KR101064052B1 - 폐주물사 재생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 폐주물사 재생장치는 폐주물사를 건조하면서 저장할 수 있는 폐주물사 건조 및 저장조(1), 폐주물사 건조 및 저장조(1)에서 건조된 폐주물사를 유동상 재생 가열로로 이송하는 이송수단, 이송된 폐주물사를 유동상 하에서 가열하여 주물사의 불순물을 열분해하여 재생하는 유동상 재생 가열로(4), 유동상 재생 가열로의 처리 과정에서 상부로 배출되는 고온의 배출 공기를 재사용 가능한 열풍 공기와 가열 재생과정에 발생된 분진을 분리하는 싸이클론 집진분리기(5), 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 열풍 공기를 이용하여 유동상 재생 가열로에 공급하는 공기를 예열시키고 예열과정이 종료되어 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조에 제공하기 위한 열교환기(6), 유동상 재생 가열로(4)에서 재생 처리가 완료된 폐주물사와 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 주물사 분진을 수용하는 재생 주물사 저장조(7)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 폐주물사의 오염 불순물을 효과적으로 열분해를 처리 할 수 있게 하며, 에너지 낭비가 없게 하고, 에너지를 재활용하고 환영오염을 방지할 수 있다.

Description

폐주물사 재생장치{REGENERATIVE APPARATUS FOR FOUNDRY SAND}
본 발명은 폐주물사를 재생하는 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 재생 가열로의 하부에 고압 분사 버너 및 경사 노즐을 설치하여 유동상에서 열분해를 촉진하고 재생 가열로에 배출되는 열을 회수하여 재사용할 수 있는 수단을 구비한 폐주물사 재생장치에 관한 것이다.
주물사의 경우 연간 신사(新沙) 사용량이 약 50만톤 정도이며 폐기물로 배출되는 폐주물사의 발생량도 거의 비슷한 수준이다. 그러나 국내에서 발생되는 폐주물사는 90% 이상이 단순 매립에 의존하여 처리되고 있으며, 일부가 토목 및 건축용으로 재활용되고 있을 뿐이다.
일반적으로, 주조를 위한 주형 재료로 사용되는 주물사는 건조 및 가열된 모래에 레진과 경화재를 열간 혼합하여 제작된다. 소정 사용시간이 경과되어 사용할 수 없게 된 주형은 폐기 처분되기도 하지만, 열을 가해 레진, 경화재 등의 불순물을 제거하는 재생 공정을 거쳐 주물사 원재료로 재사용된다.
이를 위한 종래의 폐주물사 재생방법으로는 습식 재생방법과 건식 재생방법 및 가열 소성방법으로 분류할 수 있으며, 이들 중 습식재생방법은 처리시 레진과 경화재 등으로 이루어진 점결제를 제거하는 과정에서 환경을 오염시키는 폐수가 발생되며 이러한 폐수의 처리에 막대한 비용과 처리의 어려움으로 인해 충격식, 마찰식, 연마식에 의한 건식 재생방법과 유동식, 로타리식에 의한 가열 소성방법이 주로 실용화되고 있다.
종래의 가열 소성방법의 폐주물사 재생장치로는 폐주물사를 정량 공급하여 파쇄하는 3단 로울러식의 파쇄기, 파쇄분을 선별시키는 선별기, 공급된 재료를 가열버너의 연소열로 열분해 처리하는 회전열분해로, 열분해 처리한 재료를 물 냉각시키는 회전냉각로, 원심분리식의 1차 분진포집기, 휠터식의 2차 분진 포집기로 결합 구성되어 있으나, 가열로로부터 발생된 가열된 공기나 열을 그대로 외부로 배출하는 함으로써 에너지가 낭비되고, 또한 가열로에서 배출된 재생사를 냉각설비에 의해 물로 강제 냉각시킴으로 인해 이중적인 에너지 낭비가 발생하는 문제가 있을 뿐만 아니라, 킬른식 수평형의 로타리 회전 열분해로 방식을 채택함에 따라 폐주물사의 오염물에 대한 열분해 효율이 낮아지는 단점이 있었다.
