KR20190039416A - 다단 연속 혼합기를 사용하여 섬유 강화 시멘트질 슬러리를 제조하는 방법 - Google Patents

다단 연속 혼합기를 사용하여 섬유 강화 시멘트질 슬러리를 제조하는 방법 Download PDF

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KR20190039416A
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slurry
fiber
mixing
mixer
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아쉬시 두베이
피터 비. 그로자
크리스토퍼 알. 넬슨
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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    • B29B7/40—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with single shaft
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Abstract

건조 분말 공급기(2)로부터의 건조 세멘트 분말의 스트림(5)을 건조 세멘트 분말 입구 도관(5a)을 통과시켜 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 1 공급 섹션(20)에 공급하는 방법. 수성 매질 스트림(7)은 적어도 하나의 수성 매질 스트림 도관(7a)을 통과하여 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 1 혼합 섹션(22)에 공급된다. 강화 섬유의 스트림(34)은 섬유 공급기로부터 강화 섬유 스트림 도관(34a)을 통과하여 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 2 혼합 섹션(24)에 공급된다. 건조 시멘트질 분말의 스트림(5), 수성 매질 스트림(7), 및 강화 섬유의 스트림(34)은 섬유-슬러리 혼합기(32)에서 조합하여 혼합기(32)의 하류 단부에서 방출 도관(36a)을 통해 방출되는 섬유-시멘트 혼합물(36)의 스트림을 생성한다.

Description

다단 연속 혼합기를 사용하여 섬유 강화 시멘트질 슬러리를 제조하는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 동시 계류중인, CONTINUOUS METHODS OF MAKING FIBER REINFORCED CONCRETE PANELS 란 발명의 명칭으로, 2016년 8월 5일자에 출원된, 미국 가특허 출원 번호 제 62/371,554호; HEADBOX AND FORMING STATION FOR FIBER REINFORCED CEMENTITIOUS PANEL PRODUCTION 란 발명의 명칭으로, 2016년 8월 5일자로 출원된, 미국 가특허 출원 번호 제 62/371,569호; CONTINUOUS MIXER AND METHOD OF MIXING REINFORCING FIBERS WITH CEMENTITIOUS MATERIALS 란 발명의 명칭으로, 2016년 8월 5일자에 출원된, 미국 가특허 출원 번호 제 62/371,578호와 관련되며, 이들 모두는 그 전체가 참고 문헌으로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 섬유 강화 시멘트질 재료, 즉 (섬유강화 콘크리트 (FRC))를 연속 공정으로 제조하기 위한 강화 섬유와 시멘트질 재료를 혼합하는 연속 혼합기 및 방법을 개시한다.
전체가 참조로 본 명세서에 포함되는, Dubey 등의 미국 특허 제6,986,812호는 SCP 패널 제조 라인 또는 경화성 슬러리가 건축 패널 또는 보드의 제조에 사용되는 이와 유사한 용도에 사용하기 위한 슬러리 공급 장치를 특징으로 한다. 상기 장치는 슬러리 공급이 유지되는 닙을 형성하도록 서로에 대해 가깝고 대체로 평행한 관계로 배치된 주 계량 롤 및 컴패니언 롤을 포함한다. 두 롤은, 바람직하게는, 슬러리가 닙으로부터 계량 롤 상으로 인출되어 SCP 패널 제조 라인의 이동하는 웨브 상에 적층되도록 동일한 방향으로 회전한다. 슬러리의 원하는 두께를 유지하기 위해 주 계량 롤에 가깝게 작동가능하게 근접한 두께 제어 롤이 제공된다.
전체가 본원에 참고로 포함되는 조지 (George) 등의 미국 특허 제 7,524,386 B2 호는 시멘트질 분말 및 액체의 습식 슬러리를 형성하기 위한 수직 혼합 챔버를 갖는 습식 혼합기를 사용하는 방법을 개시한다. 수직 혼합 챔버는 관련 시멘트 패널 제조 라인의 연속 작동을 보장하기 위해 슬러리의 적절한 공급을 허용하는 혼합 체류 시간 내에, 완전히 혼합된 균일한 얇은 슬러리를 제공하기 위해 필요한 양의 혼합을 제공하도록 설계된다. 챔버의 슬러리 혼합 영역에 시멘트질 분말 및 물의 공급을 위한 중력 공급 수단이 개시되어 있다. SCP 패널을 제조할 때, 중요한 단계는 시멘트질 분말을 혼합하여 슬러리를 형성하는 것이다. 이어서, 슬러리는 챔버의 바닥으로부터 인출되어 캐비티 펌프를 통해 슬러리 공급 장치로 펌핑된다. 통상적인 종래의 연속 시멘트 혼합기는 콘크리트 슬러리를 혼합 및 펌핑하기 위하여 건설 산업에 사용되는, 독일 뉘엔버그(Neuenburg)에 소재하는 M-TEC GmbH의 DUO MIX2000 연속 시멘트 혼합기이다.
전체가 본원에 참고로 포함되는, 조지 (George) 등의 미국 특허 제 7513,963 B2 호는 습식 혼합기 장치 및 그 사용 방법을 개시하고 있으며, 상기 혼합기는 시멘트질 슬러리와 물의 습식 슬러리를 형성하기 위한 수직 혼합 챔버를 갖는다. 수직 혼합 챔버는 관련 시멘트 패널 제조 라인의 연속 작동을 보장하기 위해 슬러리의 적절한 공급을 허용하는 혼합 체류 시간 내에, 완전히 혼합된 균일한 얇은 슬러리를 제공하기 위해 필요한 양의 혼합을 제공하도록 설계된다. 분말과 물의 예비 혼합 없이 챔버의 슬러리 혼합 영역에 시멘트질 분말 및 물의 분리 공급을 위한 중력 공급이 또한 개시된다.
그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 포함되는, 더비(Dubey) 등의 미국 특허 제 8038790호는 전단 벽, 바닥 및 지붕 시스템에 사용하기 위해 프레임에 고정될 때, 합판 및 배향 응력 보드에 의해 제공되는 횡방향 및 전단 하중과 동일한 횡방향 및 전단 하중에 저항하기 위한 구조용 시멘트 패널을 개시한다. 패널은 다른 구조용 시멘트 패널에 비해 감소된 열 전달을 제공한다. 패널은 알파형 반수석고(calcium sulfate alpha hemihydrate), 수경성 시멘트, 코팅된 팽창 펄라이트 입자 충진제, 선택적인 추가 충진제, 활성 포졸란 및 석회의 수성 혼합물을 경화시킴으로써 얻어지는 연속 상으로된 하나 이상의 층을 사용한다. 코팅된 펄라이트는 1-500 미크론의 입자 크기, 20-150 미크론의 평균 직경 및 0.50 g/cc 미만의 유효 입자 밀도(비중)를 갖는다. 패널은 섬유, 예를 들어 내알카리성 유리 섬유로 강화된다.
전체가 참조에 의해 본 명세서에 포합되는, 더비 등의 미국 특허 출원 공개 번호 제 2005/0064164호는, 구조용 시멘트질 패널을 제조하는 다층 공정으로서, (a) 이동하는 웨브를 제공하는 단계; (b) (i) 웨브 상에 개별적인 산란 섬유(loose fiber)의 제 1 층을 적층한 후, 웨브 상에 경화성 슬러리 층을 적층시키는 단계와 (ii) 웨브 상에 경화성 슬러리 층을 적층시키는 단계 중 하나의 단계; (c) 슬러리 상에 개별적인 산란 섬유의 제 2 층을 적층시키는 단계; (d) 개별적인 산란 섬유의 상기 제 2 층을 상기 슬러리 내로 능동적으로 매립하여 상기 섬유를 상기 슬러리 전체에 걸쳐 분산시키는 단계; 및 (e) 원하는 개수의 경화성 섬유-강화 슬러리 층이 얻어질 때까지 단계 (ii) 내지 단계 (d)를 반복하여 상기 섬유가 패널 전체에 걸쳐 분포되도록 하는 단계를 포함하는, 구조용 시멘트질 패널을 제조하는 다층 공정을 개시한다. 또한, 상기 공정에 의해 제조된 구조용 패널, 상기 공정에 따른 구조용 시멘트질 패널을 제조하기에 적합한 장치, 및 다층을 갖는 시멘트질 구조 패널로서, 이동 가능한 웨브 상에 경화성 슬러리 층을 적층시키고 상기 슬러리 상에 섬유를 적층시키고 상기 슬러리 내에 상기 섬유를 매립함으로써 각각의 층이 형성되어 각각의 층이 인접한 층과 일체로 형성되는, 다층을 갖는 구조용 시멘트질 패널이 제공된다.
첸(Chen) 등의 미국 특허 출원 공보 제 2006/0061007호는 시멘트 제품을 압출하는 방법 및 장치를 개시한다. 압출기는 내부에 회전 가능하게 장착된 한 쌍의 정합(inter-meshing) 셀프-와이핑 스크류를 갖는 케이싱을 포함한다. 스크류는 다양한 공급 수단을 통해 제공된 섬유 시멘트의 성분을 연속적으로 혼합 및 반죽하여 실질적으로 균질한 페이스트를 형성하고 다이를 통해 페이스트를 강제로 압입하여 주조에 적합한 그린(green) 시멘트 압출 성형물을 형성한다. 압출용 시멘트 혼합물은 매우 점성이 높으며 시멘트 패널 제조 라인 상의 헤드박스를 통한 숏크리트 (shotcrete) 또는 적층과 같은 용도에는 적합하지 않다.
섬유 강화 시멘트질 슬러리를 제조하는 현재의 최첨단 혼합 기술은 전형적으로 강화 섬유를 포함하는 모든 원료가 먼저 첨가된 후 몇 분 동안 혼합되어 무작위로 분산된 섬유를 가진 슬러리 혼합물이 얻어지는는 산업 표준 배치(batch) 혼합기의 사용을 포함한다. 회전 드럼과 회전 팬 혼합기는 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물의 제조에 일반적으로 사용되는 콘크리트 혼합기의 예이다. 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하기 위한 현재의 최첨단 콘크리트 혼합기 및 혼합 기술의 일부 주요 한계 및 단점은 다음을 포함한다:
배치 혼합기에서의 혼합 작동은 연속적이지 않으므로 연속 패널 제조 라인의 경우와 같이 슬러리의 연속적인 공급이 필요한 용도에서는 사용하기가 더 어려워진다.
배치 혼합기에서의 혼합 시간은 통상적으로 잘 혼합된, 균일한 슬러리 혼합물을 얻기 위해, 수 분 정도로 매우 길다.
대량의 섬유가 배치 혼합기에서 한 번에 첨가되기 때문에, 이는 혼합 작동 동안 섬유 뭉침(lumping) 및 볼링(balling) 을 초래한다.
배치 혼합 공정과 관련된 더 긴 혼합 시간은 강화 섬유를 손상시키고 파손시키는 경향이 있다.
배치 혼합기는 신속하게 경화되는 시멘트질 재료를 취급하는 것과 관련하여 매우 유용하고 실용적이지 않다.
높은 강화 섬유 농도를 갖는 시멘트질 패널용 슬러리를 제조하기 위한 단일 층 공정이 필요하다. 따라서, 연속 패널 제조 라인을 공급하기 위해 유리 섬유를 함유하는 충분한 혼합 유체 시멘트질 슬러리의 공급을 보장하는 개선된 습식 혼합 장치가 필요하다. 시멘트질 반응성 분말, 유리 섬유 및 물의 혼합 정도를 혼합기에서 제공하여 적절한 레올로지 및 충분한 유동성을 갖는 슬러리를 생성하여 연속 시멘트 패널 제조 라인에 사용하기 위한 슬러리를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 시멘트질 제조 라인 등의 이동하는 웹 상에 슬러리를 적층하는데 사용하기 위한 슬러리 공급 장치 (전형적으로 "헤드박스 (headbox)"로 공지됨)에 공급되는 슬러리를 제조하기 위한 습식 혼합 장치를 사용하며, 여기서 경화성 슬러리들을 사용하여 섬유 강화 건축 패널 또는 보드를 제조하는데 사용된다.
현재의 최첨단 콘크리트 혼합기의 한계 및 단점을 고려하여, 본 발명의 일부 목적은 다음과 같다:
균일하게 혼합된 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하기 위해 시멘트질 성분의 나머지와 섬유의 연속 블렌딩을 가능하게 하는 혼합기를 제공한다.
균일하게 혼합된 섬유 보강된 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하기 위해 필요한 혼합 시간을 수분에서 60 초 미만, 바람직하게는 30 초 미만으로 감소시키는 혼합기를 제공한다.
혼합 작업 중에 섬유 볼과 럼프가 발생하지 않는 혼합기를 제공한다.
혼합 작용으로 인해 강화 섬유가 손상되지 않는 혼합기를 제공한다.
본 발명은, 연속 방식으로 공급될 수 있는 시멘트 복합 슬러리의 제조 방법을 제공하며,
상기 방법은,
건조 시멘트질 분말을 적어도 하나의 건조 시멘트질 분말 유입 포트를 통해 수평 연속 혼합기 내에 공급하는 단계로서,
상기 수평 연속 혼합기는, 내부 측벽을 갖는 수평(통상적으로 원통형) 하우징에 의해 한정되고, 상류 단부 공급 섹션, 제 1 혼합 섹션, 및 제 2 하류 단부 혼합 섹션을 갖는 세장형 혼합 챔버로서, 상기 제 1 혼합 섹션은 상류 단부 공급 섹션과 제 2 하류 단부 혼합 섹션 사이에 위치하는, 세장형 혼합 챔버, 및 상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부로부터 상기 세장형 혼합 챔버의 하류 단부까지 가로 지르며 상기 세장형 혼합 챔버 내에서 회전하는 적어도 한 쌍의 수평 배향 정합 셀프-와이핑 임펠러를 포함하되,
상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부 공급 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러가 오거를 포함하며, 상기 건조 시멘트질 분말이 상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부 공급 섹션 내로 공급되고 상기 오거에 의해 제 1 혼합 섹션으로 이송되는, 상기 공급하는 단계;
물을 포함하는 액체 스트림을 적어도 하나의 건조 시멘트질 분말 유입 포트의 하류에 있는 적어도 하나의 액체 스트림 유입 포트를 통해 연속 슬러리 혼합기의 세장형 혼합 챔버 내로 공급하고 건조 시멘트질 분말 및 액체 스트림을 제 1 혼합 섹션에서 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계로서,
상기 제 1 혼합 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러는 상이한 원주 방향 위치에서 일정한 간격으로 상기 임펠러의 수평 배향 축 상에 장착된 제 1 복수의 혼합 패들을 포함하고, 상기 패들은 수평의, 바람직하게는 원통형 하우징 내의 수평 배향 축을 중심으로 회전되고, 상기 패들은 상기 축으로부터 반경 방향으로 연장되는, 상기 형성하는 단계;
적어도 하나의 강화 섬유 유입 포트를 통해 강화 섬유 스트림을 제 2 혼합 섹션으로 공급하고, 섬유-슬러리 혼합물을 형성하도록 제 2 혼합 섹션에서 시멘트질 슬러리 및 강화 섬유를 혼합하는 단계로서,
상기 세장형 혼합 챔버의 상기 제 2 혼합 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러의 적어도 일부분은:
오거, 및
상이한 원주 방향 위치에서 일정한 간격으로 상기 혼합기의 수평 배향 축 상에 장착된 제 2 복수의 혼합 패들로서, 상기 패들은 수평 (바람직하게는 원통형) 하우징 내의 각각의 수평 배향 축을 중심으로 회전되고, 상기 패들은 상기 각각의 축으로부터 반경 방향으로 연장되는, 제 2 복수의 혼합 패들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는, 상기 혼합하는 단계; 및
혼합기로부터 섬유-슬러리 혼합물을 제 2 혼합 섹션의 하류 단부에 있는 섬유-슬러리 혼합물 유출 포트를 통해 방출하는 단계로서,
상기 시멘트질 슬러리 및 섬유는 상기 수평 연속 혼합기의 혼합 챔버에서 약 5 내지 약 240초, 바람직하게는 10 내지 180 초, 더욱 바람직하게는 10 내지 120초, 가장 바람직하게는 10 내지 60초의 평균 혼합 체류 시간동안 혼합되며, 동시에, 혼합되는 동안 중심 회전 축이 30 내지 450 RPM, 보다 바람직하게는 40 내지 300 RPM, 가장 바람직하게는 50 내지 250 RPM으로 회전하는 회전 패들이 상기 섬유-슬러리 혼합물로 전단력을 가하여 균일한 섬유-슬러리 혼합물을 제조하며, 상기 수평 연속 혼합기로부터 방출된 섬유-슬러리 혼합물은 4 인치 길이 및 2 인치 직경의 파이프를 사용한 슬럼프 테스트에 따라 측정시 4 내지 11인치의 슬럼프를 가지는, 상기 방출하는 단계를 포함한다.
