KR101501653B1 - 연속식 마그네슘 제조장치 - Google Patents

연속식 마그네슘 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 원료성형체를 연속적으로 공급하면서 진공 분위기에서 가열하고 이를 통하여 생성된 마그네슘 증기를 응축시켜 마그네슘을 제련하는 연속식 마그네슘 제조 장치에 관한 것이다.
개시되는 연속식 마그네슘 제조장치는, 내부에 유입된 마그네슘 원료성형체를 진공상태에서 가열하면서 수평방향으로 이송시키며 회전 가능하게 설치된 회전이송체와, 상기 회전이송체 내부에 수용된 마그네슘 원료성형체를 가열하는 가열부재를 구비하는 가열이송부; 및 상기 가열이송부에서 생성된 마그네슘 증기를 응축하는 응축부;를 포함하고, 상기 회전이송체는 마그네슘 원료성형체의 이송방향으로 갈수록 하향 경사지게 설치된다.
이러한 연속식 마그네슘 제조장치에 의하면, 마그네슘 원료성형체를 가열하면서 연속적으로 이송시킬 수 있으므로 연속적인 마그네슘 제조가 가능하여 마그네슘 제조 효율을 높일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

연속식 마그네슘 제조장치{Continuous Mg refining apparatus by vacuum reduction method}
본 발명은 열환원 공정을 이용한 마그네슘 제조(제련) 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘 원료성형체를 연속적으로 공급하면서 진공 분위기에서 가열하고 이를 통하여 생성된 마그네슘 증기를 응축시켜 마그네슘을 제련하는 연속식 마그네슘 제조 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 진공 분위기의 열환원 공정을 이용하는 마그네슘 제조(제련) 장치를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마그네슘 제조 장치(10)는 내화물(21) 내부에 수용되어 가열부재(22)로부터 열을 공급받는 수직형 환원로(retort)(11)의 구조를 가진다.
이러한 종래의 수직 환원로(11)는 600 ~ 700mm의 직경, 6M 정도의 길이를 갖는 대형 환원용 설비로서, 수직 환원로(11)의 내부에는 내통(12)이 설치되어 있고, 내통의 상부에는 응축장치(condenser)(13)가 구비된다.
또한, 수직 환원로(11)의 상단은 진공펌프(VP)와 연결되어 수직 환원로(11) 내부에 진공 분위기가 형성된다.
이러한 수직 환원로(11)에서 마그네슘이 생성되는 과정은 다음과 같다.
먼저, 원료가 되는 백운석(dolomite)과 환원제인 페로실리콘(Fe-Si)을 주성분으로 하는 원료 성형체(M)를 수직 환원로(11)의 내부에 장입한 후 대략 1200 ~ 1300℃의 온도로 8시간 정도 가열을 하게 된다.
이러한 가열을 통하여 Mg 원료에 포함된 산소와 페로실리콘이 반응하여 생성된 마그네슘 증기(Mg vapor)와 이산화탄소는 진공의 흐름에 따라 상부의 응축장치(13)로 이동하게 되며, 응축장치(13)의 내면에 마그네슘 증기가 응축되어 마그네슘이 생성된다.
그리고, 1회의 마그네슘 생성공정이 완료되면 슬래그화된 원료 성형체(M)는 하부커버(15)를 통하여 외부로 배출된다.
