KR101495219B1 - Orifice viscometer for molten slag - Google Patents

Orifice viscometer for molten slag Download PDF

Info

Publication number
KR101495219B1
KR101495219B1 KR20130101660A KR20130101660A KR101495219B1 KR 101495219 B1 KR101495219 B1 KR 101495219B1 KR 20130101660 A KR20130101660 A KR 20130101660A KR 20130101660 A KR20130101660 A KR 20130101660A KR 101495219 B1 KR101495219 B1 KR 101495219B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slag
viscosity
electric furnace
orifice
molten
Prior art date
Application number
KR20130101660A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오명숙
가명훈
Original Assignee
홍익대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 홍익대학교 산학협력단 filed Critical 홍익대학교 산학협력단
Priority to KR20130101660A priority Critical patent/KR101495219B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101495219B1 publication Critical patent/KR101495219B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid

Abstract

An orifice viscometer for molten slag is disclosed. According to an embodiment of the present invention, the orifice viscometer for molten slag comprises: an alumina melting crucible where a slag specimen in a solid state is compressed and filled, and a molten slag in a liquid state flows down through an outlet; an alumina stick which closes the outlet; an electric furnace which heats the melting crucible; an alumina slag collector which collects the slag molten in the melting crucible flowing through the outlet; and a scale which measures changes in the mass of the slag collector.

Description

용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치{ORIFICE VISCOMETER FOR MOLTEN SLAG}[0001] ORIFICE VISCOMETER FOR MOLTEN SLAG [0002]

본 발명은 오리피스 점도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스화기내에서 생성되는 고온·고점도 용융슬래그의 점도를 측정할 수 있는 오리피스 점도 측정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an orifice viscosity measuring apparatus, and more particularly, to an orifice viscosity measuring apparatus capable of measuring the viscosity of a high temperature and high viscosity molten slag produced in a gasifier.

잘 알려진 바와 같이, 석탄, 바이오매스 또는 중질잔사유와 같은 저급의 탄화수소 계열 원료를 가스화하여 복합발전소를 구동하는 석탄가스화 복합발전(Intergrated Gasification Combined Cycle : IGCC) 공정에서 석탄의 유기물질은 가스화기 내에서 가스화 되고 남은 회성분은 가스화기 내의 고온??고압 조건에 의해 용융되어 고점도의 슬래그(Slag)를 형성한다.As is well known, in an integrated gasification combined cycle (IGCC) process in which a low-grade hydrocarbon-based raw material such as coal, biomass or heavy residues is gasified to drive a combined power plant, The gas components remaining after gasification are melted by the high temperature and high pressure conditions in the gasifier to form a slag having a high viscosity.

이렇게 형성된 용융슬래그는 가스화기 벽면을 따라 흘러 가스화기 하부에서 급랭되어 배출되게 된다. The molten slag thus formed flows along the wall of the gasifier and is quenched and discharged from the bottom of the gasifier.

슬래그의 점도가 상승하게 될 경우, 슬래그 축적현상이 일어날 수 있으며, 슬래그 축적현상은 슬래그의 원활한 배출을 막아 조업중단을 초래하고, 심할 경우 가스화기 자체에 기계적 손상을 입힐 수 있다.If the viscosity of the slag increases, slag accumulation may occur, and accumulation of slag may prevent smooth discharge of the slag, resulting in interruption of operation and, in severe cases, mechanical damage to the gasifier itself.

따라서 슬래그의 원활한 제거를 위하여 슬래그의 유동성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 가스화 조건에서 용융슬래그의 점도를 측정하고 예측할 수 있어야 한다.Therefore, it is very important to ensure the fluidity of the slag for smooth removal of the slag and it is necessary to measure and predict the viscosity of the molten slag under gasification conditions.

기존에 상용화되어 사용되고 있는 회전형 점도계의 경우 회전하는 로터에 전달되는 토크(Torque)를 측정하여 슬래그의 점도를 측정한다.The viscosity of the slag is measured by measuring the torque transmitted to the rotating rotor in the case of the rotary viscometer which has been used commercially.

하지만 고온에서 점도를 측정하는데 시간이 오래 걸리며 측정 장치의 설치가 어려워 로터의 편심현상 등의 문제가 발생 할 수 있다.However, it takes a long time to measure the viscosity at a high temperature and it is difficult to install the measuring device, which may cause problems such as eccentricity of the rotor.

회전형 점도계의 단점을 보완하는 것으로 비교적 점도 측정 장치의 설치가 간단하며, 점도 측정시간이 짧은 고온??고점도 슬래그용 오리피스 점도계가 있다.There is an orifice viscometer for a high temperature and high viscosity slag which is relatively simple to install a viscosity measuring device and has a short time for measuring a viscosity.

