KR102663937B1 - 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 대구경 파이프 외주면과 내주면에 도장 전처리 작업과 도장작업을 동시에 수행할 수 있으며, 산화아연 세라믹을 함유한 코팅제를 도포하여 내열성과 내부식성이 향상된 것이 특징인 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치에 관한 것이다.
본 발명은 파이프(1)를 외주면과 밀착 파지하는 파이프 클램핑(52)와, 상기 파이프 클램핑을 가이드하면서 체결되는 클램핑 홀(52)과, 이동 어셈블리(20)의 수평 이동 부재, 상기 이동부재와 연결된 동력부와 가이드 홀(51)을 구비한 클램핑 프레임을 포함하여 주조 파이프(1)의 외주면에 결합되는 클램핑 어셈블리(50)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 외주면을 따라 수평 이동하는 이동 어셈블리(20)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 내주면을 따라 수평 이동하는 이너 어셈블리(60)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 후단에 체결되어, 공기 흐름을 제어하는 팬(55)과; 상기 이동 어셈블리(20)와 클램핑 어셈블리(50)를 커버하는 커버(10, 11);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주조 파이프 표면 처리작업과 세라믹 코팅 작업을 순차적으로 작업할 수 있기 때문에 내부식성이 향상된 고성능 파이프 제조가 가능하다.
본 발명은 파이프(1)를 외주면과 밀착 파지하는 파이프 클램핑(52)와, 상기 파이프 클램핑을 가이드하면서 체결되는 클램핑 홀(52)과, 이동 어셈블리(20)의 수평 이동 부재, 상기 이동부재와 연결된 동력부와 가이드 홀(51)을 구비한 클램핑 프레임을 포함하여 주조 파이프(1)의 외주면에 결합되는 클램핑 어셈블리(50)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 외주면을 따라 수평 이동하는 이동 어셈블리(20)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 내주면을 따라 수평 이동하는 이너 어셈블리(60)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 후단에 체결되어, 공기 흐름을 제어하는 팬(55)과; 상기 이동 어셈블리(20)와 클램핑 어셈블리(50)를 커버하는 커버(10, 11);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주조 파이프 표면 처리작업과 세라믹 코팅 작업을 순차적으로 작업할 수 있기 때문에 내부식성이 향상된 고성능 파이프 제조가 가능하다.
Description
본 발명은 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 대구경 파이프 외주면과 내주면에 도장 전처리 작업과 도장작업을 동시에 수행할 수 있으며, 산화아연 세라믹을 함유한 코팅제를 도포하여 내열성과 내부식성이 향상된 것이 특징인 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치에 관한 것이다.
플랜트용 배관은 내부식성 재질의 스테인리스강으로 제조함에 불구하고 이송물의 강한 부식 환경에 의해 부식이 발생하고, 경도가 낮아 조기에 파손하는 문제점이 있었다.
높은 수압이 예상되는 대구경의 파이프는 주조를 이용하여 일정 이상의 두께를 가진 파이프를 형성한 후, 상기 파이프 내외부는 녹 방지나 외부충격에 의한 손상을 방지하기 위하여 코팅제를 사용하여 피복을 하고 있다.
여기에 사용되는 코팅제는 부식 및 침식을 방지하기 위하여, 부식을 유발하는 원소 또는 분자에 대한 확산 속도가 낮은 경화형 폴리머 수지 내에 이들 확산을 더욱 저지할 수 있는 세라믹계 충진재가 첨가된 코팅제가 널리 사용되어 왔다.
이러한 부식은 대부분 수분(H2O), 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 할로겐족 원소(Cl, Br 등) 등의 침투에 의해 발생하고, 특히 산 또는 알칼리 이온, 오존 등의 성분에 의해 그 정도가 촉진된다. 이에 대해, 상기와 같이 세라믹계 충진재를 사용하는 경우, 이들 부식 유발 물질의 확산을 저지하게 된다. 즉, 충진재의 첨가는 부식 유발물질의 확산 경로를 우회하게 하여 침투 길이를 증가시키기 때문에, 부식 유발 물질의 투과도를 감소시켜 이들 코팅제의 방식 성능이 개선된다.
