재물의 점유 면적은, 전류 차단 후의시간이 10초인 경우(표 3 의 a)는 넓으나, 시간이 경과됨에 따라 축소되고, 응고후(표 3 의 c)에는 가장 좁다. 응고 후의 섬 모양 비금속 개재물 점유부의 면적(표 3 의 c)과 전해에서 얻어진 비금속 개재물(표 3 의 d)을 도시하면, 도 21 과 같이된다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 응고 후의 섬 모양 비금속 개재물의 점유 면적은 전해 추출에서 얻어진 비금속 개재물량과 강한 상관 관계를 갖는다. 따라서, 비금속 개재물량의 평가는, 번잡한 전해추출을 하지 않고, 응고 후의 섬 모양 비금속 개재물의 점유 면적을 측정함으로써 행해질 수 있다.

도 22는 도 3 의 전류 차단 후 15 초 경과되었을 때의 섬 모양 비금속 개재물 점유부의 면적(표 3 의 d)과 전해에서 얻어진 비금속 개재물량(표 3 의 d)과의 관계를 표시한 도면이다. 도 22는 도 21과 비교해서 변동이 크지만, 전류가 차단된 후, 15초의 섬 모양 비금속 개재물 점유부의 면적도, 전해 추출해서 얻어진 비금속 개재 물량과 강한 상관관계가 있다. 따라서, 비금속 개재물량은 시료가 응하는 것을 기다리지 말고, 전류 차단 후 15초 경과됐을 때의 도가니내의 금속의 상부 표면에 형성된 섬 모양의 비금속 개재물의 점유부를 CCD 카메라로 촬영하고, 금속과 섬 모양의 비금속 개재물의 점유부의 휘도의 차이의 영상을 화상처리해서, 비금속 개재물의 점유 면적을 측정함으로써 평가할 수도 있다.

도 23 은 표 3 의 전류 차단 후, 10 초 경과됐을 때의 섬 모양 비금속 개재물 점유면적(표 3 의 a)과 전해에서 얻어진 비금속 개재물량(표 3 의 d)과의 관계를 표시한 도면이다. 도 23 에 표시된 바와 같이, 전류 차단 후 10 초 경과했을 때에는, 섬 모양 비금속개재물 점유부의 면적과 비금속 개재물량과의 사이에는 정밀도가 높은 상관관계가 없다. 그래서, 전류 차단 후 10 초 경과했을 때의 섬 모양 비금속개재물 점유부의 면적은, 비금속 개재물량을 평가하는 척도로서는 부적당하다. 이상의 이유로, 본 발명에서는, 전류 차단 후 15 초 미만인 때의 섬 모양 비금속 개재물 점유부의 면적은, 금속의 청정도 평가에 사용하지 않고, 전류 차단 후 15 초 이상인 때의 섬 모양의 비금속 개재물의 점유 면적만을 금속의 청정도의 평가에 사용한다.

본 발명자들의 식견에 의하면, 콜드 도가니에 있어서의 부양 용탕의 보지시간 t

(초)와 도가니의 최대 내경 d(mm)의 비 t /√(30d)가 1 미만인 경우는, 비금속 개재물의 부양 용탕의 표면으로의 집적이 불충분하다. t /√(30d)를 1 로 하면 크기가 300㎛ 정도의 대형인 비금속 개재물은 부양 용탕의 탕면에 집적한다. 300㎛ 정도의 대형인 비금속 개재물은 강재나 강성품의 제조 과정이나 상용시에 결함을 발생시키는 경우가 많다. 따라서, t /√(30d)는 1 이상으로 하는 것이 비금속 개재물을 관리할 때에 바람직하다. t /√/(30d)를 1 보다도 크게 하면, t /√(30d)의 증가와 함께 적은 비금속 개재물도 부양 용탕의 표면에 집적된다. 그러나 t /√(30d)가 20 을 초과해도, 부양 용탕의 표면에 집적하는 비금속 개재물이 더욱 증가하는 일은 없다. 따라서, 부양 용탕의 보지시간 t 는 1 ≤ t /√(30d) ≤ 20 인 범위로 하는 것이 바람직하다.

