KR101658617B1 - 얇은 유황 플레이크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 제조설비 비용이 낮고 생산성이 증진되면서도 단시간에 용융될 수 있는 얇은 두께의 유황 플레이크의 제조장치 및 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 유황 플레이크 제조장치 및 제조방법은 생산제품의 두께를 조절할 수 있어서 1.2mm 미만의 얇은 두께의 유황 플레이크를 생산케 하고 냉각기능이 탁월(응고속도 빠름)하여 생산성이 향상되며, 좁은공간에 설치가 가능하여 제조설비 비용이 현저히 감소된다.

Description

얇은 유황 플레이크의 제조방법 {Manufacturing method of thin sulfur flakes}

본 발명은 얇은 유황 플레이크의 제조방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 단시간에 용융될 수 있는 1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크를 제조할 수 있는 장치 및 제조방법에 관한 것이다.

용융 유황 (molten sulfur)은 산업적으로는 황산제조, 니켈제련, 고무의 가황, 화약, 성냥 및 의약품의 원료 등 다양한 용도로 활용되고 있다.

용융 유황은 석유제품의 유황분을 제거하는 탈황공정으로부터 추출되는 H₂S성분이 유황 회수시설을 거쳐 생산된다. 용융 유황은 녹는점이 약 118℃이므로 종래에는 보온시설이 잘 갖추어진 탱크에 132℃ 이상으로 유지한 상태로 수송하여 왔다 (미국특허 4515189호, 한국등록특허 0213743호). 이와 같은 제약에 따라서 용융 유황은 제품의 취급이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 물류비용이 비싸서 이를 원료로 하는 최종 제품의 단가도 향상시키는 결과를 초래하였다.

이와 같은 문제점을 극복하고자 냉각 벨트(steel belt) 위에 용융 유황을 공급하고 냉각 벨트 아래 냉각수 배관을 통해 노즐로 냉각수를 분사하여 용융 유황을 냉각하여 플레이크 형태로 제조하여 공급하는 방법이 개발되었다(도 1 참조). 유황 플레이크는 사용처에서 사용 전에 130℃ 이상으로 가열하여 용융 유황으로 만들어 사용한다. 그러나 상기와 같은 냉각 벨트를 이용한 유황 플레이크의 제조 방법은 제품 두께의 조절이 용이하지 않고 특히 1.2mm 미만의 얇은 두께의 유황 플레이크의 제조가 불가능하였다. 따라서 제조된 두꺼운 두께의 유황 플레이크는 사용처에서 용융시 장시간이 소요되는 단점이 있었다. 또한 냉각 벨트 설비는 넓은 공간이 요구되어 제조설비 비용이 높아서 또한 최종 제품의 단가를 높이는 결과를 가져 왔다.

따라서 제조설비 비용이 낮으면서도 단시간에 용융될 수 있는 얇은 두께의 유황 플레이크의 제조할 수 있는 장치 및 방법의 개발이 요망되어 왔다.

이에 본 발명자들은 종래 기술에서의 문제점을 극복하고자 연구를 지속한 결과, 제조설비 비용이 낮고 생산성이 증진되면서도 단시간에 용융될 수 있는 얇은 두께의 유황 플레이크의 제조장치 및 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 제조설비 비용이 낮고 생산성이 증진되면서도 1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크의 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조 장치를 사용하여, 1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

외주면에 용융 유황을 부착시켜 냉각하는 회전가능한 횡형 냉각드럼(1)과;

상기 횡형 냉각드럼(1)의 하단부에 위치하여 용융유황을 부착할 수 있도록 용융유황이 고여있는 용융유황 고임부(2)와;

상기 횡형 냉각드럼(1)의 외주면에서 냉각된 유황 플레이크를 긁어낼 수 있도록 횡형 냉각드럼의 외주면에 근접하도록 설치되어 있는 스크래퍼(301)와;

일단부에 상기 스크래퍼(301)가 장착되어 있고 긁어내어진 유황 플레이크를 담아 내려보내는 호퍼(3)를 구비하며 이루어지는,

1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크의 제조장치를 제공한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 유황 플레이크의 제조장치 및 이를 이용한 유황 플레이크의 제조방법의 일례를 나타내는 정면도 및 사시도이다.