상기 코팅제의 성능이 재기능을 발휘하기 위해서는 선행되어야 하는 3가지 가 존재한다.
첫째, 코팅층 표면으로 강관과 같은 수준으로 표면이 매끄러워야 한다는 것이다. 주조로 제조된 파이프는 표면이 강관 수준으로 매끈하지 못한 단점이 있다. 따라서 주조 파이프의 내외주면을 매끈하게 표면을 해 줄 수 있는 장치가 필요하다.
둘째, 코팅 과정에서 코팅층 내부에 기공 포획이 쉽게 일어나 핀홀(pin hole) 등의 결함이 많이 발생하게 된다. 기공이 억제할 수 있는 스프레이 기술이 ㅍ필요하다.
마지막으로, 코팅층이 휘발성 물질을 함유하고 있을 경우, 이들 휘발성 물질이 외부로 확산되는 것이 충진재에 의하여 방해를 받게 되어 코팅층의 건조 및 경화 시간이 증가하게 된다. 이에 따라 코팅의 작업 시간이 증가하고, 이는 공정 비용의 증가로 이어지게 된다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 대구경 주조관 내외주면에 숏 블라스팅으로 도장 전처리 작업과 산화 아연 세라믹을 함유한 코팅제를 코팅 작업을 동시에 연속적으로 작업할 수 있는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치를 개시하는 것이 본 발명의 목적으로 한다.
상기 발명 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 파이프 끝단부를 파지하여 클램핑할 수 있는 클램핑 어셈블리(50)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 내부와 외주면을 따라 수평 이동하는 이동 어셈블리(20)와 이너 어셈블리(60)와; 코팅 작업 이전에 숏 블라스팅시 발생되는 먼지를 밀폐하여 배출하기 위한 팬과 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치를 개시하고자 한다.
또한, 본 발명의 이동 어셈블리는, 파이프 외주면을 감싸는 이동 프레임과, 상기 이동 프레임을 기초하여 파이프 내부와 외주면을 회전하는 회전 프레임으로 구성된 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치를 개시하고자 한다.
또한, 본 발명은 이동 어셈블리와 이너 어셈블리는, 파이프 표면 처리를 위한 숏 블라스팅 노즐과 코팅을 위한 스프레이를 구비하여, 표면처리 작업이후, 연속적으로 도장 및 코팅작업이 가능한 것이 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치를 개시하고자 한다.
또한, 본 발명의 세라믹 코팅액은, 장석(feldspar) 10~40중량%, 활석(talc) 5~15중량%, 탄산마그네슘(MgCO3) 5~15중량%, 산화구리(CuO) 0.1~52중량%, 이산화망간(MnO2) 0.1~5중량%, 산화아연(ZnO) 5~15중량%, 산화철(Fe2O3) 0.1~15중량%, 붕사(borax) 10~20중량% 및 산화코발트(CoO) 0.1~5중량%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 1,000~1,300℃로 1~10시간 동안 용융처리하여 비정질 소결체로 제조하는 단계와,상기 제조된 비정질 소결체를 냉각하는 단계와,상기 냉각된 냉각물을 분쇄하는 단계를 포함하되, 상기 세라믹 코탱액을 파이프 표면에 10~2,000㎛의 두께 도포하는 단계와, 상기 조성물이 도포된 파이프를 650~750℃의 온도로 1~30분간 소성처리하는 단계와, 상기 소성처리된 파이프를 냉각하는 단계 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치를 개시하고자 한다.
상기 해결수단으로 인하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명의 파이프 내주면과 외주면을 동시에 표면처리 및 도장 작업이 연속적으로 작업이 가능하여, 종래기술 대비 50% 이상의 제조시간을 단축시킬 수 있다.
둘째, 본 발명의 세라믹 코팅 조성물은 종래 세라믹 코팅의 단점이던 취성이 개선되며, 모재와의 접착력이 우수하고, 내식성 및 표면 경도 역시 우수한 특징이 있다.
셋째, 본 발명의 세라믹 코팅된 주조 파이프는 내열성이 우수하여 500℃ 조건에서도 사용 가능하며, 가공이나 용접성이 우수하고, 염산, 황산과 같은 화합물에도 내화확성이 향상되는 것을 확인 할 수 있다.
