KR101129628B1 - 무기질 구상화입자 제조용 버너 - Google Patents

무기질 구상화입자 제조용 버너 Download PDF

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Abstract

본 발명의 무기질 구상화 입자 제조용 버너는 산소 또는 산소부화 공기를 캐리어 가스로서 이용하여 원료분체를 공급하는 원료분체 공급로; 상기 원료분체 공급로의 하류단에 장착된 다수의 작은 구멍을 가지는 분체 분산판; 상기 분체 분산판의 하류단에 장착된 분산관에 의하여 형성되는 원료 분산실; 상기 원료분체 공급로의 외주에 배치된 연료공급로; 상기 연료공급로의 외주에 배치된 산소 공급로; 및, 상기 원료 분산실의 하류측에 배치되어 하류방향을 따라서 내경이 확대되는 한편, 상기 연료 공급로 및 상기 산소 공급로와 연통하는 연소실을 구비한다.
무기질 구상화 입자, 원료분체, 분체 분산판, 원료 분산실, 버너

Description

무기질 구상화입자 제조용 버너{BURNER FOR PRODUCTION OF INORGANIC SPHERICALIZED PARTICLE}
본 발명은 무기질 구상화 입자를 제조할 때 사용되는 버너, 이 버너를 사용한 무기질 구상화 입자 제조장치 및 이 장치를 사용한 무기질 구상화 입자의 제조방법 및 이에 의하여 얻어진 구상 입자에 관한 것이다.
무기질 구상화(球狀化) 입자는 분쇄한 원료분체(原料粉體)를 고온의 화염 속에서 용해하고 표면 장력에 의하여 구상화시킨 것이다. 예를 들면, 원료로서 규석을 이용하는 고순도의 구상 실리카는 반도체 소자의 에폭시 봉지재용 충전재로서 널리 사용되고 구상화에 의하여 충전재의 유동성 향상, 고충전, 내마모성 향상 등 다양한 이점을 얻을 수 있다. 단, 본 명세서에서는 무기질 구상화 입자를 단지 구상화 입자라고만 기재할 수 있다.
무기질 구상화 입자의 제조에 관한 종래 기술로서는 특허문헌 1~4에 개시한 방법들이 있다. 원료분체의 구상화에는 고온의 화염이 필요하기 때문에 통상적으로는 산소가스 연소방식의 버너가 사용된다.
이들 버너에는 예혼합형(豫混合型) 버너와 확산형 버너가 있다. 예혼합형이란 산소와 연소가스를 미리 혼합시켜 연소장(燃燒場)으로 분출시키는 것이고, 확산 형이란 산소와 연소가스를 따로 분출시켜 연소장에서 혼합시키는 것이다.
특허문헌 2에는 예혼합형 버너가 개시되어 있고, 특허문헌 1,3,4에는 확산형 버너가 개시되어 있다.
특허문헌 1의 확산형 버너는 동심원 형태의 2중관이며 그 내관과 외관 사이에 다수의 소관(小管)이 설치되어 있다. 이 버너를 수형로(竪型爐)에 설치하여 규소질 원료를 버너의 중심관(내관)으로 자연류화(또는 가압류해)시키고 소관으로부터의 가연 가스와 외관으로부터의 산소 가스로 형성된 화염 속에 원료분체를 투입하여 용해 실리카 구상체를 제조하는 것이다.
특허문헌 2에 기재된 예혼합형 버너는 버너 속에서 원료분체, 산소, LPG가 충분히 혼합되어 버너 선단에 형성된 화염속으로 원료분체가 공급되는 것이다.
특허문헌 3,4에 기재된 확산형 버너는 동심의 4중관(四重管) 구조이며, 중심에서 산소 가스 또는 산소부화 가스를 반송 가스(캐리어 가스)에 의하여 원료분체를 연소실로 공급하고 그 외주로부터 연료 가스를, 다시 외주로부터 1차 산소와 2차 산소를 공급할 수 있도록 형성되어 있고, 가장 바깥 외주에는 버너를 냉각하는 냉각수 통로가 설치되어 있다.
