KR102099985B1 - 슬러리의 농도 측정용 기구 및 이 기구를 사용한 슬러리의 농도의 측정 방법 - Google Patents

슬러리의 농도 측정용 기구 및 이 기구를 사용한 슬러리의 농도의 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 습식 블라스트 가공 장치에 있어서, 실제로 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 측정할 수 있는 농도 측정용 기구를 제공하는 것이다.
농도 측정용 기구는, 농도 측정 용기와 배기부와 개폐 부재와 도입 부재와 연결 부재를 구비한다. 연결 부재에는 노즐을 연결할 수 있다. 노즐로부터 분사된 슬러리를 포함하는 고기액 삼상류는, 도입 부재 및 개폐 부재를 통과하여, 농도 측정 용기에 도입된다. 농도 측정 용기에서 채취된 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하여 연산함으로써, 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 산출할 수 있다.

Description

슬러리의 농도 측정용 기구 및 이 기구를 사용한 슬러리의 농도의 측정 방법 {APPARATUS FOR MEASURING CONCENTRATION OF SLURRY AND METHOD FOR MEASURING CONCENTRATION OF SLURRY USING THE SAME}
본 발명은, 습식 블라스트 가공 장치에 있어서 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 측정하기 위한 기구 및 그 기구를 사용하여 슬러리의 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
블라스트 가공은, 버어 제거, 스케일의 제거, 표면 거칠기의 조정, 박막층의 제거, 에칭 등의 미세 가공 등에 있어서 널리 사용되고 있다. 블라스트 가공에는, 미소 입자나 숏 등의 분사재를 압축 공기 등의 고압 가스와 함께 노즐로부터 피가공물을 향해 분사하는 건식 블라스트 가공과, 분사재를 물 등의 액체에 분산시킨 슬러리를 압축 공기 등의 고압 가스와 함께 노즐로부터 피가공물을 향해 분사하는 습식 블라스트 가공이 포함된다. 습식 블라스트 가공은, 건식 블라스트 가공에 비해, 분사재나 블라스트 가공에서 발생한 절삭분 등의 미립자의 비산이 적어 작업 환경이 좋은 점이나, 피가공물의 표면에의 분사재의 부착이 적으므로, 가공 후의 피가공물의 세정이 용이한 점 등에 있어서 우수하여, 장래적으로 습식 블라스트 가공이 이용되는 기회가 늘어날 것이 예상된다.
습식 블라스트 가공에 있어서의 가공 성능은, 슬러리 중의 분사재의 함유량의 비율을 나타내는 슬러리의 농도에 따라서 변화된다. 따라서, 피가공물의 마무리 정밀도를 관리하기 위해, 블라스트 가공 중에 슬러리의 농도를 관리하는 것이 필요하다. 블라스트 가공 중에 슬러리의 농도를 관리하기 위한 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 슬러리를 가요성 관에 유입시킨 후, 이 중량을 측정하고, 측정 결과를 연산함으로써 슬러리의 농도를 측정하는 장치가 개시되어 있다.
일본 실용신안 출원 공개 평06-066952호 공보
특허문헌 1에 개시되어 있는 슬러리의 농도 측정 장치는, 슬러리 조로부터 노즐을 향하는 경로로부터 분기된 경로에 설치되어 있다. 이 슬러리의 농도 측정 장치는, 블라스트 가공 중이라도 슬러리의 농도를 측정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도는, 노즐에 도입되는 고압 가스의 영향을 받으므로, 분기된 경로를 흐르는 슬러리의 농도, 즉, 농도 측정 장치에 의해 측정된 슬러리의 농도와 반드시 일치하는 것은 아니다. 그로 인해, 특허문헌 1에 개시되어 있는 슬러리의 농도 측정 장치에서는, 슬러리의 농도를 충분히 고정밀도로 관리할 수 없다. 본 발명은, 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 측정하기 위한 슬러리의 농도 측정용 기구 및 이 슬러리의 농도 측정용 기구를 사용한 슬러리의 농도의 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하의 설명에 있어서 「블라스트 가공」은, 특별히 기재하지 않는 한 「습식 블라스트 가공」을 의미하는 것으로 한다. 또한, 「슬러리의 농도」라 함은, 슬러리에 대한 분사재의 함유율을 나타내며, 질량％, 체적％ 등으로 표시된다.
본 발명은, 습식 블라스트 가공 장치의 노즐로부터 분사된, 액 중에 분사재가 분산된 슬러리의 농도를 측정하기 위한 슬러리의 농도 측정용 기구이며, 슬러리를 내부에 도입하기 위한 개구부를 갖는 농도 측정 용기와, 농도 측정 용기의 개구부에 일단부가 접속되어 있고, 농도 측정 용기 내에 슬러리를 도입하는 개폐 부재이며, 노즐로부터 분사된 슬러리가 통과하는 경로를 개폐하는 기구를 구비한 개폐 부재를 구비하고, 농도 측정 용기에는, 노즐로부터 분사된 고압 가스를 배출하기 위한 배기부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 블라스트 가공을 행하기 전에 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 미리 측정할 수 있으므로, 피가공물의 마무리 정밀도를 관리할 수 있다. 또한, 농도 측정 용기에 배기부가 설치되어 있으므로, 고압 가스의 영향을 받는 일 없이, 슬러리의 농도를 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 또한, 개폐 부재의 타단부에 일단부가 접속되고, 슬러리를 개폐 부재에 도입하는 도입 부재이며, 도입 부재는, 일단부의 외주와, 개폐 부재의 타단부의 내주 사이에 간극이 형성되도록 개폐 부재에 접속된 도입 부재와, 도입 부재의 타단부와, 노즐의 분사구를 연결하기 위한 연결 부재를 구비한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 개폐 부재를 폐지한 상태라도, 고압 가스를 도입 부재의 외주와, 개구 부재의 내주 사이의 간극으로부터 배출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 농도 측정 용기의 개구부에는, 농도 측정 용기의 내부에 도입된 슬러리의 흐름을 정류하기 위한 정류 부재가 연결되어 있다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 정류 부재에 의해, 농도 측정 용기에 도입되는 슬러리의 흐름이 정류되므로, 도입된 슬러리가 이 기류를 타고 배기부로부터 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서 바람직하게는, 농도 측정 용기의 내부에는, 도입된 슬러리가 튀어오르는 것을 방지하기 위한 비산 방지 부재가 배치되어 있다.
