KR20090005977A - 용융 금속의 가스 수집 장치와 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 수집체를 구비하는 침지 단부와, 침지 단부에 통하는 가스 공급 라인, 그리고 가스 수집체에 스며든 가스에 대한 가스 방출 라인을 포함하고, 가스 수집체는 침지 단부에 배치되는 단부면과 측벽을 구비하며, 가스 수집체의 적어도 일부분이 가스 불투과성 층을 구비하도록 구성되는 용융 금속의 가스 수집 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 측정 방법에 관한 것이다.

Description

용융 금속의 가스 수집 장치와 측정 방법{DEVICE FOR COLLECTING GASES IN MOLTEN METALS AND MEASUREMENT METHOD}

본 발명은 가스 수집체를 구비하는 침지 단부와, 침지 단부에 통하는 가스 공급 라인, 그리고 가스 수집체에 스며든 가스에 대한 가스 방출 라인을 포함하고, 가스 수집체는 침지 단부에 배치되는 단부면과 측벽을 구비하는 것인 용융 금속의 가스 수집 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가스를 용융 금속에 유입하여, 용융 금속에 함유된 가스와의 가스 교환을 일으키고, 그 후에 가스를 취하여 평가용 측정 장치로 급송하며, 2개 이상의 서로 다른 가스를 용융 금속에 유입하여 평가하고, 2개 이상의 가스는 모두 각각의 운반 가스를 가지며, 선택적으로 용융 금속에 있어서 가스 첨가물의 비율을 결정하는 것인 용융 금속의 가스 함량 측정 방법에 관한 것이다.

이러한 가스 수집 장치는 예컨대 DE 10 2005 011 181 A1 또는 EP 307 430 B1에 공지되어 있다. 이러한 가스 수집 장치에서, 용융 금속으로부터 나오는 가스는 수집되어 측정 장치로 급송되고, 이를 통해 용융 금속에 함유된 소정 가스의 함량이 측정될 수 있다. 이를 위해, 기준 가스 또는 운반 가스를 용융 금속에 공급하 기 위한 가스 공급 라인은 가스 수집체를 관통하고 가스 수집체의 단부면에서 밖으로 연장된다. 이러한 가스 공급 라인을 이용하여, 기준 가스를 용융 금속에 취입(吹入)한다. 이러한 기준 가스에는 용융 금속 내의 가스가 농후해지거나, 또는 다른 절차에 따르면 측정 대상 가스의 농도가 용용 금속에 비해 기준 가스가 더 높으므로, 측정 대상 가스 성분의 농도는 상기 기준 가스에 비해 최종 가스 혼합물이 더 낮다. 가스 수집체가 최종 가스 혼합물을 취하고, 이 최종 가스 혼합물은 가스 방출 라인을 통해 측정 장치로 급송되어 평가된다. 측정 방법은 예컨대 EP 307 430 B1에 상세히 기술되어 있다. 또한, 이러한 측정 방법은 EP 563 447 A1에도 기술되어 있다.

유사한 장치가 US 6,216,526 B1과 EP 295 798 A1에 공지되어 있다.

본 발명의 과제는 공지의 가스 수집 장치를 개선하고 가스 수집 공정과 측정 방법의 효율을 증대시키는 것이다.

이러한 과제는 독립 청구항의 특징부에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에 따라 실시된다. 가스 수집체의 적어도 일 부분이 가스 불투과성 층을 가지므로, 가스 수집체에 의해 가스의 대부분을 포획하고, 이렇게 포획한 가스 부분을 가스 방출 라인과 더 나아가 측정 장치로 급송하는 것이 가능한데, 적어도 가스 수집체에 스며든 가스는 반드시 가스 방출 라인을 통해서만 가스 수집체에서 나올 수 있기 때문에, 가스 수집체에서 취한 가스의 상당 부분이 측정 장치로 급송될 수 있다. 이러한 방식에서는, 측정이 더 간단하고, 더 신속하며, 끝으로 더 정확하다.

