KR101740959B1 - 복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 용융금속에 침지되어 내부에 상기 용융금속이 유입 가능한 복합 프로브용 쉘 컨테이너에 있어서, 상기 쉘 컨테이너는, 측면에 형성되어 상기 용융금속이 유입되는 유입구; 상기 유입구를 통해 유입된 상기 용융금속이 채워지는 수강실 및 채취실; 상기 유입구와 상기 수강실을 연결하는 수강탕도; 그리고 상기 유입구와 상기 채취실을 연결하는 채취탕도를 포함하되, 상기 용융금속 프로브는 상기 수강실에 배치된 측온부를 가지는 제1 온도센서를 더 포함하며, 상기 수강실의 내벽면에 요철 형상의 패턴이 형성된다.

Description

복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브{SHELL CONTAINER FOR COMPLEX PROBE AND COMPLEX PROBE}

본 발명은 복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융금속에 침지되어 용융금속의 온도를 측정하거나 용융금속의 응고온도를 측정하는 복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브에 관한 것이다.

복합 프로브는 승강 장치(예를 들어, 서브 랜스)에 의해 전로 등의 용강에 침지된 후 인양되어 용강의 성분 분석 등을 위해 이용된다.

프로브 본체는 측면에 형성되어 용강이 유입되는 유입구를 가진다. 프로브 본체의 내부에 유입된 용강은 수강실에 채워진 상태로 응고되며, 온도 센서는 수강실에 배치되어 용강의 응고온도를 측정한다. 온도 센서의 측온부는 용강 중 주위로부터 점차 응고되어 마지막으로 응고되는 부위를 향해 배치되어, 용강 중의 탄소량을 추정하기 위한 응고온도 데이터를 제공한다. 또한, 응고된 용강은 발광 분광 분석이나 연소 화학 분석 등의 기기분석용 시료로 제공된다.

한편, 최근 전로 조업은 다양한 강종의 처리를 위해 취련 패턴이 다양화 되고 있으며, 양질의 철광석이 점차 고갈되고 저가 원료 사용이 늘어날 뿐만 아니라 스크랩 수급 상황에 따른 HMR(Hot Metal Ratio) 변동이 잦아짐에 대응할 필요가 있으며, T-T(Tap to Tap) 타임 단축, 원가 절감 및 설비 효율성을 추구하고자 하는 고객의 요구에 따라 취련 기술이 복잡해져 프로브 측정 시기 및 환경도 다양화되고 있다.

한국공개특허공보 1990-0005173(1990.04.13.)

본 발명의 목적은 용융금속의 응고온도를 정확하게 측정할 수 있는 복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 용융금속의 냉각속도를 증가시켜 응고시간을 단축할 수 있는 복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용융금속이 원활하게 유입될 수 있는 복합 프로브용 쉘 컨테이너 및 복합 프로브를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 용융금속에 침지되어 내부에 상기 용융금속이 유입 가능한 복합 프로브용 쉘 컨테이너에 있어서, 상기 쉘 컨테이너는, 측면에 형성되어 상기 용융금속이 유입되는 유입구; 상기 유입구를 통해 유입된 상기 용융금속이 채워지는 수강실 및 채취실; 상기 유입구와 상기 수강실을 연결하는 수강탕도; 그리고 상기 유입구와 상기 채취실을 연결하는 채취탕도를 포함하되, 상기 용융금속 프로브는 상기 수강실에 배치된 측온부를 가지는 제1 온도센서를 더 포함하며, 상기 수강실의 내벽면에 요철 형상의 패턴이 형성된다.

상기 수강실은 직육면체 형상이며, 상기 패턴은 상기 수강실의 길이방향을 따라 형성된 내벽면 중 상기 수강실의 중심부로부터 멀리 떨어진 장-단면에 형성될 수 있다.

상기 수강실은 부피를 표면적으로 나눈 체적비가 4 내지 4.5일 수 있다.

상기 채취실은 상기 쉘 컨테이너의 종방향을 따라 배치되며, 상기 채취탕도의 코너부는 만곡진 형상일 수 있다.

