KR101536326B1 - 무기질 구상화 입자의 제조방법 - Google Patents

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타이요 닛폰 산소 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 무기질 구상화 입자의 제조 방법은, 확산형 버너(12)를 이용하여 무기질 구상화 입자를 제조하는 공정을 가지며, 상기 버너(12)는 제 1 원료 공급로(1A), 연료 공급로(4A), 원료 분산실(9), 제 1 산소 공급로(5A), 제 2 원료 공급로(6A), 제 2 산소 공급로(7A), 연소실(8)을 구비한다.

Description

무기질 구상화 입자의 제조방법{Method for manufacturing inorganic spheroidized particles}
본 발명은 실리카 등의 무기질 구상화 입자를 산소 버너에 의해 제조하는 방법에 관한 것이다.
본원은, 2008년 8월 4일, 일본에 출원된 특허출원 제 2008-201302 호에 근거하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
무기질 구상화 입자는 규석 등을 분쇄한 원료분체를 고온의 화염 속에서 용융하여 표면 장력에 의해 구상화시키는 것이다.
예를 들면, 원료로서 규석을 이용하는 고순도의 구상 실리카는 반도체 소자의 에폭시 봉지재용의 충전재로서 널리 사용되고 있으며, 구상화에 의해 봉지재의 유동성 향상, 고충전, 내마모성 향상 등 다양한 장점을 얻을 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 무기질 구상화 입자를 단지 구상화 입자로 기재하는 경우가 있다.
무기질 구상화 입자의 제조에 관한 종래 기술로서, 특허 문헌 1∼4에 개시되어 있는 방법이 있다.
원료 분체의 구상화에는 고온의 화염이 필요하기 때문에, 통상은 산소·가스 연소방식의 버너가 이용되고 있다.
이러한 버너에는 예혼합형 버너와 확산형 버너가 있다. 예혼합형은 산소와 연료가스를 미리 혼합시켜 연소지점에 분출하는 것이고, 확산형은 산소와 연료가스를 별도로 분출하여 연소지점에서 혼합시키는 것이다.
특허 문헌 2에 개시된 방법에서는 예혼합형 버너가 사용되고 있고, 특허 문헌 1,3,4에 기재된 방법에서는 확산형 버너를 사용하고 있다.
특허 문헌 1에서의 확산형 버너는 동심원 형태의 이중관이 있고, 그 내관과 외관과의 사이에 다수의 소관을 설치하고 있다. 이 버너를 수직형로에 설치하여 규소질 원료를 버너의 중심관(내관)으로부터 자연류화(自然流化) 또는 가압류하시켜, 소관으로부터의 연료가스와 외관으로부터의 산소가스로 형성되는 화염속으로 원료 분체를 투입하여, 용융 실리카 구상체를 제조하는 것이다.
특허 문헌 2에 기재된 예혼합형 버너는 버너내에서 원료분체, 산소, LPG가 충분히 혼합되어 버너 앞단에 형성되는 화염속으로 원료분체가 공급되는 것이다.
특허 문헌 3,4에 기재된 확산형 버너는 동심의 4중관 구조이며, 중심으로부터 산소가스 또는 산소부화(富化)가스를 캐리어 가스로 하여 원료분체를 연소실로 공급하고, 그 외주로부터 연료가스를, 더욱이 그 외주로부터 1차 산소와 2차 산소를 공급하도록 형성되고, 가장 바깥쪽에는 버너를 냉각하는 냉각수 통로가 설치되어 있다.
또한, 특허 문헌 3,4에는 이러한 확산형 버너를 사용하여 무기질 구상화 입자를 제조하는 장치가 개시되어 있다.
특허 문헌 4에 개시되어 있는 무기질 구상화 입자 제조장치에서는 도 6에 나타난 바와 같이, 원료 분체가 원료 공급기(A)로부터 잘라져 나와 캐리어 가스 공급장치(A')로부터 공급되는 캐리어 가스에 동반되어 버너(B)로 반송된다. 상기 버너(B)에는 산소공급설비(C)로부터의 산소와, LPG 공급설비(D)로부터의 액화석유가스(LPG)가 공급된다.
수직형로(E)내의 화염속에서 구상화된 입자를 포함한 배기가스는 경로(F)에서 수직형로(E)의 바닥부로 도입된 공기에 의해 냉각되고, 후단의 사이클론(G), 버그 필터(H)에서 구상화 입자가 포집된다.
