KR101051942B1 - 냉각 요소, 특히 노용 냉각 요소 및 냉각 요소의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

냉각 요소, 특히 높은 열 부하를 받는 노의 벽에 사용하기 위한 냉각 요소를 제안한다. 그러한 냉각 요소는 주조 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이뤄지고, 구리 또는 구리 합금 내에 주조된 관으로 이뤄진 냉각 매체 채널이 그 내부에 배치된다. 냉각 관과 그 둘레의 주조 금속 사이의 계면에서의 재료 결합이 개선되어 향상된 열 전달을 갖는 냉각 요소를 제공하기 위해, 냉각 채널의 관은 그 외면 상에 전해 코팅을 구비한다. 구리 관을 사용하되, 그 관의 관 외면의 코팅을 전해 도금 니켈 욕 중에서 행하는 것이 매우 바람직한 것으로 판명되었다.

냉각 요소, 열 부하, 주조 구리, 구리 합금, 냉각 매체 채널, 관, 전해 코팅, 니켈 욕

Description

냉각 요소, 특히 노용 냉각 요소 및 냉각 요소의 제조 방법{COOLING ELEMENT, PARTICULARLY FOR FURNACES, AND METHOD FOR PRODUCING A COOLING ELEMENT}

본 발명은 주조 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이뤄지고, 구리 또는 구리 합금 내에 주조된 관으로 이뤄진 냉각 매체 채널이 그 내부에 배치되는 냉각 요소, 특히 높은 열 부하를 받는 노의 벽에 사용하기 위한 냉각 요소에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 관으로 형성된 냉각 매체 채널을 그 내부에 구비하는 냉각 요소, 특히 높은 열 부하를 받는 노의 벽에 사용하기 위한 냉각 요소의 제조 방법으로서,

a) 원하는 모든 곡관, 분관, 및 기타의 흐름 구조물을 포함한 관을 제작하는 단계,

b) 주형의 내부에서 관의 둘레에 용융 구리 또는 구리 합금을 주조하면서 바람직하게는 동시에 관 내벽을 냉각시키는 단계, 및

c) 구리 용융물을 냉각시키는 단계를 포함하는 냉각 요소의 제조 방법에 관한 것이다.

그러한 유형의 냉각 요소는 통상적으로 노의 셸(shell)과 라이닝 사이에 배 치되고, 내화 라이닝의 이면에 사용되도록 배치되는 일도 흔한데, 그를 위해 냉각 요소는 예컨대 건식 야금 용해로와 같은 노의 냉각 시스템에 접속된다. 그러한 냉각 요소의 표면은 예컨대 EP 0 816 515 A1에 개시된 바와 같이 노 내부 쪽을 향한 측에 부가의 브리지 또는 홈 또는 벌집형 리세스를 구비할 수 있고, 그에 따라 냉각 요소가 노의 내화 라이닝과 보다 잘 결합되도록 하는 것이 가능하게 되거나, 노 공정 중에 발생되어 냉각 요소에 의한 집중 냉각으로 인해 응고된 슬래그 또는 금속이 화학 부식 또는 침식에 대한 냉각 요소의 방호물로서 냉각 요소에 양호하게 부착되도록 하는 것이 보장되게 된다. 냉각 요소의 사용은 통상적으로 원통형 또는 타원형 용광로의 노 벽 또는 커버 또는 노상 구역에서 냉각 플레이트의 형태로 이뤄진다. 선철 고로, 아크로, 직접 환원 반응로, 및 용해 기화기에도 역시 그러한 유형의 냉각 요소가 사용된다. 그러한 냉각 요소의 또 다른 사용 분야는 연소 블록, 노즐, 주조 트라프(casting trough), 전극 클램프, 출탕구 블록, 노상 양극(hearth anode), 또는 양극 형성용 주형 등이다.

기본적으로, 그러한 냉각 요소에서는 높은 정도의 열 소산을 얻고자 애쓰게 되는데, 그럼으로써 냉각 요소의 내구 수명이 개선될 수 있을 뿐만 아니라, 특히 동적 작업 시에 노 공정의 열 피크 부하로 인해 냉각 요소의 파괴가 일어나는 것이 회피되게 된다.