도 7a, 7b는 부양 용탕의 표면에 집적한 비금속 개재물의 이동을 설명한 도면이다.

도 7a 는 코일에 고주파 전류를 흘리고, 부양 용탕을 보지하고 있을 때의 상태를표시한 도면이다. 이때에 부양하고 있는 용탕(4)내에는, 중앙에서 상승하여 표면을 따라 흐르는 용탕의 완만한 흐름(10)이 형성되어있다. 이 용탕의 흐름(10)에 의해 용탕 표면에 집적한 비금속 개재물(9)은 세그멘트 1 측으로 흘러, 세그멘트 1 측으로 이동하고 있다. 고주파 전류를 차단하면, 이 용탕의 흐름(10)도 소실되고, 도 7b 에 표시한 바와 같이, 세그멘트 1 측으로 이동하고 있던 금속 개재물은, 응집하기 위해 중앙부로 이동해서, 섬 모양의 비금속 개재물 점유부를 형성하게 된다. 표3 에서 전류를 차단 후 10 초 경과되었을 때의 섬 모양 비금속 개재물 점유부의 면적(표 3 의 a)이 가장 넓은 이유는, 전류 차단 후의 시간이 10 초일 경우는, 세그멘트 1 측의 비금속 개재물이 중앙으로 이동중이고, 응집이 불충분하고, 용탕(4)의 표면에 산재되어 있기 때문으로 여겨진다.

[실시예 7]

두께가 250 mm인 저탄소 알루미늄 킬드강의 연속주조 주편의 피하 30 mm 인 인접 부분에서 2 개의 금속 시료를 채취하고, 1 개는 비교예로서, 종래의 단상 고주파의 유도 가열 코일을 가진 장치로 부양 용융하고, 다른 1 개는 본 발명예로서 3 상 교류의 유도 가열 코일을 가진 장치로 부양 용융하고, 용융후 10 초 경과된 후 통전을 정지시켜, 금속 시료를 상온까지 냉각시켰다. 사용한 도가니는 최대 직경이 30mm인 것이고, 공급 전력은 모두 30 KVA이고, 고주파의 주파수는 모두 100 KHz 이다.

정부로의 비금속 개재물의 집적도를 보기 위해, 아래의 평가를 하였다.

상온까지 냉각된 금속 시료는 10%인 아세틸 아세톤계 전해용액중에 양극으로서 세트하고, 전류밀도 5-50 mA/cm²의 조건에서 금속표면을 전해하였는데, 모두 다 제 1

단계로서 부양 용탕의 정부측의 금속표면을 전해하고, 그후, 제 2 단계로서, 금속 표면의 전체를 전해하였다. 전해에 사용한 액은 여과한 후 비금속 개재물을 분별하고 그의 중량을 측정하였다.

제 1 단계의 비금속 개재물량과 제 2 단계의 비금속 개재물량을 합계한 비금속 개재물량은, 본 발명의 경우와 비교예의 경우가 모두 거의 동일한 양이었다. 그러나, 제 1 단계의 비금속 개재물량은, 본 발명예의 경우는 상기 합계한 비금속 개재물량의 약 95% 인 것에 비하여, 비교예의 경우는 합계한 비금속 개재물량의 60%이었다.

즉, 본 발명의 경우는, 부양 용탕의 정부측에 비금속 개재물이 집적하고 있기 때문에, 제 1 단계의 전해에서 비금속 개재물의 거의 전량이 추출된다. 그래서, 제 2 단계를 생략할 수 있고, 종래 보다 신속하고 간편하게 비금속 개재물의 량을 측정할 수가 있다. 한편, 비교예에서는, 비금속 개재물이 표면의 전체에 산재되어 있으므로, 제 1 단계의 전해만으로는 추출된 비금속 개재물이 약 60% 이고, 제 2 단계가 불가피하다.

