KR101282393B1 - 분쇄 및 분말 고무 생산 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

분쇄 및 분말 고무를 생산하는 장치 및 공정이다. 상기 공정 및 장치는 냉각 수단에 의해 수행되며, 극저온으로 냉각된 예비 처리된 고무 입자의 온도가 제어되는 냉각 단계를 포함한다. 사이 공정 및 장치는 또한, 분쇄 수단에 의해 수행되는, 분쇄 정도가 제어되어 생산품 입자 크기 영역이 제어되는 분쇄 단계를 포함한다.
Figure R1020067011854
분쇄 고무, 분말 고무, 극저온 냉각, 분쇄

Description

분쇄 및 분말 고무 생산 장치 및 그 방법{PROCESS AND APPARATUS FOR MANUFACTURING CRUMB AND POWDER RUBBER}
본 발명은 재활용 고무 소스(recycled rubber source)로부터 분쇄 및 분말 고무를 생산하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 소정의 입자 크기 영역 내에 있는 중고 고무 입자들의 예비 처리(preprocessed)된 소스로부터 분쇄 및 분말 고무를 생산하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
중고 타이어가 쓰레기 매립지를 뒤덮고 있으므로 중고 타이어 및 기타 고무 제품의 폐기가 주요한 환경 문제를 대표하고 있으며, 타이어 및 이와 유사한 고무 제품의 무분별한 폐기로 인해 주요한 환경 문제들이 발생된다는 점이 오랜동안 알려져 있다. 이러한 이유 때문에, 환경 문제가 되는 타이어 폐기량을 감소시킬 뿐만 아니라 그러한 타이어 폐기 공정의 실천에 대해 보상책을 제공하는 식으로 타이어를 처분하는 공정들이 개발되어 왔다.
이러한 공정들은 본래 차량용 타이어의 중요한 가연 성분의 본래의 연료가(fuel value)를 회수하는 타이어 분쇄에 초점을 맞추고 있었다. 좀 더 최근에는, 고무 함유 제품 생산에 재활용하기 위한 목적으로 차량용 타이어의 고무 성분을 회 수하는 공정들이 개발되고 있다.
이러한 공정들은 새로운 고무 제품들의 추가적인 생산에 고무를 활용하는 공정을 제공하여 환경 보호를 고양하기도 하지만, 주요 관심사는, 이러한 공정들은 이들 공정에서 생산된 고무 제품의 구매자들에게 그들의 생산 원료에 쉽게 혼합될 수 있는 고무 재료를 제공할 수 없다는 것과 연계되어 있다. 다시 말하면, 분쇄 변수와 분쇄 형태 및 중고 차량용 타이어 원재료의 상태의 무작위성은 무분별한 고무 제품을 생산한다. 대개는 이러한 무분별한 생산의 가장 바람직하지 않은 결과는 고무 제품 입자 크기 분포를 예측할 수 없다는 것이다. 다시 말하면, 분쇄 및 분말 고무에 대한 활발한 시장(market)은 존재하고 있지만, 분쇄 및 분말 고무 제품의 표적이 되는 구매자들인 타이어 및 기타 고무 제품 생산자들이 요구하는 입자 크기 영역의 분쇄 및 분말 고무를 제공할 수 있는 능력이 없기 때문에 이 시장은 아직까지 충분하게 개발되어 있지 않은 것이다.
미국 특허 제5,588,600호에는 타이어를 취약하게 하여 분쇄가 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해 채용된 극저온 유체가 재순환되면서 타이어를 저온 분쇄하는 장치 및 공정이 개시되어 있다. 이 공정은 타이어 및 기타 고무 제품 생산자들에 바람직한 충분히 작은 입자 크기의 분쇄 고무를 생산한다. 그러나, 상기 특허의 공정은 새 타이어 및 기타 고무 생산품의 생산자인 고객이 요구하는 입자 크기 영역의 고무 제품을 제공하는 것을 보증하지 못한다.
고무를 미세한 입자 크기로 감소시키기 위한 장치 및 공정이 미국 특허 제5,368,240호 및 미국 특허 제4,863,106호를 포함하여 다른 공보에 개시되어 있다. 이들 두 공보는 극저온 유체를 사용하여 미세 크기의 고무를 생산하는 공정을 개시하고 있지만, 상기 공보 중 어느 것도 고객에게 그러한 공정의 상업적 실행가능성을 향상시킬 수 있는 원하는 입자 크기 영역의 제품을 제공할 수 있는 수단을 개시하지 않고 있다.
상기의 고찰로부터, 관련 업계에, 중고 고무 제품, 특히 중고 타이어를 주변 환경으로부터 없애버릴 뿐만 아니라, 이에 추가하여, 타이어와 기타 고무 제품들의 생산자에 의해 요구되는 사전에 결정된 입자 크기 영역 및 증가된 양으로 제공할 수 있어 시장성이 높은 분쇄 및 분말 고무 제품을 생산하는 새로운 장치 및 방법에 대한 필요성이 있음이 입증되었다.
예측 가능하고 사전 결정이 가능한 입자 크기 영역의 분쇄 및 분말 고무를, 타이어 및 기타 고무 생산자들이 타이어 및 기타 고무 제품을 상업적으로 생산하는 데에 활용할 수 있을 정도의 양으로 제공하는 장치 및 방법이 개발되었다. 추가로, 이러한 방법에 의해 제공되는 분쇄 및 분말 고무에는 중고 타이어 및 기타 중고 고무 제품에 존재하는 섬유, 금속 및 이와 유사한 이물질이 실질적으로 없다.