상기 수강탕도는 상기 유입구로부터 상기 제1 온도센서로부터 멀어지는 방향으로 경사지며, 상기 쉘 컨테이너의 횡단면과 상기 수강탕도가 이루는 경사각도는 20 내지 60도일 수 있다.

상기 유입구는 상기 수강실과 연통되는 수강탕구 및 상기 채취실과 연통되는 채취탕구를 가지며, 상기 수강탕구와 상기 채취탕구는 격리될 수 있다.

상기 수강탕구의 직경은 20 내지 25mm 일 수 있다.

상기 용융금속 프로브는 상기 쉘 컨테이너의 선단에 설치되어 상기 용융금속의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 더 포함할 수 있다.

상기 채취실 및 상기 수강실은 상기 쉘 컨테이너의 종방향 및 횡방향을 따라 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.

상기 용융금속 프로브는 상기 쉘 컨테이너의 선단에 설치되어 상기 용융금속의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 더 포함하며, 상기 유입구는 상기 쉘 컨테이너의 선단으로부터 종방향을 따라 200mm 이내에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 복합 프로브는, 용융금속에 침지된 상태에서 측부에 형성된 개구를 통해 상기 용융금속을 내부로 유입 가능한 메인지관; 상기 메인지관의 외부에 설치되어 상기 개구를 폐쇄가능한 외부지관; 상기 메인지관의 내부에 내장되는 쉘 컨테이너; 상기 쉘 컨테이너에 장착되는 제1 및 제2 온도센서; 그리고 상기 제1 및 제2 온도센서와 전기적으로 접속되는 커넥터를 포함하되, 상기 쉘 컨테이너는, 측면에 형성되어 상기 개구와 연통되고 상기 용융금속이 유입되는 유입구; 상기 유입구를 통해 유입된 상기 용융금속이 채워지는 수강실 및 채취실; 상기 유입구와 상기 수강실을 연결하는 수강탕도; 그리고 상기 유입구와 상기 채취실을 연결하는 채취탕도를 포함하되, 상기 제1 온도센서의 측온부는 상기 수강실에 배치되고 상기 제2 온도센서는 상기 쉘 컨테이너의 선단에 설치되며, 상기 수강실의 내벽면에 요철 형상의 패턴이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 용융금속의 냉각속도를 증가시켜 용융금속의 응고시간을 단축할 수 있으며, 이를 통해 고과열도를 가진 용융금속 내의 탄소량을 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 용융금속이 프로브 본체의 내부로 원활하게 유입될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융금속 프로브를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 용융금속 프로브의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 용융금속 프로브의 일부를 절개한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 쉘 컨테이너의 비교예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 쉘 컨테이너의 내부에서 응고된 시료를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 쉘 컨테이너의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시한 쉘 컨테이너의 내부에서 응고된 시료를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시한 쉘 컨테이너의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시한 쉘 컨테이너의 내부에서 응고된 시료를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 제1 온도센서를 통해 측정한 용융금속의 온도를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 성분분석 및 응고온도를 통한 추정에 의해 용융금속 내의 탄소량을 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 수강탕구의 직경에 따른 시료의 상태를 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 15를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융금속 프로브를 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시한 용융금속 프로브의 분해사시도이다. 도 3은 도 1에 도시한 용융금속 프로브의 일부를 절개한 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 프로브 본체(1)는 메인지관(2)을 구비하며, 메인지관(2)은 측부에 형성된 개구(33a,33b)를 통해 용강 등의 용융 금속을 내부로 유입시킨다. 외부지관(4)은 메인지관(2)의 외부에 설치되어 개구(33a,33b)를 폐쇄한다. 프로브 본체(1)는 홀더(h)에 장착되며, 홀더(h)는 서브랜스 등의 승강 장치에 연결되어 전로 등의 용강과 같은 용융금속에 침지된 후 인양된다. 침지시 외부지관(4)은 슬래그층을 통과하여 용융금속욕 중에 도달하면 소실되며, 개구(33a,33b)를 개방하여 프로브 본체(1)의 내부에 용융금속을 유입시킨다. 커넥터(C)는 프로브 본체(1), 특히 후술하는 제1 및 제2 온도센서(22,24)와 홀더(h)의 전기적, 기계적인 접속을 제공한다.