또한 위와 같은 문제를 해결하기 위하여, 가열로에서 처리된 재생사에 함유된 열을 유용하게 활용하고 별도의 냉각설비 없이 재생사를 냉각할 수 있도록 하는 폐주물사 재생 장치가 개발되었으나, 위 폐주물사 재생장치는 가열로에서 발생된 열풍을 재생대상(폐주물사)이 아닌 원사 건조로 내부에 이송한 후 그대로 외부에 배기하고, 재생사의 냉각을 위하여 별도의 습사 공급탱크에 저장되었던 습사와 재생사를 혼합시키도록 하고 있어, 재생 가열로부터 발생된 열풍 에너지의 회수 및 재이용이 불충분 하였고, 여전히 습사를 이용한 냉각시스템을 채택함에 따라 에너지의 이중적 낭비 요인을 해소하지 못하였을 뿐만 아니라, 여전히 킬른식 수평형의 로타리 회전 열분해로 방식을 채택함에 따라 폐주물사의 오염물에 대한 열분해 효율을 향상시키지 못하고 있다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 재생 가열로의 하부에 고압 분사 버너 및 경사 노즐을 설치하여 높은 유동상을 유지시킴으로써 폐주물사의 오염 불순물을 효과적으로 열분해를 처리 할 수 있게 하며, 유동상 재생 가열로에서 배출되는 열을 회수하여 재생하고자 하는 폐주물사의 예열처리에 활용할 뿐만 아니라 재생 가열로의 하방에 설치한 고압 분사 버너에 소요되는 고온 공기로 활용할 수 있게 하여 에너지 낭비가 없게 하고, 유동상 재생 가열로의 상부에 싸이클론 집진기를 연결 설치하여 고온의 열를 회수하여 재생하고 발생된 분진을 회수하여 재생 주물사와 함께 폐쇄적으로 이동시킴으로써 에너지를 재활용하고 환경오염을 방지할 수 있게 하는 폐주물사 재생장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 폐주물사를 건조하면서 저장할 수 있는 폐주물사 건조 및 저장조(1), 폐주물사 건조 및 저장조(1)에서 건조된 폐주물사를 유동상 재생 가열로로 이송하는 이송수단, 이송된 폐주물사를 유동상 하에서 가열하여 주물사의 오염성분(불순물)을 열분해함으로써 재생하는 유동상 재생 가열로(4), 유동상 재생 가열로의 처리 과정에서 상부로 배출되는 고온의 배출 공기를 재사용 가능한 열풍 공기와 가열 재생과정에 발생된 분진을 분리하는 싸이클론 집진분리기(5), 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 열풍 공기를 이용하여 유동상 재생 가열로에 공급하는 공기를 예열시키고 예열과정이 종료되어 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조에 제공하기 위한 열교환기(6), 유동상 재생 가열로(4)에서 재생 처리가 완료된 폐주물사와 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 주물사 분진을 수용하는 재생 주물사 저장조(7)을 포함하는 폐주물사 재생장치를 제공한다.
본 발명은 재생 가열로의 하부에 고압 분사 버너 및 경사 노즐을 이용하여 높은 유동상을 유지한 상태에서 열분해를 촉진시킬 수 있게 됨에 따라 폐주물사의 오염 불순물을 효과적으로 열분해 제거할 수 있게 되며, 본 발명 구성 중 다량의 에너지가 소모 및 발생하는 유동상 재생 가열로, 싸이클론 집진분리기, 열교환기, 재생 주물사 저장조로부터 에너지를 모두 회수하여 재이용할 수 있게 함으로써 에너지 절약의 효과가 높아 제조원가의 절감을 기대할 수 있고, 또한 유동상 재생 가열로의 상부에 싸이클론 집진기를 연결 설치함으로써 배출되는 고온의 열을 회수하여 재생할 뿐만 아니라 폐주물사 재생과정에서 발생되는 분진을 폐쇄회로적으로 회수할 수 있게 됨에 따라 뛰어난 환경오염 방지 효과 역시 기대할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 폐주물사 재생장치 구성도.