[특허 문헌 1] 특개소 58-145613 호 공보 [특허 문헌 2] 특개소 62-241543 호 공보 [특허 문헌 3] 특허 제 3331491 호 공보 [특허 문헌 4] 특허 제 3312228 호 공보
그런데, 원료분체는 화염속에서 주로 화염으로부터의 강제 대류 열전달에 의해 가열·용융되어 표면 장력에 의해서 구상화한다.
특허 문헌 3,4에 기재된 구조의 확산형 버너에서는 연소실이 설치되어 특허 문헌 1에 기재된 버너에 비해, 제조된 무기질 구상화 입자의 응집 상태에 개선이 보여진다.
그러나, 특허 문헌 3,4에 기재된 확산형 버너는 원료 공급로가 하나밖에 없는 구조를 갖는다.
이에 따라, 이 버너를 이용해 볼 밀(ball mill) 분쇄에 의해서 얻을 수 있는 입도 분포가 넓은 원료 분체를 처리하는 경우에 있어서는 화염속에 있는 미세 입자(微粒)끼리 또는 미세 입자(微粒)와 굵은 입자(粗粒)의 융착이 발생하기 때문에 투입된 원료 분체의 입도 분포를 얻을 수 있는 구상화 입자 제품의 입도 분포가 서로 다른 상황이 보여졌다.
따라서, 최적인 입도 분포의 구상화 입자 제품을 얻기 위해서는, 미세 입자의 원료 분체와 굵은 입자의 원료 분체를 각각 별도의 버너에서 구상화한 후, 별도 혼합하여 제품을 얻을 필요가 있었다.
그래서, 본 발명에서의 과제는 원료 분체의 평균 입자 직경이 입상화하는 과정에서 변동하는 것이 적고, 목적하는 입도 분포를 가지는 구상화 입자가 하나의 버너에 의해서 얻을 수 있는 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
그러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 형태는 확산형 버너를 이용하여 무기질 구상화 입자를 제조하는 공정을 가지는 무기질 구상화 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 버너는 제 1 원료 공급로, 연료 공급로, 원료 분산실, 제 1 산소 공급로, 제 2 원료 공급로, 제 2 산소 공급로, 연소실로 구성되어, 버너의 중심에 배치된 제 1 원료 공급로의 제 1 원료 분출공으로부터 조분(粗粉)을 캐리어 가스를 이용하여 제 1 원료 공급로의 앞단에 마련된 원료분산실에 공급하고, 원료분산실의 외주에 마련된 연료공급로의 연료가스 분출공으로부터 원료 분산실의 전방에 마련한 연소실로 버너의 중심축과 평행하게 연료 가스를 공급하고, 제 1 산소 공급로로부터 연소실의 측면에 개방된 제 1 산소 분출공을 통해 산소 함유 가스를 선회류(旋回流)가 되도록 연소실로 공급하고, 제 2 원료 공급로로부터 제 1 산소 분출공보다도 출구측의 연소실 측면에 개방된 제 2 원료 공급공을 통해 캐리어 가스를 이용한 미세분말을 버너의 중심축과 평행하게 연소실로 공급하고, 제 2 산소 공급로로부터 제 2 원료 분출공보다도 출구측의 연소실 측면에 개방된 제 2 산소 분출공을 통해서 산소 함유 가스를 공급하는 무기질 구상화 입자의 제조 방법이다.
본 발명에 있어서는, 사이클론을 이용하여 굵은 입자(粗粒)를 포집하는 공정과, 버그 필터를 이용하여 미세입자를 포집하는 공정을 더 가지며, 수직형의 구상화로에 상기 버너를 설치하고, 이 구상화로의 하류에 상기 사이클론과 상기 버그 필터를 직렬로 설치하는 것으로, 다른 입도 분포를 가지는 무기질 구상화 입자를 동시에 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 버그 필터를 이용하여 무기질 구상화 입자를 일괄 포집하는 공정을 더 가지며, 수직형의 구상화로에 상기 버너를 설치하고, 이 구상화로의 하류에 상기 버그 필터를 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 형태는, 본 발명의 제 1 형태의 무기질 구상화 입자의 제조 방법에 의해 얻어지는 무기질 구상화 입자이다.
본 발명에 의하면, 확산형 버너를 사용하기 때문에 역화(逆火)가 생기지 않는다. 또한, 제 1 원료공급로에 조분(粗粉)을 공급하고, 제 2 원료공급로에 미세 분말을 공급하기 때문에, 화염 외주부의 온도가 낮은 영역에 있어 입자 직경이 작은 입자를 충분히 용융할 수 있고, 화염 중심부의 온도가 높은 영역에서 입자 직경이 큰 입자를 충분히 용융할 수 있다. 또한, 입자 직경이 작은 입자는 분산성이 좋지 않기 때문에 이것을 분산 체적이 커지는 제 2 원료공급로에서 분사시켜 화염 속에서 양호하게 분산할 수 있다.