쉘 컨테이너(107)는 메인지관(2)의 내부에 내장된다. 쉘 컨테이너(107)는 개구(33a)를 향해 개방된 수강탕구(3a), 수강탕구(3a)에서 개구(33a)의 반대방향으로 연장된 수강탕도(9), 수강탕도(9)에서 전환되어 선단부를 향해 연장된 수강실(10)을 형성한다. 또한, 쉘 컨테이너(107)는 개구(33b)를 향해 개방된 채취탕구(3b), 채취탕구(3b)에서 개구(33b)의 반대방향으로 연장된 채취탕도(11), 채취탕도(11)에서 전환되어 선단부를 향해 연장된 채취실(18)을 형성한다.

한편, 수강실(10)과 채취실(18)은 쉘 컨테이너(107)의 종방향을 따라 중첩되지 않도록 배치되며, 채취실(18)은 수강실(10)에 비해 쉘 컨테이너(107)의 선단에 근접하게 배치된다. 마찬가지로, 채취탕구(3b) 및 채취탕도(11)는 수강탕구(3a) 및 수강탕도(9)에 비해 쉘 컨테이너(107)의 선단에 근접하게 배치된다. 또한, 수강실(10)과 채취실(18)은 쉘 컨테이너(107)의 횡방향을 따라 중첩되지 않도록 배치되며, 채취실(18)이 수강실(10)에 비해 유입구(3a,3b)가 형성된 측면에 근접하게 배치된다.

또한, 제1 설치공간(14)은 수강실(10)의 아래쪽(도 1을 기준으로)에 위치하며, 후술하는 제1 온도 센서(22)의 몸체부(22a)가 설치공간(14) 내에 실장된다. 수용공간(20)은 채취실(18)과 나란하게 배치되어 쉘 컨테이너(107)의 선단을 향해 개방되며, 제2 온도 센서(24)의 몸체부(24a)가 수용공간(20)에 수용된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 쉘 컨테이너(107)는 기준면을 따라 분할된 분할 블록(107a,107b)을 구비하며, 분할블록(107a,107b)은 기준면을 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 즉, 기준면은 앞서 설명한 수강실(10) 및 채취실(18), 수강탕도(9) 및 채취탕도(11)를 쉘 컨테이너(107)의 종방향을 따라 분할한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 분할된 수강실(10) 및 채취실(18), 수강탕도(9) 및 채취탕도(11) 등은 결합된 수강실(10) 및 채취실(18), 수강탕도(9) 및 채취탕도(11) 등에 비해 절반에 해당하므로, 각 분할블록(107a,107b) 내의 수강실(10) 및 채취실(18), 수강탕도(9) 및 채취탕도(11)는 H를 부가하여 표시하였다. 분할블록(107a,107b)은 보조지관(17)의 내부에 삽입되며, 이와 같은 쉘 컨테이너(107)에 제1 및 제2 온도 센서(22,24)와 채취용기(23)를 조립하여 용융금속 프로브의 프로브 본체(1)가 형성될 수 있다.

제1 온도 센서(22)는 몸체부(22a)로부터 U형 측온관(22b)이 연장되며, 측온관(22b)의 내부에 열전대가 설치된다. 측온부(22c)는 측온관(22b)의 선단부에 위치한다. 따라서, 측온부(22c)를 수강실(10)의 제자리에 삽입한 상태에서 몸체부(22a)가 설치공간(14) 내에 실장되며, 몸체부(22a)에 연결된 리드선은 커넥터(C)에 연결된다.

채취용기(23)는 용융금속으로부터 디스크 모양의 응고시료를 채취하기 위한 편평한 용기이며, 금속 용기 본체(23a)와 안내관(26)을 구비한다. 안내관(26)은 석영 재질일 수 있으며, 금속 용기 본체(23a)는 채취실(18) 내에 수납된다.

제2 온도 센서(24)는 몸체부(24a)로부터 U자형 석영관 등으로 이루어지는 측온관(24b)이 연장되며, 측온관(24b)의 내부에 열전대가 설치된다. 금속캡(24c)은 측온관(24b)을 덮고 있다. 몸체부(24a)는 수용공간(20) 내에 삽입되며, 금속캡(24c)이 쉘 컨테이너(107)의 선단으로부터 돌출된다. 몸체부(24a)에 연결된 리드선은 커넥터(C)에 연결된다.

