KR20090094945A - 직송달 시료채취기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직송달 시료채취기에 관한 것으로, 성분분석을 위해 용융금속에 침지되어 시료를 채취하도록 시료유입구 삽입용 주입구와, 분석용 시료가 고형화되는 원통형 성분분석부를 갖고 양면 분할된 시료케이스가 접합되어 구성되는 직송달 시료채취기에 있어서; 상기 시료케이스의 접합면을 따라 적어도 하나 이상 형성된 벤트와; 상기 주입구의 내주면에 형성된 주입구턱을 포함하되, 상기 주입구는 6~7mm의 내경을 갖고 형성되며, 상기 원통형 성분분석부는 지름 20~25mm, 두께 12~20mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 직송달 시료채취기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 채취된 시료는 기송자없이 바로 기송관에 삽입하여 분석실로 이송이 가능하며, 단차진 주입구턱으로 인한 주입구시료 제거가 용이해 작업 효율이 향상과 안정성의 향상을 꾀할 수 있다.

샘플러, 복합프로브, 시료, 이송, 시료채취기, 시료케이스, 주입구턱

Description

직송달 시료채취기{SAMPLING DEVICE FOR DIRECT FORWARDING OF ANALYTICAL SAMPLE}

본 발명은 용융금속의 상태확인을 위하여 고온의 용융금속상에 직접 침지되어 사용되는 복합프로브 혹은 샘플러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합프로브 혹은 샘플러에 의해 용융금속의 성분을 대표할 수 있도록 정합성있게 채취되고, 분석기기까지의 시료 이송 및 분석 전처리까지의 최적화를 위한 직송달 시료채취기에 관한 것이다.

일반적으로, 프로브는 철강, 비철금속 혹은 용융 실리콘 등의 생산 공정에서 고온 용융금속의 정보를 얻기 위해 전기로, 정련로 혹은 래들 등에 침지되어 사용되는 소모형 계측기로서, 보통 온도 및 산소, 탄소, 실리콘 등의 상태를 온라인상에서 분석할 수 있는 분석용 측정센서 혹은 성분분석용 시료채취기를 함께 탑재한 형태로 사용된다.

이때, 센서 혹은 시료채취기의 기능을 두 가지 이상 가질 때 이를 복합프로브라 하고, 시료채취 기능만을 가질 때 이를 샘플러라 칭하는데, 예컨대 도시된 도 1의 경우는 샘플러이고, 도 2의 경우는 복합프로브이다.

이러한 샘플러와 복합프로브는 다중 보호관에 의해 센서부와 시료채취부가 보호받게 되며, 고온 용융금속에 침지되어 보호관이 소손되는 시간동안 시료를 채취하는 기능을 수행하게 된다.

이 경우, 다중 보호관의 재질로는 일반적으로 지관이 사용되며, 경우에 따라 최외각 보호관을 파이버, 규조토, 규회석 혹은 벤토나이트 등의 세라믹 화합물로 특수 제작하여 용융금속의 비산이나 성분 변동, 측정 편차에 영향을 최소화하도록 할 수도 있다.

그리고, 센서부 혹은 시료채취기는 고정체에 의해 보호관에 취부되며, 고정체 역시 고온의 용융금속에 의해 소손이 되어, 용융금속의 성분 변동을 가져올 수 있으므로 이를 고려해야 하고, 더욱이 센서부나 시료채취기의 장착이 용이한 주물사, 알루미나 계열의 고온용 세라믹 등의 소재로 사용함이 바람직하다.

이와 같은 소재로 구성되는 복합프로브 혹은 샘플러에 의해 융융금속의 성분을 확인하기 위해서는 프로브의 침지, 시료의 회수, 시료의 분리, 시료의 기송, 시료의 연마 등과 같은 일련의 공정을 거친 후 분석기기의 지그상에서 분석되게 된다.

이때, 시료의 분리과정은 보호관으로부터 탈착 회수된 시료의 주입구 시료를 기송과 분석에 편리하도록 잘라내는 과정으로, 통상 수동 절단기를 사용하게 되므로 체력소모가 크고, 조업자의 부담이 가중되어 일부 생산현장에서 선택적으로 이루어지고 있는 등 작업의 효율화와 불편함 측면에서 바람직하지 않는 방법이다.

