KR100500480B1 - 고체의 건식 연삭 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

고체의 건식 연삭 방법 및 장치는 유동 베드의 제어된 와류에서 초기 거친 연삭을 행하고, 고체의 미세한 입자들을 와류 연삭 영역으로 일반적으로 상향으로 향하게 하며, 입자들의 일부를 와류 연삭 영역을 통과시킴으로써 와류 연삭 영역에서 상향으로 향한 고체 입자들을 연삭하는 공정을 포함한다. 와류 연삭 영역은 적어도 하나의 연속적으로 수직하게 배치된 연삭 스테이지를 포함하고, 이 연삭 스테이지는 원형 구멍을 가진 고정 플레이트에 의하여 한정되는 환형 갭의 적어도 하나의 수평 와류 영역을 통하여 상향으로 입자들을 통과시키는 공정과, 이후에 원심력방출 팬으로 중력 분리에 의해 거친 입자들을 제거하는 것에 의해 상향으로 이동하는 생성물 혼합물을 정화하는 공정과, 내부의 커다란 메시 스크린을 가진 회전 조립체에 의하여 한정되는 회전 반투과성 수단의 수직 와류로 상향으로 입자들의 나머지 부분을 향하게 하는 공정을 포함한다.

Description

고체의 건식 연삭 방법 및 장치

본 발명은 고체의 건식 연삭을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

오늘날 건식 연삭 공정은 소정의 미세 파편을 씻어 걸러내고 거친 입자를 연삭실로 돌려 보내는 내부 분급기에 장착된 해머밀, 충격밀, 볼밀, 보울밀 또는 롤러밀을 사용하여 실용화되어 있다. 초미세(superfine) 및 극초미세(ultrafine) 연삭을 위해 유사한 배열이 진동밀, 충격-마찰밀 또는 제트밀과 함께 사용되고 있다. 현행 밀(mill)은 모두 미세 연삭시에 효율이 떨어지고, 과다한 에너지를 사용하며, 상당히 심한 마모를 나타낸다.

종래 밀에서, 기계적 충격에 의한 고체의 건식 연삭은 연삭 공정 중에 형성된 고체의 미세한 파편이 더 커다란 공급 입자에 정전기적으로 부착되어 후속 충돌중에 미세한 파편을 충격으로부터 완충시키고 따라서 연삭 효율을 떨어뜨리는 단점을 가지고 있다.

제트밀이 충격밀의 정전기 문제를 가지고 있지 않지만, 제트밀이 고압 가스를 사용하기 때문에, 이들은 높은 에너지 조건, 높은 유지성 및 제한된 용량을 가진다.

미국 특허 제3,071,330호에는 수직하게 주름진 스테이터를 지나서 이동하는 방사방향 블레이드를 갖는 로터를 사용하고, 이에 의해 상기 재료가 고저 압력을 변경하여 연삭하는 블레이드 위에서 소용돌이를 생성하는 미세 연삭용 장치가 개시되어 있다. 연삭되는 물질은 로터 아래로 기류를 도입하고 상기 재료는 연삭 스테이지에 도달하기 전에 상기 장치의 전체 단면에 걸쳐서 균일하게 분포된다.

미국 특허 제4,749,133호에는 석탄과 같은 고체 연료를 분쇄하여 연소하기 위한 장치가 개시되어 있고, 여기에서 거칠게 분배된 고체 연료는 하나 이상의 슬링거가 이것을 분해하기 위해 하우징의 벽에 대해 상기 재료를 방출하는 수직하게 배치된 밀접한 하우징의 하부 부분으로 도입된다.

본 발명의 주목적은 종래 기술의 시스템의 단점을 제거하고, 저렴한 자본과 운전 경비로 안전하고 에너지 효율적이며 환경적으로 허용가능한 방법으로 미분화된 제품을 생산하는 고체의 건식 연삭을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 낮은 정압에서 고체의 거칠고 미세한 연삭을 위한 유동 베드(fluidized bed)의 제어된 와류(vortex)를 사용하고, 높은 유체 압력에서 수직 또는 수평 와류로 입자들의 가스 부식과 전단을 사용하여 미세, 초미세 및 극초미세 제품을 생산한다. 본 발명에서 미세, 초미세 및 극초미세 연삭을 위해 분쇄 영역에 공급된 재료 입자들의 치수 제한은 입자 혼합물을 원심력 방출 팬으로 중력 분리시키고 분류된 입자를 함유하는 가스 흐름을 상향 와류 연삭 영역에 들어가게 함으로써 수행된다.

종래 기술의 밀들과는 반대로, 본 발명은 강한 상승 공기 흐름에 의해 미세한 입자들의 순간적인 제거를 달성하고, 이에 의해 건식 연삭을 보다 효율적으로 수행한다. 본 발명에서 회전 반투과성 수단에 의해 큰 입자들을 초기 거친 연삭 스테이지에서 효율적인 내부 재순환과 결합시킨다.

제트밀과는 반대로, 본 발명은 분쇄 에너지원으로서 가압 가스를 사용하지 않으므로써, 용량을 증가시키고, 자본, 에너지 조건 및 유지성을 크게 감소시킨다.

본 발명은 주로 자생적인(autogenous) 충격 및 마찰에 의해 연삭하는 유동 베드에서 제어된 와류를 일으키는 로터와, 수직 와류를 발생시키고 주로 가스 부식에 의해 연삭하는 회전 반투과성 수단을 갖는 와류 발생기와, 수평 와류를 발생시켜서 주로 전단에 의해 연삭하는 스피닝 디스크를 사용하고 있다.

본 발명은 석탄 또는 석회석을 미분화하기 위해 사용될 수 있고, 에너지 원료, 석유 화학 제품, 공업 및 공익사업의 가열 및 발전소의 환경 정화, 미분화된 고체의 파이프라인 운송, 건축재료의 제조, 내중량성 절연체와 같은 새로운 또는 개량된 재료의 제조, 세라믹 및 초전도체의 제조와, 귀금속을 포함하는 광석의 조제에 관련한 금속의 생성과 야금술에 적용하기 위해 저비용의 미분화된 제품을 사용할 수 있다.

여기서 제품 치수에 관련한 정의는 아래와 같다.

본 출원의 경우에, "미분화된(micironized)" 고체, 예를 들어 미분화된 석탄과 석회석이 참조되고 있다. 이들 목적을 위해 "미분화된"은 75% -400 메시(75% 〈40㎛) 치수 범위의 고체로 정의된다.

본 발명은 상기 장치에 의해 높은 전력 비용과 과다한 마모 및 유지성으로 초래되는 충격밀 내에서와 같은 연삭 기계의 내부 이동 부품상에서 입자들의 직접적인 충격에 관련한 값비싼 문제를 회피한다. 본 발명은 입자들이 자생적인 충격 및 마찰, 가스 부식, 및 전단에 의해 연삭되는 급속 이동 에어 쿠션을 이용한다. 본 발명에서 연삭 메카니즘은 그라인더(연삭기)의 내부 메카니즘과 고체 입자의 충돌을 회피하도록 설계된다. 유동 베드에서의 제어된 와류의 발생에서, 본 발명의 로터들은 회전 팬들과 유사하게 작동하고, 로터 블레이드는 가스를 때리며, 다음에 이 가스는 이에 부여된 운동에너지를 초기 거친 연삭 영역에서 소용돌이치는 입자들에 전달된다. 따라서, 본 발명은 마모성 광석의 치수 축소를 위해 캐스트 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 클래딩된/코팅된 내부 부품으로 실행될 수 있고, 여전히 낮은 마모 계수를 나타낸다. 이것은 본 발명의 연삭효율, 낮은 전력 조건, 낮은 마모 및 저렴한 유지 비용을 설명하고 있다.

본 발명은 유체 에너지밀이고, 즉 공기, 이산화탄소, 질소 또는 회가스와 같은 가스가 작동 유체로서 작용하며, 치수 축소를 겪게되는 부유 입자들을 가속화하기 위해 필요한 에너지의 전달을 실행한다. 종래의 유체 에너지밀들, 예를 들어 제트밀들에서, 입자들을 위한 속도 헤드는 공급 입자에 그 초기 속도를 부여하는 높은 외부 압력에 의해 만들어진다. 그러나, 그러한 속도 헤드는 짧은 경로 후에 저하하고, 따라서 비효율적이고 높은 재순환비 뿐만아니라 제트밀에 대해 높은 마모 계수를 초래한다. 그와 반대로, 본 발명에서 공급 입자들은 원심력에 의해 연속적으로 재가속되고, 그 속도 헤드는 밀의 급속한 회전 로터 조립체에 의해 에너지화되는 에어 쿠션에 의하여 다시 새롭게 된다. 본 발명은 낮은 정압(15" 수주까지)에서 작동하지만, 장치의 내부 설계를 통해서 전파되는 벤투리 효과에 의해 매우 높은 유동 압력을 발생한다. 샤프트 속도는 3,000 내지 10,000 RPM의 범위에 있다.

본 발명의 연삭실내에서의 로터는 원심력의 근원이다. 입자들의 유동 베드의 교반은 그라인더의 내벽에 수직하게 장착된 유동 강화봉과 관련하여 로터에 의해 발생되는 난류성 공기 이동에 의해 달성된다. 로터 블레이드의 설계는 에어 쿠션의 가속화 및 제어된 난류를 위해 최적 조건을 만들도록 선택된다. 또한, 그러한 설계는 에너지 소비를 최소로 하고 공급 입자들과 로터 블레이드의 충돌을 회피하도록 만든다. 미세, 초미세 및 극초미세 입자들에 따라, 충돌은 경계층 상승을 통해 회피된다.

그라인더의 로터 블레이드와 케이싱벽 사이의 거리는 유동 베드 연삭 영역의 폭을 한정한다. 로터 아암들을 짧게 함으로써, 유동 베드의 폭은 확대되고, 초기 거친 연삭 영역의 용량은 향상된다.

본 발명은 가스를 작동 유체로 하는 와류 연삭 원리에 따라 작동한다. 그 초기 치수 축소를 위해, 본 발명은 유동 베드의 제어된 와류를 이용하고, 여기서 원심력과 와류의 교반은 로터 조립체에 의해 만들어진다. 유동 베드는 미세물의 순간 제거를 위해 또한 제공하는 강한 상승 공기 흐름에 의해 지지된다. 독특한 내부 재순환 메카니즘은 상승하는 공기 흐름에 의해 미세물과 함께 송풍되는 거친 또는 거대 입자들을 초기 거친 연삭 영역으로 복귀시켜서, 이들을 와류로 유입하는 공급 흐름과 함께 혼합시키는 것을 저렴한 에너지 비용으로 달성한다. 그 주요 미세 및 초미세 연삭을 위해, 본 발명은 와류 연삭을 통해 2가지 신규한 분쇄 방법 즉, (i) 회전 반투과성 수단과, (ii) 스피닝 디스크를 이용한다.

그 일차 연삭 공정에서, 본 발명은 낮은 정압에서 유동 베드를 이용하고, 그 이차 연삭 공정은 높은 유동 압력에서 진행한다. 후자의 공정에서, 미세물은 생성된 전체 미세물의 1/4 내지 1/2 정도까지 초미세물과 극초미세물로 변환될 수 있다. 이런 방법으로, 생성된 초미세물에 대한 미세물의 비율은 초기 연삭 공정의 것을 초과하는 에너지 비용의 명확한 증가 없이 4 내지 2의 범위에 있다. 내부 장치의 설계를 변경함으로써, 이차 연삭 공정이 억제될 수도 있다. 연삭 시스템은 작동 유체의 재순환으로 작동될 수 있고, 이에 의해 시스템을 환경적으로 안전하게 만든다. 그 환경적 이점에 부가하여, 본 발명의 연삭 시스템은 매우 낮은 소음 레벨에서 작동한다.

본 발명에 의해 달성된 제어된 와류는 유동 베드에서 거친 연삭 중에 충분한 방열을 허용하고 또한 초기 연삭실에서 치수 축소 공정의 엄격한 제어를 허용한다. 따라서, 본 발명은 그라인더가 제어할 수 없는 열 상승과, 치수 축소 공정의 엄격한 제어의 결여, 및 불필요한 제품의 변경을 초래하는 제어되지 않은 와류로 작동함으로 종래 기술의 단점을 극복한다.

고체의 크기 분리를 위한 회전 스크린의 사용은 공지되어 있다. 원심 시프터(sifter)는 이러한 원리에 따라 작동하고, 스크린 구멍을 통해 보다 작은 입자를 통과시키고 거기에 잔류하는 스크린된 거친 입자들을 원심력으로 배제함으로써 연삭된 제품의 크기를 분류한다. 시프터는 30 내지 120 RPM의 회전 속도로 작동한다. 시트터의 속도가 1,200 RPM 이상으로 증가하면, 시프터의 회전 스크린은 막히고, 스크린의 막힘으로 인해 크기 분리가 중지된다. 100 메시 스크린을 갖는 시프터가 본 발명의 연삭 시스템에서 1,500 내지 4,500 RPM의 회전 속도로 사용되면, 스크린은 바로 미세물로 막혀서 작동되지 않는다. 초기 연삭실의 유동 베드에서 와류 연삭으로부터 만들어져서 상승 가스 흐름에 의해 상향으로 운반되는 고체 입자들은 40 내지 500 메시 범위의 치수이다.

본 발명의 한가지 목적은 고속 회전에서 막히지 않는 넓은 메시 치수의 회전 스크린을 갖는 조립체를 포함하는 회전 반투과성 수단을 사용하는 것이다. 회전 반투과성 수단의 한가지 용도는 가스 매체에서 부유하는 거친 또는 거대 입자들의 재순환을 수행하는 것이다. 이것은 급속 이동 가스 흐름으로부터 거대 입자들의 저렴한 비용으로 재순환을 달성한다. 4 내지 10 메시 치수의 급속 회전 스크린에서의 격벽은 저속 이동 입자들에 대해 통계적 장벽으로서 작용한다. 회전 반투과성 수단은 원심 시프터와 같은 입자 치수들의 차이를 인식할 수 없고, 40 메시 입자는 4 메시 스크린을 갖는 회전 시프터에 의해서는 차단할 수가 없다. 회전 반투과성 수단은 입자 속도의 차이만을 인식할 수 있다. 유동 베드 연삭 영역에서 상향으로 운반되는 입자들은 더큰 입자가 더작은 입자보다 느린 속도를 얻게하는 스토크스(Stockes) 드래그에 의존하여 층상 가스 흐름에서 그들의 속도를 얻는다. 다음에, 보다 느리게 이동하는 입자들은 회전 반투과성 수단의 조립체내에 포함된 급속하게 회전하는 커다란 메시 스크린의 격벽에 부딪칠 가능성이 더 높고, 이것에 의해 배제되어 초기 거친 연삭 영역으로 복귀된다. 따라서, 가스 흐름에서 상승하는 상승 입자들의 속도에 대한 회전 스크린의 속도의 비율은 급속하게 회전하는 커다란 메시 스크린의 격벽에 의해 입자들이 차단되는 것을 결정한다. 스크린의 속도를 변화시킴으로써, 급속 회전 스크린을 통과하는 입자들의 크기는 제어될 수 있다. 이것은 입자 치수가 본 발명에서 회전 스크린의 메시 치수와는 관련이 없다는 것을 설명해 준다. 회전 반투과성 수단은 원형으로 이동하는 스크린과 상향으로 이동하는 입자의 속도의 상기 비율에 의존하여 60 내지 150 메시 입자를 차단할 수 있다. 다음에, 입자 속도는 상승하는 가스 흐름의 속도와, 스토크스 드래그를 결정하는 입자 치수에 의존할 것이다.

