유동성
유동성은 물질의 고정된 특성이 아니라, 분말, 첨가제 및 혼합 공정의 상호 작용을 통해 형성됩니다. 특히 유동성이 낮은 분말의 경우, 혼합 방식에 따라 극소량의 유동 보조제가 효과를 발휘할 수 있는지 여부가 결정됩니다. 효율적이고, 짧으면서도 동시에 재료에 무해한 혼합 공정이 필수적입니다. 그래야만 첨가제가 입자 간 접촉면에 정확하게 분포될 수 있으며, 불필요한 압축, 분리 현상 또는 응집체 형성을 유발하지 않습니다.
유동성을 평가하기 위해 다양한 지표가 활용됩니다. 간단하고 실용적인 지표로는 경사각(또는 적재각)이 있습니다. 이는 자유롭게 쌓인 분말 원뿔의 경사각을 나타내며, 다음의 기하학적 공식으로 계산됩니다:
tan(α) = H/R
- • α는 경사각
- • H는 적재 원뿔의 높이
- • R은 밑면의 반지름
경사각이 작을수록 유동성이 좋음을 나타내고, 경사각이 클수록 응집성이 있거나 유동성이 나쁨을 나타냅니다. 경사각은 유동 보조제의 사용에 민감하게 반응하지만, 이는 보조제가 균일하게 분포되었을 때만 재현 가능합니다. 바로 이 점에서 적절한 혼합 개념의 중요성이 드러납니다.
신뢰할 수 있는 정량적 설명을 위해 앤드류 제니크(Andrew Jenike) 전단 실험이 자주 사용됩니다. 이 실험은 일축 압축 강도 σc와 주법선 응력 σ1 사이의 관계를 설명하는 소위 유동 함수 FF를 제공합니다:
FF = σ1/σc
이러한 특성치를 바탕으로 분말을 분류하고 사일로 내 유동 경로를 결정할 수 있으며, 이는 배출구 설계, 벽면 경사도 및 배출 보조 장치 설계 등에 활용됩니다. 유동 함수가 높을수록 재료의 유동성이 우수합니다. 예를 들어 FF<4인 분말은 유동성이 낮은 것으로 간주되는 반면, FF>10인 물질은 자유롭게 유동합니다.
핵심적인 상관관계는 여전히 유효합니다. 유동 보조제는 양이 아니라 분포를 통해 효과를 발휘합니다. 효율적이고 재료에 부담을 주지 않는 혼합 공정은 유동성을 효과적으로 개선하고, 경사각을 줄이며, 유동 함수를 변화시킬 수 있습니다. 이를 통해 이송부터 저장, 계량에 이르는 전체 공정 체인을 안정화할 수 있습니다.