KR101318831B1 - 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 제강프로세스에서 용융금속 중의 각종 성분을 분석하기 위한 금속의 시료채취와 용융금속 상부에 부유하는 슬래그의 시료 채취를 동시에 수행할 수 있으면서도 성분 분석의 정확성을 가져올 수 있는 건전시료 채취가 가능토록 개발된 복합프로브에 관한 것이다.
본 발명인, 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브는, 용융금속의 시료를 채취하기 위한 시료채취기 및 온도측정용 열전대를 포함하는 온도센서가 구비될 수 있는 시료채취부와; 상기 시료채취부의 내부로 삽입 설치되며 측정장치의 홀더에 장착되는 홀더지관과; 상기 홀더지관의 외부에 설치되되, 상기 시료채취부로부터 일정거리 이격된 부위에 조립 설치되는 슬래그 파이프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하나의 복합프로브를 이용하여 용융금속과 슬래그 두 가지의 시료를 동시에 채취할 수 있으면서도, 정확한 분석값이 산출될 수 있는 건전한 시료채취가 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브{Complex probe gathering sample of molten metal and slag simultaneously}

본 발명은 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 제강프로세스에서 용융금속 중의 각종 성분을 분석하기 위한 금속의 시료채취와 용융금속 상부에 부유하는 슬래그의 시료 채취를 동시에 수행할 수 있으면서도 성분 분석의 정확성을 가져올 수 있는 건전시료 채취가 가능토록 개발된 복합프로브에 관한 것이다.

일반적으로, 본 발명의 배경이 되는 용융금속 측정용 복합프로브는 단층 혹은 다층의 원통형 보호관을 구비하고, 선단에는 온도측정용 열전대를 포함하는 온도센서가 설치될 수 있고, 프로브의 선단 혹은 보호관의 측면 일부를 개공할 수 있도록 준비된 시료채취기가 설치된다. 상기의 보호관은 지관이 사용되며, 일부 지관과 세라믹 재질인 내열보호관을 추가로 사용하고, 별도의 침지장치 혹은 수동형의 홀더에 장착되어 용융금속 내로 침지되어 수초간 유지하였다가 상승한 후 프로브에서 채취한 시료를 얻는다.

본 명세서에서, 복합프로브란, 용융금속을 채취하기 위한 시료채취기를 포함하며, 본 발명에 있어서는 슬래그 채취기도 동시에 부가한 프로브를 지칭한다. 추가적으로, 복합프로브에는 용융금속의 온도측정용 센서인 열전대, 전기화학 평형을 이용한 산소센서 등의 성분센서, 용탕의 준위측정용 레벨센서 등을 더 포함하여 구성할 수도 있다.

통상 프로브의 측정장치는 용융금속의 표면에 부유하는 슬래그 층을 통과하여, 슬래그와 용융금속의 반응이 활발히 일어나는 슬래그-용융금속 계면층을 지나 설정된 일정 깊이까지의 용융금속 내로 침지되어 내부의 용융금속을 채취 한다.

슬래그의 채취- 분석에는 몇 가지 방법이 있지만, 전통적으로는 금속성분의 파이프를 용융금속 내부로 침지시키고, 파이프 표면에 묻어 나오는 슬래그를 회수하여 분쇄 -> 응고된 금속 제거 -> 펠렛 제조 -> XRF 분석 등의 방법을 사용하며, 본 발명의 복합프로브에도, 외관의 일부에 금속 파이프를 취부하고, 표면에 요철을 형성시켜 슬래그의 부착을 용이하게 하는 방법을 사용한다.

도 6은 종래기술에 의한 복합프로브의 측정실패를 보여주는 사례의 사진들이다. (a)는 충분한 침지시간과 깊이를 두고 측정을 하였고, 결과적으로 금속샘플은 양호하게 확보하였으나, 슬래그의 경우는 슬래그 파이프가 녹고, 비산이 많이 발생하여, 슬래그 샘플의 양과 질이 모두 불량한 상태이며, (b)는 침지 깊이를 얕게 하여, 좋은 슬래그 샘플은 확보하였으나, 금속샘플은 제대로 확보하지 못한 사례이다.

도 6(a)에서, 슬래그 파이프는 용융금속 속으로 이동되었다가, 프로브 회수시점에 슬래그 파이프 표면에 슬래그가 묻어 나오게 됨으로 용융금속에 의해 소손 되거나, 충분한 양의 슬래그를 채취하지 못하였다. 또한, 슬래그의 양은 매 측정 시 마다 큰 차이가 있을 수 있기 때문에, 1회성으로 사용되는 복합프로브의 슬래그 파이프 위치를 변경한다고 해서, 다양한 사용환경에 대처할 수도 없었다.

