KR100897136B1 - 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불소의 평형을 이용하여 용융아연 도금욕중 Al 성분의 농도를 측정할 수 있는 불소의 평형을 이용하는 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서에 관한 것으로, 바닥 및 측면에 용융아연의 유입을 위한 개구를 구비한 외부용기; 상기 외부용기내의 바닥 개구를 덮을 수 있는 크기로 상기 외부 용기의 바닥 개구상부에 부착된 원반상 알루미늄 불화물 압분체; 상기 알루미늄 불화물 압분체 상부에 고정 장착되고 도가니 형태로 가공하여 삽입한 형석(CaF₂)계의 고체전해질; 상기 고체전해질 내부에 장입된 참조극; 상기 고체전해질의 상부에 고정 부착된 원통형의 제1석영관; 상기 제1석영관의 외부에 고정 부착된 내경이 더 큰 제2석영관; 상기 제1석영관을 통하여 상기 고체전해질내로 설치된 전극으로서의 제1리드선; 상기 제1석영관과 제2석영관의 사이에서 아연 도금욕과 접촉가능하게 제2석영관 외부로 노출되도록 구비된 제2리드선; 으로 이루어진 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서를 제공한다.

아연, 아연도금욕, 알루미늄, 농도, 센서

Description

아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서{Sensor for measuring the density of Al}

도 1은 일반적인 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정을 위한 장치의 구성도.

도 2은 본 발명에 관한 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서의 구성도.

도 3은 아연도금욕중의 알루미늄 농도와 센서에서 발생되는 기전력의 상관관계를 도시한 그래프도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1: 아연도금욕 2: 알루미늄 농도 센서

3: 아르곤 가스 4: 엘렉트로메터

5: 연산기 6: 표시기

7: 형석 고체전해질 8: 참조극

9: AlF₃ 압분체 10: AlF₃ 분말

11; 외부용기 15,16,17: 석영관

12: 지르코니아 세멘트

13,14: 리드선

본 발명은 용융아연 도금강판을 제조하는 공정에서 아연도금욕 중의 알루미늄 농도를 측정하기 위한 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융아연에 대하여 안정하며, 아연도금욕 온도에서 이온전도율이 충분히 높은 형석(CaF₂) 고체전해질을 이용한 불소농담전지를 이용하여 제작한 알루미늄 농도 측정 센서에 관한 것이다.

일반적인 용융아연 도금공정에서는 아연도금욕 내에 형성되는 드로스(dross)의 화학성분 및 발생량을 제어할 목적으로 알루미늄을 소량 첨가하는데 이 알루미늄 농도를 적정한 수준으로 조절하는 것이 아연도금강판의 우수한 표면품질을 확보하는 데 중요하다. 따라서 아연도금욕 중의 알루미늄 농도를 정확히 파악할 필요가 있는데, 기존 공정에서는 작업자가 직업 아연도금욕 시료를 채취한 후 분석실로 보내어 기기분석에 의하여 알루미늄 농도의 분석을 실시하는데, 이 방법은 시간이 많이 소요되어 알루미늄 농도의 조절이 필요할 경우 신속하게 대처할 수 없을 뿐 만 아니라, 용융아연중 용해 알루미늄 농도를 분석하는데 있어서 번거롭다는 문제점을가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 용융염을 사용한 알루미늄 농도 측정 센서(일본 YAMARI센서)가 개발되어 사용되고 있다. 그러나 이 센서는 위에서 설명한 기존 공정에서 분석결과를 얻는데 장시간이 소요되는 문제점은 해결할 수 있으나, 매우 고가일 뿐 만 아니라, 수명이 1-2일로 길지 못한 단점이 있다. 즉 용융염 의 알루미늄 센서가 정상적으로 작동하기 위해서는 센서의 전극을 구성하는 용융염이 용융아연 도금액과 접촉되어야 한다. 그런데 용융염이 액상이므로 측정 중에 조금씩 센서로부터 유출, 소모되어 용융염이 완전히 소모되면 수명이 다해 센서로서의 기능을 상실하기 때문에 수명이 길지 못하다는 문제점을 지니고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 용융아연 도금욕 중의 알루미늄을 현장에서 신속, 정확하게 파악할 수 있음은 물론, 장기간 센서의 기능을 수행할 수 있는 수명을 가진 알루미늄 농도 센서를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 기존의 알루미늄 농도 센서와 전혀 다른 구조의 센서를 개발하였다. 즉 본 발명의 알루미늄 농도 센서는 용융아연 도금액에 대하여 화학적으로 안정하며, 용융아연 도금욕 온도에서 이온전도율이 충분히 큰 형석(CaF₂) 고체전해질을 이용하여 불소농담전지를 구성하였으며, 전극을 구성하는 전극물질이 전혀 소모가 되지 않는 특징이 있다. 본 발명의 알루미늄 농도 센서는 도가니 형태의 형석 고체전해질 내부에 순수한 금속과 그 금속의 불화물의 혼합물을 장입하여 참조극으로 작용하며, 형석 고체전해질의 외부에는 용융아연 중의 알루미늄과 알루미늄 불화물(AlF₃)의 압분체가 측정극으로서 작동되는 센서로서, 알루미늄 압분체가 용융아연 도금욕과 접촉하여도 측정극 물질이 전혀 소모되 지 않으므로 수명이 반영구적인 특징이 있다.