본 발명에 따라서, 중고 고무 제품으로부터 분쇄 및 분말 고무를 생산하는 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 사전에 결정된 입자 크기 영역의 고무 입자들이 입자들의 생산 온도가 엄격하게 제어되는 상태에서 극저온 유체에 의해 냉각된다. 냉각된 입자들은 분쇄된 제품의 감소된 입자 크기 영역을 엄격하게 제어할 수 있는 상태에서 분쇄된다. 상기 분쇄되어 입자 크기가 감소된 고무 입자들은 원하는 분쇄 및 분말 고무 입자 크기 영역 별로 스크린된다.
추가적으로, 본 발명에 따라서, 사전에 결정된 입자 크기 영역의 분쇄 및 분말 고무를 생산하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 타이어 및 기타 고무 제품들로부터 분쇄되어 소정의 입자 크기 영역 내에 있는 중고 고무 입자들의 예비 처리된 유동을 냉각하기 위한 냉각 수단을 포함하고 있다. 상기 장치는 상기 냉각된 고무 입자들을 소정의 입자 크기 영역으로 분쇄하는 분쇄 수단을 포함한다. 상기 장치에는 또한 상기 분쇄된 고무 입자들을 분리하기 위한 스크린 수단이 제공되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치 및 방법의 개략적인 작업 공정도이다.
도 2는 고무 입자의 동결을 제어할 수 있는 동결 챔버(freezing chamber)의 개략도이다.
도 3은 생산물의 입자 크기를 제어할 수 있는 분쇄 장치(grinding apparatus)를 개략적으로 도시한 입면도이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하면 좀 더 쉽게 이해될 것이다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 중고 고무, 특히 중고 타이어의 도입에 의해 개시된다. 바람직한 일 실시예에서는, 중고 차량용 타이어 및 기타 중고 고무 제품을 불규칙하게 분쇄하는 상업적 규모의 운영자로부터 공급된 고무 공급 원료가 사용된다. 그러한 원료들은 공급 계량 호퍼(feed metering hopper)(1)에 장입됨으로써 본 발명의 방법 및 장치에 도입된다. 상기 고무는 통상적으로 슈퍼색(supersack) 단위의 양으로 수령된다.
바람직한 실시예에서, 상기 공급된 고무 입자들은 금속 탐지기(metal detector)를 통과하는데, 바람직하게는 금속 탐지기는 트램프 금속(tramp metal)으로 표시되는 큰 철계 금속 입자들을 탐지하기 위해 강도가 조절된 전자기장이다. 트램프 금속은 중고 강철 벨트가 포함되어 있는 타이어의 분쇄물로부터 생성되는 작은 철계 입자들과 구별된다. 이 금속 탐지기는 도면에서 금속 탐지 스테이션(2)으로 도시되어 있다. 상기 금속 탐지기 스테이션(2)은 바람직하게는 큰 금속 물체를 감지할 수 있도록 조절된 전자기장이다. 전자기장의 세기는, 작은 철계 조각은 감지되지 않아 제거되지 않도록 조절된다. 트램프 금속 탐지는, 본 장치에 도입되기 전에 제거되지 않으면 본 발명에 따른 방법 및 장치에 채용된 장비에 손상을 입힐 수 있는 큰 금속 물체로부터 장비들을 보호하기 위해 채용된다는 점이 강조되어야 한다. 트램프 금속의 제거는 감지된 큰 금속 물체 또는 물체들이 공급 원료로부터 물리적으로 제거되는 수작업에 의해 이루어진다.
트램프 금속이 제거된 상기 공급 원료는 주 입상화 수단(primary granulating means)(3)으로 이송된다. 주 입상화 수단(3)은 회전 블레이드 및 정지 블레이드 수단에 의해 큰 입자들의 분쇄를 수행하는 데, 고무 입자들은 회전 블레이드 및 정지 블레이드 사이에서 분쇄된다. 일반적으로, 주 입상화 수단은 입자 크기를 대략적으로 약 0.1875인치와 U.S. 시브 사이즈(sieve size) No.30을 통과하는 입자들 사이의 크기로 감소시킨다. 상기 분쇄 공정은 주위의 열역학적 조건하에서 수행된다는 점이 강조되어야 한다.
입상화 수단(3)으로부터 배출되는 분쇄된 입자들은 제1 철계 금속 제거 수단(first ferrous metal removing means)(4)으로 이송된다. 제1 철계 금속 제거 수단 내에서는, 통상적으로 강철 벨트 타이이에서 유래되는 고무 입자의 분쇄에 의해 분리되는 철계 금속 조각들이 상기 분쇄된 생산물이 이송되는 컨베이어에 대해 바람직하게는 수직인 방향으로 배치되어 있는 자기 벨트에 의해 분쇄된 생산물 유동으로부터 제거된다. 당업자들은 상기와 같은 장치는 크로스 벨트 마그네트(cross belt magnet)로 표시되는 것으로 이해한다.
다른 실시예에서는, 입상화 수단(3)에서 얻어지는 것과 대략 동일한 입자 크기 영역으로 분쇄되고 제1 철계 금속 제거 수단(4)에서 수행되는 것과 유사한 철계 금속 제거 공정을 거친 기준 미달(off-specification)의 고무 입자의 판매업자로부터 고무 입자를 수령함으로써, 전술한 공정 단계들은 생략된다. 이는 도면에서 기준 미달 슈퍼색 공급 호퍼(off-specification supersack feeding hopper)(5)로 묘사되어 있다. 실제로, 본 발명의 방법 및 장치는 호퍼(5)로부터의 공급과 제1 철계 금속 제거 수단(4)으로부터의 공급을 조합하여 사용하는 실시예를 상정하고 있다.
