KR101605050B1 - 용융 재료를 분무하기 위한 회전분무기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융 재료를 수용하고 이로부터 용융 재료의 방울들을 사출하기 위한 회전분무기에 관한 것으로; 회전분무기는 용융 재료를 수용하기 위한 회전하는 웰을 가진다. 웰은 기부 및 기부 주위의 주변 림으로부터 연장되는 주변 벽을 포함하며 주변 벽의 상부는 내부 상부 가장자리 및 수평면 아래 0-60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가진다. 바람직하게는, 내부 상부 가장자리까지 연장되는 주변 측벽의 상부 영역은 실질적으로 수직이다.

Description

용융 재료를 분무하기 위한 회전분무기{Rotary atomiser for atomising molten material}
본 발명은 용융 재료를 분무하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용융 재료의 과립화에 관한 것이다.
용융 재료 과립기들의 일부 형태는 회전분무기를 포함한다. 이런 형태의 과립기에서, 용융 재료는 회전 접시와 접촉되게 놓이며 원심력에 의해 회전분무기의 중심으로부터 방사상으로 사출된다. 이상적으로, 용융 재료의 사출된 방울들은 회전분무기로부터 사출된 후 및 추가 사용을 위해 수집되기 전에 충분히 고체화되고 냉각된다. 다양한 과립기와 회전분무기 디자인이 현재 존재하고 있다.
이런 현재 디자인의 일부 단점들은 (i) 이들의 큰 치수(과립기는 회전분무기로부터 사출된 용융 재료 방울들의 충분한 고체화를 일으키기 위해 주로 지름 10m일 필요가 있다) (ii) 회전분무기로부터 사출된 용융 재료 방울들의 냉각을 보조하기 위한 대형 기류의 고가이고 비효과적인 사용, (iii) 과립기의 청소에 비용이 들게 하고 과립기의 작동 효율을 감소시키는 용융된 슬래그 과립기에서 "슬래그 울(slag wool)"의 발생(슬래그 울은 비 이상적인 회전분무기 디자인으로부터 형성되는 섬유와 유사한 고체화된 슬래그이다) 및 (iv) 사출된 방울들이 표면에 부착하여, 응집 및/또는 재용융을 일으키는 수집 단계 동안 사출된 방울들에 남아있는 잔존 열이다.
본 출원인들은 현존하는 과립기보다 개선된 회전분무기를 포함하는 용융 재료 과립기를 설계하였다.
한 태양에서, 용융 재료를 수용하고 이로부터 용융 재료의 방울들을 사출시키는 회전분무기를 포함하는 과립기를 제공하며; 회전 분무기는
기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된 주변 벽을 포함하는 용융 재료를 수용하기 위한 회전 웰(well)을 가지며, 주변 벽의 상부는 내부 상부 가장자리 및 수평면 아래 0-60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가진다.
본 발명의 한 바람직한 태양에서, 내부 상부 가장자리까지 연장되는 주변 측벽의 상부 영역은 실질적으로 수직이다. 주변 벽의 립 영역은 기부의 주변 림으로부터 일정거리로 이격되는 것이 바람직하다. 기부가 평면인 경우, 주변 측벽의 높이 및 주변 림으로부터 립 영역의 거리는 웰의 깊이이다. 이런 실시예에서, 기부와 주변 벽은 실질적으로 직각에서 만나 실질적으로 수직인 벽을 제공할 수 있다. 기부는 웰의 깊이가 주변 벽의 높이보다 크도록 형성된 원뿔체 또는 다면체과 같은 평면 이외의 형태일 수 있다. 그러나 이런 실시예들에서도, 기부의 주변 림으로부터 주변 벽의 립 영역까지 이격된 거리가 제공된다.
주변 벽은 상부 영역과 하부 영역으로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 상부 및 하부 영역은 동일선상으로 배열되어 주변 벽이 직선이다. 그러나 주변 벽의 하부 영역은 75°내지 105°벽의 기부로 기울어질 수 있다. 주변 벽의 하부 영역에 대한 상부의 배열과 무관하게, 내부 가장자리까지 연장되는 주변 벽의 상부 영역은 실질적으로 수직인 것이 본 발명의 작동을 위해 중요하다.
