KR101364065B1 - 마그네슘 제조장치 - Google Patents

Abstract

마그네슘 제조장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치는 내부에 마그네슘 단광이 삽입되어 산화마그네슘의 환원반응이 이루어지는 리토르트와, 상기 리토르트의 외측에 설치되어 리토르트를 가열하는 가열로와, 상기 리토르트와 연결되어 리토르트에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키는 응축기를 포함하되, 상기 마그네슘 단광이 내부에 적재된 상태로, 상기 리토르트의 내부로 삽입되는 단광용기를 더 포함한다.

Description

마그네슘 제조장치{DEVICE FOR MANUFACTURING MAGNESIUM}

본 발명은 마그네슘 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘 단광을 열환원하여 순 마그네슘으로 제조 시, 마그네슘 단광의 투입과, 열환원 완료 후 슬러그를 배출할 때 분진 발생을 최소화시키도록 하는 마그네슘 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘을 함유한 합금재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 경량성, 우수한 전자파 차폐 특성이 있다. 이러한 이유로 최근에는 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 등의 부품으로 마그네슘의 사용이 확대되고 있다.

이러한 마그네슘 금속을 만드는 제련방법은 전해법과 금속 열환원법으로 나눌 수 있으며, 마그네슘이 발견된 초기에는 바닷물이나 마그네사이트를 원료로 수력발전을 통해 저렴한 전력공급이 가능한 노르웨이, 캐나다 등의 국가에 건설된 마그네슘 전해설비를 통해 대량생산이 이루어져 왔다.

이후 1941년 캐나다 피죤(Pidgeon)박사에 의해 개발된 규소열환원법에 의한 마그네슘제조방법이 1990년대 중반이후 중국에 전달되면서 원료광물로 사용되는 고품위의 풍부한 백운석 광물 및 저렴한 인적자원과 전무상태의 환경규제로 따라 급속한 양적성장을 가져와 서구중심의 전해법에 의한 마그네슘 금속생산은 경쟁력 상실로 축소되고, 중국중심의 열환원법에 의한 마그네슘 생산이 급속히 증대되면서 2007년말기준으로 전세계 생산량이 81만톤에 이르렀으며 이중 80%이상이 중국에서 열환원법에 의해 생산되고 있다.

이와 같은 열환원 공정은 전해정련 공정에 비해 설비투자비가 저렴하며 설비유지비 및 전기에너지 사용량이 적은 장점이 있다.

종래 기술에 따른 마그네슘 제조장치는 반응관인 리토르트을 통해 마그네슘이 포함된 단광을 반응온도까지 가열하여 순 마그네슘을 얻게 되는데, 보통 리토르트를 수평으로 하는 수평형 열환원 제조공법을 통해 마그네슘을 제조하였으나, 최근에는 수평형 열환원 공법에 비해 여러 장점을 가진 수직형 열환원 공법를 적용하여 마그네슘을 제조하고 있다.

이러한 수직형 열환원 제조공법이 적용된 종래의 마그네슘 제조장치는 경소백운석과 페로실리콘, 및 형석을 분쇄하여 제조된 마그네슘 단광이 가열로의 내부에 수직하게 설치된 리토르트의 상부에서 장입되면, 리토르트의 외부의 가열로에서 리토르트에 약 1200℃ 정도의 열을 공급하여 마그네슘 단광을 환원시킴으로써, 마그네슘 증기를 발생시킨다.

발생된 마그네슘 증기는 리토르트에 연결된 응축기에서 응축되어 고체상의 마그네슘 크라운(crown)으로 석출되며, 상기 일련의 공정이 완료되면 리토르트의 상부를 개방하여 응축된 마그네슘 크라운을 추출하고 반응관 하부를 개방하여 반응이 완료된 단광을 외부로 배출한다.

그러나 상기와 같은 종래의 마그네슘 제조장치는 마그네슘 단광의 장입 시, 분진이 다량 발생하고, 열환원 반응이 완료된 마그네슘 단광은 슬러그의 형태로 변형되어 리토르트의 하부구를 통해 배출되는데, 이때, 슬러그로부터 고온의 분진이 다량으로 발생하여 작업성이 저하되고, 작업환경이 나빠져 작업자의 건강에 유해를 끼치는 문제점이 있다.

