KR100256864B1 - 용융물질의 입상화장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

입상화 장치는 입상화될 용융 물질의 흐름이 부어지는 회전 분무기(1)를 포함한다. 상기 분무기(1)의 회전으로 용융 물질이 작은 입자 형태로 배출된다. 어떠한 유체 분사도 용융 물질을 분쇄하기 위해 사용되지 않는다. 작은 입자는 밀폐실(6)을 통하여 통과하고 환형 홈통(10)에 집적되는 입상을 형성하도록 부분 냉각된다. 홈통내의 입상의 원주 방향 이동이 홈통(10)으로부터 적어도 하나의 출구를 향하여 유도되도록 홈통(10)내로 가스가 분사된다.

Description

용융 물질의 입상화 장치 및 그 방법

본 발명은 용융 물질을 입상화(粒狀化)하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 상기 용융 물질은 철과 같은 금속, 산화티타늄과 같은 산화 금속, 금속 생산 공정의 부산물로서 발생하는 슬래그와 같은 비금속 또는 상기 물질들의 혼합물 등이 될 수 있다. 본 발명은 특히 철 용광로에서 떨어져 나온 슬래그의 입상화에 적용할 수 있다. 입상 슬래그는 콘크리트 제조시에 포틀랜드 시멘트(portland cement)의 대체물로서 사용될 수 있다.

영국-B-2148330호는 슬래그의 입상화 방법과 장치를 개시하고 있다. 입상화 장치는 밀폐실내에 배치된 회전 분무기를 포함한다. 밀폐실의 기저부는 유동성 베드(fluidised bed)를 포함하는 호퍼형으로 되어 있다. 사용시에 용융 슬래그의 흐름은 슬래그가 시트 또는 리본으로서 분무기에서 배출되도록 일정한 속도로 회전되는 분무기에 부어진다. 분무기를 둘러싸는 노즐로부터 분사되는 공기 분사가 시트 또는 리본에 충돌하여 시트 또는 리본을 입상으로 분쇄시키고 입상에 상향 운동을 제공한다. 그후 입상은 밀폐실의 기저부를 향하여 떨어지고 그것이 제2 공기 역류 흐름을 통과한 후 유동성 베드내로 들어간다.

상기 장치와 방법은 시트나 리본을 입상 형태로 잘게 분쇄하기 위해 시트나 리본에 충돌하는 공기 분사를 제공할 필요가 있다는 단점을 가지고 있다. 슬래그 시트나 리본을 분쇄하기에 충분한 힘을 갖는 공기 분사를 제공하고 입상에 상향 운동을 제공하기 위해 상당한 입력 에너지가 필요하다.

회전 플레이트에서 배출된 슬래그를 분쇄하기 위하여 공기 분사를 사용하지 않고 용융 슬래그를 입상화하는 급속 회전 플레이트를 포함하는 분무기가 독일-A-2211682호에 공지되어 있다. 상기 독일 특허 출원에서는 수평의 내화성 라이닝(refractory-lined)된 플레이트가 밀폐실의 수직축을 중심으로 회전한다고 개시하고 있다. 용융 슬래그의 흐름은 회전 플레이트에 부어져 방울의 형태로 플레이트에서 떨어진다. 상기 방울은 밀폐실의 내측벽에 대하여 충돌하고 상기 벽의 원추형으로 렴하는 하부를 따라 분무기 아래의 출구점으로 흘러간다.

상기와 같은 형태의 입상화 장치는 밀폐실의 내측벽에서 출구점으로 흘러 내려가는 입상에 의존하기 때문에 높은 신뢰도를 갖지 못한다. 만약 입상의 일부가 벽에 붙기라도 하면 그로 인해 다른 입상이 벽아래로 흘러가지 못하게 되어 바로 벽에 경화성 입상이 축적된다.

