KR0183404B1 - 개량된 마모성 스크린 플레이트 및 그 제조방법 - Google Patents

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에이. 지로 윌리암
제이. 파스코위스키 주니어 프랭크
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더크 제이. 베네만
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Abstract

압축 스크린 장치(8)에 사용되는 개량 스크린 플레이트(10)와 바스켓의 제작 방법이 개시되었다. 그리고 균열 전파를 최소화시키기 위해 상기 스크린 플레이트의 각각의 슬롯(26)단부에 초기 응력이 가해진 영역(70) (72)를 제공한다.

Description

[발명의 명칭]
개량된 마모성 스크린 플레이트 및 그 제조방법
[발명의 상세한 설명]
[도면의 간단한 설명]
제1도는 내마모성을 증가시키기 위해, 본 발명에 따라 제작되고 물결 형상을 갖춘 얇은 시트 재료로 만든 모듈형 스크린 플레이트를 사용한 펄프 스크린 구조를 도시한 부분 절단된 사시도.
제2도는 제1도의 II - II선을 따라 절취한 확대 부분 단면도.
제3도는 본 발명에 의한 슬롯 단부에 가해진 압인가공된 영역을 도시하는 스크린 플레이트의 확대 부분 단면도.
제4도는 본 발명의 스크린 플레이트 부분에 압인가공된 영역을 형성시키는 장치의 단면도.
제5도는 제4도에 도시된 장치의 압인가공 핀 중 하나의 선단(tip)을 도시한 평면도.
[발명의 배경]
i) 배경기술
본 발명은 펄프 스크리닝 장치(screening apparatus)의 개량에 관한 것이며, 특히 종래 알려진 유사한 스크린 플레이트와 비교하여 내마모성이 증가된 압축스크린(pressurized screen) 에 사용되는 개량된 스크린 플레이트에 관한 것이다.
ii) 종래 기술
스크린은 제지 공정에서 나무 섬유질을 준비할 때에, 수용해서는 안될 펄프 섬유 슬러리(a slurry of pulp fiber)로부터 수용해야할 제지용 섬유를 분류하기 위해 사용된다. 전형적인 나무 펄프 스크린에 있어서, 펄프 슬러리는 다공의 스크린 플레이트(plate)를 통해 흐르며, 이때 이 플레이트는 미끈한 표면, 또는 유효 스크리닝 영역을 증가시키기 위해, 스크린을 통해 흐르는 재료를 향해 윤곽을 갖춘 표면(contoured surf ace)을 구비할 수 있다. 최적의 스크리닝을 수행하기 위해 여러 형태의 홀(hole), 슬롯(slot) 또는 홀과 슬롯을 조합하여 사용하는 것이 공지되어 있다. 수용해아될 펄프를 스크린 플레이트를 통해 통과시키는 것을 돕기 위하여, 그리고 그곳에 막힘(plugging)을 줄이기 위하여, 스크린 플레이트를 지나는 수중익 형상의 부재(hydrofoil-shaped member)와 같은 것에 의해 상기 슬러리에 파동을 일으킨다. 또한, 스크린 표면을 따라 그 표면에 쌓인 물질을 교란시켜 스크리닝 효율(screening efficiency)을 개선하기 위해, 스크린 로우터에 장착된 무딘 교란 발생 부재를 사용하는 것이 공지되어 있다. 미국 특허 제4,855,038호에는 스크리닝 효율을 향상시키기 위해 교란 및 파동을 일으키는 펄프 스크린 로우터를 개시한다.
일반적으로, 로우터를 에워싸고 있는 바스켓 형태의 부재인 스크린 플레이트에 충분한 강도를 제공하기 위하여, 압축 스크린에 가해지는 압력을 견디기 위하여, 그리고 스크리닝 영역을 증가시킴으로써 스크리닝 능력을 향상시키기 위하여, 원하는 표면을 제공하도록 기계가공된 두꺼운 벽의 스크린 플레이트를 사용해 왔다. 이러한 기계 가공은 시간이 많이 소모되고, 그 공정을 수행하는데 비용이 많이 소요된다. 기계가공시에 기계공구 그 자체에 의해 적어도 부분적으로 부과되는 제한성 때문에, 스크린 플레이트의 전 유출 수용 구멍의 면적이 한정되며, 따라서 최종 스크린 플레이트의 형태는 기계가공에 따른 제한과 원하는 최적 스크린 형상 사이에서 절충되어야 했다.
