KR960003191B1 - 산화물을 발생시키지 않는 샘플러 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

산화물을 발생시키지 않는 샘플러

제1도는 본 발명에 따른 샘플러의 종단면도.

제2도는 제1도에 도시한 샘플러 부품들의 분해사시도.

제3도는 제1도에 도시한 샘플러 일부의 확대 단면도.

제4도는 변형된 실시예인 샘플러의 부분확대 단면도.

제5도는 제4도에 도시한 샘플러 일부의 확대 단면도.

제6도는 본 발명의 또 다른 변형된 실시예의 단면도.

제7도는 제6도에 도시한 샘플러 일부의 사시도.

제8도는 본 발명의 또 다른 변형된 실시예의 단면도.

제9도는 제6도에 도시한 샘플러 부품들의 분해 사시도.

제10도는 변형된 샘플 몰드 튜브의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 샘플러 12 : 외부 하우징

14 : 제1측벽 단부 16 : 제2측벽 단부

24 : 샘플 몰드 튜브 6 : 제한부(수축부)

40 : 슬리브 48 : 견부

52 : 테이퍼형 교축부 55 : 용융캡

59 : 경납판 70 : 샘플튜브

76 : 소직경 하우징 78 : 플랜지

80,84 : 장착부 88 : 테이퍼형 교축부

90 : 석영튜브 92,94 : 분할 장착 블럭

104 : 외부 하우징 112 : 외부 하우징

114 : 장착부

본 발명은 분석을 위하여 시료를 채취하는데 사용하는 용탕 샘플 채취기에 관한 것이다.

본 발명은 특히 샘플의 여러 특성들을 측정해서 샘플이 채취된 용탕의 특성을 측정하기 위한 연소 분석기 또는 다른 분석 장치에 사용할 수 있는 핀(pin)형 샘플을 형성하는데 적합한 용탕 샘플러(sampler)에 관한 것이다. 용탕샘플러를 사전에 진공시키게 되면 산화 피복물이 형성되지 않은 샘플을 제공할 수 있는데, 이에 의하면 특정 형태의 분석을 하기 전에 기계 가공에 의해 산화면을 제거할 필요가 없게 된다. 본 발명의 샘플러는 미합중국 특허 제4,445,390호에 기재되어 있고 레코 코퍼레이션(Leco Corporation)에서 제작되는 가스 분석 장치내에 삽입할 수 있는 크기로 할 수 있다.

수소 분석을 위해 사용되는 경우에, 미합중국 특허 제4,445,390호 및 미합중국 특허 제3,967,505호에 기재된 바와 같은 선행기술의 샘플러들은 내부 샘플 챔버를 외부 진공 챔버 또는 하우징으로부터 분리시키고 또한 샘플이 냉각되는 동안에 샘플 챔버로부터 방출되는 가스는 외부 챔버내로 유입되게 하지만 용탕은 상기 외부 챔버로 유입되지 못하도록 하기 위한 밀폐 또는 스크린 장치를 사용하였다. 샘플 냉각시에 방출되는 가스는 채취 및 분석을 위하여 외부 챔버 또는 하우징에서 채집할 수 있다. 밀폐 장치는 냉각되는 샘플로부터 방출되는 산소, 질소 및 수소를 포함한 모든 가스들이 발산될 수 있도록 되어 있다. 이러한 범주에 속하는 샘플러들의 목적중의 하나는 금속이 냉각될때 샘플 몰드(sample mold)의 유입단에 양호한 밀봉부를 마련하여 금속이 배출되는것을 방지하고 또한 방출되는 가스들을 샘플러내에 포집하여 다음의 분석에 사용할 수 있도록 하기 위함이다. 그러나, 선행 기술에서는 양호한 결과를 제공하지 못하였다.