도 1은 본 발명 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치의 전방 사시도(A)와 후방 사시도(B)이다.
도 2는 커버(10, 11)를 제거한 상태에서의 사시도이다.
도 3은 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치의 내부 구성도이다.
도 4는 이동 어셈블리(20)의 확대도이다.
도 5는 이너 어셈블리(60)의 확대도이다.
도 2는 커버(10, 11)를 제거한 상태에서의 사시도이다.
도 3은 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치의 내부 구성도이다.
도 4는 이동 어셈블리(20)의 확대도이다.
도 5는 이너 어셈블리(60)의 확대도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분(전기회로, 기타 소요 부품 등과 같은 제반사항)은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기, 색상 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여, 구성요소별 색상을 도면에서와 같이 표현하였지만 특허 권리 범위는 다양한 색상을 다 포함하는 것이 자명하다.
도면 내지 구성요소의 두께 내지 크기 또한 표현을 명확하게 하기 위하여 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위하여 일부 부분 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
본 발명은 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 대구경 주조관 내외주면에 숏 블라스팅으로 도장 전처리 작업과 산화 아연 세라믹을 함유한 코팅제를 코팅 작업을 동시에 연속적으로 작업할 수 있는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치를 개시하고자 한다.
본 발명은 대구경 주조관 외주면과 내주면의 표면을 숏블라스팅 내지 그라인딩 작업을 통하여 파이프 내외벽을 매끄럽게 하기 위한 장치와 친환경 세라믹 아연 세라믹 코팅액을 활용하여 핀홀이나 기공 발생없이 스프레이 할 수 있는 장치를 개시하고자 한다.
도 1은 본 발명 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치의 전방 사시도(A)와 후방 사시도(B)이며, 도 2는 커버(10, 11)를 제거한 상태에서의 사시도이며, 도 3은 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치의 내부 구성도이다.
본 발명은 주조 파이프 외주면과 내주면을 코팅하는 장치에 있어서, 파이프(1)를 외주면과 밀착 파지하는 파이프 클램핑(52)와, 상기 파이프 클램핑을 가이드하면서 체결되는 클램핑 홀(52)과, 이동 어셈블리(20)의 수평 이동 부재, 상기 이동부재와 연결된 동력부와 가이드 홀(51)을 구비한 클램핑 프레임을 포함하여 주조 파이프(1)의 외주면에 결합되는 클램핑 어셈블리(50)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 외주면을 따라 수평 이동하는 이동 어셈블리(20)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 내주면을 따라 수평 이동하는 이너 어셈블리(60)와; 상기 클램핑 어셈블리(50)의 후단에 체결되어, 공기 흐름을 제어하는 팬(55)과; 상기 이동 어셈블리(20)와 클램핑 어셈블리(50)를 커버하는 커버(10, 11);를 포함하되, 상기 이동 어셈블리(20)은, 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이동 가이드(22)를 매개로 수평 이동하면서 파이프 외주면을 감싸는 이동 프레임(21)과; 상기 이동 프레임(21)의 내주면에 체결되며, 감속기를 구비한 모터(26)와 연결된 롤러(23)와; 상기 롤러(23)과 접촉하면서 회전하는 회전 프레임(24)과; 상기 회전 프레임(24)의 일측면부에 다수개로 일정 간격으로 체결된 노즐(25)과; 상기 회전 프레임(24)에 부착되며, 도장부와 격벽을 형성하는 칸막이(31)와; 상기 칸막이(31)의 일측면부에 체결되어, 세라믹 코팅액을 분사하는 스프레이(32);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명은 주조 파이프 외주면과 내주면을 코팅하기 위하여, 주조 파이프 내외주면에 숏 블라스팅하는 표면처리 전처리 작업과 아연 세라믹 코팅액을 도포하는 작업을 연속적으로 작업할 수 있는 장치이다.
주조로 제조된 파이프 끝단부에 파이프 클램핑 어셈블리(50)를 부착시키는 것이 특징이다.