기계가공된 스크린 플레이트는 단일의 일체형 부품이기 때문에, 일부분이 마모되거나 손상되면 스크리닝 표면, 장착 표면 그리고 지지 부재를 포함하는 스크린 플레이트 전제를 교환해야만 했다. 초기에 마모나 손상이 발생하면, 이와 같은 스크린의 작동에 드는 비용은 엄청나게 증가한다.
1988년 6월 10일 출원된 공동 계류중인 미국 출원 제07/206,151호에는 비교적 얇은 시트형 재료(sheet-like material)를 원하는 형태 또는 윤곽으로 성형한 모듈형(modular) 스크린 플레이트가 개시되어 있다. 스크린 플레이트를 형성하기 위해 스탬핑 가공(stamping), 프레스 가공, 굽힘 가공 기술 등이 제시되었는데, 이는 기계가공이 불필요하다. 레이저 빔을 이용한 절단 또는 펀칭으로, 시트형 재료에 물결 모양을 형성하는 동안 또는 그 전후에 홀이나 슬롯을 만드는 방법이 제시되었다. 제조 공정의 일부로서 펀치 다이를 사용하여 단순하고 비용 효과적인 방식으로 구멍(opening)을 형성하는 방법이 제안되었다.
상기 미국 출원 제 07/206,151호에 개시된 레이저 빔 절단은 기계가공으로 얻을 수 없었던 여러 형태의 슬롯을 형성시킬 수 있지만, 그와 같은 방식으로 형성된 슬롯을 구비한 플레이트를 사용할 때 레이저 빔 절단은 절단선 상에 거친 연부를 만들어내어 플레이트의 막힘이 증가된다는 것이 발견되었다. 절단 표면을 화학적으로 폴리싱(polishing)하는 것은 이 문제를 완전히 해결하지 못했다. 또한 화학적으로 폴리싱해야 하는 레이저 빔 절단 방법은 많은 비용이 소요되는 것으로 판명되었다.
플레이트에 사용될 얇은 시트 재료를 절개하여 제조하는 것은 매우 경제적인 방법이지만, 절개된 슬롯의 단부에 작은 균열을 형성한다는 것이 발견되었다. 피로시험 중에, 상기 절개 공정 중 생긴 미세한 균열로 인해 조기에 플레이트의 파괴가 일어났다. 절개 공구(lancing tool)의 개선과 상기 절개된 슬롯의 각 단부의 절개등 슬롯 형상의 변화를 시도했으나, 균열 전파를 조절하는데 어렵다고 판명되었다.
[발명의 요약]
본 발명의 주요 목적은 얇은 플레이트 재료에 발생하는 균열 전파를 최소화시키는 스크린 플레이트 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스크린 구멍을 뚫는 동안 스크린 플레이트에 발생하는 균열을 감소시킨 얇은 벽면의 스크린 플레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플레이트 재료에 가해진 예비응력(prestress)을 통해 균열의 형성과 전파를 조절하도록 슬롯의 연부에 국부 처리를 행한 얇은 벽면의 스크린 플레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 그 외의 목적은 플레이트에 형성된 슬롯의 각 단부에 예비응력 또는 압인가공(coining)을 한 스크린 플레이트를 제공함으로써 실현되었다. 본 방법은 비교적 얇은 벽면의 시트 재료를 물결 모양으로 구부리는 재료 성형 장치와 관련하여 실행되는데, 이 장치는 재료에 슬롯을 절개하는 전단 스테이션을 구비한다. 압인가공은 균열 발생과 전파를 최소화하기 위해 슬롯 단부에 대응하는 위치에서 수행한다. 바람직하게는, 압인가공은 슬롯의 형성 이전에 실시하며, 전단 가공 혹은 펀칭 작업 이외의 슬롯 형성 방법과 함께 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적과 이점들은 아래의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 명확해 질 것이다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
제1도에 도시된 도면에 대해서 설명하면, 스크리닝 장치(8)에서는, 미리 처리된 펄프가 파편, 나무껍질, 종이, 먼지, 유리, 플라스틱 등의 이물질을 제거하기 위해 스크린된다. 스크린 플레이트 조립체(10)는 상기 장치(8)내에, 스크린될 펄프 슬러리가 상기 장치로 들어가는 내부 챔버(chamber)(11)와, 스크린된 펄프 슬러리가 스크린 플레이트 조립체를 통과한 후 상기 장치로부터 유동하도록 제공된 외부 챔버(12)를 포함한다. 상기 조립체는 볼트(13b)로 고정된 단부판(13a)을 구비한 하우징(13)으로 둘러싸여 있다. 이 하우징은 펄프가 내부 챔버로 유입하도록 하는 유입구(도시 생략 )와, 내부 챔버(11)로부터 외부 챔버(12)로 스크린 플레이트 조립체(10)를 통과하지 않은 이 물질을 장치 밖으로 내보내기 위한 상기 챔버(11)로부터의 배출구(도시 생략)을 구비한다. 내부 챔버(11)로부터 스크린 플레이트 조립체(10)를 통과해 외부 챔버(12)까지 유동한 수용된 펄프는 수용 배출구(14)를 통해 상기 장치(8) 바깥으로 유출된다.
