KR101715527B1 - 용강 샘플러 장치 - Google Patents

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KR101715527B1
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황정하
강성묵
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현대제철 주식회사
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Abstract

용강 샘플러 장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 용강 샘플러 장치는: 용강이 유입되는 유입구가 구비되는 시료케이스와, 시료케이스를 감싸는 내열부와, 내열부를 둘러싸고, 내화물 재질을 포함하여 이루어지는 지관부와, 내열부 또는 지관부에 결합되고, 상기 유입구를 덮는 캡부와, 캡부의 내부에 설치되고, 유입구의 외측에 배치되어 유입구를 폐쇄하고, 내부에 유체가 저장되는 유입방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용강 샘플러 장치{DEVICE FOR SAMPLER OF MOLTEN STEEL}
본 발명은 용강 샘플러 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시료 채취 작업시 슬래그나 첨가제 등의 유입이 방지되는 용강 샘플러 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철소에서는 용융물 상태인 선(銑)이나 강(鋼)을 특정한 장치의 주형을 이용하여 시료를 채취함으로써, 채취된 시료를 통해 강의 재질, 용도 구성에 필요한 합금 원소의 성분을 분석한다.
본 발명에 대한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2015-0089493호(발명의 명칭: 슬래그 샘플러, 공개일:2015.08.05.)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유입방지부를 이용하여 시료 채취 작업시 슬래그나 첨가제 등의 유입이 방지되는 용강 샘플러 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 용강 샘플러 장치는 용강이 유입되는 유입구가 구비되는 시료케이스; 상기 시료케이스를 감싸는 내열부; 상기 내열부를 둘러싸고, 내화물 재질을 포함하여 이루어지는 지관부; 상기 내열부 또는 상기 지관부에 결합되고, 상기 유입구를 덮는 캡부; 및 상기 캡부의 내부에 설치되고, 상기 유입구의 외측에 배치되어 상기 유입구를 폐쇄하고, 내부에 유체가 저장되는 유입방지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입방지부는 상기 캡부보다 내열강도가 낮은 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체는 불활성기체로 상기 유입방지부의 용융시 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시료케이스는 내부에 용강이 유입되어 저장되는 시료케이스본체; 및 상기 시료케이스본체에서 연장형성되어 상기 내열부를 관통하며, 상기 유입구가 구비되는 유입관;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입방지부의 용융시 용강은 상기 유입구를 통해 상기 시료케이스본체로 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내열부는 상기 시료케이스본체와 상기 유입관에 내측면이 밀착되고, 상기 지관부에 외측면이 접촉되는 제1 내열부재; 및 상기 유입관에 내측면이 밀착되고, 상기 캡부에 외측면이 접촉되는 제2 내열부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡부는 상기 내열부 또는 상기 지관부에 결합되고, 상기 유입구를 둘러싸며, 내부에 상기 유입방지부가 배치되는 캡부본체; 및 상기 캡부본체의 내측면에서 내측으로 돌출형성되고, 상기 유입방지부가 상기 유입구를 폐쇄하도록 상기 유입방지부를 위치고정시키는 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡부본체에는 홀부가 형성되고, 상기 유입방지부가 용융되면 상기 홀부를 통해 불활성기체가 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 용강 샘플러 장치는 유입방지부를 이용하여 시료 채취 작업시 슬래그나 첨가제 등의 유입을 방지할 수 있다.
또한, 유입방지부는 캡부보다 내열강도가 낮은 재질을 포함하여 이루어지므로, 유입방지부가 용융되면 내부에 저장된 유체는 한꺼번에 배출되지 않고, 캡부에 형성된 홀부를 통해 일정시간 동안 고르게 배출될 수 있다.
또한, 유입방지부의 내부에 저장된 유체가 불활성기체이므로, 불활성기체가 외부로 배출되면 슬래그 및 첨가제와 화학적 반응을 일으키지 않으므로, 작업자는 안전하게 용강을 채취할 수 있다.
또한, 유입방지부의 용융시 불활성기체가 외부로 배출되므로 슬래그 및 첨가제를 통과하여 용강의 내부에 진입하는 과정에서 슬래그 및 첨가제를 외측으로 밀어낼 수 있어, 유입관의 유입구로 슬래그 및 첨가제가 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 지지대는 캡부본체의 내측면에서 내측으로 돌출형성되어 유입방지부가 유입구를 폐쇄하도록 유입방지부를 위치고정시킴으로써, 시료 채취 작업 전까지 유입방지부는 유입구를 견고하게 폐쇄할 수 있다.
