KR20170088845A - 주물사를 냉각 및 재처리하기 위한 장치 - Google Patents

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마쉬넨파브릭 구스타프 아이리히 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 믹싱 컨테이너와, 구동샤프트에 대하여 회전 가능한 믹싱 툴을 포함하고, 믹싱 컨테이너 내측으로 에어를 공급하기 위한 에어 공급구가 구비된 주물사 냉각 및 처리를 위한 장치에 관한 것이다. 보다 일정한 유동층이 믹싱 컨테이너의 전체 단면에 걸쳐 가능한 멀리 발생되도록 개선된 장치를 제공하기 위하여, 더욱이 가스와 혼입된 고체 입자의 비율이 감소되도록, 본 발명은 서로 수직방향으로 이격된 최소 두 개의 믹싱 베인을 가지고, 최소 하나의 믹싱 베인이 수평방향에 대하여 경사진 표면을 갖는 믹서 블레이드로 이루어진 믹싱 툴을 제공하고자 한 것이다.

Description

주물사를 냉각 및 재처리하기 위한 장치{DEVICE FOR REPROCESSING AND COOLING FOUNDRY SAND}
본 발명은 온기를 가지면서 느슨하게 뭉쳐져 있는 대량의 미립자 재료, 특히 주조용 주물사를 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.
이미 사용된 주물사는 주물사 재처리가 이루어진 경우에 재사용될 수 있다. 이를 위해 사용된 주물사를 냉각시킬 필요가 있다.
이러한 주물사 냉각 장치의 일례가 DE 1 508 698에 개시되어 있다. 개시된 장치는 믹싱 컨테이너(mixing container)와, 수직으로 배열된 두 개의 믹싱 툴(mixing tool)용 구동샤프트(drive shaft)를 포함하고 있다. 냉각 대상의 주물사가 상기 믹싱 컨테이너의 한쪽으로 유도되고 다른 한쪽으로 배출된다. 냉각 대상의 주물사가 상기 장치를 통과하는 동시에 믹싱 툴에 의하여 완전하게 혼합된다. 추가로 상기 믹싱 컨테이너는 컨테이너 바닥 위치에서 컨테이너 벽에 에어를 공급하기 위한 개구를 갖는다.
상기 장치는 이전의 주조 작업에 의하여 150℃까지 가열된 주물사를 증기 냉각에 의하여 약 45℃의 사용 온도까지 냉각시키기 위하여, 기계적으로 지지된 상태에서 물을 분사하고 에어를 통과시켜 유동층을 발생시키고자 한 것이다.
상기 믹싱 컨테이너는 기계 프레임에 장착되어 있다. 상기 믹싱 컨테이너는 서로 통하는 두 개의 다각형 부분을 갖는다. 상기 두 개의 다각형 부분에는 각각 그 중심부에 회전 가능한 믹싱 툴이 배열되어 있다. 샤프트에 고정된 믹싱 베인(mixing vane)는 보통 반경방향으로 연장된 회전 캐리어 암(rotating carrier arm)의 수직 배열된 홀더 상으로 이동되는 플레이트 형상의 패들(paddle)을 갖는다. 상기 플레이트 형상의 패들은 단지 실질적으로 패들 주변으로 범위가 정해진 원형 링 경로(circular ring path)의 효과만을 제공한다. 이렇게 DE 1 508 698에 개시된 상기 장치는 두 개의 믹싱 툴의 작동을 위하여 두 개의 다각형 부분이 서로 연통되지만, 믹싱 툴들이 서로 충돌되지 않게 하는 보장이 필요하고, 그에 따라 특별한 모션 제어 시스템의 채택이 필요하다.
특히, 매우 큰 양의 주물사가 상기 장치로 냉각될 때, 컨테이너 직경이 큰 치수를 갖기 때문에 상기 공지의 장치는 불균일한 냉각을 초래하게 되며, 더 사용될 수 있는 주물사의 품질을 현저하게 제한하게 된다. 개선된 주물사 품질을 예를 들어 진공 믹서의 사용으로 얻을 수 있지만, 비교적 고가인 단점이 있다.
DE 1 508 698 에 도시된 저렴한 장치의 경우, 에지 블라스트에 유도된 냉각용 공기가 유입구 주변과 가까운 영역의 모래층으로만 자유롭게 통과하는 흐름을 갖게 되고, 실질적으로 대량의 재료를 일정하게 유동화시키는 실제 기능을 수행하지 않은 채, 그리고 고 수준의 효율로 냉각을 수행하지 않은 채, 비교적 짧은 경로를 통해 위쪽으로 빠져나게 된다. 컨테이너의 중앙부에서 혼합되는 재료의 중앙부에는 에어가 전혀 도달하지 않게 되고, 에어 유입구의 주변에서 외부 환형 경로에만 흐르는 에어가 재료와 접촉하게 된다. 믹싱 툴 샤프트를 향하는 반경 방향에서 느슨한 재료의 흐름 저항이 높기 때문에 에어가 슬롯 현상의 개구로부터 나온 후에 수직으로 솟구치게 되고, 다소 약한 압력 강하가 따르게 된다. 믹싱 컨테이너의 중앙부에서 주물사는 낮은 원주속도 및 속도 차이로 회전하는 베인(vanes)에 의하여 단지 약하게 혼합되고, 냉각 영역으로 주물사를 이송시키기 위하여 바깥쪽으로 경사진 면을 갖는 베인에 의하여 바깥쪽 반경방향으로 천천히 이송된다.