즉, 본 발명의 금속의 청정도의 평가방법은, 3상 교류의 고주파 전류를 이용하는

유도 가열 코일을 가진 본 발명의 콜드 도가니을 사용하고, 부양 용융된 용탕 표면에 상방향 흐름을 형성해서 용탕 표면에 배출시킨 비금속 개재물을 용탕의 정부의 표면에 집적시키고, 용탕의 정부의 표면에 집적된 비금속 개재물을 측정하고, 그 측정치로 금속의 청정도를 평가하는 방법이다.

본 발명자들은 또, 차지가 다른 3개의 저탄소 알루미늄 킬드강의 연속주조 주편에서 각각 금속시료를 채취하고, 본 발명의 3 상 교류의 유도 가열 코일을 갖는 장치에서 각각 부양 용융하였다. 약 10 초간 부양 용융 상태로 보지한 후, 통전을 정지하는 냉각중인 금속시료의 정부를 CCD 카메라로 촬영하였다. 이때, 냉각 중인 금속의 휘도와 비금속 개재물의 휘도가 다르기 때문에, 모두다, 중앙부에 비금속 개재물의 섬 모양의 점유영역이 형성되어 있는 영상을 얻게 되었다. 이 영상을 화상 처리함으로써, 비금속 개재물의 섬 모양의 점유 영역의 면적을 측정하였다.

각 금속시료는 상온까지 냉각하고, 상기와 같은 방법으로 금속 표면을 전해하고,

비금속 개재물의 중량을 측정하였다. 도 24 는 비금속 개재물의 섬 모양의 점유 영역의 면적과 전해에서 얻어진 비금속 개재물의 양과의 관계를 표시한 도면이다. 도 24 에 표시된 바와 같이, 양자의 사이에는 매우 강한 상관관계가 있다. 전해법으로 비금속 개재물의 양을 측정하는 경우는, 금속시료의 냉각, 전해, 여과, 평량 등이 필요하고, 처리가 번잡하고, 처리시간이 오래 걸린다. 한편, 비금속 개재물의 섬 모양 점유영역의 면적의 측정을 하는 경우는 처리가 매우 간단하고, 또, 매우 단시간내에 할 수가 있다. 그래서, 본 발명에서는, 비금속 개재물의 섬 모양의 점유 영역의 면적을 측정하고, 이 면적으로 비금속 개재물의 양을 평가하는데, 본 비금속 개재물의 섬 모양의 점유 면적을 측정하는 방법이, 정밀도가 높고, 간편하고, 신속하기 때문에, 비금속 개재물을 강을 제조하거나 사용할 때의 지침으로 이용하는 것이 매우 적당하다.

[실시예 8]

저 탄소강을 연속주조기로 주조시의 턴디쉬내 용강에서 주입 시료를 채취하고, 중량 100g의 직방체형 시료를 절단하여, 콜드 도가니 장치를 이용해서, 대기압 Ar 분위기하에서 용해하고, 용해 후 5 분동안 보지하여, 개재물을 배출하고, 응고시켰다.

콜드 도가니 용해 시료 표면을, 형광 X선 분석하였다. 1 차 X선 강도를 1 ㎂ X 50KV, 조사시간을 90초로서 측정하였다. Al, Si, Ca 등의 형광 X선 강도에서 시료중의 알루미나, 실리케이트, 칼시아 등의 존재량 지표를 구했다.

콜드 도가니 용해 시료를, 중심축의 둘레로 회전할 수 있도록 시료 회전 장치의 시료 보지 패드 사이에 고정하고, 회전 속도 6 rpm로 회전시키면서, 상기의 조건으로 형광 X선 분석한 결과를 표 4에 기재하였다. 표 4에는, 비교예로서 시료 회전 장치를 이용하지 않고, 정지 상태에서 측정하되, 시료의 방향을 바꿔서 수행한 결과도 함께 표시했다.