또, 특허문헌 3,4에는 확산형 버너를 이용하여 무기질 구상화 입자를 제조하는 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 4에 개시되어 있는 무기질 구상화 입자 제조장치에는 도 3에 나타낸 바와 같이 원료분체가 통상적인 원료공급기(A)에서 잘려서 경로(A')로부터 공급되는 캐리어 가스와 동반하여 버너(B)로 반송된다.
상기 버너(B)에는 산소공급설비(C)로부터의 산소와 LPG 공급설비(D)로부터의 연소 가스가 공급되고, 수형로(E)내의 화염속에서 구상화된 입자는 경로(F)로부터 수형로(E)에 도입된 공기에 의하여 온도가 희석되고 후단의 사이클론(G) 및 버그필터(H)로 회수된다.
[특허문헌 1] 일본특허공개공보 소 58－145613호
[특허문헌 2] 일본특허공개공보 소 62－241543호
[특허문헌 3] 일본특허공보 제 3331491호
[특허문헌 4] 일본특허공보 제 3312228호
특허문헌 2에 개시된 예혼합형 버너는 산소 등과 LPG 등의 연료유체를 버너 내에서 미리 혼합한다. 이러한 버너는 노즐의 선단으로부터 지연성 가스와 연소 가스와의 혼합물이 분출하기 때문에 버너 속으로 역화(逆火)할 가능성이 있다.
한편, 특허문헌 1에 기재된 확산형 버너에서는 역화 걱정은 없으나 원료분출구멍과 연료분출구멍이 인접하여 원료 입자는 산소와의 혼합이 충분하지 않아 온도가 낮은 연료가스 중으로 분출된다. 이 때문에 산소 연소 화염에 의한 충분한 가열을 얻지 못하여 용해 상태가 불충분하게 되는 문제점이 발생한다.
그런데, 원료분체는 화염속에서 주로 화염의 강제 대류열 전달에 의하여 가열?용해되고 표면 장력에 의하여 구상화한다. 특허문헌 3,4에 기재된 구조의 확산형 버너에는 연소실이 설치되어 있기 때문에 특허문헌 1에 기재된 버너에 비하여 제조된 무기질 구상화 입자의 응집상태가 개선되어 있었다.
그러나, 다양한 평균 입경을 가지는 원료분체를 동일 연소량으로 구상화 처리한 결과, 평균 입경이 작아짐에 따라서 응집이 진행되어 구상화 처리할 수 있는 양이 감소하는 추세를 나타냈다. 또, 화염 속에서 처리된 후 구상 입자의 평균 입경이 원료분체의 평균입경보다 커지는 경향이 있었다.
따라서, 평균 입경이 보다 작은 구상화 입자를 얻기 위해서는 특허문헌 3,4에 기재된 버너만으로는 불충분하다는 것을 알았다.
여기서 본 발명은 역화를 일으키지 않으면서 효율적인 무기질 구상화 입자를 제조할 수 있으며, 또한 원료분체의 평균 입경에 적합한 구상화 처리를 할 수 있는 무기질 구상화 입자 제조용 버너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 구상화 처리할 수 있는 양이 감소하거나 화염속에서 처리된 후의 구상화 입자 평균 입경이 원료분체의 평균 입경보다 커지는 원인이 원료분체의 응집상태에 있다는 것을 알아냈다. 구체적으로는 원료분체는 원료분체 공급관에서 응집상태를 형성하게 된다.
그리고 원료분체가 연소실에 도입된 단계에서 이 원료분체의 응집상태가 해소된다. 즉, 원료분체의 분산이 시작된다. 그 이후, 분산된 원료분체가 가열되어 구상화하게 된다.