도 1에는 현재 상용화되어 사용되고 있는 세이볼트 점도계(Saybolt Viscometer)를 나타내고 있다. 이러한 세이볼트 점도계는 저온에서 오리피스원리를 이용하여 연료유 등의 유체의 점도를 측정하는 점도계로서, 용기(10) 바닥의 작은 관(4)을 코르크마개(2)로 막고 시료를 상부에 오버플로우 림(overflow rim)(6)이 형성된용기(4)의 윗면까지 채운 후, 코르크마개(2)를 빠른 동작으로 제거하고 바닥의 작은 관(4)을 통하여 시료액체가 60 ㎤ 흘러나가는데 소요되는 시간을 측정하여 동적 점성도를 구한다. 이를 세이볼트초(秒)라 하며, 세이볼트초와 동적 점성도의 관계는 환산표에 의하여 주어져 있다. 시료의 그릇과 작은 관의 크기 등이 미국 ASTM-D88 규격에 정해져 있으며, 가는 구멍의 크기에 따라 세이볼트 퓨롤(saybolt furol) 점도계와 세이볼트 유니버설(saybolt univeral) 점도계로 나누어지며, 전자의 60초와 후자의 600초는 동일한 점도이다.Fig. 1 shows a Saybolt viscometer which is currently in commercial use. Such a Sivolt viscometer is a viscometer for measuring the viscosity of a fluid such as fuel oil using an orifice principle at a low temperature. A small pipe 4 at the bottom of the container 10 is closed with a cork 2, After filling the top of the container 4 with the overflow rim 6 formed thereon, the cork stopper 2 is rapidly removed and the time required for the sample liquid to flow through the small tube 4 at the bottom To determine the dynamic viscosity. This is called the seabort seconds (sec), and the relationship between the seabort seconds and the dynamic viscosity is given by the conversion table. The size of the bowl and the size of the small tube are defined in the US ASTM-D88 standard and divided into the saybolt furol viscometer and the saybolt universal viscometer according to the size of the fine hole. And 600 seconds of the latter are the same viscosity.

하지만, 이러한 종래의 세이볼트 점도계는 1000 ℃ 이상의 고온에 적용할 수 없으며, 코르크마개의 제거와 같은 방법을 고온전기로 내에서 적용할 수 없고 용융슬래그에 의한 실험 장치의 침식이 발생 할 수 있다. 따라서 고온??고점도 슬래그에 적용하기 위해서는 고온에서 적용가능하며 슬래그에 침식이 되지 않는 재질의 사용, 배출구 코르크마개의 변경 및 제거 방식의 변경, 고온과 슬래그에 의한 내화재 및 실험장치의 침식, 온도유지, 점도보정 방식, 점도측정 방식 등의 문제점을 개선하여야 한다.However, such a conventional sheathed viscometer can not be applied to a high temperature of 1000 DEG C or more, and a method such as the removal of a cork can not be applied in a high-temperature electric furnace, and erosion of an experimental apparatus due to molten slag may occur. Therefore, it is applicable to high temperature and high viscosity slag, it can be applied at high temperature and it is possible to use materials which are not eroded in slag, change and change of the method of changing and removing the outlet cork, erosion of refractory materials and experiment equipment by high temperature and slag, , A viscosity correction method, and a viscosity measurement method.

한편 발명의 배경이 되는 선행문헌으로서 이상의 문제점을 해소하는 특허문헌은 검색되지 않았다.On the other hand, as a prior art which becomes the background of the invention, no patent literature which solves the above problems has been searched.

(없음)(none)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 그 목적은 환원 분위기의 고온전기로, 오리피스를 가진 알루미나 도가니, 알루미나 도가니내에서 용융된 슬래그를 받는 슬래그 수집기(slag collector), 및 슬래그 수집기의 질량을 측정 할 수 있는 저울로 이루어져 있어, 슬래그 수집기의 질량변화를 연속적으로 측정하고, 이를 이용하여 고온에서의 슬래그 점도를 측정할 수 있는 오리피스 점도 측정 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, and its object is to provide a high temperature electric furnace in a reducing atmosphere, an alumina crucible having an orifice, a slag collector receiving melted slag in an alumina crucible, The present invention provides an orifice viscosity measuring device capable of continuously measuring the mass change of a slag collector and measuring the slag viscosity at a high temperature by using the balance.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따르는 오리피스 점도 측정 장치는 고체상의 슬래그 시료가 압축 충전되어 액상으로 용융된 슬래그가 배출구를 통해 흘러내리는 알루미나 용융도가니; 상기 배출구를 막는 알루미나 막대; 상기 용융도가니를 가열하는 전기로; 상기 용융도가니에서 용융되어 상기 배출구를 통해 흐른 슬래그가 모이는 알루미나 슬래그 수집기; 및 상기 슬래그 수집기의 질량변화를 측정하는 저울을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring an orifice viscosity, comprising: an alumina melting crucible for compressing a solid slag sample and flowing slag in a liquid phase through an outlet; An alumina rod blocking the outlet; An electric furnace for heating the molten crucible; An alumina slag collector which is melted in the melting crucible and collects slag flowing through the discharge port; And a balance for measuring the mass change of the slag collector.

상기 전기로에는 하단에 배출구가 뚫려있는 전기로 밑면의 내화물과 상기 용융도가니 사이에 고밀도 및 저밀도 내화물이 설치될 수 있다.The electric furnace may be provided with a high-density and low-density refractory material between the refractory on the bottom surface of an electric furnace having a discharge port at the lower end thereof and the melting crucible.

상기 전기로의 내부에는 CO와 N2 혼합가스를 주입하여 환원분위기를 조성할 수 있다.A CO and N 2 mixed gas may be injected into the electric furnace to form a reducing atmosphere.

