KR101239511B1

KR101239511B1 - 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체 및 이를 이용한 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR101239511B1
Application number: KR1020100037375A
Authority: KR
Inventors: 탁영준; 서영종
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2013-03-18
Also published as: KR20110117886A

Abstract

본 발명은 몰드파우더의 용융속도 및 용융상태를 동시에 측정 또는 확인할 수 있고, 연속주조 작업 중에 몰드파우더 형상이 어떻게 변하는지 육안으로 확인할 수 있는 몰드파우더의 용융특성 측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체는 원통형으로 형성되며, 종방향으로 중앙을 관통하는 중앙홀과, 외측벽에서 상기 중앙홀로 관통된 측면홀이 구비되고, 상부 외주면으로부터 상기 중앙홀로 갈수록 하측으로 경사지게 형성된다.

Description

몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체 및 이를 이용한 측정장치 및 측정방법{Carbon heating element for measuring melting characteristics of mold powder and measurement apparatus and measurement method using the same}

본 발명은 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체 및 이를 이용한 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속주조 작업 중 몰드파우더가 응고쉘에 미치는 영향 등을 보다 정확하게 파악할 수 있는 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체 및 이를 이용한 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

몰드파우더는 연속주조 공정에서 몰드 내의 용강이 응고될 때 응고쉘과 몰드 동판이 융착되지 않으면서 주조작업을 할 수 있도록 하는 일종의 윤활작용을 한다.

이러한 몰드파우더는 가열 전에는 분말 형태이며, 연속주조 작업에서 몰드 내의 용강 표면에 투입이 되는데, 1500℃가 넘는 용강 표면에서 비교적 낮은 용융점으로 소결 상태를 거쳐 용융 상태로 몰드 동판과 응고쉘 사이에서 윤활작용을 하며, 용융점과 점도 등의 여러 가지 요인이 연속주조 작업에 큰 영향을 미치게 된다. 이에 의해 몰드파우더의 용융상태를 측정하여 연속주조 작업 시 응고쉘에 미치는 영향을 파악하여야 한다.

도 1은 일반적인 몰드파우더의 용융상태를 측정하는 방법을 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 몰드파우더(110)의 용융상태 측정을 위하여 카본와이어(140)를 준비하고, 연속주조 작업 중인 몰드(120)의 용강(130)에 직접 카본와이어(140)를 침적시켜 카본와이어(140)의 온도에 따른 변색정도를 측정하였다. 그리고, 카본와이어(140)의 온도에 따른 변색정도에 따라 몰드파우더(110)의 용융층(110c), 소결층(110b), 분말층(110a)을 짐작하는 방법으로 몰드파우더(110)의 용융상태를 알아내었다.

하지만, 상기와 같은 측정방법은 강종별로 몰드파우더의 종류가 달라지므로, 각종 몰드파우더를 실험하는데 시간상, 공간상 제약을 받을 수밖에 없다는 문제점이 있었다. 또한, 연속주조 작업 시에만 몰드파우더의 용융상태 측정이 가능하고, 몰드파우더가 용융되어 떨어지는 과정을 육안으로 관찰하거나 몰드파우더의 용융상태를 직접 확인할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 몰드파우더의 용융속도 및 용융상태를 동시에 측정 또는 확인할 수 있고, 연속주조 작업 중에 몰드파우더 형상이 어떻게 변하는지 육안으로 확인할 수 있는 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체 및 이를 이용한 측정장치 및 측정방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일측면에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체는 원통형으로 형성되며, 종방향으로 중앙을 관통하는 중앙홀과, 외측벽에서 상기 중앙홀로 관통된 측면홀이 구비되고, 상부 외주면으로부터 상기 중앙홀로 갈수록 하측으로 경사지게 형성된다.

그리고, 상기 측면홀 내측에 위치되는 폐쇄용 볼을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 측면홀은 측온센서 삽입용 홀일 수도 있고, 스토퍼 삽입용 홀일 수도 있다.

