KR20150107775A - 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화성 세라믹 석재로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기에 관한 것이다.

Description

내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기{WEAR INDICATOR IN A COMPOSITE SYSTEM OF REFRACTORY CERAMIC STONES}

본 발명은 내화성(불연성) 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기(디스플레이)에 관한 것이다.

예를 들어, 노(furnace)와 같은 고온의 산업용 골재 라이닝(industrial aggregate lining)을 위해 오랜 기간 동안 내화성 세라믹 벽돌이 사용되어 왔다. 종래 기술 및 본 발명에서는, 야금 용융 용기(metallurgic melting vessel)를 이용하여 보다 상세하게 기술된다. 이러한 야금 용융 용기, 예를 들어, 턴디시(tundish) 또는 레이들(ladle)은 금속 용융물(metal melt)을 수용하고 처리하고 이송하도록 사용된다. 용기 자체는 적어도 벽과 베이스(base) 영역에서 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 라이닝에 의해 보호되는 금속성 코팅(엔벌로프)을 포함한다.

내화성 세라믹 벽돌은 열적, 기계적 및 야금학적 마모 현상을 겪게 된다. 용기의 안전을 위하여, 용융물 누출(melt leak)을 조절하지 못하는 위험을 피하기 위해 코팅 보호를 완벽하게 보존하는 것이 중요하다.

이와 동시에, 설비 운영자는 항상 비용 및 정지 시간을 가능한 최저로 유지시키기 위해 라이닝을 교체하거나 또는 수리하기 전에 라이닝을 가능한 최대한 오래 보존하고자 노력한다.

설비가 수리되어야 하는지 여부 및 언제 수리되어야 하는지, 그리고, 설비가 교체되어야 하는지 여부 및 언제 교체되어야 하는 지에 대한 결정은 설비 책임을 지고 있는 운영자에 의해 가시적으로 이루어진다(visually).

측정 기기의 도움으로 라이닝(내화성 벽돌)의 마모 상태를 측정하려는 시도가 있어 왔다. 하지만, 내화성 라이닝 내에 배열되어야 하는 측정 기기들은 온도에 대해 충분히 내구성이 있지 않으며 또한 비용도 비싸다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단한 방법으로 세라믹 벽돌의 복합재 시스템(composite system) 내의 마모 상태를 표시하기 위한 해결책을 찾기 위한 것이다.

위에서 언급한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 개념으로부터 시작된다:

마모 표시기는 모니터링 되어야 하는 내화성 라이닝(fireproof lining) 내에 배열되어야 한다. 내화성 라이닝 내에서 발생하는 높은 온도 때문에, 마모 표시기는 온도에 대해 내구성을 가진 재료로 구성되어야 한다. 이에 대해 가장 쉽고 가장 효율적인 해결책은 내화성(불연성) 라이닝이 구성된 재료와 똑같은 재료의 마모 표시기를 만드는 것이다.

이러한 특성들의 최적화는, 마모 표시기가 내화성 라이닝의 일부분일 때, 따라서, 내화성 라이닝의 기능(function)을 충족시킬 때 구현될 수 있다.

마모 표시기의 기능을 충족시키기 위하여, 마모 표시기의 구성요소(component)는 라이닝 내에서 다른 벽돌과는 상이한 기하학적 형상(geometry)을 가져야 한다. 이것은 각각의 구성요소의 전체 기하학적 형상에 반드시 적용될 필요는 없다. 이러한 특성은, 표시가 되어야 하는 마모 상태에 도달하고 나면, 상이한 기하학적 형상의 마모 설비(wear installation)의 구성요소가 그러한 상황에 도달했다는 것을 식별할 수 있다는(가시적으로) 사실과 관련이 있다.

달리 말하면, 통상적인 야금 용기의 벽의 라이닝 벽돌은 일반적으로 다음과 같이 형성된다:

벽돌은 금속 용융물에 더 근접한 고온 쪽(hot side) 및 용기의 외부 금속 코팅(metal coating)에 더 근접한 저온 쪽(cold side)을 포함한다. 벽돌의 길이(좌표계의 Y 방향에서)는 고온 쪽과 저온 쪽 사이의 거리를 뜻한다. 마모로 인해, 이 거리는 Y 방향에서 마모의 임계점까지 줄어드는데, 이러한 임계점들은 기록되어야 한다.

본 발명의 개념은, 마모 임계점에 도달하고 나면, 마모 설비의 구성요소들의 기하학적 형상을 라이닝의 인접한 일반적인 벽돌의 기하학적 형상으로부터 명확하게 구분 짓게 만드는 것에 있다. 이것은 실제로 매우 정확하게 작동 운영자에 의해 가시적으로 식별될 수 있는데, 그 이유는 기하학적 형상에서의 변화가 특정 임계점에 상응하기 때문이다.