상기 슬래그 수집기는 상기 전기로의 밑면에 설치되어 상기 전기로의 배출구에서 새어나오는 열에 의해 예열될 수 있으며, 전기로의 열에 의한 저울의 손상을 방지할 수 있다.The slag collector can be preheated by the heat leaking from the discharge port of the electric furnace installed on the bottom of the electric furnace, and it is possible to prevent the scale from being damaged by the heat of the electric furnace.

상기 저울은 내화솜과 단열재로 보호될 수 있다.The balance may be protected by a fire-proof pad and a heat-insulating material.

상기 전기로의 온도는 1300 ℃ ~ 1600 ℃로 승온될 수 있다.The temperature of the electric furnace may be raised to 1300 ° C to 1600 ° C.

상기 슬래그의 점도 계산은 표준유리를 이용하여 도출된 점도 보정선과 점도식으로 계산되며, 고분자 표준용액을 이용하여 도출된 상기 점도 보정선 및 점도식은 각각 다음 식으로 표현될 수 있다.
The viscosity of the slag may be calculated using a viscosity correction line and a viscosity standard derived using standard glass, and the viscosity correction line and the viscosity formula derived using the polymer standard solution may be expressed by the following equations, respectively.

Figure 112013078012679-pat00001
Figure 112013078012679-pat00001

Figure 112013078012679-pat00002
Figure 112013078012679-pat00002

Figure 112013078012679-pat00003
Figure 112013078012679-pat00003

Figure 112013078012679-pat00004
Figure 112013078012679-pat00004

Figure 112013078012679-pat00005
Figure 112013078012679-pat00005

Figure 112013078012679-pat00006
Figure 112013078012679-pat00006

여기서, R2은 유도한 식과 실험으로 얻은 데이터와 일치하는 정도를 나타낸 것으로, Re는 레이놀즈 수이고, C는 오리피스 상수이고, g는 중력가속도이고, h는 용융도가니내의 용융슬래그의 높이이고, D는 배출구의 지름이며, ρ는 슬래그의 밀도이고, V는 배출구에서의 유체(슬래그)의 속도(선속도)로서, 실험에서 측정된 질양 배출 속도인

Figure 112013078012679-pat00007
에서 구할 수 있고, μ는 용융슬래그 점도이다.Here, as R 2 is showing the degree of matching the data obtained with the induced expression experiment, and Re is the Reynolds number, and C is the orifice constant, g is the gravitational acceleration, h is the height of the molten slag in a melting crucible, D Is the diameter of the outlet, p is the density of the slag and V is the velocity of the fluid (slag) at the outlet (linear velocity)
Figure 112013078012679-pat00007
And μ is the molten slag viscosity.

본 발명의 다른 관점에 따르는 오리피스 점도 측정 방법은 알루미나 막대를 이용하여 상기 용융도가니 하단의 배출구를 막는 단계; 상기 알루미나 용융도가니에 고체상의 슬래그 시료를 압축 충전하는 단계; 상기 오리피스 점도 측정 장치를 상기 전기로에 설치하는 단계; 상기 고체상의 슬래그가 용융될 때 까지 상기 전기로의 온도를 약 1300 ℃ ~ 1600 ℃로 승온하는 단계; 승온 후, 상기 알루미나 막대를 제거하는 동시에 동일의 새로운 알루미나 막대를 이용하여 시료를 섞어주는 단계; 및 상기 용융도가니의 배출구와 전기로의 배출구를 통과하여 하단의 슬래그 수집기로 모이는 시료의 질량변화를 측정하여 슬래그의 점도를 계산하는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an orifice viscosity measuring method comprising: closing an outlet at the lower end of a melting crucible using an alumina rod; Compressing and filling a solid slag sample into the alumina molten crucible; Installing the orifice viscosity measuring device in the electric furnace; Raising the temperature of the electric furnace to about 1300 ° C to 1600 ° C until the solid slag melts; Removing the alumina rod, and mixing the sample with the same alumina rod; And calculating the viscosity of the slag by measuring a change in mass of the sample passing through the discharge port of the melting crucible and the discharge port of the electric furnace and collected by the slag collector at the lower end.

본 발명의 실시예에 따르면, 짧은 시간에 쉽게 고온의 용융슬래그 점도를 측정 할 수 있는 효과를 지닌다. 또한, 고밀도 알루미나 재질을 사용하여 고온의 슬래그로부터 용융도가니와 슬래그 수집기가 침식되는 현상을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to easily measure the high-temperature molten slag viscosity in a short time. Also, it has an effect of minimizing the phenomenon of erosion of the melting crucible and the slag collector from the high-temperature slag by using the high-density alumina material.

