KR101574002B1

KR101574002B1 - 분체 제조 장치

Info

Publication number: KR101574002B1
Application number: KR1020140001207A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 도모자와; 유우키 하야시
Original assignee: 쥬가이로 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2015-12-02
Also published as: TW201516365A; JP5735607B2; CN104549040A; CN104549040B; TWI522591B; KR20150044358A; JP2015077545A

Abstract

본 발명은, 러닝코스트를 줄이고, 종형로 내를 흐르는 연소 배기가스의 편류(偏流)를 억제하며, 부유 상태로 노(爐) 내를 강하하는 원료 분체의 입자를 균일하게 가열할 수 있는 분체 제조 장치를 제공한다.
제1의 원료 분출 노즐열(44)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4a)은, 각각 동일한 피치각으로 배열되어 있다. 제2의 원료 분출 노즐열(46)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4b)은, 제1의 원료 분출 노즐열(44)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4a)보다 작은 피치각으로 배열되어 있다. 제1의 원료 분출 노즐열(44)과 제2의 원료 분출 노즐열(46)은, 상대하는 열에 있어서 반피치각 어긋나도록 배열되어 있고, 노즐간의 틈을 연소 배기가스의 통로로서 형성하고 있다.

Description

분체 제조 장치{Powder producing apparatus}

본 발명은, 분체 제조 장치에 관한 것이다.

원료 분체의 고온 소성, 벌룬화(balloon化) 처리, 또는 구상화(球狀化) 처리를 실시하는 가열 방법으로서는, 일정 용량의 용기에 분체를 충전하여 전기로나 킬른(kiln)으로 가열하는 정치형(靜置型) 가열 방법, 고온의 연소 배기가스 중에 원료 분체를 직접 투사하고, 고온의 처리 공간에서 원료 분체를 가열하는 부유형(浮遊型) 가열 방법이 알려져 있다.

정치형 가열 방법을 채용한 장치의 일례로서, 분체가 충전된 갑발(saggar)이라고 불리는 세라믹제의 용기를 롤러 위에 적치하고, 이 롤러로 갑발을 반송하면서 소정의 온도로 가열하는 롤러 하스 킬른(roller hearth kiln)이 공지이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또한, 부유형 가열 방법을 채용한 장치의 일례로서, 내부에 처리 공간을 형성하는 종형로(縱型爐)와, 연소실의 일단에 버너를 가지고, 상기 연소실에서 발생한 연소 배기가스를 종형로의 상부를 통해 본체 내에 도입하는 연소 장치와, 상기 종형로의 상부의 상단에 위치하는 노정부(爐頂部)에 수직 하향으로 배치되어, 해당 종형로 내에 원료를 분출하는 원료 분출 노즐로 구성된 분체 제조 장치가 공지이다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

이 분체 제조 장치의 종형로의 상부에는, 연소실의 타단이 종형로의 길이 방향의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 접속되어 있고, 종형로 내에 도입된 연소 배기가스의 흐름 방향을 90도 변화시켜서 해당 연소 배기가스를 본체 내의 하류측으로 안내한다.

특허문헌 1: 일본국 실용신안 등록 제3173374호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개 2012-35237호 공보

특허문헌 1은, 열 용량이 큰 세라믹제의 갑발 내의 원료 분체를 가열하기 위해, 갑발 내의 원료 분체가 균일 가열 온도가 될 때까지 약 30분 ~ 수시간의 가열 시간을 필요로 한다. 또한, 세라믹제의 갑발은, 급격한 가열·냉각을 실시하면, 표면과 내부의 열 팽창차에 의한 응력 균열(열적 스폴링(thermal spalling))이 발생한다. 이 때문에, 완만하게 가열·냉각할 필요가 있어서, 결과적으로 처리 시간이 길어진다. 어찌되었든, 특허문헌 1에서는, 러닝코스트(running costs)가 높아진다고 하는 문제가 있다. 거기에 덧붙여, 노(爐) 내의 내화재 등의 불순물이 갑발 내에 혼입할 염려도 있다.

특허문헌 2는, 각각의 원료 입자가 고온의 처리 공간 내에 분산되어 가열하기 때문에, 원료 분체의 가열 시간은 몇 초로, 특허문헌 1에 기재된 가열 방법과 비교하여 매우 짧아진다. 또한, 특허문헌 2는, 원료 분체를 부유 상태로 처리하기 때문에, 원료 분체와 노 내의 내화재와의 접촉이 적고, 특허문헌 1과 같이 불순물혼입의 염려도 없다.

