KR102490243B1 - 스프레이 노즐 유닛을 갖는 시스템과 무기 덩어리의 스프레이 방법 - Google Patents

스프레이 노즐 유닛을 갖는 시스템과 무기 덩어리의 스프레이 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기 코팅 재료를 표면(110)에 도포하기 위한 시스템에 관한 것으로, 이러한 시스템은 스프레이 노즐 유닛(50), 데이터 처리 유닛(80), 비교 유닛(90), 및 제어 유닛(100)을 포함하고, 상기 스프레이 노즐 유닛(50)은:
상기 코팅 재료의 제1 성분을 공급하기 위해 제1 공급 호스(10)를 위한 제1 연결부(11)가 있는 제1 단부(51), 상기 스프레이 노즐 유닛(50)로부터 상기 코팅 재료를 방출하기 위한 제2 단부(52), 상기 코팅 재료의 성분들을 혼합하고 상기 코팅 재료의 성분들을 상기 제1 단부(51)로부터 상기 제2 단부(52)까지 이동하기 위한 연결 유닛(60)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 연결 유닛(60)은 상기 코팅 재료의 제2 성분을 공급하기 위한 적어도 하나의 추가 연결부(21, 31)가 있는 혼합 챔버를 포함하며, 상기 연결 유닛(60)에서 발생하는 진동폭(81)을 검출하기 위해 상기 연결 유닛(60) 상에 적어도 하나의 전자 센서(70)가 장착되고,
상기 제어 유닛(100)은 상기 제어 데이터(91)가 소정의 한계 값 위에 있을 때에는 경고 신호(101)를 발생시키고/발생시키거나, 상기 비교 유닛(90)에 의해 발생되는 제어 데이터(91)에 따라서, 상기 코팅 재료의 성분들 중 적어도 하나의 체적 유량(102)을 변경시킨다. 스프레이 노즐 유닛(50)에서 복수의 성분들을 혼합함으로써 얻어진 유기 코팅 물질을 도포하기 위한 방법들이 또한 개시된다.

Description

스프레이 노즐 유닛을 갖는 시스템과 무기 덩어리의 스프레이 방법
본 출원은 유럽 특허청에서 2016년 7월 28일자로 출원된 앞선(earlier) 출원인 EP16181666의 우선권을 주장하고, 이러한 앞선 출원의 내용물은 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있다.
본 발명은 스프레이 노즐 유닛, 시스템, 방법과, 무기 코팅 재료, 특히 무기 덩어리(mass)(때때로 믹스(mix)라고도 부름))를 야금 용기(metallurgical vessel)의 표면과 같은 표면에 도포하기 위한 스프레이 노즐 유닛의 사용(use)에 관한 것이다. 무기 덩어리(inorganic mass)라는 용어는, 특히 세라믹 덩어리들, 특히 노즐을 가지고 연속해서 분무될 수 있는 일치성(consistency)을 가지는 내화물(refractory) 덩어리들/한 덩어리를 포함한다(스프레이 노즐 유닛). 무기 덩어리는 특히 적어도 80중량백분율(wt/-%) 또는 더 구체적으로는 무기 재료의 적어도 95중량백분율로 이루어지는 덩어리를 의미하는 것으로 이해된다.
그러한 내화물 코팅 재료들(덩어리들)은 산업 공정들(용광로들, 로터리 킬른(rotary kiln)들, 샤프트 킬른(shaft kiln)들 등)의 라이닝(lining)에서 사용되고, 특히 고온(>1000℃)에 노출되는 야금 용기(metallurgical vessel)(컨버터들, 쇳물 바가지들, 전기 아크로들, 턴디쉬(tundish)들, 및 금속들의 용해를 위한 기타 용기들)들의 라이닝에서 사용된다.
무기 코팅 재료는, 예를 들면 건조한 혼합물(건조한 덩어리)을 스프레이 노즐 유닛으로 운반하고 그것을 다른 성분들(예컨대, 물, 결합제)과 혼합함으로써 얻어진다. 이러한 응용은 표면의 방향에서 스프레이 노즐 유닛을 통해(예를 들면 노즐 헤드를 거친) 결과로서 생기는 코팅 재료를 분무함으로써 행해진다. 이러한 공정은 관련 분야에서 드라이-믹스 숏크리팅(dry-mix shotcreting)이라고 알려져 있다.
드라이-믹스 숏크리팅에서는, 조작자가 보통 코팅 재료의 바라는 일치성을 얻고, 따라서 표면으로의 코팅 재료의 최적의 달라붙음(adherence)을 얻기 위해, 분무 시작시 물(또는 액체 결합제)의 함유량을 조정한다. 되돌아오는 것(rebound)의 시각적 제어에 의해, 일치성의 품질은 전체 분무 과정 동안에 조작자에 의해 감시된다.
무기 코팅 재료의 "일치성(consistency)"이라는 용어는 일반적으로 양생된(cured) 덩어리가 아닌 새롭게 적용된 덩어리의 강성도(stiffness)와 가공성(processability)인 것으로 이해된다. 일치성은 슬럼핑(slumping) 및/또는 다짐(compaction)의 정도의 특정 범위에 있는 영역들로 세분될 수 있다(콘크리트에 관해서는 DIN 1045/EN 206과 유사한).
건조한 분무 공정을 위한 스프레이 노즐 유닛의 가능한 실시예는 DE198 19 660 A1에 개시되어 있다.
자동화 및 증가된 안전의 상황에서는, 스프레이 노즐 유닛이 로봇 팔과 같은 조작기(manipulator)에 부착된다. 그러한 응용예들은 예를 들면 EP2255905A1 또는 WO03/081157A1에서 설명된다. 이러한 식으로, 야금 용기의 내부면을 측정하고, 온도 측정을 행하거나 내화물 라이닝(refractory lining)의 잔여 강도(residual strength)를 측정하는 센서들을 사용하는 것 또한 가능하다.
표면에 코팅 재료를 일관되게 부착시키는 것은 무기 코팅 재료의 완전히 또는 부분적으로 자동화된 도포의 상황 내에서는 필수적이다. 이는 코팅 재료의 균일한 일치성을 요구한다.
공정 변동(process fluctuation)(시간에 따라 변하는 유량, "위쪽으로(upwards)" 또는 "아래쪽으로(downwards)" 등과 같은 상이한 응용 상황들과 같은)들로 인해, 실제로는 조작자가 균일한 결과를 달성하기 위해 분무 공정 동안에 코팅 매체의 성분들의 유량들(체적 유량)을 반복적으로 적합하게 하는 것이 필수적이다. "체적 유량(volume flow)"이라는 용어는 예를 들면 분당 덩어리의 킬로그램들의 수 또는 분당 액체의 리터들의 수와 같이, 단위 시간당 흐르는 성분의 양(체적 또는 질양으로 측정된)을 의미한다.
만약 코팅 매체의 각각의 실제 일치성과 (최적화된) 타겟(target) 일치성 사이의 편차(deviation)들이 발생한다면(예컨대, 내화물 덩어리와 같은 건조한 성분에 대한 물과 같은 액체 성분 사이의 최적이지 않은 비율의 경우에서), 다음과 같은 문제들이 일어날 수 있다. 즉,
- 만약 액체 성분의 양이 너무 높다면, 코팅 매체의 공극률(porosity)이 너무 높게 되어, 긴 건조한 시간들과 코팅될 표면으로의 코팅 매체의 빈약한 초기 부착을 가져온다("런 오프(run off)").
- "스폴링(spalling)"이 여전히 건조하지 않은 층들에서의 높은 증기압에 의해 야기되고, 이는 이미 건조한 외층을 통해 탈출할 수 없고, 표면으로부터의 재료의 이탈을 가져온다.
- 만약 액체 성분 양의 총량이 너무 낮다면, 이는 먼지 형성을 가져오고, 코팅될 표면으로의 코팅 매체의 빈약한 초기 부착뿐만 아니라 미세입자들의 손실을 가져온다(비율들의 디믹싱(demixing)). 즉, 원래대로 되돌아가는 것(rebound)이 증가한다.
표면 코팅의 얻어진 결과의 품질을 증명하기 위해서는, 코팅의 자료에 의한 입증을 제공하는 것이 중요할 수 있는데, 특히 코팅 재료의 균일하게 알맞은 일치성의 확인이 요구된다.
