KR101112759B1 - 회전식 마이크로파 소성로 - Google Patents

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백동현
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(주)유림이엔지
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Abstract

본 발명은 석회석, 방해석 및 백운석 등의 탄산염광물을 회전시키면서 연속적으로 소성하는 회전식 마이크로파 소성로 및 그 소성방법에 관한 것이다.
본 발명의 회전식 마이크로파 소성로는 마이크로파가 조사되는 밀폐된 공간을 형성하는 캐비티와, 캐비티 내부로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생장치와, 내부에 상기 피소성체가 수용되며 상기 캐비티 내부에 일정 각도 경사진 자세로 회전 가능하게 설치되고, 마이크로파의 조사에 의해 발열되는 발열체와, 발열체로 피소성체를 순차적으로 공급하는 피소성체 공급장치와, 발열체의 회전을 위한 동력을 제공하는 발열체 회전장치 및 피소성체 공급장치에 의한 피소성체의 공급량과 상기 발열체 회전장치에 의한 발열체의 회전 속도를 제어하기 위한 제어부를 포함하여, 생석회를 균일하면서 높은 소성율로 얻을 수 있으며, 소성 온도와 소성 시간을 자유롭게 제어할 수 있어 탄산염 광물의 크기에 제한을 받지 않고 소성할 수 있게 된다.

Description

회전식 마이크로파 소성로{Rotary type microwave heating apparatus}
본 발명은 석회석, 방해석 및 백운석 등의 탄산염광물을 마이크로파 조사에 의해 소성하는 소성로 및 소성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄산염광물을 회전시키면서 연속적으로 소성하는 회전식 마이크로파 소성로 및 그 소성방법에 관한 것이다.
석회석, 방해석 및 백운석 등의 탄산염광물을 고온에서 소성하면 이산화탄소(CO2)가 열분해되는 탈탄산화 반응을 거쳐 생석회(CaO)가 생성된다.
탄산염광물의 소성, 즉 탄산염광물의 열분해는 대략 870℃ 부근부터 흡열반응에 의한 열분해를 시작하여 대략 950℃ 부근에서 발열반응을 하여 최종 970℃ 부근에서 열분해가 종료된다. 그러나, 보통 소성로에서는 열분해 온도보다 높은 온도, 즉 소성 온도 1000℃ 이상으로 소성 시간 1~12시간 정도 유지하여 탈탄산화 반응을 거쳐 생석회가 제조된다.
일반적으로 탄산염광물을 소성하여 생석회를 제조하기 위한 소성로는 무연탄 또는 석유 등의 화석연료를 사용하는 샤프트킬른(Shaft kiln)과 로타리킬른(Rotary kiln)이 널리 사용되고 있다.
그런데, 샤프트킬른과 로타리킬른은 소성 연료로 화석연료를 사용하기 때문에 연료의 연소중에 대표적인 온실 가스로 알려진 이산화탄소(CO2)가 다량 배출되어 환경 오염을 일으키며, 최근에는 화석연료가 고갈되면서 생석회를 제조하기 위한 비용 증가를 초래하게 된다.
또한, 샤프트킬른과 로타리킬른은 소성되는 탄산염광물의 크기에 따라 그 사용이 제한된다.
샤프트킬른은 보통 대괴(120~80mm) 또는 중괴(80~45mm)를 소성하기 위해 주로 사용되며 소괴(45~20mm) 또는 소립(20~5mm)을 소성하는 경우에는 충진율이 높아서 소성율이 낮아지는 단점이 있으며, 로타리킬른은 석유 등의 유체연료를 사용하기 때문에 연료 비용이 많이 들어서 대괴, 중괴 등으로 소성하는데 한계가 있어 보통 소괴 및 소립의 크기로 소성을 하며, 제조된 생석회의 분화율이 높은 단점이 있다.
한편, 탄산염광물 중 방해석은 샤프트킬른과 로타리킬른에서 소성을 하지 못한다. 그 이유는 방해석은 결정질로 쉽게 깨지는 특성으로 인해 괴 및 소립의 크기로 소성하지 못하고 중질탄산칼슘으로 활용하고 있는 실정이다.
이와 같이, 탄산염광물을 소성하여 생석회를 제조하기 위한 소성로로 널리 사용되고 있는 샤프트킬른과 로타리킬른은 화석연료의 사용으로 인한 환경오염 유발과, 장치의 운용 비용의 증가와, 소성로에 장입되는 광물 입자의 크기 제한 및 방해석 등의 탄산염광물에 대한 소성의 어려움 등의 문제점이 많아, 최근에는 소성 열원으로 화석연료가 아닌 마이크로파를 이용하는 마이크로파 소성로의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
마이크로파 소성로는 소성 공간을 제공하는 발열체에 마이크로파를 조사하여 발열체의 자기 발열에 의해 피소성체를 소성하는 방식으로 소성 열원으로 화석연료의 연소 과정을 필요로 하지 않아 친환경적이면서 경제적이라는 점에서 최근 그 활용이 주목되고 있다.
그런데, 현재까지 개발된 마이크로파 소성로는 도 1에 도시된 바와 같이 피소성체의 소성을 연속적으로 하는 것이 아니라 일정량씩 나누어서 고정식으로 소성하는 배치(batch)식으로 아래와 같은 이유로 인해 그 사용이 제한적인 문제점이 있다.
먼저, 발열체가 고정된 상태에서 마이크로파가 조사되면 마이크로파가 발열체의 전체 면적에 고르게 조사되는 것이 아니라 국부적으로만 집중 조사된다. 따라서, 발열체 전체에 균일한 온도 분포가 이루어지지 않고 국부적으로만 온도 상승이 일어나는 발열체의 열 폭염이 발생되어 원하는 제품(생석회)의 균일한 소성율을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한, 피소성체를 일정량씩 나누어서 소성을 하는 배치식의 경우에는 연속적으로 탄산염 광물을 소성할 수 없기 때문에 다량의 생석회를 제조하는 데 한계가 있는 문제점이 있다.
한편, 마이크로파 소성로는 마이크로파를 발생시켜 발열체를 가열하면 발열체와 피소성체의 거리에서 대류 및 전도로 피소성체에 열이 전달되는 방식으로, 배치식의 마이크로파 소성로는 발열체와 피소성체가 일정 거리 떨어진 상태로 열 전달이 이루어지게 되어 실제 소성 시 피소성체까지 열 온도가 설정 온도보다 낮아지게 되어 원하는 소성 온도까지 상승하기 어려운 한계로 인해 피소성체, 즉 탄산염광물의 크기에 제한을 받는 문제점이 있다.