본 발명의 초기 연삭 영역에서 거친 또는 거대 입자들을 내부 재순환에 기초를 두는 것으로서 다른 속도로 인해 커다란 메시 치수의 급속 회전 스크린에서의 시스템을 통과하는 입자의 "통계적 배제(statistical rejection)"의 상기 현상은 급속하게 이동하는 가스 흐름에서 부유하는 고체 입자를 함유하는 시스템에 제한된다. 상기 현상은 조밀한 매체 즉, 물과 같은 액체에서는 발생하지 않는다. 본 발명의 회전 반투과성 수단은 1,500 내지 10,000 RPM 범위, 바람직하게는 3,000 내지 4,500 RPM 범위의 회전 속도로 효과적으로 작동한다. 본 발명의 회전 반투과성 수단은 고속으로 회전할 때에 막히게 되고 작동 불가능하게 되는 종래 기술의 스크린에서 겪는 어려움을 극복한다.

일단 초기 거친 연삭실에서 벗어나면, 입자 치수는 150 내지 500 메시 또는 더 작은 범위로 되고, 그렇게 작은 입자 치수로는 저항력이 급속히 줄어든다. 따라서, 회전 반투과성 수단의 속도 분류는 초기 거친 연삭실 외부에서 퍼지는 더 작은 입자 치수에서는 무시할 수 있다.

초기 거친 연삭 영역 외측의 반투과성 수단의 부가적인 용도는 수직하게 향한 와류의 생성에 의해 미세한 고체의 연삭을 위한 것이다. 이것은 저렴한 비용으로 초미세 및 극초미세 연삭을 제공한다. 회전 반투과성 수단을 통과하는 높은 속도 가스는 커다란 메시 스크린의 격벽에 의해 가스 번들(bundle)로 분할되고, 이 가스 번들은 스크린의 급속 회전 모멘트에 의해 비틀려지며, 이에 의해 수직한 나선형 와류를 발생한다. 수직 와류에서, 입자들은 가스 부식에 의해 분쇄된다. 분쇄의 효율성은 와류에서 입자의 잔류 시간을 결정하는 와류 연삭 영역에서의 가스 속도와, 와류를 포함한 가스 번들에 영향을 미치는 난류의 모멘트를 결정하는 회전 반투과성 수단의 회전 속도에 의존한다.

초기 거친 연삭실의 외부에서, 회전 반투과성 수단의 유일한 기능은 효과적인 와류 발생기의 기능이다. 본 발명에서 특유하지만, 와류 발생기는 상향 가스 흐름에서 보다 거친 입자들의 중력 분리가 원심력 방출 팬에 의해 실행되는 분급실에 배치되어 있다. 상향 가스 흐름에 잔류하는 분류된 입자들은 회전 반투과성 수단에 의해 발생된 와류 연삭을 받게된다. 이러한 공정을 중력 분리와 와류 연삭을 각각 포함하는 스테이지들에서 반복함으로써, 미세한 입자들은 극초미세한 치수로 축소된다. 회전 스크린에 의해 생성된 가스 와류에 의해 미세한 입자들을 초미세 및 극초미세 제품으로 연삭하는 것은 예상하지 못했고, 이것은 매우 낮은 전력을 사용하여도 일어난다. 회전 스크린은 바람직하게 강으로 구성되고, 2.5 내지 60 메시, 가장 바람직하게는 4 내지 10 메시 범위의 메시 치수를 갖는다. 회전 스크린의 최적 메시 치수와 회전 속도는 경험적으로 선택되어야 한다. 회전 반투과성 수단에 의한 와류 발생은 가스 매체에 한정된다. 기밀 매체, 즉 물과 같은 액체에서, 회전 스크린에 의해 발생된 와류는 국부적이고 마찰에 의해 소멸된다.

회전 반투과성 수단의 다른 용도는 압력 손실과 온도 저하를 무시하고 고속이며 고온의 가압 가스 흐름으로부터 고체를 효과적으로 제거하는 것이다. 이러한 적용을 위한 회전 반투과성 수단은 2.5 내지 60, 가장 바람직하게는 4 내지 10 범위의 메시 치수를 갖는 회전 스크린을 갖고, 노출되는 온도 및 회전 속도를 위해 적합한 텅스텐 또는 강과 같은 금속 또는 합금으로 구성된다. 회전 스크린의 속도와 가압 가스 흐름의 속도의 비는 회전 반투과성 수단에 의해 입자의 막힘을 제거하기 위해 부유하는 고체 입자의 적절한 속도 차이가 일어나는 것에서 결정된다. 또한 가스 흐름의 세척은 회전 반투과성 수단을 통해 가스 흐름의 통과에 이어서 원심력 방출 팬으로 중력 분리에 의해 얻어진다.

다른 목적은 고정 원형 구멍에 의해 형성된 환형 갭과, 이 구멍에 배치된 원형 회전 디스크를 사용하여, 회전 디스크에 의해 발생된 수평방향으로 향한 와류의 발생을 통해 환형 갭에서 미세한 고체를 연삭하는 것이다. 환형 갭은 1.27cm 내지 15.24cm(0.5 내지 6인치)의 폭, 바람직하게는 약 7.62cm(약 3인치)의 폭과, 1 27cm 내지 15.24cm(0.5 내지 6인치)의 높이를 갖는다. 환형 갭에서 분쇄의 효율성은 이 환형 갭에서의 미세한 입자들의 잔류 시간과 퍼지는 전단력에 의존한다. 따라서, 환형 갭의 효율성은 상승 가스 흐름의 속도와 회전 디스크의 속도에 의해 결정될 것이다. 환형 갭을 통한 치수 축소는 매우 낮은 전력을 사용하여도 일어난다.

분쇄 영역으로 들어가는 입자 치수의 제어를 위해 회전 디스크의 공지된 적용에서, (미세 및 초미세 연삭 적용을 위한) 환형 갭의 폭은 0.32cm 내지 0.51cm(0.125 내지 0.20 인치) 범위에 있어야 할 것이다. 이와 같은 작은 폭의 환형 갭에 대해, 와류 발생은 전단을 통한 치수 축소를 달성할 수 없었고 전력 사용도 과다하게 상승하였다. 본 발명에서, 유일하게도 환형 갭으로 구성된 와류 발생기는 환형 갭의 수평 와류를 빠져나가는 축소된 입자가 원심력 방출 팬에 의해 발생된 중력 필드에서 치수 분리를 받게되는 분급실에 배치된다.

본 발명은 초미세 및 극초미세 연삭을 위해, 회전 반투과성 수단과 분급실내에 배치된 환형 갭을 포함하는 와류 발생기를 사용하고, 그 이차 연삭은 낮은 전력사용 및 저렴한 유지 비용으로 실행된다.

따라서, 본 발명은 로터와 케이싱벽 사이의 좁은 공간에서 제어되지 않은 와류와, 인트라-블레이드 및 인트라-플레이트 와류(어떤 경우에는 초음파의 발생으로 보강됨)의 발생을 통해 초기 연삭실에서 달성되는 초미세 및 극초미세 연삭을 위해 충격-마찰밀이 사용되는 종래 기술의 단점을 극복한다. 그런한 종래 기술의 와류 및 음파 보강은 모두 미세 연삭을 위한 낮은 효율과, 높은 전력, 및 높은 유지 비용을 가져오는 공정을 나타낸다.

다른 목적은 유기 또는 무기 화학 시약(chemical reagents)을 갖는 상기 새롭게 연삭된 고체 입자들의 반응 표면을 자체 변경의 목적을 위해 가스 작동 유체에서 부유하는 고체의 전단 또는 가스 부식을 일으키는 자생적 연삭 매체 및/또는 배열을 사용하는 것이다. 새롭게 연삭된 표면의 반응과 화학 시약에서의 변경은 잘 인식되어 있지만, 종래 기술의 연삭 시스템, 예를 들어 충격-마찰밀 또는 제트밀에서 변경을 위한 공정은 제어되지 않은 방식으로 발생된다. 따라서, 표면 변경 공정의 경제성은 시약의 과다한 사용과 그에 의해 최종 제품의 특성의 제어에 부과된 한계로 인하여 양호하지 못하다. 본 발명의 연삭 시스템에서는, 환형 갭의 전단을 통한 새로운 표면의 발생은 엄격하게 제어될 수 있고, 필요한 부분 표면 변경은 필요한 표면 특성을 갖는 변경된 제품을 생산하기 위해 화학 시약의 경제적인 사용으로 달성될 수 있다.

또 다른 목적은 회전 디스크를 포함한 조립체로 구성되는 회전 반투과성 수 단과 낮은 전력 사용으로 고체의 초미세 및 극초미세 연삭을 행하기 위해서 원형 정지 구멍내에서 회전 디스크에 의해 형성된 환형 갭의 조합을 포함하는 와류 발생기를 사용하는 것이다. 유일하게도, 와류 발생기들의 이러한 조합은 본 발명에서 분급실내에서 사용되고, 거기에서 필요한 치수의 축소된 입자들을 갖는 세척된 가스 흐름이 회전 반투과성 수단에 의해 발생된 수직 와류 영역으로 들어가기 전에, 원심력 방출 팬에 의한 중력 분리는 환형 갭의 수평 와류를 빠져나가는 입자들의 치수를 분류한다. 분급실의 수직 스택(stack)에서 이러한 조합을 반복 사용함으로써 극초미세 제품을 생산할 수 있다. 주어진 분급실에서 제거된 거대 입자들은 와류 연삭을 통해 다른 치수 축소를 행하기 위해 수직 스택에서 이전의 분급실로 외부적으로 재순환된다.

또 다른 목적은 회전 반투과성 수단 및 환형 갭을 포함하는 와류 발생기로써 고체의 초미세 및 극초미세 연삭을 위해 이용가능한 부가적인 연삭 영역을 갖는 유동 베드 연삭 영역의 제어된 와류에서 고체의 초기 거친 미세 연삭과 미세 연삭을 위한 로터를 갖는 챔버로 구성된 연삭 시스템을 사용하는 것이고, 여기서 낮은 전력의 사용으로 스크린 및 디스크의 매우 빠른 회전을 가능하게 하는 스플릿 전력 드라이브가 설치되어 있다. 스플릿 드라이브를 갖는 스크린은 10,000 RPM 이상에서 회전하는 반면에, 로터 조립체는 3,200 RPM 미만에서 회전하고, 상기 시스템은 낮은 전력 사용 및 마모 특성을 유지한다. 상승 가스 흐름에서 다른 개별 속도에 의해 입자들을 분류하는 것을 포함하여 초기 거친 연삭실내에서 내부 재순환 기능의 특성을 위해, 회전 반투과성 수단은 4,500 RPM 미만의 속도를 달성해야 한다.

다른 목적은 로터 조립체가 고무, 폴리우레탄 또는 다른 플라스틱 재료로 덮혀 있거나, 또는 로터 조립체가 그런 재료로서 이들 부품들을 캐스팅함으로써 형성되는 시스템이다. 대안적으로, 로터 조립체는 세라믹(예를 들어, 탄화 크롬, 탄화 텅스텐) 또는 산화 알루미늄으로 코팅될 수 있다.

다른 목적은 시스템과 회전 스크린과 회전 디스크의 벽들이 고무, 플리우레탄, 다른 플라스틱 재료, 세라믹 또는 산화 알루미늄으로 코팅되는 시스템이다.

본 발명의 이들 및 다른 목적들 및 장점들은 고체 미세 입자들을 대체로 와류 연삭 영역에서 상향으로 향하게 하는 단계와, 입자들의 일부를 와류 연삭 영역으로 통과시킴으로써 와류 연삭 영역에 위치한 와류 발생기를 통해 상향으로 향한 고체 미세 입자들을 연삭하는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법에 의해 본 발명에 따라 달성되고, 상기 와류 연삭 영역은 적어도 하나의 회전 반투과성 수단과 그 내부에 원형 구멍을 갖는 고정 플레이트와 원형 구멍내의 회전 원형 디스크에 의해 형성된 환형 갭을 통하여 상향으로 입자들을 통과시키는 단계를 포함하는 적어도 하나의 연속적으로 수직하게 배치된 연삭 스테이지를 포함한다.

상기 회전 반투과성 수단을 통해 상향으로 입자들을 통과시키는 단계는 고속 회전 스크린을 통해 입자들을 통과시키는 것을 포함한다. 스크린은 2.5 메시 보다 거칠지 않고, 바람직하게는 2.5 내지 60의 범위의 메시 치수를 가지며, 가장 바람직하게는 4 내지 10의 범위의 메시 치수를 갖고, 1,500 내지 10,000 RPM의 범위, 가장 바람직하게는 3,000 내지 4,500 RPM의 범위의 속도로 회전한다.

환형 갭을 통해 입자를 통과시키는 단계는 1.27cm 내지 15.24cm(0.5 내지 6인치), 바람직하게는 약 7,62cm(약 3인치)의 폭과, 1.27cm 내지 15.24m(0.5 내지 6인치)의 높이를 갖는 환형 갭으로 입자들을 통과시키는 단계를 포함한다.

양호하게는, 각 스테이지는 입자들을 회전 반투과성 수단을 통과시킨 후에 환형 갭으로 통과시키는 단계를 구비한다. 환형 갭을 빠져나가는 입자 치수의 분류를 위해, 부유하는 입자들의 혼합물을 갖는 상향 가스 흐름은 원심력 방출 팬에 의해 중력 분리를 받게되고, 분류된 입자 치수를 갖는 상승 가스 흐름은 회전 반투과성 수단의 수직 와류 연삭 영역에 들어가게 된다.

