KR101622294B1 - 원료 장입 장치 및 장입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원료 장입 장치 및 장입 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료가 소결 대차 상에서 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것의 순으로 입도 별로 순차 적층되도록 하여 원료의 통기성을 향상시킬 수 있는 원료 장입 장치 및 장입 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치는 장입된 원료를 배출하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부로부터 이격되고, 상기 원료 공급부로부터 배출되는 원료를 저장하는 저장기; 및 상기 원료 공급부와 저장기 사이에서 이송 경로를 형성하고, 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 형성되는 진동면을 구비하는 장입 슈트;를 포함한다.

Description

원료 장입 장치 및 장입 방법{Charging apparatus and method for raw material}

본 발명은 원료 장입 장치 및 장입 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료가 소결 대차 상에서 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것의 순으로 입도 별로 순차 적층되도록 하여 원료의 통기성을 향상시킬 수 있는 원료 장입 장치 및 장입 방법에 관한 것이다.

일반적으로 소결 공정에서는 소결 원료를 장입 장치를 이용하여 소결기의 소결 대차로 장입하여 소결 광을 제조하고 있다.

도 1에는 일반적인 소결 원료 장입 장치가 도시되어 있다. 소결 원료 장입 장치는, 미분 철광석, 석회석 등 부원료 및 연료인 미분 코크스를 배합한 소결 원료(1)가 저장된 소결 원료 호퍼(2)와 이 소결 원료를 그 회전에 의해 소결 원료 호퍼의 호퍼 게이트(4)를 거쳐 하부로 공급하는 드럼 피더(3)로 구성되는 원료 공급부와, 공급되는 소결 원료(1)를 소결 대차(8)에 먼저 깔려 있는 바닥 광의 위로 장입하는 장입 슈트(5)로 구성되어 있다. 장입 슈트(5)는 경사판으로 이루어져 소결 대차(8)의 상부에는 작은 입자, 하부에는 큰 입자가 장입되도록 소결 원료(1)를 분급하는 역할을 한다.

소결 대차(8)에 소결 원료(1)가 장입되면 소결 원료(1)의 표면을 표면 고름판(6)으로 고르게 하여 점화로(7)에서 점화하고 흡인 블로워(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 소결 원료(1) 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결 반응을 진행시켜 소결 광을 제조한다.

이러한 소결 공정에 있어서는, 소결 대차에서의 원료의 장입 상태를 하부에는 큰 입자, 상부에는 작은 입자가 위치하도록 수직 편석하여 연료인 코크스가 상부에 많도록 인위적으로 조장하는 것이 필요하다. 이와 같은 수직 편석이 효과적으로 조장되면, 소결기 상·하 방향의 열량 불균형 현상이 억제되는 한편, 소결기 내 원료층에 유입되는 공기의 저항(통기 저항)을 낮추어 소결 광의 생산성이 향상된다.

그러나, 소결 대차에서의 원료의 편석도가 저하되면 소결기 내 원료층에 유입되는 공기의 저항(통기 저항)이 높아져 통기성이 불량하게 된다. 즉, 장입 과정에서 입도가 작은 소립의 소결 원료가 소결 대차의 하부에 적재되면 소립의 소결 원료 사이의 통기 공간이 적어지므로, 통기성이 취약하게 된다. 따라서, 흡인 블로워를 통한 흡기가 어려워지게 되고, 이는 차압 발생이나 소결 상태 불량 등으로 인한 미 소결 광을 다량 발생하게 한다. 이러한 문제는 소결 광의 품질 및 생산성에 중대한 영향을 미치게 된다.

JP 1974-19004 A JP 1984-158991 A KR 411280 B

본 발명은 원료가 소결 대차 상에서 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것의 순으로 입도 별로 순차 적층되도록 하여 원료의 통기성을 향상시킬 수 있는 원료 장입 장치 및 장입 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 제조되는 소결 광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 원료 장입 장치 및 장입 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치는, 장입된 원료를 배출하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부로부터 이격되고, 상기 원료 공급부로부터 배출되는 원료를 저장하는 저장기; 및 상기 원료 공급부와 저장기 사이에서 이송 경로를 형성하고, 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 형성되는 진동면을 구비하는 장입 슈트;를 포함한다.