이를 위하여 본 발명은 먼저, 바닥 및 측면에 용융아연의 유입을 위한 개구를 구비한 외부용기; 상기 외부용기내의 바닥 개구를 덮을 수 있는 크기로 상기 외부 용기의 바닥 개구상부에 부착된 원반상 알루미늄 불화물 압분체; 상기 알루미늄 불화물 압분체 상부에 고정 장착되고 도가니 형태로 가공하여 삽입한 형석(CaF₂)계의 고체전해질; 상기 고체전해질 내부에 장입된 참조극; 상기 고체전해질의 상부에 고정 부착된 원통형의 제1석영관; 상기 제1석영관의 외부에 고정 부착된 내경이 더 큰 제2석영관; 상기 제1석영관을 통하여 상기 고체전해질내로 설치된 전극으로서의 제1리드선; 상기 제1석영관과 제2석영관의 사이에서 아연 도금욕과 접촉가능하게 제2석영관 외부로 노출되도록 구비된 제2리드선; 으로 이루어진 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서를 제공한다.

또한, 본 발명에서, 상기 참조극은 비스무스(Bi)와 비스무스 불화물(BiF₃) 또는 아연(Zn)과 아연불화물(ZnF₂)을 혼합한 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서, 상기 제1, 제2리드선은 용융아연, 알루미늄 불화물, 참조전극과 반응 및 용해하지 않는 물질로써, C, W, Mo, Re, Ta, Ir, Os 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 외부용기와 형석 고체전해질 사이에는 알루미늄 불화물을 펠렛형태로 성형하여 삽입한다.

또한, 본 발명에서는 상기 형석 고체전해질 내부에 장입된 참조극의 공기에 의한 산화를 방지하기 위하여 상기 제1석영관 내부에 직경이 작은 제3석영관을 삽입하여 형성 직상부까지 아르곤(Ar) 가스를 공급하도록 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 용융아연 도금욕 중에 형석(CaF₂) 고체전해질을 이용하여 제작한 센서를 침지하여 그 센서로부터 발생되는 기전력을 측정함으로써 도금욕 중의 알루미늄 농도를 측정할 수 있는데, 먼저 도 1은 용융아연 도금욕중의 알루미늄 농도를 측정하기 위한 장치의 구성도로서 아연도금욕(1) 중에 알루미늄 농도센서(2)를 침지하여 센서에서 발생되는 기전력을 엘렉트로메터(4)를 이용하여 측정한 후, 발생기전력 값을 연산기(5)로 보내 기전력과 알루미늄농도의 상관관계를 이용하여 알루미늄농도를 산출하고 표시기(6)에서 그 농도를 표시하는 것이다. 도 1에서 3은 알곤 저장용기로서 센서내의 참조극의 산화를 방지하기 위하여 소량의 알곤을 관을 통하여 센서내로 공급하면 충분하며, 알곤 중의 산소 및 습기를 제거하여 센서로 공급하면 더욱 효과적이다.