냉각 채널로서의 관의 둘레를 주조한 냉각 요소에서는 가능한 한 손실이 없는 양호한 흐름 안내 이외에도 냉각 요소의 주조 금속으로부터 관 내에 흐르는 냉각액으로의 양호한 열 전달을 얻고자 애쓰게 된다. 그를 위해, 전술된 EP 0 816 515 A1에는 두꺼운 벽으로 형성된 구리 관의 둘레에 액체 구리를 주조할 때에 그 구리 관의 일부를 녹여 붙이는 형식으로 관과 주물 사이의 결합을 개선하는 방안이 제안되어 있으나, 관과 용융물이 그 재료의 동일성으로 인해 거의 같은 융점을 갖기 때문에 상당한 공정 기술상의 난점이 수반된다. 주조 온도가 비교적 저온일 경우에는 관이 주입된 금속에 충분하게 용접되지 못할 위험이 있다. 그 결과, 관과 그 둘레의 주조 금속 사이의 열 전달 저항이 높아지게 된다. 역으로 주조 온도를 높이면, 두꺼운 벽의 관을 사용하더라도 관이 국부적인 녹아 관통되는 것을 거의 피할 수 없거나, 아니면 적어도 관의 횡단면이 움푹해지는 것을 거의 피할 수 없다. 그와 같이 제조된 결합 주물은 노에 사용함에 있어서는 쓸모없게 된다.

구리 용융물을 사용할 경우에는 야금 의존성도 상당히 중요한 문제가 된다. 구리 용융물은 가스를 흡수하는 성향이 있다. 특히, 주조 공정 시에는 수소와 산소가 장애로 작용한다. 용융 시간의 길이와, 경우에 따라서는 과열 온도도 역시 중요한 문제가 되는데, 그들은 용융 공정마다 변할 수 있다. 수소와 산소는 서로 평형 상태를 이루고, 그 때문에 산소 함량이 높으면 수소 함량이 낮게 조절되고, 또한 그 반대로 된다. 고체 구리 중의 수소의 용해도는 액체 구리 중의 그것보다 훨씬 더 낮기 때문에, 그로부터 온도가 낮아질수록 수소에 대한 용해도가 현격히 떨어진다는 것을 유추할 수 있다. 구리 용융물이 액상으로부터 고상으로 전이될 때에, 수소에 대한 용해 능력이 급격하 감소하는 작용이 일어나는데, 일반적으로 그것을 액상선 온도 하회 시의 용해도 급변이라 부르고, 그것은 대략 구리 용융물 100 g 당 수소 3.5 ㎖이다.

용융물의 가스 흡수성에 있어서는 온도와 압력도 중요한 관건이 된다. 관 표면 상에 산화구리의 형태로 있는 산소의 존재 하에 수소 함유 구리 용융물을 주조하는 것은 문제가 있는데, 왜냐하면 주조 시에 용융물이 관을 급속하게 가열하는 것에 기인하여 공기 중 산소에 의해 산화구리가 형성되기 때문이다. 용융물이 그 액상으로부터 고상으로 전이될 때에 일어나는 용해도 급변에 기인하여, 유리된 수소가 산화구리와 반응하면서 산화구리가 환원되고, 그렇게 하여 생성된 수증기가 주물에 가스 다공을 발생시킨다. 방법 기술상으로 진공 가스 제거에 의해 그에 대한 대처를 지원할 수는 있지만, 그것은 부가의 비용이 든다는 것을 의미한다. 그에 대한 대안으로, 의도적으로 산소를 탑재시킴으로써 물/수소 평형 상태를 산소 쪽으로 이동시켜 수소를 제거할 수 있다. 그러한 용융물 산화 처리에 연이어, 레이들 내에서 용융물의 탈산화 처리를 행함으로써 의도적으로 산소 함량을 떨어뜨려야 한다. 물론 복잡지만 그러한 구리 용융물의 2단계 처리에 의거하여, 그 둘레가 주조된 구리 관의 산화구리가 산소와 반응하는 하더라도 바람직하지 않은 수증기의 생성 및 그에 따른 용융물 중의 기포 발생이 더 이상 일어나지 않게 된다.