가장 일반적인 실시예에서, 본 발명은 다음의 특징들을 가진 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템(벽돌 가마(brickwork)) 내의 마모 표시기에 관한 것이다:

- 상기 마모 표시기는 2개 이상의 세라믹 구성요소(피스) 세트로 구성되고,

- 각각의 구성요소는 3차원 프로파일(profile)을 가진 하나 이상의 표면 세그먼트(surface segment)를 포함하며, 인접한 구성요소의 상응하는 표면 세그먼트의 프로파일은 폼 피팅(form fitting) 방식으로 서로 보완되고(complement),

- 구성요소의 마모 방향에서, 프로파일은 부분적인 길이 위에서만 연장되거나, 혹은, 기하학적 형상이 상이할 때, 혹은, 기하학적 형상이 상이하고 부분적인 길이 위에서만 연장된다(extend).

마모 방향(Y)은 일반적으로 내화성 라이닝의 내측 표면 또는 이에 상응하는 노의 벽에 대해 수직으로(직교) 형성되는 방향에 상응한다.

특히, 일반적으로 원통형의 라이닝을 포함하는 야금 용기에서, 하나 이상의 구성요소를 구성요소의 저온 단부(cold end)에 상응하는 세그먼트보다 마모를 겪는 세그먼트에서 더 작은 횡단면을 포함하도록 구성하는 것이 더 합리적이다.

한 대안으로서, 고온 단부와 저온 단부 사이에서의 구성요소의 배열상태(orientation)를 변경할 수 있는데, 예를 들어, 구성요소(벽돌)를 고온 단부에서는 횡단면이 일반적으로 Z 방향으로 배열되게(좌표계의 X 방향에서는 가느다랗고 Z 방향으로는 길게) 구성하고 저온 단부에서의 횡단면은 X 방향으로 가장 많이 연장되도록 구성할 수 있다. 이것은 예를 들어 저동 단부에서 구성요소의 세그먼트(부분)가 구성요소의 세그먼트에 비해 한쪽 또는 양쪽 위에서 X 방향으로 돌출되도록 함으로써 구현될 수 있다.

이에 따라 프로파일에서의 변화에 상응하는 횡단면도 변경되며, 작동 운영자가 문제없이 기하학적 형상의 변화를 가시적으로 탐지할 수 있기에 충분히 식별할 수 있어야 한다.

해당 프로파일은 2개의 그룹 즉 수 부분(인접한 표면에 대해 돌출하는)과 암 부분(인접한 표면에 대해 오목하게 구성된)들로 나뉠 수 있다.

이때, 프로파일에 의해 형성된 최소, 또는 최대 면적은 Y 방향의 앞 또는 뒤에 배열된 구성요소의 표면 세그먼트에 대해 10% 이상, 더 좋게는 20% 이상 또는 30% 이상 상이해야 한다.

프로파일은 예를 들어, 바(bar), 스텝(step), 스파이크(spike), 볼트(bolt), 핀(pin), 리브(rib), 피라미드(pyramid), 톱니(sawtooth), 홀(hole), 채널(channel), 홈(groove), 프리즘(prism), 피치 서클(pitch circle), 타원(ellipse)으로 구성된 그룹으로부터의 기하학적 형상과 상이한 기하학적 형상으로 구성될 수 있다.

각각의 개별 프로파일은 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직인 방향(X, Z)으로 확대되도록(enlarge) 구성될 수 있다. 예를 들어, Y 방향으로 연장되는 바-유사 프로파일에서, 마모 방향에서의 제1 세그먼트는 횡단면적(a)을 가질 수 있으며 그 다음 세그먼트는 횡단면적(Fa)을 가지는데, 여기서 F는 1.1, 더 좋게는 1.2 또는 1.3을 포함할 수 있지만, 2 또는 3 또는 4 이상의 값이 바람직하다.

또한, 뒤집혀진 프로파일(inverted profile) 즉 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직인 방향(X, Z)으로 감소되는 프로파일도 가능하다.

구성요소 중 하나 이상의 구성요소는 마모 방향(Y)에서 폭(B)이 변경될 수 있다(X 방향으로). 이는 특히 마모 방향(Y)에 대해 수직으로 발생될 수 있다. 이것은 프로파일이 형성될 때 개별적으로 또는 발생될 수 있다.

또한, 하나 이상의 구성요소가 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직으로 (Z 방향으로) 높이가 변경되는 실시예도 가능하다.

이러한 각각의 변화는 10% 이상, 더 좋게는 20% 이상 또는 30% 이상이어야 하는데, 원래 크기의 2배, 3배, 또는 4배 이상이 바람직하다.

