KR101008182B1 - 내화물의 열충격 및 순환 산화 반응 평가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내화물의 실제 승온 및 냉각 조건과 유사한 조건 및 상황에서의 승온 및 냉각 과정을 통하여 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성을 정확히 평가할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치는, 내부에 시편이 가열되는 가열 공간이 형성되어 있는 가열부; 상기 가열부 내에 배치되어 시편이 장착되는 시편 지지부; 상기 시편 지지부와 연결되어 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 실시간 무게를 측정하는 무게 측정부; 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 승온 및 냉각 속도 조절을 위해 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 가열부 내외부로의 이동 속도를 제어하는 이동속도 제어부;를 포함하며, 상기 가열부는 내화물 시편의 산화용 가스를 취입하기 위한 가스 취입구와 상기 취입된 산화용 가스의 배출을 위한 가스 배출구를 갖는다.

내화물, 열충격

Description

내화물의 열충격 및 순환 산화 반응 평가 장치{Apparatus for evaluating thermal shock and thermal cycling oxidation of refractories}

본 발명은 내화물의 열충격 거동 및 순환 산화 반응을 평가하는 장치에 관한 것으로, 특히 내화물의 실제 승온 및 냉각 조건과 유사한 조건 및 상황에서의 승온 및 냉각 과정을 용이하게 구현하여 내화물의 열충격 및 산화 특성을 보다 정확히 평가할 수 있는 장치에 관한 것이다.

제철 및 제강 공정 등에 사용되는 내화물은 사용 특성상 열충격에 의한 응력이 발생되고 이러한 응력의 발생은 내화물의 특성을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 열충격은 내화물의 조업 전 예열단계와 예열 후 실제 조업 과정 등에서 빈번히 일어나게 된다. 예열 과정과 조업 과정에서 이러한 열충격뿐만 아니라 산소에 의한 내화물의 산화도 수반되며 이는 또한 내화물 표면이나 내부에 결함을 발생시킴으로써 내화물 특성 저하의 중요한 원인이 된다.

제품의 평가나 제품 개발 단계에서 내화물의 열충격 특성과 산화 특성에 관한 시험은 내화물에 있어서 중요한 요소 중 하나이다. 내화물의 열충격 특성 시험 방법으로는, 내화물을 고온에서 유지시킨 후 수중에서 급랭시키는 실험을 반복적으로 실시하여 내화물의 손상 정도를 육안으로 관찰하는 방법이 수행되고 있다. 내화물의 산화 특성에 관한 실험으로서는, 내화물을 고온 산화분위기에서 일정시간 유지시킨 후 그 무게 감량을 측정하여 산화 정도를 파악하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 내화물의 실제 사용 조건은 예열과정 중의 승온, 예열 후 용선 및 용강의 접촉 전 냉각, 그리고 조업 중의 승온 및 냉각 등의 과정을 거치게 된다. 즉 1차로 승온 된 상태에서 사용이 끝나는 시점까지 온도를 유지하는 상태가 아닌 반복적인 승온과 냉각이 이루어진다. 따라서, 기존의 내화물 열충격 및 산화 특성 평가 방법 및 장치로는, 제철 및 제강 공정 등에 있어서 내화물의 실제 사용 조건에 따른 열충격 및 산화 특성을 정확히 평가하기가 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내화물의 실제 승온 및 냉각 조건과 유사한 조건 및 상황에서의 승온 및 냉각 과정을 통하여 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성을 평가할 수 있는 장치를 제공한다.

