KR20090107580A

KR20090107580A - 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적마모저항성 측정장치

Info

Publication number: KR20090107580A
Application number: KR1020080032924A
Authority: KR
Inventors: 전웅; 이철규; 김기영
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; (주)원우이엔지
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-14

Abstract

본 발명은 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치에 관한 것으로, 본체와; 상기 본체의 상측에 고정된 마모재 저장조와; 상기 본체의 중간 적소에 설치되고, 시편이 안착고정되는 가열부재와; 일단은 상기 마모재 저장조와 연결되고, 타단은 가열부재의 상측에 배관되어 시편을 향해 마모재를 고압분사하는 마모재 공급관과; 상기 마모재 공급관의 일부에 연통배관되고, 예열가스를 공급하는 예열가스공급관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 1000℃ 이상의 고온 부산물과 접촉할 때 발생되는 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모정도를 실제와 거의 유사한 조건에서 간편 용이하면서 정확하게 미리 테스트해 볼 수 있고, 이를 통해 보다 향상된 폐열 회수소재의 개발을 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다.

고온 부산물, 폐열, 회수, 재활용, 마모저항성, 회수소재, 내화소재

Description

고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING MECHANICAL WEAR RESISTANCE OF REFRACTORY AT ROOM AND HIGH TEMPERATURES}

본 발명은 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상온 및 500℃ 이상, 바람직하게는 1000℃ 이상의 고온에서 폐열 회수용 내화소재의 기계적 마모저항성을 신속하게 측정하고 평가할 수 있도록 한 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 국ㆍ내외의 많은 산업설비들중 고온의 폐열을 대기중으로 배출하는 산업설비들이 산재해 있다.

그러나, 이들 산업설비들로부터 발생되는 폐열은 고스란히 대기중으로 방출되어 사라져 버리는 것이 현실이다.

보고된 바에 따르면, 국내 산업설비들로부터 발생되는 고온의 폐열을 에너지로 환산할 경우 대략 7.2조 kcal/year로 국내 전체 에너지 소비량의 약 0.2%에 달하는 것으로 알려져 있다.

특히, 화석에너지의 사용량 증대로 인해 초래되는 지구온난화 현상을 막기 위해 각 국이 체결한 협약에 의해 배출가스의 규제가 강화되고 있는 현시점에서 버러지는 고온의 부산물로부터 발생된 폐열을 회수하여 재활용하여야 하는 것은 당연한 일일 것이며, 또한 이를 통해 화석에너지의 사용량도 줄일 수 있을 것이다.

하지만, 이러한 고온 부산물로부터 발생된 대략 1000℃를 상회하는 폐열을 회수하여 재활용하기 위해서는 고온 부산물로부터 발생된 폐열을 보다 안정적이면서 효과적으로 회수할 수 있는 폐열 회수장치의 개발이 선행되어야 한다.

뿐만 아니라, 이때 고온 부산물이 고속으로 분사될 때 이들과 직접 접촉하여 폐열을 회수할 수 있으면서 장수명을 갖도록 높은 기계적 마모저항성을 구비한 소재가 요구된다.

그러나, 국내에서는 아직까지 고온 부산물에 존재하는 폐열을 회수하여 재활용하려는 시도가 거의 없었고, 이에 따라 관련 폐열 회수소재(내화소재)의 개발도 전무한 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 국내 현실정에 맞춰 고온 부산물로부터 고온의 폐열을 회수할 때 사용되는 회수소재의 개발을 촉진하기 위해 창출된 것으로, 그 목적은 1000℃ 이상의 고온에서 고속분사되는 부산물과 접촉하여 폐열을 회수하는 회수소재의 능력인 고온 기계적 마모저항성을 측정할 수 있도록 하여 해당 소재의 개발을 촉진하고, 이를 통해 고온 부산물 폐열 회수장치의 개발에 일조할 수 있도 록 한 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치를 제공하고자 함에 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 본체와; 상기 본체의 상측에 고정된 마모재 저장조와; 상기 본체의 중간 적소에 설치되고, 시편이 안착고정되는 가열부재와; 일단은 상기 마모재 저장조와 연결되고, 타단은 가열부재의 상측에 배관되어 시편을 향해 마모재를 고압분사하는 마모재 공급관과; 상기 마모재 공급관의 일부에 연통배관되고, 예열가스를 공급하는 예열가스공급관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치를 제공한다.

