KR101618740B1 - 금속의 열환원 장치와 금속의 열환원 장치의 게이트 장치 - Google Patents

Abstract

예열실과 환원실 및 냉각실 사이에 설치되어 환원된 금속 증기에 의한 오염없이 고온에서 안정적으로 진공상태를 유지하면서 피환원물의 이동이 가능하도록, 피환원물이 예열되는 예열부, 상기 예열부에 연결되고 피환원물의 열환원반응이 일어나는 환원부, 상기 환원부에 연결되며 피환원물이 유입되어 외부로 배출되는 냉각부, 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되어 예열부와 환원부 사이를 개폐하는 제1 게이트장치, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되어 환원부와 냉각부 사이를 개폐하는 제2 게이트장치, 상기 환원부에 연결되고 금속증기가 응축되는 응축기를 포함하여, 피환원물을 연속적으로 열환원하는 구조의 열환원 장치의 게이트 장치와 이를 포함하는 금속 열환원 장치를 제공한다.

Description

금속의 열환원 장치와 금속의 열환원 장치의 게이트 장치{THERMAL REDUCTION APPARATUS AND GATE DEVICE FOR THE SAME}

금속의 열환원 장치 및 금속의 열환원 장치를 위한 게이트 장치를 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 진공펌프에 의해 리토르트의 일측부에 장입되어 있는 응축관으로 이동하고 열영동(온도)에 의해 응축관의 내부 벽면부터 마그네슘 증기가 응축하기 시작하여 중심방향으로 점차적으로 마그네슘이 축적된다.

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

예열실과 환원실 및 냉각실 사이에 설치되어 환원된 금속 증기에 의한 오염없이 고온에서 안정적으로 진공상태를 유지하면서 피환원물의 이동이 가능하도록 된 열환원 장치의 게이트 장치와 이를 포함하는 금속 열환원 장치를 제공한다.

본 구현예의 열환원 장치는, 피환원물이 예열되는 예열부, 상기 예열부에 연결되고 피환원물의 열환원반응이 일어나는 환원부, 상기 환원부에 연결되며 피환원물이 유입되어 외부로 배출되는 냉각부, 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되어 예열부와 환원부 사이를 개폐하는 제1 게이트장치, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되어 환원부와 냉각부 사이를 개폐하는 제2 게이트장치, 상기 환원부에 연결되고 금속증기가 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 상기 제1 게이트장치와 이격 설치되어 환원부의 내부 가스와 복사열을 차단하는 제1 차단부, 및 상기 환원부의 내부에 제1 차단부와 이격되어 제1 차단부와 제2 게이트장치 사이에 설치되어 환원부의 내부 가스와 복사열을 차단하는 제2 차단부을 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 게이트장치와 제1 차단부 사이에 형성되는 제1 공간과, 제1 차단부와 제2 차단부 사이에 형성되는 제2 공간 및 제2 차단부과 제2 게이트장치 사이에 형성되는 제3 공간을 구비하고, 상기 응축기는 제2 공간에 연결될 수 있다.

상기 제1 게이트장치 또는 상기 제2 게이트장치는 피환원물의 이동로 상에 설치되고 내부 공간을 형성하는 밸브하우징, 상기 밸브하우징에 설치되고 피환원물이 지나가는 통로가 형성된 밸브바디부재, 및 상기 밸브하우징 내에서 이동가능하게 설치되고 밸브바디부재에 선택적으로 밀착되어 통로를 개폐하는 밸브도어부를 포함할 수 있다.

상기 밸브바디부재는 통로를 형성하는 프레임, 상기 프레임에서 이격되어 프레임 주위를 따라 설치되며 상기 밸브도어부와 밀착되어 기밀을 유지하는 실링부재, 및 상기 실링부재가 설치된 홈과 밸브하우징 내부 공간 사이를 선택적으로 차단하는 차단부를 포함할 수 있다.

상기 차단부는 상기 밸브바디부재에 회전가능하게 설치되어 상기 실링부재가 설치된 홈을 차단하는 제1 커튼을 포함할 수 있다.

상기 차단부는 상기 실링부재와 상기 제1 커튼 사이에 설치되어 상기 홈을 차단하는 제2 커튼을 더 포함할 수 있다.

상기 차단부는 상기 밸브바디부재에 형성되어 제2 커튼이 이동하는 공간, 상기 공간에 설치되어 제2 커튼에 탄성력을 인가하는 스프링, 상기 제1 커튼에 형성되어 상기 제2 커튼에 접하여 제1 커튼 회전시 제2 커튼을 밀어 이동시키는 연동바를 더 포함할 수 있다.

