KR20140055994A - 용금 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브 - Google Patents

용금 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 침지 단부 및 후방 단부를 포함하는 측정 헤드를 구비하는 용금(鎔金) 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브로서, 적어도 하나의 전기화학 센서, 하나의 열전쌍(thermocouple) 및 전기화학 센서의 하나의 배스 컨택트(bath contact)가 침지 단부에 배치되는 것인 측정 프로브에 있어서, 하나의 열전쌍 및 하나의 전기화학 센서가 각기 서로 인접하게 침지 단부로부터 돌출하고, 배스 컨택트가 열전쌍과 전기화학 센서 둘레에, 그리고 침지 단부에서 개방된 2개의 챔버가 형성되도록 하는 적절한 방식으로 열전쌍과 전기화학 센서 사이에 배치되는 금속 스트립으로 제공되며, 이에 의해 열전쌍은 하나의 챔버에 배치되고, 전기화학 센서는 다른 챔버에 배치되며, 열전쌍 및 전기화학 센서 모두가 고정 재료에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 측정 프로브에 관한 것이다.

Description

용금 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브{MEASURING PROBE FOR MEASUREMENTS IN MELTED METAL OR SLAG}
본 발명은 침지 단부와 후방 단부를 포함하는 측정 헤드를 구비하고, 침지 단부에 적어도 하나의 전기화학 센서, 하나의 열전쌍(thermocouple) 및 전기화학 센서의 하나의 배스 컨택트(bath contact)가 배치되는, 용금(鎔金) 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브에 관한 것이다.
이러한 타입의 측정 프로브는, 예컨대 DE 10 2005 060 492 B3으로부터 공지되어 있다. 상기 문헌에는 다수의 측정 프로브와, 측정 헤드의 침부 단부에 있는 샘플 챔버를 위한 유입구가 개시되어 있으며, 각각의 센서는 침지 단부의 반대측을 향하는 측정 헤드의 측부에 접촉 요소를 포함한다. 센서는 시멘트에 의해 측정 헤드 내부에 고정된다. 유사한 측정 프로브가 DE 10 2005 060 493 B3으로부터 공지되어 있다. 샘플 챔버 내의 유입구와 다수의 센서 외에, 배스 컨택트가 여기에 개시된 측정 헤드의 침지 측에 있는 것으로 개시되어 있다. 유사한 샘플러가 DE　10 2010 024 282 A1으로부터도 또한 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 기지의 측정 프로브를 개선하고자 하는 것이다.
상기 목적은 독립 특허 청구항을 통해 달성된다. 유리한 개선점은 종속 청구항에 특정된다.
각기 침지 단부로부터 서로 인접하게 돌출하는 하나의 열전쌍 및 하나의 전기화학 센서를 구비하는 것에 의해, 열전쌍과 전기화학 센서 둘레에, 그리고 침지 단부에서 개방된 2개의 챔버를 형성하도록 하는 적절한 방식으로 열전쌍과 전기화학 센서 사이에 배치되는 금속 스트립으로 배스 컨택트를 마련하여, 하나의 챔버에 열전쌍이 배치되고, 다른 챔버에 전기화학 센서가 배치되며, 열전쌍과 전기화학 센서 모두가 고정 재료에 의해 유지되는 것에 의해, 센서를 최적으로 고정하고 특정 센서 타입으로 맞추며, 이에 따라 센서의 측정 정확도를 증가시키는 것이 실현 가능하다. 이러한 맥락에서, 서로 인접한 배치는 열전쌍과 전기화학 센서 사이에 다른 센서가 직접 배치되지 않도록 열전쌍과 전기화학 센서가 서로 이웃하게, 그리고 기본적으로 서로 평행하게 배치되는 것을 의미하는 것으로 이해해야만 한다. 전기화학 센서는, 특히 고체 전해질계 산소 센서(solid electrolyte-based oxygen sensor)일 수 있다. 배스 컨택트는 열전쌍과 전기화학 센서의 종축에 대해 거의 평행하도록 배치되어, 2개의 구성요소의 측면을 에워싸고, 측정 헤드 내에서 이들과 실질적으로 평행하게 배치된다. 이에 따라, 배스 컨택트는 측정 프로브의 침지 방향으로 봤을 때에 2개의 부품(열전쌍과 전기화학 센서) 둘레에 폐쇄 라인을 형성하고, 이 폐쇄 라인은 또한 이렇게 형성된 표면을 완전히 분할하여, 열전쌍 및/또는 전기화학 센서가 각각 배치되는 2개의 거의 동일한 표면이 생성된다. 이렇게 형성된 2개의 챔버는 그 침지 단부와 침지 단부의 반대측을 향하는 대향 측이 아니라 단지 측부에서만 배스 컨택트에 의해 폐쇄된다.