상기 스크린 플레이트 조립체(10)는 하우징(13) 내에 고정되며, 펄프 슬러리가 스크린 플레이트를 통과하는 것을 돕고 막힘을 방지하기 위하여 수중익(18)이 원통형 스크린 플레이트 조립체 내에서 회전 가능하도록 장착된다. 수중익(18)은 제1도에서 보았을 때 시계방향으로 회전하는 회전 구동 축(19)의 아암 상에 지지된다. 상기 도시된 수중익은 단순히 적당한 형태의 한 예이며, 다양한 형태로 스크린 플레이트에 사용될 수 있고 여러 가지 펄스 혹은 교란 그리고 펄스 및 교란의 혼합 발생 로우터로서 이해되어야 한다.
스크린 플레이트 조립체(10)는, 지지체가 없고 본질적으로 유연하며 보통의 스크린 압력에 견디지 못하는 원통형 스크린 플레이트(16,17)를 포함한다. 따라서, 이 스크린 플레이트는 스크리닝 장치(8)의 가압 상태에서 사용될 수 있도록 견고하게 또는 강화시킬 필요가 있다. 필요한 지지와 강화를 위해 단부 링(endring)(20,20a)과 중간 지지 링(21)이 제공된다. 각각의 링은 제2도에 도시한 링(21)의 홈(23,24)과 같은 구조를 갖는다. 이 홈(23,24)은 원형이고, 스크린 플레이트를 실질적으로 원통형으로 유지한다. 상기 홈(23,24)의 반경 크기는 물결형 스크린 플레이트의 반경 두께와 동일하다.
상기 스크린 플레이트는 종래의 기계가공식 스크린 플레이트와 비교하여 얇은 재료로 성형된다. 이 얇은 재료는 다양한 형태 혹은 윤곽, 일반적으로 물결 모양으로 형성되어 스크린할 재료에 상당한 크기의 스크리닝 영역을 제공하게 된다.
조립 중에, 성형된 각각의 스크린 플레이트를 단부 링(20,20a) 및 중간 지지 링(21)의 홈에 위치시키고, 링들을 함께 당겨서 스크린 플레이트를 홈 속으로 가압한다. 이렇게 조립하기 위해, 축방향으로 연장하는 로드(22)가 서로 원주방향으로 간격을 두고 제공되며, 이 로드의 단부에는 나사산과 너트(22a)가 제공되어, 너트를 조여 단부 링을 서로를 향해 잡아당기고 스크린 플레이트의 단부를 홈 속으로 가압할 수 있게 된다. 이들 홈은 바람직하게는 점점 가늘어지기 때문에 , 슬롯은 홈 바닥을 향하는 내측 방향으로 점점 좁아진다. 로드가 꽉 조여지면, 상기 스크린 플레이트는 가늘어진 홈 속으로 꼭 끼게 밀어지기 때문에, 스크린 플레이트는 주위 방향으로 고정된 위치에서 견고하게 유지된다. 상기 스크린 조립체는 그 길이를 길게도 짧게도 할 수 있으며, 그 수를 증가시킬 수도 있고 인접한 각 스크린의 단부 사이에 도면 부호21과 같은 추가 강화 링을 사용할 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.
제2도에 도시된 바와 같이 홀(25) 혹은 슬롯(26)과 같은 스크리닝 구멍이 얇은 시트형 스크린 재료를 관통하여 연장하여 내부 챔버(11)에서 외부 챔버(12)로 통하는 통로를 제공한다.
스크린 플레이트의 얇은 재료는 일반적으로 스크린의 원주를 따라 연장하는 물결 모양을 갖는 원통형의 스테인레스강 또는 이와 유사한 재료일 수 있다. 간단한 형태로는, 상기 물결 모양은 일련의 직립부와 뒤집힌 U자형부(27,28)의 형태이며, 다시 말해서 상기 스크린 플레이트는 일련의 깊은 골(corrugation)로 이루어 질 수 있다. 이같은 골을 제작하기 위한 적당한 장치와 방법은 공동 계류중인 미국 특허 출원 제07/206,151호에 개시되어 있다.
