KR100599884B1 - 복합프로브용 세라믹 블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합프로브용 세라믹 블록을 제공하기 위한 것으로, 용강의 정련공정에서 용탕의 온도측정 또는 산소측정과 함께 용융금속의 성분분석용 시료를 동시에 채취하는 복합프로브용 세라믹 블록에 있어서,

원기둥형상을 가지고, 상단부에서 하단부를 관통하는 나란한 2개의 홀이 구비되고 상기 홀 내부에는 상단면에서 내부 쪽으로 향하여 2단 이상의 내부턱이 형성되어 상기 각각의 홀 내부에는 센서 수용부와 샘플링 케이스 수용부가 구비될 수 있고, 외형은 2단 이상의 계단턱이 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 제철소의 레이들 및 정련로에서 사용하는 자동 온도측정 장치의 홀더에 장착한 후 용탕에 침지시켜 용탕의 시료채취 및 온도 또는 산소측정을 할 수 있는 복합 프로브 중 산소 또는 온도센서(이하, 측정센서)와 시료채취기가 프로브의 선단쪽에 동시에 설치되어지는 복합프로브용 세라믹 블록에 관한 것이다.

세라믹 블록, 측정센서, 샘플링 케이스, 석영관, 내부지관, 외부지관

Description

복합프로브용 세라믹 블록{A CERAMIC BLOCK FOR MULTI PROBE}

도 1은 본 발명에 따른 복합프로브용 세라믹 블록의 부분(a) 및 전체 사시도(b).

도 2는 본 발명에 따른 복합프로브용 세라믹 블록의 평면도(a) 및 세라믹 블록이 일체로 결합된 복합프로브의 좌측면도(b).

도 3은 종래 TS 복합프로브의 일례를 보인 단면도.

도 4는 종래 TSO 복합프로브의 일례를 보인 단면도.

(도면 부호의 설명)

1 : 내부지관 2 : 외부지관

3 : 측정센서 3a : 측정소자

3b : 세라믹 하우징 3c : 플러그

4 : 세라믹 블록 4a : 제1 계단턱

4b : 제2 계단턱 4c : 계단턱 돌기부

5 : 석영관 6 : 세라믹 슬리브

8 : 컨넥터

10 : 스틸 캡 11 : 샘플링 케이스

12 : 홀더지관 14 : 센서 수용부

14a : 제1 관통홀 15 : 샘플링 케이스 수용부

15a : 제2 관통홀 16 : 내화시멘트

17 : 종이캡

a : 제1 내부턱 b : 제2 내부턱

c : 제3 내부턱

본 발명은 복합프로브용 세라믹 블록에 관한 것으로 보다 상세히는 제철소의 정련로 또는 레이들에서 측온센서의 홀더에 장착한 후 온도측정 또는 산소측정과 함께 성분분석용 시료채취를 동시에 수행할 수 있도록 한 복합프로브용 세라믹 블록에 관한 것이다.

일반적으로 복합프로브는 용융금속의 온도 측정, 산소측정 및 성분 분석용 시료를 채취할 수 있는 도구이다. 상기의 복합프로브의 선단에 일체로 결합되어 측온 센서, 측산 센서 및 시료채취기가 장착될 수 있는 공간이 형성된 것이 세라믹 블록이다.

종래 프로브 선단에 장착하여 사용하는 시료채취식 TS 복합 프로브를 살펴보면 도 3에 도시한 바와 같이, 프로브 선단의 쉘블록(쉘몰드)(40)에 센서(30)와 시료채취기(70)가 일체화되어 장착되어 있기 때문에, 측정 도중 셀블록에서 발생된 가스의 영향으로 온도 및 산소의 측정값이 흔들릴 수 있으며, [C], 즉 탄소의 픽- 업(pick-up) 현상 등으로 극저탄소강과 같은 고청정한 강종에서는 건전한 시료의 채취가 곤란한 단점이 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 탕구(20)가 프로브 측면에 설치되는 경우는 시료의 채취과정 중 용탕의 유입경로 즉 탕구(20), 상실(21)에서 성분오염이 발생되기 쉽고, 측정 도중 용강의 침투를 방지하기 위하여 프로브 선단과 탕구부위는 지관 사이와 틈이 발생하지 않도록 내화시멘트(60)를 이용하여 성형하여야 하며, 아울러 수용성의 내화시멘트를 성형함에 따라 프로브의 강제 건조작업이 필수적으로 수반되어져야 하는 번거로움이 있었다.