상기 이송 경로는 상기 원료 공급부에서 상기 저장기로 하향 경사지도록 형성되며, 상기 진동면은 상기 이송 경로를 따라 높이 변화가 주기적으로 형성된 볼록부를 포함하며, 상기 무차원 가속도(a) 값은 상기 볼록부의 최고 높이(H), 상기 이송 경로의 경사각(θ) 및 상기 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나의 크기를 제어하여 결정할 수 있다.

상기 장입 슈트는 일체형 또는 복수 개의 분할형 경사판을 포함하고, 상기 볼록부는 상기 경사판의 상부 표면을 따라 돌출 형성되는 복수의 돌기에 의해 형성되는 면을 포함할 수 있다.

상기 장입 슈트는 복수 개의 롤러를 포함하고, 상기 볼록부는 상기 롤러들이 나란히 배치되어 각 롤러의 표면을 따라 형성되는 면을 포함할 수 있다.

상기 무차원 가속도(a)는 하기의 수학식 1, 진폭(A)과 상기 볼록부의 최고 높이(h)의 비례 관계, 진동 주파수(f)와 상기 이송 경로의 경사각(θ)의 비례 관계 및 진동 주파수(f)와 상기 볼록부의 파장(λ)의 반비례 관계로부터 계산될 수 있다.

[수학식 1]

(여기서, f는 진동 주파수, A는 진폭, g는 중력 가속도를 나타낸다.)

상기 장입 슈트의 이송 경로는 직선 또는 곡선의 궤적으로 형성될 수 있다.

상기 장입 슈트의 이송 경로는 상부에서 하부로 갈수록 경사각(θ)이 감소할 수 있다.

상기 이송 경로는 40° 내지 50°의 경사각(θ)을 가질 수 있다.

상기 롤러는 150㎜ 이하의 직경(D)을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 방법은, 원료를 마련하는 과정; 상기 원료를 원료의 이송 경로를 형성하는 장입 슈트에 공급하는 과정; 상기 장입 슈트의 진동면에 형성되며 주기적으로 높이가 변화하는 볼록부의 최고 높이(H), 상기 이송 경로의 경사각(θ) 및 상기 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 원료를 이송 경로 상에서 진동시켜 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송하는 과정; 및 상기 이송된 원료를 저장기에 장입하는 과정;을 포함한다.

또한, 상기 장입 슈트에 공급되는 원료를 상·하 방향 또는 상기 이송 경로에 수직한 방향으로 진동시킬 수 있다.

상기 이송 경로를 직선 또는 곡선의 궤적으로 형성할 수 있다.

상기 볼록부의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나는 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 제어할 수 있다.

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층되며 장입할 수 있다.

상기 원료는 부원료 또는 연료인 미분 코크스를 배합한 소결 배합 원료이고, 상기 저장기는 소결 대차일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치 및 장입 방법에 의하면, 장입 슈트에 진동면을 형성하여 이송 중에 원료를 진동시켜 장입 슈트 상에서 원료가 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하여 이송할 수 있다.

이에 따라, 소결 대차 내에 장입되는 원료를 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층할 수 있게 되어 소결 배합 원료층에서의 수직 편석도를 향상시킬 수 있다. 또한, 원료의 수직 편석도를 향상시킴으로써 소결기의 상·하 방향의 열량 불균형 현상을 억제할 수 있고, 소결기 내의 원료층에 유입되는 공기의 저항을 낮추어 통기성을 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 소결 공정에서 제조되는 소결 광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치 및 장입 방법에 의하면 제조 설비를 크게 변경하지 않고서도 소결 대차에 장입되는 배합 원료의 수직 방향의 편석도를 현저하게 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 소결 원료 장입 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 적용되는 브라질 넛 효과를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 장입 슈트를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이송 경로가 곡선의 궤적으로 형성되는 장입 슈트를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 장입 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장입 슈트를 도시한 도면.
도 8는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이송 경로가 곡선의 궤적으로 형성되는 장입 슈트를 도시한 도면.
도 9은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장입 슈트에 포함되는 롤러의 직경에 대한 무차원 가속도 값의 변화를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 방법을 나타내는 흐름도.

