KR101249084B1 - 용융 금속의 가스 함량 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 수집체를 구비한 침지 단부, 침지 단부에 대해 개구된 가스 공급 라인 및 상기 가스 수집체를 통과하는 가스를 위한 가스 배출 라인을 포함하는 것인, 용융 금속 내의 가스 함량을 측정하기 위한 장치에 관한 것이며, 본 발명에서, 가스 수집체는, 용융 금속과 접촉하여 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 재료를 포함한다.
Description
본 발명은 가스 수집체를 구비한 침지 단부(immersion end), 침지 단부에 대해 개구된 가스 공급 라인 및 상기 가스 수집체를 통과하는 가스를 위한 가스 배출 라인을 포함하는 것인 용융 금속 내의 가스 함량을 측정하는 장치 및 그 사용에 관한 것이다.
이러한 장치는 EP 307 430 B1에 공지되어 있다. 이 문헌에 기술된 장치는, 예컨대 용강(molten steel) 내의, 구체적으로는 수소인 가스의 함량을 측정하는 데 적합하다. 상기 문헌에서, 가스 수집체는 다공성 석재로 제작된다. 상이한 용융 금속에 있어서, 상기 가스 수집체의 개구가 막히거나 가스 수집체의 표면이 용융 금속과 충분히 접촉하지 못하게 된다는 점에서 측정이 불량해질 수 있다.
유사한 장치가 US 6,216,526 B1에 공지되어 있다. 이 장치는 석영-유리 튜브를 구비하며, 이 튜브 내에서 용융 금속이 수집된다. 이때 용융 금속은 용융 금속에 대해 투과성이 있는 스토퍼를 통해 침지 프로브의 내부로 침투할 수 있다. 알루미늄 산화물로 제작된 이 스토퍼는 용융 금속 내의 불순물을 억제하게 된다.
DE 38 74 423 T2(EP 295 798 B1)에는 용융 금속 내의 가스 농도를 측정하는 프로브가 공지되어 있으며, 이 프로브는 가스 수집체를 포함하는데, 이 가스 수집체는 가스 공급 라인 및 가스 수집체를 통과하는 가스를 위한 가스 배출 라인을 구비한다. 가스 수집체는 알루미늄 산화물로 제작된다. DT 24 23 783 A1에는 고체 전해질 스피넬(spinel) 구조를 갖는, 용융 금속 내의 산소를 측정하는 침지 센서가 공지되어 있다.
본 발명은 현재의 장치를 개선하는 문제, 구체적으로는 가스 수집체의 막힘을 방지하는 문제에 기초한 것이다.
상기 문제는 본 발명에 따라 독립항의 특징들에 의해 해결된다. 이로운 구성들은 종속항에서 특정된다.
따라서, 가스 수집체는 용융 금속과 접촉하여 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 재료를 포함하기 때문에, 이에 따라 가스 수집체의 표면에는 이물질이 자리잡지 않게 되어 가스 수집체와 용융 금속과의 접촉이 보장되며, 그 결과로 가스 교환이 허용된다. 특히, 용융 금속과 접촉하여 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 재료의 비율은 가스 수집체에 대해 적어도 80 중량%이고, 바람직하게는 적어도 90 중량%인 것이 유리하다. 또한, 가스 수집체는 다공체로서 공극율이 바람직하게는 대략 50%인 것이 유용하다.
가스 수집체는 마그네슘 산화물 및/또는 알루미늄 산화물 및/또는 크롬 산화물을 포함하는 것이 유리하다. 구체적으로, 가스 수집체는 AB2O4의 화학식을 갖는 재료를 포함할 수 있는데, 이때 A는 바람직하게는 Mg, Fe 및 Mn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속이고, B는 바람직하게는 Al, Cr, Fe 및 V으로 이루어지는 군으로부터 선택된 또 다른 금속이다. 화학식이 AB2O4인 재료는 스피넬 구조를 갖는다. 이는 미사용 가스 수집체에 이미 존재할 수 있거나, 가스 수집체가 용융 철 또는 용강에 잠기거나 그 안에 있는 동안에 처음으로 가스 수집체 재료로부터 형성될 수 있다. AB2O4 구조를 형성하는 경우, 앞서 거명한 금속이 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 재료는 가스 수집체의 표면 중 적어도 일부를 표면 층으로서 형성한다, 즉 가스 수집체의 표면 중 적어도 일부가 용융 금속과 접촉하도록 제공된다. 상기 표면 층의 두께는 대략 0.3 내지 5 mm이다.
상기 장치는 본 발명에 따라 적어도 100 ppm의 산소 함량 및/또는 적어도 0.1 중량%의 황 및/또는 마그네슘 및/또는 실리콘 함량을 갖는 용강의 경우에 사용될 수 있다. 상기 장치는 또한 본 발명에 따라 용강 내의 수소, 질소, 일산화탄소 및/또는 이산화탄소를 측정하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 침지 단부의 단면도.
