KR101691467B1 - 초미세 기류 분급 밀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초미세 기류 분급 밀을 제공하며, 상기 분급 밀은 원료 입구단, 원료 출구단, 및 상기 원료 입구단과 상기 원료 출구단 사이에 배치된 분쇄 영역 및 분급 영역을 포함하며, 상기 원료 입구단은 가스 공급원과 연통되며, 상기 분쇄 영역 및 분급 영역은 직접 연통되고 또한 외부 관로를 통해 상기 원료 입구단과 연통되며, 분급 영역의 조입자는 상기 외부 관로의 입구단에 형성된 진공에 의해 인출되며, 상기 외부 관로를 통해 원료 입구단으로 배출되며, 투입된 원료와 함께 원료 입구단의 기류에 의해 분쇄 영역으로 진입하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 초미세 기류 분급 밀은 분체 중 잔류 조입자의 백만분율이 과도하게 높은 문제를 효과적으로 해결했고, 미분 품질을 쉽게 제어한다. 본 발명의 모든 형식의 초미세 기류 분급 밀은 온라인 생산되는 종래의 분쇄기 및 분급 밀을 직접 대체 또는 교체 가능하므로 더 높은 비용 효율로 분체 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

초미세 기류 분급 밀{ULTRAFINE AIR CLASSIFYING MILL}
본 발명은 전체적으로 분체 분쇄 장비에 관한 것으로, 구체적으로, 미분 중의 잔류 조입자를 제거하기 위한 분체 원료 처리용 기류 분급 밀에 관한 것이다.
원료를 분쇄하는 응용에 있어서, 일반적으로 미세 분쇄기 또는 기류 분급 밀을 사용하여 분체 원료를 처리함으로써 원하는 입도(粒度)를 얻는다. 그러나, 일부 화학 및 광물 원료는 반드시 특정된 잔류 조입자 수준에 도달해야만 원료 응용 기준에 부합할 수 있다. 예를 들면, 카본 블랙은 타이어 제조에 사용되며, 탄산칼슘은 종이 코팅에 사용되며, 고령토는 페인트 충전재로 사용되며, 이러한 원료의 잔류 조입자의 백만분율은 종종 완성품의 품질에 영향을 준다. 이러한 경우, 분체는 일반적으로 매우 미세하고, 또한 종종 응집되어 있어, 종래의 미세 분쇄기 또는 기류 분급 밀을 사용하여 응집되어 있는 것을 분산시키고 분체 중의 미량의 조입자를 충격 분쇄해야 하므로, 생산효율이 만족스럽지 못하다.
또한, 종래의 미세 분쇄기는 고속 충격 해머와 메쉬망을 사용하여 잔류 조입자의 백만분율을 제어한다. 메쉬망은 쉽게 마모되고 또한 높은 압력 강하를 초래하여, 분말의 품질을 제어하기 어렵고, 생산 능력이 높지 않다. 종래의 기류 분급 밀은 비록 메쉬망을 기류 분급 휠로 대체했으나, 효과가 만족스럽지 못했다. 도 1은 종래의 기류 분급 밀의 기류 및 미분의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다. 투입 원료는 입구(101)로부터 투입되어 분쇄되며, 최종적으로 미분은 출구(102)로부터 배출된다. 일반적으로, 공정 기류는 기류 입구(103)로부터 회전판(104)의 저부로 도입되며, 투입 원료는 회전판(104)의 상측의 분쇄실(107) 내의 충격 해머(105)에 근접하는 위치로 이송된다. 분쇄된 원료는 공정 기류에 의해 분급 휠(106)로 보내진다. 충분히 미세화된 분말 입자는 공정 기류를 따라 분급 휠(106)을 통과하여 미분 배출영역(108)에 이른다. 조입자는 분급 휠(106)에 의해 차단되어, 회전판(104) 상으로 낙하하여, 충격 해머(105)의 분쇄 영역으로 다시 반송되어 재차 분쇄된다. 종래의 기류 분급 밀은 고속 충격판과 기류 분급 휠을 사용하여 잔류 조입자의 백만분율을 제어하므로, 일반적인 응용에 있어서 효율이 좋다. 그러나 종래의 기류 분급 밀의 설계는 일반적인 분쇄 응용에 적용되는 경향이 있으므로, 일반적으로 원하는 잔류 조입자가 없는 수준에 도달하지 못한다. 또한, 종래의 기류 분급 밀 내에는 링 개스킷(109)이 장착되어 분쇄 영역과 분급 영역을 격리하여 입자 분급을 보조하며 조입자의 낙하를 유도한다. 이러한 구조 설계는 비교적 복잡하고 분체에 의한 막힘이 쉽게 발생하여 기계의 생산 능력에 영향을 주며, 동시에 유지 보수와 해체가 불편하고 마모 부재만 더 추가된다.
