KR101618737B1 - 금속의 열환원 장치와 금속의 열환원 장치의 단열벽 - Google Patents

Abstract

환원되는 증기가 환원부의 내벽으로 침투되어 응축되는 것을 방지할 수 있도록, 피환원물이 예열되는 예열부, 상기 예열부에 연결되고 피환원물의 열환원반응이 일어나는 환원부, 상기 환원부에 연결되며 피환원물이 유입되어 외부로 배출되는 냉각부, 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되는 제1 게이트밸브, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트밸브, 상기 환원부에 연결되고 금속증기가 응축되는 응축기를 포함하고, 상기 환원부의 환원부 몸체를 이루는 단열벽은, 환원부 몸체의 내면을 이루는 고온단열층과, 환원부 몸체의 외면을 이루는 외피, 및 상기 고온단열층과 외피 사이에 설치되는 진공단열층을 포함하는 금속의 열환원 장치를 제공한다.

Description

금속의 열환원 장치와 금속의 열환원 장치의 단열벽{THERMAL REDUCTION APPRATUS AND INSULATING WALL FOR THE SAME}

금속의 열환원 장치 및 금속의 열환원 장치를 위한 단열벽을 개시한다.

일반적으로, 금속의 제련방법은 건식제련, 습식제련, 전해제련, 염소제련으로 나눌 수 있는데, 철 및 대부분의 비철금속은 건식 제련을 통해 순수 금속을 얻는다.

일반적인 비철금속의 건식제련 공정은 단광(briquette) 형태로 소결한 금속을 상압 또는 진공 분위기에서 고온으로 가열하여 순수금속을 열환원하게 된다.

예를 들어, 마그네슘 금속을 열환원법으로 제련하기 위해서는 금속제의 원통형 리토르트 내에 소성된 돌로마이트와 페로실리콘 등의 환원제가 혼합된 단광을 장입하여 고온으로 가열한다. 가열과 동시에 리토르트 내의 압력을 진공으로 유지하면, 산화마그네슘은 실리콘에 의하여 환원되어 마그네슘 증기가 발생된다.

마그네슘 증기는 마그네슘 융점 이하의 온도로 유지되고 있는 응축관으로 이동하여, 응축관의 내부 벽면부터 마그네슘 증기가 응축하기 시작하여 중심방향으로 점차적으로 마그네슘이 축적된다. 또한, 마그네슘 증기와의 반응을 억제하고 확산속도를 빠르게 하기 위하여 응축기가 포함된 전체 리토트 내부를 진공으로 유지한다.

마그네슘 증기의 발생과 응축이 완료된 후 마그네슘이 응축된 응축관은 리토르트로 부터 분리하여 마그네슘을 회수한다.

환원되는 증기가 환원부의 내벽으로 침투되어 응축되는 것을 방지할 수 있도록 된 열환원 장치의 단열벽 및 이를 포함하는 금속의 열환원 장치를 제공한다.

본 열환원 장치는, 피환원물이 예열되는 예열부, 상기 예열부에 연결되고 피환원물의 열환원반응이 일어나는 환원부, 상기 환원부에 연결되며 피환원물이 유입되어 외부로 배출되는 냉각부, 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되는 제1 게이트밸브, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트밸브, 및 상기 환원부에 연결되고 환원증기가 응축되는 응축기를 포함하여, 피환원물을 연속적으로 열환원하는 구조일 수 있다.

상기 열환원 장치는 상기 피환원물을 예열부에서 배출부로 이송하기 위한 이송장치를 더 포함할 수 있다.

상기 환원부는 내부 공간을 형성하는 환원부 몸체와, 상기 환원부 몸체 내부에 설치된 제1 차단막, 및 상기 환원부의 내부에 제1 차단막과 이격되어 설치된 제2 차단막을 포함할 수 있다.

상기 예열부와 상기 환원부는 하나 이상의 온도 조절 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 예열부, 상기 환원부 및 상기 냉각부는 하나 이상의 진공 장치를 포함할 수 있다.