이러한 배경에 맞서, 본 발명의 목적은 스프레이 노즐 유닛, 시스템, 및 특히 내화물, 도포(분무)하는 동안의 무기 코팅 재료의 일치성(그리고 따라서 품질)의 지속적인 감시를 허용하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 시스템과, 청구항 9에 따른 특징들이 있는 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 유리한 개선예(refinement), 발전예, 및 변형예는 종속 청구항들의 목적이다. 이러한 방법과 관련되어 언급된 장점들과 개선예는 또한 그거의 제품들/실제 목적들에 대해 유사하게 적용된다.
본 발명의 핵심 아이디어는 특히 스프레이 노즐 유닛의 부품(part)들에서 만들어진 구조상 한계(structure-bourne) 소리(기계적 진동들), 또는 그것으로부터 생기고 스프레이 노즐 유닛의 표면 상에서 검출 가능한 진동폭이 스프레이 노즐에서 위치한 무기 코팅 재료의 일치성에 대해 결론들이 끌어내지는 것을 허용한다는 발견에 기초한다.
후속하는 내용에서, "진동폭"이라는 것은 검출되는 진동의 시간 프로필(time profile)로서 이해된다. 수학적으로 말하자면, 이는 연속 함수인 g(t) 또는 특정 시각들인 g(ti)에서의 그것의 이산 값들이다.
후속하는 내용에서, "주파수 스펙트럼"이라는 것은 주파수 도메인에서 특정 시간 간격에서의 진동폭의 표현으로서 이해된다. 그러므로 이들은 특정 시간 간격에서 진동폭이 구성되는 진동들의 계수들(주파수 진폭 값들)이다. 각각의 주파수 성분들의 주파수 진폭 값들인 G(fj)는 주파수(fj)의 함수로서 또는 그것들의 시간의 연속(temporal progression)인 (G(t,fj))으로서 얻어진다.
본 발명의 일 양태에서, 이러한 목적은 무기 코팅 재료, 특히 내화물 코팅 재료를 표면, 특히 야금 용기의 표면에 도포하기 위한 시스템을 제공함으로써 달성되고, 이러한 시스템은 다음과 같은 특징들을 포함하는데, 즉
- 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛으로서, 다음과 같은 특징들, 즉 코팅 재료의 제1 성분을 공급하기 위해 제1 공급 호스용의 제1 연결부(connection)가 있는 제1 단부, 스프레이 노즐 유닛으로부터 코팅 재료를 방출하기 위한 제2 단부, 코팅 재료의 성분들을 혼합하고 제1 단부로부터 제2 단부로 코팅 재료의 성분들을 이동시키기 위한 연결 유닛을 가지는, 상기 스프레이 노즐 유닛,
- 코팅 재료의 제2 성분의 공급을 위해 적어도 하나의 추가 연결부가 있는 혼합 챔버를 포함하는 연결 유닛, 그리고
- 연결 유닛에서 생기는 진동폭을 받기 위해 연결 유닛 상에 장착되는 적어도 하나의 전자 센서,
- 스프레이 노즐 유닛의 전자 센서에 의해 검출되는 진동폭을 획득하고, 검출되는 진동폭들로부터 실제 주파수 스펙트럼 또는 타겟 주파수 스펙트럼을 계산하기 위한 데이터 처리 유닛,
- 제어 데이터를 발생시키기 위해, 실제 주파수 스펙트럼과 타겟 주파수 스펙트럼을 비교하기 위한 비교 유닛,
- 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하고,
이러한 제어 유닛은,
- 상기 제어 데이터가 정해진 범위 밖에 있을 때 또는 미리 정해진 한계 값 위에 있다면, 경고 신호를 발생시키고/발생시키거나,
- 상기 비교 유닛에 의해 발생되는 제어 데이터에 따라서, 코팅 재료의 성분들 중 적어도 하나의 체적 유량(volume flow)을 변화(변경)시킨다.
데이터 처리 유닛, 비교 유닛, 제어 유닛은 아래에서 설명된 각각의 방법 단계들을 실행하기 위한 하나 이상의 디바이스를 의미하는 것으로 이해되고, 이들은 이러한 목적을 위해, 신호들을 처리하기 위해 별개의 전자 성분들을 포함하거나, 컴퓨터에서 컴퓨터 프로그램으로서 부분적으로 또는 완전하게 구현된다.
데이터 처리 유닛은, 스프레이 노즐 유닛의 센서에 연결되고 다음 방법 단계들을 실행할 수 있다.
센서의 신호들(진동폭)은 지속적으로 감시되고 이들 신호들은 주파수 스펙트럼(주파수 진폭들)으로 전환된다.
진동폭의 획득은 전자 수단에 의해 바람직하게 이루어지는데, 예컨대 센서로부터의 전기 신호들을 디지털화하고, 그 후 디지털화된 데이터를 데이터 캐리어(carrier) 또는 컴퓨터의 메모리에 디지털 방식으로 저장함으로써 행해진다.
진동폭들을 주파수 진폭들로 전환(변환)하는 것, 즉 주파수 스펙트럼(주파수 변환)의 계산은, 예를 들면 푸리에 변환 또는 고속(Fast) 푸리에 변환을 통해 이루어진다.
주파수 스펙트럼은 특정한 시간 간격의 진동폭들로부터 계산된다. 시간 간격은 10㎳(밀리초) 내지 5초의 범위에 있다.
타겟 주파수 스펙트럼은 검출되는 진동폭으로부터 미리 계산될 수 있다(예컨대, t=0인 시각 또는 대안적으로는 정해진 시각인 t=tOPT에서). 이러한 진동폭은 최적의 일치성이 존재하는 경우에는 "타겟 신호(target signal)"라고 불리고, 이 경우 그 주파수 스펙트럼은 "타겟 주파수 스펙트럼"이라고 부른다.
실제 주파수 스펙트럼은 검출되는 진동폭으로부터 실시간으로(작동중에는 예컨대 시각 t>0 또는 대안적으로 t>tOPT) 계산될 수 있다. 이 경우 그 진동폭은 "실제 신호"라고 불린다. 이 경우, 그 주파수 스펙트럼은 "실제 주파수 스펙트럼"이라고 부른다.
센서의 이산 시간 값들(t0, t1, t2)의 함수로서 진동폭인 g(g(t0), g(t1), g(t2),...값들: 전류 또는 전압/전위)는 이산 주파수들(fj)의 함수로서 주파수 진폭 값들(G)로 변환을 통해 전환된다. 변환(주파수 변환에 관한 FT)은 특정 시간 간격(예컨대, 시각들(tj)에서, 이 경우 i=i0...i1)에 적용되고, 이 경우 시각 t=ti1(G(ti1,fj))에서 주파수 스펙트럼이 얻어진다.
G(ti1,fj) = FT(g(ti0),...,g(ti1))
주파수 변환(FT)은 바람직하게는 신호 함수(f)(신호에서의 조화 파워(harmonic power))의 조화 진동들로부터의 파워 스펙트럼을 계산하는 변환인데, 즉:
FT(f) = X(f)X*(f) = |X(f)|2
이고, 이 경우 X(f) = FFT(f) = FFT(g(tio),...,g(ti1))이 소위 고속 푸리에 변환이고 X*(f)는 X(f)의 컴플렉스 컨쥬게이션(complex conjugation)이다.
비교 유닛은 다음과 같은 공정 단계들을 수행할 수 있다.
비교 유닛은 2개의 주파수 스펙트럼을 비교하는데, 특히 실제 주파수 스펙트럼과 타겟 주파수 스펙트럼을 비교한다.
이를 위해, 주파수 성분들이 예를 들면 정해진 주파수 범위
Figure 112019021362479-pct00001
에 대해 주파수 진폭 값들(G)을 합함으로써 주파수 스펙트럼으로부터 얻어진다. 특히, 적어도 하나의 실제 주파수 성분이 실제 주파수 스펙트럼으로부터 결정되고/결정되거나 적어도 하나의 주파수 성분이 특정 주파수 범위에 대해 각각의 주파수 진폭 값들을 합함으로써 타겟 주파수 스펙트럼으로부터 결정된다.
바람직하게, 적어도 하나의 주파수 성분인
Figure 112020076666423-pct00002
는 각각 실제 주파수 스펙트럼과 타겟 주파수 스펙트럼으로부터 (a=) 3000㎐부터 (b=) 9300㎐까지의 fj의 범위에서 계산된다. 액체/고체 상 혼합물의 일치성의 특별히 양호한 의존성이 이 범위에서 달성되었다.