도 2는 도 1의 유동상 재생가열로 대한 평면도 및 측면도.
도 3은 도 1의 유동상 재생 가열로의 제2버너 요부 상세도.
도 4는 종래의 폐주물사 재생장치를 도시한 구성도.
도 1은 본 발명에 따른 폐주물사 재생장치의 일실시예를 도시한 구성도로서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.
본 발명은 폐주물사 건조 및 저장조(1), 이송수단, 유동상 재생 가열로(4), 싸이클론 집진분리기(5), 열교환기(6), 주물사 저장조(7)가 유기적으로 결합되어, 폐주물사의 불순물을 효과적으로 제거하여 폐주물사의 재생을 촉진시킴과 동시에 효율적으로 사용된 에너지를 회수하여 이를 재사용할 수 있도록 하기 위한 폐주물사 재생장치에 관한 것이다.
본 발명의 폐주물사 재생장치를 구성하는 폐주물사 건조 및 저장조(1)에는 폐주물사를 건조하면서 저장할 수 있도록, 열교환기(6)로부터 유동상 재생 가열로에 공급하는 공기를 예열시키고 이러한 예열과정이 종료되어 배출되는 열풍 공기를 공급할 수 있는 열풍 공급로(11)가 연결되며, 또한 재생 주물사 저장조(7)로부터 재생과정이 종료되어 유동상 가열로(4)에서 배출된 고온의 재생 주물사를 수용하고 이 재생 주물사를 공기 냉각시키고 배출되는 열풍공기를 공급하는 열풍공급로(12)가 함께 연결되는 구조로 이루어져 있다. 또한 주물 생산과정에서 발생된 폐주물사 덩어리는 분쇄기로 파쇄되고 금속 성분 등의 협잡물을 분리한 후, 재활용 대상의 폐주물사 만을 별도 저장수단에 저장한 다음(도면에 도시되어 있지 않음) 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 접속하게 하여 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 재생 대상의 폐주물사를 공급하게 된다. 그리고 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 저장된 폐주물사는 상기와 같이 외부와 연결되어 도입되는 열풍 공기로 인하여 유동이 되면서 폐주물사 건조 및 저장조(1)의 내부에 경사를 둠으로써 하기 이송수단으로 배출되도록 한 이후, 하기 이송수단에 의하여 유동상 재생 가열로(4)에 도입되는 구조로 이루어져 있다.
또한, 폐주물사 건조 및 저장조(1)에서 건조 저장된 폐주물사는 열분해 재생을 위하여 유동상 재생 가열로(4)에 도입되는데, 이때 벨트컨베이어(2), 버켓 엘리베이터(3) 등의 이송수단을 활용하여 이송된다.
본 발명의 폐주물사 재생장치를 구성하는 유동상 재생 가열로(4)에는 이송수단을 이용하여 가열로 내에 도입된 폐주물사의 불순물을 열분해시키기 위한 가열 수단으로서 가열로(4)의 측부에 제1버너(41)를 설치하고, 가열로(4)의 하부에 가열로 내의 유동상을 발생시키면서 효과적인 열분해를 촉진 시키기 위해 볼텍스 타입 (Vortex Type) 등의 고압 분사 버너인 제2버너(42)와 제2버너(42)의 상방에 경사형 분사노즐이 설치되며, 제2버너(42)의 연소 촉진을 위하여 외부 공기가 열교환기(6)를 통과하여 예열된 열풍 공기가 제2버너(42)에 도입될 수 있도록 하기 위한 열풍공급로(13)가 연결되는 구조로 이루어져 있다. 특히 제2버너(42)의 상방에 경사형 분사노즐을 설치함으로써 재생 가열로(4)의 유동상을 원활하게 이루게 되여 제1버너 및 제2버너에 의한 열분해 효과가 극대화되는 효과가 있다. 그리고 유동상 재생 가열로(4)의 바람직한 작동 조건으로 로 내부 온도를 680℃ ~ 700℃이고, 압력을 음압이 아닌 열분포가 좋은 양압으로 0.35kg/㎠ 수준에서 운전하는 것이 바람직하다.