이러한 문제점으로 인해, 기존의 마이크로파 소성로는 한국공개특허공보 공개번호 제2010-0102181호에 개시된 바와 같이 파인세라믹스 재료와 같은 높은 소성온도가 필요로 하지 않는 소성에만 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 공개번호 제2010-0102181호
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 창출한 것으로, 소성 공간을 제공하면서 마이크로파에 의한 자기 발열을 하는 발열체에 전체적으로 균일한 온도 상승이 이루어지도록 하여 생석회를 균일하면서 높은 소성율로 얻을 수 있으며, 또한 탄산염 광물을 소성하기 위한 소성 온도와 소성 시간을 자유롭게 제어할 수 있어 탄산염 광물의 크기에 제한을 받지 않고 소성할 수 있는 마이크로파 소성로 및 그 소성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 회전식 마이크로파 소성로는 마이크로파가 조사되는 밀폐된 공간을 형성하는 캐비티와, 상기 캐비티 외측에 설치되어 상기 캐비티 내부로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생장치와, 내부에 상기 피소성체가 수용되며 상기 캐비티 내부에 경사진 자세로 회전 가능하게 설치되고, 마이크로파의 조사에 의해 발열되어 상기 피소성체가 소성되는 소성실을 제공하는 발열체와, 상기 캐비티 외측에 설치되고 상기 발열체의 투입구 측에 연결되어, 상기 발열체로 피소성체를 순차적으로 공급하는 피소성체 공급장치와, 상기 캐비티 외측에 설치되고 상기 발열체의 배출구 측에 연결되어, 상기 발열체의 회전을 위한 동력을 제공하는 발열체 회전장치와, 상기 피소성체 공급장치에 의한 피소성체 공급량과 상기 발열체 회전장치에 의한 발열체 회전 속도를 제어하기 위한 제어부를 포함하여 회전하는 발열체에 마이크로파를 조사하여 전체적으로 균일한 온도 상승이 이루어지도록 하였다.
여기서, 상기 발열체의 경사 각도는 3°~5°로 하고, 발열체의 내부에 길이 방향으로 길게 사선형의 홈을 형성하여 피소성체가 발열체의 경사에 따른 자유낙하와 발열체의 회전에 의한 배출이 이루어져 피소성체의 크기에 따라 발열체의 회전 속도를 조절하면서 소성하게 되고, 발열체 내부의 형성된 사선형의 홈에 의해 피소성체의 이송 배출을 원활하게 하였다.
한편, 상기 캐비티 내부와 상기 발열체 사이에는 단열체를 더 설치하여, 상기 마이크로파가 투과됨과 동시에 상기 발열체에서 발생하는 열의 방출을 차단하여 소성율을 향상시켰다.
그리고, 상기 발열체 회전장치와 연결되는 상기 발열체의 투입구 측에는 내화물 재질로 이루어져 둘레에 피소성체가 배출되는 배출홀이 형성되고, 발열체 회전장치의 회전축과 결합되는 내화물 커버체를 구비하여 발열체의 열이 회전축으로 전달되는 것을 차단하여 회전축이 열 변형에 의해 손상되는 것을 방지하였다.
또한, 상기 단열체에는 상기 내화물 커버체가 설치된 위치에 대응되는 위치에 상기 내화물 커버체의 배출홀로부터 배출되는 피소성체를 상기 캐비티 외부로 배출하기 위한 배출홀이 형성되고, 상기 배출홀에는 캐비티의 외부로부터 관통되어 연결된 배출관이 연결되어 발열체로의 피소성체의 공급과 배출이 추가 작업 없이 연속적으로 이루어지도록 하였다.
또한, 상기 발열체 하부 양측 좌우에는 발열체의 외주면과 접촉하면서 발열체의 하중을 지지함과 동시에 발열체의 회전을 도와주기 위한 한 쌍의 가이드롤러를 더 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 회전식 마이크로파 소성방법은 피소성체가 배치되어 소성 공간을 형성하는 발열체가 일정 각도 경사진 자세로 회전하는 상태에서 상기 발열체에 마이크로파를 조사하여 피소성체를 소성하게 된다.
그리고, 제어부에 의해 피소성체의 종류 및 크기에 따라 상기 발열체의 회전 속도의 조절에 의해 발열체 내부에 장입된 피소성체의 체류 시간(소성 시간) 조절하면서 소성하게 된다.
그리고, 상기 발열체의 유입구측에는 상기 발열체로 피소송체를 자동으로 공급하기 위한 피소성체 공급장치가 연결되어, 상기 발열체가 회전하면서 피소성체를 소성하는 공정 중에도 발열체로의 피소성체 이송과 발열체로부터 소성이 완료된 피소성체의 배출이 연속적으로 이루어지면서 소성한다.
본 발명에서 제공하는 회전식 마이크로파 소성로 및 소성방법은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 발열체가 360°회전하면서 마이크로파가 조사되기 때문에 발열체 전체에 균일한 온도 상승에 의한 균일한 온도 분포가 이루어져 국부적인 열 폭염이 발생하지 않아 원하는 제품(생석회)의 균일한 소성율을 얻을 수 있는 효과를 발휘한다.
둘째, 소성 공간을 제공하는 발열체가 360°회전하기 때문에 발열체 내부에 배치된 피소성체가 발열체 내주면에 직접 접촉한 상태에서 열을 전달받기 때문에 소성 온도를 향상시킬 수 있어 원하는 소성 온도에 가장 가깝게 온도를 유지할 수 있어 소성율과 에너지 효율이 향상되는 효과가 있다.
셋째, 피소성체의 크기에 따라 발열체의 회전 속도를 조절함으로써 피소성체의 체류 시간(소성 시간)을 자유롭게 제어할 수 있어 피소성체의 크기에 제한을 받지 않고 균일한 소성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
넷째, 소성 중에 발열체로 피소성체의 투입과 배출이 연속적으로 이루어지기 때문에 제품(생석회)의 대량 생산에 능동적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 배치식(고정식) 타입의 마이크로파 소성로를 도시한 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 측면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 정면도
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 캐비티에 설치된 발열체와 발열체 회전장치의 결합관계를 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체가 경사진 구조를 설명하기 위한 개념도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체의 투입구에 내화물 커버체가 결합된 부분 사시도
도 7 및 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체를 가이드롤러가 지지하고 있는 구조를 도시한 측단면도 및 정단면도
도 9는 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로를 구성하는 시스템 블럭도
도 10 는 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 소성 방법을 도시한 흐름도
도 11 내지 도 16은 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 소성 방법에 의해 제조된 생석회 또는 경소백운석의 XRD 그래프이다.