제조 공정의 일부인 슬롯(26) 혹은 다른 가늘고 긴(elongated) 구멍을 만들 때, 그리고 스크린 플레이트에 슬롯을 절개 가공하고 또는 펀칭하기 전에 슬롯 단부 영역에서 플레이트를 선택적으로 압인 가공하여 균열의 형성과 전파를 방지한다. 제4도는 스크린 플레이트를 압인가공하기 위한 장치를 도시한다. 플레이트 재료에 물결 모양을 형성시킨 후, 골(40a,40b,40c,40d,40e)을 갖는 스크린 플레이트 재료(40)는 보완 부분(complementary section)(50a,50b)을 포함하는 압인가공 스테이션(50)으로 들어가는 데, 상기 보완 부분은 압인가공되는 골의 각 측면에 골을 체결시킴으로써 압인가공 시트 재료를 확실히 위치시키는 지지 및 위치 설정 부재(52,54,56)를 구비한다. 압인가공 핀(58)이 상기 부재(54)의 반대편에 위치한다. 상기 부재(52,56) 및 압인가공 핀(58)은 보완 부분(50a)의 배킹부재(backing me mb er)(66)에 유지되고, 부재(54)는 보완 부분 (50b)의 배킹 부재(68)에 유지된다.
압인가공 핀은 본질적으로 로드 형상이고, 그 단부에는 경사진 오목부(beveled depression)가 형성되며, 이 오목부는 상기 보완 부분(50a,50b)이 서로를 향해 폐쇄될 때, 재료(40)를 오목하게 하거나 또는 함몰시킴으로써 정확히 위치된 영역에서 스크린 플레이트와 접촉하여 예비응력을 가한다. 제5도에 도시되어 있듯이, 압인가공 핀(58)은 내측으로 점점 가늘어지는 표면(62,64)을 포함하는데, 이 표면은 제4도에 도시한 방향이 역전된 V자형 통(V-shaped trough)을 형성한다. 압인가공 핀의 단부를 다른 형태로 할 수 있지만, 역전된 V자 형태로 하면 압인가공하는 동안 표면에 미끄러짐 없이 압인가공 재료를 확실히 체결한다는 이점이 있다는 것이 발견되었다.
압인가공 핀(58)은 지지 및 위치설정 부재(52,54,56)에 대해 축방향으로 작동될 수 있기 때문에 재료가 제4도에 도시된 바와 같이 정확히 위치된 후에, 상기 압인가공 핀은 재료를 상기 부재(54)를 향해 아래로 압축하도록 작동된다. 선택적으로, 압인가공 핀(58)은 압인가공 스테이션(50)이 그 폐쇄 위치에 도달할 때 재료의 압축 및 압인가공이 일어나도록 위치될 수 있고 또는 배킹 부재(66)는 유연성이 있어, 이 부재(66)가 지지 및 위치설정 부재(54)에 대해 이동할 수 있도록 해 주어도 좋다.
압인가공된 영역 혹은 형성된 오목부의 폭은 형성되는 슬롯의 폭보다 최소한 5배 이상이어야 한다는 사실이 발견되었다. 압인가공된 영역의 최소 깊이는 약 0.015 인치이어야 한다. 제3도에 도시된 바와 같이, 스크린 플레이트 재료에 형성된 각 슬롯(26)의 단부에 압인가공 영역(70,72)이 제공되고, 슬롯의 단부는 일반적으로 예비응력이 가해진 영역의 중심에 위치된다.
일련의 슬롯(26)을 시트 재료의 골의 길이 방향을 따라 형성시킬 때, 다수의 압인가공 핀이 전후에 제공되어, 두 개 이상의 압인가공 영역이 1단계에서 형성된다는 점을 인식해야 한다. 또한, 한 번에 하나 이상의 골에 압인가공할 수 있도록 2개 이상의 압인가공 핀을 구비시킬 수도 있다. 압인가공 작업을 수행하는 적절한 장치에 있어서, 하나 이상의 압인가공 핀을 사용했을 때, 그 핀은 여러 길이의 슬롯을 수용하도록 간격을 조정할 수 있는 것이 유리하다.
상기 압인가공은 슬롯을 형성하기 전에 수행하는 것이 바람직하다. 압인은 계류중인 미국 특허 출원 제07/206,151호에 설명된 전단가공 또는 펀칭가공한 슬롯과 함께 사용되면 특히 유리하지만, 레이저 절단 및 다른 슬롯 형성 기술이 사용될 경우에도 이용될 수 있다.
본 발명에 설명된 프레스형 배열이 실행되면 압인가공 작업의 강도를 조절할 수 있듯이 압인가공된 영역의 위치도 정확히 제어할 수 있다. 이점이, 제어하기가 어렵고 슬롯 단부를 에워싸는 전체 영역을 처리할 수 없는 쇼트 피닝(shot peening)과 같은 시트 재료에 예비응력을 가하는 종래의 다른 방법에 비해 이점을 갖는다.