따라서 연소실에서의 원료분체의 분산이 불충분하게 되면 원료분체끼리가 융착하여 얻어지는 구상화 입자의 평균 입경이 커지게 된다. 예를 들면, 특허문헌 3,4에 기재된 버너에서는 원료분출구멍과 연료분출구멍이 동일면상에 배치되어 있기 때문에 연소실에서의 원료분체 분산이 불충분하였다고 생각할 수 있다. 본 발명자들은 이러한 발견을 기본으로 하여 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명의 제 1의 양태는, 산소 또는 산소부화 공기를 캐리어 가스로서 이용하여 원료분체를 공급하는 원료분체 공급로; 상기 원료분체 공급로의 하류 단에 장착된 다수의 작은 구멍을 가지는 분체 분산판; 상기 분체 분산판의 하류 단에 장착된 분산관에 의하여 형성되는 원료 분산실; 상기 원료 분체공급로의 외주에 배치된 연료 공급로; 상기 연료 공급로의 외주에 배치된 산소 공급로; 및, 상기 원료 분산실의 하류측에 배치되어 하류방향으로 내경이 확대됨과 동시에 상기 연료 공급로 및 상기 산소 공급로와 연통하는 연소실을 구비하고,
상기 연료 공급로는 연소실 측면에서 버너의 중심축과 평행하게 연료를 분출하는 복수의 연료분출구멍을 가지며,
상기 산소 공급로는 연소실의 측면에서 연소실내에 선회류(旋回流)를 형성시키는 방향으로 산소를 분출하는 복수의 제 1 산소분출구멍; 및, 상기 제 1 산소분출구멍의 하류 측에 위치하여 연소실 측면에서 버너의 중심축방향과 평행하게 산소를 분출하는 복수의 제 2 산소분출구멍을 구비하는 무기질 구상화 입자 제조용 버너이다.
본 발명에서 상기 산소 공급로에서의 산소 공급량을 제어하는 제어수단을 한층 더 구비하며,
상기 산소 공급로는 상기 제 1 산소분출구멍과 연통하는 1차 산소공급로와, 상기 제 2 분출구멍과 연통하는 2차 산소공급로를 가지며, 상기 1차 산소공급로 및 상기 2차 산소공급로에서의 산소 공급량이 상기 제어수단에 의하여 개별적으로 제어되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에서 상기 분체 분산판에 설치된 작은 구멍은 하류방향으로 방사모양으로 넓어지도록 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태는 본 발명의 제 1 양태의 무기질 구상화 입자 제조용 버너를 로 최정상부에서 수직 하향 방향으로 구비한 수형로와 그 하류 측에 배치된 사이클론 및 버그필터를 구비한 무기질 구상화 입자의 제조장치이다.
본 발명의 제 3 양태는 본 발명의 제 1의 양태의 무기질 구상화 입자 제조용 버너를 이용하여 무기질 구상화 입자를 제조함과 동시에 1차 산소와 2차 산소의 유량비를 1차 산소가 50%미만이 되도록 조정하여 유리화율 98% 이상의 무기질 구상화 입자를 얻는 무기질 구상화 입자의 제조방법이다.
본 발명의 제 4 양태는 본 발명의 제 2 양태의 무기질 구상화 입자의 제조장치를 이용하여 수형로의 하류 측에 배치된 사이클론에서 조립자를 포집하고 상기 사이클론의 하류 측에 배치된 버그필터에서 미립자를 포집하는 무기질 구상화 입자의 제조방법이다.
단, 본 발명에서 조립자(粗粒子)란 입경이 약 10㎛ 를 초과하는 입자를 의미하고 미립자란 입경이 약 10㎛ 이하의 입자를 의미한다.
본 발명의 제 5 양태는 본 발명의 무기질 구상화 입자의 제조방법에 의하여 얻어진 무기질 구상화 입자이다.
즉, 본 발명에서는 무기질 구상화 입자 제조용 버너가 연료와 산소를 연소실내에서 혼합하여 연소하는 확산형이기 때문에 역화가 일어나지 않는다. 또, 산소 또는 산소부화 공기를 캐리어 가스로서 이용하여 원료분체를 공급하기 때문에 배관의 자연 마모에 의한 리크가 발생하는 것을 막을 수 있다. 따라서 안전성이 높고 취급이 용이하다.
또, 본 발명에서는 분체분산판과 원료분산실을 겸용하기 때문에 원료분체가 분체분산판에 형성된 다수의 작은 구멍(즉, 원료분출구멍)으로부터 원료분산실로 분출할 때에 원료분체의 응집상태가 해소함과 동시에 원료분체가 원료분산실내에서 양호하게 분산된다.