도 17 내지 도 22는 종래 배치식 타입의 마이크로파 소성로의 소성 방법에 의해 제조된 생석회 또는 경소백운석의 XRD 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하의 설명에서 "상부", "하부", "좌측", "우측", "수직", "수평", "길이방향" 그리고 이에 상응하는 용어들은 도면에서 나타나는 방향을 기준으로 하는 것이다.
또한, 이하에서 설명하는 소성의 대상되는 석회석, 방해석, 백운석 등의 탄산염 광물의 분체(粉體)에 대해서는 이들을 통합하는 용어인 피소성체로 통칭하여 사용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 전체 구조를 나타내는 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 전체 구조를 나타내는 정면도이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 마이크로파 소성로의 캐비티에 설치된 발열체와 발열체 회전장치의 결합관계를 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파 소성로(100)는 마이크로파가 조사되는 밀폐 공간을 형성하는 캐비티(10)와, 캐비티(10) 내부에 설치되어 마이크로파가 조사에 의해 자기 발열되어 그 내부에 장입된 피소성체의 소성 공간(소성실(31))을 제공하는 발열체(30)와, 캐비티(10) 외부에 설치되어 캐비티(10) 내부로 마이크로파를 조사하는 마이크로 발생장치(20)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명은 발열체(30)가 회전하는 상태에서 마이크로파를 조사하여 피소성체를 연속적으로 소성하는 회전식 마이크로파 소성로를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은 발열체(30)를 캐비티(10) 내부에 회전 가능하게 설치하고, 발열체(30)의 일측에 발열체(30)의 회전력을 제공하는 발열체 회전장치(50)와, 발열체(30)의 타측에는 발열체(30)로 피소성체를 연속적으로 공급하는 피소성체 공급장치(40)가 캐비티(10) 외측에 각각 설치된다.
여기서, 피소성체 공급장치(40)와, 캐비티(10)와, 발열체 회전장치(50)는 지면에 설치되면서 일정 높이를 갖는 사각 형상의 베이스 프레임(70)의 상부에 베이스 프레임(70)의 길이 방향으로, 즉 도 2를 기준으로 좌측에서 우측으로 순차적으로 연결 설치된다.
베이스 프레임(70)은 피소성 공급장치(40)가 설치되는 일측(도 2를 기준으로 좌측)에서 발열체 회전장치(50)가 설치되는 타측(도 2를 기준으로 우측)으로 갈수록 높이가 낮아지는 경사진 구조를 갖는다.
이로 인해, 베이스 프레임(70) 상부에 설치되는 피소성체 공급장치(40)와, 캐비티(10)와, 발열체 회전장치(50)는 전체적으로 피소성체 공급장치(40)로부터 발열체 회전장치(50)로 갈수록 높이가 낮아지는 경사진 구조로 설치되며, 또한 캐비티(10) 내부에 설치된 발열체(30)도 경사진 자세로 설치되게 된다.
베이스 프레임(70) 내부 일측에는 마이크로파를 발생하는 마그네트론(21) 등에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치(71)가 설치되고 다른 일측에는 소성이 완료된 피소성체를 수거하는 수거통(72)이 설치된다. 그리고 베이스 프레임(70)의 바다면 각 모서리에는 소성로 장치 전체를 이동 가능하게 할 수 있도록 회전 가능한 바퀴(73)가 설치된다.
캐비티(10)는 마이크로파가 조사되는 밀페된 공간으로 베이스 프레임(70) 중앙 상부에서 설치되며, 전체적으로 일정 길이를 갖고 내부가 비어 있는 직육면체 형상으로 스테인레스 강 등의 금속으로 형성된다. 그리고, 캐비티(10) 내면에는 마이크로파의 반사 효율이 향상되도록 반사층이 형성되는 것이 좋다.
또한, 캐비티(10)는 전체적으로 밀페된 구조를 이루면서, 피소성체 공급장치(40)의 이송관(42), 발열체 회전장치(50)의 회전축(51), 마이크로파 발생장치(20)에서 발생되는 마이크로파를 도입하는 도파관(23) 및 발열체(30)에서 소성이 완료된 피소성체가 외부로 배출될 수 있도록 안내하는 배출관(74)들이 각각 관통 설치될 수 있도록 다수의 관통 구멍이 형성된다.
발열체(30)는 캐비티(10) 내부에 설치되고, 소성 시에 그 내부에 피소성체가 배치되어 피소송체가 소성되는 소성 공간, 즉 소성실(31)을 제공하는 구성이다. 발열체는 일정 길이를 갖고 내부가 비어 있는 중공의 원통 형상으로 캐비티(10) 내부에 회전 가능하게 설치된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체가 경사진 구조를 설명하기 위한 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체의 투입구에 내화물 커버체가 결합된 부분 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 발열체(30)는 앞서 설명한 바와 같이 길이 전체로 수평면을 기준으로 일정한 각도로 경사지게 설치된다. 보다 상세하게, 피소성체가 공급되는 투입구(33)로부터 소성이 완료된 피소송체가 배출되는 배출구(34)로 갈수록 아래로 경사지게 설치된다.
이로 인해, 본 발명은 발열체(30)가 일정 각도 경사진 자세에서 회전하면서 마이크로파의 조사에 의해 자체 발열하여 그 내부에 수용된 피소성체를 소성하는 회전식 소성 방식으로, 발열체(30) 내부로 유입된 피소성체의 배출은 발열체(30)의 투입구(33)와 배출구(34)까지의 높이 차이와 발열체(30)의 회전에 의해 이루어진다.
발열체(30)의 경사각도는 3°~5°이다. 이는 발열체(30) 내부에 장입된 피소성체를 발열체(30)의 끝단부에 위치한 배출구(34)로 중력에 의한 자유 낙하를 유도하기 위한 것으로 3°보다 작을 경우에는 자유 낙하가 쉽게 유도되지 않으며, 또한 5°보다 큰 경우는 후술하는 바와 같이 발열체의 회전 속도로 소성 시간(발열체 내부에 피소성체의 체류 시간)의 제어가 어려워지는 문제점이 있기 때문이다. 또한, 경사각도가 5°보다 크게 되면 마이크로파 발생장치로부터 마이크로파 조사 거리를 유지하기 어려워지며 장치 전체 규모가 커지는 문제점 등이 발생하게 된다.