상기 차단부는 상기 실링부재가 설치된 홈으로 불활성가스를 분사하는 가스관과, 상기 분사관으로 불활성가스를 공급하는 가스공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 밸브바디부재는 상기 프레임과 실링부재 사이에 설치되어 밸브하우징 내부 공간에 온도구배를 형성하여 환원 증기가 실링부재 쪽으로 이동되는 것을 차단하는 열저항부를 더 포함할 수 있다.

상기 열저항부는 밸브바디부재에 설치되어 고온 영역을 형성하는 열선을 포함할 수 있다.

상기 열저항부는 상기 열선에서 이격되고 열선 주위를 따라 내외측에 설치되어 저온 영역을 형성하는 1차 냉각수배관과, 2차 냉각수배관을 포함할 수 있다.

상기 밸브도어부는 밸브하우징 상단에 설치되는 수직실린더, 상기 수직실린더에 연결되어 밸브하우징 내부에서 승하강되는 수직빔, 상기 수직빔에 설치되고 상기 밸브바디부재쪽으로 수평이동하여 밸브바디부재에 밀착되는 도어플레이트, 및 상기 도어플레이트에 돌출 형성되고 상기 실링부재가 설치된 홈으로 진입하여 실링부재에 밀착되는 밀착부재를 포함할 수 있다.

상기 밸브도어부는 상기 도어플레이트에 설치되고 상기 프레임에 끼워져 프레임 내주면에 응축된 환원금속을 긁어내는 스키머를 더 포함할 수 있다.

상기 도어플레이트 내부에 설치되어 냉각자켓을 더 포함할 수 있다.

상기 피환원물은 마그네슘 단광이 환원제와 함께 소성된 소성체일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 구현예에 의하면, 고온 진공하에서 안정적으로 개폐 구동될 수 있다.

또한, 환원부의 금속 증기에 의한 실링부재의 오염이나 손상을 방지할 수 있다.

이에, 피환원물을 연속적으로 이동하여 열환원함으로써 생산성을 극대화할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 열환원 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 실시예에 따른 열환원 장치의 게이트 장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 실시예에 따른 열환원 장치의 게이트 장치 작동상태를 순차적으로 도시한 도면이다.

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 게이트장치(40), 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트장치(41), 상기 환원부에 연결되고 금속기체가 응축되는 응축기(72)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 게이트장치(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.

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

상기 환원부(20)는 내부 공간을 형성하며 열환원 공정을 통해 금속증기가 생성되는 환원부 몸체(21), 및 환원부 몸체 내에 설치되는 제1 차단부(22), 및 상기 제1 차단부(22)과 이격되어 설치된 제2 차단부(24)를 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 몸체(21)는 제1 차단부(22)와 제2 차단부(24)에 의해 3개의 영역으로 구획된다. 상기 환원부 몸체는 내부에 제1 게이트장치(40)와 제1 차단부(22) 사이의 제1 공간(201)과, 제1 차단부(22)와 제2 차단부(24) 사이의 제2 공간(202), 및 제2 차단부(24)와 제2 게이트장치(41) 사이의 제3 공간(203)을 구비한다.

상기 제2 공간의 온도는 상기 제1 공간 및 상기 제3 공간의 온도보다 높게 설정될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 응축기(72)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.

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 진공장치(70)를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 장치는 상기 피환원물(1)을 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 제1 게이트장치(40)와 제2 게이트장치(41)는 예열부와 환원부 사이 및 환원부와 냉각부 사이를 개폐하여 환원부의 가스 및 복사열이 예열부나 냉각부로 유출되는 것을 차단하게 된다.

본 실시예에서 상기 제1 게이트장치(40)와 제2 게이트장치(41)는 위치만 상이할 뿐 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 이에, 이하 설명에서는 제1 게이트장치(40)에 대해서 상세하게 설명하며, 제 2 게이트장치(41)에 대한 설명은 이에 갈음한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 게이트장치(40)는 피환원물의 이동로 상에 설치되고 내부 공간을 형성하는 밸브하우징(42), 상기 밸브하우징(42)에 설치되고 피환원물이 지나가는 통로가 형성된 밸브바디부재(45), 및 상기 밸브하우징(42) 내에서 이동가능하게 설치되고 밸브바디부재(45)에 선택적으로 밀착되어 통로를 개폐하는 밸브도어부를 포함한다.

상기 밸브하우징(42)은 제1 게이트장치(40)의 몸체를 이루는 부분으로 내부에 공간을 형성하며, 예열부 몸체(13)와 환원부 몸체(21) 사이에 설치된다.

