KR100985676B1 - zinc oxide powder manufacturing apparatus and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기화된 아연증기를 산화시켜 미분말화된 산화아연을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로 전열에 의하여 가열되는 용해로에서 아연잉고트를 용해시켜 용탕을 만든 후 용해로를 기울여 탕도와 용해물 유도관을 거쳐 용탕을 기화로로 주입하고 기화로에서 외부공기와 차단된 상태에서 전열로 융용된 아연을 가열하여 아연을 기화시킨 후 배출구를 통하여 아연증기를 산화로에 유입시켜 외부공기에 의하여 산화반응을 일으켜 산화아연을 생성케 한 후 싸이클론 집진기로 입경이 큰 산화아연과 입경이 작은 산화아연 미분말 및 공기로 분리시켜 입경이 균일하고 순도 및 색상이 우수한 미분말 산화아연을 제조할 수 있게 하는 장치 및 방법이다.The present invention relates to an apparatus and a method for producing fine powdered zinc oxide by oxidizing vaporized zinc vapor, and to dissolving zinc ingot in a melting furnace heated by electrothermal treatment to form a molten metal, and tilting the melting furnace to form a melt and a induction pipe. After the molten metal is injected into the vaporization furnace, the molten zinc is heated by heating the molten zinc in the state of being blocked from the external air in the vaporization furnace, and the zinc vapor is introduced into the oxidation furnace through the outlet to cause oxidation reaction by external air. A device and method for producing fine powder zinc oxide having a uniform particle size and excellent purity and color by separating zinc oxide into a zinc oxide having a large particle size and a zinc oxide fine powder and air with a cyclone dust collector. .
산화아연, 용해로, 기화로, 산화, 싸이클론 집진기 Zinc Oxide, Melting Furnace, Vaporization Furnace, Oxidation, Cyclone Dust Collector
Description
본 발명은 고무의 가황촉진제, 도료, 안료, 잉크 및 도자기 유약, 촉매의약품 등에 사용되는 아연(Zn)산화물인 아연화 또는 아연백 등으로 불리는 산화아연의 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing zinc oxide, such as zinc oxide or zinc bag, which is a zinc (Zn) oxide used in rubber vulcanization accelerators, paints, pigments, inks and ceramic glazes, catalysts and the like.
아연은 청백색의 금속으로서 녹는점은 419.5℃이고, 끓는점은 907℃이며 아연자체로는 극히 부식되기 쉬운 금속이지만 공기 중에 놓아두면 표면에 탄산염의 막이 생겨 내부부식을 방지하는 성질이 있다.Zinc is a blue-white metal with a melting point of 419.5 ° C, a boiling point of 907 ° C, and zinc itself is extremely corrosive, but when placed in air, a film of carbonate is formed on the surface to prevent internal corrosion.
종래 산화아연을 제조하는 방법과 장치로는 KR공개특허공보 제2003-67630호(2003.08.14공개)에서 도 1에 도시된 것과 같이 아연잉고트를 전기로(1)에서 용해하고 용해된 아연을 회전이 가능한 반응로(6)에 투입한 후 반응로를 회전시켜 용해된 아연표면에서 발생하는 산화아연의 슬러리가 융용된 아연과 공기와의 접촉을 방해하지 않도록 교반하면서 반응로내에 가스 또는 액체연료를 분사하여 반응로내 의 온도가 융용된 아연을 기화시키기에 충분한 온도인 1500℃±150℃에 이르면 연료투입을 중단하고 외부공기를 공급하여 산화분위기를 조성하여 자체산화반응열에 의하여 아연을 기화시키면서 계속적인 산화반응을 일으켜 산화아연을 제조할 수 있게 하는 장치 및 방법이 공지되어 있었다.As a conventional method and apparatus for producing zinc oxide, a zinc ingot is melted in an electric furnace 1 and a molten zinc is rotated as shown in FIG. 1 of KR Publication No. 2003-67630 (published on Aug. 14, 2003). After input to this possible reactor (6), the reaction furnace is rotated so that the slurry of zinc oxide generated on the surface of molten zinc does not interfere with the contact between the molten zinc and the air while stirring the gas or liquid fuel in the reactor. When the temperature in the reactor reaches 1500 ℃ ± 150 ℃, which is enough to vaporize the molten zinc, the fuel injection is stopped and external air is supplied to form an oxidizing atmosphere to vaporize zinc by the heat of self-oxidation reaction. Apparatuses and methods have been known which allow for the production of zinc oxides by causing a significant oxidation reaction.