본 발명의 유황 플레이크의 제조장치는 외주면 (11)에 용융 유황을 부착시켜 냉각하는 회전가능한 횡형 냉각드럼(1)을 구비하고 있다.

여기서 '횡형(橫型)'은 드럼의 회전축이 개략적으로 수평인 경우를 나타낸다. 횡형 냉각드럼(1)은 구동장치(도시하지 않음)에 의해 회전구동되며, 회전수(회전속도)를 제어할 수 있다. 횡형 냉각드럼(1)의 내부에는 냉각수를 통과시키기 위한 유로(통로)가 설치되며, 이 유로에 냉각수 공급통로(102)와 냉각수 배출통로(102)가 드럼의 롤축(101)의 각 단부에 각각 설치되어 있다.

상기 횡형 냉각드럼(1)의 하단부에 용융유황이 고여있는 용융유황 고임부(2)가 설치되어 있어 냉각드럼이 회전시 그 외주면에 용융유황을 부착(도포)할 수 있다. 용융유황 고임부(2)의 일측면에는 용융유황 저장고(pit)로부터 공급되는 용융유황이 유입될 수 있는 용융유황 통로(201)가 구비되어 있다. 용융유황의 유입속도가 조절됨에 의해 용융유황 고임부(2)에 고여 있는 용융유황의 수위도 조절된다.

상기 횡형 냉각드럼(1)의 횡형 냉각드럼의 외주면에 근접하도록 스크래퍼(301)가 설치되어 있다. 스크래퍼는 블레이드(칼날, 302)을 구비한다. 블레이드(302)는 마모되면 교체될 수 있도록 스크래퍼로부터 분리될 수 있도록 형성되어 있다 (도 6a, 도 6b 참조). 스크래퍼(301)의 냉각드럼의 외주면에의 근접 정도는 조절될 수 있다. 스크레퍼의 길이는 냉각드럼의 길이에 상응하거나 작을 수 있다. 스크래퍼는 냉각드럼의 외주면에서 냉각된 유황 플레이크를 긁어낸다 (박리한다).

상기 스크래퍼(301)는 호퍼(3)의 일단부에 장착되어 있다. 호퍼(3)는 스크래퍼가 긁어낸 유황 플레이크를 담아 (하류 공정으로) 내려보낸다.

도 4는 본 발명에 따른 유황 플레이크의 제조장치 및 이를 이용한 유황 플레이크의 제조방법의 또 다른 일례를 나타내는 정면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유황 플레이크의 제조장치는 호퍼(3)를 중심으로 하여 양쪽에 좌우 대칭으로 횡형 냉각드럼(1, 1′), 롤축(101, 101′), 융융유황 고임부(2, 2′), 용융유황 통로(201, 201′), 스크래퍼(301, 301′)가 구비될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 유황 플레이크의 제조장치의 횡형 냉각드럼(1)의 일례를 나타낸 모식도이다. 본 실시형태의 냉각드럼(1)은 표면이 평활한 원통체가 바람직하다.

도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 유황 플레이크 제조장치는 통상적으로 원료/전원 공급수단, 생산수단, 이송수단 및 포장수단으로 구성되는 대량생산 시스템에서 생산수단으로 포함될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적에 따라서, 본 발명은 상기 유황 플레이크의 제조장치를 사용하여 1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 제조방법은

ⅰ) 용융유황을 중량흐름속도 6,500 ~7,500 Kg/hr으로 용융유황 고임부(2)로 공급하고;

ⅱ) 횡형 냉각드럼(1)의 내부 냉각수 유로 (102)로 냉각수를 10,000~15,000 Kg/hr로 순환시키고,

ⅲ) 냉각드럼(1)을 5.5~6회/분의 회전속도로 회전시켜 용융유황 고임부(2)의 용융유황이 냉각드럼(1)의 외주면에 도포되도록 하고,

ⅳ) 냉각드럼(1)의 외주면에서 냉각되어 있는 유황 플레이크를 스크래퍼(301)로 긁어내어 호퍼(3)로 낙하시키는 것을 포함하여 이루어진다.