이러한 종래의 마그네슘 제조 장치(10)는 1회에 8시간 이상이 소요되는 단속식 공정을 가지므로 공정의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
특히, 1회의 단속식 공정을 수행할 때마다 마그네슘 원료성형체(1)의 장입 및 배출이 필요하고 이 과정에서 열적 손실 및 진공 손실이 발생하여 효율이 크게 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 마그네슘 증기가 응축되는 응축장치(13)가 수직 환원로(11)의 상부에 형성되므로 응축장치(13)가 설치되는 부분의 온도가 높고, 이로 인해 마그네슘 응축을 위한 냉각이 어려운 구조를 지니고 있다. 이러한 구조는 결과적으로 마그네슘 증기의 재산화(MgO 형성)를 발생시키거나 소손되는 등의 문제를 유발하여 응축효율 및 순도에 영향을 미치게 된다는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2012-0132118호(2012.12.05. 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 마그네슘 제조가 연속적으로 가능하여 마그네슘 생산 효율을 향상시킬 수 있는 연속식 마그네슘 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 마그네슘 제조시 열적 손실 및/또는 진공 손실을 최소화할 수 있는 연속식 마그네슘 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면, 마그네슘 원료성형체에 열전달이 원활하여 마그네슘 생산효율을 향상시킬 수 있는 연속식 마그네슘 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 내부에 유입된 마그네슘 원료성형체를 진공상태에서 가열하면서 수평방향으로 이송시키며 회전 가능하게 설치된 회전이송체와, 상기 회전이송체 내부에 수용된 마그네슘 원료성형체를 가열하는 가열부재를 구비하는 가열이송부; 및 상기 가열이송부에서 생성된 마그네슘 증기를 응축하는 응축부;를 포함하고, 상기 회전이송체는 마그네슘 원료성형체의 이송방향으로 갈수록 하향 경사지게 설치되어 마그네슘 원료성형체의 이송이 원활하도록 구성되는 연속식 마그네슘 제조 장치를 제공한다.
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또한, 상기 가열부재는 마이크로웨이브 가열기구로 구성되어 상기 회전이송체뿐만 아니라 회전이송체 내부에 수용된 마그네슘 원료성형체에 균일하게 열을 전달할 수 있다.
그리고, 상기 회전이송체는 세라믹 소재로 형성될 수 있다.
한편, 상기 응축부는 가열이송부로부터의 열적 영향을 최소화하기 위하여, 가열이송부와 별도로 설치되도록 진공라인에 의해 연결될 수 있다.
또한, 상기 응축부는, 상기 진공라인에서 유입된 마그네슘 증기가 열교환되어 응축되도록 하는 응축기와, 마그네슘 증기가 상기 응축기와 접촉하는 유동을 형성하는 송풍부재를 구비할 수 있다.
이때, 상기 응축기는 마그네슘 증기의 유입이 용이하도록 상협하광(上狹下廣) 형상을 가질 수 있고, 상기 송풍부재는 마그네슘 증기의 응축이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 마그네슘 증기가 상기 응축기의 내벽에 충돌하도록 하는 유동을 형성할 수 있다.
또한, 상기 응축부는 상기 진공라인에서 분기되는 분기라인에 의해 복수개 연결되며, 상기 분기라인에는, 상기 가열이송부에서 생성된 마그네슘 증기가 복수개의 상기 응축부에 선택적으로 공급되도록 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 의한 연속식 마그네슘 제조 장치는, 상기 가열이송부에 유입되는 마그네슘 원료성형체를 예열하도록 상기 가열이송부의 전단에 설치되는 예열부;를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 예열부 및 상기 가열이송부는 진공상태로 운전되며, 상기 예열부의 진공도는 상기 가열이송부의 진공도보다 낮게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 연속식 마그네슘 제조 장치는, 상기 가열이송부로부터 이송된 슬래그에서 잠열을 회수하는 잠열회수부;를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 가열이송부와 잠열회수부 사이에는 진공상태로 유지 가능한 버퍼공간부가 형성되며, 상기 버퍼공간부의 진공도는 상기 가열이송부의 진공도보다 낮게 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 마그네슘 원료성형체를 가열하면서 연속적으로 이송시킬 수 있으므로 마그네슘 원료성형체의 장입 및 배출과정이 효율적일 뿐만 아니라, 연속적인 마그네슘 제조가 가능하여 마그네슘 제조 효율을 높일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 마이크로웨이브 가열기구를 통하여 가열을 수행하므로 마그네슘 원료성형체에 균일하게 열전달이 이루어져 마그네슘 증기의 