한편, 탈산제(A)가 수강실(10) 내에 장전된다. 서브랜스 등의 승강 장치에 의해 프로브 본체(1)가 용융금속을 향해 하강하면, 프로브 본체(1)는 슬래그층을 통과하여 용융금속욕 중에 침지된다. 따라서, 제2 온도 센서(24)의 금속캡(24c)이 소실되고 용융금속의 온도를 측정한다. 또한, 외부지관(4)이 소실되어 개구(3a,3b)가 개방되면 프로브 본체(1)의 내부에 용융금속이 유입되며, 용융금속은 수강실(10) 및 채취실(18)을 향해 이동한다.

수강실(10)로 유입된 용융금속은 수강실(10)에 장전된 탈산제(A)를 통해 효율적으로 탈산되며, 수강실(10)에 채워진 후 즉시 응고를 시작하여 주위로부터 점차 고형화하고, 수강실(10)의 거의 중심, 즉 열균형이 좋은 위치에 제1 온도 센서(22)의 측온부(22c)를 배치하여 온도측정값의 평탄부를 얻기 위한 측온이 이루어진다.

수강실(10)에 용융금속이 유입되면 용융금속이 응고되는 과정에서 유입온도와 응고온도 차이에 의해 피크(과열도)가 발생하고 응고 잠열로 인하여 응고온도가 일정시간 안정하게 유지되는 응고온도 평탄부가 생성된다. 용강 등의 용융금속 내에 존재하는 탄소의 양은 응고온도 데이터를 통해 추정될 수 있으며, 용융금속의 응고온도가 일정한 수치를 유지하는 응고온도 평탄부를 통해 추정된다. 응고온도 평탄부는 용융금속의 응고잠열 방출의 안정도 및 지속시간에 의해 영향을 받으며, 실질적으로 안정도 및 지속시간은 용융금속의 온도 및 성분, 수강실(10)의 형태 및 재질에 따라 변화할 수 있다.

한편, 종래 용융금속 프로브의 경우, 용융금속의 냉각 불균일로 인해 수강실(10) 내에서 국부적인 상변태가 일어나 응고온도 평탄부가 기울어지거나, 응고 개시시점이 늦어져 응고온도를 정확하게 감지할 수 없는 문제가 있다.

특히, 신속 출강 조업(QDT: Quick Direct Tapping)과 같이 취련 조업 후반부에 높은 용강온도로 인해 고과열도를 가진 용강이 유입되고, 이와 같은 용강으로 인해 응고온도 평탄부가 늦게 형성되어 측정시간 내 정확한 탄소량 추정이 어렵거나 응고시간이 길어짐에 따른 냉각 불균형이 발생하여 응고온도 평탄부가 완만하게 형성되는 문제가 발생한다. 즉, 용융금속의 과열도가 지나치게 큰 경우, 온도가 점진적으로 감소하여 응고온도 평탄부가 생성되지 않으며, 이로 인해 제어부가 연산로직을 통해 응고온도 개시 이전의 온도를 응고온도로 잘못 판단할 수 있다. 이 경우, 탄소의 추정값은 낮을 수 밖에 없으며, 이는 측정 오류 또는 측정의 정확성 저하로 이어진다. 따라서, 용융금속의 응고시간을 단축시킬 필요가 있다.

수강실(10)에 용융금속이 유입되면, 유입된 용융금속은 열에너지를 전도,대류,복사에 의해 외부로 발산한다. 이를 시보리노프(Chvorinov)의 식으로 나타내면 아래와 같다.

위 식으로부터 응고시간을 단축시킬 수 있는 이상적인 수강실(10)의 형상은 구형보다는 사각기둥 등 다각기둥 형상이며, 측온부(22c)의 위치가 수강실(10)의 중심부에 위치할 경우 직육면체 보다 정육면체 또는 원기둥이 표면적을 충분히 확보할 수 있기 때문에 균질 응고핵 생성(homogeneous nucleation)에 용이하다.