뿐만 아니라, 경우에 따라서는 전동형 절단기를 추가로 설치하여 시료를 분 리하게 되는데 이는 별도의 비용과 공간문제를 유발하게 된다.

또한, 시료의 기송방법에 있어서도 고전적으로는 사람이 직접 전달하였으나, 이후 종이, 근래에는 폴리머, 금속 재질로 된 기송자(Pneumatic Carrier)의 내부에 시료를 넣고 공압장치(Air Shooter)를 이용해 용융금속 채취현장에서 분석실로 기송하는 기송자 방법이 주로 이용되고 있다.

그런데, 이러한 기송자는 시료가 탑재되어 수송관에서 압력을 견디면서 측정위치에서 분석실로의 이송을 돕게 되는데, 통상 80A 정도의 기송관으로 이송되게 되므로 수 십mm의 시료크기를 감안해 보면 상대적으로 큰 외경의 기송관과 기송자의 사용은 매우 비효율적이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 채취된 시료의 주입구 시료를 간편하게 제거할 수 있어 절단 작업의 위험성 혹은 부담을 경감하고 편리성을 도모하며, 시료의 기송시 기송자와 기송관의 사용에 따른 문제점을 해결하고, 성분분석 정보를 신속하게 확보하여 생산효율을 향상시킬 수 있도록 한 직송달 시료채취기를 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 성분분석을 위해 용융금속에 침지되어 시료를 채취하도록 시료유입구 삽입용 주입구와, 분석용 시료가 고형화되는 원통형 성분분석부를 갖고 양면 분할된 시료케이스가 접합되어 구성되는 직송달 시료채취기에 있어서; 상기 시료케이스의 접합면을 따라 적어도 하나 이상 형성된 벤트와; 상기 주입구의 내주면에 형성된 주입구턱을 포함하되, 상기 주입구는 6~7mm의 내경을 갖고 형성되며, 상기 원통형 성분분석부는 지름 20~25mm, 두께 12~20mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 직송달 시료채취기를 제공한다.

또한, 상기 주입구턱은 3~12mm의 길이를 갖는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 주입구턱은 상기 주입구의 내경이 7mm일 때, 5mm이상 7mm미만의 내경을 갖는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 채취된 시료는 기송자 없이 바로 기송관에 삽입하여 분석실로 이송이 가능하다.

둘째, 샘플러 혹은 복합프로브에 의해 채취된 시료는 스푼에 의해 채취된 샘플보다 분석값의 대표성이 우월하여, 조업의 효율성 향상에 기여한다.

셋째, 채취된 시료 주입구의 단차진 주입구턱으로 인해, 주입구시료를 제거하기가 용이하다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 시료채취기를 탑재한 샘플러의 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 시료채취기를 탑재한 복합프로브의 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 시료채취기의 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 시료채취기로 채취한 시료의 예시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직송달 시료채취기(100)는 샘플러(200) 혹은 복합프로브(300) 등의 계측기기에 탑재되어 사용된다.

이때, 상기 시료채취기(100)는 다양한 형태가 될 수 있으나 도 3과 같은 원형상이 바람직하며, 또한 그로 인해 채취된 용융금속 샘플은 도 4와 같은 형태의 시료(S)가 될 수 있다.

예시된 시료채취기(100)는 내부공기의 원활한 배기를 위해 도 3에서와 같이, 시료케이스(110) 간의 접합면에 적어도 하나 이상의 벤트(vent)(120)를 형성시킴이 바람직하다.

이는 프로브가 용융금속에 침지되어 사용될 때, 유입되는 시료용 용융물이 금속성이기 때문에 큰 정압을 받으면서 유입되어 상대적으로 낮은 온도를 갖는 시료케이스(110)와의 접촉으로 수 초 내에 응고가 이루어지므로 내부공기의 신속한 배출을 통해 시료(S)의 건전성을 높일 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 시료케이스(110)의 주입구(130)에는 도 1 및 도 2에 도시된 시료유입구(400)가 삽입될 때 이 시료유입구(400)가 상기 시료케이스(100) 내부, 즉 시료(S)가 채취될 부분인 안쪽까지 밀려 들어오지 못하도록 주입구(130)와 시료유입구(400) 사이의 공간을 내화시멘트로 밀폐 고정하거나 혹은 단차를 둔 형태로 주입구턱(132)을 형성시키게 된다.