그 반면, 특허문헌 2는, 예를 들면, 종형로의 스케일 업(scale up)에 따라서 노의 용적이 커졌을 경우, 그 구조상, 종형로 내를 흐르는 연소 배기가스에 편류(偏流)가 생기기 쉬워져서, 부유 상태로 노 내를 강하하는 원료 분체의 입자를 균일하게 가열하는 것이 곤란하고, 분체의 열 이력(履歷)이 균일하게 되지 않는다고 하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 고온의 처리 공간 내의 온도 분포는 균일하지 않고, 원료 분체의 입자가 고온의 처리 공간 안의 어느 장소를 통과하는지에 따라 각각의 입자가 받는 열 이력이 균일하게 되지 않는다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은, 러닝코스트를 줄이고, 종형로 내를 흐르는 연소 배기가스의 편류를 억제하여, 부유 상태로 노 내를 강하하는 원료 분체의 입자를 균일하게 가열할 수 있는 분체 제조 장치를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 분체의 열 이력이 균일하게 되는 처리 공간에 분체를 투사 할 수 있는 분체 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 분체 제조 장치는, 내부에 처리 공간을 형성하는 종형로와, 연소실의 일단에 버너를 가지고, 상기 연소실에서 발생한 연소 배기가스를 상기 종형로의 상부를 통해 본체 내에 도입하는 연소 장치와, 상기 종형로의 상부의 상단에 위치하는 노정부에 수직 하향으로 배치되어, 해당 종형로 내에 원료를 분출하는 원료 분출 노즐로 이루어지고, 상기 상부에는, 상기 연소실의 타단이 상기 종형로의 길이 방향의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 접속되어 있는 분체 제조 장치에 있어서, 상기 원료 분출 노즐은, 상기 노정부로부터 상부 공간 내에 균일하게 복수 배치되고, 또한 상기 상부에 형성된 상기 연소 배기가스의 분출구의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 배치되어 있고, 나아가, 상기 원료 분출 노즐에 있어서의 상기 종형로의 내부에 삽입하는 삽입 길이는, 상기 분출구의 개구 길이 이상의 길이를 가지고 있으며, 상기 분출구로부터 상기 종형로 내에 도입된 상기 연소 배기가스를 인접하는 원료 분출 노즐간의 틈으로 유입시켜, 해당 연소 배기가스의 흐름 방향을 변화하게 하여 상기 종형로 내의 하류측으로 안내하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 노정부로부터 상부 공간 내에 균일하게 복수 배치된 인접하는 원료 분출 노즐간의 틈으로 연소 배기가스를 유입시켜, 종형로 내의 하류측으로 연소 배기가스를 안내하기 때문에, 복수의 원료 분출 노즐이 정류 수단으로서 기능한다. 이 때문에, 부유 상태로 노 내를 강하하는 원료 분체의 입자를 균일하게 가열할 수 있다. 또한, 종형로의 스케일 업에 따라 노의 용적이 커졌을 경우에도, 분체의 열 이력을 균일하게 할 수 있다.

상기 노정부에 배치되는 복수의 원료 분출 노즐은, 소정수의 상기 원료 분출 노즐로 이루어진 환상(環狀)의 원료 분출 노즐열(列)을 동축상에 적어도 1열 이상 배치한 것으로써, 동렬상에서 인접하는 상기 원료 분출 노즐의 피치각이 동일한 한편, 상대하는 열에 있어서 반(半)피치각 어긋나도록 배열하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 연소 배기가스는, 복수의 원료 분출 노즐열을 구성하는 각 원료 분출 노즐로 형성되는 틈에 균등하게 유입하므로, 복수의 원료 분출 노즐이 배치되어 있는 노 내 공간에 있어서 연소 배기가스가 정류된다.

상기 분출구로부터 상기 복수의 원료 노즐에 유입하기 직전의 상기 연소 배기가스의 압력을 P1, 상기 복수의 원료 노즐을 통과 후의 상기 연소 배기가스의 압력을 P2로 했을 때, 상기 연소 배기가스의 차압 P1 - P2가 5㎜H₂O에서 30㎜H₂O가 되도록 상기 인접하는 원료 분출 노즐간의 틈을 설정하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 복수의 원료 분출 노즐의 인접하는 노즐간의 틈을 적절히 설정할 수 있어서, 복수의 원료 분출 노즐이 적절한 정류 수단으로서 기능한다.