상기 속도 차이의 결과, 혼합 대상 재료의 머무름 시간에 있어서도, 컨테이너 중앙부의 재료와 바깥쪽 외경부의 재료 간의 과도하게 차이가 나게 된다. 가장 좋지 않은 단점으로서, 혼합 대상의 재료가 중심축 상에 배열된 공급구로부터 구동샤프트의 영역에서 반대쪽에 배열된 배출구까지 이송될 때, 공급된 냉각용 공기와 실질적인 접촉없이 이송되는 점에 있다. 또한, 혼합 대상의 재료층으로부터 매우 높은 출구속도가 관찰되는 바, 이는 벽면 영역에서 에어의 수직적인 통과 흐름이 국부적으로 발생하기 때문이고, 이러한 출구속도는 에어 흐름의 고속 및 유동에 의하여 많은 양의 고체입자가 끌어 당겨지게 하는 것을 초래한다.
따라서, DE 199 25 720 에는 이미 흡입 제거 팬을 이용하여 냉각용 공기를 하우징 커버의 중심부쪽에 배열된 개구를 통하여 후퇴시키고, 냉각기의 하류(downstream)에 연결된 가스 사이클론(gas cyclone)으로 제거하는 기술이 개시되어 있지만, 매우 큰 부피를 차지하는 단점이 있다. 이 기술의 경우, 가스 흐름에 혼입된 주물사 및 첨가물 요소가 사이클론에서 실질적으로 분리되고, 냉각기로부터 배출되는 주물사가 더해진다. 가스 사이클론의 작동 모드로 인하여, 대량의 육중한 주물사 입자들이 분리되는 동시에 벤토나이트(bentonite) 및 카본(carbon)과 같은 미세 구성요소가 가스 흐름에 이끌리게 되어 완전하게 배출된다. 상기 가스 흐름에 의한 입자의 완전한 분리는 발생되지 않는다. 상기 미세한 구성요소 중 규정되지 않은 조성이 나중에 필터에 의하여 분리됨에 따라, 상기 미세한 구성요소들이 필터에 축적되고 새로운 첨가물의 첨가로 보상된다. 상기 사이클론의 바닥 배출에 의하여 후퇴되는 주물사와 과도하게 건조된 주물사가 컨베이어 벨트 상의 냉각된 주물사 위에 놓여지게 된다. 배출된 주물사 입자와 습기를 머금은 주물사의 혼합이 더 이상 진행되지 않아, 주물사의 균질화 및 습윤화가 하류 위치에서 더 이상 실행되지 않는다면, 주물 기계에 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 기본적인 시작점으로서 상기한 종래 기술의 상태를 감안하여, 보다 일정한 유동층이 믹싱 컨테이너의 전체 단면에 걸쳐 가능한 멀리 발생되도록 개선되고, 동시에 가스 흐름과 혼입되는 고체 입자의 비율이 감소되도록 개선된 장치를 제공하고자 한 것이다.
본 발명에 따른 주물사 냉각 및 재처리 장치는 믹싱 컨테이너와 구동샤프트에 대하여 회전 가능한 믹싱 툴을 포함하고, 믹싱 컨테이너 내측으로의 에어 공급을 위한 에어 유입구가 구비된 것으로 달성된다. 본 발명에 따른 상기 믹싱 툴은 수직방향에서 서로 이격된 최소 두 개의 믹싱 베인을 가지고, 최소 하나의 믹싱 베인은 수평방향에 대하여 경사진 믹서 블레이드를 가지며, 바람직하게는 믹서 블레이드는 믹싱 툴의 회전 방향으로 하향 경사지게 형성된다. 이때 상기 회전 방향은 상기 믹싱 툴의 구동장치에 의하여 미리 설정된다. 따라서, 상기 믹싱 툴의 구동장치는 믹싱 툴이 회전방향에서 하향 경사지게 하는 방식으로 믹싱 툴을 구동시키도록 설계된다. 다른 구현예로서, 상기 구동장치는 필요에 따라 믹싱 툴의 회전 방향을 변경할 수 있게 구비된다.