다른 양태에서,
회전분무기와 회전하는 웰에 용융 재료의 풀(pool)을 형성하는 단계(웰은 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된 주변 측벽을 포함하며, 주변 벽은 내부 상부 가장자리 및 수평면 아래 0-60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가진다);
립 영역으로부터 용융 재료의 방울들을 사출하기 위한 속도로 회전분무기를 회전하는 단계 및
용융 재료를 과립들로 고체화하는 단계를 포함하여 용융 재료를 과립화하는 방법이 제공된다. 본 방법은 비행하는 방울들의 상당한 일부를 고체화하는 단계; 및 고체화된 방울들이 수집기를 향하게 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 태양의 바람직한 형태에서, 풀에 첨가된 용융 재료는 회전분무기에 의해 발생된 원심력의 영향하에서 주변 벽 위로 진행한다. 용융 재료는 분무기로부터 사출되기 전에 웰에서 잔류 시간 후 주변 벽의 내부 가장자리에 도달한다.
본 출원인들은 용융 재료의 흐름을 잠시 중단시키고 용융 재료가 첨가되는 중간부터 분무기의 외부 가장자리까지 용융 재료의 웰을 유지함으로써, 이것이 립에서 깨끗하게 미세한 방울들을 분무하기 전에 립에서 얇은 액체 막을 형성하도록 용융 재료가 웰에서 좀 더 고르게 퍼지는 것을 도울 수 있다는 것을 발견했다.
상기 특징이 용융 재료가 디스크의 외부 가장자리로 거의 즉시 퍼지는 종래의 디스크 방식과 반대이다.
다른 태양에서 본 발명은 용융 재료를 수용하기 위한 웰을 포함하는 회전분무기를 제공하며, 웰은 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된 주변 벽을 포함하며, 주변 벽의 상부는 내부 상부 가장자리 및 수평면 아래 0-60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가진다.
다른 태양에서,
회전분무기를 회전시키는 웰에 용융 재료의 풀(pool)을 형성하는 단계(웰은 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된 주변 측벽을 포함하며, 주변 벽은 내부 상부 가장자리 및 수평면 아래 0-60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가진다);
립 영역으로부터 웰 내에서 잔류 시간을 갖는 용융 재료의 방울들을 사출하기 위한 속도로 회전분무기를 회전하는 단계를 포함하여 용융 재료를 분무하는 방법이 제공한다.
상기 태양들의 바람직한 형태들에서 용융 재료는 슬래그이다.
주변 벽의 상부의 내부 가장자리로부터 기부까지의 수직 거리에 의해 형성된 주변 벽의 높이는 기부의 지름에 대하여 10-50%일 수 있다. 주변 벽의 높이는 약 4 내지 약 50mm일 수 있다. 이런 실시예들에서 기부의 지름은 약 40 내지 약 100mm일 수 있다.
일부 실시예들에서 과립기는 밀폐되거나 실질적으로 밀폐된 챔버일 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 명확하게 하기 위해 감소된 수의 구조적 특징들을 나타내는 본 발명의 과립기 및 회전분무기의 중심축을 통과하여 선택한 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 회전분무기의 실시예의 중심축을 통과하여 선택한 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 회전분무기의 다른 실시예의 중심축을 통과하여 선택한 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 사용하기 위한 과립기의 중심축을 통과하여 선택한 단면을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 회전분무기의 실시예들의 단면들이다.
도 1은 본 발명의 과립기의 특징과 작동을 도시한다. 전형적인 작동에서, 용융 재료(2)는 전달 수단(4)에 의해 과립기(100)로 전달된다. 전달 수단(4)은 용융 재료(2)를 회전 수단(16)에 의해 회전 속도로 회전하는 회전분무기(8)로 향하게 한다. 회전분무기(6)가 실질적으로 수직인 축 주위로 회전 수단(16)에 의해 회전할 때, 힘들이 용융 재료의 풀(8)을 회전분무기(8)의 주변 벽(14) 위로 상승시킨다. 특정 회전 속도에서, 용융 재료의 풀은 주변 벽(14)의 상부까지 상승할 것이다. 이 특정 회전 속도를 넘어서는, 용융 재료는 주변 벽(14)의 상부에서 내부 가장자리(18) 위로 밀려올 것이다. 그런 후에 용융 재료는 회전분무기(8)로부터 사출되기 전에 립 영역(20)의 적어도 일부와 접촉하게 될 것이다. 이렇게 형성된 용융 재료의 방울들(22)은 궤적(24)을 가지고 충돌 표면(28)을 향해 사출되고 결국 수집기(32)를 향해 진행한다.