결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 또한 20RPM 속도에서 작동하는 스핀들 HA4 부착부를 구비하는 모델 DV-II + Pro, 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer)를 사용하여 측정할 때 45000 센티푸아즈 미만, 바람직하게는 30000 센티푸아즈 미만, 더욱 바람직하게는 15000 센티푸아즈 미만, 가장 바람직하게는 10000 센티푸아즈 미만의 점도를 가진다. 통상적으로 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 적어도 1500 센티푸아즈의 점도를 갖는다. 섬유-슬러리 혼합물은 또한 통상적으로 가소제 및 고성능 감수제(superplasticizer)를 포함한다. 가소제는 일반적으로 제지업계의 부산물인 리그노술폰산염으로 제조된다. 고성능 감수제는 일반적으로 술폰화 나프탈렌 축합물 또는 술폰화 멜라민 포름알데히드로부터 제조되거나, 또는 폴리카르복실 에테르를 기반으로 제조되었다.
용어 패들은 축을 중심으로 회전하기 위해 축으로부터 반경 방향으로 연장되는 임의의 구조를 의미한다. 패들은 다양한 모양 중 임의의 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 바람직한 패들은 평평한 패들, 나선형 패들, 또는 대향 단부, 즉, 축에 부착하기 위한 일 단부 및 넓은 패들 헤드에 부착하기 위한 타 단부를 갖는 핀으로 제조된 패들이다. 패들 헤드 없이 사용되는 핀도 또한 본 발명의 범위 내의 패들로 고려된다.
본 발명의 섬유-슬러리 혼합물은 실질적으로 재료 점도를 증가시키는 점증제 또는 다른 첨가제가 없는 것이 바람직하다.
각각의 수평 배향 축은, 혼합기가 작동 상태에 있을 때 축의 회전을 수행하기 위하여, 예를 들어, 전기, 연료 가스, 가솔린 또는 다른 탄화수소에 의해 전력이 인가되는 구동 메커니즘 및 구동 모터에 외부적으로 연결된다.
상기 섬유-슬러리 혼합기로부터 방출된 섬유-슬러리 혼합물은 예를 들면, 조각상, 쇼트크리트, 경사면상에 느슨하게 있는 암석들의 병합강화, 토양 안정화, 터널 및 광산 라이닝 (linings), 프리-캐스트된 콘크리트 제품, 포장도로와 교량 데크, 콘크리트 지면 슬래브 (slab-on-grade), 수리 응용과 같은 다양한 용도에, 또는 섬유 강화 시멘트 건축 패널이나 보드를 제조하는데 적합하다.
섬유 강화 시멘트 패널 (FRC 패널로 약칭되는, 섬유 강화 콘크리트 패널로도 알려져 있음)을 제조하기 위해 경화성 섬유-슬러리 혼합물을 사용할 때, 상기 섬유-슬러리 혼합물을 슬러리 공급 장치("헤드박스"로 알려짐)로 공급하여, 여기서 패널 제조 라인의 이동하는 표면 상에 상기 섬유-슬러리 혼합물을 균일하게 0.125 내지 2 인치 두께, 바람직하게는 0.25 내지 1 인치 두께, 통상적으로 0.40 내지 0.75 인치 두께의 층으로서 적층하여 섬유 강화 시멘트 패널을 제조한다. 본 발명의 섬유 슬러리 혼합물로부터 시멘트질 패널을 제조하기 위한 공정은 섬유 강화 시멘트질 슬러리의 많아야 단일 층을 가지는 패널을 제조한다. 바람직하게는, 상기 이동하는 표면은 분당 1 내지 100 피트, 더욱 바람직하게는 분당 5 내지 50 피트의 속도로 이동한다. 이는 당업계에 공지된 종래의 압출 공정보다 실질적으로 더 빠르다. 바람직하게는 상기 슬러리는 폭이 4 내지 8 피트인 보드에 대해 분당 0.10 내지 25 입방 피트의 속도로 이동 표면 상에 적층된다. 본 발명의 제조 공정은 또한 매우 높은 점도를 갖는 시멘트 혼합물을 사용하는 통상적인 압출 공정보다 실질적으로 빠르다.
본 발명의 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 압출 공정에서 사용되는 시멘트 혼합물과 차이를 나타낸다. 이러한 압출 혼합물은 4 인치 길이 및 2 인치 직경의 파이프를 사용하는 슬럼프 테스트에 따라 측정시 0 내지 2 인치의 슬럼프를 가지며 50000 센티푸아즈 초과의 점도를 갖는다. 압출 혼합물은 또한 본 발명의 섬유-슬러리 혼합물에 존재하는 가소제 및 고성능 감수제를 포함하지 않는다. 위에서 언급한 바와 같이, 가소제는 일반적으로 제지업계의 부산물인, 리그노술폰산염으로 제조된다. 고성능 감수제는 일반적으로 술폰화 나프탈렌 축합물 또는 술폰화 멜라민 포름알데히드로부터 제조되거나, 또는 폴리카르복실 에테르를 기반으로 제조되었다.
본원에 개시된 본 발명의 혼합기 및 혼합 방법의 두드러진 특징은 첨가된 섬유를 과도하게 손상시키지 않으면서 연속 작동으로 강화 섬유를 나머지 시멘트질 성분과 혼합시키는 이 혼합기의 능력이다. 또한, 본 발명의 혼합기 및 혼합 방법은 바람직한 작업 일관성을 갖는 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물의 제조를 가능하게 한다. 이 혼합기에 의해 제조된 유리한 레올로지 성질을 갖는 슬러리는 다양한 제조 공정을 사용하여 제품을 제조하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 작동 가능한 (workable) 슬러리 일관성은 높은 라인 속도에서 작동하는 연속 성형 라인 상에서 패널 제조물의 추가의 가공 및 성형을 용이하게 한다.
바람직하게는, 상기 혼합기의 패들은 다음으로 이루어진 그룹의 양 멤버를 포함한다:
각각 패들 헤드에 맞물핀 핀을 포함하는 혼합 및 이송 패들의 제 1 복수개의 패들로서, 상기 핀은 수평 배향 축 및/또는 상기 패들 헤드에 피봇식으로 결합되어 상기 수평 배향 축 상의 각각의 위치에 상대적으로 상기 패들 헤드의 피봇식 회전을 허용하며, 상기 복수개의 패들은 상기 건조 시멘트질 분말 및 액체 스트림을 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성하고 상기 시멘트질 슬러리를 상기 제 2 혼합 섹션으로 이동시키도록 배열되는, 제 1 복수개의 패들, 및
각각 패들 헤드에 맞물린 핀을 포함하는 혼합 및 이송 패들의 제 2 복수개의 패들로서, 상기 핀은 상기 수평 배향 축 및/또는 상기 패들 헤드에 피복식으로 결합되어 상기 수평 배향 축 상의 각각의 위치에 상대적으로 상기 패들 헤드의 피봇식 회전을 허용하며, 상기 복수개의 패들은, 상기 강화 섬유와 시멘트질 슬러리를 혼합하고 혼합되는 상기 시멘트질 슬러리와 강화 섬유를 상기 섬유-슬러리 혼합기 출구로 이동시키도록 배열되는, 제 2 복수개의 패들.
바람직하게는, 상기 수평 혼합기의 혼합 챔버는 상기 수평 혼합기의 혼합 챔버에서 약 5 내지 약 240 초, 바람직하게는 10 내지 180초, 더욱 바람직하게는 10 내지 120초, 가장 바람직하게는 10 내지 60초의 평균 혼합 체류 시간 동안 시멘트질 슬러리 및 섬유를 혼합함과 동시에, 혼합하는 동안 중심 회전 축이 30 내지 450 RPM, 보다 바람직하게는 40 내지 300 RPM, 가장 바람직하게는 50 내지 250 RPM으로 회전하는 회전 패들이 상기 섬유-슬러리 혼합물로 전단력을 가하여, 섬유-슬러리 혼합물이 상기 섬유-슬러리 혼합기로부터 방출되도록 하기 위한 일관성을 가진 전술한 균일한 섬유-슬러리 혼합물을 생성하도록 적응 및 구성된다.
본 발명의 혼합기는, 이동하는 웹을 지지하는 컨베이어 형 프레임; 상기 프레임과 작동 관계에 있으며 상기 시멘트질 슬러리를 상기 섬유-슬러리 혼합기에 공급하도록 구성된 제 1 물 및 시멘트질 재료 혼합기; 및 상기 프레임에 대해 작동 관계에 있으며 상기 이동 가능한 웨브 상에 경화성 섬유 함유 세멘트 슬러리의 층을 적층하도록 구성된 제 1 슬러리 공급 스테이션 (헤드박스)을 포함하는, 섬유 보강된 시멘트 조성물의 단층을 최대로 갖는 시멘트질 패널을 제조하기 위한 장치의 일부로서 사용될 수 있다. 다운스트림은 설정된 슬러리를 시멘트 보드로 절단하는 장치이다.
본원에 개시된 방법은 배치 방법과 대조적인 연속 방법이다. 연속 방법에서는, 최종 제조물을 제조하는 데 필요한 원료가, 최종 제조물이 제조되는 속도와 동일한 속도(질량 균형)로 연속적으로 계량되어 공급된다, 즉, 원료 공급물이 공정 안으로 유입되는 동시에 최종 제조물이 공정 밖으로 유출된다. 배치 (batch) 방법에서는, 최종 제조물을 제조하는데 필요한 원료를 먼저 다량으로 조합하여, 적절한 용기(들)에 저장하기 위한 대형 혼합물 배치(batch)를 준비하고; 이후 이 혼합물 배치를 저장 용기(들)로부터 후속적으로 인출하여 다수개의 최종 제조물을 제조한다.
본 명세서에서, 달리 지시되지 않는 한, 모든 조성 퍼센트는 중량%이다.
도 1은 본 발명의 방법의 블록 흐름도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 제 1 혼합 섹션에서 2 개의 축 상에 장착된 혼합기 유입구 및 평평한 패들에 있는 오거 섹션을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 혼합기 건조 분말 유입구에 있는 오거 섹션의 일부분을 도시한다.
도 2c는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 평평한 혼합 패들을 도시한다.
도 2d는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예에 사용하기에 적합한 나선형 혼합 패들을 도시한다.
도 2e는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 제 1 혼합 섹션에서 2 개의 축 상에 장착된 평평한 패들을 도시한다.
도 2f는 축 상에 있는 평평한 패들과 나선형 패들을 도시한다.
도 3a는 제 1 섹션이 혼합 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 오거 만을 갖는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 1 구성을 도시한다.
도 3b는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 패들과 뒤이어서 오거를 양 축 상에 갖는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 2 구성을 도시한다.
도 3c는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 오거, 이에 뒤이어서 패들(들), 이에 뒤이어서 오거를 양 축 상에 갖는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 3 구성을 도시한다.
도 3d는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 패들 또는 핀 만을 갖는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 4 구성을 도시한다.
도 4a는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 패들 만을 갖는 본 발명의 수평 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 (도 3d에 개략적으로 도시된) 구성의 개략적인 입면 측면도를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 (핀과 헤드를 갖는) 패들의 사시도를 도시한다.
도 4c는 도 4a의 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 (핀과 헤드를 갖는) 패들 및 축의 일부의 평면도를 도시한다.
도 4d는 도 4a의 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 혼합 챔버에 대한 문이 개방된, 혼합기의 확대도를 제공하는 것으로서, 중앙 축 (명료성을 위해 한 축이 도시)에 대한 (핀 및 헤드를 갖는) 패들의 배향을 나타낸다.
도 4e는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 패들과 뒤따르는 오거를 갖는 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 (도 3b에 개략적으로 도시된) 구성을 도시한다.
도 4f는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양축 상 (명료성을 위해 한 축을 도시)에 오거, 이에 뒤따르는 패들(들), 이에 뒤따르는 오거를 갖는 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 (도 3c에 개략적으로 도시된) 구성을 도시한다.
도 4g는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 오거, 이에 뒤따르는 핀(들), 이에 뒤따르는 오거를 갖는 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 (도 3b에 개략적으로 도시된) 구성을 도시한다.
도 4h는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 핀 만을 갖는 본 발명의 수평 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 (도 3d에 개략적으로 도시된) 구성을 도시한다.
도 4i는 제 1 혼합 섹션이 패들을 갖고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 오거를 갖는 본 발명의 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 (도 3a에 개략적으로 도시된) 구성을 도시하며, 여기서 패들은 평평한 패들 또는 나선형 패들이다.
도 4j는 제 1 혼합 섹션이 패들을 가지고 제 2 혼합 섹션이 양 축(명확성을 위해 하나의 축이 도시) 상에 패들을 가지는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기를 갖는 (도 3b에 개략적으로 도시된) 구성을 도시하며, 여기서 패들은 평평한 패들 또는 나선형 패들이고; 축이 보이는 패들 사이의 빈 공간은 패들의 존재를 전달하기 위한 것이다.
도 4k는 제 1 혼합 섹션이 평평한 패들들 및/또는 나선형 패들(들)을 가지고 제 2 혼합 섹션이 양 축 (명료성을 위해 한 축이 도시) 상에 오거, 이에 뒤따르는 평평한 패들들 및/또는 나선형 패들(들), 이에 뒤따르는 오거를 갖는 (도 3c에 개략적으로 도시된) 구성을 도시하며, 상기 패들들은 평평한 패들이거나 나선형 패들이고; 상기 축이 보이는 상기 패들들 사이의 빈 공간은 패들의 존재를 전달하기 위한 것이다.
도 4l은 제 1 혼합 섹션이 패들을 가지고 제 2 혼합 섹션이 양 축 상에 패들을 가지는 본 발명의 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기를 갖는 (도 3d에 개략적으로 도시된) 구성을 도시하며, 상기 패들은 평평한 패들 또는 나선형 패들이고; 상기 축이 보이는 패들 사이의 빈 공간은 패들의 존재를 전달하기 위한 것이다.
도 4m는 제 1 혼합 섹션이 한 가지 타입의 패들을 가질 수 있고 제 2 혼합 섹션이 다른 타입의 패들을 가질 수 있는 본 발명의 이중 축 (한 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기를 갖는 구성 (도 3d에 개략적으로 도시)의 변형을 도시하며, 이러한 구성에서 바람직한 배열은 제 1 혼합 섹션에서 평평한 패들 및/또는 나선형 패들을 가지고 제 2 혼합 섹션에서 핀과 헤드 및/또는 핀만을 가진 패들을 가지는 것이다.
도 5는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치와 사용하기에 적합한 시멘트질 패널 제조 라인의 개략적인 정면도이다.
도 6은 헤드박스 상류의 시멘트질 패널 제조 라인의 일부에 대한 공정 흐름도와 상기 헤드박스 하류의 상기 시멘트질 패널 제조 라인의 평면도와의 복합도로서, 도 5의 시멘트질 제조 라인을 도시한다.
도 7은 헤드박스의 상류에 있는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치와 함께 사용하기에 적합한 시멘트질 패널 제조 라인의 부분에 대한 공정 흐름도와 상기 헤드박스 하류의 시멘트질 패널 제조 라인의 평면도와의 복합도로서, 도 5의 시멘트질 제조 라인의 제 1 변형예를 도시한다.