제거 수단(4)으로부터, 호퍼(5)로부터 또는 이들 둘 다로부터 공급된 원료는 주 스크린 및 섬유 제거 수단(primary screening and fiber removal means)(6)으로 이송된다. 상기 주 스크린 및 섬유 제거 수단(6)은 과대한 입자를 제거하는 스크린(screen)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 주 스크린 및 섬유 제거 수단은 크기가 약 0.1875인치를 초과하는 입자들을 제거한다.
상기 스크린 장치는 기준 크기 내의 입자로부터 과대한 입자를 분리하기 위해 진동을 사용한다. 상기 진동에 의해 초래되는 교란은 섬유 제거를 포함하는 상기 공정 단계를 가능하게 한다. 분쇄 단계는 섬유 실 및 섬유 잔털의 큰 집결체(large concentration)를 만들어 내는데, 특히 고무 입자가 차량용 타이어로부터 유래되는 경우에 이를 이하에서 "섬유"(fiber)로 지칭한다. 넓은 표면 영역에 걸쳐서 분포되어 있는 입자들은 스크리너의 상류 끝단부로부터 하류 끝단부로 이동한다. 상기 진동에 의해 기인하는 교란은 밀도 차에 따라 무거운 고무 과립으로부터 가벼운 섬유가 분리되는 유동상(fluidized bed) 효과를 발생시킨다. 하류 끝단부를 향하는 소정의 거리에서, 고무 과립과 섬유를 포함하는 고체 유동은 반드시 넘어서 통과해야 하는 장벽 쇄기(barrier wedge)를 만난다. 상기 장벽은 추가적으로 상기 고체 입자 유동을 교반하고, 상기 무거운 고무 입자로부터 가벼운 섬유를 추가적으로 분리한다. 상기 주 스크리너 섬유 제거 장치(6)는 상기 장벽 쇄기의 상류에 배치되어 있는 좁은 가변 폭의 배기 후드를 포함한다. 배기 후드의 길이는 섬유 분리기의 폭과 같다. 상기 배기 후드는 공급 원료의 상부로부터 가벼운 섬유를 흡출(aspiration)한다. 높이가 유동상 보다 높고 흡출의 조정이 가능한 상기 배기 후드는 섬유 포획 속도를 조절한다.
상기 주 스크리너 및 섬유 제거 장치(6)는 제2 장벽 쇄기를 포함한다. 입자 유동이 제1 장벽 쇄기를 만날 때 섬유의 대부분이 제거되지만, 제2 장벽 쇄기에서 추가적인 섬유 흡출이 일어난다. 주 스크리너 및 섬유 제거 장치(6)에 의해 제거된 상기 추출된 섬유는 유닛 사이클론 및 백하우스(unit cyclone and baghouse)(9)로 이송된다. 상기 유닛 사이클론 및 백하우스는 섬유 포획 속도를 최적화하고 생산물의 손실을 최소화하도록 한다.
상기 주 스크린 및 섬유 제거 수단(6)의 스크린을 통과한 입자들은 예비 처리된 고무 입자 호퍼(preprocessed rubber particle hopper)(8)로 이송된다. 상기 주 스크린 및 섬유 제거 수단(6)의 스크린을 통과하지 못한 입자들은 제2 입상화 수단(7)으로 이송된다. 바람직한 실시예에서, 제2 입상화 수단(7)은 실질적으로 상기 주 입상화 수단(3)을 구성하는 장치와 동일하다. 유사하게, 제2 입상화 수단(7)에서의 고무 입자의 처리는 상기 주 입상화 수단(3)에서 수행되는 공정과 비슷하다. 따라서, 입상화는 대기압과 주위 온도(ambient temperature) 하에서 수행되는 정지 블래이드 및 회전 블래이드 사이에서의 입자의 입상화를 필요로 한다. 상기 제2 입상화 수단(7)으로부터 배출되는 생산물은 다시 주 스크린 및 섬유 제거 수단(6)에 들어가 리사이클되어 전술한 공정이 반복된다.
본 발명에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 예비 처리된 고무 입자 호퍼(8)에 있는 고무 입자 생산물과 동등한 고무 입자 생산물이 사용된다. 본 발명에 따른 방법 및 장치의 운영자에 의해 지시되는 상세 요구를 만족시키는 판매업자에 의해 제공되는 상기 동등한 생산물은 슈퍼색(supersack) 단위로 운송되고 실질적으로 호퍼(8)와 동일한 예비 처리된 슈퍼색 공급 호퍼(preprocessed supersack feeding hopper)(11)에 적재된다.
호퍼(8)로부터, 호퍼(11)로부터 또는 이들 둘 다로부터 이송된 생산물은 제2 철계 금속 및 섬유 제거 수단(30)으로 이송된다. 바람직한 실시예에서, 상기 제2 철계 금속 및 섬유 제거 수단(30)은 상기 입자들을 분리하기 위해 교반되는 메쉬 표면 상에 고무 입자 유동을 배치함으로써 마련된다. 자기 드럼(magnetic drum), 바람직하게는 희토류 자기 드럼은 강력한 철계 금속 인력을 제공하여 철계 금속 입자들을 분리 제거한다. 그와 동시에, 교반에 의해 상기 비금속 입자들이 상기 메쉬 컨베이어 표면 위로 상승되어 밀도가 작은 섬유 입자가 밀도가 높은 고무 입자 위로 분리되고, 이에 따라 높이가 높은 저밀도 섬유 입자들이 높이가 낮은 고밀도 고무 입자들로부터 쉽게 분리되어서 흡출에 의해 제거된다. 상기 흡출된 섬유는 섬유 사이클론 및 백하우스(9)로 이송된다.