본 발명의 샘플러는 샘플러를 침지시킬 때 용융 금속의 환형 링을 수납하는 보조 금속 충전 공간을 형성하는 샘플 몰드 충전 단부에 이중 또는 동심의 금속 스커트를 제공해서, 샘플 몰드 유입구 주위의 모든 금속 부분들을 예열하여 용탕이 샘플러에 용이하게 용접(weld)되게 해서 샘플 몰드를 밀봉하게 한다. 상기 보조 금속은 냉각되고 적절히 고화되어 외부 하우징을 보강하고 침지시에 외부 하우징의 단부가 침식되는 것을 제한하게 된다. 샘플 몰드를 밀봉하기 위한 용탕의 용접은 환형 칼날 연부까지 테이퍼진 금속의 테이퍼형 유입구 교축부(throat)에 의해 더욱 용이하게 된다. 얇은 금속 연부의 온도는 급격히 상승하여 샘플러를 용융 금속조로부터 꺼낼 때 유입구 단부에서 샘플 금속이 양호하게 접합 또는 용접되어지도록 한다.

샘플러의 일 실시예에서는 샘플 몰드로서 융해 석영(fused quartz) 튜브를 사용하는데, 이 튜브의 유입단은 개방되어 있고 반대측 단부는 밀봉되어 있으며, 샘플 몰드와 외부 챔버 사이가 아닌 샘플 몰드 튜브의 길이 방향으로의 중간 부분에 제한부를 갖고 있어 용탕의 이동을 제한하여 설정된 길이의 핀 샘플을 형성하게 된다. 가스들은 외부 챔버내로 유입될 수 있도록 하지만 금속의 유동은 방지하기 위한 상기 선행 특허에 언급된 바와 같은 밀폐 또는 스크린 장치는 마련되어 있지 않다. 따라서, 대략 동일한 중량을 갖는 표준화 된 길이의 샘플을 성형할 수 있어서, 하나의 핀 샘플의 분석 결과를 유사한 길이를 갖는 다른 핀 샘플들의 분석 결과와 연관시킬 수가 있게 된다. 융해 석영 튜브의 반대측 단부는 밀봉되어 있고 냉각된 금속이 유입단부를 밀봉하기 때문에, 금속 냉각시에 방출되는 가스들은 석영 튜브내에 임시로 저장된다. 외부 하우징을 상기한 특허 제4,445,390호에 기재된 형태의 가스 분석기내에 삽입하기에 앞서, 확산성 또는 방출된 수소는 내부 석영 튜브의 외부 하우징에 계속 유지되는한 내부 석영 샘플 튜브를 파괴함으로써 측정을 위해 채취될 수 있다. 내부 석영 튜브는 외부 하우징을 타격함으로써 파괴할 수 있다. 제한부와 밀폐단 사이의 융해 석영 튜브의 부분은 진공 상태로 있을 때에 샘플 튜브에 진공 충전을 보조하는 챔버를 포함한다.

본 발명의 중요한 특징은 융해 석영 튜브용의 장착 수단을 마련하는 것인데, 이것은 전술한 실시예들에서는 금속으로 만들어져서 전술한 바와 같이 샘플을 냉각시키고 접합에 의한 양호한 밀봉 상태를 증진시킬 수 있는 특정 장점을 갖도록 기계 가공하여 성형할 수도 있다. 장착 수단에는 또한 보조 금속의 링을 성형하기 위한 내부 동심 스커트도 마련된다.

장착 수단은 융해 석영 튜브에 강하게 고정되어 튜브와 일체인 연장부를 제공해서 샘플 몰드 자체의 일부를 구성한다. 본문에 기재된 내용에 따라 제조된 샘플러들은 양호한 실험 결과를 나타내었다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상술한다.

본 명세서에서는 당해 기술에 숙달된 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 상세하고 정확하게 기술하나, 본문에 기재된 물리적인 실시예들은 단지 본 발명을 예시적으로 개시하는 것으로서 다른 특정 구조로 할 수도 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위로 한정한다.