도 8은 헤드박스의 상류에 있는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치와 함께 사용하기에 적합한 시멘트질 패널 제조 라인의 부분에 대한 공정 흐름도와 상기 헤드박스 하류의 시멘트질 패널 제조 라인의 평면도와의 복합도로서, 도 5의 시멘트질 제조 라인의 제 2 변형예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 방법의 블록 흐름도를 도시한다. 상기 방법에 있어서, 건조 분말 공급기 (2)로부터의 건조 시멘트 분말의 스트림 (5)은 건조 시멘트 분말 입구 도관 (5A)을 통과하여 섬유-슬러리 혼합기 (32)의 제 1 공급 섹션 (20)에 공급된다. 하나 이상의 펌프(3)로부터의 수성 매질 스트림(7)은 적어도 하나의 수성 매질 스트림 도관(7A)(2 개 도시)을 통과하여 상기 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 1 혼합 섹션(22) 및 선택적으로 제 1 공급 섹션(20)에도 또한 공급된다. 강화 섬유의 스트림(34)은 섬유 공급기(33)로부터 강화 섬유 스트림 도관(34A)을 통과하여 상기 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 2 혼합 섹션(24)에 공급된다. 건조 시멘트질 분말의 스트림(5), 수성 매질 스트림(7), 및 강화 섬유의 스트림(34)은 상기 섬유-슬러리 혼합기(32)에서 조합되어 상기 혼합기(32)의 하류 단부에서 방출 도관(36A)을 통해 방출되는 섬유-시멘트 혼합물(36)의 스트림을 생성한다.
결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 다양한 용도에 적합하다. 예를 들어, 결과적인 슬러리는 조각상, 숏크리트, 느슨한 암석들의 병합강화, 토양 안정화, 프리-캐스트된 콘크리트 제조물, 포장도로 (pavement), 수리 용도로서, 또는 섬유 강화 콘크리트(FRC) 패널을 제조하기 위하여 패널 제조 라인의 이동하는 표면 상의 0.125 내지 2.00 인치 두께, 바람직하게는 0.25 내지 1 인치 두께, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.8 인치 두께, 통상적으로 0.5 내지 0.75 인치 두께의 층으로서 균일하게 패널 제조 라인의 이동하는 표면 상의 층으로서, 적층되고 사용되기에 적합하다. 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 45000 센티푸아즈 미만, 바람직하게는 30000 센티푸아즈 미만, 더욱 바람직하게는 15000 센티푸아즈 미만의 점도를 갖는다. 통상적으로, 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 적어도 1500 센티푸아즈의 점도를 갖는다. 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 또한 4인치 길이와 2인치 직경을 가진 파이프를 이용한 슬럼프 테스트에 따라 측정시 4 내지 11 인치의 슬럼프를 갖는다. 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 매우 높은 점도를 가지는 슬러리 혼합물 조성에 통상적으로 의존하는 압출 제조 공정에 적합하지 않다.
슬럼프 테스트는 본 발명에 의해 제조된 시멘트질 조성물의 슬럼프 및 유동 거동을 특징짓는다. 본원에서 사용된 슬럼프 테스트는 매끄러운 플라스틱 표면 상에 안착된 일 개방 단부가 수직으로 유지된, 약 5.08cm (2 인치) 직경 및 약 10.16 cm. (4 인치) 길이의 중공 원통을 사용한다. 원통은 시멘트질 혼합물로 상부까지 채워지며, 이어서 상부 표면을 때려 과량의 슬러리 혼합물을 제거한다. 그런 다음, 원통을 부드럽게 수직으로 들어 올려지며 슬러리가 바닥에서 나와 플라스틱 표면 상에 퍼지면서 원형 패티가 형성된다. 이후, 패티의 직경이 측정되고 재료의 슬럼프로서 기록된다. 본 명세서에서 사용될 때, 양호한 유동 거동을 갖는 조성물은 더 큰 슬럼프 값을 산출한다.
도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4m에 도시 된 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 1 차 혼합기 변형을 채용한다:
혼합기 건조 분말 유입구
오거 (패들을 사용하여 건조 분말을 제 1 혼합 섹션으로 이동)
제 1 혼합 섹션 - 패들 (한 종류 또는 다른 유형)
제 2 혼합 섹션 - 다양한 시나리오 가능 - 오거 단독, 패들 단독, 또는 오거와 패들의 조합.
수평 섬유-슬러리 연속 혼합기
본 발명의 섬유-슬러리 연속 혼합기는 바람직하게는 다음의 결과를 얻는다:
균일하게 혼합된 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하도록 시멘트질 성분의 나머지와 섬유를 연속적으로 혼합할 수 있게 한다.
균일하게 혼합된 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하기 위해, 요구되는 혼합 시간을 수분에서 60초 미만, 바람직하게는 30초 미만으로 감소시킨다. 일반적으로, 챔버는 약 5 내지 약 240초, 바람직하게는 10 내지 180초, 더욱 바람직하게는 10 내지 120초, 가장 바람직하게는 10 내지 60초의 평균 슬러리 체류 시간을 제공한다.
혼합 작동 중에 섬유 볼링(balling) 및 뭉침을 일으키지 않는다.
혼합 작용으로 인해 강화 섬유에 손상을 일으키지 않는다.
제조 및 건설 용도에 유용한 급속 경화 시멘트질 재료를 사용할 수 있게 한다.
본 발명의 일부로서 개시된 수평 섬유-슬러리 연속 혼합기를 사용하는 방법은 다음의 단계를 포함한다:
건조 시멘트질 분말을 적어도 하나의 건조 시멘트질 분말 유입 포트를 통해 수평 연속 슬러리 혼합기 내로 공급하는 단계로서,
상기 수평 연속 혼합기가
내부 측벽을 갖는 수평(통상적으로 원통형) 하우징에 의해 한정되고, 상류 단부 공급 섹션, 제 1 혼합 섹션, 및 제 2 하류 단부 혼합 섹션을 갖는 세장형 혼합 챔버로서, 제 1 혼합 섹션은 상류 단부 공급 섹션과 제 2 하류 단부 혼합 섹션 사이에 위치하는, 세장형 혼합 챔버, 및
상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부로부터 상기 세장형 혼합 챔버의 하류 단부까지 가로 지르며 상기 세장형 혼합 챔버 내에서 회전하는 적어도 한 쌍의 수평 배향 정합 셀프-와이핑 임펠러를 포함하고,
상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부 공급 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러가 오거를 포함하며, 상기 건조 시멘트질 분말은 상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부 공급 섹션 내로 공급되고 상기 오거에 의해 제 1 혼합 섹션으로 이송되는, 상기 공급하는 단계;
물을 포함하는 액체 스트림을 적어도 하나의 건조 시멘트질 분말 유입 포트의 하류에 있는 적어도 하나의 액체 스트림 유입 포트를 통해 연속 슬러리 혼합기의 세장형 혼합 챔버 내로 공급하고 건조 시멘트질 분말 및 액체 스트림을 제 1 혼합 섹션에서 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계로서,
제 1 혼합 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러가 상이한 원주 방향 위치에서 일정한 간격으로 상기 임펠러의 수평 배향 축 상에 장착된 제 1 복수의 혼합 및 이송 패들로서, 상기 패들은 수평, 바람직하게는 원통형, 하우징 내의 수평 배향 축을 중심으로 회전되고, 상기 패들은 상기 축으로부터 반경 방향으로 연장되는, 제 1 복수의 혼합 및 이송 패들을 포함하는, 상기 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계;
적어도 하나의 강화 섬유 유입 포트를 통해 강화 섬유 스트림을 제 2 혼합 섹션으로 공급하고, 섬유-슬러리 혼합물을 형성하도록 제 2 혼합 섹션에서 시멘트질 슬러리와 강화 섬유를 혼합하는 단계로서,
상기 세장형 혼합 챔버의 상기 제 2 혼합 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러의 적어도 일부분은:
오거, 및
상이한 원주 방향 위치에서 일정한 간격으로 상기 혼합기의 수평 배향 축 상에 장착된 제 2 복수의 혼합 및 이송 패들로서, 상기 패들은 수평 (바람직하게는 원통형) 하우징 내의 각각의 수평 배향 축을 중심으로 회전되고, 상기 패들은 상기 각각의 축으로부터 반경 방향으로 연장되는, 제 2 복수의 혼합 및 이송 패들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는, 상기 혼합하는 단계; 및
혼합기로부터 섬유-슬러리 혼합물을 제 2 혼합 섹션의 하류 단부에 있는 섬유-슬러리 혼합물 유출 포트를 통해 방출하는 단계로서,
상기 시멘트질 슬러리 및 섬유는 상기 수평 연속 혼합기의 혼합 챔버에서 약 5 내지 약 240초, 바람직하게는 10 내지 180 초, 더욱 바람직하게는 10 내지 120초, 가장 바람직하게는 10 내지 60초의 평균 혼합 체류 시간 동안 혼합되며, 동시에, 혼합되는 동안 중심 회전 축이 30 내지 450 RPM, 보다 바람직하게는 40 내지 300 RPM, 가장 바람직하게는 50 내지 250 RPM으로 회전하는 회전 패들이 상기 섬유-슬러리 혼합물로 전단력을 가하여 균일한 섬유-슬러리 혼합물을 제조하며, 상기 수평 연속 혼합기로부터 방출된 섬유-슬러리 혼합물은 4 인치 길이 및 2 인치 직경의 파이프를 사용한 슬럼프 테스트에 따라 측정시 4 내지 11인치, 바람직하게는 6 내지 10인치의 슬럼프 그리고 45000 센티푸아즈 미만, 바람직하게는 30000 센티푸아즈 미만, 더욱 바람직하게는 15000 센티푸아즈 미만의 점도를 가지는, 상기 방출하는 단계.
결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 또한 4인치 길이 및 2인치 직경의 파이프를 이용한 슬럼프 테스트에 따라, 4 내지 11인치의 슬럼프를 가진다. 결과적인 섬유-슬러리 혼합물은 매우 높은 점도를 가지는 슬러리 혼합물 조성에 통상적으로 의존하는 압출 제조 공정에 적합하지 않다.
각각의 수평 배향 축은, 혼합기가 작동 상태에 있을 때 축의 회전을 수행하기 위하여, 예를 들어, 전기, 연료 가스, 가솔린 또는 다른 탄화수소에 의해 전력이 인가되는 구동 메커니즘 및 구동 모터에 외부적으로 연결된다.
제 1 및/또는 제 2 혼합 섹션의 패들은 평평한 패들 또는 나선형 패들일 수 있다. 평평한 패들 및 나선형 패들은 패들이 축의 일부분을 둘러싸도록 축에 피팅되는 중앙 개구를 가지는 단일 패들이다. 또한, 평평한 패들과 나선형 패들은 축으로부터 반대 방향으로 연장하는 대향 단부를 가진다. 바람직하게는, 평평한 패들 또는 나선형 패들이 제 2 혼합 섹션에서 사용되는 경우, 이들은 제 2 혼합 섹션의 패들 부분에 사용되고 오거가 또한 패들 섹션 전 및/또는 후의 제 2 혼합 섹션에 사용된다.
그러나, 대안적으로 제 1 및/또는 제 2 혼합 섹션의 패들은 넓은 패들 헤드에 결합된 핀을 포함하고, 상기 핀은 수평 배향 축 및/또는 패들 헤드에 피봇식으로 결합되어 수평 배향 축 상의 각각의 위치에 대한 패들 헤드의 피봇 회전을 가능하게 하며, 상기 패들은 강화 섬유와 시멘트질 슬러리를 혼합하고 혼합되는 시멘트질 슬러리 및 강화 섬유를 섬유-슬러리 혼합물 유출구로 이동시키도록 배열된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 혼합 섹션의 패들이 각각 패들 헤드에 결합된 핀을 포함하면, 제 2 혼합 섹션은 오거를 가지지 않는다. 제 2 혼합 섹션은 선택적으로, 섬유를 슬러리와 혼합하기 위해 (패들 헤드 없이) 오직 핀 만을 가질 수 있다. 핀의 횡단면 형상은 둥근형, 평평한 형(즉, 정사각형 또는 직사각형), 삼각형, 타원형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 세장형 횡단면(예를 들어, 직사각형 또는 타원형 횡단면)을 갖는 핀이 사용될 때, 핀은 바람직하게는 재료를 혼합하는 것을 도울 뿐만 아니라 재료를 혼합기 유출구를 향해 전방으로 이동시키는 기능도 제공하도록 배향된다.
중앙 축은, 혼합기가 작동 상태에 있을 때 축의 회전을 수행하기 위하여, 예를 들어, 전기, 연료 가스, 가솔린 또는 다른 탄화수소에 의해 전력이 인가되는 구동 메커니즘 및 구동 모터에 외부적으로 연결된다. 통상적으로, 전기 모터 및 구동 메커니즘은 혼합 챔버의 중앙 축을 구동할 것이다.
본 명세서에 개시된 혼합기 및 혼합 방법의 두드러진 특징은 첨가된 섬유를 과도하게 손상시키지 않으면서 연속 작동으로 강화 섬유를 나머지 시멘트질 성분과 혼합시키는 이 혼합기의 능력이다. 또한, 본 발명의 혼합기 및 혼합 방법은 바람직한 작업 일관성을 갖는 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물의 제조를 가능하게 한다. 다단계 섬유-슬러리 혼합기로부터 방출된 섬유-슬러리 혼합물은 다양한 용도, 예를 들어, 조각상, 숏크리트, 느슨한 암석의 병합강화, 토양 안정화, 프리-캐스트된 콘크리트 제조물, 포장, 수리 용도에 적합하거나 또는 섬유 강화 콘크리트 건축 패널 또는 보드를 제조하기에 적합하다. 예를 들어, 작동 가능한 슬러리 일관성은 높은 라인 속도에서 작동하는 연속 성형 라인 상에서 패널 제조물의 추가의 가공 및 성형을 용이하게 한다.
제조된 균일한 섬유-슬러리 혼합물은 섬유-슬러리 혼합물을 수평 섬유-슬러리 혼합기로부터 방출시키고, 그리고 패널 제조 라인의 이동하는 표면 상의 0.25 내지 2.00 인치 두께, 바람직하게는 0.25 내지 1 인치 두께, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 1 인치 두께, 통상적으로는 0.5 내지 0.75 인치 두께의 층으로서 균일하게 패널 제조 라인의 이동하는 표면 상에 연속적인 층으로서 적층하여 섬유 강화 콘크리트(FRC) 패널을 제조하기에 적합한, 일관성을 갖는다.
본 발명의 다단계 연속 혼합기는 이중 축 혼합기 또는 다중 축 혼합기일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 다단계 연속 혼합기는 이중 축 혼합기이다.
본 발명의 다단계 연속 혼합기는 초기 오거 섹션 및 적어도 2 개의 혼합 섹션을 가진다. 건조 분말은 혼합기의 일 단부에 위치한 유입 포트를 통해 혼합기 내로 도입된다. 오거 섹션에 위치한 오거는 제 1 혼합 섹션 내로 건조 분말을 전방으로 이동시킨다. 제 1 혼합 섹션은 시멘트질 슬러리 혼합물의 균일한 혼합물을 제조하기 위해 물을 포함하는 액체 첨가제와 건조 분말을 혼합시키기 위한 것이다. 혼합기의 제 1 섹션에서 이렇게 제조된 시멘트질 슬러리 혼합물은 제 2 혼합기 섹션으로 이송된다. 제 2 혼합 섹션은 섬유가 제 1 혼합기 섹션으로부터 제조되어 이송된 시멘트질 슬러리와 혼합되는 장소이다. 결과적인 섬유 보강 슬러리 혼합물은 제 2 혼합기 섹션의 단부에 위치한 유출 포트를 통해 혼합기를 떠난다.
본 발명의 일부분으로서 개시된 다단계 이중 축 (또는 다중 축) 연속 혼합기의 여러 주요 구성요소 및 특징은 다음과 같이 강조될 수 있다:
세장형 혼합 챔버
세장형 이중 배럴(barrel) 혼합 챔버는 연속 혼합기의 이중 회전 축(또는 다중 회전 축)을 수용한다.
혼합 챔버의 전체 길이는 통상적으로 약 2 내지 8 피트 범위이다. 혼합 챔버의 바람직한 길이는 통상적으로 약 3 내지 6 피트이다.
혼합 챔버의 직경은 통상적으로 약 3 내지 24 인치 범위이다. 혼합 챔버의 직경은 바람직하게는 약 5 내지 12 인치 범위이다.
