KR101128598B1 - 코드 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 코드 와이어는 적어도 하나의 써멀 배리어 층을 포함하고, 상기 층은 리퀴드 메탈과 같은 금속 조와 접촉에 의해 열분해되는 물질로 제조된 것이라는 사실이 특이적이다.

Description

코드 와이어{Cored Wires}
본 발명은 컴팩트(compact)한 분말 또는 그래뉼(granular) 물질을 포함하는 튜브형 인클로저(tubular enclosures)의 기술적 영역과 관계되는 것으로, 여기서 이들 코드 케이징(cored casing)은 특히 철과 강철의 리퀴드 메탈(liquid metal)의 처리를 위해 사용되고, 상업적으로 "코드 와이어"로 명명된다.
이들 코드 와이어를 리퀴드 메탈 조(槽)에 주입하는 것은 특히 이들 조의 조성의 정련, 산소제거, 가스제거 및/또는 변화를 가능하게 한다.
따라서, 예를 들어, 강철로 변화하기 위한 용광로 선철의 탈황은 Mg 및 C2Ca(탄화칼슘; 카바이트) 또는 더더욱이 Na2CO3, CaCO3, MgO를 포함하는 코드 와이어를 이용하여 달성하여 왔다.
코드 와이어는 전형적으로, 다른 수단들 중에서, 레이들(ladle) 교반, 분말 주입, 레이들 아크 노(ladle arc furnace), RH (Ruhrstahl Heraeus) 탈가스, 및 다양한 진공 공정과 같은 스틸의 제 이차 처리(야금학)에 사용된다.
코드 와이어는 GS 주철을 얻기 위해 주철의 탈황반응 및 주철 주조의 주입을 위해 사용된다.
주철 주조를 위한 주입은 세멘타이트의 손상을 위해, 흑연의 성장을 증진하는 주철 내에 예를 들어 실리콘과 합금된 알카리, 알카라인(Ca) 또는 비스무트 토금속의 원소를 도입하는 단계로 구성된다. 일반적으로, 탈황, 노듈화 및 주입은 순차로 수행된다. 마그네슘 및 실리콘 카바이드가 주로 사용되고, 양자의 온도는 예를 들어 액체 레이들의 온도보다 낮은 1300 내지 1400℃의 온도로 된다.
제강 공정에서 코드 와이어의 일차적인 기능은 탈산, 탈황, 함입 형상의 제어, 주조성 향상, 및 조성 등급 조정이다.
탈산 공정은 컨버터 또는 전기 아크 노로부터의 용융 강에 용해된 산소(500 ppm 또는 그 이상의 산소)를 탈산소화제와 조합하는 것으로 구성되어, 리퀴드 메탈 내에 용해된 산소의 함유량을 유의적으로 감소하다(예를 들어, 10 ppm 산소 또는 그 이하.). 다양한 산화 요소와 평형하여, 1600℃에서 용융 강에 용해된 산소의 활성 곡선의 시험은 상대적으로 알루미늄의 완만한 부가는 고체의 알루미늄 산화물의 형성을 초래하여 잔사에 용해된 산소의 함량을 유의적으로 감소하는 것을 가능하게 한다는 것을 제시한다. 그 결과, 알루미늄이 제강 산업에 있어서 탈산화제로 광범위하게 사용되고 있다.
전기 아크 노로부터 얻어진 리퀴드 메탈은 대체로 탄소가 제거되고 인이 제거되지만, 그의 높은 산소 함량이 기인하여 비등하고, 자발적인 반응이 스틸 내의 탄소와 산소 사이에 일어나 리퀴드 스틸 조 내의 개스 성 CO를 형성한다.
이제부터는 탈산화작용은 또한 리퀴드 스틸 조 킬링(비등 제거)으로 언급한다.
코드 와이어에 포함된 탈산화제는 철을 함유하는 합금(규소철, 망간철) 또는 알루미늄이다. 탈산화 공정은, 레이들의 완만한 교반으로, 거의 대부분이 슬래그 내에 흡수되는 산화물(실리카, 산화망간, 알루미나)의 형성을 초래한다.
취할 수 있는 모든 사전 대책에도 불구하고, 알루미나의 잔사의 함입은 캐스팅 노즐의 파괴 또는 연속 주조기의 얇은 슬라브로부터 나타나는 것과 같은 소형 횡단면의 최종 산물에서의 갈라짐의 발현을 야기할 수 있다.
알루미늄 킬드강(killed steel)에 칼슘의 부가는, 칼슘으로 부분적 감소를 통해, 제강 온도에서 액체 칼슘 알루미네이트를 형성하는 고체 알루미나 함입의 수정을 초래한다. 따라서, 칼슘 알루미네이트는 이들의 CaO 함량이 40% 내지 60% 사이로 함입되어 질 때 구형으로 된다. 함량을 변화시키기 위해 필요한 용액 내의 칼슘의 양은 금속 조의 알루미늄 함량에 의존한다. 따라서, 코드 와이어에 의해 도입된 칼슘의 대부분은 리퀴트 메탈에서, 칼슘 알루미네이트의 액체로 함입되는 것으로 발견되고, 그리고 수 ppm을 초과하지 않는다. 액체 구형의 칼슘 알루미네이트의 형성은 캐스팅 공정 간에 노즐 고장을 감소하거나 제거하고, 이런 이유 때문에, 알루미늄 킬드강은 통상적으로 용탕 레이들(molten steel ladle) 내로 코드 와이어를 주입하는 것을 통해 칼슘으로 처리된다.
실질적으로, 코드 와이어에 포함된 칼슘의 갑작스러운 휘발에 의해 야기된, 리퀴드 스틸의 격렬한 교류를 회피하는 것을 어렵다. 칼슘의 증기압은 실제로 1600℃에서 약 1.8 atm이다. 만일 교류가 너무 강렬하면, 스틸 조(steel bath) 내에서 코드 와이어의 침투 조건을 방해할 수 있고 스틸이 환원되거나 및/또는 다시 질화되어 지게 할 수 있다. 만일 칼슘의 휘발이 유의적이라면, 리퀴드 스틸은 슬래그를 통해 튀겨질 수 있고, 더 환원되어 진다. 극한 반응에서는, 리퀴드 스틸은 레이들의 측벽을 넘어 작업장 바닥, 장비 주위 또는 작업장이 있는 사람에게로 튀겨질 수 있다. 이들 휘발 반응은 스틸 내의 O2, N2 및 더욱이는 H2의 함량에서의 증가를 초래한다. 교류는 CaSi 형태로 칼슘을 도입하는 것에 의해 감소될 수 있다. 그러나, 실리콘이 제한되어지는 곳에서는, 깊은 인출을 위해 의도된 것과 같은 리퀴드 스틸 내에 실리콘을 도입하는 데에 유의적인 단점이 있을 수 있다. 제안된 또 다른 해결책은 CaNi 합금의 형태, 가능하기로는 미소 CaSi 합금과 혼합된 형태로 칼슘의 도입이다. 다른 해결책은 문헌 EP-0.190.089에 나타난다.