바람직하게는, 열전쌍을 위해 사용되는 고정 재료는 전기화학 센서를 위해 사용되는 고정 재료와 상이하다. 이것은 고정 재료에 의해 고정되는 부품에 대한 고정 재료의 특별한 조정 및 최적화를 허용한다. 구체적으로, 열전쌍을 위한 고정 재료는 일반적으로 알려져 있는 내화성 시멘트로 형성될 수 있고, 전기화학 센서를 위한 고정 재료는 일반적으로 알려져 있는 주물사(foundry sand) 또는 형사(moulding sand)로 형성될 수 있다. 이러한 타입의 구성에서, 한편으로는 내화성 시멘트가 열전쌍의 저온 납땜 부위를 최적으로 보호하는 반면, 가스 투과성 주물사 또는 형사는 배스 컨택트 및 전기화학 센서의 상호 작용에 대해 최적이며, 생성된 가스를 송출한다. 또한, 내화성 시멘트층(특히 두께가 대략 0.5 cm)는 침부 단부 반대측을 향하는 측 상에서 전기화학 센서를 위한 챔버 내에서, 주물사 또는 형사 아래에, 즉 대략 센서의 족부(足部)에 배치될 수 있는데, 그 이유는 이로 인해 센서의 고정이 더욱 강화될 수 있기 때문이다.
바람직하게는, 측정 프로브는, 배스 컨택트를 통해 형성되는 챔버가 침지 단부의 반대측을 향하는 측에 열전쌍, 전기 화학 센서 및 배스 컨택트 자체를 위한 전기 커넥터를 구비하는 바람직하게는 공통 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 점에서, 커넥터 요소는 센서 및/또는 배스 컨택트의 전기 커넥터를 추가의 컨덕턴스를 위한 신호 케이블에 연결하기 위한 접촉 부위이다. 커넥터 요소로부터 돌출하는 커넥터는 플러그인 컨택트(plug-in contact)로서 제공될 수 있다. 바람직하게는, 챔버 및 커넥터 요소는 자기 지지식(self-supporting)으로 제공되는 균일한 모듈로서 설계된다. 이것은 열전쌍, 전기화학 센서 및 배스 컨택트로 구성된 센서 유닛이 수반되는 문제 없이 간단한 방식으로 별도로 제작되는 것을 허용하며, 이에 의해 모듈이 이후에 측정 프로브의 측정 헤드에 삽입될 수 있다. 커넥터 요소의 플러그인 컨택트에 의한 전기 접속은 이러한 목적에 있어서 바람직하다.
편의상, 샘플 챔버가 측정 헤드 상에 추가로 배치될 수 있으며, 샘플 챔버에 있는 유입 채널의 유입구가 측정 헤드의 침지 단부로부터 돌출한다.
본 발명에 따르면, 측정 프로브에 포함되는 센서를 최적으로 고정하고 특정 센서 타입으로 맞추며, 이에 따라 센서의 측정 정확도를 증가시키는 것이 실현 가능하다.
본 발명의 예시적인 실시예는 아래에서 도면에 기초하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 열전쌍, 전기화학 센서, 배스 컨택트 및 커넥터 요소로 구성되는 모듈의 다양한 도면.
도 2는 모듈을 구비하는 측정 프로브의 단면도.
도 3은 측정 헤드의 개략도.