상기 클램핑 어셈블리(50)는, 크게 4가지 기능을 가진다.
첫째, 대구경 파이프 끝단부에 부착되어 파이프에 부착되어 고정하는 기능이다.
둘째, 파이프 외주면의 표면처리를 위하여 이동하는 이동 어셈블리(20)와, 파이프 태주면의 표면처리를 위하여 이동하는 이너 어셈블리(60)를 지지하는 프레임 기능이다.
셋째, 숏블라스팅 내지 표면처리 전처리에서 발생되는 먼지 등을 석션하여 포집하는 팬과 집진기를 연결하는 기능이다.
마지막으로는, 이동 어셈블리(20)와 이너 어셈블리(60)의 이동 수단을 구비하여 이들의 이동 방향 및 이동거리를 제어하기 위한 부재 및 엑추에어터를 구비하고 있는 것이다.
상기 4가지 기능을 수행하기 위하여, 클램핑 어셈블리(50)은, 파이프(1)를 외주면 또는 내주면에 밀착 파지하는 파이프 클램핑(52)와, 상기 파이프 클램핑을 가이드하면서 체결되는 클램핑 홀(52)과, 이동 어셈블리(20)의 수평 이동 부재, 상기 이동부재와 연결된 동력부와, 가이드 홀(51)을 구비한 클램핑 프레임(51)을 포함한다.
상기 클램핑 프레임(51)은, 도 1 내지 도 3에서는 파이프 외주면에 파이프 클램핑(52)을 밀착시켜서 부착하는 것을 도시하였지만, 경우에 따라서는 파이프 내주면에 상기 파이프 클랭핑(52)를 확대 수축하면서 부착할 수도 있다.
상기 파이프 클랭핑(52)과 클램칭 홀(52)는 볼트 너트 방식으로 구성되는 것이 일반적이지만, 유공압식으로 작동되는 엑추에이터, 서보모터 제어를 통한 전기식, 진공압을 이용한 압착식 내지 자석을 이용한 방식 등을 포함할 수도 있다.
도 4는 이동 어셈블리(20)의 확대도이다.
도 4에서 나타낸 것과 같이, 상기 이동 어셈블리(20)은 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 외주면을 따라 수평 이동하면서 숏 블라스팅 작업과 아연 세라믹 코팅액을 도포하는 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 것이 특징이다.
상기 이동 어셈블리(20)는, 파이프 외주면을 수평이동하면서 파이프 표면을 숏 블라스팅, 브러쉬 내지 글라인딩을 이용하여 파이프 외주면 표면을 매끄하게 하면서 아연 세라믹 코팅액이 부착이 용이하도록 하는 표면처리 전처리 작업을 수행한다. 또한 아연 세라믹 코팅액을 회전하면서 파이프 외주면에 골고루 도포하는 작업을 수행한다.
상기 이동 어셈블리(20)는, 상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이동 가이드(22)를 매개로 수평 이동하면서 파이프 외주면을 감싸는 이동 프레임(21)과; 상기 이동 프레임(21)의 내주면에 체결되며, 감속기를 구비한 모터(26)와 연결된 롤러(23)와; 상기 롤러(23)과 접촉하면서 회전하는 회전 프레임(24)과; 상기 회전 프레임(24)의 일측면부에 다수개로 일정 간격으로 체결된 노즐(25)과; 상기 회전 프레임(24)에 부착되며, 도장부와 격벽을 형성하는 칸막이(31)와; 상기 칸막이(31)의 일측면부에 체결되어, 세라믹 코팅액을 분사하는 스프레이(32);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동 어셈블리(20)는, 파이프가 고정된 상태이며, 파이프 외주면을 회전하면서 파이프 표면처리는 장치가 특징이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 파이프 외주면에 고정되는 이동 프레임(21)와 파이프 외주면을 따라 회전하는 회전 프레임(24)으로 연결된다.
상기 회전 프레임(24)은, 이동 프레임(21)에 부착된 모터(26)와, 상기 모터와 연결된 롤러(23)와, 상기 롤러(23)와 연결된 회전 프레임(24)으로 동력 전달이 이루어진다.