마모 표시기는 서로 상호작용하는(interact) 2개의 구성요소를 포함할 수 있는데, 여기서 보통 오직 한 구성요소만이 원하는 마모 표시기를 제공하며, 다른 구성요소는 다른 구성요소에 폼 피팅(form fitting) 방식의 연결을 생성하기 위해 사용되며 이에 따라 2개 이상의 구성요소 세트는 내화성 라이닝 내에 폼 피팅 방식으로 통합될 수(integrated) 있다.

또한, 3개 또는 그 이상의 구성요소 세트도 가능한데, 여기서 중간(중앙) 구성요소는 2개의 동일하게 구성되고 뒤집혀 배열된 구성요소(inversely arranged component)에 의해 형성될 수 있다.

구성요소들은 특히 수직으로 위에 배열되거나 서로 나란하게 수평으로 배열될 수 있다.

또한, 마모 표시기 외에도, 본 발명은 앞에서 언급한 하나 이상의 마모 표시기를 포함하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 산업용 골재 라이닝(industrial aggregate lining)에 관한 것이다.

이러한 마모 표시기 중 다수의 마모 표시기는 예를 들어 상이한 마모 상태를 표시하기 위해 골재 내에 배열될 수 있다.

야금 용기 내에서 라이닝의 상이한 섹션들에는 상이한 마모 정도(degree of wear)가 가해지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 각각의 마모 섹션에서 다른 마모 표시기와는 개별적으로 기능하는 상응하는 마모 표시기를 배열하는 것이 가능하다. 그 경우, 골재가 상이한 디자인의 다수의 마모 표시기를 포함한다. 상이한 디자인은 마모 방향(Y)에서 마모 표시기의 구성요소들의 횡단면 및/또는 프로파일이 상이한 평면에 배열되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징들은 종속항 및 추가적인 특허출원 공보의 특징들로부터 구현된다.

본 발명은 여러 실시예들에 대해 밑에서 상세하게 기술된다. 이 실시예들은 첨부도면에서 개략적으로 도시되는데, 여기서:
도 1은 3-부분 마모 표시기의 분해 투시도;
도 2는 3-부분 마모 표시기의 제1 실시예의 분해 투시도;
도 3은 야금 용기의 내화성 세라믹 라이닝의 한 부분으로서 도 2에 따른 마모 표시기; 및
도 4는 2-부분 마모 표시기의 분해 투시도이다.

도면에서, 마모 표시기의 유사하거나 유사하게 작동하는 요소(부분)들은 똑같은 도면부호로 표시된다.

도 1은 3개의 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)로 구성된 본 발명에 따른 마모 표시기를 도시한다. 추가적인 설명을 위하여, 직교좌표계가 추가로 도시된다.

구성요소(10.2)는 구성요소의 면(S) 위에 십자 형태(cross shape)를 가진다. 직사각형의 횡단면을 가진 프로파일(P)이 Z 방향으로 연장되는 중앙 세그먼트(M)로부터 X 방향에서 좌측 및 우측으로 형성된다(run).

Y 방향에서, 중앙 세그먼트(M)는 Y 방향에서 원뿔 형태로 넓어진다(widen conically). 바(bar)-유사 프로파일(P)은 X 방향에서는 변경되지 않은 상태로 유지되지만, Z 방향에서는 위아래로 원뿔 형태로, 실제로는 스텝(step)(St1)까지 넓어지며, 구성요소(10.2)가 Y 방향에서 거의 2/3:1/3 비율로 나뉜다(part).

면(S)으로부터 스텝(St1)으로 형성되는 Y 방향에서, 따라서 구성요소(10.2)의 고온 쪽(hot side)에서 더 세그먼트는, 마모가 될 수 있는 구성요소(10.2)의 세그먼트를 형성하는 반면, 더 짧은 세그먼트 즉 X 방향에서 더 넓은 세그먼트는 구성요소(10.2)의 저온 쪽(cold side)을 형성하며 구성요소(10.2)의 최저 잔여 두께를 형성한다(Y 방향에서).

도 1에서 우측 및 좌측에 배열된 구성요소(10.1 및 10.3)는 구성요소(10.2)에 포함된(allocated) 측표면(side surface)들을 가진 구성요소(10.2)에 상응하게 형성되며, 이에 따라 구성요소(10.1, 10.2 및 10.2, 10.3)는 폼 피팅(form fitting) 방식으로 조립될 수 있다. 이것은 구성요소(10.1 및 10.2)를 위해 디스플레이되며(displayed), 구성요소(10.2 및 10.3)는 상응하는 프로파일을 보다 선명하게 만들기 위해 "접혀서 떨어진 상태로(folded apart)" 디스플레이된다. 예를 들어, 구성요소(10.3)는 스텝(St1)과 유사한 스텝(St2) 뿐만 아니라 구성요소(10.2)의 프로파일(P)에 상응하는 홈(N)을 포함한다.