한편, 입자 직경이 큰 입자는 분산성이 좋기 때문에, 이것을 분산 체적이 작아지는 제 1 원료공급로에서 분사시켜 화염 속에서 양호하게 분산할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 큰 입자 직경의 입자나 작은 입자 직경의 입자도 그 입자 직경을 거의 유지하면서 구상화할 수 있다.
따라서, 투입한 원료에 따른 입자 직경 또는 입도 분포를 가지는 구상화 입자를 하나의 버너에 의해 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 버너의 일실시예를 보여주는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 버너의 일실시예를 보여주는 개략 측면도다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 제조 장치의 일실시예를 보인 개략 구성도이다.
도 4는 실시예에서 1차 산소와 2차 산소와의 유량 비율과 유리화율과의 관계를 보여주는 도표이다.
도 5는 실시예에서 1차 산소와 2차 산소와의 유량 비율과 유리화율과의 관계를 보여주는 도표이다.
도 6은 종래의 무기질 구상화 입자의 제조 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에서 사용되는 무기질 구상화 입자 제조용 버너(이하, 단순히 버너라고 칭하는 경우가 있다)의 일실시예를 나타내는 것으로, 도 1은 버너 중심축을 따라 절단한 단면도이고, 도 2는 버너를 그 선단 측면에서 바라본 측면도이다. 도 2에서는 원료 분체, 연료, 산소의 분출공만을 나타내고 있다.
이들의 도면에서, 부호 1은 제 1 원료공급관을 나타내며, 그 내부는 원료분체와 캐리어 가스와의 혼합물이 공급되는 제 1 원료공급로(1A)로 되어 있다.
캐리어 가스로서는 산소, 산소 농도 20 vol% 이상의 산소 부화 공기, 공기 등의 산소 농도 20 vol% 이상의 산소 함유 가스가 이용된다.
원료 분체로서는 산화 규소, 산화 알루미늄, 유리 등의 무기질 분말이며, 그 입자 모양이 각을 가지는 비구형의 입자인 것이 이용된다.
원료 분체 중에서, 조분(粗粉)은 평균 입도가 대체로 10μm 이상의 입자 직경이 큰 분체를 말하고, 미세분말은 평균 입도가 대체로 10μm 미만의 입자 직경인 작은 분체를 말하는 것으로 한다.
이 제 1 원료공급관(1)의 출구단에는 분체 분산판(2)이 설치되어 있다. 이 분체 분산판(2)은 원료 분체와 캐리어 가스와의 혼합 분체를 버너 출구 방향을 향해서 방사상으로 분출시키는 것으로, 경사진 외측 방향을 향한 복수의 제 1 원료 분출공(3)이 원주상에 등간격으로 형성되어 있다.
제 1 원료공급관(1)의 외측에는 연료공급관(4)이 동축상으로 설치되어 있고, 원료공급관(1)과 연료공급관(4)과의 사이의 공극은 연료공급로(4A)가 되고, 액화석유가스(LPG) 등의 연료 가스가 공급되도록 되어 있다. 연료공급로(4A)의 출구단은 복수의 연료 가스 분출공(4B)으로 되어 있고, 버너 중심축에 대하여 평행하게 연료를 분출하도록 되어 있다. 이러한 복수의 연료 가스 분출공(4B)은 원주상에 등간격으로 형성되어 있다.
연료공급관(4)의 외측에는 제 1 산소공급관(5)이 동축상으로 설치되어 있고, 연료공급관(4)과 제 1 산소공급관(5)과의 사이의 공극은 제 1 산소공급로(5A)로서 산소, 산소농도 20 vol% 이상의 산소 부화 공기, 공기 등의 산소 농도 20 vol% 이상의 산소 함유 가스가 공급되도록 되어 있다.
제 1 산소공급로(5A)의 출구단은 복수의 제 1 산소분출공(5B)으로 되어 있고, 이러한 제 1 산소분출공(5B)의 출구는 버너 중심축을 향해 개방되어 있고, 버너 중심축에 대하여 직각 방향으로 산소를 분사하고, 후술하는 연소실(8)내에서 선회류를 형성하도록 구성되어 있다.