선택적으로(추가적으로), 주파수 성분들인
Figure 112019021362479-pct00003
(t)는 신호들을 매끄럽게 하기 위한 이동 평균(미끄럼도) 값으로서 계산될 수 있다. 그러므로 예를 들면
Figure 112019021362479-pct00004
이다. 이동 평균값이 계산될 수 있는 시간 간격의 길이는 데이터 품질에 기초하여 선택된다.
이동 평균값의 계산은 단기간 또는 고주파 외란(disturbance)들이 분무 결과에 아무런 영향을 미치지 않는다는 효과를 가진다.
비교 유닛은 현재 계산된 주파수 스펙트럼(실제 주파수 스펙트럼) 또는 그것의 산출된 주파수 성분들(예컨대, 시각 t에서의 평균 진폭들인
Figure 112019021362479-pct00005
(t))과 기준(reference) 주파수 스펙트럼(타겟 기준 스펙트럼) 또는 그것의 계산된 주파수 성분들(예컨대, 시각 t=0에서의 평균 진폭들인
Figure 112019021362479-pct00006
(0))을 비교함으로써 제어 데이터를 계산한다. 이러한 기준/타겟 주파수 스펙트럼 또는 그것의 주파수 성분들(타겟 주파수 성분들)은, 예를 들면 비교 유닛에서 미리 이미 저장된다.
제어 데이터는 2개의 스펙트럼을 비교함으로써 발생된다.
특히, 제어 데이터인 S(t)는 실제 주파수 성분들과 타겟 주파수 성분들 사이의 편차들(차이들)의 가중치가 더해진 합계에 의해 발생될 수 있다.
이는, 예를 들면 각각 가중 계수들인 an을 가지고, 개별적이거나 전체 타겟/실제 주파수 성분들의 차이들의 선형(linear) 합계 및/또는 제곱(square) 합계에 의해 실행될 수 있거나,
Figure 112019021362479-pct00007
대안적으로 또한 타겟 주파수 성분과 실제 주파수 성분의 몫 형성(quotient formation)과, 각각의 경우에 가중 계수들인 an을 가지고, 개별적이거나 전체 타겟/실제 주파수 성분들의 몫들의 선형 합계 및/또는 제곱 합계에 의해 실행될 수 있다.
Figure 112019021362479-pct00008
가중 계수들은 경험적 연구들에 의해, 시뮬레이션 계산들로부터의 수학적 모델들에 의해 또는 컴퓨터 지원 학습(예컨대, 신경망의 방식으로)에 의해 얻어질 수 있다.
가중 계수들은 또한 코팅 재료의 성분들의 체적 유량(volume flow)을 변화시킴으로써 얻어질 수 있다.
제어 데이터인 S(t)는 비교 유닛에 의해 발생되고 제어 유닛에 이용 가능하게 된다.
제어 유닛은, 예를 들면 예컨대 S(t)가 일정한 미리 정해진 한계값을 초과하는 것과 같이 제어 데이터가 정해진 범위 밖에 있다면 경고 신호를 발생시킬 수 있다. 이러한 경고 신호는 청각적(소리의 방출), 시각적(예컨대, 경고 램프 또는 스크린 상의 표시에 의한)일 수 있다. 경고 신호는 또한 추가 제어 유닛에 공급될 수 있는데, 특히 그러한 경고 신호는 비상정지(Emergency Shutdown)의 의미로, 분무 공정의 종료(ending)를 가져올 수 있다.
제어 유닛은, 예를 들면 제어 데이터인 S(t)의 함수로서, 코팅 재료의 성분들 중 적어도 하나의 체적 유량을 변경할 수 있고, 그러한 경우 적어도 하나의 전기적으로 제어 가능한 밸브가 제어 유닛에서 제공된다.
제어는 바람직하게는 제어 데이터인 S(t)의 함수로서, 제2 성분의 체적 유량을 조정함으로써, 제2 성분의 체적 유량을 변화시켜 수행된다. 이는 고체가 아닌(예컨대, 액체) 성분이 신속하고 정밀하게 조정될 수 있기 때문에, 일치성을 빠르고 정확하게 조정하는 역할을 한다.
제2 성분의 체적 유량을 변화시키기 위해 전기적으로 제어 가능한 밸브는, 예를 들면 전기적으로 제어 가능한 니들 밸브(needle valve)인데, 이는 이러한 식으로 가장 정밀한 조절(regulation)이 달성되기 때문이다.
그러므로 물의 체적 유량은 제어 데이터의 함수로서 간단한 제어를 통해 감소될 수 있거나(예컨대, S>0), 전기적으로 제어 가능한 밸브를 조절함으로써 증가된다(예컨대, S<0).
그러한 조절은, 또한 제1 성분의 체적 유량을 변화시킴으로써 추가적으로 또는 대안적으로 실행될 수 있다. 이는 제1 성분의 전달 속도(rate)에서의 변화가 이루어질 수 있는, 제어 가능한 전달 펌프의 전달 속도를 조정함으로써 이루어질 수 있다. 이는 일치성 그리고 따라서 오랫동안 지속되는 장치의 간단하고 튼튼한 조정을 가능하게 하는데, 이는 신뢰 가능한 조절이 추가적인 성분들(밸브들이나 비슷한 것) 없이도, 또는 심지어 그러한 성분들이 고장인 경우에도 이 경우 이루어질 수 있기 때문이다.
그러므로 건조한 덩어리의 체적 유량은, 제어 데이터의 함수로서 간단한 조절을 통해 증가될 수 있거나(예컨대, S>0), 전달 펌프를 제어함으로써 감소될 수 있다(예컨대, S<0).
가장 일관된 결과들은 PID(proportional-integral-derivative) 제어기를 가지고 얻어졌다.
제어 데이터는 차후의 품질 제어를 위해 저장될 수 있다.
본 발명의 시스템은, 예를 들면 야금 용기의 내부면과 같이, 접근하기 어려운 표면에 도포하는 것을 허용하는 스프레이 노즐 유닛에 기계적으로 연결되는 조작기(manipulator)를 포함할 수 있다. 철강 업계에서의 응용의 경우, 그러한 접근하기 어려운 표면들이 종종 존재하는데, 이는 특히 조작자가 매우 먼 거리에서 또는 좁은 영역들 또는 위험한 영역들에서 남아 있어야 하도록, 그러한 표면의 높은 온도로 인한 것이다.
스프레이 노즐 유닛과 조작기의 연결은 바람직하게는 회전 가능한 연결에 의해 실행될 수 있다.
조작기는 그라운드(ground) 또는 움직일 수 있고/있거나 회전 가능한 방식으로 또 다른 고정된 디바이스(예컨대, 쇳물 바가지 유지 플랜트(maintenance plant)와 같은) 상에서 조작기의 제1 단부에 장착될 수 있다.
그러한 조작기는 특히 로봇 팔의 방식으로 설계될 수 있고, 로봇 기술에서 알려진 다양한 운동학을 포함할 수 있다.
본 발명의 스프레인 노즐 유닛은 전체로서 또는 부품들로서 조작기의 부분일 수 있다. 예를 들면, 연결 유닛의 파이프는 조작기의 팔일 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은, 예를 들면 온도 측정들 또는 코팅될 표면의 시각적 검사를 위한 것과 같이 추가적인 센서들을 더 포함할 수 있다.
제어 데이터는 조작기를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 만약 제어 데이터가 소정의 한계값 위에 있다면, 조작기가 멈추거나 조작기의 전방으로의 움직임(forward movement)이 느려진다는 사실이 제공될 수 있다. 이는 코팅 재료가 자동화된 오류가 없이(error-free) 도포되는 역할을 한다.
조작기는 대안적으로 수동으로 조작된 창(lance) 또는 연장 파이프(extension pipe)일 수도 있다.
무기 코팅 재료, 특히 무기 내화물 코팅 재료를 표면, 특히 야금 용기의 표면에 도포하기 위한 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛은 적어도 다음과 같은 특징들을 가진다. 즉,
- 코팅 재료의 제1 성분을 공급하기 위한, 제1 공급 호스를 위한 제1 연결부가 있는 제1 단부,
- 스프레이 노즐 유닛으로부터 코팅 재료를 방출하기 위한 제2 단부,
- 코팅 재료의 성분들을 혼합하고, 제1 단부로부터 제2 단부까지 이동시키기 위한 연결 유닛이라는 특징을 가지고,
- 이러한 연결 유닛은 코팅 재료의 제2 성분을 공급하기 위해 적어도 하나의 연결부가 있는 혼합 챔버를 포함하고,
- 그러한 연결 유닛에서 생기는 진동폭을 검출하기 위해 그러한 연결 유닛 상에 전자 센서가 장착된다.