또한, 발열체(30) 내면에는 발열체(30)의 투입구(33)에서 배출구(34) 방향으로 하향 경사진 사선형의 홈(35)이 둘레 방향으로 연속적으로 형성되어 있다. 이러한 사선형의 홈(35)은 발열체(30)의 회전 시에 피소성체가 홈(35)에 걸리면서 배출구(34) 방향으로의 흐름성을 좋게 하여 피소성체의 배출을 보다 원활하게 할 수 있게 한다.
발열체(30)는 마이크로파의 조사에 의해 자기 발열하는 재질인 탄화규소(SiC) 또는 질화규소(Si3N4) 등으로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명은 피소성체의 소성실(31)을 제공하는 발열체(30)가 캐비티(10) 내부에서 경사진 자세로 회전가능하게 설치됨으로써 발열체(30) 내부에 장입된 피소성체가 발열체(30)의 내벽면에 항시 접촉된 상태로 열 전달이 이루어져 종래 발열체가 고정된 방식에 비해 소성 온도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 발열체(30)가 360°회전하면서 발열체(30) 전체 부분에 마이크로파가 골고루 조사되기 때문에 발열체(30) 전체에 균일한 온도 분포가 이루어져 발열체의 일 부분에 온도가 이상적으로 상승하는 열 폭염이 이루어지지 않아 피소성체의 균일한 소성이 이루어지게 된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 발열체 회전장치(50) 측과 연결되는 발열체의 배출단 측에는 발열체(30)의 개방된 단부를 커버함과 동시에 발열체 회전장치(50)의 회전축(51)과 결합되는 커버체(36)가 구비된다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 커버체(36)는 전면에 발열체가 끼워지는 단차진 수용홈(36a)이 형성되고 후면에는 회전축(51)이 삽입 결합되는 축허브(36b)가 외측으로 돌출 형성된 구조를 갖는다. 발열체(30)는 수용홈(36a)의 대직경부까지만 끼워진 상태로 결합되며 발열체(30)가 끼워지지 않은 수용홈(36a)의 소직경부 측에는 둘레 방향으로 다수의 배출홀(36c)이 일정 간격으로 뚫려 있어 소성이 완료된 피소성체는 이 배출홀(36c)을 통해 후술하는 단열체(80)로 배출된다.
여기서 커버체(36)는 그 재질이 내화물체로 이루어져 있어 발열체의 열이 회전축으로 전도되는 것을 차단하게 된다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 발열체(30) 하부 양측 좌우에는 발열체(30)의 외주면과 접촉하면서 발열체(30)의 하중을 지지함과 동시에 발열체(30)의 원활한 회전을 도와주기 위한 한 쌍의 가이드롤러(83)가 발열체(30)의 중앙을 기준으로 전후로 일정 간격을 두고 각각 설치된다.
가이드롤러(83)는 발열체(30)에서 발열되는 열에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 내화물체로 이루어진다.
이러한 가이드롤러(83)는 발열체(30)의 길이에 따라 그 설치되는 수가 달라질 수 있다. 예를 들어 발열체(30)의 길이가 긴 경우에는 한 쌍의 가이드롤러(83)가 발열체(30)의 길이 방향으로 일정 간격을 두고 다수가 설치될 수 있으며, 발열체(30)의 길이가 짧은 경우에는 발열체(30)의 중앙부에 한 쌍의 가이드롤러(83)만 설치하는 것도 가능하다.
여기서, 가이드롤러(83)는 단열체(80)의 내면에 고정 지지되는 브라켓(81)에 수평 관통되는 지지축(82)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다.
한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 발열체(30)와 캐비티(10) 사이에는 발열체(30) 전체를 둘러싸는 것으로 내부가 비어 있는 사각 단면 형상의 단열체(80)가 설치된다. 여기서 단열체(80)는 마이크로파가 투과되면서 발열체(30)에서 발열되는 열을 캐비티(10) 외부로 방출되는 것을 차단하는 역할을 한다.
여기서, 단열체(80)는 전체적으로 밀페된 구조를 이루고 있으며, 발열체 회전장치(50)의 회전축(51)이 관통되는 구멍과, 피소성체 공급장치(40)의 이송관(42)이 관통되는 구멍이 단열체(80)의 양단에 각각 마련되어 있으며, 특히 커버체(36) 의 배출홀(36c)이 형성된 위치에 대응되는 위치에는 커버체(36)의 배출홀(36c)로부터 배출되는 피소성체를 캐비티(10) 외부로 배출하기 위한 배출홀(80a)이 마련되어 있으며, 이 배출홀(80a)에는 피소성체를 베이스 프레임(70)에 구비된 피소성체 수거통(72)까지 배출을 안내하기 위한 배출관(74)이 연결된다.
피소성체 공급장치(40)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피소성체가 투입 저장되는 호퍼(41)와, 일단이 호퍼(41)의 하부에 연결되고 타단이 캐비티(10) 내부로 관통되고 발열체(30)의 투입구(33) 측에 연결 설치되어 호퍼(41)로부터 공급되는 피소성체를 발열체(30) 내부로 이송하기 위한 이송경로를 제공하는 이송관(42)과, 이송관(42) 내부에 회전 가능하게 설치되면서 발열체(30) 투입구 측까지 길게 설치된 이송스크류(43)와, 이송스크류(43)의 회전력을 제공하는 모터(44)를 포함하여 구성된다.
이송관(42)이 연결되는 호퍼(41)의 하부에는 외주면에 다수의 블레이드(45a)가 일정 간격으로 구비된 축구조물(45)이 회전가능하게 설치된다. 이때 축구조물(45)에 구비된 블레이드(45a)는 축구조물(45)의 회전에 의해 이송관(42)의 상부에 적재된 피소성체를 저어주게 되어 이송관(42) 내부, 즉 이송스크류(43)로 피소성체의 공급을 원활하게 하도록 도와준다.
이송스크류(43)는 일단이 베어링에 의해 지지되어 이송관(42) 내부에 회전 가능한 구조로 설치된다. 이송스크류(43)의 단부에는 제1스프로킷(미도시)이 설치되어 있으며 모터(44)의 회전축에 구비된 스프로킷(미도시)과 체인으로 연결되어 회전력을 전달받는다.
