KR840001369B1 - 콘크리트의 냉각을 위한 슬러쉬의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

콘크리트의 냉각을 위한 슬러쉬의 제조방법

도면은 콘크리트 생산에서 사용되는 본 발명의 발명을 실시하기에 적당한 장치의 종단면도.

본 발명은 분리된 결빙액체입자와 액체와의 혼합물로 구성되는 유동성액체-고체혼합물의 제조방법에 관한 것이다.

초기에 비교적 낮은 온도 또는 열제거가 요구되는 여러 가지 산업공정에서, 미리 냉각된 하나 또는 그이상의 성분을 공정에 주입시켜 냉각시키는 방법이 제안되었었다. 이러한 형태의 공정으로 대표적인 것으로 콘크리트생산 및 염료의 합성등을 들 수 있다. 이러한 공정에서는 냉각된 한성분(바람직하게는 액체성분), 예를들면 콘크리트 생성에 주입되는 냉각된 물 (냉각수) 등의 사용을 제안하고 있다. 그러나, 많은 이러한 형태의 방법에서 제거되거나 수용될 수 있는 냉각량이나 열량이 요구되는 양보다 적으며 또다른 부가의 과정이 필요하다. 이러한 점에 있어서, 성분중의 하나가 물과같은 결빙될 수 있는 액체(예 : 물)라면 고체형태의 이러한 성분을 첨가하는 것이 가능하여 물질의 열융해에 의해서 제공되는 부가적인 정도의 냉각의 장점을 얻을 수 있다. 이론적으로 결빙성분이 용해되는 동안에 흡수되는 열량이 크므로 결빙물질의 첨가에 의한 이러한 직접냉각은 매우 유용한 기술이다. 예를들면 1파운드의 얼음이 용해되는 동안에 흡수되는 열은 1파운드의 액체의 물을 화씨 1도 상승시키는데 흡수되는 열의 144배이다.

얼음을 첨가해서 직접 냉각하는 방법은 염료산업과같이 수성반응 혼합물과 관계되는 산업에서 이용되고 있다. 특히 최근에는, 응결공정을 늦추어 가공콘크리트의 품질을 향상시키기 위해 콘크리트혼합물에 얼음을 첨가시키는 방법이 제안되어 있다. 이러한 공정에 있어서, 사용되는 얼음은 처리 또는 반응지시에 명시된 액체의 물과 분리되어 첨가하도록 제안되어 있다. 그러나 이러한 기술은 사용되는 얼음의 양을 정확히 측정하는데 문제가 있으며 적당량의 물이 공정에 첨가되지 못하는 불정확성의 문제가 있다. 즉, 사용된 물의 양이 우수한 생산품을 얻는데 매우 중요하다. 따라서, 너무 많은 양의 물이 콘크리트 혼합물에 첨가되면 가공된 생산품의 강도가 약해지며, 반대로 너무 적은양의 물이 콘크리트 혼합물에 첨가되면 혼합물을 섞고, 붓고 , 싣는데 어려움이 있으며 또한 부적당한 결합에 의해 콘크리트의 강도에 좋지못한 결과를 준다.

상기와 같이 제안된 기술로부터 발생하는 일반적인 부정확에 부가해서, 상기와 같은 제안방법의 사용에는 가격문제가 수반된다. 따라서, 많은양의 얼음을 사용해야하는 공정, 예를들어 100파운드 블록과 같은 많은 양의 얼음을 사용해야 하는 공정에서는 사용하기가 어려우며 짧은 시간에 많은 양의 얼음을 부수기 위한 기계의 가격도 매우 비싸다.

또다른 방법으로, 콘크리트와 같은 반응생성물의 간접냉각을 위해 한제(예 : 액체질소 : LIN)를 사용하는 방법이 제안되고 있는데, 이 방법은 액체(예 : 물)를 지니는 탱크속에 한제를 통과시켜 액체의 빙점에 가까운 온도로 액체를 냉각시키는 방법이다. 이러한 제한된 방법을 실시하기 위한 장치는 미합중국 특허 제3,672,182호에 기술되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 기술은 어느 정도의 한계내에서는 효과적이나 더 많은 냉각을 얻기위해 많은양의 한제를 주입하면 큰 얼음조각이 형성되어 냉각되는 공정속으로 쉽게 주입될 수 없거나 수용될 수 없다. 더우기, 작은 입자의 얼음혼합물이 탱크속에 형성되더라도 저장중에 따뜻해져서 냉각능력의 손실을 가져오는 일련의 난점이 생기게 되며 얼음이 물로부터 분리되어 불균일하고 예상치 못한 냉각능력이 발생할 수도 있다.

