KR100917947B1 - 주물사의 수분치 측정용 전극 기구, 주물사의 수분치의 측정 장치, 주물사 혼련기로의 주수 방법 및 주수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 주물사의 수분치 측정용 전극 기구, 주물사의 수분치의 측정 장치, 주물사 혼련기로의 주수 방법 및 주수 장치에 관한 것이다. 전극 기구를 측정 장소에 세트하는 때에, 세트 공간의 넓이나 형태에 대해 큰 제약을 받기 때문에, 본 발명에 있어서는, 주물사에 전류를 흘리는 전극 기구를 이하의 구성으로 하였다. 즉, 상하 방향으로 서로 적당한 간격을 둔 동심으로 하여 배치한 복수의 고리 형상의 도전 부재(2, 3)와, 복수의 도전 부재(2, 3)를 유지하고, 또한 외부 지름이 도전 부재(2, 3)의 지름과 동일한 통 형상의 절연성 유지 부재(4)와, 복수의 도전 부재(2, 3)가 2극을 구성하도록 이들 복수의 도전 부재를 하나 걸러서 일 단이 접속하고, 또한 절연 부재 유지 부재(4)의 공동 내를 관통하는 2개의 전도선(5·6)을 구비하도록 하였다.

Description

주물사의 수분치 측정용 전극 기구, 주물사의 수분치의 측정 장치, 주물사 혼련기로의 주수 방법 및 주수 장치{ELECTRODE MECHANISM FOR MEASURING MOISTURE VALUE OF FOUNDRY SAND, DEVICE FOR MEASURING MOISTURE VALUE OF FOUNDRY SAND, AND METHOD AND DEVICE FOR FILLING WATER INTO FOUNDRY SAND MIXER}

본 발명은, 주물사(鑄物砂)의 수분치 측정용 전극 기구, 주물사의 수분치 측정 장치, 주물사 혼련기(混練耭)로의 주수(注水) 방법 및 주수 장치에 관한 것이다.

종래에, 주물사에 전류를 흘려 주물사의 수분치를 측정하도록 한 장치에 있어서는, 주물사에 전류를 흘리는 전극 기구의 하나로서, 도전성을 갖는 스퀘어 바(square bar) 형상을 이루고, 또 서로 적절한 간격을 두고 거의 평행하게 배설(配設)된 복수의 전극 부재와, 이들 복수의 전극 부재를 이들의 길이 방향의 각 상면을 노출시켜 유지하는 절연성의 유지 부재와, 복수의 전극 부재를 번갈아(alternately) 서로 접속하여 복수의 전극 부재가 2극을 구성할 수 있도록 한 도전성의 연결 수단으로 이루어진 것이 있다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 주물사의 수분치 측정용 전극 기구에서는, 예를 들어, 주물사를 저장한 홉퍼(hopper) 내에 배설하도록 하는 경우, 비교적 넓 은 스페이스(space)가 필요하였다.

또한, 주물사의 수분치란, 주물사에 포함되는 수분량으로서 단위 중량에 포함되는 수분 중량을 백분율로 나타낸 것이다. 그래서, 주물사의 수분치를 측정함으로써, 주형의 조형에 최적인 주물사로 하도록 회수사(回收砂)를 조정할 수 있다.