도 1은 종래의 세이볼트 점도계(Saybolt Viscometer)의 구성을 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오리피스 점도 측정 장치의 용융도가니와 슬래그 수집기를 나타내는 사진이고,
도 3은 실험실용 전기로에 도 2 용융도가니가 설치된 상태를 나타내는 사진이고,
도 4는 도 3 실험용 전기로의 하부에 슬래그 수집기와 질량변화 측정용 저울이 설치된 상태를 나타내는 사진이고,
도 5는 고분자 표준용액을 이용하여 상온에서 구한 점도 보정인자를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic view showing the configuration of a conventional Saybolt viscometer,
2 is a photograph showing a melting crucible and a slag collector of an orifice viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
3 is a photograph showing a state in which a melting crucible is installed in a laboratory electric furnace,
FIG. 4 is a photograph showing a state where a slag collector and a scale for measuring a mass change are installed in a lower portion of the experimental electric furnace of FIG. 3,
5 is a graph showing a viscosity correction factor obtained at room temperature using a polymer standard solution.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 명세서 전체를 통하여 어떠한 부분이 어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention in the following, it is to be understood that when an element is referred to as being "comprising" any element throughout the specification, it does not exclude other elements, It means that you can.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오리피스 점도 측정 장치의 용융도가니와 슬래그 수집기를 나타내고 있다.2 shows a melting crucible and a slag collector of an orifice viscosity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 오리피스 점도 측정 장치는 고온·고점도 슬래그에 적용이 가능하도록 개선한 것으로, 슬래그를 액상으로 용융시키고 흘러내릴 수 있게 하는 용융도구로서 용융도가니(20)를 점도컵으로 사용하였으며, 하부의 슬래그 수집기 또는 컵(이하 슬래그 수집기(40)라 한다)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the apparatus for measuring orifice viscosity according to an embodiment of the present invention is improved to be applicable to high-temperature and high-viscosity slag, and is a melting tool for melting and flowing down slag into a liquid phase. (20) is used as a viscosity cup, and includes a lower slag collector or cup (hereinafter referred to as slag collector (40)).

용융도가니(20)와 슬래그 수집기(40)를 알루미나 재질을 사용함으로써 고온의 슬래그로부터 용융도가니와 수집기가 침식되는 현상을 최소화할 수 있다.By using alumina material for the melting crucible 20 and the slag collector 40, it is possible to minimize the phenomenon that the melting crucible and the collector are eroded from the hot slag.

알루미나 재질의 용융도가니(20)는 원통 형상으로 바닥면 정중앙에 지름 3 mm ~ 10 mm의 배출구(22)를 가지고 있으며, 전기로(60)내에서 가열되어 도가니 내부의 슬래그를 용융시키고 용융된 슬래그를 바닥면의 배출구(22)로 배출시킨다.The melting crucible 20 made of alumina is cylindrical and has a discharge port 22 having a diameter of 3 mm to 10 mm in the center of the bottom surface and is heated in the electric furnace 60 to melt the slag in the crucible, To the discharge port 22 on the bottom surface.

배출구(22)는 액상으로 용융된 슬래그가 배출되는 것을 방지하기위해 알루미나 막대(도시하지 않음)을 이용하여 막는다.The outlet 22 is closed with an alumina rod (not shown) to prevent the molten slag from being discharged in the liquid phase.

우측의 알루미나 슬래그 수집기(40)는 사발 형상으로, 알루미나 도가니(20)로부터 배출되는 슬래그를 받는다. 이때, 슬래그 수집기(40)의 질량변화를 측정하여 고온에서의 슬래그 점도를 측정하게 된다.The alumina slag collector 40 on the right side receives the slag discharged from the alumina crucible 20 in a bowl shape. At this time, the change in mass of the slag collector 40 is measured to measure the slag viscosity at a high temperature.

기존의 세이볼트 점도계와 마찬가지로 본 발명의 오리피스 점도 측정 장치 역시 점도컵을 평탄하게 위치시켜 액상의 시료가 슬래그 수집기(40)로 곧게 흘러내리는 것이 매우 중요하다. 이를 위하여 수준기(수평계)를 사용하여 용융도가니의 수평을 맞춘 후 실험을 진행할 수 있다.It is very important that the viscosity measuring apparatus of the present invention, like the existing Sabolv viscometer, also places the viscosity cups flat and flows down the slurry collector 40 in a straight line. To do this, we can level the melt crucible using a leveling system and then proceed with the experiment.

또한 점도를 측정하고자 하는 슬래그는 온도에 매우 민감한 물질이므로 용융도가니의 수평유지와 온도유지가 점도 측정 장치 구성의 핵심이라 할 수 있다. Since the slag to be measured is very sensitive to temperature, the horizontal holding and temperature maintenance of the melting crucible is the core of the composition of the viscosity measuring device.

한편, 도 3에는 본 발명에 있어서 용융도가니(20)를 가열하는 실험실용 전기로 밑면에 설치된 용융도가니 및 내화물을 나타내고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실험실용 전기로(60)에는 밑면에 2단 구조(약 8cm)의 내화물(62)이 구비되어 있고 이 하단에 배출구(도시하지 않음)가 뚫려 있어 용융도가니(20)에서 배출된 용융슬래그를 전기로(60) 외부의 슬래그 수집기(40)에서 받을 수 있는 구조이다.On the other hand, Fig. 3 shows a molten crucible and a refractory provided on the bottom surface of a laboratory electric furnace for heating the melting crucible 20 according to the present invention. 3, a refractory 62 having a two-stage structure (about 8 cm) is provided on the bottom surface of the laboratory electric furnace 60, and a discharge port (not shown) The molten slag discharged from the slag collector 40 outside the electric furnace 60 can be received.