이러한 복수의 제 1 산소분출공(5B)은 원주상에 등간격으로 형성되어 있고, 또한 상기 복수의 연료분출공(4B)과 원주상의 서로 다른 위치에서 2개의 연료분출공(4B)의 중간에 배치되어 있다.
제 1 산소공급관(5)의 외측에는 제 2 원료공급관(6)이 동축상으로 설치되어 있고, 제 1 산소공급관(5)과 제 2 원료공급관(6)과의 사이의 공극은 제 2 원료공급로(6A)로 되어 있다. 제 2 원료공급로(6A)의 출구 부분은 복수의 제 2 원료분출공(6B)이 형성되고, 버너 중심축에 대하여 평행하게 원료가 분출하도록 되어 있다. 복수의 제 2 원료분출공(6B)은 원주상에 등간격으로 형성되어 있다.
제 2 원료공급관(6)의 외측에는 제 2 산소공급관(7)이 동축상으로 설치되어 있고, 제 2 원료공급관(6)과 제 2 산소공급관(7)과의 사이의 공극은 제 2 산소공급로(7A)로 되어 있다. 이 제 2 산소공급로(7A)는 제 1 산소공급로(5A)와 비교하여 그 단면적이 넓게 되어 있어 많은 산소를 공급할 수 있도록 되어 있다. 제 2 산소공급로(7A)의 출구단은 복수의 제 2 산소분출공(7B)이 형성되고, 이 제 2 산소분출공(7B)은 원주상에 등간격으로 형성되어 있다. 이러한 제 2 산소분출공(7B)은 버너 중심축에 평행방향으로 개방되어 있어 산소 함유 가스가 버너 중심축에 대하여 평행 방향으로 분출되도록 되어 있다.
또한, 제 2 산소공급관(7)은 그 두께가 두껍게 되어 있으며, 그 내부에는 냉각수가 순환하여 흐르는 냉각수 통로(71)가 형성되어 버너 자체를 냉각할 수 있도록 되어 있다.
또한, 버너의 선단 부분은 외측 방향으로 확대된 절구모양으로 움푹 들어가게 되어 있고, 이 부분이 연소실(8)이 되고 있다.
즉, 연소실(8)의 경사진 벽 부분은 제 2 산소공급관(7)과 제 2 원료공급관(6) 및 제 1 산소공급관(5)의 선단 부분을 비스듬하게 형성하는 것으로 구성되어 있으며, 연소실(8)의 바닥은 원통형의 원료분산실(9)에 이어져 있다. 원료분산실(9)은 원료공급관(1)의 출구 단부가 분체분산판(2)보다도 버너의 선단 방향을 향하여 두께가 얇은 원통형으로 연장되게 형성되어 있다.
또한, 연소실(8)의 원추형 벽면에는 연료가스 분출공(4B), 제 1 산소분출공(5B), 제 2 원료 분출공(6B), 제 2 산소분출공(7B)이 각각 개방되어 있다.
또한, 상기 제 2 원료분출공(6B)은 제 1 산소분출공(5B)보다 버너의 선단 측으로 개방되고, 상기 제 2 산소 분출공(7B)은 제 2 원료분출공(6B)보다도 버너 선단 측으로 개방되어 있다.
이러한 구조의 무기질 구상화 입자 제조용 버너에 있어서는, 제 1 원료공급로(1A)의 선단이 다수의 작은 구멍을 가지는 분체 분산판(2)을 통해서 원료분산실(9)에 접속되고, 제 1 원료공급로(1A)의 외주에 설치된 연료가스 공급로(4A)와, 이 연료가스 공급로(4A)의 외주에 설치된 제 1 산소공급로(5A)가 각 공급로의 선단에 접속하는 출구측의 직경이 확대된 연소실(8)을 향해 개방되어 있기 때문에 버너 화염 중에서 원료 분체의 분산성이 향상된다.
제 1 원료공급로(1A)와, 제 2 원료공급로(6A)에 각각 입도가 다른 원료 분체를 공급하면, 화염 중심부의 온도가 높은 영역에서는 평균 입도가 큰 입자를 처리할 수 있고, 화염 외주부의 온도가 낮은 영역에서는 평균 입도가 작은 입자를 효율적으로 분산시키면서 처리할 수 있다.