상기 환원부는 환원부 몸체 내부에서 제1 게이트밸브와 제1 차단막 사이에 형성되는 제1 공간과, 제1 차단막과 제2 차단막 사이에 형성되는 제2 공간 및 제2 차단막과 제2 게이트밸브 사이에 형성되는 제3 공간을 구비하고, 상기 응축기는 제2 공간에 연결될 수 있다.

상기 환원부의 환원부 몸체를 이루는 단열벽은, 환원부 몸체의 내면을 이루는 고온단열층, 환원부 몸체의 외면을 이루는 외피, 및 상기 고온단열층과 외피 사이에 설치되는 진공단열층을 포함할 수 있다.

상기 진공단열층 내부 진공압력은 상압(1atm) 내지 0.000000001atm 일 수 있다.

상기 고온단열층은 내면을 이루며 환원증기와의 반응을 차단하기 위한 그라파이트재질의 내화물과, 단열성을 확보하기 위한 단열재가 적층 형성된 구조일 수 있다.

상기 진공단열층은 고온단열층 외면에 배치되는 분리벽과, 상기 분리벽과 외피 사이에 형성되는 공간을 포함할 수 있다.

상기 진공단열층의 내부 공간에 연결되어 내부에 진공압을 형성하는 진공제어장치를 더 포함할 수 있다.

상기 진공단열층의 내부 공간에 연결되어 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 분리벽은 금속재질로 이루어질 수 있다.

상기 분리벽은 200℃ 이상에서 산화성가스 또는 환원성 가스에 대해 내식성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 금속판은 스테인레스, 내열강, 인코넬(inconel) 또는 인바(invar) 재질로 이루어질 수 있다.

상기 진공단열층은 환원증기의 응축온도 이상의 온도로 유지될 수 있다.

상기 진공단열층 내부 공간에 단열재가 더 설치될 수 있다.

상기 피환원물은 마그네슘 단광이 환원제와 함께 소성된 소성체일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 구현예에 의하면, 단열성을 확보하면서 열환원된 금속 증기와의 반응을 방지할 수 있게 된다.

또한, 내화벽으로 환원증기가 침투되어 저온 영역에서 응축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이에, 금속 증기의 침투와 응축을 방지하여, 피환원물을 연속적으로 열환원 하여 생산성을 극대화할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 열환원 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 열환원장치의 내화벽의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 열환원 장치의 구성도이다.

도 1 을 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 열환원 장치는, 피환원물(1)이 예열되는 예열부(10), 상기 예열부에 연결되고 피환원물의 열환원반응이 일어나는 환원부(20), 상기 환원부에 연결되며 피환원물이 유입되어 외부로 배출되는 냉각부(30), 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되는 제1 게이트밸브(40), 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트밸브(41), 상기 환원부에 연결되고 금속기체가 응축되는 응축기(60)를 포함한다.

상기 예열부(10)는 피환원물이 들어오는 제1 개구부 및 제1 개구부에 대향하여 형성되어 1차 예열된 피환원물이 나가는 제2 개구부를 구비하는 예열부 몸체(13)와, 상기 제1 개구부에 개폐가능하게 결합되는 제1 도어(14), 상기 예열부 몸체(13)의 일면을 관통하여 설치되는 진공장치(70)를 포함한다. 상기 제2 개구부는 제1 게이트 밸브(40)에 의하여 개폐될 수 있다.

상기 예열부(10)는 예열부 몸체(13)에 설치되어 피환원물을 예열하는 온도 조절 장치(80)를 포함한다. 상기 예열부에서 피환원물을 예열하기 위한 온도 조절 장치는 예를 들어, 히터일 수 있다.

또한, 상기 예열부(10)는, 진공 상태를 유지하기 위하여 상기 예열부 몸체의 일면을 관통하여 진공장치(70)를 설치할 수 있다. 상기 진공장치는 예를 들어, 진공펌프일 수 있다.

상기 제1 게이트밸브(40)는 게이트 밸브 몸체(43)와, 게이트 밸브 몸체의 내부에 결합되는 제1 분리막(44), 및 제2 분리막(45)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 게이트 밸브(40)는 상기 게이트 밸브 몸체(43)의 일면을 관통하여 형성되는 불활성 가스 주입부(90)를 포함할 수 있다. 상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨 또는 질소일 수 있다.