또한 상기와 같이 제2버너(42)의 상방에 경사형 분사노즐을 설치하는 이유는 제2버너의 화염이 직접 모래와 부딪치면 냉각되어 검댕이가 발생하기 때문에 유동상 재생 가열로(4)의 정상적인 작동이 곤란해지는 문제를 해결하기 위하여 길게 경사지게 한 구조의 분사노즐을 제2버너(42) 상방에 설치하는 구조를 채택한 것이다.
유동상 재생 가열로(4)에서는 폐주물사에 포함된 불순물을 가열로의 상부 제1버너에서 700℃ 이상 가열 연소시키기 때문에 악취가 제거되어 하기의 싸이클론 집진분리기(5) 후단부에 설치된 백필터(도면에 미도시)에 의하여 분진 역시 제거되어 청정배기가스가 외부로 배출된다.
본 발명의 폐주물사 재생장치를 구성하는 유동상 재생 가열로(4)의 처리 과정에서 발생된 유동상의 작은 입자 모래와 분진은 상부로 상승되어 싸이클론 집진분리기(5)에서 작은 입자의 모래와 열풍 공기에 포함된 분진이 분리되는데, 분리된 작은 입자의 모래는 유동상 재생 가열로(4)에서 재생되어 배출되는 재생 주물사와 합류하여 재생주물사 저장조(7)에 모이도록 연결되어 있고, 분리된 열풍 공기에 포함된 분진은 싸이클론 집진분리기(5)의 후단부에 설치된 통상의 백필터(도면에 미도시됨)에서 분진이 분리 제거된 열풍 공기는 열교환기(6)로 이송되어 열교환 과정을 거쳐 열이 회수되도록 하는 구조로 연결되도록 함으로써 에너지의 회수 재활용은 물론 외부 분진 배출을 방지하여 환경오염을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 폐주물사 재생장치를 구성하는 열교환기(6)에는 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 열풍 공기를 이용하여 열교환 과정을 거쳐 외부로부터 도입되는 공기를 예열하고 예열된 공기를 유동상 재생 가열로(5)의 제2버너(42)에 공급하는 열풍공급로(13)와, 상기 예열과정(열교환과정)이 종료되어 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 공급하여 저장조(1)에서 폐주물사의 건조가 이루어지도록 하는 열풍공급로(11)를 설치하여, 열교환기(6)은 저장조(1) 및 제2버너(42)와 연결되는 구조로 이루어지게 하여 유동상 재생 가열로(5)에서 발생된 에너지를 회수 재사용하게 되는 효과가 있다.
본 발명의 폐주물사 재생장치를 구성하는 재생 주물사 저장조(7)는 유동상 재생 가열로(4)에서 재생 처리가 완료된 폐주물사와 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 재생 주물사 분진을 모두 수용할 수 있도록 하며, 그 하부에는 신선한 외부 공기를 불어 넣어 재생된 주물사를 냉각시키도록 하고, 재생 주물사 저장조(7)의 상부에는 위 냉각과정에서 발생되어 상부로 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 공급하여 저장조(1)에서 폐주물사의 건조가 이루어지도록 하는 열풍공급로(12)를 설치하여, 재생 주물사 저장조(7)는 폐주물사 건조 및 저장조(1)와 연결되는 구조로 이루어지게 하여 재생 주물사 저장조(7)로부터 발생된 에너지를 회수 재사용하게 되는 효과가 있다.