그리고 원료분체는 상기의 분산 상태를 유지하면서 연소실로 공급하게 된다. 따라서 화염 중에서의 원료분체의 분산이 양호하고 원료분체끼리의 융착을 억제할 수 있다. 즉, 큰 지름의 구상화입자가 제조되는 것을 억제하여 원료분체의 입자경과 거의 동일한 입자경의 구상화 입자를 얻을 수 있다. 또, 구상화 처리할 수 있는 양이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명에서는 제 2 산소분출구멍이 버너의 중심축 방향과 평행하게 산소를 분출하기 때문에 분체분산판 및 원료분산실에 의한 원료분체의 분산 효과를 유지하면서 최적의 화염을 형성할 수 있다.
또, 1차 산소공급로 및 2차 산소공급로에서의 산소 공급량을 개별적으로 제어하기 때문에 구상화 입자를 제조할 때에 최적의 연소상태로 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 버너의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 버너의 일례를 나타내는 개략 측면도이다.
도 3은 본 발명의 무기질 구상화 입자의 제조장치의 예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4 및 도 5는 실시예에 있어서의 1차 산소의 유량 비율과 유리화율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
<도면 주요 부호에 대한 부호의 설명>
1A…원료 공급로 2…분체분산판
4A…원료분산실 5A…연료공급로
5B…연료분출구멍 6A…1차 산소공급로
6B…제 1 산소분출구멍 7A…2차 산소공급로
7B…제 2 산소분출구멍 8…연소실
6D, 7D…유량 조정 밸브 10…산소 공급량 제어부
도 1 및 도 2는 본 발명의 무기질 구상화 입자 제조용 버너(이하, 간략하게 버너로 함.)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 1은 버너의 중심축을 따라 절단한 단면도이다. 도 2는 버너의 선단 측에서 바라본 측면도이며 원료분체와 연료 및 산소의 분출구멍만을 나타냈다.
이들의 도면에 있어서 부호 1은 원료공급관을 나타내고 그 내부는 원료분체와 캐리어 가스와의 혼합물이 공급되는 원료분체공급로(1A)로 되어 있다.
캐리어 가스로서는 산소 혹은 산소 농도 20ｖol% 이상의 산소부화 공기가 사용된다. 원료분체로서는 산화규소, 산화알루미늄, 유리 등의 무기질 분말이며 그 입자 형태가 각형을 가지는 비구형의 입자가 사용된다.
단, 도 1에서는 원료분체가 우측에서 좌측으로 흐른다.
상기 원료공급관(1)의 하류 단에는 분체분산판(2)이 일체로 장착되어 있다.
상기 분체분산판(2)은 원료분체와 캐리어가스와의 혼합분체를 하류방향에 방사형상으로 확산되도록 분출시키는 것으로서 외곽으로 경사지게 형성된 복수의 작은 구멍(3, 3…)이 원주 상에 등간격으로 형성되어 있다. 단, 본 발명에서는 작은 구멍이 원료분출구멍과 동일한 명칭이다.
분체분산판(2)의 하류 단에는 분산관(4)이 일체로 장착되어 있다. 이 분산관(4)은 상기 분체분산판(2)과 함께 원료분산실(4A)을 형성하고 있다. 이 원료분산실(4A)은 작은 구멍(3, 3…)에서 분출된 원료분체가 충분히 분산되도록 공간을 제공한다.
분산관(4)의 형상은 원료분체가 충분히 분산될 수 있도록 원료분산실(4A)이 형성되어 있으나 어떠한 형상이라도 상관없다. 예를 들면, 원료공급관(1)과 동일한 형상이나 작은 구멍(3, 3…)과 동일하게 하류방향으로 방사 형상으로 확산되도록 하는 것을 들 수 있으나 본 발명은 특히 이것들을 제한하지 않는다.
분산관(4)의 버너 중심축방향 측의 길이가 너무 길면 작은 구멍(3, 3??)에서 분출된 원료분체가 분산관(4)과 접촉하게 되어 분산 효과가 떨어지므로 적당한 길이로 설정할 필요가 있다. 구체적인 길이는 버너의 규모나 형상에 따라서 변화될 수 있으나 당업자라면 전체의 밸런스를 고려하여 용이하게 설정할 수 있다.
원료분산실(4A)내의 온도는 원료분체끼리 융착하는 것을 방지하기 위하여 원 료분체의 융점보다 낮게 조정할 필요가 있다.
