KR101477513B1 - 주물사 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주물사 처리방법에 관한 것이다.

재활용된 주물사의 압축률을 제어하기 위하여 간단한 조절장치를 갖는 방법을 제공하기 위해서, 본 발명은 주물사를 몇몇의 장입물 및 추가될 물의 양, 새로운 모래의 양 및/또는 점토의 양과 같은 처리 매개변수들로 분할하는 것을 제안하였고, 이는 선행 장입물에 대하여 측정된 주물사의 실제 압축률과 참조 압축률 간의 후속 처리 차이를 기초로하여 교정된다.

주물사, 모래, 점토, 압축률, 다이버전스(divergence), 매개변수, 벤토나이트, 호퍼, 믹서, 컨베이어, 제어장치

Description

주물사 처리방법{METHOD FOR PROCESSING MOULDING SAND}

본 발명은 주물사 처리방법에 관한 것이다.

주조는 아마도 가장 중요한 전통적인 주물방법이다. 처리될 재료의 용융 장입물이 주형 내로 주입되어 주물을 생성하도록 고화된다.

자주, 소위 로스트 몰드(lost moulds)가 사용된다. 그러한 주형은 주물사, 예를 들어 규사 및 결합제로부터 제조된다. 그러한 주형은 일반적으로 모형들로부터 하나의 주형을 취하여 형성된다. 그런다음 액체 재료가 주형내로 주입된다. 재료가 경화된 후에 주물사가 제거될 수 있는데, 예를 들어 주물이 주조되지 않으면 주형이 파괴된다. 이러한 이유로 인하여, 이러한 형식의 주형이 로스트 몰드로서 알려져 있다.

주형 제조를 최적화하기 위하여, 주물사에는 특히 적당한 결합제들이 보충되어야만 한다. 주형을 제조하는 경우에, 사용될 주물사의 특성들이 그 재료에 대하여 가능한한 가장 적합함을 보장하는 것이 필수적이다. 그러므로, 예를 들면, 사용된 주물 재료 및 연관된 용융 장입물 온도 및 그 외부온도 그리고 적절하다면 주형의 내부 윤곽이 고려되어야만 한다.

주물사의 질은 점토성분, 결정립 크기 및 분포, 규사 본체의 형상과 표면적, 보조재료의 형태와 양, 수분함량 및 압축의 정도에 주로 의존한다.

경제적 및 환경적인 이유로 인하여, 소비된 주물사는 통상적으로 처리된후 가능한한 완벽하게 재생되는데, 주조물의 단위 중량당 주물사의 5 내지 15 중량부가 통상적으로 사용된다. 결합 피복들이 통상적으로 여전히 유효하기 때문에 소비된 주물사의 적어도 90%가 처리되어 주물 회로 내로 다시 공급될 수 있으며, 단지 물과 때때로 결합제가 추가된다. 오래된 주물사의 일부가 주물 회로로부터 폐기되어 새로운 교체재료로 대체된다.

자주, 점토 결합된 주물사들이 사용되는데, 이들은 주조공정이 끝난후 준비방법으로 다시 공급되는데, 여기에서 적절한 양의 물, 결합제(예를들어 벤토나이트), 첨가제들(예를들어 석탄 분진) 및 신선한 모래가 오래된 모래에 다시 추가된다.

주물사를 동시에 냉각시키기 위해서 처리는 일반적으로 믹서 내에서 진공하에 수행된다. 처리중에, 결합제가 최적의 방식으로 규사 입자들을 피복하는것을 보장하도록 주의를 기울여야 한다.

이러한 처리의 목적은 믹서를 떠나는 처리된 모래가 균등한 질을 갖도록 하는 것이다. 그러나, 오래된 주물사의 질은 사용된 제조 프로그램에 의존하는 주조공정 도중의 열 부하에 따라서 변하고, 따라서 가변적인 수분과 점토 함유량을 갖는 오래된 모래가 처리설비로 다시 일정하게 공급된다.

적절하게 기능하는 공정의 영구적인 목표는 오래된 주물사에서의 변화를 탐지하고 준비공정에서 교정 측정을 취하여 물을 추가하거나 결합제 함유량을 채택하 는 것과 같이 그 변화를 바로잡는 것이다.

많은 매우 다른 방법들이 이러한 목적을 위해서 사용될 수 있다. 예를 들면, DE　32 20 662에 개시된 방법은 샘플을 채취하고 압축강도 및/또는 전단강도와 같은 다른 매개변수들 뿐만아니라 압축률을 직접적으로 결정하기 위해서 일반적으로 믹서의 하류 혹은 직접 그안에 위치하는 측정장치를 채용한다. 또한, 믹서에서 오래된 주물사의 수분함량은 추가될 물의 양을 교정하기 위해서 습도 센서를 사용하여 직접적으로 결정되고, 얻어진 압축률 및 수분함유 데이터는 처리된 주물사에 대하여 일정한 주물사 질을 달성하기 위해서 추가될 보조 재료 뿐만아니라 물의 양을 교정하는데 사용된다.