1 : 폐주물사 건조 및 저장조, 2 : 벨트컨베이어, 3 : 버켓 엘리베이터, 4 : 유동상 재생 가열로, 5 : 싸이클론 집진분리기, 6 : 열교환기, 7 : 재생 주물사 저장조, 8, 9 : 블로어, 41 : 제1버너, 42 : 제2버너, 43 : 제2버너 분사노즐, 44 : 오일탱크, 45 : 에어컴푸레서, 100 : 파쇄부, 110 : 진동파쇄기, 112, 115 : 버킷엘리베이터, 114 : 롤러파쇄기, 120 : 입도선별기, 130 : 가열로, 140 : 습사 공급탱크, 150 : 습사 공급장치, 162 : 원사 건조로, 161 : 열풍공급관, 163 : 배기관, 165 : 집진기, 167 : 송풍기, 181 : 이송관로, 183 : 이송스크류, 170 : 외부저장탱크

Claims (7)

  1. 폐주물사를 건조하면서 저장할 수 있는 폐주물사 건조 및 저장조(1), 폐주물사 건조 및 저장조(1)에서 건조된 폐주물사를 유동상 재생 가열로로 이송하는 이송수단, 이송된 폐주물사를 유동상 하에서 가열하여 주물사의 불순물을 열분해하여 재생하는 유동상 재생 가열로(4), 유동상 재생 가열로의 처리 과정에서 상부로 배출되는 고온의 배출 공기를 재사용 가능한 열풍 공기와 가열 재생과정에 발생된 분진을 분리하는 싸이클론 집진분리기(5), 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 열풍 공기를 이용하여 유동상 재생 가열로에 공급하는 공기를 예열시키고 예열과정이 종료되어 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조에 제공하기 위한 열교환기(6), 유동상 재생 가열로(4)에서 재생 처리가 완료된 폐주물사와 싸이클론 집진분리기(5)로부터 분리된 주물사 분진을 수용하는 재생 주물사 저장조(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    폐주물사 건조 및 저장조(1)에는 폐주물사를 건조하면서 저장할 수 있도록, 열교환기(6)에서 배출되는 열풍 공기를 공급할 수 있는 열풍 공급로(11)가 열교환기(6)와 연결되며, 재생 주물사 저장조(7)에서 배출되는 열풍공기를 공급하는 열풍공급로(12)가 폐주물사 건조 및 저장조(1)와 연결되는 구조인 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    유동상 재생 가열로(4)에는 상기 가열로(4)의 측부에 제1버너(41)와 상기 가열로(4)의 하부에 가열로 내의 유동상을 발생시키면서 열분해를 촉진시키기 위해 고압 분사 버너인 제2버너(42)를 설치하고, 상기 제2버너(42)의 상방에 경사형 분사노즐이 설치되는 구조인 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제2버너(42)의 연소 촉진을 위하여 외부 공기가 열교환기(6)를 통과하여 예열된 열풍 공기가 제2버너(42)에 도입될 수 있도록 하기 위한 열풍공급로(13)가 제2버너(42)에 연결되고, 제2버너(42)가 볼텍스 타입 (Vortex Type)의 고압 분사 버너인 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    싸이클론 집진분리기(5)에는 유동상 재생 가열로(4)의 처리 과정에서 상부로 배출되는 고온의 배출 공기를 재사용 가능한 열풍 공기와 가열 재생과정에 발생된 분진이 분리되어, 분리된 열풍공기는 열교환기(6)로 이송되어 열교환 과정을 거쳐열이 회수되며, 분리 회수된 재생 주물사 분진은 유동상 재생 가열로(4)에서 재생되어 배출되는 재생 주물사와 합류하여 재생주물사 저장조(7)에 모이게 하는 폐쇄된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    열교환기(6)에는 예열된 공기를 유동상 재생 가열로(4)의 제2버너(42)에 공급하는 열풍공급로(13)와 열교환이 완료되어 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 공급하여 상기 건조 및 저장조(1)에서 폐주물사의 건조가 이루어지도록 하는 열풍공급로(11)를 설치하여, 열교환기(6)은 상기 건조 및 저장조(1), 및 제2버너(42)와 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    재생 주물사 저장조(7)는 하부에 외부 공기를 불어 넣어 재생된 주물사를 냉각시키도록 하고, 상부에 냉각과정에서 발생되어 배출되는 열풍 공기를 폐주물사 건조 및 저장조(1)에 공급하여 상기 건조 및 저장조(1)에서 폐주물사의 건조가 이루어지도록 열풍공급로(12)를 설치하여, 재생 주물사 저장조(7)가 폐주물사 건조 및 저장조(1)와 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐주물사 재생장치.
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