상기 분출구와 상기 상부의 접합 부분에 있어서의 내연 하부는, 모깎기되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 분출구의 각부의 근방에서 발생하는 와류(渦流)가 경감되는 결과, 연소 배기가스의 속도 분포가 대략 균등하게 되고, 연소 배기가스의 정류 효과가 향상한다.

상기 모깎기를 하는 영역은, 상기 내연 하부의 중앙부를 크게 하고, 상기 내연 하부의 양단에 가까워짐에 따라서 작게 해도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 분출구를 통과하는 연소 배기가스의 속도는 분출구에 있어서의 내연 하부의 중앙부가 빠르고, 종형로 내의 벽면과 접합하는 상기 분출구의 양단 각부에 가까워짐에 따라서 점차 속도가 저하하므로, 유속이 빠른 중앙부의 모깎기를 크게 하면, 거기서 발생하는 와류가 더욱 경감되는 결과, 연소 배기가스의 속도 분포가 균등하게 되어, 연소 배기가스의 정류 효과가 더욱 향상한다.

상기 원료 분출 노즐의 하단으로부터, 상기 인접하는 원료 분출 노즐로부터 분출되는 분류의 교차부까지의 거리를 L, 인접하는 원료 분출 노즐의 중심간 거리를 P, 원료 분출 노즐의 노즐 구멍 지름을 d, 원료 분출 노즐로부터 분출되는 원료의 분류 각도를 θ로 했을 때, 각각의 관계가, L={(P-d)/2}/(tanθ/2)[㎜]를 충족하는 것으로, 상기 거리(L)의 위치에 있어서의 원료의 온도가, 원료가 건조 분체인경우는 응집하지 않는 온도 이상, 원료가 슬러리(slurry) 상태의 분체인 경우는 액체의 비점 이상이 되는 상기 P를 정하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 종형로의 처리 공간 안에서, 고온 소성, 벌룬화 처리, 또는 구상화 처리가 촉진되는 고온의 영역에 원료 분체의 입자를 통과시킬 수 있다. 그 결과, 원료 분체의 각각의 입자가 받는 열 이력을 균일하게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 러닝코스트를 줄이고, 종형로 내를 흐르는 연소 배기가스의 편류를 억제하여, 부유 상태로 노 내를 강하하는 원료 분체의 입자를 균일하게 가열할 수 있는 분체 제조 장치를 제공할 수 있다. 또한, 분체의 열 이력이 균일하게 되는 처리 공간에 분체를 투사할 수 있는 분체 제조 장치를 제공할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

도 1(a)는, 본 발명의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치의 측단면도, (b)는 분출구의 모깎기 형상을 나타내는 평면도이다.
도 2(a)는, 원료 분출 노즐의 단면도, (b)는 하단의 세라믹 화이버를 대경(大徑)으로 한 원료 분출 노즐을 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 1(a)에 있어서의 A 방향에서 본 종형로의 노정부의 평면도이다.
도 4는, 도 1(a)에 있어서의 종형로의 B - B 단면도이다.
도 5(a)는, 종형로 내에 형성된 연소 배기가스의 분출구의 각부에 모깎기를 하지 않은 경우에 있어서의 원료 분출 노즐의 하단 근방의 연소 배기가스의 속도 분포를 시뮬레이션한 도면, (b)는 분출구의 각부에 모깎기를 했을 경우에 있어서의 원료 분출 노즐의 하단 근방의 연소 배기가스의 속도 분포를 시뮬레이션한 도면이다.
도 6(a)는, 종형로 내에 형성된 연소 배기가스의 분출구의 각부에 모깎기를 하지 않은 경우에 있어서의 종형로 내 중앙부의 연소 배기가스의 속도 분포를 시뮬레이션한 도면, (b)는 분출구의 각부에 모깎기를 했을 경우에 있어서의 종형로내 중앙부의 연소 배기가스의 속도 분포를 시뮬레이션한 도면이다.
도 7은, 원료 분출 노즐의 하단으로부터, 인접하는 원료 분출 노즐로부터 분출되는 분류의 교차부까지의 거리(L)를 설명하는 개략도이다. (a)는 비교예를 나타내고, (b)는 본 발명예를 나타낸다.

