KR101742741B1 - 노즐과 용탕 수집기를 이용하여 금속 증기를 응축시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환원 공정에서 얻어진 증기 상태 화합물 또는 원소, 대표적인 예로는 마그네슘과 같은 금속을 응축시키는 것에 관한 것이다. 이 환원 공정으로는 금속열 환원법 공정과 탄소열 환원법 공정이 있다. 본 발명에서 개시하고 있는 것은, 금속 증기를 응축시키는 방법으로서, 상기 증기를 포함하는 기체류를 제공하는 단계와, 상기 기체류를 상류측 수렴 형상 및 하류측 발산 형상을 구비한 노즐을 통과시켜, 상기 금속 증기가 노즐 안으로 가속되어서 노즐을 빠져나가면서 팽창 및 냉각됨으로써 상기 증기가 응축되게 하여 응축실 안에 액적들 또는 고체 입자들의 빔을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 액적들 또는 입자들의 빔은 용융 액체 수집 매체로 보내어서 그에 충돌하게 하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법이다. 이 방법을 수행하는 장치에 대해서도 개시한다.

Description

노즐과 용탕 수집기를 이용하여 금속 증기를 응축시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONDENSING METAL VAPOURS USING A NOZZLE AND A MOLTEN COLLECTOR}

본 발명은 환원 공정에서 얻어지는 기상 화합물 또는 원소, 대표적으로는 마그네슘 등의 금속을 응축시키는 것과 관련된 것이다. 이러한 공정으로는 금속열환원 공정 및 탄소열환원 공정이 있다. 특히, 본 발명은 팽창 노즐을 사용하여 금속 증기 및 기타 증기를 응축시키고 수집하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

마그네슘 원광에서 마그네슘을 추출하는 것은 그 간 수 백년 이상에 걸쳐 과학 및 기술의 연구 대상이 되어 왔다. 마그네슘은 알루미늄 및 기타 금속과의 중요한 합금 원소가 되는 그 금속의 재료 특성으로 인해 마그네슘 금속 추출에 특별한 관심과 노력을 기울여 왔다. 더욱이, 근년에 들어서는 특히 자동차 산업에서 마그네슘은 그 고유의 경량이면서도 강한 구조 재료로서 중요해졌다. 마그네슘 추출 방법은 두 가지 공정, 즉 무수 용융염의 전해 환원법이나, 혹은 탄소 또는 금속 환원제를 사용한 금속 산화물 및 금속 탄화물 형태의 환원을 포함한 건식야금법을 따른다.

일반적으로 마그네슘 금속을 제조하는 데 있어서의 주요 기술적 문제점들은 마그네슘 금속 고유의 강한 음극 전위로 인해 지속적으로 높은 에너지를 입력해야 한다는 것에만 관련되어 있는 것은 아니다. 건식야금법에 있어서는 환원 공정을 개시시키고 유지하기 위해서는 높은 반응 온도도 추가로 필요한데, 이는 적절한 유형의 노를 선택해야 달성할 수 있다. 건식야금법에는 두 부류의 환원제, 즉 탄소(탄소열 환원법에서) 및 특정 금속(금속열 환원법에서)이 있다. 두 가지 환원법 모두에서 사용되는 높은 온도 체계 하에서, 환원 금속은 금속열 환원법에서는 기체 형태로만 나타나거나 혹은 탄소열 환원법에서는 일산화탄소와 함께 기체 형태로 나타난다. 대표적인 환원제로는 고체, 액체 또는 기체 형태의 다른 금속과, 탄소와, 탄화수소 또는 다른 유기 유도 물질과, 수소가 있다. 환원된 금속이 고온에서 산화물 형태의 환원제와 공존할 때, 그 환원 금속은 그의 융점 이하로 아주 빠르게 냉각될 때에 비로소 저온에서 금속 형태로 안정화될 수 있다.

금속 형태의 환원 기체와 산화물 형태의 환원제를 모두 함유하는 고온 기체를 냉각시키는 데 있어서의 고유한 문제점으로는 냉각 중에 상기 기체 혼합물이 역방향으로 반응(역반응)을 하게 되어 결과물의 전체 혹은 일부가 금속 산화물과 기본 환원제로 되돌아간다는 것이다. 예를 들면, 탄소가 환원제로 사용되는 경우, 일차 환원 반응은 다음 식으로 표시된다.

C(s) + MgO(s) -> CO(g) + Mg(g) ...... 식(1)

이 반응은 기체의 총 압력에 따라 달라지긴 하지만 1600℃ 내지 1900℃의 온도 범위에서 바람직한데, 기체 압력을 배기시켜서 감소시키거나 적절히 가열된 불활성 기체를 추가함으로써 감소시키게 되면 상기 온도 범위의 하한에서 유효하다.

기체가 냉각될 때에는 다음의 반응이 전체적으로 혹은 부분적으로 발생한다.

CO(g) + Mg(g) -> C(s) + MgO(s) ...... 식(2)

화학 반응에는 시간이 걸리기 때문에, 이와 같은 유형의 야금 공정을 위한 응축 시스템(condensing system)이 신속 냉각 또는 순간 냉각에 의존하게 되므로 역반응이 최소로 감소하게 된다. 기체의 신속 냉각을 달성하기 위한 여러 가지 방법들이 당해 기술 분야에 공지되어 있는데, 본 발명에서는 도 6에 개략적으로 도시된 드 라발르(de Lavalle) 단열 노즐이라고 알려진 장치를 사용하는 것이 바림직하다.

고온 반응 기체들이 도 6에 도시된 노즐을 통과하면, 신속 냉각이 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 이루어질 수 있다. 고온 반응 기체들은 노즐을 통과하면서 음속으로 가속된다. 기체의 온도는, 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이, 반응 온도에서부터 노즐을 가로지르는 압력차와 노즐의 형상에 의해 결정되는 온도까지 떨어진다. 이와 같은 냉각은 각기 다른 길이의 여러 노즐에 대해 표 1의 세 번째 열에 표시한 체류 시간 중에 일어난다.