이러한 방법들 모두의 단점은 주물사 매개변수들 뿐만아니라 수분함량을 결정하는데 있어서 하나이상의 추가적인 고가의 측정장치들이 필요하다는 것이다.

CH 517 541에서는 혼합 물품들의 수분함량을 조정하기 위한 방법이 개시되어 있는데, 사전 설정 참조값에 성공적으로 도달할때까지 보조 도구의 모터의 출력에 대하여 몇몇 조정가능한 값들의 함수로서 가변적인 추가 및 휴지 시간에 따라서 물이 혼합물에 간헐적으로 둘이상의 단계로 추가된다. 모터 출력에서의 변화와 그 다음의 일정량의 물 추가는 갑작스럽게 일어나지 않으므로, 정적인 상태에 도달하여 측정에 대해 일정한 값에 도달할 때까지 일정 혼합 시간이 필요하며, 혼합시간은 실질적으로 필요한 전체 물 함유량의 함수로서 변한다. 균등한 모래 질을 달성하기 위해서, 가능한한 수분함량이 일정함에 추가하여, 일정한 혼합시간이 충분히 높은 물 함유량을 위해서 필요하나, 상기한 방법으로는 달성하기 어렵다.

DE 2053936는 CH 517 541보다 더한층 발전된 것을 개시하고 있는데, 여기에서는 신속 작동 보조도구에 의해서 야기되는 흐름에 추가하여, 회전 혼합 콘테이너에 의해서 야기되는 흐름이 혼합물의 수분함량의 보다 정확한 결정에 대하여 고려된다. 여기에 다시, 물 공급 라인에서 자기 밸브들을 조절함으로써 그 시간에 처리될 주물사 혼합물 내로의 물 추가가 몇몇 단계들에서 연속적으로 수행된다. 또한, 물의 양을 교정하기 위해서, 온도 신호가 계산에 통합된다. 이렇게 개선된 해법은 불필요하게 길어지고 상기 모든 가변 길이 습기 혼합시간들을 야기하지만, 일부의 물을 매번 추가한 후에 혼합 도구에 대하여 일정한 높은 저항을 조성하기 전에 혼합은 일정 시간을 필요로 한다.

DE 1 947 566에는 주물사의 흐름과 연속적으로 수평 공급에 대하여 기울어진 혼합 드럼을 가지며 이에 의해서 회전 혼합드럼의 모터 출력이 추가된 습기를 조절하는데 사용되는 방법이 개시되어 있다. 추가된 주물사에 대하여 가변 추가 량 또는 가변 시작 수분함량이 주어지고, 여기에 다시 드럼에서의 벌크의 양이 가변적이고 그래서 모터의 전력소비 뿐만아니라 고체의 매스가 가변적이며, 그래서 오래된 모래의 특성에서의 장파장 변동들이 보상될 수 없다.

US-3 838 847에는 DE 1 947 566 보다 발전된 기술이 개시되어 있는데, 여기에서는 액체가 혼합 콘테이너에 대하여 역류 모드로서 작동하는 혼합 도구의 토크의 함수로서 주물사의 흐름과 동시에 수평 공급에 대하여 경사진 나선형 혼합 드럼 내로 도입되고, 그래서 혼합 도구상에 작용하는 토크가 일정하다.

이러한 해법의 단점은 믹서 내의 잔류시간이 조절되지 않으며 공급 컨베이어 의 도우징(dosing) 파워에 의존한다. 또한, 드럼 믹서에서 유입 주물사의 리포우즈(repose) 각도는 초기 수분함량에 강하게 의존하고, 그래서 혼합 도구는 가변량의 주물사에 덮히고, 모터 출력에 큰 영향을 갖게 된다. 또한 다시 일정한 시간이 필요하고 이어서 물이 저항에서 결국에는 전력소비에서 주목할만한 변화를 만들어낼때까지 주물사에 물을 추가하므로, 이 방법은 주물사의 과도한 젖음(overwetting)을 쉽게 야기할 수 있다.

유사한 상황이 DE　1 301 874에서 개시한 배치 방법에서도 일어날 수 있는데, 이에 의해서 오래된 모래가 추가된 후에 일정한 전력소비가 회전자에서 측정될 때까지 물추가가 혼합물 내로 연속적으로 이루어진다. 물 추가에 반응하여 혼합물의 간헐(time-lapsed) 반응 및 원하는 최종 수분함량의 영역에서 수분함량에서의 매우 작은 변화에 따른 소비를 나타낸 문서에서 주목한 극단적인 의존으로 인하여, 이 방법은 혼합 재료의 과도한 젖음을 즉시 야기할 수 있다. 이러한 문제 때문에, 동일한 발명가는 DE　2 053 936 및 CH　517 541에서 개시한 바와 같이 개별적인 추가 단계들 사이에서 적절한 간격으로 물의 일부의 연속적인 추가를 개발하였다.