또한, 발생된 분진은 리토르트의 상부구와 하부구에 부착됨에 따라, 리토르트 내부를 진공상태로 유지하기가 어려워지며, 리토르트의 하부구에서는 슬러그의 배출만 수행되는 반면, 상부구에서는 마그네슘 단광의 장입, 응축기의 삽입 및 배출 등의 여러 작업이 수행됨에 따라 자동화가 난이한 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마그네슘 단광을 열환원하여 순 마그네슘으로 제조 시, 리토르트 내부로 마그네슘 단광의 투입과, 열환원 완료 후 슬러그를 배출할 때 분진 발생을 최소화하는 동시에, 마그네슘 단광의 장입 및 배출을 자동화 공정으로 수행함으로써, 작업성 향상 및 작업환경을 개선하고, 자동화율을 향상시켜 생산성을 향상시키도록 하는 마그네슘 제조장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치는 내부에 마그네슘 단광이 삽입되어 산화마그네슘의 환원반응이 이루어지는 리토르트와, 상기 리토르트의 외측에 설치되어 리토르트를 가열하는 가열로와, 상기 리토르트와 연결되어 리토르트에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키는 응축기를 포함하되, 상기 마그네슘 단광이 내부에 적재된 상태로, 상기 리토르트의 내부로 삽입되는 단광용기를 더 포함할 수 있다.

상기 단광용기는 상기 마그네슘 단광이 내부에 적재되며, 상기 리토르트의 내부로 삽입되는 원통 형상의 몸체부; 상기 몸체부의 하부에 구비되어 내부에 적재된 상기 마그네슘 단광의 가열 시, 상기 몸체부의 하부를 단열하는 단열부; 및 상기 단열부의 하부에서 상기 몸체부의 하단에 장착되어 상기 몸체부의 하단을 폐쇄하는 고정부를 포함할 수 있다.

상기 고정부는 외주면에 적어도 하나 이상의 가이드 돌기가 일체로 형성될 수 있다.

상기 가이드 돌기는 상기 고정부의 외주면 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있다.

상기 리토르트는 상기 가이드 돌기에 대응하여 하단부 내주면에 가이드 홈이 형성될 수 있다.

상기 가이드 홈은 상기 리토르트의 내주면 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있다.

상기 리토르트는 상기 각 가이드 홈의 사이에 상기 고정부의 가이드 돌기가 상부에 안착되는 안착부가 형성될 수 있다.

상기 단광용기는 유압 리프터의 전, 후진 작동을 통해 상기 리토르트의 내부로 삽입 및 배출될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치에 의하면, 마그네슘 단광을 열환원하여 순 마그네슘으로 제조 시, 리토르트 내부로 마그네슘 단광의 투입과, 열환원 완료 후 슬러그를 배출할 때 분진 발생을 최소화하는 동시에, 마그네슘 단광의 장입 및 배출을 자동화 공정으로 수행함으로써, 작업성을 향상시키고, 작업환경을 개선하여 작업자의 건강 유해를 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 자동화율을 향상시킴으로써, 작업시간을 단축하여 마그네슘 생산성을 극대화시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시에에 따른 마그네슘 제조장치에 적용되는 단광용기의 단면 구성도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치의 단계별 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시에에 따른 마그네슘 제조장치에 적용되는 단광용기의 단면 구성도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B 선에 따른 단면도이다.