대기와 칼슘의 반응 및 휘발에 기인된 교류를 감소하기 위한 다른 접근법은 아르곤과 같은 불활성 기체로 레이들 커버와 금속 표면 상이에 위치된 부피를 퍼징하는것을 고려하는 것이다. 실제로, 노는 공기가 새지 않는 것이 아니기 때문에, 강한 아르곤 퍼지가 공기를 밀어낼 수 있고 약한 아르곤 퍼지는 리퀴드 스틸 상에 대기에 잔존하는 과잉의 산소를 초래할 수 있다.
또한 레이들 내에 다공성 플러그를 통한 아르곤의 교반 또는 버블링은 슬래그 표면의 팽창을 야기하여, 스틸 및 아르곤 버블의 솟아오른 융기가 공기와 리퀴드 메탈(및 따라서 용융된 칼슘)의 직접적인 접촉을 일으키는 곳에서, 코드 와이어의 동시적 도입을 하는 동안에, 휘발 또는 산화를 통해 더욱 칼슘 손실을 증가한다는 것을 인식하여야 한다.
칼슘 부가의 외관상의 회수는 일차적으로 스틸의 함입 함량의 반영이다. 코드 와이어에 의해 부가된 칼슘의 대부분은 휘발을 통해서 및/또는 대기, 슬래그 및 내화물질과, 함입으로 고정된 칼슘의 단지 최소 량으로, 산화에 의해 손실된다. 따라서, 이들 이차적인 반응을 최소화하기 위해서는 함입의 양호한 퍼징 후에 칼슘을 부가하고 이들 함입에 대하여 소망하는 변형의 비율로 부가를 조정하는 것이 중요하다.
턴디시 내의 내화물질 및/또는 분말과 칼슘의 접촉으로부터 기인된 외래성 함입 (산화물)은 사실 금속의 응고 전에는 제거하는 것이 어렵다. 이들 알루미나 함입은 고형이고 칼슘 알루미네이트 함입물 보다 유해하고; 캐스팅 노즐을 통한 스틸의 연속적인 흐름을 방해하는 구조를 야기한다.
마지막으로, 칼슘 코드 와이어로 처리한 알루미늄 킬드강 또한 낮은 알루미늄과 높은 황 함량으로 스틸로 캐스팅 노즐을 통한 스틸의 자유로운 흐름을 방해하는 황화칼슘의 형성을 야기할 수 있다. 고속 컷팅을 위해 디자인된 스틸(예를 들어, 자유로운 기계화 스틸)은 높은 황 함량으로 특징된다. 따라서, 코드 와이어 내에 포획되어진 화학적 성분(예를 들어, 칼슘)의 부가에 의한 함입 상태의 제어는 산화물과 황화물을 필히 포함한다.
황의 부가는 황화 망간의 양과 강철의 기계주조성을 증가한다.
칼슘에 부가하여, 셀레니움 또는 텔루르는 이어지는 변형 동안에 함입의 조성, 형태성 또는 행동성을 변화시킬 수 있게 한다.
합입 순도의 제어는 특히 용이하게 절단하여 감겨지는 강철, 공기역학상 보강재용 강철 또는 스프링 밸브용 강철에 매우 중요하다.
탈산화작용 및 스틸의 함입 상태의 제어는 따라서 제강업자의 노-하우, 코드 와이어의 질이 매우 중요한 조작: 현저하기로는 와이어 내의 합금의 조성 및 밀집성의 규칙성에 의존하는 복잡한 조작이다.
따라서, 코드 와이어의 제조 및 사용은 많은 실질적인 문제점을 가지며, 이들 몇 가지를 아래에 기술한다.
불충분한 또는 비규칙적인 밀집성
코드 와이어 내에 함유된 물질의 불규칙한 밀집성은 단위 시간 당 스틸 조 또는 쇳물 내에 유입된 물질의 질에 있어서 불규칙성에 의해 나타난다.
코드 와이어 내에 함유된 물질의 불충분한 밀집성은 시간 단위로, 리퀴드 메탈내에 사입된 물질의 양을 감소한다.
만일, 밀집성이 불충분하면, 물질은 코드 와이어 내부로 전이될 수 있어 더욱 예측할 수 없는 결과를 일으킨다.
풀림에 작용하는 과도한 기계적 힘
만일 밀집화 공정이 금속제 엔벨롭의 유의성 있는 소성 변형을 필요로 한다면, 코드 와이어 엔벨롭의 변형 경화에 기인한 증가된 강성은 풀림력에서의 유의성 있는 증가를 야기할 것이다. 이 효과는 특히 작은 곡선 반경을 갖는 적은 코드 와이어 팩키징에서 현저할 만 하다.
코드 와이어의 불충분한 강성
특히 직사각형의 단면을 갖는 몇몇 코드 와이어는 특히 만일 고밀도 금속 조가 고 점도의 슬래그로 덮혀지면, 상당한 깊이로 고-밀도 금속 조 내에 코드 와이어를 사입되게 하는 것을 가능하게 하는 불충분한 강성을 가진다.
풀림 간에 나선형 변형
정전기 케이지 상에 저장된 코드 와이어의 풀림 간에, 와이어의 나선형 변형이 관찰되어져, 이 코드 와이어는 리퀴드 메탈 조 내로 침투되지 않게 되지만 그 자체로 뒤로 휘고 표면 상에 잔존한다.
코드 와이어 인클로져의 파열
때로는 액체 조에 이의 사입에 앞서 그의 보관 릴 또는 그 케이지로부터 코드 와이어를 푸는 동안, 또는 코드 와이어의 감겨진 것을 펴는 동안, 코드 와이어 인클로져 내에 솔기(경계선; seam)의 터짐이 일어난다. 이러한 솔기 터짐은 재료의 손실 또는 주입 장비의 막힘을 야기한다.
주어진 양의 부가제의 조 내로 도입을 위해 요구된 시간의 감소.
조 내로 와이어의 주입의 속도 증가는 만일 와이어가 리셉터클의 바닥을 치거나 또는 용융을 위한 충분한 시간을 갖기 전 조를 나오면 사고를 일으킬 수 있다.
와이어 직경의 증가는 감겨진 코드 와이어를 푸는 직경을 증가시키고, 그리고 이런 타입의 코드 와이어를 풀어 펴기 위해 요구된 얼레는 제강 공장에서 좁은 이용가능한 공간에서는 너무 커서 용이하게 사용될 수 없다.
참고로, 150-톤 레이들 내에 스틸의 톤당 1 kg의 CaSi, 예를 들어 240 g/m의 밀도를 갖는 와이어에 위치된 150 kg의 CaSi 분말을 사입하기 위해서는, 625 m 길이의 코드 와이어가 필요하여, 2m/s 속도로 와이어를 주입하는 것은 5분 이상의 작업시간을 요한다.
코드 와이어의 조기 파쇠
만일 코드 와이어의 케이싱이 금속 조 내로 도입하는 즉시 빠른 용융에 의해 조기에 파쇠된다면, 와이어의 성분은 조의 표면 근처로 방출되고, 따라서 충분히 효과적인 유효한 정도로 회수되지 않을 수 있다.
리퀴드 메탈 조 내에서, U형으로 와이어의 변형.