[표 1]

미국 특허 3,761,248호는 응축기 내의 노에서 점진적으로 변화한 마그네슘 증기의 응축을 수반하는 마그네슘 금속열 제조에 대해 개시하고 있다. 응축은 마그네슘 증기를 응축기 안으로 끌어들이기 위한 유동하는 불활성 기체를 사용함으로써 촉진된다.

국제 특허 공개 WO 03/048398호는 마그네슘 증기를 응축시키기 위한 방법 및 장치를 개시하고 있는데, 이 방법 및 장치에서는 액체 마그네슘을 따라내기 시작하는 하부 도가니 부분을 구비하는 응축기 안으로 증기류를 보낸다. 도가니 부분을 냉각시키는 데에는 용융 납 재킷을 사용한다.

미국 특허 출원 공개 2008/0115626호는 액체 금속을 도가니 부분에서 연속적으로 따라내는 밀봉된 시스템에서 마그네슘 증기를 응축시키는 것에 대해 개시하고 있다.

미국 특허 5,803,947호는 마그네슘과 산화마그네슘을 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다. 액체 마그네슘을 수집하기 위한 응축기는 노즐을 통과하는 기체의 초음속 단열 냉각을 위한 수렴/발산 노즐을 거쳐서 제공된다. 상기 노즐과 응축기의 구조 또는 형태에 대한 구체적인 설명은 없고, 다만 노즐의 하류측의 운반 기체에 비말 동반된 입자들을 침전시키는 데에는 사이클론이 사용된다는 설명은 하고 있다.

단열 냉각 시스템에 대한 기재 자체는 공지되어 있는데, 예를 들면 "압축성 유체 유동", 패트릭 에이치. 오스수이젠 등 공저, 19997년, ISBN 0-07-048197-0, 맥그로힐 출판사의 간행물을 참조할 수 있다.

미국 특허 4,488,904호는 금속을 산화가 일어나지 않는 수준까지 냉각시키는 수렴-발산 노즐을 통해 금속 증기(예, 마그네슘)를 보내는 방법에 대해 개시하고 있다. 마그네슘을 수집하는 경우에서는 용융 납, 비스무스, 주석, 안티모니, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속 복구 풀에, 금속 증기를 직접적 혹은 간접적으로 보낸다. 유럽 특허 공개 EP-A-0 124 65호도 유사하게 단열 노즐을 거쳐 가는 증기에서 액체 금속(마그네슘)을 수집하는 방법에 대해 개시하고 있다. 이 문헌에서, 증기는 용융 마그네슘 풀에서 수집된다.

일본 공개 특허 공보 63-125627호는 금속 기지 복합 재료를 형성하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법에서는 금속 증기가 단열 노즐을 통해 보내진다. 반응 기체는 금속과 반응하여 입자 금속 화합물이 형성될 수 있도록 노즐 안으로 도입된다. 상기 금속 화합물은 노즐에서 금속 기지 재료의 금속 풀로 보내진다. 따라서, 금속 기지 내에 금속 화합물 입자가 분산된다.

미국 특허 4,147,534호는 금속 증기가 단열 노즐을 통과해서 냉각된 표면, 즉 한 실시예에서는 회전하는 원통형 표면으로 구성할 수 있는 냉각된 표면으로 보내지는 마그네슘(또는 칼슘) 제조 방법에 대해 개시하고 있다. 고화 마그네슘 입자들은 상기 표면에서 긁어모아져서, 마그네슘 입자들을 용융시키는 노로 이어지는 스크류 컨베이어로 떨어진다. 용융 마그네슘은 이어서 수집조로 떨어진다.

일본 공개 특허 공보 62-099423호는 단열 밸브에서 보내진 금속 증기를 수집하는 장치를 개시하고 있다. 수집 풀에는, 금속 증기가 수집되고 산화하는 기체가 되튀겨질 수 있도록 용융 금속이 위에서 순환할 수 있게 한 천공 트레이 또는 격자가 구비된다.

여러 분야에서의 종래 기술의 공정에서는 여러 가지 문제점들이 발생하고 있다. 그 중 한 가지 문제점으로는 응축실 내의 응축된 액적들 또는 입자들이 산화 또는 오염되는 것이다. 다른 문제점으로는 노즐에서 수집된 액체 금속이 산화 도는 오염되는 것인데, 위 두 가지 문제점은 모두다 응축실 내에 존재하는 운반 기체 또는 반응 기체에 기인하고 있다.

또 다른 문제점은 응축된 액적들 또는 입자들의 빔이 액체의 국부 영역에 충돌할 때에 그 응축 액적들 또는 입자들이 벌크 액체 안으로 효율적으로 흡수되는 것과 관련이 있다.

본 발명은 상기 문제점들 중 하나 이상의 문제점을 한 가지 이상의 방법으로 해결하고자 하는 것으로, 여러 가지 태양을 갖는다. 본 발명의 해결책들과 다른 이점들은 당해 기술 분야의 숙련인들에게는 다음에서 이어지는 본 발명에 대한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 특허청구범위에 기재된 바와 같은, 증기, 특히 금속 증기를 응축하기 위한 방법 및 장치가 제공된다.

본 발명의 한 태양에 따르면, 금속 증기 또는 금속 증기와 같은 화합물을 함유하는 증기 금속을 응축시키는 방법으로서, 상기 증기를 포함하는 기체류를 제공하는 단계와, 상기 기체류를 상류측 수렴 형상 및 하류측 발산 형상을 구비한 노즐을 통과시켜, 상기 금속 증기가 노즐 안으로 가속되어서 노즐을 빠져나가면서 팽창 및 냉각됨으로써 상기 증기가 응축되게 하여 응축실 안에 액적들 또는 고체 입자들의 빔을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 액적들 또는 고체 입자들의 빔은 용융 액체 수집 매체로 보내어서 그에 충돌하게 하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 금속 증기 및 1종 이상의 다른 기체를 포함하는 기체 공급원에서 금속 증기를 응축시키는 장치에 있어서, 드 라발르(de Lavalle) 노즐에 의해 증기 공급원으로부터 공급받는 응축실로서, 상기 노즐은 상류측 수렴 형상과 하류측 발산 형상을 구비하여 노즐 안으로 들어오는 증기를 노즐 안으로 가속시키고 노즐을 빠져나갈 때에 팽창 및 냉각되게 함으로써 응축실 안에 액적들 또는 고체 입자들의 빔이 형성될 수 있도록 상기 증기를 응축시킬 수 있게 구성되어 있는, 응축실과; 상기 액적들 또는 입자들을 위한 수집 매체를 구비하는 조를 포함하고, 상기 수집 매체는 노즐을 빠져나간 액적 또는 입자들의 빔이 충돌할 수 있도록 배치된 노출된 표면부를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.