이미 전술된 바와 같이, 고온 가열된 구리 용융물과 주형 내에 배치된 구리 관의 접촉을 통해 구리 관의 기계적 약화가 일어난다. 관은 보다 더 높은 금속 칼럼이 실리는 부위에서 움푹해지는 경향이 있다. 그러한 난점을 제거하기 위해, DE-PS 726 599에는 주조 동안 높은 역압 하의 가스 또는 액체를 관을 통해 급송하는 방안이 개시되어 있는데, 그 경우에 역압은 연화 온도에서의 관의 변형 저항에 대략 상응한다. 그러나, 그러한 방안을 사용할 경우에도 주조 과정 동안 관의 외 면에서의 관의 산화를 피할 수는 없다.

주조되는 관의 재료 선택에 있어서의 각종의 대안이 US 6,280,681에 개시되어 있다. 강, 특수강, 및 구리로 이뤄진 관의 사용에 국한되었던 방안들 이외에, 상업적으로 "모넬(Monel)"로서 지칭되는 재료로 이뤄진 관이 사용되는 타입의 냉각 요소도 개시되어 있다. 그러한 재료는 31 %의 구리 분율과 63 %의 니켈 분율을 갖는다. 또한, 그 문헌에는 양호한 결합을 구현하기 위해, 구리 관뿐만 아니라, 예컨대 구리 분율이 70 %이고 니켈 분율이 30 %인 UNS C 71500과 같은 Cu-Ni 합금으로 이뤄진 관을 사용할 수 있음이 개시되어 있다. 그러한 관은 그 높은 융점에 의거하여 주조 동안 높은 열 부하 능력을 갖는 장점이 있고, 흔히 주조 동안 및 주조 후에 관을 통해 동시에 냉각수를 통과시킬 필요가 없이 제조될 수 있다. 그러한 관에 의해, 관 내부에서 구리 용융물이 천공을 일으킬 위험이 현저히 줄어들게 된다. 그러한 관은 자유 관 직경을 유지하기 위해 관 횡단면을 일정하게 유지하고 관의 붕괴를 피하도록 주조 전에 모래로 채워진다. 유감스럽게도, 전술된 Cu-Ni 합금 및 Ni-Cu 합금으로 이뤄진 관은 구리 관에 비해 훨씬 더 열악한 열 전도도를 갖고, 그로 인해 나중에 냉각 요소로 작동될 때에 열을 훨씬 덜 반출할 수밖에 없어 특히 노 벽 구역의 열 과부하를 발생시킬 수 있다. 또한, 니켈과 구리로 이뤄진 합금은 현저히 더 단단하기 때문에, 변형 및 굽힘이 열악해질 수 있다. 예컨대, 좁은 180°아치와 같은 임계 구역에서는 예비 성형된 아치의 사용에 기인하여 훨씬 더 많은 용접 이음매가 형성되어야 하고, 그로 인해 제조 비용이 더 높아지는 것은 차치하고도 추후에 누출이 일어날 위험이 증대되게 된다.

아울러, 이미 전술된 바와 같이 수증기의 생성에 기인한 가스 다공의 증대 위험이 있고, 그것도 역시 주조 품질을 저하시키고, 열 반출을 한정함으로써 열 전달을 감소시키는데, 왜냐하면 주조 시에 기포가 마치 단열재처럼 작용하기 때문이다. 게다가, 관여하는 금속의 열 팽창 계수가 상이하다는 것도 단점이다. 주형 내에 매립된 관에서 압축 응력 및 인장 응력이 발생하고, 그것은 관의 성형 여하에 따라서는 관과 그 둘레에 주조된 구리 사이에 국부적으로 열악한 결합을 초래하여 역시 열 전달을 감소시킬 수 있다.