무기 코팅 재료는 바람직하게는 내화물 무기 덩어리이다. 그러한 내화물 무기 덩어리들(내화물 재료들)에서는, 액체 성분의 정밀한 조정이 특별히 중요한데, 그것은 드라이-믹스 숏크리팅법에 의해 도포될 때 그러하고, 타겟 일치성으로부터 벗어남이 있는 경우에는 이미 언급된 것들 외에 다음과 같은 문제들이 생긴다. 즉,
- 최적의 물로부터의 작은 벗어남들도 최종 코팅의 감소된 품질을 가져올 수 있기 때문에, 내화물 재료들(콘크리트에서의 유압식 결합과는 대조적으로)에서의 일상적인 세라믹 결합에 관해서는 매우 중요하다.
- 내화물 재료들을 도포하는 영역에서는 높은 안전 요구사항이 적용된다.
- 내화물 재료들의 경우에는, 물의 최적의 "최소 양"만이 사용될 수 있는데, 이는 그렇게 하지 않으면 과도하게 높은 물 함유량이 고온에서의 코팅의 파괴를 가져올 수 있기 때문이다.
- 일반적으로, 내화물 재료들을 위해서는 어떠한 기체 액화 장치도 사용되지 않고, 따라서 내화물 재료들의 경우에서의 최적의 일치성의 조정(예컨대, 순수하게 물을 추가하는 것을 통한)이 훨씬 더 어렵다.
제1 공급 호스(전달 호스)는 보통 스프레이 노즐 유닛의 제1 연결을 거쳐 제1 성분으로서 건조한 덩어리를 제공한다. 이는 보통 건조한 덩어리를 공기 흐름(air stream)으로 도입함으로써 행해진다.
제1 성분은 컨버터들, 쇳물 바가지들, 전기 아크로들, 턴디쉬들과 같은 야금 용기를 코팅하기 위해 설계된다. 이러한 제1 성분은 일반적으로 건조한 기초적인 내화물 덩어리와 같이 고체(solid)이다. 예를 들면, 그것은 마그네시아(magnesia) 덩어리일 수 있다.
종래의(conventional) 알갱이들은 0 내지 5㎜, 특히 0 내지 3㎜의 범위에 있다.
후속하는 내용에서, 단부는 특히 성분의 자유로운 끝(free end)이다.
연결 유닛은 그것이 스프레이 노즐 유닛의 제1 단부와 스프레이 노즐 유닛의 제2 단부 사이에 실질적으로 단차(step)가 없고 꼬임(kink)이 없는 통로를 포함할 수 있도록 설계될 수 있다. 다시 말해, 제1 단부와 제2 단부 사이의 코팅 재료의 제1 성분의 흐름 특징들에서의 불연속적인 변경이 존재하지 않는다. 이는 스프레이 노즐이 막히는 것을 회피하고, 스프레이 노즐 유닛에서의 벗겨짐에 의해 마모가 증가하는 것을 회피한다.
스프레이 노즐 유닛은 50 내지 350㎏/분의 범위에 있는 제1 성분에 관한 표준 전달 속도(rate)들에 대해 설계된다.
연결 유닛은 제1 성분이 적어도 하나의 제2 성분과 혼합되는 적어도 하나의 혼합 챔버를 포함한다.
이를 위해, 제2 성분은 제2 연결부를 거쳐 제2 공급 호스를 거쳐 혼합 챔버에 공급된다.
제2 성분은 일반적으로 비고체 성분인데, 즉 고체가 아닌 물질이다. 제2 성분은 물과 같은 액체 성분일 수 있거나, 대안적으로는 졸(sol) 특히 분산된 이산화 규소이 졸과 같이 수용성 용액 상태의 결합제일 수 있다. 제2 성분의 압력은 1바(bar)에서 40바 사이의 범위에 있을 수 있다. 제2 성분의 통상적인 양은 제1 성분에 기초한 2 내지 15중량백분율의 범위에 있다.
혼합 챔버로의 추가 연결들이 가능한데, 즉 제3 성분이 제3 연결부를 거쳐 제3 공급 호스를 통해 혼합 챔버에 공급될 수 있다. 제3 성분은 예를 들면 압축된 공기와 같이 기체 상태의 성분일 수 있다.
제3 성분의 압력은 1바 내지 40바의 범위에 있을 수 있다. 이는 제2 성분이 예연실(antechamber)에서 제3 성분과 혼합되는 것을 허용한다(즉, 그럴 경우 예를 들면 압축된 공기가 물을 가장 미세한 방울들로 분산시키기 위해 사용될 수 있다). 모든 3가지 성분들이 서로 혼합되는 것이 향상되는 것은 2중(dual) 물질 노즐(소위 바이너리(binary) 노즐)의 원리를 통해 이루어진다.
연결 유닛 상에 적어도 하나의 전자 센서가 장착되고, 이러한 전자 센서는 연결 유닛에서 발생하는 진동폭을 검출할 수 있다.
이러한 센서는 바람직하게는 연결 유닛의 외부면 상에 장착되고, 그러한 연결 유닛에 형태에 꼭 맞게(form-fittingly) 연결된다.
이러한 센서는 스프레이 노즐 유닛의 혼합 챔버 상에 장착될 수 있다. 혼합 공정에서의 오류들이나 변경 사항들은 이러한 영역에서 검출된다(예컨대, 제2 성분의 막힌 노즐들, 혼합 침버에서의 마모 등).
기본 내화물 덩어리의 제1 성분을 제2 성분으로서의 물, 및 제3 성분으로서의 압축 공기와 혼합하기 위해 2중 물질 노즐의 혼합 챔버 상에 장착되는 센서를 사용할 때, 혼합 공정에서의 오류들이나 변경 사항들은 직접(즉 매우 신속하게) 검출될 수 있고, 따라서 표면 상의 코팅 재료의 도포 품질에 있어서의 매우 작은 변동도 검출될 수 있다.
연결 유닛은 또한 파이프를 포함할 수 있다. 이러한 파이프는 그것의 제1 단부(end part)에서 코팅 매체의 성분들이 혼합 챔버에서 함께 가져 와지고 파이프 내로 공급될 때 이미 사전 혼합되도록 연결 유닛의 혼합 챔버와 연결된다. 이러한 파이프는 혼란스런 흐름들(혼합 챔버에서 존재하는)을 감소시키고 크게 얇는 판 모양으로 만드는 것뿐만 아니라, 성분들의 혼합을 더 향상시키는(균질성) 일을 가진다. 파이프는, 특히 곧거나 만곡된 속이 빈 실린더의 형태를 가질 수 있다. 파이프의 길이는 바람직하게는 5㎝ 내지 10m의 범위에 있다.
특히, 길이가 약 5m가 넘는 긴 파이프는 저온 구역(zone)에서의 혼합을 확실하게 하는 역할을 할 수 있는데, 이 경우 혼합 챔버는 적어도 코팅될 뜨거운 표면으로부터의 파이프의 길이와 같은 거리에 있다.
연결 유닛은 또한 노즐 헤드를 포함한다. 이러한 노즐 헤드는 코팅 매체이 스트림을 형성하는 일을 가진다. 노즐 헤드는 그것의 제1 단부에서 연결 유닛의 혼합 챔버에 연결되거나 파이프의 제2 단부에 연결되어, 혼합 챔버에서 이미 사전 혼합되는 코팅 매체의 성분들이 아마도 파이프를 거쳐 노즐 헤드 내로 향하게 된다. 노즐 헤드는, 특히 변하는 예를 들면 좁아지는 단면을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 노즐 헤드 또는 노즐 헤드의 제2 (열린) 단부는 스프레이 노즐 유닛의 제2 단부를 형성한다.
코팅 매체는 코팅될 표면의 방향으로 스프레이 노즐 유닛의 제2 단부를 거쳐 스프레이 노즐 유닛을 떠난다.
센서는 바람직하게는 파이프 상에 장착된다. 다시 말해, 센서는 파이프와의 형태에 꼭 맞는 연결을 형성하는데, 그러한 경우 그러한 연결은 파이프 표면의 정상적인(normal) 진동이 센서에 의해 검출될 수 있다.