이하, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치에 대하여, 첨부 도면에 따라 설명한다. 덧붙여, 이하의 설명에서는, 방향이나 위치를 나타내는 용어(예를 들면, 「일단」이나 「타단」, 「상류」나 「하류」등)를 편의상 사용하지만, 이것들은 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 그러한 용어의 의미에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명은, 본 발명의 한 형태의 예시에 지나지 않고, 본 발명, 그 적용물 혹은 그 용도를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 분체 제조 장치(1)는, 직립 원통 형상의 종형로(2) 및 횡형 원통 형상의 연소 장치(3)와, 종형로(2)의 노정부(20)에 수직 하향으로 배치되고, 해당 종형로(2) 내에 원료를 분출하는 원료 분출 노즐(4)을 가진다.

종형로(2)는, 상부(22)의 상단에 위치하는 노정부(20)와, 상부(22)에서 원추형상으로 확경(擴俓)한 본체부(24)를 가지고 있다. 종형로(2)에는, 단열재(26)가 내장되어 있고, 내부에 원료 분체를 고온 소성, 벌룬화 처리, 또는 구상화 처리하기 위한 처리 공간(28)을 형성하고 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 연소 장치(3)는, 단열재(30)가 내장된 연소실(32)을 가진다. 연소실(32)은 일단에 버너(34)를 가지고, 타단은 원추 형상으로 축경(縮徑)하고 있다. 도시하는 바와 같이, 상부(22)에는, 연소실(32)의 타단이 종형로(2)의 길이 방향의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 접속되어 있다. 상부(22)의 벽면(260)에는 분출구(36)(도1(b) 참조)가 형성되어 있고, 해당 분출구(36)를 개재하여 종형로(2) 내와 연소실(32)이 연통하고 있다.

버너(34)에 의해 생성된 연소 생성 가스는, 연소실(32)의 외주부에 설치된 공기 공급구(38)로부터 유입하는 공기와 혼합하여 적절한 온도로 조정된 고온의 연소 배기가스(300)가 되고, 분출구(36)를 개재하여 종형로(2) 내에 도입되어, 본체부(24) 내의 하류측으로 안내된다.

버너(34)는, 예를 들면, 도시가스(13A), 프로판 가스, 또는 부탄 가스 등의 기체 연료와 연소용 공기를 임의의 공기비로 연소할 수 있는 것이 바람직하다. 연료는, 기체 연료 외, 액체 연료, 고체연료의 어느 것이어도 괜찮다.

본 실시의 형태에서는, 버너(34)로 생성된 연소 생성가스에 공기를 혼합한 연소 배기가스(300)를 종형로(2) 내로 도입하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 연료의 이론 연소 공기량의 예를 들면, 1.05 ~ 8배의 과잉한 연소용 공기량으로 연소 가능한 버너로 생성되는 연소 생성 가스를 종형로(2) 내에 직접 도입해도 괜찮다. 그러한 버너를 이용하는 것으로, 연소 장치(3)의 구조를 간략화할 수 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 원료 분출 노즐(4)은, 건조 상태의 원료 분체, 또는 슬러리 상태의 원료 분체가 내부를 유통하는 장축 노즐(40)을 가진다. 장축 노즐(40)의 일단측(상단측)에는, 구형(矩形)의 플랜지(42)가 관통하여 설치되어 있다.

또한, 플랜지(42)의 하면측으로써 장축 노즐(40) 외주부에는, 리브(422)가 원주 방향에 등간격(예를 들면 90°)으로 고착되어 있다. 이 리브(422)로 장축 노즐(40)의 외주부와 플랜지(42)의 하면을 고정함으로써, 장축 노즐(40)의 변형을 방지하고 있다.

장축 노즐(40)의 타단측(하단측)의 외주부에는, 원추대 형상의 세라믹 화이버(400)가 외장되어 있다. 원추대 형상의 세라믹 화이버(400)는, 장축 노즐(40)의 타단측(하단측)의 근방에 설치된 2개의 금속제 링(402)에 의해서 탈락이 방지되고 있다.

플랜지(42)의 하면으로부터 원추대 형상의 세라믹 화이버(400)의 저면(404)까지의 영역에는, 저면(404)의 직경과 대략 같은 외경으로써 소정의 두께를 가진 도너츠 형상의 세라믹 화이버(406)가 두께 방향으로 다수 적층되어 있다. 그러한 세라믹 화이버(406)는, 장축 노즐(40)의 외주부에 소정의 간격으로 설치된 금속제 링(408)으로 자중에 의한 이완, 탈락을 방지하고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 원료 분출 노즐(4)은, 원료 분체가 유통하는 장축 노즐(40) 내부의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있다. 또한, 장축 노즐(40)의 외주부를 냉각 매체가 유통하는 다중관 구성으로 할 필요가 없기 때문에, 원료 분출 노즐(4)의 제조가 용이하게 된다.