이때, 상기 마모재 저장조에 저장되는 마모재는 SiC 연마재인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 가열부재는 상기 본체의 중간에 고정된 도어를 갖는 함체에 내장되는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 가열부재는 상기 시편을 최소한 1000℃ 이상으로 가열하는 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 예열가스공급관을 통해 공급되는 가스는 질소가스이고, 최소한 500℃ 이상으로 예열되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 1000℃ 이상의 고온 부산물과 접촉할 때 발생되는 폐열 회수소재의 기계적 마모정도를 실제와 거의 유사한 조건에서 간편 용이하면서 정확하게 미리 테스트해 볼 수 있고, 이를 통해 보다 향상된 회수소재의 개발을 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치의 구성을 보인 예시적인 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치의 외관을 보인 예시적인 사진이며, 도 3은 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치의 요부를 보인 예시적인 사진이고, 도 4는 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치를 통한 시험전,후의 시편 사진이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치는 본체(100)를 포함한다.

상기 본체(100)는 후술될 본 발명 마모저항성 측정장치를 구성하는 요소(Element)들을 고정하거나 지지하기 위한 수단이다.

특히, 상기 본체(100)의 전방 적소에는 도어(102)에 의해 개폐되는 함체(104)가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 함체(104) 내부에는 시편(S)을 가열하기 위한 가열부재(130)가 내장된다.

이때, 상기 가열부재(130)는 상기 시편(S)을 안정적으로 고정지지할 수 있도록 형성되어야 하며, 시편(S)의 하방에서 상방으로 열기를 공급할 수 있도록 히터(열선)와 같은 가열수단이 내장됨이 바람직하다.

아울러, 상세히 도시되지 않았지만 상기 시편(S)을 고정하기 위해 상기 가열부재(130)의 상면에는 홈 또는 구멍이 형성될 수 있으며, 상기 시편(S)은 상기 가열부재(130)의 상면에 걸림되는 형태로 고정될 수 있다.

뿐만 아니라, 도시되지 않았지만 상기 시편(S)을 고정하기 위해 상기 가열부재(130)에는 클램프 수단이 제공될 수 있다.

한편, 상기 본체(100)의 상측에는 마모재 저장조(110)가 설치되며, 상기 마모재 저장조(110)에는 실험에 사용될 마모재가 장입된다.

상기 마모재로는 SiC 연마재가 바람직하다.

여기에서, 보통의 경우는 소재의 고온 기계적 마모저항성을 측정할 때 고온에서 회전하는 회전체와 시편을 마찰시켜 시편을 마모시킨 후 시편의 마모량을 측정하는 것이 일반적이나, 이렇게 하게 되면 고온에서 회전하는 회전체의 회전부가 변형되어 회전부를 자주 교체해야할 뿐만 아니라 회전체를 구성하는 재질과 시편이 반응하여 회전체의 손상을 초래하므로 본 발명에서는 회전방식을 배제하고 마모재 분말을 분사하는 형태를 취하도록 하였다.

따라서, 본 발명에서는 시편이 회전되지 않기 때문에 회전부의 변형이 없고, 시편과 마모재와의 접촉시간이 짧아 화학반응도 배제할 수 있게 되어 보다 정확한 고온 기계적 마모저항성을 측정할 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 마모재 저장조(110)의 하단에는 마모재 공급관(112)이 연결배관되고, 상기 마모재 공급관(112)은 함체(104)를 관통하여 시편(S)의 직상부에 위치되도록 설치되어 마모재 저장조(110)내 마모재를 고압으로 분사할 수 있도록 설치된다.

아울러, 상기 마모재 공급관(112)에는 예열을 위한 예열기체를 공급하는 예열기체 공급관(122)이 연통배관된다.