상기 밸브도어부는 밸브하우징(42) 상단에 설치되는 수직실린더(43), 상기 수직실린더(43)에 연결되어 밸브하우징(42) 내부에서 승하강되는 수직빔(44), 상기 수직빔(44)에 설치되고 상기 밸브바디부재(45)쪽으로 수평이동하여 밸브바디부재(45)에 밀착되는 도어플레이트(46)를 포함한다. 이에, 수직실린더(43)가 신축구동되면 도어플레이트(46)가 밸브하우징(42) 상부로 이동되어 밸브바디부재(45)를 개방하거나 하강하여 밸브바디부재(45)를 폐쇄하게 된다. 밸브하우징(42) 내에서 이송장치(100)는 도어플레이트(46) 아래쪽에 연결되어 있어서, 도어플레이트와 같이 상하로 이동될 수 있다.

상기 도어플레이트(46)는 수직빔(44)에서 수평방향으로 이동가능하게 설치된다. 수직빔(44) 하강에 따라 도어플레이트(46)가 하강하고 도어플레이트(46)가 완전히 하강된 후에는 연속적으로 수직빔(44)에 대해 도어플레이트(46)가 수평방향으로 이동된다. 수직빔에 대해 도어플레이트가 수평으로 이동될 수 있도록 롤러나 링크구조 등 다양한 구조가 적용될 수 있다. 이에, 1차 게이트장치(40) 폐쇄작동시에는 수직실린더(43) 신장작동에 따라 수직빔(44)과 함께 도어플레이트(46)가 하강하여 밸브바디부재(45)와 같은 위치로 이동되고, 연속해서 수직빔(44)에 대해 도어플레이트(46)가 수평이동되어 밸브바디부재(45)에 밀착된다. 반대로, 1차 게이트장치(40) 개방시에는 수직실린더(43) 수축작동에 따라 수직빔(44)이 상승되면서 도어플레이트(46)가 밸브바디부재(45)에서 수평이동되어 이격되고, 연속해서 수직빔(44)과 함께 도어플레이트(46)가 상부로 이동된다.

상기 밸브바디부재(45)는 밸브하우징(42)의 내측면 중 상기 예열부 몸체에 접하는 면과 환원부 몸체에 접하는 면에 각각 설치된다. 상기 밸브바디부재(45)는 수직으로 배치되는 판 구조물 형태를 이룬다. 상기 두 개의 밸브바디부재(45)는 동일한 구조로 이루어져 서로 마주보도록 대향 배치된다. 상기 두 개의 밸브바디부재(45) 사이에 밸브도어부가 배치된다. 밸브도어부 역시 수직빔(44)의 양측에 각각 상기 밸브바디부재(45)를 향하는 도어플레이트(46)가 설치되어 상기 각 밸브바디부재(45)에 선택적으로 밀착된다.

상기 두 개의 밸브바디부재(45)와 밸브바디부재(45)에 밀착되는 두 개의 도어플레이트(46)는 동일한 구조로 이루어지므로 이하 어느 한쪽의 밸브바디부재(45)와 도어플레이트(46)에 대해서만 설명한다.

상기 밸브바디부재(45)는 통로를 형성하는 프레임(47), 상기 프레임(47)에서 이격되어 프레임(47) 주위를 따라 설치되며 상기 밸브도어부와 밀착되어 기밀을 유지하는 실링부재(48), 및 상기 실링부재(48)가 설치된 홈과 밸브하우징(42) 내부 사이를 선택적으로 차단하는 차단부를 포함한다.

상기 프레임(47)은 피환원물의 이동선상에 대응되는 위치에서 밸브바디부재(45)에 설치된다. 상기 프레임(47)은 예열부 몸체와 연통되어 피환원물이 지나가는 통로를 형성한다. 상기 실링부재(48)는 밸브바디부재(45)와 밸브도어부 사이에서 두 부재를 실링한다. 상기 실링부재(48)는 예를 들어 오링으로 이루어질 수 있다. 상기 실링부재(48)는 통로를 형성하는 프레임(47)에서 소정 거리 이격되어 프레임(47) 주위를 따라 설치된다. 상기 밸브바디부재(45)에는 깊게 홈(49)이 형성되어 실링부재(48)가 설치되는 공간을 형성하며, 상기 실링부재(48)는 상기 홈(49) 내측에 설치된다.

상기 홈(49)에 의해 형성되어 실링부재(48)가 설치된 공간은 차단부에 의해 밸브하우징(42)의 내부에서 격리된다. 이에, 제1 게이트장치(40) 개폐과정에서 환원부로부터 밸브하우징(42)으로 유입된 환원 증기가 차단부에 의해 차단되어 실링부재(48)로 이동되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 환원부의 금속 증기가 실링부재(48)에 증착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 차단부는 밸브바디부재(45)에서 밸브도어부의 도어플레이트(46)가 분리되었을 때 홈(49)을 막고, 도어플레이트(46)가 밸브바디부재(45)에 밀착될 때, 열리는 구조로 되어 있다.