또한, 제1 내열부재는 시료케이스본체와 유입관에 내측면이 밀착되고, 지관부에 외측면이 접촉되므로, 시료 채취 작업시 제1 내열부재는 유입관이 슬래그 및 첨가제와, 용강으로부터 용융 및 유동되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 내열부재는 유입관에 내측면이 밀착되므로, 시료의 채취 작업시 제2 내열부재는 슬래그 및 첨가제와, 용강으로부터 유입관이 용융 및 유동되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치를 턴디쉬에 담그는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치가 턴디쉬에서 용강을 채취하는 것을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치를 턴디쉬에 담그는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치가 턴디쉬에서 용강을 채취하는 것을 나타낸 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치(1)는 시료케이스(100), 내열부(200), 지관부(300), 캡부(400), 유입방지부(500)를 포함한다.
시료케이스(100)는 용강(800)이 유입되는 유입구(121)가 구비된다. 또한, 시료케이스(100)는 두 개로 분리가능하게 형성된다. 즉, 시료케이스(100)는 분리가능하게 형성되어, 클립(미도시)으로 고정되므로, 시료케이스(100)로 유입되어 응고된 용강(800)을 채취할 때, 클립(미도시)를 제거하여, 분리된 시료케이스(100)의 내부에서 용강(800)을 채취할 수 있다.
내열부(200)는 시료케이스(100)를 감싼다. 도 3과 같이, 내열부(200)는 시료케이스(100)의 외측면에 밀착되어 시료케이스(100)를 감싸므로, 시료 채취 과정에서 시료케이스(100)가 슬래그 및 첨가제(700)와, 용강(800)에 의해 용융되는 것을 방지할 수 있다. 여기서 첨가제는 플럭스(flux) 및 파우더(powder) 등을 의미하는 것으로, 용강(800)의 상측(도 3 기준)에서 위치되어 슬래그와 공존하며, 용강(800)이 재산화되는 것을 방지하고, 용강(800)을 보온한다.
지관부(300)는 내열부(200)를 둘러싸고 내화물 재질을 포함하여 이루어진다. 지관부(300)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 상황에 따라 슬래그 및 첨가제(700)와, 용강(800) 내에서 일정시간 이상 견딜 수 있는 다른 재질로 변경될 수 있다.
지관부(300)는 지관부본체(310)와 받침대(320)를 포함한다. 지관부본체(310)는 기둥형상으로 시료케이스(100)를 감싸는 내열부(200)를 둘러싼다.
받침대(320)는 지관부본체(310)에서 내측으로 돌출형성되어 시료케이스(100)를 받친다. 도 1 내지 도 2에 도시된 것과 같이, 받침대(320)는 판 형태로 시료케이스(100)의 하측(도 1,2 기준)에 배치되어 시료케이스(100)를 받친다. 이로 인해, 시료케이스(100)는 지관부본체(310)의 내부에 안정적으로 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 도시되어 있지 않지만, 지관부(300)와 내열부(200) 사이에는 종이재질을 포함하여 이루어지는 지면(미도시)이 설치될 수 있다. 지면은 지관부(300)와 내열부(200) 사이에 형성되어 시료 채취 작업시 슬래그 및 첨가제(700)와, 용강(800)의 고온과 압력으로부터 지관부(300)와 내열부(200)가 형태를 유지하며 일정 시간 동안 견딜 수 있도록 지지한다.
캡부(400)는 내열부(200) 또는 지관부(300)에 결합되고, 유입구(121)를 덮는다. 캡부(400)는 원통형태로 강철(steel) 등 금속재질을 포함하여 이루어지며, 내열부(200) 또는 지관부(300)에 결합되어, 유입구(121)의 주변을 둘러싼다.