더욱이, 종래의 관행으로부터 코드 와이어는 그의 강성을 잃을 수 있고, 와이어의 성분이 방출되기 전에 그 끝단이 표면으로 상승하여 리퀴드 메탈 조 내에서 U형으로 점진적으로 휘어질 수 있고, 이 상승 작용은 철역학(ferrostatic) 추력(thrust)에 특이적으로 기인되고, 일반적으로 와이어의 겉보기 밀도는 메탈 조의 것 보다 낮다는 것이 문헌에 청구되어 있다.
만일 코드 와이어가 Ca, Mg를 포함하고 있다면, 리퀴드 메탈 조에서 낮은 깊이로 이들 성분의 방출은 수율에서 매우 높은 손실을 야기한다.
리퀴드 메탈 조의 표면 근처에 칼슘의 대량 방출은 격렬한 반응, 상당한 쇳물의 튀김 및 칼슘의 매우 열악한 회수를 야기한다.
리퀴드 메탈 조 내로 코드 와이어의 불충분한 사입 깊이
예를 들어, US 특허 4.085.252호에는 사입 깊이 L, 와이어의 금속 인벨롭의 두께 (e) 및 세리움 바의 직경 (d) 사이의 관계가 다음과 같다:
L = 1.7(e + 0.35 d)v . 10-2
여기서 v는 와이어의 주입 속도를 나타내며, 안정성을 위하여서 3 내지 30m/mn 사이로 된다.
만일 깊이 L이 낮으면, 예를 들어 30cm보다 적으면, 코드 와이어에 포함된 것이 슬래그와 접촉될 수 있고 따라서 손실될 수 있다는 증가된 위험이 존재한다.
만일 깊이 L이 너무 낮으면, 또한 리퀴드 메탈 조에서, 코드 와이어에 포함된 화학적 성분들의 분산에 있어서 비균질성의 위험이 있다.
와이어에 포함된 분말의 반응성 및 연속 주조 설비의 폐색.
US 특허 4,143,211호에 기술된 바와 같이, 희토류, Al, Ca, Ti와 같은 원소의 산소에 대한 화학적 어피니티는 연속 주조 설비에서 사용된 흐름 제어 노즐의 내부 벽에 부착될 수 있어 이들을 부분적으로 또는 완전하게 폐쇄할 수 있는 산화물을 형성하게 한다.
따라서, 제강 업자는 원하는 결과를 위해 반응물의 정확히 공정한 양의 균일한 도입을 용이하게 하는 코드 와이어를 제공할 필요가 있다 (환원, 함입 형상 제어, 기계적 저항성 등).
적어도 하나의 이들 기술적 과제를 해결하기 위한 시도로, 코드 와이어에 대한 수치상의 구조 및 제조 공정이 이전의 실무에 제안되어 왔는데, 예를 들어 다음의 문헌들을 들 수 있다:
- 다음의 번호로 공개된 유럽 특허 출원: 0.032.874, 0.034.994, 0.044.183, 0.112.259, 0.137.618, 0.141.760, 0.187.997, 0.236.246, 0.273.178, 0.277.664, 0.281.485, 0.559.589;
- 다음의 번호로 공개된 프랑스 특허 출원: 2.235.200, 2.269.581, 2.359.661, 2.384.029, 2.392.120, 2.411.237, 2.411.238, 2.433.584, 2.456.781, 2.476.542, 2.479.266, 2.511.039, 2.576.320, 2.610.331, 2.612.945, 2.630.131, 2.688.231;
- 다음의 번호로 공개된 미국 특허 출원: 2.705.196, 3.056.190, 3.768.999, 3.915.693, 3.921.700, 4.085.252, 4.134.196, 4.147.962, 4.163.827, 4.035.892, 4.097.267, 4.235.007, 4.364.770, 4.481.032, 4.486.227, 4.671.820, 4.698.095, 4.708.897, 4.711.663, 4.738.714, 4.765.599, 4.773.929, 4.816.068, 4.832.742, 4.863.803, 4.906.292, 4.956.010, 6.053.960, 6.280.497, 6.346.135, 6.508.857.
전기 문헌의 몇몇의 요약문은 사입에 설정된 다양한 기술적 문제점에 대응하기 위해 고려되어 지는 아주 다양한 기술적 해결책을 보여 준다.
문헌 EP-B2-0.236.246호는 금속제 인벨롭으로 구성되고 그 자체로 폐쇄되고 그의 엣지가 코드 와이어의 코어를 형성하는 컴팩트한 매스 내면에 계합된 코드 와이어를 기술한다.
솔기(이음매; seaming)는 코드 와이어 인클로져의 측면 판을 따라 수행되고, 솔기 밴드(band)의 전체 폭에 걸쳐 횡 방향 새김 눈을 형성하는 잠근-솔기(lock-seam)에 의해 강화될 수 있다. 코드 와이어 코어를 밀집화는 솔기 영역의 맞은 편에 열려진 주름을 형성함에 의해 얻어질 수 있고, 그런 다음 방사상으로 작용하는 압력에 의해 이 주름이 닫힌다. 이 코드 와이어 인클로져는 스틸 또는 알루미늄으로 만들어지고, 예를 들어 30 중량%의 Ca을 갖는 CaSi의 분말화된 합금을 포함한다.
문헌 US-4.163.827은 Ca, Al으로 구성되고, 수지에 함침되거나 폴리우레탄과 같은 폴리머에 결합한 분말의 형태로, 실리콘철 기재로된 코어를 포함하고, 이 코어는 0.025 mm 내지 0.15 mm 두께의 금속, 플라스틱 또는 종이의 얇은 스트립의 단일 또는 이중 나선 감기에 의해 봉함되기 전에 사출되어 지는 코드 와이어를 기술한다. 이 타입의 코드 와이어는 다수의 결점을 갖는다. 첫 번째로, 수지를 형성하는 물질은 리퀴드 메탈 조에서 수용할 수 없는 오염원이다. 둘째로는, 와이어의 기계적 강함 및 단단함이 매우 불충분하다. 셋째로는, 실리콘 철 분말이 리퀴드 메탈의 증진된 온도에 대해 실질적으로 보호되지 않는다.
문헌 EP-0.032.874는 100 미크론 보다 얇은 두께의 시트의 형태로 합성 유기 또는 금속제의 인벨롭에 의해 적어도 부분적으로 싸여진 부가제를 포함하는 얇은 시트의 금속 용접선으로 이루어진 코드 와이어를 기술한다. 이 와이어는 평평한 형상의 것이다. 얇은 시트는 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 염화폴리비닐로 되고, 열-신축성일 수 있는 방수의 수단을 형성한다. 이 평탄한 코드 와이어에 대한 제조 공정이 기술되어 있지 않아, 그의 개념이 산업적 사실보다는 허구의 것일 수 있다.
본 출원인에 의한 문헌 FR-2.610.331은 주로 분말화된 물질 또는 그래뉼 물질을 포함하는, 중간의 금속제 튜브형의 벽에 의해 싸여진 축상의 영역과, 상기 중간 벽과 코드 와이어 인클로져 사이에 위치된 환상의 영역을 포함하고, 여기서 이 환상의 영역이 이차 분말화된 물질 또는 그래뉼 물질을 포함하는 코드 와이어를 기술하고 있다. 바람직하기로는, 이 축상의 영역은 처리되는 조에 대해 가장 반응적인 물질을 포함한다.