가로지르는 세장형 혼합 챔버에 장착된 이중 회전 축(또는 다중 회전 축)은 혼합기의 일 단부로부터 타 단부까지 가로지른다. 축은 혼합기가 작동 중일 때 축의 회전을 달성하기 위하여 구동 메커니즘 및 전기 모터에 외부적으로 연결된다. 축은 30 내지 450 RPM, 더욱 바람직하게는 40 내지 300 RPM, 가장 바람직하게는 50 내지 250 RPM 범위의 속도로 회전한다. 혼합기 개발 및 최적화 작업의 일부로서, 비교적 낮은 혼합기 속도가 바람직하며 시멘트질 슬러리 혼합물 내에서 섬유의 우수한 분산을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명의 목적 상, 더 낮은 혼합 속도를 사용하는 또 다른 중요한 이점은 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물의 추가 가공에 유용한, 섬유 파손의 감소 및 우수한 재료 작용 특성을 초래한다는 점이다. 혼합기가 작동 중에 있을 때 회전 축을 회전시키기 위해, 기어, 체인 또는 벨트 장치와 함께 가변 주파수 구동기가 혼합기와 통상적으로 사용된다. 가변 주파수 구동기는 제조 공정에 관련된 주어진 조합의 원료에 대해 혼합기 속도를 조절하고 미세조정하기에 유용하다.
오거 섹션을 사용하여 연속 혼합기의 혼합기 유입 포트로부터 제 1 혼합 섹션으로 건조 분말을 이송한다. 혼합기 축의 초기 길이는 건조 분말의 전방 이동을 달성하는 오거의 형태이다. 이중 축(또는 다중 축)이 혼합기에 사용되는 경우, 각각의 축은 오거 섹션으로부터의 비행(flight)이 제 2 오거 섹션으로부터의 비행에 대해 중복되는 위치에 있도록 혼합기 내에 위치한다. 혼합기의 두 오거 섹션의 이러한 중복 배치는 혼합기의 오거 섹션에 자기 세정 작용을 제공한다. 이중 축 혼합기 구성의 (건조 분말 혼합기 유입구 근처에 위치한) 초기 오거 섹션은 도 2a 및 2b에 도시되어 있다.
도 2a는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예를 도시한다. 특히, 도 2a는 혼합기 유입구에 오거(26)를 갖는 제 1 공급 섹션(20) (오거 섹션으로도 알려짐)을 도시한다. 도 2a는 또한 2 개의 축 상에 장착된 평평한 패들(25)을 갖는 제 1 혼합 섹션(22)을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합기(132)의 제 1 공급 섹션(20)(오거 섹션으로도 알려짐) 내의 오거(26)의 다른 도면을 도시한다. 제 1 공급 섹션(20)의 길이는 통상적으로 약 1 내지 3 피트이다. 오거 비행 피치는 사용된 원료, 원하는 원료 공급 속도, 및 혼합기의 2개의 혼합 섹션의 디자인 구성에 따라 변할 수 있다.
제 1 혼합 섹션 (20)은 혼합기의 개별 회전 축 상에 장착된 혼합 패들 (25)을 포함한다. 통상적으로, 제 1 혼합 섹션에 사용되는 2개 타입 - 평평한 형 또는 나선형의 패들이 있다. 도 2c는 도 2a에서 사용된 바와 같은 평평한 혼합 패들(25)을 도시한다. 도 2d는 이러한 혼합기의 제 1 혼합 섹션에서 사용될 수 있는 나선형 혼합 패들(27)을 도시한다. 상기 평평한 패들(25)은 상기 혼합기 내의 재료에 대해 무시할 수 있는 이송 작용을 가지는 높은 전단 혼합 작용을 제공한다. 한편, 상기 나선형 패들(27)은 상기 혼합기 내의 재료에 대해 혼합 및 (제한된) 이송 작용 모두를 제공한다.
평평한 패들(25) 및 나선형 패들(27)은 패들이 축의 일부분을 둘러싸도록 축에 피팅되는 중앙 개구를 가지는 단일(원피스) 패들이다. 또한, 평평한 패들과 나선형 패들은 축으로부터 반대 방향으로 연장하는 대향 단부를 가진다. 평평한 패들(25) 및 나선형 패들(27)은 쐐기를 구비한 축(keyed shaft) 상으로 슬라이딩되어 장착될 수 있도록, 키 슬롯이 내부에 절삭되어 있는 중앙 구멍을 갖는다. 패들은 축 상에 동심원으로 장착되고 쐐기고정된다 (keyed). 이중 축 혼합기의 2 개의 축 상에 장착된 인접한 패들의 배향은 어떠한 회전 간섭이 없이 이들이 와이핑(wiping) 작용을 제공하도록 하는 배향이다.
도 2f는 축 (29)상의 평평한 패들 (25) 및 나선형 패들 (27)을 도시한다. 공간 (25A)은 평평한 패들 (25) 및/또는 나선형 패들 (27)로 채워지는 것을 나타낸다.
다른 패들 형상 및 기하형태도 또한 혼합기의 제 1 혼합 섹션에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4a와 관련하여 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 패들 헤드에 결합되는 핀을 각각 포함하는 혼합 및 이송 패들이 제 1 및/또는 제 2 혼합 섹션에 사용될 수 있다.
개별 축 상에 장착된 패들은 혼합기 축이 혼합기 작동 중에 회전 모드일 때 중복되지만 간섭되지 않는 배향을 가진다. 도 2a 및 2e는 이중 축 혼합기의 (제 1 혼합 섹션에서의) 2개의 축 상에 장착된 평평한 패들(25)을 도시한다. 특히, 도 2e는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치의 수평 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기 실시예의 제 1 혼합 섹션에서 2 개의 축 상에 장착된 평평한 패들(25)의 확대도를 도시한다. 그러나, 나선형 패들 (27)이 평평한 패들 (25)의 일부 또는 전부를 대체할 수 있다.
혼합기(32)의 제 1 혼합 섹션(22)에 위치한 패들의 주 목적은 균일한 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하기 위하여 건조 분말을 물 및 (있다면) 기타 액체 첨가제와 혼합하는 것이다. 중복되지만 간섭되지 않는 패들의 배향으로 인해서, 개별 축 상에 장착된 패들(25)의 회전은 혼합기(32)의 제 1 혼합 섹션(22)에 자체 세정 작용을 제공한다. 상기 두 축 상에 장착된 평평한(25) 또는 나선형(27) 혼합 패들은 이와 관련하여 특히 유용하다. 이는 혼합기의 배럴(쉘)에 대한 그리고 서로에 대한 패들의 긁기(scraping) 작용으로 인해서 우수한 자체 세정 작용을 제공한다. 나선형 패들과는 달리, 평평한 패들은 본 발명의 목적을 위해 제 1 혼합 섹션(22)에 사용하기 위한 가장 바람직한 패들이다. 상기 제 1 혼합 섹션(22)의 길이는 통상적으로 약 1 내지 4 피트이다. 더욱 통상적으로는, 제 1 혼합 섹션의 길이는 약 3 피트 이하이다. 개별 평평한 또는 나선형 혼합 패들의 폭은 약 0.25" 내지 4" 범위이다. 더욱 통상적으로는, 혼합 평평한 또는 나선형 패들의 폭은 0.50" 내지 3"이다. 더욱 통상적으로는, 혼합 평평한 또는 나선형 패들의 폭은 1" 내지 3"이다. 평평한 형태, 또는 나선형 또는 다른 형태인지에 관계없이, 혼합기 쉘의 내벽으로부터의 혼합 패들의 간격은 바람직하게는 1/4"미만, 더욱 바람직하게는 1/8"미만, 가장 바람직하게는 1/16"미만이다.
혼합기(32)의 제 2 혼합 섹션(24)은 강화 섬유가 통상적으로 혼합기 내로 도입되어 시멘트질 슬러리와 혼합되는 곳이다. 제 2 혼합 섹션(24)은 본질적으로 제 1 혼합 섹션(22)의 연속부이며 섬유를 시멘트질 슬러리 안으로 혼합시키기 위한 하나 이상의 수단을 사용한다. 강화 섬유는 도관(34)을 통해 제 2 혼합 섹션(24)의 시작 부분에서 연속 혼합기(32) 안으로 도입된다. 상기 강화 섬유는 혼합 패들 또는 오거 또는 이들의 조합을 사용하여 제 1 혼합 섹션(22)에서 생성된 시멘트질 슬러리와 혼합된다. 혼합 패들 및/또는 오거는 혼합기의 이중 회전 축 상에 장착되며, 강화 섬유를 제 1 혼합 섹션으로부터 이송된 시멘트질 슬러리 혼합물과 혼합하는 것을 돕는다. 제 1 혼합 섹션(22)에서 사용되고 설명된 바와 같은 혼합 패들 (평평한 혼합 패들(25) 및/또는 나선형 패들(27))이 제 2 혼합 섹션(24)에도 또한 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 패들의 사용은 이들 패들에 의해서 제공되는 높은 전단 작용으로 인해서, 상당한 섬유 손상을 야기하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 제 2 혼합 섹션에서 그러한 패들을 단독으로 사용하는 것은 바람직하지 않으며, 그러한 패들이 다수 사용되는 경우에는 특히 그러하다. 본 발명의 목적을 충족하기 위하여 제 2 혼합 섹션에는, 평평한 패들보다 나선형 패들이 더 적합하다.
또한, 제 2 혼합 섹션(24)에서 섬유를 시멘트질 슬러리와 혼합하기 위해 오거가 사용될 수 있다. 그들 자신 상에 사용되는 오거들은 패들 단독에 의해 제공되는 것보다 비교적 적은 혼합 작용 및 신속한 이송 작용을 제공한다. 중복 구성으로 2 개의 평행 축 상에 장착된 오거는 혼합기의 자체 세정 측면에 추가적인 도움을 준다.
바람직하게는, 평평한 패들(25) 또는 나선형 패들(27)이 제 2 혼합 섹션(24)에서 사용되는 경우, 이들은 제 2 혼합 섹션(24)의 패들 부분에 사용되고 오거가 또한 패들 섹션 전 및/또는 후의 제 2 혼합 섹션(24)에 사용된다. 오거 및 제한된 개수의 나선형 패들 (또는 덜 바람직하게는 평평한 패들)의 조합이 또한 제 2 혼합 섹션(24)에 사용될 수 있다. 이러한 조합은 실제로 바람직하며 시멘트질 슬러리와 섬유의 혼합에 대해 가장 좋은 혼합 결과를 달성하기 위해 권장된다. 제 2 혼합 섹션(24)에서 오거 뒤에 제한된 개수의 나선형(또는 평평한) 패들을 사용하는 것은 혼합기를 통한 재료 유동에 대한 저항을 야기한다. 재료 유동에 대한 이러한 저항은 혼합기의 제 2 혼합 섹션에서 시멘트질 슬러리와 섬유의 더 나은 혼합 및 습윤(wet-out)을 가능하게 한다.
요약하면, 제 2 혼합 섹션(24)은 시멘트질 슬러리 혼합물과 섬유의 혼합을 용이하게 하기 위해 아래에 강조된 바와 같은 하나 이상의 방식으로 구성될 수 있다.
도 3a는 혼합기 내에서 "X" 방향으로 재료가 유동하는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 1 구성을 도시한다. 제 1 구성에서, 오거 (26)는 제 1 공급 섹션 (20)의 두 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 혼합 패들은 제 1 혼합 섹션 (22)의 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 오거 (29A)만이 제 2 혼합 섹션 (24)의 양쪽 임펠러 축에 장착된다. 오거 파라미터(예를 들어, 오거 피치, 오거 길이)는 재료 보유를 최대화하고 혼합기(32) 내의 시멘트질 슬러리와 섬유 사이에 더욱 긴밀한 접촉을 촉진하도록 선택된다. 제 2 혼합 섹션 및 오거의 전체 길이는 약 1 내지 5 피트, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 4 피트 범위이다. 본 명세서의 이러한 도면 및 다른 도면에서, 도면의 동일한 참조 번호는 달리 지시되지 않는 한 동일한 요소를 나타내고자 하는 것이다.
도 3b는 혼합기 내에서 "X" 방향으로 재료가 유동하는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 2 구성을 도시한다. 제 2 구성에서, 오거(29A) 다음에는 제 2 혼합 섹션의 양 축(29) 상에 장착되는 혼합/이송 패들(29B)이 뒤따른다. 평평한 패들(25) 또는 나선형 패들(27) 모두가 혼합/이송 패들(29B)로서 사용될 수 있다. 나선형 패들(7)의 사용이 제 2 혼합 섹션에서 바람직하다. 제 2 혼합 섹션에서 단일 축에 장착된 인접한 평평한 또는 나선형 패들은 서로에 대해 동일한 배향을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로는, 이들은 서로에 대해 회전될 수 있다. 축 상의 인접한 패들이 서로에 대해 회전될 때, 인접한 패들의 회전 각도는 0° 내지 90°, 통상적으로 20° 내지 90°의 범위일 수 있다. 인접한 패들이 서로에 대해 0도의 회전을 가질 때, 더 많은 개수의 패들이 제 2 혼합 섹션에서 사용될 수 있다. 오거(29A)에서 발생하는 재료 유동 및 섬유-슬러리 혼합 작용에 대한 저항성을 증가시키기 위해, 원하는 경우, 사용된 나선형 패들(27) 중 일부는 반대 방향으로도 또한 배치될 수 있다. 평평한 또는 나선형 패들이 사용될 때, 제 2 혼합 섹션(24)의 패들 세트의 개수(축 당 패들)는 바람직하게는 1 내지 20 개, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 개의 범위이다. 패들 파라미터(타입, 치수, 배향, 개수 및 구성)는 혼합기(32) 내에서 재료가 받는 전단 작용을 최소화하도록 선택된다. 패들은 금속, 세라믹, 플라스틱, 고무 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 더 부드러운 라이닝 재료를 갖는 패들도 재료 및 섬유 손상을 최소화하는 경향이 있으므로 제 2 혼합 섹션에서 사용하는 것이 또한 고려된다. 핀과 헤드 또는 핀 만을 구비하는 패들이 제 2 혼합 섹션에서 오거 다음에 대안적으로 사용될 수 있다.
오거 파라미터(예를 들어, 오거 피치, 오거 길이)는 재료 보유를 최대화하고 혼합기(32) 내의 시멘트질 슬러리와 섬유 사이에 더욱 긴밀한 접촉을 촉진하도록 선택된다. 제 2 혼합 섹션의 전체 길이는 약 1 내지 5 피트, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 4 피트 범위이다. 이 길이의 작은 부분 만을 패들(29B)이 차지하며, 제 2 혼합 섹션(24)의 대부분은 오거(29A)에 의해 커버된다.
도 13c는 혼합기 내에서 "X" 방향으로 재료가 유동하는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 3 구성을 도시한다. 상기 제 3 구성은 제 2 혼합 섹션의 양 축(29) 상에 장착된, 오거(29A), 이에 뒤따르는 혼합/이송 패들(29B), 이에 뒤따르는 오거(29C)를 갖는다. 평평한 패들 (25) 또는 나선형 패들 (27) 모두가 혼합/이송 패들 (29B)로서 사용될 수 있지만 나선형 패들 (27)의 사용이 바람직하다. 이전의 오거 섹션에서 섬유-슬러리 혼합을 개선시키고 체류 시간을 증가시키기 위해, 원하는 경우, 사용된 나선형 패들(27) 중 일부가 또한 반대 방향으로 배치될 수 있다. 제 2 혼합 섹션에서 단일 축에 장착된 인접한 평평한 또는 나선형 패들은 서로에 대해 동일한 배향을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로 이들은 서로에 대해 회전될 수 있다. 축 상의 인접한 패들이 서로에 대해 회전될 때, 인접한 패들의 회전 각도는 0° 내지 90°, 통상적으로 20° 내지 90°의 범위일 수 있다. 평평한 또는 나선형 패들이 사용될 때, 제 2 혼합 섹션(24)의 패들 세트의 개수는 바람직하게는 1 내지 20 개, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 개의 범위이다. 인접한 패들이 서로에 대해 0도의 회전을 가질 때, 더 많은 개수의 패들이 제 2 혼합 섹션에서 사용될 수 있다. 패들 파라미터(타입, 치수, 배향, 개수 및 구성)는 혼합기(32) 내에서 재료가 받는 전단 작용을 최소화하도록 선택된다. 핀과 헤드 또는 핀 만을 구비하는 패들이 오거 다음에서 제 2 혼합 섹션에 대안적으로 사용될 수 있다. 오거 파라미터(예를 들어, 오거 피치, 오거 길이)는 재료 보유를 최대화하고 혼합기 내의 시멘트질 슬러리와 섬유 사이에 더욱 긴밀한 접촉을 촉진하도록 선택된다. 제 2 혼합 섹션의 전체 길이는 약 1 내지 5 피트, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 4 피트 범위이다. 이 길이의 작은 부분 만을 패들이 차지하며, 제 2 혼합 섹션의 대부분은 오거에 의해 커버된다.