하지만, 쉘 컨테이너(107) 내부의 공간적 제약으로 인하여 수강실(10)의 형상에 제약이 있으며, 응고온도 평탄부를 확보하기 위해서는 수강실(10)의 부피가 일정 크기 이상이어야 하므로, 직육면체 형상이 최적화된 설계에 해당한다.

위 식에 의하면, 응고시간은 체적비(모듈러스=체적/표면적)의 제곱에 비례하므로, 응고시간을 단축하기 위해서는 체적비를 줄여야 한다. 이를 위해서는 수강부의 표면적을 증가시킬 필요가 있으며, 특히 후술하는 온도센서(22a)의 측온부(22c)로부터 멀리 떨어진 장-단면에 물결 패턴이나 엠보싱 패턴 처리를 하여 열발산을 가속함으로써 응고시간을 단축시킬 수 있다. 수강실(10)은 직육면체 형상이므로, 수강탕도(9) 및 제1 설치공간(14)에 인접한 단면 외에 수강실(10)의 길이방향을 따라 형성된 장-단면 및 장-장면을 가지며, 수강실(10) 내에 채워진 용융금속은 장-단면 및 장-장면을 통해 열을 발산하여 응고된다. 이때, 온도센서(22a)의 측온부(22c)는 수강실(10)의 중심부에 위치하며, 장-단면은 장-장면에 비해 표면적이 작을 뿐만 아니라 수강실(10)의 중심부로부터 멀리 떨어져 있으므로, 장-단면을 통한 용융금속의 열발산은 장-장면에 비해 지연될 수 있기 때문에 패턴 처리를 통해 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 또한, 수강실(10)의 체적을 줄여 응고시료의 크기를 20% 이상 축소시켰다.

도 4는 도 1에 도시한 쉘 컨테이너의 비교예를 나타내는 도면이며, 도 5는 도 4에 도시한 쉘 컨테이너의 내부에서 응고된 시료를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 1에 도시한 쉘 컨테이너의 제1 실시예를 나타내는 도면이며, 도 7은 도 6에 도시한 쉘 컨테이너의 내부에서 응고된 시료를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 1에 도시한 쉘 컨테이너의 제2 실시예를 나타내는 도면이며, 도 9는 도 8에 도시한 쉘 컨테이너의 내부에서 응고된 시료를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시한 시료(S1)는 도 4의 수강실(10)과 대체로 일치하는 형상이며, 양측면(f1)은 기준면의 양측에 배치되어 서로 대향되는 내면에 해당한다. 도 7에 도시한 시료(S2)는 도 6의 수강실(10)과 대체로 일치하는 형상이며, 양측면(f2,f2)은 기준면의 양측에 배치되어 서로 대향되는 내면에 해당한다. 즉, 도 6의 수강실(10)은 내면에 물결 형상의 요철 패턴이 형성되므로, 시료(S2)는 물결 형상의 요철 패턴(p2)을 가진다. 도 9에 도시한 시료(S3)는 도 8의 수강실(10)과 대체로 일치하는 형상이며, 양측면(f3,f3)은 기준면의 양측에 배치되어 서로 대향되는 내면에 해당한다. 즉, 도 8의 수강실(10)은 내면에 원형의 돌기를 가지므로, 시료(S3)는 원형의 요홈 패턴(p3)을 가진다.

도 4 내지 도 9에 도시한 수강실을 정리하면 아래 [표 1]과 같다.

	비교예	제1 실시예	제2 실시예
Mass(g)	265	208	218
표면적(S)(㎟)	6312	6556	6759
부피(V)(㎣)	32340	26427	29032
모듈러스(V/S)	5.1236	4.0309	4.2953

위 표를 살펴보면, 모듈러스가 4~4.5일 때 파형안정성 및 성분 추정 정확도가 우수하였다. 4.0 미만인 경우 응고온도 평탄부의 확보가 어려울 정도로 빠른 냉각을 보였으며, 4.5 이상인 경우 냉각지연으로 국부적 상평형 조건이 형성되어 측정값의 신뢰도가 하락하였다.

한편, 도 6 및 도 8은 물결 형상의 요철 패턴 또는 요홈 형상의 요철 패턴을 도시하고 있으나, 본 발명은 요철 패턴의 형상에 제한되지 않으며, 물결 형상 또는 요홈 형상이 혼용되거나 다른 형태의 요철 패턴이 형성될 수 있다.