이 코드 와이어의 외부 금속제 엔벨롭이 파손되지 않는 한, 환상 영역을 채우는 물질이 열 절연체의 역할을 하여 중간 벽의 온도 증가를 감소하고 따라서 와이어 휨의 위험을 줄이고, 중간 벽이 어느 정도의 단단함을 유지하여 이것이 조에 도입되는 것이 방지된다.
문헌 US-3.921.700은 낮은 열 전도성과 높은 발열 능을 가지는, 축상의 마그네슘 와이어 및 철 분말을 포함하는 스틸 인클로져를 갖고, 따라서 코드 와이어가 리퀴드 스틸에 침지될 때 너무 빠르게 가열되는 것으로부터 마그네슘을 보호하는 열적 절연체를 형성하는 코드 와이어를 기술한다. 다양하게는 흑연 또는 탄소가 철 분말과 혼합된다.
코드 와이어의 사용에 의해 제시된 기술적 문제들 중에 몇 가지는 1600℃에서 강철(steel) 레이들과 같은 리퀴드 메탈 조에 침지될 때 이 와이어에 정확하게 무슨 일이 일어나는지를 결정하는 것은 실질적으로 불가능하다는 사실로부터 발생한다. 특히, 다음의 문제점은 아주 다루기 힘든 것이다: 조 내에서 형상은 어떠한지(직성인지 또는 "U"형상으로 휘었는지)?. 그리고, 용융에 의해 파손되는 깊이는 어떤지에 대해. 종래의 기술에서는, 구분되고 때로는 반대로 되는 정보를 제하고는 이러한 것에 대해서는 전혀 알려지지 않았다.
문헌 FR-2.384.029은 65 중량% 이상의 실리콘을 갖는 담금질된 분말화 실리콘철의 혼합물을 라이닝한 스틸 인클로져로 구성된 개량 와이어를 개시하고 있다. 이 초기 문헌에 따르면, 실리콘은 다음과 같은 방법으로 리퀴드 메탈 내로 이를 도입하는 동안 와이어의 스틸 인클로져 쪽으로 분산한다:
- 와이어에 포함된 개량제의 용융 온도가 감소될 것임;
- 탄소가 와이어 라이닝의 외부 표면을 통해 확산하는 곳에서 와이어 라이닝 내에 스틸의 용융 온도가 감소할 것임.
초기 문헌에 따르면, 75% 실리콘의 실리콘철(용융 온도 1300℃)을 포함하는 마일드 스틸 라이닝(용융 온도 1538℃)을 포함하는 코드 와이어는, 예를 들어 1400℃에서 그레이 주조 철 안에 침지될 때 약 1200℃에서 용융될 것이고, 여기서 이 용융은 라이닝의 내부로부터 시작하여 퍼지는데 이는 마일드 스틸의 용융온도를 낮추는 라이닝 내로 실리콘의 확산이 일어난다는 사실에 기인된다.
문헌 US-4.174.962은 실리콘의 이 확산 외에 라이닝의 용융 온도가 리퀴드 메탈 조의 온도보다 크더라도 부식 및 확산에 의해 코드 와이어 라이닝의 외부 벽의 용해를 언급한다.
문헌 US-4.297.133은 층 내에 감겨진 종이 튜브를 개시하고 여기서 이 튜브는 금속제 멤브레인 실로 폐쇄된다. 종이에 대한 연소 시간은 튜브가 1600-1700℃에서의 리퀴드 스틸 조에 위치될 때 3초로 나타난다.
본 출원인은 Fr-2.821.626 및 FR-2.810-919의 공보에, 유해한 잔해를 남김이 없이 연소될 수 있기 때문에, 시시각각으로 와이어의 중심을 향해 열의 전파가 느리고, 인클로져는 화공품에 적용하는 종이로 알려진 종이이기 때문에 연소될 수 있고 열적으로 절연인 인클로져를 갖는 코드 와이어를 시술하였다.
본 출원인에 의한 이들 두 개의 조기 문헌에 따르면, 종이의 층수를 증가함에 의해, 칼슘을 포함하는 코드 와이어의 휘발 또는 이 칼슘의 휘발은 늦어지고 따라서, 코드 와이어는 리퀴드 메탈 조의 충분히 깊은 곳으로 삽입되어 질 수 있어 와이어 내의 성분과 조의 표면 반응을 피할 뿐 아니라 이로부터 발생하는 위험인: 조의 산화 및/또는 재-질소화, 리퀴드 메탈의 튀김, 연기의 발산, 코드 와이어에 부가제를 도입하는 공정의 매우 낮은 수율을 피할 수 있다.
이들 조기 문헌에 따르면, 화공 종이(pyrotechnic paper)의 지연된 연소는 리퀴드 메탈의 조성에 영향을 미치는 연소 잔사의 출현을 야기하지 않고 이것이 유동하는 조의 상태를 변화시키는 함유물을 발생시키지 않는다. 문헌 FR-2.821.626에 기술된 실시형테에서는, 리퀴드 메탈 조 내에 유해한 흔적을 남김이 없는 연소되는 화공 종이의 이 엔벨롭 위에, 이들이 코드 와이어 릴 상에 감겨지거나 또는 코드 와이어가 이 릴 상으로 부터 풀려질 때 입을 수 있는 손상으로부터 화공 종이를 보호하기 위해 금속제 보호가 적용된다.
본 출원인은 또한 문헌 FR-2.821.626 또는 FR-2.810.919에 기술된 코드 와이어가 나선으로 감겨진 종이 밴드가 벗겨진 코드 와이어의 것에 비해 월등한 수율을 항상 주지 않는다는 것에 의아해 했다.
본 출원인은 이 기술적 문제를 리퀴드 메탈 조 내에서 존재하는 시간이 종래의 와이어에 비해 증가되어 리퀴드 메탈 조 내의 소정의 깊이까지 도달할 수 있는 코드 와이어를 제공함에 의해 해결하였다.
특히, 본 출원인은 복잡하고 긴 시험을 한 후 다음의 것을 발견하였다:
1) 코드 와이어를 리퀴드 메탈 조에 도입하기 전에, 문헌 FR-2.821.626 및 FR-2.810.919에 기술된 감겨진 종이의 완전 연소를 회피하는 것이 중요하다는 것,
2) 이 연소를 회피하기 위한 수단,
3) Fr-2.821.626 또는 Fr-2.810.919에 무엇이 지시되었는지에 반해, 종이는 필수적으로 화공, 또는 점화에 대해 증가된 내성의 것이 아니기 때문에, 그리고 종이는 리퀴드 메탈 조에서 타지 않지만, 열분해 되어 그의 열역학적 특성이 동시에 이용자에게 알려지지 않고, 그리고 이 열분해는 다음에 상세히 기술된 어떤 수단을 사용하지 않으면 달성될 수 없기 때문에, 코드 와이어의 잔존 시간의 증가는 종이의 연소가 코드 와이어가 리퀴드 메탈 조에 도입되기 전에 일어나지 않을 때 공고해진다는 것.
본 출원인은 따라서 리퀴드 메탈 조 내에 코드 와이어의 잔존 시간을 증가하기 위한 저렴하고 신뢰할 만한 수단을 밝혀냈으며, 여기서 이들 수단은 코드 와이어에 대해 이전에 기술된 모든 구조에 적용될 수 있으며, 이미 공지된 다양한 타입의 코드 와이어의 개개의 이점 이상의 양호한 기술적 효과를 발휘한다.