또한, DE-PS 1 386 645에 개시된 바와 같은 냉각 요소도 선행 기술 중에 속한다. 그러한 냉각 요소에서는 그 둘레에서 주조되는 관이 애초부터 주형 내에 위치되는 것이 아니라, 오히려 처음에 구리 블록 제조용 구리 용융물을 주형 내에 제공하고, 이어서 예비 제작된 관을 그 구리 용융물 중에 담그는데, 그때에 동시에 관 내벽을 냉각시킨다. 관과 용융물이 상이한 금속으로 이뤄질 경우에는 관의 외면 상에 부가의 층을 부착할 것을 제안하고 있는데, 그 부가의 층은 예컨대 전해 도금에 의해 관 상에 코팅될 수 있는 또 다른 제3 금속으로 이뤄진다. 어떠한 금속이 그러한 용도에 적합할 수 있는지는 불명료하다.

본 발명의 목적은 냉각 관과 그 둘레의 주조 금속 사이의 계면에서의 재료 결합이 개선되고, 그에 따라 열 전달이 향상되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소, 특히 높은 열 부하를 받는 노의 벽에 사용하기 위한 냉각 요소를 제공하는 것이다. 또한, 그러한 냉각 요소를 제조할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.

그러한 목적은 서두에 언급된 특징을 갖는 냉각 요소에서 냉각 채널의 관이 그 외면 상에 전해 코팅을 구비하도록 조치함으로써 달성되게 된다.

그러한 냉각 요소를 제조하는데 적합한 방법을 제공하려는 부분 목적은 서두에 언급된 형식과 같은 특징을 갖는 방법에서 관을 제조할 때에 적어도 나중에 그 둘레에서 구리 또는 구리 합금으로 주조될 관 외면의 구역을 전해 코팅하는 조치를 취함으로써 달성되게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 냉각 요소의 제조 시에 그 둘레에서 주조하려는 관을 사전에 전해 도금의 방식으로 적절한 금속 층으로 코팅하는데, 그러한 금속 층은 한편으로 열 전달의 저하가 아니라 열 전달의 개선을 수반한다. 즉, 매우 우수한 비 열전도도(specific thermal conductivity)를 갖는다. 다른 한편으로, 전해 도금에 의해 부착되는 금속 층은 주조 동안 산화의 영향에 대항하는 부동태가 관 외면에 형성된다는 장점을 가지고 오고, 아울러 계면 구역에 나타나는 확산 과정에 의거하여 관과 그 둘레의 주조 금속 사이의 부착을 개선해 준다. 즉, 주조되는 관과 그 둘레의 주조 금속 사이의 직접적인 결합을 가능하게 하고, 열 전달을 개선하며, 그와 같이 주조된 관형체는 나중에 냉각 요소를 예컨대 유도로에 사용할 경우에 양호한 냉각 작용을 촉진하게 된다.

특히, 전해 코팅의 최외각 층이 주입되는 구리 용융물과 접촉된 후에 그 최외각 층에서 나타나는 확산 과정이 유리하게 작용한다. 그러한 확산 과정은 주조 금속이 관에 부착되는 것을 현격하게 개선시키고, 거의 손실이 없는 열 전달을 수반한다. 관의 전해 코팅과 그 둘레에 주조된 구리 사이의 계면에 얇은 합금화 층이 생성되기 때문에, 그 구역에서의 결합 면이 거의 내식성을 갖게 된다.

본 발명에 따른 냉각 요소의 바람직한 구성에서는 관이 구리 관이고, 코팅이 전해 도금 니켈 코팅일 것을 제안하고 있다. 방법상으로, 그것은 관 외면의 코팅을 니켈 욕 중에서 행하되, 그와 같이 형성되는 층의 두께를 3 내지 12 ㎛, 바람직하게는 6 내지 10 ㎛로 함으로써 구현되게 된다.