도 2는 본 발명의 고체전해질을 이용한 알루미늄 농도 센서의 구조를 나타낸다. 도 2에서 11은 센서의 외부용기로서 석영관을 가열하여 도 2와 같은 형태로 만든 후, 바닥과 측면에 용융아연의 유입을 위한 구멍을 다이아몬드 가공기를 사용하여 가공한다. 바닥의 구멍은 알루미늄압분체의 직경보다 작게 가공하며, 측면의 구멍은 충분히 크게 하여 용융아연의 유입이 원활히 되도록 한다. 7은 형석(CaF₂) 고체전해질로서 도가니 형태로 가공된 것을 사용한다. 형석 고체전해질(7)의 내부에는 참조극(8)을 장입하며, 참조극(8)으로서는 비스무스(Bi)와 비스무스불화물(BiF₃) 또는 아연(Zn)과 아연불화물(ZnF₂)을 중량비로 13:1 또는 10:1 정도로 혼합한 것으로 한다. 이 밖에도 도금욕의 온도에서 액상인 금속과 그 불화물을 사용하여도 무방하다. 그리고 전극으로서 제1리드선(13)을 형석내에 설치하고, 형석 고체전해질의 상부에는 제1석영관(15)을 소량의 지르코니아 세멘트(12)를 사용하여 부착한다. 9는 알루미늄불화물 분말을 프레스를 이용하여 두께 2-3mm의 원반상으로 제조한 압분체로서, 석영제 센서 용기(11)내에 넣고, 그 위에 앞에서 제작한 형석 고체전해질(7)을 밀착하여 외부용기(11)에 지르코니아 세멘트(12)로 고정한다. 알루미늄불화물 압분체의 주위에는 알루미늄 불화물 분말(10)을 채워 압분체가 움직이지 않도록 한다. 그리고 형석 고체전해질의 상부에 부착한 제1석영관(15)의 주위에 내경이 더 큰 제2석영관(17)을 끼우고, 제1석영관(15)과 제2석영관(17)사이에 제2리드선(14)을 삽입한 후 제2석영관(17)의 하부를 지르코니아 세멘트(12)로 고정시킨다. 이때 제2리드선(14)은 아연 도금욕과 접촉할 수 있도록 그림처럼 석영관 외부로 노출되어야 한다. 리드선은 용융아연, 알루미늄 불화물, 참조전극과 반응 및 용해하지 않는 물질이어야 하며, C, W, Mo, Re, Ta, Ir, Os 등을 사용할 수 있다. 알루미늄 농도 측정중에 형석 고체전해질 내부에 장입된 참조극의 공기에 의한 산화를 방지하기 위해서 제1석영관(15) 내부에 직경이 작은 제3석영관(16)을 삽입하여 형석 직상부까지 알곤 가스를 공급한다.

이상과 같이 제작한 센서를 용융 아연도금욕에 침지하면 고체전해질 내부 참 조극과 외부 용융아연욕에서의 불소포텐샬의 차이에 의하여 기전력이 발생하며, 이 기전력은 용융아연중의 알루미늄 농도에 의하여 변하므로 이를 이용하여 농도를 측정하게 된다. 기존의 용융아연 도금공정에서는 용융 아연도금욕 중의 알루미늄의 분석을 위하여 아연도금욕 시료를 채취하여 기기분석을 실시하므로 분석에 많은 시간이 소요된다. 그러나 본 발명의 센서를 사용할 경우, 분석소요시간이 없이 현장에서 신속하게 용융 아연도금욕 중의 알루미늄 농도를 파악할 수 있다. 또한 기존의 알루미늄 센서는 용융염을 사용하므로 센서내 전극재료인 용융염이 측정 중에 소모되어 전부 소모되게 되면 센서의 수명이 다하게 된다. 그러나 본 발명의 센서는 재료의 소모가 전혀 없으므로 반영구적인 수명을 가질 수 있다. 이하 실시예에 의해 상세히 설명한다.

