• 기계저널
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• 제22권5호
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• pp.355-359
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• 1982

우리 나라에서도 대형 발전용 보일러의 과열기와 재열기에 스테인레스강을 사용하고 있다. 발 전용 보일러가 점차 고온 고압화 되어감에 따라 고온강도와 내식성을 고려하여 과열기 및 재열 기의 재질은 스테인레스강관이 사용되고 있는 실정이다. 그러나 스테인레스강관을 사용함으로써 수증기에 의한 산화가 문제가 되면 1962년 E. Berle에 의해 연구가 시작된 이래 현재까지 연구는 계속되고 있다. 수증기 산화스케일(scale)의 박리탈락은 과열기 및 재열기의 폐색에 의한 보일러 운전에 장해가 되는 예가 있음으로 이 장해에 대하여 운전, 보수, 제작 측면에서 스케일의 발생 원인과 장해 및 대책에 관하여 그간 연구 및 검토한 결과를 종합하여 기술하고자 한다.

• 청정기술
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• 제18권3호
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• pp.272-279
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• 2012

본 연구에서는 유기산과 여러 첨가제들을 사용하여 상수도의 정수장이나 배수지 벽면에 침적되어 있는 스케일 제거에 활용할 수 있는 친환경적인 세정제를 개발하고 현장 적용을 수행하였다. 정수장의 벽면의 스케일 분석결과 산화규소($SiO_2$), 산화알루미늄($Al_2O_3$), 산화철($Fe_2O_3$), 산화망간(MnO) 등 주로 금속산화물로 이루어져 있는 것을 알 수 있었다. 그리고 여러 유기산 중에서 말릭산(malic acid), 말론산(malonic acid), 시트릭산(citric acid)과 산화규소를 제외한 산화알루미늄, 산화철, 산화망간 등의 금속산화물에 비교적 좋은 용해력을 보여주었다. 이들 유기산들을 일정 무게비율로 배합하여 산화알루미늄, 산화철, 산화망간의 혼합 금속산화물의 용해력 실험 결과 여러 유기산 배합 비율 중 말릭산, 말론산, 시트릭산이 6 : 2 : 2 배합비율로 만든 10 wt% 유기산 혼합용액이 정수장 및 배수지의 스케일 제거효율이 약 29%로 가장 뛰어났음을 확인할 수 있었다. 이들 유기산 혼합용액에 비이온 계면활성제를 첨가하여 배합한 세정제 용액이 유기산 혼합용액만을 사용한 경우보다 더욱 높은 금속산화물 용해력을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 특히, 알콜에톡실레이트 계열의 LA-7 비이온계면활성제를 0.2% 첨가하는 경우 약 35%의 스케일 제거효율을 보여주었다. 그렇지만 유기산 혼합용액에 살균제를 첨가하는 경우 스케일 제거효율이 저하되었다. 이것은 계면활성제가 오염물의 유화분산 성질에 의해 스케일 제거력 향상에 도움을 주지만 살균제의 경우에는 살균제의 산화력에 의하여 스케일의 물에 대한 용해력을 떨어뜨려 스케일 제거에 방해를 하기 때문인 것으로 판단된다. 이러한 기초실험 결과를 바탕으로 유기산 혼합용액에 첨가제인 계면활성제, 살균제 등을 넣고 배합된 세정제를 사용하여 D시의 상수도 정수장 및 배수지의 스케일 세척시험에 성공적으로 적용시킬 수 있었다.

• 한국주조공학회지
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• 제18권4호
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• pp.389-397
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• 1998

회주철 모재의 표면에 감압 플라즈마 용사법으로 실리콘 분말을 피복시킨 후 $CO_2$ 레이저를 이용하는 표면 합금화로 고온 내스케일성이 향상된 표면 개질층을 제조하였다. 실리콘의 표면 합금층에는 응집상의 흑연(chunky graphite)이 $Fe_5Si_3$로 구성된 망상의 화합물 기지속에 정출하는 조직특성을 보였다. 대기 분위기에서 18.0ks동안 열중량측정(TG)한 결과 실리콘 표면 합금층의 무게 증가율은 회주철 모재에 비하여 923K에서는 약 1/3, 1098K에서는 약 1/10을 나타내었다. 그리고 1098K에서 18.0ks동안 유지시킨 주철모재 시편에서 원래의 모재표면을 기준으로 다공성의 외부스케일과 편상흑연을 따라 생성된 내부스케일로 구성된 두께 $60{\sim}70\;{\mu}m$의 두꺼운 산화스케일이 생성되었으나, 실리콘의 표면 합금층에서는 두께 $3{\sim}5\;{\mu}m$의 치밀한 외부 산화스케일만이 생성되었다. 실리콘 합금층의 단면 미소경도값은 MHV $300{\sim}1100$으로 그 변동폭이 심하였으나, 진공분위기에서 열처리(1223K, 18.0ks)한 경우 미소경도값의 편차는 MHV $300{\sim}500$으로 개선되었다.

