KR101235263B1 - 용융 슬래그 미립화 장치 - Google Patents

Abstract

용융 슬래그 미립화 장치가 개시된다. 개시된 용융 슬래그 미립화 장치는, 고온의 용융 슬래그로부터 열 에너지를 회수하기 위해 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화시킬 수 있도록, ⅰ)고온의 용융 슬래그가 투입될 수 있는 챔버와, ⅱ)챔버의 내부에 회전 가능하게 구성되며 원심력에 의해 가장자리에서 용융 슬래그의 액적을 형성하는 회전 디스크를 포함하되, 회전 디스크는 스틸 재질로서 이루어지는 제1 디스크부재와, 제1 디스크부재의 상면에 실질적으로 결합되는 세라믹 소재의 제2 디스크부재를 포함하여 구성된다.

Description

용융 슬래그 미립화 장치 {MOLTEN SLAG ATOMIZATION APPARATUS}

본 발명의 예시적인 실시예는 용융 슬래그 열회수 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화시킬 수 있도록 한 용융 슬래그 미립화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소에서 발생하는 부산물인 용융 슬래그는 1400~1500℃ 내외 온도로 많은 양의 열 에너지를 보유하고 있다. 이에 고온의 용융 슬래그로부터 열을 효율적으로 회수하기 위한 열 회수 시스템 등 다양한 기술이 개발되고 있다.

이러한 열 회수 시스템은 적절한 열 교환장치를 설계함으로써 높은 경제성 효과를 얻을 수 있는데, 대개 열회수 성능을 높이기 위해 용융 슬래그 미립화 장치를 구비하고 있다.

용융 슬래그 미립화 장치는 다양한 장치들을 통해 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화 하여 표면적을 증대시킬 수 있기 때문에 열회수 성능 및 회수 온도 측면에서 효과적이다.

상기와 같이 용융 슬래그와 같은 고점도의 유체를 미립화하기 위한 용융 슬래그 미립화 장치는 일 예로서, 회전 디스크 장치를 이용한 회전 디스크 방식이 알려져 있다.

즉, 종래 기술에 따른 용융 슬래그 미립화 장치는 기본적으로 용융 슬래그가 투입되는 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전 디스크를 구비하고 있다.

따라서, 종래 기술에서는 회전하는 회전 디스크 위로 용융 슬래그를 낙하시키게 되면, 회전 디스크의 상면에서 원심력에 의해 액막을 생성하게 되고, 회전 디스크의 가장자리에서 여러 개의 액주를 형성하게 되며, 최종적으로 액주가 분열하여 다수의 액적들을 형성하게 됨으로써 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화시킬 수 있다.

그런데, 종래 기술에서는 고온의 용융 슬래그가 회전 디스크로 공급되는 과정에, 회전 디스크 등의 외부 매체로 전달되는 용융 슬래그의 열량이 과다하여 용융 슬래그의 온도가 용융점 이하로 떨어지게 되면서 회전 디스크의 표면 위에 고화된 슬래그가 일부 발생하게 된다.

이렇게 고화된 슬래그는 용융 슬래그의 유동을 방해하게 되고, 회전 디스크의 중심으로부터 가장자리로 이동하는 슬래그의 반경 방향 유속을 감소시킴으로써 용융 슬래그로부터 회전 디스크로 전달되는 열량은 더욱 증가하게 된다. 이로 인해 고화된 슬래그의 양이 점차 증가하다가 최종적으로는 회전 디스크 상에 디스크와 유사한 형상의 괴상 슬래그가 생성된다.