과립기(100)의 디자인에 영향을 주는 중요한 인자들로는: 전달 수단(4)을 통과하는 용융 재료(2)의 유속; 회전분무기(8)의 회전 속도; 용융 재료의 방울들(22)의 사출 온도; 충돌 표면(28)과 충돌하기 전 용융 재료의 방울들(22)의 궤적 거리 및 비행 시간; 용융 재료의 방울들(22)의 치수; 용융 재료(2)를 구성하는 재료; 및 추가 냉각(충돌 표면의 환상 기류 및/또는 냉각)의 유무; 등이 있다. 즉, 과립기(100)의 임의의 한 구성요소의 작동 조건과 정확한 디자인은 과립기(100)의 다른 구성요소들의 작동 조건과 디자인뿐만 아니라 과립화되는 재료의 물리적 및 화학적 특성들을 고려하여 결정된다. 예를 들어, 더 높은 유속은 더 큰 웰(6) 부피를 필요로 할 수 있다; 더 뜨거운 전달 온도는 더 큰 웰(6) 부피 및/또는 더 긴 궤적을 필요로 할 수 있다; 더 낮은 열 전도도를 가진 용융 재료는 더 긴 궤적을 필요로 할 수 있다. 이것에도 불구하고, 이 설명은 통상적인 디자인 변수들과 작동 조건들을 위한 가이드로 작용하는 가치를 제공한다.
용융 재료(2)는 이로부터 과립화된 형태를 생산하는 것이 바람직한 임의의 용융 재료일 수 있다. 예를 들어, 용융 재료는 용융 금속, 폴리머, 매트 또는 유리일 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 용융 재료는 금속들을 정제하기 위한 광석 용해 공정으로부터의 부산물(슬래그로 공지됨)이다. 과립화된 슬래그는 어떠한 목적을 위해도 사용될 수 있으나, 특히 시멘트와 콘크리트의 제조에 유용할 수 있다.
전달 수단(4)은 당업계에 공지된 임의의 적절한 수단일 수 있다. 예를 들어, 전달 수단(4)은 튜브, 파이프, 도관, 홈통 또는 다른 형태의 도관일 수 있다. 용융 재료(2)는 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 전달 수단(4)의 말단으로부터 방출될 수 있다. 예를 들어, 용융 재료(2)는 노즐, 분출구, 마개 또는 전달을 제어하기 위한 다른 수단에 의해 방출될 수 있다. 선택적으로, 용융 재료(2)는 전달을 제어하는 임의의 다른 수단 없이 전달 수단(4)의 말단으로부터 방출될 수 있다. 슬래그의 내용에서, 전달 수단(4)은 슬래그 드랍(slag drop)으로 부를 수 있다.
용융 재료(2)는 고온(이하에서 '전달 온도'로 불림)에서 전달 수단(4)을 통해 전달된다. 전달 온도는 재료가 실질적으로 용융되는 임의의 온도일 수 있고 재료 자체에 의존한다. 철-제조 슬래그의 내용에서, 용융 재료(2)의 전달 온도는 약 1400℃ 내지 약 1600℃일 수 있다. 분명한 것은, 전달 온도는 전달 수단(4)과 회전분무기(8) 사이의 열 손실 때문에 용융 재료(2)가 회전분무기(8)에 의해 수용되는 때의 온도보다 약간 더 높을 수 있으나, 본 발명을 위해서 둘은 동일한 것으로 생각해야 한다. 전달 수단(4)을 통과하여 회전분무기(8)의 웰(6) 속으로의 용융 재료(2)의 유속은 가변적이고 과립기의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 유속은 소형 공장 또는 시험용 도구의 경우 약 1kg/min 정도로부터 산업적 용량의 공장의 경우 수 tonnes/min까지일 수 있다. 이 유속은 태핑 속도로 불릴 수 있다.
