KR101439547B1 - 강의 개재물 산소 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강의 개재물 산소 측정 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 강 중에 포함된 산소 중 개재물 형태로 존재하는 산소를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 강의 시료를 가열하여 시료의 온도에 대한 시료의 산소량을 측정하고, 온도에 대한 산소량 데이터를 생성하는 데이터 생성 단계와, 온도에 대한 산소량 데이터에서 산소량의 변곡점에 대응하는 온도인 임계온도를 찾는 데이터 분석 단계와, 시료와 같은 종류의 강을 임계온도보다 높은 온도로 가열하여 강의 산소량을 강의 개재물 산소량으로 측정하는 개재물 산소량 측정 단계를 포함할 수 있다.
개재물 산소, 용존 산소, 산소 분석기

Description

강의 개재물 산소 측정 방법{METHOD FOR OXYGEN AMOUNT OF INCLUSION OF STEEL}
본 발명은 강의 개재물 산소 측정 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 강 중에 포함된 산소 중 개재물 형태로 존재하는 산소를 측정하는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 강 중에 포함된 산소 중 개재물 형태로 존재하는 산소와 강 중에서 용해되어 있는 용존 산소를 분리하여 측정하는 방법에 관한 것이다.
강의 특성을 예측하는 방법으로 강 중에 있는 산소의 양을 이용하는 방법이 있다. 이를 위하여 강 중에 있는 산소의 양을 산소 분석기와 같은 장치를 통하여 산소를 측정한다.
그러나, 강 중에는 일반적으로 개재물 형태로 존재하는 산소와 강 중에 용해되어 있는 산소의 두 가지 형태의 산소가 존재하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 강 중의 산소를 측정하는 통상의 산소 분석기는 강 중의 전체 산소량만을 측정하는 것만이 가능하다.
한편, 강의 특성은 용존 산소의 양보다는 개재물 산소의 양과 더 관련이 있으며, 용존 산소를 포함하는 전체 산소의 양을 측정하는 것으로는 강의 특성을 정 확하게 예측하는데에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 강 중의 산소에서 개재물 산소와 용존 산소를 분리하여 측정하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강에서 개재물 산소량을 용존 산소량과 분리하여 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 강의 시료를 가열하여 상기 시료의 온도에 대한 상기 시료의 산소량을 측정하고, 온도에 대한 산소량 데이터를 생성하는 데이터 생성 단계; 상기 온도에 대한 산소량 데이터에서 상기 산소량의 변곡점에 대응하는 온도인 임계온도를 찾는 데이터 분석 단계; 및 상기 시료와 같은 종류의 강을 상기 임계온도보다 높은 온도로 가열하여 상기 강의 산소량을 상기 강의 개재물 산소량으로 측정하는 개재물 산소량 측정 단계를 포함하는 강의 개재물 산소량 측정 방법 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 개재물 산소량 측정 방법은, 상기 시료와 같은 종류의 강을 상기 임계온도보다 낮은 온도로 가열하여 상기 강의 산소량으로 상기 강의 용존 산소량으로서 측정하는 용존 산소량 측정 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 개재물 산소량 측정 단계 및 상기 용존 산소량 측정 단계는 상기 강의 연속적인 가열에 의하여 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 데이터 생성 단계는, 상기 강의 시료의 연속적으로 가열하여 상기 시료의 온도를 점차 증가시키면서 상기 온도에 대한 산소량 데이터를 생성시킬 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 따르면, 강의 개재물 산소량을 측정할 수 있어 강의 특성을 정확하게 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 산소 분석기를 그대로 이용할 수 있어 측정 비용이 절감되는 효과가 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 강 중에서 개재량 산소량과 용존 산소량을 분리하여 측정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 측정 방법은 상용의 산소 분석기를 이용하여 이루어질 수 있으며, 이 대신에, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있는 전용 산소 분석기에 이루어질 수도 있다.
이러한 산소 분석기는 금속 시료 중에 포함된 산화물(O2)을 전극 가열방식으로 용융시켜 산소를 적외선 검출기에서 흡수되는 강도로 측정하여 정량 분석을 수행한다. 이러한 산소 분석기는 통상 강 중에서 0.00001% 내지 50%까지의 범위 내에서 산소 측정이 가능하며, 측정에 소요되는 시간은 통상 5분 이내이다.