파이프 상에 센서를 장착하는 것은 최상의 신호 품질(즉, 변동이 가장 낮은)을 달성한다. 이는 혼합 챔버 또는 노즐 헤드에서의 흐름 상태가 현실적으로 다소 요동을 치는데 반해, 파이프에서의 흐름 상태가 얇은 판자(laminar) 흐름에 가장 가깝게 대응한다는 사실로 인한 것이다.
길이가 5m가 넘는 긴 파이프와 결합하여, 혼합 챔버의 구역에서의 야금 용기에서 또는 스프레이 노즐 유닛의 앞 부분에서보다 혼합 챔버와 인접하는 파이프의 파이프 끝 부분에서 사용될 때 온도가 상당히 더 낮다는 추가적인 장점이 존재한다.
유리한 결과들은 파이프 상의 센서의 장착 위치들이 혼합 챔버와 인접하는 파이프 끝 부분으로부터 최대 1m까지의 떨어진 범위, 대안적으로는 파이프의 내부 직경(파이프의 내부 직경은 바람직하게는 5㎝와 15㎝ 사이의 범위에 있다)의 최대 20배, 바람직하게는 최대 10배의 범위에 있는 것을 보여준다. 가장 낮은 온도들과 양호한 흐름 상태 또한 이러한 범위에서 발생하게 된다.
0.5m 내지 1m의 범위, 대안적으로는 혼합 챔버와 인접하는 파이프 끝 부분으로부터 떨어진 파이프의 내부 직경의 5배와 20배 사이의 범위, 바람직하게는 5배와 10배 사이의 범위에서의 파이프 상의 센서의 장착 위치에 대한 특별한 선호도가 주어진다. 혼합 움직임들에 의해서는 어떠한 노이즈(noise)도 만들어지지 않는데 반해, 이러한 범위에서는 균일한 일치성이 또한 발견된다(혼합 챔버의 부근에서와 같이).
그러므로 센서는 그것의 더 긴 수명을 달성하면서 온도 복사(radiation)에 대항하여 덜 보호받을 필요가 있다.
일 실시예에서는, 파이프 상의 동일한 장착 위치에 복수의 센서들이 장착되지만, 그러한 파이프의 원주 위에 분포되어 있다. 다시 말해, 복수의 센서들은 파이프의 표면 상에 장착되고, 그러한 경우 각각의 센서는 혼합 챔버와 인접하는 파이프 끝 부분으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있다. 바람직하게는 이 실시예에서는 3개의 센서가 제공되고, 이 경우 바람직하게는 그러한 3개의 센서가 파이프의 원주 위에서 고르게 분포되어 있는데, 즉 그것들은 파이프 중심(축)에서 서로에 대해 120°의 각도를 형성한다. 이는 여러 개의 사이드(side)들로부터 청각 정보가 얻어지기 때문에, 코팅 재료에 있어서의 불균질성들의 판단을 허용한다.
일 실시예에서, 여결 유닛은 혼합 챔버, 파이프, 및 노즐 세드로 이루어진다. 무기 코팅 재료의 성분들은 처음에 혼합 챔버에서 함께 가져와지고, 미리 혼합된 다음, 파이프에서 더 균질화되고 그 다음 흐름이 얇은 판자 모양이 되고 노즐 헤드 내로 옮겨진다. 준비가 된 혼합된 무기 덩어리는 노즐 헤드에 의해 코팅될 표면 상으로 향하게 되고, 노즐 헤드를 통해 스프레이 노즐 유닛을 떠난다.
센서는 연결 유닛에서 만들어진 진동폭, 즉 구조상 한계 소리를 검출한다. 이는 가속도 측정의 원리에 따라 행해진다. 특히, 연결 유닛의 표면에 대해 수직인 진동의 굴절(deflectioin)들이 기록된다. 그러므로 센서는 일반적으로 가속도 값들을 제공하고, 이러한 가속도 값들은 연결 유닛의 표면에 대해 수직이며, 시간의 함수로서 전기 값들(전력 또는 전위)의 시퀀스(sequence)의 형태를 가진다.
환경으로부터의 소리 영향들은 이러한 방법을 가지고 매우 제한된 범위까지만 검출된다.
이러한 센서는 진동 센서로서 설계되고, 바람직하게는 레이저 진동계, 압전 가속도계, 압전 저항 센서, 변형 게이지(strain gauge), 용량성 가속도 센서, 자기저항 가속도 센서로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 이들 가속도 센서들 중 하나를 사용하여, 환경으로부터의 소리 영향들(2차 노이즈들과 같은)이 크게 배제될 수 있다.
마이크로폰과 같은 기존의 소리 센서들은 많은 배경 잡음들이 포착되기 때문에 분리하거나 심지어 적합하지 않을 수 있다.
센서는 바람직하게는 압전 가속도 센서이고, 이러한 압전 가속도 센서는 단단한 연결에 의해 연결 유닛의 일 부분에 형태에 꼭 맞게 연결된다.
압전 가속도 센서를 사용함으로써, 환경 영향들(2차 노이즈들과 같은)이 크게 배제될 수 있고, 동시에 스프레이 노즐 유닛의 높은 재현성(reproducibility)과 오랜 수명이 달성될 수 있다.
예를 들면, 그러한 센서는 클램프(브래킷(bracket)) 내로 통합될 수 있고, 이는 연결 유닛의 한 부분이다. 이는 손쉬운 교환 가능성을 허용한다.
스프레이 노즐 유닛의 성분들은 바람직하게는 내마모성 재료로 이루어진다. 그러므로 특히 연결 유닛, 즉 혼합 챔버, 파이프, 및 노즐 헤드는 강철로 만들어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛에서 여러 성분들을 혼합함으로써 얻어진 무기 코팅 재료를 표면, 특히 야금 용기의 표면에 도포하기 위한 방법을 제공함으로써 본 발명의 목적이 달성되는데, 이러한 방법은:
- 혼합하는 동안에 상기 스프레이 노즐 유닛의 전자 센서에 의해 검출되는 진동폭과, 상기 스프레이 노즐 유닛의 연결 유닛을 통한 코팅 재료의 성분들의 이동을 측정하는 단계,
- 측정된 진동폭들로부터 실제 주파수 스펙트럼을 계산하는 단계,
- 실제 주파수 스펙트럼과 저장된 타겟 주파수 스펙트럼을 비교함으로써 제어 데이터를 발생시키는 단계,
- 상기 제어 데이터가 정해진 범위 밖에 있을 때에는 경고 신호를 발생시키는 단계, 및/또는
상기 비교 유닛에 의해 발생되는 제어 데이터의 함수로서, 상기 코팅 재료의 성분들의 체적 유량들을 변경하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은 본 발명에 따른 스트레이 노즐 유닛에서 여러 성분들을 혼합함으로써 얻어진 무기 코팅 재료의 일치성을 체크하기 위해 사용된다.
이러한 방법은 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛을 사용하는 일 양태에서 행해지는데, 이 경우 그러한 스프레이 노즐 유닛은, 예를 들면 다음 특징들을 포함한다. 즉,
- 상기 코팅 재료의 제1 성분을 공급하기 위해, 제1 공급 호스를 위한 제1 연결부가 있는 제1 단부,
- 상기 스프레이 노즐 유닛으로부터 코팅 재료를 방출하기 위한 제2 단부,
- 상기 코팅 재료의 성분들을 혼합하고 제1 단부로부터 제2 단부까지 상기 코팅 재료의 성분들을 이동시키기 위한 연결 유닛,
- 상기 코팅 재료의 제2 성분들을 공급하기 위해, 적어도 하나의 추가 연결부가 있는 혼합 챔버를 상기 연결 유닛이 가지고,
- 상기 연결 유닛에서 발생하는 진동폭을 검출하기 위해, 적어도 하나의 전자 센서가 상기 연결 유닛 상에 장착된다.
그러므로 이러한 방법은 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛을 사용하여 행해지고, 이 경우 상기 코팅 재료의 건조한, 특히 건조한 내화물(dry refractory)의 제1 성분이, 제1 공급 호스에 의해 스프레이 노즐 유닛에 바람직하게 제공되고, 상기 코팅 재료의 액체의, 특히 수성의 제2 성분이 제1 공급 호스에 의해 스프레이 노즐 유닛에 바람직하게 제공된다. 제공된 성분들은 상기 스프레이 노즐 유닛의 연결 유닛에서 혼합된다. 연결 유닛 상에 장착된 전자 센서가 연결 유닛에서 생기는 진동폭을 검출한다. 혼합된 코팅 재료는 상기 스프레이 노즐 유닛의 제2 단부로 향하고 거기서 코팅될 표면의 방향으로 상기 스프레이 노즐 유닛을 떠난다. 혼합된 코팅 재료는 코팅될 표면 상에서 충돌하고, 그런 다음 표면의 코팅을 형성한다.