상기한 괴상 슬래그는 미립화 공정 후 진행될 열회수 공정의 성능을 저하시키는 요인으로서 작용하게 되는데, 덩어리 형태의 고화 슬래그가 생성됨으로써 열회수 공정에서의 냉매와 슬래그 간의 접촉 면적을 감소시키거나 괴상 슬래그가 회전 디스크로부터 이탈되며 냉매의 유로를 막아 냉매의 원활한 유동 현상을 방해하고, 슬래그의 체적당 표면적이 작아 냉매와의 열전달 성능에 있어서도 악영향을 미치는 주요 인자가 된다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 회전 디스크의 재질 및 형상을 개선하여 용융 슬래그로부터 외부 매체로 전달되는 열량을 감소시킬 수 있고, 회전 디스크의 표면에서 고화되는 괴상 슬래그의 발생을 억제할 수 있도록 한 용융 슬래그 미립화 장치를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치는, 고온의 용융 슬래그로부터 열 에너지를 회수하기 위해 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화시키는 것으로서, ⅰ)고온의 용융 슬래그가 투입될 수 있는 챔버와, ⅱ)상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 구성되며 원심력에 의해 가장자리에서 용융 슬래그의 액적을 형성하는 회전 디스크를 포함하되, 상기 회전 디스크는 스틸 재질로서 이루어지는 제1 디스크부재와, 상기 제1 디스크부재의 상면에 실질적으로 결합되는 세라믹 소재의 제2 디스크부재를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 제2 디스크부재의 상면에는 상기 용융 슬래그를 중앙부에서 가장자리단으로 안내하는 다수의 가이드 유로들이 방사 상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 제1 디스크부재의 가장자리단에는 상기 제2 디스크부재의 외측면을 지지하는 지지부가 돌출되게 형성될 수 있다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 제1 디스크부재의 상면에는 상기 제2 디스크부재의 하부면에 결합될 수 있는 결합 돌기가 형성될 수 있다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 제2 디스크부재는 상기 제1 디스크부재의 상면에 코팅 형성될 수 있다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 결합 돌기는 직사각 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 제1 디스크부재는 구동 모터의 구동축과 암수식으로 나사 결합될 수 있다.

또한, 상기 용융 슬래그 미립화 장치에 있어서, 상기 제2 디스크부재는 알루미나 및 지르코니아로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 용융 슬래그가 직접적으로 접촉하는 제2 디스크부재를 세라믹 소재로 구성하여 회전 디스크로 전달되는 열량을 최소화할 수 있으므로, 회전 디스크의 표면에서 고화되며 생성되는 괴상 슬래그의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제2 디스크부재의 가이드 유로들을 통해 용융 슬래그의 유동성을 증진시킬 수 있으므로, 균일한 크기의 미세 액적들을 생성할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 용융 슬래그의 미립화 성능을 향상시킬 수 있으며, 후 공정인 열회수 공정에서 액적과 냉매 간의 열교환 성능을 향상시킴으로써 결과적으로는 열회수 시스템의 열회수 성능 향상에 기여할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치에 적용되는 회전 디스크의 제1 디스크부재 부위를 도시한 평면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치에 적용되는 회전 디스크의 제2 디스크부재 부위를 도시한 평면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치(100)는 제철소에서 발생하는 용융 슬래그의 열 에너지를 회수하기 위한 용융 슬래그 열회수 시스템에 적용될 수 있다.

상기 용융 슬래그 열 회수 시스템은 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화하여 표면적을 넓힌 후 냉매와 접촉시키는 등의 열 회수 공정을 통해 용융 슬래그의 열 에너지를 회수할 수 있는 구성으로 이루어진다.

본 실시예에 의한 상기 용융 슬래그 미립화 장치(100)는 예를 들면, 용융 슬래그 열 회수 시스템에서 고온/고점도의 용융 슬래그를 회전 방식으로서 다수의 액적들로 미립화시키기 위한 것이다.

상기 회전 방식의 용융 슬래그 미립화 장치(100)는 본 실시예에서 용융 슬래그로부터 외부 매체로 전달되는 열량을 감소시킴으로써 괴상 슬래그의 발생을 저감할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치(100)는 기본적으로, 챔버(10)와 회전 디스크(30)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기에서, 챔버(10)는 고온의 용융 슬래그(S)가 투입될 수 있는 챔버 용기로서 구비되는 바, 용융 슬래그(S)가 낙하할 수 있는 내부 공간을 형성하며, 용융 슬래그(S)가 투입 가능한 투입구(11)를 상단부에 형성하고 있다.