이하 설명에서는 마그네슘을 제조하기 위한 장치를 예로서 설명하나, 이에 한정되지 않으며, 마그네슘을 포함한 모든 금속의 열환원 제련 공정을 위한 제조 장치에 모두 적용 가능하다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치(1)는 리토르트(10) 내부에 장입 및 열환원 후 슬러그 배출 시에 발생되는 분진을 최소화하는 동시에, 마그네슘 단광의 장입 및 배출을 자동화 공정으로 수행함으로써, 작업성 향상 및 작업환경을 개선하고, 자동화율을 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치(1)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 기본적으로, 내부에 마그네슘 단광이 삽입되어 산화마그네슘의 환원반응이 이루어지는 리토르트(10)와, 상기 리토르트(10)의 외측에 설치되어 리토르트(10)를 가열하는 가열로(20)와, 상기 리토르트(10)에 연결되어 리토르프(10)에서 생성된 마그네슘 증기를 고체 상태의 마그네슘 크라운으로 응축시키는 응축기(30)를 포함하여 구성된다.

상기 응축기(30)는 상기 리토르트(10)의 상단부에 설치되며, 리토르트(10)의 상단과 하단은 상판(11)과 하판(13)에 의해 밀폐된다.

상기 상판(11)과 하판(13)은 상기 리토르트(10)의 상단과 하단 사이에 시일링(15)을 개재시켜 장착될 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 마그네슘 제조장치(1)는 상기 마그네슘 단광이 내부에 적재된 상태로, 리토르트(10)의 내부로 삽입되는 단광용기(50)를 더 포함하여 구성된다.

본 실시예에서, 상기 단광용기(50)는, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 몸체부(51), 단열부(53), 및 고정부(55)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 몸체부(51)는 원통 형상으로 형성되며, 상기 마그네슘 단광이 내부에 적재되며, 상기 리토르트(10)의 내부로 상기 유압 리프트(60)에 의해 삽입된다.

본 실시예에서, 상기 단열부(53)는 상기 몸체부(51)의 하부에 구비되어 내부에 적재된 상기 마그네슘 단광의 가열 시, 상기 몸체부(51)의 하부를 단열하게 된다.

그리고 상기 고정부(55)는 상기 단열부(53)의 하부에서 상기 몸체부(51)의 하단에 장착되어 상기 몸체부(51)의 하단을 폐쇄시키게 된다.

여기서, 상기 고정부(55)는 외주면에 적어도 하나 이상의 가이드 돌기(57)가 일체로 형성된다.

상기 가이드 돌기(57)는 상기 고정부(55)의 외주면 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 90°각도로 이격되어 상기 고정부(55)의 외주면 둘레를 따라 4 개소에 이격되어 형성된다.

그리고 상기 리토르트(10)는 상기 가이드 돌기(57)에 대응하여 하단부 내주면에 가이드 홈(17)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 가이드 홈(17)은 상기 리토르트(10)의 내주면 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 90°각도로 이격되어 고정부(55)에 형성된 4개의 가이드 돌기(57)에 대응하여 리토르트(10)의 내주면 둘레에 90°각도로 이격되어 4 개소에 형성된다.

또한, 상기 리토르트(10)는 상기 각 가이드 홈(17)의 사이에 상기 고정부(55)의 가이드 돌기(57)가 상부에 안착되는 안착부(19)가 형성된다.

상기 각 안착부(19)는 각 가이드 홈(17)에 각 가이드 돌기(57)가 삽입된 상태로 상기 단광용기(50)의 삽입이 완료되어 45°각도로 회전되면, 각 가이드 돌기(57)가 안착부(19)의 상부에 위치되어 단광용기(50)의 하부를 안정적으로 지지함으로써, 리토르트(10)로부터 단광용기(50)의 이탈을 방지하는 기능을 하게 된다.

한편, 본 실시예서는 상기 가이드 돌기(57)와 가이드 홈(17)이 90°각도로 이격되어 4개가 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 가이드 돌기(57)와 가이드 홈(17)의 개수 및 위치는 변경하여 적용이 가능하다.

이와 같이 구성되는 상기 단광용기(50)는 상기 가열로(20)의 외부에서 이동 가능하게 구비되는 유압 리프터(60)의 전, 후진 작동을 통해 상기 리토르트(10)의 내부에 자동으로 장입 및 배출될 수 있다.