특허문헌 1: WO 2004/003534 A1

해결하고자 하는 문제점은, 전극 기구를 측정 장소에 세트하는 때에, 세트 공간의 넓이나 형태에 관하여 큰 제약을 받는다는 점이다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 청구항 1에서의 주물사의 수분치 측정용 전극 기구는, 주물사에 전류를 흘려 주물사의 수분치를 측정하는 때에, 상기 주물사에 전류를 흘리는 전극 기구로서, 상하 방향으로 서로 적당한 간격을 두고 동심(同心)으로 하여 배치한 복수의 고리 모양의 도전 부재와, 이들 복수의 도전 부재를 유지하고, 또 외부 지름이 상기 도전 부재의 지름과 동일한 통 형상의 절연성 유지 부재와, 상기 복수의 도전 부재가 2극(極)을 구성하도록 이들 복수의 도전 부재를 하나 걸러서 일 단이 접속하고, 또 상기 절연성 유지 부재의 공동(空洞) 내를 관통하는 2개의 전도선(電導線)을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전극 기구는 전체로서 봉(棒) 형상을 이룸과 동시에 2개의 전도선이 내부를 통하기 때문에, 소형이며 컴팩트(compact)하게 되고, 그에 따라 부착을 위한 스페이스는 비교적 좁아진다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 청구항 1에서의 주물사의 수분치 측정용 전극 기구는, 주물사에 전류를 흘려 주물사의 수분치를 측정하는 때에, 상기 주물사에 전류를 흘리는 전극 기구로서, 상하 방향으로 서로 적당한 간격을 둔 동심으로 하여 배치한 복수의 고리 모양의 도전 부재와, 이들 복수의 도전 부재를 유지하고, 또 외부 지름이 상기 도전 부재의 외부 지름과 동일한 통 형상의 절연성 유지 부재와, 상기 복수의 도전 부재가 2극을 구성하도록 이들 복수의 도전 부재를 하나 걸러서 일 단이 접속하고, 또 상기 절연성 유지 부재의 공동 내를 관통하는 2개의 전도선을 구비하기 때문에, 세트용 공간의 넓이나 형태에 관하여 본 전극 기구는 제약을 거의 받지 않는 등의 우수한 실용적 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명인 전극 기구의 가장 바람직한 형태의 종단면도와, 상기 전극 기구를 제어하는 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명인 주물사 수분치 측정 장치를 사용하여 획득한 측정치의 일 예를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명인 전극 기구와 제어 장치를 적용한 주수 장치를 이용한 주물사 혼련 설비의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 발명인 전극 기구와 제어 장치를 적용한 주수 장치를 이용한 주물사 혼련 설비의 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.

본 발명을 적용한 주물사의 수분치 측정용 전극 기구의 가장 바람직한 형태에 관하여 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 주물사의 수분치 측정용 전극 기구(1)는, 상하 방향으로 서로 적당한 간격을 둔 동심으로 하여 배치한 복수의 둥근 고리 형상의 도전 부재(2·2, 3·3)와, 이들 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)를 유지하고, 또 외부 지름이 상기 도전 부재(2·2, 3·3)의 외부 지름과 동일한 원통 형상의 절연성 유지 부재(4)와, 상기 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)가 2극을 구성하도록 이들 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)를 하나 걸러서 일 단이 접속하고, 또 상기 절연성 유지 부재(4)의 공동 내를 관통하는 2개의 전도선(5·6)과, 상기 절연성 유지부재(4)에 내장한 전기 히터(7)와, 상기 절연성 유지 부재(4)에 관통시켜 내장한 온도 센서로서의 열전쌍(熱電對)(8)으로 구성되어 있다.

그리고, 상기 도전 부재(2·2, 3·3)는 내부식성(耐腐食性)이 우수한 금속제이다. 또한, 상기 절연성 유지 부재(4)는, 관(管) 형상의 코어(core) 부(9)와, 코어 부(9)의 대부분에 둘러서 장착한(環裝) 복수의 짧은 링 부분(10·10)과, 이들 짧은 링 부분(10·10)보다 약간 길고, 또한 상기 코어 부(9)의 상하 양쪽 부분에 각각 둘러서 장착한 긴 링 부분(11·11)과, 상기 코어 부(9)의 상하 양 부분에 나사식으로 부착하여 상기 짧은 링 부분(10·10) 및 상기 긴 링 부분(11·11)을 상하 양측으로부터 홀딩하는 중공(中空) 원추 형상의 상·하 홀딩 부(holding parts)(12·13)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 짧은 링 부분(10), 상기 긴 링 부분(11) 및 상기 상·하 홀딩 부(12·13)는, 예를 들어 초고분자 폴리에틸렌(polyethylene)이나 알루미나 세라믹(alumina ceramics)을 재료로 하여 절삭 가공 또는 성형(成形) 후 소성(heat-treatment)하여 제작한다.