생성이 원활히 이루어질 수 있다는 효과가 있게 된다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전이송체를 회전시킴으로써 마그네슘 원료성형체가 회전 이송체의 내부에 부착되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 원료성형체를 고루 섞이게 하여 충분한 열전달이 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 진공라인을 매개로 응축부를 가열이송부와 별도로 설치함으로써 응축부에 가해지는 가열이송부의 열적 영향을 최소화함으로써 마그네슘 증기의 응축효율을 극대화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 응축기의 표면에 마그네슘 증기가 강제로 충돌하게 하는 유동을 형성함으로써 마그네슘 응축효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가열이송부에서 생성된 마그네슘 증기가 분기라인을 통해 복수의 응축부에 선택적으로 공급되도록 함으로써 하나의 응축부의 응축용량 초과가 이루어지더라도 다른 응축부에서 응축이 이루지도록 함으로써 연속적인 마그네슘 응축작업이 이루어지게 할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가열이송부에 유입되는 마그네슘 원료성형체를 예열함으로써 수분을 증발시켜 불필요한 수소가스의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 가열이송부의 본 가열시 승온시간을 최소화하고, 세라믹 소재 등으로 형성되는 회전이송체의 열적 변형을 최소화하여 회전이송체의 수명을 증대시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 원료성형체가 장입 및 배출이 이루어지는 부분의 진공도를 본 반응이 일어나는 가열이송부보다 낮은 진공도로 형성함으로써 진공부하를 감소시킬 뿐만 아니라 진공펌프 및 관련 설비의 수명저하를 방지하고 안정적인 진공시스템의 구현이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반응이 완료된 마그네슘 원료성형체를 슬래그로 배출할 때 슬래그에 남아 있는 잠열(폐열)을 회수함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 수직 환원로 방식의 마그네슘 제조 장치를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연속식 마그네슘 제조 장치를 도시한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2에 일 예로 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 연속식 마그네슘 제조장치(100)는 마그네슘 원료성형체(M)를 가열 및 이송하는 가열이송부(120)와, 상기 가열이송부(120)에서 생성된 마그네슘 증기를 응축하는 응축부(130)를 포함하여 구성되며, 상기 가열이송부(120)에 유입되는 마그네슘 원료성형체(M)를 예열하는 예열부(110)와, 상기 가열이송부(120)로부터 이송된 슬래그(S)에서 잠열을 회수하는 잠열회수부(150)를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 마그네슘 원료성형체(M)는 원료가 되는 백운석(dolomite)과 환원제인 페로실리콘(Fe-Si)을 주성분으로 하여 성형체를 이루도록 구성될 수 있으나, 원료와 환원제의 종류 및 조성은 열환원 공정에 의해 마그네슘의 생성이 가능하다면 전술한 재료에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 마그네슘 원료성형체(M)는 마그네슘 원료와 환원제가 일체로 성형된 상태만을 한정하는 것은 아니며, 마그네슘 원료와 환원제가 독립적으로 가열이송부(120)에 제공되는 것도 포함하는 것으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속식 마그네슘 제조장치(100)에 설치되는 가열이송부(120)는 도 1에 도시된 종래의 마그네슘 제조장치(10)와 달리 마그네슘 원료성형체(M)를 진공 분위기에서 가열하면서 수평방향으로 이송시키도록 구성된다.
구체적으로, 상기 가열이송부(120)는 내부에 유입된 마그네슘 원료성형체(M)를 수평방향으로 이송시키며 회전 가능하게 설치된 회전이송체(121)와, 상기 회전이송체(121) 내부에 수용된 마그네슘 원료성형체(M)를 가열하기 위하여 설치된 가열부재(125)를 구비할 수 있다.
참고로, 특허청구범위를 포함한 본 명세서에서 "수평방향"이라는 용어는 수직방향(중력방향)의 상대적 개념으로서 중력방향에 수직인 방향뿐만 아니라 소정의 경사를 갖는 경우를 포함하는 것으로 한다. 예를 들어, 마그네슘 원료성형체(M)를 수평방향으로 이송시키는 회전이송체(121)는 지면에 대해 30도 이하의 경사를 가질 수 있으며, 이러한 경사는 회전이송체(121)의 전체 길이 및 가열온도, 마그네슘 원료성형체(M)의 이송 속도 등에 의해 변경 가능하다.