상기 롤러(23)는 동력전달하는 1개의 구동롤러와 다수개의 피동 롤러를 포함하여, 동력을 전달하는 기능과 베어링 기능을 동시에 수행한다.
상기 노즐(25)는 숏 블라스팅을 위한 호스, 펌프 내지 컨트롤러와 연결되는 것이 바람직하며, 자세한 내용은 생략하였다. 또한, 상기 노즐(25)은 브러쉬 내지 글라인더로 대체될 수도 있다.
상기 노즐(35)는 숏 블라스팅 출구 노즐이며, 교체를 위해서 탈부착 방식의 체결구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 칸막이(31)은 도장영역과 표면 전처리 영역을 구분하고, 먼지 및 이물질이 도장영역으로 넘어오지 않도록 하는 기능과, 밀폐기능을 가져서 상기 팬(55)으로 인하여 한쪽 방향으로만 공기 흐름을 발생하도록 하는 기능을 포함한다. 따라서 상기 칸막이는 경우에 따라서는 다수개를 설치할 수도 있다.
상기 칸막이(31)는 도장 스프레이(32)를 지지하는 프레임 기능을 포함한다.
도 5는 이너 어셈블리(60)의 확대도이다.
상기 이너 어셈블리(60)는, 파이프 내주면을 표면처리 하기 위한 것으로서, 모터(56)의 작동으로 수평이동과 회전을 동시에 수행한다.
상기 이너 어셈블리(60)은 상기 클램핑 어셈블리(50)의 일측면부에 체결된 모터(56)와; 상기 모터(56)와 체결되며, 수평 방향으로 이동 부재를 구비한 수평이동 샤프트(61)와; 상기 수평이동 샤프트(61)의 끝단부에 체결되며, 파이프 표면 샌딩을 위한 내부 노즐(62)과, 격벽의 칸막이(63)과, 세라믹 코팅액을 분사하는 이너 스프레이(65)를 구비한 이너 프레임(64)을 포함한다.
아연 세라믹 코팅 기술은 나노 이하의 silsesquioxanes와 유사한 Cluster 구조의 입자 형상을 가지고 있으며 표면에는 관능기(Functional group)가 일부 살아있는 구조를 가지고 있어 제품 표면에 우수한 Binding 효과를 부여하고 이 때 방청첨가 물질과 같이 표면에서 코팅막을 형성하여 내식성 및 가공성을 부여하게 되는 코팅 기술이다.
또한, SiO2 를 주성분으로 첨가제를 혼합하여 교반하여 사용하는 수용성으로 친환경 기술이다.
아연 세라믹 코팅 기술은 우수한 방청성을 가지고 있으며, 가공 및 용접성이 우수하고, 시공이 간편하며 대형 제품에도 적용이 용이한 기술로 중동 정유플랜트용 배관에 해당 기술을 적용하여 유지보수 비용이 절감되는 효과를 가진다.
종래 다양한 조성의 세라믹 코팅 조성물이 제안되었으나, 이러한 세라믹 코팅 조성물을 이용한 코팅층은 취성이 좋지 못하다는 단점이 있었다.
본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 이러한 취성을 개선한 것은 물론, 저온 소결이 가능한 것이 특징이다.
이를 위한 본 발명의 세라믹 코팅 조성물의 제조방법은, 장석(feldspar) 10~40중량%, 활석(talc) 5~15중량%, 탄산마그네슘(MgCO3) 5~15중량%, 산화구리(CuO) 0.1~52중량%, 이산화망간(MnO2) 0.1~5중량%, 산화아연(ZnO) 5~15중량%, 산화철(Fe2O3) 0.1~15중량%, 붕사(borax) 10~20중량%, 산화코발트(CoO) 0.1~5중량%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 용융처리하여 비정질 소결체로 제조하는 단계와, 상기 제조된 비정질 소결체를 냉각하는 단계와, 상기 냉각된 냉각물을 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 장석, 활석, 탄산마그네슘, 산화구리, 이산화망간, 산화아연, 산화철, 붕사, 산화코발트를 혼합한다. 이때, 상기한 성분들을 사용하는 이유는, 이러한 성분을 통해 세라믹 박막의 취성을 현저히 개선하면서도, 우수한 강도, 내마모성 등을 갖는 세라믹 박막을 형성하기 위함이다. 아울러, 상기 조성물의 열팽창계수가 금속, 특히 철 또는 스테인리스 스틸 소재의 열팽창계수와 유사하도록 함으로써, 코팅층, 즉 세라믹 박막의 물성이 우수하면서도 박리현상이 일어나지 않고 부착력이 뛰어나도록 하기 위함이다.