• 설비공학논문집
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• 제24권3호
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• pp.281-287
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• 2012

The internal oxide scale of twelve superheater and reheater tubes were tested which were serviced for 30,000~120,000 hours in thermal power plants. The oxide scale was formed in three layers. The Cr-rich area was observed beneath the original metal surface. The hematite ($Fe_2O_3$) phase was formed on the outer surface. The intermediate layer was magnetite ($Fe_3O_4$). The thickness of Cr-rich layer was about half of the total scale. All layers grew during the operation hour of the plant. The thickness of thickest scale was 0.2mm in superheater tubes. This can increase the tube metal temperature about $7^{\circ}C$ more than initial state. $7^{\circ}C$ tube metal temperature can reduce tube life about 30%, but the boiler tube's design margin is big enough therefore it has been analyzed that it would not effect on the life span.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.25.3-25.3
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• 2011

반도체형 가스센서의 가스 감응은 산화물 표면과 주변 가스와의 화학적 반응에 기인한 것이므로 나노 크기의 감응물질 입자를 합성하여 비표면적을 넓히려는 연구가 많이 진행되어 왔다. 일반적으로 감응 물질의 크기가 나노 스케일로 감소하면 가스 감응 특성이 증가하지만, 심한 응집으로 가스 확산이 어려워 가스 감응 특성이 저하되게 된다. 따라서 비표면적이 크면서도 응집이 덜한 나노 구조체가 산화물 가스 센서에 이용되어 왔다. 특히 중공구조는 응집이 적고 가스확산이 용이하며 큰 비표면적을 가지기 때문에 널리 연구되어진 나노구조체이다. 한편 산화철은 친환경적인 n-type 반도체로써 에너지 저장소, 촉매, 리튬-이온 배터리의 양극물질, 가스센서 등의 응용분야에 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 Solvothermal에 의한 자기조립 방법으로 산화철 중공구조를 합성하고 기능화를 위해 귀금속 촉매인 Pt를 첨가하였다. $400^{\circ}C$에서 에탄올 가스에 대한 가스 감응 측정을 통해 대조군인 산화철 응집체와 나노 스케일의 구에 비해 중공구조가 가스 감응에 유리함을 보고한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.109-109
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• 2018

Cr-Mo 합금강은 고온 환경 하에서 높은 크리이프 강도와 우수한 내식성 때문에 발전설비, 석유 화학, 그리고 해양산업과 같은 여러 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, Cr-Mo 강의 내식성은 합금 내 Cr 함량에 크게 의존한다. 이는 고온에서 Cr과 O가 화학적 반응을 일으킴에 따라 보호성의 Cr 산화스케일을 형성하기 때문이다. 그러나 화석연료를 사용하는 발전설비의 경우, $SO_2$가 포함된 강한 부식성의 연소 가스가 배출되며, 이에 노출된 금속의 표면에서는 산화와 황화가 동시에 발생한다. 황화스케일은 산화스케일에 비해 매우 빠르게 성장하며, 그 특성이 매우 취약하기 때문에 황화 환경에서 금속의 내식성 및 기계적 물성치는 보다 크게 저하된다. 따라서 본 연구에서는 화력 발전소의 증기발생용 튜브 재료인 9Cr-1MoVNb 강을 선정하였으며, $SO_2$ 가스 환경 하에서의 부식 및 기계적 물성치 저하 특성을 평가하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 9Cr-1MoVNb강의 화학 성분 조성은 0.1 C, 0.38 Si, 0.46 Mn, 0.25 Ni, 8.38 Cr, 0.93 Mo, 0.18 V, 0.09 Nb, 그리고 나머지는 Fe이다. 부식시험은 가공된 미소시험편과 인장시험편을 전기열처리로에 장입한 후, $650^{\circ}C$에서 $N_2+O_2+O_2+SO_2$ 조성의 가스를 분당 50 CC로 흘려주었다. 제작된 시험편에 대한 부식거동은 무게 증가량, optical microscope, scanning electron microsope, 그리고 energy dispersive x-ray spectrum을 통해 평가하였다. 그리고 기계적 물성치 평가를 위한 인장시험은 분당 2mm 변위제어를 통해 실시하였다. 그 결과, 9Cr-1MoVNb 강은 $SO_2$ 가스 환경 하에서 비 보호적인 Fe-풍부상의 산화 스케일층이 두껍게 형성됨에 따라 열악한 내식성을 나타냈다. 그에 따라 기계적 물성치는 저하되는 경향을 나타내었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.455-463
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• 2009