도 3d는 혼합기 내에서 "X" 방향으로 재료가 유동하는 본 발명의 이중 축 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 제 4 구성을 도시한다. 상기 제 4 구성은 혼합기의 제 2 혼합 섹션에서 양 축 (29) 상에 장착된 혼합/이송 패들 (29D)을 갖는다. 제 2 혼합 섹션에서 평평한 및 나선형 패들을 사용하는 것은 이 구성에서는 바람직하지 않은데, 이들의 사용이 매우 높은 전단을 초래하고 상당한 섬유 손상을 야기하기 때문이다. 제 2 혼합 섹션에서 이 혼합기 구성이 사용될 때, 낮은 혼합 전단을 야기하는 혼합 및 이송 패들이 바람직하다. 이 혼합기 구성의 제 2 혼합 섹션에서는 핀 및 헤드 또는 핀 만을 가진 패들의 사용이 바람직하다. 그러나, 이 실시예에서, 제 1 혼합 섹션에서, 임의의 타입의 패들, 예를 들어 평평한 및/또는 나선형 패들을 사용하는 것이 가능하다.
도 4a는 제 1 혼합 섹션(22) 및 제 2 혼합 섹션(24) 모두에서 낮은 혼합 전단을 야기하는 패들(100)을 사용하는 이중 축(하나의 축이 도시) 섬유-슬러리 혼합기 (32)의 (도 3d에 개략적으로 도시된) 구성의 실시예에 대한 도면을 도시한다. 도 4a는 오거(26), 축(29) 및 패들(100)을 갖는 제 1 공급 섹션(20)을 도시한다. 패들(100)은 핀(114) 및 핀(114)에 대해 횡방향으로 연장되는 넓은 패들 헤드(116)를 갖는다. 바람직하게는 섬유-슬러리 혼합기(2)는 단일 축 혼합기이다.
도 4a는 통상적으로 오버헤드 호퍼 빈(160A)인 건조 분말 공급기로부터, 벨로우즈(161)인 건조 분말 도관(5A)를 통해, 혼합기(32)의 세장형 수평 혼합 챔버(163)로 공급되는, 예를 들어 포틀랜드 시멘트, 석고, 골재, 충진제 등의 분말 혼합물을 도시한다. 임펠러 축(29)은 속도 제어기(미도시)에 의해 조절되는 측면 장착 임펠러 모터(172)에 의해 구동된다. 분말 혼합물 고형물은 체적측정식 공급기 또는 중량측정식 공급기(미도시)에 의해 호퍼 빈(160A)으로부터 오거(26)을 포함하는 수평 혼합 챔버(163)로 공급될 수 있다.
체적측정식 공급 시스템은 일정한 속도(단위 시간당 체적, 예를 들면, 분당 입방 피트)로 저장 호퍼 빈(160A)으로부터 분말을 방출하기 위하여 일정한 속도로 작동하는 오거 나사 컨베이어(미도시)를 사용할 수도 있을 것이다. 중량측정식 공급 시스템은 일반적으로 일정한 단위 시간당 중량, 예를 들면, 분당 파운드로 저장 호퍼 빈(160A)으로부터의 분말의 방출을 제어하기 위해 칭량 시스템과 연관된 체적측정식 공급기를 사용한다. 중량 신호는 피드백 제어 시스템을 통해 실제 공급 속도를 지속적으로 모니터링하고, 오거 나사 공급기의 오거 나사의 속도(RPM)를 조정함으로써, 벌크 밀도, 다공성 등의 변동을 보상하는 데 사용된다. 이러한 체적측정식 공급 시스템은 또한 혼합기(32)의 임의의 다른 실시예에 대해 사용될 수 있다.
액체 펌프(미도시)로부터의, 물과 같은, 수성 매질은 적어도 하나의 수성 매질 스트림 도관(7A)의 노즐을 통해 수평 챔버(163)로 공급된다.
도 4a는 원통형 수평 측벽(102), 제 1 단부 벽(104), 및 제 2 단부 벽(106)을 포함하는 세장형 수평 혼합 챔버(163)를 도시한다. 재료 유동은 제 1 단부 벽(104)으로부터 제 2 단부 벽(106)으로의 방향 X이다. 축(29)은 제 1 단부 벽(104)으로부터 제 2 단부 벽(106)으로 연장된다. 수평 섬유-시멘트질 슬러리 혼합기(32)는 또한 적어도 하나의 회전 가능 축(29) (바람직하게는 2 개의 회전 가능 축, 여기서 제 2 축은 명료성을 위해 미도시), 물을 포함하는 액체를 챔버(163) 내로 공급하기 위한 수성 액체 매질 도관(7A), 강화 섬유를 챔버(163) 내로 공급하기 위한 강화 섬유 도관(34A), 및 섬유-슬러리 혼합물을 방출하기 위한 섬유-슬러리 혼합물 방출 유출구(36A)를 포함한다. 혼합 및 이송 패들(100)은 중앙 회전 가능 축(29)으로부터 연장한다. 수평 섬유-시멘트질 슬러리 혼합기(32)는 또한 혼합기(32)에 다른 원료 및 성능 향상 첨가제를 공급하기 위해, 다른 유입 포트들(167)을 포함하며, 하나만 도시되어 있다. 수평 섬유-시멘트 슬러리 혼합기 (32)는 또한 원료 공급물로부터 혼합 챔버 (163)내로 도입된 임의의 공기를 제거하기 위한 배기 포트 (70)를 포함한다. 수평 섬유-시멘트질 슬러리 혼합기(32)는 또한 혼합 챔버(163)의 중앙 축(29)을 구동하기 위하여 전기 모터 및 구동 메커니즘(172)을 포함한다.
회전 가능 축(29)은 공급된 성분을 혼합하고 이들을 섬유-슬러리 혼합물로서 방출 유출구(168)로 이송하기 위해 그 종방향 축 "A"를 중심으로 회전한다. 상기 회전 축은 챔버 제 1 공급 섹션 (20)에서 오거 (26)를 가지며, 제 1 혼합 섹션 (22) 및 제 2 혼합 섹션 (24) 모두에서 패들 (100)을 갖는다.
상기 강화 섬유 및 시멘트질 슬러리 및 다른 성분은 혼합 및 이송을 용이하게 하기 위해 결과적인 혼합물 위에서 혼합기 내에 개방 공간을 남기도록 각각의 속도로 혼합기(32)에 공급될 것이다. 필요한 경우, 액체 레벨 제어 센서를 사용하여 혼합기의 수평 챔버 내의 슬러리 레벨을 측정한다.
회전 가능 축(29)은 제 1 단부 조립체(160) 및 제 2 단부 조립체(162)를 포함할 수 있다. 제 1 단부 조립체(160) 및 제 2 단부 조립체(162)는 당업자에게 공지된 다양한 형태 중 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단부 조립체(160)는 회전 가능 축(29)의 제 1 단부와 작동가능하게 결합되는 제 1 단부 결합부, 제 1 단부 결합부로부터 연장되는 제 1 원통부(164), 제 1 원통부(164)로부터 연장되는 중간 원통부(166), 및 중간 원통부(166)로부터 연장되고 슬롯(170)을 포함하는 단부 원통부(168)를 포함할 수 있다. 제 2 단부 조립체(162)는 회전 가능 축(29)의 제 2 단부와 작동가능하게 결합되는 제 2 단부 결합부, 제 2 단부 결합부로부터 연장되는 제 1 원통부(165), 및 제 1 원통부로부터 연장하는 단부 원통부(169)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제 1 단부 조립체(160)의 제 1 단부 결합부는 제 1 원통부(164)에 근접한 회전 가능 축(29)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 단부 원통부(168)는 회전 가능 축(129) 및 이와 결합된 하나 이상의 패들 조립체(100)에 회전(예를 들어 고속 회전)을 부여할 수 있는 모터(172) 또는 엔진에 작동가능하게 결합되어 강화 섬유 및 시멘트질 슬러리를 혼합할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제 2 단부 조립체(162)의 제 2 단부 결합부는 제 1 원통부(165)에 근접한 회전 가능 축(29)의 제 2 단부(예를 들어, 제 1 단부에 대향하는 단부)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 제 2 단부 조립체(162)의 단부 원통부(169)는 바람직하게는, 회전 가능 축(29)의 회전을 가능하게 하도록 수평 섬유-시멘트질 슬러리 혼합기(32)의 외벽과 일체일 수 있는 베어링 조립체에 결합될 수 있다.
도 4a에서 볼 수 있는 바와 같이, 복수의 패들 조립체(100)는 회전 가능 축(29)에 영구적으로 및/또는 제거 가능하게 결합 (예를 들어, 부착(affix), 접착(adhere), 연결 등)될 수 있고, 예를 들어, 정렬된 열 및/또는 행(예, 회전 가능 축(29)의 길이를 따른 열, 회전 가능 축(29)의 원주방향 주위의 행)으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 패들 조립체(100)는 원하는 바에 따라 오프셋된 행 또는 열로 회전 가능 축(29)에 영구적으로 또는 제거 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 회전 축(29)은 원하는 바에 따라 임의의 패들 조립체(100) 배열 또는 구성, 이에 제한되는 것은 아니지만 바람직하게는, 소용돌이형 및/또는 나선형 구성을 수용할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 회전 가능 축(29)은 혼합 중에 30 내지 450 RPM, 더욱 바람직하게는 40 내지 300 RPM, 가장 바람직하게는 50 내지 250 RPM의 소정 속도로 회전하도록 구성될 수 있다.
패들 핀(114)은 패들 헤드(116)의 폭(W2)보다 작은 폭(W1)을 갖는다(도 4 참조). 혼합 및 이송 패들(100)의 핀(114)은 회전 가능 축(29)의 나사식 개구 내로의 결합용으로 적응된 나사식 단부 부분(115) (도 4 참조)을 포함할 수 있어서, 혼합 및 이송 패들(100)이 회전 가능 축(29)에 대해 원하는 또는 선택된 피치(예를 들어, 각도)를 달성하도록 회전될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 각각의 혼합 및 이송 패들(100)은 회전 가능 축(29) 내로 원하는 거리만큼 회전될 수 있고, 상기 거리는 회전 가능 축(29)에 결합되는 하나 이상의 다른 패들 조립체 또는 패들 조립체 섹션과 동일하거나 상이할 수 있다. 패들은 (도시된 바와 같은) 나사식 고정 및/또는 용접 부착(미도시)을 포함하는 여러 수단을 사용하여 중앙 축에 부착될 수 있다.
도 4e는 제 1 혼합 섹션(22)이 패들(100)을 갖고 제 2 혼합 섹션(124)이 양 축(29) 상에, 상술한 패들(100)과 같은 패들(129B)과 이에 뒤따르는 오거(29A)를 갖는 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성 (도 3b에 개략적으로 도시)을 도시한다.
도 4f는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 상기 1 혼합 섹션(22)이 패들(100)을 가지며, 제 2 혼합 섹션(24)이 양 축(29) 상에, 오거 (29A), 이에 뒤따르는 패들 (100), 이에 뒤따르는 오거(24C)를 갖는 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성(도 3c에 개략적으로 도시)을 도시한다.
도 4g는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 상기 1 혼합 섹션(22)이 패들(100)을 가지며, 제 2 혼합 섹션(24)이 양 축(29) 상에, 오거 (29A), 이에 뒤따르는 핀(들)(114), 이에 뒤따르는 오거(24C)를 갖는 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성(도 3c에 개략적으로 도시)을 도시한다.
도 4h는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 상기 1 혼합 섹션(22)이 패들(100)을 가지며, 제 2 혼합 섹션(24)이 양 축(29) 상에 핀 (114)만을 가지는 수평 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성(도 3d에 개략적으로 도시)을 도시한다.
도 4i는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축(29) 상에 장착되고, 제 1 혼합 섹션(22)이 패들(25, 27)을 가지며, 제 2 혼합 섹션(24)이 양 축 상에 오거 (29A)를 가지고, 상기 패들들은 평평한 패들 (25) 및/또는 나선형 패들 (27)인, 본 발명의 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성(도 3a에 개략적으로 도시)을 도시한다.
도 4j는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 제 1 혼합 섹션(22)이 패들(25, 27)을 가지며, 제 2 혼합 섹션(24)이 양 축상에 오거 (29A), 이에 뒤따르는 패들 (25, 27)을 가지며, 상기 패들들은 평평한 패들 (25) 및/또는 나선형 패들 (27)인, 본 발명의 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기의 구성(도 3a에 개략적으로 도시)의 측면 입면도를 나타낸다. 축(29)이 보이는 패들 사이의 빈 공간(25A)은 패들들의 존재를 전달하기 위한 것이다. 이러한 혼합기 구성에서, 축 상의 제 2 혼합 섹션의 인접한 패들은 서로에 대해 회전될 수 있거나 또는 서로에 대해 0도 회전을 가질 수 있다, 즉, 패들이 서로에 대해 균일하게 정렬된다.
도 4k는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축(29) 상에 장착되고, 제 1 혼합 섹션(22)이 평평한 패들(25) 및 나선형 패들 (27)을 가지며, 상기 제 2 혼합 섹션이 양 축 (명료성을 위해 한 축이 도시) 상에 오거(29A), 이ㅔ 뒤따르는 평평한 패들 (25) 및/또는 나선현 패들(27), 이에 뒤따르는 오거(29C)를 갖는, 구성(도 3c에 개략적으로 도시)을 도시한다. 축(29)이 보이는 패들 사이의 빈 공간(25A)은 패들의 존재를 전달하기 위한 것이다.
도 4l는 오거(26)가 상기 공급 섹션(20) 의 양쪽 임펠러 축 (29) 상에 장착되고, 제 1 혼합 섹션(22)이 패들을 가지며, 제 2 혼합 섹션(24)이 양 축 상에 패들을 가지고, 상기 패들들은 평평한 패들 (25) 또는 나선형 패들 (27)인, 본 발명의 이중 축(하나의 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성(도 3d에 개략적으로 도시)을 도시한다. 축(29)이 보이는 빈 공간(25A)은 패들의 존재를 전달하기 위한 것이다. 이러한 혼합기 구성에서, 축 상의 제 2 혼합 섹션의 인접한 패들은 서로에 대해 0도 회전을 가지는 것, 즉 패들이 서로에 대해 균일하게 정렬되는 것이 바람직하다.
도 4m은 오거(26A)가 공급 섹션(20)의 양 임펠러 축(29) 상에 장착되고, 제 1 혼합 섹션(22)는 한 유형의 패들을 가질 수 있고, 제 2 혼합 섹션(24)는 다른 유형의 패들을 가질 수 있는, 본 발명의 이중 축(한 축이 도시) 다단계 연속 섬유-슬러리 혼합기(32)의 구성(도 3a에 개략적으로 도시)의 변형을 도시한다. 이러한 구성에서의 바람직한 배치는, 제 1 혼합 섹션(22)에서는 평형한 패들(25) 및/또는 나선형 패들(27)을, 그리고, 제 2 혼합 섹션(24)에서는 핀(114)과 헤드(116) 및/또는 핀(114) 만을, 갖는 패들(100)을 가지는 것이다. 가장 바람직하게는, 제 1 혼합 섹션(22)의 패들은 편평하거나 나선형이며, 제 2 혼합 섹션(24)의 패들은 핀과 헤드 및/또는 핀들을 가지는 패들을 포함한다.
제 2 혼합 섹션에서 평평한 및/또는 나선형 패들을 사용하는 본 발명의 혼합기 구성에 있어서, 예를 들어, 도 4i, 4j, 4k, 4l 및 4m의 혼합기에서, 평평한 패들 (25) 및/또는 나선형 패들 (27)은 축 (29) 상에 있고; 제 2 혼합 섹션 (24) 내의 축 (29)상의 인접한 모든 평평한 및/또는 나선형 패들은 서로에 대해 0도 내지 90 도의 회전을 갖는다.
필요한 경우, 평평한 및/또는 나선형 패들은 제 2 혼합 섹션의 축 상에 위치하고, 제 2 혼합 섹션의 축 상의 모든 인접한 평평한 및/또는 나선형 패들은 서로에 대해 0도 회전된다.
필요한 경우, 평평한 및/또는 나선형 패들은 제 2 혼합 섹션의 축 상에 위치하고, 제 2 혼합 섹션의 축 상의 모든 인접한 평평한 및/또는 나선형 패들은 서로에 대해 30도 회전된다.