더욱 구체적으로, 상기 장석은 코팅층의 물성을 개선하며, 부식 저항성의 향상에도 기여하고, 상기 활석은 코팅층의 유연성 및 내열성을 개선하며, 상기 탄산마그네슘은 코팅층의 전체적 물성 및 내열성을 개선해준다. 상기 산화구리는 열팽창을 조정해주고 급격한 열충격에도 안정성을 부여해주며, 물리적 충격에 큰 저항성을 발휘하고, 상기 이산화망간은 코팅층의 취성을 개선을 돕는다. 상기 산화아연은 모재의 산화를 방지하여 내식성을 개선해주며, 코팅층의 크랙을 방지하고, 상기 산화철은 안료의 역할을 하고, 상기 붕사는 코팅층의 부착력을 향상시켜주는 것은 물론, 조성 보전성을 좋게 하고, 상기 산화코발트는 강도를 개선해준다.
상기 조성물의 혼합비는, 장석 10~40중량%, 활석 5~15중량%, 탄산마그네슘 5~15중량%, 산화구리 0.1~52중량%, 이산화망간 0.1~5중량%, 산화아연 5~15중량%, 산화철 0.1~15중량%, 붕사 10~20중량%, 산화코발트 0.1~5중량%를 혼합하는 것이 바람직한바, 이는 제조되는 세라믹 코팅 조성물의 용융온도, 모재와의 부착성, 표면 광택성, 비결정,취성, 내식성 등을 고려한 것으로, 이러한 혼합비를 벗어날 경우 상기한 특성들이 저하되므로 상기한 혼합비로서 혼합한다.
한편, 코팅 조성물에 다른 색상을 부여하기 위하여 공지된 안료 등을 추가로 더 혼합할 수 있음은 당연하며, 그실시를 제한하지 않는다. 아울러, 안료 외에도 물성 향상을 위해 이 기술이 속하는 분야에서 공지된 성분을 더 포함할 수도 있음은 당연하다.
상기 혼합된 혼합물을 용융처리하여 비정질 소결체로 제조하는 단계, 다음으로, 상기 혼합된 혼합물을 용융처리하여 비정질 소결체로 제조한다. 이때, 상기 용융처리는 1,000~1,300℃의 온도에서 1~10시간 동안 소결하는 것을 의미하는바, 상기 열처리 온도가 낮을 경우 소결이 어렵고, 1,300℃보다 높을 경우 불필요한 에너지의 소요로 인해 제조비용이 높아지는 단점이 있다.
본 발명에서는 상기 혼합물을 소결하여 비정질 상태의 세라믹 코팅 조성물을 제조하며, 종래 세라믹 코팅 조성물에 비해 그 용융온도가 낮으므로, 코팅 공정시 750℃ 미만의 온도에서 소결 공정을 수행하여 철과 스테인리스 스틸 소재의 모재를 중온에서 코팅할 수 있다는 특징이 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 세라믹 코팅 조성물은 앞서 설명한 바와 같이, 종래 세라믹 코팅의 단점이던 취성이 개선되며, 모재와의 접착력이 우수하고, 내식성 및 표면경도 역시 우수한 특징이 있다. 또한, 용융온도가 낮고, 비정질의 구조이기 때문에 코팅시 650~750℃ 정도의 중온에서 단시간 내 소결할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 이러한 본 발명의 코팅 조성물을 이용하여 파이프에 코팅하는 방법은 상기 세라믹 코팅 조성물을 파이프의 표면에 도포하는 단계와, 상기 조성물이 도포된 파이프를 650~750℃의 온도로 1~30분간 소성처리하는 단계와, 상기 열처리된 금속 모재를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기한 세라믹 코팅 조성물을 파이프의 외주면과 내주면 표면에 도포한다. 여기서, 상기 세라믹 코팅 조성물은 앞서 설명한 바와 같이, 분말 상 일수도 있으며, 액상의 상태일 수도 있는 것으로 그 종류는 무관하다.