도 2에 따른 실시예는 구성요소(10.2)에서는 바-유사 프로파일(P)이 없고 이에 상응하게 구성요소(10.1 및 10.3)에서는 오목부(furrow)(N)가 없다는 점에서 도 1에 따른 실시예와 약간 상이하다. 그것을 제외하고는, 마모 표시기의 기능 및 디자인은 동일하다.

구성요소(10.1, 10.2 및 10.3) 세트(set)는 야금 용기의 내화성 라이닝의 일부분을 형성할 수 있으며, 도 3에서 턴디시(tundish) 벽-라이닝의 부분 도면으로서 디스플레이된다. 통상적인 라이닝 벽돌(A)은 구성요소(10.1)의 좌측 뿐만 아니라 구성요소(10.3)의 우측에서도 볼 수 있다. 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)는 라이닝의 인접한 벽돌(a)의 2배 높이(좌표계의 Z 방향에서 수직으로)를 제공하는 것을 볼 수 있다. 구성요소(10.1, 10.2, 10.3과 같이)가 정상적인 라이닝 벽돌의 높이 또는 폭의 다수 배의(multiple), 특히 정수(integer) 배의 높이 또는 폭을 포함하는 것이 일반적으로 가능하다.

작동 운영자가 물결선(wavy line)(V)으로서 표시된 마모 영역(wear zone)에 언제 라이닝이 마모되는 지를 식별하기가(recognize) 용이한데, 이는 구성요소(10.2)의 고온의 단부에서 (X 방향에서의) 폭(b)이 구성요소(10.2)의 저온 단부에서의 폭(B)으로 넓어지기 때문이다.

도 4에 따른 실시예에서, 구성요소(10.2)의 마모 부분은 면(S)으로부터 스텝(St1) 영역까지 상이하게 형성되는데, 실제로, 수직 횡단면에서, 세그먼트에 대해 전체적으로 프리즘(prism) 형태의 기하학적 형상이 생성되도록 삼각형 형태로 구성되며, 상기 세그먼트 위에서 구성요소(10.2)의 저온 단부에서는 직사각형의 횡단면이 이어진다.

마모 벽돌(10.2)의 기하학적 형상이 삼각형으로부터 직사각형으로 변경될 때, 미리-설정된 마모 한계(wear limit)가 광학적으로 탐지될 수 있다.

상기 마모 표시기를 사용하면, 추가적인 벽돌은 도면부호가 10.3이고 기하학적 형상이 구성요소(10.2)의 기하학적 형상에 상응하는 마모 세트(wear set)를 위해 충분하며, 실제로는, 도 1에 따른 오목부(N)에 비해, 훨씬 더 큰 오목부(N)가 삼각형의 횡단면을 가진 채널(channel)로서 형성된다.

Claims (9)

1. 내화성 세라믹 벽돌(A)로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기에 있어서,
   a) 상기 마모 표시기는 2개 이상의 세라믹 구성요소(10.1, 10.2, 10.3) 세트로 구성되고,
   b) 각각의 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)는 3차원 프로파일(P, N)을 가진 하나 이상의 표면 세그먼트를 포함하며, 인접한 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)의 상응하는 표면 세그먼트의 프로파일(P, N)은 폼 피팅(form fitting) 방식으로 서로 보완되고(complement),
   c) 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)의 마모 방향(Y)에서, 프로파일(P, N)은:
   c1) 부분적인 길이 위에서만 연장되거나, 혹은,
   c2) 기하학적 형상이 상이할 때, 혹은,
   c3) 기하학적 형상이 상이하고 부분적인 길이 위에서만 연장되는 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 프로파일(P, N)은 바, 스텝, 스파이크, 볼트, 핀, 리브, 피라미드, 톱니, 홀, 채널, 홈, 프리즘, 타원, 피치 서클로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
3. 제1항에 있어서, 하나 이상의 프로파일(P, N)은 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직인 방향(X, Z)으로 확대되는 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
4. 제1항에 있어서, 하나 이상의 프로파일(P, N)은 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직인 방향(X, Z)으로 감소되는 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)는 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직으로 폭(B)이 변경되는 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 구성요소(10.1, 10.2, 10.3)는 마모 방향(Y)에서 마모 방향(Y)에 대해 수직으로 높이가 변경되는 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
7. 제1항에 있어서, 3개의 구성요소(10.1, 10.2, 10.3) 세트를 가진 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 복합재 시스템 내의 마모 표시기.
8. 제1항에 따른 하나 이상의 마모 표시기를 포함하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 산업용 골재 라이닝(industrial aggregate lining).
9. 제8항에 있어서, 상이한 형태의 다수의 마모 표시기를 가진 것을 특징으로 하는 내화성 세라믹 벽돌로 구성된 산업용 골재 라이닝.

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