슬러리가 슬러리의 농도 측정 용기의 저부에 낙하하였을 때에 액적으로서 튀어오르면, 상기 슬러리의 농도 측정 용기 중에서 발생하고 있는 기류를 타고 배기부로부터 외부로 누출될 우려가 있다. 이에 대해, 상기한 구성의 본 발명에 따르면, 비산 방지 부재가 설치되어 있으므로, 액적으로서 튀어오른 슬러리는 상기 비산 방지 부재에 저해되어 상기 기류를 타는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서 바람직하게는, 슬러리 중의 분사재의 침강 속도가 0.20∼200㎜/sec이다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 분사재의 침강 속도가 빠르면, 많은 시간을 필요로 하지 않고 슬러리의 농도 측정 용기 중의 분사재를 침강시켜, 분사재와 액체를 분리할 수 있다.
본 발명의 슬러리의 농도의 측정 방법은, 상기한 슬러리의 농도 측정용 기구를 사용한 슬러리의 농도의 측정 방법이며, 개폐 부재의 경로를 폐지하는 공정과, 노즐에 슬러리를 보내는 공정과, 노즐에 고압 가스를 도입하는 동시에 슬러리와 고압 가스를 혼합하여 고기액(固氣液) 삼상류로서 노즐로부터 분사하는 공정과, 고기액 삼상류를 분사하고 나서 소정 시간이 경과한 후에 개폐 부재의 경로를 개방하는 공정과, 슬러리를 농도 측정 용기에 의해 포집하는 동시에, 슬러리와 함께 농도 측정 용기에 유입된 고압 가스를 배기부에 의해 배기하는 공정과, 농도 측정 용기에 의해 포집된 슬러리를 이용하여 슬러리의 농도를 구하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 블라스트 가공을 행하기 전에 미리 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 측정할 수 있으므로, 피가공물의 가공 정밀도를 관리할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 슬러리와 고압 가스를 혼합하여 고기액 삼상류로서 노즐로부터 분사하는 공정에서는, 노즐로부터 분사된 고기액 삼상류가 개폐 부재에 도달할 때까지의 동안에, 고기액 삼상류의 속도를 감속시킨다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 개폐 부재가 고기액 삼상류의 절삭력에 의해 손모되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 슬러리의 농도를 구하는 공정에서는, 농도 측정 용기에 의해 포집한 슬러리 및 분사재의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하고, 이 결과에 기초하여 슬러리의 농도를 산출한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 간편한 방법으로 슬러리의 농도를 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 슬러리의 농도를 구하는 공정은, 개폐 부재의 경로가 폐지되어 있는 동안에 개폐 부재에 퇴적된 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하는 초기 측정 공정과, 개폐 부재에 퇴적된 슬러리 및 노즐로부터 소정 시간 분사된 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하는 정상기 측정 공정을 포함하고, 초기 측정 공정 및 정상기 측정 공정에서 측정된 값으로부터, 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 산출한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 개폐 부재에 퇴적된 슬러리의 영향을 제외할 수 있으므로, 보다 정확하게 슬러리의 농도를 측정할 수 있다.
상기한 바와 같이, 블라스트 가공의 가공 능력은, 분사되는 고기액 삼상류 중의 슬러리의 농도에 의존한다. 노즐(N)로부터 분사되는 슬러리의 농도를 측정하는 것은, 피가공물의 마무리 정밀도를 관리하는 데 있어서 매우 중요하다. 슬러리의 농도는, 슬러리 조 중이나 슬러리 조로부터 노즐로의 경로 중에서 측정하는 것보다, 노즐로부터 분사되는 슬러리를 직접 측정하는 쪽이, 보다 정확한 농도를 측정할 수 있다.
이에 대해, 본 발명에 따르면, 실제로 분사되는 슬러리의 농도를, 블라스트 가공을 행하기 전에 측정할 수 있으므로, 피가공물의 가공 정밀도를 관리하여, 안정된 블라스트 가공을 행할 수 있다.
도 1은 습식 블라스트 가공 장치를 도시하는 도면.
도 2는 본 실시 형태의 농도 측정용 기구의 모식도.
도 3은 본 실시 형태의 슬러리의 농도를 측정하는 공정을 설명하는 흐름도.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 노즐로부터의 슬러리의 분사량(토출량)과, 펌프, 에어 컴프레서 및 개폐 부재의 상태를 나타내는 설명도.
본 발명의 슬러리의 농도 측정용 기구의 일 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 상하 좌우 방향은 특별히 기재하지 않는 한, 도면 중의 방향을 나타낸다.
도 1은, 본 실시 형태의 블라스트 가공 장치(20)를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 블라스트 가공 장치(20)는, 블라스트 가공실(21)과, 이 블라스트 가공실(21)의 하방에 설치된 슬러리를 저류하기 위한 슬러리 조(22)를 구비한다. 블라스트 가공실(21)에는, 슬러리를 분사하기 위한 노즐(N)이 설치되어 있다.
