KR101179681B1 - 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치 - Google Patents

Abstract

알루미늄 농도 측정을 위해 추출된 시료에서 드로스를 필터링함으로써, 보다 정확한 측정이 가능한 시료를 얻을 수 있도록, 본체와, 본체 내부에 설치되고 도금욕에서 채취된 시료가 담기는 도가니와, 도가니 저부에 연결 설치되어 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부, 필터부 하단에 연결되어 필터부를 거친 시료가 모아지는 샘플홀더를 포함하는 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치를 제공한다.

Description

도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치{DEVICE FOR OBTAINING SAMPLE FOR MEASURING ALUMINUM CONCENTRATION IN MOLTEN ZINC POT}

본 발명은 도금욕 내에서 알루미늄 농도 측정을 위한 시료를 추출하는 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 보다 정확한 알루미늄 농도 측정이 가능하도록 드로스를 제거하여 시료를 추출할 수 있도록 된 시료 추출 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 용융아연 도금공정에서 강판을 도금욕 내에 수용된 용융아연 속으로 통과시키면, 강판의 표면에 부착되어 있는 미세한 철분이 도금욕 내 알루미늄과 반응하여, 수초 내로 강판의 표면과 융용아연 사이에 계면 억제층(Inhibition Layer)이 형성된다. 생성된 계면 억제층은 합금화(Galvannealing) 과정을 거치면서 파열되고, 억제층의 두께에 따라 아연-철 합금화 정도가 결정된다.

이러한 도금공정에서 도금욕 내 알루미늄과 반응하지 못한 잉여 철분은 용융아연과 반응하여 용융아연보다 무거운 화합물을 형성하여 도금욕 바닥에 침전되거나 도금욕 내에 부유하게 된다. 이와같이 도금욕 내에 침전되거나 부유되는 아연-철-알루미늄으로 구성된 금속간화합물을 드로스(dross)라 한다.

도금욕 내에 형성되는 드로스(dross)의 화학성분 및 발생량을 제어할 수 있도록 도금욕 내 용해되어 있는 알루미늄 농도를 적정한 수준으로 조절하는 것이 아연도금강판의 우수한 표면품질을 확보하는 데 매우 중요하다. 이에 아연도금욕 중의 알루미늄 농도를 정확히 파악할 필요가 있는데, 종래에는 도금욕 내 알루미늄 성분 측정을 위한 샘플 채취시 도금욕 내의 드로스가 샘플에 포함되는 현상이 발생된다. 따라서 채취된 샘플을 습식분석하게 되면 드로스에 의해 도금욕 내 용해되어 있는 실제 알루미늄 농도보다 더 높은 값이 측정된다. 이에 종래의 방식으로 채취된 샘플을 통해서는 강판과의 반응에 직접 참여하는 도금욕 내의 알루미늄 농도를 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 알루미늄 농도 측정을 위해 추출된 시료에서 드로스를 필터링함으로써, 보다 정확한 측정이 가능한 시료를 얻을 수 있도록 된 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치를 제공한다.

이를 위해 본 장치는 본체와, 본체 내부에 설치되고 도금욕에서 채취된 시료가 담기는 도가니와, 도가니 저부에 연결 설치되어 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부, 필터부 하단에 연결되어 필터부를 거친 시료가 모아지는 샘플홀더를 포함할 수 있다.

본 장치는 필터부로 흘러내리는 시료를 용융 온도로 가열하기 위한 가열부를 더 포함한다.

시료를 용융 온도로 가열하기 위한 가열부를 더 포함할 수 있다.

본 장치는 상기 본체 상단에 설치되어 도가니를 개폐하는 덮개와, 덮개를 고정하기 위한 클램핑부를 더 포함할 수 있다.

본 장치는 상기 도가니에 연결되어 필터부를 기준으로 도가니 쪽의 압력을 상대적으로 높이기 위한 가압부를 더 포함할 수 있다.

본 필터부는 도가니 하단에 설치되어 도가니 하단과 연통되는 함체와, 함체에 설치되어 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부재를 포함할 수 있다.

본 필터부재는 미세 기공을 포함하는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.

본 필터부재의 미세 기공은 16 ~ 40㎛의 크기로 형성될 수 있다.

본 필터부재는 알루미나(산화알루미늄), 실리카(규산무수물), 탄화규소, 지르코니아(산화지르코늄)에서 선택되는 어느 하나 이상의 세라믹 가루로 성형될 수 있다.