이와 같은 산소 분석기의 원리를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 측정 방법을 구현하는 상용의 산소 분석기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 따르면, 산소 분석기(10)는 CO2 하이(high) 셀(11), CO 셀(12), CO2 로우(low) 셀(13) 및 촉매부(14)를 포함하여 구성된다. 이와 같이, 산소 분석기(10)는 3개의 셀로 포함하며, 해당 온도에서 분리되는 산소와 카본이 반응하여 검출되는 원리를 이용한다.
CO2 하이 셀(11)과 CO 셀(12)은 산소량을 검출하는 구성요소로, 통상, CO2 하이 셀(11)은 전체 산소량의 대략 0.5%를 검출하고, CO 셀(12)은 전체 산소량의 99.5%를 검출한다. 촉매부(14)는 CO 셀(12)에서 검출된 CO를 CO2로 변환시켜주는 장치이며, CO2 로우 셀(13)은 촉매부(14)에서 변환된 CO2를 공급받아 이로부터 산소량을 측정한다. 따라서, CO2 로우 셀(13)에서 검출된 산소량은 CO셀에서 검출된 산소 량과 유사한 형태를 갖게 되나 시간상으로 딜레이가 발생한다.
도 1의 하단에 그려진 그래프에서 왼쪽에 있는 그래프는 CO2 하이 셀(11)과 CO 셀(12)에서 검출된 시간에 대한 산소량의 강도를 도시하며, 오른쪽에 있는 그래프는 CO 셀(12)과 CO2 하이 셀(13)에서 검출된 시간에 대한 산소량의 강도를 도시한다. 두 그래프 모두, 가로축은 시간을, 세로축은 산소량의 강도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 각 셀에서 측정된 산소량의 시간에 대한 그래프를 도시한다.
도 2의 (a)는 CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량의 시간에 대한 그래프이며, 도 2의 (b)는 CO 셀(12)에서 측정된 산소량의 시간에 대한 그래프이며, 도 2의 (c)는 CO2 로우 셀(13)에서 측정된 산소량의 시간에 대한 그래프이다. 세 그래프 모두 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 산소량의 강도를 나타낸다. CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량은 극히 소량이기 때문에, 도 2(a)에서 도시된 바와 같이, CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량의 강도는 약하다. 도 2의 (b)와 (c)에 도시된 산소량의 강도를 살펴보면, CO2 로우 셀(13)에서 산소량이 측정되는 CO2는 CO 셀(13)로부터의 CO가 촉매부(14)를 통해 CO2로 변환된 것이기 때문에, CO2 로우 셀(13)에서 측정된 산소량의 강도는 CO 셀(12)에서 측정된 산소량의 강도보다 더 크고 딜레이가 발생하지만 그 형태는 유사하다.
본 발명의 일 실시예에서 강의 산소량으로, CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량과 CO 셀(12)에서 측정된 산소량을 더하여 사용하거나, CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량과 CO2 로우 셀(13)에서 측정된 산소량을 더하여 사용할 수 있다. 또한, 이 대신에, 전술한 바와 같이 CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량은 전체 산소량의 대략 0.5%만을 검출하므로, CO2 하이 셀(11)에서 측정된 산소량은 무시하고 CO 셀(12) 또는 CO2 로우 셀(13)에서 측정된 산소량만을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 개재물 산소량 측정방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개재물 산소량 측정 방법에 대한 플로우차트이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 개재물 산소량 측정 방법은, 데이터 생성 단계(S310)로부터 시작한다. 데이터 생성 단계(S310)에서는 강의 시료로부터 온도를 증가시키면서 가열하면서 온도에 대한 시료의 산소량를 측정하며, 이러한 측정을 통하여 각 온도에 따른 산소량으로부터 온도에 대한 산소량 데이터를 생성한다.