여기서, 고온의 용융 슬래그는 별도의 이송 장치(도면에 도시되지 않음)에 의해 이송되며, 그 이송 장치로부터 배출되면서 챔버(10)의 투입구(11)를 통해 내부 공간으로 낙하하게 된다.

상기 회전 디스크(30)는 회전식 디스크 장치로서 챔버(10)의 내부에 회전 가능하게 구성되며, 원심력에 의해 가장자리에서 용융 슬래그(S)의 액적(D)을 형성한다.

즉, 상기 챔버(10)의 투입구(11)를 통해 그 챔버(10)의 내부 공간으로 낙하시키게 되면, 회전하는 회전 디스크(30)의 상면에서 원심력에 의해 용융 슬래그(S)의 액막(L)을 생성하게 되고, 회전 디스크(30)의 가장자리에서 여러 개의 액주(B)가 형성되며, 최종적으로 액주(B)가 분열하여 다수의 액적(D)들을 형성하게 되는 것이다.

본 실시예에서, 상기 회전 디스크(30)는 실질적인 회전부재로서의 제1 디스크부재(41)와, 제1 디스크부재(41)의 상면에 결합되며 고온의 용융 슬래그(S)가 직접적으로 접촉하는 제2 디스크부재(51)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 디스크부재(41)는 챔버(10) 내부에서 구동 모터(20)의 구동축(21)에 결합되는 원형의 회전판으로서 구비되며, 기계적인 진동이나 충격에 내구성이 높은 스틸(steel) 재질로 이루어진다.

여기서, 상기 구동 모터(20)는 뒤에서 도면에 도시되지 않은 제어기에 의해 회전 속도(회전수)가 가변될 수 있는 서보 모터로서 이루어질 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 디스크부재(41)는 구동 모터(20)의 구동축(21)과 암수식으로 나사 결합되는 바, 이를 위해 제1 디스크부재(41)의 하부면에는 구동축(21)과 나사 결합될 수 있는 나사 결합부(43)를 중앙에 일체로 형성하고 있다.

그리고, 상기 제1 디스크부재(41)는 가장자리 부분에 뒤에서 더욱 설명될 제2 디스크부재(51)의 외측면을 지지하기 위한 지지부(45)가 돌출되게 형성되어 있다.

상기 지지부(45)는 제1 디스크부재(41)의 가장자리 방향을 따라 상측 방향으로 일정 길이 돌출되며, 제2 디스크부재(51)의 외측면(가장자리면)을 지지하게 된다.

또한, 상기 제1 디스크부재(41)의 상면에는 제2 디스크부재(51)의 하부면과 결합될 수 있는 결합 돌기(47)가 돌출되게 형성되는 바, 그 결합 돌기(47)는 도 2에서와 같이 대략 직사각 형상으로 이루어지며, 제1 디스크부재(41)의 상면 중앙부에 돌출 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제2 디스크부재(51)는 투입구(11)를 통해 챔버(10)의 내부로 낙하하는 용융 슬래그(S)가 직접적으로 접촉하는 것으로서, 제1 디스크부재(41)의 상부면에 실질적으로 결합된다.

상기 제2 디스크부재(51)는 제1 디스크부재(41)에 비해 열 전도도가 낮고, 열적 변형이나 파손을 최소화할 수 있는 소재로서 이루어지는 바, 바람직하게는 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(ZnO)와 같은 세락믹 소재 또는 이들의 혼합 소재로서 형성될 수 있다.

이러한 제2 디스크부재(51)는 제1 디스크부재(41)의 상면에 세라믹 소재가 일정 두께로 코팅되어 이루어지는데, 제1 디스크부재(41)의 상면에서 언급한 바 있는 지지부(45)에 의해 지지된다.

즉, 상기 제2 디스크부재(51)는 원형의 판 형상으로 이루어지는데, 제1 디스크부재(41)의 지지부(45) 내측으로 세라믹 소재가 코팅 형성되며 이의 외측면이 지지부(45)에 의해 지지될 수 있다.