본 발명의 목적은 종래기술의 장치의 단점을 극복하는 용융 물질의 입상화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 입상화 장치는 밀폐실과, 상기 밀폐실내에 배치된 회전 분무기와, 사용시 용융 물질이 유동 분사 없이 작은 입자(globules)로 분쇄되고 상기 입자가 밀폐실내에 산포되도록 분무기로 용융 물질을 이송하는 수단과, 적어도 부분적으로 냉각된 작은 입자로 형성된 입상을 집적하기 위해 분무기를 둘러싸는 환형의 상부 개방된 홈통과, 홈통으로부터 적어도 하나의 출구를 향해 홈통내 입상의 원주방향 운동을 유도하도록 홈통내로 가스를 분사하는 수단을 구비하고 있다.

분무기를 둘러싸는 홈통은 입상을 축적하고 냉각하여 공정중에 입상의 이동베드를 형성한다. 베드의 원주방향 운동은 슬롯이 형성된 플레이트 또는 가스 분배기를 통하여 수평에 대해 작은 각도로 베드내로 분사되는 가스, 보통은 공기에 의해 이루어진다. 입상 베드는 홈통에서 하나 이상의 출구로 홈통 주위를 원주 방향으로 이동한다.

입상화는 홈통내에서 아무런 용융 물질 없이 시작할 수도 있는데, 이 경우 입상 베드는 서서히 축적되거나, 또는 이전 작동에서 냉각된 입상의 베드는 냉각 공정을 조장하기 위해 홈통내에 잔존할 수도 있다. 베드의 운동은 고온 입상과 분사 가스사이 및 고온 입상과 저온 입상사이의 열 전달을 촉진하도록 작용한다.

슬롯이 형성된 플레이트와 홈통의 설계는 원주방향의 운동을 증진하도록 슬롯을 통하여 비교적 고속의 가스 속도를 가능하게 한다. 동시에, 입상 베드의 깊이는 상기 고속의 슬롯 속도가 베드내에서 분산되어 베드를 통해 비교적 낮은 표면가스 속도를 일으키게 한다. 이러한 장치의 잇점은 커다란 일루트리에이션(elutriation)을 피하고 비교적 조밀한 베드를 유지하면서 넓은 범위의 입자 크기를 다룰 수 있다는 것이다.

어떤 적용 분야에서는, 약간 기울어진 홈통 기저부를 사용함으로써 홈통 출구를 향하는 원주 방향의 입상 운동을 수정하는 것이 가능하다.

회전 분무기는 소정의 슬래그 방울 궤도를 증진시키는데 적합한 상부 표면을 가지는 내화성 물질의 두꺼운 판(disc)을 구비한다. 상부 표면은 소정의 궤도, 슬래그 유속, 컵 속도 범위의 내역 및 소정의 입자 크기 범위에 의존하여 보다 크게 들어가거나 작게 들어갈 수도 있다. 본 장치는 장치 아래의 적당한 덮개 밑에 배치된 전기 모터에 의해 수직축을 중심으로 회전된다. 장치의 회전 속도는 슬래그 유속의 함수로서 조절되며, 즉 유동이 빠르면 방울 궤도와 크기의 분포를 유지하기 위하여 빠른 회전 속도를 필요로 한다. 이와 같은 이유로 전기 모터는 변속 구동장치(인버터)에 의해 구동된다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 용융 물질의 입상화 방법은 용융 물질의 흐름이 밀폐실내에 배치된 회전 분무기로 전달되고, 분무기의 회전 속도는 용융 물질이 유체 분사를 이용하지 않고 작은 입자의 형태로 분무기에서 배출되도록 하며, 밀폐실내를 통과하는 작은 입자가 입상을 형성하도록 적어도 부분적으로냉각을 일으키고, 입상이 분무기를 둘러싸는 환형의 상부 개방된 홈통내에 축적되고, 홈통에서 하나이상의 출구를 향해 홈통내 입상의 원주방향 이동을 유도하기 위해 홈통내에 가스가 분사되는 단계로 구성된다.