상기 도면의 미설명 부호 22는 주형인 샘플링 케이스이고 그 외는 본 발명의 구성요소와 동일한 부호를 갖는다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 복합프로브의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 센서를 삽입하여 고정할 수 있는 센서 수용부와, 이와 일정한 간격으로 평행하게 샘플링 케이스 수용부를 갖는 세라믹 블록을 구비하여 상기 세라믹 블록에 측정센서와 용융금속의 시료채취기를 간단하게 설치가 가능하도록 삽입한 후 소량의 내화시멘트를 사용하여 상기 세라믹 블록과 복합 프로브를 일체화시켜 양호한 시료충전성으로 인해 건전한 시료의 채취가 가능하도록 한 복합프로브용 세라믹 블록을 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 상기 복합프로브에 세라믹 블록을 일체 결합시켜 온도와 산소 측정 및 시료의 채취를 동시에 실시하되, 용탕의 온도와 산소 측정 성능이 향상되고, 종래 복합프로브의 시료채취 과정에서 발생된 시료의 성분오염이 없어 청정하고 건전성이 크게 향상된 성분분석용 시료의 채취가 가능한 복합 프로브용 세라믹 블록의 사용방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

따라서, 고온의 용강에 노출되는 일체형 세라믹 블록의 내열성을 확보하고 종래 압축성형한 분할제품의 조립 및 제조비용을 절감하며, 온도와 산소를 측정하는 측정센서 및 시료채취기를 세라믹 블록에 동시에 장착하여 하나로 일체화시킴으로써 복합 프로브의 품질을 향상하고, 프로브 제작방법에 있어서 센서의 보호를 위해 내화물로 성형한 후 건조하는 공정이 사라지게 됨으로써 생산성 향상에 기여할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

용강의 정련공정에서 용탕의 온도측정 또는 산소측정과 함께 용융금속의 성분분석용 시료를 동시에 채취하는 복합프로브용 세라믹 블록에 있어서,

원기둥형상을 가지고, 상단부에서 하단부를 관통하는 나란한 2개의 홀이 구비되고 상기 홀 내부에는 상단면에서 내부 쪽으로 향하여 2단 이상의 내부턱이 형성되어 상기 각각의 홀 내부에는 센서 수용부와 샘플링 케이스 수용부가 구비될 수 있고, 외형은 2단 이상의 계단턱이 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

그리고, 상기 세라믹 블록은 세라믹 사출성형 방법에 의해 일체형으로 제조된 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 세라믹 블록은 상단면에 중심에서 어느 한 쪽으로 편심되어 일정 높이로 돌출된 계단턱 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 복합프로브의 선단에 장착되는 세라믹 블록을 용탕에 침적시키면, 상기 세라믹 블록의 계단턱 돌기부에 장착된 스틸캡과 종이캡이 용탕에 용융되면서 드러나는 세라믹 블록에 장착된 측정센서가 용탕의 온도와 산소를 측정하는 단계와, 이와 동시에 세라믹 블록에 장착된 시료채취기의 석영관에 용탕이 침투하면서 이와 연결된 샘플링 케이스 내로 용탕이 주입되어 충전이 완료되면, 일정시간이 경과한 후 상기 세라믹 블록에 타격을 가하여 샘플링 케이스와 이에 충전되어 응고된 시료를 분리함으로써 채취하는 단계로 복합프로브용 세라믹 블록을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 복합프로브용 세라믹 블록 및 이의 사용방법에 대한 실시예를 상세히 설명한다. 도면 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 복합프로브용 세라믹 블록의 단면 및 전체 사시도를 도시한 것으로서, 도시한 바와 같이,