이러한 데이터 생성 단계(S310)가 완료되면, 데이터 생성 단계(S310)에서 생성된 상기 시료의 온도에 대한 산소량 데이터를 분석하여 시료의 산소량이 기설정된 온도 변동량(ΔT)에 대한 산소 변동량(ΔO) 이상으로 변동하는 임계온도(Tc)를 찾는 데이터 분석 단계(S320)가 이어진다.
상기 데이터 생성 단계(S310) 및 데이터 분석 단계(S320)는 한 종류의 강에 대하여 복수의 시료를 대상으로 수행되어 얻어진 복수의 임계온도(Tc) 중에서 적절한 방법을 통해 상기 강에 대한 임계온도(Tc)로 설정될 수 있다. 또한, 이러한 데이터 생성 단계(S310) 및 데이터 분석 단계(S320)는 강종 별로 수행되어 각 강별로 임계온도(Tc)가 설정될 수 있다. 이 때, 시료는 대략 800℃ 내지 2200℃ 사이의 온도로 가열되고, 이 중 저온에서 일정한 산소량을 나타내는 부분과 저온 이상의 온도에서 산소량이 급격하게 증가하는 부분 및 고온에서 다시 일정한 산소량을 나타내는 부분으로 나눌 수 있다.
이 경우, 산소량이 급격하게 증가하는 부분은 산소 변동량을 온도 변동량으로 나눈 값(ΔO/ΔT)이 소정의 범위 내에 있는 부분이 될 수 있다. 특히, 임계 온도(Tc)는 온도와 산소량의 그래프에서 변곡점에 해당하는 지점의 온도로 정의될 수 있다. 이 대신에 상기 임계온도(Tc)는 상기 산소량이 급격하게 증가하는 부분에 해당하는 온도 범위의 상한과 하한의 평균값으로 정의될 수도 있다.
임계온도(Tc)의 설정이 완료되면, 산소량 측정 대상인 강을 임계온도(Tc)보다 낮은 온도로 가열하여 이 온도에서 방출되는 산소량을 측정하는 용존 산소량 측정 단계가 이어지며(S330), 그 후에 마지막으로 산소량 측정 대상인 상기 강을 임계온도(Tc)보다 높은 온도로 가열하여 이 온도에서 방출되는 산소량을 측정하는 개재물 산소량 측정 단계(S340)가 수행된다.
통상, 강 중에서 용해된 산소(용존 산소)는 개재물에 포함된 산소에 비하여 결합 에너지가 약하여 비교적 낮은 온도에서도 산소가 배출된다. 따라서, 산소량이 급격하게 증가하는 온도인 임계온도(Tc) 이하에서 배출되는 산소는 용존 산소로 볼 수 있으며, 임계온도(Tc) 이상에서 배출되는 산소는 개재물에 의한 개재물 산소로 볼 수 있다. 따라서, 임계 온도보다 낮은 제1 온도로 강을 가열하여 용존 산소량으로 측정하고, 임계 온도보다 높은 제2 온도로 강을 가열하여 개재물 산소량을 측정한다.
상기 제1 온도는 임계온도(Tc)의 크기와 상기 데이터 생성 단계(S310)에서 측정된 산소량이 급격하게 증가하는 부분에 해당하는 온도의 하한보다 더 작은 값으로 설정될 수 있으며, 상기 제2 온도는 임계온도(Tc)의 크기와 상기 데이터 생성 단계(S310)에서 측정된 산소량이 급격하게 증가하는 부분에 해당하는 온도 범위의 상한보다 더 큰 값으로 설정될 수 있다.
한편, 용존 산소량 측정 단계(S330)와 개재물 산소량 측정 단계(S340)는 순차적으로 수행될 수 있으며, 개재물 산소량에 대한 측정값만이 필요한 경우에는 용존 산소량 측정 단계(S330)를 수행하지 않고 바로 개재물 산소량 측정 단계(S340)를 수행할 수 있다.