또한, 상기 제1 게이트 밸브(40)는 상기 게이트 밸브 몸체(43)의 일면을 관통하여 진공장치를 설치되는 진공장치(70)를 포함할 수 있다. 상기 진공장치는 진공펌프일 수 있다. 제2 게이트 밸브(41)는 상기 제1 게이트 밸브(40)의 구조와 동일하다.

피환원물의 예열이 완료되면, 상기 예열부와 상기 환원부(20) 사이의 제1 게이트 밸브(40)를 열고 피환원물을 환원부(20)로 장입한다.

상기 환원부(20)는 내부 공간을 형성하며 열환원 공정을 통해 환원증기가 생성되는 환원부 몸체(21), 및 환원부 몸체 내에 설치되는 제1 차단막(51), 및 상기 제1 차단막(51)과 이격되어 설치된 제2 차단막(52)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 환원부는 피환원물(1)을 가열하기 위하여 온도 조절장치(80)를 환원부 몸체에 설치할 수 있다. 상기 온도 조절장치(80)는 히터일 수 있다.

상기 환원부 몸체는 제1 차단막과 제2 차단막에 의해 3개의 영역으로 구획된다. 상기 환원부 몸체는 내부에 제1 게이트밸브와 제1 차단막 사이의 제1 공간(201)과, 제1 차단막과 제2 차단막 사이의 제2 공간(202), 및 제2 차단막과 제2 게이트밸브 사이의 제3 공간(203)을 구비한다.

상기 제2 공간의 온도는 상기 제1 공간 및 상기 제3 공간의 온도보다 높게 설정될 수 있다. 상기 제1 차단막 및 상기 제2 차단막은 그래파이트로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 차단막 및 상기 제2 차단막은 공압실린더에 의하여 승하강 될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 응축기(60)는 상기 제2 공간에 환원부 몸체(21)를 관통하여 설치될 수 있다. 또한, 상기 응축기와 연결되어 진공장치(70)를 설치할 수 있다. 상기 진공장치는 진공펌프일 수 있다.

또한 상기 제1 공간 및 상기 제3 공간은 환원부 몸체를 관통하여 형성되는 불활성 가스 주입부(90)를 포함할 수 있다. 상기 불활성 가스는 아르곤일 수 있다.

또한, 상기 제1 공간 및 제3 공간에 환원부 몸체(21)를 관통하여 응축기(60)를 더 설치할 수 있다. 또한 상기 응축기와 연결되는 진공장치(70)를 설치할 수 있다.

상기 냉각부(30)는, 환원부를 거친 피환원물이 유입되는 냉각부 몸체(31), 상기 냉각부 몸체(31)에 개폐가능하게 결합되는 제2 도어(32), 및 상기 냉각부 몸체의 일면을 관통하여 설치되는 하나 이상의 진공장치를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 장치는 상기 피환원물을 이송하기 위한 이송장치(100)를 포함할 수 있다. 상기 이송장치는 예를 들어, 컨베이어 또는 푸셔(pusher)일 수 있다.

상기 이송장치(100)는 피환원물을 예열부에서부터 냉각부까지 연속적으로 그리고 순차적으로 이동시킨다. 이에, 본 장치는 복수개의 피환원물을 연속적으로 열환원 처리하여 금속을 회수할 수 있게 된다.

여기서, 상기 환원부(20) 몸체는 단열벽(22)으로 이루어지며, 본 실시예에서 상기 단열벽(22)은 환원부 몸체를 단열시키고 환원증기가 침투되어 내부로 침투하여 응축되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 단열벽(22)은 상기 환원부 몸체(21)의 내면을 이루는 고온단열층(23)과, 환원부 몸체(21)의 외면을 이루는 외피(25), 상기 고온단열층(23)과 외피(25) 사이에 설치되는 진공단열층(26)을 포함한다.

