(Bake Out) 고온과열수증기 발생 장치의 개발

평성25년도 전략적기반기술고도화지원사업

연구개발성과등 보고서 개요판

파인세라믹센터

 

2.1 고온과열수증기 생성장치의 설계 및 제조

 

고온과열수증기 생성장치는 LSM 히터를 유도과열로 고온으로 만든 것에 포화수증기를 접촉시켜 열교환함으로써 고온의 과열수증기를 생성시키는 방식으로 개발을 진행하였다. 그림 2-1-1에 고온과열수증기 생성장치의 구성도를 나타낸다. 기존 시작기에서는 증기량이 15kg/h였기 때문에 유도 코일의 개량과 LSM 히터의 증량을 실시했다. LSM 히터를 탑재하는 배관에는 내열 충격성이 뛰어난 AT 세라믹스를 채용했다.또 LSM 히터를 유도 가열할 때 고주파 전원 및 유도 코일의 발열이 커서 서모 쿨러로 냉각했다.
포화수증기의 생성라인으로서 수돗물용과 더불어 수도수중에 포함된 나트륨이나 염소등의 불순물이온이 성형체내에 혼입되면 부품성능에 악영향을 미칠 가능성이 있으므로 그것들을 제외한 이온교환수용의 2계통을 제작했다.생성한 포화수증기는 압력 조절 라인을 통해 소정의 압력 및 용량의 수증기를 공급할 수 있도록 했다.

 

2-2 고온과열 수증기 생성장치의 동작시험
개발한 고온과열수증기 생성장치의 동작시험을 실시했다. 그림2-2-1에 동작시험의 모습을, 그림2-2-2에 동작시험 결과를 나타내었다. 고온 과열 수증기 생성 장치의 개발 목표치인 증기 온도 800°C 이상, 증기량 20kg/h 이상을 달성했다.

 

 

3-1 고온 과열 수증기 처리로의 설계
고온 과열수 증기로의 설계 사양을 표 3-1-1에 나타낸다. 처리로 내의 치수를 500(L)×600(W)×500(H)mm로 함으로써 개발목표인 500×500×300mm 이상의 용량을 확보하였다. 처리로 내에 전기 히터를 갖추고 있어 과열 수증기와 전기 히터를 병용한 가열·온도 제어가 가능하다. 또, 전기 히터만을 이용하여 예열이 가능한 사양으로 했다.

 

3-2 고온과열 수증기처리로 구성 및 외관

 

과열수증기처리로의 구성을 그림 3-2-1에 나타내었다. 장치 전단에는 제2장에서 개발한 고온 과열 수증기 생성 장치를 배치했다.또, 수돗물용 증기 보일러 및 이온교환수용 포화수증기 생성기 앞에 구비되어 있는 물탱크에 불활성가스로 노출시킴으로써 사용하는 물의 용존산소 농도를 조정할 수 있다. 또, 각종 분위기 가스를 도입함으로써 과열 수증기의 산소 분압이 제어 가능한 사양으로 했다. 이어서 처리실은 3-1로 설계에 기초해 제조하고 전기 히터를 병용함으로써 처리실내를 균일하고 정밀하게 온도 제어할 수 있는 사양으로 했다. 처리실 후단에는 탈지 시 발생하는 배기가스를 연소하여 탈취하기 위한 가스버너와 버너용 송풍기 및 연소가스 유닛을 설치하였다. 그림 3-2-2에 개발한 고온과열수증기처리로의 외관을 나타낸다.

 

3-3 고온과열 수증기처리로 동작시험
과열 수증기 발생 장치와 전기 히터를 병용하여 고온 과열 수증기 처리로의 동작을 확인했다. 시험 결과를 그림 3-3-1에 나타내었다. 미리 전기 히터로 200°C로 예열하고 과열 수증기와 전기 히터로 10°C/min의 승온이 되는 것을 확인했다. 또한 700°C×1h 유지 후 온도는 최대치가 705°C이고 최소치가 700°C이며 개발목표치인 처리실내온도 700±5°C 달성하였다.

 

 

 

중간생략

 

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제9장 전체 총괄
9-1 복수년의 연구개발 성과
본 연구개발은 고온의 클린 과열 수증기를 이용하여 고속 탈지가 가능한 저 환경부하형 간편한 열처리 기술을 개발하기 위해 3개년 연구계획에서 추진해 왔다.당초 목표에 대한 실시 결과를 표9-1-1에 정리한다.모든 개발목표를 달성하였다. 
또 열중량 분석 결과 가습으로 성형조제 분해 시 발열 반응이 흡열 반응으로 변화하는 것으로 밝혀졌다.과열 수증기 중에는 보통 대기 탈지 시에 생기는 발열 반응의 연쇄에 기인한 열폭주에 의한 성형 조제 성분 유래의 열분해 생성 가스의 대량 발생을 억제하고, 성형체에 가해지는 열충격이 완화되는 것으로 추정된다.그 결과 과열 수증기 내에서는 탈지에 의한 성형체의 파괴가 억제되고, 승온 속도가 빠른 탈지 조건에서도 소결체의 균열 발생을 억제할 수 있었던 것으로 생각된다.

 

 

 

* LSM Heater