제1도는 원통형 튜브를 성형한 외부 하우징(12)을 갖는 용탕 샘플러(10)를 도시한 것인데, 원통형 튜브는 도시한 바와 같이 얇은 금속 벽을 갖는다. 하우징(12)는 제1측벽 단부(14) 및 제2측벽 단부(16)를 갖는다. 제2측벽 단부(16)는 플러그(18)에 의해 밀봉되는데, 이것은 외부 하우징 (12)에 경납땜(brazing), 납땜(soldering), 세멘트 등에 의해 고정된다. 플러그(18)에는 샘플 몰드 튜브(24)의 원형 단부(22)를 수납하도록 오목한 요구부(20)를 마련한다. 요구부(20)는 샘플 몰드 튜브(24)를 적절히 위치시키는 것을 보조한다. 요구부(20)는 원형 단부(22)와 상보 형태로 할 수 있다.

샘플 몰드 튜브(24)는 제한부 또는 수축부(26)를 갖고 있어 용융 금속이 수축부를 통하는 것을 제한하여 설정된 길이를 갖는 핀 샘플을 마련하게 된다. 제1도에 도시한 수축부는 Von Theo-Kurt Willmer 및 Klaus Zimmermann에 의해 기고된 1970년 12월호 Archiv fur das Eisenhuttenwesen의 266페이지의 “용강의 수소 함량을 채취 및 분석하기 위한 개선된 방법”이라는 제목하에 예시된 진공 튜브 샘플러와 유사하다. 핀의 길이를 제한하기 위한 다른 방법은 제6도 및 제10도에 도시하였다. 제6도에서는 약간의 금속 섬유(28)가 세멘트 등으로 제위치에 유지된다. 제10도에서는 베어링 볼(30)이 축방향으로 격설된 돌출부(32)와 돌출부(34) 사이에 위치하여 유지된다.

수축부를 지나는 샘플 몰드 튜브(24)의 비교적 긴 연장부(23)에 의해 제공되는 큰 진공 체적에 의해 연장부(23)로 유입되는 용탕은 가늘게 되어진다. 모든 경우에 수축부를 사용할 필요는 없으며, 특정 샘플러의 경우에는 수축부를 마련하지 않아도 만족스러운 시험을 수행할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 외부 하우징(12) 내부에 샘플 몰드 튜브(24)를 지지하기 위한 장착 수단들을 마련한다. 제1도에 도시한 구조에서, 장착부는 슬리브(40)를 포함한다. 슬리브(40)는 제3도에 상세하게 확대하여 도시하였다. 슬리브(40)는 소직경부(44)와 일체로 결합된 대직경부(42)를 가지며, 소직경부(44)의 직경은 대직경부(42)보다는 작게 되어 있으나 내경은 동일하고 공통축 상에 위치한다. 대직경부(42)의 외경은 외부 하우징(12)의 내경과 대략 동일해서, 산화 알루미늄 또는 내화 세멘트 등을 사용하여 외부 하우징(12)의 벽과 대직경부(42)의 외경 사이의 밀봉부(46)에서 밀봉되게 한다. 장착 수단은 샘플 몰드 튜브의 단부(50)가 착좌되어질 수 있는 견부(48)를 포함한다. 테이퍼형 교축부(52)는 환형 칼날 연부 형태로 되어 있는 선단(54)으로부터 연장된다. 칼날 연부 주위의 얇은 금속은 두꺼운 금속에 비해 온도가 쉽게 상승되어 샘플금속이 보다 쉽게 접합 또는 융접되도록 하여, 방출되는 가스를 측정하고자 할 경우에는 방출된 가스를 밀봉 저장하도록 샘플 몰드를 밀봉하도록 한다.