본 발명의 설명을 위해, 응축되는 금속 증기 이외에, 두 가지 다른 유형의 기체, 즉 환원 반응물에 관여되거나 환원 반응의 생성물이 되는 반응 기체와, 증기 공급원에 추가되는 임의의 기체로서 존재하는 다른 기체나 혹은 금속 증기와 유의적인 수준으로 반응하지 않는 기체로 한정되는 운반 기체를 한정한다.

본 발명은 기체류를 용융 염 또는 용융 금속에 충돌시킴으로써 고속의 기체류에서 금속 연무를 효과적으로 포집하는 것과 관련된다. 특히, 본 발명은 원소 형태의 선택된 금속을 얻기 위해 환원제를 가지고 상승된 온도에서 처리되는 전구체 광물 혼합물에서 금속을 효율적으로 회수하는 것을 용이하게 하기 위한 드 라발르 노즐의 저압 출구에서 금속 증기를 수집하는 것에도 관련이 있다.

금속 액적들은 통상적으로는 액적 크기가 에어로졸 크기의 입자에서부터 직경이 최대 1mm까지 이산 분포된 액적 크기까지 변화하는 미세한 연무이다.

구체적으로, 본 발명은 회수된 금속을 응축기 용기로부터 주조 또는 합금 작업장까지 응축기를 개방하지 않고도 이송하는 것을 용이하게 하기 위하여 액체 형태의 금속을 얻는 데에 초점이 맞추어져 있다.

아래의 설명에서는 본 발명에 따라 회수되는 금속의 예로서 마그네슘을 들고 있지만, 본 발명은 고온에서 단독의 증기 형태나 혹은 다른 기체와 조합된 증기 형태로 나타나는 여타 모든 금속과 관련된 것이다.

본 명세서에서 설명된 시스템은 기본적으로, 환원 시에 Zn, Hg, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Si, S, 및 Cd, 또는 이들의 조합을 예로 들 수 있는 금속 증기로서 발생할 수 있는 임의의 금속에 대해 사용할 수 있다.

수집 매체의 대표적 예는 용융 염 또는 용융 금속 조이다. 용융 염은 비중이 처리되는 금속의 비중보다 낮은 것이 바람직한데, 이에 따르면 처리되는 금속은 용융 조 아래에 가라않게 된다.

이와 같은 요건에 부합되는 염 조성은 예를 들면 아래의 표 1과 같이 제시될 수 있다. 또한, 세 가지 다른 온도에서의 여러 염 혼합물들의 밀도도 표에 나타내었다. 이 온도 범위, 즉 750℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 마그네슘의 밀도는 1.584g/cc 내지 1.52g/cc인데, 이에 대해서는 아래의 표 1을 참조할 수 있다. 염조의 온도는 마그네슘의 융점, 즉 650℃ 이상으로 유지된다.

[표 1]

용융 금속 조는 노즐을 통해 응축되는 금속과 동일한 금속으로 이루어져서 동일한 비중을 가지게 구성되거나, 응축되는 금속과 혼합될 수 없는 경금속으로 구성될 수 있다. 양호한 실시예에서, 상기 용융 금속 조는, 온도가 응축된 금속의 융점 이상으로 통상적으로 유지되는 용융 염을 함유한다.

수집 매체는 이동하는 액체인 것이 바람직하다. 종래의 회전 대칭형의 드 라발르 노즐에서 나오는 금속 연무는 아래에서 설명하는 바와 같이 찌부러진 원추형으로 공급된다. 빔이 수집 매체에 충돌할 때, 수집 매체의 표면은 변함없이 갱신되며 고온 액적들 및 입자들이 계속해서 제거된다. 따라서, 열과 질량 모두가 충돌 구역으로부터 전달되어서 금속의 국부 과열 및 증기화가 방지된다.

일 실시예에서, 이동하는 액체는 액체류이고, 바람직하기로는 중력에 의해 떨어지는 액체류이다. 이는 액체 수집 매체가 넘쳐 떨어지게 하는 둑을 사용하게 되면 이루어질 수 있다. 이는 이동하는 장막(veil) 표면을 형성할 수 있다. 이 실시예의 변형 실시예에서, 액체 염은 회전 축선을 노즐의 회전 축선과 평행하게 한 원통형 관에 형성된 구멍을 통해 떨어진다. 상기 관의 직경은 금속 연무를 응축시키는 전체 원추 형상을 수용할 수 있게 조정된다.

또 다른 실시예에서, 이동하는 액체는 순환하는 조의 액체이다. 이 경우, 조를 수용하는 용기는 대체로 원통형 또는 환형으로 구성할 수 있고, 또한 그 용기에는 기계식 또는 유도식 교반기, 또는 펌프(pumping) 수단 등이 구비될 수 있다.

지금부터는 노즐의 작동에 대해 설명한다. 고온 금속 증기에서 고체 입자들로 이루어진 저온의 아주 작은 체적의 액체로 상변화하게 되면, 응축된 핵종(species)에 의해 형성된 연무 원추체는 노즐의 입구에서 증기 공급원에 존재하는 반응 기체 또는 운반 기체에 비해서 더 예리한 원추형 빔으로 찌부러지게 된다. 체적이 조합된 형태를 취하게 되는 금속 액적들 또는 입자들은 이상 기체 법칙을 이용하여 아래의 표 2에 나타낸 바와 같이 산출할 수 있다.

[표 2]

마그네슘의 융점 이상의 자유 기체로부터 마그네슘의 융점 이하의 고체/액체 응축물까지의 체적 변화 계산

위의 표 2에서 보이는 바와 같이, 응축된 마그네슘에 있어서는 바람직한 마그네슘 분압에서 기상 마그네슘에 비해 7,000 내지 70,000배 범위로 작은 체적 변화를 보이고 있다.