또한, 상기 제2 디스크부재(51)는 결합 돌기(47)가 형성된 제1 디스크부재(41)의 상면에 코팅 형성됨에 따라 제1 디스크부재(41)의 상면에 견고히 결합되면서 구동 모터(20)에 의한 제1 디스크부재(41)의 회전 시, 제1 디스크부재(41)로부터 쉽게 이탈되지 않게 된다.

도면에서 미설명된 참조 부호 53은 제1 디스크부재(41)의 결합 돌기(47)에 의해 제2 디스크부재(51)의 하부면에 형성된 결함홈을 나타낸다.

한편, 상기와 같은 제2 디스크부재(51)는 용융 슬래그(S)를 상면 중앙부에서 가장자리단으로 안내하는 다수의 가이드 유로들(55)을 형성하고 있다.

상기 가이드 유로들(55)은 도 3에서와 같이, 제2 디스크부재(51)의 상면 중앙 영역에서 가장자리단을 향하는 방사 상으로 형성될 수 있다.

이러한 가이드 유로들(55)은 제2 디스크부재(51)의 상부면에 반경 방향으로 형성되며, 용융 슬래그(S)가 제2 디스크부재(51)의 상부면에 부딪힌 후 그 반경 방향으로 빠르게 유동되도록 하는 역할을 한다.

즉, 상기 제2 디스크부재(51)의 상부면에 가이드 유로들(55)을 형성함에 따라, 용융 슬래그(S)의 반경 방향 유속을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 용융 슬래그(S)와 제2 디스크부재(51)의 접촉 시간을 최소화함으로써 제2 디스크부재(51)에 대한 용융 슬래그(S)의 열 손실을 최대로 줄일 수 있다.

그리고, 상기 가이드 유로들(55)은 용융 슬래그(S)의 동일 유량 조건에서, 제2 디스크부재(51)의 상면에 얇은 액막(L)을 형성케 함으로써 결과적으로는 액적(D)의 크기를 감소시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치(100)에 의하면, 1400~1500℃를 유지하는 고온의 용융 슬래그(S)를 이송 장치(도면에 도시되지 않음)를 이용하여 이송하고, 챔버(10)의 투입구(11)를 통해 그 챔버(10)의 내부 공간으로 용융 슬래그(S)를 낙하시킨다.

여기서, 상기 챔버(10) 내부의 회전 디스크(30)는 구동 모터(20)에 의해 일정 속도로 회전하는 상태에 있다.

이 경우, 상기 회전 디스크(30)의 제2 디스크부재(51)가 제1 디스크부재(41)의 상면에서 지지부(45) 내측으로 코팅 형성되며 제2 디스크부재(51)의 외측면이 지지부(45)에 의해 지지되고, 제1 디스크부재(41)의 결합 돌기(47)에 의해 제2 디스크부재(51)가 제1 디스크부재(41)의 상부면에 견고하게 결합되므로, 제1 및 제2 디스크부재(41, 51)는 서로 분리되지 않고 견고하게 연결될 수 있다.

한편, 상기 용융 슬래그(S)는 회전 디스크(30)의 제2 디스크부재(51) 상면에 직접적으로 접촉하면서 그 상면에서 원심력에 의해 액막(L)을 생성하게 되고, 제2 디스크부재(51)의 가장자리에서 여러 개의 액주(B)가 형성되며, 최종적으로 액주(B)가 분열하여 미세한 액적(D)들을 형성하게 된다.