본 발명에 따른, 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치는, 내부에 시편이 가열되는 가열 공간이 형성되어 있는 가열부; 상기 가열부 내에 배치되어 시편이 장착되는 시편 지지부; 상기 시편 지지부와 연결되어 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 실시간 무게를 측정하는 무게 측정부; 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 승온 및 냉각 속도 조절을 위해 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 가열부 내외부로의 이동 속도를 제어하는 이동속도 제어부;를 포함하며, 상기 가열부는 내화물 시편의 산화용 가스를 취입하기 위한 가스 취입구와 상기 취입된 산화용 가스의 배출을 위한 가스 배출구를 갖는다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치는, 상기 시편 지지부 아래에 설치되어 상기 시편 지지부를 상하로 이동시키는 이송장치를 더 포함하고, 상기 이송장치는 상기 이동속도 제어부에 연결되어 상기 이동속도 제어부에 의해 상하 이동속도가 제어될 수 있다. 상기 무게 측정부 는 상기 시편 지지부와 상기 이송장치 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 가열부는 가열공간을 형성하는 본체 외측에 배치된 가열 코일을 구비한 유도 가열로일 수 있다.

본 발명에 따르면, 실제 내화물 사용 조건과 유사한 조건으로 내화물의 승온 및 냉각을 반복적으로 수행할 수 있다. 실제 사용 조건과 유사한 조건과 상황에서의 내화물 시편의 승온 및 냉각 실험 후, 내화물 시편의 열충격 거동을 관찰하여 내화물의 열충격 특성을 파악하고 실험 과정 중에 산소에 의한 산화 반응으로 수반되는 시편 무게 감량을 측정하여 내화물의 산화 특성을 정확히 평가할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치(100)는, 가열 코일(3)을 구비한 가열부(2)와, 시편 지지부(4)와, 무게 측정부(5)와, 이동속도 제어부(8)를 포함한다. 가열부(2)는 예를 들어, 본체 외측에 배치된 가열 코일(3)에 고주파 유도를 이용한 유도 가열로일 수 있다. 이 가열부(2)는 내부에 내화물 시편(1)이 가열되는 가열 공간을 형성하며, 가열부(2) 내에 배치된 시편(1)을 최대 1600℃까지 가열할 수 있다. 가열부(2) 내에는 시편(1)을 장착할 수 있는 시편 지지부(4)가 설치되어 있다. 시편 지지부(4) 아래에는, 시편 지지부(4)와 연결된 저울 등의 무게 측정부(5)가 배치되어 있다. 이 무게 측정부(5)는 시편 지지부(4)에 장착된 시편(1)의 무게를 실시간으로 측정하고 또한 측정된 시편 무게 및 무게 변화를 기록할 수 있다. 측정 및 기록된 시편의 무게 또는 무게 변화는 나중에 분석을 위해 적절한 메모리 장치에 저장될 수 있다. 무게 측정부(5)는 가열부(2) 외부의 하부에 배치될 수 있다.

시편 지지부(4)에 장착된 시편(1)의 승온 및 냉각 속도 조절을 위해서, 시편 지지부(4)는 상하로 이동하여 가열부(2)의 내부 및 외부로 들어갔다가 나올 수 있는데, 이러한 시편 지지부(4)의 상하 이동에 의해 시편 지지부(4)에 장착된 시편(1)이 가열로 내외부로 이동하게 된다. 시편 지지부(4)의 가열부(2) 내외부로의 이동속도는 이동속도 제어부(8)의 제어동작에 의해 조절될 수 있다. 특히, 시편 지 지부(4) 및 이에 장착된 시편(1)의 수직 이동은 무게 측정부(5) 아래에 설치된 이송장치(6)의 상하 이동에 의해 이루어질 수 있다. 이송장치(6)는 이에 연결된 이동속도 제어부(8)에 의해 상하 이동 속도가 제어되고, 이에 따라 시편 지지부(4)에 장착된 내화물 시편(1)의 가열부(2) 내외부로의 이동속도가 제어되어, 결국 시편(1)의 승온 및 냉각 속도가 조절될 수 있다.