따라서, 본 발명의 한 태양에 있어서, 응축된 액적들 또는 입자들은 노즐을 빠져나갈 때에 제1 원추체(찌그러진 원추체)를 형성하고, 존재하는 반응 기체 또는 운반 기체는 제1 원추체의 발산각보다 큰 발산각을 갖는 제2 원추체를 형성하고, 이에 따라 제1 원추체는 제2 원추체 안에 위치하게 된다.

배플을 사용 시에 제1 원추체 둘레에서 안쪽으로 연장할 수 있게 위치시켜서 마련한다. 이는 액적들 또는 입자들을 가스 핵종으로부터 분리시키는 데에 도움이 된다. 상기 배플은 노즐에서 나온 내부 제1 원추체가 수집 매체에 충돌하기 전에 통과하게 되는 원통형 슬리브 또는 칼라로 구성할 수 있다. 그렇지만 이와 다른 물리적 차단체도 이용할 수 있다.

선택적으로, 혹은 추가적으로, 기체 핵종과 액적들/입자들의 분리는 수집 매체 표면이 외부 원추체 안의 반응 기체 및 운반 기체로부터 차폐되도록 배플 둘레에 플랜지나 판을 마련하여 향상시킬 수도 있다. 반응 기체 및 운반 기체를 응축실의 외측으로 끌어내기 위한 흡입구가 마련된다.

본 발명의 바람직한 한 가지 태양에 있어서는, 액적들 또는 입자들의 빔이 수집 매체 표면에 대해 빗각(즉, 수직이 아닌 각도)으로 수집 매체에 충돌한다. 이는 노즐 방향을 각지게 하거나 그리고/또는 수집 매체 표면을 경사지게 함으로써 이루어질 수 있다.

따라서, 수집 매체가 역원추형 용기 내측의 순환 용융 조인 경우에는 용융 조의 순환이 용융 염 표면에 동축의 역전형 원추체(포물형)를 만들게 되고, 이에 의해 액적 또는 입자 빔을 수용하는 경사진 표면이 마련된다.

빔 충돌은 수집 매체의 순환을 구동시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, 노즐의 방향을 조의 중심 회전 축선으로부터 반경 방향으로 이격된 위치에서 수집 매체에 충돌하게 지향시킬 수 있고, 이는 용융 조의 원주 방향 유동을 야기하거나 그 원주 방향 유동에 도움이 된다.

노즐은 터빈 및 로켓 엔진과 같은 기체 추진 시스템 기술 분야에서 잘 알려져 있는 노즐인 드 라발르(de Lavalle) 노즐이 바람직하다. 노즐은 일반적으로는 중앙부가 수축된 형태의 모래시계 종방향 단면을 갖는다. 노즐의 입구부와 노즐의 출구부 사이의 적절한 차압에서, 기체는 수축부안으로 초음속으로 가속되고, 이어서 노즐의 출구부를 떠나면서 발산되며 냉각된다.

노즐의 상류측은 거의 대기압에서 작동하고, 노즐의 하류측에서 밀폐된 응축기 용기는 응축기 용기의 내부와 연통하는 진공 펌프에 의해 저압으로 유지된다. 선택적으로, 혹은 추가적으로, 효율적인 기체 배기 수단을 제공하기 위해 스팀 배출기를 사용할 수 있다.

잘 설계된 단열 노즐에서, 앞에서 인용한 문헌(오스수이젠 등 공저)에 설명되어 있는 바와 같은 치수 및 형상을 이용하게 되면, 기체 성분들의 각 원자/분자이 목 부분에서 음속까지 가속되고, 기체가 하류측에서 자유롭게 팽창하게 된다. 이와 같은 팽창은 기체 법칙에 따르면 기체 혼합물의 온도 강하를 야기한다.

빔 내의 금속 액적들은, 일 실시예에 따르면, 수집 매체에 충돌하기 전에 고체 입자들이 형성될 수 있게 냉각시킬 수 있다. 고체 입자들이 형성되면 수집 매체로 전달되는 열이 감소되지 않는데, 그 이유는 에너지 보존 법칙에 따라 고화 엔탈피에 의해 흡수된 추가 열이 액체 입자에 비해 속도가 높은 고체 입자의 속도에 의해 상쇄되기 때문이다. 그러나 높은 속도의 입자들은 염 조 안으로 더 깊게 침투하여 조 안으로의 열전달을 용이하게 한다.

금속을 액상으로 유지하기 위해서는 수집 박스 내측의 온도를 정확하게 제어하는 것이 중요하다.

염 조는 금속 액적들이 충돌하게 되면 가열되고, 그 열에너지는 액체 마그네슘을 마그네슘 증기로 증기화하는 열과 거의 같다. 이는 마그네슘 1 킬로그램 당 10킬로와트시(Kwhr) 정도의 상당히 많은 양의 열이다. 따라서, 수집 매체는 액체 금속이 빔으로 다시 증기화 하는 것을 방지하기 위해 효율적으로 냉각시킬 필요가 있다.

이는 충돌 위치에 있어서의 특별한 문제점이므로, 수집 매체의 순환 또는 이송이 중요하다. 냉각 수단은 냉각 재킷 또는 코일과 같이 당해 기술 분야에 알려진 유형의 것으로 구성할 수 있다. 열교환 유체는 액체 금속 또는 스팀(또는 다른 기체) 또는 물로 할 수 있다. 선택적으로 냉각 액체는 냉각 회로에 연결된 별도의 용기에 추가되는 고체 입자를 함유할 수 있다. 이와 같은 고체 입자들은 적절한 융점에 근거하여 선택되면 냉각 액체의 냉각 용량을 향상시킬 수 있으며 용해 잠열로 인한 히트싱크를 완충하는 작용을 한다. 사용하기 좋은 재료로는 응축되는 금속과 동일한 고체 입자가 있다.

염이 흡수할 수 있는 현열은 염의 양에 따라, 더 정확하게는 금속에서 염으로 열이 전달되는 체적의 관점에서 마그네슘 덩어리에 대한 염 덩어리의 열용량비에 따라, 확립된다. 여기에 설명한 시스템에 있어서 저온 염의 온도는 염의 융점보다 높아야 하고, 더 정확하게는 염이 금속을 압출하기에 충분한 유체(낮은 점성)가 되는 온도로서 금속의 융점(마그네슘 650℃)보다 높은 온도보다 높아야 한다. 염의 상한 온도 범위는 금속의 비등점(마그네슘 = 1091℃)보다 낮아야 한다.

