KR101619232B1 - 용융 재료의 과립화 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융 재료를 수용하고 이로부터 용융 재료의 액적들을 사출시키는 회전분무기; 및 액적들의 궤적 내에 배치되고 액적들이 충돌되자마자, (i) 액적들의 전부 또는 실질적으로 전부가 충돌 표면과 충돌하고, 및 (ii) 액적들의 일부가 충돌 표면과 접촉하기 전에 완전히 고체화되지 않게 하는 회전분무기로부터의 거리와 각도에 있는 표면들을 포함하는 과립기에 관한 것이다.

Description

용융 재료의 과립화{Granulation of molten material}
본 발명은 용융 재료의 과립화 장치 및 방법에 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 액적(droplet)들은 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 액적들의 충분한 고체화를 일으키기 위해 주로 지름 10m일 필요가 있다) (ii) 회전분무기로부터 사출된 용융 재료 액적들의 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 액적들이 표면에 부착하여, 응집 및/또는 재용융을 일으키는 수집 단계 동안 사출된 액적들에 남아있는 잔존 열이다.
본 출원인들은 현존하는 과립기보다 개선된 회전분무기를 포함하는 용융 재료 과립기를 설계하였다. 본 출원인들은, 액적들이 완전히 고체화될 수 있는 거리 내에서 분무기로부터 감소된 거리에 위치한 충돌 표면을 향해 액적들을 사출함으로써, 충분히 강하지 않은 부분적으로 고체화된 액적들은 표면과 충돌되자마자 깨진다는 것을 발견하였다. 이것이 아직 뜨거운 내부 코어 재료를 노출시켜, 다른 방법으로 가능한 것보다 더 빠르게 냉각시킨다. 따라서 비행 거리를 크게 감소시키고 부분적으로 고체화된 액적들을 충돌 표면에 충돌시킴으로써, 과립기의 크기는 크게 감소될 수 있고 입자들은 차가운 공기 커튼을 제공할 필요없이 냉각될 수 있다. 이것이 과립기의 작동 비용을 추가로 감소시킨다.
한 태양에서, 용융 재료를 수용하고 이로부터 용융 재료의 액적들을 사출시키는 회전분무기; 및
액적들의 궤적 내에 배치되고 액적들이 충돌되자마자,
(i) 액적들의 전부 또는 실질적으로 전부가 충돌 표면과 충돌하고, 및
(ii) 액적들의 일부가 충돌 표면과 접촉하기 전에 완전히 고체화되지 않게 하는 회전분무기로부터의 거리와 각도에 있는 충돌 표면을 포함하는 과립기가 제공된다.
액적들이 고체화됨에 따라, 고체화 껍질의 열 전달 특성들 때문에, 액체 코어는 덜 빠르게 냉각된다고 생각된다. 본 출원인은 부분적으로 고체화된 액적들이 충돌 표면에 충돌할 때 부분적으로 고체화된 액적들은 충돌 표면과 충돌하자마자 깨져서 용융 재료를 노출한다는 것을 발견하였다.
또한, 충돌 표면과 접촉한 후, 부분적으로 고체화된 액적들과 충돌 표면의 충돌은 부분적으로 고체화된 액적들이 수집기를 향하게 방향을 재설정한다.
본 발명의 한 바람직한 형태에서, 액적들의 일부는 3mm 또는 초과의 최대 치수 또는 지름을 가진다. 액적들이 충돌 표면상에 충돌할 때, 20 부피% 초과 바람직하게는 90 부피%의 액적이 고체화되는 것이 바람직하다. 이전 작업에서, 공정 설계는 점착을 피하여 위해서 충돌 전에 실질적으로 고체화하는 충분한 냉각을 기초로 하였다(따라서 더 큰 울타리와 더 긴 비행 시간을 필요로 한다).
다른 태양에서 용융 재료를 과립화하는 방법이 제공되며,
회전분무기로부터 용융 재료의 액적들을 충돌 표면을 향해 사출시키는 단계(액적들의 일부는 비행 중에 부분적으로 고체화된다);
액적들의 일부는 충돌 표면에 대한 충돌 시에 완전히 고체화되지 않도록 액적들의 궤적 내에 배치된 충돌 표면상에 부분적으로 고체화된 액적들의 전부 또는 실질적으로 전부를 충돌시키는 단계; 및
부분적으로 고체화된 액적들이 수집기를 향하도록 방향을 재설정하는 단계를 포함한다.