[표 4]

이 비교예에서 보는 바와 같이, 비금속 개재물의 분포에는 측정면에 의한 의미 있는 산포도가 있고, 시료의 측면 전체를 평가하지 않으면 정확한 결과를 얻을 수 없다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 의한 결과는, 비교예의 4면 측정치의 평균치에 거의 일치하고 있고, 비금속 개재물의 지표로서 적용 가능하다는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 시료당 평가 시간은 3 분이고, 비교예의 경우의 거의 1/4 의 속도로 달성된다. 비교예의 4면 측정을, 본 발명의 시료 회전 장치의 단속 회전 모드를 이용해서 수행한 경우에도, 평가 시간은 약 4할 정도 단축이 가능하다.

상술한 바와 같이, 종래의 문제점을 해결하기 위해 금속편의 제품 품질에 대응하는 중간제품의 품질을 신속하게 평가하면 코스트와 시간의 문제가 대폭적으로 개선된다는 것에 착안하여, 본 발명을 제안하게 되었다.

즉, 본 발명은 중간제품의 품질평가에 있어서의 평가 시편의 대표성 문제, 측정시간, 코스트 문제 및 개재물이 변질되지 않은 상태로 파악하는 문제 등을 해결하는 것을 목적으로 하고 있다. 또, 콜드 도가니 처리만을 단순하게 실행하고, 시편 표면에 비금속 개재물을 집적시켜 놓으면, 상기한 바와 같이, 현미경으로 표면을 조사하고 개수를 카운트하는데 걸리는 시간 때문에, 소기의 목적을 달성할 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 콜드 도가니법에 의해 비금속 개재물을 분석하기 유리한 위치를 집합시켜서 금속 측정을 효율 좋게 실시할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 곡율(曲率)을 가지는 저면과 상부로 서서히 넓어지는 경사면을 가지는 측벽면으로 이루어지고, 반경방향의 슬릿을 개입·장착시킨 수냉 금속 도가니와, 상기 수냉 금속 도가니의 측벽 면에서 중심 방향으로 척력을 발생시켜 금속을 부양하면서 용해하는 고주파 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기로 되어 있는 수납용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치; 상기 부양 용해 장치속에서 용해 응고되어 금속표면의 특정된 여러 지점에 비금속 개재물을 집합시킨 금속을 상기 부양 용해 장치로부터 취출(取出)하여 분석장치로 이송시키는 핸들링 장치; 집합된 상기 비금속 개재물을 분석하는 장치; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.

(2) 둘레 방향으로 분할된 세그멘트로 구성되어 상면이 개방되고 하면이 폐쇄된 수냉 금속 도가니와, 상기 수냉 도가니를 에워싸도록 배치되는 고주파 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치; 상기 부양 용해 장치에 의해 용해·응고된 금속을 상기 수냉 금속 도가니로부터 취출한 후 이동시켜 소정의 분석위치로 금속을 세트하는 핸들링 장치; 상기 금속표면에 집합된 비금속 개재물을 분석하는 에너지 분산형 형광 X선 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 금속의 청정도 평가장치.

(3) 둘레 방향으로 분할된 세그멘트로 구성되어 상면이 개방되고 하면이 폐쇄된 수냉 금속 도가니와, 그것을 에워싸도록 배치되어 고주파 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치; 상기 부양 용해 장치에 의해 용해·응고된 금속을 수냉 금속 도가니로부터 취출한 후 반송시켜 소정의 처리장치로 반송하는 금속의 반송장치; 상기 처리장치에 의해 용해·응고되어 금속표면에 농축된 비금속 개재물을 추출하는 산용해 또는 전해 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 금속의 청정도 평가장치.

(4) 둘레 방향으로 분할된 세그멘트로 구성되어 상면이 개방되고 하면이 폐쇄된 수냉 금속 도가니와, 그것을 에워싸도록 배치되어 용융 금속을 부양 용해하면서 상기 용융 금속 표면에서 도가니벽을 따라 상방향으로 이동하는 추력을 부여하는 고주파 3상 교류 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치; 상기 부양 용해 장치에 의해 용해·응고되어 금속상면에 집합된 비금속 개재물을 분석하는 휘도차 면적 환산(輝度差面積煥算) 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 금속의 청정도 평가장치.