다음으로, 종형로(2)의 노정부(20)에 배치되는 원료 분출 노즐(4)에 대하여 설명한다. 도 1(a), 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 노정부(20)에는, 중심(200)으로부터 합계 24개의 원료 분출 노즐(4a, 4b)이 방사상으로 설치되어 있다.

합계 24개의 원료 분출 노즐(4)은, 노정부(20)로부터 상부(22)의 공간 내에 균일하게 되도록 방사상으로 배치되어 있다. 복수의 원료 분출 노즐(4)의 배치는, 노정부(20)로부터 상부(22)의 공간 내에 균일하게 배치할 수 있으면 방사상에 한정되지 않는다. 복수의 원료 분출 노즐(4)을 예를 들면, 격자 모양, 그물코 모양으로 배치하는 것도 가능하다. 또한, 방사상으로 배치하는 경우, 중심(200)에도 원료 분출 노즐(4)을 배치해도 괜찮지만, 그렇게 하면 중심(200) 부근의 연소 배기가스의 유속이 불균일하게 되는 경향을 나타내기 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 중심(200)에는 원료 분출 노즐(4)을 배치하지 않는 것이 바람직하다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 원료 분출 노즐(4)은, 분출구(36)의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 배치되어 있다. 도시한 바와 같이, 원료 분출 노즐(4a, 4b)에 있어서의 종형로(2)의 내부에 삽입하는 삽입 길이(H1)는, 분출구(36)의 개구 길이(H2) 이상의 길이를 가지고 있다. 여기서, 「삽입 길이」란, 노정부(20)의 저면으로부터 원료 분출 노즐(4)의 하단까지의 치수를 의미하며, 「분출구(36)의 개구 길이」란, 분출구(36)의 개구 형상이 예를 들면 구형의 경우에 있어서는, 노정부(20)의 저면으로부터 장변(長邊) 또는 단변(短邊)의 하단까지의 치수로, 분출구(36)의 개구 형상이 예를 들면 원형의 경우에 있어서는, 노정부(20)의 저면으로부터 원의 하단까지의 치수를 의미한다.

도 3으로 돌아와서, 노정부(20)에는, 중심(200)에 대하여, 8개의 원료 분출 노즐(4a)로 이루어진 환상(環狀)의 제1의 원료 분출 노즐열(44)이 배열되어 있음과 동시에, 제1의 원료 분출 노즐열(44)의 외측에 16개의 원료 분출 노즐(4b)로 이루어진 환상의 제2의 원료 분출 노즐열(46)이 동축상에 배열되어 있다.

또한, 제1의 원료 분출 노즐열(44)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4a)은, 각각 동일한 피치각으로 배열되어 있다. 제2의 원료 분출 노즐열(46)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4b)은, 제1의 원료 분출 노즐열(44)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4a)보다 작은 피치각으로 배열되어 있다. 도시하는 바와 같이, 제1의 원료 분출 노즐열(44)과 제2의 원료 분출 노즐열(46)은, 상대하는 열에 있어서 반피치각 어긋나도록 배열되어 있고, 각 원료 분출 노즐(4a)과 각 원료 분출 노즐(4b)로 형성되는 틈을 연소 배기가스의 통로(도시하지 않음)로서 형성하고 있다.

이 때문에, 연소 배기가스는, 각 원료 분출 노즐(4a)과 각 원료 분출 노즐(4b)로 형성되는 틈에 균등하게 유입하므로, 복수의 원료 분출 노즐이 배치되어 있는 노 내 공간에 있어서 연소 배기가스가 정류된다.

본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치(1)는, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 제1, 2의 원료 분출 노즐열(44, 46)을 구성하는 각 원료 분출 노즐(4a, 4b)로 형성되는 틈이 연소 배기가스의 정류 수단으로서 기능하는 결과, 부유 상태로 종형로(2) 내를 강하하는 원료 분체의 입자를 균일하게 가열할 수 있다. 또한, 종형로(2)의 스케일 업에 따라서 노의 용적이 커졌을 경우에도, 분체의 열 이력을 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 24개의 원료 분출 노즐(4)을 노정부(20)에 배치하는 예를 설명했는데, 이것에 한정하는 것은 아니다. 분체 제조 장치(1)의 처리 능력(예를 들면, 연소 배기가스(300)의 유량, 종형로(2)의 용적 등)에 따라 노정부(20)에 배치되는 원료 분출 노즐(4)의 갯수를 적당하게 변경하여, 인접하는 원료 분출 노즐(4)간의 틈을 연소 배기가스의 통로로서 형성하면 좋다.