상기 코팅 재료의 건조한, 특히 건조한 내화물의 제1 성분이, 예컨대 Gunite 또는 Dry-Gunning machine(예컨대, 타입들 AJ10A,..40A와 같은 RHI Ankerjet라는 이름으로도 알려져 있다)이라고 부르는 적합한 기계에 의해 제공된다.
원칙적으로, 건조한, 특히 건조한 내화물의 제1 성분은 적합한 기계와 같은 저장 컨테이너(storage container)에서 제공된 다음, 그러한 기계에서 또는 외부 압축기 등에 의해 만들어진 공기 흐름에 의해, 제1 공급 호스를 통해 스프레이 노즐 유닛의 제1 연결부로 이동된다. 제1 공급 호스에서의 압력은 0.5바부터 8바 사이의 범위에 있을 수 있다.
코팅 재료의 액체의, 특히 수성의 제2 성분은 제2 공급 호스를 통해 스프레이 노즐 유닛의 제2 연결부로 적합한 펌프에 의해 이동된다. 제2 공급 호스에서의 압력은 1.5바부터 8.5바 사이의 범위에 있을 수 있다. 제2 공급 호스에서의 압력은 바람직하게는 제1 공급 호스에서의 압력과 동일하거나 제1 공급 호스에서의 압력보다 약 0.5바 더 높다.
스프레이 노즐 유닛의 전자 센서에 의해 검출되는 진동폭의 검출은, 코팅 재료의 성분들의 혼합과 이동 동안에 지속적으로 행해진다(즉, 현재 실제 일치성).
타겟 주파수 스펙트럼은 다음 단계들에 의해 미리 얻어질 수 있다. 즉,
- 코팅 재료의 성분들의 체적 유량들을 변경함으로써, 상기 코팅 재료의 타겟 일치성을 설정/정의하는 단계,
- 상기 코팅 재료가 혼합되고, 상기 스프레이 노즐 유닛의 연결 유닛(60)에 의한 타겟 일치성을 가지고 이동될 때, 상기 스프레이 노즐 유닛의 전자 센서에 의해 진동폭을 측정하는 단계,
- 측정된 진동폭들로부터 타겟 주파수 스펙트럼을 계산하는 단계,
- 상기 타겟 주파수 스펙트럼을 저장하는 단계(예컨대, 컴퓨터 메모리에).
본 발명의 추가 양태는 무기 코팅 재료, 특히 무기 덩어리를 표면, 예를 들면 야금 용기의 표면에 도포하기 위해 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛을 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 추가 양태는 무기 코팅 재료, 특히 무기 덩어리를 표면, 예를 들면 야금 용기의 표면에 도포하기 위해 본 발명에 따른 시스템을 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 전형적인 실시예들이 예시를 통해 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 스프레이 노즐 유닛을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 개략적인 순서(sequence)를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 실제 주파수 성분들과 타겟 주파수 성분들의 몫들의 전형적인 그림을 보여주는 도면들.
도 1은 제1 연결부(11)를 거쳐 혼합 챔버(61)까지 기본 질량이 스프레이 노즐 유닛(50)의 제1 단부(51)를 통과하도록 기본 질량(Ankerjet NP 12, 기본 질량, 0 내지 3㎜의 과립화 밴드, 매우 내화성인)을 운반하는 제1 공급 호스(전달 호스)(10)를 보여준다. 물이 제2 연결부(21)를 거쳐 혼합 챔버(61) 내로 제2 공급 호스(20)를 통과한다. 압축된 공기는 제3 공급 호스(30)를 거쳐 상기 제2 연결부(31)를 거쳐 혼합 챔버(61)에 도달한다. 코팅 재료는 Ankerjet NP 12의 기본 질량의 성분들로부터 혼합 챔버(61)에서 형성되고, 이 경우 물과 공기가 혼합되고 파이프(62)(길이:2m)를 통해 노즐 헤드(63) 내로 이동된 다음, 제2 단부(52)를 거쳐 그리고 그곳으로부터 코팅될 표면(10)까지 스프레이 노즐 유닛(50)을 떠난다. 스프레이 노즐 유닛(50)은 강철로 이루어진다. 압전 센서(70)는 파이프(62)의 가운데에서(즉, 혼합 챔버(61)와 인접하는 파이프 단부로부터 1m 또는 파이프 직경의 10배만큼 떨어진, 파이프 직경은 10㎝이다) 파이프(62)에 형태에 꼭 맞게(form-fittingly) 연결되고, 데이터 처리 유닛(80)에 의해 획득되는, 파이프(62)에서 나타나는 진동폭(81)을 검출한다. 데이터 처리 유닛(80)은 비교 유닛(90)에 연결되고, 제어 가능한 전달 펌프(100a) 또는 코팅 재료의 제어 가능한 전기 밸브들(100b, 100c)에 의해 성분들의 관통 유량(through-flow)/체적 유량(102)을 조절하기 위해, 제어 데이터(91)를 통해 제어 유닛(100)을 제어한다.
도 2는 연결 유닛(60)의 파이프(62) 상에 장착된 압전 센서(70)(이 경우 ICP 가속도계, 모델 번호 352C33)를 보여주고, 이러한 파이프(62)는 데이터 처리 유닛(80)에 아날로그 데이터 신호를 공급한다. 이러한 전형적인 실시예에서의 데이터 처리 유닛(80)은 소프트웨어인 LabView를 사용하는 컴퓨터이다. 시간 종속적인 진동폭(81)이 얻어지도록 아날로그 데이터 신호가 먼저 디지털화된다(digitized)(16비트들, 51,400㎐). 이는 주파수 진폭 값들(93)이 얻어지도록(250㎳의 진동폭의 시간 간격(time interval)에 걸쳐), 주파수 스펙트럼(82)으로의 FFT(Fast Fourier Transformation) 모듈로 연속해서 전환된다. 1 내지 2999㎐(
Figure 112019021362479-pct00009
(t)), 3000 내지 9300㎐(
Figure 112019021362479-pct00010
(t)), 및 9301 내지 12000㎐(
Figure 112019021362479-pct00011
(t))의 범위에서 주파수 진폭 값들(93)의 평균을 냄으로써, 주파수 진폭 값들(93)로부터 3개의 주파수 성분들(92)이 연속적으로 계산된다. 값들(
Figure 112019021362479-pct00012
(t),
Figure 112019021362479-pct00013
(t), 및
Figure 112019021362479-pct00014
(t))은 15초인 시간 간격에 걸쳐 움직이는 평균으로서 추가 처리를 위해 계산된다. 그 다음 제어 데이터(91)가 주파수 진폭 값들(93)로부터 계산되고, 제어 유닛(100)으로 보내진다. 제어 데이터(91)의 최대값을 초과하면, 제어 유닛들은 경고 신호(10)를 출력하고 체적 유량(102)을 조절한다.
이러한 전형적인 실시예에서의 스프레이 노즐 유닛(50)은 바이너리 노즐이다. 건조 질량(Ankerjet NP 12)이 제1 공급 호스(10)를 거쳐 압축된 공기(운반 공기)에 의해 스프레이 노즐 유닛(50)의 제1 연결부(11)에 운반되고, 이러한 압축된 공기는 압축기에 의해 제공된다(압력은 6바(bar)이고, 그 질량은 공기 흐름에서의 압력이 0.5바이고, 그 (공기) 흐름 속도가 약 190m3/h인, "Ankerjet" 기계에 의한 공기 흐름 내로 끌어 들여진다). 제2 공급 호스(20)를 거쳐 제2 연결부(21)로 약 1.5바의 압력하에 물 펌프 WK155에 의해 음용수 라인(line)으로부터 물이 직접 공급된다. 물 부피는 전기식으로 제어 가능한 밸브(100b)에 의해 조정된다(물의 정확한 부피 흐름의 측정은 Krohne사의 DN 50으로부터의 유량계에 의해 행해지고, PN=40[바], Q=0 내지 50[m3/h], 출력(I)=4 내지 20[㎃]). 1.5바의 압력과 50㎥/h에서 제3 공급 호스(30)를 거쳐 스프레이 노즐 유닛(50)의 제3 연결부(31)로 압축된 공기(분무 공기)가 공급된다(KAESER사의 타입 BSD81T로부터의 스크류 압축기를 거쳐 공급된(11.0[바] 400[V])). 스프레이 노즐 유닛(50)은 코팅될 표면(110)의 방향으로 수평으로 정렬된다. 표면(110)은 스프레이 노즐 유닛(50)의 제2 단부(52)로부터 3m의 거리에 정렬되고 본질적으로 스프레이 노즐 유닛(50)의 축에 대해 수직을 이룬다.
