KR20160038042A

KR20160038042A - 용사 장치

Info

Publication number: KR20160038042A
Application number: KR1020167005488A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 혼다; 요시히로 사사타니
Original assignee: 구로사키 하리마 코포레이션
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-04-06
Also published as: JP2015113490A; JP5767689B2; CN105637109A; WO2015087642A1

Abstract

본 발명은 대량 분사를 행하는 경우에 발화의 발생을 방지할 수 있는 용사 장치를 제공한다. 본 발명의 용사 장치에서는, 원료 분체를 배출하는 배출부를 복수 설치하고, 각각의 배출부에, 그 배출부로부터 배출된 원료 분체와 상기 캐리어 가스를 혼합하여 상기 혼합물로 하는 혼합물 생성 수단과, 그 혼합물 생성 수단에 의해 생성된 상기 혼합물을 분사하는 분사 수단(40)을 접속하고, 이들 분사 수단(40)의 분사구(41)의 중심 간 거리를 분사구(41)의 내경의 1.4배 이상 5.3배 이하로 하였다.

Description

용사 장치{Thermal spraying device}

본 발명은 내화 조성물을 형성하기 위한 용사 장치에 관한 것이다.

종래 내화 조성물을 형성하기 위한 용사 장치로서, 가연성 분체(예를 들어, 금속 분말)와 내화성 분체(내화성 골재)를 포함하는 원료 분체를 지연성(支燃性)의 캐리어 가스(산소 가스)에 의해 반송하고 분사하여 착화 용융함으로써 내화 조성물을 형성하는 용사 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1).

구체적으로 특허문헌 1에는, 캐리어 가스를 분출 노즐에 의해 이젝터 내로 도출하고, 이젝터 내에서 원료 분체와 캐리어 가스를 혼합하고, 혼합한 혼합물을 유로를 따라 하류측으로 도출하고, 분사 수단에 의해 혼합물을 분사하고, 분사한 혼합물을 연소시켜 내화 조성물을 형성하는 기술이 기재되어 있다.

또한, 그 밖의 용사 기술로서 화염 제초법(화염 용사법)에 의해 내화물 내장을 보수하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 구체적으로 특허문헌 2에는, 노의 하방에서 상방으로 향하여 랜스를 삽입하여 용사를 행하는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2013-043141호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 소58-43385호 공보

이러한 용사 기술에서는, 목적으로 하는 내화 조성물을 효율적이고 신속하게 형성하기 위해, 내화 조성물의 기초가 되는 원료 분체의 분사량을 많이 분사하는 것이 필요하다. 또한, 원료 분체를 많이 분사할 때, 피시공면에서의 히프 폭은 작고, 분사된 원료 분체를 피시공면에 평활하게 시공할 필요가 있다. 여기서, 히프 폭이란, 원료 분체를 피시공면에 용사하였을 때에 피시공면에의 용착부의 폭의 최대길이를 말한다. 히프 폭이 클수록 피시공면의 단위면적당 용착량이 적어지므로, 히프 폭은 작을 필요가 있다.

이하, 본 명세서에서는 원료 분체의 분사량이 많고 히프 폭이 작고 평활한 시공을 실현하는 분사를 대량 분사라고 한다. 대량 분사를 행하려면 혼합물 중의 원료 분체의 비율(이하, 「고체/기체 비율」이라고 함)을 크게 하는 것이 유효하다. 그러나, 고체/기체 비율을 크게 하면 원료 분체끼리 마찰하는 빈도가 높아져 발화를 일으킬 위험성이 높아진다.