본 도가니는 흑연 재질로 이루어질 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 장치에 의하면, 드로스를 제거하여 실제 강판과의 반응에 참여하는 유효 알루미늄 만을 포함하는 시료를 얻을 수 있게 되어, 보다 정확한 알루미늄 농도 측정이 가능하다.

또한, 보다 정확한 측정이 가능한 시료를 통해 도금용 내 알루미늄 농도와 도금물성과의 관계를 명확히 규명할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치의 내부 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치의 필터부와 샘플홀더 구성을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다.

도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 시료 추출 장치와 그 내부 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 장치(100)는 프레임 구조물(10) 상에 설치되는 본체(20)와, 상기 본체(20) 내부에 설치되고 도금욕에서 채취된 시료가 담기는 도가니(30), 상기 도가니(30) 저부에 연결 설치되어 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부(40), 상기 필터부(40) 하단에 연결되어 필터부(40)를 거친 시료가 모아지는 샘플홀더(50)를 포함한다.

상기 본체(20)는 실린더 형태의 구조물로, 내부 구성부를 지지하며 본 장치의 외형을 이룬다. 본체(20) 내부에는 도가니(30)와 필터부(40) 및 샘플홀더(50)가 구비된다. 상기 본체(20)의 상단에는 덮개(22)가 개폐가능하게 설치되어 본체(20) 내부에 설치된 도가니(30)의 개방된 상단을 개폐한다. 이에 본체(20) 상단에 덮개(22)가 닫혀지면 본체(20)에 설치된 도가니(30)가 외부로부터 밀폐된다. 상기 도가니(30)의 상단과 상기 덮개(22) 사이에는 기밀 유지를 위한 실링용 오링(24)이 설치된다. 그리고 상기 본체(20)의 상단에는 덮개(22)를 본체(20) 상에 고정 또는 고정 해제시키기 위한 클램핑부(26)가 설치된다. 상기 클램핑부(26)는 본체 상단에 회동가능하게 결합되어 덮개(22)를 가압하는 고정부재(27)와, 고정부재에 설치되어 고정부재를 회동시키는 손잡이(28)를 포함한다.

이에 클램핑부(26)가 본체(20) 상단에 덮개(22)를 고정하게 되면 덮개(22)는 도가니(30) 상단을 차단하게 된다.

상기 도가니(30)는 본체(20) 내측 상부에 설치된다. 그리고 도가니(30)의 하단에 필터부(40) 및 샘플홀더(50)가 배치된다. 이에 도가니(30)에 담겨진 시료는 도가니(30) 하단으로 흘러내려, 필터부(40)를 거친 후 샘플홀더(50)에 모아진다.

본 실시예에서 상기 도가니(30)는 시료인 용융아연이 응고되었을 때 표면에 고착되지 않는 흑연(graphite) 재질로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(30)의 재질은 흑연에 한정되지 않으며 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

여기서, 본 실시예에 의하면 상기 필터부(40)는 필터부재(43)로 흘러내리는 시료를 용융 온도로 가열하기 위한 가열부를 더 포함한다.

상기 가열부는 상기 본체(20) 내에 설치되어 도가니(30)를 감싸며 설치되는 히팅부재(29)를 포함할 수 있다. 상기 히팅부재(29)는 실린더형태로, 도가니 하부로 연장되어 상기 도가니와 필터부 및 샘플홀더를 감싸게 된다. 상기 히팅부재는 열선이 코일 형태로 설치된 구조일 수 있으면, 내부를 가열할 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.

상기 히팅부재(29)는 시료를 도금욕과 같은 온도로 유지한다. 즉, 히팅부재(29)는 시료가 450 ~ 470℃의 온도를 유지할 수 있도록 시료 또는 시료가 배출되는 도가니(30) 하단을 가열하여, 필터부재(43)를 통과하는 시료인 용융아연이 응고되는 것을 방지하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 필터부(40)는 도가니(30) 하단에 위치하여 도가니(30) 하단과 연통되는 함체(41)와, 상기 함체(41)에 삽입 설치되는 필터홀더(42), 상기 필터홀더 중앙에 삽입 설치되어 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부재(43)를 포함한다. 상기 함체(41)의 상단에는 도가니(30) 하단과의 접면에 기밀 유지를 위한 오링(44)이 설치된다. 상기 함체(41)의 하부에는 상기 샘플홀더(50)를 장입 또는 인출될 수 있도록 개방구(46)가 형성된다. 이에 상기 개방구(46)를 통해 샘플홀더(50)를 필터홀더(42)의 하부에 위치시키거나 샘플홀더를 외부로 인출할 수 있게 된다. 상기 함체(41)는 필터부(40)와 샘플홀더(50)를 구비하며 본체(20)의 개방된 하단을 통해 착탈가능하게 결합되는 데, 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.