필요한 경우, 평평한 및/또는 나선형 패들은 제 2 혼합 섹션의 축 상에 위치하고, 제 2 혼합 섹션의 축 상의 모든 인접한 평평한 및/또는 나선형 패들은 서로에 대해 45도 회전된다.
필요한 경우, 평평한 및/또는 나선형 패들은 제 2 혼합 섹션의 축 상에 위치하고, 제 2 혼합 섹션의 축 상의 모든 인접한 평평한 및/또는 나선형 패들은 서로에 대해 60도 회전된다.
필요한 경우, 평평한 및/또는 나선형 패들은 제 2 혼합 섹션의 축 상에 위치하고, 제 2 혼합 섹션의 축 상의 모든 인접한 평평한 및/또는 나선형 패들은 서로에 대해 90도 회전된다.
본 발명의 섬유-슬러리 연속 혼합기의 상기 특징 및 파라미터가 다음과 같이 추가로 설명된다. 이는 달리 지시되지 않는 한, 도면의 실시예 뿐만 아니라 본 발명에 일반적으로 적용된다.
세장형 혼합 챔버
세장형 혼합 챔버는 통상적으로 원통 형상이다. 혼합 챔버의 길이는 통상적으로 약 2 내지 8 피트 범위이다. 혼합 챔버의 바람직한 길이는 약 3 내지 5 피트이다. 혼합 챔버의 직경은 통상적으로 약 4 내지 24 인치 범위이다. 혼합 챔버의 바람직한 직경은 약 6 내지 12 인치 범위이다.
회전 축
이중 또는 다중 회전 축의 각각의 직경은 통상적으로 약 1 내지 4 인치이다. 중앙 축의 바람직한 직경은 약 1 내지 3 인치 범위이다.
중앙 회전 축은 바람직하게는 30 내지 450 RPM, 더욱 바람직하게는 40 내지 300 RPM, 가장 바람직하게는 50 내지 250 RPM 범위의 속도로 회전한다. 비교적 낮은 혼합기 속도가 본 발명의 목적을 만족시키기에 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 놀랍게도, 시멘트질 슬러리 혼합물에서의 우수한 섬유 분산은 비교적 낮은 혼합기 속도에서도 얻어질 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 더 낮은 혼합 속도를 사용하는 또 다른 중요한 이점은 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물의 추가 가공에 유용한 감소된 섬유 파손 및 우수한 재료 작용(material working) 및 유동 특성을 초래한다는 점이다.
혼합기가 작동 모드에 있을 때 바람직하게는 중앙 회전 축을 돌리기 위해 가변 주파수 구동기를 혼합기와 함께 사용한다. 가변 주파수 구동기는 제조 공정에 관련된 주어진 조합의 원료에 대해 혼합기 속도를 조절하고 미세조정하기에 유용하다.
본 발명의 연속 혼합기는 단일 축 혼합기, 이중 축 혼합기 또는 다중 축 혼합기일 수 있다. 본 개시 내용은 본 발명의 단일 축 혼합기를 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 단일 축 또는 다중 축 혼합기도 연속 제조 공정을 포함하는 다양한 용도에 유용한 바람직한 특성을 갖는 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물을 제조하는데 또한 유리하게 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
혼합 패들
중앙 축 상에 장착된 혼합 패들은 혼합기에서 추가된 성분의 혼합 및 이송을 용이하게 하기 위해 상이한 형상 및 치수를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 평평한 패들 및 나선형 패들을 이용할 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 혼합 패들은 또한 재료를 전방으로 이동시키는 데 도움이 되는 상대적으로 넓은 헤드 및 핀을 가지는 패들, 예를 들어 패들(100)을 포함한다. 한 타입의 핀 및 헤드를 갖는 패들에 추가하여, 섬유-슬러리 혼합기는 재료의 추가 가공을 위해 요구되는 바람직한 특성을 얻기 위해 핀 및 상대적으로 넓은 헤드 또는 단지 핀 만을 갖는 하나보다 많은 타입의 패들을 포함할 수 있다. 그러나, 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 제 1 혼합 섹션(22) 및 제 2 혼합 섹션(24) 모두에서 단일 스타일 패들을 사용할 수 있다. 그러나, 제 1 혼합 섹션(22)과 제 2 혼합 섹션(24) 모두에 패들을 가지는 제 4 혼합기 구성의 제 1 혼합 섹션에서는 평평한 또는 나선형 패들을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 제 4 혼합기 구성의 제 2 혼합 섹션(124)에서는 핀(114)과 헤드(116) 또는 핀(114) 만을 가지는 패들(100)을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 제 4 혼합기 구성에서는, 두 혼합 섹션에서 동일한 타입의 패들을 사용하는 것이 가능하기는 하나 바람직하지는 않다.
패들의 전체 치수는 혼합기 챔버의 내부 둘레와 중앙 축으로부터 패들의 가장 먼 위치 사이의 간격(공간)이 바람직하게는 1/4" 미만, 더욱 바람직하게는 1/8" 미만, 가장 바람직하게는 1/16" 미만이 되도록 하는 값이다. 패들 팁과 챔버의 내벽 사이의 거리가 너무 멀면 슬러리 축적이 초래될 것이다. 핀(114)은 패들(100) 중 적어도 일부를 대체할 수 있다. 예를 들어, 핀은 넓은 패들 헤드(116)가 없는 패들(100)의 핀(114)일 수 있다.
혼합기에서 성분의 혼합 및 이송의 품질은 또한 혼합기에서의 패들의 배향에 의해서도 좌우된다. 중앙 축의 횡단면에 대한 평행 또는 수직 패들의 배향은 패들의 이송 작용을 감소시키며 따라서 혼합기 내의 재료의 체류 시간을 증가시킨다. 혼합기 내에서 재료의 체류 시간이 증가되면 현저한 섬유 손상 및 바람직하지 않은 특성을 갖는 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물의 제조가 초래될 수 있다. 핀과 헤드를 가지는 패들, 예를 들어 패들(100)을 사용하는 경우, 중앙 축(118)의 종방향 축 "A"에 대한 패들 헤드(116)의 종방향 축 "LH"의 배향은 바람직하게는 약 10° 내지 80°, 더욱 바람직하게는 약 15° 내지 70°, 가장 바람직하게는 약 20° 내지 60°의 각도 "B"(도 4c)이다. 바람직한 패들 배향의 사용은 슬러리 혼합물의 더욱 효율적인 혼합 및 이송 작용을 초래하고 혼합기 내의 강화 섬유에 대한 최소한의 손상을 야기한다.
도 4d는 혼합 챔버(163)에 대한 문(37)이 개방된 혼합기(32)의 확대도를 제공하는 것으로서, 중앙 축(29) (한 축이 도시)에 대한 패들의 배향을 나타낸다. 소용돌이 형태로 중앙 축(118) 상에 패들(100)을 배치한 것도 또한 관찰될 수 있다.
핀과 헤드를 가지는 패들, 예를 들어 패들(100)을 사용하는 경우, 혼합기 내의 패들 세트는 통상적으로 혼합기의 일 단부로부터 타 단부까지 중앙 축 상에 소용돌이형으로 구성된다. 이러한 패들의 배열은 혼합기 내부의 재료의 이송 작용을 더욱 용이하게 한다. 혼합기 내의 패들 배열의 다른 구성도 가능하며 본 발명의 일부로서 고려된다.
패들은 금속, 세라믹, 플라스틱, 고무 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 더 부드러운 라이닝(코팅) 재료를 갖는 패들도 재료 및 섬유 파손을 최소화하는 경향이 있으므로 또한 고려된다.
세장형 혼합 챔버의 패들 및/또는 내벽은, 상기 패들 상 및/또는 상기 셀(shell)(혼합기 통(barrel))의 내벽 상에 시멘트질 슬러리의 축적을 최소화하기 위해 이형 물질로 코팅될 수 있다.
기타 구성:
본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 조합의 오거 및 혼합/이송 패들이 가능하며 본 발명의 일부로서 고려된다. 핀과 헤드를 가지는 패들, 예를 들어 패들(100)을 사용하는 경우, 이러한 타입의 패들은, 전술한 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 혼합 섹션(122) 및 제 2 혼합 섹션(124)에서 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 오거와 결합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 핀과 헤드를 가지는 패들, 예컨대 패들(100)을 도 3b-3c의 패들(29B)을 대체하는 것으로 사용될 수 있다.
유입 포트
건조 시멘트질 분말, 수성 액체 매질, 및 섬유와 같은 원료용 유입 도관(5A, 7A, 34A)은 혼합 챔버의 유입 포트에서 혼합기 내로 공급된다. 섬유-슬러리 혼합기의 원료 유입 포트의 크기, 위치 및 배향은 혼합기 내로의 원료의 도입을 용이하게 하고 혼합기 내에서 슬러리 혼합물로부터의 포트의 차단 가능성을 최소화하도록 구성된다.
상기 연속 섬유-슬러리 혼합기는 건조 분말을 혼합 챔버 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 유입 포트를 가진다. 이 유입 포트는 상기 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 1 공급 섹션(오거 섹션)의 시작 부분에 위치한다.
상기 연속 섬유-슬러리 혼합기는 물을 포함하는 수성 매질을 혼합 챔버 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 유입 포트를 가진다. 상기 물 유입 포트는 통상적으로 상기 연속 섬유-슬러리의 제 1 공급 섹션(오거 섹션)의 종료 부분에 위치한다. 연속 섬유-슬러리 혼합기는 다른 성능 향상 첨가제를 혼합 챔버 내에 도입하기 위한 추가 유입 포트를 가질 수 있다. 이들 유입 포트는 통상적으로 오거 섹션의 종료 부분 또는 연속 섬유-슬러리의 제 1 혼합 섹션의 시작 부분에 위치한다.
상기 연속 섬유-슬러리 혼합기는 강화 섬유를 혼합 챔버 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 유입 포트를 가진다. 섬유 유입 포트는 통상적으로 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 2 혼합 섹션의 시작 부분에 위치한다. 섬유는 스크류 공급기 또는 진동 공급기와 같은 다양한 계량 장비를 사용하여 중량측정식으로 또는 체적측정식으로 연속 섬유-슬러리 혼합기 안으로 도입될 수 있다. 섬유는 다양한 이송 장치에 의해 섬유 공급기로부터 섬유-슬러리 혼합기로 이송될 수 있다. 예를 들어, 나사(오거), 공기식 이송 또는 단순 중력 적층을 사용하여 섬유를 이동시킬 수 있다. 이산 또는 단 섬유는 섬유 유리; 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 알콜 등의 중합체 재료; 탄소; 그라파이트; 아라미드; 세라믹; 강철; 셀룰로오스, 종이, 또는 황마나 사이잘(sisal)과 같은 천연 섬유; 또는 이들의 조합을 포함하는 상이한 강화 섬유 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는 섬유는 유리섬유이다. 섬유 길이는 약 2 인치 이하, 더욱 바람직하게는 1.5 인치 이하, 가장 바람직하게는 0.75 인치 이하이다.
상기 연속 섬유-슬러리 혼합기는 상기 연속 섬유-슬러리 혼합기에 의해 제조된 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물을 방출하기 위한 유출 포트를 가진다. 유출 포트는 연속 섬유-슬러리 혼합기의 제 2 혼합 섹션의 종료 부분에 위치한다.
상기 혼합기는 원료 공급물로부터 혼합 챔버 안으로 도입된 임의의 공기를 제거하기 위한 배기 포트를 포함한다.
축을 구동하기 위한 전기 모터와 구동 메커니즘은 혼합 챔버와 연관된다.
패널 제조
이러한 혼합기를 사용하여 제조된 섬유 강화 시멘트질 슬러리는 다양한 다른 용도로 사용될 수 있다. 상기 섬유-슬러리 혼합물의 용도 중 하나는 패널 제조에 있다. 특히, 구조용 섬유 강화 콘크리트 패널의 제조가 하나의 바람직한 용도이다.
도 5 및 6을 참조하면, 섬유 강화 콘크리트 (FRC) 패널을 제조하기 위한 시멘트질의 패널 제조 라인이 개략적으로 도시되어 있으며, 일반적으로 10으로 표시되어있다. 제조 라인(10)은 복수의 레그(13) 또는 다른 지지부를 갖는 지지 프레임 또는 성형 테이블(12)을 포함한다. 지지 프레임(12) 상에는 매끄러운 물 불투과성 표면(그러나 다공성 표면도 고려된다)을 갖는 무한 고무형 컨베이어 벨트와 같은 이동하는 캐리어(14)가 포함된다. 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 지지 프레임(12)은 지정된 레그(13) 또는 다른 지지 구조를 포함할 수 있는 적어도 하나의 테이블형 세그먼트로 제조될 수 있다. 지지 프레임(12)은 또한 상기 프레임의 원위 단부(18)에 주 구동 롤(16) 및 프레임의 근위 단부(19)에 아이들러 롤(17)을 포함한다. 또한, 적어도 하나의 벨트 트래킹 및/또는 인장 장치(15)가 통상적으로 원하는 인장력을 유지시키고 롤(16, 17) 상에 캐리어(14)를 위치시키하기 위해 제공된다. 이 실시예에서, 상기 시멘트질 패널(FRC 패널)은 이동하는 캐리어가 근위 단부(19)로부터 원위 단부(18)로 "T"방향으로 진행함에 따라 연속적으로 제조된다.
이 실시예에서, 경화되기 전에 슬러리를 지지하기 위한 이형지, 중합체 필름 또는 플라스틱 캐리어의 웨브(61)가 그 캐리어를 보호하고/하거나 깨끗하게 유지하기 위해 캐리어(14) 상에 제공되어 놓여질 수 있다. 그러나, 연속 웨브(61)보다는, 상대적으로 단단한 재료의 개별적인 시트(미도시), 예를 들어 중합체 플라스틱의 시트가 캐리어(14) 상에 배치될 수 있다는 것도 또한 고려된다. 이들 캐리어 필름 또는 시트는 라인의 단부에서 제조된 패널로부터 제거될 수 있거나, 전체 합성물 디자인의 일부로서 패널의 영구적 피쳐로서 통합될 수 있다. 이러한 필름 또는 시트가 패널의 영구적 특징으로 통합되면 개선된 심미감, 향상된 인장력 및 굴곡 강도, 향상된 내충격성과 내폭발성, 물 및 수증기 투과에 대한 저항성과 같은 향상된 환경 내구성, 동결-융해 저항성, 내염변성(salt-scaling resistance), 및 내약품성을 포함하는 패널에 향상된 속성을 제공할 수 있다.
선택적으로는, 이산 강화 섬유의 층(미도시)이 헤드박스(40) 상류에서 이송 벨트(캐리어), 이형지, 또는 성형 시트 상에 직접 적층될 수 있다.
이 실시예에서, 로빙(roving)과 같은 연속 보강재(44) 또는 유리섬유 스크림과 같은 강화 스크림 웨브 또는 부직포 섬유유리 매트나 부직포 폴리프로필렌 매트와 같은 부직포 섬유 매트를 제공하여 결과적인 시멘트질 패널을 경화 및 보강 하기 전에 슬러리 내에 매립할 수 있다. 연속 로빙 및/또는 보강 스크림 롤(42)은 헤드박스(40)를 통해 공급되어 캐리어(14) 상에 놓이게 된다. 그러나, 연속 보강재(44)를 사용하지 않는 것도 또한 고려된다. 연속 스크림, 부직포, 또는 로빙은 섬유유리; 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 알코올 등과 같은 중합체 재료; 탄소; 그라파이트; 아라미드; 세라믹; 강철; 셀룰로오스 또는 천연 섬유, 예컨대 황마 또는 사이잘(sisal); 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 강화 섬유 재료로 제조될 수 있다. 로빙은 연속 보강 모노필라멘트의 집합체이다. 스크림은 기계 방향과 교차 방향으로 진행하는 연속 섬유의 웨브이다. 보강재를 이산 강화 섬유로 제조된 부직포 웨브로서 또한 제공할 수 있다.
본 라인(10)에 의해 제조된 시멘트질 패널이 캐리어(14) 상에 직접 성형되는 것도 고려된다. 후자의 상황에서는, 적어도 하나의 벨트 세척 유닛(28)이 제공된다. 캐리어(14)는 당업계에 공지된 바와 같이 주 구동 롤(16)을 구동하는 모터, 풀리, 벨트 또는 체인의 조합에 의해 지지 프레임(12)을 따라 이동된다. 캐리어(14)의 속도는 제조되는 제조물에 적합하도록 변경될 수 있다는 것이 고려된다.