그래서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대량 분사를 행하는 경우에 발화의 발생을 방지할 수 있는 용사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 내화성 분체 및 가연성 분체를 포함하는 원료 분체와 지연성의 캐리어 가스를 혼합한 혼합물을 분사하고 연소시켜 내화 조성물을 형성하는 용사 장치로서, 상기 원료 분체를 배출하는 배출부를 복수 가지며, 각각의 배출부에, 그 배출부로부터 배출된 원료 분체와 상기 캐리어 가스를 혼합하여 상기 혼합물로 하는 혼합물 생성 수단과, 그 혼합물 생성 수단에 의해 생성된 상기 혼합물을 분사하는 분사 수단을 접속하여 이루어지고, 이들 분사 수단의 분사구의 중심 간 거리가 상기 분사구의 내경의 1.4배 이상 5.3배 이하인 용사 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서 상기 분사 수단의 분사 방향은, 상기 분사구의 중심 간을 연결하는 직선에 대해 50도 이상 95도 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 원료 분체를 배출하는 배출부를 복수 설치하고, 각 배출부에 분사 수단을 접속하고 또한 각 분사 수단의 분사구의 배치를 적정화함으로써, 고체/기체 비율을 크게 하지 않고 대량 분사를 행할 수 있다. 또한, 고체/기체 비율을 크게 할 필요가 없으므로 발화의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 용사 장치의 일 실시형태를 나타내는 개념도이다.
도 2는 용사기 본체의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 분사 수단의 분사구의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 4는 분사 수단의 분사 방향을 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 용사 장치의 다른 실시형태의 주요부를 나타내는 개념도이다.
도 6은 히프 폭의 개념을 나타내는 설명도이다.

도 1은, 본 발명의 용사 장치의 일 실시형태를 나타내는 개념도이다. 도 1의 용사 장치는 2대의 용사기 본체(10)를 가지며, 각 용사기 본체(10)에 반송 호스(20) 및 랜스(30)를 통해 분사 수단(40)이 접속되어 있다. 각 분사 수단(40)은 분사구(41)를 가진다. 이들 분사구(41)는 수평 방향으로 병렬하여 배치되고, 그 내경은 동일하다.

도 2는, 용사기 본체(10)의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 2에 도시된 용사기 본체(10)는, 원료 분체(A)를 저장하는 저장 수단으로서의 호퍼(11)와, 혼합물 생성 수단으로서의 이젝터(12)를 구비한다.

원료 분체(A)는, 가연성 분체(예를 들어, 금속 분말)와 내화성 분체(내화성 골재)를 포함하여 이루어진다. 호퍼(11)는, 그 바닥부에 원료 분체(A)를 배출하는 배출부(11a)를 가진다. 이젝터(12)는, 가압된 캐리어 가스(산소 가스)의 흐름에 의해 배출부(11a)로부터 원료 분체(A)를 흡입하고, 캐리어 가스와 원료 분체(A)를 혼합하여 혼합물로 한다.

이젝터(12)는, 호퍼(11) 바닥부의 배출부(11a)에 연통하는 내부 공간을 갖는 용기부(12a)와, 가압된 캐리어 가스를 선단으로부터 용기부(12a)의 내부 공간에 분출하는 끝이 좁아지는 분출 노즐(12b)과, 용기부(12a)의 내부 공간에 일단이 연통하고 상기 혼합물을 유로를 따라 상기 일단으로부터 타단으로 도출하는 토출 도관(12c)을 구비한다. 즉, 용기부(12a)의 내부 공간에서 캐리어 가스는 끝이 좁아지는 분출 노즐(12b)의 선단의 노즐공으로부터 토출 도관(12c)의 일단(베이스단)으로 향하여 고속으로 분출하고, 이에 따라 용기부(12a)의 내부 공간을 진공압(여기서는 대기압보다 낮은 압력)으로 한다. 한편, 용기부(12a)의 내부 공간에는 수직 이송관(11b)을 통해 호퍼(11)의 배출부(11a)가 연통되어 있다. 이 때문에, 이젝터(12)는 가압된 캐리어 가스의 흐름에 의해 배출부(11a)로부터 원료 분체(A)를 용기부(12a)의 내부 공간에 흡입하고, 분출 노즐(12b) 선단의 노즐공으로부터 분출하는 캐리어 가스와 원료 분체(A)가 용기부(12a)의 내부 공간에서 혼합되어 혼합물이 된다.

이 혼합물이 수평 이송관(13)을 통해 반송 호스(20)에 공급되고, 또한 도 1에 도시된 랜스(30)를 통해 분사 수단(40)에 공급되고, 분사 수단(40)의 분사구(41)로부터 피시공면(B)으로 향하여 분사된다. 또, 수평 이송관(13)은 생략할 수 있고, 이젝터(12)의 출측에 반송 호스(20)를 직접 접속해도 된다.