원기둥 형태의 세라믹 블록(4)의 하부는 2단의 제1 계단턱(4a) 및 제2 계단턱(4b)이 형성되어 있고 상단면에는 어느 한쪽으로 편심되어 있으면서 계단턱에 의해 원반형으로 돌출된 일정높이의 계단턱 돌기부(4c)가 형성되어, 상기 계단턱 돌기부의 중심부 양쪽에는 서로 나란하게 배치된 센서 수용부(14)와 샘플링 케이스 수용부(15)가 구비되며, 이 센서 수용부와 샘플링 케이스 수용부는 세라믹 블록의 내부를 관통하여 하단부로 이어지는 제1 관통홀(14a) 및 제2 관통홀(15a)과 연결된다.

한편, 프레스를 이용하여 세라믹 분말을 압축성형하는 전통적인 세라믹 성형법으로는 복잡한 형상의 제품을 성형하는 것이 곤란하기 때문에, 종래에는 형상이 복잡한 경우는 분할제품을 각각 압축성형한 후 각 분할 제품을 서로 조립하여 완성품을 사용할 수밖에 없었으나, 본 발명에 사용되는 상기 세라믹 블록은 이러한 방법에 의해서도 성형하는 것이 곤란하여 세라믹 분말을 수지계의 바인더와 혼합하여 점토상으로 만든 후 사출성형기로 성형품을 만들어 이것을 탈수지 한 다음 소성하여 완성하는 소위 세라믹 사출성형(CIM : Ceramic Injection Molding) 방법으로 제조하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 복합프로브용 세라믹 블록의 평면도(a) 및 세라믹 블록이 일체로 결합된 복합프로브의 좌측면도(b)를 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이,

프로브 지관의 세라믹 슬리브(6)의 선단 내주연에 내부지관(1) 및 내화시멘트(16)로 상기한 바와 같이 형성된 세라믹 블록(4)이 고정되고, 이 세라믹 블록의 상단면 중앙에서 외측으로 편향되어 일정길이와 일정방향으로 돌출되어 고정되는 측정소자(3a)와 이 소자를 고정하는 세라믹 하우징(3b) 및 플라스틱 재질의 플러그(3c)로 이루어진 일체형의 측정센서(3)가 상기 세라믹 블록 상단에 형성된 센서 수용부(14)에 삽입되어 고순도의 알루미나계 내화시멘트로 고정되며, 상기 세라믹 블록의 센서 수용부 하단으로 관통되는 제1 관통관(14a)으로 상기 측정센서(3) 후단부의 플러그(3c)에 연결된 보상도선 및 연장선(3d)이 통과된 후, 내부지관(1)의 홈과 외부지관(2) 사이로 연결되면서 내부지관 후단부에 설치된 컨넥터(8)에 결선되어, 용탕의 온도 및 산소를 측정할 때 용탕 및 샘플링 케이스(11)에서 방출되는 고열에도 손상이 없도록 처리된다.

이때, 상기 측정센서(3)는 도 2에 도시한 바와 같이, 종래 표준형 소자를 그대로 사용하기 위해 세라믹 하우징(3b)의 외경을 줄이고 측정소자(3a)의 방향을 각각 세라믹 블록의 외주방향으로 고정하여 간격을 유지함으로써 소자 상호간의 간섭에 의한 측온 및 측산값의 편차발생이 없게 하여 측정값의 정확도와 응답성이 개선될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 측정센서(3)와 평행하면서 세라믹 블록(4) 상단부의 계단턱 돌기부(4c)에서 편심져 외측으로 일정길이 돌출된 석영관(5)이 세라믹 블록의 샘플링 케이스 수용부(15)에 삽입되어, 이 샘플링 케이스 수용부와 관통된 제2 관통홀(15a) 내로 삽입되는 샘플링 케이스(11)가 상기 석영관과 연결되어 조립됨으로써 석영관과 샘플링 케이스로 구성된 일체의 시료채취기가 세라믹 블록에 구비되고, 상기 세라믹 블록 상단의 계단턱 돌기부에는 상기 센서와 시료채취기를 공통으로 보호하는 스틸캡(10)이 부착되며, 이 스틸캡의 외부에는 슬래그 부착 방지 및 적정 침지깊이 이상에서 스틸캡과 함께 용탕에 노출되어 녹을 수 있도록 한 종이캡(17)이 부착된다.