단계 ⅰ) 공급

용융유황을 중량흐름속도 (Mass flow rate: 유황의 비중 1.8을 감안함) 중량흐름속도 6,900 ~7,100 Kg/hr으로 용융유황 고임부(2)로 공급한다.

공급 전에, 용융유황은 용융점이 118℃이기 때문에 용융상태를 유지하기 위하여 저장고(Pit)는 계속 보일링해 둔다. 용융유황 공급은 펌프로 이중배관(가스켓)을 통하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

용융유황은 중량흐름속도 (Mass flow rate: 유황의 비중 1.8을 감안함) 6,500 ~7,500Kg/hr로, 더 바람직하게는 6,900 ~7,100Kg/hr으로 공급되는데, 중량흐름속도가 7,500Kg/hr를 초과하면 제품 두께가 두꺼워지는 문제가 있고 중량흐름속도가 6,500 Kg/hr 미만이면 냉각드럼의 외주면에 용융유황이 도포되지 않아 제품 형성이 안되는 문제가 있다.

용융유황 고임부(2)는 상기에서 정의된 바와 같다.

단계 ⅱ) 냉각수 순환

횡형 냉각드럼(1)의 내부 냉각수 유로(102)로 냉각수를 10,000~15,000 Kg/hr로 순환시킨다.

횡형 냉각드럼(1), 냉각수 유로(102)는 상기에서 정의된 바와 같다.

상기 냉각수의 순환 속도가 10,000 Kg/hr 미만이면 냉각속도가 낮아 유황 플레이크가 제대로 형성되지 않고, 15,000 Kg/hr 초과이면 너무 빨리 냉각되어 유황 플레이크가 스크래퍼로 긁어도 잘 떨어지니 않는 문제점이 발생할 수 있다.

냉각수의 온도는 실온이 적합하다.

단계 ⅲ) 용융유황 도포

냉각드럼(1)을 5.5~6회/분의 회전속도로 회전시켜 용융유황 고임부(2)의 용융유황이 냉각드럼(1)의 외주면에 도포되도록 한다.

상기 회전속도가 5.5회/분 미만이면 드럼 부분에 도포량이 많아 두께가 두꺼워고, 6회/분 초과이면 도포량이 너무적어지는 문제점이 있다.

단계 ⅳ) 박리

냉각드럼(1)의 외주면에서 냉각되어 있는 유황 플레이크를 스크래퍼(301)로 긁어내어 호퍼(3)로 낙하시킨다.

스크래퍼(301), 블레이드(303) 및 호포(3)는 상기에서 정의된 바와 같다.

단계 ⅲ)에서 냉각드럼 외주면에 도포된 용융유황은 냉각드럼이 회전하는 동안 냉각되어 외주면에 부착되어 있는데, 이를 스크래퍼로 긁어내어 유황 플레이크로 형성되게 한다.

스크래퍼와 냉각드럼의 외주면과의 근접도(이격거리)는 거의 맞닿아 운영하는 것이 좋다.

형성된 유황 플레이크는 호퍼로 낙하하여 컨베이어벨트와 같은 이송 수단에 의해 포장수단으로 전달된다.

호퍼로의 낙하가 더 용이하도록 스크래퍼 아래에서 스팀이 분사되도록 하면 스팀 분사수단(도시되지는 않음)이 구비될 수 있다.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 유황 플레이크는 1.2mm 미만의, 바람직하게는 0.6~0.8mm의 얇은 두께를 갖는다.

본 발명에 따른 유황 플레이크의 제조장치 및 제조방법은 생산제품의 두께를 조절할 수 있어서 1.2mm 미만의 얇은 두께의 유황 플레이크를 생산케 한다. 또한 냉각기능이 탁월(응고속도 빠름)하여 생산성이 시간당 약27% 향상되었으며, 좁은공간에 설치가 가능하여 제조설비 비용이 현저히 감소된다.

본 발명에 따라서 제조된 유황 플레이크는 고상이어서 취급이 용이하고 물류비용이 저감되며, 또한 얇은 두께를 가져서 단시간에 용융될 수 있어 실제 활용처에서 사용이 용이하다.

