KR101343935B1 - 응축장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 응축장치는, 반응관 내부의 상측에 탈착가능하게 설치되되, 표면에 응축되는 응축금속과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 상기 응축금속과 동일한 재질이거나 상기 응축금속을 함유한 합금재질로 형성된 응축수단을 포함함으로써, 응축금속을 별도의 분리장비를 운용하고 이와 함께 분리작업을 수행하지 않고, 간편하고 용이하게 순 금속용 또는 합금금속용 용해로에 투입하여 간편하고 용이하게 응축금속을 회수할 수 있다.

Description

응축장치{Apparatus for condensing in metal refinement}

본 발명은 응축장치로서, 금속을 열환원하기 위한 응축장치에 관한 것이다.

열 환원법(Pidgeon Process)을 이용하여 백운석(Dolomite) 광석으로부터 금속 마그네슘을 제련하는 공정 중 열 환원 반응관(Retort) 내에서 금속 마그네슘을 응축한다.

밀폐되어 있는 반응관 내에 소성 Dolomite(MgCO₃·CaCO₃)와 환원제인 페로 실리콘(Ferro Silicon) 그리고 형석을 일정 비율로 혼합한 단광을 원료로 열 환원 반응이 가능한 온도 및 진공을 유지하게 되면 금속 마그네슘의 높은 증기압 특성으로 발생하는 마그네슘 증기를 소정의 위치에 응축시켜 회수할 수 있다.

이와 같은 열 환원 제련 방법인 피죤(Pidgeon)법에서 금속 마그네슘 증기를 응축하는 역할을 하는 응축기(Condenser)는, 일반적으로 스틸 튜브형태로 그 외부에는 마그네슘 증기를 응결시키기 위해 주위 계(System)의 온도보다 월등히 낮은 온도를 유지해야 하므로 냉각기가 설치되어 반응관 내부 온도보다 낮은 온도를 유지한다.

이때, 응축기에 응축한 금속은 치밀하게 응축하게 되며 응축기와 견고한 상태로 내부에 붙어 있게 되는데, 열 환원 반응이 끝나고 나면 반응관으로부터 응축기를 분리한 다음 응축기에 응축된 금속 마그네슘 크라운을 회수하게 된다.

여기에서, 응축기로부터 응축한 금속을 분리하기 위해서는 물리적인 힘을 가하여 분리하는데 금속 마그네슘 크라운과 응축기가 단단하게 응착되어 있어 떼어내기 까다롭다.

아울러, 이 과정에서 변형이 생기거나 산화마그네슘 등 열 환원 반응 과정에서 생성된 비금속 물질에 의한 심한 표면오염이 발생함으로써, 응축기 재활용을 위해 온전한 응축기 상태 유지를 위해 또 다른 에너지를 투입해야만 하는 한계점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 표면에 응축되는 응축금속과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 응축금속과 동일한 재질이거나 응축금속을 포함한 합금재질인 응축수단을 구비하는 응축장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 응축장치는, 하부에 히터가 장착되고 상부에 냉각기가 장착되어 내부에 수용된 원료광석을 열환원하는 반응관; 및 상기 반응관 내부의 상측에 탈착가능하게 설치되되, 표면에 응축되는 응축금속과 동일한 재질이거나 상기 응축금속을 함유하는 합금재질로 형성된 응축수단;을 포함한다.

이때, 상기 응축수단은 하부 개방된 통형으로서 상기 반응관의 내부 형상과 대응되며, 상기 원료광석 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 응축되는 표면적을 넓히도록 내면이 주름형 구조인 것이 바람직하다.

또한, 상기 응축수단의 내면이 하방 테이퍼진 구조인 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명은, 상방 개구된 상기 반응관의 상부에 장착되며, 하면에 응축된 응축금속과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 상기 응축금속과 동일한 재질이거나 상기 응축금속을 포함한 합금재질인 마개;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 반응관의 내면에는 상기 응축수단을 상방지지하도록 받침대가 형성된 것이 바람직하다.

아울러, 바람직한 일례로서, 상기 응축금속은 마그네슘인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 응축장치는, 반응관 내부의 상측에 탈착가능하게 설치되되, 표면에 응축되는 응축금속과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 상기 응축금속과 동일한 재질이거나 상기 응축금속을 함유한 합금재질로 형성된 응축수단을 포함함으로써, 응축금속을 별도의 분리장비를 운용하고 이와 함께 분리작업을 수행하지 않고, 간편하고 용이하게 순 금속용 또는 합금금속용 용해로에 투입하여 간편하고 용이하게 응축금속을 회수할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 응축장치의 내부를 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 응축장치의 응축수단을 나타낸 사시도이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 응축장치의 내부를 나타낸 도이고, 도 2는 도 1의 응축장치의 응축수단을 나타낸 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 원료광석(5)을 열환원하는 반응관(4)(retort)과, 상기 반응관(4) 내에 설치된 응축수단(20)을 포함한다. 여기에서, 본 발명의 반응관(4)은 일례로서 마그네슘을 열환원하기 위한 것으로서, 응축수단(20)에 응축되는 응축금속(29)은 마그네슘이다.