유입방지부(500)는 캡부(400)의 내부에 설치되고, 유입구(121)의 외측에 배치되어 유입구(121)를 폐쇄하고, 내부에 유체가 저장된다. 유입방지부(500)는 캡부(400)보다 내열강도가 낮은 재질을 포함하여 이루어진다. 즉, 캡부(400)가 강철(steel) 등 금속재질을 포함하여 이루어지면, 유입방지부(500)는 캡부(400)보다 내열강도가 낮은 플라스틱 재질을 포함하여 이루어진다. 이와 같이, 유입방지부(500)는 캡부(400)보다 내열강도가 낮은 재질을 포함하여 이루어지므로, 슬래그 및 첨가제(700)를 통과할 때 유입방지부(500)는 캡부(400)에 형성된 홀부(411, 412)를 통해 유입된 슬래그 및 첨가제(700)에 의해 먼저 용융된다.
도 3에 도시된 것과 같이, 유입방지부(500)가 캡부(400)보다 먼저 용융되면, 유입방지부(500)의 내부에 저장된 유체가 캡부(400)의 홀부(411, 412)를 통해 일정시간 동안 고르게 배출된다. 즉, 유체는 슬래그 및 첨가제(700)를 통과하여 용강(800) 내부로 진입하기 전까지 배출될 수 있다. 이로 인해, 유입구(121)로 슬래그 및 첨가제(700)가 유입되는 것이 최소화될 수 있다.
유체는 불활성기체(G)로 유입방지부(500)의 용융시 외부로 배출된다. 불활성기체(G)는 화학적 반응이 일어나지 않는 안정적인 기체로 헬륨, 네온, 아르곤, 크립, 제논 및 라돈을 의미한다. 구체적으로, 유입방지부(500)의 용융시 불활성기체(G)가 외부로 배출되어 슬래그 및 첨가제(700)를 외측으로 밀어낼 때, 슬래그 및 첨가제(700)와 화학적 반응이 일어나지 않으므로, 작업자는 보다 안전하게 용강(800)을 채취할 수 있다. 특히, 불활성기체(G) 중에서 가격이 저렴한 아르곤 기체를 사용함으로써, 제작비용을 절감할 수 있다.
시료케이스(100)는 시료케이스본체(110)와 유입관(120)을 포함한다. 시료케이스본체(110)는 내부에 용강(800)이 유입되어 저장된다. 시료케이스본체(110)는 타원형태로 지관부(300)의 내부에 배치된다.
유입관(120)은 시료케이스본체(110)에서 연장형성되어 내열부(200)를 관통하며, 유입구(121)가 구비된다. 도 1과 도 2처럼, 유입관(120)은 시료케이스본체(110)에서 상측으로(도 1, 도 2 기준)으로 연장형성되어 내열부(200)를 관통하고, 유입구(120)의 외측에 배치되는 유입방지부(500)에 의해 폐쇄되어, 폐쇄상태를 유지한다.
도 4와 같이, 작업자가 시료 채취 작업을 하기 위해, 용강 샘플러 장치(1)를 턴디쉬(600)에 담그면 유입방지부(500)는 슬래그 및 첨가제(700)를 통과하면서 용융되고, 유입구(121)가 개방된다. 용강(800)에 도달했을 때, 개방된 유입구(121)로 용강(800)이 유입된다.
이와 같이, 유입구(121)를 통해 유입된 용강(800)은 유입관(120)을 따라 시료케이스본체(110)로 이동되고, 시료케이스본체(110)로 이동된 용강(800)은 시료케이스본체(110)의 내부에 저장되어 응고된다. 본 실시예에서는 턴디쉬(600)에서 시료 채취 작업이 이루어지는 것으로 도시되지만, 턴디쉬(600) 대신 래들에서 시료 채취 작업이 이루어질 수 있다.
내열부(200)는 제1 내열부재(210)와 제 2 내열부재(220)를 포함한다. 제1 내열부재(210)는 시료케이스본체(110)와 유입관(120)에 내측면이 밀착되고, 지관부(300)에 외측면이 접촉된다. 즉, 제1 내열부재(210)는 세라믹 재질로 시료케이스본체(110) 및 유입관(120)과, 지관부(300) 사이에 형성되어 시료케이스본체(110) 및 유입관(120)과, 지관부(300)를 일체로 결합시킨다. 이로 인해, 시료 채취 작업시 시료케이스본체(110) 및 유입관(120)는 용융되지 않을 뿐만 아니라, 시료 채취하는 과정에서 유동되는 것이 방지될 수 있다.