상기 고무 입자 생산물의 섬유 제거에 대한 초점은 제3 섬유 제거 수단(32)에서 일어나는 다음의 공정 단계에서 강조된다. 제3 섬유 제거 수단(32)은 바람직하게는 원심분리기를 채용한다. 제2 섬유 제거 수단(30)에서 철계 금속과 섬유가 제거된 입자들은 임펠러가 구비된 원통형 스크린 용기로 도입된다. 임펠러가 회전할 때, 원심력은 원하는 미세 입자들을 스크린을 통과시켜서 상기 장치의 바닥에서 배출한다. 뒤범벅이 되어 있는 과대 입자와 섬유는 상기 스크린을 통과하지 못하고 별도의 관을 통해 배출된다.
그렇게 처리된 고무 입자 유동은 저장통(10)으로 이송되는데, 상기 저장통에는 저장통으로부터 제어된 유동을 제공하기 위한 계량 배출구가 구비되어 있다. 저장통(10)으로부터 상기 계량된 고무 입자 유동은 적어도 하나의 냉각 수단(12)으로 공급된다. 바람직한 실시예에서는, 도면에 도시한 바와 같이, 생산성을 높이기 위 해 2개의 나란한 동일 냉각 수단(12, 12')이 채용되어 있다.
상기 냉각 수단(12)은 그 안에서 처리되는 고무 입자들의 온도를 엄격하게 제어할 수 있다는 것이 특징이다. 이러한 제어는 바람직하게는 극저온 유체인 냉각제를 제어함으로써 이루어진다. 바람직한 극저온 유체는 액체 질소이다. 액화된 아르곤, 네온 또는 헬륨 등과 같은 액화된 불활성 가스도 사용될 수 있다. 그러나, 대기압 하에서 매우 온도가 낮고 상대적으로 저가로 쉽게 이용가능한 액체 질소가 비용 측면에서 액화된 불활성 가스에 비해 매우 유리하다. 그러나, 고비용이 정당화될 수 있는 특수한 환경의 경우에는 액화된 불활성 가스도 사용될 수 있다.
통상적으로 액체 질소인 상기 극저온 유체는 스프레이 노즐, 포트, 매니폴드 등 이와 유사한 수단에 의해 제어된 체적 유량으로 원통형의 용기(13)에 공급된다. 상기 액체 질소는 대략적으로 입구 단부와 배출구 단부 사이의 중간 지점에서 원통형 용기(13)에 도입된다. 열전달 기술 분야의 당업자라면, 저장통(10)으로부터 고무 입자 유동을 정량적으로 도입함과 동시에 고무 입자의 냉각 중에 상기 액체 질소의 가열에 의해 기화된 저온의 질소 가스를 용기(13)의 입구로 재순환시킴으로써 냉각 효과가 최대로 된다는 것을 알고 있다. 이러한 사전 냉각에 의해서 주로 액체 질소에 의해 수행되는 고무 입자 유동의 최종 냉각이 좀 더 효율적이 된다.
저장통(10)으로부터 나온 상기 고무 입자 유동은 도면에서 고무 입자 유동(16)으로 도시한 바와 같이 회전 오거(rotating auger)로 이송되고, 그 속도와 그에 따른 냉각 수단(12) 내에 머무르는 고무 입자의 존속 시간은 오거(auger)의 속도를 제어하는 가변 속도 로터(15)에 의해 제어된다. 따라서, 고무 입자 공급 속도의 제어, 오거를 회전시키는 로터의 속도의 제어 및 극저온 유체의 공급 체적 유량의 제어를 조합하면 냉각 수단(12)으로부터 배출되는 냉각된 고무 입자들의 온도 제어가 가능해진다. 도면에 도시한 바와 같이, 저온의 기화된 질소 가스(18)는 원통형 용기(13)의 입구로 다시 재순환되어 고무 입자 유동(16)과 함께 유동하게 된다.
상기 냉각 수단(12)은 상기 원통형 용기(13)의 하류 단부의 하류에 배치되어 있는 분쇄 수단(20)과 서로 소통된다. 냉각 수단(12) 및 분쇄 수단(20)은 서로 연계 작동되어 원통형 용기(13)를 떠나는 냉각된 고무 입자(19)의 원하는 정확한 양이 분쇄 수단(20)에 도입되도록 한다.
분쇄 수단(20)은, 그 내부에서 분쇄되는 고무의 입자 크기 분포를 정밀하게 제어한다. 분쇄 수단(20)은 외부 도립 원뿔(the outer inverted cone)(22)을 포함한다. 상기 외부 도립 원뿔(22)의 톱니형 표면(23)은 톱니 모양으로 되어 있고, 전형적인 충격 분쇄기의 리바운드 면(rebound surface)과 같은 역할을 한다. 전형적인 충격 분쇄기의 충격면에 대응되는 요소는 다수의 칼날(25)이 구비되어 있는 도립 원뿔형인 충격면(24)이다. 상기 충격면(24)은 로터(27)에 의해 회전되는데, 화살표(26)로 표시된 것과 같이 회전한다. 고무 입자 크기 분포의 제어는 외부 도립 원뿔(22)의 조절이 가능한 결과이다. 외부 도립 원뿔(22)은 화살표(29)로 표시한 바와 같이 상승 및 하강할 수 있다. 외부 도립 원뿔(22)의 상승은 칼날(25)과 외부 도립 원뿔(22)의 톱니형 표면(23) 사이의 공간을 크게한다. 따라서, 원하는 입자 크기 영역의 생산물에 따라, 외부 도립 원뿔(22)은 미세한 크기의 고무 입자들을 얻기 위해 아래쪽으로 하강한다. 명백하게, 외부 도립 원뿔(22)이 상승되면 크기가 큰 고무 입자를 생산된다.