평균 입도가 큰 입자는 비교적 분산하기 쉽기 때문에 분산 면적이 작은 화염 중심부에 위치한 제 1 원료공급로(1A)에서 공급하고, 평균 입도가 작은 입자는 분산이 어렵기 때문에 분산 면적이 큰 제 2 원료공급로(6A)에서 화염속으로 공급한다. 이렇게 하면, 원료 분체를 화염속에 효율적으로 분산시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 평균 입도가 큰 입자와, 평균 입도가 작은 입자를 하나의 버너에서 한번에 최적의 상태로 처리할 수 있다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 무기질 구상화 입자 제조장치의 일실시예를 나타내는 것으로, 도면 중 부호 11은 구상화로를 나타낸다. 이 구상화로(11)는 원통형의 수직형로이며, 그 천장부에는 상술한 버너(12)가 그 선단측을 로내로 향하도록 하면서 수직으로 부착되어 있다.
구상화로(11)의 바닥 부근에는 공기 도입구(13)가 형성되어 있으며, 여기에서 냉각 공기를 내부로 도입하여 배출되는 연소 가스의 온도를 낮출 수 있도록 되어 있다.
구상화로(11)의 바닥 부근에는 연소 가스 배출구(14)가 형성되어 있어, 여기에서 생성된 구상화 입자가 연소 가스에 반송되어 도출되고, 덕트(15), 댐퍼(16)를 통해 사이클론(17)의 입구로 보내도록 되어 있다.
덕트(15)는 댐퍼(16)의 상류측에서 덕트(18)에 접속되어 분기되고, 이 덕트(18)는 버그 필터(19)의 입구에 접속되어 있다.
덕트(18)에는 그 도중에 공기도입포트(20)가 설치되어 있으며, 이 공기도입포트(20)에서 적절한 공기를 덕트(18) 내에 주입함으로써 덕트(18) 내를 흐르는 연소 가스의 온도를 낮춰서 조절하는 것이 가능하도록 되어 있다.
또한, 사이클론(17)의 출구에는 덕트(21)가 접속되고, 이 덕트(21)는 댐퍼(22)를 통해 버그 필터(19)의 입구에 접속되어 있다.
버너(12)의 제 1 원료공급로(1A)에는 제 1 원료공급파이프(미도시)가 접속되고, 이 제 1 원료공급파이프는 제 1 원료피더(feeder; 23)에 접속되어 있다. 제 1 원료피더(3)에는 평균 입도 10μm 이상의 입자 직경이 굵은 입자의 원료 분체가 저장되고, 캐리어 가스 공급원(24)으로부터 캐리어 가스가 보내지며, 이 캐리어 가스에 소정 량의 원료 분체가 반송되어 상기 제 1 원료공급파이프를 통해 버너(12)의 제 1 원료공급(1A)로 보내지도록 되어 있다.
제 1 원료피더(23)에는 도시되지 않은 제어장치로부터의 원료 분체 공급량 제어 신호에 대응하여, 소정량의 원료 분체를 송출(送出)하는 송출기구가 구비되어 있다.
캐리어 가스에는 산소, 산소 부화 공기, 공기 등의 산소 농도 20 vol% 이상의 산소 함유 가스가 사용된다.
캐리어 가스 공급원(24)에도 도시되지 않은 제어장치에서 캐리어 가스 공급량 제어신호에 대응하여, 소정량의 캐리어 가스를 제 1 원료피더(23) 및 제 2 원료피더(25)에 각각 송출하는 유량조정밸브가 구비되어 있다.
버너(12)의 제 2 원료공급로(6A)에는 제 2 원료공급파이프(미도시)가 접속되고, 이 제 2 원료공급파이프는 제 2 원료피더(25)에 연결되어 있다. 제 2 원료피더(25)에는 평균 입도 10μm 미만의 입자 직경인 미세한 원료 분체가 저장되고, 캐리어 가스 공급원(24)으로부터 캐리어 가스가 보내지고, 이 캐리어 가스에 소정량의 원료 분체가 반송되어 상기 제 2 원료공급파이프를 통해 버너(12)의 제 2 원료 공급로(6A)에 보내지도록 되어 있다.
제 2 원료피더(25)에도 도시되지 않은 제어장치로부터 원료 분체 공급량 제어신호에 대응하여 소정량의 원료 분체를 송출하는 송출기구가 구비되어 있다.
버너(12)의 연료공급로(4A)에는 연료 공급 파이프(미도시)가 접속되고, 이 연료 공급 파이프는 연료 가스 공급원(26)에 접속되어 있다. 연료 가스 공급원(26)은 액화 석유 가스(LPG), 액화 천연 가스(LNG) 등의 연료 가스를 저장하고, 이것을 송출하는데 있어서 소정량의 연료 가스가 상기 연료 가스 공급 파이프를 통해 버너(12)의 연료공급로(4A)에 보내도록 되어 있다.