본 발명에 따른 원료 장입 장치 및 장입 방법은 원료가 소결 대차 상에서 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것의 순으로 입도 별로 순차 적층되도록 하여 원료의 통기성을 향상시킬 수 있는 기술적 특징을 제시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 다양한 밀도 및 크기를 갖는 입자를 포함하는 원료를 이동하는 저장기에 장입하는 원료 장입 장치 및 장입 방법에 관한 것으로서, 원료를 저장기 내에서 입자의 크기별로 분리하여 장입시키는데 적용될 수 있다. 이와 같이, 저장기 내에 장입된 원료는 원료 입자 간에 공간을 형성하여 통기성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는, 제선 공정에서 사용되는 소결 광을 제조하는데 사용되는 소결 배합 원료를 이동하는 소결 대차에 장입하는 소결 원료 장입 장치 및 장입 방법을 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 발명은 소결 공정에 국한되는 것은 아니며, 고로, 코크스 등 입자로 구성되는 원료의 수직 편석 장입이 필요한 모든 공정에 적용이 가능함은 물론이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 브라질 넛 효과를 설명하기 위한 도면이다.

브라질 넛 효과(BNE: Brazil Nut Effect)란 여러 종류의 땅콩들을 한데 섞어놓은 땅콩 믹스 캔을 사서 뚜껑을 열어보면 크기가 가장 큰 브라질 땅콩이 항상 맨 위에 올라와 있다는 데서 붙여진 이름으로, 다양한 크기의 입자가 섞인 알갱이 물질을 흔들고 섞었을 때, 결국에는 가장 큰 물체가 표면 위로 떠오르는 현상을 말한다.

즉, 다양한 크기의 입자를 갖는 혼합물을 수직 방향으로 진동시키면 큰 입도를 갖는 입자들이 표층 방향으로 상승하게 되고, 큰 입도를 갖는 입자들의 상승에 의하여 발생하는 빈 공간에 작은 입도를 갖는 입자들이 충진되며 하부로 이동하여 수직 방향의 편석이 발생하게 된다.

상기와 같은 브라질 넛 효과(BNE)는 주로 화학 분야에서 크기가 다른 입자를 서로 분리하는데 주로 사용되나, 본 발명에서는 브라질 넛 효과(BNE)를 이용하여 원료를 이송하는 장입 슈트 상에서 진동에 의하여 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 원료를 순차적으로 적층하며 이송할 수 있게 된다. 본 발명의 원료 장입 장치 및 장입 방법에 브라질 넛 효과(BNE)를 적용하는 구체적인 내용은 이하에서 각 실시 예에 따라 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 장입 슈트를 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 장치는 장입된 원료(10)를 배출하는 원료 공급부; 상기 원료 공급부로부터 이격되고, 상기 원료 공급부로부터 배출되는 원료(10)를 저장하는 저장기; 및 상기 원료 공급부와 저장기 사이에서 이송 경로를 형성하고, 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료(10)의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 형성되는 진동면을 구비하는 장입 슈트(50);를 포함한다.

원료 공급부는 원료 호퍼(20)와 드럼 피더(30)를 포함할 수 있다. 원료 호퍼(20)는 미분 철광석, 부원료 및 미분 코크스 등의 배합 원료(10)를 호퍼 게이트(40)를 거쳐 드럼 피더(30)로 공급하고, 드럼 피더(30)는 회전하면서 내부에 공급된 배합 원료(10)를 혼합하여 장입 슈트(50)로 불출한다. 도 3에서는 원료 호퍼(20)와 드럼 피더(30)로 구성되는 원료 공급부를 도시하고 있으나, 본 발명의 원료 공급부는 상기와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 원료(10)를 불출하여 장입 슈트(50)에 공급하는 다양한 구성의 원료 공급부를 포함함은 물론이다.

장입 슈트(50)는 원료 공급부와 저장기 사이에서 이송 경로를 형성하여 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료(10)를 이송 경로를 따라 소결 대차(80)와 같은 저장기로 이송한다. 소결 대차(80)에 원료(10)가 장입되면 원료(10)의 표면을 표면 고름판(60)으로 고르게 하여 점화로(70)에서 점화하고, 흡인 블로워(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 원료(10) 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결 반응을 진행시켜 소결 광을 제조한다.