또한, 측정센서 등이 장착된 세라믹 블록(4)을 복합프로브 지관의 일단부에 삽입하여 상기 측정센서에 연결된 보상도선 및 연장선(3d)을 상기 복합프로브의 내부지관(1)에 장착된 컨넥터(8)에 결선하고, 상기 세라믹 블록 하부에 형성된 2단의 계단턱 중 제1 계단턱(4a)은 복합프로브의 최외각에 장착된 세라믹 슬리브(6) 내의 외부지관(2)에 조립하며, 제2 계단턱(4b)은 외부지관 내의 내부지관(1)에 조립하여 고정하고, 상기 복합프로브의 컨넥터(8) 후단에는 프로브를 장착할 때 홀더가 유도되어 컨넥터에 접속되도록 홀더지관(12)이 밀착 고정된다.

이와 같이 세라믹 블록(4) 상단의 계단턱 돌기부(4c)는 한쪽으로 편심지게 하여 프로브 내부지관(1)의 내경과 스틸캡(10)이 불필요하게 커지는 문제를 해결할 수 있게 된다.

한편, 세라믹 블록(4)의 최외곽의 외경은 프로브를 제작하고 취급할 때 작업성을 고려하여 프로브의 최외곽을 이루는 세라믹 슬리브(6)의 외경보다 크지 않는 것이 바람직하고, 상기 센서 수용부(14) 하부로 관통된 제1 관통홀(14a)은 3단의 내부턱을 가진 구조로써, 제1 내부턱(a)의 높이는 측정센서(3)의 세라믹 하우징(3b)의 턱보다 약간 낮게 형성되게 하여 상기 측정센서를 조립할 때 세라믹 하우징이 약간 돌출되게 조립되도록 함으로써 소량의 내화시멘트로 용이하게 고정될 수 있도록 하고, 센서 수용부 내 제1 관통홀의 제2 내부턱(b)과 제3 내부턱(c)의 내경은 세라믹 블록 하부의 외경 감소에 따라 단차가 지도록 형성되게 함으로써 적정한 세라믹 블록의 두께를 확보하는 것이 바람직하다.

또한, 시료채취기(7)의 보호캡과 센서캡을 별도로 사용하지 않음으로써 복합프로브를 제작할 때 작업성이 양호하도록 하고, 상기 세라믹 블록(4)의 하부는 2단 의 계단턱을 가짐으로써 제1 계단턱(4a)은 프로브의 외부지관(2)에, 최하단의 제2 계단턱(4b)은 컨넥터(8)가 장착되는 내부지관(1)에 조립됨으로써 조립성이 매우 양호해지며, 상기 시료채취기가 세라믹 블록에 설치되어 있으므로 종래와 같은 탕구 성형작업이 필요 없고, 세라믹블록이 프로브의 지관과 용이하게 일체화되므로 종래 프로브의 내화시멘트 강제 건조작업 등이 필요 없어 작업성이 크게 향상됨은 물론 구조도 간단해진다.

또, 상기 세라믹 블록(4) 상단에 형성된 샘플링 케이스 수용부(15)는 세라믹 블록의 중심에서 센서 수용부(14)와 평행하면서 편심져 있음으로써, 불필요하게 스틸캡(10)이 커지는 것과 세라믹 블록의 최하단의 외경이 증가되어 여기에 조립되는 내부지관(1)의 내경 증가를 바람직하게 억제할 수 있게 된다.