도 3은, 분사 수단(40)의 분사구(41)의 위치 관계를 나타내는 설명도이다. 본 발명에 있어서, 분사구(41)의 중심 간 거리(L)는 분사구(41)의 내경(D)의 1.4배 이상 5.3배 이하로 설정한다. L이 D의 5.3배를 넘으면 목적으로 하는 대량 분사를 실현할 수 없다. 즉, L이 D의 5.3배를 넘으면, 각 분사구(41)로부터 분사되는 원료 분체가 피시공면에 대해 개별로 분사되는 것에 가까운 상태가 되어 대량 분사를 실현할 수 없다. 한편, 실제 기기로서의 설계상 제약으로부터 L은 D의 1.4배 이상으로 한다. 즉, 실제 기기로서의 설계상 분사 수단(40)을 근접하여 배치하는 것에는 한계가 있다.

본 발명에 있어서, 각 분사구(41)의 내경은 동일한 것이 기본이다. 각 분사구(41)의 내경이 다르면 균일한 용사를 행할 수 없기 때문이다. 단, 용사의 균일성이 손상되지 않는 정도이면 각 분사구(41)의 내경은 약간 달라도 된다. 이 경우, 분사구(41)의 중심 간 거리(L)를 규정할 때에 사용하는 내경(D)은 각 분사구(41)의 내경의 평균값으로 하면 된다.

마찬가지로 용사의 균일성을 확보하는 점에서, 각 분사구(41)는 도 3에 도시된 바와 같이 병렬 배치하는 것이 기본이다. 단, 그 병렬 방향은 연직 방향이나 경사 방향이어도 된다.

도 4는, 분사 수단(40)의 분사 방향을 나타내는 설명도이다. 본 발명에 있어서, 분사 수단(40)의 분사 방향은, 분사구(41)의 중심 간을 연결하는 직선에 대해 50도 이상 95도 이하인 것이 바람직하다. 즉, 도 4에 도시된 각도(θ)가 50도 이상 95도 이하인 것이 바람직하다. 이 각도(θ)는 본 발명이 목적으로 하는 대량 분사를 실현하는 점에서 90도를 넘는 것은 상정되지 않는다. 단, 설계상 제약 및 제작상 오차를 고려하면 95까지는 허용 범위이다.

또한, 본 발명이 목적으로 하는 대량 분사를 실현하는 점에서 각도(θ)는 각 분사구(41)로부터 분사된 원료 분체가 피시공면(B) 상에서 1점에 집속되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이를 위한 조건은, 피시공면까지의 거리를 R로 하면 하기 식(1)으로 나타난다.

R=0.5L·tanθ …(1)

여기서, 피시공면까지의 거리(R)는 일반적으로 50~200mm이다. 또한, 분사구(41)의 중심 간 거리(L)는 분사구(41)의 내경(D)에 따라 바뀌지만, D는 일반적으로 10A 상당(12.7mm) 내지 15A 상당(16.1mm)이다. 이 경우, 분사구(41)의 중심 간 거리(L)의 최대값은 16.1×5.3=85.3mm가 되고, 피시공면까지의 거리(R)를 최소의 50mm로 하면, 각도(θ)는 상기 식(1)에 의해 50도가 된다. 이로부터 각도(θ)는 50도 이상인 것이 바람직하다.

또, 도 1의 실시형태에서는 용사기 본체(10)를 2대 마련하였지만, 도 5에 도시된 바와 같이 1대의 용사기 본체(50)에 통합할 수 있다. 즉, 원료 분체(A)를 저장하는 저장 수단으로서의 호퍼(51)에 2개의 배출부(51a)를 설치하고, 각각의 배출부(51a)에 혼합물 생성 수단으로서의 이젝터(52)를 접속한다. 이젝터(52)의 구성은 도 2에 도시된 이젝터(12)와 동일해도 된다. 단, 본 발명에 있어서 혼합물 생성 수단은 이젝터로는 한정되지 않는다. 이젝터는 배출부로부터 원료 분말을 흡인하는 작용도 갖는데, 이젝터 이외의 혼합물 생성 수단을 사용할 때는 배출부에 테이블 피더나 스크류 피더 등의 배출 수단을 설치할 수도 있다.

실시예

도 1의 용사 장치에서 시험을 행하여 발화의 유무를 확인함과 아울러 시공체의 평활성 및 히프 폭을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

시험에서는, 내화성 분체로서 실리카(SiO₂): 85질량%와 가연성 분체로서 금속 Si: 15질량%로 이루어지는 원료 분체(0.1mm 이하의 입자: 20질량%)를 이용하여 0.5MPa의 캐리어 가스(산소 가스)를 흘림으로써 원료 분체를 분사하였다. 또, 비교예 1 및 비교예 2에서는, 도 1의 용사 장치에 있어서 한쪽의 용사기 본체(10)만을 사용하여 하나의 분사 수단(40)으로부터 분사하였다.