한편, 이송스크류(43)의 단부에는 제2스프로킷(미도시)이 더 설치되어 있어 호퍼(41)의 하단에 연결된 축구조물(45)의 단부에 설치된 스프로켓(미도시)과도 체인으로 연결되어 있다.
따라서, 모터(44)의 회전에 의해 이송스크류(43)와 이와 전동 가능하게 연결된 축구조물(45)도 함께 회전하는 구조이다.
발열체 회전장치(50)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일단이 캐비티(10) 내부로 관통되고 발열체(30)의 커버체(36)와 축 결합되는 회전축(51)과, 회전축(51)에 회전력을 제공하는 모터(52)와, 회전축(51)의 회전을 원할하게 하면서 회전축(51)을 지지 고정해주는 축받침 베어링(53)을 포함하여 구성된다.
여기서, 모터(52)에 의한 회전축(51)의 동력 전달은 회전축(51)과 모터(52) 축에 각각 구비된 스프로킷(51a)(52a)과 각 스프로킷(51a)(52a)을 연결되는 체인 구조로 이루어진다.
축받침 베어링(53)은 다수 개가 일정 간격으로 베이스 프레임(70) 상부에 설치되는 모터 내장 박스(75)의 상단에 고정설치된다.
마이크로파 발생장치(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 캐비티(10) 하단에 구비된 도파관(23)의 단부에 연결된 밀폐박스 내부에 내장되어 실질적으로 마이크로파를 발생하는 마그네트론(21)과, 마그네트론(21)에 전기적으로 연결되어 마그네트론(21)에 전원을 공급하는 마이크로파 전원공급장치(22)로 이루어진다.
본 발명에서는 마그네트론(21)이 다수개(4개) 구비되며, 다수의 마그네트론(21)은 일정 간격을 두고 캐비티(10) 하부 쪽의 베이스 프레임(70)에 지지되게 설치된다.
여기서, 마그네트론의 구조 및 조사 원리는 종래 공지의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에서 피소성체 공급장치(40)의 이송관(42)과, 발열체 회전장치(50)의 회전축(51)과, 피소성체의 외부 배출을 안내하는 배출관(74)이 관통 설치되는 캐비티(10)의 각 연결부 측에는 캐비티(10) 내부에 조사되는 마이크로파와 발열체(30)에서 발열되는 열이 캐비티(10) 외부로 방출되는 것을 차단하기 위한 차폐부재(11a)(11b)(11c)가 설치된다(도 2 참조).
또한, 베이스 프레임(70)의 상부에는 소성로 전체에 전원을 인가하기 위한 전원부와, 피소성체의 종류 및 크기, 소성 시간, 마이크로파의 조사 세기 및 조사 시간 등을 입력하는 입력부와, 입력부의 입력 데이터로부터 이에 해당하는 구동부를 제어하기 위한 제어부(60)가 내장된 컨트롤 박스(90)가 설치된다(도3 참조).
여기서, 제어부(60)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 사용자가 입력부(61)를 통해 피소성체의 종류 및 크기, 소성 시간, 마이크로파의 조사 세기 및 조사 시간 등을 입력하면, 입력된 데이타에 따라 발열체 회전장치(50)의 모터(52), 피소성체 공급장치의 모터(44) 및 마이크로파 발생장치(20)의 마그네트론(21)의 각 구동부(62)를 제어하여 피소성체의 종류 및 크기에 따라 발열체(30)의 회전 속도의 조절에 의해 발열체(30) 내부에 배치된 피소성체의 체류 시간(소성 시간)을 조절하면서 발열체(30) 내부로 투입되는 피소성체의 양과 마이크로파의 조사 세기와 조사 시간을 제어한다.
이하에서는, 이와 같이 구성되는 회전식 마이크로파 소성로의 소성 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 10은 본 발명에 따른 소성 방법을 나타내는 플로챠트이다.
우선, 호퍼에 피소성체를 공급한다(S10). 이때, 피소성체는 석회석, 백운석 및 방해석 등의 탄산염광물의 분체(粉體)로 그 종류의 입자의 크기는 얻고자 하는 생석회(CaO)의 종류 및 품질에 따라 달라진다.
다음에, 호퍼(41)에 공급된 피소성체는 이송관(42) 내부로 투입되어 이송스크류(43)의 회전에 의해 발열체 내부로 공급된다(S20). 이때 이송스크류(43)를 통한 피소성체의 공급량은 발열체 내부 전체 공간의 10~20% 정도 채워지게 순차적으로 공급한다.
발열체(30) 내부에 피소성체가 20% 이상 채워지게 되면 탄산염광물의 소성 온도 및 소성 시간에 의해서 탈탄산화 반응에 의해 이산화탄소의 배출로 내부 부분압(partial pressure)이 높아져 탈탄산화 반응이 잘 일어나지 않으며, 또한 10% 이하로 채워지면 탄산염 광물의 탈탄산화 반응에 의한 이산화탄소의 배출로 내부 부분압(partial pressure)이 낮아져 이산화탄소의 배출이 쉬워져 생석회(CaO)의 표면이 과소 생석회(death lime)가 된다.
다음에, 발열체(30)는 캐비티(10) 내부에서 3°~5°의 범위로 경사진 자세로 회전하는 상태에서 마이크로파가 발열체(30)로 조사되면 발열체(30)의 발열에 의해 그 내부에 장입된 피소성체를 소성한다(S30).
다음으로, 제어부(60)를 통해 발열체(30) 내부에 장입된 피소성체의 크기에 따라 발열체(30)의 회전 속도(소성 시간)를 조절한다(S40).
즉 발열체(30)의 경사진 각도 범위에서 피소성체가 자유 낙하하면서 배출되는 피소성체의 체류 시간(소성 시간)을 피소성체의 크기에 따라 발열체의 회전 속도에 의해 조절할 수 있는데, 발열체(30)의 회전 속도가 빠르면 체류 시간(소성 시간)의 유지가 짧아지고 회전 속도가 늦으면 체류 시간(소성 시간)이 길어진다.