여기서, 상기 스토퍼는 상기 측면홀의 내경보다 더 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 몰드파우더 용융특성 측정장치는 외측에 가열부를 구비하며, 내화물로 형성된 유도로; 상기 유도로 내부에 삽입되는 카본발열체; 상기 카본발열체 상부에 설치되며, 상기 몰드파우더를 수용하는 시료홀더; 및 상기 카본발열체 하부에 설치되는 포집부;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 몰드파우더 용융특성 측정방법은 시료홀더에 몰드파우더를 구비하고, 상기 카본발열체의 측면홀에 폐쇄용 볼 및 측온센서를 위치시키는 단계; 유도로에 전원을 인가하여 상기 카본발열체를 가열하는 단계; 상기 몰드파우더가 상기 카본발열체의 중앙홀로 떨어지는 간격을 측정하는 용융속도 측정 단계; 상기 유도로에 전원을 차단하고, 측온센서를 취외한 뒤, 상기 측면홀에 스토퍼를 삽입하면서 상기 폐쇄용 볼을 밀어 상기 중앙홀을 폐쇄하는 단계; 및 상기 몰드파우더가 응고되는 단계;를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 몰드파우더의 용융속도 및 용융상태를 동시에 측정 또는 확인할 수 있고, 연속주조 작업 중에 몰드파우더 형상이 어떻게 변하는지 육안으로 확인할 수 있음으로써, 연속주조 작업 중 몰드파우더가 응고쉘에 미치는 영향 등을 보다 정확하게 파악할 수 있다.

도 1은 일반적인 몰드파우더의 용융상태를 측정하는 방법을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치의 유도로에 전원을 인가하기 이전의 상태를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치의 유도로에 전원을 인가한 이후의 상태를 나타내는 단면도.
도 4a는 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치의 카본발열체 측면홀에 스토퍼를 삽입하고, 폐쇄용 볼을 중앙홀에 밀어넣은 상태를 나타내는 단면도.
도 4b는 도 5a의 A부분의 몰드파우더가 응고된 후의 상태를 나타내는 사진.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체 및 이를 이용한 측정장치 및 측정방법을 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치의 유도로에 전원을 인가하기 이전의 상태를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일측면에 따른 몰드파우더가 연속주조 공정에 미치는 영향을 실험하기 위한 몰드파우더의 용융특성 측정장치는 시료홀더(10), 유도로(61), 카본발열체(50) 및, 포집부(100)를 포함한다.

유도로(61) 외측에는 가열부(62)가 구비되며, 유도로(61) 내부에는 카본발열체(50)가 구비되고, 시료홀더(10)는 카본발열체(50) 상부에 설치된다.

카본발열체(50)는 원통형으로 형성되며, 종방향으로 중앙을 관통하는 중앙홀(15)과, 외측벽에서 중앙홀(15)로 관통된 측면홀(16)이 구비되고, 상부 외주면으로부터 중앙홀(15)로 갈수록 하측으로 경사지게 형성될 수 있다. 그리고, 유도로(61)는 내화물로 형성되고, 유도로(61) 외측의 가열부(62)는 전원부(20)에 연결되어 유도로(61)에 유도기전력을 제공하는 유도코일일 수 있다. 그리고, 전원부(20)에는 제어부(21)가 연결되어 전원부(20)의 온/오프(ON/OFF)를 제어할 수 있다.

이러한 카본발열체(50)의 측면홀(16)은 측온센서 삽입용 홀 또는 스토퍼 삽입용 홀일 수 있으며, 그 내측에는 폐쇄용 볼(14)이 위치되어, 몰드파우더(30)의 용융속도 측정 시에는 측면홀(16)에 측온센서(13)가 삽입된다. 그리고, 몰드파우더(30)의 용융상태 측정 시에는 측면홀(16)에 스토퍼(17)가 삽입된다. 스토퍼(17)는 용융상태 측정 시 측면홀(16)에 삽입되면서 폐쇄용 볼(14)을 중앙홀(15)로 밀어넣으며, 중앙홀(15)을 폐쇄시키는 역할을 한다.

또한, 가열부(62)에 전원이 인가된 이후에 몰드파우더(30)가 용융되면, 카본발열체(50)의 중앙홀(15)을 통해 액상 몰드파우더(30)가 떨어지게 된다. 이때, 카본발열체(50)는 상부 외주면으로부터 중앙홀(15)로 갈수록 하측으로 경사지게 형성되어, 몰드파우더(30)가 보다 용이하게 중앙홀(15)로 이동될 수 있도록 한다. 그리고, 유도로(61) 하부에는 액상 몰드파우더(30)를 포집하기 위한 포집부(100)가 설치된다.

여기서, 포집부(100)는 액상 몰드파우더(30)를 포집하는 포집도가니(70), 포집도가니(70) 하부에 설치되어 그 무게를 별도의 프로그램으로 송부하는 로드셀(80) 및 로드셀(80)과 포집도가니(70)를 상승, 하강시키는 리프터(90)로 구성된다. 그리고, 리프터(90)에는 모터(92) 및 리프터 승하강용 부재(91)가 설치되어, 모터(92)의 작동에 의해 리프터 승하강용 부재(91)를 따라 리프터(90) 및 리프터(90) 상부의 로드셀(80)과 포집도가니(70)가 승하강될 수 있다.