본 발명의 목적은, 종래의 기류 분급 밀의 분쇄 및 입자 분급의 구조 설계를 개선하고, 응집된 미분을 효과적으로 분산시키고 미분 중의 아주 소량의 조입자(coarse grain)를 충격 분쇄함으로써 분체 중의 잔류 조입자의 백만분율(parts per million)이 매우 높은 문제를 효과적으로 해결하는 초미세 기류 분급 밀을 제공하는 것이다.
본 발명의 초미세 기류 분급 밀은 원료 입구단, 원료 출구단, 그리고 상기 원료 입구단과 상기 원료 출구단 사이에 배치된 분쇄 영역 및 분급 영역을 포함하며, 상기 원료 입구단은 가스 공급원과 연통되며, 상기 분쇄 영역과 분급 영역은 직접 연통되며 또한 외부 관로를 통해 상기 원료 입구단과 연통되며, 분급 영역의 조입자는 상기 외부 관로의 입구단에 형성된 진공에 의해 인출되며, 상기 외부 관로를 통해 원료 입구단으로 배출됨으로써, 원료 입구단의 기류에 의해 투입된 원료와 함께 분쇄 영역으로 보내진다. 이러한 설치를 통해, 종래의 기류 분급 밀 중 분쇄 영역과 분급 영역을 격리하는 링 개스킷을 생략할 수 있고, 또한 조입자는 외부 관로를 통해 다시 원료 입구단으로 반송되어 재차 분쇄 처리함으로써, 모든 투입 원료가 분쇄 영역을 효과적으로 통과하도록 보장하며, 동시에 투입 원료가 분쇄 영역에 머무르는 시간을 연장함으로써 미분 중의 잔류 조입자를 제거하는 기준을 유리하게 실현했다.
상기 기술사상에 근거하여, 본 발명은 하나 이상의 아래와 같은 모든 바람직한 형식을 더 포함할 수 있다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 외부 관로의 저부에는 분쇄 라이너 또는 기류 충격판이 장착되어 조입자, 특히 비교적 굵고 단단한 불순물의 분쇄를 보조해준다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 외부 관로의 입구단에는 진공 발생 장치가 장착되며, 예를 들면 분사 압축 기체를 이용하여 조절 가능한 진공을 형성하며, 조절 게이트가 장착되어 효과적으로 조입자를 가로채서 배출한다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 분쇄 영역은 다수의 충격 해머가 장착된 하나 이상의 회전판을 포함하며, 각각의 충격 해머의 형상, 높이 및 회전판 상에서의 충격 해머의 위치는 모두 원료가 충분히 접촉되어 분쇄되도록 설치된다. 다시 말하면, 충격 해머의 구조 설계, 수량 및 회전판 상에서의 배치를 통해 효과적인 분쇄 영역을 증가한다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 분쇄 영역은 다수의 간격을 두고 적층되고 동기(同步) 회전하는 회전판을 포함하며, 각각의 회전판 상에는 다수의 충격 해머가 배치되고, 회전판 갯수에 대하여 융통성 있게 증감하고 충격 해머의 위치를 상응하게 배치함으로써, 분쇄 효율을 최적화할 수 있다. 예를 들면, 일부 바람직한 형식에서, 각각의 회전판 상의 다수의 충격 해머는 중첩 또는 교착(交錯)되게 설치하여 분쇄 효과를 높일 수 있다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 충격 해머는 분쇄 영역의 밀 챔버 내벽 상의 라이너에 밀착되도록 배치되어, 상호 간의 빈틈을 줄여 분쇄 효율을 높인다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 회전판의 구동 장치에 보호 케이스가 설치되어, 회전판 베어링 등의 구동 부재가 미세 먼지와 고온의 침해를 받는 것을 방지하도록 한다.