제3도에 상세히 도시한 바와 같이, 칼날 연부(54)는 튜브(12)의 단부(57)를 지나 돌출되어 있어서, 튜브의 단부(57)로부터 용융 금속에 의해 샘플이 오염되는 것을 최소로 하게 된다. 부가해서, 경납판(brazing disk)(59)는 경납 재료가 칼날 연부(54)에 부착되도록 하여 장착 수단의 슬리브(40), 용융성 캡(55) 및 외부 하우징을 경납땜으로 일체가 되도록 밀봉하여 잔공을 유지하게 된다.

본 발명에 따라 밀봉부를 강화하고 단부 구조를 보강하기 위해 샘플 몰드 튜브의 선단(50)을 감싸는 환형용기(61)를 제공하기 위한 수단을 마련한다. 도시한 구조에서, 상기 수단은 환형 챔버 또는 용기(61)를 형성하는 이중 스커트(skirt) 또는 1조의 동심 벽들로 구성된다. 제3도에 도시되어 있는 동심 벽들은 외부 하우징(12)의 벽과 슬리브 대직경부(42)를 포함하는데, 이들은 동심으로 이격되어 있다. 샘플을 채취하기 위해 샘플러를 침지시킬 때, 용탕은 챔버(61)내로 유입되어 냉각 및 고화된다. 따라서 이 보조 금속은 외부하우징(12)의 벽을 강성화시켜, 선단에 인접한 외부 하우징 벽의 침식을 최소로 하게 된다. 그 결과 외부하우징(12)은 단부(50)에 인접한 선 (65)보다는 선(63)과 같은 예측 가능한 지점에서 침식되게 된다. 따라서 샘플러의 단부에 형성된 금속의 플러그는 샘플과 설정되어 있는 관계하에서 보다 균일하게 되어진다. 이는 샘플 몰드 튜브내에 포집되어 있는 방출 가스들의 양을 균일하게 하는 결과를 제공하게 된다.샘플이 냉각되어질 때 예컨대 수소와 같은 방출 가스들은 외부 플러그로부터 하우징의 공동(cavity)내로 전달되는 것으로 믿어진다. 따라서, 제1도에 점선(71)으로 도시한 플러그로부터 방출되는 수소는 외부 하우징(12)의 진공에 의해 외부 하우징(12)의 내부 및 샘플 공간에 축적되어진다. 부가해서, 유입구에서 샘플 몰드내의 가스들을 보다 양호하게 밀봉시킬 수 있게 된다.

소직경부(44)의 축방향 길이 및 벽두께는 샘플러의 냉각 결과를 적절히 하기 위해 가변시킬 수 있다. 테이퍼형 금속 교축부도 역시 냉각 효과를 제공한다.

성공적으로 시험된 샘플러에서, 석영핀의 규격은 5×7mm이고 길이는 136.525mm이다.

유입 슬리브(40)의 외경은 8.731mm로 하고 1045 강으로 제작하였으며 전체 길이는 38.1mm로 하였다. 슬리브는 8.731mm에서부터 4.826mm까지 테이퍼지며 견부로부터 슬리브의 내측 단부까지의 길이는 25.4mm이며 대직경부(42)의 축방향 길이는 12.7mm로 하였다. 도시한 바와 같이 선단(54)은 충전 튜브의 단부(14)를 지나 돌출되어 캡에 대해 밀봉된다. 캡 및 선단은 경납판(56)에 의해 일체로 밀봉되어지며, 상기 판은 선단에서 일체로 밀봉된 조립체를 형성한다. 샘플러를 진공으로 하고자 할 경우에는 경납땜을 진공 오븐 등에서 수행한다.