공정 중에, 상기 냉각 수단(12)으로부터 배출된 동결된 고무 입자(19)는 분쇄 수단(20)의 상부로 들어가서 충격면(24)의 칼날(25)과 외부 도립 원뿔(22)의 톱니형 표면(23) 사이로 낙하한다. 충격면 로터(27)는 칼날(25)과 톱니형 표면(23) 사이에서 고무 입자를 분쇄하기 위해 소정의 회전 속도로 상기 충격면(24)을 회전시킨다. 외부 도립 원뿔(22)을 상승 및 하강시키는 대신, 로터에 의해 회전되는 충격면의 속도를 변화시키는 것에 의해서 고무 입자(19)의 크기 분포를 제어할 수도 있다.
전술하고 도면에 개시한 바람직한 실시예에서, 분쇄 수단(20)은 원뿔형이다. 분쇄 수단(20)을 구성하는 재료는 극저온 조건에서 동작될 수 있도록 설계된다. 바람직한 실시예에서, 외부 재킷(outer jacket)은 극저온 작동 온도를 견딜 수 있는 주조 금속 합금으로 제작된다. 외부 도립 원뿔(22)은 세척, 통상의 보수 및 비상 수리를 위해 수압으로 분리될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 충격면(24)은 대략 1800RPM의 속도로 회전한다. 충격면(24) 상에 배치되어 있는 칼날(25)은 바람직하게는 "C"자 형태이고 외부 도립 원뿔(22)의 톱니형 표면(23) 상의 톱니와는 상보적이다. 칼날(25)은 칼날을 갈거나 교체하기 위해 분리될 수 있다.
분쇄 수단(20)의 동작은, 분쇄 수단(20)의 상부를 통해 공급되고 공급되자마자 충격면(24) 상에 수평방향으로 배치된 일련의 칼날(25)들과 충돌되는 공급원료, 예를 들면 냉각된 고무 입자의 도입과 함께 시작된다. 충격면(24) 상에 수평으로 열을 지어 배치된 칼날(25)의 수가 선단 속도(peripheral seed)가 높은 아래 방향으로 갈수록 증가하기 때문에, 상기 고무 입자 유동이 분쇄 수단(20) 내에서 아래쪽으로 유동함에 따라서 고무 입자들의 입자 크기는 지속적으로 감소된다.
상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 생산량을 증가시키기 위해서 서로 병렬로 배치된 동일한 냉각 수단들을 포함할 수 있다. 그러한 바람직한 실시예에서는, 도면에서 도시한 바와 같이, 분쇄 수단(20)과 동일한 병렬의 분쇄 수단(20')이 마련된다. 상기 바람직한 실시예에서, 냉각 수단(12)의 고무 입자 생산물(19)이 분쇄 수단(20)으로 이송되는 것과 마찬가지로, 냉각 수단(12')의 고무 입자 생산물은 분쇄 수단(20')으로 이송된다. 냉각 수단과 분쇄 수단이 하나씩 사용되든지 아니면 두 개씩 사용되든지 간에, 분쇄 수단(20)의 고무 입자 생산물 또는 분쇄 수단(20)과 분쇄 수단(20')의 고무 입자 생산물은 건조 수단(35)으로 이송된다.
건조 수단(35)은 주로 분쇄 수단(20) 내에서 분쇄 가공된 고무 입자 생산물의 온도를 주변 온도로 상승시킨다. 바람직한 실시예에서, 건조 수단(35)은, 건조되는 고무 입자 생산물을 세정하기 위해, 바람직하게는 공기인, 가스 비말 동반(飛沫 同伴) 수단(entraining means)을 구비하는 회전식 건조기로서 마련된다. 이런 세정은 고무 입자와 섬유를 교반하는 작용을 하며, 따라서 섬유의 흡출에 의해 밀도가 작은 섬유를 고무 입자 생산물로부터 분리시키는 효과가 있다. 다시, 상기 섬유는 섬유 사이클론 및 백하우스(9)로 이송된다.
건조 수단(35)의 하류부에서, 철계 금속 및 섬유를 제거하기 위한 최종 철계 금속 및 제4 섬유 제거 수단(50)이 제공된다. 건조 수단(35)의 건조된 고무 입자 생산물을 수령하는 철계 금속 제거 수단(50)은 건조 수단(35) 바로 하류부에 위치되어 있다. 바람직한 실시예에서, 철계 금속 제거 수단(50)은 희토류 드럼 자석의 형태이다.
이러한 공정 단계에서, 바람직하게는 진동하는 스크린 위에서 금속 입자들이 드럼 자석에 의해 추출, 제거됨에 따라 건조된 고무 입자들은 철계 금속 입자들로부터 분리된다. 그와 동시에, 스크린의 진동 동작에 의해 밀도가 큰 입자들로부터 밀도가 작은 섬유의 밀도차에 의한 분리가 이루어진다. 이렇게 분리된 섬유는 상기 섬유 사이클론 및 백하우스(9)로 제거된다.
상기의 섬유 제거 단계의 하류부 가까이에서 또 다른 섬유 제거가 이루어진다. 이 공정 단계에는 제5 섬유 제거 수단(60)이 제공된다. 바람직한 실시예에서, 섬유 제거 수단(60)은 철계 금속이 제거된 고무 입자들을 고무 입자 유동 내에 존재하는 섬유가 제거되어 상기 섬유 사이클론 및 백하우스(9)로 운송되는 원심분리기로 이송하는 것을 포함한다. 상기 원심분리기는 제3 섬유 제거 수단(32)과 동일하게 설계되어 동일한 방식으로 동작한다.
이상과 같은 설명에서는, 분쇄 및 분말 고무를 생산하는 본 발명의 방법 및 장치가 고무 입자 생산물 유동으로부터 섬유를 제거하는 단계를 포함하고 있음을 여러 번 강조하고 있다. 당업자라면 본 발명이 고무 제품, 특히 타이어의 성공적인 제조에 있어서 섬유 제거에 중요성을 부여하고 있음을 이해할 것이다. 따라서, 이러한 기술 철학과 일치하도록, 스크린 처리 단계인 본 발명의 방법 및 장치의 최종 단계 역시 섬유 제거 단계를 포함한다.