초기 거친 연삭실에서, 상기 공정은 또한 거대 입자의 부분 통과를 방지하기에 충분한 속도로 회전 반투과성 수단을 회전시킴으로써 내부 재순환하는 것을 구비한다. 더욱이, 상기 공정은 회전 반투과성 수단의 하류에 있는 원심력 방출 팬을 회전시키고 이 회전 팬으로부터 입자를 수용하며 또한 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지 아래에서 출구를 갖는 재순환 채널을 제공하는 것에 의해 외부 재순환하는 것을 구비한다.

본 방법은 와류 연삭 영역 위에서 입자들을 제거하는 단계를 부가로 포함한다. 이 제거 단계는 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지의 하류에서 적어도 하나의 원심력 방출 팬을 회전시키는 것을 구비한다.

일 실시예에서, 본 방법은 또한 미세 입자를 와류 발생기를 포함하는 연삭 영역으로 지향시키기 전에 거친 입자를 미세 입자로 초기 연삭하는 단계를 포함한다. 초기 연삭 단계는 고체를 챔버내로 공급하는 단계와, 공기를 상향으로 향하게 함으로써 챔버내에 고체의 유동 베드를 형성하는 단계와, 자생적 연삭을 실행하기 위해 유동 베드에서 제어된 와류를 발생시키는 단계를 포함한다. 외부 재순환 단계는 입자를 유동 베드로 외부에서 재순환하는 것을 포함한다.

본 방법은 이전 스테이지로 거대 입자들을 외부 재순환하는 와류 발생기를 포함하는 다수의 연삭 스테이지를 가질 수 있다. 분리 및 제거 단계는 양호하게도 연속적으로 더 작은 치수의 입자들을 분리 및 제거하기 위해 2개의 수직하게 배치된 제거 스테이지에서 제거하는 것을 포함한다.

다른 실시예에서, 초기 거친 연삭 단계는 로터를 이용함으로써 제어된 와류를 발생시키는 것을 포함한다.

회전 반투과성 수단 및 스피닝 디스크를 포함하는 와류 발생기는 공통 축에서 회전할 수 있다.

연삭 단계는 고체 입자들의 제어된 표면 변경을 실행하기 위해 화학 시약의 존재하에서 비반응성 가스 부위기에서 실시될 수 있다.

본 발명은 또한 고체 미세 입자들을 연삭하기 위해 적어도 하나의 연속적으로 수직하게 배치된 와류 연삭 스테이지를 포함한 와류 발생기를 함유하는 와류 연삭 영역을 형성하는 수단과, 고체 미세 입자들을 일반적으로 와류 연삭 영역에서 상향으로 향하게 하는 수단을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치에 관한 것이다. 상기 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지는 적어도 하나의 회전 반투과성 수단과, 그 내에서 원형 구멍과 이 원형 구멍내의 회전 원형 디스크를 갖는 고정 플레이트를 포함하는 환형 갭을 형성하는 수단을 함유하는 와류 발생기들을 포함하고, 여기서 회전 반투과성 수단과 환형 갭은 상향으로 향해 축소 입자들의 일부를 통과시키도록 구성되고 또한 환형 갭의 수평 와류 영역을 빠져나가는 제품을 위한 입자 치수 분리기를 가지며, 거대 입자는 원심력 방출 팬에서 중력에 의해 분리된다.

회전 반투과성 수단은 2.5 메시 보다 거칠지 않은 회전 스크린을 포함하고, 양호하게는 2.5 내지 60의 범위의 메시 치수, 가장 양호하게는 4 내지 10의 범위의 메시 치수를 갖는다. 환형 갭은 1.27cm 내지 15.24cm(0.5 내지 6인치), 바람직하게는 약 7.62cm(약 3인치)의 폭과, 1.27cm 내지 15.24cm(0.5 내지 6인치)의 높이를 갖는다. 이러한 와류 발생기 둘다는 상승 가스 흐름에서 미세 입자들의 효율적인 연삭을 위해 사용되고 또한 이들 입자들을 초미세 및 극초미세 치수 제품으로 축소시키기 위해 사용된다.

일 실시예에서, 각 스테이지는 회전 반투과성 수단과 이 회전 반투과성 수단의 하류에서 환형 갭을 형성하는 수단을 포함하고, 또한 원심력 방출 팬을 구비하는 상승 가스 흐름에서 거대 입자들을 위한 중력 분리기를 가진다.

다른 실시예에서, 장치는 또한 상승 가스 흐름에서 더 낮은 속도를 나타내는 입자들을 포함하는 상기 부분을 통해 상기 입자들의 일부의 통과를 방지하기에 충분한 속도로 회전 반투과성 수단을 회전시키기 위한 수단을 포함하는 초기 연삭실에서 거친 입자들을 내부적으로 재순환시키기 위한 수단을 포함한다. 또한 본 장치는 초기 거친 연삭실에서 회전 반투과성 수단의 하류에 있는 회전가능한 원심력 방출 팬과, 이 회전 방출 팬으로부터 입자들을 수용하고 또한 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지 아래에서 출구를 갖는 재순환 채널을 포함하는 외부적으로 재순환시키기 위한 수단을 포함한다.

더욱이 본 장치는 초기 거친 연삭실 위에서 입자들을 제거하기 위한 수단을 갖는다. 일 실시예에서, 제거 수단은 적어도 하나의 연삭 스테이지 하류에서 적어도 하나의 원심력 방출 팬을 회전시키기 위한 수단을 포함한다.

다른 실시예에서, 본 장치는 와류 발생기를 함유하는 연삭 영역으로 향하기 전에 거친 입자들을 미세 입자들로 초기 연삭하기 위한 수단을 포함한다. 초기 연삭 수단은 양호하게도 고체를 챔버로 공급하기 위한 수단과, 챔버에서 공기를 상향으로 향하게 하는 수단을 포함하는 챔버에서 고체의 유동 베드를 형성하기 위한 수단과, 자쟁적 연삭을 실행하기 위해 유동 베드에서 제어된 와류를 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 외부 재순환은 입자를 유동 베드로 외부적으로 재순환하기 위한 수단을 포함한다.

또다른 실시예에서, 본 장치는 와류 발생기와, 중력으로 분리하여 거대 입자들을 이전 스테이지로 외부적으로 재순환하기 위한 수단을 각각 구비하는 다수의 연삭 스테이지를 포함한다.

상기 제거 수단은 양호하게도 연속적으로 더 작은 치수의 입자들을 분리 및 제거하기 위해 2개의 수직하게 배치된 제거 스테이지에서 제거하기 위한 수단을 포함한다. 초기 연삭 수단은 양호하게도 제어된 와류를 발생시키기 위한 로터들을 포함한다.

회전 반투과성 수단과 회전 디스크를 포함하는 와류 발생기는 바람직하게는 공통 샤프트에서 회전한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 고체의 건식 연삭 방법 및 장치는 고체를 챔버에 공급하기 위한 수단과, 챔버에서 공기를 상향으로 향하게 함으로써 챔버에서 고체의 유동 베드를 형성하기 위한 수단과, 자생적 연삭을 실행하기 위해 유동 베드에서 제어된 와류를 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 본 실시예는 바람직하게는 유동 베드 위에서 입자들을 분리 및 제거하기 위한 수단과, 제거된 입자들을 유동 베드내로 재순환시키는 수단을 포함한다.

입자 제거는 양호하게는 유동 베드의 하류에서 적어도 하나의 원심력 방출 팬을 회전시키는 것을 포함하고, 재순환은 양호하게는 유동 베드의 하류에서 원심력 방출 팬을 회전시키며, 이 회전 방출 팬에서 입자를 수용하는 재순환 채널를 제공하고, 유동 베드로 향한 출구를 가지는 것을 포함한다. 입자들은 연속적으로 더 작은 치수의 입자들을 분리 및 제거하기 위해 2개의 수직하게 배치된 제거 스테이지에서 제거될 수 있다.

제어된 와류의 발생은 양호하게는 회전 로터를 포함하고, 연삭은 고체 입자의 제어된 표면 변경을 실행하기 위해 화학 시약의 존재하에서 비반응성 가스 분위기에서 실시될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 가스 흐름에서 분진을 세척하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 회전 반투과성 수단을 회전시키고, 고체 입자를 갖는 적어도 하나의 가스 흐름을 적어도 하나의 회전 반투과성 수단으로 통과시키며, 적어도 하나의 회전 반투과성 수단을 통과하지 않는 입자를 제거하고, 통과한 입자를 회전 반투과성 수단 하류에 있는 회전 방출 팬을 통해 제거하는 것을 포함한다.

상기 적어도 하나의 회전 반투과성 수단은 회전 스크린, 양호하게는 2.5 메시 보다 거칠지 않은 스크린, 보다 양호하게는 2.5 내지 60 범위의 메시 치수의 스크린, 가장 양호하게는 4 내지 10 범위의 메시 치수의 스크린을 갖는 조립체를 포함한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 장점은 첨부 도면을 참고하여 설명하는 하기실시예에서 명백히 나타난다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연삭 유닛(10)은 고체 재료가 공급 입구(14)를 통해서 공급되고 또한 공기와 같은 가스가 입구(15)에서 저부로부터 공급되는 챔버 형태의 하부 거대 및 미세 연삭 영역(11)을 포함한다. 하부 영역(11)에서 나온 입자들은 더 연삭되기 위해 중간 연삭 영역(12)으로 가스 유동에 의해 공급된다. 중간 연삭 영역(12)은 거대 입자를 하부 연삭 영역(11)으로 재순환시키기 위해 2개의 재순환 통로들(18, 19)을 구비한다. 중간 연삭 영역(12)에서 연삭된 입자들은 가스 유동에 의해 상부 분리 영역(13)으로 공급된다. 상부 분리 영역(13)은 초미세 제품의 분리를 위해 라인(16)을 통해서 사이클론(30)으로 배출되는 (초미세 입자들과 같은)최종 제품을 분류하기 위해 작용한다. 미세 입자들은 미세 제품을 분리하기 위해 상부 분리 영역(13)에서 라인(17)을 거쳐서 사이클론(20)으로 공급된다.

사이클론(20)은 재순환시키기 위한 가스를 라인(23)을 거쳐서 하부 연삭 영역(11)의 저부로 통과시키고, 입자들을 라인(24)을 거쳐서 미세 입자들을 위한 제품 드럼(21)으로 전달한다. 사이클론(30)은 그 가스를 라인(22)을 거쳐서 하부 연삭 영역(11)의 저부로 재순환시킨다. 초미세 입자들은 라인(33)을 거쳐서 제품 드럼(31)으로 통과한다. 대안적으로, 사이클론(30)은 캐리어 가스의 일부 또는 모두를 라인(40)을 거쳐 수집기 백하우스로 통과시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 연삭 유닛(10)을 더욱 상세히 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 연삭 유닛(10)은 내부 샤프트(51)를 이용하고, 상기 내부 샤프트(51)는 모터(52)에 의해 구동되며, 베어링(53)에 놓여 있고, 연삭 유닛의 내부 부품들(54-68) 모두의 회전에 대해서 책임을 지고 있다. 회전 샤프트를 진동에 대해 안정화시키기 위해, 하나 또는 여러 개의 내부 베어링이 도 10에 도시된 바와 같이 설치되고, 이들 베어링(75)은 강 스포크(steel spoke:76)를 거쳐서 그라인더의 외벽에 체결되어 있다. 4,000 RPM을 초과하는 속도로 작동하기 위해 중공 샤프트가 샤프트의 위핑(whipping)을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 본 장치는 로터를 내장한 영역(11)에서 샤프트가 낮은 샤프트 속도로 작동하고, 다른 회전 부품들이 더 높은 샤프트 속도로 작동하는 스플릿 샤프트와 함께 작동될 수 있다.

하부 연삭 영역(11)은 내부 상승 팬(55) 아래에 위치하는 회전 플레이트(54)를 포함한다. 회전 플레이트(54)는 입구들(22, 23)을 통해 들어오는 재순환된 가스 흐름에 의해 초래되는 난류로부터 상승 팬을 보호한다. 상승 팬(55)은 공기의 상승 흐름을 연삭 유닛(10) 전체에 제공하는 작용을 한다.

상승 팬(55)은 도 5a 및 도 5b에 상세히 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 상승 팬은 허브부(55A) 및 다수의 블레이드(55B)를 포함하고, 각 블레이드는 약 15°의 각도로 비틀려있으며, 회전시에 상승 작용을 일으키기 위해 허브의 상하에서 교대로 작용하게 되어 있다.

상승 팬(55) 위에는 4열의 교차하여 엇갈리게 되어 있는 동축 트윈 로터들(56-59)이 있다. 이 로터들은 양호하게는 샤프트에 끼워지고 각 단부에서 동축 로터 블레이드를 유지하는 편평한 플레이트 아암 또는 둥근 로드 아암 로터들이다. 로터 블레이드는 도 6a 및 도 6b에 상세히 도시되어 있다.

도 6a는 그 단부에서 로터 블레이드들(562, 563)을 갖는 편평한 플레이트(561)를 구비한 편평한 플레이트 아암 로터를 도시한다. 로터 블레이드들은 편평한 플레이트(561)의 수평면에 대해 대략 70°의 비틀림각으로 배치되어 있다. 도 6b에서 둥근 아암 로터는 둥근 아암(564)과 그 단부에서 로터 블레이드들(565, 566)을 포함하고, 로터 블레이드는 아암(564)에 대해 대략 70°의 비틀림각으로 배치되어 있다.

상승 팬(55)은 도 11에 도시된 바와 같이 벽(78)에 부착되어 있는 유동 강화봉(77)의 하단부에 부착된 스커트(도시안됨)에 의해 도움받는 주변 에어 커튼을 발생시킨다. 벽(78)은 고무 또는 폴리우레탄 라이닝으로 덮힐 수 있고, 이 벽을 따라 3" 내지 7" 마다 이격되어 부착된 유동 강화봉들(77)을 갖는다. 로터 블레이드들은 상승 팬(55)에 의해 만들어진 유동 베드를 교반한다. 로터 블레이드들은 수평면에 대해 비틀림의 다른 각 또는 비틀림각을 가질 수 있고, 다른 피치각 즉, 수직면에 대해 기울어져 있거나, 또는 로터 아암에 대해 요동각(rocking angle)을 가질 수도 있다. 더욱이, 로터들은 와류의 난류를 증가시키거나 또는 공기 흐름의 편향을 이용하여 연삭 영역을 확대시키기 위해 디플렉터(도시생략)를 가질 수도 있다.