이후에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
용융 금속 내의 가스 함량을 측정하는 장치의 기본적인 구조는, 예컨대 EP 307 430 B1에 공지되어 있다. EP 307 430 B1의 도 1은, 설명과 함께, 가스 수집체를 구비한 침지 단부를 포함하는 측정 구조물을 도시한다. 본 발명은 또한 이러한 기본 구조로 소급될 수 있다. 측정 과정은, 예컨대 EP 307 430 B1에서 설명되는 바와 유사하다.
침지 단부(1)는 캐리어 튜브를 이용하여 부착 노즐(2)에 연결되고, 부착 노즐의 도움으로 침지 과정이 행해진다. 부착 노즐은 수 개의 가스 연결부(3; 3')를 포함하고, 중앙에 배치된 가스 연결부 노즐(3')은 가스 공급 라인(4)을 통해 캐리어 가스를 용융 금속 내로 도입한다. 가스 공급 라인(4)은 석영 튜브를 필수 구성으로 하고, 이 석영 튜브는 침지 단부에서 추가적인 만곡된 석영 튜브(5) 내부로 개구되며, 만곡된 석영 튜브의 개구는 가스 수집체(6) 방향으로 배향된다. 가스 수집체(6)는 가스 공급 라인(4) 둘레에 종형(bell-shaped) 오목부(7)를 갖는다. 석영 튜브(5)의 개구는 오목부(7)를 향해 배향되며, 이에 따라 가스 흐름이 가스 공급 라인(4)을 빠져나와 오목부(7)를 향해 유동한다. 이 경우, 가스는 용융 금속으로부터 수집되고 캐리어 가스와 함께 침지 단부(1)의 본체에 의해 가스 연결부(3)를 향해 안내된다. 가스는 가스 연결부로부터 상응하는 측정 장비까지 계속 전달된다.
침지 단부(1)는 부착 노즐(2)과 가스 수집체(6) 사이에 석영 튜브(8)를 구비하며, 이 석영 튜브는 부착 노즐(2) 상에, 그리고 가스 수집체(6) 상에 접착제(9) 또는 접합제(10)에 의해 고정된다. 석영 튜브(8)는 알루미늄 산화물(11)로 채워지는데, 이 알루미늄 산화물은 우선 가스 공급 라인(4)을 고정시키며 다음으로 측정될 가스와 캐리어 가스의 전달을 허용한다.
가스 수집체(6)는 MgAl2O4 및 유기 결합제(binding agent)로 제작된다. 이는 대략 50%의 공극율을 가지므로, 용강으로부터의 가스가 수집될 수 있다. 평균 공극 직경은 대략 40 ㎛이다. 가스 수집체의 조성은, 공극이 어떠한 방식으로도 막히거나 덮이지 않고 대신 개방된 상태로 있도록 보장하므로, 가스는 손실이 없는 방식으로 투과할 수 있다.
다른 예에서, 가스 수집체(6)는 가압 소결된 Al2O3-강옥으로 형성되고, 형성 후에 이 가스 수집체를 수용성 MgO 현탁액에 담근 후 이 현탁액이 침투하도록 함으로써 표면 층이 형성된다. 가스 수집체(6)는 이후에 건조된다. 처리 후에, 표면 층의 두께는 대략 0.3 내지 5 mm, 바람직하게는 1 내지 3 mm이다. 상기 표면 층은 도면에는 도시되어 있지 않다.
Claims (9)
- 가스 수집체를 구비한 침지 단부, 침지 단부에 대해 개구된 가스 공급 라인 및 상기 가스 수집체를 통과하는 가스를 위한 가스 배출 라인을 포함하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치로서,가스 수집체는 용융 금속과 접촉하여 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 재료를 포함하고,액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 상기 재료는 용융 금속과 접촉하도록 마련되는 표면 층으로서 가스 수집체의 표면 중 적어도 일부를 형성하며, 이 표면 층의 두께는 0.3 내지 5 mm이고,가스 수집체의 상기 재료는 상기 장치를 용융된 철 또는 용강(鎔鋼)에 담근 경우에 AB2O4로 변환되고, 이때 A는 Mg, Fe 및 Mn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속이며, B는 Al, Cr, Fe 및 V으로 이루어지는 군으로부터 선택된 또 다른 금속인 것인 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 용융 금속과 접촉하여 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 재료의 비율은 가스 수집체에 대해 적어도 80 중량%인 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 수집체는 다공체인 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 수집체는 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물 및 크롬 산화물 중 하나 이상의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 수집체는 화학식이 AB2O4인 재료를 포함하며, 이때 A는 Mg, Fe 및 Mn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속이며, B는 Al, Cr, Fe 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택된 또 다른 금속인 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 100 ppm의 산소 함량을 갖거나 황, 마그네슘 및 실리콘 중 하나 이상의 함량이 적어도 0.1 중량%인 용강에서의 측정을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 용강 내의 수소, 질소, 일산화탄소 및 이산화탄소 중 하나 이상을 측정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
- 제2항에 있어서, 용융 금속과 접촉하여 액상의 반응 생성물을 형성하지 않는 상기 재료의 비율은 가스 수집체에 대해 적어도 90 중량%인 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 장치.
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