니켈은 열 전도도가 상대적으로 우수한 것을 그 특징으로 하고, 아울러 니켈은 구리에 필적하는 밀도 및 매우 유사한 원자 직경을 갖는다. 니켈의 융점은 구리의 융점인 1083 ℃보다 훨씬 더 높은 1453 ℃이고, 그럼으로써 액체 구리를 채워 넣었을 때에 전해 니켈 층의 용융이 회피되거나 지연되게 된다. 시험 결과, 니켈의 높은 융점이 관의 전해 도금 니켈 층을 마치 부가의 관처럼 용융물에 의한 공격으로부터 보호하는 것으로 밝혀졌다. 그와 동시에, 높은 열 에너지로 인해, 전해 도금 니켈 층과 그 둘레의 구리 주물 사이에 확산 과정이 일어나게 되고, 그것은 구리 관의 둘레에 주조되는 주물이 구리 관에 현저히 더 잘 부착되도록 한다. 관과 그 둘레의 주물 사이의 계면에 얇은 합금화 층이 생성됨으로써, 결합 면이 내식성을 갖게 되는데, 그에는 무엇보다도 구리가 니켈에 대해 완전히 용해될 수 있음과 거의 동일한 원자 직경이 유리하게 작용한다. 주조를 종료하고 구리를 응고시킨 후에는, 그 구역에서 전해 도금 니켈 층의 니켈이 잘 검출되지 않는다. 그 경우, 구리의 응고 후에 약 400 ℃에서의 확산 과정의 종료에 이르기까지 긴 냉각 시간도 역시 유리하게 작용하는데, 그러한 냉각 시간은 여하튼 주조되는 냉각 요소의 크기에 따라 4 내지 8시간에 달한다.

관 외면 상에 전해 도금에 의해 부착되는 니켈 층의 두께에 있어서는 6 내지 10 ㎛가 가장 적합한 것으로 여겨진다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 구성에서는 먼저 원하는 관 형상을 제작한 후에 관을 코팅하는 것을 제안하고 있다. 즉, 우선 원하는 모든 곡관, 분관, 및 기타의 흐름 구조물을 포함한 관을 제작한다. 그런 연후에 비로소 전해 도금 욕 중에서 관의 외면 상을 전해에 의해 니켈 도금을 한다. 그 반면에, 구리 관을 각종의 성형 공정 전에 미리 니켈 도금하면, 니켈 층이 예컨대 관의 아치 및 반경의 구역에서의 가열로 인해 크게 변질되고, 그에 따라 금속 주물과의 균일한 결합을 이루지 못하는 것으로 드러났다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 구성에서는 코팅 전에 관 외면을 기계적으로 바람직하게는 거친 유리 알갱이에 의한 블라스팅을 통해 블라스팅할 것을 제안하고 있다. 전해 도금 개량 전에, 강력한 피클링(pickling), 즉 산세가 필요하다. 또한, 코팅된 관 외면을 관의 주조 전에 바람직하게는 아세톤에 의한 세척을 통해 탈지하는 것이 유리하다.

그 기하 형상에 있어 완성된 관을 우선 거친 유리 알갱이에 의해 블라스팅하여 가능한 한 거칠고 그리하여 넓은 표면을 얻도록 하는데, 그 결과 관의 양호한 예비 세척 및 활성화가 이뤄지게 된다. 이어서, 전해 도금 니켈 용 중에서 관 외면의 전해 코팅을 행한다. 사전에 표면이 피클링에 의해 활성화됨에 의거하여, 니켈 층의 양호한 부착이 구현되게 된다. 이어서, 관을 주형의 플라스크(flask) 내에 장착할 때에는 표면이 기름기가 없이 유지되는 것을 고려해야 하는데, 그를 위해 아세톤으로 관을 세척할 것을 권장한다. 그 직후에, 액체 구리를 주형 내에 주입한다. 표면이 미리 말끔하게 된 것에 입각하여, 주입 동안 관 표면의 어떠한 산화도 회피될 수 있게 된다. 그와 같이 하여, 결합이 열악해지는 것을 억제한다. 융해가 일어나고 확산 과정이 진행될 때에 니켈 표면의 약간의 산화조차도 그리 해가 되는 것으로 여겨지지 않는다.