본 실시예에서 상기 필터부재(43)는 글래스 재질의 튜브(47) 내에 설치될 수 있다. 상기 튜브(47)는 용융 아연이 피터부재(43)를 거치지 않고 측면을 통해 빠져나가는 것을 방지한다. 상기 필터부재(43)는 미세 기공을 갖는 포러스(porous) 구조로 이루어진다. 상기 필터부재(43)는 미세 기공을 통해 드로스를 걸러내고 용융아연만을 통과시키게 된다. 이를 위해 상기 필터부재(43)는 용융아연의 녹는점(460℃)에서 충분히 견딜 수 있도록 제조된다. 또한, 상기 미세 기공은 16㎛ ~ 40㎛ 의 범위로 형성될 수 있다. 미세 기공의 크기가 16㎛ 이하인 경우 기공의 크기가 너무 작아 시료의 처리 속도가 너무 느려져 작업성이 저하되거나 된다. 미세 기공의 크기가 40㎛를 넘게 되면 드로스가 필터부(40)를 빠져나갈 수 있다.

본 실시예에서 상기 필터부(40)는 알루미나(산화알루미늄), 실리카(규산무수물), 탄화규소, 지르코니아(산화지르코늄)에서 선택되는 어느 하나 이상의 세라믹 가루로 성형될 수 있다. 본 필터부(40)는 상기 세라믹에 한정되지 않으며 용융아연 및 알루미늄과 화학적인 반응을 하지 않는 재질이면 모두 적용 가능하다.

상기 샘플홀더(50)는 함체(41)의 개방구(46)를 통해 하부에 위치하여 필터부재(43)가 설치된 필터홀더(42)의 바닥과 연결된다. 즉, 상기 함체(41)에 결합된 필터홀더(42) 바닥면에는 필터부재(43)를 거친 시료가 흘러나갈 수 있도록 배출홀(45)이 형성된다. 그리고 상기 샘플홀더(50)는 상단이 개방되고, 내부에는 필터부(40)를 거친 시료가 저장되도록 저장공간을 형성한다.

상기 함체(41)는 본체(20)의 하단을 통해 본체(20) 내부로 삽입되어 본체(20)와 결합되고, 도가니(30) 하단과 연통된다. 그리고 필요시 본체(20) 외측으로 이동시킴으로써 필터부재(43)를 거쳐 샘플홀더(50)에 모아진 알루미늄 농도 측정용 시료를 인출할 수 있게 된다.

이를 위해 상기 본체(20)가 설치된 프레임 구조물(10)의 하부에는 함체(41)가 놓여지는 지지대(60)와, 지지대를 승하강시키기 위한 승하강기구(62)가 구비된다.

따라서 승하강기구(62)가 승강 작동되면 지지대(60)가 상승하여 지지대에 놓여진 함체(41)를 본체(20)의 개방된 하단을 통해 본체(20) 내부로 장입시키게 된다. 함체(41)가 완전히 본체(20) 내부로 장입되면 함체(41) 상단은 오링(44)을 매개로 도가니(30) 하단과 기밀을 유지하면 밀착된다. 상기 승하강기구(62)가 하강 작동되면 지지대(60)가 하강되어 지지대에 놓여진 함체(41)가 본체(20)로부터 분리된다. 이에 샘플홀더(50)에 모아진 시료를 수거할 수 있게 된다.

상기 승하강기구(62)는 도시된 바와 같이, 복수개의 바를 링크 연결시키고 구동실린더에 의해 신축작동하는 구조일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.

여기서 본 장치는 상기 필터부(40)를 기준으로 도가니(30) 쪽의 압력을 상대적으로 높이기 위한 가압부를 더 포함한다.

이에 필터부(40)를 기준으로 도가니(30)쪽의 압력은 높고 상대적으로 샘플홀더(50)쪽의 압력은 낮아져, 도가니(30) 내의 시료가 필터부(40)를 원활하게 통과할 수 있게 된다.

상기 가압부는 덮개(22)에 형성되어 도가니(30)의 개방된 상단으로 연통되는 공급홀(72)과, 공급홀에 연결되어 도가니(30)로 가압용 에어를 공급하는 에어공급부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

이하, 본 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 장치를 통해 도금욕 내의 시료를 필터링함으로써, 시료에 존재하는 드로스를 제거하여 드로스가 없는 농도측정용 도금욕 시료를 얻을 수 있게 된다.