이때, 상기 반응관(4)은 하부에 히터(1)가 장착되고 상부에 냉각기(2)가 장착되어 내부에 수용된 원료광석(5)을 열환원하는 역할을 수행한다.

이러한 반응관(4)은 바람직하게 원통형으로서, 내부에 코어(4a)가 바닥으로부터 상측으로 길이방향을 따라 길게 배치된다. 여기에서, 코어(4a)는 열환원에 있어서 가열되는 반응관(4)과 원료광석(5)의 열교환되는 접촉면적을 넓히기 위한 부재이다.

이에 더하여, 반응관(4)은 상부의 진공배출관(3)을 통해 공기가 외부로 배출되어 내부가 진공상태로 됨으로써, 응축수단(20)에 의한 응축이 보다 원활하게 이루어지도록 한다.

상기 반응관(4) 내부에서 원료광석(5)의 혼합체가 진공상태로 가열되면, 그 중 금속성분이 환원되어 증기상태로 증발 상승하여 상기 응축수단(20)의 표면에 응축됨에 따라 응축금속(29)이 생성된다.

이와 같은 응축수단(20)은 표면에 응축금속(29)이 일정 정도 이상으로 응축되면 반응관(4)으로 분리한 후, 응축금속(29)을 응축수단(20)으로부터 별도의 장치 및 작업에 의해 떼어내지 않고, 정련설비에서의 용해로에 투입하여 간편하고 용이하게 응축금속(29)을 회수할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

상기와 같은 응축수단(20)의 배치구조에 대해 살펴보면, 반응관(4) 내부의 상측에 설치되어 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 상승하면 표면에 응축되도록 한다.

응축수단(20)이 배치된 반응관(4)의 상부 외주면에는 냉각기(2)가 설치되어, 이의 내측에 배치된 응축수단(20)의 온도가 낮아지기 때문에, 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 응축수단(20)의 표면에 응축하게 된다.

이때, 상기 냉각기(2)는 바람직하게 내부에 냉각수가 유동하는 쿨링워터재킷(cooling water jacket)이 활용되는 것이 바람직하다.

이와 같은 응축수단(20)이 반응관(4) 내부에서 견고하게 위치고정되기 위해, 반응관(4) 내부의 상측 부위에는 응축수단(20)을 받치는 받침대(22)가 형성된 것이 바람직하다.

즉, 응축수단(20)이 일례로서 반응관(4)보다 직경이 작은 원통형 구조로서, 반응관(4)의 마개(30)를 열고 반응관(4) 내부에 끼워서 넣어질 때, 상기 받침대(22)는 응축수단(20)의 하단부를 상방 지지하여 견고하게 위치고정을 한다.

나아가, 상기 받침대(22)는 응축수단(20)이 반응관(4)으로부터 분리하는 경우에 용이하게 탈거될 수 있는 구조를 이루는 것이 바람직하다.

한편, 상기 응축수단(20)은 용해로로 투입하여 회수되도록 상기 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 상기 응축금속(29)을 포함한 합금재질이다.

응축수단(20)의 표면, 즉 반응관(4) 내부에 배치된 경우에 그 내면에 응축된 응축금속(29)이 회수하기에 적정한 크기로 커지게 되면, 응축수단(20)을 반응관(4)으로부터 탈거하여 분리하게 되는데 이러한 상태에서 응축금속(29)을 회수하기 위해서, 정련설비에서의 용해로에 투입하면 된다.

이때, 제련공장에서는 순(pure) 금속용과 합금금속용의 두 가지 이상의 정련설비용 용해로가 마련되어 있는데, 여기에서 응축수단(20)이 응축금속(29)과 동일한 재질인 경우에 순 금속용 용해로와 합금금속용 용해로에 투입하여 회수할 수 있고, 응축금속(29)을 포함한 합금재질인 경우에는 이와 동일한 재질의 합금금속용 용해로에 투입하여 회수할 수 있다.

이와 같이, 응축수단(20)의 표면에 응축된 응축금속(29)을 회수하기 위해, 응축수단(20)으로부터 응축금속(29)을 분리하기 위한 물리적인 힘을 가해야 한다.

이를 위해 별도의 분리장비를 운용하고 이와 함께 분리작업을 수행해야 하는데, 본 발명의 응축수단(20)은 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 응축금속(29)을 포함한 합금재질이기 때문에, 간편하고 용이하게 순 금속용 또는 합금금속용 용해로에 투입하기만 하면 된다.

즉, 상기 응축수단(20)은 간편하고 용이하게 응축금속(29)을 회수할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

그리고, 이와 같은 응축수단(20)의 구조에 대해 구체적으로 살펴보면, 반응관(4)의 내부 형상과 대응되는 통형으로서 반응관(4)의 내측에 인입되어 내주면에 거의 접할 수 있는 구조를 취한다.