또한 가열부(2)에는, 내화물 시편(1)의 산화를 위한 가스(예컨대, 산소 또는 공기 등)를 취입하기 위한 가스 취입구(9)와 상기 취입된 산화용 가스의 배출을 위한 가스 배출구(10)가 형성되어 있다. 이 가스 취입구(9)를 통해 산소 등의 시편 산화용 가스를 가열부(2)에 공급하고 내화물 시편(1)에 대해 소정의 가열 또는 냉각 과정을 거친 후 가스를 가스 배출구(10)를 통해 내보낼 수 있다.

상술한 구성을 갖는 내화물 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치(100)를 사용하여, 실제 내화물 사용 조건과 유사한 조건으로 내화물의 승온 및 냉각을 반복적으로 수행할 수 있다. 이러한 승온 및 냉각의 반복적 수행후, 내화물 시편(1)의 열충격 거동을 관찰하여 내화물의 열충격 특성을 파악하고, 이 과정 중에 산화에 의한 산화반응으로 수반되는 내화물 시편(1)의 무게 감량을 측정하여 내화물의 산화 특성을 보다 정확히 관찰할 수 있다.

상술한 구성을 갖는 평가 장치(100)를 사용하여 내화물의 열충격 및 순환 산 화 특성을 평가하는 과정을 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.

먼저, 열충격 및 순환 산화 특성을 시험하기 위한 내화물 시편(1)을 가열부(2) 내에 장입한다. 이 경우, 시편(1)을 시편 지지부(4) 상에 장착시킨다. 가열부(2)의 발열체인 가열 코일(3)을 이용하여 원하는 온도까지 시편(1)을 가열한 후, 시편(1)의 상하 이송장치(6)를 이용하여 시편(1)을 가열부(2) 외부로 이동시켜 일정시간 냉각한다. 이 때 이송장치(6)는 이동속도를 제어하는 이동속도 제어부(8)에 연결되어 있다. 그리고, 내화물 시편(1)의 산화 실험을 위한 산소는 가열부(2)의 가스 취입구(9)를 통해 시편(1)에 공급되며, 가스 배출구(10)를 통해 배출된다.

제어부(8)의 제어 동작에 의해 일정 시간, 일정 횟수 동안 시편(1)에 대한 열처리를 거친 후, 시편 외부의 크랙(crack)이나 손상 정도를 파악하여 내화물 시편(1)의 열충격 거동을 관찰할 수 있다. 또한 산소가 공급된 상태에서 가열 및 냉각을 반복하며 측정된 내화물 시편(1)의 무게 변화를 통하여 내화물의 순환 산화 특성을 파악할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 내화물 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치

1: 내화물 시편 2: 가열부

3: 가열 코일 4: 시편 지지부

5: 무게 측정부 6: 이송장치

8: 제어부 9: 가스 취입구

10: 가스 배출구

Claims (4)

1. 내부에 시편이 가열되는 가열 공간이 형성되어 있는 가열부;

   상기 가열부 내에 배치되어 시편이 장착되는 시편 지지부;

   상기 시편 지지부와 연결되어 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 무게를 실시간으로 측정하는 무게 측정부; 및

   상기 시편 지지부에 장착된 시편의 승온 및 냉각 속도 조절을 위해 상기 시편 지지부에 장착된 시편의 가열부 내외부로의 이동 속도를 제어하는 이동속도 제어부를 포함하고,

   상기 가열부는 내화물 시편의 산화용 가스를 취입하기 위한 가스 취입구와 상기 취입된 산화용 가스의 배출을 위한 가스 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 시편 지지부 아래에 설치되어 상기 시편 지지부를 상하로 이동시키는 이송장치를 더 포함하고, 상기 이송장치는 상기 이동속도 제어부에 연결되어 상기 이동속도 제어부에 의해 상하 이동속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 무게 측정부는 상기 시편 지지부와 상기 이송장치 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 가열부는 가열공간을 형성하는 본체 외측에 배치된 가열 코일을 구비한 유도 가열로인 것을 특징으로 하는 내화물의 열충격 및 순환 산화 특성 평가 장치.

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