원료 분체의 분사량은 비교예 2를 제외하고 용사기 본체 1대당 50kg/h로 하고, 비교예 2는 100kg/h로 하였다. 분사 수단(40)의 분사구(41)의 내경, 분사구(41)의 중심 간 거리, 용사 거리(도 4에서 설명한 피시공면까지의 거리(R)) 및 분사 각도(도 4에서 설명한 각도(θ))는 표 1과 같다.

발화의 유무에 대해서는, 분사 수단(40) 부근에서 불꽃 발생의 유무를 육안으로 확인하였다. 발화가 발생하면, 그 불꽃이 반송 호스(20) 및 랜스(30) 안을 진입하여 분사 수단(40) 부근에서 확인된다.

시공체의 평활성에 대해서는, 시공체의 요철 크기가 3mm 이하이면 우수(◎), 3mm 초과 5mm 이하이면 양호(○)라고 평가하였다.

히프 폭이란, 도 6에 도시된 바와 같이 분사 수단(분사 노즐)을 일방향으로 이동하면서 용사하였을 때의 피시공면에의 용착부의 폭의 최대길이를 말하고, 비교예 1의 히프 폭을 100으로 하여 각 예의 히프 폭을 지수 환산하였다. 이 히프 폭이 클수록 피시공면의 단위면적당 용착량이 적다는 것이고, 본 시험에서는 히프 폭이 지수 환산값으로 150을 넘으면 대량 분사의 효과가 얻어지지 않았다고 평가하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에 있는 실시예 1~8은 모두 발화는 확인되지 않고 평활성도 양호하였다. 또한, 히프 폭은 150 미만이며 대량 분사의 효과도 얻어지지 않았다.

비교예 1은 분사 수단(40)이 1개, 분사량이 50kg/h이며 대량 분사의 예가 아니다. 비교예 2는 분사 수단(40)이 1개이고 분사량을 100/kg으로 증가시킨 예인데, 고체/기체 비율이 크기 때문에 발화가 발생하였다.

비교예 3은 분사구(41)의 중심 간 거리가 너무 큰 예이며, 히프 폭이 180이 되어 대량 분사의 효과를 얻을 수 없었다. 비교예 4는 분사 각도가 50도보다 작은 44도인 예이다. 이 경우, 피시공면(B)에 도달하기 전에, 분사된 원료 분체가 서로 충돌하여 비산한다. 이 때문에, 히프 폭은 210이 되어 대량 분사의 효과를 얻어지지 않았다.

본 발명의 용사 기술은 코크스로, 전로, 용해로, AOD로, 레이들, 턴디쉬, 진공 탈가스로, 혼선차, 전기로, 소각로, 유도로, 가열로, 유리로 등의 가연성 금속 분체 함유 용사가 사용되는 공업요로 등에 이용 가능하다.

10 용사기 본체
11 호퍼
11a 배출부
11b 수직 이송관
12 이젝터(혼합물 생성 수단)
12a 용기부
12b 분출 노즐
12c 토출 도관
13 수평 이송관
20 반송 호스
30 랜스
40 분사 수단
41 분사구
50 용사기 본체
51 호퍼
52 이젝터
A 원료 분체
B 피시공면

Claims

내화성 분체 및 가연성 분체를 포함하는 원료 분체와 지연성의 캐리어 가스를 혼합한 혼합물을 분사하고 연소시켜 내화 조성물을 형성하는 용사 장치로서,
상기 원료 분체를 배출하는 배출부를 복수 가지며,
각각의 배출부에, 그 배출부로부터 배출된 원료 분체와 상기 캐리어 가스를 혼합하여 상기 혼합물로 하는 혼합물 생성 수단과, 그 혼합물 생성 수단에 의해 생성된 상기 혼합물을 분사하는 분사 수단을 접속하여 이루어지고,
이들 분사 수단의 분사구의 중심 간 거리가 상기 분사구의 내경의 1.4배 이상 5.3배 이하인 용사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 분사 수단의 분사 방향이 상기 분사구의 중심 간을 연결하는 직선에 대해 50도 이상 95도 이하인 용사 장치.