상기 회전이송체(121)는 마그네슘 원료성형체(M)가 유입된 후 상기 가열부재(125)의 가열에 의해 가열되면서 수평방향으로 이송되도록 눕혀진 구조로 형성된다.
이때, 상기 회전이송체(121)는 도시되지 않은 회전구동수단에 의해 저속(예를 들어, 1~3rpm 정도)으로 회전되도록 구성함으로써 마그네슘 원료성형체(M)가 회전이송체(121)의 내부에 부착되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 원료성형체(M)를 고루 섞이게 하여 충분한 열전달이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 회전이송체(121)는 마그네슘 원료성형체(M)의 이송방향으로 갈수록 하향 경사지게 설치될 수 있다. 따라서, 회전이송체(121)의 회전에 따라 마그네슘 원료성형체(M)가 경사를 따라 수평방향으로 연속적으로 이송될 수 있으므로 별도의 이송수단이 필요하지 않다는 이점이 있게 된다.
그리고, 상기 가열부재(125)는 마그네슘 원료성형체(M)를 대략 1200~1300℃ 정도로 가열하기 위한 열원을 제공하게 된다. 이와 같이, 진공 분위기에서 마그네슘 원료성형체(M)를 가열함으로써 마그네슘 원료에 포함된 산소와 환원제가 반응하여 마그네슘 증기(Mg vapor)와 이산화탄소가 생성된다. 그리고, 열환원 반응에 의해 생성된 마그네슘 증기와 이산화탄소 등의 기체는 진공라인(VL)을 통하여 응축부(130)로 이동하며, 반응이 완료된 마그네슘 원료성형체(M)는 슬래그(S)로서 슬래그 저장탱크(152)로 이송되어 저장된다.
이때, 상기 가열부재(125)는 마이크로웨이브 가열기구로 구성되어 회전이송체(121)뿐만 아니라 회전이송체(121) 내부에 수용된 마그네슘 원료성형체(M)에 균일하게 열을 전달할 수 있다. 즉, 상기 가열부재(125)는 상기 회전이송체(121)를 수용하는 가열이송부 하우징(122)에 설치되어 마이크로웨이브를 생성하게 되며, 생성된 마이크로웨이브는 상기 회전이송체(121)의 표면을 가열할 뿐만 아니라 상기 회전이송체(121) 내부로 침투하여 마그네슘 원료성형체(M)를 직접 가열할 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가열부재(125)가 마이크로웨이브 가열기구로 구성되므로 종래의 석탄가스 외부 가열방식의 복사열 가열방식에서 나타나는 열분포의 불균일 문제를 해소할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 마이크로웨이브 가열기구를 통하여 가열을 수행하므로 원료성형체(M)에 균일하게 열전달이 이루어져 마그네슘 증기의 생성이 원활히 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 회전이송체(121)는 마이크로웨이브 가열기구에서 발생한 마이크로웨이브의 투과가 용이하도록 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 회전이송체(121)는 1200~1300℃의 고온에서도 경도를 유지할 수 있도록 지르코니아 소재를 포함하여 구성되는 것이 바람직하지만 고온에서 견딜 수 있다면 세라믹 재질의 종류는 지르코니아 소재로 제한되지는 않는다.
이와 같이, 가열이송부(120)에서 이송되는 마그네슘 원료성형체(M)는 이송되면서 골고루 가열되어 열환원 반응의 원활히 이루어지고, 이로 인해 마그네슘 증기의 생성효율이 높아지게 된다.
다음으로, 상기 응축부(130)는 상기 가열이송부(120)에서 생성된 마그네슘 증기를 응축하여 마그네슘을 생성하게 된다. 즉, 가열이송부(120)에서 생성된 마그네슘 증기와 이산화탄소는 응축부 하우징(131) 상측의 배출구(136)와 연결된 진공펌프(HVP)의 흡입력에 의해 응축부(130)에 도입되며, 마그네슘 증기는 응축부(130)의 표면에서 응축되어 고체 마그네슘으로 석출되고 이산화탄소 등의 기체는 진공펌프(HVP)에 의해 외부로 배출된다.
