KR100349742B1 - 회전 교반봉을 이용하는 반응고 금속의 고온 점도측정장치의 토오크 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 교반봉을 이용하는 반응고 금속의 고온 점도 측정장치의 토오크 측정 방법에 관한 것으로, 반응고 성형 공정에서 금속의 고온 점도 측정시 회전교반봉의 측면에 작용하는 회전 저항인 토크 뿐만 아니라 회전교반봉의 하면에 작용하는 회전 저항인 토크를 점도값 환산에 고려함으로써, 상용 고온 점도계에서 얻을 수 있는 정확한 점도를 얻을 수 있는 회전 교반봉을 이용하는 고온 점도 측정장치의 토오크 측정 방법을 제공하는데 있다.

Description

회전 교반봉을 이용하는 반응고 금속의 고온 점도 측정장치의 토오크 측정 방법{Torque measuring method for high temperature viscosity device of partially solid metal using stirring rod}

본 발명은 회전 교반봉을 이용하는 금속의 고온 점도 측정장치의 토오크 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 교반봉과 도가니 사이에서의 측면 토크 뿐만 아니라 그 하면에 대한 토크를 점도측정에 이용함으로써, 보다 정확한 점도를 측정할 수 있는 회전 교반봉을 이용하는 금속의 고온 점도 측정장치의 토오크 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반응고 상태의 슬러리(slurry)를 이용한 성형 공정에서 금속에 대한 고온 점도의 측정은 매우 중요하며, 이러한 첨부도면 도 1에서 도시한 바와 같이 고온 점도 측정장치를 이용하게 된다.

상기 고온 점도 측정장치는 냉각수 자켓(31)이 형성된 하우징(30) 내에 밀폐가능하도록 구성된 도가니(20)를 설치하고, 이 도가니(20) 내에 교반작용을 일으켜 주는 회전교반봉(10)이 제자리 회전가능하도록 장착되어 이루어져 있으며, 상기 회전교반봉(10)에는 그 측면 토크를 측정하기 위한 토크바(11)가 장착되어 있고, 상기 도가니(20) 내부에는 슬러리의 온도를 측정하기 위한 서모커플(thermocouple)(21)이 장착되어 있다.

이와 같이 이루어진 고온 점도 측정장치는 도가니(20)가 회전 할때 도가니(20)와 회전교반봉(10) 사이에 충진된 슬러리의 전단력을 고려하여 계산하게 된다.

그런데, 이렇게 전단력을 계산하는 경우는 회전교반봉(10)과 도가니(20) 사이에 충진된 슬러리의 전단력을 통한 토크을 측정하여 점도로 환산하여 측정하는 방법을 채택하고 있다.

물론, 상기 회전교반봉(10)의 하면에는 중심축 상에 회전핀(22)을 형성하고, 이 회전핀(22)이 도가니(20) 내부에 끼워져서 좌우 요동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 도가니(20)의 바닥면과 회전교반봉(10)의 저면 사이에 소정의 간극만을 가지도록 구성하여, 그 사이에서의 토크를 줄일 수 있는 구조로 되어 있다.

그러나, 기존과 같이 회전교반봉과 도가니 사이의 측면에서 토크를 측정하여 점도로 환산하는 방법인 경우 회전교반봉의 하면과 도가니의 바닥면 사이에는 간극이 없을 수 없게 되는데, 종래의 경우 이 간극 사이에서 생기는 하면에서의 토크를 무시하고 점도를 측정하여 점도에 대한 정확한 데이터를 얻기 어려운 문제점이 있어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 반응고 성형 공정에서 금속의 고온 점도 측정시 회전교반봉의 측면에 작용하는 회전 저항인 토크 뿐만 아니라 회전교반봉의 하면에 작용하는 회전 저항인 토크를 점도값 환산에 고려함으로써, 상용 고온 점도계에서 얻을 수 있는 정확한 점도를 얻을 수 있는 회전 교반봉을 이용하는 금속의 고온 점도 측정장치의 토오크 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 고온 점도 측정장치를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 토오크 측정 방법을 설명하기 위한 설명도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 회전 교반봉 11 : 토크 바

