KR20030082727A - 시료채취용 복합프로브 및 샘플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스강을 생산하는 제강공정에서 용융금속의 온도, 용존산소량 및 성분원소와 같은 정보를 검출할 수 있도록 하여 주는 복합프로브 및 샘플러의 개선에 관한 것으로, 채취되는 용강 샘플이 유입되는 탕구를 갖는 상실과, 탕도를 통해 상기 상실과 연통되며 유입된 용강 샘플이 저장되는 하실로 이루어진 샘플채취부를 갖는 복합프로브 및 샘플러에 있어서; 상기 탕도는 탕구중심선보다 낮게 절두원추형상으로 상향 연장시키고, 상기 탕도의 외주면은 상기 상실의 내벽면에서 탕구측을 향해 경사지게 형성하거나 혹은 상기 탕도는 탕구중심선보다 낮게 상향 연장시키되 그 상단면이 상실의 내벽면으로부터 탕구를 향하여 하향경사지게 형성되고, 상기 탕도의 내주면에는 그 하단과 거리를 두고 단차진 걸림턱이 형성되어 이루어진다.

본 발명에 따르면, 시료 채취시 상실에 잔류된 용탕에 의해 불요분이 생성되지 않음으로써 전처리공정이 필요없어 작업의 효율성이 증진되며, 전처리공정이 불요하게 되어 작업의 안전성이 확보되고, 분석실로의 이송이 신속하게 이루어져 건전한 상태에서의 분석이 가능하게 되므로 신속하고 정확한 분석이 가능하게 된다.

Description

시료채취용 복합프로브 및 샘플러{COMBINATIONS PROBE AND SAMPLER FOR PICKING MOLTEN STEEL SAMPLE}

본 발명은 제강공정에서 사용되는 복합프로브 및 샘플러에 관한 것으로, 특히 스테인레스강을 생산하는 공정에서 용융금속의 온도, 용존산소량 및 성분원소와 같은 정보를 검출할 수 있도록 하여 주는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러의 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소의 제강공정중 용강의 성분이나 온도, 용존산소량 등을 측정하기 위해 프로프(PROBE)가 사용된다.

이러한 프로브는 도 1a의 도시와 같이, 메인지관(1)의 하단부에 측온소자(2)를 삽입하여 고정하고, 측온소자(2)의 인접 상측인 메인지관(1)의 내부에는 샘플채취부(3)를 구비한 구조로 이루어져 제강공정중의 각종 정련로(전로, 전기로, LF, AOD, VOD, LT, VTD, RH-OB, B/B 등)에서 용강에 침지되어 그 샘플을 채취하거나 혹은 용강의 온도, 용강내 용존산소량 등을 측정하게 된다.

그런데, 용강의 샘플을 채취하기 위한 샘플채취부(3)의 경우 도 1b의 (가), (나)에서와 같이, 용탕이 유입되는 탕구(12)가 형성된 상실(10)과, 상기 상실(10)과 연통되는 탕도(22)를 가진 하실(20)이 수평하게 서로 연결되어 있어 프로브를 침지시킨 후 용탕 외부로 꺼내었을 때 상실(10) 내로 유입되어 있던 용탕이 응고되어 버려 도 2의 예시와 같이 분석에 필요한 부분인 시료(S)와 불필요한 부분이 불요분(30,30',30")이 동체로 나타나게 된다.

따라서, 분석실로 시료(S)를 보내기 위해서는 이 시료(S)를 기송자라고 하는이송수단에 장입시켜야 하는데 이때 상기 불요분(30,30',30")에 의해 기송자 내부로의 장입이 불가능하게 되므로 반드시 상기 불요분(30,30',30")을 제거해야 하는 전처리공정을 거쳐야 된다.

이러한 전처리공정은 통상 불요분(30,30',30") 제거를 위해 타격공구를 이용하여 수차례에 걸쳐 타격을 가하면서 절단하거나 절단이 용이치 않을 경우 커팅기를 이용하여 절단작업을 수행하게 된다.

이에 따라, 작업부하의 가중은 물론 시료(S)의 전처리공정에 따른 지연시간이 발생되어 용강의 성분이 확인되지 않은 상태에서 정련이 진행됨으로써 금속산화물의 발생이 높고 그에 따른 강의 품질이 저하되는 단점이 있으며, 또한 적열상태에서 절단작업을 수행해야 하므로 상실(10)을 이루는 재료인 세라믹조각이 비산되어 작업자에게 위해를 가하는 안전상의 문제도 유발된다.