장입 슈트(50)는 원료(10)를 이송 경로 상에서 이동하는 원료(10)를 진동시켜 브라질 넛 효과(BNE)를 발생시키며 이송 경로를 따라 이송하는 진동면을 구비한다. 상기 이송 경로는 원료 공급부에서 저장기로 하향 경사지도록 형성될 수 있으며, 상기 진동면은 이송 경로를 따라 높이 변화가 주기적으로 형성된 볼록부(52)를 포함할 수 있다.

또한, 장입 슈트(50)는 일체형의 경사판을 포함하거나, 이송 경로를 따라 배치되는 복수 개의 분할형 경사판을 포함할 수 있으며, 이 경우 볼록부(52)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일체형 또는 복수 개의 분할형 경사판의 상부 표면을 따라 돌출 형성되는 복수의 돌기에 의해 형성되는 면을 포함한다.

보다 상세하게는, 볼록부(52)는 일체형 또는 분할형 경사판의 상부 표면을 따라 돌출 형성되는 복수의 돌기에 의하여 진동면을 형성한다. 따라서, 장입 슈트(50)는 원료(10)의 이송 중에 상부 표면을 따라 돌출 형성되는 복수의 돌기에 의하여 이송 경로에 수직한 방향으로 원료(10)를 진동시키게 되고, 이와 같은 진동에 의해서 원료(10)는 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 장입 슈트(50) 상에서 순차적으로 적층되며 이송된다.

(여기서, f는 진동 주파수, A는 진폭, g는 중력 가속도를 나타낸다.)

상기의 수학식 1은 브라질 넛 효과(BNE)를 발생시키기 위한 입자의 무차원 가속도(a) 값을 나타낸다. 수학식 1에서 무차원 가속도(a) 값이 8 이상이 되도록 진동 주파수(f) 및 진폭(A)을 결정할 경우, 혼합물을 구성하는 다양한 크기를 갖는 입자의 밀도 또는 크기 비에 관계없이 큰 입도를 갖는 입자들이 표층 방향으로 상승하고, 작은 입도를 갖는 입자들이 하부로 하강하는 브라질 넛 효과(BNE)가 발생한다.

반면, 수학식 1에서 무차원 가속도(a) 값이 8보다 작은 경우 역편석의 브라질 넛 효과(RBNE: Reverse Brazil Nut Effect)가 발생한다. 역편석의 브라질 넛 효과(RBNE)는 큰 입도를 갖는 입자들이 하부에 배치되고, 표층에는 작은 입도를 갖는 입자들이 배치되는 것으로, 장입 슈트(50) 상에서 이러한 역편석의 브라질 넛 효과(RBNE)가 발생되는 경우 원료(10)가 배출되는 방향과 반대 방향으로 이동하는 소결 대차(80)에 큰 입도를 갖는 원료(10)로부터 작은 입도를 갖는 원료(10)로 적층하여 장입하기 어려워 통기성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 장입 슈트(50)의 상부 표면(52)에 형성되는 진동면의 진동 주파수(f) 및 진폭(A)은 상기 수학식 1에서 무차원 가속도(a) 값이 8 이상이 되도록 결정되어야 한다.

진폭(A)은 진동면에 형성된 볼록부(52)의 최고 높이(H)에 비례하는 관계를 갖는다. 또한, 진동 주파수(f)는 진동 주기(T)의 역수(f=1/T)로 정의되며, 이송 경로의 경사각(θ)이 커질수록 원료(10)의 이동 속도가 증가하므로 상기 이송 경로의 경사각(θ)에 비례하고, 볼록부(52)의 파장(λ)에는 반비례하는 관계(f∝θ/λ)를 갖는다. 여기서, 장입 슈트(50)의 길이를 증가시켜 원료(10)의 이동 속도를 증가시킬 수도 있으나, 이는 설비의 크기를 과다하게 증가시켜야 하므로 제작 및 제어, 경제성 측면에서 타당하지 않다.

따라서, 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a) 값은 상기한 볼록부(52)의 최고 높이(H), 상기 이송 경로의 경사각(θ) 및 상기 볼록부(52)의 파장(λ)의 크기를 제어하여 결정할 수 있다. 즉, 상기 무차원 가속도(a)는 상기의 수학식 1, 진폭(A)과 상기 볼록부(52)의 최고 높이(H)의 비례 관계, 진동 주파수(f)와 상기 이송 경로의 경사각(θ)의 비례 관계 및 진동 주파수(f)와 상기 볼록부(52)의 파장(λ)의 반비례 관계로부터 계산될 수 있으며, 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 갖도록 장입 슈트(50)의 진동면에 형성되는 볼록부(52)의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 원료(10)를 이송 경로 상에서 진동 이동시켜 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송할 수 있게 된다.