중간 연삭 영역(12)의 시작에서 로터(59) 위에는 회전 반투과성 수단(60)이 배치되어 있고, 이 회전 반투과성 수단은 초기 연삭 영역(11)으로 거친 또는 거대 입자들의 내부 재순환을 용이하게 할 뿐만아니라 중간 연삭 영역(12)내에서 상향으로 입자들상에서 수직 와류 작용을 통해 부가된 미세 및 초미세 연삭을 촉진하도록 작용한다. 회전 반투과성 수단(60)의 구조는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다.

여기에 도시된 바와 같이, 회전 반투과성 수단(60)은 샤프트(51)에 고정된 허브(60B)를 포함하는 프레임인 지지 플레이트(60A)를 갖는다. 지지 플레이트(60A)의 하부에는 스크린(60C)이 있다. 스크린은 양호하게는 강으로 구성된다. 스크린 아래에 있는 디플렉터(60D)는 입자들이 스크린(60C)의 중심을 통과하는 것을 방지한다. 디플렉터 디스크는 필요로 하는 처리 양 및 적합도에 따라 4" 내지 10"의 직경으로 변할 수 있다.

회전 반투과성 수단(60)을 통과하는 입자들은 고정 플레이트(70)와 이 고정 플레이트의 구멍(70A)에 배치된 스피닝 디스크(61) 사이의 환형 갭(70B)을 통과해야 한다. 도 8a 및 도 8b는 환형 갭(70B)을 형성하고 고정 플레이트의 중앙 구멍에서 스피닝 디스크의 위치를 더 상세히 도시한다. 환형 갭(70B)은 1.27cm 내지 15.24cm(0.5" 내지 6")의 폭, 양호하게는 약 7.62cm(약 3")의 폭과, 1.27m 내지 15.24cm(0.5" 내지 6")의 높이를 갖는다. 회전 반투과성 수단(60)과 고정 플레이트(70) 사이의 거리는 양호하게는 2" 보다 크다. 스피닝 디스크(61) 및 고정 플레이트(70)는 양호하게는 동일 평면에 있지만, 디스크의 평면은 대략 1"까지 상기 고정 플레이트 평면의 상하에 있을 수 있다. 스피닝 디스크와 고정 플레이트는 양호하게는 강으로 구성된다.

중간 연삭 영역(12)은 회전 반투과성 수단(60)과, 스피닝 디스크(61)와 고정 플레이트(71) 사이의 환형 갭(70B)을 통과하는 거친 또는 거대 입자들을 방출하기 위해 작용하는 원심력 방출 팬(62)을 포함한다. 상기 거친 또는 거대 입자들은 통로들(18, 19)을 통해 초기 연삭 영역(11)으로 재순환된다.

방출 팬(62) 위에 배치되어 있는 회전 반투과성 수단(63)은 상기 회전 반투과성 수단(60)과 동일한 구조를 가진다. 작은 크기에 도달된 입자들은 와류 발생의 기능만을 행하는 회전 반투과성 수단(63)에 의해 재순환을 위해 더이상 거절되지는 않는다. 회전 반투과성 수단(63) 위에는 구멍(71A)에 배치되고 환형 갭(71B)을 형성하는 스피닝 디스크(64)를 갖는 고정 플레이트(71)가 있다. 이들은 고정 플레이트(70) 및 스피닝 디스크(61)의 구조와 동일한 구조를 갖는다. 스피닝 디스크(64)위에는 미세 입자들을 출구(17)를 통해서 방출하는 원심력 방출 팬(65)이 배치되어 있다. 상기 방출 팬(65) 위에는 회전 플레이트(54)와 동일한 구조를 가지며 도 9A 및 도 9B에 상세히 도시되어 있는 회전 플레이트(66)가 배치되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 회전 플레이트는 이와 함께 회전하도록 샤프트(51)에 끼워진 허브(661)를 갖는다. 회전 플레이트(66)의 목적은 영역(13)내에서 상향으로 향한 난류를 줄이고, 리셉터클 출구들(17, 16)을 통해 원심력 방출 팬들(65, 68)에 의해 실시되는 치수 분리를 도와준다. 이 경우에, 미세 또는 초미세 입자의 치수에 의한 날카로운 분리가 필요하고, 출구들(17, 16)에서 나온 출력물은 세광 유닛에 공급된다.

중앙 구멍(72A)내에서 회전하고 환형 갭(72B)을 형성하는 스피닝 디스크(67)를 갖는 고정 플레이트(77)가 회전 플레이트(66) 위에 배치되어 있다. 이 고정 플레이트의 구조는 회전 디스크를 갖는 전술한 고정 플레이트의 구조와 동일하다.

초미세 입자들을 출구(16)를 통해 방출하는 원심력 방출 팬(68)이 스피닝 디스크(67) 위에 배치되어 있다.

하부 연삭 영역(11)은 폐쇄된 분위기의 시스템으로서 작동할 수 있고, 이런 경우에 입구(15) 및 출구(40)는 폐쇄된다. 젖은 공급 원료가 사용되면, 플래시(flash) 건조기는 연마를 동시에 실행하면서 이 공급 원료를 4% 미만의 습도 레벨까지 건조하기 위해 입구(15)에 부착되어 있다. 사이클론을 빠져나간 후에 출구를 생성함으로써 상기 건조 과정에서 생성된 증기를 배출시키기 위한 배열이 만들어져야 하고, 그러한 출구는 입구들(22, 23)에 위치해 있다. 도 1에서의 입구들(22, 23)은 사이클론에서 재순환된 가스를 운반하는 역할을 한다.

입구(14)에서 유입하는 공급 입자들은 로터들(56-59)에 의해 발생된 가스 쿠션의 작용에 따라 원주로 떠밀리게 되고, 거기서 입자들의 유동 베드를 형성하며, 상승 팬(55)에 의해 만들어진 가스 흐름의 계속적인 상승력에 의해 부유 상태로 유지된다.

원형 유동 베드에서 충돌하는 입자들의 속도 헤드는 로터들(56-59)의 원심력에 의해 발생되고, 가스 작동 유체를 통해 전달된다. 그러한 속도 헤드는 회전 샤프트(51)에 부착되어 있는 로터들의 각 회전에 따라 갱신된다. 유동 베드의 교반 및 그 제어는 회전하는 로터 블레이드들과 비틀림각 및 피치각의 선택에 의해 실행된다. 교반된 유동 베드는 유동 압력의 변동에 의해 입자들을 "한정된 포켓"으로 가압하고, 이들상에 "벤투리 펌핑(ventri pumping)" 작용을 부여하는 연삭 유닛(10)의 내벽에 수직하게 장착된 유동 강화봉에 의해 조절된다.

입자들은 상승 팬(55)에 의해 발생되는 연속적으로 상승하는 에어 커튼에 의해 원형 유동 베드에서 쓸려나오고, 로터 쌍들(56-59)의 교차하여 엇갈림에 의해 발생된 가스 작동 유체의 나선형 상승에 의해 보강된다.

하부 연삭 영역에서 입자들에 가해지는 힘에 관해서는, 회전 로터들에 의해 발생된 원심력은 큰 입자에 가장 많은 영향을 미치고, 이들을 외주로 몰아내는 한편, 상승 흐름이 일정한 속도로 유지되면 드래그력은 와류 영역에서 부유하는 입자들을 그 상태로 유지한다. 입자들이 자생적 충격, 마찰, 전단 또는 부식에 의해 그 치수가 줄어들면, 입자들은 원심력의 효과가 떨어지는 축소된 치수 범위에 도달할 것이다. 따라서, 입자들은 소용돌이치는 와류의 내주로 이동할 것이다. 작은 크기에 도달한 입자들에 대해, 드래그는 상승 흐름의 유체 동역학이 회전 반투과성 수단(60)을 향해 이러한 축소된 입자들을 운반하는 정도까지 감소될 것이다.

회전 반투과성 수단은 "통계적 배제"를 통해 거대 입자들의 더 효율적인 내부 재순환을 촉진하는 작용을 한다. 또한, 이 수단은 가스 번들을 분할하여 이들을 비틀리게 함으로써 통과하는 가스 흐름을 방해하고, 따라서 주로 가스 부식 및 전단을 통해 부가적인 미세화를 일으키는 와류의 수직 방향력을 생성해낸다. 더 높은 샤프트 속도에서, 미세 연삭을 위한 회전 반투과성 수단의 효율성은 크게 증가된다.

고정 플레이트들(70, 71, 72)의 중앙 구멍들(70A, 71A, 72A)에 배치된 스피닝 디스크들(61, 64, 67)은 벤투리 효과 및 높은 유동 압력을 일으킨다. 따라서, 초미세 연삭은 주로 미세 입자들에서 작용하는 와류의 향상된 원형 전단력을 통해 일어난다.

주어진 공급율과 로터 속도에 대해서, 상기 부유 입자들의 분쇄에 적용될 때에 와류 에너지의 효과를 최적합화하는 입자 집단의 최대 밀도가 와류 유동 베드에 존재한다. 본 발명에서 내부 설계 및 작동 변수를 조정함으로써 이러한 최대 밀도값이 구해질 수 있고, 또한 최적 상태로 제어된 와류 효과를 유지할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 유동 베드의 제어된 와류를 이용하여, 가스 작동 유체를 거쳐서 공급 입자들의 실제 분쇄에 입력 에너지를 가장 효과적으로 전달하게 된다.

볼밀, 보울밀, 롤러밀 또는 다른 충격 장치를 사용하며, 향상된 미세 및 초미세 연삭 능력을 저렴한 비용으로 도입하는 기존의 연삭 회로의 성능을 강화하기 위해서, 도 3의 유체 에너지 리포머가 사용될 수 있다. 도 3에서, 동일한 도면부호는 동일한 부재들을 지시한다. 이것은 하부 연삭 영역이 주로 공급 원료의 조제를 위해 사용되고 단 2개의 로터를 가지며, 또한 제품의 외부 재순환이 중간 연삭 영역에서부터 일어나서 라인(18', 19')을 거쳐서 유동 베드로 돌아가서 규정한 대로 미세 또는 초미세 최종 제품을 생산한다는 점에서 도 2의 실시예와는 다르다. 유체 에너지 리포머는 도 2의 회전 플레이트(66) 대신에 와류 발생기로서 도 3에서는 회전 반투과성 수단(73)을 사용한다. 도 2의 실시예와 유사하게, 유체 에너지 리포머는 강화된 미세 및 초미세 연삭을 위한 와류 발생기로서 초기 거친 연삭실과 회전 반투과성 수단(63, 73) 및 스피닝 디스크들(61, 64, 67)에서 거대한 제품의 가장 효과적인 내부 재순환을 위해 회전 반투과성 수단(60)을 이용한다. 유체 에너지 리포머에서 초미세 연삭은 인서트의 선택 및 내부밀 조절에 따라 억제 또는 가속될 수 있다.

장치를 개장하기 위해서, 유체 에너지 리포머는 현존하는 연삭 회로의 최종 제품을 가지며, 그것을 공급 원료로서 이용하였다.

도 4에 도시된 극초미세 리포머는 회전 반투과성 수단(80, 82, 86, 89, 92, 95) 및 스피닝 디스크들(84, 87, 90, 93, 96, 99)을 포함하는 와류 발생기의 강화된 미세, 초미세 및 극초미세 연삭 능력을 이용하는 저렴하고 효율적인 극초미세 그라인더로서 계획되어 있다. 이런 장치의 효율성은 거대 제품의 종래 재순환이 각 스테이지에서 원심력 방출 팬들(81, 85, 88, 91, 94)을 통한 중력 분리와, 재순환 채널들(110A-114A, 110B-114B)을 통해서 방출된 거대 제품의 다음 하부 스테이지로의 운반에 의해 수행되고, 이에 의해 수직 스택으로 배열된 회전 반투과성 수단 및 스피닝 디스크를 포함한 상승 와류 발생기의 효과를 배로 증가시키는 스테이지들의 사용에 의해 나타난다. 초기 거친 연삭 영역(11)의 외부에서, 상향으로 유동하는 가스 흐름에서 고체의 입자 치수는 충분하게 줄어들고, 회전 반투과성 수단에 의해 수행된 어떤 내부 재순환은 무시할 수 있다. 따라서, 극초미세 리포머의 상승 스테이지에서, 회전 반투과성 수단은 와류 발생기로서만 작용한다.

낮은 전력 사용으로 스테이지들 및 연속적인 재순환을 이용함으로써 극초미세 치수 축소를 강화하는 일은 예상치 못한 것이다.

도 4의 극초미세 리포머는 낮은 에너지를 사용하여 높은 샤프트 속도로 작동하는 저압 치수 축소 장치이다. 극초미세 리포머는 낮은 정전 압력에서 높은 유동 압력을 발생시키고, 이에 의해 270 메시(56㎛)의 공급 원료를 규정대로 4,500 메시(5㎛) 또는 더 작은 치수의 최종 제품으로의 축소를 효과적으로 달성한다.

도 4에서, 동일한 도면부호는 동일한 부재들을 지시한다. 로터들(58, 59) 위에는 고정 플레이트(101)에 의해 연속하는 회전 반투과성 수단(80)이 있다. 이 것은 원심력 방출 팬들(81, 85, 88, 91, 94)과, 회전 반투과성 수단(80, 82, 86, 89, 92, 95)과, 고정 플레이트들(102-106), 및 환형 갭들(102B-106B)을 형성하는 스피닝 디스크들(84, 87, 90, 93, 96, 99)로서 구성되는 일련의 5개의 스테이지들이 이어진다. 스테이지들은 재순환 경로들(110A-114A, 110B-114B)을 갖는다. 상단부에는 방출 팬들(97, 100)과, 회전 플레이트(98)와, 스피닝 디스크(99), 및 환형 갭(107B)을 형성하는 고정 플레이트(107)가 있다. 방출 팬들(97, 100)은 입자들을 출구들(17, 16)로 방출한다.

하부 연삭 영역은 14를 통해서 유입하는 공급 원료가 원심 팬(55')의 상승력과, 교차하여 엇갈린 로터들(58-59)의 와류 작용을 통해 부유되는 공급 입구로서 사용된다. 이 상태에서, 입자들은 회전 반투과성 수단(80)의 와류 작용을 받게되어 일련의 스테이지로 방출된다. 공급 입구 챔버의 저부에 있는 가스 입구(15)에 더하여, (필요하면 도시되지 않은 압력용 부스터 박스를 통과한 후)사이클론으로부터 가스를 복귀시키는 입구 덕트들(22-23)이 있다.