뿐만 아니라, 채취된 시료(S)가 장시간동안 공기중에 노출되게 되면 표면산화, 편석응고 등에 의한 성분편차를 유발시키므로 시료(S)로서의 가치가 떨어지게 된다.

특히, 스테인레스강의 경우에는 열전도도가 일반강에 비해 1/5 수준밖에 되지 않기 때문에 상술하였듯이 프로브가 용탕 외부로 나올때까지 완전히 응고되지 않고 시료(S)의 중심부는 고체,액체 공존영역으로 남아 있게 되어 프로브가 용탕 외부로 나오게 되면 상실(10)에 잔류된 용탕이 하실(20)보다 먼저 응고되면서 상실(10)로부터 완전하게 배출되지 못한 용탕의 잔여분은 불요분(30,30',30")을 이루게 되며, 이때 하실(20)의 응고지연부에 함유된 공기(GAS)가 먼저 응고되어 버린상실(10)의 불요분(30,30',30")에 의해 미처 방출되지 못하고 응고되게 되므로 시료(S)의 건전성이 현저히 낮아지게 된다.

이러한 현상을 최소화시키 위해, 도 1b의 (가)에서와 같이 점선(24) 형태로 주형을 형성시켜 시료(S)의 중심부가 빨리 응고되도록 하였으나 이 또한 상실(10) 내에 용탕이 잔류함에 따른 불요분(30,30',30")의 생성은 억제할 수 없어 불요분의 절단제거에 따른 부수적인 전처리공정이 반드시 수반되어야 하는 단점을 해결하지 못하였다.

아울러, 시료 채취시 시료의 건전성을 최대한 확보키 위해 도 1b의 (나)에서와 같이 Al, Ti, Zr 과 같은 탈산제(26)를 부가시켜 시료를 채취하기도 하였다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 하실로 유입된 시료의 충분한 응고가 진행되도록 주형의 두께 및 크기를 조절하여 하실에서는 응고가 빠르게 이루어지도록 하고 상실에서는 온도강하가 적게 이루어지도록 하여 시료의 건전성 확보 및 방향성 응고에 따른 성분편석을 방지함은 물론 채취된 시료의 형상이 기송자와 대응되게 하여 전처리공정없이도 곧바로 분석실로 이송가능하게 하여 분석효율 및 분석의 정확성 향상을 도모하고 작업의 안전성을 확보할 수 있도록 한 시료채취용 복합프로브 및 샘플러를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a,b는 종래 기술에 따른 시료채취용 샘플채취부의 설치상태를 보인 프로브 및 샘플러의 일부 단면도 및 샘플채취부의 확대단면도,

도 2는 종래 기술에 따라 채취된 시료의 일예를 보인 일부 사시도,

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 시료채취용 샘플채취부의 확대단면도,

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 시료채취용 샘플채취부의 확대단면도,

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 시료채취용 샘플채취부의 확대단면도,

도 6은 본 발명에 따라 채취된 시료의 일예를 보인 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 채취된 시료의 분석과정을 보인 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 상실 110,110' : 탕구

200 : 하실 210,210' : 탕도

220 : 돌출턱 230 : 경사면

240 : 걸림턱 250 : 석영관

260 : 공간부 S,S' : 시료

본 발명의 상기한 목적은 채취되는 용강 샘플이 유입되는 탕구를 갖는 상실과, 탕도를 통해 상기 상실과 연통되며 유입된 용강 샘플이 저장되는 하실로 이루어진 샘플채취부를 갖는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러에 있어서; 상기 탕도는 탕구중심선보다 낮게 절두원추형상으로 상향 연장되게 하고, 상기 탕도의 외주면은 상기 상실의 내벽면에서 탕구측을 향해 경사지게 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러를 제공함에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 상기한 목적은 채취되는 용강 샘플이 유입되는 탕구를 갖는 상실과, 탕도를 통해 상기 상실과 연통되며 유입된 용강 샘플이 저장되는 하실로 이루어진 샘플채취부를 갖는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러에 있어서; 상기 탕도는 탕구중심선보다 낮게 상향 연장시키되 그 상단면이 상실의 내벽면으로부터 탕구를 향하여 하향경사지게 형성되고, 상기 탕도의 내주면에는 그 하단과 거리를 두고 단차진 걸림턱이 형성된 것을 특징으로 하는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러를 제공함에 의해서도 달성된다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 몇가지 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