또한, 상기 전기 히터(7)는 테이프 형상을 이루고, 또 가열 수단(16)에 전기적으로 접속한다. 또한, 상기 열전쌍(8)은 상기 상위 홀딩 부(12)의 상부에 삽입부착된 지지 부재(14)를 개재하여 장착하고, 또한, 상기 절연성 유지 부재(4)의 하단으로부터 50mm 하방으로 연장한다. 이와 같이, 상기 열전쌍(8)의 하단을 하방으로 30mm 이상 연장함으로써, 상기 전기 히터(7)에 의한 열의 영향을 받지 않는다. 상기 2개의 전도선(5·6)은, 그 선단(先端)이 상기 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)와 번갈아 서로 접속됨으로써 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)가 2극을 구성할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 외에도 상기 2개의 전도선(5·6)의 선단을 최상부의 상기 도전 부재(2·3)에 접속함과 동시에, 상기 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)의 각각의 부재를 번갈아서 도전 부재(2·3)와 동일한 재질의 나사못 등에 의해 서로 체결(締結)하여 복수의 도전 부재(2·2, 3·3)가 2극을 구성할 수 있게 할 수도 있다.

또한, 본 전극 기구(1)는, 기존의 홉퍼에 부착하는 것, 홉퍼 내 주형사의 수분치를 대표하는 것 등을 고려하여 다음과 같이 치수를 결정한다. 상기 도전 부재(2·3)는 외부 지름 30mm ~ 100mm, 높이 5 ~ 20mm로 한다. 또한, 상기 절연성 유지 부재(4)의 상기 짧은 링 부분(10)은 상기 도전 부재(2·3)의 간격을 적당하게 하여 절연성을 확보하기 위한 높이를 5 ~ 20mm로 한다.

이와 같이 구성한 것은, 전체로서는 원기둥체 형상을 이룸과 동시에 2개의 전도선(5·6)이 내부를 통하기 때문에, 소형이며 컴팩트하게 되고, 그에 따라 부착을 위한 스페이스는 비교적 좁아지게 된다. 그리고, 가열 수단(16)을 가동하여 전기 히터(7)에 의한 도전 부재(2·2, 3·3)의 가열에 의해, 도전 부재(2·2, 3·3)로의 결로(結露)를 방지할 수 있다. 또한, 열전쌍(8)을 절연성 유지 부재(4)에 관통시켜 내장함으로써, 종래 별도로 설치한 모래 온도 측정 수단을 전극 기구(1)와 일체화할 수 있고, 컴팩트한 구성으로 할 수 있다.

다음으로, 상술한 전극 기구(1)를 제어하여 주물사의 수분치를 측정하는 제어 장치(21)에 관하여 도 1에 기초하여 설명한다. 도시한 바와 같이, 상기 전극 기구(1)는 상기 제어 장치(21)에 전기적으로 접속하고, 상기 제어 장치(21)는 전극 기구(1)의 상기 도전 부재(2·3)에 상기 2개의 전도선(5·6)을 개재하여 저주파 구형파(矩形坡) 정전류(定電流)를 공급하는 구형파 정전류 공급 수단(22)과, 주물사를 통하여 상기 도전 부재(2·2, 3·3) 사이에 흐르는 전류에 의해 상기 2개의 전도선(5·6) 사이에 발생하는 전압을 평활화하는 동시에 측정하는 전압 평활 측정 수단(23)과, 상기 전압 평활 측정 수단(23)으로부터 얻어진 평활 전압치를 주물사의 온도 측정 결과에 기초하여 보정하는 전압치 보정 수단(24)과, 상기 전압치 보정 수단(24)에 의해 보정된 상기 평활 전압치에 기초하여 주물사의 수분치를 환산하는 수분치 환산 수단(25)을 구비하고 있다.