온도의 조정방법으로서는 화염을 형성하는 연료의 유량에 대한 캐리어가스의 유량을 낮게 조정하여 연소온도를 저하하는 방법을 들 수 있다. 이것에 의하여 만일 연료가 원료분산실(4A)내에 혼입되어 화염이 발생하더라도 원료분산실(4A)내의 온도가 원료분체의 융점에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
단, 캐리어가스의 유량에 관하여는 원료분체의 양에 따른 최적의 값이 존재한다. 따라서 원료분산실(4A)내의 온도조정방법으로서 캐리어가스의 유량을 조정할 경우에는 해당 최적의 값을 크게 일탈하지 않는 것이 바람직하다.
원료공급관(1)의 외측에는 연료공급관(5)이 동일 축 상에 설치되어 있고 원료공급관(1)과 연료공급관(5) 사이의 공극은 연료공급로(5A)로 되어 있다. 상기 연료공급로(5A)에는 LPG 등의 가스 상태의 연료가 공급된다.
연료공급로(5A)의 출구단은 복수의 연료분출구멍(5B, 5B…)으로 되어 있고 버너 중심축과 평행하게 연료를 분출하도록 형성되어 있다. 이들 복수의 연료분출구멍(5B, 5B…)은 원주 상에 등간격으로 형성되어 있다.
연료공급관(5)의 외측에는 1차 산소공급관(6)이 동일축상에 설치되어 있고, 연료공급관(5)과 1차 산소공급관(6) 사이의 공극은 1차 산소공급로(6A)로 되어 있다.
상기 1차 산소공급로(6A)의 출구부분은 버너 중심축을 향하여 거의 직각으로 구부려져 복수의 제 1 산소분출구멍(6B, 6B…)이 형성되어 버너 중심축을 향하여 직각으로 산소가 분출하여 후술하는 연소실(8)내에서 선회류가 형성되도록 하게 되 어 있다.
상기 복수의 제 1 산소분출구멍(6B, 6B…)은 원주상에 등간격으로 형성되어 있고 서로 인접하는 2개의 상기 연료분출구멍(5B)의 거의 중간 위치에 각각의 제 1 산소분출구멍(6B)이 위치하도록 배치되어 있다.
상기 1차 산소공급관(6)의 외측에는 2차 산소공급관(7)이 동일축상에 설치되어 있고, 상기 1차 산소공급관(6)과 2차 산소공급관(7) 사이의 공극은 2차 산소공급로(7A)로 되어 있다.
상기 2차 산소공급로(7A)는 1차 산소공급로(6A)와 비교하여 그 단면적이 넓어서 많은 산소를 공급할 수 있게 되어 있다.
상기 2차 산소공급로(7A)의 출구단은 복수의 제 2 산소분출구멍(7B, 7B…)으로 되어 있고, 버너 중심축과 평행하게 산소를 분출할 수 있도록 형성되어 있다.
이들 복수의 제 2 산소분출구멍(7B, 7B…)은 원주 상에 등간격으로 형성되어 있다.
단, 도 1에서는 제 1 산소분출구멍 및 제 2 산소분출구멍이 1차 산소공급관(6) 및 2차 산소공급관(7)에 각각 연통하는 예로 나타냈으나, 제 1 산소분출구멍 및 제 2 산소분출구멍이 공통의 산소공급관에 연통하는 예도 본 발명에 포함된다.
또, 2차 산소공급관(7)은 그 두께가 두껍게 되어 있고 그 내부에는 냉각수가 순환하여 흐르는 냉각수통로(71)가 형성되어 있어 버너자체를 냉각할 수 있게 되어 있다.
또한 버너의 선단부분은 외측으로 확산된 깔때기 형상으로 오목하게 되어 있 어 이 부분이 연소실(8)로 되어 있다. 즉, 연소실(8)의 경사진 벽 부분은 2차 산소공급관(7)과 1차 산소공급관(6)의 선단 부분을 경사지게 형성함으로써 구성된다.
또, 연소실(8)의 바닥 부분은 원료분산실(4A)의 하류 단에 대응한다.
1차 산소공급로(6A) 및 2차 산소공급로(7A)에는 각각 산소 공급원(9)에서 산소를 공급하는 배관(6C, 7C)이 접속되어 있고, 이들 배관(6C, 7C)에는 산소의 공급량을 검지하고 또한 공급량을 제어하는 유량제어밸브(6D, 7D)가 각각 설치되어 있다.