전기로(60)에 뚫려 있는 배출구로 전기로 내부의 열이 전기로 외부로 전달 될 수 있고, 실험 도중 용융도가니(20)내의 슬래그가 유출될 경우 전기로(60)가 손상될 수 있으므로, 용융도가니(20)와 전기로 밑면 내화물(62) 사이에는 두께 2 cm의 고밀도 내화물(64)과 2 cm의 저밀도 내화물(66)을 이용하여 전기로(60)의 단열과 슬래그로 부터의 보호를 수행할 수 있다.The heat inside the electric furnace can be transferred to the outside of the electric furnace by the discharge port drilled in the electric furnace 60 and the electric furnace 60 can be damaged when the slag in the melting crucible 20 flows out during the test, Insulation between the furnace 20 and the electric furnace bottom refractory 62 is protected by insulation and slag from the electric furnace 60 by using a high-density refractory 64 having a thickness of 2 cm and a low-density refractory 66 having a thickness of 2 cm can do.

용융도가니(20)를 평탄하게 위치시킨 후 용융도가니(20)의 배출구(22)와 전기로 밑면 내화물(62)의 배출구를 일치시켜 용융슬래그가 슬래그 수집기(40)로 똑바로 흘러내릴 수 있게 장치를 설치한다.After the melting crucible 20 is positioned flat, the discharge port 22 of the melting crucible 20 is aligned with the discharge port of the bottom refractory 62 of the electric furnace so that the molten slag flows straight to the slag collector 40 Install it.

전기로(60)의 내부로는 CO와 N2 혼합가스(CO 20%, N2 80%)를 주입하여 환원 시의 실제 가스화기내에서처럼 환원분위기를 조성한다.A mixed gas of CO and N 2 (20% of CO and 80% of N 2 ) is injected into the electric furnace (60) to form a reducing atmosphere as in the actual gasifier at the time of reduction.

도 4는 도 3 실험용 전기로 아래의 슬래그 수집기와 질량변화 측정용 저울이 설치된 상태를 나타내고 있다.Fig. 4 shows a state in which the slag collector and the scale for measuring the mass change are installed under the electric furnace of Fig. 3.

도 4에 도시된 바와 같이, 전기로(60)의 슬래그 배출부와 슬래그 수집기(40)의 질량변화를 측정 할 수 있는 저울(80)은 내화솜과 단열재로 보호 한 후 슬래그 수집기(40)를 설치할 수 있고, 전자 저울을 사용하는 것이 바람직하다. 4, the scale 80 capable of measuring the mass change of the slag discharging portion of the electric furnace 60 and the slag collector 40 is protected by the refractory cotton and the heat insulating material, and then the slag collector 40 It is preferable to use an electronic balance.

전기로(60) 내부의 용융도가니(20)에서 용융되어 배출구(22)로 흐른 슬래그는 전기로(60)의 배출구를 통하여 슬래그 수집기(40)에 모이게 된다.The slag melted in the melting crucible 20 inside the electric furnace 60 and flowing into the discharge port 22 is collected in the slag collector 40 through the outlet of the electric furnace 60.

이때 슬래그 수집기(40)가 상온의 상태에서 고온의 용융슬래그를 받게 되면, 열 충격에 의하여 슬래그 수집기(40)가 깨어질 우려가 있으므로 슬래그 수집기(40)를 전기로(60)의 아래에 5mm 이내의 간격을 두고 설치하여 전기로(60)의 배출구(도시하지 않음)로 새어나오는 열을 이용, 슬래그 수집기(40)를 예열하고, 또한 전기로의 열에 의한 저울의 손상을 방지하는 것이 바람직하다.When the slag collector 40 receives the hot molten slag at a normal temperature, the slag collector 40 may be broken due to thermal shock. Therefore, the slag collector 40 may be positioned within 5 mm below the electric furnace 60 It is preferable to preheat the slag collector 40 by using the heat leaking to the discharge port (not shown) of the electric furnace 60 and to prevent the damage of the balance by the heat of the electric furnace.

종래의 세이볼트 점도계에서는 일정한 부피의 액체시료가 배출구로 배출되는 시간을 측정하여 액체의 점도를 계산하였지만, 본 발명에 따른 오리피스 점도 측정 장치는 고온의 전기로(60)를 이용하므로, 슬래그의 부피변화를 측정할 수 없다.The viscosity of the liquid is measured by measuring the time during which the liquid sample having a predetermined volume is discharged to the discharge port in the conventional Sabolv viscometer. However, since the apparatus for measuring the orifice viscosity according to the present invention uses the electric furnace 60 at high temperature, Changes can not be measured.

따라서, 본 발명에 따른 오리피스 점도 측정 장치는 슬래그 수집기(40)에 모이는 슬래그의 질량변화를 이용하여 유체의 점도를 계산할 수 있다.Accordingly, the orifice viscosity measuring apparatus according to the present invention can calculate the viscosity of the fluid by using the mass change of the slag collected in the slag collector 40.

슬래그 및 슬래그 수집기(40)의 전체 질량변화를 하단의 저울(80)을 통하여 측정하게 된다.The total mass change of the slag and slag collector 40 is measured through the balance 80 at the bottom.

실시간으로 측정하는 질량변화는 컴퓨터를 이용하여 기록한다.Mass changes measured in real time are recorded using a computer.