제4도에 도시한 실시예는 본 발명자의 선행 특허인 미합중국 특허 제3,905,238호에 다양하게 기재된 형태의 조개형 몰드 반구체(62,64)를 갖는 분할 금속 몰드에 부합시키기 위해 대구경을 갖도록 한 하우징(60)을 도시한 것이다. 몰드 반구체들은 대향된 금속 연장부(66,68)들을 갖는데, 이들은 융해 석영 핀 샘플 튜브(70)의 단부를 수납한다. 하우징(60)의 단부(72)에서, 소직경 하우징(76)은 단부(72)로 부터 연장되며 여기에는 용기 내측에서 장착 수단(80)에 대해 장착되는 플랜지(78)를 포함하는 장착수단을 마련한다. 소직경 하우징(76)은 단부벽내의 구멍(82)를 통해 연장된다. 소직경 하우징(76)내에는 유입구 슬리브 또는 장착 수단(84)이 위치하는데, 장착수단(84)은 내부 견부(86) 및 테이퍼형 교축부(88)를 갖는다. 융해 석영 샘플 튜브(70)는 견부(86)에 대해 착좌된다. 단부(87)는 제5도에 도시한 바와 같이 제2하우징의 단부(89)를 지나 돌출된다. 튜브(70) 주위에 마련되는 이중 스커트는 용융 금속의 환형링을 제공하는데, 이는 전술한 장점들을 제공한다.

제6도, 제7도, 제8도 및 제9도는 본 발명의 변형된 실시예를 도시한 것으로서, 여기에서 융해 석영 튜브(90)의 장착부는 분할 블럭(92,94)으로 구성되는데, 이들은 대향되어 있는 요흠(96,98)을 갖고 있어 석영 튜브(90)상의 구형부 또는 환형 돌출부(100)를 수납한다. 따라서 석영 튜브는 외부 하우징(104)내에 확실하게 동심으로 위치되어 지지된다. 장착 블럭(94)에는 축방향 연장부(106) 및 캡(108)을 마련한다. 샘플러는 사용 목적에 따라 진공으로 하거나 또는 그러하지 않을 수도 있다. 도시한 모든 실시예들은 미리 진공으로 하고 진공 오븐내에서 경납땜으로 밀봉한다. 금속 섬유(28)와 선단(110) 사이의 연장된 튜브 부분은 충진 튜브를 미리 진공으로 하지 않을 경우에 충전중에 충전 튜브내에 공기가 압축될 수 있는 저장 공간 역할을 한다.

제8도는 샘플 몰드(90)를 외부 하우징(112)내에 완전히 장입시키고 계단부(116)에 장착부(114)를 마련한 변형된 실시예를 도시한 것이다. 유리 또는 석영 슬리브(111)는 외부 하우징(112)을 관통하는 니들과 맞물릴 수 있도록 하여 전술한 레코(Leco)형 가스 분석기의 니들(needle)의 니들 압력으로 튜브(90)를 파괴할 수 있도록 한다.

Claims (16)