일부 바람직한 형식에서, 상기 분급 밀의 분쇄 영역과 분급 영역 사이의 거리는 1차 입자 분급 효과에 도달하도록 설치된다. 특정 형식에서, 분급 밀의 높이를 높여 분쇄 영역과 분급 영역이 분리되도록 보장함으로써, 두 영역 사이에 사이클론 분리된 1차 분급 효과가 형성되도록 한다.
본 발명의 초미세 기류 분급 밀은 분체 중의 잔류 조입자의 백만분율이 매우 높은 문제를 효과적으로 해결하였고, 미분의 품질을 쉽게 제어하고, 또한 분급 밀 내의 부재 설계는 종래의 분급 밀에 비해 더욱 간단하여 해체와 유지 보수에 편리하고, 회전판의 구동 장치에 보호 케이스를 제공하는 설계는 부재의 사용 수명을 유리하게 연장한다. 본 발명의 모든 형식의 초미세 기류 분급 밀은 온라인 생산되는 종래의 분쇄기 및 기류 분급 밀을 직접 대체 또는 교체할 수 있어, 더 높은 비용 효율로 분체 제품의 품질을 개선한다.
도 1은 종래 기술 중 기류 분급 밀의 기류 및 미분의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초미세 기류 분급 밀의 구조 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 초미세 기류 분급 밀의 외부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 초미세 기류 분급 밀의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 기타 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 보다 명백해질 것이다.
이하에서는 본 발명의 초미세 기류 분급 밀의 구조 설계 및 작동 원리에 대해 상세히 설명한다. 도면 및 실시예는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않으며, 예시된 구조 설계도 및 본 발명을 설명하기 위해 결합한 하기 실시예는 본 발명에 따른 모든 실시예를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초미세 기류 분급 밀의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 실시예에서 초미세 기류 분급 밀은 도면부호 "200"으로 표시되며, 기류가 진입하도록 가스 공급원과 동시에 연통되는 원료 입구단(201) 및 미분을 배출하는 원료 출구단(202)를 포함한다. 본 발명에 의하면, 분쇄 영역과 분급 영역이 직접 연통되어 분쇄실(207)을 형성하며, 기류는 투입 원료와 함께 원료 입구단(201)로부터 회전판(204)의 저부(底部)를 통해 초미세 기류 분급 밀(200)의 분쇄실(207)로 진입하며, 회전판(204)은 회전판 모터(215)에 의해 구동 회전하며, 회전판(204) 상의 충격 해머(205) 및 회전판(204) 가장자리의 밀 챔버의 내벽 상에 장착된 라이너(213)와의 수차례 충격에 의해 응집되어 있는 원료를 분산시키고 분쇄한다. 분쇄 효율을 높이기 위하여, 충격 해머(205)의 형상, 수량, 높이 및 위치는 원료와의 접촉 영역이 증가하도록 최적화 설계될 수 있으며, 예를 들면 도면에서 도시한 바와 같이 경사각을 갖는 사다리꼴 형상, 또는 일정 높이를 갖는 기둥 형상을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 또한 충격 해머(205)와 라이너(213) 사이의 간격을 줄이는 것을 고려할 수 있다. 일반적으로, 라이너(213)는 내치(內齒)를 갖는 링 기어이며, 상술한 간격을 줄이면 충격 해머와 라이너 사이의 충격강도가 유리하게 증가되어 분체 분쇄를 촉진한다.