제1 최종 스크린 공정은 섬유 제거 수단(60)으로부터 배출되는 고무 입자 생산물을 2단 스크린 수단(two-deck screening means)(65)으로 이송하는 것이다. 2단 스크린 수단(65)은 분쇄 및/또는 분말 고무 구매자의 요구를 만족시키지 못하는 너무 큰 크기의 입자를 제거하기 위한 스크리너(screener)를 포함한다. 전형적으로, U.S. 시브 사이즈 No.40 스크린을 통과하지 못하는 입자들은 분쇄 고무로써 효과적이지 못할 정도로 크다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 상기 스크리너는 U.S. 시브 사이즈 No.40이다. 상기 스크린을 통과하지 못한 입자들은 재처리되기 위해 저장통(10)으로 다시 순환된다.
상기 U.S. 시브 사이즈 No.40 스크린을 통과한 고무 입자들은 최종 3단 스크린 수단(70)으로 이송된다. 실제로, 바람직한 실시예에서, 2개의 상기의 스크린 수단들이 마련된다. 추가 스크린 수단은 도면에서 제2의 3단 스크린 수단(70')으로 도시되어 있다.
상기 3단 스크린 수단(70)에 의해서 분쇄 및 분말 고무를 정의하는 허용 가능한 크기 한도 내의 입자가 분리될 수 있다. 이는 거친 스크린을 미세 스크린 위에 설치하여 결과적으로 크기가 다른 3가지 입자 제품을 생산하는 것에 의해 달성되는 데, 이러한 제품이 본 발명에 따른 방법 및 장치의 생산물이 되는 것이다.
바람직한 실시예에서, 상단 스크린을 통과하지 못하는 고무 입자를 구성하는 상단의 생산물은, 3단 스크린 수단(70)에 채용된 바람직한 조립 크기의 스크린인 U.S 시브 사이즈 No.40보다 작고 U.S 시브 사이즈 No.80보다 큰 입자 크기의 고무 입자이다. 상기 제품은 도관(71) 및 만약 도관(71')이 설치되어 있다면 도관(71')에 의해 저장통(75)으로 이송된다. 저장통(75)으로의 이송은 아래에서 개시되는 다른 2 개의 제품의 이송과 같은 공압 수단(pneumatic means)에 의해 이루어진다.
제2의 고무 입자 제품, 3단 스크린 수단(70)에서 생산되는 중간 단계의 고무 입자들은 가장 거친 스크리너를 통과하지만 가장 미세한 스크리너를 통과하기에는 너무 큰 입자들을 망라한다. 바람직한 실시예에서, 가장 미세한 스크린으로 사용되는 것은 U.S 시브 사이즈 No.140이다. 따라서, 상기의 가장 미세한 스크린에 의해 걸러지는 입자들은 도관 수단(72), 만약 존재한다면 도관 수단(72')을 통해 저장통(78)으로 이송된다. 저장통(78)은 U.S 시브 사이즈 No.80을 통과하지만 U.S 시브 사이즈 No.140을 통과하지 못하는 입자의 입자 크기 영역 내에 있는 고무 입자들을 수용한다.
분말 고무를 대표하는 제3의 고무 입자 크기 제품은 U.S. 시브 사이즈 No.140 스크린인 가장 미세한 스크린을 통과하는 고무 입자들을 망라한다. "-140"으로 표기되는 상기 제품은 도관 수단(73), 만약 존재한다면 도관 수단(73')을 통해 저장통(80)으로 기송(pneumatically conveyed)된다.
다시 섬유 제거에 대해 살펴보면, 섬유는 제품의 각각 세 개의 단에서 흡출 방식으로 제거되어 섬유 사이클론 및 백하우스(40)로 연결되어 있는 도관 수단으로 배출된다.
저장통(75, 78, 80)에는 구매자 또는 상기 생산물의 구매자들에게 운송하기 위한 포장 수단 및 계량 수단(bagging and weighing means)(미도시)이 제공될 수 있다.