상기와 같이, 종래기술에 의한 복합프로브의 금속시료 채취와 슬래그시료 채취를 동시에 수행하였을 때, 슬래그 파이프의 일부분이 용융금속 내부까지 침지되거나, 슬래그 층에 정확히 침지되는 경우라도 침지시간이 과도하게 긴 경우와 침지시간은 적정하더라도 LF(Ladle Furnace)와 같이 슬래그의 온도가 높을 경우에는 슬래그 채취용 파이프가 용융되거나, 또는 침지시간이 짧을 경우 금속시료의 충전이 충분하지 못한 경우가 자주 발생하는 문제점이 있다,

또한 복합프로브가 침지됨에 따라, 용융금속과 슬래그가 비산(飛散)하는, 스플래쉬 현상으로 인해, 채취된 슬래그 내에 많은 금속조각들이 포함되어, 슬래그의 성분분석에 많은 시간이 필요하고 분석값이 부정확 할 수 밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 하나의 복합프로브를 이용하여 용융금속과 슬래그 두 가지의 시료를 동시에 채취할 수 있으면서도, 정확한 분석값을 산출될 수 있는 건전한 시료채취가 가능한 복합프로브 및 이를 이용한 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인, 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브는, 용융금속의 시료를 채취하기 위한 시료채취기를 포함하는 시료채취부와; 상기 시료채취부의 내부로 삽입 설치되며 측정장치의 홀더에 장착되는 홀더지관과; 상기 홀더지관의 외부에 설치되되, 상기 시료채취부로부터 일정거리 이격된 부위에 조립 설치되는 슬래그 파이프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 시료채취부로부터 일정거리 이격된 부위에 내열보호관이 취부되어 있는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 홀더지관에 설치되는 슬래그 파이프와 시료채취부와의 이격부위 거리는 150mm 이상인 것을 특징으로 하며, 또한 상기 슬래그 파이프는 그 하단에 구비된 단지관이나 모래성형체에 의해 고정되는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 슬래그 파이프의 외면은 요철 형상으로 가공되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명인, 복합프로브의 측정방법은, 상기 본 발명의 복합프로브를 용탕에 침지하여 시료채취기는 용융금속 중에 위치하고, 슬래그 파이프는 슬래그 중에 위치하도록 침지하는 단계; 상기 침지된 프로브를 1~3초 동안 침지시키는 단계; 상기 침지되어 1차 유지된 복합프로브를 상승시켜 슬래그 파이프는 대기층에 노출되고 시료채취기는 용융금속 중에 그대로 침지되는 상태에서 3~6초 동안 2차 유지시키는 단계; 상기 2차 유지된 복합프로브를 상승시켜 회수하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방법의 발명에서, 상기 1차 유지된 복합프로브의 상승거리는 슬래그 채취용 슬래그 파이프의 길이와 같거나 조금 길게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하나의 복합프로브를 이용하여 용융금속과 슬래그 두 가지의 시료를 동시에 채취할 수 있으면서도, 정확한 분석값이 산출될 수 있는 건전한 시료채취가 가능하게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 복합프로브로서, 용융금속이 시료채취부의 측면으로 유입되는 시료채취기가 설치된 방식의 복합프로브이다.
도 2는 종래기술에 의한 복합프로브로서, 용융금속이 시료채취부의 선단(하단)으로 유입되는 시료채취기가 설치된 방식의 복합프로브이다.
도 3은 본 발명에 의한 복합프로브의 일 예로서, 용융금속 및 슬래그의 동시채취가 가능한 복합프로브이다.
도 4는 종래기술(a)과 본 발명(b)에 의한 복합프로브의 측정 시퀀스의 사례를 비교 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 종래기술(a)과 본 발명(b)에 의한 복합프로브 측정방법의 사례를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래기술에 의한 복합프로브의 용융금속 또는 슬래그의 채취 실패 사례이다.

이하 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 용융금속과 슬래그를 동시에 채취하는 복합프로브에 관한 것으로, 2단계로 침지 깊이를 변경하고, 침지 깊이에 따른 침지시간의 설정에 의한 측정방법과 더불어, 이러한 측정방법을 효과적으로 실시할 수 있도록, 슬래그 채취용 슬래그파이프(13)의 위치를 변경하여, 용융금속과 슬래그 두 가지의 건전한 시료를 동시에 채취 가능하도록 한 것에 그 특징이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 복합프로브로서, 용융금속이 시료채취부의 측면으로 유입되는 방식의 복합프로브의 정단면 개념도이며, 도 2는 종래기술에 의한 복합프로브로서, 용융금속이 시료채취부의 선단으로 유입되는 방식의 복합프로브의 정단면 개념도이다. 도 3은 본 발명에 의한 일 실시예로서, 선단 유입식 복합프로브의 정단면 개념도이다. 본 발명에 의한 도 3의 복합프로브는 선단 유입식에 관하여 예시하고 있으나, 본 발명은 필요에 따라 측면 및 하단 유입방식의 복합프로브에도 모두 적용될 수 있다.