수직방향에서 서로 이격 배열되는 상기 믹싱 베인을 사용하여, 혼합 대상의 재료의 혼합이 보다 용이하게 이루어지도록 한다. 이를 위해, 바람직하게는 상기 믹싱 베인은 구동샤프트로부터 수평방향으로 연장된다. 경사도를 갖는 믹서 블레이드 즉, 믹싱 툴의 회전 방향으로 하향 경사진 믹서 블레이드는 혼합 대상의 재료가 믹싱 공정에서 들어 올려지는 것을 제공할 수 있고, 이에 혼합될 재료 내에 믹서 블레이드의 뒤쪽에 공동부가 형성되어, 공동부에 공급된 에어가 혼합 대상의 재료가 존재하는 상태에서 믹서 블레이드의 전체 폭 및 길이에 걸쳐 분배된다. 따라서, 상기 믹서 블레이드는 회전하는 믹서 블레이드의 바깥쪽 부분에 의하여 그려지는 원형 반경의 최소 절반까지 연장된다. 일 구현예로서, 상기 믹서 블레이드는 구동샤프트로부터 컨테이너 벽까지 연장된다.
혼합 대상의 재료에 대한 냉각용 공기의 혼합을 더 개선하기 위하여, 바람직한 구현예로서 상기 믹서 블레이드는 컨테이너 벽까지 연장된다. 이 경우에 상기 믹서 블레이드와 컨테이너 벽면 간의 틈새가 100mm 미만, 가장 좋게는 20mm와 60mm 사이로 형성된다. 이러한 수치는 모래층내의 믹싱 툴 프로파일을 따라 재료가 한 층씩 풀어지도록(loosening) 제공된다. 또한, 바람직하게는, 상기 믹서 블레이드에 유연한 부착물이 부착될 수 있으며, 이 부착물은 믹서 블레이드를 지나서 컨테이너 벽쪽 방향인 반경방향으로 돌출되어, 부착물이 컨테이너 벽에 걸쳐 문질러지는 동작을 하며 접촉하게 된다.
유체공학적 측면에서, 상기 믹서 블레이드는 혼합 대상의 재료가 위쪽으로 들어올려지도록 구비되고, 흐름에서 벗어나는 믹서 블레이드의 측면에 유입공기의 흐름 경로가 되는 공동부가 형성되도록 구비된다. 이상적인 상황으로서, 상기 에어가 구동샤프트와 컨테이너 벽면 사이 공간만을 통하여 흐를 수 있고, 고체 흐름으로부터 떨어진 측면에서 혼합 대상의 재료를 통해 상승할 수 있으며, 중력에 의하여 다시 믹싱 툴 뒤쪽으로 낙하하며, 위쪽으로 흐르는 에어는 컨테이너 중심까지 혼합 대상의 재료를 거쳐 일정하게 흐를 수 있도록 한다. 이러한 구성에 따르면, 툴에 대한 충분히 높은 원주 속도와 함께, 상기 에어의 국부적인 상방향 흐름이 에어 출구의 영역에서만은 실질적으로 방지될 수 있다. 이는 테스트를 통하여 믹싱 툴을 회전시키기 위한 구동장치의 원주속도를 설정할 수 있고, 이에 구동장치는 믹서 블레이드의 반경방향 외끝단부에서의 원주속도가 2 내지 75 m/sec 사이, 바람직하게는 30 내지 60m/sec 사이가 되도록 구비된다.
바람직한 구현예로서, 상기 컨테이너 벽은 컨테이너 바닥으로부터 상부방향으로 점차 넓어지는 단면을 갖도록 경사지게 형성된다. 바람직하게는, 각 믹싱 베인은 믹서 블레이드를 가지며, 믹서 블레이드와 컨테이너 벽 간의 간격은 양쪽 믹서 블레이드에 대하여 대략 동일하다. 경사진 컨테이너 벽과 서로 다른 높이로 배열되는 두 개의 믹서 블레이드로 인하여, 상부에 배열된 믹서 블레이드는 바깥쪽 반경방향으로 더 연장 배열된다.
다른 바람직한 구현예로서, 각 믹싱 툴의 최소 하나의 믹서 블레이드는 컨테이너 바닥 위치에 배열된다.
상기 믹싱 툴의 원주속도에 대한 적절한 선택과 함께 상호 대향 관계를 고려한 상기 믹서 블레이드의 적절한 개수 및 배열에 의거, 에어가 모래층을 통과하여 흐르고, 전체 단면에 걸쳐 균일하게 분배되며, 모래가 균일하게 냉각되도록 유동층을 위한 기계적인 지지를 달성할 수 있다.
주물사 모래층의 전체 단면에 걸쳐 에어를 균일하고 우수하게 공급함으로써, 헐거운 상태로 뭉쳐진 대량의 주물사 재료 표면에서의 흐름 속도를 감소시켜서 에어 흐름과 함께 입자들의 배출을 현저하게 감소시킬 수 있다.
바람직한 구현예로서, 상기 믹싱 컨테이너는 최소 두개의 믹싱부를 가지고, 각 믹싱부에는 구동샤프트에 대하여 회전 가능한 믹싱 툴이 제공되고, 각 믹싱 툴은 수직방향에서 서로 이격된 최소 두 개의 믹싱 베인을 갖는다.
이때, 상기 믹싱 베인의 원주속도 및 회전 방향은 각각의 믹싱부에서 다르게 설정될 수 있다.