본 발명의 제조 라인(10)은 상술한 연속 다단계 섬유-슬러리 혼합기(32)를 포함한다. 섬유-슬러리 혼합기 (32)는 이중 축 또는 다중 축 혼합기일 수 있다. 건조 분말 공급기(2)는 강화 섬유를 제외하고 시멘트질 혼합물의 건조 성분(5)을 다단계 연속 슬러리 혼합기(32)의 공급 섹션(20)에 공급한다. 액체 펌프 (3)는 액체 또는 수용성 첨가제를 포함하는 물과 같은 수성 매질 (7)을 혼합기 (32)의 제 1 혼합 섹션 (22)에 공급한다. 다단계 연속 혼합기(32)의 제 1 혼합 섹션(22)은 건조 성분 및 수성 매질을 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성한다. 상기 시멘트질 슬러리는 혼합기 (32)의 제 2 혼합 섹션 (24)에 공급된다. 또한, 섬유 공급기(33)는 섬유(34)를 섬유-슬러리 혼합기(32)에 공급한다. 따라서, 혼합기(32)의 제 2 혼합 섹션(24)에서, 상기 섬유 및 시멘트질 슬러리가 혼합되어 섬유-슬러리 혼합물(36)을 형성한다. 상기 섬유-슬러리 혼합물(36)은 헤드박스(40)에 공급한다.
헤드박스(40) (또는 다른 유형의 슬러리 배분기)는 이동하는 캐리어(14) 상에서 이동하는 이형지의 웨브(26)(존재하는 경우) 상에 상기 섬유-슬러리 혼합물을 적층시킨다. 로빙 또는 스크림 또는 부직포의 형태인 연속 보강재는 패널의 한쪽 또는 양쪽 표면에 적층될 수 있다. 원한다면, 섬유 로빙 또는 스풀 및/또는 스크림 롤(42)에 의해 제공되는 연속 보강재(44)는 또한 도 6에 도시된 바와 같은 헤드박스(40)를 통과하여 적층된 섬유-슬러리 혼합물 (46)의 상부에 적층된다. 섬유 슬러리 혼합물(46)의 레벨링을 돕기 위해, 헤드박스(40)가 섬유-슬러리 혼합물(46)을 적층시키는 위치의 아래 또는 약간 하류에 성형 진동 플레이트(50)가 제공될 수 있다.
섬유-슬러리 혼합물(46)은 이동하는 캐리어(14)를 따라 이동함에 따라 경화된다. 섬유-슬러리 혼합물(46)이 경화될 때 섬유-슬러리 혼합물(46)의 레벨링을 돕기 위해, 섬유-슬러리 혼합물(46)은 하나 이상의 진동 스크리드(screed) 플레이트(52) 아래를 통과한다. 지지 프레임(12)의 원위 단부(18)에서, 커터(54)는 경화된 섬유-슬러리 혼합물을 보드(55)로 절단한다. 이후 보드(패널)(55)는 언로딩 및 경화 랙(57)(도 6 참조) 상에 놓여 경화될 수 있게 된다.
선택적으로는, 롤(42)로부터 스크림 또는 로빙 또는 부직포(44)를 적층된 섬유-슬러리 혼합물(46)의 상부에 도포하기 보다는, 이산 강화 섬유(미도시)가 헤드박스(40)와 제 1 스크리드 플레이트(52) 사이의 섬유-슬러리 혼합물(46)의 표면 상에 적층될 수 있다. 이후, 적층된 섬유가 스크리드 플레이트(52)에 의해 매립된다. 원한다면, 그러한 바닥 연속 보강재가 헤드박스(40) 뒤에서 공급되고 이송/성형 벨트의 상부에 직접 놓여진다. 바닥 연속 보강재는 헤드박스 아래로 통과하고 헤드박스(40) 내의 슬러리는 연속 보강재가 전방으로 이동함에 따라 그 상부 상에 직접 부어진다. 예를 들어, 웨브(26) 위에 연속 보강재를 놓기 위해 웨브(26)를 제공하는 것에 추가하여 헤드박스 상류의 웨브(26) 또는 롤(미도시)에 의해 연속 보강재가 제공될 수 있다.
도 6은 또한 에지 형성 및 누설 방지 장치(80)를 도시한다. 이들은 에지 벨트, 에지 레일 (단독으로 또는 조합하여 사용됨) 이다.
본 발명에 의해 제조된 섬유-시멘트 혼합물은 시멘트, 물, 및 기타 시멘트 첨가제를 함유한다. 그러나, 원하는 점도를 얻기 위해, 시멘트 조성물은 바람직하게는 섬유 시멘트 압출에서 통상적으로 사용되는 바와 같은 높은 투여율(dosage rate)의 고점도 가공 보조제 또는 점증제를 사용하지는 않는다. 예를 들어, 본 슬러리는 바람직하게는, 높은 투여율로 고점도 셀룰로오스 에테르를 첨가하는 것을 피한다. 본 슬러리가 피하는 고점도 셀룰로오스 에테르의 예는 메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 및 히드록시에틸 메틸셀룰로오스이다.
본 발명에 의해 제조된 섬유-시멘트 혼합물은 다양한 경화성 슬러리에 섬유를 첨가함으로써 제조될 수 있는 수성 슬러리이다. 예를 들어, 수경성 시멘트 또는 석고에 기초한 조성물일 수 있다. ASTM은 "수경성 시멘트"를 다음과 같이 정의한다: 물과의 화학적 상호 작용에 의해 경화되어 단단해지며 수중에서도 이러한 것이 가능한 시멘트. 적합한 수경성 시멘트의 예는 포틀랜드 시멘트, 칼슘 알루미네이트 시멘트(CAC), 칼슘 술포알루미네이트 시멘트(CSA), 지오폴리머(geopolymer), 마그네슘 옥시클로라이드 시멘트(소렐(sorel) 시멘트), 및 마그네슘 포스페이트 시멘트이다. 바람직한 지오폴리머는 클래스 C 플라이 애시(fly ash)의 화학적 활성화에 기초한다.
반수석고(calcium sulfate hemihydrate)는 물과의 화학적 상호 작용에 의해 경화되고 단단해지지만, 이는 본 발명과 관련한 수경성 시멘트의 광범위한 정의에는 포함되지 않는다. 그러나, 반수석고는 본 발명을 이용하여 생성된 섬유-시멘트 혼합물에 포함될 수 있다. 따라서, 또한 그러한 수성 슬러리는 석고 시멘트 또는 소석고(plaster of Paris)와 같은 황산 칼슘 시멘트에 기초할 수 있다. 석고 시멘트는 주로 소석고(calcined gypsum)(반수석고)이다. 소석고 시멘트를 석고 시멘트로 지칭하는 것은 산업계에서 통상적이다.
섬유-시멘트 혼합물은 섬유-시멘트 혼합물의 다른 성분과 조합하여 원하는 슬럼프 테스트 값 및 점도를 달성하기에 충분한 물을 함유한다. 필요하다면, 조성물은 0.20/1 내지 0.90/1, 바람직하게는 0.20/1 내지 0.70/1의 물-대-반응성 분말의 중량비를 가질 수 있다.
섬유-시멘트 혼합물은 실리카 퓸(silica fume), 즉, 실리콘 금속 및 페로-실리콘 합금 제조의 생성물인 미세하게 분쇄된 무정형 실리카와 같은 포졸란 재료(pozzolanic material)를 함유할 수 있다. 특징적으로, 매우 높은 실리카 함량과 낮은 알루미나 함량을 가진다. 부석(pumice), 펄라이트, 규조토, 응회암, 트래스(trass), 메타카올린, 마이크로실리카, 및 고로 슬래그 미분말(ground granulated blast furnace slag)을 포함하여, 다양한 다른 천연 및 인조 재료가 포졸란 특성을 갖는 것으로 언급되고 있다. 플라이 애시도 또한 포졸란 특성을 갖는다. 상기 섬유-시멘트 혼합물은 세라믹 미세구 및/또는 중합체 미세구를 함유할 수 있다.
그러나, 본 방법에 의해 제조된 섬유-시멘트 슬러리의 한 가지 바람직한 용도는 유리섬유, 특히 내알칼리성 유리섬유와 같은 강화 섬유를 갖는 구조용 시멘트 패널(SCP 패널)을 제조하는 것이다. 이와 같이, 시멘트질 슬러리는 바람직하게는, 다양한 양의 포틀랜드 시멘트, 석고, 골재, 물, 촉진제, 가소제, 고성능 감수제, 발포제, 충진제 및/또는 참조로 포함되는 아래에 나열된 특허에 기재되어 있으며 또한 당업계에 잘 알려진 기타 성분으로 이루어진다. 상기 성분 중 일부의 제거 또는 다른 성분의 첨가를 포함하여, 이들 성분의 상대적인 양은 최종 제조물의 의도된 용도에 맞게 변할 수 있다.
선택적으로는, 수경성 슬러리의 유동성을 향상시키기 위해, 예를 들어, 가소제 및 고성능 감수제와 같은, 감수 혼합 첨가제가 섬유-시멘트 혼합물에 포함될 수 있다. 이러한 첨가제는 용액 내에 분자를 분산시켜 서로에 대해 상대적으로 더 쉽게 움직이게 함으로써 전체 슬러리의 유동성을 개선시킨다. 술폰화 멜라민 및 술폰화 나프탈렌, 그리고 폴리카르복실레이트 계 고성능 감수제가 고성능 감수제로서 사용될 수 있다. 감수 혼합 첨가제는 습식 가공 섬유-슬러리 혼합물의 0 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
전체가 참조로 본 명세서에 포함되는, 토니안(Tonyan) 등의 미국 특허 제6,620,487호는 강화된 가볍고, 치수적으로 안정된 구조용 시멘트 패널(SCP)을 개시하고 있으며, 이 패널은 알파형 반수석고, 수경성 시멘트, 활성 포졸란 및 석회의 수성 혼합물을 경화시킴으로써 얻어지는 연속상(continuous phase)의 코어를 사용한다. 연속상은 내알칼리성 유리 섬유로 강화되고 세라믹 미세구 또는 세라믹 및 중합체 미세구의 혼합물을 함유하거나, 0.6/1 내지 0.7/1의 물-대-반응성 분말의 중량비를 갖는 수성 혼합물로부터 형성되거나 또는 이들의 조합된 특성을 가진다. 상기 SCP 패널의 적어도 하나의 외부 표면은 유리 섬유로 강화되고 고정성(nailability)을 개선시키기에 충분한 중합체 스피어를 함유하거나 또는 중합체 스피어와 유사한 효과를 제공하도록 물-대-반응성 분말 비율로 제조되거나, 또는 이들의 조합의 특성을 가지는, 경화된 연속상을 포함할 수 있다.
필요하다면, 상기 조성물은 0.2/1 내지 0.7/1의 물-대-반응성 분말의 중량비를 가질 수 있다.
현재의 공정에서 사용되는 합성 슬러리에 대한 다양한 제형은 또한 공개된 미국 출원 제 US2006/0185267호, US2006/0174572호, US2006/0168905호 및 US2006/0144005호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 그 전체가 참조로 본원에 포함된다. 통상적인 제형은 반응성 분말로서, 건조물 기준으로, 35 내지 75 중량% (전형적으로는, 45 내지 65 또는 55 내지 65 중량%) 알파형 반수석고, 20 내지 55 중량% (전형적으로는, 25 내지 40 중량%) 포틀랜드 시멘트와 같은 수경 시멘트, 0.2 내지 3.5 중량% 라임, 및 5 내지 25 중량% (전형적으로, 10 내지 15 중량%)의 활성 포졸란을 포함할 수 있다. 패널의 연속상은 내알칼리성 유리 섬유로 균일하게 강화되고, 세라믹 미세구, 유리 미세구, 플라이 애시 세노스피어(cenospheres) 및 펄라이트로 이루어진 군으로부터 선택된, 균일하게 분산된 경량 충진제 입자를 20 내지 50 중량% 함유할 것이다. 복합 슬러리에 대한 제형의 예는 전체 건조 성분을 기준으로, 42 내지 68 중량% 반응성 분말, 23 내지 43 중량% 세라믹 미세구, 0.2 내지 1.0 중량% 중합체 미세구 및 5 내지 15 중량% 알칼리 저항성 유리 섬유를 포함한다.
Dubey 등의 미국 특허 제 8038790 호는 복합 슬러리에 대한 바람직한 제형의 다른 예를 제공하는 것으로서, 상기 제형은, 건조 기준으로, 50 내지 95 중량%의 반응성 분말, 약 1 내지 500 미크론(마이크로미터)의 직경, 20 내지 150 미크론(마이크로미터)의 중앙 직경 및 약 0.50 g/cc 미만의 유효 입자 밀도(비중)를 가지며 경량 충진제로서 그 안에 균일하게 분포된, 1 내지 20 중량%의 코팅된 소수성 팽창 펄라이트 입자, 0 내지 25 중량%의 중공 세라믹 미세구 및 강화를 위해 균일하게 분포된 3 내지 16 중량%의 내알칼리성 유리 섬유를 포함하며, 상기 반응성 분말은: 25 내지 75 중량% 알파형 반수석고, 10 내지 75 중량% 포틀랜드 시멘트를 포함하는 수경 시멘트, 0 내지 3.5 중량% 라임, 및 5 내지 30 중량% 활동성 포졸란을 포함하며; 상기 패널은 입방 피트당 50 내지 100 파운드의 밀도를 가진다.
상기 복합 섬유-슬러리 혼합물에 대해서 상기 조성이 바람직하지만, 상기 성분 중 일부의 제거 또는 다른 성분의 첨가를 포함하여, 이들 성분의 상대적인 양이 최종 제조물의 의도된 용도에 맞게 변할 수 있다.
슬러리 공급 장치 (헤드박스)
도 5를 참조하면, 섬유-슬러리 공급기(섬유-슬러리 헤드박스(40)으로도 공지)는 섬유-슬러리 혼합기 (32)로부터 섬유-슬러리 혼합물 (36)의 공급물을 수용한다.
바람직한 헤드박스(40)는 캐리어(14)의 이동 방향 "T"에 횡방향으로 배치된다. 섬유-슬러리 혼합물(36)은 헤드박스(40)의 캐비티(cavity)에 적층되고 섬유-슬러리 혼합물 스트림(46)으로서 헤드박스(40)의 방출 개구를 통해 이동하는 캐리어 웨브(14) (컨베이어 벨트) 상으로 방출된다.
상기 섬유 강화 시멘트질 슬러리는 호스 및 호스 오실레이터 시스템을 통해 헤드박스(40)로 펌핑되거나 섬유-슬러리 혼합기(32)로부터 헤드박스(40)로 직접 중력으로 낙하될 수 있다. 어느 경우이건, 상기 오실레이터 시스템은 슬러리를 교반하기 위해 사용될 것이다. 헤드박스(40)를 사용하여 형성되는 제품의 두께는 헤드박스(40)의 슬러리 유량, 헤드박스(40) 내의 슬러리 승강 헤드의 양 및 주어진 라인 속도에 대한 헤드박스 방출 개구 갭에 의해 제어된다. 헤드박스(40)의 방출 개구 갭은 섬유-슬러리 혼합물이 헤드박스(40)로부터 이동 캐리어 웨브(14)로 방출되는 횡단 개구이다. 상기 헤드박스로부터의 섬유-슬러리 혼합물은 최종 패널(55)의 원하는 두께 및 마무리 상태에 근접하게, 이동하는 캐리어(14) 상으로 하나의 단계로 적층된다. 진동을 추가하여 형성하는 것을 개선시킬 수 있다. 형성된 생성물의 굴곡 강도를 개선시키기 위해 스크림 및 로빙과 같은 다양한 형태의 연속 보강재가 추가될 수 있다. 예를 들어, 진동 유닛(50)은 컨베이어 벨트(14) 아래의 헤드박스(40) 밑에 위치될 수 있다.
진동 유닛(50)은 통상적으로 힘을 섬유-시멘트 슬러리의 적층된 매트 안으로 직접 지향시키고 다른 방향으로는 상쇄시키는, 테이블, 스프링, 및 2개의 모터의 단일 질량 시스템이다. 이 유닛(50)은 헤드박스(40) 아래에 배치되고 헤드박스를 넘어서 약 3 내지 6 인치 연장된다.