이는 가능을 유지해야 하는 용융 염에 유효한 온도 범위는 마그네슘에서 나온 열이 효과적으로 흡수될 수 있는 범위 내에 있는 수 백도에 불과하다는 것을 의미한다. 염과 액체 마그네슘의 잠열 용량이 같다는 가정 하에서, 마그네슘 덩어리의 양에 대한 염의 비는 노 기체와 염 조 사이의 온도 차이의 여하에 따라서 10이상에서 1까지 되어야 한다.

수집 박스에는 금속류에 수반되는 기체들을 제거하고 압력을 에어하기 위한 수단이 설치되는 것이 바람직하다.

수집 박스 내의 절대 압력은 노즐을 가로질러 압력 강하를 제어할 수 있도록 하며 형성된 금속류의 온도를 제어할 수 있도록 하기 위해 미리 결정된 수준으로 유지되어야 한다. 금속류의 온도는 금속의 비등점(예, 마그네슘 1093℃) 아래로 유지되어야 하지만, 더 바람직하기로는 거의 융점(마그네슘 650℃)이나 그 융점 이상으로 유지되는 것이 좋다. 절대 압력은 약 0.1 기압 이하이지만 대표적인 예로는 0.01 기압 이상이다. 감소된 압력은 당해 기술 분야의 숙련자들이 보편적으로 사용하는 방법을 이용하여 유지시킬 수 있다.

양호한 실시예에서, 수집 매체의 대표적 예는 비중이 액체 금속의 비중보다 낮은 용융 염이다. 수집된 액체 금속은 이로부터 열을 빼낼 수 있도록 하기 위해 수집 매체로부터 연속적으로 혹은 간헐적으로 배출되어야 한다. 양호한 실시예의 시스템에 있어서, 용융 금속은 합금 스테이지 및/또는 주조 스테이지 또는 기타 금속 형성 스테이지로 보내진다.

따라서, 응축된 액체를 수집 매체로부터 연속적으로 혹은 간헐적으로 배출시키며 그 액체 금속을 주조 스테이지 또는 합금 스테이지 또는 기타 금속 형성 스테이지로 보내는 수단이 마련된다.

증기는 예를 들면 Mg, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Si, 및 Cd 또는 이들의 조합 에서 선택된 금속 또는 금속성 물질일 수 있다.

증기 공급원의 대표적인 예는 금속열 또는 탄소열 환원 방법 또는 장치이다.

운반 기체는 환원 반응에 관여된 기체 및/또는 기체류/증기류에 추가되거나 도입되는 하나 이상의 추가 기체일 수 있다.

아래에서는 도면을 단지 예시적으로 참조하여서 본 발명을 효과적으로 나타내는 방식에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 증기 응축 공정 및 장치를 사용하는 통합형 마그네슘 추출 및 주조 공정의 흐름 개요도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 응축실의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 응축실의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 응축실의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 응축실과 보조 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 응축실과 보조 장치의 개략도이다.
도 6은 드 라발르(de Lavalle) 노즐의 종방향 단면도이다.

[제1 실시예]

도 1에 도시된 바와 같이, 탄소열 환원식 노 연도(10)가 마그네슘 증기와 일산화탄소의 혼합물을 응축실(뒤에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명함)의 드 라발르 노즐(11)로 공급한다. 노즐은 마그네슘 연무(액적)와 일산화탄소 반응 기체를 용융 염 수집기(12)에 충돌하게 보낸다. 일산화탄소는 종래 기술의 응축트랩/탈연무기(condensate trap/demister)(13)로 그 흐름 방향을 돌린다. 일산화탄소에 동반된 금속 고체들은 재순환된다. 일산화탄소가 진공 펌프(14) 및/또는 스팀 배출기를 거쳐 트랩(13) 안으로 끌어들여진다. 수집된 일산화탄소는 사용하기 위해 압축기(15)로 압축된다. 트랩의 주 기능은 진공 펌프 또는 배출기를 보호하기 위해 기상에서 유래된 임의의 액적 및 입자들을 이동시키는 것이다.

용융 마그네슘은 수집기의 바닥 단부에서 배출되어 마그네슘 침전로(16)로 이송된다. 금속과 함께 이송된 임의의 용융 염은 염 침전로(18)로 배출된다. 이어서 용융 마그네슘은 잉곳으로 주조하기 위한 주조 스테이지(17)로 이송된다.

용융 염이 수집기(12)에서 연속적으로 배출되어 침전로로 이송되고, 이 침전로에서는 임의의 흩어져 있는 마그네슘을 배출시켜서 마그네슘 침전로(18)로 복귀시킨다. 새로운 염(19)을 예열하여 상기 침전로로 공급한다. 과잉의 염은 추출 밸브(bleed valve)(20)를 거쳐서 제거될 수 있다. 염은 침전로(18)에서 염 조 수집기(12)로 복귀된다.

이하에서는 도 2를 참조하여 응축실과 노즐에 대해 상세하게 설명한다. 응축실(99)은 절두 원추형 상단부 및 하단부를 구비하는 대체로 원통형인 용기이다. 일산화탄소와 마그네슘 증기가 노즐(110)의 상부 수축 입구(100) 안으로 들어간다. 기체 혼합물이 노즐의 중심부 안으로 초음속으로 가속되고 이어서 노즐의 하부 발산 출구(101)에서 팽창되면서 냉각된다. 기체 혼합물은, 초점이 맞추어진 이중 원추형(도시되지 않음)으로서 공통의 상부 지점이 노즐의 발산 원추형 팽창 출구의 정점과 일치하는 이중 원추형으로 팽창한다. 내부의 원추체는 마그네슘 연무로 실질적으로 이루어지며 외부의 동축 원추체는 일산화탄소로 실질적으로 이루어진다.