도 3 및 도 4에서는 일체형 또는 분할형 경사판의 상부 표면을 따라 이송 경로에 수직한 방향으로 복수의 돌기가 돌출 형성되어 원료(10)를 진동시키는 것으로 도시되어 있으나, 원료(10)의 진동 방향은 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 중력 방향과 동일한 상·하 방향의 진동을 갖도록 원료(10)를 진동시키는 등 브라질 넛 효과(BNE)를 발생시키기 위한 다양한 형상의 장입 슈트(50)가 적용될 수 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이송 경로가 곡선의 궤적으로 형성되는 장입 슈트를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 장입 슈트는 곡선의 궤적으로 형성될 수 있으며, 상기 장입 슈트의 이송 경로는 상부에서 하부로 갈수록 경사각(θ)이 감소하도록 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 장입 슈트(50) 상에서 원료(10)가 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 적층되면, 원료(10)를 소결 대차(80)에 장입하는 과정에서 소결 대차(80)는 원료(10)가 이탈하는 방향의 수평 성분과 반대 방향으로 이동하게 된다. 이 경우, 윌리엄의 궤적 효과(Williams Trajectory Effect)에 따라 큰 입도를 갖는 원료(10)의 낙하 거리가 증가하게 되어, 소결 대차(80)에는 큰 입도를 갖는 원료(10)부터 쌓인 다음 그 상부로 작은 입도를 갖는 원료(10)가 쌓이게 된다. 결국, 장입 슈트(50)의 하부에서 낙하 이탈되는 원료(10)의 이동 방향은 수평 성분을 증가시키는 것이 소결 대차(80)로의 편석 장입에 효과적임을 알 수 있다.

따라서, 장입 슈트(50)의 이송 경로를 상부에서의 하부로 갈수록 경사각(θ)이 감소하도록 형성하여, 장입 슈트(50)의 상부에서는 진동 주파수(f) 증가에 따라 원료 공급부로부터 배출되는 원료(10)가 브라질 넛 효과(BNE)에 의하여 장입 슈트(50) 상에서 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송하고, 장입 슈트(50)의 하부에서는 이탈되는 원료(10) 이동 방향의 수평 성분을 증가시켜 윌리엄의 궤적 효과에 따라 소결 대차(80) 내의 소결 배합 원료층에서의 편석도를 증가시킬 수 있게 되고, 편석도가 높을수록 입자 간에 공간이 많이 확보되기 때문에 통기성이 향상되며, 이에 따라 소결 광의 생산성을 크게 증가시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 장입 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장입 슈트를 도시한 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 장입 장치의 장입 슈트(50)는 복수 개의 롤러(54)를 포함하고, 상기 롤러(54)들은 나란하게 배치되어 각 롤러(54)의 표면을 따라 볼록부(52)를 형성한다.

보다 상세하게는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원료 장입 장치의 장입 슈트(50)는 나란하게 배치되는 복수 개의 롤러(52)의 상부 표면에 의해 이송 경로를 따라 높이가 주기적으로 변화하는 볼록부(52)를 형성한다. 즉, 복수 개의 롤러(54)의 상부 표면을 따라 이동하는 원료(10)의 이송 경로는 롤러(54)의 표면 굴곡에 의하여 진동을 수반한다. 따라서, 장입 슈트(50)는 복수 개의 롤러(54)의 표면 굴곡에 의하여 원료(10)를 이송 경로에 수직한 방향으로 진동시키게 되고, 이와 같은 수직 방향의 진동에 의해서 원료(10)는 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 장입 슈트(50) 상에서 순차적으로 적층되며 이송된다.