이 과정에서, 상기 제2 디스크부재(51)의 상부면에 방사 상의 가이드 유로들(55)을 형성하고 있기 때문에, 용융 슬래그(S)가 제2 디스크부재(51)의 상부면에 부딪힌 후 가이드 유로들(55)에 유도되면서 제2 디스크부재(51)의 반경 방향으로 빠르게 유동될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 용융 슬래그 미립화 장치(100)에 의하면, 용융 슬래그(S)가 직접적으로 접촉하는 제2 디스크부재(51)가 열 전도도가 낮은 세라믹 소재로 이루어짐에 따라, 회전 디스크(30)로 전달되는 열량을 최소화 할 수 있으며, 용융 슬래그(S)가 보유하고 있는 열량을 제2 디스크부재(51) 상에서 최대한 보존할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 제2 디스크부재(51)를 세라믹 소재로 형성함으로써 열적 변형이나 파손을 최소화하여 기존 금속 재질의 회전 디스크에 비해 장시간 운전에도 유리하다는 잇점이 있다.

그리고, 본 실시예에서는 제2 디스크부재(51)의 상부면에 가이드 유로들(55)을 형성하여 용융 슬래그(S)를 반경 방향으로 빠르게 유동시킬 수 있으므로, 용융 슬래그(S)와 제2 디스크부재(51)의 접촉 시간을 최소화할 수 있다.

이에, 본 실시예에서는 제2 디스크부재(51)에 대한 용융 슬래그(S)의 열 손실을 최대로 줄일 수 있으며, 용융 슬래그(S)의 동일 유량 조건에서 제2 디스크부재(51)의 상면에 얇은 액막(L)을 형성케 함으로써 결과적으로는 액적(D)의 크기를 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기한 바와 같이 용융 슬래그(S)가 직접적으로 접촉하는 제2 디스크부재(51)를 세라믹 소재로 구성하여 회전 디스크(30)로 전달되는 열량을 최소화할 수 있으므로, 회전 디스크(30)의 표면에서 고화되며 생성되는 괴상 슬래그의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제2 디스크부재(51)의 가이드 유로들(55)을 통해 용융 슬래그(S)의 유동성을 증진시킬 수 있으므로, 균일한 크기의 미세 액적(D)들을 생성할 수 있다.

이로써, 본 실시예에서는 용융 슬래그(S)의 미립화 성능을 향상시킬 수 있으며, 후 공정인 열회수 공정에서 액적과 냉매 간의 열교환 성능을 향상시킴으로써 결과적으로는 열회수 시스템의 열회수 성능 향상에 기여할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 챔버 11... 투입구
20... 구동 모터 21... 구동축
30... 회전 디스크 41... 디스크부재
43... 나사 결합부 45... 지지부
47... 결합 돌기 51... 제2 디스크부재
55... 가이드 유로 S... 융융 슬래그

Claims (8)

1. 고온의 용융 슬래그로부터 열 에너지를 회수하기 위해 용융 슬래그를 미세한 입자들로 미립화시키는 용융 슬래그 미립화 장치로서,
   고온의 용융 슬래그가 투입될 수 있는 챔버; 및
   상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 구성되며 원심력에 의해 가장자리에서 용융 슬래그의 액적을 형성하는 회전 디스크
   를 포함하되,
   상기 회전 디스크는 스틸 재질로서 이루어지는 제1 디스크부재와, 상기 제1 디스크부재의 상면에 결합되는 세라믹 소재의 제2 디스크부재를 포함하며,
   상기 제1 디스크부재의 가장자리단에는 상기 제2 디스크부재의 외측면을 지지하는 지지부가 돌출되게 형성되는 용융 슬래그 미립화 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 디스크부재의 상면에는,
   상기 용융 슬래그를 중앙부에서 가장자리단으로 안내하는 다수의 가이드 유로들이 방사 상으로 형성되는 용융 슬래그 미립화 장치.
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 디스크부재의 상면에는,
   상기 제2 디스크부재의 하부면에 결합될 수 있는 결합 돌기가 형성되는 용융 슬래그 미립화 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제2 디스크부재는 상기 제1 디스크부재의 상면에 코팅 형성되는 용융 슬래그 미립화 장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 결합 돌기는 직사각 형상으로 이루어지는 용융 슬래그 미립화 장치.
7. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 디스크부재는 구동 모터의 구동축과 암수식으로 나사 결합되는 용융 슬래그 미립화 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 디스크부재는 알루미나 및 지르코니아로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 용융 슬래그 미립화 장치.

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