본 발명을 따르면 철은 물론 스테인리스 스틸의 두께를 얇게 하고, 본 발명의 조성물을 코팅하면 고 내식성 및 내산성을 확보할 수 있어 저 비용의 세라믹 파이프를 생산할 수 있기 때문이다. 아울러, 금속 모재로서 파이프 이외 다양한 형태의 것을 이용할 수 있음은 당연하다.
여기서, 상기 코팅 조성물을 도포하여서 되는 도포층, 즉 코팅층의 두께는, 10~2,000㎛인이 바람직한데, 코팅층의 두께가 10㎛ 미만일 경우 충분한 물성확보가 어렵고, 2,000㎛를 초과하더라도 더 이상의 세라믹 코팅 제품으 로서의 물성증가가 없으면서도 비용이 증가하므로 효율적이지 못하기 때문이다. 상기 코팅층의 두께는 코팅의 횟수, 코팅 방법 등에 따라 조절할 수 있다.
그리고 상기 코팅 방법은 종래 공지된 다양한 방법을 적용할 수 있는바, 딥코팅법(Dip coationg), 분체 코팅법(powder coating), 스프레이 코팅법(Spray coating), 브러시법(brushing), 용사코팅법(thermal spraying) 등 어떠한 방법을 사용해도 무방하다. 즉, 모재의 종류 및 형태, 요구되는 코팅층의 두께에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 가장 바람직하게는 습식 분체(Spray coating) 또는 용사코팅법(Thermal spraying)을 이용하는 것이다.
상기 코팅 조성물이 도포된 파이프를 건조하는 단계. 다음으로, 상기 코팅 조성물이 도포된 파이프를 건조한다. 상기 건조는 30~200℃의 온도의 건조실에서 이루어질 수 있으며, 건조시간은 제한하지 않는다. 즉, 상기 건조는 코팅층이 충분히 건조될 정도까지 진행하는바, 그 건조온도에 따라 건조시간이 달라지나 통상 5분~1시간 정도이다.
다만, 분말 상의 코팅 조성물을 이용하여 세라믹 조성물을 도포하였을 경우, 상기 건조 단계는 생략할 수 있다.
그리고 상기 건조된 금속 모재를 650~750℃의 온도로 1~30분간 소성처리한다. 즉, 본 발명은 앞서 설명된 바와 같이, 650~750℃의 중온 소결이 가능함으로써, 철과 스테인리스 스틸 소재의 모재에 세라믹 코팅층을 경제적으 로 형성할 수 있다는 효과를 갖다. 이때, 상기 소성처리 시간은 1~30분이면 족하다.
상기 소성처리는 고주파 유도 가열장치 또는 박스로(BOX爐)를 이용한다.
1: 파이프,
10: 커버, 11: 몸체 커버,
20: 이동 어셈블리, 21: 이동 프레임, 22: 이동 가이드,
23: 롤러 , 24: 회전 프레임, 25: 노즐,
26: 모터,
30: 도장부, 31: 칸막이, 32: 스프레이,
50: 클램핑 어셈블리, 51: 클램핑 프레임, 52: 파이프 클램핑,
53: 클램핑 홀, 54: 가이드 홀, 55: 팬(fan),
56: 모터,
60: 이너 어셈블리, 61: 수평이동 샤프트, 62: 내부 노즐.
63: 칸막이, 64: 이너 프레임, 65: 이너 스프레이.
10: 커버, 11: 몸체 커버,
20: 이동 어셈블리, 21: 이동 프레임, 22: 이동 가이드,
23: 롤러 , 24: 회전 프레임, 25: 노즐,
26: 모터,
30: 도장부, 31: 칸막이, 32: 스프레이,
50: 클램핑 어셈블리, 51: 클램핑 프레임, 52: 파이프 클램핑,
53: 클램핑 홀, 54: 가이드 홀, 55: 팬(fan),
56: 모터,
60: 이너 어셈블리, 61: 수평이동 샤프트, 62: 내부 노즐.