분쇄된 미분은 기류에 실려 분급 휠(206)이 위치하는 분급 영역으로 선회 상승한다. 이때, 분급 휠 모터(214)에 의해 구동 회전하는 분급 휠(206)은 분급 날개에 의해 생성된 원심력을 이용하여 미분을 분급하며, 충분히 미세화된 미분 입자는 기류를 따라 분급 휠(206)을 관통하여 와형(渦形) 영역(208)에 진입하고 원료 출구단(202)로부터 배출되며, 조입자는 분급 휠(206)에 의해 차단되고 분급 휠의 주변에서 선회한다. 도 1에서 도시한 바와 같은 종래의 기류 분급 밀(100)에서는, 링 개스킷(109)을 이용하여 분쇄 영역과 분급 영역을 분리시켰으나, 본 발명에서는 분쇄 영역 및 분급 영역 사이의 거리를 최적화하는 것을 통해 이들을 분리시켜 1차 입자 분급 효과에 도달할 수 있다. 예를 들면, 초미세 기류 분급 밀(200)의 높이를 증가하여 분쇄 영역과 분급 영역 사이에 사이클론 분리 영역이 형성되도록 하여, 이를 통해 기류 분급 밀의 내부 구조 설계를 간소화한다. 분급 휠에 의해 차단된 조입자에 대해, 본 발명은 분쇄실(207)과 원료 입구단(201)을 연통하는 외부 관로(210)를 통해 조입자를 가로채서 분쇄 영역으로 반송(返送)한다. 구체적으로 도 2를 참조하면, 분급 휠(206)에 의해 차단된 조입자는 포트(211)를 통해 주입되는 분사 압축 가스로 인해 발생한 진공에 의해 인출(引出)되며, 외부 관로(210)를 통해 원료 입구단(201)으로 배출되어, 투입 원료와 함께 다시 초미세 분급 밀의 분쇄 영역으로 이송되어 추가적으로 분쇄 처리된다. 외부 관로(210)의 입구에는 조절 게이트(212)를 장착하여 조입자를 가로채서 인출하는 것을 최적화할 수 있고, 동시에 외부 관로(210)의 저부에 분쇄 라이너 또는 기류 충격판(209)을 설치하여 조입자의 분쇄를 보조할 수 있다. 이 경우, 외부 관로(210)의 입구는 분급 휠(206)과 근접한 위치에 유리하게 배치되어야 하는 것으로 이해해야 한다. 도 2는 회전판(204)의 구동장치 주변의 보호 케이스(216)를 더 보여줬고, 이러한 설치는 유리한 것이고, 특히 미분 및 고온으로 인하여 회전판 베어링 등 부재가 파손되는 것을 방지한다.
이어서, 도 3 및 도 4를 결합하여 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 초미세 기류 분급 밀을 설명한다. 상기 초미세 기류 분급 밀은 도면부호 "300"으로 표시되며, 도 2에 도시된 초미세 기류 분급 밀(200)과 유사하며, 차이점은 분쇄 영역 내에 간격을 두고 적층되고 회전판 모터(315)에 의해 동기 구동 회전하는 다수의 회전판(304)이 배치된 것이며, 도면에서는 두 개의 회전판(304) 및 그 상부에 장착된 다수의 충격 해머(305)를 예시로 보여줬다. 이해할 수 있듯이, 각각의 회전판(304) 상의 다수의 충격 해머(305)는 중첩 또는 교착(交錯)되게 배치되어 분쇄 효율을 향상시킨다. 원료가 기류에 실려 원료 입구단(301)를 거쳐 회전판(304)에 도달하면, 원료는 단계적으로 각각의 회전판(304)을 통과하면서 분쇄된다. 요구에 도달한 미분은 분급 휠 모터(314)에 의해 구동 회전하는 분급 휠(306)에 의해 선별되어 와형 영역(308)에 진입하여 배출되고, 조입자는 포트(311)를 통해 주입되는 분사 압축 가스로 인해 발생한 진공 및 조절 게이트(312)에 의해 인출되며, 외부 관로(310)를 통해 원료 입구단(301)으로 이송되어 투입 원료와 함께 재차 분쇄된다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 조절 게이트(312)에는 손잡이와 같은 작동소자가 장착되어 실제 수요에 따라 수동 조절을 진행할 수 있으며, 다른 작동 방식도 당연히 가능하다. 도 4도 마찬가지로 회전판(304)의 구동장치 주변에 장착된 보호 케이스(316) 및 외부 관로(310)의 저부에 배치된 조입자의 분쇄를 보조하는 분쇄 라이너 또는 기류 충격판(309)을 보여줬다.