상기 고온단열층(23)은 환원부 몸체(21)의 내면을 이루며 환원증기와의 반응을 차단하기 위한 그라파이트재질의 내화물(24)이나 단열재가 적층 형성된 구조일 수 있다.

상기 고온단열층(23)을 구성하는 내화물(24)은 예를 들어, 기공이 상대적으로 치밀한 적어도 하나 이상의 그라파이트 보드나 기공이 상대적으로 큰 그라파이트 펠트 등이 적층 형성될 수 있다. 상기 내화물 또는 단열재는 환원 가스와 반응을 방지하면서 단열성을 갖는 재질이면 모두 적용가능하다.

상기 진공단열층(26)은 고온단열층(23) 외면에 배치되는 분리벽(28)과, 분리벽과 외피(25) 사이에 형성되는 공간(27)을 포함할 수 있다. 즉, 진공단열층(26)은 분리벽(28)과 외피(25) 사이에 의해 밀폐되어 형성되며, 분리벽과 외피 사이에 형성되는 내부 공간(27)에 진공이 형성된 구조로 되어 있다.

본 실시예에서, 상기 진공단열층(26)은 내부 공간(27)이 진공 상태를 이루어 환원부 내부 고열이 외피(25)로 전달되는 것을 차단함으로써, 고온단열층(23)의 온도가 낮아져 침투된 환원증기가 내부에서 응축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상대적으로 600℃ 이하의 저온에서는 복사에 의한 열전달 보다는 대류나 전도에 의한 열전달이 우세하므로, 상기 단열벽(22)은 진공 상태인 진공단열층(26)을 통해 저온 하에서 열전달 차단 효과를 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 고온단열층(23)과 외피(25) 사이에 열전달을 차단하는 진공단열층(26)을 배치함으로써, 고온단열층(23)의 열이 진공단열층(26)에 의해 외피(25)로 전달되지 않아 고온단열층(23)의 온도를 고온으로 유지할 수 있게 된다.

예를 들어, 피환원물이 마그네슘인 경우, 마그네슘 증기의 응축 온도는 600℃ 이하로 유지하므로, 진공단열층(26)의 온도를 600℃ 이상으로 유지함으로써, 분리벽(28) 내측에 위치한 고온단열층(23)의 온도를 마그네슘의 응축온도 이상으로 유지할 수 있게 된다. 이에, 고온단열층(23)으로 침투된 마그네슘 증기가 고온단열층(23) 내에서 응축되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 단열벽(22)은 진공단열층(26)의 내부 공간(27)를 진공 상태로 형성하기 위해, 상기 공간(27)에 연결되어 내부 진공압을 형성하는 진공제어장치(55)를 더 포함한다. 상기 진공제어장치(55)는 단열벽(22)의 외피(25)를 관통하여 진공단열층(26) 내부 공간(27)과 연결된다. 상기 진공단열층의 내부 공간(27)은 진공제어장치를 통해 상압(1atm)이하의 진공압으로 형성될 수 있다. 본 실싱예에서 상기 진공단열층의 내부 공간(27)은 1atm에서 0.000000001atm의 압력 범위로 진공압이 형성될 수 있다.

또한, 상기 단열벽은 상기 공간(27)에 연결되어 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급제어부(56)를 더 포함할 수 있다. 상기 가스공급제어부(56)는 외피를 통해 진공단열층 내부 공간과 연결되어, 예를 들어 아르곤, 헬륨 또는 질소와 같은 불활성가스를 포함한 다양한 가스를 공급할 수 있다.

상기 진공제어장치(55)와 상기 가스공급제어부(56)는 진공단열층(26) 내부의 진공도 또는 내부로 공급되는 가스 매체를 제어하여, 진공단열층(26)의 열전달 특성을 인위적으로 변화시킬 수 있다.

본 실시예의 단열벽(22)은 상기 진공단열층(26)의 열전달 특성 변화를 위해 필요시 진공단열층(26)의 내부에 단열재(도시되지 않음)가 더 설치될 수 있다. 진공단열층(26)의 내부 공간(27)에 전체적으로 또는 부분적으로 단열재가 채워짐에 따라 진공단열층(26)의 단열 효과를 보다 높일 수 있게 된다.