저울(80)의 최대 측정 중량은 단열재의 무게를 감안하여 4.0 kg이상의 용량을 가지고 있으며, 슬래그 수집기(40)의 무게 변화가 크지 않은 점을 감안하여 저울(80)의 분해능은 1/100 g 이상이어야 한다.Considering that the maximum measured weight of the scale 80 has a capacity of 4.0 kg or more considering the weight of the heat insulating material and the weight change of the slag collector 40 is not large, the resolution of the scale 80 is 1/100 g or more .

알루미나 막대(도시하지 않음)를 이용하여 용융도가니(20) 하단의 배출구(22)를 막고 알루미나 용융도가니(20)에 고체상의 슬래그 시료를 압축 충전한다. 이때 고온 슬래그로부터 저울(80)을 보호하기 위하여 내화물을 이용하였고, 또한 용융도가니(20)와 전기로(60)도 단열 및 보호를 행하였다.A discharge port 22 at the lower end of the melting crucible 20 is closed using an alumina rod (not shown), and a solid slag sample is compressed and filled in the alumina melting crucible 20. [ At this time, a refractory was used to protect the scale 80 from the hot slag, and the melting crucible 20 and the electric furnace 60 were also insulated and protected.

위와 같이 고온·고점도 슬래그용 점도 측정 장치를 설치 한 후,고체상의 슬래그가 용융될 때 까지 전기로(60)의 온도를 약 1300 ℃ ~ 1600 ℃로 승온한다.After the viscosity measuring device for high temperature and high viscosity slag is installed as described above, the temperature of the electric furnace 60 is raised to about 1300 ° C to 1600 ° C until the solid slag is melted.

승온 후, 알루미나 막대)를 제거하고, 동시에 동일한 알루미나 막대를 이용하여 시료를 섞어준다.After the temperature rise, the alumina rod is removed, and at the same time, the sample is mixed using the same alumina rod.

이후, 용융도가니(20)의 배출구(22)와 전기로(60)의 배출구를 통과하여 하단의 슬래그 수집기(40)로 모이는 시료의 질량변화를 측정하여 슬래그의 점도를 계산한다.Thereafter, the viscosity of the slag is calculated by measuring the mass change of the sample passing through the discharge port 22 of the melting crucible 20 and the discharge port of the electric furnace 60 and assembled to the slag collector 40 at the lower end.

도 5는 표준용액을 이용하여 도출된 점도 보정선과 점도식을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing viscosity correction lines and viscosity formulas derived using standard solutions.

점도 보정선 및 점도식은 각각 다음 식과 같다.The viscosity correction line and the viscosity formula are as follows.

Figure 112013078012679-pat00008
Figure 112013078012679-pat00008

Figure 112013078012679-pat00009
Figure 112013078012679-pat00009

Figure 112013078012679-pat00010
Figure 112013078012679-pat00010

Figure 112013078012679-pat00011
Figure 112013078012679-pat00011

Figure 112013078012679-pat00012
Figure 112013078012679-pat00012

Figure 112013078012679-pat00013

Figure 112013078012679-pat00013

여기서, R2은 유도한 식과 실험으로 얻은 데이터와 일치하는 정도를 나타낸 것으로, Re는 레이놀즈 수 이고, C는 오리피스 상수이고, g는 중력가속도이고, h는 용융도가니 내의 용융슬래그의 높이이고, D는 배출구의 지름이고, ρ는 슬래그의 밀도이고, V는 배출구에서의 유체(슬래그)의 속도(선속도) 이며, 실험에서 측정된 질양 배출 속도인

Figure 112013078012679-pat00014
에서 구할 수 있고, μ는 용융슬래그 점도이다.Here, as R 2 is showing the degree of matching the data obtained with the induced expression experiment, and Re is the Reynolds number, and C is the orifice constant, g is the gravitational acceleration, h is the height of the molten slag in a melting crucible, D Is the diameter of the outlet, p is the density of the slag, V is the velocity of the fluid (slag) at the outlet (linear velocity)
Figure 112013078012679-pat00014
And μ is the molten slag viscosity.

고온에서의 점도 보정인자는 표준유리를 이용한 점도측정을 통하여 보정인자를 구하여 사용한다.The viscosity correction factor at high temperature is obtained by measuring viscosity using standard glass and obtaining the correction factor.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고온??고점도 슬래그 점도측정용 오리피스 점도 측정 장치는 고온에서 탄 종에 따라 달라지는 슬래그의 점도를 측정하여 슬래그의 유동성을 확보함으로써 가스화 복합발전(IGCC)의 원활한 조업조건을 도출할 수 있다.As described above, the apparatus for measuring orifice viscosity for measuring high temperature and high viscosity slag viscosity according to the embodiment of the present invention can measure the viscosity of slag depending on the carbon species at high temperature to secure the fluidity of the slag, Smooth operation conditions can be derived.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 오리피스 점도 측정 장치의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. 그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
The above description is only one preferred embodiment of the apparatus for measuring orifice viscosity according to the present invention. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and therefore, It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It should be understood that many other modifications and applications are possible within the scope of the basic technical idea of the present invention.