제2 내열부재(220)는 유입관(120)에 내측면이 밀착되고, 캡부(400)에 외측면이 접촉된다. 제2 내열부재(220)는 세라믹 재질로 제1 내열부재(210)에서 연장형성되어 유입관(120)을 둘러싸므로, 시료를 채취하는 과정에서 유입관(120)이 흔들림으로써 시료케이스본체(110)가 유동되는 것이 방지될 수 있다. 이로써, 시료케이스본체(110)가 유동되어 용강(800)이 시료되지 못하는 것이 미연에 방지될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 제2 내열부재(220)는 제1 내열부재(210)에서 연장형성되어 캡부(400)에 접촉되는 것으로 도시되지만, 유입관(120)를 둘러싸는 형태로 캡부(400)에 외측면이 접촉되지 않을 수 있다. 이와 같이, 제2 내열부재(220)는 유입관(120)을 견고하게 고정할 수 있는 범위에서 형태가 변경될 수 있다.
또한, 제1 내열부재(210)와 제2 내열부재(220)는 세라믹 재질로 한정된 것이 아니라, 상황에 따라 슬래그 및 첨가제(700)와, 용강(800) 내에서 일정시간 이상 견딜 수 있는 다른 재질로 변경될 수 있다.
캡부(400)는 캡부본체(410)와 지지대(420)를 포함한다. 캡부본체(410)는 내열부(200) 또는 지관부(300)에 결합되고, 유입구(121)를 둘러싸며, 내부에 유입방지부(500)가 배치된다. 도 2에 도시된 것과 같이, 캡부본체(410)는 기둥형태로 유입구(121)를 감싼다.
지지대(420)는 캡부본체(410)의 내측면에서 내측으로 돌출형성되고, 유입방지부(500)가 유입구(121)를 폐쇄하도록 유입방지부(500)를 위치고정시킨다. 이와 같이, 유입방지부(500)가 지지대(420)에 의해 위치고정됨으로써, 유입구(121)는 턴디쉬(600)에 삽입되기 전까지, 유입방지부(500)에 의해 폐쇄상태를 유지할 수 있다. 덧붙여, 지지대(420)는 도 2에 도시된 것과 같이 유입관(120)의 단부에 밀착되게 형성되므로, 슬래그 및 첨가제(700)를 통과하여 용융되기 전까지 유입관(120)을 견고하게 지지할 수 있다.
캡부본체(410)에는 홀부(411, 412)가 형성되고, 유입방지부(500)가 용융되면 홀부(411, 412)를 통해 불활성기체(G)가 배출된다. 도 1처럼, 캡부본체(410)는 상부(도 1 기준)와 측부(도 1 기준)에 각각 홀부(411, 412)가 형성되므로, 도 3과 같이 용강 샘플러 장치(1)를 턴디쉬(600)에 담그면, 유입방지부(500)가 용융되면서 유입방지부(500)의 내부에 저장된 불활성기체(G)가 캡부본체(410)의 하부(도 3 기준)와 측부(도 3 기준)에 형성된 홀부(411, 412)를 통해 배출된다. 이렇게 배출된 불활성기체(G)는 슬래그 및 첨가제(700)를 홀부(411, 412)의 하측(도 3 기준)과 측방(도 3 기준)으로 밀어낸다. 이로 인해, 유입구(121)에 슬래그 및 첨가제(700)가 유입되는 것이 방지될 수 있다. 이때, 불활성기체(G)는 홀부(411, 412)의 위치와 개수에 따라 불활성기체(G)의 배출방향, 배출속도 및 배출양이 달라지므로 작업자는 홀부(411, 412)의 위치와 개수를 조정하여 불활성기체(G)의 배출방향, 배출속도 및 배출양을 조정할 수 있다.
이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 샘플러 장치(1)의 작동 및 효과를 살펴보도록 한다.
작업자가 시료를 채취하기 위해, 턴디쉬(600)의 내부에 용강 샘플러 장치(1)를 담근다.