원료 분출 노즐(4)의 갯수, 즉, 인접하는 원료 분출 노즐(4)간의 틈의 형성은, 분출구(36)로부터 복수의 원료 분출 노즐(4)에 유입하기 직전의 연소 배기가스(300)의 압력과, 복수의 원료 분출 노즐(4)을 통과 후(즉, 복수의 원료 분출 노즐(4)의 하류측)의 연소 배기가스(300)의 압력과의 차압을 5㎜H₂O에서 30㎜H₂O가 되도록 인접하는 원료 분출 노즐(4)간의 틈을 설정하는 것으로 실현할 수 있다(도1(a) 참조).

상술한 차압의 하한치인 5㎜H₂O를 하회하면, 정류 효과를 얻을 수 없다. 거꾸로, 상한치인 30㎜H₂O를 상회하면, 노압(爐壓)이 높아지는 결과, 노기(爐氣)가 노외(爐外)로 누설하는 것을 방지하는 내압 씰의 구조가 복잡화하는 동시에, 설비 전체의 비용이 비싸진다. 이와 같이, 차압을 5㎜H₂O에서 30㎜H₂O의 범위 내로 설정하면, 설비 전체가 코스트 업 하는 일 없이, 연소 배기가스(300)를 정류할 수 있다.

또한, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 원료 분출 노즐(4)의 하단의 원추대 형상의 세라믹 화이버(400)만을 대경으로 하고, 차압을 5㎜H₂O에서 30㎜H₂O의 범위 내로 설정하는 것도 가능하다. 이렇게 하면, 복수의 원료 분출 노즐(4)의 하단에서 상류측의 공간(분출구(36)와 대향하는 공간)의 내압이 높아진다. 그 결과, 인접하는 원료 분출 노즐(4)간의 틈으로부터 연소 배기가스(300)을 균등하게 유출시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치를 설명한다. 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 제2의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치(1)는, 분출구(36)로부터 종형로(2) 내에 유입한 연소 배기가스(300)의 흐름 방향이 해당 종형로(2) 내에서 90도 변화하는 굴곡부의 안쪽과 대향하는 영역을 모깎기하는 모깎기부(362)를 가지고 있다.

상세히 설명하자면, 모깎기부(362)는, 분출구(36)와 상부(22)의 접합 부분에 있어서의 내연 하부(360)에 형성되어 있다. 그 외의 구성에 대해서는, 제1의 실시 형태에서 설명한 분체 제조 장치(1)와 동일하므로, 여기서의 재차 설명은 생략한다.

이와 같이, 모깎기부(362)를 분출구(36)와 상부(22)의 접합 부분에 있어서의 내연 하부(360)에 형성함으로써, 그 영역의 근방에서 발생하는 와류가 경감된다. 그 결과, 종형로(2) 내에 유입하는 연소 배기가스(300)의 속도 분포가 대략 균등하게 되어, 연소 배기가스의 정류 효과가 향상한다.

도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 모깎기부(362)에 있어서 모깎기를 하는 영역은, 내연 하부(360)의 중앙부(364)를 크게 하고, 해당 내연 하부(360)의 양단(366)에 가까워짐에 따라서 작게 하는(평면에서 볼 때 초승달 형상) 것이 정류 효과를 보다 향상시키는데 바람직하다.

통상, 분출구(36)의 내연 하부(360)을 통과하는 연소 배기가스(300)의 속도는, 중앙부(364)가 빠르고, 종형로(2) 내의 벽면(260)과 접합점인 양단(366)에 가까워짐에 따라서 점차 속도가 저하하므로, 유속이 빠른 중앙부(364)의 모깎기를 크게 하면, 거기서 발생하는 와류가 더욱 경감된다. 그 결과, 종형로(2) 내에 유입하는 연소 배기가스(300)의 속도 분포가 균등하게 되어, 연소 배기가스(300)의 정류 효과가 더욱 향상한다.