예를 들어, 피소성체, 즉 탄산염광물의 크기가 대괴(120~80 mm)인 경우 회전 속도를 늦추어 소성 시간을 오래 유지하면서 소성할 수 있으며(6~24 시간 정도), 탄산염광물의 크기가 중괴(80~45 mm)인 경우 회전 속도를 대괴의 회전 속도 보다 빠르게 하여 소성 시간을 대괴의 소성 시간 보다 짧게 유지하면서 소성할 수 있으며(6~3 시간), 탄산염광물의 크기가 소괴(45~20 mm)인 경우 소성 시간을 중괴의 회전 속도 보다 더욱 빠르게 하여 소성 시간을 중괴의 소성 시간 보다 매우 짧게 유지하면서 소성할 수 있으며(3~2 시간), 탄산염광물의 크기가 소립(20~5 mm)인 경우에 소괴의 회전 속도 보다 더욱 빠르게 하여 소성 시간을 짧게 유지하면서 소성할 수 있다(2~1시간).
즉, 피소성체(탄산염광물)의 크기가 대괴, 중괴, 소괴, 소립의 크기에 따라서 발열체의 회전 속도를 조절하면서 소성 시간을 달리 유지함으로써 각각에 맞게 소성할 수 있다.
마지막으로, 발열체의 회전 속도에 맞는 소성 시간(체류 시간)으로 소성이 완료된 피소성체는 발열체의 배출구를 통해 배출되면서 배출관을 통해 캐비티 외부에 마련된 수거통으로 저장된다.(S50)
본 발명에서는 발열체가 회전하면서 피소성체를 소성하는 공정 중에도 발열체로의 피소성체 이송과, 발열체로부터 소성이 완료된 피소성체의 배출이 연속적으로 이루어지게 된다.
이와 같이 본 발명은 피소성체의 소성 공간을 제공하는 발열체가 캐비티 내부에서 경사진 자세로 회전가능하게 설치됨으로써, 피소성체의 크기에 따라 회전 속도를 조절하면서 소성 시간을 유지할 수 있게 되고, 이에 의해 피소성체(탄산염광물)의 크기에 제한을 받지 않고 원하는 제품(생석회)를 균일한 소성율로 얻을 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명에서의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 생석회 제조와 관련한 각 실시예와, 각 실시예와 동일한 조건으로 실험한 종래 배치식(고정식) 마이크로파 소성로의 비교예를 서로 비교하면서 설명하기로 한다.
이에 앞서, 탄산염광물의 소성에 의한 소성율에 대하여 간단히 설명하면, 소성율이란 탄산염광물이 열분해되어 CaO(생석회)가 되는 것으로, 탄산염 광물 중 석회석, 방해석은 CaCO3로 구성되었으며, 순수한 석회석, 방해석은 CaO 56%, CO2 44%로 구성된다.
그러나 자연 상에 존재하는 석회석, 방해석은 불순물을 함유하여 1~2%인 것은 고품위 석회석, 방해석으로 CaO로 55%, 54%. 불순물이 3~4%인 경우, 중품위 석회석, 방해석으로 CaO로 53%, 52%이고, 4%이하인 경우, 저품위 석회석, 방해석으로 CaO로 51%이하이다.
이 석회석, 방해석의 소성율은 불순물을 포함하여 중량 감소 즉, CaCO3가 950℃에서 탈탄산화되어 CaO가 되고, 이산화탄소는 100%가 방출되면, 소성율은 100%이다. 다시 말해서, CaO가 100%입니다. XRD 분석에 의하면, CaCO3가 일정 % 존재하면 미소성(탈탄산화 반응이 안 된 석회석, 방해석)된 석회석, 방해석이 함유된다.
Figure 112011027239201-pat00001
그러나, 회전식 및 연속식에서는 위의 소성율 식에 의해서 구하기 어려우므로, XRD 정량을 한다. XRD 정량 분석에 의해서 분석된 CaO, CaCO3 일정 %이면, 나온 소성율 식에 구해진 값과 거의 일치 합니다. 즉, 소성율이 95%이면, CaCO3가 5%정도 미소성된 것이다.
이는 백운석도 동일하다. 다만, 백운석은 CaCO3MgCO3로 구성된 비금속 광물이다. 순수한 백운석은 CaO 30.4%, MgO 21.7%, CO2 47.9% 이다. 열분해되어 800℃부근에서 먼저 MgCO3가 탈탄산화 반응하여 CO2를 방출하고, 950℃ 부근에서 열분해되어 CO2를 방출한다.
이는 위에서 설명한 것과 동일하게 CaCO3가 XRD 정량 분석에서 남아 있으면 미소성된 것이다.
본 발명의 실험예 1 내지 4에 적용된 각 실시예와 비교예의 생석회, 경소백운석을 제조할 수 있는 탄산염광물(석회석, 백운석)의 성분 결과 XRF는 아래의 [표 1]과 같다.
sample component(Unit : mass %)
Al2O3 CaO Fe2O3 MgO SiO2
limestone(a) 0.015 55.751 0.064 0.186 0.027
limestone(b) 0.011 53.486 0.102 0.203 3.366
limestone(c) 0.133 52.375 0.252 1.580 2.133
dolomite 0.389 29.948 0.118 21.591 0.214
calcite 0.137 54.3 0.302 0.413 0.362
실험예 1. 생석회의 제조
도 11a 내지 11c는 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 30 min으로 석회석 25 mm 크기(CaO : 55%(a), 53%(b), 52%(c))를 발열체의 경사 각도를 3°로 회전한 상태에서 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(실시예 1)
도 17a 내지 17c는 종래의 고정식(batch type) 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950 ℃, 소성 시간 30 min으로 석회석 25 mm 크기(CaO : 55%(a), 53%(b), 52%(c))를 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(비교예 1)
도 11a 내지 11c 및도 17a 내지 17c의 XRD 그래프에서 X축은 X-ray 회절에 따른 CaCO3, CaO, MgO등의 결정상에 따라 나온 회절도이며, Y축은 CaCO3, CaO, MgO 결정상에 따라 회절도(각도)의 강도이다. 이는 도 12 내지 도 22의 XRD 그래프에서도 동일하다.
도 11a 내지 11c 및 도 17a 내지 17c에 의한 본 발명과 비교 발명의 실험 결과인 소성율은 아래 [표2]와 같다.
(a) 55%인 경우(석회석) (b)53%인 경우(석회석) (c)52%인 경우(석회석)
비교예 1 CaO : 81.2%
CaCO3 :18.8%		 CaO : 55.9%
CaCO3 :44.1%		 CaO : 58.5%
CaCO3 :38.1%
SiO2 : 2.3%
실시예 1 CaO : 87.9%
CaCO3 :12.1%		 CaO : 45.8%
CaCO3 :54.2%		 CaO : 62.9%
CaCO3 :35.7%
SiO2 : 1.3%
[표 2]에서와 같이, 석회석 53%를 제외하고는 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로의 소성율은 기존의 고정식 마이크로파 소성로의 소성율보다 우수함을 알 수 있다.