한 바람직한 형태에서, 부분적으로 고체화된 액적들의 일부는 50% 미만으로 고체화된다. 용융 재료는 슬래그인 것이 바람직하다.
상기 태양들의 일부 실시예들에서, 충돌 표면이 궤적에 대응하여 배치되는 각도는 30°초과 내지 75°미만일 수 있다. 한 바람직한 형태에서 범위의 하부 한계는 45°초과이고 범위의 상부 한계는 60°미만일 것이다. 충돌 각도는 부분적으로 고체화된 액적들이 충돌 표면에 점착되도록 너무 크지 않아야 하고 충돌 각도의 선택은 재료의 특징들 및 분무기로부터의 거리와 고체화의 정도에 의존할 것이다.
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 과립기의 중심축을 통과하여 선택한 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 명확하게 하기 위해 감소된 수의 구조적 특징들을 나타내는 본 발명의 과립기의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 과립기의 한 바람직한 실시예의 중심축을 통과하여 선택한 단면을 나타내는 도면이다.
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. 실질적으로 수직인 축 주위로의 회전은 용융 재료(2)가 궤적(24)에서 회전분무기(8)로부터 사출되게 한다. 이렇게 형성된 용융 재료의 액적들(22)은 궤적(24)을 가지고 충돌 표면(28)을 향해 사출된다. 충돌 표면(28)에 충돌하기 이전에, 용융 재료의 액적들(22)의 일부는 완전히 고체화되지 않아 재료 코어 주위에 고체화된 껍질을 가진 부분적으로 고체화된 액적들(26)을 형성한다. 충돌 표면(26)과 부분적으로 고체화된 액적들(26)의 충돌력은 부분적으로 고체화된 액적들(26)의 적어도 일부의 적어도 고체화된 껍질이 깨져서 깨진 액적들(30)을 형성하게 한다. 충돌 표면(28)에 의해 방향이 재설정되어진 깨진 액적들(30)을 포함하는 모든 액적들은 추가로 고체화되면서 수집기(32)를 향해 진행한다.
과립기(100)의 디자인에 영향을 주는 중요한 인자들은 전달 수단(4)을 통과하는 용융 재료(2)의 유속, 회전분무기(8)의 회전 속도, 용융 재료의 액적들(22)의 사출 온도, 충돌 표면(28)과 충돌하기 전 용융 재료(22)의 액적들의 궤적 거리 및 비행 시간, 용융 재료의 액적들(22)의 치수, 용융 재료(2)를 구성하는 재료, 추가 냉각(충돌 표면의 환상 기류 및/또는 냉각)의 존재 또는 부존재를 포함한다. 즉, 과립기(100)의 임의의 한 구성요소의 정확한 디자인과 작동 조건은 주로 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건뿐만 아니라 과립화되는 재료의 물리적 및 화학적 특성들에 의존한다. 예를 들어, 더 뜨거운 전달 온도는 충돌 표면(28)에 충돌하기 전에 더 긴 궤적을 필요로 할 수 있다; 더 낮은 열 전도도를 가진 용융 재료는 충돌 표면(28)과 충돌하기 전에 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. 적절한 개선된 분무기는 호주 가특허출원 no.2008903296 및 공동출원된 국제특허출원에 기술되고, 이의 전체 내용은 참조로 포함된다. 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) 속으로의 용융 재료(2)의 유속은 가변적이고 과립기(100)의 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 회전분무기(8)의 수용 부분에 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 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 회전 속도는 약 600rpm 내지 약 3000rpm일 수 있다. 회전분무기의 디자인은 당업계에 공지되어 있다. 용융 재료의 액적들(22)의 모양과 크기는 가변적이고 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 용융 재료의 액적들(22)의 모양과 크기는 약 0.5mm 내지 약 5mm의 지름을 가진 실질적으로 구형이다. 회전분무기(8)로부터 용융 재료의 액적들(22)의 사출 속도는 가변적이고 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 회전분무기(8)로부터 용융 재료의 액적들(22)의 사출 속도는 약 1.5m/s 내지 약 8m/s이다.
회전분무기(8)는 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.
일부 실시예들과 도 2를 참조하면, 회전분무기(8)는 과립기(100) 내에 실질적으로 중앙에 위치한다. 더욱 일반적으로, 회전분무기(8)는 충돌 표면(28)에 의해 형성된 영역 내에 실질적으로 중앙에 위치한다. 즉, 회전분무기(8)는 회전하고 그 둘레 근처의 임의의 지점 및 모든 지점에서 방사상으로 용융 재료의 액적들(22)을 사출시키기 때문에, 충돌 표면(28)이 용융 재료의 사출된 액적들(22)의 전부 또는 실질적으로 전부의 궤적 내에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 충돌 표면(28)은 원형인 것이 바람직하다.