본 발명은 따라서, 그의 제일 측면에 따르면, 적어도 하나의 써멀 배리어(thermal barrier) 층으로 구성된 코드 와이어에 관한 것으로, 상기 층은 리퀴드 스틸과 같은 금속 조와 접촉으로 열분해 되는 물질로 만들어진다.
다양한 방법의 실시형태에 따르면, 이 코드 와이어는 다음과 같은 특성을 조합하여 포함한다:
- 이 코드 와이어는 외부 써멀 배리어 층을 포함하고, 이것은 금속제 라이너를 싸고, 여기서 상기 외부 써멀 배리어 층은 리퀴드 메탈 조와 접촉으로 열분해 되는 물질로 만들어진다;
- 열분해 물질은 Kraft 종이, 알루미늄 처리 종이, 또는 적어도 하나의 Kraft 종이의 스트립으로 구성되고 적어도 하나의 알루미늄 처리 종이의 층을 가질 수 있는 다층 종이임;
- 열분해 물질은 얇은 금속제 시트로 커버된 것임;
- 얇은 금속제 시트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조됨;
- 열분해 물질은 열분해 전에 0.15 내지 4 W/m.K의 사이에 포함되는 열 전도성을 가짐;
- 열분해 물질은 500℃ 정도에서 열 분해를 시작하는 온도를 가짐;
- 열분해 물질은 휘발의 높은 잠재열, 특히 2 MJ/kg 이상의 물 또는 화학적 물질로 혼합될 수 있음;
- 열분해 물질은 축축한 종이의 층으로 구성될 수 있음;
- 열분해 물질은 코드 와이어의 내면에 금속제 라이너에 대해 점착함에 의해 고정됨;
- 열분해 물질은 코드 와이어의 내면에 금속제 라이너와 외부 금속제 인클로져 사이에 위치됨;
- 외부 금속제 인클로져는 솔기 밴드 내의 사이에 위치된 열분해 물질로 봉합되어, 솔기 밴드 내의 모든 직접적인 금속/금속 간의 접촉이 방지됨;
- 내부 금속제 라이너는 0.2 내지 0.6 mm 사이의 직경의 두께를 가지고, 여기서 외부 금속제 인클로져는 0.2 내지 0.6 mm 사이의 직경의 두께를 가짐;
- 열분해 물질은 0.1 내지 0.8 mm 사이의 두께를 가지는 단일 또는 다층의 Kraft 종이임;
- 코드 와이어는 Ca, Bi, Nb, Mg, CaSi, C, Mn, Si, Cr, Ti, B, S, Se, Te, Pb, CaC2, Na2CO3, CaCO3, CaO, MgO, 희토류로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하여, 분말의 형태, 컴팩트한 입자, 또는 수지 또는 금속 조 내에서 지연된 반응으로부터 이점을 가질 수 있는 기타 화학적 물질에 침지된 입자임.
본 발명의 다른 목적과 이점은 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실현화 및 과정의 바람직한 실시형태에 대해 이하에서 보다 자세히 설명하는 것에 의해 보다 명확하게 될 것이다:
- 도 1은 리퀴드 스틸 조 내에 코드 와이어의 사입 원리를 나타내는 사시도이고;
- 도 2 내지 12는 수치상의 시뮬레이션으로부터 얻어진 시간에 대한 온도 곡선이고;
- 도 13 내지 21은 시간에 대한 온도 곡선으로 본 출원인에 의해 직접 시험된 프로그램의 결과이다.
리퀴드 스틸의 레이들 내에 코드 와이어의 사입 원리를 나타내는 사시도인 도 1을 참고로 한다.
코드 와이어 (1)은 본 출원인에 의한 문헌 FR-2.703.334에 기재된 바와 같이 케이지로부터 제거되어 인젝터 (4) 내로 도입된다.
이 인젝터 (4)는 와이어를 가이드 튜브 (5) 내로 공급하고, 코드 와이어는 레이들 (7) 내에 포함된 리퀴드 메탈 조 (6)의 표면 위 1.00 내지 1.40 미터 정도의 높이에서 가이드 튜브 (5)를 빠져 나간다.
따라서, 코드 와이어 (1)은 다음과 같은 열적으로 매우 다른 세 가지의 환경에 위치된다:
- 첫 번째 환경은 코드 와이어가 가이드 튜브 내부에 있는 것이다;
- 두 번째 환경은 코드 와이어가 주위의 대기와 직접 접촉하여 위치되는 리퀴드 스틸 조 위에 있는 것이다;
- 세 번째 환경은 코드 와이어가 그 자체로 스틸 또는 리퀴드 메탈 조인 것이다;
설치된 코드 와이어로 수행되는 시험의 수를 한정하기 위해, 이들 세 조건하에 코드 와이어를 열적으로 시뮬레이트하기 위한 모델이 고안되었다.
이 모델을 위해, 평평하고 불투명이며 회색 사이에 삼-차원의 방사 변화와 확산 표면이 형상 및 이동 인자를 계산함에 의해 모의실험되었다.
형상 인자는 평탄 유동 방법에 의해 계산되었으며, 이동 인자는 확산하는 다중-방사를 고려하여 코팅 방법에 의해 계산되었다.
가이드 튜브 내부에서는, 수용된 플럭스가 1에 상당하는 형상 인자로 코드 와이어를 감싸는 가이드 튜브의 밖으로 방사되어 지는 것으로 간주된다.
코드 와이어가 가이드 튜브 (5)에서 빠져 나온 후 리퀴드 메탈 조 (6)에 사입되기 전에 자유로운 이동을 위해, 플럭스는 리퀴드 메탈 조 (6) 및 레이들 (7)의 벽으로부터 발산하는 방사에 의해 되는 것으로 고려될 수 있다.
리퀴드 메탈 조 (6) 내부에서는, 이동은 표면 온도가 부가되는 곳에서 50,000 W/m2K 정도의 변화 계수를 갖는 전도에 의해 되는 것으로 여겨진다.
코드 와이어의 외부 표면의 전체 방사율은 0.8에 상당하는 것으로 여겨지고, 가이드 튜브는 1에 상당한 것으로 여겨지고 반면 조는 0.8에 상당한 것으로 여겨진다.
스테판-볼쯔만 법(Stefan-Boltzmann Law)에 쫓아 변화된 방사하는 열적 플럭스는 다음의 형태로 나타난다:
Φ = εx F x σx (T4 1 - T4 2)
여기서,
Φ는 W/m2로 두 표면 사이의 변화된 열적 플럭스이고,
ε은 두 표면의 방사율을 고려한 계수이고,
F는 각각에 대해 두 표면의 표면, 형상 및 방향을 고려한 형상 인자이고,
σ는 스테판-볼쯔만 상수로, 5.67 x 10-8 W/m2K에 상당하고,
(T1 및 T2는 절대온도로 두 표면의 켈빈 상수로, T1이 T2보다 크다.