도 10 및 도 11은 제1 온도센서를 통해 측정한 용융금속의 온도를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 10 및 도 11의 녹색선은 용융금속의 온도를 나타내며, 용융금속이 수강실(10) 내에 유입되면 제1 온도센서(22)를 통한 측정파형은 고온의 용융금속으로 인해 지속적으로 상승하다가 상평형이 이루어진 상태에서 응고가 개시되어 응고온도를 나타낸다. 도 10에 도시한 비교예의 경우 국부적 상평형 조건이 형성되어 기울어진 형태의 응고온도를 나타내나, 도 11에 도시한 실시예2의 경우 측정파형이 비교적 수평상태인 응고온도를 나타내고 있다.

도 12 및 도 13은 성분분석 및 응고온도를 통한 추정에 의해 용융금속 내의 탄소량을 나타내는 그래프이다. 횡축은 회수된 시료의 탄소 성분분석(CA: Carbon Analysis)에 의한 값이며, 종축은 탄소 추정값을 도시한 그래프이다. 도 12에 도시한 비교예의 경우, 파란실선(횡축과 종축의 값이 일치하는 경우)으로부터 일정 범위(±0.06% 범위)를 나타내는 적색점선을 벗어나고 있다. 반면에, 도 13에 도시한 실시예2의 경우 파란실선으로부터 일정 범위(±0.06% 범위) 내에 위치하여 안정적인 결과를 나타내고 있다.

한편, 용융금속이 수강탕구(9)를 통해 수강실(10) 내에 유입되는 과정에서, 수강탕구(9)의 각이 클 경우 수강탕구(9)의 코너부에서 용융금속이 충돌하여 소용돌이를 형성하는 와류(vortex) 현상이 발생하여 난류 유동이 형성되며, 이로 인해 공기 및 가스 혼입이 발생할 수 있다. 따라서, 수강탕구(9)의 코너부(9r)를 라운드 처리(만곡진 형상)를 하는 것이 바람직하며, 이를 통해 와류 현상을 방지할 수 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 수강실(10)과 채취실(18)은 쉘 컨테이너(107)의 종방향을 따라 중첩되지 않도록 배치되나, 채취탕도(11)는 쉘 컨테이너(107)의 종방향을 따라 수강실(10)과 중첩되어 배치된다. 따라서, 채취탕도(11)를 통해 이동하는 용융금속의 고열이 수강실(10), 특히 수강실(10)에 배치된 제1 온도 센서(22)의 측온부(22c)에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인해 응고온도를 정확하게 측정할 수 없다. 따라서, 쉘 컨테이너(107)의 종방향을 따라 수강실(10)과 중첩되는 채취탕도(11)의 코너부를 라운드 처리하여 수강실(10)과 채취실(18) 사이에 위치하는 격벽의 두께를 채취실(18)로부터 멀어지는 방향으로 증가시키며, 이를 통해 채취탕도(11)를 흐르는 용융금속의 고열이 측온부(22c)에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 채취탕도(11)의 코너부가 라운드 처리된 경우, 용융금속이 유입되는 과정에서 발생하는 와류 현상을 최소화할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 용융금속 프로브의 가용범위(즉, 용융금속의 응고온도 측정범위)를 확장하기 위해서 과열도가 낮은 용융금속이 유입되는 경우에도 응고온도를 효과적으로 측정할 수 있어야 하며, 이를 위해 용융금속의 유입을 빠르게 하므로써, 용융금속의 온도강하를 최소화하여 수강실(10)에 도달한 용융금속의 온도가 전로 내의 용융금속의 온도와 근사한 것이 바람직하다.

따라서, 수강탕구(3a)(및/또는 개구(33a))의 직경(도 4의 d)을 최적화할 필요가 있으며, 실험결과 20~25mm일 때 용융금속의 충전성능이 양호하였다. 20mm 미만인 경우 용융금속이 수강실(10) 내에 충분히 채워지기도 전에 응고가 진행되어 충전성능이 저하되었으며, 25mm 초과일 때 수강실(10) 내에 채워진 용융금속이 역류하여 충전성능이 오히려 저하되는 현상이 발생한다. 도 14 및 도 15는 수강탕구의 직경에 따른 시료의 상태를 나타내는 사진이며, 도 14의 수강탕구는 17mm의 직경이고 도 14의 수강탕구는 24.5mm의 직경이다.