회전 분무기에서 배출된 용융 물질의 작은 입자는 밀폐실의 주위벽을 향해 외향으로 비행한다. 작은 입자가 취하는 행로는 일정 범위까지 작은 입자의 크기에 달려있다. 작은 입자는 수직 평면은 물론이고 수평 평면에도 산포된다. 따라서 작은 입자는 밀폐실내의 공기와 접촉하게 되고, 작은 입자의 이동중에 작은 입자와 공기간의 열전달은 작은 입자가 입상을 형성하도록 적어도 부분적으로 고체화시킨다. 입상의 일부분은 환형 홈통으로 바로 떨어지고, 그외의 것들은 홈통으로 떨어지기 전에 먼저 밀폐실의 측면벽에 충돌한다. 이 때문에, 밀폐실의 측면벽이 홈통의 상부보다 높은 곳에 있는 부분을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 높은 부분은 홈통의 상부에 이르는 하단부와 함께 환형으로 되어 있다. 상기 측면벽의 부분은 양호하게는 벽의 후방에 장착된 재킷(Jacket)내에 액체를 순환시킴으로써 냉각된다. 이와 달리, 상기 측면벽의 부분이 하향을 향하는 개구부를 가질 수 있으며, 냉각 가스가 개구부를 통하여 밀폐실내로 향하도록 하는 수단이 제공된다. 냉각벽 또는 벽내의 개구부를 통과하는 공기는 입상이 벽에 붙는 것을 방지하여 입상이 벽을 지나 홈통내로 떨어지도록 작용한다.

분무기에서 배출된 다른 작은 입자 또는 입상의 일부는 홈통내에 이르지 못할 것이며, 양호하게는 경사면이 회전 분무기로부터 홈통의 인접하는 상부 에지까지 하향으로 연장되어 있다. 양호하게 상기 표면은 개구부를 가지며, 가스는 개구부를 통하여 표면의 상부 측면을 향하게 된다. 가스와 경사 표면은 표면상에 축적된 입상을 홈통내로 이동하도록 조장한다.

예를 들면, 예정된 배출 가스 온도를 초과하지 않도록 밀폐실내에 작동 온도를 조절하는 수단이 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 배출 가스 온도는 400℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 작동 온도는 어느 정도까지는 분무기에 공급되는 용융 물질의 속도에 의해 결정된다. 어떤 이유로 용융 물질의 유속이 갑자기 증가하면 배출 가스 온도는 소정 수준의 온도를 초과할 수 있다. 이 때문에, 배출 가스 온도를 조절하는 수단은 밀폐실내로 수분 안개를 도입하는 스프레이 또는 분무기를 포함할 수 있다. 상기 수분 안개는 증발에 의해 밀폐실에서 열을 감소시키는 작용을 하고 밀폐실 내의 공기 온도를 하강시킨다. 수분 안개는 완전 증발되어 밀폐실내의 어떠한 표면도 습기차게 하지 않고 또한 입상 제조물도 습기차게 하지 않는다. 밀폐실내의 실제 온도와 밀폐실내의 예정된 요구 온도를 비교하고 그에 따라 밀폐실내에 가해지는 수분 안개량을 조절하는 간단한 조절 회로가 사용된다. 수분 안개는 작동 온도를 조절하는데만 사용되고 작은 입자의 용융 물질의 분쇄를 조장하지 않는다.

보다 쉽게 본 발명을 이해하기 위해서 첨부된 도면을 참고하여 실시예에 의해서 설명될 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 장치의 단면도이다.

제2도는 제1도의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도이다.

제도는 제1도의 선 Ⅲ-Ⅲ에서 취한 역전 평면도(Inverted plan)이다.

용광로에서 부산물로 생성되는 슬래그를 입상화하기 위한 입상화 장치는 용융 슬래그를 도관을 따라 통과시켜 분무기에 붓는 도관을 갖는 회전 분무기와, 분무기를 둘러싸는 환형 홈통 및 분무기와 홈통이 배치되는 밀폐실로 구성된다.