수분치를 측정할 주물사 중에 전극 기구(1)를 배치한 후, 제어 장치(21)의 구형파 정전류 공급 수단(22)에 의해 전극 기구(1)의 도전 부재(2·2, 3·3)에 저주파 구형파 정전류를 공급하여 도전 부재(2·2, 3·3) 사이에 주물사를 통하여 전류를 흘림과 동시에, 2개의 전도선(5·6) 사이에 발생하는 전압을 제어 장치(21)의 전압 평활 측정 수단(23)에 의해 평활화하는 동시에 측정한다. 다음으로, 열전쌍(8)으로부터의 신호에 의한 주물사 온도의 측정 결과에 기초하여, 제어 장치(21)의 전압치 보정 수단(24)이 전압 평활 측정 수단(23)으로부터 획득한 평활 전압치를 보정하고, 상기 보정한 평활 전압치에 기초하여 제어 장치(21)의 수분치 환산 수단(25)이 주물사의 수분치를 환산한다. 이와 같이 하여 환산한 수분치는, 예를 들어, 도 2에 나타낸 것과 같이 된다.

여기서, 도 2에서 나타낸 것은, 플라스크(flask) 분해 후 회수한 생형사(生型砂)의 수분치의 측정 결과로서, 생형사의 가열에 의해 증발한 수분량을 측정하여 획득한 수분치(% 실측 수분치)를 횡축으로, 또한 본 제어 장치(21)에서 획득한 수분치(% 본 발명에 의한 계측 수분치)를 종축으로 각각 나타내고 있다. 도 2로부터는, 생형사의 수분치가 0.5 ~ 3% 정도까지는, 실측 수분치와 본 발명에 의한 계측 수분치와의 사이에 양호한 상관 관계가 있음을 알 수 있다.

다음으로, 도 3에 기초하여, 상술한 전극 기구(1)와 제어 장치(21)로 이루어지는 제어 유닛(20)에 의해, 수원(水源)(33)과 연통하는 디지털 유량계(34)와 전자 개폐 밸브(32)를 직렬로 연결한 회로를 갖는 주수 장치(30)를 제어하여, 혼련기(31)의 주물사에 소요량(所要量)의 물을 첨가하는 방법에 대해 설명한다. 제어 유닛(20)으로부터의 지령에 의해 주수 장치(30)의 전자 개폐 밸브(32)가 개폐되어 혼련기(31)에 물이 첨가된다. 그리고, 전자 개폐 밸브(32)를 통해 흐르는 수량(水量)은 디지털 유량계(34)에 의해 누계되지만, 전자 개폐 밸브(32)의 폐쇄시의 작동 지연에 의한 누수량을 미리 측정하여 두고, 그 측정 결과에 기초하여 전자 개폐 밸브(32)의 폐쇄시각을 빠르게 한 지령이 제어 유닛(20)의 제어 장치(21)로부터 전자 개폐 밸브(32)에 발신된다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 도 3에서의 수원(33)과 연통하는 디지털 유량계(34)와 전자 개폐 밸브(32)를 직렬로 연결한 회로에, 전자 개폐 밸브(32)와 병렬시켜 전자 개폐 밸브(35)를 접속함과 동시에, 2개의 전자 개폐 밸브(32·35)의 유량비를 1:2로부터 1:10 사이로 설정한다. 그리고, 주수 개시시는 상술한 제어 유닛(20)의 제어 장치(21)로부터의 지령에 의해 전자 개폐 밸브(32·35)가 함께 열림과 동시에, 디지털 유량계(34)의 계측치가 누계되어, 그 값이 원래 예정한 필요 주수량에 대한 설정 주수량에 도달한 때, 큰 유량이 흐르는 전자 개폐 밸브(35)가 닫혀서, 작은 유량이 흐르는 전자 개폐 밸브(32)만으로 주수가 계속된다. 그 후에, 전자 개폐 밸브(35)의 폐쇄시의 작동 지연에 의한 누수량을 미리 측정하여 두고, 제어 유닛(20)으로부터의 지령을 보정하여 전자 개폐 밸브(32)의 폐쇄시각이 앞당겨진다. 이와 같이 하여 혼련기(31)의 주물사로의 주수가 완료된다. 이들 공정에 의해, 주수 장치(30)에서의 수압의 변화나 배관의 막힘이 발생해도 정확한 주수가 가능해진다.