개량된 마모성 스크린 플레이트, 슬롯이 형성된 플레이트를 제조하는 방법 그리고 상기 방법을 수행할 적절한 장치가 도시되고 상세히 설명되었지만, 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변형이 가능하다는 것을 인식해야 된다.

Claims (19)

  1. 종이 펄프 압축 스크리닝 장치(8)에 사용되는 스크린 플레이트 조립체(10)로서, 전체적으로 균일한 두께를 가지며, 물결 모양으로 형성되고 스크리닝 구멍이 관통되어 있으며, 원통형으로 성형되는 비교적 얇은 시트 재료(40)로 형성된 스크린 플레이트(16,17)를 구비하고, 상기 스크리닝 구멍은 상기 재료(40)에 형성된 가늘고 긴 슬롯(26)이며, 상기 각 슬롯(26)의 각 단부에는 균열의 형성과 전파를 최소화하기 위해 상기 재료에 예비응력이 가해진 제한된 영역을 포함하는 압인가공 영역(70,72)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 압인가공 영역의 폭은 상기 슬롯의 폭보다 5배 이상인 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  3. 제2항에 있어서, 상기 압인가공 영역은 0.015 인치 이상 깊이의 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  4. 제1항에 있어서, 상기 압인가공 영역은 0.015 인치 이상 깊이의 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  5. 물결 모양으로 형성되는 비교적 얇은 시트형 재료(40)로 스크린 플레이트(16,17)가 형성되고, 펄프 슬러리가 통과하도록 상기 비교적 얇은 시트형 재료에 가늘고 긴 슬롯(26)이 제공된, 압축 스크리닝 장치(8)용 스크린 플레이트 조립체(10)에 있어서, 상기 각 슬롯의 각 단부에는 별도의 압인가공 영역(70,72)이 제공되고, 슬롯의 단부는 균열의 형성과 전파를 최소화되도록 상기 압인가공 영역 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  6. 제5항에 있어서, 상기 압인가공 영역의 폭은 상기 슬롯의 폭보다 5배 이상인 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  7. 제6항에 있어서, 상기 압인가공 영역은 0.015 인치 이상 깊이의 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  8. 제5항에 있어서, 상기 압인가공 영역은 0.015 인치 이상 깊이의 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 조립체(10).
  9. 비교적 얇은 시트형 재료(40)가 물결 모양으로 형성되고, 전체적으로 원통형으로 성형되며, 상기 재료를 관통하는 가늘고 긴 슬롯(26)이 형성된 압축 펄프 스크리닝 장치(8)용 스크린 플레이트(16,17) 제조 방법에 있어서, 상기 재료를 관통해 형성된 각 슬롯(26)의 각 단부에 별도의 영역(70,72)을 압인가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압인가공 단계는 상기 재료에 슬롯을 형성하는 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 비교적 얇은 시트형 재료에 0.015 인치 이상 깊이의 오목부를 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 압인가공 단계는 비교적 얇은 시트형 재료에 형성된 슬롯의 폭보다 5배 이상의 폭을 갖는 영역에 걸쳐 수행되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 압인가공 단계는 상기 재료에 슬롯을 형성하는 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 압인가공 단계는 비교적 얇은 시트형 재료에 형성된 슬롯의 폭보다 5배 이상의 폭을 갖는 영역에 걸쳐 수행되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  15. 비교적 얇은 시트형 재료(40)를 물결 모양으로 구부리는 단계와, 상기 재료 상에 별도의 영역(70,72)을 압인가공하는 단계와, 상기 재료에 압인가공 영역으로부터 인접한 압인가공 영역까지 연장되는 슬롯(26)을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 펄프 스크린 플레이트의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 압인가공 단계는 상기 슬롯 형성 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트의 제조 방법.
  17. 슬롯이 형성된 압축 펄프 스크린용 스크린 플레이트 제조 방법에 있어서, 스크린 플레이트의 슬롯(26) 각 단부에 있는 별도의 영역(70,72)에 예비응력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트 제조 방법.
  18. 슬롯이 형성된 압축 펄프 스크린용 스크린 플레이트에 있어서, 예비응력이 가해진 별도의 영역(70,72)이 플레이트 내의 각 슬롯(26)의 각 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트.
  19. 제18항에 있어서, 상기 예비응력이 가해진 영역의 폭은 플레이트에 형성된 슬롯 폭의 약 5배인 것을 특징으로 하는 스크린 플레이트.
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