도 5, 도 6은, 종형로(2)를 세로 자르기 하고, 연소 배기가스(300)의 유량이 10000m3N/h, 연소 배기가스(300)의 온도가 1200℃의 조건에 있어서, 원료 분출 노즐(4)의 하단 근방 영역(280), 및 종형로(2) 내 중앙부의 영역(282)에서의 지름 방향의 유속 분포를 시뮬레이션한 도면을 나타낸다. 도 5(a), 도 6(a)은 모깎기부(362)가 없는 경우(비교예)를 나타내고, 도 5(b), 도 6(b)은 모깎기부(362)가 있는 경우(본 발명예)를 나타낸다. 도면에 있어서, 굵은 화살표는 속도가 빠른 연소 배기가스(300)의 유속 분포를 나타낸다.

도 5(a), 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 원료 분출 노즐(4)의 하단 근방 영역(280), 및 종형로(2) 내 중앙부의 영역(282)에서 연소 배기가스(300)의 속도가 빨라지는 경향을 나타냈다.

한편, 도 5(b), 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 본 발명 예의 경우, 원료 분출 노즐(4)의 하단 근방 영역(280), 및 종형로(2) 내 중앙부의 영역(282)에 있어서, 연소 배기가스(300)의 속도가 대략 균등하게 되어 있다라고 하는 결과를 얻을 수 있었다. 이와 같이, 모깎기부(362)를 가짐으로써 연소 배기가스(300)의 정류 효과가 향상하는 것을 이해할 수 있다.

본 발명의 제3의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치에 대하여 설명한다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 각 원료 분출 노즐(4)에는, 해당 원료 분출 노즐(4)로부터 분출되는 원료의 분류(噴流) 각도(θ)를 가지고 있다. 각 원료 분출 노즐(4)은 근접하여 배치되어 있기 때문에, 종형로(도시하지 않음)의 처리 공간(28)에 있어서, 분류(480)가 교차하는 교차부(482)가 반드시 형성된다.

교차부(482)가 형성되는 처리 공간(28)이 고온의 영역(원료가 건조 분체인 경우는 소성 온도 이상, 원료가 슬러리 형상의 분체인 경우는 액체의 비점 이상의 영역)이면, 원료 분체는 문제 없이 고온 소성, 벌룬화 처리, 또는 구상화 처리된다.

그러나, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 인접하는 원료 분출 노즐(4)의 중심간 거리(P)가 적절하지 않으면, 고온 소성, 벌룬화 처리, 또는 구상화 처리가 촉진되는 처리 공간(28)의 가까운 쪽의 영역(원료가 건조 분체인 경우는 소성 온도 이하, 원료가 슬러리 형상의 분체인 경우는 액체의 비점 이하의 영역)에서 교차부(482)가 형성되어 버린다. 그러한 영역에서 교차부(482)가 형성되면, 원료가 건조 분체인 경우는 분체의 입자가 응집하여, 분체가 밀착한 내측과 외측에서 반응이 늦기 때문에, 제품이 고르지 않게 된다. 또한, 원료가 슬러리 형상의 분체인 경우는 액체 방울이 충돌하여 큰 입자와 작은 입자가 혼재한 제품이 된다.

그래서, 발명자들은, 예의 검토한 결과, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 원료 분출 노즐(4)의 하단으로부터, 분류(480)의 교차부(482)까지의 거리를 L, 인접하는 원료 분출 노즐(4)의 중심간 거리를 P, 원료 분출 노즐(4)의 노즐 구멍 지름을 d, 원료 분출 노즐(4)로부터 분출되는 원료의 분류 각도를 θ로 했을 때, 각각의 관계가, L={(P-d)/2}/(tanθ/2)[㎜]를 충족하고, 이 거리(L)의 위치에 있어서의 원료의 온도가, 원료가 건조 분체인 경우는 응집하지 않는 온도 이상, 원료가 슬러리 형상의 분체인 경우는 액체의 비점 이상이 되는 원료 분출 노즐(4)의 중심간 거리(P)인 것을 알았다. 상술한 거리(L)는, 원료 분출 노즐(4)의 근방의 연소 배기가스(300)의 온도, 유량, 노 내 압력 등의 조건으로부터, 발명자들의 실험 및 실험 데이터의 해석으로부터 얻을 수 있던 것이다.

이와 같이, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관한 분체 제조 장치에 의하면, 분체의 열 이력이 균일하게 되는 처리 공간(28)에 분체를 투사할 수 있다.