외부 측벽의 적어도 일부분이 가스 불투과성 층을 구비하는 것이 유리하다. 당업계에 이미 알려진 바와 같이(전술한 내용 참조), 가스 수집체 자체는 그 단부면에 빈 공간을 구비할 수 있다. 용융 금속에서 나온 가스는 먼저 상기 빈 공간에 수집된다. 그 후, 이렇게 수집된 가스는 가스 수집체에 스며드는데, 그 이유는 상기 수집된 가스가 다른 방식으로는 상기 빈 공간에서 빠져나갈 수 없기 때문이다. 가스 불투과성 층이 측부를 차폐하기 때문에, 가스는 가스 방출 라인으로만 빠져나갈 수 있다. 이를 위해, 가스 불투과성 층은 가스 수집체의 측벽의 표면에 배치될 수 있다. 가스 불투과성 층은 상하 관계로 배치된 2개 이상의 서브 층으로 형성되는 것이 유리하다. 가스 수집체의 내부에 면하는 하부 서브 층은 금속, 특히 철보다 용융점이 높은 금속으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 이러한 금속은 몰리브덴, 티타늄, 바나듐, 크롬, 니오브, 또는 이들 금속 중 적어도 하나를 함유하는 합금일 수 있다. 하부(내측) 서브 층은 가스가 투과할 수 없다. 가스 수집체의 내부의 반대 방향을 향하고 세라믹으로 제조되는 외측 서브 층은 상기 내측 서브 층 상에 도포될 수 있다. 이러한 외측 서브 층은, 가스 수집체와 외측 서브 층 사이에 배치되는 금속으로 제조된 하부 서브 층에 대한 보호층의 역할을 할 수 있다. 상기 외측 서브 층은 산화물 세라믹 또는 실리케이트, 구체적으로는 이산화지르코늄, 산화알루미늄, 이산화크롬, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 또는 스피넬로 형성될 수 있는 것이 바람직할 수 있다.

가스 수집체는 가스 불투과성 층으로 거의 완전히 둘러싸일 수 있고, 가스가 가스 수집체 안으로 들어가는 단부면과 가스 수집체의 가스 방출 라인에 대한 입구만이 피복되지 않는다. 가스 수집체의 전체 단부면을 피복하지 않은 채 남겨두거나, 또는 가스 수집체의 단부면에 있는 빈 공간의 표면만을 피복하지 않은 채 남겨두는 것을 고려할 수 있다. 적어도 하나의 서브 층이 플라즈마 용사에 의해 도포되는 것이 바람직하다.

가스 수집체는 원통형 측벽 또는 원뿔형 측벽을 구비할 수 있는 것이 유리하다. 가스 방출 라인은 가스 수집체에 있어서 단부면의 반대편에 위치하는 후방 벽에 배치되는 것이 바람직하다. 가스 방출 라인은 예컨대 가스 공급 커넥터 상에 또는 가스 수집체의 개구에 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 수집 장치는 용융 금속 내의 가스 함량을 측정하는데 사용된다. 예컨대 폭넓고 다양한 용융 금속에서 측정이 실시될 수 있다. 가스 수집체 자체는 용융 금속에 대하여 불투과성이지만, 측정 대상 가스에 대하여는 매우 양호한 가스 투과성과 수용성을 나타낸다.

본 발명에 따른 측정 방법은, 첨가 가스의 농도가 용융 금속 내의 측정 대상 가스의 농도보다 각각의 가스 유입의 경우에 있어서 높거나 혹은 각각의 가스 유입의 경우에 있어서 낮은 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 측정 방법은 먼저 용융 금속의 가스 농도를 추정하고, 유입되는 가스에 대해서는 용융 금속의 예상 농도보다 훨씬 낮거나 혹은 훨씬 높은 농도를 선택하는 것으로 시작된다. 그 후에, 전술한 바와 같이 두 가지 가스가 마련되기 때문에, 측정 대상 가스는 용융 금속에 대해 흡착 혹은 탈착된다. 따라서, 측정은 서로 별개인 두 가지(혹은 2 이상의) 가스를 이용하여 수행된다. 여기서는, 서로 동일한 혹은 서로 다른 운반 가스가 사용될 수 있다. 용융 금속 내에서의 측정 대상 가스의 농도가 유입 가스에 있어서의 상기 측정 대상 가스의 농도보다 높다면, 용융 금속에 유입된 가스는 용융 금속으로부터 가스를 흡착하므로, 유입 가스로서 순수한 운반 가스가 사용될 수 있고, 유입 가스에 있어서 상기 측정 대상 가스의 농도는 제로일 수 있다. 어느 경우든지 평형을 자연적으로 목표로 삼기 때문에, 반대의 경우에는 용융 금속이 유입 가스로부터 가스를 흡착한다. 용융 금속 내의 서로 다른 가스에 대한 흡착 및 탈착 특성이 서로 다른 환경이 측정에 사용될 수 있다.