기체에서 액체로의 상변화로 인해, 기체류의 금속 부분은 노즐을 빠져나갈 때에 기체류의 중심을 향하여 찌부러져서 원추형의 초점이 맞추어진 금속 연무가 되고, 이에 의해 일산화탄소 또는 임의의 다른 기체를 기체류 밖으로 밀어내게 된다. 금속의 이와 같은 초점으로 인해 그 금속이 구멍(107)을 통해서 조의 중앙 부분에 충돌하게 된다.

환형 플랜지 디스크(104)가 용융염 조(105)의 상부 표면을 덮는다. 용융염 조의 조성에 대해서는 뒤에서 설명한다. 직립 원통형 배플(106)이 상기 플랜지 디스크의 중앙 구멍(107)을 둘러싼다. 상기 배플의 크기와 위치는 그 배플이 마그네슘 금속 원추체(도시되지 않음) 바로 외측에 놓임으로써 벽들에 마그네슘 금속 액적 및 고체가 직접 충돌하지 않도록 정해진다.

그러나 배플(106)의 벽들은 일산화탄소 기체 제트류의 대부분을 단절시키고, 그에 따라 2개의 성분들 간의 친밀한 혼합을 피할 수 있다. 이는 임의의 역반응을 감소시키는 데 도움이 된다. 배플 외측으로 흐름 방향을 돌린 일산화탄소는 진공 펌프(114)를 거쳐서 배출된다.

배플의 하단부는 구멍(107)을 거쳐서 "순환 염 조(circulating salt bath)"라고 하는 용융 염 조의 노출된 상부 표면(108)으로 공급된다. 따라서, 마그네슘 연무가 상기 염 조에 충돌하여서 액적으로 합착되어 용기의 하부 구역으로 떨어진다.

금속 연무의 액체 염의 표면에 대한 유효 충돌 각은 염 조의 회전 속도를 조정함으로써 조정할 수 있다(도 2 참조). 염 조의 표면은 이상적으로는 회전을 통해 눌린 타원 포물형(130)의 형태를 취할 것이다. 따라서, 금속 연무는 염 조의 눌린 형상의 기울기로 나타내어지는 빗각으로 충돌하게 된다.

따라서, 회전 축선이 노즐의 대칭축과 정렬될 때, 원추형 금속 분무의 충돌 각은 포물형의 형상에 따라 달라진다. 이는 결국에는 용융 염의 회전 속도에 의해 조절된다. 염 표면의 윤곽 형상은 저속에서는 넓게 개방된 포물형을 취하고, 증가된 속도에서는 가파른 형상의 포물형을 취한다.

용융 마그네슘(131)은 비중이 높기 때문에 염 조의 하부 부분으로 침전된다. 이렇게 침전된 용융 마그네슘은 탭 밸브(132)를 열어서 중력에 의해 배출시킬 수 있다.

이중 표피 방식의 물 냉각 재킷 용기(133)로 염 조를 둘러쌈으로써 외부 냉각 및 온도 제어를 할 수 있다. 용기는 강 또는 니켈 합금으로 제조될 수 있다. 물, 스트림, 다우턴(Dowtern)과 같은 합성 열 전달 액체, 수은과 같은 액체 금속, 또는 기타 적절한 물질. 이들은 염으로부터 열을 제거하고 염을 특정 온도 즉, 금속류가 염 조에 충돌하였을 때에 소산되는 에너지를 제거하기에 적절한 온도로 유지하기 위해 상기 재킷 내부에 사용할 수 있다.

응축실에는 그 내부 혹은 외부에 가열기(도시되지 않음)가 설치된다. 이는 장치를 시동하고 정지시키는 중에 염의 온도를 제어하기 위한 것이다. 정상 상태의 작동 중에는, 시스템 안으로 들어오는 증기에서 열이 제공되므로 가열기는 꺼진다.

[제2 실시예]

도 3에는 도 1과 관련하여 동일한 부재에 동일한 도면 부호가 붙여진 산택적인 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 직립 천공 관(140)이 염 조의 중앙부에 배치되어 있다. 용융 염이 관을 둘러싼다. 관에는 공간이 존재한다(상부 기체실의 대기압 기체 압력에서 존재). 관의 상부 구역(141)에는 용융 염이 관의 내부로 폭포처럼 떨어지도록 하는 다수의 구멍 또는 천공이 형성된다. 염은 도관(144)을 거쳐서 하부의 염 저류조(143)로부터 계속해서 퍼 올려진다. 이에 의하면 관(140) 안으로 체적이 빠져나감에도 불구하고 염의 수위가 유지된다.

마그네슘 연무 원추체 빔이 관의 내부로 보내져서, 계속해서 떨어지는 용융 염에 충돌한다. 이어서 마그네슘이 관을 통해서 하부 염 저류조(143) 안으로 떨어져서 액체 마그네슘(131)의 합착된 덩어리로 침전된다.

이와 같은 장치에 의하면 낙하 염이 일정하게 이동하는 표면 또는 장막이 마련되는데, 이 이동하는 표면 또는 장막에는 연무 빔이 충돌하게 된다. 기체 도관을 통해 배기되는 기체는 분리 장치에서 그에 동반된 마그네슘 액적들 또는 입자들이 제거된다.

[제3 실시예]

도 4는 염 조에 범람 둑(150)이 설치된 제3 실시예를 도시하고 있다. 노즐은 반경 방향에서 가로지르는 방향으로 응축실 안으로 들어간다. 따라서, 연무 빔이 둑 위에서 폭포처럼 떨어지는 이동하는 염의 층 또는 장막에 충돌한다. 염과 그에 동반된 고체 또는 액체 마그네슘 입자들은 상기 둑 아래의 둑 저류지(156) 안으로 떨어진다. 혼합물은 둑 저류조에서부터 염 펌프(151)와 염에서 나오는 열을 추출하는 열교환기(152)를 거쳐서 입구(152)에서 염 조 안으로 연속적으로 공급된다. 금속 액적(158)은 염을 따라서 염 조 안으로 공급된다.

배플(154)은 입구에서부터 둑(150)에 이르는 염을 위한 구불구불한 경로를 한정한다. 배플(154)은 동반된 마그네슘이 합착되어 조의 하부 부분(155)으로 떨어지게 하는 표면 및 장애물을 마련한다. 마그네슘은 상기 하부 부분에서 마그네슘 침전로(157)로 퍼 올려질 수 있다.