가열부(62)에 전원이 인가되면, 유도로(61)는 몰드파우더(30)를 용융시키기 위한 온도까지 상승하게 되므로, 유도로(61)는 고온에 강한 내화물로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 스토퍼(17)도 고온에서 견딜 수 있는 스틸로 형성될 수 있으며, 시료홀더(10)와 폐쇄용 볼(14)은 카본 재질로 형성될 수 있다. 더불어, 측온센서(13)는 열전대로 구성될 수 있다.

그리고, 가열부(61)에 전원이 인가되기 이전에 몰드파우더(30)는 분말 형태를 띠고 있다. 이에 의해, 카본발열체(50)의 중앙홀(15)로 몰드파우더(30)가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 카본발열체(50)와 몰드파우더(30) 사이에는 알루미늄 박판(11)이 더 구비되어 중앙홀(15)을 폐쇄시킬 수 있다.

이러한 몰드파우더의 용융특성 측정장치에 따르면, 몰드파우더(30)의 용융속도의 측정 후, 폐쇄용 볼(14)을 이용하여 카본발열체(50)의 중앙홀(15)을 막은 뒤 몰드파우더(30)를 냉각시킴에 따라 몰드파우더(30)의 용융상태 및 용융과정을 확인 및 검출할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 로드셀(80)에서 측정된 몰드파우더(30)의 무게를 전송받아 저장할 수 있는 별도의 프로그램이 구비된다.

이하에서는, 도 3 내지 도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치 및 측정방법을 설명한다.

도 2를 참조하면, 유도로(61)의 가열부(62)에 전원을 인가하기 전에, 시료홀더(10)에 몰드파우더(30)를 구비하고, 유도로(10) 내부 카본발열체(50)의 측면홀(16)에 폐쇄용 볼(14) 및 측온센서(13)를 위치시킨다. 이때, 카본발열체(50)의 중앙홀(15) 상부에 알루미늄 박판(11, 도 2 참조)을 위치시킨 후에 시료홀더(10)를 카본발열체(50) 상부에 장착시킨다. 그 후 시료홀더(10)에 분말 형태의 몰드파우더(30)를 적정량 부은 후 로드셀(80) 상부에 포집도가니(70)를 설치하고, 리프터(90)를 상승시켜 고정시킨다.

도 3은 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치의 유도로에 전원을 인가한 이후의 상태를 나타내는 단면도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 용융속도 측정을 위한 준비가 완료되면, 유도로(61)에 전원을 인가하여 유도기전력에 의해 카본발열체(50)를 가열한다. 가열부(62)에 전원 인가 시 시료홀더(10) 내의 몰드파우더(30a,30b,30c)는 카본발열체(50)와 맞닿은 부분이 용융되어 카본발열체(50) 하부의 포집도가니(70)로 떨어지게 된다. 즉, 카본발열체(50)의 가열에 의해 분말 형태의 몰드파우더(30a)가 소결 과정을 거쳐 액상화되며, 용융된 몰드파우더(30c)가 카본발열체(50)의 중앙홀(15)을 통하여 포집도가니(70)로 떨어진다. 가열부에 전원 인가 시, 몰드파우더(30a,30b,30c)의 용융점에 도달한 뒤 일정 시간이 지나면, 시료홀더(10)의 몰드파우더(30a,30b,30c)는 제1 카본발열체(50)와 가까운 영역부터 용융층(30c), 소결층(30b), 분말층(30a) 순으로 존재한다.

여기서, 카본발열체(50)가 500℃ 정도에 이르면 몰드파우더 소결층(30b)이 생기기 시작하고, 600℃ 정도에서 알루미늄 박판(11)이 용융되기 시작한다. 알루미늄 박판(11)이 용융되어 떨어지더라도 소결된 몰드파우더(30b)는 그 형상을 유지하며, 카본발열체(50)는 측온센서(13)의 제어에 의해 1500℃까지 온도가 상승한다. 몰드파우더(30)의 용융점에 온도가 도달하면, 액상 몰드파우더(30c)는 카본발열체 하부의 포집도가니(70)에 떨어지게 되고, 로드셀(80)은 그 무게를 별도의 프로그램으로 전송하게 된다. 몰드파우더(30a,30b,30c)가 용융되는 동안 시료홀더(10)에 몰드파우더(30a)를 계속 채워준다. 이와 같은 과정을 통하여 용융된 액상 몰드파우더(30c)의 용융속도를 측정한다.

도 4a는 본 발명에 따른 몰드파우더의 용융특성 측정장치의 카본발열체 측면홀에 스토퍼를 삽입하고, 폐쇄용 볼을 중앙홀에 밀어넣은 상태를 나타내는 단면도이다.

