KR101387014B1 - 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 간단하면서도 금속 스크랩 정련시 진공 챔버 내의 불순물을 용이하게 포집하도록 냉각수 순환을 통한 포획판의 온도차를 유도할 수 있는 스크랩 정련 설비의 불순물 포집장치를 개시한다. 본 발명은 투입되는 스크랩을 용융하는 과정에서 발생하는 불순물 가스를 포집하여 제거하기 위한 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치로서, 챔버 내에 위치되고 도가니의 상부에 위치하는 포획판; 및 상기 포획판에 관통연결되어 상기 불순물 가스가 유입되어 필터링하여 상기 챔버 내부로 순환시키는 순환라인을 포함하고, 상기 포획판은, 내부에 냉각수가 공급되어 냉각수 순환 유로를 통해 상기 포획판의 전체를 냉각시키는 것으로 상기 불순물 가스에 포함된 불순물이 상기 포획판의 표면에 포집되도록 유도하며, 상기 포획판의 하부면에는 박막 필름이 부착되어, 공정 후에 상기 박막 필름을 제거하는 것으로 상기 불순물을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치{Impurities extractor for scrap refining system}

본 발명은 스크랩 정련 설비의 불순물 포집장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조가 간단하면서도 금속 스크랩 정련시 진공 챔버 내의 불순물을 용이하게 포집하도록 냉각수 순환을 통한 포획판의 온도차를 유도할 수 있는 스크랩 정련 설비의 불순물 포집장치에 관한 것이다.

근래 들어, 태양전지 생산이나 티타늄 재활용을 위해 실리콘이나 다른 고용융점을 갖는 금속 스크랩을 정련하기 위한 스크랩 정련 시스템의 개발이 다방면으로 이루어지고 있다.

예를 들어 도 1은 종래의 실리콘 정련 시스템에 대한 개략적인 구성도로서, 도 1과 같이 종래의 실리콘 정련 시스템은 진공 챔버(A)와, 진공 챔버(A) 내에 배치되는 냉도가니(B)와, 냉도가니(B)에 실리콘 스크랩(6)을 공급하는 원료공급장치(C)와, 진공 챔버(A) 내의 냉도가니(B)의 상방에 배치되어 반응성 가스를 불활성 가스에 의해 플라즈마 화염 내에 유입시켜 형성된 스팀 플라즈마를 통해 실리콘 스크랩(6)을 용융시키는 스팀 플라즈마 토치(D), 및 진공 챔버(A)에 발생된 불순물 가스를 포집하기 위한 불순물 포집 장치(F)를 포함한다. 미설명 부호 1은 유도코일, 4는 세그먼트, 11은 자기장 덮개, 5는 주괴이다.

이러한 구성을 갖는 종래의 실리콘 정련 시스템은 플라즈마 처리 온도를 높여 SG 실리콘으로의 실리콘 정련능을 향상시키고 실리콘 정련 과정 중 발생되는 불순물 가스에 의한 재오염을 방지할 수 있다.

한편, 종래의 정련 시스템의 불순물 포집 장치(F)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 종래의 정련 시스템에 적용된 불순물 포집 장치(F)는 냉도가니(B)로부터 발생되는 불순물을 포함하는 진공 챔버 내의 불순물 가스를 포획하기 위한 포획판(F1)과, 포획판(F1)에 연결되어 포획된 진공 챔버 가스를 챔버 외부로 유출시키는 유출관(F2)을 포함한다.

또한 종래의 불순물 포집 장치(F)는 유출관(F2)에 연결되어 진공 챔버 가스에서 가스 상태의 불순물을 더스트로 집진하기 위한 더스트 집진기(F3)와, 진공 챔버 가스에서 미분 상태의 불순물을 걸러 내기 위한 필터(F4)를 더 포함한다.

아울러 유출관(F2)을 통과하여 정제된 진공 챔버 가스는 유입관(F5)을 통해 진공 챔버(A)로 유입되는 순환시스템을 갖는다.