실험예 2. 생석회의 제조
도 12a 내지 12c는 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950 ℃, 소성 시간 60 min으로 석회석 25 mm 크기(CaO : 55%(a), 53%(b), 52%(c))를 발열체의 경사 각도를 3°로 회전한 상태에서 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(실시예 2)
도 18a 내지 18c는 종래의 고정식(batch type) 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950 ℃, 소성 시간 60 min으로 석회석 25 mm 크기(CaO : 55%(a), 53%(b), 52%(c))를 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(비교예 2)
도 12a 내지 12c 및 도 18a 내지 18c에 의한 본 발명과 비교 발명의 실험 결과인 소성율은 아래 [표3]와 같다.
(a) 55%인 경우(석회석) (b)53%인 경우(석회석) (c)52%인 경우(석회석)
비교예 2 CaO : 91.5%
CaCO3 : 8.5%		 CaO : 74.3%
CaCO3 :35.7%		 CaO : 90.2%
CaCO3 :3.7%
실시예 2 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 97.6%
CaCO3 : 2.4%
[표 3]에서와 같이, 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로의 소성율은 기존의 고정식 마이크로파 소성로의 소성율보다 우수함을 알 수 있다. 특히, 55%의 석회석인 경우와 53%의 석회석인 경우에 소성율이 100%로 완전 소성이 이루어졌음을 알 수 있다.
실험예 3. 경소백운석의 제조
도 13 은 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950 ℃, 소성 시간 30 min으로 백운석 25 mm 크기(CaO : 33%, MgO : 21%)를 발열체의 경사 각도를 3°로 회전한 상태에서 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(실시예 3)
도 19은 종래의 고정식(batch type) 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 30 min으로 백운석 25 mm 크기(CaO : 33%, MgO : 21%)를 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(비교예 3)
도 13 및 도 19에 의한 본 발명과 비교 발명의 실험 결과인 소성율은 아래 [표4]와 같다.
CaO : 33%, MgO : 21%
비교예 3 CaO : 48.4%
MgO : 39 %
CaCO3 : 12.1%
실시예 3 CaO : 56%
MgO : 44 %
[표 4]에서와 같이, 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로의 소성율은 기존의 고정식 마이크로파 소성로의 소성율보다 우수함을 알 수 있다.
실험예 4. 경소백운석의 제조
도 14 은 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950 ℃, 소성 시간 60 min으로 백운석 25 mm 크기(CaO : 33%, MgO : 21%)를 발열체의 경사 각도를 3°로 회전한 상태에서 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(실시예 4)
도 20은 종래의 고정식(batch type) 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 60 min으로 백운석 25 mm 크기(CaO : 33%, MgO : 21%)를 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(비교예 4)
도 14 및 도 20에 의한 본 발명과 비교 발명의 실험 결과인 소성율은 아래 [표5]와 같다.
CaO : 33%, MgO : 21%
비교예 4 CaO : 52.7%
MgO : 39.1 %
CaCO3 : 8.2%
실시예 4 CaO : 54%
MgO : 46 %
[표 5]에서와 같이, 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로의 소성율은 기존의 고정식 마이크로파 소성로의 소성율보다 우수함을 알 수 있다.
본 발명의 실험예 5 및 6에 적용된 각 실시예와 비교예에 따른 탄산염광물 중 방해석의 20~100 mesh 분급은 아래의 [표 6]과 같다.
sample No
1 ASTM. NO. 20, 20mesh, (+)850㎛
2 ASTM. NO. 25, 24mesh, (+)710㎛
3 ASTM. NO. 30, 28mesh, (+)600㎛
4 ASTM. NO. 35, 32mesh, (+)500㎛
5 ASTM. NO. 40, 35mesh, (+)425㎛
6 ASTM. NO. 45, 42mesh, (+)355㎛
7 ASTM. NO. 50, 48mesh, (+)300㎛
8 ASTM. NO. 60, 60mesh, (+)250㎛
9 ASTM. NO. 70, 65mesh, (+)212㎛
10 ASTM. NO. 80, 80mesh, (+)180㎛
11 ASTM. NO. 100, 100mesh, (+)150㎛
실험예 5. 생석회의 제조
도 15a 내지 15d는 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 30 min으로 방해석(CaO 54%)의 20~100 mesh 분급 방해석 중 20 mesh, 35 mesh, 65 mesh, 100 mesh 를 발열체의 경사 각도를 3°로 회전한 상태에서 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(실시예 5)
도 21a 내지 21d는 종래의 고정식(batch type) 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 30 min으로 방해석(CaO 54%)의 20~100 mesh 분급 방해석 중 20 mesh, 35 mesh, 65 mesh, 100 mesh 를 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(비교예 5)
도 15a 내지 15d 및 도 21a 내지 21d에 의한 본 발명과 비교 발명의 실험 결과인 소성율은 아래 [표7]와 같다.
20 mesh 35 mesh 65 mesh 100 mesh
비교예 5 CaO : 85.7%
CaCO3 : 14.3%		 CaO : 82.4%
CaCO3 :17.6%		 CaO : 83.7%
CaCO3 :16.3%		 CaO : 87.5%
CaCO3 :12.5%
실시예 5 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%
[표 7]에서와 같이, 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로의 소성율은 20~100 mesh 분급 방해석 전체에서 소성율이 100%로 이루어진 것을 알 수 있어, 기존의 고정식 마이크로파 소성로의 소성율보다 월등히 우수함을 알 수 있다.
실험예 6. 생석회의 제조
도 16a 내지 16d는 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 60 min으로 방해석(CaO 54%)의 20~100 mesh 분급 방해석 중 20 mesh, 35 mesh, 65 mesh, 100 mesh 를 발열체의 경사 각도를 3°로 회전한 상태에서 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(실시예 6)
도 22a 내지 22d는 종래의 고정식(batch type) 마이크로파 소성로에 의한 소성온도 950℃, 소성 시간 60 min으로 방해석(CaO 54%)의 20~100 mesh 분급 방해석 중 20 mesh, 35 mesh, 65 mesh, 100 mesh 를 소성하여 제조된 생석회의 XRD 그림이다.(비교예 6)
도 16a 내지 16d 및 도 22a 내지 22d에 의한 본 발명과 비교 발명의 실험 결과인 소성율은 아래 [표2]와 같다.