(5) 유도 코일에 흐르는 전류를 공급하는 장치는, 단상 교류(單相交流) 전류로 되는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 금속의 청정도 평가장치.

(6) 도가니의 내면의 형상은, 수직축을 대칭축으로 하여 회전체를 대칭면에서 ½로 절단한 저부(底部)형상과, 그 대칭면과 동일하거나 또는 위쪽이 넓어진 상사수평(相似水平) 단면모양을 갖는 원추대의 상부 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (2)에서 (4)의 어느 쪽에 기재된 금속의 청정도 평가장치.

(7) 도가니의 내면의 밑이, 내면 직경으로 90% 이상의 저면이 평면 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 (2)에서 (4)의 어느 쪽에 기재된 금속의 청정도 평가장치.

(8) 부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해하고, 상기 금속편 내에존재하는 비금속개재물을 용융체 표면에 배출시켜, 응고된 후의 만곡 또는 비평활(非平滑)한 금속표면을 에너지 분산형인 분광기를 이용한 형광 X선 분석법에 의해 직접 분석하고, 비금속 개재물을 구성하는 원소량을 계측하고, 비금속 개재물을 동정(同定)하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법

(9) 부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해시켜, 상기 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시키고, 응고후의 만곡하거나 비평활한 금속을, 용해시의 최상점과 최하점을 연결한 축을 중심으로 간헐 또는 연속적으로 회전시켜, 금속표면을 에너지 분산형인 분광기를 이용하는 형광 X선 분석법에 의해 직접 분석하고, 비금속 개재물을 구성하는 원소량을 계측하고, 종류별 또는 기원별인 비금속 개재물량을 동정하는 것을 특징으로 한 (8)에 기재된 금속의 청정도 평가방법.

(10) 부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해하고, 상기 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시켜, 응고 후의 금속표면을 산 용액에 의한 용해 또는 수용액계 용액, 비수용액계 용액 중에서 전해시켜, 비금속 개재물을 추출 여과하고, 여과된 비금속 개재물을 평량·분석 또는 입도별로 분리시킨 후 평량·분석하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.

(11) 금속내의 비금속 개재물을 부양 용탕의 표면에 집적시키는 부양 용탕의 보지시간 t(초)는, 하기 (1)식의 범위인 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 금속의 청정도 평가방법.·

1 ≤ t / √(30 d) ≤ 20 ··· ·········(1)

단, d는 도가니의 최대 내경(㎜)

(12) 용탕의 정부(頂部)의 표면에 집적된 비금속 개재물의 측정은, 금속시료를 부양 용융시킨 후에 고주파 전류를 차단하고, 냉각 중인 금속시료의 표면과 비금속 개재물의 휘도와의 차이를 CCD 카메라로 촬영하고, 그 영상을 화상 처리하여 비금속 개재물의 섬 모양의 점유 면적을 측정하는 것을 특징으로 한 금속의 청정도의 평가방법.

(13) t / √(30 d) (t : 부양 용탕의 보지시간(초), d : 도가니의 최대내경(㎜)를 바꾸어 부양 용해 처리를 하고, 각 t / √(30 d)마다 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 직경 L을 조사하여 t / √(30 d)와 L관계를 미리 파악해놓고, 다른 금속의 청정도의 평가를 할 때에는 t / √(30 d)를 원하는 값으로 선정해서, 다른 금속의 부양 용해처리를 수행하고, 상기 선정한 t / √(30 d)로 다른 금속의 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 직경 L은 미리 파악한 관계와 동일한 것으로 추정하고, 상기 다른 금속의 직경이 L의 비금속 개재물의 발생량 N을 측정하고, 상기 N을 상기 다른 금속의 청정도로서 평가하는 것을 특징으로 하는 (11)에 기재된 금속의 청정도 평가방법.

(14) 상기 다른 금속의 직경이 L 이상인 L₁, L₂,···의 비금속 개재물의 발생량 N₁, N₂,···을 측정하고, 상기 N₁, N₂,···을 그 다른 금속의 청정도로서 평가하는 것을 특징으로 한 (13)에 기재된 금속의 청정도 평가방법.