회전분무기(8)는 전달 수단(4)으로부터 방출된 용융 재료(2)가 웰(6)에 의해 수용되도록 위치된다. 회전 수단(16)은 회전분무기를 실질적으로 수직인 축 주위로 회전시키는데 사용된다. 회전 수단(16)은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 회전 수단(16)은 자석에 의해 또는 기어에 의해 구동될 수 있다. 회전 속도는 가변적이고 과립기의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 회전 속도는 약 600rpm 내지 약 3000rpm일 수 있다. 회전분무기(8)의 디자인은 용융 재료의 풀의 실질적으로 전부가 용융 재료의 방울들(22)로서 사출되고 종래 기술의 회전분무기들의 경우와 같이 용융 재료의 시트 또는 리본으로 사출되지 않는 것이다. 슬래그의 내용에서, 용융 재료의 방울들(22)은 슬래그 울의 형성을 억제한다. 용융 재료의 방울들(22)의 모양과 크기는 가변적이고 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 용융 재료의 방울들(22)의 모양과 크기는 약 0.5mm 내지 약 5mm의 지름(90% 이상 지름 2mm 이하)을 가진 실질적으로 구형이고 일정한 조건에서 형성될 때 균일한 크기 범위 내에서 형성될 수 있다. 회전분무기(8)로부터 용융 재료의 방울들(22)의 사출 속도는 가변적이고 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 회전분무기(8)로부터 용융 재료의 방울들(22)의 사출 속도는 약 1.5m/s 내지 약 8m/s이다.
웰(6)은 도 2, 3, 5(a) 및 5(b)에 더욱 상세하게 도시된다. 웰(6)의 치수는 용융 재료의 풀이 웰(6) 내에 형성되게 하는 것이다. 특히, 웰(6)의 치수는 회전분무기(8)가 회전 수단(16)에 의해 회전할 때 용융 재료의 풀이 웰(6) 내에 형성되게 하는 것이다. 즉, 용융 재료(2)는 웰(6) 내에서 잔류 시간을 갖는 용융 재료의 풀을 형성하고 주변 벽(14)과 내부 가장자리(18)는 용융 재료가 그 위로 사출되는 둑으로 작용한다.
회전분무기(8)의 웰(6)은 당업계에 공지된 임의의 재료로 제조될 수 있다. 분무기의 재료에 대한 바람직한 조건들은 저가, 높은 열전도도 및 작업성이다. 예를 들어, 회전분무기(8)가 내화 재료 또는 구리로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 회전분무기(8)는 스테인리스 강 또는 주철로 제조된다.
슬래그-재료 계면을 통한 열 손실에 의한 냉각은 용융 재료의 풀에 있는 용융 재료(2)의 층이 웰(6)의 표면상에서 고체화되게 한다. 이런 고체화된 층은 공격적인 용융 슬래그에 의한 부식으로부터 표면을 보호하고 웰(6)의 과열과 용융을 피하기 위해 용융 슬래그 풀로부터 열 전달을 감소(금속 회전 디스크인 경우 대규모(order of magnitude) 이상으로)시키는 역할을 한다. 필요한 경우 바닥으로부터 웰(6)의 제어된 냉각과 함께, 본 발명은 잘 보호된 조건하에서 회전 디스크(금속 또는 비금속 내화 재료로 제조)의 연속적인 작동을 가능하게 한다.
정상 상태 조건하에서, 용융 재료의 풀은 용융 재료를 수용하고, 원심력하에서 용융 재료를 퍼뜨리고 결과적으로 용융 재료를 분무하여 주변 벽(14)의 상부의 내부 가장자리(18)로부터 미세한 방울들을 생산한다. 용융 재료의 풀과 냉동 층은 상당한 열 손실 없이 용융 재료의 부드러운 흐름과 퍼짐을 위한 바람직한 조건들을 제공한다. 내부 가장자리 및 립 영역(18 및 20)의 디자인은 아래 설명한 대로 내부 가장자리(18)에서 부드러운 분무를 허용한다.