장입 슈트(50)가 이송 경로를 따라 배치되는 복수 개의 롤러(54)를 포함하는 경우에도 상기 수학식 1에 의하여 표현되는 무차원 가속도(a)의 값이 8 이상이 되도록 진동면의 진동 주파수(f) 및 진폭(A)을 결정하여야 혼합물을 구성하는 다양한 크기를 갖는 입자의 밀도 또는 크기 비에 관계없이 브라질 넛 효과(BNE)가 발생하게 된다. 여기서 진폭(A)은 진동면에 형성된 볼록부(52)의 최고 높이(H)에 비례하고, 진동 주파수(f)는 이송 경로의 경사각(θ)에 비례하고, 볼록부(52)의 파장(λ)에는 반비례하는 관계를 갖는 것은 전술한 바와 같다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장입 슈트(50)는 곡선의 궤적으로 형성될 수 있으며, 상기 장입 슈트(50)의 이송 경로는 상부에서 하부로 갈수록 경사각(θ)이 감소하도록 형성될 수 있다. 이 경우 장입 슈트(50)의 상부에서는 브라질 넛 효과(BNE)에 의하여 장입 슈트(50) 상에서 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송하고, 장입 슈트(50)의 하부에서는 윌리엄의 궤적 효과에 따라 소결 대차(80) 내의 소결 배합 원료층에서의 편석도를 증가시킬 수 있게 됨은 전술한 바와 같다.

그러나, 상기와 같이 장입 슈트(50)가 이송 경로를 따라 배치되는 복수 개의 롤러(54)를 포함하는 경우, 볼록부(52)의 최고 높이(H) 및 파장(λ)는 롤러의 직경(D)과 개수에 의하여 결정된다. 즉, 장입 슈트(50)가 이송 경로를 따라 배치되는 복수 개의 롤러(54)를 포함하는 경우 볼록부(52)의 최고 높이(H)는 롤러(54)의 반경과 같고, 볼록부(52)의 파장(λ)은 롤러(54)의 직경(D)과 같게 된다.

도 9는 기준 중력 가속도를 9.81m/s로 하고, 직선 궤적의 이송 경로를 갖는 장입 슈트(50)의 길이가 1.5m인 조건에서 이송 경로가 40°, 45° 및 50°의 경사각을 갖는 장입 슈트(50)에 각각 포함되는 롤러(54)의 직경(D)에 대한 무차원 가속도(a) 값의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 9에 나타난 바와 같이, 이송 경로가 40°의 경사각을 갖는 장입 슈트(50)의 경우 롤러(54)의 직경(D)이 약 150㎜ 이하가 되는 범위에서 브라질 넛 효과(BNE)를 발생시키는 무차원 가속도(a)의 값이 8 이상이 된다. 이때, 롤러(54)는 원료(10)의 이송 경로를 따라 10개 이상이 배치되어 장입 슈트(50)를 구성한다. 반면에, 롤러(54)의 직경(D)이 약 150㎜를 초과하는 경우 무차원 가속도(a)의 값은 8보다 작게 되어 전술한 역편석의 브라질 넛 효과(RBNE)가 발생한다.

또한, 장입 슈트(50)의 경사각이 40°에서부터 45°, 50°로 점차 증가할수록 장입 슈트(50) 상에서 브라질 넛 효과(BNE) 또는 역편석의 브라질 넛 효과(RBNE)가 발생하는 기준인 무차원 가속도(a)의 값이 8이 되는 롤러(54)의 직경(D)는 약 150㎜로부터 점차 증가하는 것을 확인할 수 있다.

여기서, 장입 슈트(50) 상에서 롤러(54)의 표면 굴곡에 따른 운동량 감소를 방지하고 기준 중력 가속도에 의하여 원료(10)를 원활하게 이송시킴과 동시에 장입 슈트(50)의 상부 표면을 따라 유효한 진동을 발생시키기 위하여, 상기 장입 슈트(50)의 이송 경로는 40° 내지 50°의 경사각을 가질 수 있다. 또한, 이 경우 장입 슈트(50)에 포함되는 롤러(54)는 150㎜ 이하의 직경(D)을 갖는 것으로 하여 혼합물을 구성하는 다양한 크기를 갖는 입자의 밀도 또는 크기 비에 관계없이 장입 슈트(50) 상에서 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 원료(10)를 순차적으로 적층하여 이송할 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 방법에 대하여 상세히 설명한다. 상기 원료 장입 방법과 관련하여 전술한 원료 장입 장치에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입 방법은 원료(10)를 마련하는 과정(S100); 상기 원료(10)를 장입 슈트(50)에 공급하는 과정(S200); 상기 장입 슈트(50)의 진동면에 형성되는 볼록부(52)의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부(52)의 파장(λ) 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 원료(10)를 이송 경로 상에서 진동시켜 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송하는 과정(S300); 및 상기 이송된 원료(10)를 저장기에 장입하는 과정;을 포함한다.