용융 재료의 사출된 액적들(22)의 전부 또는 실질적으로 전부는 충돌 표면(28)을 향해 궤적을 따라간다. 충돌 표면은 회전분무기로부터 떨어진 거리에 위치하여 액적들의 일부는 완전히 고체화되지 않고 표면과 충돌하기 전에 부분적으로 고체화된 액적들(26)을 형성한다. 부분적으로 고체화된 액적들(26)은 고체화된 외부 영역 또는 껍질 및 용융된 내부 영역 또는 코어를 가진다. 거리는 용융 재료, 재료의 온도 및 액적 크기에 의존할 것이다. 액적 크기는 분무기의 회전 속도 및 액적의 배출 속도에 의존할 것이다.
또한, 충돌 표면(28)은 부분적으로 고체화된 액적들(26)이 충돌 전에 완전히 고체화되지 않고 부분적으로 고체화된 액적들(26)과 충돌 표면(28)의 충돌이 부분적으로 고체화된 액적들(26)의 적어도 일부를 깨서 깨진 액적들(30)을 형성하는 거리와 각도에 위치한다. 부분적으로 고체화된 액적들(26)의 이런 깨짐은 고체화된 외부 영역이 균열, 파괴, 파열 또는 깨지게 하여 용융된 내부 영역의 적어도 일부를 깨진 액적들(30)의 외부에 노출한다. 이론에 한정되지 않기를 바라며, 본 발명자들은 용융된 내부 영역의 외부에 대한 노출이 깨진 액적들(30)을 냉각하고 부분적으로 고체화된 액적들(26)보다 더 빠르게 고체화하는 것이 충돌 표면(28)과의 충돌시에 깨짐이 없게 한다고 생각한다. 충돌 표면(28)이 궤적에 대응하여 배치되는 각도는 충돌력을 제어하도록 변형될 수 있다. 충돌 표면(28)이 궤적에 대응하여 배치되는 각도(β)는 30° 초과 내지 약 75°일 수 있다. 이 각도는 충돌의 반사상 방향에서 측정한다. 범위의 하부 한계는 45°초과일 수 있고 상부 한계는 60°미만일 수 있다. 따라서 접촉 각도의 바람직한 범위는 이런 한계 범위들의 치환을 포함한다. 당업자는 부분적으로 고체화된 액적들(26)이 충돌 표면(28)과 충돌하자마자 깨지는 지는 속도, 고체화 정도, 충돌 각도(β) 및 부분적으로 고체화된 액적들(26)의 크기의 함수라는 것을 이해할 것이다.
이론에 한정되지 않기를 바라며, 충돌 및 (한 큰 부분적으로 고체화된 액적이 여러 개의 더 작은 액적들로의) 분리는 약 3mm 이상 및 바람직하게는 약 50% 고체 비율(부피%)의 액적들에 대해 발생할 수 있다고 생각된다. 이것은 약 20%의 액적 지름에 대응하는 고체 껍질의 직선 두께와 동일하다.
부분 고체화의 정도는 액적 비행 시간(충돌 전), 액적 온도(보다 정확하게는 액체 온도 이상의 과다 가열 정도) 및 속도(컵 회전 속도와 컵 지름에 의존)에 의해 결정된다. 액체 재료의 속도와 표면 장력도 고려사항일 수 있다.
충돌 실험들에서, 액적들은 아주 빠른 시간(비행 시간) 내에 기울어진 지붕과 충돌하였다. 충돌 전 비행 시간의 범위 내(약 0.02 내지 0.12초), 더 큰 액적들(액적들의 0%보다 크나 약 1%를 구성하는 지름 약 3mm 이상)은 50% 미만의 부피, 30% 정도로 낮은 고체화 및 충돌하는 동안 파괴된 더 큰 액적들의 일부를 갖는 것으로 생각된다. 더 작은 액적들(2mm 이하)은 충돌 전에 더 높은 고체 비율에 도달하였고 많은 분리를 보이지 않았다. 출원인은 분무기로부터 충돌 표면까지의 거리는 2mm 이상(액적들의 0%보다 크나 5% 미만)의 액적들은 충돌시에 50 부피% 미만이 고체화되는 거리라는 것을 관찰하였다.