그러나 종래의 정련 시스템에 적용된 불순물 포집 장치(F)는 별도의 냉각라인이 구비된 더스트 집진기(F3)가 구비되어야 하므로 구조적으로 복잡하고 설비효율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한 공정 후에 포획판(F1)에 부착된 불순물을 제거하는 공정이 용이하지 못하여 공정효율이 저하되는 문제점이 있었다. 즉 포획판(F1)에 부착된 이물질을 제거하기가 번거로운 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 구조가 간단하면서도 금속 스크랩 정련시 진공 챔버 내의 불순물을 용이하게 포집하도록 냉각수 순환을 통한 포획판의 온도차를 유도할 수 있는 스크랩 정련 설비의 불순물 포집장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 투입되는 스크랩을 용융하는 과정에서 발생하는 불순물 가스를 포집하여 제거하기 위한 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치로서, 챔버 내에 위치되고 도가니의 상부에 위치하는 포획판; 및 상기 포획판에 관통연결되어 상기 불순물 가스가 유입되어 필터링하여 상기 챔버 내부로 순환시키는 순환라인을 포함하고, 상기 포획판은, 내부에 냉각수가 공급되어 냉각수 순환 유로를 통해 상기 포획판의 전체를 냉각시키는 것으로 상기 불순물 가스에 포함된 불순물이 상기 포획판의 표면에 포집되도록 유도하며, 상기 포획판의 하부면에는 박막 필름이 부착되어, 공정 후에 상기 박막 필름을 제거하는 것으로 상기 불순물을 제거할 수 있는 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치를 제공한다.

상기 냉각수 순환 유로는, 상기 포획판의 상부에 형성된 냉각수 투입구, 상기 투입구와 연통되어 상기 포획판의 전체에 방사상으로 형성된 다수의 순환관, 상기 순환관의 단부에 각각 연통되어 투입된 상기 냉각수를 순환시키는 연결관, 및 상기 연결관의 단부에 연결되어 상기 냉각수를 순환 배출시키는 배출구를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 박막 필름은 다수가 적층되어 박막 필름층을 형성한 것일 수 있다.

상기 박막 필름은 알루미늄 박막일 수 있다.

본 발명에 따르면, 포획판 내에 냉각수 순환 라인을 형성하여 금속 스크랩 정련시 진공 챔버와의 온도차를 통해 불순물이 포획판의 표면에 용이하게 부착되게 함으로써 공정 중에 발생하는 불순물을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 포획판의 하부면에 박막 필름층을 형성하여 공정 후에 이를 제거함으로써 이물질 제거를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 실리콘 정련 시스템에 대한 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치가 설치된 상태를 보여주는 상태도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치의 포획판의 구성을 보여주는 구성도,
도 4는 도 3의 측단면을 보여주는 단면도, 및
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치의 포획판의 표면에 박막층을 형성한 상태를 보여주는 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치가 설치된 상태를 보여주는 상태도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치의 포획판의 구성을 보여주는 구성도이며, 도 4는 도 3의 측단면을 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치의 포획판의 표면에 박막층을 형성한 상태를 보여주는 예시도이다.

도 2 내지 도 4와 같이, 본 발명의 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치는 종래의 다양한 형태의 정련 시스템에 적용이 가능하나 본 발명의 실시예에서는 종래의 실리콘 정련 시스템에 적용된 것을 예를 들어 설명한다.

우선, 정련 시스템의 기본 구성에 대해 설명하면 다음과 같다. 정련 시스템은 기본적으로 도가니와 용융 인가수단을 구비한다. 본 발명에서는 도가니로서 냉각라인(20)이 적용된 냉도가니(40)가 챔버(10; 진공 챔버) 내에 설치된 것을 예로 들었다. 또한 용융 인가수단으로는 플라즈마 토치(D)가 적용된 것을 예로 들었는데, 이 플라즈마 토치(D)는 반응성 가스를 불활성 가스에 의한 플라즈마 화염 내에 유입시켜 형성된 스팀 플라즈마를 냉도가니(40)에 공급된 실리콘에 가하는 방식의 용융 인가수단의 일 예이다.

또한 냉도가니(40)에는 다수의 슬릿(30)이 형성되고 유도기전력에 의해 용탕(50)이 비접촉으로 용융되는 방식이 적용될 수 있다.

이와 같이 냉도가니(40)에 투입된 실리콘 스크랩(S)은 도가니 내에서 용융되어 주괴(80)로 인출된다. 이때 더미바(70)를 일정속도로 하강하는 것으로 연속적으로 주괴(80)를 제조할 수 있다.