이와 같이, 진공단열층(26)의 열전달 특성을 환원로의 조건이나 피환원물 종류 등에 맞춰 알맞게 조절함으로써, 진공단열층(26) 내측에 배치된 고온단열층(23)의 온도를 환원가스 응축 온도 이상으로 유지할 수 있게 된다.

환원로 내부의 환원가스는 고온단열층(23)에 침투되므로, 상기와 같이 고온단열층(23)의 온도를 환원가스 응축온도 이상으로 유지함으로써, 침투된 환원가스가 내부에서 응축되는 것을 방지할 수 있다.

이에, 환원부에서 생성된 환원증기는 환원부 몸체(21) 내면을 이루는 고온단열층(23)과 반응하거나 고온단열층(23)에 침투하여 응축되지 않고, 응축기로 이송되어 응축되므로 환원증기의 생산성을 높일 수 있게 된다.

여기서, 고온단열층(23) 내부로 침투된 환원가스는 진공단열층(26)의 내측면을 이루는 분리벽(28)에 의해 차단되어 더 침투되지 못한다. 즉, 상기 진공단열층(26)의 분리벽(28)은 고온단열층(23)의 내화물(24)을 통해 침투한 환원가스가 저온 영역으로 이동하는 것을 차단하는 차단벽 역할을 수행하게 된다. 이와 같이 분리벽(28)에 의해 환원 가스가 더 이상 외피(25)쪽으로 이동하는 것을 차단함으로써, 환원가스가 환원부 몸체(21) 저온 영역에서 응축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 분리벽(28)은 환원증기와 반응하지 않는 재질로 형성될 수 있다. 상기 분리벽(28)은 200℃ 이상에서 산화성 가스나 환원성 가스에 대해 내식성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 분리벽(28)은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 분리벽(28)은 스테인레스, 내열강, 인코넬(inconel) 또는 인바(invar) 재질 등으로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 단열벽(22)은 진공단열층(26)과 고온단열층(23) 2중 구조로 이루어져, 진공단열층(26)의 진공 구조를 통해 단열 효과를 높이고, 진공단열층(26)의 분리벽(28) 온도를 환원증기의 응축 온도 이상으로 유지함으로써, 고온단열층(23) 내부 혹은 격벽 상에 환원증기가 응축되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이하 본 발명의 일실시예에 의한 열환원 과정을 설명하면 다음과 같다.

이하 설명은 상기 피환원물로, 마그네슘 단광이 환원제와 함께 소성된 소성체인 경우를 예로서 설명한다. 본 실시예는 이에 한정하지 않으며, 다양한 금속의 환원에 모두 적용 가능하다.

예열부에 피환원물이 장입되면 제1 도어(14)가 닫히고 피환원물이 예열된다. 예열이 완료되면 상기 예열부와 상기 환원부 사이의 제1 게이트 밸브(40)를 열고 피환원물을 환원부(20)로 장입한다.

피환원물(1)은 예열부에서 환원부의 제1 공간(201)으로 장입된다. 이때, 제1 차단막은 닫힌 상태이다. 제1 차단막에 의해 환원부 몸체(21) 내부에서 제2 공간으로부터 제1 공간 내로 환원증기가 유입되는 것이 방지되고, 제2 공간으로부터 제1 공간으로의 열전달이 차단된다. 또한, 제1 공간(201)은 예열부(10)의 온도보다 높고 제2 공간(202)의 온도보다 낮은 상태로 유지된다. 이때의 온도범위는 600℃ ~ 1050℃ 일 수 있다. 또한, 제1 공간은 진공상태로 유지되고 있다. 제1 공간으로 피환원물의 장입이 완료되면, 상기 예열부와 상기 환원부 사이의 제1 게이트 밸브(40)가 닫히고, 제1 차단막(51)이 열리면서 피환원물이 제2 공간(202)으로 장입된다. 이때, 제2 차단막은 환원증기의 유출 및 열전달을 차단하기 위하여 닫힌 상태이다.