슬러리 조(22)에는, 슬러리가 채워져 있다. 슬러리는 액체(본 실시 형태에서는 물)에 분사재가 분산되어 이루어진다. 슬러리 조(22)는, 펌프(P2)를 통해 노즐(N)과 연결되어 있다. 펌프(P2)를 구동시킴으로써, 슬러리 조(22) 내의 슬러리가 노즐(N)로 보내진다.
또한, 노즐(N)은 고압 가스 발생 기구[본 실시 형태에서는, 에어 컴프레서(27)]와 연결되어 있어, 에어 컴프레서(27)로부터 고압 가스(본 실시 형태에서는, 압축 공기)가 노즐(N)로 보내진다. 노즐(N)로 보내진 슬러리 및 압축 공기는 노즐(N)의 내부에서 혼합되어, 고기액 삼상류로서 피가공물(W)을 향해 분사된다. 분사된 고기액 삼상류 중의 슬러리가 피가공물(W)에 충돌함으로써 블라스트 가공이 행해진다. 그리고, 피가공물(W)을 향해 분사된 슬러리는 슬러리 조(22)로 유입되어 회수된다.
또한, 블라스트 가공 장치(20)는, 선별 기구(23)와, 분리 기구(24)를 구비한다. 선별 기구(23)는, 슬러리 조(22)로부터 슬러리를 퍼올리기 위한 펌프(P1)를 포함한다. 블라스트 가공을 행하면, 분사재와 작업물의 충돌에 의해 미립자가 발생하고, 이들 미립자는 슬러리 조(22)로 유입되어 버린다. 이러한 미립자로서는, 분사재의 일부에 균열이나 절결이 발생하여 블라스트 가공에 적합하지 않은 크기로 된 분사재나, 분사재와 피가공물(W)의 충돌에 의해 발생한 피가공물(W)의 절삭분 등을 들 수 있다.
슬러리 조(22) 내의 슬러리는, 미립자를 포함한 상태에서 펌프(P1)에 의해 선별 기구(23)로 보내진다. 선별 기구(23)는, 보내진 슬러리에 포함되는 미립자와, 블라스트 가공에 적합한 재이용 가능한 분사재를 분별한다. 선별 기구(23)에 의해 선별된 블라스트 가공에 적합한 분사재는 슬러리 조(22)로 복귀된다. 또한, 선별 기구(23)에 의해 선별된 미립자는 분리 기구(24)로 보내진다. 분리 기구(24)로 보내진 미립자는, 고액 분리되어, 고형물은 슬러지로서 슬러지 조(25)로, 액체는 저액조(26)로, 각각 회수된다.
또한, 펌프(P2)로부터 노즐(N)로 연장되는 경로는, 도중에서 분기되어 있고, 이 분기된 경로에 의해, 펌프(P2)에 의해 퍼올려진 슬러리의 일부는 슬러리 조(22)로 복귀된다. 이와 같이, 펌프(P2)를 구동시키면 슬러리의 일부가 슬러리 조(22)로 복귀되므로, 슬러리 조(22) 중의 슬러리가 교반된다.
도 2는 본 실시 형태의 슬러리의 농도를 측정하기 위한 농도 측정용 기구(10)를 도시하는 단면도이다. 본 실시 형태의 농도 측정용 기구(10)는, 노즐(N)의 선단에 장착되고, 노즐(N)로부터 분사되는 슬러리를 직접 채취하여, 농도를 측정하는 것이다. 농도 측정용 기구(10)는, 농도 측정 용기(11)와, 농도 측정 용기(11)의 측벽에 설치된 배기부(12)와, 농도 측정 용기(11)의 상부에 접속된 원통 형상의 개폐 부재(13)와, 개폐 부재(13)의 상부에 접속된 도입 부재(14)와, 도입 부재(14)와 노즐(N)을 연결하는 연결 부재(15)를 구비한다. 개폐 부재(13)는 원통 형상의 부재이며, 그 상부에 도입 부재(14)의 하단부가 삽입되어 있다. 이후에 상세하게 서술하는 바와 같이, 개폐 부재(13)의 상단부와 도입 부재(14)의 하단부 사이에는 간극(S)이 형성되어 있다.
농도 측정 용기(11)는, 상하 양단부가 개구된 원통 형상의 상부 케이싱(11a1) 및 상부 케이싱(11a1)의 하단부에 착탈 가능하게 장착된 바닥이 있는 원통 형상의 하부 케이싱(11a2)을 갖는 슬러리 포집 용기(11a)와, 슬러리 포집 용기(11a)의 천장부를 형성하는 덮개(11b)로 구성된다. 상부 케이싱(11a1)의 상부 측면에는 복수의 개구부(11c)가 형성되어 있다.
노즐(N)로부터 고기액 삼상류가 분사되면, 고기액 삼상류에 있어서의 압축 공기는 개구부(11c)로부터 외부로 배기(유출)된다. 그러나, 개구부(11c)의 단면적 A1이 지나치게 작으면, 노즐(N)로부터 고기액 삼상류가 분사되었을 때에 슬러리 포집 용기(11a) 내의 압력이 높아져, 개폐 부재(13)와 도입 부재(14) 사이에 형성되어 있는 간극(S)으로부터도 압축 공기가 배기된다. 그 결과, 슬러리의 일부가 간극(S)으로부터 배기되는 압축 공기의 흐름을 타고, 누출된다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 개구부(11c)의 단면적의 합계가, 2.2×10-3㎡보다 커지도록 설정하고 있다.
또한, 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2에 대해 개구부(11c)의 단면적의 합계 A1이 지나치게 작으면, 고기액 삼상류가 농도 측정 용기(11)에 도입되었을 때에, 농도 측정 용기(11)의 내부의 압력이 높아진다. 그 결과, 슬러리를 양호하게 농도 측정 용기(11)에 도입할 수 없다. 반대로, 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2에 대해 개구부(11c)의 단면적의 합계 A1이 지나치게 크면, 농도 측정 용기(11)가 대형화되어 버린다. 따라서, 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2에 대한 개구부(11c)의 단면적의 합계 A1의 비(A1/A2)를 10∼45로 하는 것이 바람직하고, 10∼25의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하다.