충돌과 분리는 매우 빠르고 어느 정도 무작위 과정이다. 약 50 부피% 미만으로 고체화된 더 큰 액적들은 더 높게 고체화된 더 작은 액적보다 파괴될 확률이 더 높은 것으로 보인다.
만일 액적들이 표면상에 적게 고체화되는 경우, 액적들은 평탄화될 것이고 충돌시에 튕겨나가거나 파괴되기보다는 번질 것이다. 고체의 정도가 약 20 부피% 고체 비율로 측정된 값보다 낮을 때 이것이 일어나는 것으로 생각된다. 따라서 고체화의 레벨은 20 부피% 초과이고 바람직하게는 80 부피% 미만이어야 한다. 번짐을 피하기 위한 적절한 조건은 검사(예를 들어, 태핑 온도와 같은 용융 재료의 가공 조건에 의해)를 통해 쉽게 설정될 수 있다.
충돌 표면은 당업계에 공지된 임의의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 충돌 표면(28)은 내화 재료 또는 구리일 수 있다. 바람직하게는, 충돌 표면(28)은 스테인리스 강으로 제조된다.
충돌 표면(28)과의 충돌 이후, 깨진 액적들(30)은 추가로 고체화되고 추가 사용을 위해 수집될 수 있는 과립화된 재료(34)가 된다. 과립화된 재료(34)는 고체화된 재료 또는 적어도 고체화된 외부 영역 또는 껍질을 가진 재료로 통상적으로 이루어지고 용융된 내부 영역 또는 코어를 가질 수 있다. 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.
도 3은 작동하고 있는 과립기(100)의 더욱 완벽한 모습을 나타낸다. 용융 재료의 액적들(22)은 회전분무기(8)로부터 밀폐되거나 실질적으로 밀폐된 챔버일 수 있는 챔버(40) 속으로 사출된다. 깨진 액적들(30)을 형성하기 위해 부분적으로 고체화된 액적들(26)과 충돌 표면(28)의 충돌 후에, 과립화된 재료(34)는 도 3에 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 3은 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 3에 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 3에 도시된 궤적(24)의 두 예에서, 상기한 실시예들이 존재한다. 즉, 용융 재료의 액적들(22)은 회전분무기로부터 충돌 표면(28)을 향해 사출된 후 깨진 액적들(30)로서 방향이 재설정된 후 과립화된 재료(34)는 수집기(32)를 향한다. 두 예에서 액적들의 궤적은 접선 성분뿐만 아니라 방사상 성분을 가진다. 궤적(24)의 경우에, 입자는 하부 표면(44)에서 아래로 수집기(32)를 향해 나선 회전한다.
일부 실시예들에서, 특히 챔버(40)가 밀폐되거나 실질적으로 밀폐된 챔버인 경우, 과립기(100)는 용융 재료의 냉각을 강화하고 과립화된 재료(34)의 응집을 피하는 것을 돕고 과립화된 재료(34)가 수집기를 향해 진행하도록 기류를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 기류는 정상상태일 때 실질적으로 전체 위쪽 속도 성분을 갖지 않는 환상 특성을 가진다. 즉, 종래의 일부 과립기들과 달리, 본 발명의 과립기는 작동할 때 및 용융 재료의 충분한 냉각을 얻기 위해서 상승 기류를 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 과립기는 용융 재료의 액적들의 궤적이 통과하는 커튼을 형성하기 위해 상승 기류를 필요로 하지 않고 부분적으로 고체화된 액적들에 대한 추가 냉각을 제공하기 위해 존재하는 유동층 형태의 배열을 필요로 하지 않는다. 환상 기류를 가진 실시예들은 원뿔 모양을 가진 과립기들에 특히 매우 적합하고 기류는 상기한 대로 사이클론성일 수 있다.
과립기(100) 내의 공기 속도는 가변적이고 과립기(100)의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존한다. 통상적으로, 기류의 속도는 약 2m/s 내지 약 20m/s이다.