이때, 본 발명에서는 이와같이 이용되는 주입구턱(132)을 기존보다 상향으로 조정하여 연통되는 시료유입구(400)보다 작은 내경으로 단차지게 형성시킴으로써 시료채취후 주입구(130)에 충전되어 있는 주입구시료를 간단한 물리적 충격만으로도 쉽게 제거할 수 있도록 함이 바람직하다.

여기에서, 상기 주입구시료를 간단한 물리적 충격만으로도 쉽게 제거하기 위해서는 주입구턱(132)의 길이(L)가 3~12mm를 유지함이 바람직한데, 이는 3mm 이하일 경우 간단한 물리적 충격만으로는 제거하기 어렵고, 12mm 이상이 되게 되면 지나치게 길어져 주입구턱(132)의 시료가 시료분석부의 시료보다 먼저 응고됨으로써 건전한 시료의 채취가 불가능해지게 되므로 상기 범위로 한정함이 특히 바람직하다.

이렇게 채취된 시료(S)는 주입구(130)가 제거된 상태이므로 일반 금속소재 생산 플랜트의 32A 규격 파이프를 통해서도 기송이 가능하게 되며, 스케줄에 따라 다소의 조정으로 기송관의 꺽임 부위에 걸리는 기송불량 현상도 없어지게 된다.

여기에서, 기송자의 사용은 큰 기송관의 사용을 야기하므로 기송관이 없는 시료의 이송방법이 공간의 효율적 이용 및 설치비용의 관리상 더 유리하다.

또한, 보편적으로 범용되는 시료의 형태는 시료케이스의 주입구와 수직한 양측면에 수평의 시료케이스 구간을 두어 주입구축으로 장축을 갖는 타원형을 이루도록 한 타원형(Oval Type)으로 시료 연마시에는 그립(Grip)에 유리할 수 있으나 기송관 없는 시료의 기송에는 취약점이 되기 때문에 원형의 시료가 유리하다.

뿐만 아니라, 시료의 크기는 작을수록 작은 기송관을 사용할 수 있지만 분석 시 용융금속 성분의 대표성을 잃지 말아야 하며, 분석기기의 지그와의 정합성 또한 고려되어야 하고, 조업현장에서 채취된 시료가 분석실로 기송되기까지 기송자의 앨보관에서의 걸림현상도 방지해야 하기 때문에 지름 20~25mm가 가장 적정하다.

더욱이, 생산현장이나 분석실에서 사용되는 타원형 시료는 단축 30mm, 장축 40mm 이상의 크기로 본 발명의 범위와는 상당한 차이점을 갖는다.

나아가, 시료의 두께 또한 본 발명 시료(S)의 크기를 감안할 때 12~20mm가 적절하다.

여기에서, 시료의 지름이 20mm이하의 크기를 가질 때 채취된 시료 분석값의 재현성은 용탕의 성분을 대표하기는 부족하게 되어 신뢰도가 떨어지고, 일반적인 방출장비(기송자)와의 정합성 또한 좋지 않고, 반면 25mm 이상일 경우에는 기존 32A의 기송관 내부에서 이송도중 앨보관에 걸림현상이 발생되어 수십m의 기송관 내부에 걸린 시료를 제거해야 하는 어려움을 발생시킨다.

따라서, 본 발명과 같은 크기를 가지면서 주입구(130)를 제거함으로써 그러한 문제를 해결할 수 있게 된다.

덧붙여, 시료가 작을수록 알고자 하는 용융금속의 성분을 대표함에 있어 왜곡현상이 수반되므로 유입 속도, 방향 및 적정 수준의 응고속도 제어는 까다로워 지게 되는데, 상기 주입구(130)의 내경은 충전속도의 인자로써 6~7mm가 적절하며, 그 이하일 경우에는 시료 분석부의 하단이 지나치게 빨리 응고되며, 7mm 이상일 경우에는 충전후 응고되기전 다시 주입구(130)를 통해 시료가 빠지는 현상이 유발되어 건전시료의 확보가 어려워지므로 상기 범위가 바람직하다.