연료 가스 공급원(26)에는 도시되지 않은 제어장치로부터 연료 가스 공급량 제어 신호에 대응하여 소정량의 연료 가스를 송출하는 송출기구가 구비되어 있다.
버너(12)의 제 1 산소공급로(5A)에는 제 1 산소 공급 파이프(미도시)가 접속되고, 이 제 1 산소 공급 파이프는 제 1 산소 공급원(27)에 접속되어 있다. 제 1 산소공급원(27)은 상기 산소 함유 가스를 저장하고, 이것을 송출하는데 있어서 소정량의 산소 함유 가스가 상기 제 1 산소 공급 파이프를 통해 버너(12)의 제 1 산소공급로(5A)에 보내도록 되어 있다.
제 1 산소 공급원(27)에는 도시하지 않은 제어 장치로부터 제 1 산소 공급량 제어 신호에 대응하여, 소정량의 산소 함유 가스를 송출하는 송출기구가 구비되어 있다.
버너(12)의 제 2 산소공급로(7A)에는 제 2 산소 공급 파이프(미도시)가 접속되고, 이 제 2 산소 공급 파이프는 제 2 산소 공급원(28)에 접속되어 있다. 제 2 산소 공급원(28)은 상기 산소 함유 가스를 저장하고, 이것을 송출하는데 있어서 소정량의 산소 함유 가스가 상기 제 2 산소 공급 파이프를 통해 버너(12)의 제 2 산소공급로(7A)에 보내도록 되어 있다.
제 2 산소 공급원(28)에도 도시되지 않은 제어 장치로부터 제 2 산소 공급량 제어 신호에 대응하여, 소정량의 산소 함유 가스를 송출하는 송출기구가 구비되어 있다.
또한, 제 1 산소 공급원(27)과 제 2 산소 공급원(28)을 일체화하고, 이것에 두 개의 송출기구를 설치하여 각각의 송출기구로부터 제 1 산소 공급 파이프와 제 2 산소 공급 파이프에 각각 산소 함유 가스를 송출하여 버너(12)의 제 1 산소공급로(5A)와 제 2 산소공급로(7A)에 각각 소정량의 산소 함유 가스를 공급하도록 하여도 좋다.
다음으로, 이러한 제조 장치를 이용한 구상화 입자의 제조 방법의 일실시예를 설명한다.
제 1 원료피더(23)로부터 평균 입도 10μm 이상의 조분(粗粉)을 버너(12)의 제 1 원료 공급로(1A)로 보내서 제 1 원료 분출공(3)으로부터 원료 분산실(9)을 통해 연소실(8)을 향해서 분출한다.
제 2 원료피더(25)로부터 평균 입도 10μm 미만의 미세분말을 버너(12)의 제 2 원료 공급로(6A)로 보내서 제 2 원료 분출공(6B)으로부터 연소실(8)을 향해 분출한다.
여기서, 원료 분체의 공급처를 그 평균 입도 10μm로 구분한 이유는 10μm 미만의 원료 분체는 분산하기 어려운 특성이 있기 때문이다.
버너(12)의 제 1 산소공급로(5A), 제 2 산소공급로(7A)에 각각 소정량의 산소 함유 가스를 제 1 산소 공급원(27), 제 2 산소 공급원(28)으로부터 보내서 제 1 산소 분출공(5B), 제 2 산소 분출공(7B)을 거쳐 연소실(8)을 향해 분출한다.
버너(12)의 연료 공급로(4A)에 소정량의 연료 가스를 연료 가스 공급원(26)으로부터 보내서 연료 가스 분출공(4B)를 거쳐 연소실(8)을 향해 분출한다.
화염속으로 분출된 입자 직경이 다른 두 종류의 원료 분체는 각각 화염의 고온의 중심 영역, 저온의 외측 영역에서 가열되어 용융하고, 구상화하여 입자 직경이 서로 다른 구상화 입자로 된다.
이 구상화 입자는 버너(12)로부터 생성한 연소 가스와 공기 도입구(13)로부터 도입되는 공기와의 가스에 부유(浮游)하여 구상화로(11)의 연소 가스 배출구(14)로부터 덕트(15), 댐퍼(16)를 거쳐 사이클론(17)으로 보내진다. 연소 가스에 공기를 혼합하는 것으로 사이클론(17)에 도입되는 가스의 온도가 떨어지고, 사이클론(17)으로의 입자 포집에 적합한 온도로 된다.