또, 상기 세라믹 블록(4)의 제1 계단턱(4a)은 외부지관(2)에 고정되는 부분으로써 외부지관의 내경보다는 작고 외경이 상단부를 향하여 완만하게 증가되는 테이퍼(taper) 형상으로 이는 지관과 용이하게 일체화 될 수 있는 바람직한 형상이다.

여기서, 프로브 선단에 설치된 시료채취기를 구조적으로 보다 상세하게 살펴보면, 상기 세라믹 블록의 샘플링 케이스 수용부 내의 제1 관통홀 내에 샘플링 케이스가 고정되고, 상기 샘플링 케이스에 조립된 석영관은 세라믹 블록의 바깥으로 일정길이 돌출되어, 일체화된 시료채취기가 구비된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 복합프로브를 사용하여 복합프로브의 선단에 장착되는 세라믹 블록을 용탕에 침적시키면, 상기 세라믹 블록 상단의 계단턱 돌기부 외주면에 장착된 스틸캡과 종이캡이 고온의 용탕에 의해 용융되면서 세라믹 블록의 계단턱 돌기부에 장착된 측정센서가 드러나게 되고, 이 측정센서의 보상도선과 연장선이 프로브 내의 컨넥터와 결선되어 있으므로 용탕의 온도와 산소를 측정할 수 있게 된다.

이와 동시에 세라믹 블록의 계단턱 돌기부에 장착된 시료채취기의 석영관 주입구로 용탕이 침투하면서 이와 연결된 세라믹 블록 내부의 샘플링 케이스 내로 용탕이 주입되어 용탕의 충전이 완료되면, 일정시간이 경과한 후 용탕에서 프로브를 분리한 다음 세라믹 블록에 타격을 가하여 샘플링 케이스와 이에 충전되어 응고된 시료를 분리함으로써 일정형상의 시료를 채취할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

이상과 같은 목적과 구성으로 이루어진 본 발명의 복합 프로브용 세라믹 블록에 의하면, 1회의 프로브 측정으로 온도측정(측온) 또는 산소측정(측산) 및 성분분석용 시료를 채취할 수 있을 뿐만 아니라, 종래 복합프로브에서 시료채취 과정 중 필연적으로 야기되어 발생하는 시료의 오염을 방지할 수 있어 성분의 극한 제어가 요구되는 극저탄소강을 위시한 고청정강에서도 매우 청정한 시료채취가 가능하다.

또한, 시료채취기와 측정센서가 세라믹 블록에 소량의 시멘트로 용이하게 지 관과 일체화됨으로써 종래 프로브에서 실시된 선단 시멘트 성형작업이 필요 없고, 탕구의 성형작업이 필요 없으므로 종래 프로브의 시멘트 강제 건조작업이 없어 작업성이 크게 향상됨은 물론 구조가 간단하고, 측온, 측산 성능 및 성분분석용 시료의 건전성이 크게 향상되는 장점도 있다.

Claims (3)

1. 용강의 정련공정에서 용탕의 온도측정 또는 산소측정과 함께 용융금속의 성분분석용 시료를 동시에 채취하는 복합프로브용 세라믹 블록(4)에 있어서,

   원기둥형상을 가지고, 상단부에서 하단부를 관통하는 나란한 2개의 관통홀(14a,15a)이 구비되고,

   상기 관통홀(14a,15a) 내부에는 상단면에서 내부 쪽으로 향하여 2단 이상의 내부턱(a,b,c)이 형성되어 상기 각 관통홀(14a,15a) 내부에는 센서 수용부(14)와 샘플링 케이스 수용부(15)가 구비될 수 있고,

   외형은 2단 이상의 계단턱(4a,4b)이 형성된 것을 특징으로 하는 복합프로브용 세라믹 블록.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 세라믹 블록(4)은 세라믹 사출성형 방법에 의해 일체형으로 제조된 것을 특징으로 하는 복합프로브용 세라믹 블록.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 세라믹 블록(4)은 상단면에 중심에서 측정하고자 하는 센서쪽으로 편심되어 일정높이로 돌출된 계단턱 돌기부(4c)가 형성된 것을 특징으로 하는 복합프로브용 세라믹 블록.

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