KR20030025549A - 형광엑스선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법 - Google Patents

형광엑스선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법 Download PDF

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Abstract

형광X선에 의한 몰드플럭스 중의 불소 분석 방법은, 뚜껑이 달린 도가니를 제작하는 단계와, 몰드플럭스 표준시료에 대하여 유리모양의 시편을 제조하는 단계와, 상기 유리모양 시편의 강도를 측정하는 단계와, x축에는 표준시료의 표준분석값을 입력하고 y축에는 표준시료의 불소의 강도를 입력하여 y = ax + b의 검량선을 작성하는 단계와, 미지시료의 강도를 측정하는 단계와, 측정된 강도를 이용하여 상기 검량선과 비교하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

형광엑스선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법{METHOD OF ANALYSING A FLUORINE CONTENT IN A MOLD FLUX USING FLUORESCENT X-RAYS}
본 발명은 강의 연속 주조시 주형(몰드) 내의 첨가제로 사용되는 몰드플럭스 중의 불소 성분을 형광엑스선을 이용하여 신속 정확하게 분석할 수 있도록 한 형광엑스선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법에 관한 것이다.
몰드플럭스란 강의 연속주조 공정에서 주형 내 첨가제로 사용하는 중요한 소모성 부자재로서, 이를 주형 내에 투입하면 용강과 접촉하여 액상 슬래그(Slag)로 변화되면서 주형과 응고 셸(Shell) 사이에 유입되어 윤활 작용을 하는데, 이러한 윤활 작용은 연주 공정상 매우 중요한 기능이며, 이를 조절하는 성분이 불소이다.
그러므로, 몰드플럭스 중에는 반드시 불소가 함유되어야 하고, 불소 함량은 몰드플럭스의 종류에 따라 1∼14%의 범위를 갖고 있으며, 이를 신속 정확하게 분석하는 기술은 제조업체의 품질관리 측면과 사용업체의 기술적 자료 확보을 위한 매우 중요한 위치를 차지한다.
종래, 몰드플럭스 중의 불소 함량을 분석하는 방법으로는, 일정량의 시료를 용융, 용해, 희석 등의 복잡한 전처리 과정을 거쳐, 이온 전극봉 또는 이온 크로마토그래피를 이용하여 불소 성분을 분석하는 습식 분석이 주로 이용되었다.
그러나, 이러한 방법에 따르면 제조업체에서는 장시간이 소요되는 불소의 습식 분석을 매 롯트생산시 마다 행할 수 없어 제조 원료 즉, 불소 화합물에 함유된 불소 이온을 이론적으로 계산하여 몰드플럭스 중의 불소 함량을 추정 산출하여 전반적인 품질관리를 수행하는 것이 보통이었다.
또한, 이러한 방법은 분석에 소요되는 시간이 너무 길어 공정검사 또는 품질관리 목적으로는 부적합할 뿐만 아니라, 전처리 과정에서 불소 화합물이 완전히 해리되지 않을 경우 분석 오차가 발생할 수도 있어 고도의 기술력이 겸비되어야 하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강의 연속주조시 주형 내의 첨가제로 사용되는 몰드플럭스 중의 불소 성분을 신속 정확하게 정량분석 할 수 있도록 한 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법을 채용하여 몰드플럭스 제조상의 품질관리를 도모하고, 연주공정 과정에 발생되는 몰드슬래그 중의 불소 성분을 신속하게 분석하여 기술적 자료로 활용할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 형광X선에 의한 몰드플럭스 중의 불소 분석 방법은, 뚜껑이 달린 도가니를 제작하는 단계와, 몰드플럭스 표준시료에 대하여 유리모양의 시편을 제조하는 단계와, 상기 유리모양 시편의 강도를 측정하는 단계와, x축에는 표준시료의 표준분석값을 입력하고 y축에는 표준시료의 불소의 강도를 입력하여 y = ax + b의 검량선을 작성하는 단계와, 미지시료의 강도를 측정하는 단계와, 측정된 강도를 이용하여 상기 검량선과 비교하는 단계를 포함하여 이루어진다.
도 1은 결정구조가 존재한 상태에서 몰드플럭스 표준시료 중의 불소 함량을 형광X선 분석기를 이용하여 측정한 검량선을 나타내는 도면.
도 2는 몰드플럭스 표준시료를 특수 도가니를 이용하여 유리모양의 시편으로 만든후, 불소 함량을 형광X선 분석기를 이용하여 측정한 검량선을 나타내는 도면.
도 3은 유리 모양의 시편을 만들기 위하여 특수 제작한 불소 휘발 방지용 백금 합금 도가니의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법을 나타내는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ----- 특수 도가니 20 ----- 뚜껑
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 결정구조가 존재한 상태에서 몰드플럭스 표준시료 중의 불소 함량을 형광X선 분석기를 이용하여 측정한 검량선을 나타내는 도면이다.