제1도를 참조하면, 회전 분무기(1)는, 예를 들면 변속 구동 장치로 구동되고 수직 구동축을 갖는 고정 전기 모터를 구비한다. 구동축에는 접시나 컵 형태인 내화성 부재(4)를 지지하는 플랜지(3)가 장착된다.

상기 접시나 컵 형태의 내화성 부재는 상향으로 오목 표면을 가지고 수직축을 중심으로 회전된다. 접시나 컵 형태의 내화성 부재의 회전 속도는 가변한다. 분무기는 일반적으로 원통형 밀폐실(6)내에 배치되고, 용융 슬래그를 이송하는 이송관(7)은 밀폐실 외부에서 분무기(1)의 상부 위치까지 연장되어 있다. 출구 노즐(8)은 이송관(7) 아래로 흐르는 용융 슬래그가 내화성 부재(4)의 오목 표면으로 흘러서 떨어지도록 한다. 분무기(1)를 둘러싸는 환형 홈통(10)이 제공되며 홈통의 상부는 내화성 부재(4)보다 낮은 곳에 위치한다. 절두 원추형 표면(11)은 회전 분무기에서 홈통의 인접한 상부 에지까지 하향으로 연장된다. 홈통의 상부보다 높게 위치하는 측면벽의 부분(6A)은 홈통의 상부에 이르는 하단부를 가지고 있다. 밀폐실은 적어도 하나 이상의 배출 파이프(14)가 통과하는 상부 구조물(12)에 의해 덮여 있다. 밀폐실 측면벽의 부분(6A)은 벽을 냉각시키기 위해 재킷을 통하여 순환될 냉각 용액을 비축하며 외부에 장착된 워터 재킷을 가질 수도 있다. 그러나 도시된 장치에서 측면벽의 상부 부분은 이곳을 통과하는 하향을 향하는 개구부(15)를 가지고, 벽뒤의 공동 케이싱(casing)은 냉각 가스, 보통은 공기가 개구부를 통하여 밀폐실내로 향할 수 있도록 한다. 공기의 흐름은 홈통(10)을 향해 하향으로 흐른다. 유사하게, 절두 원추형 표면(11)은 이곳을 통과하는 개구부를 가지고, 표면 아래의 케이싱은 가스, 보통은 공기가 개구부를 통하여 표면의 상부 측면을 향할 수 있도록 한다. 개구부를 통하는 공기 흐름의 방향은 홈통(10)을 향한다.

제2도와 제3도를 참조하면, 홈통(10)의 기저부는 공급원(도시안됨)으로 부터 압력 상태의 공기가 공급되는 윈드 박스(wind box ; 20)를 구비한다. 공기는 박스의 상부에 형성된 슬롯을 구비하는 구멍(21)을 통하여 배출된다. 구멍(21)은 홈통 주위에서 단일 원주 방향으로 공기 박스로부터 배출된 공기를 인도하도록 최고 25°의 각도로 기울어져 있다. 홈통의 원주 주위에는 여러 곳에 다수의 추출점 또는 출구(22)가 위치한다. 도시된 장치에는 8개의 추출점이 제공된다. 각각의 추출점(22)은 윈드 박스(20)를 통하여 홈통의 바닥으로 연장되는 도관(22') 또는 홈통의 측면벽의 해치(hatch ;22")로 구성된다. 각각의 도관(22') 또는 해치(22")의 하단부는 각각 직접적으로 또는 경사 슈트(chute;26)를 경유하여 한쌍의 컨베이어 벨트나 또는 한쌍의 드래그 링크 컨베이어(drag link conveyer;25)중의 하나 또는 또 다른 하나 위에 위치된다. 컨베이어는 단일의 집합점(27)을 향하여 수렴될 것이다.