JP 56053844에는 고형물의 계량을 변화시켜서 밀링 드라이브의 출력을 측정함으로써 호퍼로의 오래된 모래의 시간-프로그램 추가로부터 주물사 질을 교정하기 위한 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 방법에서는, 밀링 믹서에서 오래된 모래의 수분함량과 벤토나이트 함유량은 믹서에 대한 오래된 모래의 측정 후속 추가와 고정된 혼합 기간 뿐만아니라 소정 량의 물 및 결합제의 2차 측정 후속 추가 사이에서 모터 출력에서의 차이를 기초로하여 교정된다.

손실 물과 결합제 양에 대한 보상은 수분함량과 모터 출력에서의 차이 그리고 결합제 함유량과 모터 출력에서의 차이 사이의 실험적으로 결정된 관계을 기초로하여 동일한 장입의 주물사 내로 2차 측정을 수반한다. 2개의 작동 매개변수들, 수분함량 및 벤토나이트 함유량의 동시 교정은 단지 하나의 측정된 매개변수, 모터 출력, 믹서에서 일정량의 재료 뿐만아니라 가변적인 오래된 모래 조성에 서로 의존하고, 필수적으로 주물사의 양에서의 유사한 변화보다 큰 변화를 야기한다.

본 발명의 목적은 재활용된 주물사의 압축률을 조절하기 위한 간단한 조정장치를 갖는 방법을 제공하는 것이다.

그 목적은 다음의 단계들을 갖는 주물사 처리방법에 의해서 달성된다:

a) 처리될 주물사를 2개 이상의 주물사 부분으로 분할하는 단계;

b) 처리될 제 1 주물사 부분을 믹서에 추가하는 단계;

c) 상기 믹서에 제공된 혼합 도구를 이동시키는 단계;

d) 상기 혼합 도구를 이동시키는데 필요한 힘을 측정하는 단계;

e) 상기 믹서에서 주물사 부분의 실제적인 압축률을 측정된 힘으로부터 결정하는 단계;

f) 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이의 차이를 결정하는 단계;

g) 상기 믹서에서 주물사 부분에 추가될 물의 양을 상기 차이로부터 결정하는 단계;

h) 상기 단계 (g)에서 결정된 물의 양을 주물사 부분에 추가하는 단계;

i) 상기 믹서에 제공된 혼합 도구를 소정의 시간 동안에 이동시키는 단계;

j) 상기 혼합 도구를 이동시키는데 필요한 힘을 측정하는 단계;

k) 처리된 제 1 주물사 부분의 실제적인 압축률을 측정된 힘으로부터 결정하는 단계;

l) 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이의 차이를 결정하는 단계;

m) 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이의 차이로부터 물의 교정 량 및/또는 새로운 모래의 교정 량 및/또는 점토의 교정 량을 결정하는 단계;

n) 물의 교정 량 및/또는 새로운 모래의 교정 량 및/또는 점토의 교정 량이 추가적인 주물사에 추가되는 단계(h) 전 또는 그와 함께, 처리될 제 2 주물사 부분을 이용하여 상기 단계 (b) 내지 상기 단계(m)을 반복하는 단계.

따라서, 처리될 주물사의 일부는 초기에 믹서내에 위치하고 혼합 도구를 이동시키는데 필요한 힘이 측정된다. 이 힘을 측정하는 가장 간단한 방법은 믹서의 출력을 통해서 간접적으로 측정하는 것이다. 필요한 힘에 대하여 정확한 값을 결정하는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니며, 이러한 방법에서 필요한 힘의 측정을 나타내는 크기를 측정하는 것으로 전적으로 충분하며 중요한 주물사의 압축률보다는 힘이 그러하지 않다. 주물사의 압축률을 측정하는 많은 방법들이 존재한다. 만일, 예를 들면, 주물사가 측정 실린더에 위치한후 소정 압력으로 가압되면, 측정 실린더에서 주물사의 높이에서의 감소는 %로 나타내어지는데 이는 압축률이다.

DE　3220662를 통해서 알려진 바와 같이 주물사의 압축률은 일정한 점토 함유량에 대한 수분함량 또는 습윤의 정도에 대략적으로 선형으로 의존한다.

이러한 관계는 2% 이상의 수분함량에 대하여만 유효하다는 것을 경험을 통해 알 수 있다. 2% 이하의 습기에서 관계는 주물사에 있는 모래의 입자들의 불충분한 결합이 존재하기 때문에 비선형으로 뚜렷하게 나타난다. 압축률은 점토 함유량이 증가함에 따라서 증가한다.

예로서, 일정량의 오래된 모래는 중량측정 고체 계량 호퍼를 거쳐서 믹서 내로 장입된다. 모든 오래된 모래가 믹서에 추가된 후, 구동 모터 MP₁의 전력소비가 기록되고 모터 출력과 수분함량 간의 실험적으로 결정된 보정 곡선을 사용하여 실제 수분함량 F₁으로 변환된다. 수분함량과 주어진 점토 함량 SG에 대한 압축률 사이의 공지된 관계를 사용하여, 필수적인 참조 수분함량 F _reference가 참조 압축률 V _reference 로부터 결정되고 결과적인 수분함량차 F₁는 믹서에 대한 물의 단일 추가에 의해서 보상된다.