본 발명과 관련되는 분체 제조 장치는, 기능재 미분말의 열처리 분해 또는 소성 처리, 복합산화물 분말의 합성 처리, 유리 등의 세라믹스 분말의 구상화 처리 또는 발포화 처리하는 것에 유용하다.

1 분체 제조 장치
2 종형로
3 연소 장치
4, 4a, 4b 원료 분출 노즐
20 노정부
22 상부
24 본체부
28 처리 공간
32 연소실
34 버너
36 분출구
44 제1의 원료 분출 노즐열
46 제2의 원료 분출 노즐열
300 연소 배기가스
360 내연 하부
362 모깎기부
400, 406 세라믹 화이버
480 분류
482 교차부

Claims

내부에 처리 공간을 형성하는 종형로(縱型爐)와,
연소실의 일단에 버너를 가지고, 상기 연소실에서 발생한 연소 배기가스를 상기 종형로의 상부를 통해 본체 내로 도입하는 연소 장치와,
상기 종형로의 상부의 상단에 위치하는 노정부(爐頂部)에 수직 하향으로 배치되어, 해당 종형로 내에 원료를 분출하는 원료 분출 노즐로 이루어지고,
상기 종형로의 상부에는, 상기 연소실의 타단이 상기 종형로의 길이 방향의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 접속되어 있는 분체 제조 장치에 있어서,
상기 원료 분출 노즐은, 상기 노정부로부터 상부 공간 내에 균일하게 복수 배치되고, 또한 상기 상부에 형성된 상기 연소 배기가스의 분출구의 축심에 대하여 직교하는 방향으로 배치되어 있으며,
또한, 상기 원료 분출 노즐에 있어서의 상기 종형로의 내부에 삽입하는 삽입 길이는, 상기 분출구의 개구 길이 이상의 길이를 가지고 있고,
상기 분출구로부터 상기 종형로 내에 도입된 상기 연소 배기가스를 인접하는 원료 분출 노즐간의 틈에 유입시켜, 해당 연소 배기가스의 흐름 방향을 변화하게 하여 상기 종형로 내의 하류측으로 안내하는 것을 특징으로 하는 분체 제조 장치.
청구항 1의 기재에 있어서,
상기 노정부에 배치되는 복수의 원료 분출 노즐은, 소정수의 상기 원료 분출 노즐로 이루어진 환상(環狀)의 원료 분출 노즐열을 동축상(同軸上)에 2열 이상 배치한 것으로,
동렬상(同列上)에서 인접하는 상기 원료 분출 노즐의 피치각이 동일한 한편, 상대하는 열에 있어서 반피치각 어긋나도록 배열한 분체 제조 장치.
청구항 1의 기재에 있어서,
상기 분출구로부터 상기 복수의 원료 분출 노즐에 유입하기 직전의 상기 연소 배기가스의 압력을 P1, 상기 복수의 원료 분출 노즐을 통과 후의 상기 연소 배기가스의 압력을 P2로 했을 때, 상기 연소 배기가스의 차압 P1 - P2가 5㎜H₂O에서 30㎜H₂O가 되도록 상기 인접하는 원료 분출 노즐간의 틈을 설정하는 분체 제조 장치.
청구항 1의 기재에 있어서,
상기 분출구와 상기 상부의 접합 부분에 있어서의 내연 하부는, 모깎기되어 있는 분체 제조 장치.
청구항 4의 기재에 있어서,
상기 모깎기를 하는 영역은, 상기 내연 하부의 중앙부를 크게 하고, 상기 내연 하부의 양단에 가까워짐에 따라서 작게 하는 분체 제조 장치.
청구항 1 내지 5의 어느 1항의 기재에 있어서,
상기 원료 분출 노즐의 하단으로부터, 상기 인접하는 원료 분출 노즐로부터 분출되는 분류(噴流)의 교차부까지의 거리를 L, 인접하는 원료 분출 노즐의 중심간 거리를 P, 원료 분출 노즐의 노즐 구멍 지름을 d, 원료 분출 노즐로부터 분출되는 원료의 분류 각도를 θ로 했을 때, 각각의 관계가, L={(P-d)/2}/(tanθ/2)[㎜]를 충족하는 것으로써,
상기 거리(L)의 위치에 있어서의 원료의 온도가, 원료가 건조 분체인 경우는 응집하지 않는 온도 이상, 원료가 슬러리 형상의 분체인 경우는 액체의 비점 이상이 되는 상기 P를 정하는 분체 제조 장치.