또한, 수강실(10) 및 채취실(18)은 철정압을 많이 받게 하기 위하여 각각 격리(또는 분리)된 수강탕구(3a)와 채취탕구(3b)를 가질 수 있다. 수강탕구(3a)와 채취탕구(3b)가 하나로 통합될 경우, 용융금속이 수강실(10) 및 채취실로 분리되어 각각 유동하는 과정에서 소용돌이를 형성하는 와류(vortex) 현상이 발생하여 난류 유동이 형성되므로 용융금속의 유입이 쉽지 않기 때문이다. 특히, 수강탕도(9)는 유입구(3a)로부터 제1 온도 센서(22)로부터 멀어지는 방향으로 경사지며, 쉘 컨테이너(107)의 횡단면과 수강탕도(9)가 이루는 경사각도(θ)는 20 내지 60도인 것이 바람직하다. 20도 미만인 경우 수강탕구(3a)가 용융금속 프로브의 선단으로부터 멀어져 슬래그가 유입될 가능성이 높아지고 60도 초과인 경우 큰 경사로 인해 용융금속의 충전성능이 저하될 수 있다.

또한, 수강탕구(3a) 및 채취탕구(3b)는 용융금속 프로브의 선단으로부터 200mm 이내에 있는 것이 바람직하다. 즉, 용융금속 프로브의 선단으로부터 수강탕구(3a) 까지의 거리(D)는 200mm 이하에 해당한다. 이는 통상 용융금속 프로브의 침지깊이가 500~600mm 정도로 설정할 때 시료 건전성 및 충전성능을 확보하기 위함이다.

한편, 채취실(18)을 향해 이동한 용융금속은 채취용기(23) 내에서 응고되어 기기 분석 등의 분석을 위한 응고 시료로 제공된다. 용융금속욕으로부터 인양된 프로브 본체(1)에 충격을 가하면, 쉘 컨테이너(107)가 충격에 의해 붕괴되며, 채취실(18)을 파괴하여 채취용기(23)를 쉽게 분리할 수 있다. 이후, 채취용기(23)는 이송 장치에 의해 이송되어 기기분석 등의 분석에 제공된다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

1 : 프로브 본체 2 : 메인지관
3a,3b : 탕구 4 : 외부지관
10 : 수강실 11 : 채취탕도
14 : 설치공간 17 : 체결관
18 : 채취실 20 : 수용공간
107 : 쉘 컨테이너 22,24 : 온도센서
23 : 채취용기

Claims (10)