도 2는 리퀴드 메탈 조 상에서의 거리에 따라 코드 와이어와 리퀴드 메탈 조 사이의 이동인자의 변화를 나타내는 것으로(εx F) 여기서 가로 좌표 축 상의 제로 값은 리퀴드 메탈 조의 표면에 대응한다.
코드 와이어는 세 동심의 실린더형의 층, 즉 스틸로 라이닝된 칼슘 코어로 구성되는데, 여기서 이 스틸 라이너는 종이로 덮혀진다.
수치상의 모의 실험에 대해, 칼슘 코어의 직경은 7.8 mm이고, 스틸 라이너의 두께는 0.6 mm인 반면 종이의 두께는 다른 값, 예를 들어 적층된 8층의 종이에 대해 0.6 mm로 설정될 수 있다.
모의 실험을 위해, 코드 와이어는 그 자체가 종이와 접촉하여 종이에 의해 싸여진 스틸 라이너와 접촉하여 이에 의해 싸여진 고체 칼슘 코어로 형상화된다고 여겨진다.
가이드 튜브 (5)는 다음과 같이 시간 t1 동안 코드 와이어에 에너지를 부여하는 일정한 온도의 중공 스틸 실린더에 의해 표현된다:
t1 = L1/v
여기서, L1 은 가이드 튜브 (5)의 길이이고,
v는 튜브 (5) 내를 통과하는 코드 와이어의 속도이다.
리퀴드 메탈 조 및 레이들 (7)의 벽은 와이어가 조 (6) 위에 또는 리퀴드 메탈 조 (6) 내에 위치됨에 따라 코드 와이어를 향한 방사 및 대류로 1600°에 상당하는 온도에 의해 다수의 모델로 나타난다.
열 교환은 코드 와이어가 리퀴드 메탈 조 (6) 내로 사입되는 온도 T2로 시작하는 매우 높은 교환 계수(50,000 W/m2K)를 갖는 대류에 의한다.
T2는 다음과 같이 계산된다:
T2 = L1+ L2 /v
여기서, L2는 가이드 튜브 (5)의 최저부와 리퀴드 메탈 조 (6)의 표면 사이의 거리이다.
코드 와이어의 공급율(속도)는 2 m/s에 상당하고, 여기서 코드 와이어의 초기 온도는 50℃이다.
가이드 튜브 (5)를 나와 리퀴드 메탈 조 내로 사입되기 전의 코드 와이어의 자유 이동은 1.4 m에 상당하는 길이의 것으로 여겨진다..
계산에 의하면, 와이어는 칼슘 코어의 표면이 1400℃ 보다 온도가 높을 때 파손되는 것으로 여겨진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이 모델은 열적 보호가 없는 코드 와이어를 참고로, 칼슘 코어의 표면 온도가 자유로운 이동 간에 단지 70℃ 증가하고, 이것은 2 m/s의 속도로 리퀴드 메탈 조 내에 단지 30 cm의 이동 후인 0.15초 내에 1400℃의 임계치에 도달한다는 것을 나타낸다.
스틸 라이너와 칼슘 코어 사이의 온도 기울기는 계산에 의하면 65℃를 초과하지 않는다.
따라서, 칼슘 코어의 표면 온도가 1400℃로 될 때, 스틸 라이너의 외부 표면의 온도는 1465℃로 되어, 스틸 라이너는 코드 와이어가 파괴되기 전에 녹지 않으며, 여기서 스틸 라이너의 용융의 잠재열이 이 수치상의 가상 실험에 고려되지 않았다.
도 4는 코드 와이어의 칼슘 코어의 표면의 온도 변화의 네 가지 곡선을 시간 에 대해 나타냈으며, 여기서 이들 네 곡선의 각각은 보호 종이의 다른 두께에 상당하는 것으로, 즉:
4a 곡선은 0.025 mm,
4b 곡선은 0.05 mm
4c 곡선은 0.1 mm
4d 곡선은 0.6 mm이다.
수치상의 모의 실험에 의해 도 3 및 4의 비교는 스틸 라이너를 둘러싸는 종이의 보호 효과를 나타내고, 여기서 이 종이의 보호 효과는 종이의 두께가 증가함에 따라 증가한다.
도 4에 도시된 곡선은 종이 층이 연소하지 않고 고스란히 잔존하는 것을 고려함에 의해 얻어진다.
이 가설에 따르면, 0.025 mm 두께의 절연이 코드 와이어가 리퀴드 메탈 조의 바닥에 도달할 때까지 이것을 보호하는데 충분하다. 그러나, 종이의 연소 온도는 550℃ 근처이다는 것을 명심하여야 한다.
자유 이동 간에 종이의 표면의 온도 증가의 연구가 사실 압도적인 방사에 대한 대류의 효과를 무시하고 수행되었다.
도 5는 코드 와이어의 자유 이동의 일 초 동안에 종이의 전도성의 작용으로 종이의 표면 온도의 전개를 보여 주는데, 여기서 종이의 두께는 0.6 mm이고 코드 와이어의 풀림 속도는 2 m/s이다.
곡선 5a는 0.1 W/K.m의 전도성을 가지고, 5b는 0.15 W/K.m의 전도성을 가지 고, 5c는 0.2 W/K.m의 전도성을 가지는 것에 해당한다.
도 5는 종이의 연소가 있을 수 있고, 코드 와이어의 자유 이동 간에 종이의 파괴가 배제되어 지지 않은 것을 보여 준다.
도 6은 2 m/s의 코드 와이어의 주입 속도로 0.15 W/K.m의 종이의 열 전도성에 대해 종이 표면 온도의 변화를 보여주고, 여기서 곡선 6a에서의 종이 두께는 0.6 mm이고 6b는 0.2 mm이고 6c는 0.1 mm이다.
도 6은 종이의 두께를 감소함에 의해 이 종이의 표면 온도가 낮아지고 따라서 리퀴드 메탈 조 상에서 코드 와이어이 자유 이동 간에 연소의 위험이 있다는 것을 제시한다.
경험있는 숙련가라면 알 수 있는 것과 같이, 스틸과 같은 리퀴드 메탈 조의 표면은 열적 스크린을 형성하는 슬래그의 층으로 덮혀지고, 도 7은 코드 와이어를 덮는 종이의 온도가 방사원의 온도에서의 다양한 변화에 의해 광범위하게 영향을 받는 것을 나타낸다.
곡선 7a, 7b, 7c 및 7d는 각각 1500, 1400, 1300 및 1200℃의 방사 표면의 온도에 대응하는 것이다.
도 7에 도시된 가상 실험을 위해, 코드 와이어의 주입 속도는 2 m/s로 되고, 종이의 열 전도성은 0.15 W/K.m이다.
실험적 시험을 통해 확인된 수치상의 모의 실험을 통해, 출원인은 문헌 Fr-2.810.919에 기술된 것과 같이 구조의 구현 동안에 얻어진 결과의 다양성은 리퀴드 메탈 조 위에서 코드 와이어의 자유로운 이동 간에 종이가 연소되는 결과를 가져오고, 그 리고, 그 후에 종이는 리퀴드 스틸 조에 들어가면, 코드 와이어 상의 열적 보호의 효과를 더 이상 가지지 않는다는 가설을 확립할 수 있었다.
본 출원인은 다음의 부가적인 가설을 확립하였다: 종이는 열분해되고, 리퀴드 스틸 조 내에서 타지 않는다.
