KR100766618B1 - 용융 금속 또는 슬래그의 산소 활동도를 결정하기 위한 측정 장치 - Google Patents

용융 금속 또는 슬래그의 산소 활동도를 결정하기 위한 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정헤드로 용융 금속 또는 슬래그에서 산소 활동도를 결정하기 위한 측정장치에 관한 것으로, 상기 측정헤드는 케리어 튜브의 일단부에 배열되고 그 위에 전기화학적 측정 전지가 배열된다. 상기 전기화학적 측정 전지는 고체 전해질 튜브를 구비하는데, 이것은 일단부에서 폐쇄되며 기준 물질을 포함하고 이것의 폐쇄 단부에 전극을 포함한다. 상기 전극은 상기 고체 전해질 튜브의 반대편 단부로부터 돌출된다. 또한, 본 발명은 상응하는 고체 전해질 튜브에 관한 것이다. 본 발명은 상기 고체 전해질 튜브의 외부 표면이 칼슘 지르코네이트와 플로라이드의 혼합물 코팅을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

용융 금속 또는 슬래그의 산소 활동도를 결정하기 위한 측정 장치{MEASUREMENT DEVICE FOR DETERMINING OXYGEN ACTIVITY IN MOLTEN METAL OR SLAG}
도 1은 측정 장치의 도면이다.
도 2는 고체 전해질 튜브의 단면도이다.
본 발명은 용융 금속 또는 슬래그의 산소 활동도를 측정 헤드로 결정하기 위한 측정 장치에 관한 것으로서, 측정 헤드는 캐리어 튜브의 일단부에 배치되고, 그 측정 헤드 상에 전기 화학적 측정 전지가 배치된다. 이러한 전기 화학적 측정 전지는 고체 전해질 튜브를 구비하는데, 이러한 고체 전해질 튜브는 일단부에서 폐쇄되며 기준 물질(reference material)을 포함하고 그 폐쇄 단부에서 전극을 포함하며, 이러한 전극은 고체 전해질 튜브의 대향 단부로부터 돌출된다. 또한, 본 발명은 전기 화학적 측정 전지용 고체 전해질 튜브에 관한 것이다.
이러한 측정 장치들은 일례로 독일 특허 공보 제31 52 318 C2호에 공지되어 있다. 이 문헌에 개시된 센서는 용융 금속에서 산소의 농도를 측정하는 데 사용된다. 이와 유사한 측정 장치들이 미국 특허 공보 제3,578,578로, 독일 공개 특허 공보 제28 10 134 A1호 또는 독일 특허 공보 제26 00 103 C2호에 또한 공지되어 있다.
산소 이외에, 용융 금속 내에 포함된 다른 물질들을 측정하는 것도 요구된다.
따라서, 본 발명은 산소 함량뿐만 아니라 다른 성분들의 농도를 또한 결정할 수 있는 간단한 측정 장치 및 그에 상응하는 고체 전해질 튜브를 제공하는 데 목적을 두고 있다.
이러한 목적은 고체 전해질 튜브의 외부 표면이 칼슘 지르코네이트와 플루오라이드의 혼합물 코팅재를 구비함으로써 달성된다. 이러한 코팅재는 일례로 용융물 내의 황, 실리콘 또는 탄소의 농도 결정을 가능하게 하는 것으로 판명되었다. 이는, 예를 들면 액체 금속의 황이 칼슘 지르코네이트의 CaO와 반응하여 그 반응 결과물로서 산소를 생성하며, 고체 전해질의 표면에서 산소 활동도의 변화가 측정되어 황과 서로 관련된다는 점에서 설명될 수 있다. 이러한 측정 장치는 용융 금속 또는 슬래그, 특히 강철 또는 철 용융물 내에서 황, 실리콘 또는 탄소의 농도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이에 의해 신속한 측정이 이루어진다. 바람직하게는, 이러한 측정 장치가 전기 화학적 측정 전지 이외에 예를 들면 열전대(thermocouple)와 같은 온도 센서를 구비하여, 용융 금속의 온도가 또한 측정될 수 있다. 실리콘은 황의 함량과 상호 관련된다. 탄소는 용융 금속의 실리콘-탄소 열평형 상태로부터 계산될 수 있다.
본 발명에 따른 측정 장치에 의하면, 실험실에서의 샘플 분석을 회피할 수 있어 제조 공정에서 상당한 시간 절약 효과를 얻을 수 있으며, 결과적으로 제조 공정이 개선되고 더욱 신속한 효과가 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에 기재되어 있다. 플루오라이드는 CaF2, NaF, SrF2, BaF2, MgF2의 그룹 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 칼슘 지르코네이트는 화학양론적인 것이 높은 측정 감도를 위해 바람직하다. 마찬가지로, 코팅재는 대략 10 내지 100㎛, 특히 30㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 보다 얇은 층이 보다 높은 온도에서의 사용에 충분하다(예를 들면, 탈황 처리 전에). 이때, 반응 시간은 다소 짧아진다. 낮은 온도에서의 사용에 있어서는(예를 들면, 탈황 처리 후에) 보다 두꺼운 코팅재가 요구된다. 이렇게 되면, 반응 시간은 다소 길어진다.
고체 전해질 튜브는 안정화된 ZrO2인 것이 바람직하다. 이러한 층은 단지 부분적으로 고체 전해질 튜브의 외부 표면을 덮을 수도 있으며, 이때 적어도 기준 물질이 배치되는 영역의 튜브 표면은 코팅되어야 한다.
이하에서 본 발명의 실시예를 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 측정 장치의 도면이고, 도 2는 고체 전해질 튜브의 단면도이다.
측정 장치는 캐리어 튜브(1)를 포함하고, 이러한 캐리어 튜브 내에 측정 헤드(2)가 수용되며, 이러한 측정 헤드(2)는 캐리어 튜브(1) 내부에서 접속편(3)을 통해 공급 라인을 거쳐서 측정 및 평가 장치에 연결된다. 도 1에는 이러한 캐리어 튜브(1)의 시작부만이 도시되어 있다.
측정 헤드의 담금(immersion) 단부에는, 열전대(4) 이외에 고체 전해질 튜브(5)가 구비된다. 열전대(4) 및 고체 전해질 튜브(5)는 보호캡(6)에 의해 둘러싸이며 측정 헤드를 용융물, 특히 용융 철 또는 용융 강철 내에 담그기 전에 그리고 담그는 중에 각각 보호된다.
도 2를 보면, 고체 전해질 튜브(5)가 단면도로 도시되어 있다. 고체 전해질 튜브는 안정화된 지르코늄 다이옥사이드로 형성되며, 고체 전해질 튜브 내에는 기준 물질(7)로서 크롬과 크롬 다이옥사이드의 혼합물이 구비된다. 이러한 혼합물의 상부에 배치된 충진재(8)는 예를 들면 알루미늄 옥사이드이다. 고체 전해질 튜브(5)의 중심에는 전극(9)으로서 몰리브덴이 배치된다. 이러한 전극(9)은 고체 전해질 튜브(5)의 개방 단부로부터 돌출된다. 이러한 개방 단부는 캡(10)에 의해 폐쇄되며, 충진재(8)는 그 상부 단부의 기체 투과성 시멘트(11)에 의해 유지된다. 고체 전해질 튜브(5)는 강철캡(12)에 의해 둘러싸이며, 이러한 강철캡은 또한 용융 금속 내에 담그는 동안에 튜브를 보호한다. 이어서, 강철캡이 용융되면서, 고체 전해질 튜브(5) 상에 배치된 코팅재(13)가 노출된다. 이러한 코팅재는 칼슘 지르코네이트와 마그네슘 플루오라이드의 혼합물인 것이 바람직하다.
용융물에서, CaO는 황과 반응하여 CaS를 형성하고, 이에 따라 산소가 유리되며, 이러한 산소의 활동도가 고체 전해질 튜브에 의해서 측정된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 측정 장치에 의하면, 산소 함량뿐만 아니라 다른 성분들의 농도도 간단하게 측정할 수 있으며, 실험실에서의 샘플 분석이 회피될 수 있어 제조 공정에서 상당한 시간 절약 효과를 얻을 수 있으며, 결과적으로 제조 공정이 개선되고 더욱 신속한 제조가 가능한 탁월한 효과를 갖는다.