초미세 및 극초미세 연삭을 위한 중간 연삭 영역은 5개의 스테이지로 나누어진다. 이들 스테이지들 각각은 회전 반투과성 수단 및 스피닝 디스크를 상승 순서로 포함하는 와류 발생기의 연속적인 작용을 유입 입자들에게 부여한다. 각 스테이지는 환형 갭의 수평 와류로부터 재순환 출구 덕트를 거쳐서 다음 하부 스테이지로 배출된 후에 거대 제품 파편을 배출하는 작용과 관련된 원심력 방출 팬을 갖는다. 따라서, 중력 분리는 고체 파편을 분류하고, 회전 반투과성 수단을 포함하는 수직와류 발생기를 갖는 연속적인 와류 연삭 영역으로 들어가는 입자들의 치수를 제한한다.

상부 분리 영역은 분급하기 위한 것이고, 출구 덕트들(17, 16)을 통해서 각각의 사이클론으로 최종 제품을 배출하는 원심력 방출 팬들(97, 100)을 갖는다. 입자 치수의 보다 날카로운 분리가 요망된다면, 출구들(17, 16)로부터의 출력물은 세광 유닛으로 이송될 수 있다.

극초미세 리포머는 2피트의 직경과 7피트의 높이를 갖고, 3,000 내지 10,500 RPM의 샤프트 속도를 용이하게 실시하는 가변 전력 드라이브를 갖는다. 리포머의 인서트는 중공 파이프 샤프트(51)에 끼워진다. 유닛의 벽은 고무로 라이닝될 수 있고, 원주를 따라 3" 내지 7" 마다 유동 강화봉으로 주름진 모양으로 부착되어 있다.

거친 농축물의 형태로 공급 원료의 특정 성분의 자유화를 위한 그러한 밀을 사용하는 것이 바람직하다면, 도 2의 유체 에너지밀을 내장하는 융통성이 있다, 그런 경우에, 밀의 와류 활동 및 재순환은 제한되어야 한다. 이에 따라, 회전 플레이트(66)(도 9A)는 회전 반투과성 수단(60)(도 2) 바로 위에 배치되어서, 하부 초기 거친 연삭 영역으로의 내부 재순환에서 그 역할을 제한시키고, 동시에 회전 반투과성 수단(63) 및 원심력 방출 팬(62)과 함께 스피닝 디스크들(61, 64)을 제거하며, 처리율을 제한하거나 또는 재순환 덕트들(18, 19)을 폐쇄하고, 또한 15를 통해서 밀의 가스 흡입을 증가시킨다. 거친 농축물은 덕트(17)에서 배출되는 한편, 미세 파편은 덕트(16)를 통해 방출된다.

극초미세 리포머에서, 가장 작은 입자들은 비교적 낮은 정적 압력(최대 15" 수주)에서 상향으로 흐르고, 회전 반투과성 수단에 의해 발생된 매우 빠른 수직 방향의 나선형 사이클론에 노출되어, 환형 갭에서 발생된 높은 원형 전단 영역을 통해 횡단한다. 입자 치수 축소는 전단 및 가스 부식을 통해 발생한다. 각 스테이지와 관련된 원심력 방출 팬은 중력 분리를 제공하고, 거대 입자들을 더욱 축소시키기 위해 다음의 하부 스테이지로 복귀하는 일을 도와준다. 이에 의해 플레이트 포밍(platforming)은 회전 반투과성 수단 및 스피닝 디스크에 의해 발생된 와류 연삭 영역에 의해 용이하게 실시되며 또한 극초미세 리포머에서 수직으로 더 높이 위치해 있는 각 진행 스테이지에서 더 작은 치수의 입자에 의해 실행된다.

극초미세 리포머는 개별 스테이지의 직경을 증가시킴으로써 비례적으로 증가될 수 있다. 용량은 또한 유닛의 상승 스테이지의 갯수를 증가시킴으로써 증대될 수 있다.

미세 공급 재료와 주로 공급 원료 혼합을 위한 로터를 사용함으로써, 도 4의 극초미세 리포머는 도 2의 유체 에너지밀보다 훨씬 더 빠른 샤프트 속도로 작동할 수 있으며, 이에 의해 낮은 전력 사용을 여전히 유지하면서도 용량을 증가시킬 수 있다.

미세 연삭에서 통상적으로 사용되는 공급 재료는 1/2" 내지 1/8" 치수이고, 다양한 분쇄기로서 저렴한 비용으로 얻어진다. 미세 그라인더는 일반적으로 거대입자 파편을 더욱 미세하게 변환시키기 위해 연삭 회로로 복귀하는 분급 시스템이 부착된 공기 스웹트 밀(air swept mill)이다. 여러 가지 충격밀, 즉 볼밀, 페블튜브밀, 해머밀, 보울밀, 롤러밀 및 다른 충격 분쇄기가 이러한 기능을 수행한다. 이러한 모든 장치들에서 일차 연삭은 공급 입자들에 가해지는 비터(beater) 부품들의 물리적 충격에 의해 발생한다.

충격밀의 이용 및 그 장점은 잘 알려져 있는데, 즉 고용량 작동 유닛 및 효과적인 치수 축소이다. 또한 단점도 잘 알려져 있는데, 즉 높은 마모, 고에너지 비용 및 미세 연삭에 대해 낮은 용량이다. 와류 발생을 통한 충격밀의 사용가능한 범위를 연장하고자 하는 시도가 이미 공개되어 있다. 와류 충격밀 또는 충격-마찰밀은 방사상 비터 플레이트 및 커버링 디스크를 갖는 회전 비터를 이용한다. 비터 플레이트에 가해지는 입자들의 직접적인 기계적 충격과, 장치의 표면과의 충돌로 인한 입자의 마찰은 미세 연삭에 이용된다. 와류의 이차 효과의 가치는 잘 인식되어 있는데, 즉 입자 대 입자의 충돌로 인한 마찰, 와류에서 고속 가스로 인한 부식 및 전단이다. 충격-마찰밀에서 발생된 제어되지 않은 와류 영역은 로터 조립체 내부에서 로터와 케이싱벽과, 내부 블레이드 또는 내부 플레이트 영역 사이의 좁은 공간에 위치해 있다. 와류 발생은 케이싱벽의 주름에 의해 강화되고, 진동 블레이드 또는 진동 디스크의 부착에 의해 발생된 초음파 진동에 의해 도움을 받는다. 와류 충격밀의 단점은 미세 입자에 대한 고에너지 소모, 과다한 마모, 고열 상승, 저용량 및 비교적 낮은 생산율 등이다. 그 결과, 이들은 더큰 작동 유닛으로 확장하는데 어려움이 있다.

도 2에서 본 발명의 설계는 일차 치수 축소를 위해 밀의 원주에 위치한 유동베드의 제어된 와류를 이용함으로써 이들 단점들을 해결하고, 상기 입자들은 로터에 의해 시작되고 가스 작동 유체에 의해 효과적으로 전달되는 원심력에 의해 추진되어 서로 충돌하게 된다. 유동 베드의 폭은 로터 블레이드를 후퇴시키고(로터 아암의 단축에 의해) 이에 따라 상승 가스 흐름의 속도 및 회전 속도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 마찰은 높은 전단율에서 마찰의 효과를 최대로 하기 위하여 선호하는 각도에서 입자들의 자생적 충돌에 의해 발생한다. 효과적인 거칠고 미세한 연삭은 가스 흐름에 의해 상향으로 운반되어 주로 커다란 치수의 느리게 이동하는 입자들을 배제하는 회전 반투과성 수단의 속도 분류 효과를 이용하여 거대 입자들을 초기 연삭 영역(11)(도 1)으로 매우 효율적인 내부 재순환에 의해 실행된다. 종래 기술과는 대조적으로, 대부분의 미세 및 초미세 연삭은 일차 연삭 영역에서 실행되지 않는다. 본 발명에서는, 대부분의 미세 및 초미세 연삭은 와류 연삭 영역에서 수행되고, 여기서 회전 반투과성 수단 및 스피닝 디스크는 와류 발생기로서 작용하고, 높은 유동 압력에서 가스 부식 및 전단을 통해 미세, 초미세 및 극초미세 연삭을 강화시킨다. 따라서, 본 발명은 저에너지 사용, 최소의 마모 및 최소의 열 상승을 나타내고, 매우 효율적인 미세 및 초미세 제품에 의해 특징된다.

도 4에 도시된 바와 같은 극초미세 리포머는 입자를 높은 유동 압력과 낮은 정적 압력으로 전단하는 수평 원형 전단 영역과 조합하여 입자들의 가스 부식을 위한 수직 나선형 사이클론의 발생을 이용하는 새로운 설계를 통해 저렴한 극초미세 연삭을 제공한다. 이런 와류 발생 시스템은 수직 나선형 와류 영역을 발생시키기 위한 회전 반투과성 수단과, 수평 와류 영역을 발생시키기 위한 스피닝 디스크를 이용하고, 상기 두 가지 와류 발생기는 가스 흐름에서 상향으로 이동하는 미세 입자들을 위한 효과적인 치수 축소 장치로서 작용하고 또한 낮은 에너지 이용으로 입자의 분쇄를 수행한다. 각 스테이지에서, 수평 와류 영역을 통해 입자 통과에 이어서, 거대 입자들은 원심력 방출 팬에 의해 실행되는 중력 분리에 의해 분류된다. 제거된 거대 입자는 부가적인 치수 축소를 위해 다음의 하부 와류 연삭 영역으로 외부적으로 재순환된다. 중력 분리에 의해 치수 분류 후에, 상승 가스 흐름에 남은 미세 입자들은 다른 치수 축소를 위해 다음 와류 연삭 영역으로 진행하고, 이런 방법으로 연삭 효과는 플레이트포밍에 의해 장치의 상승 스테이지를 통해 배로 증대된다. 극초미세 리포머는 낮은 마모, 저에너지, 낮은 자본으로 극초미세 연삭을 제공한다.

거칠게 연삭된 석회석은 오랫동안 건축산업, 시멘트의 제조 및 농업에서 이용되는 주요 공업 제품이었다. 미세하게 연삭된 석회석은 동물용 사료와 수처리에서 사용되고 있다. 극초미세 석회석은 종이 광택제, 안료, 공업 배합제로서 또한 환경 정화를 위해 사용되는 값비싼 제품이다.

저렴한 초미세 및 극초미세 석회석은 연도 가스의 탈화에 매우 유용하고 또한 고발열량의 저렴한 고유황 석탄의 사용을 촉진시킨다. 미분화된 석회석은 증량된 석탄 연료의 배합에 유용하다. 초미세 백운석 및 마그네사이트는 각종 난방용 오일, 중질 원유 또는 페트로코우크스에 탈황 첨가제로서 유용하다.

본 발명은 미분화된 석탄/미분화된 석회석을 생산하기 위해 사용할 시에 저비용으로 SO₂ 및 산화 질소의 정화를 달성한다.

현재의 시스템으로 미분화된 석탄 및 미분화된 석회석은 버너 노즐을 통해 연소기로 동시에 도입 가능하다. 이러한 입자 치수에서, 연소는 즉시 이루어지고, 이것은 버너를 위한 공급 연료로서 오일과 천연 가스에서 동일한 속도로 진행될 것이다. 석회석과 SO₂의 반응을 완료하기 위하여, 이것은 보일러 튜브 주위에서 배출 가스의 재순환을 요구할 것이다. 완전한 탄소 연소 및 애쉬 입자들의 매우 미세한 치수는 이들 입자들의 응집과 점착 없는 것을 설명하고, 또한 전도 및 대류 표면의 오염, 부식 및 소모를 최소화할 것이다. 완전한 탄소 연소는 스택 방출을 통해 열 손실을 저감시키고 또한 보일러의 열 생산을 증가시킨다. 더구나, 이것은 탄소 함유량이 매우 낮은 플라이 애쉬를 생성하고(0.5% 미만), 또한 프리미엄급의 시멘트 대체물 및 부가적인 콘크리트 제법에 유용하다.

저유황 석탄, 즉 와이오밍 파우더 리버 바신(Wyoming Powder River Basin) 석탄의 사용에 있어서, 상기 석탄의 열 함유량은 미국의 동부(Eastern) 및 중부(Midwestern)의 고유황 석탄과 비교해 볼 때 낮다. 그러므로, 동일한 양의 분쇄된 저유황 석탄(치수 75㎛, 200 메시)을 사용하면, 상기 연소된 연료의 저융점으로 인해 유용한 보일러 시스템의 정격 출력을 낮추는 결과를 야기시킨다. 미분화된 저유황 석탄(치수 40㎛, 400 메시)을 사용하면, 연소는 크게 가속되고, 보일러의 질은 시간당 더욱 증가된 연료량을 연소시키는 능력을 향상시키기 위해 개량된다.

플라이 애쉬 입자들의 미분화된 치수는 가스 터빈 베인 및 블레이드에 대한 손상을 완화시킨다. 선택적으로서, 고온의 연소 가스는 회전 반투과성 수단의 사용에 의해 압력 또는 온도에 있어서 현저한 저하 없이, 유동하는 입자로부터 제거될 수 있다.

유사하게, 유황 흡수제, 알칼리 흡수제 및 애쉬 변경제는 상기 고온 연소 가스에 첨가될 것이고 회전 반투과성 수단의 사용에 의해 유사한 방식으로 제거된다. 이러한 제거는 회전 반투과성 수단을 통해 연소 가스의 통과 후에 원심력 배출 팬을 삽입하므로서 향상될 수 있다.

증량된 연료(천연 가스, 난방용 오일, 중질 원유 또는 물과 혼합된 석탄 혼합물)가 연소기에서 사용되는 경우에, 미분화된 석회석과 연료의 예비 배합은 혼합물이 안정화된다는 가정에서 충분하므로, 상기 SO₂ 포착제(scavenger)가 연소 위치에서 이용가능하게 된다. 이러한 보일러 용량의 대체적인 정격 출력의 저하 없이, 오일 및 가스 연소 실용 보일러에서 사용할려는 의도의 증량된 연료(난방용 오일, 중질 원유, 알콜)에서의 미분화된 석탄의 사용은 상기 미분화된 석탄의 증가된 표면적에 의해, 고용적식 열 해방에 대해 상승하는 연소의 용이성 및 그 증가되는 휘발성을 촉진시킨다. 이들 증량된 연료는 공기의 소량 초과를 수용하는 버너를 사용하여 연소되고, 그에 의해 산화 질소의 형성을 방지 또는 최소화시킨다.

SO₂의 저압력 정화를 위해, 가장 경제적인 수단은 연소 영역 또는 현존하는 고온 연도 가스중 어느 하나로 미분화된 석회석을 분사하는 것이다. 본 발명의 출력물은 미분화된 석회석/백운석을 사용하여 값싼 SO₂의 정화을 위해, 값싼 고유황 연료, 즉 석탄과 아탄, 페트로코우크스, 잔류 오일, 중질 원유, 및 아스팔트의 연소를 가능하게 한다. 미분화된 산화철은 반응의 완료를 가속하기 위한 용제(fluxing agent)로서 상기 석회석/백운석에 첨가된다.