20 mesh 35 mesh 65 mesh 100 mesh
비교예 6 CaO : 87.5%
CaCO3 : 12.5%		 CaO : 92.2%
CaCO3 :4.8%		 CaO : 96.3%
CaCO3 :5.7%		 CaO : 93.3%
CaCO3 : 6.7%
실시예 6 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%		 CaO : 100%
CaCO3 : 0%
[표 8]에서와 같이, 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로의 소성율은 20~100 mesh 분급 방해석 전체에서 소성율이 100%로 이루어진 것을 알 수 있어, 기존의 고정식 마이크로파 소성로의 소성율보다 월등히 우수함을 알 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 회전식 마이크로파 소성로에 의한 석회석 및 백운석의 소성에 의한 그 입자의 크기에 상관없이 종래 배치식 타입의 마이크로파 소성로에 의한 소성에 비하여 석회석 및 경소백운석의 소성율이 현저히 향상된 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 캐비티 11a,11b,11c : 차폐부재
20 : 마이크로파 발생장치 21 : 마그네트론
23 : 도파관 30: 발열체
31 : 소성실 35 : 사선형 홈
36 : 커버체 40 : 피소성체 공급장치
41: 호퍼 42 : 이송관
43 : 이송스크류 44 : 모터
50 : 발열체 회전장치 51 : 회전축
52 : 모터 53 : 축받침 베어링
60 : 제어부 70 : 베이스 프레임
72 : 수거통 74 : 배출관

Claims (15)

  1. 마이크로파를 이용하여 탄산염광물을 소성하여 생석회를 제조하는 마이크로파 소성로에 있어서,
    마이크로파가 조사되는 밀폐된 공간을 형성하는 캐비티(10);
    상기 캐비티(10) 외측에 설치되어 상기 캐비티(10) 내부로 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생장치(20);
    내부에 상기 탄산염광물이 수용되며 상기 캐비티(10) 내부에 경사진 자세로 회전 가능하게 설치되고, 탄화규소(SiC) 또는 질화규소(Si3N4)로 이루어져 마이크로파의 조사에 의해 발열되어 상기 탄산염광물이 소성되는 소성실(31)을 제공하는 발열체(30);
    상기 캐비티(10) 외측에 설치되고 상기 발열체(30)의 투입구 측에 연결되어, 상기 발열체(30)로 탄산염광물을 순차적으로 공급하는 피소성체 공급장치(40);
    상기 캐비티(10) 외측에 설치되고 상기 발열체(30)의 배출구 측에 연결되어, 상기 발열체(30)의 회전을 위한 동력을 제공하는 발열체 회전장치(50); 및
    상기 피소성체 공급장치(40)에 의한 탄산염광물의 공급량과 상기 발열체 회전장치(50)에 의한 발열체 회전 속도를 제어하기 위한 제어부(60);를 포함하되,
    상기 발열체(30)는 길이가 긴 원통형의 관으로 내주면에는 발열체의 회전 시에 내부에 수용된 탄산염광물의 이송 배출을 원활하게 하기 위해 길이 방향으로 길게 사선형의 홈(35)이 형성되고,
    상기 발열체 회전장치(50)와 연결되는 상기 발열체(30)의 배출단 측에는 내화물 재질로 이루어져 상기 발열체(30)의 단부를 커버함과 동시에 후면에 상기 발열체 회전장치(50)의 회전축(51)과 결합되는 축 허브(36b)가 돌출 형성되고, 전면에 상기 발열체(30)가 끼워지는 단차진 수용홈(36a)이 형성된 내화물 커버체(36)가 구비되고, 상기 내화물 커버체(36)에서 발열체(30)가 끼워지지 않은 소직경부의 둘레 방향으로는 소성이 완료된 탄산염광물이 상기 단열체(80) 측으로 배출될 수 있도록 다수의 배출홀(36c)이 형성되고,
    상기 피소성체 공급장치(40)는 탄산염광물이 투입되는 호퍼(41)와, 일단이 상기 호퍼(41)의 하부에 연결되고 타단이 상기 캐비티(10)의 내부로 관통되어 발열체(30)의 투입구 측에 연결 설치되어 상기 호퍼(41)로부터 공급되는 탄산염광물를 상기 발열체(30)로 이송하기 위한 이송 경로를 제공하는 이송관(42)과, 상기 이송관(42) 내부에 회전 가능하게 설치되어 탄산염광물을 발열체(30)로 이송시키는 이송스크류(43)와, 상기 이송스크류(43)의 회전력을 제공하는 모터(44)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 회전식 마이크로파 소성로.


  2. 청구항 1에 있어서, 상기 발열체(30)의 경사 각도는 3°~5°인 것을 특징으로 하는 회전식 마이크로파 소성로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 발열체 회전장치(50)는 일단이 상기 캐비티(10) 내부로 관통되어 상기 발열체(30)의 투입구 측과 연결된 회전축(51)과, 상기 회전축(51)에 회전력을 제공하는 모터(52)와, 상기 회전축(51)의 하단에 설치되어 회전축(51)의 회전을 원활하게 해주는 축받침 베어링(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 마이크로파 소성로.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 캐비티(10) 내부와 상기 발열체(30) 사이에는 상기 마이크로파가 투과됨과 동시에 상기 발열체(30)에서 발생하는 열의 방출을 차단하는 단열체(80)가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 마이크로파 소성로.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 발열체 회전장치(50)와 연결되는 상기 발열체(30)의 배출단 측에는 내화물 재질로 이루어져 상기 발열체(30)의 단부를 커버함과 동시에 상기 발열체 회전장치(50)의 회전축(51)과 결합되는 내화물 커버체(36)가 구비되고, 상기 내화물 커버체(36)에는 소성이 완료된 탄산염광물이 상기 단열체(80) 측으로 배출될 수 있도록 둘레 방향으로 다수의 배출홀(36c)이 형성된 것을 특징으로 하는 회전식 마이크로파 소성로.

  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 발열체(30) 하부 양측 좌우에는 발열체(30)의 외주면과 접촉하면서 발열체(30)의 하중을 지지함과 동시에 발열체(30)의 회전을 도와주기 위한 한 쌍의 가이드롤러(83)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 마이크로파 소성로.






  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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