운반 가스로서 불활성 가스, 바람직하게는 아르곤 및/또는 질소가 사용될 수 있다. 첨가 가스로서 일산화탄소가 사용될 수 있으므로, 용융 금속에 있어서 일산화탄소의 함량이 측정될 수 있다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조로 하여 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명에 따르면, 종래의 가스 수집 장치가 개선되고 가스 수집 공정과 측정 방법의 효율이 향상된다.

도면에 도시된 가스 수집 장치는 캐리어 튜브(도시 생략) 상의 부착 노즐(1)에 고정되어 캐리어 튜브와 함께 용융 금속에 침지된다. 가스 수집체(2)는 가스 교환을 수행하기 위해 용융 금속에 침지된다.

부착 노즐(1)에는 가스 연결부(3; 3')가 있다. 여기서, 중앙 가스 연결부(3)는 가스 수집 장치의 중앙에 배치된 가스 공급 라인(4)과 통해 있다. 이 가스 공급 라인은 가스 수집체의 중앙을 관통하게 연장되고, 가스 수집체의 단부면(5) 밑에 단부가 형성되어 있다. 운반 가스는 가스 공급 라인(4)을 통해 용융 금속에 유입된다. 가스 공급 라인(4)은 실질적으로 석영 튜브로 형성되는데, 가스 공급 라인은 침지 단부에서 구부러질 수 있으므로, 개구가 가스 수집체(2)의 방향으로 배향된다. 가스 공급 라인(4)은 시멘트(6)에 의해 가스 수집체(2)에 고정된다. 가스 공급 라인(4)을 통해 용융 금속으로 흘러들어가는 운반 가스는 용융 금속으로부터 가스를 흡착하고, 가스 수집체(2)의 빈 공간(7)으로 상승하며, 빈 공간 에서 그리고 단부면(5)에서 가스 수집체(2)에 스며든다. 가스 수집체는 다공질 재료, 예컨대 시멘트로 형성된다. 세라믹, 예컨대 산화알루미늄으로 형성된 가스 수집체도 가능하다. 가스는 가스 수집체의 세공(pore)을 통해 위로 상승하여 가스 방출 라인으로 들어간다. 가스 방출 라인은 실질적으로 석영 유리 튜브(8)로 형성되는데, 가스 방출 라인은 시멘트(9)에 의해 가스 수집체(2)에 고정된다. 석영 유리 튜브에는 산화알루미늄으로 이루어진, 예컨대 구 형상의 다공질 충전물(10)이 채워져 있다. 용융 금속으로부터의 가스와 혼합된 운반 가스는 충전물(10)을 통과하고 가스 연결부(3')를 통해 측정 장치로 방출된다. 측정 장치에서는, 이렇게 취출된 가스가 용융 금속에 유입된 가스와 비교되고, 그에 따라 용융 금속으로부터 (혹은 용융 금속에) 흡착된 (혹은 탈착된) 가스가 평가되며, 이를 통해 용융 금속에 있어서 가스의 함량이 결정된다. 이러한 공정 자체는 충분히 잘 알려져 있으며, 예컨대 EP 307 430 B1에 (또는 마찬가지로 EP 563 447 A1에) 기술되어 있다. 아르곤이 유입 가스의 운반 가스로서 사용된다. 용융 강에 있어서 일산화탄소의 함량을 측정하는 경우 일산화탄소를 2.5% 이상(예컨대 5% 및 10%)의 비율로 운반 가스에 첨가하므로, 예상되는 가스 함량은 2.5%이다.

하부 서브 층(11)과 외측 서브 층(12)으로 이루어진 가스 불투과성 층이 가스 수집체(2)의 원뿔형 외표면에 마련된다. 하부 서브 층(11)은 몰리브덴으로 형성된다. 외측 서브 층(12)은 보호층으로 사용되고 스피넬로 제조된다.