[제1실시예]

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합프로브 및 샘플러의 샘플채취부를 보인 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 프로브의 메인지관에 삽입설치되는 샘플채취부(300)는 일측면에 탕구(110)가 형성된 원통형상의 상실(上室)(100)과, 상기 상실(100)의 하부에 위치되면서 탕도(210)에 의해 상기 상실(100)과 연통되며채취대상 용탕이 충전되는 주형인 하실(下室)(200)로 구분된다.

상실(100)의 재질은 규사가 아닌 세라믹(Al₂O₃-SiO₂)으로 하여줌이 바람직한 바, 이는 오염에 의한 카본(CARBON)의 픽업(PICK UP)을 방지하기 위함이며, 또한 세라믹은 열전달 속도가 느리기 때문에 온도강하를 최소화시켜 주기 때문이다.

탕구(110)는 최대한 크게 하여 하실(200) 쪽에 가깝게 형성됨이 바람직한 바, 이는 시료로 채취되고 상실(100)에 잔류된 용탕이 탕구(110)를 통해 상실(100) 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

탕도(210)는 상실(100)과 하실(200)을 연통시켜 탕구(110)를 통해 상실(100) 내부로 유입된 시료가 하실(200)에 충전되도록 유도하는 통로이다.

탕도(210)의 주연부는 상향돌출되어 돌출턱(220)을 이룬다.

돌출턱(220)의 높이는 탕구(110)의 반경, 즉 탕구중심선보다 낮게 돌출시킴이 바람직한 바, 이는 돌출턱(220)이 탕구(110)의 반경보다 높게 돌출될 경우에는 시료인 용탕의 유입이 용이치 않고 시료 채취완료후 상실(100) 내에 잔류된 용탕의 배출을 원활하게 할 수 없기 때문이다.

특히, 상기 돌출턱(220)은 내부가 빈 절두원추형상, 즉 하단에서 상단으로 갈수록 두께가 얇아지게 형성함이 바람직하며, 또한 상실(100)의 탕구(110) 대향측 내벽면으로부터 탕구(110)측을 향하여 연장되다가 상기 돌출턱(220)의 하단과 만나는 면을 경사면(230)으로 형성함이 바람직하다.

상기 경사면(230)은 탕구(110)를 향하여 하향경사지게 형성되며, 또한탕구(110)의 지름과 만나는 가상선을 정점으로 하여 그 지점이 최고점이 되고, 이 최고점을 중심으로 호형상을 따라 완만하게 하향되도록 경사형성되면서 탕구(110)와 연결됨이 특히 바람직하다.

경사면(230)의 경사각은 잔류 용탕의 배출을 최대한 원활하게 할 수 있는 범위 내라면 무방한 바, 예컨대 0°를 초과하여 90°에 미달하면 족할 것이나 20~60°의 범위가 바람직하다.

[제2실시예]

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합프로브 및 샘플러의 샘플채취부를 보인 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 샘플채취부(300')는 상실(100) 및 하실(200)은 상기 제1실시예에서와 동일한 재질과 기능을 갖도록 형성되며, 탕구(110')의 대향측인 상실(100)의 내벽면은 통상의 두께보다 1/3~1/2의 범위 내에서 더 두껍게 형성된다.

이는 상실(100)의 크기가 하실(200)의 그것보다 작게 형성되도록 함으로써 하실(200)에서 채취되는 시료의 외경이 상실(100)에서 잔류된 불요분의 외경보다 크게 형성되도록 하여 기송자에 투입시 투입의 용이성을 확보하기 위함이다.

또한, 탕도(210')의 상단면은 탕구(110')의 후단으로부터 상실(100)의 내벽면(내주면)을 향해 일정각도를 갖고 경사지게 형성된다.