사용시 용융 슬래그는 이송관(7) 아래로 흐르게 되며 슬래그 유속에 따라 보통 750rpm 내지 1200rpm의 속도로 회전하는 분무기(1)의 내화성 부재(4)위로 흘러 떨어진다(필요하면 상기 범위 이상의 속도도 가능하다). 슬래그는 밀폐실내로 산포되는 작은 입자의 형태로 회전하는 내화성 부재(4)에서 외향으로 배출되고, 밀폐실내에서 적어도 작은 입자의 외부 표피를 경화하여 그것이 입상이 되도록 각각의 작은 입자와 공기간의 열전달이 이루어진다. 많은 입상은 홈통내로 곧바로 떨어지며, 반면에 다른 입상들은 벽아래를 따라 홈통내로 떨어지기 전에 측면벽(6A)에 충돌한다. 다른 입상은 표면(11) 위로 떨어질 것이고, 표면내 개구부를 통한 공기 흐름은 입상을 표면 아래로 이동시켜 홈통내로 이동되도록 한다. 홈통(10)의 원주 방향으로 공기 흐름을 순환시키기 위하여 윈드 박스(20)에서 구멍(21)을 통해 공기가 통과된다. 순환 공기 흐름은 홈통 내에 존재하는 입상을 다음 출구(22)에 도달할 때까지 홈통의 일부 주위에서 움직이게 한다. 많은 입상은 출구(22)를 통해 홈통을 떠나지만, 출구를 통해 나가지 못한 입상은, 홈통에서 배출될 기회를 제공하는 다음 출구(22)로 윈드 박스로부터의 공기 흐름에 의해 이동될 것이다. 출구를 떠난 입상은 컨베이어(25)에 축적되고 집합점(27)으로 이동된다. 홈통(10)이 원주 방향으로의 이동식 베드를 포함한다는 것은 중요한 것이다. 입상은 홈통내의 공기 흐름에 의해 홈통 주위에서 이동되지만, 비교적 고속의 공기 속도가 이를 위해 필요로 할지라도 작은 입자들의 커다란 일루트리에이션을 방지하고 비교적 조밀한 베드를 유지하는 낮은 공기 속도가 베드내에서 발생한다.

밀폐실내에서 발생된 고온의 공기는 배출 파이프(14)나 또는 그 각각의 파이프를 통하여 밀폐실 밖으로 통과되고 그 열은 설비이외의 곳에서 유익하게 사용될 수도 있다. 밀폐실내 공기의 온도를 예정 수준보다 낮게 유지하기 위하여 적어도 하나의 시스템이 밀폐실내에서 내화성 부재(4)부근의 편리한 곳에 지지되는데, 상기 시스템은 복수개의 노즐(33)이 연결된 파이프(32)를 구비한다. 수분은 미세한 안개 형태로 노즐을 통하여 분사하기 위해 파이프를 통해 순환된다. 안개를 만들기 위한 종래 노즐의 대체물로서 공기 작동식 분무기를 사용할 수도 있다. 밀폐실내로 분사된 안개는 밀폐실내에 존재하는 열에 의해 증발되어, 밀폐실내의 어떠한 표면도 젖지 않지만 수분의 증발은 밀폐실내의 공기 온도를 하강시킨다. 그러므로, 밀폐실내의 공기 온도를 탐지하여 예정치와 비교하는 제어 회로(도시안됨)를 사용하는 것이 편리하다. 공기의 온도가 예정치에 도달했을 때, 온도를 하강시키기 위해 안개가 밀폐실내에서 발생된다. 이와 같은 방법으로 상기 온도는 예정치보다 낮게 하강되어야 한다.