일정량의 물을 추가한 후에, 주물사는 믹서에서 소정의 혼합 기간 동안에의 혼합에 의해서 처리되고, 주물사의 이러한 부분의 처리의 말기에서, 비어지기 직전에, 2차 측정 MP₂이 혼합 도구의 출력으로부터 취해진다. 출력과 수분함량 사이의 공지된 관계를 사용하여, 실제 수분함량 F₂ 또는 실제 압축률 V₂가 주물사에 대하여 결정될 수 있다. 오래된 모래의 점토 함량에서의 변화 때문에, 이것은 참조 압축률 V_reference와 측정된 실제 압축률 V₂ 사이에 다이버전스(diverences)를 야기할 수 있다.

다이버전스(divergence)로부터 발생하는 압축률 △V₂에서의 차이는 추가될 물의 필요량을 결정하는 경우에 처리될 후속 주물사 장입을 고려하여 소정의 교정 함수를 사용하여 수분함량 교정 값 F_corr로 변환된다.

F _{reference, i} = F_1,i + ΔF₁ - F_corr,i + F_evap (T_i) (1)

여기에서 F_corr,i = F_corr,i-1 + F_corr(ΔV_2,i-1)

여기에서 i는 장입 수, 예를 들어 제 1 주물사 부분에 대한 i = 1이고, 제 2 주물사 부분에 대한 i = 2이다.

그러므로 후속 주물사의 처리는 주물사 부분을 처리하고 다음에 그것을 처리하는 선행 단계 직후에 이루어지는 교정 측정에 의해서 영향을 받는다. 후속 주물사 부분의 처리에서의 이러한 교정 중재에 의해서 한편으로는 믹서에서의 혼합시간은 일정하게 유지될 수 있고, 다른 한편으로는 오래된 모래 조성물에서의 장파장 변화가 보상될 수 있다. 이것은 모래 조성물에 있어서 점진적 변화들로 교정 물 양들의 자동 채택을 야기한다. 다시 말해서, 처리의 말기에서 압축률은 모니터링되고, 참조값으로부터의 다이버전스(divergence)가 관찰되면, 후속 주물사의 처리는 그에 대응하여 채택된다. 교정값은 다이버전스(divergence)가 조성된 주물사 부분에 대하여 더이상 적용되지 않으며, 단지 처리될 후속 주물사 부분에 대하여 적용된다.

처리될 주물사가 주변에 비해서 상승된 온도를 갖는 경우에 있어서, 물이 추가되고, 추가되는 물의 일부는 믹서의 하류, 예를 들어 장입 벨트와 같은 설비의 일부에서 증발된다. 수분의 이러한 손실을 보상하기 위해서, 바람직한 실시 예에 있어서, 증발을 통한 수분의 기대 손실은 에너지 균형을 이용하여 오래된 모래의 온도로부터 측정되고, 이러한 추가적인 수분 F_evap(T)가 주물사에 또한 추가된다.

다른 실시 예에 있어서, 믹서는 처리중에 진공화된다. 이것은 주물사에 함유된 물의 끓는점의 감소를 야기하고, 그래서 물의 적어도 일부는 증발하고, 필요한 증발 에너지는 나머지 주물사가 효과적으로 냉각되는데 필요한 것을 의미한다. 재활용된 주물사는 주로 파괴된 주형으로부터 얻어지므로, 어떠한 경우라도 처리하기에는 너무 뜨겁고 따라서 냉각되어야만 한다. 진공하에서의 처리는 준비 방법을 단축할 뿐만아니라 처리될 주물사의 질 향상을 제공한다.

주물사의 수분함량을 유지하기 위해서, 주물사 처리의 이러한 변수들에 있어서, 증발을 위한 일정량의 물을 보충하는 것에 추가하여, 이러한 경우에 있어서 처리될 주물사의 최종온도는 적용된 최종 압력에 대응하도록 주어지고, 일정량의 물F_cool을 정확히 처리하기 전에 주물사 온도를 그것의 실제온도로부터 참조온도로 냉각시키는 것이 이루어진다. 이를 위해서, 처리되지않은 주물사의 온도의 측정이 사용되는데, 이때 온도측정은 오래된 모래 공급라인에서 수행될 수 있다.

오래된 모래의 온도는, 예를 들어, 오래된 모래 벨트들을 거쳐서 계량 호퍼로 운반되고 계량호퍼로 이르는 경로에서 포획되어, 증발 물을 보상하거나 또는 증발 냉각을 위해서 사용되는 물 함량을 결정하도록 진공하에서의 처리를 위해 후속 물 교정에 사용된다.