본 발명은 예견되는 고체(얼음)내용물의 슬러쉬를 제조하여 냉각능력을 향상시키는 간단하고 편리한 방법에 관한 것이다.

본 발명은 고체가 혼합물의 액체부분에서 냉각형태로 존재하고 있는 액체고체 혼합물의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 방법은 유동 가능하고 공정의 액체성분의 예측부분으로부터 형성되는 액체-고체 혼합물에 관한 것이다.

부가하면, 본 발명은 연속적인 액체상과 불연속적인 고체상으로 구성되는 유동 가능한 액체-고체 혼합물의 제조방법에 관한 것으로, 고체상은 액체의 분리된 냉각입자로부터 형성된 것이다. 본 공정은 폐쇄된 도관을 통하여 액체를 흐르게하는 동안 액체와 함께 흐르도록 유동하고 있는 액체속에 한제를 주입시키는 과정으로 구성된다. 흐르고 있는 액체와 한제가 접촉하는 동안 한제의 냉동력으로 인해 액체의 일부가 얼게된다. 액체가 계속 움직이며 교반이 팽창하는 한제에 의해서 계속 발생되기 때문에, 액체는 작은 분리된 고체입자로 결빙되어 액체-고체혼합물을 형성하게 된다.이러한 액체-고체 혼합물을 “슬러쉬”칭하며, 이 슬러쉬의 형성에 따라서 슬러쉬는 도관으로부터 배출된다.

본 발명에 따른 공정의 실행에 있어서, 한제와 접촉하기전에 액체흐름의 초기온도가 일반적으로 중요한 사항임이 알게 되었다. 만일 액체흐름의 초기온도가 그 빙점에 비해 너무높으면, 부적당량의 액체가 얼게되어 원하는 양보다 적은 고체를 갖는 슬러쉬 혼합물이 형성된다. 따라서, 한제가 주입되는 액체흐름의 온도는 액체의 빙점근처의 온도이어야 한다. 일반적으로, 이러한 온도는 액체의 빙점이상 약 10℉이하이다.

그러나, 한편 액체의 빙점보다 다소 높은온도로 한제와 접촉되기 전의 액체흐름의 초기 온도를 일정하게 유지해야 하는데는 여러이유가 있다. 설명된 것같이, 액체한제의 냉동수행성은 한제가 극히 저온이기 때문에 매우 간단하므로 빙점에서 액체물질과 액체한제가 접촉시키면, 정상정 액체물질의 순간적 결빙과함께 한제 인입장치지점과 그 부근에서 결빙된 고체물질의 형성을 야기시킨다. 한제 인입장치에서의 고체물질의 이러한 형성은 미합중국 특허 제3,672,182호에 설명된 것같은 가열된 랜스를 사용하여 극복되지만 흐름의 특정액체의 빙점이상 적어도 2℉인 유동흐름의 초기온도를 사용하여 문제를 해결하는 것이 바람직하다. 더우기, 한제와 접촉하기전에 유동흐름의 온도를 유지하기 위해 특정온도를 선택할 때, 유동흐름의 빙점이상 약 8℉미만의 온도, 특히 약 6℉미만을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 유동액체흐름의 빙점위의 약 4℉이상의 유동액체흐름의 온도를 사용하면 어떤 장점도 없을 것이다.