도시하는 바와 같이, 표준시료의 농도를 x축, 강도(Intensity)를 y축에 놓고 y = ax + b의 검량선을 작성하였다.
불소화합물의 종류에 따라 예를들면, 형석(CaF2), 플로우르화나트늄(NaF), 빙정석(Na3AlF6) 등이 물질마다 격자 간의 거리가 서로 다르기 때문에 동일한 농도에서 물질의 강도(F-Ka)가 각각 다르게 나타나므로 이 물질들이 서로 혼합된 상태에서는 정량적으로 분석이 불가능하였다.
즉, 표준시료의 분석값이 검량선을 중심으로 많이 이탈되어 원래의 표준값과는 큰 편차를 보이고 있으며, 정밀도가 나빠서 분석이 불가능함을 나타낸다.
이러한 문제점 즉, 물질 상호간의 강도차이를 해결하기 위해서는 물질의 결정 구조를 파괴하여 결정질에서 비정질 상태인 유리 모양의 시편(Bead sample)을 만들어야 하는데, 이 또한 용융 과정에서 불소가 휘발하는 문제점이 있어 특수 도가니와 뚜껑을 제작하여 불소 휘발을 방지하였는 바, 이 특수 도가니의 일례를 도 4에 나타낸다.
(실시예)
도 2는 몰드플럭스 표준시료를 특수 도가니를 이용하여 유리모양의 시편으로 만든후, 불소 함량을 형광X선 분석기를 이용하여 측정한 검량선을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 유리 모양의 시편을 만들기 위하여 특수 제작한 불소 휘발 방지용 백금 합금 도가니를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도를, (b)는 측면도를 나타낸다.
도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 특수 도가니(10)는 상면이 개방되어 뚜껑(20)에 의해 개폐가 가능한 구조로서 재질은 백금 95%와 금 5%로 이루어진다.
본 발명에 따른 형광X선에 의한 몰드플럭스 중의 불소 분석 방법은, 뚜껑이 달린 도가니를 제작하는 단계(S101)와, 몰드플럭스 표준시료에 대하여 유리모양의 시편을 제조하는 단계(S103)와, 상기 유리모양 시편의 강도를 측정하는 단계(S105)와, x축에는 표준시료의 표준분석값을 입력하고 y축에는 표준시료의 불소의 강도를 입력하여 y = ax + b의 검량선을 작성하는 단계(S107)와, 미지시료의 강도를 측정하는 단계(S109)와, 측정된 강도를 이용하여 상기 검량선과 비교하는 단계(S111)를 포함하여 이루어진다.
상기 유리 모양의 시편을 만드는 단계는, 먼저, 특수 도가니(10)에 융제로서 리튬테트라보레이트(Lithium Tetraborate : Li2B4O7) 8그램과 탈포제로서 Sodium Iodide : NaI) 0.03그램을 넣고 잘 혼합한 후, 그 위에 몰드플럭스 표준시료 1그램을 정확히 계량하여 넣는다. 이때, 비산화물이 함유된 시료가 직접적으로 특수 도가니(10)에 닿지 않도록 하여 650℃ 전기로에서 약 30분간 유지시켜 몰드플럭스에 들어 있는 고정 탄소를 날려 보낸다(C + O2= CO2↑).
계속해서, 뚜껑(20)을 덮은 다음 1350℃ 전기로에서 정확히 10분간 유지하여 내용물을 용융시키고 이를 약간 흔들면서 전기로에서 꺼낸 후, 상온에서 방치하여냉각시킨 후, 뚜껑을 열고 도가니(10)를 거꾸로 놓으면 유리 모양의 시편이 된다.
이러한 방법으로 15종의 몰드플럭스 표준시료를 전부 유리 모양의 시편으로 만들고, 만들어진 시편을 형광X선 분석기에 장착하여 아래의 조건으로 형광X선을 조사하여 표준시료의 불소(F- Ka) 강도를 측정한다.
[형광X선 분석기의 측정조건]
X-ray Target : Rhodium
전압, 전류 : 40 Kv - 70 mA
분광결정 및 2θ : TAP (Thallium Acid Phthalate), 90.66
검출기 : Proportional Counter, Gas flow type (Ar + Methane)
그 후, x축에는 이미 알고 있는 표준시료의 표준 분석값을 놓고, y축에는 상기와 같은 조건으로 측정된 표준 시료의 불소(F-Ka) 강도를 입력시켜 y = ax + b의 검량선을 작성한 후, 표준시료에 의해 작성된 검량선의 수치를 데이터 처리장치에 입력시키고 미지시료를 분석하기 위한 표준 자료로 활용한다.