그러므로, 증발에 의한 온도-의존 물 손실 F_evap(T)은 오래된 모래에서의 이미 측정된 오래된 모래 온도에 의해서 또는 에너지 균형에 의해서 공지된 방식으로 증기 압력곡선을 사용하여 진공처리의 최종압력으로부터 계산된 끓는점으로부터 계산되며, 그 다음에는 추가적으로 혼합물에 추가된다.

특히 바람직한 실시 예에 있어서, 준비의 말기에서 실제 압축률과 참조 압축률 사이의 결정된 수분함량 차이의 함수로서 수분함량 보정에 대한 교정 함수는 3개 구간으로 분할된다. 제 1 구간에 있어서, 교정 함수는 n > 1로 n번째 오더 다항식을 따르며, 그래서 작은 다이버전스(divergences)는 수분 추가에서 단지 약간 교정되고, 반면에 큰 다이버전스는 큰 효과를 갖는다. 제 1 구간 바로 옆에 놓이는 제 2 구간에 있어서, 수분함량 보정은 선형관계를 따르며, 제 2 구간 바로 옆에 놓이는 제 3 구간에 있어서, 그것은 설정된 최대값에 의해서 제한된다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 압축률 차이의 보정은 대안적으로 수행되거나 또는 벤토나이트, 석탄 분진 및 여과된 분진과 같은 미세하게 분할된 재료들의 혼합물이나 새로운 모래의 혼합물에 추가하여 조합으로서 수행된다. 소정의 중량 측정 체크된 양의 고형물이 믹서에 추가된 후에 혼합이 완료되고, 구동 모터의 전력소비가 기록되고 모터 출력과 수분함량 간의 실험적으로 결정된 보정 곡선을 사용하여 실제 수분함량으로 변환된다. 오래된 모래의 온도를 기초로 증발수를 고려하여 이미 한정된 최종 수분함량들 사이의 차이는 혼합물에 물을 추가함으로써 보상된다.

F _{reference, i} = F_1,i + DF₁ + F_evap (T_i) (2)

전체량의 물을 추가한 후에, 주물사는 믹서에서 소정의 혼합 기간 동안에 처리되고, 주물사의 이러한 부분의 처리가 완료되는 경우, 혼합 도구의 출력의 2차 측정이 혼합 도구가 비어지기 직전에 이루어진다. 출력과 수분함량 사이의 공지된 관계 또는 주어진 점토 함량에 대한 압축률이 실제 압축률과 참조 압축률 사이의 차이를 결정하는데 사용된다.

이러한 압축률 차이는 구간으로 한정된 보정 함수를 거쳐서 추가될 필요 추가량을 결정하도록 다른 주물사 부분의 후속 준비를 고려하여 레시피(recipe)에서 점토 함량을 보정하도록 교정 값으로 변환된다.

실제 압축률과 참조 압축률 사이에 포지티브 차이이 존재하는 경우에 있어서는, 혼합물에 있는 점토 함량이 너무 낮고 따라서 예를 들어 벤토나이트, 석탄 분진 및 여과된 분진의 혼합물의 형태로 미세한 물질을 추가하여야 하고, 반면에 실제 압축률과 참조 압축률 사이에 네가티브 차이가 존재하는 경우에 있어서는, 혼합물에 있는 점토 함량이 너무 높고 따라서 새로운 모래가 그것을 감소시키기 위해 추가되어야 한다.

추가적인 물질에 대한 교정 함수는 처리의 말기에서 실제 압축률과 참조 압축률 사이로 결정된 압축률 차이의 함수로서 3개 구간으로 분할된다. 제 1 구간에 있어서, 교정 함수는 n > 1로 n번째 오더 다항식을 따르며, 그래서 작은 다이버전스(divergences)는 추가될 물질의 양에서 단지 매우 작은 변화만을 야기한다. 제 1 구간 바로 옆에 놓이는 제 2 구간에 있어서, 추가 물질 보정은 선형관계를 따르며, 제 2 구간 바로 옆에 놓이는 제 3 구간에 있어서, 그것은 설정된 최대값에 의해서 제한된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 일정한 수분 혼합 기간을 유지하는 동안에 전체 준비 기간을 단축하기 위해서, 그 질, 필요한 양의 물의 일부, 바람직하게는 80~90%가 믹서 내로 계량될 수 있고, 그 양은 예전에 처리된 주물사 부분에 대하여 결정된 물의 양을 기초로 하고 이와 동시에 믹서에 대한 오래된 모래 또는 새로운 모래와 첨가제의 추가를 기초로 한다.

이러한 방식에 있어서, 한편으로는 출력의 제 1 측정의 초기에서 모래의 수분함량은 필요 최소 수분함량의 2% 이상으로 한정되고, 다른 한편으로는 고 수분함량에 대한 필요 수분 혼합시간은 주물사 처리 시간을 상당히 단축하도록 유지될 수 있다. 2%의 최소 수분함량은 압축률과 수분함량 사이의 관계가 선형인 경우에 필수적이다.