본 발명에 따라 조제된 고유황 함유량의 미분화된 석탄은 고압 수화물(H-석탄, H-오일, 플렉시코우크스 프로세스)에 의해 이러한 혼합물과 공동 처리되기 전에, 고급의 석유 액체(운송 연료, 나프타, 가스 오일)로 변환되는 반면에, 유황 불순물을 원소 유황으로서 제거하고 회복시키게 되는, 잔류 오일 및 중질 원유에 첨가하기 위해 사용될 것이다. 이러한 목적을 위한 미분화된 석탄은 80%가 30㎛(525 메시) 미만 및 20%가 20㎛(875 메시) 미만의 입자 치수를 나타낸다. 이러한 오일-미분화된 석탄 혼합물은 상기 시스템에서 미분화된 석탄의 50%까지 처리한다. 수화물 처리에 있어서 상기 혼합물의 이러한 석탄의 존재는 석유 액체의 보다 높은 수율과 개선된 경제적인 프로세스를 야기시킨다.

초청정 석탄은 내연 기관(여행용 차량, 트럭 또는 디젤 엔진)을 위해 증량된 연료에서의 석탄의 어떤 적용에서 요구된다. 이러한 목적을 위해서 상기 석탄은 -400 메시(〈 40㎛)로 감소하고, 그런 다음 애쉬 재료를 제거하기 위해 거품 부유에 영향을 받는다. 선별된 석탄은 건조되고 또한 그 초미세 리포머(ultrafine reformer)에서 〈 1㎛의 치수 범위까지 치수 축소에 영향을 받는다, 저렴한 극미세 청정 석탄은 그 자체로, 또는 가솔린, 오일, 메탄올, MTBE(methyl-t-butyl ether) 와의 혼합물에서, 또는 석탄-물 슬러리 연료의 형태에서 중요한 대체 자동차 연료로 제시된다.

치수 축소된 고체 입자들의 표면의 변경은 파이프라인을 통한 그 운송, 또는 고압 주입에 따른 엔진을 위한 충진제, 안료, 흡착제, 연마제, 시멘트, 석탄 슬러리 연료로서의 그 공업적 사용에 있어서, 또는 부가 처리를 위한 중간 연료로서 특히 중요하다.

본 발명에서 입자들의 치수 축소에 사용되는 전단 및 가스 침식을 통해 자생적 연삭에서 생성된 신선한 표면은 기계적인 래디칼(radical) 형태(즉, 상기 공급 원료의 표면상의 분자 영역내의 화학적 결합의 박리로부터 야기되는 반응 사이트) 또는, 잔류 원자가(valences)의 형태(즉, 이러한 공급 원료의 상기 표면상의 결정격자 구조의 파손으로부터 야기되는 활동 사이트)의 반응 사이트를 나타낸다. 이러한 반응 사이트는 통상 수명이 짧고 또한 공기 중에 존재하는 산소 또는 이산화탄소에 의해, 또는 환경의 습기로부터 물 분자에 의해 통상 처리되는 포화 상태가 된다.

불활성의 환경(즉, 질소 또는 휘 가스로 구성되고 작동 유체의 완전한 재순환으로 작동되는 밀에서의 작동 유체)을 갖는 본 발명은 유기 및 무기 화학 제품의 화학 시약으로 새롭게 연마된 반응 표면의 변경을 허용하고, 상업 및 산업을 위해 가치있는 새로운 재료를 생성한다.

본 발명에서의 표면 변경을 위하여, 화학 시약은 시스템의 재순환 작동 유체내에서 증발된다면 휘발되거나 또는 보다 높은 비점 또는 고체라면 에어로졸로서 분산되고, 시스템의 작동 유체에 존재하는 불활성 가스에 의해 희석된다. 기계적 래디칼을 포화시키기 위해서, 화학 시약은 알콜(예, 스테아릴 알콜까지의 메탄올), 지방산(예, 스테아르산까지의 포름산) 또는 비닐 화합물(예, 비닐 알콜, 아크릴산, 아크릴로니트릴, 비닐 클로라이드, 스티렌, 부타디엔), 아민, 암모늄염, 카르복스 아미드, 우레아 및 에폭시드(예, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 에피클로로 하이드린)로 구성된다. 잔류 원자가를 포화시키기 위해서, 화학 시약은 염(예, 알칼리, 알칼리토류 또는 염기성 금속 할라이드 또는 스테아레이트 또는 암모늄 염)으로 구성된다.

그 위치에서 화학적으로 변경된 표면을 갖는 감소된 고체는 가치있는 특성 즉, 변경된 표면 습윤성 및 표면 장력, 입자들간의 감소된 응집력, 건조수 분말로서의 자유 유동성, 탄화수소 또는 수성 매체에 현탁될시 낮은 동적 점도를 나타낸다.

본 발명에서의 화학적 표면 변경은 증량된 연료(즉, 알콜, 연료 오일, 중질 원유를 갖는 석탄 슬러리)의 제법에 있어서 유익하거나 또는 활성화된 중간 제품으로서 사용될 수 있는 새로운 미분화된 석탄 조성을 생성한다. 변경된 석탄 제품은 더 나은 분산, 슬러리(즉, 석탄-물 슬러리 연료 또는 증량된 연료)에 있어서의 높은 석탄 하중에서의 낮은 점도, 개선된 저장 안정도, 및 더욱 낮은 전단력과 침식 특성을 나타낸다.

이러한 변경은 고체의 높은 하중에서 만족할만한 유체학적 특성을 나타내고, 고체의 톤당 낮은 운송 비용을 실현시키는 고체 파이프라인에 의해 미분화된 공급재료를 조제하기 위해서 중요하다.

그 위치에서 화학적으로 표면 변경된 미분화된 석회석은 이들의 연소시의 환경적 요건과의 만족스러운 유용성을 위한 고유황 함유 연료(중질 원유, 잔유, 벙커연료, 아스팔트, 고유황 석탄 및 페트로코우크스)의 제법에 있어서 유용하다.

다른 표면의 변경된 미분화된 제품은 각종 모드의 건조 분리(즉, 중력, 자기 또는 정전) 또는 수성 분리(중력, 거품 부유, 또는 오일 응집)에 의해 그 후의 선별을 위한 "예비-시약화된" 제품을 제공하는 금속 광석과 다른 광물을 포함한다.

본 발명에 따른 표면 변경은 충진제 및 안료의 연삭에 사용될 것이다. 충진제(즉, 카본 블랙, 실리카, 클레이, 탄화 칼슘)의 경우에, 상기 변경된 화합물은 중합체 매체에서 더 나은 분산 및 우수한 강화 특성을 나타낸다. 안료의 경우에, 상기 변경된 화합물은 더 나은 분산 및 색 강도(즉, 착색값)를 나타낸다.

고온의 이질 화학 반응에 의한 상기 표면 변경된 공급 원료를 조제하기 위해, 표면 변경은 더 빠른 반응 속도와 최종 제품의 향상된 수율을 산출하고, 처리 비용의 절약을 야기한다.

시멘트 및 스톤의 경우에, 상기 미분화된 제품의 그 위치에서의 변경은 개선된 저장, 더 빠른 결합, 및 더 나은 내노화성을 초래한다.

본 발명의 장치는 소형이고 경량이며, 이러한 그라인더가 새롭게 미분화된 분말의 급속한 발생을 위해 생산 지역으로 운송된다. 이러한 방식에서, 순간적인 시멘트는 칩화된 클린커 또는 미니-클린커로부터 생산될 것이다. 현재 사용되는 클린커 제법은 저장시 연삭된 시멘트의 "셋업(set-up)"을 방지하기 위해 지연 경화 제법을 사용한다. 본 발명의 프로세스는 건축 현장에서 새롭게 제조되는 시멘트를 생산하므로서 연삭된 시멘트의 손상을 방지할 것이다. 유사하게, 시멘트 클린커를 위한 고속 경화 제법은 가속된 구조를 가능하게 하는 신선한 시멘트를 생산하는 본 발명의 프로세스에 사용될 것이다. 건축 현장에서 신선한 시멘트를 생산할 수 있는 능력은 연삭, 포장, 저장, 및 운송 비용의 실질적인 절약을 야기시킨다.

본 발명의 자생적인 연삭은 충격식 그라인더로 달성되는 것 보다 응집 광석의 소망하는 성분의 보다 경제적인 유리(liberation)를 야기시킨다. 이것은 자생적인 연삭이 충격식 연삭에서 보다 더 큰 입자 치수에서 이러한 성분의 유리를 제공한다. 충격식 연삭에선, 요구되는 성분의 유리를 달성하기 위해 필요한 과도 연삭에 기인하여, 요구되는 성분의 일 부분이 타일링에서 손상되고, 또한 연삭 에너지는 낭비된다. 상술된 이유에 대해서, 본 발명은 황철광(pyrites) 및 관련된 무기 유황 화합물의 저렴한 비용의 유리를 요구하는 석탄 공급 원료의 조제와 같은 그러한 것을 위해서 경제적으로 사용될 것이다.

본 발명은 상기 성분의 연삭가능한 인딕스(indices)가 시스템에서 와류, 전단, 및 부식력의 제어로 인해 충분히 다르면, 광물 응집에서의 성분의 분리를 실행하기 위해 상이한 연삭을 허용한다. 예시로서, 귀금속 광석은 높은 농도의 플레이를 함유하는 사광상(placer deposit)의 상기 건식 미분 연삭에 의해 응축될 것이다. 유사하게, 금 광석은 골드-베어링 블랙 샌드(gold-bearing black sands)의 건식 미분 연삭에 의해 응축될 것이다. 본 발명에 따른 건식 미분 연삭은 상기 그라인더의 유입 전에 높은 클레이 함유량을 갖는 "와시 코울(wash coals)"의 분리 및 개량에서 이러한 공급 재료의 건조 후에 사용될 것이다.

80%가 30㎛(525 메시) 미만 및 20%-60%가 5㎛(4500 메시) 미만 치수의 분말에 대한 고체 시약의 미분화는 많은 미분화 화학 제품의 저비용으로 제조가능하고, 알칼리토류, 실리콘 및 중금속 카바이드(즉, MgC₂, CaC₂, SiC, Cr₃C₂, Fe₃C, W₂C, NiC₂)를 포함한다. 이러한 프로세스는 충분히 저렴하게 할 수 있고, 이것은 이러한 카바이드들의 현재의 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만아니라, 이들을 위한 새로운 적용을 가능하게 한다.

상술된 설명은 본 발명이 적용되는 몇몇 분야를 일반적으로 설명하고 있다, 다음은 구체적인 용도의 몇몇의 상세한 실시예이다.

〈실시예〉

1. 전력 생산용 미분화된 석탄

석탄은 보일러의 연소실에서 직접 점화하기 위해 본 발명에 따라 연삭되고, 여기서 석탄은 80%가 32㎛(500 메시) 미만의 입자 치수로 연삭된다. 석탄은 제 2번 연료 오일 또는 천연가스와 같은 짧고 밝은 화염으로 연소한다. 얕은 유동 베드 시스템에서 연소되는 75㎛(200 메시) 미분탄에 대해 96% 연소와 9% 건조 연도 가스 손실에 비하여, 탄소 연소는 매우 빠르고 99% 이상이며, 건조 연도 가스 손실은 6% 이하이다.

2. 보일러 적용을 위한 깨끗한 석탄 연료

미분화된 석탄 연료 및 미분화된 석회석 세탁제(예로서, 석회석 또는 석회석과 염기성 산화물의 혼합물)는 보일러의 연소실에서 직접 점화하기 위해 본 발명에 따라 연삭되고, 여기서 석탄은 90%가 32㎛(500 메시) 미만의 입자 치수로 연삭되며, 석회석은 90%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 연삭된다. 석탄은 제 2 번 연료 오일 처럼 연소하고, 탄소 연소는 99%이상이고, 건조 연도 가스 손실은 6%이하이며, 석회석은 SO₂와 NOx의 95% 이상을 세척한다.

3. 가스 터빈 적용을 위한 깨끗한 석탄 연료

미분화된 석탄 연료 및 미분화된 석회석 세탁제는 가스 터빈에서 직접 연소하기 위해 본 발명에 따라 개별적으로 연삭되고, 여기서 석탄 및 석회석은 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 35%가 10㎛(2000 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 연삭된다. 석탄은 제2번 연료 오일 처럼 연소하고, 석회석은 95% 이상의 SO₂와 NOx을 세척하며, 연소 프로세스로부터 미분화된 입자들은 가스 터빈의 베인이나 블레이드를 부식 또는 오염시키기 않는다.

4. 가스 발생 적용을 위한 깨끗한 석탄 원료

미분화된 석탄 연료 및 미분화된 석회석 세탁제는 매체 BTU 가스를 생성하기 위해 고압 석탄 가스 발생실에서 산소와 함께 연소하기 위해 본 발명에 따라 개별적으로 연삭되고, 여기서 연료 및 세척제는 80%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 25%가 20㎛(875 메시) 미만의 입자 치수로 연삭된다. 결과로서 생기 매체 BTU 가스는 연소 터빈을 위한 연료로서 사용될 수 있거나, 연료 전지를 위한 연료 입력으로서 사용될 수 있거나, 또는 액체 연료(예로서 메탄올, 가솔린, 디젤) 또는 화학 공급 원료의 제조에서 중간재로서 사용될 수 있다. 거친 석탄에 비해서, 미분화된 석탄은 보다 빠른 연소 속도를 부여하고, 가스화의 성능을 증가시킨다.

5. 깨끗한 증량 연료: 석탄/가스

천연가스, 미분화된 석탄 및 미분화된 석회석으로 구성되는 혼합 연료는 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 각각 개별적으로 연삭된 고체 성분을 갖는다. 가공되지 않은 천연 가스에 비해서, 연료 혼합물은 폐열발전 및 조합된 사이클 전력 발생의 비용을 줄인다.

6. 깨끗한 증량 연료: 석탄/오일

황 함유 액체 연료, 미분화된 석탄 및 미분화된 석회석 세척제로 구성되는 황 함유 혼합 연료는 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 각각 개별적으로 연삭된 고체 성분을 갖고, 연삭시에 그 위치에서 화학적으로 변경되는 양쪽의 고체 성분을 갖는다. 표면 변경은 다른 방법으로 가능하였던 것보다 액체 연료 혼합물(허용가능한 유동학적 성질을 가짐)에서 고체의 높은 농도(70%까지)를 허용한다.