시험을 행한 결과, 주조 동안 및 주조 후에 냉각수를 관에 공급하는 매우 집약적인 냉각에 의해 액체 상태로부터의 신속한 냉각도 가능한 것으로 밝혀졌다. 통상적으로, 그러한 집약적인 냉각은 결합의 품질에 악영향을 미친다. 그 반면에, 전해 도금 관을 사용할 경우에는 관을 통해 안내되는 물의 냉각 출력이 강력하다 할지라도 품질상으로 우수한 주조가 구현될 수 있는 것으로 시험에서 나타났다. 따라서, 주조 공정이 견실하고도 방법 파라미터의 변동에 대해 상대적으로 덜 민감하다 할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각 요소의 또 다른 실시 양태는 관이 구리 관이 아니라, 30 내지 70 %의 구리 분율과 20 내지 65 %의 니켈 분율을 갖는 구리/니켈 관이되, 전해 도금 코팅이 구리 코팅일 것을 제안하고 있다. 그에 상응하여, 그러한 냉각 요소의 제조에 적합한 방법은 사용되는 관을 30 내지 70 %의 구리 분율과 20 내지 65 %의 니켈 분율을 갖는 구리/니켈 관으로 하고, 관 외면의 코팅을 전해 도금 구리 욕 중에서 행하는 것을 그 특징으로 한다.

그러한 대표적인 구리/니켈 관은 상업적으로 "모넬 400(Monel 400)"이란 명칭으로 지칭된다. 그것의 니켈 분율은 63 %이고, 구리 분율은 31 %이다. 그러한 관은 융점이 높은 것으로 특징져지고, 그 때문에 상황 여하에 따라서는 주조 공정 동안 냉각수를 사용하는 것을 생략할 수 있다. 그러한, 모넬 400으로 이뤄진 그러한 관의 열 전도도는 구리 관의 경우보다 현격히 열악하고, 특히 구리 관의 열 전도도의 불과 5 %에 불과하다. 또한, 모넬 관의 상대적으로 높은 강도로 인해, 관의 제작 시에, 특히 관의 성형 시에 상당한 복잡성이 유발되고, 그에 따라 많은 비용이 들게 된다. 모넬 관은 구리 관에 비해 열악한 그 굴요성으로 인해 흔히 예비 제작된 관 아치를 사용할 것을 필요로 한다.

원칙적으로 적합한 또 다른 구리/니켈 관은 66 %의 구리 분율과 32 %의 니켈 분율을 갖는 소위 "모넬 450" 및 70 %의 구리 분율과 30 %의 니켈 분율을 갖는 UNS C 71500이다. 하지만, 그러한 관 재료의 경우에도 역시 열 전도도가 구리의 경우보다 현격히 더 열악하다. 따라서, 그러한 재료로 이뤄진 관은 열 부하를 덜 받는 노 냉각 구역에 사용되는 것이 바람직하다.

구리와 니켈로 이뤄진 그러한 합금 관의 경우에도 역시 전해 도금 코팅의 장점, 특히 열 전도성과 관련된 장점이 나타난다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 단일의 첨부 도면은 본 발명에 따른 전해 도금 코팅을 구비한 냉각 요소 및 그를 구비하지 않은 종래의 냉각 요소에 대한 검사를 행하는데 사용되는 시편을 나타낸 도면이다.

아래의 표 1에는 검사를 행한 총 11개의 시편에 입각한 결과가 요약되어 있는데, 여기서는 전해 도금 개량을 하지 않은 비교 시편도 검사되어 있다. 검사는 적외선 열 측정(체열 분석) 및 그에 뒤이은 전단 시험의 사용 하에 행해졌다.

시편 번호	재료	층	도금 두께	X-선 분석 결과
1	Monel 400(NiCu 63/31)	구리 도금	9 ㎛	결합 양호; 아치에서 열악
2	Monel 400(NiCu 63/31)	니켈 도금	9 ㎛	결합 매우 열악
3	구리	니켈 도금	3 ㎛	유리 블라스팅; 결합 양호
4	구리	니켈 도금	6 ㎛	블라스팅 없음; 결합 매우 양호
5	구리	니켈 도금	9 ㎛	전체적으로 미세한 블라스팅; 결합 매우 양호
6	Monel 400(NiCu 63/31)	도금 안함		완전 기화
7	Monel 400(NiCu 63/31)	도금 안함		상당한 기화
8	구리	도금 안함		결합 매우 양호
9	구리	도금 안함		결합 매우 양호; 부분 구역에서 미세한 블라스팅
10	CuNi(10Fe 1Mn)	도금 안함		결합 조기 열악
11	CuNi(10Fe 1Mn)	도금 안함		결합 조기 열악

즉, 전해 도금에 의해 니켈 도금된 시편 4번 및 5번이 가장 양호한 결과를 보였는데, 여기서 시편 4번의 층 두께는 6㎛이었고, 시편 5번의 층 두께는 9 ㎛이었다. 3 ㎛의 감소된 니켈 층을 갖는 시편 3번도 역시 양호한 결합을 나타냈다. 하지만, "모넬 400"을 사용하여 병렬 처리로 행해진 시험도 역시 관과 그 둘레의 주물 사이의 여전히 양호한 결합을 나타냈는데, 다만 후속 행해진 전단 시험이 관 아치의 구역에서 열악한 결과를 나타냈다.