즉, 마그네슘 단광이 적재된 상태의 단광용기(50)는 유압 리프터(60)에 의해 이동되어 리토르트(10)의 내부로 삽입되며, 상기 리토르트(10)의 내부에서 열환원 반응이 완료된 후에는 다시 유압 리프터(60)를 통해 리토르트(10)로부터 배출되는 것이다.

여기서, 상기 유압 리프터(60)는 상기 단광용기(50)의 삽입 후, 상기 각 가이드 돌기(57)가 각 안착부(19)의 상부에 위치되도록 단광용기(50)를 회전시킬 수 있도록 전, 후진 및 회전 가능한 구조로 이루어진다.

그리고 마그네슘 단광의 열환원 완료 후, 상기 유압 리프터(60)는 상기 단광용기(50)를 일정높이로 상승시킨 상태에서, 각 가이드 돌기(57)가 가이드 홈(17)에 위치되도록 전술한 바와는 반대로 회전하여 상기 단광용기(50)를 리토르트(10)로부터 배출시키게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 가열로(20)는 상기 리토르트(10)를 가열하기 위해 내부에 각각 가스버너(21)가 설치된다. 상기 각 가스버너(21)는 상기 유압 리프터(60)를 통해 마그네슘 단광이 적재된 단광용기(50)가 리토르트(10)의 내부로 삽입이 완료되면, 상기 리토르트(10)에 약 1200℃ 정도의 열을 공급하여 마그네슘 단광을 환원시키게 된다.

여기서, 상기 리토르트(10)는 내부로 삽입되는 상기 단광용기(50)의 상부에 대응하여 방열판(40)이 구비되어 리토르트(10) 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 최소화함으로써, 마그네슘 단광의 열환원 반응을 촉진시키게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치의 단계별 작동 상태도이다.

먼저, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 리토르트(10)의 상부에 응축기(30)를 장착한 후, 상판(11)을 통해 밀폐시키고, 하판(13)을 탈거하여 하부를 개방시킨 상태로 유지하게 된다.

이러한 상태에서, 상기 유압 리프터(60)는 내부에 마그네슘 단광이 적재된 단광용기(50)를 상부에 안착시킨 상태로 이동하여 하판(13)이 탈거된 리토르트(10)의 하부에 단광용기(50)를 위치시키게 된다.

그런 후, 상기 유압 리프터(60)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 전진 작동을 하여 단광용기(50)를 상기 리토르트(10)의 하부에서 상부로 삽입하게 되는데, 이 때, 상기 고정부(55)의 가이드 돌기(57)는 리토르트(10)의 가이드 홈(17)에 맞게 배치된 상태로 가이드 홈(17)을 따라 안정적으로 삽입된다.

상기 단광용기(50)의 삽입이 완료되면, 상기 유압 리프터(60)는 각 가이드 돌기(57)가 안착부(19)의 상부에 위치되도록 단광용기(50)를 일정각도 회전시킨 상태로, 후진작동을 하여 리토르트(10)의 내부에서 외부로 빠져 나오게 된다.

이에 따라, 상기 단광용기(50)는 각 가이드 돌기(57)가 안착부(19)의 상부에 안착되어 리토르트(10)의 내부에 삽입된 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서, 리토르트(10)는 하판(13)을 통해 하부가 밀폐되며, 단광용기(50)가 내부에 삽입된 리토르트(10)의 밀폐가 완료되면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 가스버너(21)가 점화되어 리토르트(10)에 양 1200℃의 열을 가하게 된다.

그러면, 상기 리토르트(10)의 내부에서 단광용기(50)에 적재된 마그네슘 단광은 열환원 반응이 일어나면서 마그네슘 증기를 발생시키며, 발생된 마그네슘 증기는 리토르트(10)의 상부에 장착된 응축기(30)에서 응축되어 고체상의 마그네슘 크라운(crown)으로 응축기(30)의 상부에 부착된다.

상기 마그네슘 단광의 열환원 반응이 완료되면, 다시 하판(13)을 개방하고, 유압 리프트(60)를 통해 리토르트(10)에 삽입 시와는 반대로, 단광용기(50)를 일정높이로 상승시킨 후, 반대방향으로 회전시킨 상태로, 후진 작동을 하여 리토르트(10)의 외부로 배출하게 된다.