원료(10)를 마련하는 과정(S100)에서 원료(10)는, 예를 들어 제선 공정에서 사용되는 소결 광을 제조하는데 사용되는 소결 배합 원료(10)일 수 있다. 그러나, 본 발명은 소결 공정에 국한되는 것은 아니며, 고로, 코크스 등 입자로 구성되는 원료(10)의 수직 편석 장입이 필요한 모든 공정에 적용이 가능함은 물론이다.

원료(10)를 장입 슈트(50)에 공급하는 과정(S200)에서 원료 호퍼(20)는 미분 철광석, 부원료 및 미분 코크스 등의 배합 원료(10)를 호퍼 게이트(40)를 거쳐 드럼 피더(30)로 공급하고, 드럼 피더(30)는 회전하면서 내부에 공급된 배합 원료(10)를 혼합하여 장입 슈트(50)로 불출한다.

장입 슈트(50)에 공급된 원료(10)를 이송 경로를 따라 진동시키며 이송하는 과정(S300)은 장입 슈트(50)의 진동면에 형성되는 볼록부(52)의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부(52)의 파장(λ) 중 적어도 하나를 제어하여, 원료(10)를 이송 경로 상에서 진동시켜 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송한다.

이 경우, 이송 경로 상에서 이동하는 원료(10)의 무차원 가속도(a)는 상기의 수학식 1, 진폭(A)과 상기 볼록부(52)의 최고 높이(H)의 비례 관계, 진동 주파수(f)와 상기 이송 경로의 경사각(θ)의 비례 관계 및 진동 주파수(f)와 상기 볼록부(52)의 파장(λ)의 반비례 관계로부터 계산되고, 따라서 장입 슈트(50)의 진동면에 형성되는 볼록부(52)의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부(52)의 파장(λ) 중 적어도 하나는 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 제어하여, 상기 원료(10)를 이송 경로 상에서 진동 이동시켜 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송할 수 있음은 전술한 바와 같다.

위와 같이, 장입 슈트(50)의 진동면에 형성되는 볼록부(52)의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부(52)의 파장(λ) 중 적어도 하나를 제어하여 장입 슈트(50) 상에서 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 원료(10)를 이송한 후에 이송된 원료(10)를 소결 대차(80)와 같은 저장기에 장입(S400)한다.

이때, 소결 대차(80)는 상기 장입 슈트(50)로부터 이송된 원료(10)가 배출되는 방향의 수평 성분과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 소결 대차(80)가 원료(10)의 배출 방향과 반대 방향으로 이동하여 원료(10)를 장입하게 되면 전술한 바와 같이 윌리엄의 궤적 효과에 따라 큰 입도를 갖는 원료(10)의 낙하 거리가 증가하게 되어, 소결 대차(80)에는 먼저 큰 입도를 갖는 원료(10)가 쌓인 다음 그 상부로 작은 입도를 갖는 원료(10)가 쌓이게 된다.

이 경우, 윌리엄의 궤적 효과(Williams Trajectory Effect)에 따라 큰 입도를 갖는 원료(10)의 낙하 거리가 증가하게 되어, 소결 대차(80)에는 큰 입도를 갖는 원료(10)부터 쌓인 다음 그 상부로 작은 입도를 갖는 원료(10)가 쌓이게 된다. 결국, 장입 슈트(50)의 하부에서 낙하 이탈되는 원료(10)의 이동 방향은 수평 성분을 증가시키는 것이 소결 대차(80)로의 편석 장입에 효과적임을 알 수 있다. 따라서, 장입 슈트(50)의 이송 경로는 상부에서 하부로 갈수록 경사각(θ)이 감소하도록 곡선의 궤적으로 형성할 수 있다.

상기와 같은 과정에 의하여, 소결 대차(80) 내의 소결 배합 원료층에서의 편석도를 증가시킬 수 있게 되고, 편석도가 높을수록 입자 간에 공간이 많이 확보되기 때문에 통기성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 소결 광의 생산성을 크게 증가시킬 수 있게 된다.