그런 다음 본 출원인은 종이가 온도에 의존하여 다음 두 가지의 다른 열적 전도성을 갖는 바디가 되는 것을 고려함에 의해 수치상의 가상 실험을 했다:
- 제일 전도성으로 원래 종이의 것(0.15 W/K.m)으로, 여기서 이 제일 전도성은 종이가 열분해의 시작 시 500℃ 정도의 온도에 도달할 때까지 유지됨;
- 열분해된 종이의 온도가 열분해가 완료되는 것으로 여겨지는 온도인 600℃일 때 도달되는 것으로 여겨지는 제이 전도성(300W/K.m).
500 내지 600℃ 사이에서, 0.15 W/K.m에서부터 300 W/K.m 까지의 전도성의 변화가 선형인 것으로 여겨진다.
도 8은 코드 와이어에 포함된 칼슘의 표면 온도에 대한 수치상의 모의 실험의 결과로, 여기서 종이는 그것이 열분해 한 직 후, 리퀴드 메탈 조에 용해되어 지는 것으로 추정된다.
곡선 8a는 보호층이 없는 종래의 코드 와이어에 대응하는 것이고,
곡선 8b는 0.6 mm 두께의 보호층이 제공된 코드 와이어에 대응하는 것이고,
곡선 8c는 1.2 mm 두께의 보호층이 제공된 코드 와이어에 대응하는 것이다.
도 8는 종이가 그의 열분해 후 제거되면, 이것이 스틸 조의 바닥에 도달하기에 충분하게 코드 와이어를 보호하는 것이 가능하지 않다는 것을 제시한다. 이것은 만일 종이의 두께가 두 배로 되더라도 마찬가지다.
산업적인 규모로 실험을 하는 중에 본 출원인은 때로는 코드 와이어가 보호 종이로 커버될 때, 코드 와이어가 조의 바닥에 도달한다는 결과를 얻었다. 따라서, 종이는 리퀴드 스틸 조 내에서 일어나는 열분해 후에 없어지지 않을 것이다.
크라프트(Kraft) 종이의 열분해는, 약 600℃의 온도에 도달되어 지고, 종이의 열 전도성의 측정이 열 분해 전 후에 수행될 때까지, 산소의 부재하에, 종이 시트의 온도 증가에 의해 수행된다. 이 연구로부터 종이의 열 전도성이 그 열분해 후 거의 변화가 없다는 것이 명백하다.
따라서 본 출원인은 수치상의 모의 실험을 다시 수행하였으며, 이때 도 8에 상응하는 가설과 반대로, 종이는 열분해 후 없어지지 않고, 여기서 열분해 후 종이의 전도성은 각각 곡선 9a, 9b, 9c, 9d에 대해 0.15, 1, 2, 4 W/K.m인 것으로 여겨지는 것을 고려했다. 이 가상실험은 이후에서 알 수 있는 바와 같이 실험 결과를 보다 잘 반영한다.
코드 와이어의 스틸 라이닝을 감싸는 종이의 모든 연소를 회피하기 위해, 본 출원인은 이 종이를 축축하게 함으로 또는 알루미늄으로 코팅함에 의해 방사를 흡수하거나 또는 반사하는 것을 생각했다.
도 10은 시간에 대해 종이 표면의 온도의 변화에 대해 수치상의 모의 실험의 결과를 보여주는 것으로, 여기서 곡선 10a, 10b, 10c 및 10d는 각각 0%, 59%, 89% 및 18%의 수분에 대응하는 것이다.
도 10에 도시된 모의 실험에서는, 코드 와이어의 주입 속도는 2 m/s이고, 여 기서 종이의 열적 전도성은 0.15 W/K.m이다.
도 11은 코드 와이어의 스틸 라이닝을 감싸는 종이 상에 코팅으로서 알루미늄의 매우 얇은 층을 부가함으로 수행된 방사 계산의 결과를 보여준다.
도 11은 방사 이동 인자가 그 방사율이 0.8인 종이의 것에 비해 감소된다는 것을 나타낸다.
도 12는 알루미늄 코팅을 하거나 하지 않은 종이의 표면 온도에 있어서의 시간에 따른 변화를 비교할 수 있게 하는데, 여기서 코드 와이어의 주입 속도는 2 m/s로 되고 종이의 열 전도성은 0.15 W/K.m이다.
이 수치상의 모의 실험에 따르면, 코드 와이어의 자유로운 이동 간에 종이의 표면 온도는 매우 적게 증가하여, 알루미늄이 코드 와이어 상의 종이에 대한 매우 효과적인 열적 보호를 공고히 한다는 것을 나타낸다.
상기에 제시된 모의 실험을 하는 동안 공식화된 가설을 검증하기 위해, 설비화된 코드 와이어의 도움으로 본 출원인에 의한 실험이 수행되었다.
설비화된 코드 와이어는 다음 세가지 단계로 조립되었다:
- 코드 와이어 소거;
- 솔기로부터 180도에, 코드 와이어의 내부 스틸 라이닝과 접촉하여 열전쌍을 위치시킴;
- 분말로 코드 와이어 충진.
전기적 연결 및 열전쌍 플러그-인 와이어는 스틸 튜브에 의해 보호된다.
코드 와이어는 주조소 리퀴드 스틸 레이들 내부로 도입되고, 그리고 나서 소정의 시간 후 제거된다.
조는 리퀴드 스틸 조의 표면 위를 불활성 대기 상태로 하는 아르곤으로 연속적으로 교반되어, 코드 와이어 상의 종이의 우발적인 연소 위험을 제한한다.
도 13 내지 21에서, 점 1은 리퀴드 스틸 내에 코드 와이어의 도입에 대응하는 것이다.
먼저, 비교 시험은 종이로 커버되지 않은 코드 와이어로 수행되었으며, 여기서 시간에 대해 비교 코드 와이어 내부의 온도 변화는 도 13에 도시된다.
도 13에서 점 D에서의 온도 하강은 열전쌍의 파손과 연관된다.
도 14는 비교 와이어 (비교 14a)와 칼슘 코어와 스틸 라이닝 사이에 크라프트 종이의 층을 포함하는 코드 와이어(비교 14b)로 얻어진 결과를 비교한다.
도 14는 코드 와이어의 내부에 크라프트 종이를 적용하여 온도의 증가가 0.4초 지연되고 파괴 전의 전체 시간이 0.7초 지연되는 효과를 입증한다.
도 15는 비교 와이어 (곡선 15a)와 크라프트 종이의 두 가지 외부 층을 갖는 설비화된 와이어(곡선 15b, 15c)로 얻어진 결과를 비교한다. 얻어진 온도 상승의 지연은 0.8초이고; 그리고 1.2초는 코드 와이어를 레이들의 바닥에 도달하게 한다.
곡선 15b 및 15c의 온도에서의 급격한 증가는 코드 와이어의 스틸 라이닝이 리퀴드 스틸 조와 직접 접촉하기 때문에 크라프트 종이가 완전하게 분해되는 순간에 상응한다.