그런 후, 상판(11)을 개방하여 응축기(30)를 빼내어 마그네슘 크라운을 석출함으로써, 작업을 완료하게 되며, 상기와 같은 작업을 반복 수행하여 마그네슘 단광으로부터 마그네슘 크라운을 석출하게 된다.

한편, 본 발명의 예시적인 작동을 설명함에 있어, 상기 응축기(30)가 리토르트(10)의 상부에 먼저 삽입되어 장착되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 응축기(30)는 단광용기(50)와 함께 리토르트(10)의 내부로 동시에 삽입 또는 배출될 수도 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치(1)는 마그네슘 단광을 직접 리토르트(10)의 내부로 장입하지 않아도 됨으로써, 마그네슘 단광 장입 시 발생되는 분진과, 열환원 완료 후, 슬러그 배출 시에 발생되던 분진을 최소화하는 효과를 이룰 수 있게 된다.

그리고 리토르트(10)의 상부에서는 응축기(30)의 삽입 및 배출 작업이 수행되고, 하부에서는 마그네슘 단광이 적재된 단광용기(50)의 장입 및 배출 작업이 유압 리프터(60)를 통해 수행됨에 따라 자동화가 용이해 진다.

또한, 자동화 공정 적용을 통해 응축기(30)와 단광용기(50)의 삽입 및 배출작업을 동시에 진행할 수도 있어 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 제조장치(1)를 적용하면, 마그네슘 단광을 열환원하여 순 마그네슘으로 제조 시, 리토르트(10) 내부로 마그네슘 단광의 투입과, 열환원 완료 후 슬러그를 배출할 때 분진 발생을 최소화하는 동시에, 마그네슘 단광의 장입 및 배출을 자동화 공정으로 수행함으로써, 작업성을 향상시키고, 작업환경을 개선하여 작업자의 건강 유해를 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 자동화율을 향상시킴으로써, 작업시간을 단축하여 마그네슘 생산성을 극대화시킬 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 마그네슘 제조장치 10 : 리토르트
11 : 상판 13 : 하판
15 : 시일링 17 : 가이드 홈
19 : 안착부 20 : 가열로
21 : 가스버너 30 : 응축기
40 : 방열판 50 : 단광용기
51 : 몸체부 53 : 단열부
55 : 고정부 57 : 가이드 돌기
60 : 유압 리프터

Claims (8)

1. 내부에 마그네슘 단광이 삽입되어 산화마그네슘의 환원반응이 이루어지는 리토르트와, 상기 리토르트의 외측에 설치되어 리토르트를 가열하는 가열로와, 상기 리토르트와 연결되어 리토르트에서 생성된 마그네슘 증기를 응축시키는 응축기를 포함하되,
   상기 마그네슘 단광이 내부에 적재된 상태로, 상기 리토르트의 내부로 삽입되는 단광용기를 더 포함하고,
   상기 단광용기는
   상기 마그네슘 단광이 내부에 적재되며, 상기 리토르트의 내부로 삽입되는 원통 형상의 몸체부;
   상기 몸체부의 하부에 구비되어 내부에 적재된 상기 마그네슘 단광의 가열 시, 상기 몸체부의 하부를 단열하는 단열부; 및
   상기 단열부의 하부에서 상기 몸체부의 하단에 장착되어 상기 몸체부의 하단을 폐쇄하는 고정부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 고정부는
   외주면에 적어도 하나 이상의 가이드 돌기가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이드 돌기는
   상기 고정부의 외주면 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 리토르트는
   상기 가이드 돌기에 대응하여 하단부 내주면에 가이드 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가이드 홈은
   상기 리토르트의 내주면 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 리토르트는
   상기 각 가이드 홈의 사이에 상기 고정부의 가이드 돌기가 상부에 안착되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 단광용기는
   유압 리프터의 전, 후진 작동을 통해 상기 리토르트의 내부로 삽입 및 배출되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 제조장치.

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