소정의 참조 압축률을 달성하는데 필수적인 손실된 양의 수분은 물을 추가하고 혼합한 후에 제 1 출력 측정을 기초하여 결정될 수 있다. 나머지 양의 물을 방정식(1)에 의거하여 결정하고 추가한 후에, 이경우에는 단지 손실 10% 내지 20%만을 보상하는데, 비어진 직후에, 제 2 출력 측정이 전체의 일정한 수분 혼합시간동안에 기록되고, 그래서 실제 수분함량이나 실제 압축률이 그로부터 결정될 수 있고 후속 주물사 부분에 추가될 물의 양의 보정에 대해서 유용하다.

추가적인 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들에 한정되어 있다.

본 발명의 다른 장점들, 특징들 및 실시예들은 첨부 도면들을 참조하는 본 발명의 다음의 명세서로부터 명백하게 밝혀질 것이다, 첨부된 도면에서:

도 1은 본 방법을 수행하기 위한 설비의 개략도;

도 2는 모터 출력과 수분함량 사이의 실험적으로 결정된 관계 또는 수분과 다양한 점토 함량에 대한 주물사의 압축률 사이의 공지된 관계를 보여주는 도표;

도 3은 참조 압축률과 실제 압축률 사이의 차이의 함수로서 3개의 구간으로 분할된 수분함량 보정함수를 개략적으로 나타낸 도표;

도 4는 모터 출력과 수분함량 사이의 실험적으로 결정된 관계 또는 습기와 다양한 점토 함량에 대한 주물사의 압축률 사이의 공지된 관계를 보여주는 도표; 그리고

도 5는 참조 압축률과 실제 압축률 사이의 차이의 함수로서 3개의 구간으로 분할된 점토 함량 보정함수를 개략적으로 나타낸 도표이다.

도 1은 캔틸레버식 고속 작동 혼합 도구(2)를 갖는 주물사 믹서(1)를 구비한 본 발명의 방법을 수행하기 위한 설비를 도식적으로 나타낸 도면이다. 모터 출력은 위상들을 고려하여 모터 전압 및 모터 전류의 기록에 의해서 공지된 방식으로 결정되고, 제어장치(3)로 제공된다.. 주물사 믹서(1)에는 계량 호퍼(4)와 추가적인 계량 호퍼(5)를 거쳐서 고형물들이 공급된다.. 오래된 모래 계량 호퍼(4)에는 오래된 모래 사일로(6)로부터 예를 들어 컨베이어 벨트(7)를 거쳐서 오래된 모래가 소정의 중량에 도달할때까지 장입된다.. 오래된 모래는 오래된 모래 사일로(6)로부터 오래된 모래 계량 호퍼(4)로 운반되는 반면, 오래된 모래의 온도는 온도 센서(8)를 사용하여 컨베이어 벨트 상에서 연속적으로 결정되고, 오래된 모래 온도에 대한 평균값은 그로부터 계산되어 제어장치(3)로 제공된다. 오래된 모래 계량 호퍼(4)로의 오래된 모래 추가에 이어서, 고정된 소정 량의 새로운 모래(9)가 새로운 모래 사일로로부터 추가된다.. 이와 동시에, 벤토나이트(10) 및 석탄분진(11)과 같은 소정량의 첨가제들이 추가적인 계량 호퍼(5)에서 계량된다. 충분한 양의 물이 액체 계량 호퍼(12)에 제공되는데, 그래서 완전히 계량된 계산된 양의 액체가 배출구를 통해서 믹서(1)에 있는 주물사로 중단없이 공급될 수 있다.

고체 계량 호퍼들에 대한 개별적인 중량은 믹서(1)에 대하여 일정한 총 중량의 고체들을 제공할 수 있도록 하기 위하여 제어장치를 거쳐서 중량에 의해서 측정된다.

도 2에 도시된 도표의 하부는 압축률과 수분함량 사이의 공지된 관계를 보여준다. 다양한 보정 곡선들을 볼 수 있는데, 이들은 점토 함량에 의존하며, 높은 점토 함량 SG에 대하여 수분함량이 증가하는 방향으로 상쇄된다. 도 2에 도시된 도표의 상부는 모터 출력 MP와 혼합물의 수분함량 사이의 실험적으로 결정된 관계를 보여준다. 2%의 수분함량을 넘어서부터 모터 출력은 수분함량에 따라서 선형방식으로 상승한다. 도시된 보정 곡선은 주물사 초기 중량의 전체 중량을 나타낸다. 2%의 수분함량 이하에서, 모래의 입자들 사이의 아직 불완전한 결합으로 인하여, 모터 출 력과 수분함량 간의 관계는 뚜렷하게 비선형적이다.

압축률을 조절하기 위한 목적으로 이러한 영역을 이용하는 것은 제한되며, 2% 이상의 시작 수분함량이 선택되는 것이 바람직하다.

예로서, 이것은 고체들이 믹서에 추가됨과 동시에 사전 주물사 부분(선행 장입믈)에 추가된 물의 양의 80~90%의 양으로 물을 추가하는 것에 의해서 보장될 수 있다.