피환원물이 제2 공간을 완전히 진입되면, 제1 차단막은 닫힌다. 그리고, 제1 공간에 불활성 가스 주입부(90)를 통하여 불활성 가스가 주입되고, 제1 공간에 설치된 진공 장치를 가동하게 되면, 제2 공간에서 제1 공간으로 유출된 환원증기는 제1 공간에 설치된 응축기로 이동한다. 이에 제2 공간에서 유출된 금속 증기를 제1 공간에 설치된 응축기를 통해 포집 처리할 수 있다. 제2 공간에서는 피환원물이 환원증기 형태로 환원되며, 환원된 마그네슘 금속증기는 응축기(60)에서 응축된다. 제2 공간은 진공상태를 유지하고 있으며, 제2 공간의 온도범위는 900℃ ~ 1300℃ 로 유지될 수 있다.

피환원물의 환원이 완료되면, 제2 차단막이 열리면서 제3 공간(203)으로 피환원물이 장입된다. 이때 환원부와 냉각부 사이에 설치된 게이트 밸브는 닫힌 상태이다. 피환원물이 제3 공간으로 완전히 이동되면 제2 차단막이 닫힌다. 이때, 제3 공간에 불활성 가스 주입부를 통하여 불활성 가스가 주입되고, 제3 공간에 설치된 진공 장치를 가동하게 되면, 제2 공간에서 유출된 금속기체는 제3 공간에 설치된 응축기로 이동한다. 이에 의하여 2 공간에서 유출된 금속 증기를 제3 공간에 설치된 응축기에서 포집할 수 있다. 또한, 제3 공간(203)은 냉각부(30)의 온도보다 높고 제2 공간(202)의 온도보다 낮은 상태로 유지된다. 이때의 온도범위는 600℃ ~ 1050℃ 일 수 있다. 또한, 제3 공간은 진공상태로 유지되고 있다.

이와 같은 환원부에서의 환원 과정에서 금속증기의 대부분은 환원부 몸체(21)의 내벽을 구성하는 고온단열층(23)을에 침투되지 못하고 모두 응축기로 이송되나, 일부는 고온단열층(23) 내부로 침투하게 된다. 고온단열층(23)으로 침투한 마그네슘 증기는 고온단열층(23) 외측에 배치된 진공단열층(26)의 분리벽(28)에 의해 이동이 차단되어 더 이상 외측으로 침투되지 못한다.

그리고 상기 진공단열층(26)은 내부에 진공이 형성되어 있어서, 단열 효과를 높여, 고온단열층(23)의 고열이 외피(25)로 전달되는 것을 최소화하게 된다. 이에, 분리벽(28)을 사이에 두고 고온단열층(23)의 온도는 마그네슘 증기의 응축온도 이상의 온도를 유지하게 된다.

마그네슘 증기의 응축 온도는 600℃ 이하이므로, 마그네슘 증기는 분리벽(28)에 의해 차단되어 응축 온도보다 높은 온도를 보이는 고온단열층(23) 내에 위치하게 되므로 고온단열층(23) 내에서 응축되지 않는다.

제3 공간(203)으로 피환원물의 장입이 완료되면, 환원부와 냉각부 사이에 설치된 제2 게이트 밸브(41)가 열리고, 피환원물은 진공상태의 냉각부(30)로 장입된다. 이때, 제2 도어는 닫힌 상태이다. 피환원물의 냉각이 완료되면, 냉각부를 상압으로 변환한 후 제2 도어를 열고 피환원물을 배출한다. 이와 같이, 하나 이상의 피환원물이 연속적으로 장입되고 배출되면서 피환원물을 열환원할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 예열부 13 : 예열부 몸체
14 : 제1 도어 20 : 환원부
21 : 환원부 몸체 22 : 단열벽
23 : 고온단열층 24 : 내화물
25 : 외피 26 : 진공단열층
28 : 분리벽 201: 제1 공간
202: 제2 공간 203: 제3 공간
30 : 냉각부 31 : 냉각부 몸체
32 : 제2 도어 40 : 제1 게이트 밸브
41 : 제2 게이트 밸브 43 : 게이트 밸브 몸체
44 : 제1 분리막 45 : 제2 분리막
51 : 제1 차단막 52 : 제2 차단막
55 : 진공제어장치 56 : 가스공급제어부
60 : 응축기 70 : 진공장치
80 : 온도조절장치 90 : 불활성가스 주입부
100: 이송 장치