이러한 구현예에서, 냉각 대상의 상기 주물사를 위한 입구가 한쪽에 형성되는 동시에 이와 대응되는 출구가 다른 한쪽에 형성되어, 상기 주물사가 양쪽 믹싱부를 연속적으로 통과하게 된다. 바람직한 구현예로서, 각 믹싱 툴은 컨테이너 바닥 위치에 배열되는 믹서 블레이드를 가지고, 상기 두 개의 믹싱 툴은 서로 이격되되, 믹싱 툴의 어떠한 위치에서도 서로 접촉되지 않도록 컨테이너 바닥쪽에 서로 떨어져 배열된다. 따라서 상기 컨테이너 바닥쪽에 배열되는 두 개의 믹서 블레이드의 원형 경로는 접선방향에서 서로 최대한 가깝게 인접 배열된다.
상기 각 믹싱 툴의 믹서 블레이드 중 수직방향에서 더 높은 위치의 믹서 블레이드는 다른 축방향 높이를 가지도록 배열된다. 이 경우에 믹서 블레이드는 그 원형 경로들이 오버랩 가능하게 구비될 수 있다. 각 믹서 블레이드는 수직방향에서 서로 다른 위치에 배열됨에 따라 충돌이 발생하지 않음을 보장할 수 있다. 상기한 바와 같이 모든 툴을 컨테이너 벽에 가깝게 배열시키는 것이 가능하다. 상기 두 개의 믹싱 툴은 충돌 가능성 없이 서로 다른 회전속도를 가지며 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 이때, 각각의 믹싱 컨테이너 내의 믹싱 툴은, 프로세싱 엔지니어링(process engineering)의 관점에서 각각의 두드러진 작업에 대하여 회전속도를 최적화시킬 수 있다. 따라서, 상기 재료 입구측에서의 믹싱 챔버내 믹싱툴 속도는 물의 효율적인 혼합을 위해 최적화될 수 있고, 다음 믹싱 챔버에서의 믹싱툴 속도는 수분 감소로 인해 입자들의 점착성이 이미 감소되었기 때문에, 감소된 입자 배출을 갖는 모래층을 통과하며, 동시에 감소된 입자 배출을 갖는 냉각용 에어의 흐름을 최적화시킬 수 있도록 설정된다. 또한, 서로 다른 평면들 및 믹싱 챔버부에서의 상기 믹싱 툴 형상은, 모래층을 통과하는 에어 흐름에 대한 최적화를 제공하는 동시에 모래층으로부터의 고체입자 배출을 최소화할 수 있도록, 서로 다르게 형성될 수 있다.
한 예로써, 에어 공급구는 컨테이너 벽 내의 개구들을 가질 수 있으며, 이에 따라 컨테이너 내부로 에어가 불어 넣어질 수 있다. 이러한 예에서, 바람직하게는 개구들이 컨테이너 벽으로 연장되는 상기 믹서 블레이드와 같은 수직 높이에 배열된다.
다른 구현예로서, 에어 공급구가 믹싱 툴 자체를 통과하도록 형성될 수 있으며, 이러한 예에서는 믹싱 툴이 중공샤프트를 가진다. 한 예로써, 상기 믹서 블레이드는 회전 방향과 반대 방위의 측면에서 상응하는 에어 배출용 개구를 가질 수 있다. 따라서 컨테이너에 형성된 에어 공급용 개구와 믹싱 툴에 형성된 에어 공급용 개구에 의하여 조합된 에어 유입이 가능하게 이루어질 수 있다.
상기 믹서 블레이드가 구동샤프트로부터 증가된 간격을 가지는 만큼 믹서 블레이드의 원주속도가 증가되는 구조로 인하여, 컨테이너 벽면 방향에서의 믹싱 동작이 향상되는 결과를 얻을 수 있다.
상기 믹서 블레이드의 단면적이 동일하므로, 외주 속도가 증가된 반경과 함께 커짐에 따라 작동 직경이 증가하고, 믹싱 강도 또한 증가할 것이다. 상기 블레이드의 단면 형상에 대하여 내측으로부터 외측으로 적절하게 구성함에 따라 물리적 법칙에 대응할 수 있다. 예를 들어, 상기 믹서 블레이드의 폭이 반경방향으로 증가될 수 있다. 대안적으로 또는 여기에 더하여 상기 믹서 블레이드의 수평에 대한 경사각이 반경방향으로 감소될 수 있다.
상기 믹서 블레이드는 평평하거나 휘어지게 형성될 수 있다. 믹서 블레이드의 수평에 대한 경사각은 15°와 60°사이, 특히 20°와 50°사이로 설정된다.
다른 바람직한 구현예로서, 상기 믹서 블레이드는 각진 형상으로 형성되고, 그 내부 각도는 믹서 블레이드의 회전방향과 반대를 이루며, 90°와 180°사이 범위로 형성된다. 이러한 수치의 각도로 인하여, 고체 흐름과 동떨어진 큰 공동부가 제공될 수 있고, 이에 내측 또는 외측으로부터 위와 같은 방식으로 형성된 통로를 에어가 흐르되, 감소된 압력 강하를 가지면서 에어 통로의 단부까지 침투할 수 있다.