도 3은 압축률에서의 차이의 함수로서 부수적인 장입물에 추가될 물의 양을 교정하도록 사용되는 수분함량 교정 함수를 도식적으로 나타낸 도면이다. 압축률에서의 포지티브 및 네가티브 다이버전스(divergences)에 대하여, 교정 함수는 3개의 다른 구간으로 분할된다. 제 1 구간에 있어서, 교정 함수는 n > 1로 n번째 오더 다항식을 따르며, 그래서 참조값으로부터 연유된 작은 다이버전스는 모두에서 단지 약간 교정되고, 반면에 큰 다이버전스에 대해서는 과도하게 큰 교정이 수행된다. 큰 다이버전스에 대한 교정이 너무 크지 않게 하기 위해서, 제 1 구간(I)은 선형 거동을 바람직하게 나타내는 제 2 구간(II)으로 이르게 되고, 여기에서 압축률과 수분함량 사이의 다이버전스는 정비례한다. 제어 루프가 동요하는 것을 방지하기 위해서, 매우 큰 다이버전스에 대해서는, 장파장 변수들 보다는 고립된 결과에 기인하는 룰로서 상부 제한 교정 값(구간 III 참조)에 의해서 교정이 제한된다.

도 4는 모터 출력, 수분함량 및 도 2에 도시된 바와 같은 다양한 점토 함량에 대한 압축률 사이의 기본적으로 유사한 관계를 나타내는데, 이때 설명에 불필요한 참조 수치들은 생략하였다. 그이상의 교정 함수들 없이, 주어진 점토 함량에서 참조 압축률로부터 얻어진 참조 수분함량 F_reference와 출력 MP₁으로부터 얻어진 수분함량 사이의 차이로부터 직접적으로 추가될 액체의 양이 계산된다. 장입 F₂의 말기에서 실제 수분함량(보정 곡선을 사용하여 믹서를 빈상태로 만들기 직전에 출력 MP₂로부터 계산됨)과 참조 수분함량 F_reference 사이의 가변 점토 함량으로 인한 다이버전스는 이 경우에 고체 추가 계량의 제어에서 중재(intervention)에 의해 보상된다. 여기에서 사용된 교정 함수는 도 5에 도식적으로 도시되어 있다. 추가될 물의 양을 교정하는 것은 추가될 크거나 작은 양의 물을 필요로 하지만, 고체 추가를 교정하는 경우, 점토 함유량을 감소시키기 위해 조악한 새로운 모래를 추가하는 것 또는 점토 함유량을 상승시키기 위해서 미세한 새로운 모래를 추가하는 것 사이에서 결정이 이루어진다. 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 믹서 V₂에서 이루어지는 처리의 말기에서의 압축률과 참조 압축률 사이의 포지티브 차이는 점토 함유량이 너무 낮다는 것을 의미하며, 그래서 이것은 미세한 새로운 모래를 예를 들어 벤토나이트 혹은 벤토나이트, 석탄 분진 및 가능한한 여과된 분진 혼합물의 형태로 추가함으로써 보상될 수 있다.

믹서 V₂에서 이루어지는 처리의 말기에서의 압축률과 참조 압축률 사이의 네가티브 차이는 점토 함유량이 너무 높다는 것을 의미하며, 그래서 이것은 새로운 모래의 형태로 조악한 재료를 추가함으로써 보상될 수 있다.

모래 추가 및 벤토나이트의 미세 추가에 대한 교정 함수들은 예를 들어 3개 의 다른 구간들로 바람직하게 분할된다. 제 1 구간에 있어서, 교정 함수는 n > 1로 n번째 오더 다항식을 따르며, 그래서 차이로부터 연유된 작은 다이버전스는 모두에서 단지 약간 교정되고, 반면에 큰 다이버전스에 대해서는 과도하게 큰 교정이 수행된다. 큰 다이버전스에 대한 교정이 너무 크지 않게 하기 위해서, 제 1 구간은 선형 거동을 바람직하게 나타내는 제 2 구간으로 이르게 되고, 여기에서 압축률과 수분함량 사이의 다이버전스는 정비례한다. 제어 루프가 동요하는 것을 방지하기 위해서, 매우 큰 다이버전스에 대해서는, 장파장 변수들 보다는 고립된 결과에 기인하는 룰로서 상부 교정 값에 의해서 제한된다.