Claims (19)

1. 피환원물이 예열되는 예열부, 상기 예열부에 연결되고 피환원물의 열환원반응이 일어나는 환원부, 상기 환원부에 연결되며 피환원물이 유입되어 외부로 배출되는 냉각부, 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되는 제1 게이트밸브, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트밸브, 및 상기 환원부에 연결되고 금속기체가 응축되는 응축기를 포함하고,
   상기 환원부의 환원부 몸체를 이루는 단열벽은, 환원부 몸체의 내면을 이루는 고온단열층, 환원부 몸체의 외면을 이루는 외피, 및 상기 고온단열층과 외피 사이에 설치되는 진공단열층을 포함하며,
   상기 진공단열층은 고온단열층 외면에 배치되는 분리벽과, 상기 분리벽과 외피 사이에 밀폐 형성되고 내부에 진공이 형성된 공간을 포함하는 금속의 열환원 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 환원부는 내부에 설치된 제1 차단막, 및 상기 환원부의 내부에 제1 차단막과 이격되어 설치된 제2 차단막을 포함하는 금속의 열환원 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 환원부는 내부에 제1 게이트밸브와 제1 차단막 사이의 제1 공간과, 제1 차단막과 제2 차단막 사이의 제2 공간, 및 제2 차단막과 제2 게이트밸브 사이의 제3 공간을 구비하고, 상기 응축기는 제2 공간에 연결되는 금속의 열환원 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 진공단열층은 금속증기의 응축온도 이상의 온도로 유지되는 구조의 금속의 열환원 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 진공단열층 내부 공간에 단열재가 더 설치된 금속의 열환원 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진공단열층의 내부 공간에 연결되어 내부에 진공압을 형성하는 진공제어장치를 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 진공단열층의 내부 공간에 연결되어 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급제어부를 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분리벽은 200℃ 이상에서 산화성가스 또는 환원성 가스에 대해 내식성을 갖는 재질로 이루어진 금속의 열환원 장치.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리벽은 스테인레스, 내열강, 인코넬(inconel) 또는 인바(invar) 재질로 이루어진 금속의 열환원 장치.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 피환원물은 마그네슘 단광이 환원제와 함께 소성된 소성체인 금속의 열환원 장치.
12. 금속의 열환원 장치의 단열벽에 있어서,
    상기 단열벽은, 내면을 이루는 고온단열층, 외면을 이루는 외피, 및 상기 고온단열층과 외피 사이에 설치되는 진공단열층을 포함하고,
    상기 진공단열층은 고온단열층 외면에 배치되는 분리벽과, 상기 분리벽과 외피 사이에 밀폐 형성되고 내부에 진공이 형성된 공간을 포함하는 금속의 열환원 장치의 단열벽.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 진공단열층은 금속증기의 응축온도 이상의 온도로 유지되는 구조의 금속의 열환원 장치의 단열벽.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 진공단열층 내부 공간에 단열재가 더 설치된 금속의 열환원 장치의 단열벽.
15. 삭제
16. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공단열층의 내부 공간에 연결되어 내부에 진공압을 형성하는 진공제어장치를 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 단열벽.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 진공단열층의 내부 공간에 연결되어 내부에 분위기 가스를 공급하는 가스공급제어부를 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 단열벽.
18. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리벽은 200℃ 이상에서 산화성가스 또는 환원성 가스에 대해 내식성을 갖는 재질로 이루어진 금속의 열환원 장치의 단열벽.
19. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리벽은 스테인레스, 내열강, 인코넬(inconel) 또는 인바(invar) 재질로 이루어진 금속의 열환원 장치의 단열벽.

Images