이때의 응축수단(20)은 하부 개방된 통형으로서, 하측으로부터 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 상승되어 내측 표면에 이르러서 응축될 수 있는 구조를 이룬다. 아울러, 응축수단(20)은 상하부 개방된 통형을 취할 수 있음은 물론이다.

나아가, 응축수단(20)은 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 응축되는 표면적을 넓히도록 내면이 주름형(wrinkles) 구조인 것이 더욱 바람직하다.

응축수단(20)은 반응관(4) 내부에 배치되면 반응관(4) 외주면의 냉각기(2)에 의해 온도가 낮음으로써 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 표면에 응축되는데, 응축수단(20)이 반응관(4)의 내주면을 따라 배치됨에 따라 응축수단(20)의 내면에 응축하게 된다.

이에 따라, 상기 응축을 보다 효율적으로 넓은 범위에서 이루어지도록 하기 위해, 응축수단(20)의 내면이 주름형으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 응축수단(20)의 내면이 하방 테이퍼진 구조인 것이 바람직하다.

이와 같이 응축수단(20)의 내면이 하측으로 내려갈수록 내측으로 경사진 구조를 취함으로써, 응축된 응축금속(29)이 하측으로 낙하되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 응축수단(20)의 내면이 수직 형상인 경우에는 응축금속(29)이 응축수단(20)의 내면에 응축된 후, 자중에 의해 하측으로 내려오면서 낙하할 수 있는데, 본 발명의 응축수단(20)은 그 내면이 하방 테이퍼진 구조를 취함으로써, 응축금속(29)이 응축수단(20)의 내면에 용이하면서도 안정적으로 고정될 수 있도록 한다.

물론, 이때의 하방경사는 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 하측으로부터 상승되어 유입되는 것을 제한하지 않도록 적정한 경사를 이루는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명은 상방 개구된 상기 반응관(4)의 상부에 장착된 마개(30)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 마개(30)는 하면에 응축된 응축금속(29)과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 금속을 포함한 합금재질인 것이 바람직하다.

이에 따라, 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 응축수단(20)의 내면과 함께 마개(30)의 하면에 응축하게 되면, 응축금속(29)을 회수하기 위해서 응축수단(20)과 함께 마개(30)도 정련설비에서의 용해로에 투입하게 된다.

상기와 같이 본 발명은, 반응관(4) 내부의 상측에 탈착가능하게 설치되되, 표면에 응축되는 응축금속(29)과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 상기 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 상기 응축금속(29)을 포함한 합금재질인 응축수단(20)을 포함함으로써, 응축금속(29)을 별도의 분리장비를 운용하고 이와 함께 분리작업을 수행하지 않고, 간편하고 용이하게 순 금속용 또는 합금금속용 용해로에 투입하여 간편하고 용이하게 응축금속(29)을 회수할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 히터 2 : 냉각기
3 : 진공배출관 4 : 반응관
4a : 코어 5 : 원료광석
20 : 응축수단 22 : 받침대
29 : 응축금속 30 : 마개

Claims (6)

1. 하부에 히터(1)가 장착되고 상부에 냉각기(2)가 장착되어 내부에 수용된 원료광석(5)을 열환원하는 반응관(4); 및 상기 반응관(4) 내부의 상측에 탈착가능하게 설치되되, 표면에 응축되는 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 상기 응축금속(29)을 함유하는 합금재질로 형성된 응축수단(20);을 포함하며,
   상방 개구된 상기 반응관(4)의 상부에 장착되며, 하면에 응축된 응축금속(29)과 함께 용해로로 투입하여 회수되도록 상기 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 상기 응축금속(29)을 포함한 합금재질인 마개(30);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 응축장치.
   
2. 하부에 히터(1)가 장착되고 상부에 냉각기(2)가 장착되어 내부에 수용된 원료광석(5)을 열환원하는 반응관(4); 및 상기 반응관(4) 내부의 상측에 탈착가능하게 설치되되, 표면에 응축되는 응축금속(29)과 동일한 재질이거나 상기 응축금속(29)을 함유하는 합금재질로 형성된 응축수단(20);을 포함하며,
   상기 반응관(4)의 내면에는 상기 응축수단(20)을 상방지지하도록 받침대(22)가 형성된 것을 특징으로 하는 응축장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 응축수단(20)은 하부 개방된 통형으로서 상기 반응관(4)의 내부 형상과 대응되며, 상기 원료광석(5) 중 열환원된 증기상태의 금속성분이 응축되는 표면적을 넓히도록 내면이 주름형 구조인 것을 특징으로 하는 응축장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 응축수단(20)의 내면이 하방 테이퍼진 구조인 것을 특징으로 하는 응축장치.
   
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 응축금속(29)은 마그네슘인 것을 특징으로 하는 응축장치.

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