<실시예>

도 3은 본 발명의 센서를 이용하여 용융아연도금욕중의 알루미늄 농도를 측정하였을 때의 알루미늄농도와 기전력의 상관관계를 나타낸다. 형석 고체전해질 내부에는 Bi와 BiF₃ 혼합물을 참조전극으로 충진하였으며, 리드선으로서는 텅스텐을 사용하였다. 이때 아연도금욕의 온도는 460℃로 일정하게 유지하였다. 도금욕내 Al농도와 기전력간의 일직선적인 관계를 나타내므로 용이하게 도금욕내 Al농도를 측정할 수 있다. 또한 본 발명의 알루미뉼 센서의 수명은 2주이상으로서의 종래의 야마리센서의 1-2일에 비해 수명이 매우 길고, 제조가격도 1/5수준이며 안정적으로 도금욕내 알루미늄 농도를 측정할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 콤팩트한 구성으로 이루어진 장치를 이용하여 기전력 측정에 의하여 용융 아연도금욕 중의 알루미늄농도를 시료채취 및 분석과정을 거치지 않고도 현장에서 신속하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 센서의 전극을 구성하는 물질이 용융 아연도금욕 중에서 전혀 소모되지 않으므로 그 수명이 기존의 다른 센서에 비하여 훨씬 길어 산업상 이용효과가 매우 크다.

Claims (5)

1. 바닥 및 측면에 용융아연의 유입을 위한 개구를 각각 구비한 외부용기; 상기 외부용기내의 바닥 개구를 덮을 수 있는 크기로 상기 외부 용기의 바닥 개구상부에 부착된 원반상 알루미늄 불화물 압분체; 상기 알루미늄 불화물 압분체 상부에 고정 장착되고 도가니 형태로 가공하여 삽입한 형석(CaF₂)계의 고체전해질; 상기 고체전해질 내부에 장입된 참조극; 상기 고체전해질의 상부에 고정 부착된 원통형의 제1석영관; 상기 제1석영관의 외부에 고정 부착된 내경이 더 큰 제2석영관; 상기 제1석영관을 통하여 상기 고체전해질내로 설치된 전극으로서의 제1리드선; 상기 제1석영관과 제2석영관의 사이에서 아연 도금욕과 접촉가능하게 제2석영관 외부로 노출되도록 구비된 제2리드선;을 포함하되,

   상기 형석계의 고체전해질 내부에 장입된 참조극의 공기에 의한 산화를 방지하기 위하여 상기 제1석영관 내부에 상기 제1석영관보다 직경이 작은 제3석영관을 삽입하여 형석 직상부까지 아르곤(Ar) 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 불소의 평형을 이용하는 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 참조극은 비스무스(Bi)와 비스무스 불화물(BiF₃) 또는 아연(Zn)과 아연불화물(ZnF₂)을 혼합한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소의 평형을 이용하는 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1, 제2리드선은 용융아연, 알루미늄 불화물, 참조전극과 반응 및 용해하지 않는 물질로써, C, W, Mo, Re, Ta, Ir, Os 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 불소의 평형을 이용하는 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서.
4. 제1항에 있어서,

   상기 외부용기와 형석 고체전해질 사이에는 알루미늄 불화물을 펠렛형태로 성형하여 삽입하는 것을 특징으로 하는 불소의 평형을 이용하는 아연도금욕의 알루미늄 농도 측정 센서.
5. 삭제

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