(15) 배출된 비금속 개재물 중, 최대경인 것으로부터 10개 이상의 입자를 선택하고, 극치통계법(極値統計法)에 의해, 그 금속편을 채취한 금속 중에 존재하는 최대 입경(粒徑)의 비금속 개재물을 추정하는 것을 특징으로 하는 (10)에 기재된 금속의 청정도 평가방법.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법을 이용하면, 양호한 대표성과 제품과의 상관성을 보지하면서, 신속하고 염가로 금속중의 비금속 개재물의 분석 평가를 할 수가 있다. 본 발명에 의한 개재물의 신속 평가는, 예를 들어, 제강조업의 관리지표로서, 중간제품을 그 후의 공정으로 보낼 때의 품질 보증으로, 또는, 새로운 프로세스를 개발 도입할 때의 평가 지표로서 적용할 수가 있다.

Claims

곡율을 갖는 저면과 상부로 서서히 넓어지는 경사면을 가지는 측벽면으로 이루어지고 반경방향의 슬릿을 개입·장착시킨 수냉 금속 도가니와, 상기 수냉 금속 도가니의 측벽면에서 중심 방향으로 척력을 발생시켜 금속을 부양하면서 용해하는 고주파 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기인 수납 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치;

상기 부양 용해 장치 속에서 용해 응고되어 금속 표면의 특정된 여러 지점에 비금속 개재물을 집합시킨 금속을 상기 부양 용해 장치로부터 취출하여 분석 장치로 이송시기는 핸들링 상치;

집합된 상기 비금속 개재물을 분석하는 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
제 1 항에 있어서, 둘레 방향으로 분할된 세그멘트로 구성되어 상면이 개방되고 하면이 폐쇄된 수냉 금속 도가니와, 상기 수냉 도가니를 에워싸도록 배치되는 고주파 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치:

상기 부양 용해 장치에 의해 용해·응고된 금속을 상기 수냉 금속 도가니로부터 취출한 후 이동시켜 소정의 분석 위치로 금속을 세트하는 핸들링 장치;

상기 금속표면에 집합된 비금속 개재물을 분석하는 에너지 분산형 형광 X선 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
제 1 항에 있어서, 둘레 방향으로 분할된 세그멘트로 구성되어 상면이 개방되고 하면이 폐쇄된 수냉 금속 도가니와, 그것을 에워싸도록 배치되어 고주파 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치;

상기 부양 용해 장치에 의해 용해·응고된 금속을 수냉 금속 도가니로부터 취출한후 반송시켜 소정의 처리장치로 반송하는 금속의 반송장치;

상기 처리장치에 의해 용해·응고되어 금속 표면에 농축된 비금속 개재물을 추출하는 산용해 또는 전해 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가 장치.
둘레 방향으로 분할된 세그멘트로 구성되어 상면이 개방되고 하면이 폐쇄된 수냉금속 도가니와, 그것을 에워싸도록 배치되어 용융 금속을 부양 용해하면서 상기 용융 표면에서 도가니벽을 따라 상방향으로 이동하는 추력을 부여하는 고주파 3상 교류 전류가 흐르는 유도 코일과, 비산화성 분위기 용기로 구성되는 금속의 부양 용해 장치;