하부 케이싱(11a2)의 측면에는, 슬러리의 용량을 외부로부터 확인하기 위한 확인창(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 이 확인창에는 눈금이 기재되어 있다. 상부 케이싱(11a1)의 내벽의 개구부(11c)의 하방에는, 비산 방지 부재(11f)가 설치되어 있다. 또한, 덮개(11b)의 중앙에는, 슬러리를 농도 측정 용기(11)에 도입하기 위한 개구부(11d)가 형성되어 있다.
배기부(12)는, 개구부(11c)에, 양단부가 개구된 중공의 배기 부재가 각각 연결됨으로써 형성되어 있다. 배기부(12)는, 슬러리와 함께 농도 측정 용기(11)에 도입된 압축 공기를 배기하기 위한 경로를 구획하고 있다. 배기 부재의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 곡선 형상의 L자 형상으로 하였다.
덮개(11b)의 개구부(11d)의 주연부에는, 슬러리가 농도 측정 용기(11)에 도입될 때에 그 흐름을 정류하는 정류 부재(11e)가 하방을 향해 연장되도록 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 정류 부재(11e)로서, 개구부(11d)와 동일 형상의 내경을 갖는 양단부가 개구된 원통 형상의 부재를 사용하고 있다. 여기서, 개구부(11d)의 직경 D1에 대한 정류 부재(11e)의 길이 L의 비(L/D1)가 지나치게 작으면 정류하는 효과가 작다. 반대로, 개구부(11d)의 직경 D1에 대한 정류 부재(11e)의 길이 L의 비(L/D1)가 지나치게 크면, 농도 측정 용기(11)에 도입되는 슬러리의 직진성이 증가하므로, 농도 측정 용기(11)의 저부에 슬러리가 충돌하는 힘이 증가한다. 이로 인해, 저부에서 튀어오르는 슬러리의 양이 많아져, 후술하는 바와 같이 배기부(12)의 출구인 배기구(12a)로부터 외부로 누출되는 슬러리의 양이 많아진다. 이들의 이유로부터, 개구부(11d)의 직경 D1에 대한 정류 부재(11e)의 길이 L의 비(L/D1)는 0.1∼6.5로 하는 것이 바람직하고, 0.2∼5.0으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
개구부(11d)의 상방측에는, 내측에 슬러리가 통과하는 경로를 구획하고, 또한 경로를 개폐할 수 있는 기구를 구비한 개폐 부재(13)가 연결되어 있다. 개폐 부재(13)는 경로를 개폐할 수만 있으면 그 기구는 특별히 한정되지 않지만, 슬러리가 통과하기 때문에, 내마모성 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시 형태의 개폐 부재(13)는, 양단부가 개구된 원통형의 케이싱(13c)과, 케이싱(13c)의 내측에 배치되고, 내측에 관통로를 갖는 내마모성의 탄성 관체(13d)로 구성되어 있다. 케이싱(13c)의 양단부에는 플랜지부가 형성되어 있고, 그 일단부가 덮개(11b)에 고정되어 있다. 이에 의해, 개폐 부재(13)의 일단부[개폐 부재 출구(13b)]는, 농도 측정 용기(11)의 덮개(11b)에 형성된 개구부(11d)에 연결되어 있다.
케이싱(13c)과 탄성 관체(13d) 사이에는 간극이 형성되어 있다. 이 간극은, 케이싱(13c)에 접속된 커넥터(13e)와, 호스(도시하지 않음)와, 개폐 밸브(도시하지 않음)를 통해 에어 컴프레서(27)와 연결되어 있다. 압축 공기를 이 간극에 압입하면, 이 간극의 압력의 상승에 수반하여 탄성 관체(13d)가 중심 방향을 향해 팽창된다. 이에 의해, 탄성 관체(13d)의 내측의 관통로가 폐지되어, 개폐 부재(13)가 폐지된다. 개폐 부재(13)는, 탄성 관체의 내측의 관통로가 슬러리가 흐르는 경로로서 기능하므로, 이 간극에 압축 공기를 압입ㆍ배출함으로써, 이 슬러리의 경로의 개폐를 행할 수 있다.
개폐 부재(13)의 상단부[개폐 부재 입구(13a)]에는, 도입 부재(14)가 배치되어 있다. 도입 부재(14)는, 양단부가 개구된 중공 형상의 부재로 이루어진다. 도입 부재(14)는, 개폐 부재(13)의 상단부에 고정된 가대(16)에 의해, 도입 부재(14)의 하단부[도입 부재 출구(14b)]가 개폐 부재(13)의 슬러리의 경로의 상부 내에 배치되도록 고정되어 있다.