본 실시예에서, 상기 차단부는 상기 밸브바디부재(45)에 회전가능하게 설치되어 상기 실링부재(48)가 설치된 홈(49)을 차단하는 제1 커튼(50), 실링부재(48)와 상기 제1 커튼(50) 사이에 설치되어 상기 홈(49)을 차단하는 제2 커튼(51)을 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 커튼(50)은 홈(49)을 따라 배치된다. 상기 제1 커튼(50)은 밸브바디부재(45)에 일단이 축결합되어 회전가능하게 설치된다. 상기 제1 커튼(50)은 홈(49)의 안쪽으로 회전되는 구조로 되어 있다. 상기 홈(49)에는 상기 제1 커튼(50)의 축결합된 선단의 반대쪽 자유단이 걸려 홈(49) 외측으로 회전되지 않도록 하는 단턱(52)이 형성된다. 이에, 제1 커튼(50)은 단턱(52)에 자유단이 걸려 홈(49) 밖으로 회전되지 못하고 안쪽으로만 회전된다.

상기 제2 커튼(51)은 홈(49)에 직각방향으로 직선 이동되도록 설치되어, 홈(49)을 차단한다. 상기 밸브바디부재(45)에는 제2 커튼(51)이 이동되도록 공간(53)이 형성된다. 상기 제2 커튼(51)은 상기 공간 내에 배치되어 왕복이동되어 홈(49)을 개폐한다. 상기 공간(53) 내에서 제2 커튼(51)에 탄성력을 인가하는 스프링(54)이 설치된다. 이에, 상기 제2 커튼(51)은 상기 스프링의 탄성력(54)에 의해 밀려서 홈(49)쪽으로 이동되어 홈(49)을 차단한다.

상기 제1 커튼(50)과 제2 커튼(51)은 서로 유기적으로 연결되어 연동된다. 즉, 제1 커튼(50)이 회전되면서 제2 커튼(51)이 직선운동하게 되고, 제2 커튼(51)이 직선운동하면서 제1 커튼(50)이 회전된다. 상기 공간 내에 설치되는 스프링(54)은 제2 커튼(51)이 닫혀지도록 탄성력을 가하며, 제2 커튼(51)에 연동되어 있는 제1 커튼(50) 역시 스프링(54)의 탄성력에 의해 닫혀지는 쪽으로 회동되어 홈(49)을 차단하는 상태로 유지된다.

상기 제1 커튼(50)과 제2 커튼(51)의 연동을 위해, 제1 커튼(50)의 안쪽면에는 제2 커튼(51)에 접하여 제2 커튼(51)을 밀어올리는 연동바(55)가 돌출 형성된다. 이에, 밸브도어부에 의해 제1 커튼(50)이 홈(49) 안쪽으로 회전하면 연동바(55)가 이동하면서 제2 커튼(51)을 밀어올리게 된다. 따라서 제2 커튼(51)은 공간 내부로 직선 이동하여 홈(49)을 개방하게 된다. 제2 커튼(51)이 공간으로 이동되면 공간에 설치된 스프링(54)이 압축되면서 제2 커튼(51)에 탄성력을 인가하게 된다. 밸브도어부에 의해 제1 커튼(50)에 가해진 외력이 제거되면 압축된 스프링(54)의 탄성복원력에 의해 제2 커튼(51)이 직선 이동되어 홈(49)을 차단한다. 제2 커튼(51)이 이동에 따라 제1 커튼(50)의 연동바(55)가 밀려나 제1 커튼(50) 역시 회전된다. 따라서, 제1 커튼(50)도 홈(49)을 차단한다. 제1 커튼(50)과 제2 커튼(51)은 스프링(54)의 탄성력에 의해 홈(49)에 밀착되어 홈(49)을 밸브하우징(42) 내부로부터 차단한다.

이와 같이 두 개의 커튼을 통해 홈(49)을 이중으로 차단하여 홈(49)에 설치된 실링부재(48)로 금속 증기가 유입되는 것을 완벽히 차단할 수 있게 된다.

또한, 상기 차단부는 상기 실링부재(48)가 설치된 홈(49)으로 불활성가스를 분사하는 가스관(56)과, 상기 분사관으로 불활성가스를 공급하는 가스공급부(57)를 더 포함할 수 있다. 상기 가스관(56)은 밸브하우징(42)과 밸브바디부재(45) 내부를 통해 홈(49)으로 연결 설치된다. 상기 가스관(56)은 제2 커튼(51)과 실링부재(48) 사이로 가스를 분사하는 구조일 수 있다.