상기 도 1과 도 2의 종래기술에 의한 복합프로브는 본 발명과의 비교를 통하여 그 차이점을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 참고적으로 제시한 것이며, 도 3과의 비교에 활용될 수 있을 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명인 시료채취 및 슬래그 채취를 동시에 행하는 복합프로브(10)는, 용융금속의 시료를 채취하기 위한 시료채취기(18) 및 온도측정용 열전대를 포함하는 온도센서가 구비되는 시료채취부(11)와, 상기 시료채취부(11)의 내부로 삽입 설치되며 측정장치의 홀더에 장착되는 홀더지관(12)과, 상기 홀더지관(12)의 외부에 설치되되, 상기 시료채취부(11)로부터 일정거리 이격된 부위에 조립 설치되는 슬래그 파이프(13)를 포함하여 구성된다.

즉, 본원발명의 복합프로브(10)에는 용융금속의 시료채취기(18)와 온도측정용 열전대가 구비되어 있고, 복합프로브가 장착되는 측정장치의 홀더를 통해 센서의 신호가 전달될 수 있도록 구비된 컨넥터와 다중의 보호관인 지관 혹은 세라믹보호관으로 구성된 시료채취부(11)가 복합프로브의 하부(도면상 좌측)에 구성되어 있고, 그 상부로 홀더가 삽입될 수 있는 홀더지관(12)이 위치하며, 시료채취부(11)와 이격된 슬래그 파이프(13)가 홀더지관(12)의 외부에 조립되어 있다.

상기 시료채취부(11)를 보호하기 위하여는 내열보호관이 설치된다. 내열보호관(14)은 시료채취부(11)의 외주부에도 설치 가능하지만, 시료채취부로부터 일정거리 이격된 부위, 즉 이격부(15)에 내열보호관을 설치하는 것이 바람직하다. 필요한 경우에는 양쪽 모두에 설치하는 것도 상기 시료채취부(11)가 고온의 환경으로부터 더욱 보호되도록 하는데 효과적이다. 상기 홀더지관(12)에 설치되는 슬래그 파이프(13)와 시료채취부(11)와의 이격 거리를 나타내는 이격부(15)는 150mm 이상으로 형성하여, 시료채취부(11)에서 발생하는 비산이 슬래그 파이프(13)까지 전달되지 않도록 구성한 것이다.

상기 슬래그 파이프(13)는 그 하단에 구비된 단지관(16)이나 모래성형체에 의해 고정된다. 즉, 슬래그 파이프(13)의 고정은 슬래그 파이프(13)와 홀더지관(12)을 직접 접합할 수도 있으나, 고온에 의해 탈락할 위험이 있으므로, 슬래그 파이프(13)를 고정할 수 있는 일정한 두께를 갖는 단지관(16)이나 모래 성형체(쉘몰드)를 별도로 구비하여 고정함이 효과적이다. 또한 상기 슬래그 파이프(13)의 외면은 요철부(17)가 가공되어 있어, 이 요철부(17)에 슬래그가 보다 용이하게 부착 가능토록 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 통해, 용탕의 비산에 기인하는 채취한 슬래그 시료의 품질저하를 줄일 수 있다. 즉, 비산(飛散; splash)은 복합프로브(10)가 침지됨에 따라 용융금속과 보호관의 화학적 반응 및 연소에 의해 발생하기 때문에, 복합프로브(10)의 외경이 작을수록 적게 발생하게 되며, 상기와 같은 이격은 복합프로브(10)의 시료채취부(11)와 보다 외경이 작은 홀더지관(12)이 용융금속 혹은 슬래그에 노출되게 설계함으로써, 슬래그 파이프(13)에 슬래그의 부착이 용이하게 되며, 또한 금속립 (철립)이 비산하여 부착되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다.

시료채취부(11)에는 시료채취기(18)의 구조가 모두 포함되고, 용융금속의 온도측정용 센서, 성분측정용 센서, 레벨측정용 센서 등이 장착되고, 복합프로브(10) 외부의 침지장치 혹은 수동홀더에 장착될 수 있도록 컨넥터를 구비하기 때문에, 그 외경을 줄이는 데에는 한계가 있고, 종래에는 이와 같은 시료채취부(11)에 슬래그 파이프(13)를 바로 연결하는 방식의 프로브를 사용함으로써, 비산이 다량 발생할 수 밖에 없는 구조였다.