도입 부재 출구(14b)의 외경은 개폐 부재 입구(13a)의 내경보다 작다. 이로 인해, 개폐 부재 입구(13a) 내에, 도입 부재(14)의 하단부가 삽입되고, 도입 부재 출구(14b)와 개폐 부재(13) 사이에 간극(S)이 형성되어 있다. 개폐 부재 입구(13a)에 대한 도입 부재 출구(14b)의 높이 h[도 2에 있어서, 개폐 부재 입구(13a)의 높이를 0으로 하고 상방향을 정(正)으로 함]는 임의로 설정할 수 있지만, 개폐 부재 입구(13a)의 직경 D2에 대한 도입 부재 출구(14b)의 높이 위치 h의 비(h/D2)를 -0.5∼0.5로 하는 것이 바람직하고, -0.3∼0.3으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이것은 다음의 이유에 의한다. 개폐 부재 입구(13a)의 직경 D2에 대한 도입 부재 출구(14b)의 높이 위치 h의 비(h/D2)가 지나치게 작으면, 도입 부재 출구(14b)가 개폐 부재(13)에 필요 이상으로 들어가 있으므로, 개폐 부재(13)를 폐지하였을 때에 슬러리가 간극(S)으로부터 유출되기 어려워진다. 또한, 개폐 부재 입구(13a)의 직경 D2에 대한 도입 부재 출구(14b)의 높이 위치 h의 비(h/D2)가 지나치게 크면 개폐 부재 입구(13a)와 도입 부재 출구(14b)의 간격이 필요 이상으로 넓어지므로, 개폐 부재(13)를 개방하였을 때에 슬러리가 개폐 부재 입구(13a)와 도입 부재 출구(14b) 사이에 형성된 간극(S)으로부터 외부로 누출되어, 모든 슬러리를 도입 부재(14)에 도입할 수 없게 된다.
도입 부재(14)의 상단부[도입 부재 입구(14a)]에는, 양단부가 개구된 중공 형상의 연결 부재(15)의 일단부가 연결되어 있다. 연결 부재(15)의 타단부는, 노즐(N)에 연결된다. 슬러리의 농도를 측정할 때에, 연결 부재(15)에는 노즐(N)로부터 분사된 고기액 삼상류가 통과하기 때문에, 연결 부재(15)는 내마모성으로 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 폴리염화비닐(PVC)성의 가요성 관체인 부재를 사용하고 있다. 노즐(N)의 분사구의 단면적 A3에 대해 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2가 지나치게 작으면, 개폐 부재(13)를 개방해도 슬러리를 농도 측정 용기(11)에 양호하게 도입할 수 없어, 슬러리가 도입 부재(14) 및 연결 부재(15)에 퇴적되어 버린다. 또한, 노즐(N)의 분사구의 단면적 A3에 대해 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2가 지나치게 크면, 개폐 부재(13)의 사이즈를 대형화할 필요가 있어, 결과적으로 농도 측정용 기구 자체가 대형으로 된다. 이로 인해, 노즐(N)의 분사구의 단면적 A3에 대한 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2의 비(A2/A3)는, 3.5∼25.0으로 하는 것이 바람직하고, 5∼15로 하는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 농도 측정용 기구(10)를 사용하여 노즐(N)로부터 분사된 슬러리의 농도를 측정하는 방법에 대해, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 3은 본 실시 형태의 슬러리의 농도를 측정하는 공정을 설명하는 흐름도이고, 도 4는 본 실시 형태에 있어서의 노즐로부터의 슬러리의 분사량(토출량)과, 펌프, 에어 컴프레서, 개폐 부재의 상태를 나타내는 설명도이다. 또한, 이하의 슬러리 농도의 측정은, 블라스트 가공을 행하기 전, 또는 도중에 행하는 것이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 개폐 부재(13)를 폐지하고(S01), 연결 부재에 노즐(N)의 분사구를 연결한 후(S02), 펌프(P2)를 구동시킨다(S03). 펌프(P2)가 구동되면, 슬러리 조(22) 내의 슬러리가 교반되는 동시에, 슬러리가 노즐(N)로 보내진다. 노즐(N)로 보내진 슬러리는, 노즐(N)의 분사구로부터 토출된다. 이때, 개폐 부재(13)에 있어서의 슬러리의 경로는 폐지되어 있다. 이에 의해, 슬러리는, 농도 측정 용기(11)에 유입되지 않고, 개폐 부재(13)와 도입 부재(14) 사이에 형성되어 있는 간극(S)으로부터 외부로 유출된다. 또한, 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2에 대해 개폐 부재(13)와 도입 부재(14) 사이에 형성되어 있는 간극(S)의 단면적 A4가 지나치게 작으면, 슬러리를 상기 간극(S)으로부터 유출할 수 없어, 슬러리가 개폐 부재(13), 도입 부재(14) 및 연결 부재(15)에 체류한다. 또한, 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2에 대해 개폐 부재(13)와 도입 부재(14) 사이에 형성되어 있는 간극(S)의 단면적 A4가 지나치게 크면, 간극(S)으로부터 유출되는 슬러리의 유속이 느려져, 슬러리가 개폐 부재(13)에 있어서의 슬러리의 경로에 체류한다. 간극(S)의 단면적이 지나치게 크거나, 지나치게 작아도, 슬러리의 체류에 의해 슬러리 중의 분사재가 개폐 부재(13)에 있어서의 슬러리의 경로에 침강하여, 퇴적된 분사재에 의해, 이 슬러리의 경로가 폐지된다.
이로 인해, 도입 부재 출구(14b)의 단면적 A2에 대해 개폐 부재(13)와 도입 부재(14) 사이에 형성되어 있는 간극(S)의 단면적 A4의 비(A4/A2)는 0.2∼6.0으로 하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 0.5∼3.5로 하는 것이 더욱 바람직하다.
펌프(P2)의 구동 후, 소정 시간 t1이 경과하면 노즐(N)로부터 토출되는 슬러리의 양이 일정해진다. 그러나, 이 시점에서는 슬러리의 교반이 불충분하기 때문에, 노즐(N)로 보내지는 슬러리의 농도는 불안정하다. 그로 인해, 이 상태에서 소정 시간 t2 더 대기한다. 이에 의해, 슬러리의 농도 및 노즐(N)로부터의 토출량이 일정해진다.