사이클론(17)에서는 가스 중에 부유하고 있는 구상화 입자 가운데, 굵은 입자(粗粒)의 구상화 입자가 포집된다. 사이클론(17)으로부터 도출된 가스는 덕트(21)를 통해 버그 필터(19)로 보내지고, 여기서 구상화 입자 가운데, 미세 입자의 구상화 입자가 포집된다.
또한, 필요에 따라서, 덕트(15)의 댐퍼(16)를 닫아서, 가스를 덕트(18)에 흘려 직접 버그 필터(19)로 보내 모든 구상화 입자를 여기서 포집할 수도 있다. 이때, 가스의 온도를 낮출 필요가 있는 경우에는 공기 도입 포트(20)에서 적당량의 공기를 가스에 혼입할 수도 있다.
이상의 조작에 의해, 원료 분체의 입도에 거의 일치한 입도의 구상화 입자를 하나의 버너(12)에 의해 보다 효율적으로 얻을 수 있다.
[실시예]
다음, 구체적인 실시예를 나타낸다.
(실시예 1)
도 3에 나타낸 무기질 구상화 입자 제조장치를 이용하여 구상화 입자를 제조하였다.
원료 분체로서 전량으로 실리카 분말 20 kg/h를 7.5 Nm3/h의 산소로 이루어진 캐리어 가스로 반송했다. 연료 가스로서 LPG 5 Nm3/h를 공급했다. 산소 함유 가스로서 전량으로 산소 20 Nm3/h를 버너(12)에 양분해서 도입하여 구상화 입자를 제조하고, 98% 이상의 유리화율이 얻어지는 구상화 처리 능력을 구했다.
이때, 원료분체의 입도에 따라 상기 제 1 산소 분출공(5B)(1차 산소) 및 제 2 산소 분출공(7B)(2차 산소)에 공급하는 산소의 비율을, 1차 산소 0∼100%, 2차 산소 100∼0% 의 범위에서 변화시켜 98% 이상의 유리화율을 달성할 수 있는 조건을 검토하였다.
평균 입도 30μm와 평균 입도 2μm의 원료분체에 대한 처리 결과를 도 4, 도 5, 표 1에 나타낸다.
30μm 원료를 처리하는 경우에는 제 1 원료 분출공(3)에서 원료 분체를 분출하고, 2μm 원료를 처리하는 경우에서는 제 2 원료 분출공(6B)에서 원료 분체를 분출했다.
30μm 원료 분체에 대해서는 사이클론(17)에서 포집하고, 2μm 원료에 대해서는 사이클론(17)을 통하지 않고 버그 필터(19)에서 일괄 포집했다.
또한, 종래 기술과의 비교를 위해, 특허 문헌 3에 기재된 무기질 구상화 장치와 동일 형태의 것을 사용하여 상기 조건하에서 구상화 입자를 제조했다.
원료분체
평균입도
[μm ]		 1차산소
[ % ]
 2차산소
[ % ]		 처리능력
[kg / h]		 구상화 입자평균입도[μm ]
종래기술 본 발명
30 25 75 20 36 31
2 40 60 20 7 3
그 결과, 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이, 어떠한 입자 직경의 원료에서도 1차 산소 50% 이상, 2차 산소 50% 이하의 조건에서는 98% 이상의 유리화율은 얻을 수 없었다.
또한, 종래기술과의 비교에서도 1차 산소 및 2차 산소의 영향에 대해서는, 의미있는 차이는 보이지 않았다.
또한, 표 1의 결과에서 본 발명의 버너를 이용하는 것으로, 보다 원료 입도에 가까운 무기질 구상화 입자를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예 2)
원료 분체로서 실리카 분말을 채용하고, 평균 입도 15μm의 원료 분체 A, 평균 입도 2μm의 원료 분체 B, 원료 분체 A 35wt%과, 원료 분체 B 65wt%를 혼합한 평균 입도 5μm의 원료 분체 C의 3 종류의 원료 분체를 준비했다.
특허 문헌 3에 기재된 종래 기술의 버너를 사용하여, 원료 분체 C를 20 kg/h를 7.5 Nm3/h의 산소로 된 캐리어 가스로 반송하여 공급했다. 연료 가스로서 LPG 5 Nm3/h를 공급했다. 산소 20 Nm3/h를 공급하여 구상화 입자를 제조하여 98% 이상의 유리화율을 얻을 수 있는 구상화 처리 능력을 구했다.