상기한 실시예들은 본 발명의 의도(spirit)와 범위(scope)가 설명될 수 있도록 하기 위해 제공되었다. 이러한 실시예들은 당업계의 당업자들에게 기타의 다른 실시예와 실례(example)를 명백하게 할 것이다. 이러한 기타의 다른 실시예와 실례들은 본 발명의 숙고의 영역 내에 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 청구 항에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (42)

  1. (a) 입상 중고 고무 입자들의 유동으로부터 철계 금속을 제거하는 단계;
    (b) 입상 중고 고무 입자들의 상기 유동으로부터 섬유를 스크린하여 제거하는 단계;
    (c) 사전에 결정된 입자 크기 영역의 상기 스크린된 입상 중고 고무 입자들의 유동을 상기 입상 중고 고무 입자들의 상기 유동과 함께 유동하는 극저온 액체 스프레이의 유동 및 극저온 가스 유동을 사용하여 상기 고무 입자들의 최종 냉각 온도를 제어하면서 냉각시키되, 상기 (b) 단계 후에 그리고 상기 (c) 단계 전에 상기 철계 금속과 섬유를 상기 스크린된 입상 중고 고무 입자들로부터 제거하는 단계를 포함하는 냉각 단계;
    (d) 냉각된 입상 중고 고무 입자들의 상기 유동을 충격면 속도를 변화시키는 것에 의해 분쇄하되, 상기 분쇄된 고무 입자들의 상기 입자 크기를 제어하면서 분쇄하는 단계; 및
    (e) 상기 분쇄된 입자 유동을 원하는 분쇄 고무 입자 크기 영역 및 분말 고무 입자 크기 영역 중 어느 한 영역 또는 두 영역 모두로 스크린하는 단계를 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중고 고무 입자들은 중고 차량용 타이어의 입자들인 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    임의의 불순 금속(tramp metal)을 제거하고 난 고무 입자들의 최초 장입물을 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 제거 단계는 상기 고무 입자를 교반하여 밀도가 큰 고무 입자들로부터 밀도가 작은 섬유를 흡출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    (c) 단계의 상기 고무 입자 온도 제어는 상기 고무 입자들의 상기 극저온 액체 스프레이와의 접촉 기간을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고무 입자 온도의 제어는 상기 고무 입자들과 접촉하는 상기 극저온 액체 스프레이의 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    (d) 단계의 상기 입자 크기 분포 제어는 상기 충격면과 리바운드 면 사이의 공간을 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 극저온 액체는 액체 질소인 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d) 후에 극저온으로 냉각된 분쇄 고무 입자들의 유동은 주위 온도로 건조되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 단계(d) 후에 극저온으로 냉각된 고무 입자들의 분쇄 유동은 건조되고 상기 유동에 존재하는 섬유들은 제거되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 건조된 고무 입자들 유동 내의 철계 금속 및 섬유들이 제거되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    철계 금속 및 섬유들이 제거된 상기 고무 입자 유동은 분쇄 고무의 최대 입자 크기를 초과하는 입자 크기를 가지는 고무 입자들을 제거하기 위해 스크린되고 섬유가 조금 더 제거되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    과대 크기 입자들이 제거된 상기 입자들은 분쇄 및 분말 고무의 입자 크기 영역 내의 3가지 고무 입자 크기로 스크린되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 고무 입자들은 U.S. 시브 사이즈 No.40을 통과하나 U.S. 시브 사이즈 No.80을 통과하지 못하는 입자들의 제1 입자 크기 영역;
    U.S. 시브 사이즈 No.80을 통과하나 U.S. 시브 사이즈 No.140을 통과하지 못하는 입자들 사이의 영역 내의 제2 입자 크기; 및
    U.S. 시브 사이즈 No.140을 통과하는 입자들의 제3 입자 크기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 방법.
  17. (a) 입상 중고 고무 입자들의 유동으로부터 철계 금속을 제거하기 위한 철계 금속 제거 수단;
    (b) 입상 중고 고무 입자들의 상기 유동으로부터 섬유를 제거하기 위한 섬유 제거 수단;
    (c) 입상 중고 고무 입자들의 상기 유동, 극저온 액체 스프레이 및 극저온 가스 유동을 도입함으로써 상기 입상 중고 고무 입자들을 사전에 결정된 온도까지 냉각키기 위한 수단을 구비하는, 사전에 결정된 입자 크기 영역의 상기 스크린된 입상 중고 고무 입자들의 유동을 초기 냉각시키기 위한 냉각 수단으로서, 상기 철계 금속 제거 수단 (a) 및 상기 섬유 제거 수단 (b)가 상기 냉각 수단 (c)의 상류부에 배치된 구성으로 이루어진 냉각 수단;
    (d) 상기 냉각된 입상 중고 고무 입자 유동을 속도제어가 가능한 충격면과 외부 도립 원뿔 사이로 도입하기 위한 수단을 포함하며, 상기 냉각된 입상 중고 고무 입자 유동이 사전에 결정된 온도에서 사전에 결정된 크기의 크기 영역으로 분쇄되도록 구성된 분쇄 수단; 및
    (e) 상기 분쇄된 입자들을 원하는 분쇄 고무 입자 크기 영역 및 분말 고무 입자 크기 영역 중 어느 한 영역 또는 두 영역 모두로 분리하기 위한 스크린 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 중고 고무 입자들은 중고 차량용 타이어 입자들인 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    중고 고무 입자들의 최초 장입물 내에 존재하는 불순 금속을 제거하기 위한 금속 탐지 수단;
    상기 최초 장입물을 분쇄하기 위한 주 입상화 수단;
    상기 분쇄된 고무로부터 철계 금속 및 섬유를 제거하기 위한 섬유 제거를 위한 수단이 구비된 제1 철계 금속 제거 수단; 및
    상기 분쇄된 입자들을 스크린하기 위한, 섬유 제거 수단이 제공되어 있는 주 스크린 수단을 포함하고 있으며, 상기 수단들 모두는 상기 냉각 수단의 상류부에 위치하고 있는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 주 스크린 수단을 통과하지 못하는 고무 입자들을 분쇄하기 위한 제2 입상화 수단; 및