상기한 제조장치 및 방법은 융용된 아연을 기화시키기에 충분한 온도로 가열하는 과정에서 화석연료를 사용함으로서 탄소 등과 같은 불순물이 잔류하게 됨에 따라 산화아연의 순도나 색상 등에서 품질이 저하될 수 있었고, 융용된 아연표면에서 발생되는 슬러리를 교반하기 위한 반응로의 회전속도조절과 융용아연의 표면에 집적되는 슬러리를 반응로의 외부로 배출시키기 위하여는 숙련된 인력이 필요하였고 슬러리 배출작업이 수시로 필요하여 작업의 지속성을 유지하기 어려워 장치를 자동화하기 곤란하다는 문제점이 있었다.In the manufacturing apparatus and method described above, by using fossil fuel in the process of heating the molten zinc to a temperature sufficient to vaporize, the impurities such as carbon may remain, so that the quality of zinc oxide may be degraded in purity or color. To control the rotational speed of the reactor to agitate the slurry generated on the surface of the zinc, and to discharge the slurry accumulated on the surface of the molten zinc to the outside of the reactor, skilled personnel were required and the slurry discharge operation was necessary from time to time. The difficulty of maintaining the persistence of the device was difficult to automate.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 아연을 용해하거나 기화시키기 위한 가열수단으로 전열을 사용하여 불순물의 침투를 원천적으로 배제하고 융용된 아연의 표면에서 산화아연의 슬러리가 생성되지 않도록 용해 및 기화과정에서 공기와의 접촉을 차단할 수 있게 하여 작업의 지속성을 유지하고 장치를 자동화하여 숙련된 인력을 불필요하게 하는 장치 및 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, in the present invention, dissolution and vaporization of zinc oxide on the surface of the molten zinc are prevented from occurring by fundamentally excluding impurity infiltration by using heat transfer as a heating means for dissolving or vaporizing zinc. It provides a device and method that can block contact with air in the process to maintain continuity of work and automate the device to eliminate skilled personnel.
또한 본 발명은 화석연료의 사용을 배제함으로써 배기가스를 위한 공해방지시설을 불필요하게 하고 소음 및 분진의 발생이 없는 쾌적한 작업환경을 제공할 수 있게 하는 것이다.In addition, the present invention is to eliminate the use of fossil fuel to eliminate the pollution prevention facility for the exhaust gas and to provide a comfortable working environment without the generation of noise and dust.
본 발명의 산화아연 미분말 제조장치 및 방법은 생산되는 산화아연의 순도 및 색상이 우수하고 입도 등이 균일한 고품질의 산화아연을 제조할 수 있고, 슬러리의 발생이 없어 투입된 원료에 대한 수율을 극대화할 수 있으며, 가열 및 기화를 위한 로의 단열구조를 용이하게 제작할 수 있어 에너지의 손실을 최소화함으로써 열효율을 대폭 향상할 수 있으며, 작업을 지속적으로 안정되게 유지할 수 있어 장치의 자동화가 용이하여 숙련된 인력 없이도 조업을 가능하게 하는 효과가 있다.The zinc oxide fine powder production apparatus and method of the present invention can produce high quality zinc oxide with excellent purity and color of zinc oxide produced and uniform particle size, and do not generate slurry to maximize the yield for the raw material introduced. It is possible to easily manufacture the insulation structure of the furnace for heating and vaporization, which can greatly improve thermal efficiency by minimizing the loss of energy. It has the effect of enabling operation.
본 발명에서 산화아연 미분말을 제조하기 위한 장치는 아연잉고트를 틸팅이 가능한 전기로 가열되는 용해로에서 1차로 가열하여 융용하고, 융용된 아연을 탕도 및 용해물 유도관을 통하여 기화로내의 용탕표면아래로 주입하며, 공기의 유입이 차단된 기화로내에서 융용된 아연을 기화온도까지 전열로 2차가열하고, 기화로내에서 가열된 아연증기가 산화로에서 외부공기와 접촉하여 산화반응하여 산화아연을 생성토록 구성하고, 생성된 산화아연을 싸이클론 집진기로 냉각시키면서 산화아연입자를 포집하는 장치로 구성된다.In the present invention, the apparatus for producing zinc oxide fine powder is melted by first heating the zinc ingot in a furnace heated by electricity capable of tilting, and melting the zinc zinc under the surface of the molten metal in the vaporization furnace through the water bath and the melt induction pipe. In the vaporization furnace where the inflow of air is blocked, secondary heating of the molten zinc to the vaporization temperature, and zinc oxide heated in the vaporization furnace by oxidation in contact with external air in the oxidation furnace. And zinc oxide particles are collected while cooling the produced zinc oxide with a cyclone dust collector.