이때, 상기 응축부(130)는 가열이송부(120)로부터의 열적 영향을 최소화하기 위하여, 가열이송부(120)와 별도로 설치되도록 진공라인(VL)에 의해 연결될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 가열이송부(120)의 출구 측은 진공라인(VL)에 의해 응축부(130)와 연결되며, 응축부(130)와 가열이송부(120)는 진공라인(VL)에 의해 분리하여 위치되므로 가열부재(125)의 열에너지가 응축부(130)에 직접 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 응축부(130)에 가해지는 가열이송부(120)의 열적 영향을 최소화할 수 있으므로, 마그네슘 증기의 응축효율을 극대화할 수 있게 된다.
이러한 응축부(130)는 진공라인(VL)에서 유입된 마그네슘 증기가 열교환되어 응축되도록 하는 응축기(135)와, 마그네슘 증기가 응축기(135)와 접촉하는 유동을 형성하는 송풍부재(137)를 구비할 수 있다.
상기 응축기(135)는 응축기 몸체(133)와, 이에 부착된 응축판(132)과, 상기 응축판(132)을 냉각하기 위하여 냉각관 등의 형태로 응축기 몸체(133)에 설치되는 냉각부재(134)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 응축판(132)은 라이닝(lining)으로 형성될 수 있으며 분리 가능하도록 장착될 수 있다.
또한, 상기 송풍부재(137)는 응축부(130)에 유입된 마그네슘 증기를 상기 응축기(135)의 응축판(132)을 향하여 충돌시키는 유동을 형성하도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 상기 송풍부재(137)는 마그네슘 증기가 보다 많이 상기 응축판(132)으로 이동하도록 대류를 형성하는 사이클론 블레이드(cyclone blade)로 구성될 수 있으나, 응축판(132)으로의 공기유동을 형성할 수 있다면 구체적 구조는 한정되지 않는다.
그리고, 상기 응축기(135)는 마그네슘 증기의 유입이 용이하도록 상협하광(上狹下廣) 형상을 가질 수 있고, 상기 송풍부재(137)는 마그네슘 증기가 상기 응축기(135)의 내벽, 즉 응축판(132)에 충돌하는 유동을 형성하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 응축기(135)의 응축판(132) 표면에 마그네슘 증기가 강제로 충돌하게 하는 유동을 형성함으로써 마그네슘 응축효율을 더욱 높일 수 있게 되며, 응축되지 못하고 배출구(136)를 통하여 배출되는 마그네슘 증기의 양을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 마그네슘 원료성형체(M)가 연속적으로 공급되어 마그네슘 증기가 계속 생성된다 하여도 상기 응축부(130)에서 응축시킬 수 있는 있는 마그네슘 증기의 양에는 한계가 있을 수 있다. 따라서, 연속적으로 생성되는 마그네슘 증기의 연속적인 응축이 가능하도록 상기 응축부(130)는 상기 진공라인(VL)에서 분기되는 분기라인(L1,L2)에 의해 복수개 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 진공라인(VL)은 제1 분기라인(L1)과 제2 분기라인(L2) 등으로 복수개로 분기될 수 있으며, 각각의 분기라인(L1, L2)에 응축부(130)가 설치될 수 있다{제2 분기라인(L2)에 연결된 응축부(130)의 도시는 생략함}. 참고로, 도 2에는 분기라인(L1, L2)을 2개만 도시하고 있으나, 분기라인(L1, L2) 및 이에 연결된 응축부(130)의 개수는 3개 이상이 될 수 있다.