대안적으로, 상기 믹서 블레이드는 또한 직사각형 또는 삼각형과 같은 폐 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 적절한 에어 출구가 에어 흐름과 동떨어진 면에 배열되어, 상기 냉각용 공기가 위의 형상을 갖는 믹서 블레이드에 의하여 혼합되는 재료로 유도될 수 있다.
다른 구현예로서, 낮은 원주속도를 보상하기 위하여 믹서 블레이드의 반경방향 내측부에 쟁기날(ploughshare) 형상과 같은 부착물이 고정되되, 이 부착물은 혼합물의 상승 작용과 블레이드 너머로 혼합물이 흐르는 것을 보강하기 위하여 그리고 향상된 믹싱 작용을 달성하기 위한 것에서의 일측면 또는 양측면으로써 작용한다. 상기 쟁기날 아래에 배열되는 에어 출구와 조합하여 주물사 낙하 커튼(curtain)이 제공 가능하며, 넓은 열-교환 및 물질-교환 표면적에 의해, 배출되는 에어와 접촉에 의한 고수준의 냉각 효율을 달성할 수 있다.
특히, 미세 주물사 품질의 경우에 있어서, 상기 가장 위의 믹싱 베인의 믹싱 블레이드를 반대로 경사지게 형성하여 혼합 대상의 재료가 하방향으로 안내되도록 함으로써, 과도한 난류 효과 및 이와 관련된 배출가스 흐름을 갖는 냉각장치로부터 과잉 배출을 억제할 수 있는 이점이 있다.
상기 믹서 컨테이너에 배열된 에어 유입구들과 상기 믹서 블레이드의 반경방향 바깥쪽 말단부 간의 간격은, 냉각용 에어의 과대 부분이 믹서 블레이드에 도달하기 전에 위쪽으로 이탈되지 않도록 함을 보장하고자, 가능한 작게 형성되도록 한다.
테스트를 통하여, 상기 에어 유입구의 출구 영역에서의 냉각용 에어의 평균 유속은 15 m/s와 35 m/s 사이, 바람직하게는 20 m/s 와 30 m/s 사이로 나타났다. 상기 컨테이너 벽의 경사각을 기본적으로 수직방향에 대하여 0°와 45°사이의 원하는 값으로 취할 수 있지만, 15°와 35°사이 범위의 경사각이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20°와 30°사이 범위의 경사각으로 설정한다.
다른 구현예로서, 상기 믹서 블레이드의 반경방향 외끝단에 고정되거나, 또는 대안적으로 스프링-지지되도록 배치되며, 반경 방향으로 이동 가능하고, 플라스틱 재질로 된 연장부가 장착된다. 이 연장부는 컨테이너 벽면에 문질러지며 접촉하게 되고, 그에 따라 고체 흐름과 이격된 상태에서, 에어 출구와 믹서 베인의 측면 간의 직접적인 접촉이 이루어지게 된다.
다른 바람직한 구현예로서, 두 개 이상 즉, 세 개 또는 그 이상의 믹싱 챔버부가 연달아 배열될 수 있고, 이를 통해 혼합 대상의 재료가 연속적으로 흐르게 된다. 이와 같은 구성에서는, 물이 입구 측에서 제1챔버 내에서 실질적으로 혼합되고, 제1챔버 내에서 균질하게 분배되는 반면, 모래층의 집중적인 통기(aeration)가 제2챔버에서 이루어져 증발 냉각이 달성된다. 세번째 및 더 이어지는 각각의 챔버에서, 냉각된 모래의 품질이 물 또는 기타 첨가물을 첨가하여 실질적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 상기 주물사를 감싸고, 주물사의 형상 특성을 제공하며, 주물용 기계에 직접 사용을 가능하게 하는 벤토나이트를 재-활성화시키기 위하여, 상기 주물사가 장치를 빠져나갈 때에는, 그 후 3.0% 와 3.5% 사이의 잔류 함수율(moisture content)을 가도록 하여야 한다. 이와 같은 경우에서, 세번째 믹싱챔버부 즉, 혼합 대상의 재료가 마지막으로 흐르는 부분에서의 믹싱 툴이 회전 방향에서 위쪽으로 경사진 믹서 블레이드를 가지는 경우, 마지막 믹싱 챔버부에서 믹싱 대상의 재료에 전단 하중이 발생하는 것을 보장할 수 있는 장점을 제공할 수 있다. 또한, 마지막 믹싱 챔버부에서는 그 챔버부의 상응하는 개구들을 생략할 수 있도록, 상기 마지막 믹싱 챔버부에서는 그 내부로 공급되어질 에어를 위한 것은 불필요하다. 또한, 여러 사용 상황에 대하여, 상기 세번째 믹싱 챔버부의 믹싱 챔버 툴이 두번째 믹싱 챔버부에서의 믹싱 챔버 툴과 반대인 회전방향으로 구동되는 경우 이점이 있을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방안에 의하여 일부 고체입자가 에어 흐름에 의하여 배출되거나 혼입되는 결과와 함께, 국부적인 에어 통과-흐름 속도를 현저하게 감소시킬 수 있다.