이러한 공정의 작동에 있어서, 액체한제가 주입되는 지점을 지나서도 액체물질의 일정한 이동을 유지시키기 위해 유동액체의 유속을 일정하게 유지시키는 것이 중요하며, 따라서 한제의 주입지점에서 고체의 형성을 피할 수 있으며, 도관내에서 결빙된 고체물질을 큰 입자로 형성되게하는 정지상태의 조건도 제거시킬 수 있다. 즉, 적어도 초당 약 1.5피이트의 표면유속이 만족스럽다는 것을 알게 되었다. 실제로, 유동액체흐름의 표면속도가 적어도 초당 약 2 또는 2.5피이트 바람직하며, 특히 적어도 초당 약 3피이트의 표면유속이 바람직하다. 일반적으로, 초당 약 15피이트를 널는 표면유속을 사용하여 얻어지는 장점은 없다. 입자유체가 도관의 완전한 횡단면을 점유하고 도관내의 어떠한 다른 유체의 존재를 무시한다는 가정을 근거로 표면 속도는 계산된다. 따라서, 유동액체의 표면속도는 속도(단위시간당 단위길이로 표시됨)를 야기시키는 도관의 횡단면적으로 액체의 유량(단위시간당 체적으로 표시됨)을 나누어서 계산된다. 이러한 계산은 도관내에서의 한제의 실제점유를 고려하지않고 계산된 것이다.

알 수 있듯이, 한제와 유동액체 흐름사이의 접촉시간은 도관의 크기, 도관의 길이 및 사용된 한제와 유동액체의 상대적인 양과 같은 여러 요소에 따라 다르다. 보통 한제의 주입으로부터 슬러쉬의 배출까지 일정한 시간간격으로 측정되는 이러한 접촉시간은 약 0.001초만큼 낮게할 수 있다. 접촉시간이 적어도 0.002초일 때 바람직하며 약 0.005초보다 클 때 더욱 바람직하다. 실제로, 접촉시간은 10초 미만으로 국한되는데, 이는 주입되어 유동액체와 접촉된 후 매우짧은 시간내에 한제에 의해 대부분의 열흡수가 일어나기 때문이다. 따라서 약 5초 미만 심지어 약 3초 미만의 접촉시간이 바람직하며, 일반적으로 접촉시간은 약 2초 미만이다.

슬러쉬 혼합물의 형성을 빠르고 효과적으로 하기 위해 한제와 유동액체의 무게비를 일정하게 유지시키는 것도 또한 중요하다. 이러한 무게비는 적어도 0.05:1 이상이며 일반적으로는 적어도 0.1:1이상이며 0.2:1보다 클 때 바람직하다. 반대로, 2:1을 초과하는 무게비는 이롭지 못하며 따라서 이러한 무게비는 최소한 1:1로 유지시키는 것이 좋다.

본 발명의 공정을 상기에 기술된 파라미터의 범위내에서 작동시키면, 비록 본 발명의 공정에 따른 유량은 1분당 150갈론 미만이라 하더라도 1분당 약 20갈론만큼 높은 유량의 액체를 처리하는데 사용될 수도 있다. 대개, 본 발명은 1분당 100갈론 미만의 유량 또는 1분당 80갈론미만의 유량으로 작동시키는데 이용된다. 실제로 요구되는 유속을 유지하기 위해서, 액체흐름의 유량은 적어도 분당 20갈론이다. 양호한 한제의 유량은 적어도 1분당 약 3갈론내지 1분당 약 100갈론이다. 액체와 한제의 두 유량은 액체의 용해열, 한제의 냉동능력 및 도관의 크기와 같은 여러요소에 따라 다르다.

본 발명을 보다 자세히 설명하기 위해서, 첨부된 도면을 참조하여 콘크리트 생산과 관계되는 본 발명의 방법을 실시하는데 적당한 장치를 설명한다.

제1도에서, 콘크리트 혼합기는 도번(10)으로 도시된다. 또한 본 발명을 실시하는 슬러쉬 제조장치(12)가 도면에 도시되어 있다. 콘크리트 혼합기(10)으로부터 먼 슬러쉬 제조장치(12)의 단부에 물 인입라인을 구성하는 T조인트(14)와 이 T조인트를 갖는 몸체(16)이 위치하고 있다. T조인트(14)의 아암부분(18)이 T조인트와 마주보는 단부에 연결플랜지(20) 및 (22)와 연결되어 있다. 도면에서처럼, 플랜지(20)은 콘크리트 혼합기(10)으로부터 먼 아암부분(18)의 단부에 위치하고 있다. 한단부는 액체질소의 근원부(도시되지 않았음)에 연결되고 다른단부는 아암부분(24)을 통하여 연장하는 액체질소(한제)인입라인(26)과 밀폐결합을 확립하는 구멍을 지니는 시일(24)가 플랜지(20)에 연결된다.