소망하는 수위, 온도 및 압력을 유지하기 위하여 염 수위 제어 센서/제어기(LC), 온도 센서/제어기(TC), 그리고 압력 센서/제어기(PC)가 설치된다.

염 제조 공급기(159)를 사용하여 염 조성을 요구되는 사양(표 1 참조) 내에서 조정할 수 있다.

[제4 실시예]

도 5는 도 4의 실시예의 변경 실시예인 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 노즐(110)은 염 조의 외부 원주 구역(160)으로 보내질 빔이 생성될 수 있게 하는 방향으로 향하고 있다. 노즐은 원주 방향 순환을 촉진하기 위해 염 조 표면에 대해 빗각으로 지향되게 할 수 있다. 둑(150)을 넘치는 흐름과 복귀 펌프(151)의 작동에 의해 조 내에 염의 추가 순환이 발생된다.

이들 실시예 모두에 있어서, 본 발명은 용융 염에서 마그네슘 입자들 또는 액적들을 (1) 침전시키는 데 필요하고, (2) 열 제어하는 데 필요하며, (3) 기체류에서 입자들 및 액적들을 제거하여 회수율을 향상시키고 하류측 설비를 보호하는 데 필요한, 보조 용기(들)를 포함한다.

[제5 실시예]

제5 실시예는 도 7에 도시되어 있는데, 이는 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 도시된 장치의 변형 실시예이다. 이 실시예에서는, 배플이나 원통형 판이 없다. 수집 매체의 덩어리는 용융 금속(마그네슘)(205)을 포함한다. 비교적 박층의 염 용제(salt flux)(204)가 용융 금속의 상부 표면에 배치되어 있다. 사용 시에, 노즐(110)에서 빠져나오는 액적들 또는 입자들의 빔은 수집 매체에 충돌하여 상기 염 용제 층을 붕괴시켜서 하층의 용융 금속을 노출시킨다. 따라서, 장치 가동 후, 빔이 응축실의 중앙부에서 노출된 용융 금속 표면(206)에 직접 충돌한다. 염 용제는 상기 중앙부를 둘러싸는 용융 금속의 나머지 부분을 덮은 채로 유지되어서 하층 금속의 산화 또는 오염을 방지하는 보호층을 제공한다.

[제6 실시예]

제6 실시예가 도 8에 도시되어 있는데, 이는 선택적인 노즐 장치이다. 이 실시예의 노즐은 축방향으로 비대칭이며 횡방향으로 긴 허리부(210)와 발산하는 스커트부(211)를 포함한다. 상기 스커트부는 노즐의 대체적으로 장원형인 출구 오리피스(212)를 형성한다. 이 형상으로 인해 응축된 액적들 또는 입자들이 대체적으로 평탄형 또는 쐐기형인 빔(215)으로 형성된다. 따라서 빔은 그와 관련된 수집 매체(도시되지 않음)에 한 지점이 아닌 수집 매체의 길이를 따라서 충돌하게 된다. 이와 같은 비대칭 노즐은 앞의 실시예들 중 임의의 실시예에서 종래의 대칭형 노즐을 대체하여 사용될 수 있다. 그런데, 이는 도 4에 도시된 장치, 즉 수집 매체의 이동하는 층 또는 장막(150)을 마련하여서 그에 충돌하는 응축된 액적들 또는 입자들을 수집하도록 구성된 장치에 특히 더 적합하다. 이 경우, 빔은 떨어지는 층을 가로질러 횡방향으로 충돌하게 지향되고, 이에 의하면 금속 입자들/액적들의 효율적인 흡수를 달성할 수 있다.

Claims (59)