도금욕 내 샘플 용액을 도가니(30)에 장입하고, 덮개(22)를 닫아 내부를 밀폐한다. 도가니(30)에 담긴 시료는 도가니(30) 하단을 통해 필터부재(43)를 거치면서 필터링된다. 여기서 필터부재(43)를 기준으로 도가니(30) 쪽에는 가압부를 구동하여 공기를 공급함으로써 압력을 높인다. 이에 샘플홀더(50)에는 상대적으로 부압이 걸린다.. 필터부재(43)의 전후단의 압력 편차에 의해 도가니(30)에 담긴 시료가 필터부재(43)를 통과하게 된다. 또한, 상기 과정에서 함체(41)에 설치된 히팅부재(29)가 작동되어 필터부재(43)로 흘러내리는 시료를 가열하게 된다. 이에 시료 내의 용융아연이 응고되는 것을 방지할 수 있게 된다.

시료가 필터부재(43)를 통과하면서 시료에 포함되어 있는 드로스는 걸러지게 된다. 필터부재(43)를 거친 시료는 필터부재(43) 하부에 위치한 샘플홀더(50)에 수거된다.

이와 같이 샘플홀더(50)에 필터링되어 드로스가 제거된 시료가 수거되면 함체(41)를 본체(20)로부터 분리시켜 샘플홀더(50)에 수거된 시료를 인출하여 농도측정용 시료로 사용할 수 있다.

상기 샘플홀더(50)로부터 수거된 시료는 드로스가 제거된 상태로 이 시료를 통해 실제 강판과 반응하는 용해된 유효 알루미늄의 농도가 얼마나 되는지 정확히 측정할 수 있게 된다. 이를 통해 강판과 유효 알루미늄이 반응하여 생성되는 억제층의 두께를 간접적으로 예측할 수 있고, 그에 따른 아연과 철의 합금화 정도의 변화 및 도금물성을 예측할 수 있게 된다. 또한, 필터링된 시료와 필터링 되지 않은 종래의 시료의 알루미늄 및 철 농도 비교를 통해 도금욕 내의 드로스 양을 예측할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 프레임구조물 20 : 본체
22 : 덮개 29 : 히팅부재
30 : 도가니 40 : 필터부
41 : 함체 42 : 필터홀더
43 : 필터부재 45 : 배출홀
46 : 개방구 50 : 샘플홀더
60 : 지지대 62 : 승하강기구
72 : 개방홀

Claims (9)

1. 본체와, 상기 본체 내부에 설치되고 도금욕에서 채취된 시료가 담기는 도가니, 상기 도가니 저부에 설치되어 도가니와 연통되는 함체를 포함하여 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부, 상기 필터부 하단에 연결되어 필터부를 거친 시료가 모아지는 샘플홀더를 포함하고,
   상기 함체는 본체 하부에 착탈가능하게 결합되고, 상기 본체를 지지하는 프레임 구조물 하부에는 상기 함체가 놓여지는 지지대와, 지지대를 승하강시켜 함체를 본체에 착탈시키기 위한 승하강기구가 구비되어 함체를 본체로부터 분리시키도록 된 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터부는 상기 함체에 설치되는 필터홀더, 필터홀더에 설치되어 시료에서 드로스를 걸러내기 위한 필터부재를 포함하는 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 필터부는 시료를 용융 온도로 가열하기 위한 가열부를 더 포함하고, 상기 가열부는 상기 본체 내에 설치되어 도가니를 감싸며 설치되는 히팅부재를 포함하는 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 필터부재는 미세 기공이 형성된 세라믹 재질인 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 필터부재는 알루미나, 실리카, 탄화규소, 지르코니아에서 선택되는 어느 하나 이상의 세라믹 가루로 성형된 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 미세 기공은 16㎛ ~ 40㎛ 크기로 형성되는 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 도가니는 흑연 재질인 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
9. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 본체 상단에 개폐가능하게 설치되는 덮개에 형성되어 도가니의 개방된 상단으로 연통되는 공급홀을 통해 에어를 공급하여, 상기 필터부를 기준으로 도가니 쪽의 압력을 상대적으로 높이기 위한 가압부를 더 포함하는 도금욕 내 알루미늄 농도 측정용 시료 추출 장치.
   

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