그럼에도 불구하고, 바람직한 구현예로서, 상승하는 가스 흐름이 상기 하우징내에 잔존하면서, 상기 혼입된 고체 입자로부터 가능한 광범위하게 자유로워 질 경우, 이는 이점을 제공할 수 있다. 이를 위해 바람직한 구현예로서 고체 분리기가 믹싱 툴의 상부에 배열된다. 상기 고체 입자의 분리는 난류 유동 흐름, 예를 들어 로터에 의하여 발생하는 회전 흐름에 의하여 영향을 받도록 하는 것이 바람직하다. 위의 경우에서, 강화된 회전 흐름이 로터의 회전속도 선택에 의하여 그 강도로 조절될 수 있는 원심장(centrifugal field)을 생성하게 된다. 따라서, 분리 유효성 및 분리 입자 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 로터 속도가 충분하게 증가되면, 가스 흐름에 내포된 미세한 첨가물 요소조차도 거의 완전하게 재생될 수 있다.
본 발명은 해결 방안으로서, 냉각기를 위한 매우 컴팩트한 구조 배열을 제공하는 동시에 모든 고체 입자가 믹서 내에 내재되도록 한 점을 제공한다.
본 발명의 장점, 특징 및 사용 가능한 용도는 이하에서 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 명백하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 장치의 제1실시예를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 냉각 장치의 제2실시예를 도시한 단면도,
도 3은 서로 다른 다수의 믹서 블레이드를 갖는 믹서를 도시한 확대도,
도 4 내지 도 8은 서로 다른 믹서 블레이드를 도시한 단면도.
도 1은 본 발명에 따른 제1장치를 도시한 단면도이다.
상기 장치(1)는 주물사를 냉각 및 처리하기 위한 것으로서, 하우징(3)내에 배열되는 믹싱 컨테이너(2)를 갖는다. 상기 믹싱 컨테이너(2)는 두 개의 믹싱부를 갖는 바, 이 믹싱부의 중심부에는 구동샤프트(4)들이 각각 배열된다. 상기 구동샤프트(4)들은 각각 믹싱 툴로서, 대응되는 믹서 블레이드를 갖는 다수의 믹싱 베인들을 차례로 가진다. 상기 장치(1)는 입구(5) 및 출구(5')를 가지며, 이를 통해 고온의 주물사가, 예를 들어 컨베이어 벨트(6)에 의하여, 믹싱 컨테이너(2) 내로 유입될 수 있고, 처리된 주물사는 다시 믹싱 컨테이너(2)로부터 배출될 수 있다. 경사진 컨테이너 벽(2)에 열을 이루는 냉각 에어 유입구(7)가 형성되고, 이 냉각 에어 유입구를 통하여 냉각용 에어가 믹싱 컨테이너(2) 내로 유입될 수 있다. 상기 두 개의 구동샤프트(4)는 컨테이너 바닥 근처에서 각각 서로 반대방향으로 연장되며, 각각의 믹서 블레이드(8)이 장착되는 믹싱 베인을 가진다. 상기 두 개의 구동샤프트(4)는 바닥 근처에 배열된 믹서 블레이드(8)들이 어떠한 회전 위치에서도 서로 충돌되지 않도록 서로 이격 배열된다. 또한, 상기 바닥 근처의 믹싱 베인에 대하여 수직방향으로는 추가의 믹싱 베인 쌍들이 이격 배열되며, 이러한 추가의 믹싱 베인 쌍들 또한 각각 대응되는 믹서 블레이드들이 장착된다. 바람직한 구현예로서, 모든 믹서 블레이드는 하방향으로 경사지게 형성되어, 상기 구동샤프트가 의도된 방향으로 회전될 때, 믹싱 컨테이너(2)내의 주물사가 들어 올려져 경사진 믹서 블레이드의 표면 위로 넘쳐 흐르게 된다. 상기 바닥 근처의 믹서 블레이드 위의 제2 및 제3평면의 믹서 블레이드들은 각각 컨테이너 벽(2)에 형성된 냉각 에어 유입구(7)의 수직 높이에 상응하는 높이 위치에 배열된다. 또한, 제2 및 제3평면에서의 상기 믹서 블레이드는 에어 유입구(7)까지 근접하게 연장되도록 배열된다. 상기 두 개의 구동샤프트(4)는 구동장치인 구동모터(9)에 의하여 구동된다. 상기 하우징(3)의 커버에는 고체 분리기(11)가 배열되는 바, 고체 분리기는 휠을 포함하고, 상기 휠은 다수의 핀(Fin)들과 함께 제공되며, 구동모터(10)에 의하여 회전될 수 있다. 상기 냉각용 에어가 에어 유입구(7)를 통해 공급된 후, 고체 분리기(11)의 핀(Fin)들 사이 중간 공간을 거쳐 흡입된다. 상기 고체 분리기의 피동 휠(driven wheel)은 난류(turbulent flow)를 발생시키는 바, 이 난류에 의해 흡입되는 에어에 포함된 고체 성분들이 침전되고 믹싱 컨테이너로 낙하하게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예를 나타낸 단면도이다. 도면에서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 지시한다. 도 2에 도시된 구현예에서, 한편으로는 냉각용 에어 공급이 중공 샤프트의 형태로 된 구동샤프트(4)를 거쳐 이루어질 수 있으며, 이에 에어가 공급구(12)를 경유하여 통로(15)로 흐르고, 믹서 블레이드(8, 8',8", 8''')내의 대응되는 개구로의 통로를 거쳐 혼합 대상의 재료로 공급된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 에어가 에어 공급구(13)를 통해 하우징 내로 유입될 수 있고, 에어 유입구(7)를 경유하여 혼합 대상의 재료 측으로 유도될 수 있다. 이러한 구현예에서, 상부 평면의 믹서 블레이드가 하부 평면의 믹서 블레이드에 비하여 더 길게 반경 방향으로 연장된 것을 밝혀둔다.