과립기를 통과하는 유속은 가변적이고 과립기의 다른 구성요소들의 디자인과 작동 조건 및 과립화되는 재료에 의존하고, 유속은 본 발명의 과립기의 추가 장점이 구현되게 하도록 추가로 제어가능할 수 있는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로, 기류는 용융 재료로부터 열의 형태로 에너지의 회수를 돕기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 과립기를 통과하는 공기의 낮은 유속은 높은 온도를 가지고 과립기를 빠져나오는 공기를 만들 것이다. 주로, 과립기를 통과하는 공기의 유속은 기류의 필수 속도와 과립기의 부피의 함수이다. 예를 들어, 과립기를 빠져나오는 더 높은 공기 온도는 상응하는 더 낮은 공기 유속을 가진 더 낮은 과립기 부피를 위해 얻어질 것이다. 통상적으로 및 슬래그의 내용에서, 과립기를 통과하는 공기의 유속은 과립기를 빠져나오는 공기가 약 400℃ 이상의 온도를 가지며 일부 경우에 과립기를 빠져나오는 공기가 약 600℃ 이상의 온도를 갖게 하는 것이다. 또한, 과립기를 빠져나오는 과립화된 재료는 회수될 수 있는 열의 형태로 에너지를 포함한다. 슬래그의 내용에서, 과립화된 재료는 약 800℃ 이하의 평균 온도를 가지고 과립기를 빠져나온다. 방출된 과립들에 잔존하는 열은, 예를 들어, 당업계에 공지된 팩 베드 향류 흐름(packed bed counter-current) 열 교환기에서 회수될 수 있다. 뜨거운 공기의 형태로 회수된 에너지는 건조, 예열, 증기 발생, 전력 발생 및/또는 담수화에 사용될 수 있다.
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 (9)

  1. 밀폐된 챔버; 및
    상기 챔버 내에서 용융 슬래그를 수용하는 회전 분무기로, 상기 회전 분무기는 상기 챔버 내에 수직축을 회전하기 위해 탑재되어, 회전 분무기로부터 궤적을 따라 용융 슬래그의 액적(droplet)들을 사출시키는 것인 회전 분무기
    를 포함하는 과립기로서,
    상기 챔버는 액적들이 충돌할 때 액적들의 궤적 내에 배치된 충돌 표면을 가지고,
    상기 과립기는 사이클론성 기류를 포함하여 용융 슬래그의 냉각을 강화하고, 과립화된 슬래그의 응집을 피하는 것을 돕고, 과립화된 슬래그를 수집기를 향하여 진행시키고,
    상기 충돌 표면은 물 또는 냉매에 의해 냉각되며, 충돌 표면이 회전 분무기를 떠난 액적들의 궤도에 대하여 배치되는 각도(β)는 30° 초과이고 60° 미만이고; 충돌 표면이 회전 분무기를 떠난 액적들의 궤적에 대하여 배치된 각도(β)가 (i) 모든 액적들이 충돌 표면에 충돌하고; 및 (ii) 액적의 일부는 충돌 표면에 접촉하기 전에 완전히 고체화되지 않도록 상기 충돌 표면이 회전 분무기로부터 떨어져 있는 것인 과립기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    충돌 표면과 접촉 후 부분적으로 고체화되거나 고체화된 입자들을 수집하기 위한 수집기 영역(collector region)을 더 포함하는 과립기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    수집기 영역은 환상(annular) 모양이고 충돌 표면으로부터 방사상으로 바깥을 향하는 것인 과립기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    입자들을 수집기 영역을 향하여 보내는(directing) 절단된 원뿔(frusto-conical)의 하부 표면을 더 포함하는 과립기.
  5. 수직축을 회전하는 회전 분무기로 용융 슬래그를 전달하는 단계;
    물 또는 냉매로 냉각된 충돌 표면을 향해 회전 분무기로부터 용융 슬래그의 액적들을 사출시키는 단계로서, 충돌 표면이 회전 분무기를 떠난 용융 슬래그의 궤적에 대하여 배치되는 각도는 30°초과이고 60°미만인 단계,
    사이클론성 기류를 제공하여, 용융 슬래그의 냉각을 강화하고, 과립화된 슬래그의 응집을 피하는 것을 돕고, 과립화된 슬래그가 수집기를 향하여 진행시키는 단계,
    액적들의 일부는 충돌 표면에 대한 충돌 시에 완전히 고체화되지 않도록 액적들의 궤적 내에 배치된 충돌 표면상에 부분적으로 고체화된 액적들의 전부를 충돌시키는 단계; 및
    충돌 후 수집기를 향하도록 고체화된 액적들을 다시 보내는(re-directing) 단계
    를 포함하는 용융 슬래그의 과립화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    충돌 표면이 부분적으로 고체화된 액적의 궤적에 대하여 배치되는 각도는 45° 초과이고 60° 미만인 것인 용융 슬래그의 과립화 방법.
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