20 : 용융도가니 22 : 배출구
40 : 슬래그 수집기 60 : 전기로
62 : 전기로 밑면 내화물 62 : 저밀도 내화물
64 : 고밀도 내화물 80 : 저울20: melting crucible 22: outlet
40: slag collector 60: electric furnace
62: Electric furnace bottom refractory 62: Low density refractory
64: high density refractory 80: scales

Claims (8)

용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치로서,
고체상의 슬래그 시료가 압축 충전되어 액상으로 용융된 슬래그가 배출구를 통해 흘러내리는 알루미나 용융도가니;
상기 배출구를 막는 알루미나 막대;
상기 용융도가니를 가열하는 전기로;
상기 용융도가니에서 용융되어 상기 배출구를 통해 흐른 슬래그가 모이는 하부의 알루미나 슬래그 수집기(slag collector); 및
상기 슬래그 수집기의 질량변화를 측정하는 저울을 포함하고,
상기 슬래그의 점도 계산은 다음 식으로 표현되는 점도 보정선과 점도식으로 계산되는
용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치.
Figure 112014103940590-pat00027

Figure 112014103940590-pat00028

Figure 112014103940590-pat00029

Figure 112014103940590-pat00030

Figure 112014103940590-pat00031

Figure 112014103940590-pat00032

여기서, R2은 유도한 식과 실험으로 얻은 데이터와 일치하는 정도를 나타낸 것으로, Re는 레이놀즈 수 이고, C는 오리피스 상수이고, g는 중력가속도이고, h는 상기 알루미나 용융 도가니 내의 용융된 상기 슬래그의 높이이고, D는 상기 배출구의 지름이며, ρ는 상기 슬래그의 밀도이고, V는 상기 배출구에서의 상기 슬래그의 속도이며, μ는 상기 슬래그의 점도이다.
An orifice viscosity measuring device for molten slag,
An alumina melting crucible in which a solid slag sample is compressed and filled and the slag melted in a liquid phase flows down through an outlet;
An alumina rod blocking the outlet;
An electric furnace for heating the molten crucible;
A lower alumina slag collector that melts in the melting crucible and collects slag flowing through the outlet; And
And a scale for measuring a change in mass of the slag collector,
The viscosity calculation of the slag is calculated visually by a viscosity correction line expressed by the following equation
Orifice viscosity measuring apparatus for molten slag.
Figure 112014103940590-pat00027

Figure 112014103940590-pat00028

Figure 112014103940590-pat00029

Figure 112014103940590-pat00030

Figure 112014103940590-pat00031

Figure 112014103940590-pat00032

Where Re is the Reynolds number, C is the orifice constant, g is the gravitational acceleration, h is the height of the melted slag in the alumina melting crucible, , D is the diameter of the outlet, p is the density of the slag, V is the velocity of the slag at the outlet and μ is the viscosity of the slag.
제 1 항에 있어서,
상기 전기로에는 하단에 배출구가 뚫려있는 전기로 밑면 내화물이 구비되며, 상기 용융도가니와 전기로 밑면 내화물사이에 고밀도 및 저밀도 내화물이 설치되는
용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The electric furnace is provided with an electric furnace bottom refractory having a discharge port at a lower end thereof, and a high-density and low-density refractory is installed between the melting crucible and an electric furnace bottom refractory
Orifice viscosity measuring apparatus for molten slag.
제 1 항에 있어서,
상기 전기로의 내부에는 CO와 N2 혼합가스를 주입하여 환원분위기를 조성하는
용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치.
The method according to claim 1,
A CO and N 2 mixed gas is injected into the electric furnace to form a reducing atmosphere
Orifice viscosity measuring apparatus for molten slag.
제 1 항에 있어서,
상기 슬래그 수집기는 상기 전기로의 밑면에 설치되어 상기 전기로의 배출구 새어나오는 열에 의해 예열되고, 상기 전기로의 열에 의한 상기 저울의 손상을 방지하는
용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The slag collector is installed on a bottom surface of the electric furnace and is preheated by heat leaking from an outlet of the electric furnace to prevent the scale from being damaged by the heat of the electric furnace
Orifice viscosity measuring apparatus for molten slag.
제 1 항에 있어서,
상기 저울은 내화솜과 단열재로 보호되는
용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The balance is protected by fire-resistant cotton and insulation.
Orifice viscosity measuring apparatus for molten slag.
제 1 항에 있어서,
상기 전기로의 온도는 1300 ℃ ~ 1600 ℃로 승온되는
용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The temperature of the electric furnace is raised from 1300 DEG C to 1600 DEG C
Orifice viscosity measuring apparatus for molten slag.
삭제delete 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 용융슬래그용 오리피스 점도 측정 장치의 점도 측정 방법으로서,
상기 알루미나 막대를 이용하여 상기 용융도가니 하단의 배출구를 막는 단계;
상기 알루미나 용융도가니에 고체상의 슬래그 시료를 압축 충전하는 단계;
상기 오리피스 점도 측정 장치를 상기 전기로에 설치한 후 상기 고체상의 슬래그가 용융될 때 까지 상기 전기로의 온도를 1300 ℃ ~ 1600 ℃의 범위 내로 승온하는 단계;
승온 후, 상기 알루미나 막대를 제거하는 동시에 동일의 새로운 알루미나 막대를 이용하여 시료를 섞어주는 단계; 및
상기 용융도가니의 배출구와 전기로의 배출구를 통과하여 아래의 슬래그 수집기로 모이는 시료의 질량변화를 측정하여 슬래그의 점도를 계산하는 단계를 포함하는
오리피스 점도 측정 방법.A viscosity measurement method of an orifice viscosity measuring apparatus for molten slag according to any one of claims 1 to 6,
Closing the outlet at the lower end of the melting crucible using the alumina rod;
Compressing and filling a solid slag sample into the alumina molten crucible;
Raising the temperature of the electric furnace to within a range of 1300 ° C to 1600 ° C until the solid slag is melted after the orifice viscosity measuring device is installed in the electric furnace;
Removing the alumina rod, and mixing the sample with the same alumina rod; And
And calculating the viscosity of the slag by measuring the mass change of the sample passing through the discharge port of the melting crucible and the discharge port of the electric furnace and assembled to the slag collector below
Method of measuring orifice viscosity.
KR20130101660A 2013-08-27 2013-08-27 Orifice viscometer for molten slag KR101495219B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130101660A KR101495219B1 (en) 2013-08-27 2013-08-27 Orifice viscometer for molten slag