T조인트(14)의 플랜지(22)가 플랜지(30)에 의해서 슬러쉬랜스(28)과 연결된다. 작동하는데 있어서, 물과 액체질소가 T조인트(14)속으로 함께 들어와서 T조인트(14)로부터 슬러쉬랜스(28)을 통하여 유동되는 동안 얼음과 물의 유동혼합물이 형성된 후, 슬러쉬혼합물은 슬러쉬랜스(28)로부터 콘크리트 혼합기(10)으로 이동된다.

보다 상세히 말하면, 도면에 도시된 장치는 물이 물인입라인(16)을 통해 T조인트(14)의 아암부분(18)속으로 유동됨으로써 작동되며, 동시에 액체질소(LIN)와 같은 한제는 액체질소 인입라인(26)에 의해서 T조인트(14)속으로 주입된다. 일반적으로, 라인(16)을 통해서 주입되는 물의 양은 뒤따르는 콘크리트의 특수한 처리에 따라 정확하게 측정된 예정양이다.

시스템속으로 주입되고 공지되고 예정된 물의 양에 따라, 필요로하는 액체질소의 양을 정할 수 있으며, 이 액체질소는 액체질소 인입라인(26)을 통해 주입되는데, 주입되는 액체 질소양은 라인(16)을 통해 주입되는 물의 몰의 빙점으로 냉각시켜 필요로하는 고체얼음으로 빙결시키기에 충분한 양이다. 물과 고체얼음의 혼합물(슬러쉬)이 계속적으로 생산되어 슬러쉬랜스(28)를 통해 콘크리트에 대한 냉각매체로서 작용하고 있는 콘크리트 혼합기속으로 직접 주입된다. 시스템속도로 들어가는 물의 총유량이 정확하게 측정되고 미리 결정될 수 있기 때문에, 또한 냉각량이 주입되는 액체질소의 양에 의해서 정확하게 결정될 수 있기 때문에, 최종콘크리트 생성물에서의 물의 양과 온도를 정확하게 확정시킬 수 있다.

[실시예 1]

본 실시예에서, 도면의 제1도에서 도시된 형태의 장치는 한제로서 액체질소를 사용하여 얼음-물 슬러쉬 혼합물을 생산하는데 사용된다. 액체인입라인, T형의 아암 및 슬러쉬랜스는 3인치 크기의 내경을 지닌다. 그러나, 액체질소 인입라인은 1인치 크기의 내경을 지닌다. 본 실시예는 인입되는 물의 여러온도 및 유량에서 그리고 액체질소의 여러유량에서 행해졌다. 더우기, 3내지 20피이트의 여러다른 길이를 갖는 슬러쉬랜스가 또한 본 실시예에 사용된다. 슬러쉬 랜스의 길이와 유량에 따라 접촉시간은 약 0.2내지 약2초이다. 여러실험에서의 여러가지 작동 파라미터수가 다음 표 I에 명시되어 있다.

[표 1]

Claims (1)

1. 액체를 폐쇄도관으로 흐르게하고 액체와같이 흐르도록 액체한제를 액체에 주입함으로써 고체-액체 혼합물을 형성시킨 후 이 혼합물을 도관으로부터 배출시키는 단계로 구성되며, 한제가 주입되는 액체의 온도는 액체의 빙점이상 약 2℉-10℉로 유지되며 한제의 주입과 혼합물 이동사이의 접촉시간은 약 0.001-10초로 유지되며 액체의 표면속도는 최소한 1초당 약 1.5피이트이며 한제와 액체의 중량비는 0.05:1-2:1인 것을 특징으로 하는, 액체의 분리된 결빙입자인 불연속 고체상과 연속 액체상으로 구성되는 유동성의 액체-고체 혼합물을 제조하는 방법.

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