이하에서는 상기한 본 발명의 복합프로브(10)를 이용하여 용융금속 및 슬래그의 시료를 채취하여 측정하는 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 종래기술(a)과 본 발명(b)에 의한 복합프로브의 측정 시퀀스의 사례이다. 도 5는 종래기술(a)과 본 발명(b)에 의한 복합프로브 측정방법의 사례이다.

본 발명인 상기 복합프로브(10)에 의한 측정방법은, 상기 복합프로브(10)를 용탕에 침지하여 시료채취기(18)는 용융금속 중에 위치하고, 슬래그 파이프(13)는 슬래그 중에 위치하도록 침지하는 단계, 상기 침지된 프로브를 1~3초 동안 침지시키는 단계, 상기 침지되어 1차 유지된 복합프로브를 상승시켜 슬래그 파이프는 대기층에 노출되고 시료채취기는 용융금속 중에 그대로 침지되는 상태에서 3~6초 동안 2차 유지시키는 단계, 상기 2차 유지된 복합프로브를 상승시켜 회수하는 단계를 포함하여 구성된다. 또한 상기 1차 유지된 복합프로브의 상승거리는 슬래그 채취용 슬래그 파이프의 길이와 같거나 조금 길게 하는 방법으로 진행한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 1차로 용융금속 시료 채취기(18)와 슬래그 채취용 슬래그 파이프(13)를 모두 침지시켜 [도 4(b)의 깊이 b의 위치] 슬래그 층에 슬래그를 채취하기 위한 슬래그파이프(13)가 놓이게 하여, 슬래그가 슬래그파이프(13)에 부착되게 하고 난 후, 2차로 복합프로브(10)의 침지 깊이 [도 4(b)의 깊이 c의 위치]를 상승시켜 슬래그가 채취된 슬래그파이프(13)는 슬래그 상부 대기 중에 노출시키고, 용융금속 시료 채취기(18) 만을 용융금속 내에 계속 침지될 수 있도록 한다. 이렇게 함으로써, 슬래그 파이프(13)가 용융금속 혹은 슬래그에 장시간 노출되는 것을 방지하고, 용융금속 시료채취부(11)는 용융금속이 시료 채취기(18) 내부로 유입될 수 있는 시간만큼 좀더 오랜 시간을 용융금속(용탕) 내에 있도록 하였다.

이 때, 1차 침지시간(T1)이 3초를 초과하여 유지될 경우, 용탕의 비산과 고온의 열전도에 의해 슬래그 부착율이 현저히 떨어졌으며, 따라서 1차 침지시간은 1~3초를 유지하는 것이 바람직하다. 2차 침지시간(T2) 역시 7초를 초과할 경우 지관 등의 소손이 심하고 측정장치 선단부인 홀더(미도시)에도 고열이 전달되어 열화가 가속되어 정확한 온도측정을 할 수 없으며, 용융금속의 시료 또한 내부 건전성과 시료 분리성이 악화되었다. 따라서 2차 침지는 3~6초 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기초로 상세히 설명되었지만, 본 발명에 기재된 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점은 분명하다. 또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

10 : 복합프로브 11 : 시료채취부 12 : 홀더지관
13 : 슬래그 파이프 14 : 내열보호관 15 : 이격부
16 : 단지관 17 : 요철부 18 : 시료채취기

Claims (5)

1. 시료채취기의 구조가 모두 포함되고, 용융금속의 온도측정용 센서, 성분측정용 센서, 레벨측정용 센서 중 하나 이상이 장착되고, 복합프로브 외부의 침지장치 혹은 수동홀더에 장착될 수 있도록 컨넥터를 구비하고, 용융금속의 시료를 채취하기 위한 시료채취기가 포함된 시료채취부와;
   상기 시료채취부의 내부로 삽입 설치되며 측정장치의 홀더에 장착되는 홀더지관과;
   상기 홀더지관의 외부에 설치되는 슬래그 파이프와;
   상기 시료채취부와 상기 슬래그 파이프 사이의 상기 홀더지관에 형성된 이격부;를 포함하여 구성되어,
   시료채취부에서 발생하는 용융금속의 비산이 슬래그 파이프까지 전달되지 않도록 하면서 건전한 용융금속과 슬래그 시료의 동시 채취가 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브
2. 제1항에 있어서,
   상기 이격부에는 내열보호관이 취부되어 있는 것을 특징으로 하는 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 이격부의 거리는 150mm 이상인 것을 특징으로 하는 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 슬래그 파이프는 그 하단에 구비된 단지관이나 모래성형체에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 슬래그 파이프의 외면은 요철 형상으로 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 용융금속 및 슬래그 건전시료를 동시에 채취하는 복합프로브
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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