이들 유량제어밸브(6D, 7D)는 산소공급량제어부(10)에서의 제어 신호에 의하여 그 개방도가 제어되고 1차 산소공급로(6A) 및 2차 산소공급로(7A)에의 산소공급량이 독립적으로 조정할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이, 유량제어밸브(6D, 7D)와 산소공급량제어부(10)는 산소의 공급량을 제어하는 제어수단을 구성하고 있다.
단, 연소실(8)에서의 산소 공급량에 관하여는 연료 공급량에 따라 최적의 값이 존재한다. 즉, 산소공급량과 연료공급량에는 그을음이 발생하지 않는 양호한 화염을 형성하기 위한 최적의 비율이 존재한다.
따라서 1차 산소 및 2차 산소의 공급량의 합은 연료의 공급량 및 캐리어가스에서의 산소공급량을 고려하여 최적으로 결정할 수 있다.
본 발명의 무기질 구상화 입자 제조용 버너는 상기와 같은 구조를 하고 있어 원료분체는 분체분산판(2) 및 원료분산실(4A)을 통과한 후 잘 분산하게 되고, 이러한 분산 상태를 유지한 채로 연소실(8)로 공급하게 된다.
따라서 화염 속에서의 원료분체 분산이 잘 이루어지고 분체입자끼리의 융착을 억제할 수 있다.
또, 본 발명에서는 제 2 산소분출구멍(7B)이 버너의 중심축 방향과 평행하게 산소를 분출하기 때문에 분체분산판(2) 및 원료분산실(4A)에 의한 원료분체의 분산 효과를 방해하지 않으면서 최적의 화염을 형성할 수 있다.
상기의 종래기술에서는 가장 바깥 외주에 배치된 산소공급로의 산소분출구멍에서 분출한 산소는 버너 중심축을 향해 수렴되는 방향으로 분출되었다. 이것은 연소실내로 분출되는 원료분체, 연료 및 산소를 좁은 공간 내에서 정리시킴으로써 연소 효율을 향상하기 위한 것이다.
그러나 이러한 분출방법은 본 발명에서의 상기 분산효과를 저하시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 산소분출방향을 버너의 중심축으로 향하지 않게 하는 것이 중요하다.
또, 제 1 산소분출구멍(6B), 제 2 산소분출구멍(7B)에서 분출된 산소 가스는 각각 독립적으로 유량을 제어하기 때문에 구상화 입자를 제조할 때 최적의 연소상태로 조정할 수 있다.
예를 들면, 제 1 산소분출구멍(6B)에서 분출되는 산소의 비율을 제 2 산소분출구멍(7B)에서 분출되는 산소의 비율보다 낮게 함으로써 연료분출구멍(5B)에서 분출되는 연료와 제 1 산소분출구멍(6B)에서 분출되는 산소와의 혼합이 완만하게 이루어진다. 이렇게 함으로써 화염 직진성이 증가하고 비교적 긴 화염을 형성할 수 있다.
따라서 화염 속에서 입자의 체류시간을 길게 할 수 있고 입자의 가열 시간을 길게 할 수 있다. 그 결과로 원료분체의 유리화율을 높일 수 있다. 여기에서 유리화율이란 원료분체의 비정질량에 대한 구상화입자의 비정질량의 비율을 의미한다.
반대로, 제 1 산소분출구멍(6B)에서 분출되는 산소의 비율을 제 2 산소분출구멍에서 분출되는 산소의 비율보다 높게 함으로써 연료분출구멍(5B)에서 분출되는 연료와 제 1 산소분출구멍(6B)에서 분출되는 산소와의 혼합이 촉진되고 제 2 산소분출구멍(7B)에서 분출되는 산소의 흐름이 완만하게 된다. 이렇게 함으로써 선회 성분이 많은 비교적 짧은 화염을 형성할 수 있다.
따라서 화염 속에서 입자의 체류시간이 짧아져서 입자 융착을 억제할 수 있다. 그 결과로 원료분체의 입자경과 거의 동일한 입자경의 구상화 입자를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 용도에 따라 구상화 입자를 용이하게 선택 제조할 수 있다.