헤드박스(40)는 상대적으로 제어된 두께의 섬유-슬러리 혼합물(46)의 평평한 층을 이동하는 캐리어 웨브(14) 상에 적층한다. 적합한 층 두께는 약 0.25 인치 내지 2 인치, 바람직하게는 0.4 내지 0.8 인치 두께의 범위이다.
섬유-슬러리 혼합물(46)은 슬러리의 연속 시트로서 캐리어 웨브(14)의 약 1.0 내지 약 1.5 인치 (2.54 내지 3.81 cm)의 거리 이내로 균일하게 아래를 향해서 완전히 적층된다.
섬유-슬러리 혼합물(46)이 이동하는 캐리어 웨브(14)를 향해 이동할 때, 모든 슬러리가 웨브(14) 상에 적층되는 것이 중요하다.
성형 및 평활화(smoothing) 및 절단
전술한 바와 같은 섬유-매립 경화성 슬러리 층의 적층시, 프레임(12)은 벨트(14) 상에서 이동하는 경화 슬러리-섬유 혼합물(46)의 상부 표면을 형성하도록 제공된 성형 장치를 가질 수 있다.
제조 라인 (10)은 헤드박스 (40)에 의해 적층되는 슬러리를 평활화하는 것을 돕는 전술한 진동 테이블 (성형 및 진동 플레이트)(50)에 더해서, 제조 라인(10)은 패널의 상부 표면을 부드럽게 평활화하기 위해 진동 스크리드 플레이트 (52)로서 또한 지칭되는, 평활화 장치를 포함할 수 있다 (도 5 및 도 6 참조).
슬러리(46)에 진동을 가함으로써, 평활화 장치(144)는 패널(55) 전체에 걸친 섬유(34)의 분포를 용이하게 하며, 더 균일한 상부 표면을 제공한다. 평활화 장치(144)는 성형 라인 프레임 조립체에 피봇되거나 견고하게 장착될 수 있다.
평활화 후에, 슬러리 층이 경화되기 시작하고, 각 패널 (55)은 통상의 실시예에서는 워터 제트 커터인 절단 장치 (54)에 의해 서로 분리된다. 절단 장치(54)가 라인(10) 및 프레임(12)에 대해 배치되어 원하는 길이를 가지는 패널이 제조된다. 캐리어 웨브(14)의 속도가 비교적 느린 경우, 절단 장치(54)는 웨브(14)의 이동 방향에 수직하게 절단하도록 장착될 수 있다. 더 빠른 제조 속도에서는, 이러한 절단 장치가 웨브 이동 방향에 대해 일정한 각도로 제조 라인(10)에 장착되는 것으로 알려져 있다. 절단시, 분리된 패널(55)은 당업계에 잘 알려진 바와 같이 추가의 취급, 패키징, 보관 및/또는 선적을 위해 적층된다.
본 발명의 다른 특징은 결과적인 시멘트질 패널(FRC 패널)(55)이 섬유(34)가 패널 전체에 균일하게 분포되도록 구성된다는 것이다. 이는 섬유를 상대적으로 더 적게, 더 효율적으로 사용하여 상대적으로 더 강한 패널을 제조할 수 있게 하는 것으로 밝혀졌다. 섬유-슬러리 혼합물의 층에서 슬러리의 체적에 대한 섬유의 체적 분율은 바람직하게는 섬유-슬러리 혼합물(46)의 약 1 체적% 내지 5 체적%, 바람직하게는 1.5 체적% 내지 3 체적%의 범위를 구성한다. 또한, 패널의 전체 최종 두께는 패널(55)을 용이하게 제조하기 위해 섬유-슬러리 혼합물의 형태로 단일 층으로서 적용된다.
제조 라인의 변형예
도 7은 제조 라인(110)의 복합도를 나타낸 것으로서, 헤드박스의 상류에 있는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치와 함께 사용하기에 적합한 시멘트질 패널 제조 라인의 부분에 대한 공정 흐름도 및 상기 헤드박스 하류의 시멘트질 패널 제조 라인의 평면도의 제 1 변형예이다. 이는 슬러리 어큐뮬레이터 및 용적식 펌프(30)를 추가한다.
도 8은 시멘트질 제조 라인(210)의 복합도를 나타낸 것으로서, 헤드박스의 상류에 있는 본 발명의 섬유-슬러리 혼합 장치와 함께 사용하기에 적합한 시멘트질 패널 제조 라인의 부분에 대한 공정 흐름도 및 상기 헤드박스 하류의 시멘트질 패널 제조 라인의 평면도의 제 2 변형예이다. 이것은 섬유 로빙 초퍼(40A)를 추가한다.
이들 실시예에서의 섬유-슬러리 혼합기(32) 및 섬유-슬러리 혼합물(36), 및 도시된 기타 유사한 번호의 요소는 도 5 및 도 6의 제조 라인(10)에서 사용된 것과 동일한 것으로 고려된다.
그러나, 도 5 내지 도 8은 섬유 강화 시멘트질 패널을 제조하기 위한 본 발명의 섬유-슬러리 혼합기를 사용하는 제조 공정에 대한 공정 흐름도를 도시한다. 본 발명의 섬유-슬러리 혼합기의 다른 용도 및 적용이 본 개시의 일부로서 가능하며 고려된다.
본 발명의 다단계 연속 혼합기를 사용하여 제조된 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물은 다양한 토목 공학 및 건설 분야에서 특히 유용하다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다단계연속 혼합기를 사용하여 제조된 섬유 강화 시멘트질 슬러리 혼합물은 연속 제조 공정을 사용하여 다양한 섬유 강화 시멘트 제품을 제조하는데 특히 유용하다. 본 발명의 다단계 연속 혼합기로부터의 재료를 이용하여 제조될 수 있는, 선택되는 섬유 강화 시멘트 제품의 예는 다음과 같이 강조된다:
구조용 서브플로어 패널
구조용 지붕 외장 패널
구조용 벽 외장 패널
구조용 기초 벽 패널
영구 거푸집 패널
지붕 커버 보드
내 충격 및 폭발 패널
외부 사이딩 패널 및 트림
외부 파사드 및 건축 패널
건축 천장 패널
기와
타일 백보드(backerboard)
합성석, 벽돌 및 타일
조리대
가구
조립식 벽 조립체, 바닥 및 바닥-천장 조립체, 및 지붕 조립체
다양한 용도의 합판, 배향성 스트랜드 보드, 및 저-, 중-, 고-밀도 섬유 보드의 대체 제품
이중 마루 패널
기타 용도
섬유 강화 구조용 시멘트질 패널 제조를 위한 본 발명의 슬러리 공급 장치의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자라면 다음의 청구 범위에 기재된 바와 같이 그리고 그 더 넓은 태양에서 본 발명을 벗어나지 않고 변경 및 수정을 행할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (11)

  1. 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은:
    건조 시멘트질 분말을 적어도 하나의 건조 시멘트질 분말 유입 포트를 통해 수평 연속 슬러리 혼합기 내로 공급하는 단계로서,
    상기 수평 연속 혼합기는
    내부 측벽을 갖는 수평 하우징에 의해 한정되고, 상류 단부 공급 섹션, 제 1 혼합 섹션, 및 제 2 하류 단부 혼합 섹션을 갖는 세장형 혼합 챔버로서, 제 1 혼합 섹션은 상류 단부 공급 섹션과 제 2 하류 단부 혼합 섹션 사이에 위치하는, 상기 세장형 혼합 챔버, 및
    상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부로부터 상기 세장형 혼합 챔버의 하류 단부까지 가로 지르며 상기 세장형 혼합 챔버 내에서 회전하는 적어도 한 쌍의 수평 배향 정합 셀프-와이핑 임펠러를 포함하고,
    상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부 공급 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러가 오거를 포함하며, 상기 건조 시멘트질 분말은 상기 세장형 혼합 챔버의 상류 단부 공급 섹션 내로 공급되고 상기 오거에 의해 제 1 혼합 섹션으로 이송되는, 상기 공급하는 단계;
    물을 포함하는 액체 스트림을 적어도 하나의 건조 시멘트질 분말 유입 포트의 하류에 있는 적어도 하나의 액체 스트림 유입 포트를 통해 연속 슬러리 혼합기의 세장형 혼합 챔버 내로 공급하고 건조 시멘트질 분말 및 액체 스트림을 제 1 혼합 섹션에서 혼합하여 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계로서,
    상기 제 1 혼합 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러는 상이한 원주 방향 위치에서 일정한 간격으로 상기 임펠러의 수평 배향 축 상에 장착된 제 1 복수의 혼합 패들을 포함하고, 상기 패들은 수평 하우징 내의 수평 배향 축을 중심으로 회전되고, 상기 패들은 상기 축으로부터 반경 방향으로 연장되는, 상기 시멘트질 슬러리를 형성하는 단계;
    적어도 하나의 강화 섬유 유입 포트를 통해 강화 섬유 스트림을 제 2 혼합 섹션으로 공급하고, 제 2 혼합 섹션에서 시멘트질 슬러리 및 강화 섬유를 혼합하여, 섬유-슬러리 혼합물을 형성하는 단계로서,
    상기 세장형 혼합 챔버의 상기 제 2 혼합 섹션 내의 각각의 수평 장착 임펠러의 적어도 일부분은:
    오거, 및
    상이한 원주 방향 위치에서 일정한 간격으로 상기 혼합기의 수평 배향 축 상에 장착된 제 2 복수의 혼합 패들로서, 상기 패들은 수평 하우징 내의 각각의 수평 배향 축을 중심으로 회전되고, 상기 패들은 상기 각각의 축으로부터 반경 방향으로 연장되는, 제 2 복수의 혼합 패들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는, 상기 섬유-슬러리 혼합물을 형성하는 단계; 및
    혼합기로부터 섬유-슬러리 혼합물을 제 2 혼합 섹션의 하류 단부에 있는 섬유-슬러리 혼합물 유출 포트를 통해 방출하는 단계로서,
    상기 시멘트질 슬러리 및 섬유는 상기 수평 연속 혼합기의 혼합 챔버에서 약 5 내지 약 240초의 평균 혼합 체류 시간 동안 혼합됨과 동시에, 혼합되는 동안 중심 회전 축이 30 내지 450 RPM으로 회전하는 회전 패들이 상기 섬유-슬러리 혼합물로 전단력을 가하여 균일한 섬유-슬러리 혼합물을 제조하며,
    상기 혼합기로부터 방출되는 섬유-슬러리 혼합물은 4 인치 길이와 2 인치 직경의 파이프를 사용한 슬럼프 테스트에 따라 측정된 4 내지 11 인치의 슬럼프를 가지며, 20RPM 속도에서 작동하는 스핀들 HA4 부착부를 구비하는 모델 DV-II+ Pro, 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer)를 사용하여 측정할 때 45000 센티푸아즈 미만의 점도를 가지는, 상기 방출하는 단계를 포함하는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합 챔버는 약 10 내지 60초의 평균 슬러리 체류 시간을 제공하며, 상기 중앙 회전축은 혼합하는 동안 50 내지 250 RPM으로 회전하며, 상기 혼합기로부터 방출된 섬유-슬러리 혼합물은 10000 센티 푸아즈 미만의 점도를 가지는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및/또는 제 2 혼합 섹션의 패들은 평평한 패들 및 나선형 패들로 구성되는 군으로부터 선택되며, 상기 평평한 패들 및 나선형 패들은 상기 패들이 축의 일부를 둘러싸도록 상기 축에 피팅되는 중앙 개구를 가지며, 상기 평평한 패들 및 나선형 패들은 상기 축으로 반대 방향으로 연장되는 대향 단부를 가지며, 상기 평평한 패들 및 나선형 패들은 상기 제 2 혼합 섹션의 패들 부분에 있는 제 2 혼합 섹션에서 사용되며 오거가 또한 상기 패들 섹션 전 및/또는 후에 있는 제 2 혼합 섹션에서 사용되며, 개별 축 상에 장착된 패들은 혼합기 축이 혼합기 작동 동안 회전 모드에 있을 때 중첩되지만 간섭되지 않는 배향인, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 혼합 섹션은:
    - 제 1 혼합 섹션에서 패들이 사용되고, 제 2 혼합 섹션에서 오거가 사용되는 구성,
    - 제 1 혼합 섹션에서 패들이 사용되며, 제 2 혼합 섹션에서 양 축 상의 오거가 사용되며, 양 축 상에 장착된 나선형 패들이 뒤따르는 구성,
    - 제 1 혼합 섹션에서 패들이 사용되며, 제 2 오거, 이에 뒤따르는 패들, 이에 뒤따르는 제 3 오거가 양 축 상에 장착되는 구성,
    - 제 2 혼합 섹션에서 평평한 또는 나선형 패들이 사용되고, 제 2 혼합 섹션에서의 패들이 (a) 핀과 헤드 및/또는 (b) 핀을 포함하는 구성으로 구성되는 군으로부터 선택되는 구성을 가지는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 평평한 및/또는 나선형 패들은 제 2 혼합 섹션의 축 상에 있으며, 상기 제 2 혼합 섹션의 축 상에 있는 모든 인접한 평평한 및/또는 나선형 패들은 각각에 대하여 0 내지 90도의 회전각을 가지며, 상기 제 2 혼합 섹션 내의 평평한 및/또는 나선형 패들의 수는 1 내지 10개인, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 섹션 및 제 2 섹션으로 구성된 군 중 적어도 하나의 구성원에서의 패들의 적어도 일부는 헤드 없이 핀을 포함하는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및/또는 제 2 혼합 섹션의 패들은 패들 헤드에 결합된 핀을 포함하고, 상기 핀은 수평 배향 축 상의 각각의 위치에 대한 패들 헤드의 피봇 회전을 가능하도록 수평 배향 축 및/또는 패들 헤드에 피봇식으로 결합되며, 상기 복수의 패들은 강화 섬유와 시멘트질 슬러리를 혼합하고 혼합되는 시멘트질 슬러리 및 강화 섬유를 섬유-슬러리 혼합물 유출구로 이동시키도록 배열되며, 상기 제 1 및 제 2 혼합 섹션의 패들은 각각 상기 패들 헤드에 결합된 핀을 포함하고 상기 제 2 혼합 섹션은 오거가 없는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및/또는 제 2 혼합 섹션의 패들은 패들 헤드에 결합된 핀을 포함하며, 상기 핀은 수평 배향 축 상의 각각의 위치에 대한 패들 헤드의 피봇 회전을 가능하도록 수평 배향 축 및/또는 패들 헤드에 피봇식으로 결합되며, 상기 복수의 패들은 강화 섬유와 시멘트질 슬러리를 혼합하고 혼합되는 시멘트질 슬러리 및 강화 섬유를 섬유-슬러리 혼합물 유출구로 이동시키도록 배열되며, 상기 제 1 및 제 2 혼합 섹션의 패들은 각각 상기 패들 헤드에 결합된 핀을 포함하고 상기 제 2 혼합 섹션은 오거가 없고, 상기 중앙 축 수직 단면에 대하여 넓은 표면을 갖는 상기 패들 헤드의 배향은 바람직하게는 약 10° 내지 80°인, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 패들의 전체 치수는 혼합기 챔버의 내부 둘레와 중앙 축으로부터 패들의 가장 먼 위치 사이의 간격(공간)이 바람직하게는 1/4" 미만이 되도록 하는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 시멘트질 슬러리 및 섬유는 상기 수평 섬유-슬러리 혼합기의 혼합 챔버에서 혼합되어, 섬유-슬러리 혼합물을 상기 섬유-슬러리 혼합기로부터 방출가능하게 하고 패널 제조 라인의 이동 표면 상에 연속 커튼으로서, 상기 패널 제조 라인의 이동 표면 상에 0.4 내지 1.25 인치 두께의 층으로서, 균일하게 적층되어 섬유 강화 콘크리트 패널을 제조하기에 적합한 일관성을 가지는 균일한 섬유-슬러리 혼합물을 생성하며, 상기 수평 섬유-슬러리 혼합기의 혼합 챔버는 약 10 내지 약 120 초의 평균 혼합 체류 시간 동안, 상기 수평 섬유-슬러리 혼합기의 혼합 챔버에서 상기 시멘트질 슬러리와 섬유를 혼합하면서 회전하는 패들이 섬유 슬러리에 전단력을 가하도록 적응 및 구성되는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 혼합 챔버의 패들 및 내부 측벽은 상기 패들과 내부 측벽 상에의 상기 시멘트질 슬러리의 축적을 최소화하기 위해 이형 물질로 코팅되는, 시멘트 복합 슬러리를 연속 제조하는 방법.
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