상기 믹서 블레이드(8,8',8", 8''')는 실질적으로 컨테이너 벽면까지 연장된다. 하지만 상기 믹서 블레이드의 손상을 방지하기 위하여 작은 갭은 유지되어야 한다. 따라서, 믹서 블레이드와 관련하여 도면에서 보듯이, 상기 믹서 블레이드는 플라스틱으로 이루어진 연장부(14)를 가지고, 또한 수직 상방으로 직접 흐르는 냉각용 에어의 공급 비율을 감소시키기 위하여, 이 연장부는 컨테이너 벽면에 대하여 스프링과 같은 수단에 의해 압축될 수 있다.
도 3은 믹서 블레이드의 다른 구현예를 나타낸다. 도면부호 17로 지시된 바와 같이, 상기 믹서 블레이드는 구동샤프트로부터 컨테이너 벽면까지 일정하게 연장될 수 있다. 하지만, 도면부호 15로 지시된 바와 같이 휘어진 형상으로 적용될 수 있거나, 도면부호 16으로 지시된 바와 같이 확장된 팬(fan) 형상으로 적용될 수 있다.
또한, 도면부호 18로 지시된 바와 같이, 쟁기날(ploughshare) 형상과 같은 부착물(19)이 믹서 베인에 제공될 수 있다.
도 4는 싱글 경사면을 포함하는 믹서 블레이드(20)를 도시한 단면도이다. 상기 믹서 블레이드(20)의 움직임을 기준으로, 믹서 블레이드 뒤쪽에는 혼합 대상의 재료가 없도록 유지되는 공간이 형성되는 바, 이 공간으로 에어 유입구(7)를 통해 믹싱 컨테이너로 유입된 냉각용 공기가 믹서 블레이드를 따라 반경방향 안쪽으로 흐를 수 있다. 이러한 경우에서, 상기 에어 유입구(7)의 윤곽을 믹서 블레이드의 기하학적 구조에 맞는 이상적인 것으로 선택하여, 믹서 블레이드 뒤쪽의 혼합 대상의 재료가 없도록 유지하는 공간으로 에어의 흡기 흐름을 일정하게 그리고 가능한 오래 지속적으로 유지하도록 제공할 수 있다.
도 5는 믹서 블레이드(21)의 제2구현예를 나타낸 단면도이다. 여기서, 상기 믹서 블레이드는 경사진 표면과 이 경사진 표면과 상대적으로 각을 이루면서 수평방향으로 연장된 표면을 포함한다.
도 6은 믹서 블레이드(21)의 제3구현예를 나타낸 단면도이다. 이 경우에도 경사진 표면을 포함하고, 경사진 표면의 일방향에 수직 연장된 부분이 연결되고, 타방향에 반대로 경사진 부분이 연결된다.
도 7은 믹서 블레이드(23)의 또 다른 구현예를 나타내는 단면도이다. 상기 믹서 블레이드(23)는 경사진 표면을 갖는다. 여기서는 관상 부재(tubular element)가 믹서 블레이드에 장착되고, 이 관상 부재를 통해 믹싱 컨테이너로 냉각용 에어가 도입될 수 있다.
도 8은 서로 다른 믹서 블레이드(24~26)가 3개의 다른 평면에서 구동샤프트에 장착된 구현예를 나타낸다. 가장 아래쪽 평면에 배열된 상기 믹서 블레이드는 하방향으로 경사진 표면과 이 경사진 표면과 실질적으로 수직을 이루며 연장된 부분을 갖는다. 중앙 평면에서 사용된 믹서 블레이드(25)는 일종의 공동부를 형성하는 단면 구조를 갖는 바, 이에 냉각용 에어가 공동부를 통해 구동샤프트로부터 반경방향 바깥쪽으로 이송될 수 있다. 가장 위쪽 평면에 사용된 믹서 블레이드(26)는 혼합 대상의 재료가 과도하게 소용돌이치며 상승되는 현상(swirled up)을 방지하기 위하여 상방향으로 경사지게 형성된다. 이러한 믹서 블레이드의 설계 형상은 다양한 기하학적 구조로 형성될 수 있음을 밝혀둔다.