표 1은 테스트 결과들을 보여준다.
[표 1]
Figure 112019021362479-pct00015
여기서, (*)는 기준 값이다.
테스트 번호 1에서, 기본 질량의 흐름 속도는 약 120㎏/분(체적 유량)인 것으로 결정된다. 물이 6ℓ/분으로 더해진다(체적 유량)(물 함유량은 그 질량에서의 물의 0.050ℓ/㎏). 그 결과는 너무 건조한 것으로 판단되는데, 이는 부분적인 먼지 형성이 발생하고, 많은 질량이 코팅될 표면(110)으로부터 되돌아오기 때문이다.
테스트 번호 2에서는, 물의 양이 9.2ℓ/분까지 증가한다(물 함유량은 0.077ℓ/㎏; 질량: 120㎏/분). 그 결과는 최적인 것으로 평가되는데, 이는 코팅될 표면(10)에 질량 대부분이 부착되어 어떠한 먼지 형성도 발생하지 않고, 그 질량은 흘러 넘치지 않기 때문이다. 타겟 주파수 스펙트럼(82)이 이러한 최적이 물 함유량에서 얻어진 진동폭(81)으로부터 계산되고, 3개의 타겟 주파수 성분들인
Figure 112019021362479-pct00016
(0)=0.48,
Figure 112019021362479-pct00017
(0)=1.80,
Figure 112019021362479-pct00018
(0)=1.48이 그것으로부터 계산된다. 이들 얻어진 값들은 나머지 예들에 관한 기준(reference)(타겟 주파수 성분들(92))로서 사용된다.
테스트 번호 3에서는 물의 양이 13ℓ/분까지 증가한다(물 함유량은 0.108ℓ/㎏, 덩어리는 120㎏/분). 그 결과는 덩어리가 표면(110)으로부터 부분적으로 벗어나기 때문에 너무 축축하다고 판단된다.
테스트 번호 4에서는 덩어리가 6ℓ/분의 물 추가로부터 75㎏/분으로 추가된다(물 함유량은 0.080, 덩어리는 75㎏/분). 그 결과는 덩어리의 많은 부분이 코팅될 표면(110)에 부착하여, 어떠한 먼지 형성도 발생하지 않고, 덩어리가 벗어나지 않기 때문에 최적이라고 평가된다. 하지만, 테스트 2의 결과와는 대조적으로, 감소된 체적 유량만이 사용된다.
테스트 번호 5에서는, 덩어리가 6ℓ/분의 물 추가로부터 100㎏/분으로 추가된다(물 함유량은 0.060, 덩어리는 100㎏/분). 그 결과는 너무 건조하다고 판단되는데, 이는 부분적인 먼지 형성이 발생하고, 많은 덩어리가 코팅될 표면으로부터 되돌아오기 때문이다.
테스트 번호 2로부터 얻어진 타겟 주파수 성분들 92(
Figure 112019021362479-pct00019
(0),
Figure 112019021362479-pct00020
(0), 및
Figure 112019021362479-pct00021
(0))과 다른 테스트들(실제 주파수 성분들 92(
Figure 112019021362479-pct00022
(t),
Figure 112019021362479-pct00023
(t), 및
Figure 112019021362479-pct00024
(t)))과의 비교는 몫 형성(quotient formation)(즉,
Figure 112019021362479-pct00025
(t)/
Figure 112019021362479-pct00026
(0), (
Figure 112019021362479-pct00027
t)/
Figure 112019021362479-pct00028
(0), 및
Figure 112019021362479-pct00029
(t)/
Figure 112019021362479-pct00030
(0))에 의해 예시적으로 도시된다.
도 3a는 물 함유량의 함수로서(㎏/분으로 공급된 덩어리에 대한 ℓ/분로 추가된 물의 몫으로서)의 몫인
Figure 112020076666423-pct00031
(t)/
Figure 112020076666423-pct00032
(0)의 곡선을 보여준다. 최적의 일치성의 경우에, 전반적인 낮은 체적 유량(덩어리 M = 75㎏/분, 물 W = 6ℓ/분에서,
Figure 112020076666423-pct00033
(t)/
Figure 112020076666423-pct00034
(0)= 162%)과 높은 체적 유량(덩어리 M = 120㎏/분, 물 W = 9.2ℓ/분에서,
Figure 112020076666423-pct00035
(t)/
Figure 112020076666423-pct00036
(0)= 100%[=기준]) 사이의 신호인
Figure 112020076666423-pct00037
(t)/
Figure 112020076666423-pct00038
(0)에서 큰 차이가 검출된다. 그러므로 이러한 값은 이러한 전형적인 실시예에서의 건조한 덩어리(Ankerjet NP12)의 일정한 체적 유량의 감시를 허용한다. 제어 데이터 91(S(t) = 1 -
Figure 112020076666423-pct00039
(t)/
Figure 112020076666423-pct00040
(0))은 여기서 형성될 수 있다. |S(t)|>10%일 때, 스크린 상에 메시지를 출력함으로써 경고 신호(101)가 방출된다.
도 3b는 물 함유량의 함수로서의 몫인
Figure 112020076666423-pct00041
t)/
Figure 112020076666423-pct00042
(0)의 코스(course)를 보여준다. 몫인
Figure 112020076666423-pct00043
t)/
Figure 112020076666423-pct00044
(0)는 건조한 덩어리의 체적 유량과는 독립적인 물 함유량과의 양호한 상호 관계를 보여준다. 그러므로 이러한 값은 제어 데이터인 91(S(t) = 1 -
Figure 112020076666423-pct00045
t)/
Figure 112020076666423-pct00046
(0))를 설정함으로써, 물(102)의 체적 유량을 제어하기 위해 사용될 수 있다. S<0일 때, 물의 체적 유량은 전기적으로 제어 가능한 밸브(100b)에 의해 1 유닛(unit)(예컨대, 0.1ℓ/분)만큼 감소된다. S>0일 때에는, 물(102)의 체적 유량은 1 유닛만큼 증가된다. 이러한 규칙을 가지고, 균일하게 양호한 일치성이 긴 적용 시간들 동안에 얻어진다.
물 함유량의 함수로서의 몫인
Figure 112019021362479-pct00047
(t)/
Figure 112019021362479-pct00048
(0)의 곡선은 도 3b에서의
Figure 112019021362479-pct00049
t)/
Figure 112019021362479-pct00050
(0)의 것과 질적으로 비슷하고, 따라서 여기서는 유사한 결론들이 또한 적용된다.
10: 제1 공급 호스(운반 호스) 11: 제1 연결부
20: 제2 공급 호스 21: 제2 연결부
30: 제3 공급 호스 31: 제3 연결부
50: 스프레이 노즐 유닛
51: 스프레이 노즐 유닛의 제1 단부
52: 스프레이 노즐 유닛의 제2 단부
60: 연결 유닛 61: 혼합 챔버
62: 파이프 63: 노즐 헤드
70: 센서 80: 데이터 처리 유닛
81: 진동폭 82: 주파수 스펙트럼
90: 비교 유닛 91: 제어 데이터
92: 주파수 성분들 93: 주파수 진폭 값들
100: 제어 유닛 100a: 제어 가능한 전달 펌프
100b: 전기식 제어 가능한 밸브 100c: 전기식 제어 가능한 밸브
101: 경고 신호 102: 체적 유량들
110: 코팅될 표면

Claims (15)

  1. 무기 코팅 재료를 표면(110)에 도포하기 위한 시스템으로서,
    스프레이 노즐 유닛(spray nozzle unit)(50), 데이터 처리 유닛(80), 비교 유닛(90), 및 제어 유닛(100)을 포함하고,
    상기 스프레이 노즐 유닛(50)은:
    상기 코팅 재료의 제1 성분을 공급하기 위해 제1 공급 호스(10)를 위한 제1 연결부(11)가 있는 제1 단부(end portion)(51), 상기 스프레이 노즐 유닛(50)로부터 상기 코팅 재료를 방출하기 위한 제2 단부(52), 상기 코팅 재료의 성분들을 혼합하고 상기 코팅 재료의 성분들을 상기 제1 단부(51)로부터 상기 제2 단부(52)까지 이동하기 위한 연결 유닛(60)을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 연결 유닛(60)은 상기 코팅 재료의 제2 성분을 공급하기 위한 적어도 하나의 추가 연결부(21, 31)가 있는 혼합 챔버(61)를 포함하며,
    상기 연결 유닛(60)에서 발생하는 진동폭(oscillation amplitude)(81)을 검출하기 위해 상기 연결 유닛(60) 상에 적어도 하나의 전자 센서(70)가 장착되고,
    상기 데이터 처리 유닛(80)은 상기 스프레이 노즐 유닛(50)의 상기 전자 센서(70)에 의해 검출되는 상기 진동폭(81)을 획득하고, 검출되는 상기 진동폭(81)으로부터 실제 주파수 스펙트럼(82) 또는 타겟 주파수 스펙트럼(82)을 계산하기 위한 것이며,
    상기 비교 유닛(90)은 실제 주파수 스펙트럼(82)과 타겟 주파수 스펙트럼(82)을 비교하고 제어 데이터(91)를 발생시키기 위한 것이고,
    상기 제어 유닛(100)은 상기 제어 데이터(91)가 규정된 범위 밖에 있을 때에는 경고 신호(101)를 발생시키고/발생시키거나,
    상기 비교 유닛(90)에 의해 발생되는 제어 데이터(91)에 따라서, 상기 코팅 재료의 상기 성분들 중 적어도 하나의 체적 유량(volume flow)(102)을 변경하고,
    상기 스프레이 노즐 유닛의 상기 제1 단부(51)와 상기 제2 단부(52) 사이의 상기 연결 유닛(60)은 실질적으로 단차가 없는(step-free) 그리고 꼬임이 없는(kink-free) 경로(path)를 구축하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비교 유닛(90)은 규정된 주파수 범위에 걸쳐 상기 실제 주파수 스펙트럼(82) 및/또는 상기 타겟 주파수 스펙트럼(82)으로부터의 각각의 주파수 진폭 값들(93)을 합함으로써, 실제 주파수 성분들(92) 및/또는 타겟 주파수 성분들(92)을 결정하는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 비교 유닛(90)은 상기 실제 주파수 성분들(92)과 상기 타겟 주파수 성분들(92) 사이의 편차들 또는 몫들의 가중치가 더해진 합계로부터 제어 데이터(91)를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 야금 용기의 내부 표면과 같이, 접근이 어려운(hard-to-access) 표면(110)에 도포하는 것을 허용하기 위해 상기 스프레이 노즐 유닛으로 기계적으로 연결된 조작기(manipulator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 유닛(60)은 상기 혼합 챔버(61)에 연결된 파이프(62)를 포함하고,
    상기 센서(70)는 상기 파이프(62) 상에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(70)는 압전형 가속도 센서인 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  7. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(70)는 상기 연결 유닛(60)을 둘러싸는 클램프 내로 통합되어 있는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하기 위한 시스템.
  8. 삭제
  9. 적어도 하나의 전자 센서(70)를 가지고 스프레이 노즐 유닛(50)에서의 여러 성분들을 혼합함으로써 얻어지는 무기 코팅 재료를 표면(110)에 도포하는 방법으로서,
    혼합하는 동안에 상기 스프레이 노즐 유닛(50)의 전자 센서(70)에 의해 검출되는 진동폭(81)과, 상기 스프레이 노즐 유닛(50)의 연결 유닛(60)을 통한 무기 코팅 재료의 이동을 측정하는 단계,
    측정된 진동폭(81)으로부터 실제 주파수 스펙트럼(82)을 계산하는 단계,
    실제 주파수 스펙트럼(82)과 저장된 타겟 주파수 스펙트럼(82)을 비교함으로써 제어 데이터(91)를 발생시키는 단계,
    상기 제어 데이터(91)가 규정된 범위 밖에 있을 때에는 경고 신호(101)를 발생시키는 단계, 및/또는
    비교 유닛(90)에 의해 발생되는 상기 제어 데이터(91)의 함수로서, 상기 코팅 재료의 성분들 중 적어도 하나의 체적 유량(102)을 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 스프레이 노즐 유닛(50)은 다음의 특징들, 즉:
    상기 코팅 재료의 제1 성분을 공급하기 위해, 제1 공급 호스(10)를 위한 제1 연결부(11)가 있는 제1 단부(51),
    상기 스프레이 노즐 유닛(50)으로부터 코팅 재료를 방출하기 위한 제2 단부(52),
    상기 코팅 재료의 성분들을 혼합하고 상기 제1 단부(51)로부터 상기 제2 단부(52)까지 상기 코팅 재료의 성분들을 이동시키기 위한 연결 유닛(60),
    상기 코팅 재료의 제2 성분들을 공급하기 위해, 적어도 하나의 추가 연결부(21, 31)가 있는 혼합 챔버(61)를 상기 연결 유닛(60)이 포함하고,
    상기 스프레이 노즐 유닛의 상기 제1 단부(51)와 상기 제2 단부(52) 사이의 상기 연결 유닛(60)은 실질적으로 단차가 없는(step-free) 그리고 꼬임이 없는(kink-free) 경로(path)를 구축하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    실제 주파수 성분들(92) 또는 타겟 주파수 성분들(92)의 계산은, 상기 실제 주파수 스펙트럼(82) 또는 상기 타겟 주파수 스펙트럼(82)의 특정 주파수 범위에 걸친 주파수 진폭 값들(93)의 합계에 의해 제어 데이터(91)의 발생을 위해 수행되는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    적어도 하나의 주파수 성분(92)은 3000 내지 9300㎐인 주파수 범위에서 계산되는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 실제 주파수 성분들(92)과 상기 타겟 주파수 성분들(92) 사이의 편차들 또는 몫들의 가중치가 더해진 합계로부터 상기 제어 데이터(91)가 발생되는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
  13. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    타겟 주파수 스펙트럼(82)은 다음 단계들, 즉
    코팅 재료의 성분들의 체적 유량(102)들을 변경함으로써, 상기 코팅 재료의 타겟 일치성(target consistency)을 설정하는 단계,
    상기 코팅 재료가 혼합되고, 상기 스프레이 노즐 유닛(50)의 연결 유닛(60)에 의한 타겟 일치성을 가지고 이동될 때, 상기 스프레이 노즐 유닛(50)의 전자 센서(70)에 의해 검출되는 진동폭(81)들을 측정하는 단계,
    측정된 진동폭(81)들로부터 타겟 주파수 스펙트럼(82)을 계산하는 단계,
    상기 타겟 주파수 스펙트럼(82)을 저장하는 단계에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
  14. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 스프레이 노즐 유닛(50)은 다음 특징, 즉:
    상기 연결 유닛(60)에서 발생하는 진동폭(81)을 검출하기 위해, 적어도 하나의 전자 센서(70)가 상기 연결 유닛(60) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 코팅 재료의 건조한 내화물(dry refractory)의 제1 성분이, 상기 제1 공급 호스(10)에 의해 상기 스프레이 노즐 유닛(50)에 제공되고, 상기 코팅 재료의 수성의 제2 성분이 제2 공급 호스(20)에 의해 상기 스프레이 노즐 유닛(50)에 제공되며, 상기 코팅 재료의 상기 제1 성분과 상기 제2 성분은 상기 스프레이 노즐 유닛(50)에서 혼합되고,
    혼합된 코팅 재료는 상기 스프레이 노즐 유닛(50)의 제2 단부(52)로 향하고 거기서 코팅될 상기 표면(110)의 방향으로 상기 스프레이 노즐 유닛(50)을 떠나며,
    그런 다음 상기 혼합된 코팅 재료는 코팅될 상기 표면(110) 상에서 충돌하고, 건조 후에 상기 표면(110)의 상기 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는, 무기 코팅 재료를 표면에 도포하는 방법.
KR1020197006225A 2016-07-28 2017-07-26 스프레이 노즐 유닛을 갖는 시스템과 무기 덩어리의 스프레이 방법 KR102490243B1 (ko)

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