그리고, 상기 가열이송부(120)에서 생성된 마그네슘 증기가 복수개의 응축부(130)에 선택적으로 공급되도록 분기라인(L1, L2)에는 분기라인(L1, L2)을 개폐하기 위한 개폐밸브(V)가 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가열이송부(120)에서 생성된 마그네슘 증기가 분기라인(L1, L2)을 통해 복수의 응축부(130)에 선택적으로 공급되도록 함으로써 응축부(130)의 응축용량 초과가 이루어지더라도 연속적인 마그네슘 응축작업이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 측면에 의한 연속식 마그네슘 제조 장치(100)는, 상기 가열이송부(120)에 유입되는 마그네슘 원료성형체(M)를 예열하도록 상기 가열이송부(120)의 전단에 설치되는 예열부(110)를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 예열부(110)는 가열이송부(120)에 유입되는 마그네슘 원료성형체(M)를 도시되지 않은 가열수단을 통해 예열함으로써 수분을 증발시켜 불필요한 수소가스의 발생을 억제하게 된다. 이때, 상기 예열부(110)는 마그네슘 원료성형체(M)의 열환원 반응이 일어나지 않으면서도 수분 제거가 가능하도록 마그네슘 원료성형체(M)를 500~800℃ 정도로 예열하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 예열부(110)는 상기 가열이송부(120)로 마그네슘 원료성형체(M)를 이송하기 위하여 금속제 컨베이어 등으로 이루어지는 원료성형체 이송부재(112)를 구비할 수 있다.
이와 같이, 상기 예열부(110)는 예열을 통하여 가열이송부(120)에서 본 가열이 이루어질 때 승온시간을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹 소재 등으로 형성되는 회전이송체(121)의 열적 변형(열 충격)을 최소화하여 회전이송체(121)의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 마그네슘 원료성형체(M)가 열환원 반응을 통해 마그네슘 증기가 생성되기 위해서는 대략 10-3 torr 정도의 진공상태가 필요하게 된다. 이와 관련하여, 도 1에 도시된 바와 같은 종래기술에 의한 마그네슘 제조장치는 대기압 상태에서 마그네슘 원료성형체(M)가 장입된 후에 고진공을 구현하게 되므로 초기상태에서 진공부하가 급격하게 증가하게 되어 진공펌프 및 관련 설비의 수명이 저하될 뿐만 아니라 안정적인 진공시스템의 구현이 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 연속식 마그네슘 제조장치(100)는 가열이송부(120)의 전단에 위치하는 예열부(110)를 진공상태(예비진공)에서 운전하되, 상기 예열부(110)의 진공도를 가열이송부(120)의 진공도보다 낮게 형성하도록 구성된다.
즉, 상기 예열부(110)의 진공도를 가열이송부(120) 및 응축부(130)의 진공도(대략 10-3 torr) 보다 낮은 진공도(대략 10-2 torr)로 설정함으로써 예열부(110)와 가열이송부(120) 사이의 진공편차를 낮추고 이를 통하여 가열이송부(120)의 고진공 구현에 필요한 진공부하를 크게 낮출 수 있다는 이점이 있게 된다.
이를 위하여, 상기 예열부(110)는 예열부 하우징(111)에 저진공 펌프(LVP1)를 연결하여 예열부 하우징(111) 내부의 진공도를 조정할 수 있다. 또한, 상기 예열부(110)와 회전이송체(121)의 사이에 운전 중 진공도를 조정할 수 있도록 도어(121a)를 설치하는 것도 가능하다.
한편, 상기 가열이송부(120)에서 반응이 완료된 마그네슘 원료성형체(M)는 슬래그화되며, 슬래그(S)는 슬래그 이송부재(151)를 통해 슬래그 저장탱크(152)로 이송되어 안정적으로 냉각된다.
이러한 슬래그(S)로부터 잠열(폐열)을 회수하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의한 연속식 마그네슘 제조 장치(100)는 가열이송부(120)부터 이송된 슬래그(S)에서 잠열을 회수하는 잠열회수부(150)를 추가로 포함할 수 있다.
이를 위하여, 상기 잠열회수부(150)는 슬래그 저장탱크(152)에 저장된 슬래그(S)와 열교환하는 열교환기(153)를 포함할 수 있으며, 이러한 열교환기(153)에서 추출된 열은 전술한 예열부(110)에 공급되어 마그네슘 원료성형체(M)의 예열을 위해 사용되거나 별도의 열원으로서 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반응이 완료된 마그네슘 원료성형체(M)를 슬래그 저장탱크(152)로 배출시켜 안정적인 냉각을 수행함과 동시에 슬래그(S)에 남아 있는 잠열을 열교환기(153)를 통해 회수함으로써 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 가열이송부(120)는 예열부(110)와 연결된 입구측과 유사하게 진공부하가 커지는 것을 방지하기 위하여 마그네슘 원료성형체(M){또는 슬래그(S)}의 배출측에서 대기압에 직접 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 가열이송부(120)와 잠열회수부(150) 사이에는 진공상태로 유지 가능한 버퍼공간부(140)가 형성될 수 있다.