상기 가스관(56)을 통해 제1 커튼(50)과 제2 커튼(51)이 개방될 때 홈(49) 내부로 불활성 가스를 공급한다. 이에, 실링부재(48) 주위로 불활성가스 분위기가 형성된다. 실링부재(48)로 분사된 불활성가스는 제1 커튼(50)과 제2 커튼(51)이 개방될 때 순간적으로 금속증기가 홈(49) 내부로 유입되는 것을 차단한다.

상기 밸브바디부는 상기 프레임(47)과 실링부재(48) 사이에 설치되어 밸브하우징(42) 내부 공간에 온도구배를 형성하여 환원 증기가 실링부재(48) 쪽으로 이동되는 것을 차단하는 열저항부를 더 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열저항부는 밸브바디부재(45)에 설치되어 고온 영역을 형성하는 열선(58), 열선에서 이격되고 열선 주위를 따라 내외측에 설치되어 저온 영역을 형성하는 1차 냉각수배관(59)과, 2차 냉각수배관(60)을 포함한다.

상기 열선(58)은 열을 가해 해당 위치에서 밸브하우징(42) 내에 고온 영역을 형성한다. 1차 냉각수배관(59) 및 2차 냉각수배관(60)은 해당 위치에서 밸브하우징(42) 내에 저온 영역을 형성한다.

상기 밸브바디부재(45)는 밸브하우징(42) 내에서 두 개가 마주보도록 대향 배치되어 있어서, 두 개의 밸브바디부재(45) 사이에 열저항부에 의한 온도구배층이 형성된다. 유체의 흐름은 온도 구배에 따라 고온부에서 저온부로 이동하는 열역학적 특성이 있으므로, 온도구배를 갖는 열저항층이 있을 경우 유체는 이동이 어려워지게 된다.

상기 온도구배층은 실링부재(48)와 통로인 프레임(47) 사이에 형성된다. 이와 같이 프레임(47)과 실링부재(48) 사이에 인위적으로 온도구배층을 형성하여 열저항이 일어나도록 함으로써, 통로에서 밸브하우징(42) 내부로 유입된 금속 증기가 상기 열저항부에 의해 실링부재(48)쪽으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 밸브바디부재(45)에 밀착되는 도어플레이트(46)는 대략 밸브바디부재(45)에 대응되는 크기로 이루어진다. 상기 도어플레이트(46)는 밸브바디부재(45)로 수평이동되어 실링부재(48)를 사이에 두고 밀착된다.

밸브바디부재(45)를 향하는 상기 도어플레이트(46)의 전면에는 상기 실링부재(48)가 설치되어 있는 홈(49) 내부로 진입하여 실링부재(48)에 밀착되는 밀착부재(61)가 돌출 설치된다.

상기 밀착부재(61)는 홈(49) 내부로 진입될 수 있는 정도의 크기와 실링부재(48)에 닿을 정도의 충분한 길이로 형성된다. 이에, 도어플레이트(46)가 밸브바디부재(45)쪽으로 이동되면 밸브바디부재(45)의 통로가 막혀지고 밀착부재(61)가 홈(49)으로 진입하여 홈(49) 안쪽에 설치된 실링부재(48)에 밀착된다. 따라서 밸브바디부재(45)와 도어플레이트(46) 사이가 실링부재(48)에 의해 완전히 실링되어, 금속 증기나 복사열의 유출을 차단한다.

여기서, 상기 밀착부재(61)가 홈(49) 내부로 진입하면서 홈(49)에 설치된 제1 커튼(50)을 밀게 된다. 제1 커튼(50)은 밀착부재(61)에 의해 밀려 회전되면서 홈(49)을 개방하게 된다. 제1 커튼(50)이 회전되면 제1 커튼(50)에 설치된 연동바(55)가 제2 커튼(51)을 밀어올리게 된다. 이에, 제2 커튼(51) 역시 개방되면서 밀착부재(61)가 제2 커튼(51)과의 간섭없이 홈(49) 내부로 완전히 진입하여 실링패드와 밀착된다.

상기 도어플레이트(46) 내부에는 냉각자켓(도시되지 않음)이 설치된다. 도어플레이트(46) 상부에는 냉각자켓으로 냉각수를 공급하기 위한 투입관(62)이 설치된다. 냉각자켓을 통해 도어플레이트(46)를 냉각시켜 고온으로부터 도어플레이트(46)를 보호할 수 있다.