본 발명의 무기질 구상화 입자 제조장치는 본 발명의 버너를 도 3에 나타낸 무기질 구상화 입자 제조장치인 수형로(E)의 로 정상부에 연소실(4A)을 연직 하향하도록 배치하고 상기 수형로(E)의 하류 측에 사이클론(G) 및 버그필터(H)를 배치한 것이다.
본 발명의 무기질 구상화 입자 제조장치에 의하면 원료 공급기(A)에서 잘려 나온 원료분체를 버너(B)에 공급하여 수형로(E)내에서 구상화하고, 사이클론(G) 및 버그필터(H)로 구상화입자를 회수함으로써 원료분체의 입경과 거의 동일한 입경의 구상화 입자를 얻을 수 있고, 또한 구상화 처리하는 양이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 무기질 구상화 입자의 제조방법은 본 발명의 버너 및 무기질 구상화 입자 제조장치를 이용하여 구상화 입자를 제조하는 것이며, 구상화 입자의 제조과정은 상술한 바와 같다.
후술하는 실시예에 기재된 바와 같이 1차 산소를 50%이하(2차 산소를 50%이상)로 조정함으로써 98%이상의 유리화율을 얻을 수 있다.
따라서 본 발명의 무기질 구상화 입자의 제조방법에 있어서는 1차 산소를 50%이하로 조정하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하였으나 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2에 나타낸 본 발명의 버너를 도 3에 나타낸 무기질 구상화 입자 제조장치의 수형로(E)의 로 정상부에 배치하고, 원료 공급기(A)에서 잘려 나온 원료분체를 버너(B)에 공급하여 수형로(E) 안에서 구상화하였다.
구체적으로는, 원료 공급로(1A)에서 원료분체로서 20kg/h의 실리카 분말을 7.5Nm3/h의 산소(캐리어가스)로 반송하여 분체분산판(2)을 거쳐 원료분산실(4A)에 도입한다.
또, 연료공급로(5A)에서 연료가스로서 LPG를 5Nm3/h로 연소실(8)에 도입하고, 1차 산소공급로(6A) 및 2차 산소공급로(7A)에서 산소를 20Nm3/h로 연소실(8)에 도입한다.
그리고 연료가스와 산소로 형성된 화염 속에 원료분체를 반송하여 구상화 입자를 제조하였다. 제조된 구상화 입자는 사이클론(G) 및 버그필터(H)로 각각 회수하였다.
단, 1차 산소공급로(6A) 및 2차 산소공급로(7A)에서의 산소란, 1차 산소(제 1 산소분출구멍(6B)에서 분출되는 산소)와 2차 산소( 제 2 산소분출구멍(7B)에서 분출되는 산소)의 합계를 의미하며, 실리카 분말을 반송하는 캐리어가스의 산소는 포함하지 않는다.
이때, 상기 1차 산소 및 2차 산소의 공급량의 비율을 1차 산소 0~100%, 2차 산소 100~0%의 범위로 변화시켜 98%이상의 유리화율을 달성할 수 있는 조건을 검토하였다.
도 4는 원료분체의 평균입경이 30㎛인 경우의 1차 산소비율과 유리화율과의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 1차 산소비율이 25%일 때에 최적의 유리화율이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
도 5는 원료분체의 평균입경이 10㎛인 경우의 1차 산소비율과 유리화율과의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 1차 산소비율이 40%일 때에 최적의 유리화율이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
이상의 결과에서 1차 산소와 2차 산소 비율에는 유리화율을 98%이상으로 하기 위한 최적의 값이 평균입경에 따라 존재하는 것을 알 수 있었다. 또, 그 비율은 원료분체의 평균입경에 따라서 약간 다르다는 것을 알 수 있었다.
평균입경이 10~50㎛인 경우, 1차 산소 50%이상(2차 산소 50%이하)의 조건에서는 98%이상의 유리화율을 얻을 수 없었다. 즉, 1차 산소 50%이하(2차 산소 50%이상)의 조건에서 98%이상의 유리화율이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
비교를 위하여 특허문헌 4에 개시된 분산실이 없는 버너를 이용하여 본 실시예와 동일한 실험을 하였다. 상기 버너는 분산실이 없는 것을 제외하고는 본 발명의 버너와 거의 동일한 구조이다. 실험결과를 도 4및 도 5에 나타낸다. 이들 그래프에 의하면 특허문헌 4에 개시되어 있는 버너에서도 본 발명의 버너와 거의 동일한 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에 각각의 버너에서 1차 산소 및 2차 산소의 최적 비율로 동일한 원료분체를 사용하여 얻어지는 구상화입자의 평균입경을 비교하였다. 표 1에 원료분체의 평균입경이 30㎛와 10㎛인 경우의 결과를 표시하였다. 종래의 버너를 사용한 경우에 얻어지는 구상화입자의 입경은 원료분체의 평균입경보다 커졌다.