Claims (11)

  1. 융융 금속 또는 슬래그의 산소 활동도를 측정 헤드로 결정하기 위한 측정 장치로서, 상기 측정 헤드는 캐리어 튜브의 일단부에 배치되고, 상기 측정 헤드 상에는 전기 화학적 측정 전지가 배치되며, 상기 전기 화학적 측정 전지는 고체 전해질 튜브를 구비하고, 상기 고체 전해질 튜브는 일단부에서 폐쇄되며 기준 물질을 포함하고 페쇄 단부에서 전극을 포함하며, 상기 전극은 고체 전해질 튜브의 대향 단부로부터 돌출되는 측정 장치에 있어서,
    상기 고체 전해질 튜브(5)의 외부 표면은 칼슘 지르코네이트와 플루오라이드의 혼합물 코팅재(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플루오라이드는 CaF2, NaF, SrF2, BaF2, MgF2의 그룹 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 칼슘 지르코네이트는 화학양론적인 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코팅재(13)는 10 내지 100㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코팅재(13)는 고체 전해질 튜브(5)의 외부 표면을 단지 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  6. 폐쇄 단부를 구비한 전기 화학적 측정 전지용 고체 전해질 튜브에 있어서,
    외부 표면상에 칼슘 지르코네이트와 플루오라이드 혼합물 코팅재(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 튜브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플루오라이드는 CaF2, NaF, SrF2, BaF2, MgF2의 그룹 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 튜브.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 칼슘 지르코네이트는 화학양론적인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 튜브.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 코팅재(13)는 10 내지 100㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 고체 전해질 튜브.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 코팅재(13)는 외부 표면을 단지 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는 고체 전해질 튜브.
  11. 용융 금속 또는 슬래그, 특히 강철 또는 철 용융물의 황, 실리콘 또는 탄소의 함량을 결정하기 위해 제1항 또는 제2항에 따른 측정 장치를 이용하는 방법.
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