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130101660A KR101495219B1 (en) 2013-08-27 2013-08-27 Orifice viscometer for molten slag

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101495219B1 true KR101495219B1 (en) 2015-02-25

Family

ID=52594312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130101660A KR101495219B1 (en) 2013-08-27 2013-08-27 Orifice viscometer for molten slag

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101495219B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11458533B2 (en) * 2019-09-04 2022-10-04 National Central University Measuring device and method of physical property measuring

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940023201U (en) * 1993-03-31 1994-10-22 Viscosity Automatic Measuring Device
KR20120012029A (en) * 2010-07-30 2012-02-09 주식회사 이글래스 Continuous glass melting furnace for glass
KR20130024431A (en) * 2011-08-31 2013-03-08 한국전력공사 Apparatus for measuring slag viscosity
WO2013037691A1 (en) 2011-09-14 2013-03-21 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Method and device for investigating the flow properties and the viscosity of liquid substances, particularly at temperatures of 1000°c and more

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940023201U (en) * 1993-03-31 1994-10-22 Viscosity Automatic Measuring Device
KR20120012029A (en) * 2010-07-30 2012-02-09 주식회사 이글래스 Continuous glass melting furnace for glass
KR20130024431A (en) * 2011-08-31 2013-03-08 한국전력공사 Apparatus for measuring slag viscosity
WO2013037691A1 (en) 2011-09-14 2013-03-21 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Method and device for investigating the flow properties and the viscosity of liquid substances, particularly at temperatures of 1000°c and more

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11458533B2 (en) * 2019-09-04 2022-10-04 National Central University Measuring device and method of physical property measuring

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kong et al. The internal and external factor on coal ash slag viscosity at high temperatures, Part 1: Effect of cooling rate on slag viscosity, measured continuously
Kong et al. The internal and external factor on coal ash slag viscosity at high temperatures, Part 3: Effect of CaO on the pattern of viscosity–temperature curves of slag
Kong et al. The internal and external factor on coal ash slag viscosity at high temperatures, Part 2: Effect of residual carbon on slag viscosity
CN202442935U (en) Integrated measuring device for physical property of high temperature melting body
Scarfe et al. Viscosity-temperature relationships of melts at 1 atm in the system diopside-albite
BR112013004939B1 (en) method to evaluate the thermal plasticity of coals and pie-forming additives
KR101646684B1 (en) Experiment Apparatus and Method for Solid Fuel Fluidity and Slag Viscosity
Yan et al. Improved prediction of critical-viscosity temperature by fusion behavior of coal ash
CN105092418A (en) Determining device for viscosity in heavy oil thermal reaction and determining method thereof
Zhou et al. A new prediction method for the viscosity of the molten coal slag. Part 2: The viscosity model of crystalline slag
KR101495219B1 (en) Orifice viscometer for molten slag
CN102353619A (en) Needle penetration measurement device and method for characterizing rheological behaviour of high-viscosity solid fuel ash
Shi et al. The fusion mechanism of complex minerals mixture and prediction model for flow temperature of coal ash for gasification
CN101749942A (en) Temperature measuring device of rotary kiln
Dai et al. The role of residual carbon on fusibility and flow properties of rice straw ash
Ducret et al. Liquidus temperatures and viscosities of FeO‐Fe2O3‐SiO2‐CaO‐MgO slags at compositions relevant to nickel matte smelting
CN102162800A (en) Measuring device and method of crystallization temperature of crystallizer slag powder
CN110108597B (en) Multifunctional high-temperature silicon-molybdenum rod furnace tube viscosity measuring system and method
Buhre et al. Measurement of the viscosity of coal-derived slag using thermomechanical analysis
JP5554182B2 (en) Coal slag emission evaluation test method
KR20130024431A (en) Apparatus for measuring slag viscosity
CN107045658B (en) A kind of prediction technique of coal ash viscosity-temperature characteristic
CN105466811A (en) Measuring error calibration method
CN201221896Y (en) Temperature measuring device of carbon element calcining rotary kiln
CN112857959A (en) Preparation device and preparation method of coal ash slag sample

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee