KR102611971B1 - 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치는 밀 스케일을 실은 유체를 수용하기 위해 탱크를 사용한다. 탱크 내의 곡선형 홈통은 회전 가능한 자기 드럼을 수용하고 그 사이에 채널을 설정한다. 공기 압축기 및 연관된 매니폴드는 탱크 내부와 회전 가능한 자기 드럼에 인접하여 기포를 발생한다. 밀 스케일은 밀 스케일이 축적하는 드럼 표면에 끌리는 기포에 부착된다. 밀 스케일 입자의 축적은 회전하는 드럼의 표면에 근접한 스크레이퍼에 의해 회전하는 드럼의 표면 주위로 이동한다. 드럼의 표면상에 밀 스케일 입자를 보유하기에 불충분한 자력인 회전하는 드럼의 영역으로 축적된 밀 스케일 입자를 이동시킴으로써, 밀 스케일 입자가 제거되어 컨베이어 시스템으로 통과한다.
Description
본 명세서에서 본 발명은 강철 처리 시스템 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 압연, 단조 등과 같은 강철 작업 작동 동안 산업용 유체로부터 밀 스케일(mill scale)을 추출하는 효율을 증가시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 밀 스케일이, 드럼 위에서 스케일을 이동시키고 궁극적으로 스케일을 드럼으로부터 제거하기 위한 연관된 스크레이퍼를 갖는 회전하는 드럼에 자기적으로 끌어당겨져, 이로써 이러한 손상 입자의 작동 유체를 제거하는 시스템 및 연관된 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 산업용 유체에 기포의 도입을 사용하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상기 기포는 밀 스케일 입자를 상기 회전하는 드럼의 표면에 고정 및 도입하여 제거 공정의 효율성을 강화한다.
강철이 공기의 존재하에 506℃ 초과로 가열될 때, 밀 스케일(이하, 스케일이라 함)의 불균일한 표면 층이 발달한다. 이 스케일의 두께는 일반적으로 1mm 미만이다. 이 스케일은 적철광(Fe2O3)의 얇은 외부 층과 이에 후속하는 자철광 층(Fe3O4)으로 구성된다. 코어로부터 바깥쪽으로 스케일은 주로 뷔스타이트(wuestite; FeO)이다.
강철의 열간 작업 동안, 툴링(tooling)을 냉각하고 윤활하는 데 사용된 유체가 스케일과 접촉한다. 이어지는 급격한 온도 감소로 인해 스케일은 변형된다. 물리적으로, 스케일은 약 50 HRC(로크웰 경도)로 경화된다. 화학적으로, FeO는 Fe 및 Fe3O4가 된다. 문제는 Fe와 Fe3O4가 강철에 단단히 부착되지 않는다는 것이다. 부서지기 쉽고 딱딱한 스케일은 떨어져 나간다. 시간이 지나면서, 스케일은 기계 펌프에 축적된다.
스케일은 강철 산업에 많은 문제를 제시한다. 스케일을 실은(scale-laden) 기계 냉각제가 재순환하면, 경화된 입자가 장비와 펌프 시일(seal)을 손상시킨다. 스케일은 또한 과도한 툴링 마모를 유발한다. 이러한 문제를 완화하려면, 기계 펌프로부터 스케일을 준설하기 위해 제조 작동을 주기적으로 중지해야 하므로, 생산에 부정적인 영향을 미친다. 손상된 장비 및 펌프 시일의 교체 및 수리는 생산에 유사한 부정적인 영향을 미친다.
툴링 및 유지 보수 비용을 줄이면서 열간 강철 작업 장비 가동 시간을 늘리는 비결은 발생되는 스케일을 제거하는 것이다. 불행히도, 스케일이 형성되는 빠른 속도로 인해, 인-라인(in-line) 사이클론 여과에 의한 제거가 불가능하다. 더욱이, 필터 매체를 통과하는 것은 전혀 경제적이지 않다.
업계에서는 (1) 철과 자철석 입자가 모두 강자성이고, (2) 일회용 매체가 필요하지 않으며, (3) 연속적인 드럼 회전 속도가 스케일 발생 속도를 따라갈 수 있기 때문에 습식 자기 드럼 여과가 이상적이라는 것을 발견하였다. 이러한 이유로, 철광석은 일반적으로 자기 드럼을 사용하여 여과된다. 그러나, 철광석과 달리, 스케일은 머신 툴(machine tools)에서 인-라인으로 자기적으로 여과되지 않는다.
스케일 필터링에 대한 문제점은 많다. 우선, 철광석과 달리, 스케일은 자화율이 낮다. 이는 (1) 스케일을 코팅하는 냉각제에 있는 유화 오일, (2) 냉각제의 높은 유량, 및 (3) 스케일을 코팅하는 경향이 있는, 냉각제에 자유 기계 가공 오일 및 그리스(grease)의 존재로 인해 스케일 입자에 가해지는 높은 항력 때문이다. 이러한 항력을 극복하기 위해, 스케일을 수집하는 자기력은 철광석의 자기력보다 몇 자리수(orders of magnitude) 더 커야 한다.
자기장 구배가 거리에 따라 3승으로 떨어지기 때문에, 필요한 양력을 생성하려면 스케일을 실은 냉각제와 자기 드럼 사이의 예외적으로 작은 거리가 필요하다. 그러나, 이러한 작은 거리는 냉각제 유속을 증가시키는데 이는 차례로 항력을 증가시킨다. 이를 보상하기 위해, 자기 필터는 반드시 매우 커야 한다. 참으로, 그 크기는 금속 작업 장비 아래에 배치하려는 욕구를 좌절시킨다. 현재, 스케일을 실은 냉각 유체를 이동하기 위한 펌프 또는 하이드로사이클론의 필요성을 제거하기 위해 공작 기계 아래에 필터를 배치하는 것이 바람직한데, 이는 시간이 지남에 따라 펌프, 시일 등을 손상시키는 경향이 있다.
스케일을 끌어당기기에 충분한 자기 리프팅 강도 또는 힘이 달성될 수 있다고 하더라도, 제거의 추가 문제가 있다. 드럼 내부의 자기 회로는 또한 스크레이퍼가 스케일을 폐기를 위해 드럼으로부터 제거할 수 있도록 충분히 약하게 설계되어야 한다.
스케일 제거 및 폐기에 대한 추가적인 과제는 높은 정도의 경도와 작은 크기로 인해 내재되어 있다. 스케일은 철광석보다 몇 자리수 더 단단하다. 철광석 마모를 필터링하고 전달하는 데 사용된 기존의 드럼, 스크레이퍼, 및 컨베이어 재료는 스케일 크기를 빠르게 초과하는 속도로 마모된다. 이 경우, 스케일이 더이상 제거되거나 폐기되지 않는다.
전술한 바에 비추어, 본 발명의 제 1 양태는 향상된 자기장을 갖는 드럼을 사용하는 액체 용액으로부터 철 밀 스케일(ferrous mill scale)의 연속 자기 여과(magnetic filtration)를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 드럼의 자기장이 스크레이퍼에 의한 밀 스케일 제거를 수용하기 위해 감소된 자기력 영역을 특징으로 하는 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. .
본 발명의 추가 양태는 자기장을 지니는 드럼에 인접한 기포 발생기를 포함하는 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치에 의해 달성되는데, 기포들이 발생되어 이로써 밀 스케일을 액체로부터 이행(entrain)시켜 드럼에 밀 스케일을 도입하는 역할을 하고, 자기장의 효율성을 향상시켜 밀 스케일을 액체 용액 밖으로 드럼과 접촉 근접하게 가져와 밀 스케일을 드럼으로 끌어당긴다.
본 발명의 또 다른 양태는 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 여기서 상기 장치는 이 장치가 사용되는 강철 작업 장비 아래에 수용될 만큼 충분히 작은 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 최신 재료, 장치, 및 방법론으로 쉽게 구현되는 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상세한 설명이 진행됨에 따라 명백하게 되는 본 발명의 전술한 및 다른 양태는 밀 스케일을 실은 유체를 수용하기 위해 강철 작업 시스템과 통신하도록 구성된 탱크; 상기 탱크 내의 곡선형 홈통; 상기 곡선형 홈통 내에 수용되고 상기 곡선형 홈통과 회전 가능한 드럼 사이에 채널을 설정하는 회전 가능한 자기 드럼; 및 상기 탱크 내부에서 상기 회전 가능한 자기 드럼에 인접하여 기포를 발생시키기 위한 수단을 포함하는, 강철 작업 시스템과 함께 사용하기 위한 밀 스케일 연속 자기 필터에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 양태는 밀 스케일을 실은 유체를 탱크를 통해 통과시키는 단계; 기포를 유체에 도입하여 밀 스케일이 기포에 부착되도록 하는 단계; 밀 스케일 입자들이 회전하는 자기 드럼의 표면에 흡착되어 축적되도록 상기 드럼에 근접하여, 부착된 밀 스케일을 갖는 기포를 회전하는 자기 드럼에 도입하는 단계; 밀 스케일 입자의 축적물이 회전하는 자기 드럼의 표면에 근접한 스크레이퍼에 의해 회전하는 드럼의 표면 주위로 이동되게 하는 단계; 및 밀 스케일 입자를 표면에 보유하기에 불충분한 드럼 표면에서 자기력 영역으로 축적물을 이동시켜 회전하는 드럼 표면으로부터 밀 스케일 입자의 축적물 중 일부를 제거시키는 단계를 포함하는, 강철 작업 시스템에 사용된 유체로부터 밀 스케일을 제거하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 장치 및 기술의 완전한 이해를 위해, 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치를 사용하는 강철 작업 시스템의 개략적인 블록도이고,
도 2는 본 발명의 시스템의 예시이고,
도 3은 본 발명에 의해 사용되는 드럼의 사시도이고,
도 4는 내부에 영구 자석의 배치를 도시하는, 선 4-4를 따라 취한, 도 3의 드럼의 단면도이고,
도 5는 스페이서를 사이에 두고 도 4에 도시된 바와 같이 드럼 내부의 영구 자석의 배치의 부분적인 예시이고,
도 6은 본 발명에 의해 실행되는 방법의 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치를 사용하는 강철 작업 시스템의 개략적인 블록도이고,
도 2는 본 발명의 시스템의 예시이고,
도 3은 본 발명에 의해 사용되는 드럼의 사시도이고,
도 4는 내부에 영구 자석의 배치를 도시하는, 선 4-4를 따라 취한, 도 3의 드럼의 단면도이고,
도 5는 스페이서를 사이에 두고 도 4에 도시된 바와 같이 드럼 내부의 영구 자석의 배치의 부분적인 예시이고,
도 6은 본 발명에 의해 실행되는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 방식으로 종래 기술의 한계 및 결점을 극복한다. 드럼과 입구 측 유체 사이의 댐에 의존하는 종래의 습식 드럼 자기 필터와 달리, 본 발명의 탱크의 배출 측은 댐 없이 드럼 앞에 유체를 보유할 것이다. 드럼 앞에 있는 일정 부피의 냉각제는 기포 시스템을 통해 고유하게 스케일 입자를 자기 드럼에 제공한다. 냉각제 유량(m/s)과 관련된 공기 유량(m/s)을 조정하면, 이상적인 크기와 분산의 기포가 생성될 수 있다. 버블러(bubbler)는 기류 조절기를 사용하여 공급된다. 버블러를 통과하는 풍량과 유량은 냉각 유체의 유량과 밀도에 따라 조정 가능하게 선택되어 원하는 크기와 분산의 기포를 생성한다. 기포 둘레는 기포의 외부 표면에 스케일 입자를 운반할 만큼 충분히 크며 서로 간섭하지 않도록 충분히 분산되어 있다. 이러한 방식으로, 각각의 기포는 스케일 입자를 드럼으로 운반한다. 그 결과 스케일 입자들의 거품이 일고 기포에 의해 이행되거나 운반됨에 따라 자기 드럼에 부력이 나타난다.
기포에 의해 운반됨에 따라 스케일 입자가 자기 드럼에 도입되기 때문에, 본 발명은 종래 기술에서 요구되는 바와 같이 스케일 입자를 드럼에 제공하기 위해 드럼 아래의 채널 간극(clearance)에만 의존하지 않는다. 본 발명에서, 이 채널 높이는 종래 기술에서보다 몇 자리수 더 클 수 있다. 결과적으로 더 많은 냉각제가 드럼 아래로 통과하여 대부분의 머신 툴에 맞추기에 충분하게 필터를 작게 만드는 것을 허용한다.
드럼이 스케일을 수집하기에 충분한 자기 강도를 갖고 스크레이퍼가 스케일을 제거할 수 있는 충분한 능력을 갖는 것을 보장하기 위해, 희토류 자석 및 강자성 스페이서가 드럼 내부에 고유한 구성으로 레이아웃되어 최대 전자기장 및 구배가 최소한의 손실로 대부분의 영역에서 생성되는 반면 다른 영역에서는 의도적으로 낮아진다(또는 유효하게 존재하지 않는다).
경화된 스케일로부터의 마모를 견디기 위해, 드럼과 스크레이퍼는, 기존의 습식 드럼 필터에 사용되는 것과 달리, 녹슬지 않는 경화된 비자성 재료로 제조된다. 스크레이퍼는 경화된 비자성 마그네슘 강으로 제조된다. 드럼은 경화된 스테인리스 강 비자성 시트로 만들어져 실린더로 압연되어 용접되고 센터리스 그라인드된다.
마지막으로, 드럼으로부터 제거된 스케일을 처리하기 위해, 재료 취급 컨베이어에 스크레이퍼가 장착된다. 스크레이퍼가 통과하는 컨베이어 베드가 마모되지 않는 것을 보장하기 위해, 이러한 스크레이퍼는 "Tivar" 마크로 제조된 것과 같은 경화된 초고 분자량 폴리머로 제조된다. 폴리머는 부단한 사용시 최소 1년 동안 지속될 수 있을 만큼 충분히 단단하고 자체 윤활성이 있다. 그 후, 새로운 폴리머 스크레이퍼가 용이하게 설치된다.
이제 도면, 특히, 도 1을 참조하면, 본 발명을 구현하기 위해 채택된 강철 가공 시스템이 전체적으로 도면번호 10으로 지정되어 있음을 알 수 있다. 상기 시스템(10)은 강철 작업 시스템(12)을 포함하며, 상기 시스템은 강철을 압연, 단조, 또는 달리 처리하기 위한 시스템을 포함하여 다양한 유형 중 어떤 것도 될 수 있다. 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 시스템(12)은 전술한 바와 같이 냉각제 및 작동 유를 사용한다. 강철 작업 시스템(12)과 관련된 것은 본 발명에 따라 제조되고 전체적으로 도면번호 14로 지정된 하나 이상의 밀 스케일 자기 여과 시스템이다. 시스템(14)은 아래에서 상세히 논의될 것이다. 도관(16)은, 강철 작업 시스템(12)으로부터 자기 여과 시스템(14)으로 밀 스케일의 미세 입자들을 실은 작업 오일/냉각제를 통과시키기 위한 목적으로 강철 작업 시스템(12)을 여과 시스템(14)과 상호 연결하는 것으로 충분하며, 상기 여과 시스템은 작동유/냉각제 유체로부터 밀 스케일 입자를 추출하고 여과된 유체를 도관(18)을 통해 연관된 섬프 펌프(20)가 있는 회수 탱크로 통과한다. 섬프 펌프는 여과된 유체를 도관(22)을 통해 강철 작업 시스템(12)으로 다시 통과시키는 역할을 한다. 추출된 밀 스케일 입자는 추출된 밀 스케일을 관련 폐기 통(26)으로 운반하는 적절한 컨베이어(24)에 떨어뜨린다.
본 명세서에서 명백한 바와 같이, 임의의 수의 밀 스케일 자기 여과 시스템(14)은 특정 강철 작업 시스템(12)과 관련하여 시스템(12)에 의해 필요한 여과의 필요한 부피 및 속도의 요건을 만족시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 개념은 회수 탱크 및 섬프(20), 도관(22), 컨베이어(24), 및 폐기 통(26)과 관련된 적어도 하나의 이러한 여과 시스템(14)을 고려한다.
또한, 도 1로부터 본 발명의 구조는 자기 여과 시스템(14)이 재료 취급의 개선된 효율성을 위해 강철 작업 시스템(12) 아래에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 스케일을 실은 냉각제는 펌핑을 필요로 하지 않으므로 종래 기술에서 경험한 펌핑 시스템의 손상을 피할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 밀 스케일 자기 여과 시스템(14)은 스케일을 실은 냉각제/기계 오일의 슬러리를 수용하는 탱크(30)로 구성되어 있음을 알 수 있다. 슬러리는, 도 1에 도시된 바와 같이, 강철 작업 시스템(12)으로부터 도관(16)에 의해 탱크(30)로 통과된다. 회전하는 드럼(32)은 탱크(30)의 바닥 약간 위로만 연장하는 곡선 벽(36)에 의해 한정된 곡선형 홈통 또는 채널(34) 내에 중첩되어 있다. 탱크(30)와 드럼(32) 사이에 댐을 형성한 종래 기술과 달리, 벽(36)의 상부 에지(38)는 댐을 전혀 형성하지 않고, 단순히 회전하는 드럼(32)과 벽(36) 사이에 곡선형 홈통(34)에 입구를 제공한다.
종래 기술은 회전하는 드럼(32)을 지나는 슬러리의 비-난류 층류 흐름을 원하지만, 본 발명은 압축 공기가 벽(36)에 병치되어 그리고 벽(36)의 상부 에지(38) 약간 아래 배치된 공기 매니폴드(44)로 지나기 위해 연관된 흐름 조절기 및 밸브 시스템(42)과 연통하는 공기 압축기(40)를 제공한다. 공기 매니폴드(44)는 회전하는 드럼(32)의 축 방향 길이와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 파이프로 구성될 수 있으며, 상기 파이프는 드럼(32)에 인접한 슬러리 내에 기포를 형성하기 위한 공기 배출을 위해 그 안에 복수의 방사형 구멍 또는 통공을 갖는다. 슬러리 내에서 적절한 기포를 발생시키는 데 필요한 기류의 양은 공기 압축기(40)로부터 매니폴드(44)로 통과한 공기의 양을 유량 조절기(42)를 통해 조정함으로써 달성된다.
공기 매니폴드(44)에 의해 발생된 기포가 그 자체로 표면에 밀 스케일 입자가 실리게 되고, 기포가 드럼(32)에 도달함에 따라 기포가 드럼에 충돌하여, 만약 접촉하지 않으면, 스케일 입자가 회전하는 드럼(32)의 외부 표면과 극도로 근접하게 맞물린다.
아래에서 명백해지는 바와 같이, 드럼(32)은 스케일 입자를 끌어당겨서 유지하는 관련 자기장을 갖는다. 기포의 발생은 밀 스케일이 회전하는 드럼(32)의 표면에 접촉하거나 극도로 근접하게 하여 관련 자기장이 밀 스케일을 드럼(32)의 표면에 끌어당기고 유지하는 데 가능한 가장 큰 가능성을 갖도록 보장한다. 기포(38)의 표면에 밀 스케일을 이행시킴으로써, 드럼(32)의 표면에 대한 스케일의 충분히 가까운 근접성이 보장된다.
기포는 밀 스케일 입자에 부력을 제공하여, 이것이 드럼(32)의 자기장에 충분히 가까운 상자성 입자들을 자기장으로 하여금 필요한 인력 및 보유력을 실행하도록 추진한다. 기포가 드럼(32)에 부딪혀 파열됨에 따라, 운반된 스케일은 드럼(32)에 수용되고 기포의 액체는 홈통 또는 채널(34)로 통과한다. 따라서 회전하는 드럼(32)은 강한 자기장에 의해 제자리에 유지된 밀 스케일 층을 운반한다. 스크레이퍼(46)는 드럼(32)의 표면에 바로 인접하여 위치되어 그 전체 길이를 따라 연장되며, 스크레이퍼(46)는 드럼(32)의 밀 스케일 코팅과 결합하여 자기장이 없거나 충분히 약한 위치로 조종하여, 스케일이 실제로 드럼 표면에서 제거된다. 이렇게 제거된 스케일은 스크레이퍼(46)의 몸체를 통과하고 중력에 의해 컨베이어(24)에 퇴적되어 폐기 통(26)으로 이송된다. 유사하게, 고정 속도로 회전하는 드럼을 사용하는 종래 기술과 달리, 회전하는 드럼(32)은 전기 구동부에 의해 구동되어 회전 속도가 조절되어 항력을 극복하고 밀 스케일이 드럼에의 재부착을 회피하기에 충분한 거리로 스크레이퍼(46) 상에 전달하는 것을 보장하면서 여전히 충분한 강도의 자기장을 가질 수 있도록 한다.
파열된 기포(38)의 유체는 홈통 또는 채널(34)을 통해 후방 벽(36)의 후방 에지(52)로 통과하고 후방 벽의 후방 에지 위로 통과하여 여과된 오일/냉각제(50)가 회수 탱크(48) 내로 통과하여 회수 탱크(48)에 의해 수용된다. 도 1 및 도 2로부터 명백한 바와 같이, 여과된 오일/냉각제(50)는 도관(18)에 의해 회수 및 섬프 탱크(20)로 통과한다. 단지 밀 스케일 자기 여과 시스템(14)만 사용되는 경우, 여과된 오일/냉각제(50)가 도관(18)을 통해 회수 탱크 및 섬프(20)로 직접 통과하도록 회수 탱크(48)가 제거될 수 있다.
회전하는 드럼(32)은 도 3에 단독으로 도시되어 있다. 회전하는 드럼은 바람직하게는 스테인레스 강 구조를 포함한다. 드럼(32)은 바람직하게는 탱크(30)의 후방 벽(36)과 같이 일관된 반경 방향 치수를 위해 정밀하게 형성되어, 가능한 정도로 드럼(32)의 표면에 대한 홈통/채널(34)의 깊이의 균일성 및 스크레이퍼(46)의 간격/간극의 균일성을 보장한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 드럼(32)은 외부 드럼 쉘(56) 및 내부 드럼 쉘(58), 또는 회전을 실행하기 위한 적절한 수단에 외부 드럼 쉘(56)을 연결하기 위한 다른 내부 지지 부재로 구성된다. 전술한 바와 같이, 외부 드럼 쉘(56)은 바람직하게는 비자성 스테인리스 강 구조이다. 내부 드럼 쉘(58)은 바람직하게는 자기 강철 구조이다. 외부 쉘(56)의 내부 표면과 내부 쉘(58)의 외부 표면 사이에는 자기 요소의 어레이(60)가 끼워져 있으며, 그것이 희토류 영구 자석인 것이 바람직하다. 3개의 이러한 균일한 어레이(60)가 다양한 어레이 사이에 개재된 간격(62)으로 도시된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 희토류 영구 자석(64)은 도시된 바와 같이 자석의 북극 및 남극으로 배향될 수 있지만, 원하는 자계 강도 및 조립의 용이성을 달성하기 위해 다양한 다른 배열이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 희토류 자석(64) 사이에는 어레이 또는 매트릭스(60)의 자석(64) 사이에서 필러로서 작동하는 강자성 스페이서(66)가 개재되어 있다. 스페이서(66)는 자석(64) 사이에 0.25 내지 0.50 인치 정도, 가장 바람직하게는 0.33 인치 정도의 분리를 제공하는데, 이는 동일한 극성의 자석(64)이 인접하게 놓이는 반면 반대 극성의 자석은 최소한의 자계 손실을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
당업자는 스테인리스 강 외부 드럼 쉘(56)이 비자성이라는 것을 이해할 것이다. 자기 요소(64)의 3개의 어레이(60)는 드럼 내에서 자기장을 생성하고, 이 자기장은 드럼을 통과하여 스케일을 끌어당긴다. 일 실시예에서, 외부 드럼 쉘(56)은 경화된 비자성 등급의 스테인리스 강이고 희토류 자석은 매우 강한 자기 인력을 나타내는 N52 유형이다. 이격(62)이 그 사이에 유지된 상태로 설정된 3개의 어레이(60)에 의해, 회전하는 드럼(32)에 의해 나타난 자기장은 극도로 낮은 자기장 인력의 영역을 한정하는 3개의 간격(62)으로 드럼 주위에서 균일하다. 즉, 도시된 실시예에서, 상당히 낮은 자기장 또는 널(null) 자기장의 세 영역이 있다.
회전하는 드럼(32)의 외면에 스케일이 축적됨에 따라, 스케일은 희토류 영구 자석(64)에 의해 발생된 극히 강한 자기장에 의해 드럼 표면에 대해 유지된다. 스크레이퍼(46)는 드럼(32)의 외부 표면에 0.10 내지 0.50mm 정도, 가장 바람직하게는 0.20mm 정도로 매우 근접하게 유지된다. 이는 드럼(32)의 임의의 진원도(out of roundness)를 수용하기에 충분하지만 스케일을 제거하기에 충분히 작다. 스크레이퍼(46)는 드럼(32)이 회전함에 따라 스케일을 효과적으로 이동시켜, 스케일이 실질적으로 널 자기장의 영역(62) 중 하나에 도달할 때마다, 스케일이 드럼 표면에서 컨베이어(24)로 분리된다. 자기장은 실질적으로 드럼(32)에 대해 균일하지만, 널 영역(62)의 경우, 스케일은 드럼(32)의 외부 표면을 중심으로 원주 방향으로 쉽게 이동되고 널 영역(62)에 도달할 때, 스케일 축적은 스크레이퍼(46)에 의해 쉽게 분리되거나 제거된다. 사실상, 스크레이퍼(46)는 드럼(32)의 외부 표면으로부터 스케일을 벗겨 낸다.
본 발명의 하나의 개념에 따르면, 영구 자석(64)은 형상이 바람직하게는 아치형이고 외부 드럼 쉘(56)의 내부 반경에 상응하는 외부 반경을 가지므로 자석이 쉘에 부합하여 자기장 강도의 최적의 생성 및 균일성을 보장한다. 유사하게, 영구 자석(64)은 바람직하게는 원하는 적합성을 위해 내부 쉘(58)의 외부 반경에 대응하는 내부 반경을 갖는다. 더욱이, 자기 요소(64)의 어레이(60) 사이의 간격(62)은 N52 영구 자석을 사용할 때 1.5 내지 2.5 인치 정도, 가장 바람직하게는 2 인치이어야 한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 실시예에서, 내부 드럼 쉘(58)은 8.5 인치 정도의 외부 직경을 갖고 외부 드럼 쉘(56)은 10.5 인치의 외부 직경을 갖는다.
밀 스케일은 극히 작고 단단하다는 것을 알 수 있을 것이다. 조각이 작고 슬러리 형태이기 때문에 그것들이 발견되는 액체에 의해 부과될 항력을 받게 되어 슬러리 밖으로 조각을 끌어당기려면 큰 힘이 필요하다. 종래 기술에서, 일단 회전하는 드럼에 끌리면 스케일을 제거하기가 매우 어려웠다. 더욱이, 종래 기술은 자기장이 스케일을 끌어당길 만큼 충분히 강할 수 있도록 곡선형 홈통 또는 채널(34)의 갭을 가능한 한 작게 유지하는 것에 의존했다. 이로 인해 너무 커서 강철 작업 시스템 자체 아래에 맞지 않는 시스템, 또는 필요한 처리 속도 감소를 초래하였다. 이 모든 것이 비용 증가와 생산 처리량 감소로 이어졌다. 공기 압축기(40), 유량 조절기(42), 및 공기 매니폴드(44)에 의한 기포 발생을 사용하여, 채널 크기 및 간격 또는 갭을 늘릴 수 있으며 전체 장치의 크기를 줄여 연관된 강철 작업 시스템(12) 아래에 맞출 수 있다.
특히 중요한 것은 철광석의 자기 여과에 대한 산업 표준이 980 가우스라는 사실이다. 습식 밀 스케일 제거와 연관된 항력으로 인해, 필요한 자기장은 약 30,000 가우스로 훨씬 더 높다. 이러한 거대한 자기장을 생성하는 문제는 일단 끌린 스케일을 제거하는 것이다. 이러한 이유로, 드럼 주변 자기장의 특정 영역은 의도적으로 매우 낮게 설계되었다. 이 영역을 통해 축적된 스케일을 드럼에서 제거할 수 있다.
종래 기술은 홈통 또는 채널(34)로 휴지기 유체 흐름을 원했지만, 본 발명은 스케일이 회전하는 드럼(32) 상에 직접적인 충돌을 위해 기포(68)에 의해 이행되거나 운반되도록 곡선형 홈통 또는 채널(34)의 입구에서 유체의 교반을 의도적으로 추구한다. 공기 흐름 조절기(42)를 사용함으로써, 공기 매니폴드(44)에 의해 발생된 기포(68)는 필터 시스템(14)의 효과적인 작동을 최적화하기 위해 탱크(30) 내의 유체 슬러리의 유량과 상관될 수 있다. 종래 기술에서는, 슬러리의 항력을 감소시키기 위해 기포의 발생이 회피될 것이다. 그러나, 본 발명은 기포(68)를 발생시키고 회전하는 드럼에 스케일을 도입하기 위해 그 기포를 사용하는 것을 추구한다. 이 모든 것이 필터 시스템의 효율성을 증가시켜 시스템의 크기를 줄이고 강철 작업 시스템(12) 아래에 필터 시스템의 제공을 수용한다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 공정이 일반적으로 도면 부호 70으로 도시되고 표시됨을 알 수 있다. 도 1의 강철 작업 시스템(12)에서, 산화철 스케일로 코팅된 금속은 72로 도시된 바와 같이 냉각 및/또는 윤활 유체의 존재하에 작업된다. 74에서, 유체 현탁액의 산화철 입자는 기포 발생기(40, 42, 44)에 의해 발생된 기포를 통해 회전하는 자기 드럼(32)으로 통과한다. 기포는 전형적으로 드럼(32)의 외부 표면과 맞물리고 적어도 76에서와 같이 산화철 입자와 드럼 사이의 분리를 최소화한다. 78에서, 자기 요소(64)의 어레이(60)에 의해 발생된 강한 자기장은 회전하는 드럼(32)에 산화철 입자가 부착되게 한다. 비자성 경화 마그네슘 강철 스크레이퍼(46)는 회전하는 드럼(30)의 외부 표면에 그것의 전체 길이를 따라 밀접하게 위치하며 80에서와 같이 드럼으로부터 스케일 입자를 연속적으로 제거한다. 그 다음, 홈통 또는 채널(34)을 빠져 나가는 여과된 냉각 및/또는 윤활 유체는 82에서와 같이 재사용 및/또는 강철 작업 시스템(12)으로의 재도입을 위해 회수 탱크 및 섬프(20)에 의해 궁극적으로 수집된다. 동시에, 84에 도시된 바와 같이, 회전하는 드럼(32)의 외부로부터 제거되는 스케일 입자는 중력 등에 의해 컨베이어(24)로 연속적으로 전달된다. 86에서 지정된 바와 같이, 스크레이퍼 컨베이어(24)는 스케일 입자를 연속적으로 재활용 또는 기타 사용을 위한 통 또는 폐기 통(26)으로 이송한다.
전술한 바에 비추어, 본 발명은 구조적으로 그리고 기능적으로 여러 방식으로 개선된 액체 용액으로부터 철 밀 스케일의 연속 자기 여과를 위한 방법 및 장치를 제공함으로써 기술을 상당히 발전시켰다는 것이 인정되어야 한다. 본 발명의 인-라인 여과 시스템의 이점은 (1) 탱크를 준설하거나 펌프를 수리하기 위해 생산 시스템을 정지할 필요가 없는 것, (2) 공장에서 정기적인 폐기를 위해 스케일을 축적하기 위해 대규모 섬프를 설치할 필요가 없는 것, (3) 툴링 수명의 상당한 증가, 및 (4) 재활용을 위해 발생되는데 따른 스케일 수집 능력을 포함한다.
더욱이, 본 발명은 밀 스케일을 제거하도록 구체적으로 설계된 자기 여과 시스템을 특유의 형태로 제공한다. 버블러는 밀 스케일 크기와 무게를 고려하여 밀 스케일을 자석에 제공하기에 충분한 크기, 표면 장력, 및 빈도의 기포를 생성한다. 밀 스케일의 약한 자화율로 인해, 철광석을 수집하는 데 사용되는 30배의 자기장을 갖는 자기 회로가 제시되었다.
본 발명의 특정 실시예가 본 명세서에 상세히 개시되었지만, 본 발명이 이에 제한되지 않거나 이에 의해 본 발명의 변형이 당업자에 의해 용이하게 인식될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 다음의 청구범위로부터 인식될 것이다.
Claims (20)
- 강철 작업 시스템과 함께 사용하기 위한 밀 스케일 연속 자기 필터로서,
밀 스케일을 실은 유체를 수용하기 위해 강철 작업 시스템과 통신하도록 구성된 탱크;
상기 탱크 내의 곡선형 홈통;
상기 곡선형 홈통 내에 수용되고 상기 곡선형 홈통과 회전 가능한 드럼 사이에 채널을 설정하는 회전 가능한 자기 드럼; 및
상기 회전 가능한 자기 드럼의 축 방향 길이를 따라 연장하는 공기 매니폴드로서, 상기 공기 매니폴드는 상기 탱크 내부에서 상기 회전 가능한 자기 드럼에 인접하여 기포를 발생시키고, 상기 기포는 상기 밀 스케일을 운반하고 상기 기포가 상기 회전 가능한 자기 드럼에 충돌할 때 상기 밀 스케일을 상기 회전가능한 자기 드럼으로 도입하여, 상기 밀 스케일을 상기 회전가능한 자기 드럼의 표면에 끌어당기고 유지할 가능성을 증가시키는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 공기 매니폴드는 상기 홈통의 전방 에지에 인접한, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 2 항에 있어서,
상기 공기 매니폴드는 또한 상기 회전 가능한 자기 드럼에 밀 스케일을 수용하고 운반하기 위해 상기 기포를 발생시키기 위한 것인, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 3 항에 있어서,
상기 공기 매니폴드는 공기 압축기 및 매니폴드를 포함하고, 상기 매니폴드는 상기 회전 가능한 자기 드럼 및 상기 홈통의 상기 전방 에지에 인접한, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 가능한 자기 드럼의 외부 표면 주위에서 밀 스케일을 결합하고(engage) 이동하기에 충분하도록 상기 회전 가능한 자기 드럼의 외부 표면에 근접한 에지를 갖는 스크레이퍼를 더 포함하는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 스크레이퍼의 상기 에지는 상기 회전 가능한 자기 드럼의 상기 외부 표면으로부터 0.10 내지 0.50mm인, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 스크레이퍼로부터 밀 스케일을 수용하도록 위치된 컨베이어를 더 포함하는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 7 항에 있어서,
밀 스케일이 추출된 유체를 수용하기 위해 상기 곡선형 홈통과 연통하는 회수 탱크를 더 포함하는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 회전 가능한 자기 드럼은 외부 드럼 쉘 내에 작동 가능하게 부착되고 유지되는 복수의 자기 요소 어레이를 포함하는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 9 항에 있어서,
상기 어레이 각각은 강자성 스페이서에 의해 분리된 복수의 영구 자석을 포함하는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 10 항에 있어서,
상기 강자성 스페이서는 0.25 내지 0.50 인치의 폭을 갖는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 영구 자석 어레이는 1.5 내지 2.5 인치만큼 서로 분리되는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 12 항에 있어서,
상기 회전 가능한 자기 드럼은 내부 드럼 쉘을 더 포함하고, 상기 자기 요소는 상기 외부 드럼 쉘과 내부 드럼 쉘 사이에 유지되는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 13 항에 있어서,
상기 외부 드럼 쉘은 비자성이고 상기 내부 드럼 쉘은 자성인, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 14 항에 있어서,
상기 스크레이퍼는 경화 마그네슘 강으로 제조되는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 강철 작업 시스템에 사용되는 유체로부터 밀 스케일을 제거하는 방법으로서,
밀 스케일을 실은 유체를 탱크를 통해 통과시키는 단계;
밀 스케일이 기포에 부착되도록 기포를 유체에 도입하는 단계;
밀 스케일이 회전하는 자기 드럼의 표면에 끌어당겨지고 축적되도록 상기 드럼에 근접하여, 부착된 밀 스케일을 갖는 기포를 회전하는 자기 드럼에 도입하는 단계;
밀 스케일의 축적물이 회전하는 자기 드럼의 표면에 근접한 스크레이퍼에 의해 회전하는 자기 드럼의 표면 주위에서 이동하게 하는 단계; 및
밀 스케일을 표면에 보유하기에 불충분한 회전하는 자기 드럼의 표면의 자기력 영역으로 축적물을 이동시켜 회전하는 자기 드럼의 표면으로부터 밀 스케일의 축적물 중 일부를 제거시키는 단계를 포함하는, 유체로부터 밀 스케일을 제거하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 곡선형 홈통이 상기 채널로의 입구를 규정하는 상부 에지를 포함하고, 상기 공기 매니폴드는 상기 상부 에지와 병치되고(in juxtaposition to) 그 아래에서 연장되는, 밀 스케일 연속 자기 필터. - 제 9 항에 있어서,
상기 회전 가능한 자기 드럼은 상기 복수의 자기 요소 어레이 중 2개 사이에 널 영역을 더 포함하고, 상기 널 영역은 상기 회전 가능한 자기 드럼의 표면에서 상기 밀 스케일을 상기 표면 상에 유지하기에 불충분한 자기력을 제공하여, 상기 스크레이퍼가 상기 밀 스케일을 상기 널 영역으로 결합하여 이동시키면, 상기 스크레이퍼에 의해 상기 회전 가능한 자기 드럼으로부터 상기 밀 스케일이 용이하게 제거되는, 밀 스케일 연속 자기 필터.
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