한편, 상기와 같은 냉도가니(40)의 상부에는 포집장치(60)가 설치된다. 또한 포집장치(60)는 용융시 발생되는 불순물 가스를 순환시키기 위한 순환라인을 형성한다. 구체적으로 순환라인은 포획판(65)에 연통된 유출관(F2)과, 유입되는 불순물 가스 내에 불순물을 여과하기 위한 필터(F4)와, 불순물이 여과된 가스를 챔버(10) 내로 순환시키는 유입관(F5)을 포함한다.

구체적으로, 포획판(65)에는 도 3 및 도 4와 같이 내부에 냉각수가 공급되어 포획판(65)을 냉각시키기 위한 냉각수 순환 유로가 형성된다. 이 냉각수 순환 유로는 포획판(65) 전체를 냉각시키는 것으로 불순물 가스에 포함된 불순물이 상기 포획판의 표면에 포집되도록 유도하는 역할을 한다. 즉 챔버 내부와의 온도차를 형성함으로써 부유하는 불순물 가스의 불순물이 포획판(65) 표면에 점착되도록 유도하는 것이다.

이를 위해, 냉각수 순환 유로는 포획판(65)의 상부에 형성된 냉각수 투입구(62)와, 냉각수 투입구(62)와 연통되어 포획판(65)의 전체에 방사상으로 형성된 다수의 순환관(61)과, 순환관(61)의 단부에 각각 연통되어 투입된 냉각수를 순환시키는 연결관(64)과, 연결관(64)의 단부에 연결되어 냉각수를 순환 배출시키는 배출구(63)를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성으로 냉각수 투입구(62)를 통해 냉각수가 유입되어 포획판(65) 전체에 걸쳐 형성된 순환관(61)을 통해 냉각수가 이동됨으로써 포획판(65)에 대한 냉각이 이루어진다. 또한 포획판(65) 내에서 순환된 냉각수는 배출구(63)를 통해 배출됨으로써 재순환이 가능하다.

한편, 포획판(65)의 하부면에는 박막 필름(P1)이 부착될 수 있다. 이에 따라, 공정 후에 박막 필름(P1)을 제거하는 것으로 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.

이때 박막 필름(P1)으로는 알루미늄 박막이 적용될 수 있다. 또한 하나의 박막 필름(P1)이 포획판(65)의 하부에 부착될 수도 있지만, 도 5와 같이 다수의 박막이 적층되어 박막층을 형성할 수 있어 공정 후 이물질이 부착된 외표면의 박막(도 5에서 P1)을 제거하고 공정을 재개할 수도 있어 사용상의 편의를 도모할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 챔버 20: 냉각라인
30: 슬릿 40: 냉도가니
50: 용탕 60: 포집장치
61: 순환관 62: 투입구
63: 배출구 65: 포획판
70: 더미바 80: 더미바

Claims (4)

1. 투입되는 스크랩을 용융하는 과정에서 발생하는 불순물 가스를 포집하여 제거하기 위한 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치로서,
   챔버 내에 위치되고 도가니의 상부에 위치하는 포획판; 및
   상기 포획판에 관통연결되어 상기 불순물 가스가 유입되어 필터링되고 상기 챔버 내부로 순환시키는 순환라인을 포함하고,
   상기 포획판은, 내부에 냉각수가 공급되어 냉각수 순환 유로를 통해 상기 포획판의 전체를 냉각시키는 것으로 상기 불순물 가스에 포함된 불순물이 상기 포획판의 표면에 포집되도록 유도하며,
   상기 포획판의 하부면에는 박막 필름이 부착되어, 공정 후에 상기 박막 필름을 제거하는 것으로 상기 불순물을 제거할 수 있도록 구성되며,
   상기 냉각수 순환 유로는, 상기 포획판의 상부에 형성된 냉각수 투입구, 상기 냉각수 투입구와 연통되어 상기 포획판의 전체에 방사상으로 형성된 다수의 순환관, 상기 순환관의 단부에 각각 연통되어 투입된 상기 냉각수를 순환시키는 연결관, 및 상기 연결관의 단부에 연결되어 상기 냉각수를 순환 배출시키는 배출구를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 박막 필름은 다수가 적층되어 박막 필름층을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 박막 필름은 알루미늄 박막인 것을 특징으로 하는 스크랩 정련 시스템의 불순물 포집장치.

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