Claims (8)

1. 주물사(鑄物砂)에 전류를 흘려 주물사의 수분치를 측정할 때에, 상기 주물사에 전류를 흘리는 전극 기구로서,

   상하 방향으로 서로 간격을 두고 동심(同心)으로 하여 배치된 복수의 고리 형상의 도전 부재;

   이들 복수의 도전 부재를 유지하고, 또 외부 지름이 상기 도전 부재의 외부 지름과 동일한 통 형상의 절연성 유지 부재; 및

   상기 복수의 도전 부재가 2극(極)을 구성하도록 이들 복수의 도전 부재를 하나 걸러서 일 단이 접속하고, 또한 상기 절연성 유지 부재의 공동(空洞) 내를 관통하는 2개의 도전선을 구비한 것을 특징으로 하는 주물사의 수분치 측정용 전극 기구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유지 부재의 공동 내에 전기 히터를 설치한 것을 특징으로 하는 주물사의 수분치 측정용 전극 기구.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   선단(先端)이 유지 부재로부터 돌출하는 온도 센서를 상기 유지 부재에 내설(內設)한 것을 특징으로 하는 주물사의 수분치 측정용 전극 기구.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 온도 센서의 선단이 상기 유지 부재로부터 길이 30mm 이상 돌출하는 것을 특징으로 하는 주물사의 수분치 측정용 전극 기구.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 주물사의 수분치 측정용 전극 기구를 이용하여 주물사의 수분치를 측정하는 장치로서,

   상기 주물사의 수분치 측정용 전극 기구;

   상기 전극 기구의 상기 도전 부재에 상기 2개의 전도선을 통하여 저주파 구형파(矩形波) 정전류(定電流)를 공급하는 구형파 정전류 공급 수단;

   주물사를 통하여 상기 도전 부재 사이에 흐르는 전류에 의해 상기 2개의 전도선 사이에 발생하는 전압을 평활화함과 동시에 측정하는 전압 평활 측정 수단;

   상기 전압 평활 측정 수단으로부터 획득한 평활 전압치를 주물사의 온도 측정 결과에 기초하여 보정하는 전압치 보정 수단; 및

   상기 전압치 보정 수단에 의해 보정된 상기 평활 전압치에 기초하여 주물사의 수분치를 환산하는 수분치 환산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 주물사의 수분치의 측정 장치.
6. 제 5 항에 기재된 주물사의 수분치의 측정 장치를 적용하고, 또한 수원(水源)과 연통하는 디지털 유량계와 전자 개폐 밸브를 직렬로 연결한 회로를 갖는 주수(注水) 장치를 사용하여 주물사의 혼련기(混練耭)에 주수하는 방법으로서,

   상기 주물사의 수분치의 측정 장치에 의해 혼련 전의 주물사의 수분치를 측정함과 동시에, 측정 결과에 기초하여 혼련 전의 주물사의 수분치와 혼련 후에 요구되는 주물사의 수분치와의 차이를 연산하는 공정;

   연산한 수분치의 차이에 기초하여 상기 혼련기로의 필요 주수량을 산출하는 공정;

   상기 전자 개폐 밸브를 열어 주수를 시작하는 공정;

   상기 디지털 유량계에 의해 상기 혼련기로의 주수량을 누계하는 공정; 및

   누계한 주수량이 상기 필요 주수량에 도달한 때에, 상기 전자 개폐 밸브를 닫는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 주물사 혼련기로의 주수 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 전자 개폐 밸브의 폐쇄시의 작동 지연에 의한 누수량을 미리 측정하여 두고, 상기 필요 주수량에 도달하는 시점의 소요 시간 전에 폐쇄 지령을 상기 전자 개폐 밸브에 발신하는 것을 특징으로 하는 주물사 혼련기로의 주수 방법.
8. 제 6 항에 기재된 주물사의 혼련기로의 주수 방법에 사용하는 주수 장치로서,

   상기 주수 장치의 회로에, 상기 전자 개폐 밸브와 병렬시켜 전자 개폐 밸브를 접속하는 동시에, 2개의 전자 개폐 밸브의 유량비를 1:2로부터 1:10의 사이로 설정하는 것을 특징으로 하는 주물사 혼련기로의 주수 방법에 사용하는 주수 장치.

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