1. 제1측벽 단부 및 제2측변 단부를 가지며 내부를 형성하는 연속된 측벽을 갖는 외부 하우징과, 제1몰드 단부 및 제2몰드 단부를 가지며 상기 제1몰드 단부는 충전 단부로서 상기 하우징의 제1측벽 단부를 지나 돌출되게 구성된 샘플 몰드와, 상기 샘플 몰드를 상기 하우징내에 지지하는 장착 수단을 포함하고, 상기 장착 수단은, 상기 외부 하우징의 상기 내측면에 고정된 상기 샘플 몰드상의 벽 부분과, 상기 샘플 몰드의 제1몰드 단부를 지나 연장되는 돌출부와, 상기 외부 하우징의 상기 제1측벽 단부에 연결된 용융성 캡을 포함하고, 상기 캡은 상기 샘플 몰드의 돌출된 제1몰드 단부를 수납하는 요구부와 상기 샘플 몰드 주위에 환형 링 상태로 용탕을 수납하여 이를 고화시킴으로써 상기 외부 하우징을 보강하여 용탕 조내로 침지시키는 동안에 상기 외부 하우징의 침식을 최소화 하는 환형 용기를 제공하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
2. 연속된 측벽과 제1측벽 단부 및 제2측벽 단부를 갖는 외부 하우징과, 몰드 통로와 제1몰드 단부 및 제2몰드 단부를 갖는 샘플 몰드와, 상기 샘플 몰드를 상기 하우징내에 지지시키는 장착 수단과, 상기 장착수단을 상기 하우징에 고정되게 하는 고정 수단을 포함하고, 상기 장착 수단은 관통 구멍을 구비하는 장착 블럭을 포함하고 상기 샘플 몰드는 상기 구멍 안에 수용되도록 구성되고, 상기 샘플 몰드는 제1몰드 단부 및 제2몰드 단부를 갖는 융해 석영 튜브를 포함하고, 상기 장착 수단은 상기 샘플 몰드 튜브의 상기 제1몰드 단부를 지나 연장되는 유입 단부가 있는 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 샘플 통로와 동축으로 유지되어 용탕이 유입될 수 있는 연속 유동 통로를 제공하는 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
3. 제1항에 있어서, 상기 연장부가 상기 충전 튜브와 동축이고 상기 충전 튜브 및 상기 외부 하우징의 단부를 지나 연장되는 내부 교축부를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
4. 제1항에 있어서, 상기 샘플 몰드의 상기 제2몰드 단부는 밀폐되어 있고 상기 제1몰드 단부는 유입 단부로서 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
5. 제3항에 있어서, 상기 테이퍼형 유입구가 상기 샘플 몰드의 상기 유입구의 직경보다 큰직경을 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
6. 제2항에 있어서, 상기 샘플 몰드가 석영 튜브이고, 형성되는 샘플의 길이를 제한하기 위하여 그길이 방향의 중간에 수축부를 가지고 있으며, 충전을 보조하는 확대된 진공 저장부를 제공하기 위하여 상기 수축부로부터 원격 연장되는 일체로 된 진공 챔버를 가지도 있는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
7. 제2항에 있어서, 상기 장착 수단은 상기 테이퍼 부분의 단부에 견부를 갖고 있고, 상기 샘플 몰드는 상기 견부에 착좌되는 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
8. 제2항에 있어서, 상기 샘플 몰드를 상기 장착 수단에 고정시켜 상기 연장부가 샘플 몰드와 일체인 연장부를 구성하는 일체인 구조를 제공하기 위한 고온 세멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
9. 제2항에 있어서, 상기 제1하우징의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2하우징과, 상기 제2하우징을 상기 제1하우징에 대해 동축인 상태로 장착하는 장치를 포함하고, 상기 샘플 몰드가 상기 제2하우징내에 위치하는 보조 샘플 몰드내로 연장되며 상기 제2하우징내의 보조 샘플 몰드내로 금속이 충전될 수 있도록 하는 유동 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2몰드가 분할 몰드 반구체들을 포함하고, 상기 제1 및 제2하우징들이 미리 진공으로 인가되는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
11. 제1항에 있어서, 상기 장착부가 상기 샘플 몰드의 외경을 지나 돌출되는 상기 샘플 몰드상의 확대 돌출부와, 상기 확대부와 맞물림되는 대향된 요홈들을 갖는 장착 불럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
12. 제1항에 있어서, 환형 용기를 제공하는 상기 장치가 상기 장착 수단상에 위치하고 상기 외부 하우징 벽으로부터 이격된 상태로 동심을 이루며 상기 하우징 벽의 내측에 위치하는 내부 스커트를 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
13. 제12항에 있어서, 스커트의 가열이 쉽게 되어서 샘플 금속이 쉽게 융접되어서 밀봉부를 제공하도록 상기 스커트가 칼날 연부까지 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
14. 제12항에 있어서, 상기 장착부상의 상기 내부 스커트가 상기 샘플 몰드의 일부를 감싸는 상기 장착부상의 환형벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
15. 제1항에 있어서, 샘플러가 미리 진공으로 인가되는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.
16. 제2항에 있어서, 샘플러가 미리 진공으로 인가되는 것을 특징으로 하는 용탕 샘플러.

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