상기의 장치에 의한 본 발명 산화아연 미분말의 제조방법은 아연잉고트를 틸팅이 가능한 전기로 가열되는 용해로에서 1차로 가열하여 융용하는 단계;The method for producing a zinc oxide fine powder of the present invention by the above apparatus comprises the steps of: melting a zinc ingot by heating it in a primary furnace in a furnace heated by electricity capable of tilting;
융용된 아연을 탕도 및 용해물 유도관을 통하여 기화로내의 용탕표면아래로 주입하는 단계;Injecting molten zinc into the melt surface of the vaporization furnace through the melt and melt induction tubes;
공기의 유입이 차단된 기화로내에서 융용된 아연을 기화온도까지 전열로 2차 가열하는 단계;Secondary heating the molten zinc in the vaporization furnace where the inflow of air is blocked to the vaporization temperature by electric heat;
기화로내에서 가열된 아연증기가 산화로에서 외부공기와 접촉하여 산화반응하여 산화아연을 생성하는 단계;Zinc zinc heated in the vaporization furnace in contact with external air in the oxidation furnace to oxidize to produce zinc oxide;
생성된 산화아연을 싸이클론 집진기로 냉각시키면서 산화아연입자를 포집하는 단계로 구성된다.Collecting zinc oxide particles while cooling the resulting zinc oxide with a cyclone dust collector.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하의 실시 예는 본 발명을 예증하기 위한 것이므로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니며 본 발명의 구성을 불명료하게 하지 않게 하는 범위내에서 공지된 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하여 본 발명의 특징적인 구성을 더욱 명확하게 하기로 한다.The following examples are intended to illustrate the present invention, and thus, do not limit the scope of the present invention, and the well-known constitution within the scope of not obscuring the constitution of the present invention will be omitted. The configuration will be made clearer.
도 2는 본 발명의 개략적인 제조공정도이고, 도 3은 본 발명의 제조방법을 실시할 수 있는 제조장치의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제조방법을 실시할 수 있는 제조장치의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 제조방법을 실시할 수 있는 제조장치의 단면도이다.2 is a schematic manufacturing process diagram of the present invention, Figure 3 is a perspective view of a manufacturing apparatus capable of implementing the manufacturing method of the present invention, Figure 4 is a plan view of a manufacturing apparatus capable of implementing the manufacturing method of the present invention, 5 is a cross-sectional view of a manufacturing apparatus capable of implementing the manufacturing method of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 용해로(13)는 전기로 발열하는 발열체(11)로 가열되는 도가니형으로 구성되며, 발열체(11)의 외부로는 단열재(12)로 감싸지고 용해로(13)전체로는 틸팅이 가능하게 브라켓트(14)로 지지된다.As shown in the drawing, the
용해로(13)에는 아연잉고트 또는 스크랩이 투입되며, 아연의 융점은 419.5℃ 이나 용탕의 유동성을 감안하여 융용아연의 온도는 700℃±50℃가 적당하며, 용해로(13)에서 융용된 아연을 용해로(13)를 기울이면 탕도(15)와 용해물 유도관(16)을 통하여 기화로(17)로 주입된다.Zinc ingot or scrap is introduced into the
융용아연의 기화로(17)내 유입으로 기화로(17)내 용탕표면온도의 급격한 변화를 방지하기 위하여 유입되는 용탕은 용해물 유도관(16)을 통하여 기화로(17)의 용탕표면아래로 주입되게 하는 것이 바람직하다.The molten zinc is introduced into the