본 발명의 버너를 이용하여, 원료 A 7 kg/h를 5.25 Nm3/h의 산소로 된 캐리어 가스로 제 1 원료분출공(3)으로 반송하고, 원료 B 13 kg/h를 2.25 Nm3/h의 산소로 된 캐리어 가스로 제 2 원료 분출공(6B)으로 반송했다. 연료가스로서 LPG 5 Nm3/h를 연료 가스 분출공(4B)에 공급하고, 산소 전량 20 Nm3/h를 제 1 산소 분출공(5B)과 제 2 산소 분출공(7B)으로 분할해서 공급하여 구상화 입자를 제조하고, 98% 이상의 유리화율이 얻어지는 구상화 처리 능력을 구했다.
이때, 원료 분체의 입도에 따라 상기 제 1 산소 분출공(5B)(1차 산소) 및 제2 산소 분출공(7B)(2차 산소)에 공급하는 산소의 비율은, 1차 산소 30%, 2차 산소 70%의 비율로 고정하고, 원료 분체 공급량을 조정하는 것으로서 버너의 처리능력을 검토하였다.
결과를 표 2에 나타낸다.
원료평균입도
[ μm ]		 처리능력
[ kg / h ]		 구상화 입자
유리화율
[ % ]
 구상화입자
평균입도
[μm ]
본 발명 원료A : 15
원료B : 2		 합 계 : 20
원료A : 7
원료B : 13		 99 7
종래기술 원료C : 5 16 98 10
표 2의 결과에서, 본 발명에서의 버너 구조를 이용하는 것으로, 보다 원료 입도에 가까운 무기질 구상화 입자를 효율적으로 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
1 : 제 1 원료 공급관 1A : 제 1 원료 공급로
2 : 분체 분산판 3 : 제 1 원료 분출공
4 : 연료 공급관 4A : 연료 공급로
4B : 연료 가스 분출공 5 : 제 1 산소 공급관
5A : 제 1 산소 공급로 5B : 제 1 산소 분출공
6 : 제 2 원료 공급관 6A : 제 2 원료 공급로
6B : 제 2 원료 분출공 7 : 제 2 산소 공급관
7A : 제 2 산소 공급로 7B : 제 2 산소 분출공
8 : 연소실 9 : 원료 분산실
11 : 구상화로 12 : 버너
17 : 사이클론 19 : 버그 필터
23 : 제 1 원료 피더 24 : 캐리어 가스 공급원
25 : 제 2 원료피더 26 : 연료 공급원
27 : 제 1 산소 공급원 28 : 제 2 산소 공급원

Claims (3)

  1. 확산형 버너를 사용하여 무기질 구상화 입자를 제조하는 공정을 가지는 무기질 구상화 입자의 제조 방법에 있어서,
    상기 버너는 제 1 원료공급로, 연료공급로, 원료 분산실, 제 1 산소공급로, 제 2 원료공급로, 제 2 산소공급로, 연소실을 구비하고,
    버너의 중심에 배치한 제 1 원료공급로의 제 1 원료 분출공으로부터 조분(粗粉)을 캐리어 가스를 이용하여 제 1 원료공급로의 선단에 설치된 원료 분산 실에 공급하고,
    원료 분산실의 외주에 설치된 연료 공급로의 연료 가스 분출공으로부터 원료분산실의 전방에 설치된 연소실로 버너의 중심축과 평행하게 연료 가스를 공급하고,
    제 1 산소공급로부터 연소실 측면에 개방된 제 1 산소 분출공을 통해 산소 함유 가스를 선회류가 되도록 연소실에 공급하고,
    제 2 원료공급로부터 제 1 산소 분출공보다도 출구측의 연소실 측면에 개방된 제 2 원료 공급공을 통해 캐리어 가스를 이용하여 미세분말을 버너의 중심축과 평행하게 연소실에 공급하고,
    제 2 산소공급로로부터 제 2 원료 분출공보다도 출구측의 연소실 측면에 개방된 제 2 산소 분출공을 통해 산소 함유 가스를 공급하는 무기질 구상화 입자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    사이클론을 사용하여 굵은 입자(粗粒)를 포집하는 공정과,
    버그 필터를 사용하여 미세입자를 포집하는 공정을 더 가지며,
    수직형의 구상화로에 상기 버너를 설치하고, 이 구상화로의 하류에 상기 사이클론과 상기 버그 필터를 직렬로 설치하는 것으로, 서로 다른 입도 분포를 가지는 무기질 구상화 입자를 동시에 제조하는 무기질 구상화 입자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    버그 필터를 사용하여 무기질 구상화 입자를 일괄 포집하는 공정을 더 가지며,
    수직형의 구상화로에 상기 버너를 설치하고, 이 구상화로의 하류에 상기 버그 필터를 설치하는 무기질 구상화 입자의 제조 방법.
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