또한, 본 실시예의 밸브도어부는 밸브바디부재(45)에 도어플레이트(46) 밀착 또는 이격시 프레임(47)에 증착된 환원 금속을 제거하는 구조로 되어 있다. 이를 위해, 상기 도어플레이트(46)에는 상기 프레임(47)과 대응되는 위치에 스키머(63)가 설치된다. 상기 스키머(63)는 도어플레이트(46)에서 외측으로 돌출 형성된다. 상기 스키머(63)는 프레임(47)에 내면에 접하여 프레임(47) 내주면에 응축된 환원금속을 긁어내는 구조로 되어 있다.

상기 스키머(63)는 프레임(47)의 내면의 형태와 같은 형태로 이루어진다. 상기 스키머(63)의 외측 선단은 프레임(47)의 내면에 밀착되어 환원 금속을 긁어내는 날 역할을 한다. 이에, 도어플레이트(46)가 밸브도어부로 이동되면 도어플레이트(46)에서 돌출된 스키머(63)가 프레임(47) 내측으로 진입하면서 프레임(47) 내면을 긁어주게 된다. 따라서, 도어플레이트(46) 개폐과정에서 프레임(47) 내면에 응축된 환원금속을 제거할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1 게이트장치(40)는 밸브하우징(42)에 설치되는 진공장치(70)를 더 포함할 수 있다. 상기 진공장치는 진공펌프일 수 있다.

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 피환원물(1)이 장입되면 제1 도어(14)가 닫히고 피환원물이 예열된다. 예열이 완료되면 상기 예열부와 상기 환원부 사이의 제1 게이트장치(40)를 열고 피환원물을 환원부(20)로 장입한다. 피환원물(1)은 예열부에서 환원부의 제1 공간(201)으로 장입된다. 이때, 제1 차단부(22)는 닫힌 상태이다.

도 5 내지 도 7은 상기 제1 게이트장치(40)의 개방 과정을 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도어플레이트(46)는 밸브바디부재(45)에 닫혀지게 되면 도어플레이트(46)에 설치된 스키머(63)는 프레임(47) 내부로 삽입되어 프레임(47)에 의해 형성되는 통로를 완전히 차단한다. 그리고 도어플레이트(46)에 설치된 밀착부재(61)가 홈(49)으로 이동되어 홈(49)에 설치된 실링부재(48)와 밀착된다. 이에 도어플레이트(46)와 밀착부재(61) 사이가 실링부재(48)에 의해 실링된다. 홈(49)을 차단하고 있는 제1 커튼은 밀착부재(61)에 의해 밀려 회동되고, 제2 커튼은 회동되는 제1 커튼의 연동바(55)에 의해 밀려올라가 공간 안으로 이동된 상태이다. 상기 제2 커튼이 밀려올라감에 따라 스프링(54)이 제2 커튼에 의해 압축된다.

이 상태에서 제1 게이트장치(40) 개방에 따라 도어플레이트(46)는 도 6에 도시된 바와 같이, 수평방향으로 이동되어 밸브도어부재에서 이격된다. 도어플레이트(46) 이동에 따라 스키머(63)와 밀착부재(61)는 각각 프레임(47)과 홈(49)에서 빠져나가게 된다. 밀착부재(61)가 홈(49)에서 빠져나감에 따라 제1 커튼(50)에 가해졌던 외력이 제거되어 제1 커튼(50)가 원상태로 회전된다. 상기 제1 커튼은 제2 커튼을 통해 스프링(54)의 탄성력을 받고 있는 상태이므로, 밀착부재(61)가 홈(49)에서 빠져나가면 스프링(54)의 탄성복귀력에 의해 제1 커튼은 홈(49)에 형성된 단턱(52)에 걸릴때까지 회전되어 홈(49)을 차단한다. 제1 커튼이 원상태로 회전함에 따라 연동바(55) 역시 이동하게 되고, 제2 커튼 또한 스프링(54)의 탄성복귀력에 의해 홈(49)을 향해 이동하게 된다. 밀착부재(61)가 홈(49)에서 완전히 이동되면 도 6에 도시된 바와 같이 제1 커튼과 제2 커튼은 홈(49)에 접하여 홈(49)을 완전히 차단한다. 이에, 도어플레이트(46) 개방 과정에서 프레임(47)을 통해 흘러나온 환원 증기가 실링부재(48)쪽으로 이동되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 도어플레이트(46)는 밸브바디부재(45)에 대해 수평방향으로 완전히 이동되어 밸브바디부재(45)에서 분리된 후 상부로 이동된다. 밸브바디부재(45)의 프레임(47)을 가로막고 있는 도어플레이트(46)가 상부로 이동됨에 따라 1차 게이트 장치의 통로가 완전히 개방된다.