이러한 상기 버퍼공간부(140)의 경우에도 전술한 예열부(110)와 마찬가지로 저진공 펌프(LVP2)를 연결하여 상기 가열이송부(120)의 진공도(대략 10-3 torr) 보다 낮은 진공도(대략 10-2 torr)로 설정함으로써 가열이송부(120)의 진공부하를 낮출 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 경우 마그네슘 원료성형체(M)의 장입 및/또는 배출이 이루어지는 부분의 진공도를 본 반응이 일어나는 가열이송부(120)보다 낮은 진공도로 형성함으로써 진공부하를 감소시킬 뿐만 아니라 진공펌프 및 관련 설비의 수명저하를 방지하고 안정적인 진공시스템의 구현이 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100... 연속식 마그네슘 제조장치 110... 예열부
111... 예열부 하우징 112... 원료성형체 이송부재
120... 가열이송부 121... 회전이송체
122.... 가열이송부 하우징 125... 가열부재
130... 응축부 131... 응축부 하우징
132... 응축판 133... 응축기 몸체
134... 냉각관 135... 응축기
137... 송풍부재 140... 버퍼공간부
150... 잠열회수부 151... 슬래그 이송부재
152... 슬래그 저장탱크 153... 열교환기
HVP... 진공펌프(High Vacuum Pump) L1, L2... 분기라인
LVP1, LVP2... 저진공펌프(Low Vacuum Pump)
M... 원료성형체 S... 슬래그
V... 개폐밸브 VL... 진공라인

Claims (12)

  1. 내부에 유입된 마그네슘 원료성형체를 진공상태에서 가열하면서 수평방향으로 이송시키며 회전 가능하게 설치된 회전이송체와, 상기 회전이송체 내부에 수용된 마그네슘 원료성형체를 가열하는 가열부재를 구비하는 가열이송부; 및
    상기 가열이송부에서 생성된 마그네슘 증기를 응축하는 응축부;
    를 포함하고,
    상기 회전이송체는 마그네슘 원료성형체의 이송방향으로 갈수록 하향 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열부재는 마이크로웨이브 가열기구인 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전이송체는 세라믹 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응축부는 상기 가열이송부와 별도로 설치되도록 진공라인에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 응축부는,
    상기 진공라인에서 유입된 마그네슘 증기가 열교환되어 응축되도록 하는 응축기와, 마그네슘 증기가 상기 응축기와 접촉하는 유동을 형성하는 송풍부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 응축기는 상협하광(上狹下廣) 형상을 가지며,
    상기 송풍부재는 마그네슘 증기가 상기 응축기의 내벽에 충돌하도록 하는 유동을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 응축부는 상기 진공라인에서 분기되는 분기라인에 의해 복수개 연결되며,
    상기 분기라인에는, 상기 가열이송부에서 생성된 마그네슘 증기가 복수개의 상기 응축부에 선택적으로 공급되도록 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  9. 제1항, 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열이송부에 유입되는 마그네슘 원료성형체를 예열하도록 상기 가열이송부의 전단에 설치되는 예열부;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 예열부 및 상기 가열이송부는 진공상태로 운전되며,
    상기 예열부의 진공도는 상기 가열이송부의 진공도보다 낮은 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  11. 제1항, 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열이송부로부터 이송된 슬래그에서 잠열을 회수하는 잠열회수부;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가열이송부와 잠열회수부 사이에는 진공상태로 유지 가능한 버퍼공간부가 형성되며,
    상기 버퍼공간부의 진공도는 상기 가열이송부의 진공도보다 낮은 것을 특징으로 하는 연속식 마그네슘 제조 장치.
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