1 : 장치
2 : 믹서 블레이드
3 : 하우징
4 : 구동샤프트
5, 5' : 입구, 출구
6 : 컨베이어 벨트
7 : 에어 유입구
8,8',8" : 믹서 블레이드
9 : 구동모터들
10 : 구동모터
11 : 고체 분리기
12 : 공급구
13 : 에어 공급구
14 : 연장부
15-18 : 믹서 블레이드
19 : 부착물
20-26 : 믹서 블레이드

Claims (19)

  1. 믹싱 컨테이너와, 구동샤프트에 대하여 회전 가능한 믹싱 툴을 포함하고, 상기 믹싱 컨테이너 내측으로의 에어 공급을 위한 에어 유입구가 형성된 주물사 냉각 및 처리 장치로서,
    상기 믹싱 툴은 수직방향에서 서로 이격된 최소 두 개의 믹싱 베인을 가지고, 최소 하나의 믹싱 베인은 수평방향에 대하여 경사진 표면을 갖는 믹서 블레이드를 가지는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 믹서 블레이드의 표면은 상기 믹싱 툴의 회전 방향으로 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 믹싱 툴은 최소 두 개의 수직방향으로 이격된 믹서 블레이드를 갖는 믹싱 베인을 가지고, 상기 믹서 블레이드 중 가장 위쪽의 믹서 블레이드는 믹싱 툴의 회전 방향에서 상방향으로 경사진 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹서 블레이드는 컨테이너 벽면까지 연장되되, 믹서 블레이드와 컨테이너 벽면 간의 틈새가 100mm 미만, 가장 좋게는 20mm와 60mm 사이로 형성되고, 이 틈새에 믹서 블레이드와 결합되는 부착물이 제공되고, 이 부착물은 컨테이너 벽면 방향에서 믹서 블레이드를 지나 컨테이너 벽면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹싱 툴을 회전시키기 위한 구동장치를 포함하고, 상기 구동장치는 믹서 블레이드의 반경방향 외끝단부에서의 원주속도가 2 m/s와 75 m/s 사이, 바람직하게는 30 m/s와 60m/s 사이 범위가 되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 컨테이너의 단면적이 컨테이너 바닥으로부터 위쪽 방향으로 점차 넓은 단면으로 형성되도록 상기 컨테이너 벽이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    각 믹싱 베인은 믹서 블레이드를 가지고, 믹서 블레이드와 컨테이너 벽 간의 간격은 모든 믹서블레이드에 대하여 동일하게 적용되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹서 블레이드는 컨테이너 바닥쪽에 배열되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹싱 컨테이너는 최소 2개, 바람직하게는 3개의 믹싱부를 포함하고, 각 믹싱부에는 구동샤프트에 대하여 회전 가능하게 믹싱 툴이 구비되며, 각 믹싱 툴은 수직방향에서 서로 이격되는 최소 2개의 믹싱 베인을 갖는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 각 믹싱 툴을 상기 믹싱 베인이 있는 위치마다 독립적으로 조정 가능한 원주속도로 구동시킬 수 있도록 한 구동 장치가 구비되고, 상기 구동 장치는 최소 두 개의 믹싱 툴을 서로 반대 방향으로 회전 구동시킬 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 각 믹싱 툴은 컨테이너 바닥쪽에 배열되는 믹서 블레이드를 가지고, 상기 컨테이너 바닥쪽에 배열된 두 개의 믹서 블레이드가 믹싱 툴의 어느 위치에서도 서로 접촉되지 않도록 상기 두 개의 믹싱 툴은 서로 멀리 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  12. 청구항 9, 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 각 믹싱 툴은 상기 컨테이너 바닥쪽에 배열되지 않는 믹서 블레이드를 갖는 믹싱 베인을 가지고, 상기 컨테이너 바닥쪽에 배열되지 않는 믹서 블레이드들은 축방향의 서로 다른 높이 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 하나의 믹싱 툴의 최소 하나의 믹싱 베인은 평행 면상에 투영되는 원형 경로를 그리되, 동일한 평행 평면 상에서 다른 믹싱 툴의 최소 하나의 믹싱 베인에 의하여 그려지는 원형 경로의 투영부와 교차되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에어 유입구는 컨테이너 벽면 상의 개구들을 가지고, 이 에어 유입구를 통하여 에어가 컨테이너 내측으로 공급되며, 상기 개구는 컨테이너 벽으로 연장되는 믹서 블레이드와 동일한 수직 높이로 배열되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 에어 공급은 중공 샤프트를 가지는 믹싱 툴을 경유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹서 블레이드는 반경방향으로 그 폭이 확대되는 구조로 구비된 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹서 블레이드는 각진 형상으로 형성되고, 내부 각도는 믹서 블레이드의 회전방향과 반대를 이루며 90°와 180°사이 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹서 블레이드는 회전 방향과 반대 방위를 갖는 면에 형성되는 에어 출구를 가지는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 믹싱 툴 위쪽에 고체 분리기가 배열되고, 상기 고체 분리기는 로터에 의하여 회전 흐름을 발생시키는 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 주물사 냉각 및 처리 장치.
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