상기 구조 설계에 대한 예시적 설명을 통해, 본 발명의 초미세 기류 분급 밀은 325mesh 보다 큰 조립사(coarse sand)를 효과적으로 제거할 수 있다. 대조적으로, 종래의 분쇄기 또는 기류 분급 밀은 분말의 입도가 D97 이상인 품질(97% 이상인 입도 누적 분포)을 보장할 수 없고, 이로 인하여 분체 중에 325mesh 보다 높은 수백 백만분율(ppm)의 불순물을 종종 포함하게 된다. 따라서, 본 발명은 모든 화학 및 광물 재료에 적용될 수 있고, 특히 원료가 특정 잔류 조입자 수준에 도달해야만 응용 기준에 부합할 수 있는 다양한 응용 상황에 적용될 수 있다.
예를 들면, 카본 블랙의 잔류 조입자(불순물)의 백만분율을 제어하는 응용에 있어서, 특정 카본 블랙 투입 원료에 대해 종래의 미세 분쇄기는 150ppm의 325mesh 이상인 카본 블랙을 생산하는데 사용될 수 있고, 종래의 기류 분급 밀을 사용할 경우 30ppm의 325mesh 보다 높은 카본 블랙을 생산할 수 있다. 본 발명을 사용할 경우 하기 표에서 나열한 효과에 도달할 수 있다:
등급 생산량(kg/kw/hr) +325mesh(PPM) +500mesh(PPM)
A 26 ≤ 2 ≤ 15
B 25 ≤ 1 ≤ 10
이상 본 발명의 기술내용 및 기술특징을 공개했고, 상술한 실시예들은 다양한 변경방식이 있고, 이러한 방식은 관련 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 아주 자명한 것임을 이해해야 할 것이다. 이러한 변경 또는 변형은 본 발명의 관련 분야에 포함되며, 첨부된 특허청구범위에도 포함되어야 한다.

Claims (9)

  1. 원료 입구단, 원료 출구단, 및 상기 원료 입구단과 상기 원료 출구단 사이에 배치된 분쇄 영역 및 분급 영역을 포함하며,
    상기 원료 입구단은 가스 공급원과 연통되며, 상기 분쇄 영역과 분급 영역은 직접 연통되며 또한 외부 관로를 통해 상기 원료 입구단과 연통되며, 상기 분급 영역의 조입자(coarse grain)는 상기 외부 관로의 입구단에 형성된 진공에 의해 인출되며, 상기 외부 관로를 통해 상기 원료 입구단으로 배출되어, 투입된 원료와 함께 상기 원료 입구단의 기류에 의해 상기 분쇄 영역으로 진입하고,
    상기 분쇄 영역과 분급 영역이 직접 연통되어 일체화된 분쇄실을 형성하는,
    초미세 기류 분급 밀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 관로의 저부(底部)에는 분쇄 라이너 또는 기류 충격판이 배치되어 상기 조입자의 분쇄를 보조하는, 초미세 기류 분급 밀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부 관로의 입구단은 분사 압축 가스에 의해 조절 가능한 진공을 형성하며 조절 게이트가 배치되어, 상기 조입자를 효과적으로 가로채서 배출하는, 초미세 기류 분급 밀.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분쇄 영역은 다수의 충격 해머가 배치된 하나 이상의 회전판을 포함하며, 각각의 충격 해머의 형상, 높이, 및 그 위치는 원료가 충분히 접촉되어 분쇄되도록 배치되는, 초미세 기류 분급 밀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분쇄 영역은 다수의 간격을 두고 적층되고 동기 회전하는 회전판을 포함하여, 각 상기 회전판 상에 다수의 충격 해머가 배치되는, 초미세 기류 분급 밀.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 상기 회전판 상의 다수의 충격 해머는 중첩 또는 교착되게 배치되어 분쇄 효과를 높이는, 초미세 기류 분급 밀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충격 해머는 분쇄 영역의 밀 챔버 내벽 상의 라이너에 밀착하도록 배치되어, 상호 간의 빈틈을 줄임으로써 분쇄 효율을 높이는, 초미세 기류 분급 밀.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전판의 구동 장치는 먼지, 고온 방지에 유리하도록 보호 케이스가 배치되는, 초미세 기류 분급 밀.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분급 밀의 분쇄 영역과 분급 영역 사이의 거리는 입자의 1차 분급 효과에 도달하도록 배치되는, 초미세 기류 분급 밀.
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