63: 칸막이, 64: 이너 프레임, 65: 이너 스프레이.
Claims (3)
- 주조 파이프 외주면과 내주면을 세라믹 코팅액을 분사하여 코팅하는 장치에 있어서,
파이프(1)를 외주면과 밀착 파지하는 파이프 클램핑(52)와, 상기 파이프 클램핑을 가이드하면서 체결되는 클램핑 홀(52)과, 이동 어셈블리(20)의 수평 이동 부재, 상기 이동부재와 연결된 동력부와 가이드 홀(51)을 구비한 클램핑 프레임(51)을 포함하여 주조 파이프(1)의 외주면에 결합되는 클램핑 어셈블리(50)와;
상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 외주면을 따라 수평 이동하는 이동 어셈블리(20)와;
상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이격되게 체결되며, 상기 파이프(1)의 내주면을 따라 수평 이동하는 이너 어셈블리(60)와;
상기 클램핑 어셈블리(50)의 후단에 체결되어, 공기 흐름을 제어하는 팬(55)과;
상기 이동 어셈블리(20)와 클램핑 어셈블리(50)를 커버하는 커버(10, 11);를 포함하되,
상기 이동 어셈블리(20)는,
상기 클램핑 어셈블리(50)의 전단에 이동 가이드(22)를 매개로 수평 이동하면서 파이프 외주면을 감싸는 이동 프레임(21)과;
상기 이동 프레임(21)의 내주면에 체결되며, 감속기를 구비한 모터(26)와 연결된 롤러(23)와;
상기 롤러(23)과 접촉하면서 회전하는 회전 프레임(24)과;
상기 회전 프레임(24)의 일측면부에 다수개로 일정 간격으로 체결된 노즐(25)과;
상기 회전 프레임(24)에 부착되며, 도장부와 격벽을 형성하는 칸막이(31)와;
상기 칸막이(31)의 일측면부에 체결되어, 세라믹 코팅액을 분사하는 스프레이(32);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 이너 어셈블리(60)는,
상기 클램핑 어셈블리(50)의 일측면부에 체결된 모터(56)와;
상기 모터(56)와 체결되며, 수평 방향으로 이동 부재를 구비한 수평이동 샤프트(61)와;
상기 수평이동 샤프트(61)의 끝단부에 체결되며, 파이프 표면 샌딩을 위한 내부 노즐(62)과, 격벽의 칸막이(63)과, 세라믹 코팅액을 분사하는 이너 스프레이(65)를 구비한 이너 프레임(64)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치.
- 제1항에 있어서
상기 세라믹 코팅액은,
장석(feldspar) 10~40중량%, 활석(talc) 5~15중량%, 탄산마그네슘(MgCO3) 5~15중량%, 산화구리(CuO) 0.1~52중량%, 이산화망간(MnO2) 0.1~5중량%, 산화아연(ZnO) 5~15중량%, 산화철(Fe2O3) 0.1~15중량%, 붕사(borax) 10~20중량% 및 산화코발트(CoO) 0.1~5중량%를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 1,000~1,300℃로 1~10시간 동안 용융처리하여 비정질 소결체로 제조하는 단계와,상기 제조된 비정질 소결체를 냉각하는 단계와,상기 냉각된 냉각물을 분쇄하는 단계를 포함하되,
상기 세라믹 코탱액을 파이프 표면에 10~2,000㎛의 두께 도포하는 단계와, 상기 조성물이 도포된 파이프를 650~750℃의 온도로 1~30분간 소성처리하는 단계와, 상기 소성처리된 파이프를 냉각하는 단계 포함하는 것을 특징으로 하는 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220166577A KR102663937B1 (ko) | 2022-12-02 | 2022-12-02 | 고성능 파이프 세라믹 코팅 장치 |
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|---|---|
| KR102663937B1 true KR102663937B1 (ko) | 2024-05-14 |
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2022
- 2022-12-02 KR KR1020220166577A patent/KR102663937B1/ko active IP Right Grant
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