소정 시간(t1＋t2)이 경과하면(S04에서 "예"), 에어 컴프레서(27)에 의해 압축 공기를 노즐에 공급하고(S05), 슬러리를 고기액 삼상류로서 노즐(N)로부터 분사시킨다. 이때, 슬러리가 개폐 부재(13)와 충돌하여 개폐 부재(13)가 손모될 우려가 있다. 이러한 손모를 방지하기 위해서는, 고기액 삼상류가 개폐 부재(13)에 도달할 때까지 충분히 감속할 필요가 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 압축 공기의 압력이 0.3∼0.5㎫일 때에 있어서, 연결 부재(15)의 길이를 300㎜ 정도로 하였다. 또한, 더욱 감속할 필요가 있는 경우는, 연결 부재(15)를 만곡시킴으로써 유동 저항에 의해 감속시킬 수 있다. 그때, 만곡부에 고기액 삼상류가 충돌하는 것에 의한 손모를 방지하기 위해, 고기액 삼상류가 충돌하는 개소를 내마모성 재료(예를 들어, 내마모성 고무)로 보강하는 것이 바람직하다.
노즐(N)로부터의 슬러리의 토출량, 즉, 분사량은 압축 공기의 흐름에 의해 감소하고, 에어 컴프레서(27)의 구동 후, 소정 시간 t3이 경과하면 일정해진다. 그러나, 소정 시간 t3이 경과한 직후에는 분사재가 맥동하여 분사될 우려가 있다. 이로 인해, 소정 시간 t4가 더 경과한 후(S06에서 "예")에 개폐 부재(13)의 경로를 개방하여(S07), 농도 측정 용기(11) 내에 고기액 삼상류를 도입시킨다. 이때, 고기액 삼상류로서 도입된 압축 공기는, 배기부(12)로부터 배기된다.
농도 측정 용기(11)의 내부에서는, 배기부(12)를 향하는 기류가 발생하고 있다. 이로 인해, 덮개(11b)의 개구부(11d)로부터 도입된 고기액 삼상류가 도 2에 있어서의 좌우 방향으로 분산되어 버려, 슬러리가 이 기류를 타고 배기부(12)의 출구인 배기구(12a)로부터 외부로 누출될 우려가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는, 개구부(11d)에 설치되어 있는 정류 부재(11e)에 의해, 도입 부재(14)에 도입되는 고기액 삼상류의 흐름을 정류함으로써, 도입된 슬러리가 내부의 기류에 의해 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
농도 측정 용기(11)의 내부에 고기액 삼상류가 도입되면, 농도 측정 용기(11)의 저부에 슬러리가 퇴적된다. 이때, 농도 측정 용기(11) 내에 퇴적된 슬러리에, 새롭게 도입된 슬러리가 충돌하여 액적으로서 튀어오르면, 튀어오른 슬러리가 상기한 바와 같은 도입 부재(14)의 내부의 기류를 타고, 배기구(12a)로부터 외부로 누출될 우려가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따르면, 상부 케이싱(11a1)의 내벽에 비산 방지 부재(11f)가 설치되어 있으므로, 이 튀어오름에 의한, 슬러리의 외부로의 누출을 방지할 수 있다. 비산 방지 부재(11f)는, 본 실시 형태에서는 링 형상의 판재를 사용하여, 내측이 저면 방향을 향해 기울어지도록[예를 들어, 상부 케이싱(11a1)의 측벽과의 이루는 각도 α가 45∼75도], 측정부의 내벽을 따라 고정하였다. 비산 방지 부재(11f)의 길이는, 저부에서 튀어오른 슬러리가, 상기한 기류를 타지 않고, 또한 농도 측정 용기(11)에 도입된 슬러리의 낙하를 방해하지 않도록 적절하게 선택하면 된다.
개폐 부재(13)를 개방하였을 때, 개폐 부재(13)에 퇴적되어 있었던 슬러리도 농도 측정 용기(11)에 도입되어 버린다. 이로 인해, 이 영향을 배제할 필요가 있다. 따라서, 우선 도입 초기의 슬러리를 측정하는「초기 측정 공정」을 행한다(S08에서 「초기 측정」). 즉, S07에서 개폐 부재(13)를 개방한 상태 그대로, 슬러리를 농도 측정 용기(11)에 도입한다. 그리고, 개폐 부재(13)의 경로에 퇴적된 슬러리가 농도 측정 용기(11)에 도입되는 데 충분한 시간 t5가 경과한 후(S09에서 "예"), 개폐 부재(13)를 폐지한다(S10). 그 후, 펌프(P2)의 가동을 정지하고(S11), 또한 압축 공기의 노즐에의 공급을 정지한다(S12).
하부 케이싱(11a2)을 제거하고, 하부 케이싱(11a2) 내의 슬러리의 체적 Vs1을 확인창의 눈금으로부터 산출한다. 또한, 슬러리의 질량 Ms1을 질량계에 의해 측정한다(S13). 측정 후, 하부 케이싱(11a2)을 비운 후(S14), 다시 상부 케이싱(11a1)과 연결시킨다(S15).
다음에, 실제로 분사되는 슬러리의 농도를 측정하는 「정상기 측정 공정」을 행한다(S08에서 「정상기 측정」). 상술한 공정 S03∼S07을 다시 행하여, 개폐 부재(13)의 경로를 개방하여 슬러리를 농도 측정 용기(11)에 도입한다. 소정 시간(t5＋t6)이 경과한 후(S16에서 "예"), 개폐 부재(13)를 폐지한다(S17). 소정 시간 t5＋t6은, 농도 측정 용기(11)에 도입되는 슬러리의 양이 측정창의 상한값을 넘지 않도록 적절하게 선택한다.
하부 케이싱(11a2)을 제거한 후, 하부 케이싱(11a2) 내의 슬러리의 체적 Vs2를 확인창의 눈금으로부터 산출한다. 또한, 질량 Ms2를 질량계에 의해 측정한다(S18). 이 하부 케이싱(11a2) 내의 슬러리에는, 개폐 부재(13)의 개방 전에 개폐 부재(13)에 체류하고 있었던 슬러리도 포함된다.