    상기 주 스크린 수단을 통과한 상기 고무 입자들을 홀딩하기 위한 예비 처리된 고무 입자 호퍼를 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 예비 처리된 고무 입자 호퍼로부터 배출되는 상기 예비 처리된 고무 입자들로부터 철계 금속 및 섬유를 제거하기 위한 제2 철계 금속 및 섬유 제거 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 철계 금속 및 섬유 제거 수단으로부터 배출되는 상기 고무 입자들로부터 섬유를 제거하기 위한 제3 섬유 제거 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기의 모든 섬유 제거 수단에 의해 제거된 상기 제거 섬유의 저장을 위한 섬유 사이클론 및 백하우스를 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  24. 제17항에 있어서,
    기준 미달 중고 고무 입자들로부터 과대 입자 및 섬유를 제거하기 위해 기준 미달 중고 고무 입자들이 스크린되는 주 스크리너 및 섬유 제거 수단으로 상기 기준 미달 중고 고무 입자들을 도입하기 위한 기준 미달 슈퍼색 공급 호퍼를 포함하고, 상기 호퍼와 주 스크너 및 섬유 제거 수단들은 상기 냉각 수단의 상류부에 위치하고 있는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  25. 제17항에 있어서,
    분쇄 및 분말 고무의 영역 내의 크기보다 큰 입자들을 걸러 내고 예비 처리된 중고 고무 입자들로부터 철계 금속 및 섬유를 제거하기 위해 예비 처리된 중고 고무 입자들을 도입하기 위한 예비 처리된 슈퍼색 공급 호퍼;
    상기 슈퍼색 공급 호퍼로부터 공급된 상기 예비 처리된 중고 고무 입자들로부터 철계 금속 및 섬유를 제거하기 위한 제2 철계 금속 및 섬유 제거 수단; 및
    상기 제2 철계 금속 및 섬유 제거 수단으로부터 배출된 상기 고무 입자들로부터 섬유들을 제거하기 위한 제3 섬유 제거 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 제3 섬유 제거 수단으로부터 배출되는 상기 고무 입자들을 저장하기 위한 계량 배출구가 구비된 저장통을 포함하고, 상기 저장통으로부터 상기 예비 처리된 중고 고무 입자들이 상기 냉각 수단에 공급되는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  27. 제17항에 있어서,
    상기 냉각 수단은 극저온 액체의 제어된 도입 및 상기 중고 고무 입자들의 유동의 상기 극저온 액체와의 시간적으로 제어된 접촉을 위한 수단이 구비되어 있는 원통형의 용기를 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 시간적으로 제어된 접촉은 상기 고무 입자들이 위에 배치된 상기 원통형 용기 내에 위치한 가변속 오거에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  29. 삭제
  30. 제17항에 있어서,
    상기 속도 제어형 충격면은 다수의 교체 가능한 칼날을 구비한 충격면이고, 상기 외부 도립 원뿔은 톱니형 표면을 포함하며 상기 중고 고무 입자들의 유동과 접촉하는 내면을 구비한 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 외부 도립 원뿔은 상기 충격면과 외부 도립 원뿔형 면의 톱니형 표면 간의 부피를 증가시키거나 혹은 감소시키도록 수직 방향으로 이동할 수 있는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  32. 제17항에 있어서,
    상기 극저온으로 냉각된 고무 입자들의 분쇄 유동을 주위 온도로 건조하기 위한 건조 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 건조 수단은 밀도가 큰 고무 입자들로부터 밀도가 작은 섬유를 분리하기 위해 가스를 동반한 유동이 제공되는 회전식 건조기인 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 극저온 유체는 액체 질소이고, 상기 냉각 수단에는 상기 중고 고무 입자들의 냉각에 따라 기화된 질소 가스를 재순환시키기 위한 도관 수단이 구비되어 있으며, 상기 기화된 질소 가스는 상기 중고 고무 입자 유동과 동시에 상기 냉각 수단으로 흐르는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 건조 수단의 하류부에 배치되어 있는, 상기 건조된 고무 입자들로부터 철계 금속 및 섬유를 제거하기 위한 최종 철계 금속 제거 및 제4 섬유 제거 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 건조 수단의 하류부에 배치되어 있는 상기 최종 철계 금속 제거 및 제4 섬유 제거 수단은 자석 분리기를 포함하고 있고, 상기 자석 분리기는 진동 팬 스크린의 하부에 배치되어 있고, 상기 철계 금속은 상기 스크린의 아래에서 제거되고 상기 섬유들은 상기 스크린의 위에서 제거되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 최종 철계 금속 제거 및 제4 섬유 제거 수단으로부터 배출되는 상기 고무 입자들로부터 섬유를 제거하기 위한, 상기 최종 철계 금속 제거 및 제4 섬유 제거 수단의 하류부에 배치된 제5 섬유 제거 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 제5 섬유 제거 수단은 가벼운 섬유가 섬유 사이클론 및 백하우스로 제거되어 들어가는 원심 스크리너를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    상기 제5 섬유 제거 수단의 하류부에 배치되어 있는 분쇄 및 분말 고무의 크기 영역을 초과하는 크기를 가지는 고무 입자들을 제거하기 위한 2단 스크린 수단을 포함하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 과대 입자들은 계량 배출구가 구비된 저장통으로 재순환되고, 상기 저장통은 하류부에서 상기 냉각 수단과 소통하고 있으며; 또한 상기 2단 스크린 수단을 통과한 상기 입자들은 3단 스크린 수단으로 이송되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 3단 스크린 수단은 U.S. 시브 사이즈 No.40 스크린을 통과하는 입자들을 홀딩하기 위한 U.S. 시브 사이즈 No.80의 상부 스크린으로서, 상기 상부 스크린 상에 포획된 상기 입자들이 이송 수단에 의해 U.S. 시브 사이즈 No.40 내지 U.S. 시브 사이즈 No.80의 크기를 갖는 분쇄 고무를 저장하는 저장통으로 이송되도록 구성된 상기 상부 스크린; 및
    U.S. 시브 사이즈 No.140의 하부 스크린으로서, 상기 하부 스크린 상에 포획된 상기 입자들이 이송 수단에 의해 U.S. 시브 사이즈 No.80 내지 U.S. 시브 사이즈 No.140의 크기를 갖는 분쇄 고무를 저장하는 저장통으로 이송되도록 구성된 상기 하부 스크린을 포함하고,
    상기 하부 스크린을 통과한 상기 입자들은 이송 수단에 의해 U.S. 시브 사이즈 No.140 보다 더 미세한 입자들을 저장하기 위한 분말 고무 저장통으로 이송되도록 구성된 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 저장통으로의 이송은 공압 수단에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 분쇄 및 분말 고무 생산 장치.
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