도 1은 종래 기술에서 사용되어 온 쿨링벨트 냉각장치의 일례를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 유황 플레이크의 제조장치 및 이를 이용한 유황 플레이크의 제조방법의 일례를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유황 플레이크의 제조장치 및 이를 이용한 유황 플레이크의 제조방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유황 플레이크의 제조장치 및 이를 이용한 유황 플레이크의 제조방법의 또 다른 일례 (냉각드럼 2개 구비)를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 유황 플레이크의 제조장치의 횡형 냉각드럼(1)의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 유황 플레이크의 제조장치의 스크래퍼(301) 및 블레이드(302)의 일례를 나타낸 정면도 및 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 유황 플레이크의 사진이다.
도 8은 유황 플레이크의 용융 실험 사진이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위하여 예시한 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

제조예

도 4와 같이, 2개의 횡형 냉각드럼이 구비되어 있는 본 발명에 따른 유황 플레이크 제조장치를 제작하여 이용하여 제조하였다. 냉각드럼의 지름 1m, 길이 2.5m 이었다.

용융유황이 130℃로 저장되어 있는 저장고로부터 용융유황을 펌프로 가스켓을 통하여 중량흐름속도 7,000 Kg/hr으로 용융유황 고임부에 공급하였고, 횡형 냉각드럼의 내부 냉각수 유로로 냉각수를 12,000 Kg/hr로 순환시키고, 냉각드럼을 6회/분의 회전속도로 회전시켜 용융유황 고임부(2)의 용융 유황이 냉각드럼의 외주면에 도포되도록 하고, 냉각드럼의 외주면에서 냉각되어 있는 유황 플레이크를 스크래퍼로 긁어내어 호퍼로 낙하시켜 유황 플레이크를 제조하였다. 그 결과 제조된 유황 플레이크의 도 7에 나타내었다.

유황 플레이크의 두께는 평균 0.6mm이었다.

시간당 생산되는 유황 플레이트는 7톤(ton)이었다.

비교예

도 1과 같이, 종래의 냉각 벨트 방식의 제조장치를 이용하여 제조하였다.

용융유황이 130℃로 저장되어 있는 저장고로부터 용융유황을 냉각벨트(steel belt) 위에 이송관으로 공급하고 냉각벨트 아래 냉각수 배관을 통해 노즐로 냉각수를 분사하여 용융 유황을 냉각하여 플레이크 형태로 제조하였다.

그 결과 제조된 유황 플레이크의 두께는 평균 1.4mm 이었다.

시간당 생산되는 유황 플레이트는 5톤이었다.

시험예 : 용융 시험

제조예에서 제조된 유황 플레이크 (실시예)와 비교예에서 제조된 유황 플레이크 (비교예)를 각각 20g을 칭량하여 비이커에 넣고 열을 가하여 용융 시험을 수행하였다 (도 8 참조).

본 발명에 따른 유황 플레이크 (실시예)는 평균 10분 내에 용융되었으나, 종래 방식으로 제조된 유황 플레이크 (비교예)는 평균 20분에 용융되었다.

1 냉각드럼 11 냉각드럼의 외주면
101 롤축 102 냉각수 유로
2 용융유황 고임부 201 용융유황 통로
3 호퍼(hopper) 301 스크래퍼(scrapper)
302 블레이드(칼날)
진한 화살표 : 냉각드럼의 회전방향

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. ⅰ) 용융유황을 중량흐름속도 6,500 ~7,500 Kg/hr으로 용융유황 고임부(2)로 공급하고;
   ⅱ) 횡형 냉각드럼(1)의 내부 냉각수 유로 (102)로 냉각수를 10,000~15,000 Kg/hr로 순환시키고,
   ⅲ) 냉각드럼(1)을 5.5~6회/분의 회전속도로 회전시켜 용융유황 고임부(2)의 용융유황이 냉각드럼(1)의 외주면에 도포되도록 하고,
   ⅳ) 냉각드럼(1)의 외주면에서 냉각되어 있는 유황 플레이크를 스크래퍼(301)로 긁어내어 호퍼(3)로 낙하시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 얇은 두께는 0.6 ~ 0.8mm인 것을 특징으로 하는 1.2mm 미만의 얇은 두께를 갖는 유황 플레이크의 제조방법.

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