Claims (15)

1. 밀폐실(6)과 상기 밀폐실내에 배치된 회전 분무기(1)와, 사용시 유체분사를 사용하지 않고 용융 물질이 작은 입자로 분쇄되고 상기 작은 입자가 밀폐실내에서 산포되도록 용융 물질을 분무기로 이송하는 수단(7)과, 부분 냉각된 작은 입자로 형성된 입상을 집적하도록 분무기를 둘러싸는 상부 개방된 환형 홈통(10)과, 상기 홈통내의 작은 입자를 홈통에서 하나이상의 출구(22', 22")를 향해 이동시키는 수단을 구비하는 용융 물질의 입상화 장치에 있어서, 상기 홈통(10)은 그 기저부에 위치한 구멍(21)과 상기 구멍(21)을 통해 홈통으로 가스를 분사하도록 설치된 수단(20)을 가지며, 상기 구멍은 원주 방향의 가스유동이 상기 홈통내에서 발생되도록 방향이 설정되고, 상기 가스 유동은 홈통내의 입상을 하나 이상의 출구(22', 22")를 향해 이동시키는 것을 특징으로 하는 용융물질의 입상화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 홈통으로부터의 각각의 출구는 홈통의 기저부를 통해 연장되는 도관(22')에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전 분무기는 수직축을 중심으로 회전가능한 내화성 부재(4)를 구비하며, 상기 용융 금속의 이송 수단은 용융 금속이 내화성 부재위로 떨어질 수 있는 내화성 부재의 상부 위치로 밀폐실의 외측에서 연장하는 이송관(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밀폐실의 측면벽은 홈통(10)의 상부보다 높은 곳에 위치되는 부분(6A)을 포함하고, 상기 부분은 홈통의 상부에 이르는 하단부를 갖는 환형인 것을 특징으로 용융 물질의 입상화 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 측면벽의 부분은 액체 냉각되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 측면벽의 부분(6A)은 하향을 향하는 개구부(15)를 가지며, 상기 개구부를 통해 냉각 가스를 밀폐실내로 향하게 하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 용융물질의 입상화 장치.
7. 제1항에 있어서, 경사 표면(11)이 회전 분무기로부터 인접한 홈통의 상부 에지까지 하향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 표면(11)은 개구부를 가지며, 상기 개구부를 통해 표면의 상부측으로 가스를 향하게 하는 수단이 설치되고, 이러한 구성에 의해 사용시에 상기 가스가 표면위에 축적된 입상을 환형 홈통으로 향하게 하도록 작동되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
9. 제1항에 있어서, 증발에 의해 밀폐실내의 열을 제거하도록 밀폐실내로 수분 안개를 도입하는 수단(32, 33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 수분 안개를 도입하는 수단은 수분 스프레이 또는 공기 작동식 수분 분무기를 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 장치.
11. 용융 물질의 흐름이 밀폐실내에 배치된 회전 분무기로 이송되고, 유체분사를 사용하지 않으면서 작은 입자의 형태로서 분무기로부터 용융 물질을 배출시키는 분무기의 회전 속도를 가지며, 밀폐실내의 작은 입자의 통과로 인해 작은 입자를 부분 냉각시켜 입상을 형성하며, 상기 입상이 분무기를 둘러싸는 환형의 상부개방된 홈통내에 집적되는 용융 물질의 입상화 방법에 있어서, 상기 홈통(10)의 기저부에 있는 구멍(21)을 통해 도입되는 가스는 홈통(10)으로부터 하나이상의 출구(22', 22")를 향해 홈통(10)내에서 입상(30)의 원주 방향운동을 유도하도록 홈통(10)내로 분사되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 방법.
12. 제11항에 있어서, 홈통내에 집적된 고온 입상으로부터의 열전달을 조장하도록 미리 형성된 일정량의 냉각 입상이 홈통내에 존재하는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 용융 물질의 흐름이 회전 분무기의 내화성 부재상에 부어지고, 상기 부재는 수직축을 중심으로 회전되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 밀폐실내의 작동 온도는 수분 안개의 증발에 의해 열을 제거하도록 밀폐실내로 수분 안개를 분사함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 방법.
15. 제11항, 제12항 또는 제14항에 있어서, 상기 용융 물질은 슬래그인 것을 특징으로 하는 용융 물질의 입상화 방법.