1. 증기 물질을 응축시키는 방법으로서,
   상기 증기 물질의 증기를 포함하는 기체류를 제공하는 단계와,
   상기 기체류를 상류측 수렴 형상 및 하류측 발산 형상을 구비한 노즐을 통과시켜, 상기 증기가 노즐 안으로 가속되어서 노즐을 빠져나가면서 팽창 및 냉각됨으로써 상기 증기가 응축되게 하여 응축실 안에 액적들 또는 고체 입자들의 빔을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 액적들 또는 고체 입자들의 빔을, 응축된 증기 물질의 융점 이상의 온도로 유지되는 용융 액체 수집 매체 조(bath)로 보내어서 그에 충돌하게 하는, 증기 물질을 응축시키는 방법에 있어서,
   상기 수집 매체는 비중이 응축된 증기의 비중보다 낮은 염 용제(salt flux)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수집 매체는 중력에 의해 떨어지는 액체류인 이동하는 액체 층을 포함하고,
   상기 이동하는 액체 층은 수집 매체 저류조의 범람 턱(overflowing ledge) 구역에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 노즐은 수집 매체에 대해 수평으로 액적들 또는 입자들의 빔을 보낼 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수집 매체가 원주 방향으로 순환하는 조의 액체로서 배치된 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   액적들 또는 입자들의 빔이 수집 매체의 표면에 대해 빗각으로 수집 매체에 충돌하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   수집 매체가 원주 방향으로 순환하는 용융조 안에 배치된 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
7. 제6항에 있어서,
   용융조의 순환은 용융조의 상부면에 뒤집힌 동축 원심 원추체가 형성되게 하고, 상기 원추체는 액적 또는 입자 빔을 수용할 수 있도록 경사면을 제공하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
8. 제5항에 있어서,
   경사진 빔은, 용융조의 원주 방향 유동을 야기하거나 혹은 그에 조력을 할 수 있게, 용융조의 중심 회전 축선에서 반경 방향으로 이격된 위치에서 수집 매체에 충돌하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
9. 제1항에 있어서,
   기체류가 응축시킬 증기 외에 반응 기체 및/또는 비반응 운반 기체도 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
10. 제1항에 있어서,
    기체류가 반응 기체 및/또는 비반응 운반 기체를 포함하며, 응축된 액적들 또는 입자들이 노즐을 빠져나갈 때에 제1 원추체를 형성하고, 반응 기체 및/또는 운반 기체가 적어도 하나의 추가 원추체를 형성하며, 상기 제1 원추체는 제2 원추체 안에 수용되며,
    상기 제1 원추체 둘레와 상기 추가 원추체의 내측에 배플 수단이 마련되고, 상기 배플 수단은 이 배플 수단을 통과해서 수집 매체 안으로 들어가는 액적들과 입자들로부터 운반 기체와 나머지 다른 기상 핵종을 분리시키는 데 도움을 주는 물리적 차단체를 마련하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 배플 수단이 축방향의 긴 도관을 포함하고, 상기 도관의 벽들이 제1 원추체를 분리시키고,
    상기 배플 수단이 수집 매체의 나머지 표면의 적어도 일부 또는 전체를 덮는 쇼울더에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
12. 제1항에 있어서,
    기체류가 반응 기체 및/또는 비반응 운반 기체를 포함하며, 응축된 액체 물질을 수집 매체 저류조에서 연속적으로 혹은 간헐적으로 배출시켜서 중간 고화 없이 주조 스테이지 또는 합금 스테이지 또는 다른 형성 스테이지로 보내는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
13. 제1항에 있어서,
    빔 내의 금속 액적들은 수집 매체에 충돌하기 전에 냉각되어 고체 입자들을 형성하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
14. 제1항에 있어서,
    수집 매체는 액체 금속이 빔 증기화되는 것을 방지할 수 있게 냉각되는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
15. 금속 종류의 증기를 응축시키는 증기 응축 장치로서,
    증기를 포함하는 기체 공급원과,
    노즐에 의해 증기 공급원으로부터 공급받는 응축실로서, 상기 노즐은 상류측 수렴 형상과 하류측 발산 형상을 구비하여 노즐 안으로 들어오는 증기를 노즐 안으로 가속시키고 노즐을 빠져나갈 때에 팽창 및 냉각되게 함으로써 응축실 안에 액적들 또는 고체 입자들의 빔이 형성될 수 있도록 상기 증기를 응축시킬 수 있게 구성되어 있는, 응축실과,
    상기 액적들 또는 입자들을 위한 용융 액체 수집 매체를 포함하고,
    상기 수집 매체는 노즐을 빠져나간 액적 또는 입자들의 빔이 충돌할 수 있도록 배치된 노출된 표면부를 구비하는, 증기 응축 장치에 있어서,
    상기 수집 매체는 염 용제이고, 상기 염의 비중은, 응축된 물질들이 작업 중에 액체 아래의 조 부분 안으로 가라앉도록, 응축된 액적들 또는 입자들의 비중보다 낮은 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 수집 매체가 조 안에 배치된 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
17. 제15항에 있어서,
    빔이 수집 매체에 충돌하는 위치를 수집 매체가 계속해서 지나가게 하는 수단이 구비되고,
    상기 수단은, 응축된 증기의 빔이 충돌하게 되는 이동하는 수집 매체의 층이 형성될 수 있도록 액체 수집 매체가 넘쳐흐를 수 있게 한 둑을 구비한 수집 매체 조를 포함하고,
    상기 노즐은 상기 둑에서 중력에 의해 떨어지는 액체류 또는 액체 장막으로 액적들 또는 입자들의 빔을 보낼 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 수집 매체에 대해 수평으로 액적들 또는 입자들의 빔을 보낼 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
19. 제17항에 있어서,
    수집 매체가 상기 둑을 넘쳐흐른 후에 수집 매체를 조 안으로 순환시키기 위한 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
20. 제15항에 있어서,
    상기 수집 매체를 원주 방향으로 교반시키는 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
21. 제15항에 있어서,
    노즐은, 액적들 또는 입자들이 노즐을 빠져나갈 때에 제1 원추체를 형성하고 운반 기체 및/또는 반응 기체가 노즐을 빠져나갈 때에 적어도 하나의 추가 원추체를 형성하도록 하는 형상으로 구성되고, 상기 제1 원추체가 제2 원추체 안에 있도록 상기 제1 원추체의 발산각은 상기 제2 원추체의 발산각보다 작게 구성되고,
    제1 원추체 둘레와 제2 원추체 내측에 배치되는 위치에 배플 수단이 마련되고, 상기 배플 수단은 이 배플 수단을 통과해서 수집 매체 안으로 들어가는 응축된 액적들과 입자들로부터 운반 기체와 반응 기체를 분리시키는 데 도움을 주는 물리적 차단체를 마련하는 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
22. 제21항에 있어서,
    상기 배플 수단은 응축된 입자들 또는 액적들의 빔이 수집 매체에 충돌하게 되는 위치 둘레에 배치된 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
23. 제21항에 있어서,
    상기 배플 수단은 축방향으로 긴 도관을 포함하고, 상기 도관의 벽들은 상기 제1 원추체와 제2 원추체를 분리시키고,
    상기 배플 수단은 수집 매체의 나머지 표면의 적어도 일부 또는 전체를 덮는 쇼울더 영역에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
24. 제15항에 있어서,
    상기 노즐은 액적들 또는 입자들의 빔이 수집 매체의 표면에 대해 빗각으로 수집 매체에 충돌하도록 하는 형상으로 구성하거나 그리고/또는 그렇게 되도록 하는 방향으로 향하게 한 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
25. 제24항에 있어서,
    수집 매체가 조 안에 배치되고, 빗각으로 향한 빔은 상기 조 내의 수집 매체의 중심 회전 축선에서 반경 방향으로 이격된 위치에서 수집 매체에 충돌하고, 이에 의해 수집 매체로 전달된 운동량이 조 내의 수집 매체의 원주 방향 유동을 야기하거나 그에 도움이 되는 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
26. 제1항에 있어서,
    상기 증기가 Mg, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Si, Cd, 및 이들의 조합 중에서 선택된 금속 또는 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
27. 제15항에 있어서,
    상기 증기가 Mg, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Si, Cd, 및 이들의 조합 중에서 선택된 금속 또는 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
28. 제1항에 있어서,
    상기 증기는 금속열 또는 탄소열 환원 장치 및/또는 방법에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 증기 물질을 응축시키는 방법.
29. 제15항에 있어서,
    상기 증기 공급원은 금속열 또는 탄소열 환원 장치 및/또는 방법에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 증기 응축 장치.
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