한편, 본 발명의 버너를 사용한 경우에는 원료분체와 거의 동일한 입경의 구상 입자를 얻을 수 있었다.
[표 1]

원료분체의
평균입경[㎛]

1차 산소[%]

2차 산소[%]
처리 능력
[㎏/h]
평균입경 [㎛]
종래 버너 본 발명 버너
30
 20 80 20
 36 -
25 75 - 31
10 40 60 20 20 11
본 실시예에서 본 발명의 버너를 사용함으로써 종래기술보다 원료분체의 평균입경에 가까운 무기질 구상화입자가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 의하면, 원료분체의 입자경과 거의 동일한 입자경의 구상화 입자를 효율적으로 제조할 수 있다. 따라서 본 발명은 산업상 유용한 것이다.

Claims (7)

  1. 산소 또는 산소부화 공기를 캐리어가스로서 이용하여 원료분체를 공급하는 원료분체공급로;
    상기 원료분체공급로의 하류단에 장착된 다수의 작은 구멍을 가지는 분체분산판;
    상기 분체분산판의 하류단에 장착된 분산관에 의하여 형성되는 원료분산실;
    상기 원료분체공급로의 외주에 배치된 연료공급로;
    상기 연료공급로의 외주에 배치된 산소공급로; 및,
    상기 원료분산실의 하류측에 배치되어 하류방향으로 내경이 확대되며 또한 상기 연료공급로 및 상기 산소공급로와 연통하는 연소실을 구비하고,
    상기 연료공급로는 연소실의 측면에서 버너의 중심축과 평행하게 연료를 분출하는 복수의 연료분출구멍을 가지며,
    상기 산소공급로는 연소실의 측면에서 연소실내에 선회류를 형성하는 방향으로 산소를 분출하는 복수의 제 1 산소분출구멍과, 상기 제 1 산소분출구멍의 하류 측에 위치하고 연소실의 측면에서 버너의 중심축과 평행하게 산소를 분출하는 복수의 제 2 산소분출구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 무기질 구상화 입자 제조용 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소공급로에 있어서의 산소의 공급량을 제어하는 제어수단을 한층 더 구비하고,
    상기 산소공급로는 상기 제 1 산소분출구멍과 연통하는 1차 산소공급로와 상기 제 2 산소분출구멍과 연통하는 2차 산소공급로를 가지며,
    상기 1차 산소공급로 및 상기 2차 산소공급로에 있어서의 산소 공급량이 상기 제어수단에 의하여 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 무기질 구상화 입자 제조용 버너.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분체분산판의 작은 구멍은 하류방향을 따라서 방사형상으로 확산되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무기질 구상화 입자 제조용 버너.
  4. 제 1 항에 기재한 무기질 구상화입자 제조용 버너를 로 정상부에 수직하향하게 구비한 수형로와 그 하류 측에 배치된 사이클론 및 버그필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 무기질 구상화 입자 제조장치.
  5. 제 2 항에 기재한 무기질 구상화입자 제조용 버너를 이용하여 무기질 구상화입자를 제조함과 동시에,
    1차 산소와 2차 산소의 유량비를 1차 산소가 50%미만이 되도록 조정함으로써 유리화율 98%이상의 무기질 구상화입자를 얻는 것을 특징으로 하는 무기질 구상화 입자의 제조방법.
  6. 제 4 항에 기재한 무기질 구상화입자 제조장치를 이용하여 수형로의 하류 측에 배치된 사이클론으로 조립자를 포집하고, 상기 사이클론의 하류 측에 배치된 버그필터로 미립자를 포집하는 것을 특징으로 하는 무기질 구상화 입자의 제조방법.
  7. 삭제
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