그리하여, 마모재 저장조(110)내 마모재를 고압 분사하면서 예열기체를 같이 공급하여 시편(S)과 접촉될 수 있도록 하고, 이때 시편(S)은 가열부재(130)를 통해 대략 1000℃ 내외로 가열토록 함으로써 시편(S)의 상온 및 고온 기계적 마모저항성을 측정할 수 있게 된다.

이렇게 하여, 마모재의 분사가 완료되면 시편(S)을 상온까지 냉각한 다음 시험전 시편(S)의 무게와 시험후 시편의 무게를 비교하여 마모량을 정량적으로 분석할 수 있게 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 고온에서 기계적 마모저항성을 측정하기 위해, 가압성형기 및 소성로를 통해 Al₂O₃, 뮬라이트(Mullite), 카본을 주성분으로 하는 10×10×10cm의 각 시편을 판상으로 제작하였다.

그리고, 제작된 시편을 각각 가열부재에 장착한 후 약 1000℃로 가열하였으 며, 이 시편에 마모재로 SiC 연마재를 약 5kg_f/㎠으로 분사하여 상기 시편에 접촉시킴으로써 시편의 마모정도를 파악하였다.

이때, 상기 마모재의 분사시 약 500℃로 예열된 질소가스를 함께 공급하여 분사하였고, 시험후 시편을 상온까지 냉각시켰으며, 시험전후의 시편 무게를 측정하여 그 마모량을 확인하고, 그 결과는 하기한 표 1에 나타내었으며, 그 중 뮬라이트 시편을 도 4에 사진으로 첨부하였다.

시편의 종류	마모량(무게 감소량:g)
시편1(Al₂O₃)	5
시편2(뮬라이트)	10
시편3(카본)	15

상기 표 1에서와 같이, 시편3, 시편2, 시편1의 순서로 고온 기계적 마모저항성이 높게 나타남을 확인할 수 있었다.

이는 강도가 낮은 카본(시편1)이 가장 낮은 기계적 마모저항성을 가져야 하고, 카본 대비 더 높은 기계적 강도를 갖는 뮬라이트(시편2)가 중간정도의 기계적 마모저항성을 가져야 하며, 가장 높은 강도를 갖는 Al₂O₃(시편3)가 가장 높은 기계적 마모저항성을 가져야 하는 일반론에 정확히 부합되는 결과를 보인 것이다.

이를 통해, 고온 기계적 마모저항성을 간편 용이하게 측정할 수 있게 되어 회수소재의 개발을 더욱 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치의 구성을 보인 예시적인 모식도,

도 2는 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치의 외관을 보인 예시적인 사진,

도 3은 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치의 요부를 보인 예시적인 사진,

도 4는 본 발명에 따른 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치를 통한 시험전,후의 시편 사진.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....본체 110....마모재 저장조

112....마모재 공급관 122....예열기체 공급관

130....가열부재 S....시편

Claims

본체와;

상기 본체의 상측에 고정된 마모재 저장조와;

상기 본체의 중간 적소에 설치되고, 시편이 안착고정되는 가열부재와;

일단은 상기 마모재 저장조와 연결되고, 타단은 가열부재의 상측에 배관되어 시편을 향해 마모재를 고압분사하는 마모재 공급관과;

상기 마모재 공급관의 일부에 연통배관되고, 예열가스를 공급하는 예열가스공급관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치.
청구항 1에 있어서;

상기 마모재 저장조에 저장되는 마모재는 SiC 연마재인 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치.
청구항 1에 있어서;

상기 가열부재는 상기 본체의 중간에 고정된 도어를 갖는 함체에 내장되는 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치.
청구항 1에 있어서;

상기 가열부재는 상기 시편을 최소한 1000℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치.
청구항 1에 있어서;

상기 예열가스공급관을 통해 공급되는 가스는 질소가스이고, 최소한 500℃ 이상으로 예열되는 것을 특징으로 하는 고온 부산물 폐열 회수소재의 상온 및 고온 기계적 마모저항성 측정장치.