7. 깨끗한 액체 연료: 중유

미분화된 석회석 세척제를 갖는 황함유 액체 연료는 90%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 20%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭된 세척제를 가지며, 연삭시에 그 위치에서 화학적으로 변경된 세척제의 표면을 갖는다. 이 혼합물은 90%의 SO₂와 NOx를 그 위치에서 세척하면서, 직접 점화식 보일러 또는 조합된 사이클 전력 발생기로부터 저렴한 비용의 열 및/또는 전기를 만드는 저렴한 황함유 연료 오일, 벙커 연료, 잔류 오일 및 중질 원유의 사용을 가능하게 한다.

8. 깨끗한 석탄/물 슬러리 연료

석탄-물 슬러리 연료는 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 각각 개별적으로 연삭된 석탄 및 석회석 세척제를 가지며, 연삭시에 그 위치에서 화학적으로 변경되는 연료 성분의 표면을 갖는다. 상기 석탄-물 슬러리 연료는 안정된 화염을 나타내고, 빠른 연소 속도를 나타내며, 저장에 대해서 안정하고, 80%까지의 석탄 하중을 허용한다. SO₂ 및 NOx는 미분화된 석회석에 의해 연소 프로세스 중에 그 위치에서 세척된다. 높은 석탄 함유량 및 이용의 용이성으로 인해, 그러한 석탄-물 슬러리 연료는 파이프라인, 내륙 바지선, 또는 해상 탱크에 의해 석탄을 운송하기 위한 유용한 수단이 될 수 있다. 그러한 석탄-물 슬러리 액체 석탄 연료는 종래의 럼프(lump) 석탄에 비해서 연삭, 취급 및 운송의 점에서 경제성을 나타낸다. 또한, 이것은 탱크 터미날에서 저장의 용이성을 제공한다. 그러한 석탄-물 슬러리 연료는 실용 보일러를 위한 연료로서 또는 고압 석탄 가스화를 위한 공급 원료로서 사용될 수 있다.

9. SO ₂ /NOx 제어: 탄화칼슘 형성에 의한 공통 점화

석탄 및 석회석은 보일러의 연소실에서 직접 점화하기 위해 본 발명에 따라 연삭되고, 여기서 석탄 및 석회석은 70%-90%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 20%-70%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 각각 개별적으로 연삭되고, 석탄 : 석회석 = 4 : 1 의 분자비로 완전히 혼합되어 보일러의 연소실로 분사된다. 탄화 칼슘은 연소기의 화염온도(2,920℉ 내지 3,350℉)에서 형성되고, 산화 황화물 및 산화 질소와 결합한다. SO₂는 탄화 칼슘에 의해 황화칼슘(CaS)으로 환원되고, NOx는 90%-99%의 세척 효율성을 갖는 질소(N₂)로 환원된다. 백하우스에서 하류로 수집될 수 있는 형성된 입자들은 현존하는 연도 가스의 하류 습식 세척의 필요성을 크게 감소(또는 제거)시킨다.

10. SO ₂ /NOx 제어: 공통 점화 및 재순환

황함유 연료의 연소시에 생성된 SO₂ 및 NOx의 제거는 80%가 20㎛(875 메시) 미만, 그 중에 20%가 10㎛(2000 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭된 미분화된 석회석 세척제와 연료를 공통 연소시키고 또한 먼지 백 수집기에서 빠져 나가기 전에 세척의 완료를 위해 1600℉에서 연료 가스를 순환시킴으로써 수행된다. 상기 입자 치수에서 SO₂ 및 NOx는 99%이상 흡수된다.

11. SO ₂ /NOx 제어: 공통 점화 및 수화

황함유 연료의 연소에서 생성된 SO₂ 및 NOx의 제거는 80%가 20㎛(875 메시)미만, 그 중에 20%가 10㎛(2000 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭된 미분화된 석회석 세척제와 연료를 공통 연소시키고 또한 먼지 백 수집기에서 빠져 나가기 전에 미세한 수증기로 결과로서 생성된 연도 가스를 처리하여 세척제를 더 활성화하며 또한 배기 가스의 온도를 1400℉-1800℉ 범위로 낮춤으로써 수행된다. 매우 미세한 분무를 압축 공기에 적용하면 연소 가스에 존재하는 연소된 석회(산화 칼슘, CaO)를, 잔류한 SO₂ 및 NOx를 세척하는 냉각된 석회(수산화칼슘, Ca(OH)₂)로 변환한다. 이 방법은 SO₂ 및 NOx를 99%이상 흡수한다.

12. SO ₂ /NOx 제어: 흡수제 주입

미분화된 석탄을 미분화된 석회석 세척제와 공통 점화하는 것에 대안으로서, 미분화된 석회석은 연소 영역 위에서 소용돌이치는 과열 가스로 흡수제 주입을 위해 사용될 수 있다. 흡수제 주입을 위해 미분화된 석회석 세척제는 80%가 20㎛(875 메시) 미만, 그 중에 20%가 10㎛(2000 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭된다. 개선된 흡수제 작용을 위해, 미분화된 석회석은 미분화된 아연 페라이트 또는 미분화된 산화철의 첨가에 의해 더욱 활성화될 수 있다. 이 방법은 SO₂ 및 NOx를 96%이상 흡수한다.

13. NOx 제어: 재연소

NOx 제어를 위한 대안으로서, 미분화된 석탄은 사용되는 연료의 총중량의 20%에 해당하는 양까지, 80%가 32㎛(500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭되고, "재연소"를 위한 연소 영역 바로 위에서 주입되며, 이것은 산소 희박 영역을 만들므로써 잔류 NOx 방출을 배제한다.

14. 개선된 시멘트 클린커

시멘트 클린커가 만들어지고, 여기서 시멘트 로크(예로서 석회석, 점토, 스톤/실리케이트, 철광석 및 다른 성분들)는 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭되고, 이러한 시멘트 록크는 혼합되어 완성된 시멘트 클린커로 킬른 점화된다. 상술한 초미세 및 극초미세 치수의 시멘트 록커 성분으로 제조된 클린커는 그 반응 성분의 그러한 조제 없이 제조된 클린커 보다 더 높고 더 일정한 품질을 갖는다.

15. 개선된 시멘트

시멘트 입자들은 본 발명에 따라 연삭되는 동안에 그 위치에서 화학적으로 변경된 표면을 가진다. 미분화된 시멘트의 표면 변경은 강도를 향상시키고, 콘크리트 제조시에 최종 물리적 특성을 더욱 빨리 발전시킨다.

16. 개선된 시멘트 조제

시멘트 클린커의 치수 축소에서, 시멘트 제품은 90%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 20%가 5㎛(4500 메시) 미만, 그 중에 10%가 2㎛ 미만의 치수 입자로 본 발명에 따라 연삭된다. 상술한 바와 같이 초미세 및 극초미세 입자를 갖는 시멘트는 콘크리트 제조시에 더 높은 강도, 우수한 수명 및 고속 경화를 나타낸다.

17. 새로운 콘크리트 제법

흑요석(예를 들면, 화산성 포졸란, 애쉬, 응회암 및 유문암)은 미분화된 글래스로 변환되고, 예를 들어 유문암은 80%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 20%가 10㎛(2000 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭된다. 시멘트 제법에서 사용될 시에 미분화된 흑요석은 4000psi 이상의 압축 세트를 나타내도록 높은 초기 강도와 빠른 경화로 콘크리트를 생산한다.

발전소의 부산물인 플라이 애쉬는 본 발명에 따라 미분화되고, 포틀랜드 시멘트, 실리카 퓸 및 적절한 골재와 혼합으로 높은 강도의 콘크리트 제법에 사용되며, 17,000 내지 20,000psi의 압축 세트를 갖는 콘크리트를 생산한다. 플레이 애쉬로부터 고급 미분화된 제품의 개량은 전력을 위해 보다 낮은 제조 비용으로 초래된다.

18. 콘크리트의 재순환

사용된 콘크리트는 부가적인 결합제로서 새로운 시멘트와 조합하여 새로운 콘크리트 제법에서 사용하기 위해 적절한 입자 치수로 건식 연삭을 통해 본 발명에 따라 미분화된 재순환 콘크리트 혼합물로 변환된다. 건축 현장에서 회수된 콘크리트로 재순환하기 위한 능력은 재료, 운송, 처분 및 노동 비용을 현저하게 절약한다.

19. 새로운 건축 재료

화강암, 석영, 규회암 또는 다른 경질 규산염 및 화성암의 치수 축소가 행해지고, 여기서 분쇄된 제품은 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 20%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭되고, 상기 제품은 새로운 건축 재료를 생산하기 위해 결합제와 반응한다. 미분화된 경질 록크로 조제된 제품은 몰타르, 벽돌, 블록, 타일 및 패널과 같은 건축 업계에서 종래의 제품과 비교하여 더 우수한 강도와 다른 물리적 특성을 나타낸다.

성분으로서 실리카 퓸과 플라이 애쉬의 첨가로 조제된 높은 강도의 콘크리트 제법은 높은 압축 세트를 나타내지만, 연성이 결여되고, 부서지기 쉬우며, 전단 강도의 저하를 나타낸다. 이들 제법에 사용된 공통의 골재를 본 발명에 따라 조제된 미분화된 경질 로크로의 대체는 이러한 결점을 극복하고, 높은 압축 세트와 높은 전단 강도를 갖는 높은 강도의 콘크리트를 생산한다.

20. 새로운 절연 재료

미분화된 유문암 또는 다른 혹요석으로 만들어진 셀룰러 콘크리트 폼은 화산성 가스 버블의 포착성으로 인해 이들 광물에서 고유한 폐쇄된 셀 구조와 합체된다. 상기 폼은 높은 절연 값과 부가된 구조 강도(30 내지 40의 k값과 2000psi까지의 압축 강도)를 나타낸다. 완전한 내화성이 있는 것에 부가하여 미분화된 유문암/셀룰러 콘크리트 폼 제법은 우수한 열적 및 음향적 절연체이고 또한 충격 흡수체도 있다. 이와 같은 저비용의 폼은 불에 노출될 시에 유독 가스(예를 들어 시안화수화물)를 방출하는 고가의 폴리우레탄 폼 절연체로 대체할 수 있다. 이러한 폼은 고층 건조물에서 철 강화를 위한 요구 조건을 감소시키고, 저비용의 절연 창고의 건축을 위해 사용되며, 로드 베드를 위한 기초로서 사용될 수 있으므로, 고온 변동에 의해 야기되는 도로에 대한 손상과 관련한 유지 비용을 저감시킨다.

21. 탄화철 및 스폰지철의 생성

철광석을 탄화철 분말로 변환하기 위한 목적으로서, 건조한 철광석은 90%가 32㎛(500 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수를 갖는 미분화된 제품으로 본 발명에 따라 연삭된다. 미분화된 철광석은 90%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 15%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자를 갖는 미분화된 석탄과 혼합되고, 그 혼합물은 탄화철을 생산하기 위해 환원 노에서 처리된다. 채광 현장에서 철광석을 탄화철로의 변환은 훨씬 높은 철 함유량을 갖는 제품(93.22%의 Fe를 갖는 Fe₃C 대 69.94%의 Fe를 갖는 Fe₂O₃)을 야기하고, 이에 의해 시장으로의 운송 비용을 저감시킨다. 탄화철은 소제철소에서 고철의 대체로서 사용함으로써 강철 제조의 전기로 프로세스에서 직접 사용가능하고, 따라서 펠리트화 철광석의 고로 환원의 고가 스텝을 회피한다.

철광석을 스폰지철로 변환하기 위한 목적을 위해, 건조한 철광석은 60%가 32㎛(500 메시) 미만의 입자 치수를 갖는 미분화된 제품으로 본 발명에 따라 연삭된다. 미분화된 철광석은 미분화된 석탄과 산소로부터 조제된 가스화 석탄을 갖는 환원 노에서 처리된다. 결과로서 생성된 스폰지철은 소제철소의 전기로에서 철의 생성을 위해 고철을 대체할 시에 유용한 합성 고철이다.

22. 고로를 위한 미분화된 석탄

80%가 32㎛(500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 연삭된 미분화된 석탄은 이와 같은 미분화된 석탄을 상기 노의 바람구멍으로 도입함으로써 철광석의 환원을 위해 종래의 고로에서 직접 사용될 수 있다. 40%까지의 코크와 이와 같은 프로세스에서 보조 연료로서 사용된 모든 천연 가스는 저비용의 고유황 미분화된 석탄으로 대체될 수 있고, 상기 석탄으로부터 생기는 유황은 고로 슬래그로 제거된다. 미분화된 석탄과 산소를 고로 프로세스로 도입함으로써, 90%까지의 코크는 본 발명에 따라 조제된 미분화된 고유황 석탄으로 대체될 수 있고, 저렴한 비용으로 강을 생산할 수 있다.

23. 전략적 금속 회수

본 발명에서의 저비용의 미분화된 광석과, 고유황 미분화된 석탄의 가스 발생으로부터의 저비용의 수소의 이용성은 전략적 금속(망간, 니켈, 코발트, 주석, 티타늄, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 바나듐)을 그들의 저등급의 광석으로부터 회수시킨다. 이들 미분화된 분말은 환원노에서 수소로 처리되고, 그에 의해 바람직하지 않은 광석 맥석(gangue)으로부터 중력에 의해 분리되는 전략적 금속 입자들을 유리한다.

24. 귀금속 건식 분리

본 발명에 따른 치수 축소는 클레이 함유량이 높은 사광, 흑사 또는 그들의 농축물로부터 귀금속의 분리와 이들 내열 광석으로부터 이들 금속의 회수에 사용된다. 건식 프로세스로서, 이들은 물 소비의 절약과 물 재순환을 나타내고, 이에 의해 특히 건조한 기후의 지역에 있는 광상(deposit)에서는 귀금속의 회수를 위해 처리 비용을 저감시킨다.

25. 광석으로부터 금과 플라티늄의 유리

본 발명에 따른 치수 축소는 경질 석영 또는 규산염으로부터 금원소를 유리시키기 위해 사용되고, 에워싸이는 자철광으로부터 원소 플라티늄을 유리하기 위해 사용된다. 유리된 금은 테이블링 또는 화학 침출에 의해 선별되고, 플라티늄은 습식 자기 분리에 의해 개량될 수 있다.