이는 상실(100)에 잔류된 용강이 시료채취후 프로브를 들어올릴때 그 자중에 의해 상기 탕도(210')의 상단면 경사를 따라 용이하게 탕구(110')로 배출되도록 하여 상실(100)에 잔류되는 용탕의 양이 최소화되도록 하기 위함이며, 이를 위해 상기 경사각은 상술한 제1실시예에서의 경사면(230)의 각도와 동일범주로 하여줌이 바람직하다.

아울러, 상기 탕도(210')를 형성하는 돌출턱(220)의 돌출높이도 상기 제1실시예에서와 같이 탕구중심선보다 아래에 위치되는 범위내에서 상향돌출시킴이 바람직하다.

한편, 상기 돌출턱(220)의 내주면, 즉 상기 탕도(210')의 내주면에는 그 하단으로부터 일정높이에 걸림턱(240)이 형성된다.

상기 걸림턱(240)은 후술할 원통형상의 석영관(250)이 탕도(210')에 삽입되어(호환성을 위해) 안착될 수 있도록 하여 준다.

[제3실시예]

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합프로브 및 샘플러의 샘플채취부를 보인 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예는 상술한 제2실시예와 동일한 구조를 갖는 것으로 탕도(210')의 내주면에 형성된 걸림턱(240)에 걸려 인출가능하게 고정되는 석영관(250)이 더 구비된 형태이다.

상기 석영관(250)은 상기 탕도(210')내에 삽입되었을 때 그 상단이 탕구중심선보다 낮은 위치에 위치되는 범위 내의 상하길이를 갖도록 제조되며, 상기 제2실시예에서보다 더 열악한 환경, 즉 용강의 온도가 낮아 용강의 과열도가 작음으로써 양호한 샘플을 채취하기 어려울 경우 상기 석영관(250)을 구비시킴으로써 용강과의젖음성을 나쁘게 하여 상실에 응고된 용강을 쉽게 분리될 수 있도록 하여 주도록 한 것이다.

아울러, 상기 석영관(250)의 삽입에 따라 상실(110')의 내벽면부와 석영관(250)의 상단 후측에는 일정한 크기의 공간부(260)가 형성되게 되는데 상기 공간부(260)는 석영관(250)의 외주면을 따라 탕구(110')측을 향해 경사져 형성되어 있으므로 잔류 용강이 지속적으로 잔류되지 못하고 그 경사면을 따라 탕구(110')측으로 흘러내리게 된다.

아울러, 상술한 제1,2,3실시예에서 사용된 주형, 즉 하실(200)을 이루는 재질은 시료의 건전성 확보를 위해 가공이 용이하고 저렴한 주철 혹은 주강으로 하여줌이 바람직하다.

또한, 상기 제1,2,3실시예서의 상실(100)에는 시료의 건전성확보를 위해 Ti, Zr, Al 등의 탈산제를 투입할 수도 있다.

뿐만 아니라, 상기 제1,2,3실시예에서의 하실(200)을 구성하는 주형의 두께가 그 상단에 비해 하단이 두껍게 형성, 즉 상단에서 하단으로 갈수록 일정비율로 두꺼워지도록 형성함으로써 채취될 시료의 전체가 균일한 냉각작용을 받도록 하여 방향성 응고에 따른 성분편석을 방지하고 시료의 건전성을 확보할 수 있도록 하여 줌이 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계는 상술한 도면 및 도 6,7을 참고하여 설명하기로 한다.

먼저, 제1실시예에 대하여 설명하자면, 프로브의 용탕내 침적에 의해탕구(110)를 통해 상실(100)로 유입된 용탕은 탕도(210)를 거쳐 하실(200)로 유입되게 된다.

하실(200)에 용탕 샘플인 시료가 충전되게 되면 탕도(210)의 상측인 상실(100)에도 용탕이 가득차 있는 상태가 된다.

이어, 프로브의 인출에 따라 샘플채취부(300)가 용탕외부로 들어올려지게 되면 상실(100)에 잔류되어 있던 용탕은 자중에 의해 탕구(110)를 통해 배출되게 되는데 이때 돌출턱(220)의 외주면을 따라 경사면(230)이 형성되어 있기 때문에 상실(100)에 잔류되어 있던 용탕의 대부분은 탕구(110)를 통해 완전 배출되게 된다.

따라서, 채취된 시료는 탕도(210) 및 하실(200)에만 잔류된 상태를 유지하게 되어 도 6에서와 같은 형태의 시료(S')로 채취되게 된다.