원칙상, 가스 불투과성 층은 침지 단부에 면하는 가스 수집체(2)의 단부에도 배치될 수 있다. 그러나, 통상의 경우에 이는 불필요한데, 그 이유는 침지 단부에 면하는 가스 수집체의 단부에 제공되는 표면이 작고, 이로 인해 가스 누출이 미미한 양으로만 일어나기 때문이다. 따라서, 실제로는 가스 수집 장치가 취한 모든 가스는 석영 유리 튜브(8)에 의해 형성된 가스 방출 라인으로 급송된다.

이러한 가스 수집 장치를 이용하면, 용융 강에 있어서의 수소 또는 질소의 함량도 또한 결정될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 일부 절개하여 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 부착 노즐

2 : 가스 수집체

3, 3' : 가스 연결부

4 : 가스 공급 라인

5 : 단부면

6. 9 : 시멘트

7 : 빈 공간

8 : 가스 방출 라인

10 : 다공질 충전물

11 : 하부 서브 층

12 : 외측 서브 층

Claims (20)

1. 가스 수집체를 구비하는 침지 단부와,

   침지 단부에 통하는 가스 공급 라인, 그리고

   가스 수집체에 스며든 가스에 대한 가스 방출 라인

   을 포함하고, 가스 수집체는 침지 단부에 배치되는 단부면과 측벽을 구비하며, 가스 수집체의 적어도 일부분이 가스 불투과성 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
2. 제1항에 있어서, 측벽의 적어도 일부분이 가스 불투과성 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 불투과성 층은 가스 수집체의 측벽의 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 불투과성 층은 상하 관계로 배치된 2 이상의 서브 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
5. 제4항에 있어서, 가스 수집체의 내부에 면하는 하부 서브 층은 금속으로 형 성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
6. 제5항에 있어서, 하부 서브 층은 철보다 용융점이 높은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
7. 제5항에 있어서, 하부 서브 층은 실질적으로 몰리브덴, 티타늄, 바나듐, 크롬, 니오브, 또는 이들 금속 중 적어도 하나를 함유하는 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 수집체의 내부의 반대 방향을 향하는 외측 서브 층은 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
9. 제8항에 있어서, 외측 서브 층은 산화물 세라믹 또는 실리케이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
10. 제9항에 있어서, 외측 서브 층은 이산화지르코늄, 산화알루미늄, 이산화크롬, 지르코늄 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 또는 스피넬로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 서브 층이 플라즈마 용사에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 수집체는 원통형 또는 원뿔형의 측벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 방출 라인은 가스 수집체에 있어서 단부면의 반대편에 위치하는 후방 벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 방출 라인은 가스 수집체의 개구에 또는 가스 연결 노즐 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 수집 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 용융 금속의 가스 수집 장치를 용융 금속의 가스 함량을 측정하는데 사용.
16. 가스를 용융 금속에 유입하여, 용융 금속에 함유된 가스와의 가스 교환을 일으키고, 그 후에 가스를 취하여 평가용 측정 장치로 급송하며, 2개 이상의 서로 다 른 가스를 용융 금속에 유입하여 평가하고, 2개 이상의 가스는 모두 각각의 운반 가스를 가지며, 선택적으로 용융 금속에 있어서 가스 첨가물의 비율을 결정하는 것인 용융 금속의 가스 함량 측정 방법으로서,

    첨가 가스의 농도가 용융 금속 내의 측정 대상 가스의 농도보다 각각의 가스 유입의 경우에 있어서 높거나 혹은 각각의 가스 유입의 경우에 있어서 낮은 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 방법.
17. 제16항에 있어서, 유입되는 가스는 서로 다른 운반 가스를 갖는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 불활성 가스, 특히 아르곤 및/또는 질소가 운반 가스로서 사용되는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 방법.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가 가스는 일산화탄소인 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 방법.
20. 제17항에 있어서, 운반 가스에 첨가되는 가스의 농도는 측정 대상 가스의 농도보다 낮은 경우에 제로일 수 있는 것을 특징으로 하는 용융 금속의 가스 함량 측정 방법.

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