26. 수소의 생성

석탄 및 석회석은 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)의 혼합물을 생성하기 위해 고압 가스화에서 물의 존재하에서 산소와 연소하기 위해 본 발명에 따라 각각 개별적으로 연삭되고, 여기서 석탄은 80%가 32㎛(500 메시) 미만의 입자 치수로 연삭되며, 석회석은 80%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 25%가 5㎛ 미만의 입자 치수로 연삭된다. 미분화된 석탄은 반응 시간을 단축하고 반응의 더 양호한 제어를 허용하며, 이에 의해 수소 생성의 비용을 큰 석탄 공급 원료를 사용하는 경우보다도 감소시킨다. 이들은 수소 생성의 가장 낮은 비용적인 방법중 하나를 나타낸다.

27. 직접 석탄 점화 터빈을 위한 연소 가스 정화

75㎛(200 메시)의 석탄을 연소하는 직접 석탄 점화 터빈의 연소 가스는 본 발명에 따라 회전 반투과성 수단을 통해 수평방향으로 통과한다. 회전 반투과성 수단은 연소기 통로와 가스 터빈 사이에 배치된 회전 스크린을 갖고 회전 스크린의 아래에서 트랩을 갖는 조립체이다. 석탄으로부터 형성된 열 용융된 애쉬 입자들의 대부분은 압력 손실 및 온도 저하를 무시할 수 있는 가스 스트림으로부터 제거되고, 가스 흐름에 잔류하는 애쉬는 터빈의 베인들 또는 블레이드들에 손상이 없도록 치수 축소된다. 유사하게, 회전 반투과성 수단은 유황 흡착제, 알카리 흡착제 또는 애쉬 변경제가 고온 가스 흐름에 주입될 때에 고온 가스 정화를 실행하기 위해 사용되고, 가스 터빈의 부식과 충돌을 회피하며, 환경적 배출 기준에 적합하도록 한다. 정화의 효율성은 고온 가스가 회전 반투과성 수단을 통과한 후에 원심력 방출 팬의 부가적인 사용에 의해 향상된다.

28. PFBC를 위한 연소 가스 정화

애쉬 및 알카리 압자들을 함유하는 가압 유동 베드 연소기를 빠져나가는 연소 가스는 가스 터빈에 들어가기 전에 고온 가스를 본 발명에 따라 회전 반투과성 수단을 포함하는 배열을 통과시키는 것에 의해 정화되고, 이에 의해 고가이고 부서지기 쉬운 세라믹제의 횡단 유동 필터의 필요성을 배제한다. 정화의 효율성은 고온 가스 흐름에서 잔류 고체를 배제하기 위해 회전 반투과성 수단으로부터 하류로 원심력 방출 팬을 사용함으로써 향상된다.

29. 석탄 점화 보일러를 위한 연소 가스 정화

본 발명에 따른 회전 반투과성 수단은 텅스텐으로 만들어지고, 75㎛(200 메시) 석탄을 연소하는 석탄 점화 보일러의 보일러 튜브의 영역내의 연소실에 수평방향으로 배치되어 있다. 보다 큰 타다 남은 것은 회전 반투과성 수단에 의해 거절되고, 탄소의 연소 종료가 99%까지 증가하고 건식 연도 가스 손실이 8% 이하로 감소하도록 부가적인 열을 보일러 튜브로 운반하기 충분히 긴 연소실내에 유지된다.

30. 탄화 칼슘의 제조

석회석과 석탄은 80%가 30㎛(525 메시) 미만, 그 중에 20%-60%가 5㎛(4500 메시) 미만의 입자 치수로 본 발명에 따라 각각 개별적으로 연삭된다. 미분화된 석탄 화염은 사이클론 연소기에서 일어나고, 그 온도는 2,920℉-3,350℉ 범위로 유지된다. 미분화된 석회석 및 미분화된 석탄은 석회석 : 석탄 = 1 : 4의 분자비로 완전히 혼합되고, 그 혼합물은 탄화 칼슘이 형성되는 연소 영역으로 분출된다. 그렇게 형성된 탄화 칼슘은 공기 흐름에 의해 파이프 조립체를 통해 제거되고, 여기서 반응 제품은 300℉까지 냉각되고, 그후 탄화 칼슘 분말은 사이클론에서 진입하는 공기 흐름으로부터 분리된다.

상술한 설명은 한정에 의해서가 아니라 예시에 의해 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다. 설명된 실시예의 동등한 변경은 당업자들에게는 충분히 가능하다. 상기 변경과, 수정, 및 등가물은 본 발명이 적절하게 권리를 부여하는 모든 균등물의 이점을 얻도록 해석되며, 첨부된 청구범위에 구체적으로 기재된 바와 같이 본 발명의 범주내에서는 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 본 발명의 장치의 개략도.

도 2는 도 1에 도시된 유체 에너지 밀(mill)의 개략 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 유체 에너지 리포머(reformer)의 개략 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 유체 에너지 극초미세 리포머의 개략 단면도.

도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 원심력 상승 팬의 평면도 및 단면도.

도 6a 및 도 6b는 도 2에서 사용하기 위한 2개의 다른 동축 로터의 평면도.

도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 회전 반투과성 수단의 평면도 및 정면도.

도 8a 및 도 8b는 도 2에 도시된 스피닝 디스크의 평면도 및 정면도.

도 9a 및 도 9b는 도 2에 도시된 회전 플레이트의 평면도 및 정면도.

도 10은 도 2의 밀에서 내부 베어링 조립체의 평면도.

도 11은 도 2의 밀에서 유동 강화봉의 평면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 연삭 유닛 20, 30 : 사이클론

22, 23 : 입구 54 : 회전 플레이트

55 : 상승 팬 56 내지 59 : 로터

60 : 회전 반투과성 수단 61 : 스피닝 디스크

78 : 벽

Claims (37)

1. 고체 입자들을 와류 연삭 영역(12)으로 일반적으로 상향으로 향하게 하는 단계와,

   상기 입자들의 일부를 상기 와류 연삭 영역(12)으로 통과시킴으로써 상기 와류 연삭 영역(12)에서 상기 상향으로 향하는 고체 입자들을 연삭하는 단계를 포함하고, 상기 와류 연삭 영역(12)은 적어도 하나의 연속적으로 수직하게 배치된 와류 연삭 스테이지를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법에 있어서,

   적어도 하나의 회전 반투과성 수단(60)과, 내부에 원형 구멍(70A)을 갖는 편평한 표면 고정 플레이트(70)와 상기 원형 구멍(70A)에서 원형 구멍이 없는 회전 디스크(61)에 의해 한정된 환형 갭(70B)을 통해 상향으로 입자들을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체의 건식 연삭 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 반투과성 수단(60)을 통해 상향으로 입자들을 통과시키는 상기 단계는 회전 스크린(60C)을 포함하는 조립체를 통해 입자들을 통과시키는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 회전 스크린(60C)을 통해 입자들을 통과시키는 상기 단계는 2.5 메시 보다 거칠지 않은 스크린을 통해 입자들을 통과시키는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 회전 스크린(60C)은 2.5 내지 60 범위의 메시 치수를 갖는 고체의 건식 연삭 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 회전 스크린(60C)은 4 내지 10 범위의 메시 치수를 갖는 고체의 건식 연삭 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 갭(70B)을 통해 상기 입자들을 통과시키는 상기 단계는 1.27cm 내지 15.24cm(0.5인치 내지 6인치)의 폭을 갖는 환형 갭(70B)을 통해 상기 입자들을 통과시키는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 각 스테이지는 상기 회전 반투과성 수단(60, 63, 73)을 통해 그 후에 상기 환형 갭(70B, 71B, 72B)을 통해 상기 입자들을 통과시키는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 반투과성 수단(60)의 하류에서 원심력 방출 팬(62)을 회전시키고, 상기 회전 방출 팬(62)으로부터 입자들을 수용하고 상기 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지(61, 70, 70A, 70B) 아래에 출구를 갖는 재순환 채널(18)을 구비함으로써 외부적으로 재순환시키는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 연삭 영역(12) 위로 입자들을 제거하는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제거 단계는 상기 적어도 하나의 연삭 스테이지(67, 72, 72A, 72B)의 하류에서 적어도 하나의 원심력 방출 팬(68)을 회전시키는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 미세 입자들을 상기 와류 연삭 영역(12)으로 향하게 하기 전에 거친 입자들을 미세 입자들로 초기에 연삭하는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 고체들을 챔버(11)로 공급하고, 상기 챔버(11)내에서 상향으로 공기를 향하게 함으로써 상기 챔버(11)내에 상기 고체들의 유동 베드를 형성하며, 자생적인 연삭을 실행하기 위해 상기 유동 베드 연삭 영역에서 제어된 와류를 발생시킴으로써 초기에 거친 및 미세 연삭하는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 회전 반투과성 수단(60)을 상기 초기 거친 연삭 영역에 삽입하고, 상기 거대 입자들의 일부가 통과하는 것을 방지하기에 충분한 속도로 상기 회전 반투과성 수단(60)을 회전시킴으로써 내부적으로 재순환시키는 단계와, 상기 입자들을 상기 초기 거친 연삭 영역으로 내부적으로 재순환시키는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 유동 베드로 입자들을 외부적으로 재순환시키는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
15. 제 1 항에 있어서, 복수의 와류 연삭 스테이지들을 포함하고, 또한 이전 스테이지로 입자들을 외부적으로 재순환시키는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
16. 제 9 항에 있어서, 상기 제거 단계는 연속적으로 더 작아지는 치수의 입자들을 제거하기 위해 2개의 수직하게 배치된 제거 스테이지들에서 제거하는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
17. 제 12 항에 있어서, 상기 제어된 와류 형성 단계는 로터들(56, 57, 58, 59)을 사용하는 단계를 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
18. 제 7 항에 있어서, 상기 회전 반투과성 수단(60, 63, 73)과, 회전 디스크(61, 64, 67)를 공통 샤프트(51)상에서 회전시키는 단계를 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 방법.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 연삭 단계는 제어된 표면 변경을 실행하기 위해 화학 시약의 존재하에서 비반응성 분위기로 실행되는 고체의 건식 연삭 방법.
20. 고체 입자들의 연삭을 위한 적여도 하나의 연속적으로 수직하게 배치된 와류 연삭 스테이지를 포함하는 와류 연삭 영역(12)을 형성하는 수단과,

    고체 입자들을 상기 와류 연삭 영역(12)으로 일반적으로 상향으로 향하게 하는 수단(55)을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치에 있어서,

    상기 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지는 적어도 하나의 회전 반투과성 수단(60)과, 내부에 원형 구멍(70A)을 갖는 편평한 표면 고정 플레이트(70)와 상기 원형 구멍(70A)에서 원형 구멍이 없는 회전 디스크(61)를 포함하는 환형 갭(70B)을 형성하는 수단을 포함하고,

    상기 회전 반투과성 수단(60) 및 상기 환형 갭(70B)은 상기 상향으로 향하는 입자들의 일부가 이를 통해 통과하도록 형성되며,

    각 와류 연삭 스테이지는 상기 상향으로 향하는 입자들의 치수를 분류하기 위해 상기 회전 반투과성 수단(60)으로부터 하류에 회전가능한 방출 팬(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체의 건식 연삭 장치.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 회전 반투과성 수단(60)온 회전 스크린(60C)을 갖는 조립체를 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 회전 스크린(60C)은 2.5 메시 보다 거칠지 않은 스크린을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 회전 스크린(60C)은 2.5 내지 60 범위의 메시 치수를 갖는 고체의 건식 연삭 장치.
24. 제 22 항에 있어서, 상기 회전 스크린(60C)은 4 내지 10 범위의 메시 치수를 갖는 고체의 건식 연삭 장치.
25. 제 20 항에 있어서, 상기 환형 갭(70B)은 1.27cm 내지 15.24cm(0.5인치 내지 6 인치)의 폭을 갖는 고체의 건식 연삭 장치.
26. 제 20 항에 있어서, 각 스테이지는 상기 회전 반투과성 수단(60, 63, 73)과, 상기 환형 갭(70B, 71B, 72B)과 원심력 방출 팬(62, 65, 68)을 상기 회전 반투과성 수단(60, 63, 73)의 하류에 형성하는 수단(61, 70, 70A; 64, 71, 71A; 67, 72, 72A)을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
27. 제 20 항에 있어서, 상기 입자들의 일부가 통과하는 것을 방지하기에 충분한 속도로 상기 회전 반투과성 수단(60)을 회전시키기 위한 수단(51, 52)을 구비하는 내부적으로 재순환시키기 위한 수단을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 회전 반투과성 수단(60)의 하류의 회전가능한 원심력 방출 팬(62)과, 상기 회전 방출 팬(62)으로부터 입자들을 수용하고 상기 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지 아래에 출구를 갖는 재순환 채널(18)을 구비하는 외부적으로 재순환시키기 위한 수단을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
29. 제 20 항에 있어서, 상기 와류 연삭 영역 위로 입자들을 제거하기 위한 수단(13)을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 제거 수단(13)은 상기 적어도 하나의 와류 연삭 스테이지의 하류에서 적어도 하나의 원심력 방출 팬(68)을 회전시키기 위한 수단(51, 52)을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
31. 제 20 항에 있어서, 상기 미세 입자들을 상기 와류 연삭 영역(12)으로 향하게 하기 전에 거친 입자들을 미세 입자들로 초기에 연삭하기 위한 수단(11)을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
32. 제 31 항에 있어서, 고체들을 챔버(11)로 공급하기 위한 수단(14)과, 상기 챔버에서 상향으로 공기를 향하게 하기 위한 수단(55)을 포함하는 챔버내에 상기 고체들의 유동 베드를 형성하기 위한 수단(15, 55), 및 자생적인 연삭을 실행하기 위해 상기 유동 베드에서 제어된 와류를 발생하기 위한 수단(56, 57, 58, 59)을 포함하는 초기에 연삭하기 위한 수단을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 유동 베드로 입자들을 외부적으로 재순환시키기 위한 수단을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
34. 제 20 항에 있어서, 복수의 연삭 스테이지들과, 이전 스테이지로 입자들을 외부적으로 재순환시키기 위한 수단(18, 19)을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
35. 제 29 항에 있어서, 상기 제거 수단은 연속적으로 더 작아지는 치수와 입자들을 제거하기 위해 2개의 수직하게 배치된 제거 스테이지들(16, 17)에서 제거하기 위한 수단을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
36. 제 32 항에 있어서, 상기 제어된 와류 형성 수단은 로터들(56, 57, 58, 59)을 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.
37. 제 26 항에 있어서, 상기 회전 반투과성 수단(60, 63, 73)과, 상기 회전 디스크(61, 64, 67) 및 회전 방출 팬(62, 65, 68)을 공통 샤프트상(51)상에서 회전시키기 위한 수단(52)을 부가로 포함하는 고체의 건식 연삭 장치.

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