불소 함량이 얼마인지 모르는 몰드플럭스 및 그 슬래그의 미지시료를 상기와 같은 방법으로 유리 모양의 시편을 만들고 이를 동일조건의 형광X선 분석기로 강도를 측정하여 이미 표준시료에 의해 작성된 검량선(도 3)의 프로그램에 미지시료의 강도를 대입하면 미지시료의 불소 함량을 정량적으로 분석할 수 있다.
(비교예)
몰드플럭스 중의 불소 함량을 습식 방법에 의한 분석값과 본 발명에 따른 형광X선 분석법에 의한 분석값을 상호 비교한 결과, 아래 표 1과 같은 분석결과를 얻었다.
시료명 이론값 습식분석 형광X선법
분석값 오차(이론비) 분석값 오차(이론비) 오차(습식비)
ST-OB11 3.73 3.62 -0.11 3.66 -0.07 0.14
FL-SA/1 4.90 5.05 0.15 5.01 0.11 0.04
ST-SP/16-GB1 5.56 5.34 -0.22 5.32 -0.24 0.02
TS-LD1 6.44 6.59 0.15 6.56 0.11 0.03
SBM4 7.31 7.38 0.07 7.32 0.01 0.06
TS-B6/P 8.84 9.06 0.22 8.87 0.03 0.19
MF-09 9.98 10.26 0.28 10.12 0.14 0.14
ST-SP/TS-B1D 10.18 10.44 0.26 10.32 0.14 0.12
표준편차 0.159 0.105
표 1로부터 알 수 있듯이 본 발명에 따른 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법을 이용하면 종래 습식분석법에 의한 불소 함량 분석보다 이론값에 근접하여 한층 정확한 결과를 얻는 것이 가능하게 된다.
그리고, 몰드플럭스 표준물을 본 발명에 따른 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법으로 분석한 결과, 표준값과 분석값이 유사함을 알 수 있다.
표준시료명 표준 불소함량(%) 분석 불소함량(%) 편차
TEST1 5.77 5.90 +0.13
TEST2 5.92 5.97 +0.05
TEST3 7.63 7.72 +0.09
TEST4 7.71 7.75 +0.04
TEST5 7.41 7.46 +0.05
TEST6 5.23 5.46 +0.23
TEST7 5.14 4.92 -0.22
TEST8 6.80 6.73 -0.07
TEST9 9.98 9.73 -0.25
TEST10 7.44 7.73 +0.29
TEST11 4.84 4.81 -0.03
TEST12 6.71 6.63 -0.08
TEST13 6.31 6.25 -0.06
TEST14 4.13 4.14 +0.01
TEST15 5.57 5.39 -0.18
본 발명에 따르면, 몰드플럭스 중에 함유된 불소 성분을 형광X선(XRF)을 이용하여 제조 공정에서 신속 정확하게 분석함으로써, 원할한 품질 관리를 수행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 몰드플럭스 제조시 매 롯트마다 불소 함량을 신속 정확하게 분석할 수 있어, 제품의 전반적인 품질 관리가 가능할 뿐만 아니라, 생산 과정에서 발생될 수 있는 불소 성분의 품질 격외를 신속히 파악하여 조치함으로써 품질 안정 및 생산성 향상이 가능하게 된다.
더욱, 강의 연속주조 공정에서 발생되는 많은 양의 몰드슬래그를 신속 정확하게 분석함으로써 그 데이터를 기술적 자료로 활용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 뚜껑이 달린 도가니를 제작하는 단계와,
    몰드플럭스 표준시료에 대하여 유리모양의 시편을 제조하는 단계와,
    상기 유리모양 시편의 강도를 측정하는 단계와,
    x축에는 표준시료의 표준분석값을 입력하고 y축에는 표준시료의 불소의 강도를 입력하여 y = ax + b의 검량선을 작성하는 단계와,
    미지시료의 강도를 측정하는 단계와,
    측정된 강도를 이용하여 상기 검량선과 비교하는 단계를 포함하여 이루어진 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리모양의 시편을 제조하는 단계가,
    상기 도가니에 융제, 탈포제, 및 몰드플럭스 표준시료를 혼입하는 단계와,
    뚜껑을 덮은 다음 1350℃ 전기로에서 정확히 10분간 유지하여 내용물을 용융시키는 단계와,
    상기 도가니를 약간 흔들면서 전기로에서 도가니를 꺼내는 단계와,
    상기 도가니를 상온에서 방치하여 냉각시킨 후, 뚜껑을 열고 도가니를 거꾸로 세워 내용물을 추출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도가니의 재질이 백금 95%와 금 5%로 이루어짐을 특징으로 하는 형광X선을 이용한 몰드플럭스 중의 불소 함량 분석 방법.
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