종래의 회전분무기들은 통상적으로 편평한 또는 오목한 디스크 디자인을 가지며 용융 재료는 회전분무기에 수용된 후 실질적으로 즉시 회전분무기로부터 사출된다. 평면은 용융 재료가 분무되기 전에 이상적인 퍼짐이 없이 미끄러지거나 튀어나가게 할 수 있다. 고체화된 층은 평면에 부착할 수 없어서 표면으로부터 떨어진다. 일부 경우에, 금속 회전 디스크는 금속을 보호하기 위해 회전 표면으로 코팅되었다. 그러나 금속 표면상에 안정한 내화 코팅을 형성하고 접합하는 것은 어렵고 내화 표면 자체는 공격적인 용융 슬래그에 의해 부식되기 쉽다.
웰(6)은 용융 재료(2)가 잔류 시간을 갖는 용융 재료의 풀을 형성하는 디자인을 가진다. 웰(6)의 치수는 가변적이고 과립기의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 웰(6)은 기부(12)와 주변 벽(14)에 의해 형성된다. 주변 벽(14)은 기부(12)에 대해 기울어질 수 있다. 기울기는 기부(12)와 주변 벽(14) 사이의 각도(α)는 약 60°초과해야 한다. 예를 들어, 기부(12)와 주변 벽(14) 사이의 각도(α)는 약 60°내지 약 165°일 수 있다. 바람직하게는, 기부(12)와 주변 벽(14) 사이의 각도(α)는 약 80°내지 약 100°일 수 있다.
주변 벽(14)의 상부의 내부 가장자리(18)로부터 기부(12)까지의 수직 거리에 의해 형성된 웰(6)의 깊이는 이의 내부 가장자리(18)에서 웰(6)의 지름보다 작을 수 있다. 웰(6)의 깊이 대 웰(6)의 지름의 비율은 약 1:10 내지 약 1:2일 수 있다. 바람직하게는, 웰(6)의 깊이 대 웰(6)의 지름의 비율은 약 1:6 내지 약 1:3일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 웰(6)의 깊이 대 웰(6)의 지름의 비율은 약 1:5 내지 약 1:4일 수 있다. 통상적으로, 웰(6)의 깊이는 약 4mm 내지 약 50mm이다. 통상적으로, 기부(12)의 지름은 약 40mm 내지 약 100mm이다. 이런 치수들의 분무기는 통상적으로 100-800kg/hr의 태핑 속도로 작동할 수 있다.
웰의 상대 치수를 정하는 다른 방식은 회전분무기의 중심 수직축을 통과하는 단면인 수직면에서 볼 때(도 2 및 3에 도시된 대로), 주변 벽(14)은 직각 삼각형의 빗면을 형성하는 것으로 생각되고 웰(6)의 깊이는 길이 1 유닛(unit)의 직각 삼각형의 한 면을 형성하고 직각 삼각형의 다른 면의 길이는 약 0 유닛 내지 약 1 유닛일 수 있다.
주변 벽(14)의 상부에서 내부 가장자리(18)는 립 영역(20)의 내부 가장자리를 표시한다. 립 영역(20)은 수평면 각도에서 또는 수평면 아래에서 내부 가장자리로부터 멀어지게 경사져서 립 영역(20)의 외부 부분은 내부 가장자리와 동일한 높이이거나 더 낮게 된다. 즉, 립 영역은 직선 또는 계단 또는 단계로 아래로 경사진다. 립 영역(20)이 내부 가장자리(18)로부터 멀어지게 경사지는 각도는 수평면 아래 5 내지 60°일 수 있고 가장 바람직하게는 약 15°내지 약 45°일 수 있다. 바람직하게는, 립 영역(20)의 길이는 적어도 약 10mm이다. 이것은 종래 기술의 회전분무기와 다르다.