특히, 주입구(130)의 내경이 7mm 일때, 주입구턱(132)은 5mm 이상 7mm 미만의 내경을 형성시켜 주입구시료를 형성함이 바람직한데, 이는 5mm 미만에서는 주입구턱시료가 먼저 응고되어 건전시료의 채취가 어렵게 때문이다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명의 실시를 위해, 발명자는 아래와 같은 조건하에서 시료채취를 실시하였다.

(1)시료케이스: 1.8mm 두께의 SPCC 강판을 프레스가공하여, 외경 기준 전장 45.7mm, 원형 성분분석부의 외경 지름 27.7mm, 주입구 지름 13.1mm, 주입구턱은 지름 6.5mm, 길이 6.6mm로 구성하였다.

또한, 시료케이스의 접합면에 각 3개소의 1mm 크기의 벤트를 구성하여, 충전능을 확보하였다.

(2)시료유입구: 시료유입구는 석영 소재의 내경 7mm, 외경 9mm, 길이 33mm를 사용하였으며, 조립체와의 고정을 위해 내화시멘트로 샘플러 선단을 마감하였다.

(3)시료: 시료는 지름 25mm, 두께 15mm로 형성되게 하였고, 절단전의 주입구 시료는 약 40mm를 이루며, 주입구 절단후의 주입구시료는 6~7mm 를 가졌다.

(4)샘플러: 세개의 보호지관과 조립체에 취부된 시료채취기의 선단은 0.25mm 의 스틸 소재 캡으로 보호하였으며, 자동측정용 홀더에 도통용 컨넥터를 장착하여 용융금속에 침지하였다.

(5)침지: 1500~1700℃ 온도의 중탄소강의 생산중 70 ton 규모의 래들 퍼니 스(Ladle Furnace) 처리시를 전후하여 약 5~7sec 동안 강욕에 침지후 회수하였고, 시료 주입구턱에 약간의 충격을 주어 주입구를 제거하였다.

(6)기송: 32A 파이프와 공압시스템을 이용하여 수백회 반복 기송하는 방식으로 테스트 하였다. 테스트 결과 본 발명에 따른 시료는 파이프 앨보 부분에서의 걸림현상이나 시료 파손문제가 전혀 발생하지 않았다.

이로써, 본 발명에 따라 보다 건전한 시료를 채취할 수 있었으며, 기송시 기존에 발생하던 문제가 전혀 생기지 않아 보다 효율적이고 건전한 시료 채취와 기송작업이 가능함을 확인하였다.

도 1은 본 발명에 따른 시료채취기를 탑재한 샘플러의 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 시료채취기를 탑재한 복합프로브의 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 시료채취기의 예시도,

도 4는 본 발명에 따른 시료채취기로 채취한 시료의 예시도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....시료채취기 110....시료케이스

120....벤트(Bent) 130....주입구

132....주입구턱 200....샘플러

300....복합프로브 400....시료유입구

Claims (3)

1. 성분분석을 위해 용융금속에 침지되어 시료를 채취하도록 시료유입구 삽입용 주입구와, 분석용 시료가 고형화되는 원통형 성분분석부를 갖고 양면 분할된 시료케이스가 접합되어 구성되는 직송달 시료채취기에 있어서;

   상기 시료케이스의 접합면을 따라 적어도 하나 이상 형성된 벤트와;

   상기 주입구의 내주면에 형성된 주입구턱을 포함하되, 상기 주입구는 6~7mm의 내경을 갖고 형성되며, 상기 원통형 성분분석부는 지름 20~25mm, 두께 12~20mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 직송달 시료채취기.
2. 청구항 1에 있어서;

   상기 주입구턱은 3~12mm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 직송달 시료채취기.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 주입구턱은 상기 주입구의 내경이 7mm일 때, 5mm이상 7mm미만의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 직송달 시료채취기.

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