모듈(1)은 전기화학 센서인 산소 센서(2)와 열전쌍(3)을 포함한다. 산소 센서와 열전쌍 모두의 종축은 서로 거의 평행하게 배향된다. 산소 센서와 열전쌍은 이들의 종축과 거의 평행하게 배스 컨택트(4)로 둘러싸이며, 이에 의해 배스 컨택트(4)는 2개의 센서를 함께 둘러싸고, 또한 하나의 챔버 각각이 열전쌍(3)과 산소 센서(2)를 위해 형성되도록 산소 센서와 열전쌍 사이에 경계층(5)을 형성한다. 이러한 점에서, 열전쌍(3)의 팁과 산소 센서(2)의 팁은 모듈(1)의 침지 측에서 각각의 챔버로부터 돌출한다. 침지 단부의 반대측을 향하는 대향 측 상에, 배스 컨택트(4)에 인접하게 커넥터 요소(6)가 놓이고, 이에 의해 산소 센서(2)를 위한 커넥터 컨택트(7), 배스 컨택트(4)를 위한 커넥터 컨택트(8) 및 열전쌍(3)을 위한 커넥터 컨택트(9)가 침지 단부의 반대측을 향하는 그 단부를 향해 배열된다. 상기 커넥터 컨택트(7, 8, 9)는 전기 신호를 더욱 전송하기 위해 필요하다.
산소 센서(2)를 모듈(1)에 고정하는 주물사 또는 형사(10)가 배스 컨택트(4)와 산소 센서(2) 사이에 배치된다. 열전쌍(3)은 내화성 시멘트(11)를 통해 모듈(1)에 고정된다. 내화성 시멘트(11)는 배스 컨택트(4)와 열전쌍(3) 사이에 배치된다.
도 1a에는, 침지 단부에서 돌출하는 센서(2, 3)와 침지 단부의 반대측을 향하는 단부에 있는 커넥터 컨택트(7, 8, 9)를 알아볼 수 있는 모듈(1)의 측면도가 도시되어 있다. 도 1b에는 모듈(1)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 1c에는 침지 단부로부터 본 평면도가 도시되어 있다. 이러한 타입의 모듈(1)은 개별적으로 제작 가능하다. 이는, 열전쌍(3), 산소 센서(2) 및 배스 컨택트(4)가 서로에 대하 여 필요한 방위로 위치 설정될 수 있고, 시멘트(11) 및/또는 주물사(10)를 사용하여 서로에 대해 고정될 수 있다는 것을 의미한다. 상기한 구성은 커넥터 컨택트(7, 8, 9)를 수용하는 커넥터 요소(6)를 통해 그 후방 단부에서 제한된다. 이러한 타입의 모듈은 저렴하게 제작될 수 있고, 이어서 측정 프로브의 대응하는 리세스로 삽입될 수 있다. 이러한 타입의 측정 프로브가 도 2에 예시적인 방식으로 도시되어 있다. 도면은 모듈(1) 외에, 주물사로 형성된 측정 헤드(12)에 배치되는 샘플 챔버(13)를 보여준다. 샘플 챔버(13)는 석영 유리로 형성되고, 유입구가 측정 헤드(12)의 침지 단부로부터 돌출하는 유입 튜브(14)를 포함한다. 모듈(1)의 열전쌍(3)과 산소 센서(2)뿐만 아니라 유입 튜브(14)의 유입구도, 용강(鎔鋼)에서의 측정 프로브의 사용 중에 용융 및/또는 용해되는 종래의 보호 캡(15)으로 피복되고, 이에 따라 측정 또는 샘플링이 가능하다. 측정 헤드(12)의 침지 단부 전체는, 역시나 알려져 있고 이송 중에 손상으로부터 측정 헤드를 보호하는 슬래그 캡(16)으로 둘러싸이며, 용강 상의 슬래그층을 통과하도록 압박된다.