이론에 한정되지 않기를 바라며, 본 발명자들은 주벽 측벽의 실질적으로 수직인 상부 영역(15)과 수평이거나 아래로 경사진 립 영역(20)에 의해 형성된 내부 가장자리는 용융 재료의 방울들(22)의 더욱 잘 제어되고 더욱 효과적인 분무를 제공한다. 더욱 상세하게는, 용융 재료의 풀로부터의 용융 재료(2)는 회전분무기(8)로부터 사출되기 전에 립 영역(20)의 적어도 일부와 접촉한다. 립에서의 접촉과 내부 가장자리(18)로부터 용융 재료 방울들의 연속된 사출은 고체화된 용융 재료의 박층이 수평으로 연장된 립 영역(20) 상에 내부 가장자리(18)로부터 수 밀리미터까지 형성되게 한다. 이 얇은 고체층과 기울어진 립 영역(20) 사이의 공기 틈은 회전하는 디스크에서 부드러운 분무에 악영향을 주는(예를 들어, 슬래그 울 또는 울퉁불퉁한 입자들의 형성), 분무(방울 형성) 전에 립에 형성된 용융 재료의 박층의 바람직하지 않은 빠른 냉각을 방해한다. 이런 고체화된 박층으로부터 용융 재료의 연속된 사출은 용융 재료의 방울들(22)의 더욱 구형 방울들을 생산하는데 유리한 조건들을 제공한다.
즉, 연속적인 정상 상태 작동하에서, 용융 재료의 풀의 평균 온도는 일정해야 한다. 그러나, 공정 변수, 예를 들어, 용융 재료의 전달 온도 또는 유속이 변하는 경우, 용융 재료의 풀의 온도가 변할 수 있어서, 추가의 하류 작동(downstream operation)을 중단시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 회전분무기(8)를 제조하는데 사용된 재료의 두께는 용융 재료의 풀을 위한 더욱 안정한 온도를 가질 수 있는 능력을 제공하는 것이다. 즉, 회전분무기의 부피는 용융 재료의 풀로부터 열의 형태로 에너지를 흡수하는데 사용될 수 있다. 이런 장점은 비교적 얇은 조각의 금속 또는 내화 재료로 제조된 편평한 또는 오목한 디스크를 통상적으로 포함하는 종래의 회전분무기에 의해 얻을 수 없다.
도 4에 도시된 과립기 내에서 사용할 때, 회전분무기(8)는 과립기(100) 내에 실질적으로 중앙에 위치한다. 더욱 일반적으로, 회전분무기(2)는 회전하고 그 둘레 근처의 임의의 지점 및 모든 지점에서 방사상으로 용융 재료의 방울들(22)을 사출시키기 때문에, 과립기는 실질적으로 원형인 것이 바람직하다. 당업계에 공지된 임의의 수집기(32)는 과립화된 재료(34)의 수집을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 수집기(32)는 과립화된 재료(34)가 과립기(100)를 빠져나올 수 있도록 위치된 단순히 임의의 치수의 개구부일 수 있거나 과립화된 재료(34)가 빠져나오기 위한 적어도 하나의 구멍을 가진 원형 홈통일 수 있다. 본 발명의 회전분무기(8)는 종래기술에 공지된 임의의 과립기에서 사용될 수 있다.
용융 재료의 방울들(22)은 회전분무기(8)로부터 밀폐되거나 실질적으로 밀폐된 챔버일 수 있는 챔버(40) 속으로 사출된다. 깨진 방울들(30)을 형성하기 위해 부분적으로 고체화된 방울들(26)과 충돌 표면(28)의 충돌 후에, 과립화된 재료(34)는 도 4에 수집기(32)로서 과립기(100)의 주변 쪽으로 배치된 것으로 표현된 수집기를 향한다.
챔버(40)는 실질적으로 원뿔 모양(절두체로 불림)인 상부 경계 표면(42)을 가질 수 있다. 상부 경계 표면(42)의 원뿔 모양은 전달 수단(4)을 향해 모이고 수직면과 예각의 원뿔 각도를 형성한다. 상부 경계 표면(42)은 전달 수단(4)까지 연장되거나 전달 수단(4)까지 단지 부분적으로 연장될 수 있다. 바람직하게는, 상부 경계 표면(42)의 적어도 일부는 충돌 표면(28)이다.