20 : 도가니 21 : 서모커플

22 : 회전핀 30 : 하우징

31 : 냉각수 자킷

이하, 첨부도면 도 2를 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도가니(20) 내에서 회전교반봉(10)을 동시에 회전시키고 그 측면에서의 토크를 측정하고, 이 토크를 점도로 환산하여 점도측정함에 있어서, 슬러리의 점도를 보다 정확하게 측정하기 위해 회전교반봉(10)의 측면 뿐만 아니라 도가니(20)와 회전교반봉(10)의 하면에서 발생되는 토크를 측정하여 점도 환산에 추가함으로써, 더욱 정확한 점도를 얻을 수 있게 한 것이다.

이와 같이 얻어지는 전체 토크를 계산하고 나서 점도로 환산하는데 까지의 과정은 다음가 같이 이루어지게 된다.

통상적으로 점도 측정에 사용되는 도가니(20)와 회전교반봉(10)은 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같은 칫수로 이루어져 있다.

(1) 회전봉 측면에 가해지는 토크의 계산

점성도에 대한 뉴튼의 범칙으로부터 전단응력에 대한 식은 점도와 속도구배의 함로로 다음과 같이 식 1로 주어지게 된다.

------------------------ (식 1)

여기서, η는 점성도,는 전단변형속도, y는 회전봉과 도가니 사이의 거리, 그리고는 y방향에 대한 선속도구배이다. 회전봉과 도가니(20) 사이가 a만큼 떨어져 있으며 이때의 회전봉이 각속도 ω로 회전할 때의 반용융 금속의 점성에 의하여 회전봉의 표면에 작용되는 전단응력(τ)은 식 1로부터 식 2의 형태로 변환할 수 있다.

-----------------(식 2)

여기서, r₁은 교반회전봉의 반경, N은 회전봉의 분당 회전수이다. 따라서, 깊이 h 만큼의 깊이로 반용융 금속과 접촉하고 있을 때 회전봉의 측면에 작용하는 토크 Ts는 다음 식 3과 같이 계산된다.

-------------------(식 3)

(2) 회전교반봉 하면에 가해지는 토크 계산

미소 면적 dA에 작용하는 미소 토크량(dT)는 다음 식 4로 나타낸다.

--------------------(식 4)

여기서, ω는 각속도를 나타내고, (ωγ/b)는 밑면 틈새 b방향으로의 선속도구배이다.

이에 따라 회전교반봉(10)의 밑면적에 작용하는 토크는 식 4를 r와 θ의 경계구분에 대하여 적분하여 식 5와 같이 구하게 된다.

-------------------(식 5)

(3) 전체 토크 계산

따라서, 회전교반봉(10)에 장착된 토크 센서로부터 측정된 전체 토크 T는 실험에서 그 측면과 하면에서의 토크의 합으로 다음 식 6과 같이 표시된다.

-----------------(식 6)

(4) 점도의 계산

전체 토크를 계산 한 다음 점도의 계산은 식 6으로 측정된 계산식으로부터 점도에 대한 식으로 환산하게 되면 다음 식 7로 표시된다.

---------------(식 7)

따라서, 본 발명은 도가니 내에서 회전하는 회전교반봉의 측면 뿐만 아니라 그 하면과의 갭에서 발생되는 토크를 점도 환산에 같이 포함하여 계산이 가능하게 되는 것이다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 회전교반봉의 회전시 도가기와의 측면 토크 뿐만 아니라 여기에 도가니와의 하면 토크를 계산하고, 이 토크량을 점도 환산에 적용함으로써, 슬러리의 점도 계산을 더욱 정확하게 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 회전 교반봉의 측면에 작용하는 토오크(T_s)를 식을 이용하여 계산하고, 회전 교반봉의 하면에 작용하는 토오크(T_b)를 식와 식을 이용하여 계산하고, 회전 교반봉의 측면과 하면에 작용하는 전체 토오크(T)를 식을 이용하여 계산한 후, 이렇게 계산된 전체 토오크(T)를 식을 이용하여 점도로 환산하여 측정하는 것을 특징으로 하는 회전 교반봉을 이용하는 반응고 금속의 고온 점도 측정장치의 토오크 측정방법.