다음으로, 도 4를 이용하여 가열 온도와 측정되는 산소량과의 관계를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법에 의하여 측정된 온도에 대한 산소량의 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그래프는 대략 3 구간(A, B, C)으 로 나누어 진다. A 구간은 낮은 온도에서의 낮은 산소량이 측정되는 구간이며, B 구간은 산소량이 급격하게 증가하는 구간이고, C 구간은 높은 온도에서의 높은 산소량이 측정되는 구간이다. B 구간 중에서 온도에 대한 산소량의 증감 상태가 바뀌는 변곡점에 대응하는 온도가 임계온도(Tc)이다. 이 도면에서, A 구간에서 측정되는 산소량은 용존 산소량이며, C 구간에서 측정되는 산소량은 개재물 산소량이다.
C 구간에서 온도에 대하여 산소량의 변동이 생기는 부분은 강에 포함된 개재물의 종류에 의해 발생된다. 즉, 모든 강에서는 개재물이 포함되어 있으며, 개재물은 많은 종류의 저융점 개재물과 고융점 개재물로 구성되어 있다. 저융점 개재물은 용융 온도가 서로 다른 저융점 개재물이 조합된 상태에 있으므로 저융점 개재물이 용융되어 저융점 개재물로부터 산소가 모두 배출되는 온도까지의 범위에서는 강 중에서 방출되는 산소량은 가열온도에 비례하여 증가한다. 저융점 개재물이 모두 용융되면 고융점 개재물로만이 존재하게 되며, 고융점 개재물도 일정 온도가 되면 산소를 배출하기 시작한다.
마지막으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법의 일례를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법을 이용하여 작성된 시간에 대한 온도 및 산소량에 대한 그래프이다. 도 5에서 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 온도와 산소량을 나타낸다. 도 5에서 점선으로 표시된 그래프는 강의 시료에 가해진 온도에 대한 그래프이며, 실선으로 표시된 그래프는 측정된 산소량에 대한 그래프이다. 이 그래프에서 알 수 있듯이, 강은 대략 700℃(a 구간), 대략 1000℃(b 구간), 및 대략 2200℃(c 구간)로 순차적으로 가열된 것을 알 수 있다. a 구간 및 b 구간에서 측정된 산소량은 용존 산소량에 해당하며, c 구간에서 측정된 산소량은 개재물 산소량에 해당된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 총 산소량을 측정하는 대신에 개재물 산소량을 용존 산소량과 분리하여 측정할 수 있기 때문에, 강의 특성을 더욱 정밀하게 예측할 수 있게 되는 것을 알 수 있다.
한편, 이러한 개재물 산소량 측정 방법은 기존의 산소 분석기를 이용하여 수행될 수 있기 때문에, 산소 분석기를 보유하고 있다면 추가 비용이 소요되지 않는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 산소 분석기의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 각 셀에서 측정된 산소량의 시간에 대한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개재물 산소량 측정 방법에 대한 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법에 의하여 측정된 온도에 대한 산소량의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법을 이용하여 작성된 시간에 대한 온도 및 산소량에 대한 그래프이다.

Claims (5)

  1. 강의 시료를 가열하여 상기 시료의 온도에 대한 상기 시료의 산소량을 측정하고, 온도에 대한 산소량 데이터를 생성하는 데이터 생성 단계;
    상기 온도에 대한 산소량 데이터에서 상기 산소량의 변곡점에 대응하는 온도인 임계온도를 찾는 데이터 분석 단계; 및
    상기 시료와 같은 종류의 강을 상기 임계온도보다 높은 온도로 가열하여 상기 강의 산소량을 상기 강의 개재물 산소량으로 측정하는 개재물 산소량 측정 단계;
    를 포함하는 강의 개재물 산소량 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료와 같은 종류의 강을 상기 임계온도보다 낮은 온도로 가열하여 상기 강의 산소량으로 상기 강의 용존 산소량으로서 측정하는 용존 산소량 측정 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 개재물 산소량 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개재물 산소량 측정 단계 및 상기 용존 산소량 측정 단계는 상기 강의 연속적인 가열에 의하여 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 강의 개재물 산소량 측정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 생성 단계는, 상기 강의 시료의 연속적으로 가열하여 상기 시료의 온도를 점차 증가시키면서 상기 온도에 대한 산소량 데이터를 생성시키는 것을 특징으로 하는 강의 개재물 산소량 측정 방법.
  5. 삭제
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