산화아연의 비중은 5.47~5.61로 아연의 비중7.142보다 가벼우며, 승화점인 1720℃는 아연의 기화점인 907℃보다 현저하게 높으므로 용탕상태에서 공기와 접촉하면 산화된 아연은 기화되지 않고 슬러리상태로 융용아연의 표면을 덮어 아연의 기화를 방해하므로 아연의 기화를 촉진하기 위하여는 기화로(17)는 밀폐된 구조로 형성하여 외부공기의 유입을 차단할 수 있게 구성되어야 한다.The specific gravity of zinc oxide is 5.47 ~ 5.61, which is lighter than zinc's specific gravity 7.142, and the sublimation point of 1720 ℃ is significantly higher than zinc's vaporization point of 907 ℃. In order to cover the surface of the molten zinc in the state to prevent the vaporization of zinc, in order to promote the vaporization of zinc, the
기화로(17)는 전기로 발열하는 발열체(11)로 가열되며 외부는 단열재(12)로 감싸는 형태로 형성되고 일정한 각도로 경사지게 형성하여 융용아연의 표면적을 넓게 하여 융용된 아연이 기화되는 것을 원활하게 하며, 기화로(17)의 가열로 융용된 아연이 기화하기에 충분한 온도인 1300℃±100℃까지 가열되면 기화된 가열증기는 기화로(17)의 배출구(18)를 통하여 산화로(19)로 자연스럽게 유입되게 된다.The
산화로(19)로 유입되는 아연증기는 산화로(19)에서 외부공기와 접촉하여 산화작용이 발생하면서 산화아연이 생성된다.The zinc vapor introduced into the
외부공기는 산화로(19)의 외벽과 내벽 사이를 통과하면서 내벽을 냉각시킴과 동시에 내벽에 천공된 다수의 공기구멍(도면미도시)를 통하여 분산유입되어 아연증 기와 접촉되면서 산화되어 고품질의 산화아연증기를 생성하게 된다.The outside air cools down the inner wall while passing between the outer wall and the inner wall of the
기화로(17)에서 생성되는 산화아연증기는 산화로(19)에서 1차로 냉각된 다음 싸이클론 집진기(20)로 유입되며 싸이클론 집진기(20)로 유입되는 산화아연증기는 더욱 냉각되면서 싸이클론 집진기(20)의 와류에 의한 원심력으로 입경이 큰 산화아연 미분말과 입경이 작은 산화아연 미분말 및 공기로 분리된다.The zinc oxide vapor generated in the
상기 싸이클론 집진기(20)에서 분리되어 얻어지는 미분말은 입경의 크기에 따라 분리가 가능하여 입경의 크기를 균일하게 유지할 수 있어 용도에 따라 선택이 가능하며 불순물이 포함되어 있지 않아 순도와 색상 등이 우수한 고품질의 미분말 산화아연을 얻을 수 있다.The fine powder obtained by separating from the
본 발명은 입도가 균일하고 순도 및 색상이 우수한 산화아연 미분말을 저렴한 비용으로 생산할 수 있게 하여 도료, 안료, 잉크 등과 고무가황촉진제 및 도자기의 유약 등 각종산업에 첨가물로 사용하는데 이용될 수 있다.The present invention enables to produce zinc oxide fine powder having uniform particle size and excellent purity and color at low cost, and thus can be used as additives in various industries such as paints, pigments, inks, rubber vulcanization accelerators, and glazes of ceramics.
도 1은 공개특허공보 제2003-67630호의 제조공정도 (a) 및 장치도 (b)1 is a manufacturing process diagram (a) and apparatus diagram (b) of Publication No. 2003-67630
도 2는 본 발명의 개략적인 제조공정도2 is a schematic manufacturing process diagram of the present invention
도 3은 본 발명의 제조방법을 실시할 수 있는 제조장치의 사시도Figure 3 is a perspective view of a manufacturing apparatus that can implement the manufacturing method of the present invention
도 4는 본 발명의 제조방법을 실시할 수 있는 제조장치의 평면도Figure 4 is a plan view of a manufacturing apparatus that can implement the manufacturing method of the present invention
도 5는 본 발명의 제조방법을 실시할 수 있는 제조장치의 단면도5 is a cross-sectional view of a manufacturing apparatus capable of implementing the manufacturing method of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명[Description of Drawings]
11. 발열체11. Heating element
12. 단열재12. Insulation
13. 용해로13. Melting Furnace
14. 브라켓트14. Bracket
15. 탕도15. Tando
16. 용해물 유도관16. Melt Induction Tube
17. 기화로17. By vaporization
18. 배출구18. Outlet
19. 산화로19. Oxidation Furnace
20. 싸이클론 집진기20. Cyclone Dust Collector
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