도 4a에서 보는 바와 같이, 용융속도의 측정이 완료되면, 측온센서(13)를 취외하고, 유도로(61)에 전원을 차단하여 냉각시킨다. 이후, 측면홀(16)에 스토퍼(17)를 삽입하면서 폐쇄용 볼(14)을 밀어 중앙홀(15)을 폐쇄시킨다. 이에 의해 액상 몰드파우더(30c)는 액상 상태에서 응고가 되고, 소결 형태의 몰드파우더(30b)는 소결 상태에서 응고가 된다.

여기서, 카본발열체(50) 측면홀(16)의 내경은 카본발열체(50) 중앙홀(15)의 내경과 동일하거나 더 크게 형성될 수 있다. 그리고, 폐쇄용 볼(14)은 카본발열체(50)의 측면홀(16)의 내경과 동일하거나 약간 작게 형성될 수 있으며, 또한 폐쇄용 볼(14)은 카본발열체(50)의 중앙홀(15)의 내경과 동일하거나 더 크게 형성될 수 있다. 이에 의해 스토퍼(17)로 폐쇄용 볼(14)을 밀었을 때 폐쇄용 볼(14)이 측면홀(16)에서 중앙홀(15)로 용이하게 전진한 뒤 중앙홀(15)을 폐쇄시킬 수 있다.

또한, 스토퍼(17)는 측면홀(16)의 내경보다 더 작게 형성되는 것이 바람직하며, 이에 의해 측면홀(16) 내부에서 스토퍼(17)가 양호하게 전후진할 수 있다.

도 4b는 도 4a의 A부분의 몰드파우더가 응고된 후의 상태를 나타내는 사진이다.

도 4b를 참조하면, 응고된 몰드파우더는 냉각 시의 상태 그대로의 상태를 나타내는데, 카본발열체(50)와 가까운 하부는 용융층(30c), 중간은 반용융 상태인 소결층(30b), 그리고, 상부에는 분말층(30a)의 몰드파우더 형태로 응고됨을 알 수 있다.

본 발명의 몰드파우더의 용융특성 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 따르면, 용융속도를 검출 후, 스토퍼와 폐쇄용 볼을 이용하여 측정 중이던 몰드파우더를 응고시킬 수 있음으로써, 연속주조 공정에서 몰드파우더가 액상, 소결, 분말 형태 중 어떤 형상으로 존재하는지 육안으로 검출이 가능하다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 시료홀더 11 : 알루미늄 박판
13 : 측온센서 14 : 폐쇄용 볼
15 : 중앙홀 16 : 측면홀
30 : 몰드파우더 30a : 분말층
30b : 소결층 30c : 용융층
50 : 카본발열체 61 : 유도로
62 : 가열부 70 : 포집부
80 : 로드셀 90 : 리프터

Claims

원통형으로 형성되며, 종방향으로 중앙을 관통하는 중앙홀과, 외측벽에서 상기 중앙홀로 관통된 측면홀이 구비되고, 상부 외주면으로부터 상기 중앙홀로 갈수록 하측으로 경사지게 형성되고,
상기 측면홀 내측에 위치되는 폐쇄용 볼을 더 포함하는 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 측면홀은 측온센서 삽입용 홀인 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체.
제1항에 있어서,
상기 측면홀은 스토퍼 삽입용 홀인 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체.
제4항에 있어서,
상기 스토퍼는 상기 측면홀의 내경보다 더 작게 형성되는 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체.
외측에 가열부를 구비하며, 내화물로 형성된 유도로;
상기 유도로 내부에 삽입되며, 상기 제 1 항, 및 제 3항 내지 제 5항 중 선택되는 어느 한 항의 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체;
상기 카본발열체 상부에 설치되며, 상기 몰드파우더를 수용하는 시료홀더; 및
상기 카본발열체 하부에 설치되는 포집부;를 포함하는 몰드파우더의 용융특성 측정장치.
시료홀더에 몰드파우더를 구비하고, 상기 제 1 항, 및 제 3항 내지 제 5항 중 선택되는 어느 한 항의 몰드파우더의 용융특성 측정용 카본발열체의 측면홀에 폐쇄용 볼 및 측온센서를 위치시키는 단계;
유도로에 전원을 인가하여 상기 카본발열체를 가열하는 단계;
상기 몰드파우더가 상기 카본발열체의 중앙홀로 떨어지는 간격을 측정하는 용융속도 측정 단계;
상기 유도로에 전원을 차단하고, 측온센서를 취외한 뒤, 상기 측면홀에 스토퍼를 삽입하면서 상기 폐쇄용 볼을 밀어 상기 중앙홀을 폐쇄하는 단계; 및
상기 몰드파우더가 응고되는 단계;를 포함하는 몰드파우더의 용융특성 측정방법.