상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: 원료 20: 원료 호퍼
30: 드럼 피더 40: 호퍼 게이트
50: 장입 슈트 52: 볼록부
54: 롤러 60: 표면 고름판
70: 점화로 80: 소결 대차

Claims (15)

1. 장입된 원료를 배출하는 원료 공급부;
   상기 원료 공급부로부터 이격되고, 상기 원료 공급부로부터 배출되는 원료를 저장하는 저장기; 및
   상기 원료 공급부와 저장기 사이에서 이송 경로를 형성하고, 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 형성되는 진동면을 구비하는 장입 슈트;를 포함하고,
   상기 이송 경로는 상기 원료 공급부에서 상기 저장기로 하향 경사지도록 형성되며,
   상기 진동면은 상기 이송 경로를 따라 높이 변화가 주기적으로 형성된 볼록부를 포함하며,
   상기 무차원 가속도(a) 값은 상기 볼록부의 최고 높이(H), 상기 이송 경로의 경사각(θ) 및 상기 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나의 크기를 제어하여 결정하는 원료 장입 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 장입 슈트는 일체형 또는 복수 개의 분할형 경사판을 포함하고,
   상기 볼록부는 상기 경사판의 상부 표면을 따라 돌출 형성되는 복수의 돌기에 의해 형성되는 면을 포함하는 원료 장입 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 장입 슈트는 복수 개의 롤러를 포함하고,
   상기 볼록부는 상기 롤러들이 나란히 배치되어 각 롤러의 표면을 따라 형성되는 면을 포함하는 원료 장입 장치.
   
5. 청구항 1에서 있어서,
   상기 무차원 가속도(a)는 하기의 수학식 1, 진폭(A)과 상기 볼록부의 최고 높이(H)의 비례 관계, 진동 주파수(f)와 상기 이송 경로의 경사각(θ)의 비례 관계 및 진동 주파수(f)와 상기 볼록부의 파장(λ)의 반비례 관계로부터 계산되는 원료 장입 장치.
   [수학식 1]
   

   

   
   (여기서, f는 진동 주파수, A는 진폭, g는 중력 가속도를 나타낸다.)
   
6. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서 있어서,
   상기 장입 슈트의 이송 경로는 직선 또는 곡선의 궤적으로 형성되는 원료 장입 장치.
   
7. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서 있어서,
   상기 장입 슈트의 이송 경로는 상부에서 하부로 갈수록 경사각(θ)이 감소하는 원료 장입 장치.
   
8. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서 있어서,
   상기 이송 경로는 40° 내지 50°의 경사각(θ)을 가지는 원료 장입 장치.
   
9. 청구항 4에 있어서,
   상기 롤러는 150㎜ 이하의 직경(D)을 가지는 원료 장입 장치.
   
10. 원료를 마련하는 과정;
    상기 원료를 원료의 이송 경로를 형성하는 장입 슈트에 공급하는 과정;
    상기 장입 슈트의 진동면에 형성되며 주기적으로 높이가 변화하는 볼록부의 최고 높이(H), 상기 이송 경로의 경사각(θ) 및 상기 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나를 제어하여, 상기 원료를 이송 경로 상에서 진동시켜 작은 입도를 갖는 것으로부터 큰 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층하며 이송하는 과정; 및
    상기 이송된 원료를 저장기에 장입하는 과정;을 포함하고,
    상기 볼록부의 최고 높이(H), 경사각(θ) 및 볼록부의 파장(λ) 중 적어도 하나는 상기 이송 경로 상에서 이동하는 원료의 무차원 가속도(a)가 8 이상의 값을 가지도록 제어하는 원료 장입 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 장입 슈트에 공급되는 원료를 상·하 방향 또는 상기 이송 경로에 수직한 방향으로 진동시키는 원료 장입 방법.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 이송 경로를 직선 또는 곡선의 궤적으로 형성하는 원료 장입 방법.
    
13. 삭제
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 큰 입도를 갖는 것으로부터 작은 입도를 갖는 것으로 순차적으로 적층되며 장입하는 원료 장입 방법.
    
15. 청구항 10 내지 청구항 12 및 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료는 부원료 또는 연료인 미분 코크스를 배합한 소결 배합 원료이고,
    상기 저장기는 소결 대차인 원료 장입 방법.
    

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