예열부의 피환원물은 개방된 제1 게이트장치(40)를 통해 환원부의 제1 공간으로 장입된다.

제1 공간(201)으로 피환원물(1)의 장입이 완료되면, 상기 예열부와 상기 환원부 사이의 제1 게이트장치(40)가 닫히고, 제1 차단부(22)이 열리면서 피환원물이 제2 공간(202)으로 장입된다. 이때, 제2 차단부(24)는 금속증기의 유출 및 열전달을 차단하기 위하여 닫힌 상태이다.

제2 공간(202)에서 피환원물(1)이 금속증기 형태로 환원되며, 환원된 금속증기는 응축기(72)에서 응축된다. 제2 공간(202)은 진공상태를 유지하고 있으며, 제2 공간(202)의 온도범위는 1100℃ ~ 1300℃ 로 유지될 수 있다. 제2 공간(202)은 제1 차단부(22)와 제2 차단부(24)에 의해 차단된 상태로 가스나 복사열의 유출 없이 폐쇄된 공간 내에서 금속증기를 환원시킬 수 있게 된다.

피환원물(1)의 환원이 완료되면, 제2 차단부(24)가 열리면서 제3 공간(203)으로 피환원물이 장입된다. 피환원물(1)이 제3 공간으로 완전히 이동되면 제2 차단부(24)가 닫힌다.

제3 공간(203)으로 피환원물(1)의 장입이 완료되면, 환원부와 냉각부 사이에 설치된 제2 게이트장치(41)가 열리고, 피환원물은 진공상태의 냉각부(30)로 이동된다. 상기 제2 게이트장치(41)의 개방 과정은 위에서 언급한 제1 게이트장치(40)의 개방 과정과 동일하다.

피환원물의 냉각이 완료되면, 냉각부를 상압으로 변환한 후 제2 도어(55)를 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 201: 제1 공간
202: 제2 공간 203: 제3 공간
22 : 제1 차단부 24 : 제2 차단부
30 : 냉각부 31 : 냉각부 몸체
32 : 제2 도어 40 : 제1 게이트장치
41 : 제2 게이트장치 42 : 밸브하우징
43 : 수직실린더 44 : 수직빔
45 : 밸브바디부재 46 : 도어플레이트
47 : 프레임 48 : 실링부재
49 : 홈 50 : 제1 커튼
51 : 제2 커튼 54 : 스프링
55 : 연동바 56 : 가스관
57 : 가스공급부 58 : 열선
59 : 제1 냉각수배관 60 : 제2 냉각수배관
61 : 밀착부재 62 : 스키머
70 : 진공장치 72 : 응축기
80 : 온도조절장치 90 : 불활성가스 주입부
100: 이송 장치

Claims (20)