아래의 표 2는 열 생성 평가에 의한 체열 검사의 시험 결과를 보이고 있다.

체열 검사의 시험 결과(열 생성 평가) 약 175 내지 180 ℃로부터 1.8 ㎥/h의 물 통과량과 6 bar의 압력에 의해 냉각
온도 (℃)
시편 번호	10초 후	30초 후	60초 후	120초 후	200초 후
1	168.8	159.9	143.5	116.2	89.4
2	173.2	167.4	157.7	131.8	100.8
3	165.7	145.1	124.4	92.0	64.7
4	165.3	144.4	122.2	88.9	62.8
5	163.9	143.2	119.1	86.7	59.7
6	176.4	172.6	167.2	155.0	123.7
7	174.1	169.7	163.7	152.6	135.5
8	166.6	158.2	133.4	103.2	71.8
9	168.0	157.5	141.2	110.2	79.7
10	177.2	171.1	172.3	165.9	144.4
11	179.0	176.8	172.6	159.3	125.6

끝으로, 아래의 표 3은 니켈 도금이 없는 구리, 니켈 도금을 갖는 구리, 구리 층이 없는 모넬 400, 및 전해 구리 층을 갖는 모넬 400의 4개의 재료 쌍에 대해 행해진 전단 시험의 결과를 N/㎟ 단위의 전단 강도로 표시하여 나타내고 있다. 매우 양호한 결과는 니켈 도금된 구리 관과 구리 도금된 모넬 400 관을 사용할 경우에 뚜렷이 나타났다.

전단 시험의 결과 (N/㎟)
예시 결과
구리	니켈 층 없음	4.5
구리	니켈 층 있음	20.7	최적의 니켈 코팅에 의해 4 내지 5배
모넬 400	구리 층 없음	4.8
모넬 400	구리 층 있음	27.4	최적의 구리 코팅에 의해 5 내지 6배

표 1, 표 2, 및 표 3에 요약된 시편 시험 결과 및 전단 시험 결과는 도 1에 도시된 시편체에 의거한 것이다. 관은 주물을 통해 U형의 진로를 취하고, 주물로부터 돌출된 유입구 및 배출구를 갖는다. 시험에는 33 ㎜의 외경과 21 ㎜의 내경을 갖는 관을 각각 사용하였고, 주조된 블록의 치수는 360 ㎜/200 ㎜/80 ㎜이었다. 관의 치수로부터, 주조 시험에 사용된 관의 벽 두께가 각각 6 ㎜이었음을 알 수 있다.

그와 같이 제작된 시편체를 어닐링 노에서 가열하는 한편, 이어서 정해진 수량에 및 정해진 압력으로 냉각을 행하고 적외선 카메라로 체열을 촬영하였다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 주조 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어지고, 주조된 관으로 이루어진냉각 매체 채널이 구리 또는 구리 합금 내부에 배치되는 냉각요소로서, 높은 열 부하를 받는 노의 벽에 사용하기 위한 냉각 요소에 있어서,

   상기 냉각 매체 채널의 관은 구리 관이고, 그 외면 상에 전해 도금 니켈 코팅을 구비하여, 상기 냉각 매체 채널 관의 니켈 코팅과 그 둘레의 용융 구리 사이에 확산이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
3. 제2항에 있어서, 코팅의 두께는 3 내지 12 ㎛인 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
4. 제2항에 있어서, 관은 구리 분율이 30 내지 70 %이고 니켈 분율이 20 내지 65 %인 구리/니켈 관이고, 코팅은 구리 코팅인 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
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