챔버(40)는 하부 경계 표면(44)을 가질 수 있다. 하부 경계 표면(44)은 임의의 모양일 수 있다. 하부 경계 표면(44)에 대한 특히 바람직한 모양은 과립화된 재료(34)가 수집기(32)를 향하도록 하는데 적합한 것이다. 예를 들어, 하부 경계 표면(44)은 과립기(100)의 중심축을 향해 위쪽으로 또는 아래쪽으로 모이는 실질적으로 원뿔 모양일 수 있다. 도 4는 하부 경계 표면(44)을 위쪽으로 모이는 절두체로 표현한다. 수집기는 하부 경계 표면(44) 내에 또는 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하부 경계 표면(44)이 위쪽으로 모이는 절두체인 경우에, 수집기(32)는 주변 위치에 위치할 수 있다. 하부 경계 표면(44)이 아래쪽으로 모이는 절두체인 경우에, 수집기는 더욱 중심 위치에 위치될 수 있다. 후자의 경우, 수집기의 위치는 가장 중심 위치일 필요가 없으나 대신 과립기의 주변보다 더욱 중앙인 임의의 위치일 수 있다.
상부 경계 표면(42), 충돌 표면(28) 및/또는 하부 경계 표면(44)은 냉각될 수 있다. 예를 들어, 상부 경계 표면(42), 충돌 표면(28) 및/또는 하부 경계 표면(44)은 공기, 물 또는 다른 냉매 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 재료에 의해, 상부 경계 표면(42), 충돌 표면(28) 및/또는 하부 경계 표면(44)의 외부 표면들과 이들을 접촉시킴으로써 냉각될 수 있다.
도 4에 도시된 것은 다른 궤적(24)이다. 궤적(24)은 가변적이고 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 가장 현저하게는, 회전분무기(8)의 디자인과 작동은 결과로 얻은 궤적(24)의 특성에 중요하다. 도 4에 도시된 궤적(24)의 두 예에서, 상기한 실시예들이 존재한다. 즉, 용융 재료의 방울들(22)은 회전분무기로부터 충돌 표면(28)을 향해 사출된 후 깨진 방울들(30)로서 방향이 재설정된 후 과립된 재료(34)는 수집기(32)를 향한다. 두 예에서 방울들의 궤적은 접선 성분뿐만 아니라 방사상 성분을 가진다. 궤적(24)의 경우에, 입자는 하부 표면(44)에서 아래로 수집기(32)를 향해 나선 회전한다.
본 명세서에서 기술되고 정의된 본 발명은 언급하거나 내용 또는 도면으로부터 명백한 개개의 특징들 중 둘 이상의 모든 다른 조합에 미친다고 이해될 것이다. 이런 다른 조합들의 전부는 본 발명의 다양한 다른 태양들을 구성한다.
본 명세서에 사용된 "포함한다(comprises)"(또는 이의 문법적 변형)라는 용어는 "함유한다"(includes)라는 용어와 동일하고 다른 요소들 또는 특징들의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않는다고 이해될 것이다.

Claims (14)

  1. 용융 슬래그를 수용하고 이로부터 용융 슬래그의 방울들을 사출시키는 회전분무기를 포함하며,
    회전분무기는 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된 주변 벽을 포함하는 용융 슬래그를 수용하기 위한 회전 웰을 가지며,
    상기 주변 벽은 상부 영역 및 하부 영역을 포함하고, 주변 벽의 상부는 내부 상부 가장자리 및 기부에 평행한 내부 상부 가장자리의 수평면 아래 0°내지 60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가지며, 내부 상부 가장자리로부터 연장된 주변 벽의 상부 영역은 기부에 대하여 수직이여서, 용융 슬래그를 사출하는 둑 역할을 하며,
    회전 웰 내의 립 영역 및 표면들은 상기 회전 웰 바닥으로부터 웰의 제어된 냉각, 및 웰을 통한 열손실로 인한 냉각으로 인해 고체화된 슬래그의 층을 구비하는 슬래그 과립기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    주벽 벽의 립 영역은 기부의 주변 림으로부터 일정거리가 이격되는 슬래그 과립기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    기부는 평면이고 기부 및 주변 벽은 직각으로 만나서 수직인 벽을 제공하는 슬래그 과립기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    주변 벽의 하부 영역은 75°내지 105°의 각도로 웰의 기부까지 기울어지는 슬래그 과립기.