Claims (15)

1. 주물사 처리방법으로서,

   a) 처리될 주물사를 2개 이상의 주물사 부분으로 분할하는 단계;

   b) 처리될 제 1 주물사 부분을 믹서에 추가하는 단계;

   c) 상기 믹서에 제공된 혼합 도구를 작동시키는 단계;

   d) 상기 혼합 도구를 이동시키는데 필요한 힘을 측정하는 단계;

   e) 상기 믹서에서 주물사 부분의 실제적인 압축률을 측정된 힘으로부터 결정하는 단계;

   f) 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이의 차이를 결정하는 단계;

   g) 상기 믹서에서 주물사 부분에 추가될 물의 양을 상기 차이로부터 결정하는 단계;

   h) 상기 단계(g)에서 결정된 물의 양을 주물사 부분에 추가하는 단계;

   i) 상기 믹서에 제공된 상기 혼합 도구를 소정의 시간 동안에 작동시키는 단계;

   j) 상기 혼합 도구를 이동시키는데 필요한 힘을 측정하는 단계;

   k) 처리된 제 1 주물사 부분의 실제적인 압축률을 측정된 힘으로부터 결정하는 단계;

   l) 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이의 차이를 결정하는 단계;

   m) 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이의 차이로부터 물의 교정 량, 새로운 모래의 교정 량 및 점토의 교정 량 중 적어도 어느 하나의 교정 량을 결정하는 단계;

   n) 처리될 제 2 주물사 부분을 이용하여 상기 단계 (b) 내지 상기 단계(m)을 반복하는 단계에서,

   상기 단계 h) 전 또는 그와 함께, 결정된 교정 량의 물, 교정 량의 새로운 모래 및 교정 량의 점토 중 적어도 어느 하나의 교정 량이 추가적인 주물사 부분에 추가되는,

   주물사 처리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(m)에서 결정된 교정 량들을 부수적인 주물사 부분에 각각 추가되는 주물사 처리방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 측정될 주물사의 온도는 상기 단계(i)전에 측정되고, 측정된 온도와 참조온도 사이의 차이는 증발 물의 양 Fevap을 계산하는데 사용되고, 증발 물의 양 Fevap은 상기 단계(i)전에 상기 믹서에 추가되는 주물사 처리방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 진공이 상기 단계(i) 동안에 상기 믹서에 형성되는 주물사 처리방법.
5. 제 4 항에 있어서, 처리될 주물사의 온도는 상기 단계(d)전에 측정되고, 측정된 온도와 참조온도 사이의 차이는 참조 온도로의 증발 냉각에 의해서 주물사를 냉각시키는데 필요한 추가될 물의 양 F_cool을 계산하는데 사용되는, 주물사 처리방법.
6. 제 1 항 내지 제 2 항중 한 항에 있어서, 상기 단계(d)전에, 제 2의 그리고 매 후속 주물사 부분, 제 1의 혹은 선행 주물사에 대하여 상기 단계(g)에서 결정되는 물의 양의 적어도 1/10이 상기 단계(m)에서 결정된 물의 교정 량으로 교정되는 물의 양이 추가되는 주물사 처리방법.
7. 제 1 항 내지 제 2 항중 한 항에 있어서, 상기 소정의 시간 간격은 처리될 모든 주물사에 대하여 동일한 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
8. 제 1 항 내지 제 2 항중 한 항에 있어서, 물의 교정 량은 상기 단계(m)에서 계산되는 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
9. 제 8 항에 있어서, 물의 교정 량은 선형 구간의 교정 함수를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
10. 제 8 항에 있어서, 물의 교정 량은 물의 소정의 제한 량에 의해서 한정되는 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
11. 제 8 항에 있어서, 실제적인 압축률과 참조 압축률 사이에서 측정된 작은 차이에 대하여, 물의 교정 량은 n번째 오더 교정 함수에 의해서 결정되고, 이때 상기 n　>　1인 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
12. 제 1 항 내지 제 2 항중 한 항에 있어서, 상기 단계(m)에서 새로운 모래의 교정 량이나 점토의 교정 량은 실제 압축률과 참조 압축률 사이의 차이로부터 결정되고, 새로운 모래의 교정 량이나 점토의 교정 량은 처리될 후속 주물사 부분에 대하여 상기 단계(b)에서 추가되는 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 단계(m)에서 물 교정 량은 실제 압축률과 참조 압축률 사이의 차이로부터 결정되고, 상기 물의 교정 량은 상기 단계(g)에서 결정된 일정량의 물을 처리될 후속 주물사 부분에 대하여 상기 단계(h)에서 주물사 부분에 대하여 추가할 때 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 주물사 처리방법.
14. 제 1항 내지 제 2항중 한 항에 있어서, 상기 단계(d)전에, 제 2의 그리고 매 후속 주물사 부분, 제 1의 혹은 선행 주물사에 대하여 상기 단계(g)에서 결정되는 물의 양의 적어도 5/10이 상기 단계(m)에서 결정된 물의 교정 량으로 교정되는 물의 양이 추가되는 주물사 처리방법.
15. 제 1항 내지 제 2항중 한 항에 있어서, 상기 단계(d)전에, 제 2의 그리고 매 후속 주물사 부분, 제 1의 혹은 선행 주물사에 대하여 상기 단계(g)에서 결정되는 물의 양의 적어도 9/10이 상기 단계(m)에서 결정된 물의 교정 량으로 교정되는 물의 양이 추가되는 주물사 처리방법.

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