그러므로, 상기 시료(S')는 특별한 가공을 가하지 않고도 기송자에 삽입가능한 형태가 되며, 별도의 전처리공정없이 곧바로 기송자에 삽입하여 분석실로 이송시키면 되므로 시료 채취후 대기시간이 현저히 줄어들게 되어 대기중 유발되는 편석, 표면산화, 성분편차 등이 현저히 줄어들게 된다.

제2 및 3실시예의 작동관계에 대하여 설명하자면, 상기 제2,3실시예의 경우에도 제1실시예에서와 거의 유사한 작동관계를 갖는다.

다만, 제2실시예에서는 잔류된 용탕이 탕도(210')의 상단면에 형성된 경사를 따라 프로브 취출시 곧바로 탕구(110')를 통해 배출처리되게 되면, 제3실시예에서는 제1,2실시예에서 일어나는 잔류 용탕의 배출과정이 동시에 수행되는 바, 이를테면 잔류 용탕의 일부는 탕도(210')의 상단면에 형성된 경사를 따라 곧바로 배출되고 나머지 일부는 석영관(260)의 외주면을 따라 공간부(260)에 형성된 경사를 따라 탕구(110')측으로 완전배출되게 된다.

특히, 석영관(260)이 삽입된 제3실시예의 경우에는 제1,2실시예에서 제시된 샘플채취부(300,300')의 사용환경보다 더 열악한 환경에서도 시료(S')를 보다 건전하게 채취할 수 있도록 하여 주는 바, 전술하였듯이 용탕의 일부가 상실(100)에 잔류된다고 하더라도 상기 석영관(260)은 용탕과의 젖음성이 나쁘기 때문에 그 분리성이 우수하므로 채취된 시료(S')를 샘플채취부(300")로부터 분리하여 기송자에 장입시키는 작업이 어렵지 않아 작업의 효율성이 확보되게 된다.

아울러, 이송된 시료(S')는 분석실에서 시료(S')의 하단으로부터 상단을 향해 1/2~1/3되는 지점이 절단기(C)에 의해 절단된 후 그 절단면이 연마기(G)에 의해 연마된 다음 분석기기에 의해 시료 분석이 행해지게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 시료 채취시 상실에 잔류된 용탕에 의해 불요분이 생성되지 않음으로써 전처리공정이 필요없어 작업의 효율성이 증진된다.

둘째, 전처리공정이 불요하게 되어 작업의 안전성이 확보되고, 분석실로의 이송이 신속하게 이루어져 건전한 상태에서의 분석이 가능하게 되므로 정확한 분석이 가능하게 된다.

세째, 시료의 분석시간이 단축됨으로써 제강의 정련 효율성이 향상되고 생산성이 증대됨은 물론 유가금속의 산화발생을 감소시켜 제강조업에 따른 원가를 절감시킨다.

Claims (4)

1. 채취되는 용강 샘플이 유입되는 탕구를 갖는 상실과, 탕도를 통해 상기 상실과 연통되며 유입된 용강 샘플이 저장되는 하실로 이루어진 샘플채취부를 갖는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러에 있어서;

   상기 탕도는 탕구중심선보다 낮게 절두원추형상으로 상향 연장되게 하고,

   상기 탕도의 외주면은 상기 상실의 내벽면에서 탕구측을 향해 경사지게 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러.
2. 제1항에 있어서, 상기 상실은 분석용 시료에 오염을 최소화시키는 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러.
3. 채취되는 용강 샘플이 유입되는 탕구를 갖는 상실과, 탕도를 통해 상기 상실과 연통되며 유입된 용강 샘플이 저장되는 하실로 이루어진 샘플채취부를 갖는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러에 있어서;

   상기 탕도는 탕구중심선보다 낮게 상향 연장시키되 그 상단면이 상실의 내벽면으로부터 탕구를 향하여 하향경사지게 형성되고,

   상기 탕도의 내주면에는 그 하단과 거리를 두고 단차진 걸림턱이 형성된 것을 특징으로 하는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러.
4. 제3항에 있어서, 상기 탕도의 내주면에는 상기 걸림턱에 걸림되고 탕도의 상단면보다 높게 돌출되는 석영관이 삽입설치된 것을 특징으로 하는 시료채취용 복합프로브 및 샘플러.