1. 용융금속에 침지되어 내부에 상기 용융금속이 유입 가능한 복합 프로브용 쉘 컨테이너에 있어서,
   상기 쉘 컨테이너는,
   측면에 형성되어 상기 용융금속이 유입되는 유입구;
   상기 유입구를 통해 유입된 상기 용융금속이 채워지는 수강실 및 채취실;
   상기 유입구와 상기 수강실을 연결하는 수강탕도; 및
   상기 유입구와 상기 채취실을 연결하는 채취탕도를 포함하되,
   상기 용융금속 프로브는 상기 수강실에 배치된 측온부를 가지는 제1 온도센서를 더 포함하며,
   상기 쉘 컨테이너의 길이방향과 나란한 상기 수강실의 내벽면에 요철 형상의 패턴이 형성되고,
   상기 패턴은 상기 내벽면 중 상기 용융금속이 채워지는 상기 수강실의 바닥면과 인접한 일측으로부터 상기 쉘 컨테이너의 길이방향을 따라 측정한 상기 수강실의 높이의 2/3 이상까지 형성되며,
   상기 수강실은 직육면체 형상이고, 상기 패턴은 상기 수강실의 길이방향을 따라 형성된 내벽면 중 상기 수강실의 중심부로부터 멀리 떨어진 장-단면에 균일하게 형성되며,
   상기 수강실의 바닥면과 상기 유입구는 상기 쉘 컨테이너의 길이방향에 따른 중심을 기준으로 반대편에 위치하고, 상기 패턴의 분포밀도는 상기 쉘 컨테이너의 길이방향에 따른 중심을 기준으로 상기 수강실의 바닥면 측이 상기 유입구 측에 비해 같으며,
   상기 수강실은 부피를 표면적으로 나눈 체적비가 4.031 내지 4.419인, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 채취실은 상기 쉘 컨테이너의 종방향을 따라 배치되며,
   상기 채취탕도의 코너부는 만곡진 형상인, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수강탕도는 상기 유입구로부터 상기 제1 온도센서로부터 멀어지는 방향으로 경사지며,
   상기 쉘 컨테이너의 횡단면과 상기 수강탕도가 이루는 경사각도는 20 내지 60도인, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유입구는 상기 수강실과 연통되는 수강탕구 및 상기 채취실과 연통되는 채취탕구를 가지며,
   상기 수강탕구와 상기 채취탕구는 격리되는, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수강탕구의 직경은 20 내지 25mm 인, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
6. 제4항에 있어서,
   상기 용융금속 프로브는 상기 쉘 컨테이너의 선단에 설치되어 상기 용융금속의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 더 포함하는, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 채취실 및 상기 수강실은 상기 쉘 컨테이너의 종방향 및 횡방향을 따라 중첩되지 않도록 배치되는, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
8. 제1항에 있어서,
   상기 용융금속 프로브는 상기 쉘 컨테이너의 선단에 설치되어 상기 용융금속의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 더 포함하며,
   상기 유입구는 상기 쉘 컨테이너의 선단으로부터 종방향을 따라 200mm 이내에 위치하는, 복합 프로브용 쉘 컨테이너.
9. 용융금속에 침지된 상태에서 측부에 형성된 개구를 통해 상기 용융금속을 내부로 유입 가능한 메인지관;
   상기 메인지관의 외부에 설치되어 상기 개구를 폐쇄가능한 외부지관;
   상기 메인지관의 내부에 내장되는 쉘 컨테이너;
   상기 쉘 컨테이너에 장착되는 제1 및 제2 온도센서; 및
   상기 제1 및 제2 온도센서와 전기적으로 접속되는 커넥터를 포함하되,
   상기 쉘 컨테이너는,
   측면에 형성되어 상기 개구와 연통되고 상기 용융금속이 유입되는 유입구;
   상기 유입구를 통해 유입된 상기 용융금속이 채워지는 수강실 및 채취실;
   상기 유입구와 상기 수강실을 연결하는 수강탕도; 및
   상기 유입구와 상기 채취실을 연결하는 채취탕도를 포함하되,
   상기 제1 온도센서의 측온부는 상기 수강실에 배치되고 상기 제2 온도센서는 상기 쉘 컨테이너의 선단에 설치되며,
   상기 쉘 컨테이너의 길이방향과 나란한 상기 수강실의 내벽면에 요철 형상의 패턴이 형성되고,
   상기 패턴은 상기 내벽면 중 상기 용융금속이 채워지는 상기 수강실의 바닥면과 인접한 일측으로부터 상기 쉘 컨테이너의 길이방향을 따라 측정한 상기 수강실의 높이의 2/3 이상까지 형성되며,
   상기 수강실은 직육면체 형상이고, 상기 패턴은 상기 수강실의 길이방향을 따라 형성된 내벽면 중 상기 수강실의 중심부로부터 멀리 떨어진 장-단면에 균일하게 형성되며,
   상기 수강실의 바닥면과 상기 유입구는 상기 쉘 컨테이너의 길이방향에 따른 중심을 기준으로 반대편에 위치하고, 상기 패턴의 분포밀도는 상기 쉘 컨테이너의 길이방향에 따른 중심을 기준으로 상기 수강실의 바닥면 측이 상기 유입구 측에 비해 같으며,
   상기 수강실은 부피를 표면적으로 나눈 체적비가 4.031 내지 4.419인, 복합 프로브.
10. 제9항에 있어서,
    상기 채취실은 상기 쉘 컨테이너의 종방향을 따라 배치되며,
    상기 채취탕도의 코너부는 만곡진 형상인, 복합 프로브.

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