코발트 보호막 코팅이 적용된 페라이트계 스테인리스 스틸인 STS 430과 STS 444 소재에 대해 고체산화물 연료전지용 금속연결재로서의 고온 산화 특성에 대해 살펴보았다. 코발트 코팅층은 $800^{\circ}C$ 고온 산화 후 코발트 산화물 및 $Co_2CrO_4$, $CoCr_2O_4$, $CoCrFeO_4$ 등과 같은 코발트가 함유된 스피넬 상을 형성하였다. 또한 페라이트계 스테인리스 스틸과 코발트 코팅의 계면에서 크롬과 철이 함유된 치밀한 산화층을 형성하여 금속연결재 표면의 스케일 성장속도를 감소시키고 금속연결재 내에 함유된 크롬의 외부 확산을 효과적으로 억제하였다. 한편 STS 430은 고온 산화 후 표면에 형성된 스케일 하부에 $SiO_2$와 같은 내부 산화물이 형성된 반면 STS 444는 표면 스케일 이외에 다른 내부 산화물은 확인되지 않았으며 고온에서의 면저항 측정 결과, 코발트가 코팅된 STS 444의 전기 전도성이 STS 430 보다 우수한 것으로 나타났다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제9권3호
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• pp.55-60
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• 2009

본 논문은 철강 제품의 제조 공정 중에 철강 표면에 불규칙하고 불균일하게 형성되는 스케일의 특성 분석에 관한 것이다. 고온에서 제작되는 철강 제품은 공기 중의 산소와 접촉하여 단 시간에 철산화물을 형성하게 된다. 이러한 철산화물을 스케일이라고 한다. 스케일은 철강 제품의 산화막 역할을 하여 제품 표면을 보호하는 역할도 하지만 불균일하게 현성된 스케일은 오히려 철강 제품의 외관을 해치게 되며 추가 공정 시에 적잖은 문제 거리가 된다. 산세공정을 통해 산(acid)으로 스케일을 제거하는 공정이 있지만 이 공정 또한 스케일의 특성 파악이 전제가 된지 않은 상태로 시행되고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 보다 효과적이고 효율적인 공정을 위하여 스케일의 특성 파악에 대한 내용을 소개하며, 이에 전파가 이용된다. 전파를 이용하여 스케일의 분포, 접합 특성, 철강 코일의 스케일 분포 등을 연구할 수 있는 실험 장비를 소개한다. 또한 이론적 분석과 간단다한 시뮬레이션으로 통하여 이의 타당성을 입증한다.

• 청정기술
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• 제16권3호
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• pp.162-171
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• 2010

본 연구에서는 유기산, 무기산, 여러 첨가제들을 이용하여 옥내급수관의 스케일 제거에 적합한 환경친화적인 세정제를 개발하고자 연구를 수행하였다. 여러 유기산 중에서 oxalic acid, citric acid, malic acid 등의 경우 산화철 제거에 비교적 좋은 효율을 보였다. 이들 유기산들을 주축으로 하여 보조제를 첨가하여 옥내급수관 스케일의 주성분인 산화철 제거 평가실험을 하였다. 여러 첨가제 중에 비이온 계면활성제가 산화철 제거력 향상에 매우 뛰어남을 확인할 수 있었다. 그리고 산화철에 대해 높은 용해력을 보인 두 종류의 배합세정제 $F_1$과 $F_2$를 제조하였는데 배합세정제 $F_1$의 경우 유기산과 첨가제로만 이루어져 있어 기존의 화학세척제에 비하여 안전하고 환경친화적이지만 비교적 산화철 용해력이 조금 떨어졌고, $F_2$의 경우는 $F_1$에 무기산을 소량 첨가함으로 산화철 용해력을 보완해 줌으로써 보다 높은 산화철 세정력을 필요로 할 때 사용하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 따라서 옥내급수관 세정 시 스케일의 정도에 따라 배합후보 세정제를 선택하는 것이 바람직하다고 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권5호
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• pp.563-569
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• 2012

대용량 화력발전 보일러 과열기와 재열기 튜브는 과열에 취약하여 보일러 정지 시 튜브 내부의 산화 스케일 두께를 측정하여 과열상태를 평가한다. 산화스케일 두께측정에 의한 튜브 온도예측은 튜브의 발췌가 불가피하고 정확한 과열지점의 선정과 튜브의 초기운전온도가 확보되지 못하면 유의한 튜브온도예측결과를 얻을 수 없는 문제점이 있다. 또한 해석적 방법에 의해 튜브 온도를 예측하는 경우 튜브 외부 연소가스에 대한 연소, 복사, 대류 및 난류유동에 대한 방대한 해석이 필요한 반면 순시적인 부하의 변동, 탄종의 변화 및 운전방법의 변화를 반영할 수 없으므로 지속적인 튜브의 온도를 예측할 수 없는 단점이 있다. 본 논문에서는 보일러 운전정보와 유로망 해석을 통해 튜브의 열유속을 계산하고 이를 이용하여 단시간에 튜브의 온도를 예측할 수 있는 기법을 제시하였다. 본 기법을 Larson-Miller Parameter 법과 같은 실용적인 튜브 손상평가기법과 결합하면 유용한 고온손상감시의 수단으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.