측정 헤드(12)는 내화성 접착제(18)에 의해 판지로 형성된 지지 튜브(17)에 고정된다. 도시한 예에서는, 내부에 다른 샘플러가 배치되는 판지로 형성된 고정 튜브(19)가 지지 튜브(17) 내부에 배치된다. 상기 샘플러는, 지지 튜브(17)를 통해 측방으로 안내되고, 석영 유리로 형성된 유입 채널(20)을 갖는 유입구를 포함한다. 유입 채널(20)은 그 외측부에서, 지지 튜브가 슬래그층에 침투할 때에 용해되는 종이 캡(21)으로 폐쇄된다. 후속하여, 슬래그가 프리챔버(22; pre-chamber)에 침투한 다음, 프리챔버 상부에 배치된 슬래그 샘플 챔버(23)에 침투한다. 프리챔버(22)와 슬래그 샘플 챔버(23)는 모든 면에서 금속 벽으로 둘러싸인다. 슬래그 샘플 챔버로의 유입구(24)는 중심 위치에 배치된다. 나선형 스프링(25)은 고정 목적으로 프리챔버(22)와, 침지 방향으로 보았을 때 측정 헤드의 상류에 배치된 측정 헤드(12)의 후방부 사이에 배치될 수 있다. 침지 단부의 반대측을 향하는 슬래그 샘플 챔버(23)의 단부는 또 다른 판지 튜브(26)를 통해 고정된다. 금속으로 형성된 소위 스플래쉬 보호층(27; splash protection layer)이 지지 튜브(17)의 외측 둘레에 배치된다. 상기 스플래쉬 보호층(27)의 목적은, 지지 튜브(17)가 슬래그층 및/또는 용강에 침지되는 즉시 판지가 타거나 및/또는 용해되어, 측정 및/또는 샘플링 공정을 간섭할 수 있는 간섭 입자가 방출되는 것을 방지하고자 하는 것이다.
도 3은 측정 헤드(12)의 조립 공정을 보여준다. 측정 헤드는 처음에 2개 부분(12a, 12b)으로 분할되고, 주물사로부터 압축 성형된다. 측정 헤드는 샘플 챔버(13)와 모듈(1)의 수용을 위한 대응하는 리세스를 포함한다. 모듈(1)과 샘플 챔버(13)가 상기 리세스에 삽입된 다음, 제2 부분(12b)을 부착하는 것에 의해 측정 헤드가 완성된다. 측정 헤드(12)의 2개의 부분(12a, 12b)은 나사(28)에 의해 서로 고정된다. 이것이 조립에 후속한 다음, 예컨대 슬래그 샘플 챔버(23) 및 그 프리챔버(22)와 같은 부품이 측정 헤드에 배치된다. 나선형 스프링(25)이, 슬래그 샘플 챔버(23)의 프리챔버(22)에 대하여 측정 헤드를 폐쇄하는 강판(29)에 의해 침지 단부의 반대측을 향하는 측정 헤드(12)의 측에 고정된다.

Claims (6)

  1. 침지 단부 및 후방 단부를 포함하는 측정 헤드를 구비하는 용금(鎔金) 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브로서, 적어도 하나의 전기화학 센서, 하나의 열전쌍(thermocouple) 및 전기화학 센서의 하나의 배스 컨택트(bath contact)가 침지 단부에 배치되는 것인 측정 프로브에 있어서,
    하나의 열전쌍 및 하나의 전기화학 센서가 각기 서로 인접하게 침지 단부로부터 돌출하고, 배스 컨택트가 열전쌍과 전기화학 센서 둘레에, 그리고 침지 단부에서 개방된 2개의 챔버가 형성되도록 하는 적절한 방식으로 열전쌍과 전기화학 센서 사이에 배치되는 금속 스트립으로 제공되며, 이에 의해 열전쌍은 하나의 챔버에 배치되고, 전기화학 센서는 다른 챔버에 배치되며, 열전쌍 및 전기화학 센서 모두가 고정 재료에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 측정 프로브.
  2. 제1항에 있어서, 열전쌍을 위해 사용되는 고정 재료는 전기화학 센서를 위해 사용되는 고정 재료와는 상이한 것을 특징으로 하는 측정 프로브.
  3. 제2항에 있어서, 열전쌍을 위해 사용되는 고정 재료는 내화성 시멘트이고, 전기화학 센서를 위해 사용되는 고정 재료는 주물사(foundry sand)인 것을 특징으로 하는 측정 프로브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 배스 컨택트를 통해 형성되는 챔버는 침지 단부의 반대측을 향하는 그 측부에 열전쌍, 전기화학 센서 및 배스 컨택트를 위한 전기 커넥터를 구비하는 커넥터 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프로브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 챔버와 커넥터 요소는 자기 지지식(self-supporting)으로 마련되는 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 측정 프로브.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 헤드에 샘플 챔버가 더 배치되며, 샘플 챔버에 있는 유입 채널의 유입구가 측정 헤드의 침지 단부로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 측정 프로브.
KR1020130122492A 2012-10-31 2013-10-15 용금 또는 슬래그에서의 측정을 위한 측정 프로브 KR101504032B1 (ko)

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