용강 샘플러 장치(1)는 턴디쉬(600)의 내부로 하강되면서 슬래그 및 첨가제(700)와 접촉하게 된다. 이때 캡부본체(410)의 하부(도 3 기준)와 측부(도 3 기준)에 형성된 홀부(411, 412)를 통해 슬래그 및 첨가제(700)가 유입되고, 유입방지부(500)가 용융된다. 유입방지부(500)가 용융되면, 유입방지부(500)의 내부에 저장된 불활성기체(G)가 홀부(411, 412)를 통해 배출되고, 불활성기체(G)는 슬래그 및 첨가제(700)를 홀부(411, 412)의 하측(도 3 기준)과 측방(도 3 기준)으로 밀어낸다. 이로 인해, 슬래그 및 첨가제(700)를 통과하는 동안, 유입관(120)의 유입구(121)로 슬래그 및 첨가제(700)가 유입되는 것이 방지될 수 있다.
슬래그 및 첨가제(700)를 통과하면서 유입방지부(500)와 캡부(400)가 용융되고 유입구(121)가 개방된다. 용강(800)에 도달했을 때, 개방된 유입구(121)로 용강(800)이 유입되고, 유입구(121)를 통해 유입된 용강(800)은 유입관(120)을 따라 시료케이스본체(110)로 이동되고, 시료케이스본체(110)로 이동된 용강(800)은 내부에 저장되어 응고된다.
그 후, 용강(800)이 저장된 시료케이스(100)는 파쇄과정을 거쳐 인출되고, 분석실로 옮겨져 합금 원소 성분의 분석이 실행된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 용강 샘플러 장치 100 : 시료케이스
110 : 시료케이스 본체 120 : 유입관
200 : 내열부 210 : 제1 내열부재
220 : 제2 내열부재 300 : 지관부
310 : 지관부본체 320 : 받침대
400 : 캡부 410 : 캡부본체
411,412 : 홀부 420 : 지지대
500 : 유입방지부 600 : 턴디쉬
700 : 슬래그 및 첨가제 800 : 용강
G : 불활성기체

Claims (8)

  1. 용강이 유입되는 유입구가 구비되는 시료케이스;
    상기 시료케이스를 감싸는 내열부;
    상기 내열부를 둘러싸고, 내화물 재질을 포함하여 이루어지는 지관부;
    상기 내열부 또는 상기 지관부에 결합되고, 상기 유입구를 덮는 캡부; 및
    상기 캡부의 내부에 설치되고, 상기 유입구의 외측에 배치되어 상기 유입구를 폐쇄하고, 내부에 유체가 저장되는 유입방지부;를 포함하고,
    상기 지관부는 기둥형상으로 상기 내열부를 둘러싸는 지관부본체와, 상기 지관부본체에서 내측으로 내측으로 돌출형성되어 상기 시료케이스를 받치는 받침대를 포함하고,
    상기 지관부와 상기 내열부 사이에는 종이재질을 포함하여 이루어지는 지면이 설치되고,
    상기 캡부는 상기 내열부 또는 상기 지관부에 결합되고, 상기 유입구를 둘러싸며, 내부에 상기 유입방지부가 배치되는 캡부본체와, 상기 캡부본체의 내측면에서 내측으로 돌출형성되고, 상기 유입방지부가 상기 유입구를 폐쇄하도록 상기 유입방지부를 위치고정시키는 지지대를 포함하고,
    상기 캡부본체에는 홀부가 형성되고, 상기 유입방지부가 용융되면 상기 홀부를 통해 불활성기체가 배출되는 것을 특징으로 하는 용강 샘플러 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유입방지부는 상기 캡부보다 내열강도가 낮은 재질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용강 샘플러 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유체는 불활성기체로 상기 유입방지부의 용융시 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 용강 샘플러 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 시료케이스는,
    내부에 용강이 유입되어 저장되는 시료케이스본체; 및
    상기 시료케이스본체에서 연장형성되어 상기 내열부를 관통하며, 상기 유입구가 구비되는 유입관;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강 샘플러 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유입방지부의 용융시 용강은 상기 유입구를 통해 상기 시료케이스본체로 유입되는 것을 특징으로 하는 용강 샘플러 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 내열부는,
    상기 시료케이스본체와 상기 유입관에 내측면이 밀착되고, 상기 지관부에 외측면이 접촉되는 제1 내열부재; 및
    상기 유입관에 내측면이 밀착되고, 상기 캡부에 외측면이 접촉되는 제2 내열부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용강 샘플러 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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