고형물의 진비중을 ρ로 하고, 하기하는 수학식 1로부터 슬러리의 농도를 질량 ％로 하여 산출할 수 있다. 수학식 1에 있어서, V는 Vs2-Vs1을 나타내고, M은 Ms2-Ms1을 나타낸다. 고형물의 진비중 ρ는 분사재의 진비중으로 해도 되지만, 보다 정확하게 측정하기 위해, 공정 S18에 있어서, 하부 케이싱(11a2)을 정치(靜置)하여 고형물을 침강시킨 후, 이 고형물을 채취하여 진비중을 측정해도 된다. 고형물의 침강 속도가 지나치게 느리면 측정하는 데 많은 시간을 필요로 하고, 지나치게 빠르면 노즐에 일정한 농도의 슬러리를 공급하는 것이 곤란해지므로, 슬러리 중의 분사재는, 침강 속도가 0.2∼200㎜/sec인 것이 바람직하다. 환산하면, 입자 직경이 30∼1,000㎛ 또한 비중이 1.2∼9.0이다.
Figure 112013067744725-pat00001
슬러리의 농도를 연산 후(S19), 노즐(N)을 연결 부재(15)로부터 제거하고(S20), 슬러리의 농도의 측정을 종료한다.
(변경예)
슬러리 및 분사재의 질량으로부터만 슬러리의 농도를 질량％로 산출하는 것도 가능하다. 예를 들어, 공정 S13 및 S18에 있어서, 슬러리를 고형물(즉, 분사재)과 액체로 분리하여, 고형물의 질량 Mp1, Mp2를 각각 측정하는 공정을 행하고, 수학식 2를 이용하여 농도(질량％)를 산출하는 것도 가능하다. 또한, 수학식 2 중의 Mp는 Mp2-Mp1을 나타내고, Mp2는 「정상기 측정 공정」에 있어서의 고형물의 질량이고, Mp1은 「초기 측정 공정」에 있어서의 고형물의 질량이다. 또한, M은, 상기한 바와 마찬가지로 Ms2-Ms1을 나타낸다. 슬러리로부터 고형물을 분리시키는 방법은, 예를 들어 하부 케이싱(11a2)을 정치하여 고형물을 침강시킨 후에 상징액을 배출한 후, 남은 고형물 및 액체를 체, 비중 분리, 흡인 여과 등, 공지의 기술에 의해 각각으로 분리함으로써, 효율적으로 분리할 수 있다.
Figure 112013067744725-pat00002
또한, 상기한 실시 형태에서는 슬러리의 농도를 질량％로 산출하였지만, 체적％로 산출해도 된다. 예를 들어, 공정 S13 및 S18에 있어서, 하부 케이싱(11a2)을 정치하여 고형물을 침강시킨 후에 침강한 고형물의 체적 Vp1, Vp2를 각각 산출하는 공정을 더 행하고, Vp2-Vp1을 Vp로 하면 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다. 또한, Vp1, Vp2는 각각, 「초기 측정 공정」 및 「정상기 측정 공정」에 있어서의 고형물의 체적을 나타낸다. 또한, 체적％로부터 질량％로 환산하는 환산 계수를 미리 산출해 두고, 수학식 3과 환산 계수로부터 슬러리 농도를 질량％로 하여 산출해도 된다.
Figure 112013067744725-pat00003
소정량의 슬러리를 측정하였을 때의 기준으로 되는 농도의 기준값(임계값)을 미리 설정해 두고, 기준값과 측정값을 비교해도 된다. 측정값이 기준값의 임계값의 범위 밖인 경우는 노즐(N)로부터 분사되는 슬러리의 농도가 목적으로 하는 블라스트 가공에 적합하지 않은 농도라고 하여 불합격이라 판정하고, 슬러리 조(22) 중의 슬러리의 농도를 조정한다. 그 후, 다시 노즐(N)로부터 분사되는 슬러리를 측정한다. 측정값이 임계값의 범위 내로 될 때까지 이 공정을 반복하면 된다.
본 실시 형태에 따르면, 블라스트 가공을 행하기 전에 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 미리 측정할 수 있으므로, 피가공물의 마무리 정밀도를 관리할 수 있다. 또한, 농도 측정 용기(11)에 배기부(12)가 설치되어 있으므로, 압축 공기의 영향을 받는 일 없이, 슬러리 농도를 측정할 수 있다.
그리고, 이와 같이, 블라스트 가공 장치로부터 분사되는 슬러리의 농도를 정확하게 측정할 수 있으므로, 블라스트 가공에 있어서의 피가공물의 가공 정밀도를 관리할 수 있다. 이와 같이 블라스트 가공에 있어서의 피가공물의 가공 정밀도를 관리할 수 있음으로써, (1) 가공마다의 면 조도가 안정되는 것, (2) 가공 시간을 예상할 수 있으므로, 쓸데없는 가공 시간을 필요로 하지 않는 것, (3) 에칭 등, 높은 가공 정밀도가 요구되는 가공에 있어서도 적용할 수 있는 것과 같은 효과가 발휘된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 도입 부재(14)의 외주와, 개폐 부재(13)의 내주 사이에 간극(S)이 형성되어 있으므로, 개폐 부재(13)를 폐지한 상태라도 압축 공기를 간극(S)으로부터 외부로 유출시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 농도 측정 용기(11)의 개구부(11c)에 정류 부재(11e)가 설치되어 있고, 이 정류 부재(11e)에 의해 농도 측정 용기(11)에 도입되는 슬러리의 흐름이 정류되므로, 도입된 슬러리가 이 기류를 타고 배기부(12)로부터 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 슬러리 중의 분사재의 침강 속도가 0.20∼200㎜/s이므로, 많은 시간을 필요로 하지 않고 슬러리의 농도 측정 용기(11) 중의 분사재를 침강시켜, 분사재와 액체를 분리할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 슬러리가 고기액 삼상류로서 분사됨으로써, 슬러리가 개폐 부재(13)와 충돌하였을 때에 개폐 부재(13)가 손모될 우려가 있지만, 슬러리를 충분히 감속시키고 있으므로, 개폐 부재(13)의 손모를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 초기 측정 공정에 있어서 측정된 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나와, 정상기 측정 공정에 있어서 측정된 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나에 기초하여 슬러리의 농도를 산출하고 있기 때문에, 개폐 부재(13)에 체류한 슬러리의 영향을 제외할 수 있으므로, 보다 정확하게 슬러리의 농도를 측정할 수 있다.