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 게이트장치, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트장치, 및 상기 환원부에 연결되고 금속기체가 응축되는 응축기를 포함하고,
   상기 제1 게이트장치 또는 상기 제2 게이트장치는 피환원물의 이동로 상에 설치되고 내부 공간을 형성하는 밸브하우징, 상기 밸브하우징에 설치되고 피환원물이 지나가는 통로가 형성된 밸브바디부재, 및 상기 밸브하우징 내에서 이동가능하게 설치되고 밸브바디부재에 선택적으로 밀착되어 통로를 개폐하는 밸브도어부를 포함하며,
   상기 환원부는 내부 공간을 형성하는 환원부 몸체와, 상기 환원부 몸체 내부에 상기 제1 게이트장치와 이격 설치되어 환원부의 내부 가스와 복사열을 차단하는 제1 차단부, 및 상기 환원부의 내부에 제1 차단부와 이격되어 제1 차단부와 제2 게이트장치 사이에 설치되어 환원부의 내부 가스와 복사열을 차단하는 제2 차단부를 포함하고, 내부에 제1 게이트장치와 제1 차단부 사이의 제1 공간과, 제1 차단부와 제2 차단부 사이의 제2 공간, 및 제2 차단부와 제2 게이트장치 사이의 제3 공간을 구비하고, 상기 응축기는 제2 공간에 연결되는 금속의 열환원 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브바디부재는 통로를 형성하는 프레임, 상기 프레임에서 이격되어 프레임 주위를 따라 설치되며 상기 밸브도어부와 밀착되어 기밀을 유지하는 실링부재, 및 상기 실링부재가 설치된 홈과 밸브하우징 내부 공간 사이를 선택적으로 차단하는 차단부를 포함하는 금속의 열환원 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 차단부는 상기 밸브바디부재에 회전가능하게 설치되어 상기 실링부재가 설치된 홈을 차단하는 제1 커튼을 포함하는 금속의 열환원 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 차단부는 상기 실링부재와 상기 제1 커튼 사이에 설치되어 상기 홈을 차단하는 제2 커튼을 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 차단부는 상기 밸브바디부재에 형성되어 제2 커튼이 이동하는 공간, 상기 공간에 설치되어 제2 커튼에 탄성력을 인가하는 스프링, 및 상기 제1 커튼에 형성되어 상기 제2 커튼에 접하여 제1 커튼 회전시 제2 커튼을 밀어 이동시키는 연동바를 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 차단부는 상기 실링부재가 설치된 홈으로 불활성가스를 분사하는 가스관과, 상기 가스관으로 불활성가스를 공급하는 가스공급부를 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 밸브바디부재는 상기 프레임과 실링부재 사이에 설치되어 밸브하우징 내부 공간에 온도구배를 형성하여 환원 증기가 실링부재 쪽으로 이동되는 것을 차단하는 열저항부를 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸브도어부는 밸브하우징 상단에 설치되는 수직실린더, 상기 수직실린더에 연결되어 밸브하우징 내부에서 승하강되는 수직빔, 상기 수직빔에 설치되고 상기 밸브바디부재쪽으로 수평이동하여 밸브바디부재에 밀착되는 도어플레이트, 및 상기 도어플레이트에 돌출 형성되고 상기 실링부재가 설치된 홈으로 진입하여 실링부재에 밀착되는 밀착부재를 포함하는 금속의 열환원 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밸브도어부는 상기 도어플레이트에 설치되고 상기 프레임에 끼워져 프레임 내주면에 응축된 환원금속을 긁어내는 스키머를 더 포함하는 금속의 열환원 장치.
12. 금속의 열환원 장치의 예열부와 환원부 사이 또는 환원부와 냉각부 사이를 개폐하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치에 있어서,
    상기 게이트장치는 상기 예열부와 환원부 사이에 설치되는 제1 게이트장치, 상기 환원부와 냉각부 사이에 설치되는 제2 게이트장치를 포함하고,
    상기 제1 게이트장치 또는 상기 제2 게이트장치는 피환원물의 이동로 상에 설치되고 내부 공간을 형성하는 밸브하우징, 상기 밸브하우징에 설치되고 피환원물이 지나가는 통로가 형성된 밸브바디부재, 및 상기 밸브하우징 내에서 이동가능하게 설치되고 밸브바디부재에 선택적으로 밀착되어 통로를 개폐하는 밸브도어부를 포함하며,
    상기 밸브바디부재는 통로를 형성하는 프레임, 상기 프레임에서 이격되어 프레임 주위를 따라 설치되며 상기 밸브도어부와 밀착되어 기밀을 유지하는 실링부재, 및 상기 실링부재가 설치된 홈과 밸브하우징 내부 공간 사이를 선택적으로 차단하는 차단부를 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 밸브바디부재에 회전가능하게 설치되어 상기 실링부재가 설치된 홈을 차단하는 제1 커튼을 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 실링부재와 상기 제1 커튼 사이에 설치되어 상기 홈을 차단하는 제2 커튼을 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 밸브바디부재에 형성되어 제2 커튼이 이동하는 공간, 상기 공간에 설치되어 제2 커튼에 탄성력을 인가하는 스프링, 및 상기 제1 커튼에 형성되어 상기 제2 커튼에 접하여 제1 커튼 회전시 제2 커튼을 밀어 이동시키는 연동바를 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 밸브도어부는 밸브하우징 상단에 설치되는 수직실린더, 상기 수직실린더에 연결되어 밸브하우징 내부에서 승하강되는 수직빔, 상기 수직빔에 설치되고 상기 밸브바디부재쪽으로 수평이동하여 밸브바디부재에 밀착되는 도어플레이트, 및 상기 도어플레이트에 돌출 형성되고 상기 실링부재가 설치된 홈으로 진입하여 실링부재에 밀착되는 밀착부재를 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 밸브도어부는 상기 도어플레이트에 설치되고 상기 프레임에 끼워져 프레임 내주면에 응축된 환원금속을 긁어내는 스키머를 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 실링부재가 설치된 홈으로 불활성가스를 분사하는 가스관과, 상기 가스관으로 불활성가스를 공급하는 가스공급부를 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 밸브바디부재는 상기 프레임과 실링부재 사이에 설치되어 밸브하우징 내부 공간에 온도구배를 형성하여 환원 증기가 실링부재 쪽으로 이동되는 것을 차단하는 열저항부를 더 포함하는 금속의 열환원 장치의 게이트 장치.

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