도 16은 비교 와이어 (곡선 16a)와 크라프트 종이의 두 층 및 알루미늄화된 종이의 두 층으로 보호된 코드 와이어(두 곡선 16b 및 16c)로 얻어진 결과를 비교 한다. 도 16에서의 곡선은 두 층의 크라프트 종이와 두 층의 알루미늄화된 종이의 존재는 종래의 비교 와이어에 비해 약 1초의 온도 증가를 늦춘다는 것을 보여준다.
도 17은 비교 와이어 (곡선 17a)로부터의 값에 비하여 세 층의 크라프트 종이와 두 층의 알루미늄화된 종이로 보호된 두 샘플(곡선 17b 및 17c)로 얻어진 결과를 보여준다.
도 18은 비교 와이어 (곡선 18a)와 비교하여 육 층의 크라프트 종이와 두 층의 알루미늄화된 종이로 보호된 두 샘플(곡선 18b 및 18c)로 얻어진 결과를 보여준다. 여기서 온도의 증가는 1.2초 이상 늦어진다.
도 19에서 곡선 19b는 네 층의 크라프트 종이로 보호된 코드 와이어에 대해 얻어진 결과를 보여주고, 비교 와이어인 곡선 19a에 비해 0.6초의 온도 증가에서의 지연을 나타낸다.
도 20에서 곡선 20b는 8 층의 크라프트 종이와 알루미늄 층으로 보호된 코드 와이어에 대해 얻어진 결과를 보여준다. 비교 와이어인 곡선 20a에 비해 0.8초의 온도 증가에서의 지연을 나타낸다.
곡선 20c는 코드 와이어가 수평으로 슬래그에 침지되고 용융 스틸을 관통하지 않는 것에 대응하는 것으로, 여기서 이 시험은 간접적으로 1200℃인 슬래그 온도를 제공한다.
도 21에서의 곡선 21b 및 c는 두 층의 알루미늄 종이로 보호된 코드 와이어에 대해 얻어진 결과를 보여준다. 비교 와이어인 곡선 21a에 비해 0.7초의 온도 증가에서의 지연을 나타낸다. 이들 결과는 도 18의 것과 비교되기 위한 것이다.
도 2 내지 12를 참고로 상기에 나타난 수치상의 그리고 실험상의 결과는 코드 와이어 감싸는 종이 층이 종래의 코드 와이어에 비해 0.6 내지 1.6초 사이에서 코드 와이어의 보호를 가능하게 하는 열적 절연체를 형성한다는 것을 확인한다.
본 출원인은 이 보호 층이 리퀴드 메탈 조 내에서 종이의 열분해에 의해 얻어지고, 여기서 종이는 모든 연소, 현저하기로는 리퀴드 메탈 조 상에서 자유 이동 간에 반드시 보호되어야한다는 것을 발견하였다.
연소의 위험은 리퀴드 메탈 레이들 상에 아르곤의 주입에 의해 또는 종이를 물에 침지함에 의해 또는 금속제 스트립으로 종이를 커버함에 의해 감소되어 질 수 있다.
본 출원인에 의한 문헌 FR-2.810.919은 분말화 또는 입자 부가제를 포함하는 스틸 라이너와 외부 스틸 엔벨롭 사이에 열적으로 절연인 종이의 배치를 기술한다.
외부 스틸 라이너는 코드 와이어가 조작되고 와이어 공급 과정 중에 받을 수 있는 손상으로부터 종이를 보호하기 위한 것이다.
본 출원인은 문헌 FR-2.810.919에 기술된 것과 같은 이들 "융합" 와이어는, 종이가 코드 와이어의 외측 스틸 셀로부터 내측 스틸 셀의 완전한 단열을 제공하고 따라서 리퀴드 메탈 조에서 열분해되는 것을 가능하게 하지 않으면, 얻어진 온도 증가에서의 유의성 있는 지연을 얻는 것이 불가능하다는 것을 발견하였다.
실험 과정은 Armines, Centre d'Energetique, Ecole des Mines de Paris의 협조로 수행되었다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 써멀 배리어(thermal barrier) 층을 포함하고, 상기 써멀 배리어 층은 리퀴드 스틸과 같은 금속 조와 접촉에 의해 열분해되는 물질로 제조되고,
    상기 열분해되는 물질은 열 분해 전에 0.15 내지 4 W/m.K 사이인 열전도성을 가지고,
    상기 열분해되는 물질은 물 또는 휘발의 잠재열로 2 MJ/kg 이상의 잠재열을 갖는 다른 화합물에 적셔짐을 특징으로 하는 코드 와이어.
  2. 제 1항에 있어서, 금속제 라이너를 감싸는 외부 써멀 배리어 층을 포함하고, 상기 외부 써멀 배리어 층은 리퀴드 메탈 조와 접촉에 의해 열분해되는 물질로 제조된 것임을 특징으로 하는 코드 와이어.
  3. 제 2항에 있어서, 열분해 물질은 크라프트 종이, 알루미늄화된 종이 또는 적어도 하나의 크라프트 종이의 스트립 및 적어도 하나의 알루미늄화된 종이의 층을 포함하는 다층임을 특징으로 하는 코드 와이어.
  4. 제 3항에 있어서, 열분해 물질은 얇은 금속제 시트로 커버됨을 특징으로 하는 코드 와이어.
  5. 제 4항에 있어서, 얇은 금속제 시트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 것임을 특징으로 하는 코드 와이어.
  6. 삭제
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 물질은 열 분해전에 0.025 mm 내지 0.8 mm 사이인 방사상(radial) 두께를 가짐을 특징으로 하는 코드 와이어.
  8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 물질은 500℃ 정도에서 열분해 시작 온도를 가짐을 특징으로 하는 코드 와이어.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서, 열분해 물질은 축축한 종이의 층을 포함함을 특징으로 하는 코드 와이어.
  11. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 물질은 코드 와이어 내면 금속제 라이너에 아교접합에 의해 고정됨을 특징으로 하는 코드 와이어.
  12. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 열분해 물질은 외부 금속제 인클로져와 와이어 내면의 금속제 층 사이에 위치됨을 특징으로 하는 코드 와이어.
  13. 제 12항에 있어서, 외부 금속제 인클로져는 이음매로 이어지고, 열분해 물질은 이음매에 의해 이어진(솔기된) 스트립의 내면 중간에 위치되어 솔기 밴드 내면에서 모든 직접적인 금속/금속 접촉을 방지함을 특징으로 하는 코드 와이어.
  14. 제 12항에 있어서, 내부의 금속제 라이너는 0.2 내지 0.6 mm의 방사상(radial) 두께를 가지고, 외부 금속제 인클로져는 0.2 내지 0.6 mm의 방사상 두께를 가짐을 특징으로 하는 코드 와이어.
  15. 제 14항에 있어서, 열분해 물질은 0.1 내지 0.8 mm의 두께는 갖는 단일 또는 다층의 크라프트 종이임을 특징으로 하는 코드 와이어.
  16. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코드 와이어는 Ca, Bi, Nb, Mg, CaSi, C, Mn, Si, Cr, Ti, B, S, Se, Te, Pb, CaC2, Na2CO3, CaCO3, CaO, MgO, 희토류로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질로, 수지(resin)에 삽입되어 지거나 또는 조밀하게 채워진, 분말 또는 입자로 구성된 것임을 특징으로 하는 코드 와이어.
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