  5. 회전분무기와 회전하는 웰에 용융 슬래그의 풀(pool)을 형성하는 단계; 및
    립 영역으로부터 용융 재료의 방울들을 사출하기 위한 속도로 회전분무기를 회전하는 단계 및 용융 슬래그를 과립들로 고체화하는 단계를 포함하는 용융 슬래그를 과립화하는 방법으로써,
    웰은 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된, 상부 영역과 하부 영역을 포함하는 주변 벽을 포함하며, 주변 벽은 내부 상부 가장자리 및 기부에 평행한 내부 상부 모서리의 수평면 아래 0°내지 60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가지며, 상기 주변 벽은 상부 영역 및 하부 영역을 포함하고, 내부 상부 가장자리로부터 연장된 주변 벽의 상부 영역은 기부에 대하여 수직이여서, 용융 슬래그를 사출하는 둑 역할을 하며, 상기 웰 바닥으로부터 웰의 제어된 냉각, 및 웰을 통한 열손실로 인한 냉각은 웰 내의 표면들의 슬래그 층을 고체화 하며 립 영역에 형성된 고체화된 슬래그의 얇은 층을 만드는 용융 슬래그를 과립화하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    비행 중인 방울들의 상당한 일부를 고체화하는 단계; 및 고체화된 방울들이 수집기를 향하게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    풀에 첨가되는 용융 슬래그는 주변 벽을 따라 진행하고 분무기로부터 사출되기 전에 웰에서 잔류 시간 후 주변 벽의 내부 가장자리에 도달하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된, 상부 영역과 하부 영역을 포함하는 주변 벽을 포함하는 용융 재료를 수용하기 위한 웰을 포함하며, 주변 벽의 상부는 내부 상부 가장자리 및 기부에 평행한 내부 상부 가장자리의 수평면 아래 0°내지 60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가지며, 내부 상부 가장자리로부터 연장된 주변 벽의 상부 영역은 기부에 대하여 수직이여서, 용융 슬래그를 사출하는 둑 역할을 하며,
    회전 웰 내의 립 영역 및 표면들은 상기 회전 웰 바닥으로부터 웰의 제어된 냉각, 및 웰을 통한 열손실로 인한 냉각으로 인해 고체화된 슬래그의 층을 구비하는 회전 슬래그 분무기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    주벽 벽의 립 영역은 기부의 주변 림으로부터 일정거리가 이격되는 회전분무기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    주변 벽의 하부 영역은 75°내지 105°의 각도로 웰의 기부까지 기울어지는 회전분무기.
  11. 회전분무기와 회전하는 웰에 용융 슬래그의 풀(pool)을 형성하는 단계; 및
    립 영역으로부터 웰 내에서 잔류 시간을 갖는 용융 슬래그의 방울들을 사출하기 위한 속도로 회전분무기를 회전하는 단계를 포함하여 용융 슬래그를 분무하는 방법으로써,
    웰은 기부 및 기부 주위에 주변 림으로부터 연장된, 상부 영역과 하부 영역을 포함하는 주변 벽을 포함하며, 주변 벽은 내부 상부 가장자리 및 기부에 평행한 내부 상부 모서리의 수평면 아래 0°내지 60°의 각도로 내부 상부 가장자리로부터 연장된 립 영역을 가지며, 상기 주변 벽은 상부 영역 및 하부 영역을 포함하고, 내부 상부 가장자리로부터 연장된 주변 벽의 상부 영역은 기부에 대하여 수직이여서, 용융 슬래그를 사출하는 둑 역할을 하며, 상기 웰 바닥으로부터 웰의 제어된 냉각, 및 웰을 통한 열손실로 인한 냉각은 웰 내의 표면들의 슬래그 층을 고체화 하며 립 영역에 형성된 고체화된 슬래그의 얇은 층을 만드는 용융 슬래그를 분무하는 방법.
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