상기 부양 용해 장치에 의해 용해·응고되어 금속상면에 집합된 비금속 개재물을분석하는 휘도차 면적 환산 장치;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
제 1 항에 있어서, 유도 코일에 흐르는 전류를 공급하는 장치는, 단상 교류 전류로 되는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 도가니의 내면의 형상은, 수직축을 대칭축으로 하여 회전체를 대칭면에서 ½로 절단한 저부 형상과, 그 대칭면과 동일하거나 또는 윗쪽이 넓어진 상사수평(相似水平) 단면 모양을 갖는 원추대의 상부 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 도가니의 저면은, 내면의 직경으로 90% 이상의 저면이 평면 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해하고, 상기 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시기고, 응고 후의 만곡 또는 비평활(非平滑)한 금속 표면을 에너지 분산형의 분광기를 이용한 형광 X선 분석법에 의해 직접 분석하고, 비금속 개재물을 구성하는 원소량을 계측하고, 비금속 개재물량을 동정(同定)하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법
제 8 항에 있어서, 부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정시간 부양 용해시켜, 상기 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시키고, 응고후의 만곡하거나 비평활한 금속을, 용해시의 최상점과 최하점을 연결한 축을 중심으로 간헐 또는 연속적으로 회전시켜, 금속 표면을 에너지 분산형인 분광기를 이용하는 형광X선 분석법에 의해 직접 분석하고, 비금속 개재물을 구성하는 원소량을 계측하고, 종류별 또는 기원별의 비금속 개재물량을 동정하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.
부양 용해 장치에 의해 금속편을 일정 시간 부양 용해하고, 상기 금속편 내에 존재하는 비금속 개재물을 용융체 표면에 배출시키고, 응고 후의 금속 표면을 산용액에 의한 용해 또는 수용액계 용액, 비수용액계 용액 중에서 전해시켜, 비금속 개재물을 추출 여과하고, 여과된 비금속 개재물을 평량·분석 또는 입도별로 분리시킨 후 평량· 분석하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.
제 10 항에 있어서, 금속내의 비금속 개재물을 부양 용탕의 표면에 집적시키는 부양 용탕의 보지시간 t(초)는, 하기 (1)식의 범위인 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.·

1 ≤ t /√(30 d) ≤ 20 ··· ·········(1)

단, d는 도가니의 최대내경(mm)
용탕의 정부(頂部)의 표면에 집적된 비금속 개재물의 측정은, 금속시료를 부양 용융시킨 후에 고주파 전류를 차단하고, 냉각 중인 금속시료의 표면과 비금속 개재물의 휘도와의 차이를 CCD 카메라로 촬영하고, 그 영상을 화상 처리하여 비금속 개재물의 섬 모양의 점유 면적을 측정하는 것을 특징으로 한 금속의 청정도 평가방법.
제 11 항에 있어서, t /√(30 d) (t : 부양 용탕의 보지시간(초), d : 도가니의 최대내경(mm))를 바꾸어 부양 용해 처리를 하고, 각 t /√(30 d)마다 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 직경 L을 조사하여 t /√(30 d)와 L의 관계를 미리 파악 해놓고, 다른 금속의 청정도의 평가를 할 때에는 t /√(30 d)를 원하는 값으로 선정해서, 다른 금속의 부양 용해 처리를 수행하고, 상기 선정한 t /√(30 d)로 다른 금속의 최대 빈도에서 발생하는 비금속 개재물의 직경 L은 미리 파악한 관계와 동일한 것으로 추정하고, 상기 다른 금속의 직경이 L의 비금속 개재물의 발생량 N을 측정하고, 상기 N을 상기 다른 금속의 청정도로서 평가하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.
제 13 항에 있어서, 상기 다른 금속의 직경이 L 이상인 L₁, L₂,···의 비금속 개재물의 발생량 N₁, N₂,···을 측정하고, 상기 N₁, N₂,···을 그 다른 금속의 청정도로서 평가하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.
제 10 항에 있어서, 배출된 비금속 개재물 중, 최대경인 것으로부터 10개 이상의입자를 선택하고, 극치통계법(極値統計法)에 의해, 그 금속편을 채취한 금속 중에 존재하는 최대입경(粒徑)의 비금속 개재물을 추정하는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가방법.
제 4 항에 있어서, 도가니의 내면의 형상은, 수직축을 대칭축으로 하여 회전체를대칭면에서 ½로 절단한 저부 형상과, 그 대칭면과 동일하거나 또는 윗쪽이 넓어진 상사수평(相似水平) 단면 모양을 갖는 원추대의 상부 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.
제 4 항에 있어서, 도가니의 저면은, 내면의 직경으로 90% 이상의 저면이 평면 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속의 청정도 평가장치.