10 : 농도 측정용 기구
11 : 농도 측정 용기
11a : 슬러리 포집 용기
11a1 : 상부 케이싱
11a2 : 하부 케이싱
11b : 덮개
11c : 개구부
11d : 구멍부
11e : 정류 부재
11f : 비산 방지 부재
12 : 배기부
12a : 배기구
13 : 개폐 부재
13a : 개폐 부재 입구
13b : 개폐 부재 출구
13c : 케이싱
13d : 탄성 관체
13e : 커넥터
14 : 도입 부재
14a : 도입 부재 입구
14b : 도입 부재 출구
15 : 연결 부재
16 : 가대
20 : 블라스트 가공 장치
21 : 블라스트 가공실
22 : 슬러리 조
23 : 선별 기구
24 : 분리 기구
25 : 슬러지 조
26 : 저액조
27 : 에어 컴프레서
N : 노즐
P1, P2 : 펌프
W : 피가공물
S : 간극

Claims (9)

  1. 습식 블라스트 가공 장치의 노즐로부터 고압 가스와 함께 분사된, 액 중에 분사재가 분산된 슬러리의 농도를 측정하기 위한 슬러리의 농도 측정용 기구이며,
    상기 슬러리를 내부에 도입하기 위한 개구부를 갖는 농도 측정 용기와,
    상기 농도 측정 용기의 개구부에 일단부가 접속되고, 상기 노즐로부터 분사된 슬러리가 통과하는 경로를 개폐하는 기구를 구비한 개폐 부재를 구비하고,
    상기 농도 측정 용기에는, 노즐로부터 분사된 고압 가스를 배출하기 위한 배기부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도 측정용 기구.
  2. 제1항에 있어서, 또한, 상기 개폐 부재의 타단부에 일단부가 접속되고, 상기 슬러리를 상기 개폐 부재에 도입하는 중공 형상의 도입 부재이며, 상기 도입 부재는, 상기 일단부의 외주와, 상기 개폐 부재의 타단부의 내주 사이에 간극이 형성되도록 상기 개폐 부재에 접속된 도입 부재와,
    상기 도입 부재의 타단부와, 상기 노즐의 분사구를 연결하기 위한 연결 부재를 구비하는, 슬러리의 농도 측정용 기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 농도 측정 용기의 개구부에는, 상기 농도 측정 용기의 내부에 도입된 슬러리의 흐름을 정류하기 위한 정류 부재가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도 측정용 기구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 농도 측정 용기의 내부에는, 도입된 슬러리가 튀어오르는 것을 방지하기 위한 비산 방지 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도 측정용 기구.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬러리 중의 분사재의 침강 속도가 0.20∼200㎜/sec인 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도 측정용 기구.
  6. 제1항에 기재된 슬러리의 농도 측정용 기구를 사용한 슬러리의 농도의 측정 방법이며,
    상기 개폐 부재의 경로를 폐지하는 공정과,
    상기 노즐에 슬러리를 보내는 공정과,
    상기 노즐에 고압 가스를 도입하는 동시에 상기 슬러리와 고압 가스를 혼합하여 고기액 삼상류로서 상기 노즐로부터 분사하는 공정과,
    상기 고기액 삼상류를 분사하고 나서 소정 시간이 경과한 후에 상기 개폐 부재의 상기 경로를 개방하는 공정과,
    상기 슬러리를 상기 농도 측정 용기에 의해 포집하는 동시에, 상기 슬러리와 함께 상기 농도 측정 용기에 유입된 고압 가스를 상기 배기부에 의해 배기하는 공정과,
    상기 농도 측정 용기에 의해 포집된 슬러리를 이용하여 슬러리의 농도를 구하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도의 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 슬러리와 고압 가스를 혼합하여 고기액 삼상류로서 상기 노즐로부터 분사하는 공정에서는, 상기 노즐로부터 분사된 고기액 삼상류가 상기 개폐 부재에 도달할 때까지의 동안에, 상기 고기액 삼상류의 속도를 감속시키는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도의 측정 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 슬러리의 농도를 구하는 공정에서는, 상기 농도 측정 용기에 의해 포집한 슬러리 및 분사재의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하고, 이 결과에 기초하여 슬러리의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도의 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 슬러리의 농도를 구하는 공정은, 상기 개폐 부재의 경로가 폐지되어 있는 동안에 상기 개폐 부재에 퇴적된 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하는 초기 측정 공정과, 상기 개폐 부재에 퇴적된 슬러리 및 상기 노즐로부터 소정 시간 분사한 슬러리의 질량 또는 체적 중 적어도 어느 하나를 측정하는 정상기 측정 공정을 포함하고,
    상기 초기 측정 공정 및 정상기 측정 공정에서 측정된 값으로부터, 노즐로부터 분사되는 슬러리의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는, 슬러리의 농도의 측정 방법.
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