KR101752817B1 - 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치 - Google Patents
왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 왕겨의 열분해 및 탄화 시 발생되는 불순물이 제거된 순수한 탄화규소를 제조할 수 있는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 세척 및 건조된 왕겨를 담아 배출시키는 호퍼, 상기 호퍼에서 배출된 왕겨를 열처리하도록 내부에 제1발열체를 갖는 제1가마, 상기 제1가마에서 열처리된 왕겨를 탄화시키도록 내부에 제2발열체를 갖는 제2가마, 상기 제2가마에서 공급된 탄화물을 연소시켜서 분자 간의 결합력을 높이도록 내부에 제3발열체를 갖는 제3가마, 상기 제3가마에서 공급된 탄화물에 포함된 잔류 불순물을 제거하기 위해 반복적으로 가열냉각시키는 풀림가마, 상기 풀림가마에서 제조된 탄화규소를 냉각시키는 냉각기를 포함하되, 상기 제1가마 및 제2가마는 왕겨의 자중에 의해 자유낙하되도록 회전부재에 의해 동시에 상하로 회전되는 것이다.
따라서, 본 발명은 가마의 내부에 설치되는 관상발열체를 이용하여 저가인 유기질의 왕겨를 중·저온에서 단시간 내에 반응시켜서 순수하고 순도가 높은 탄화규소를 오작동 없이 제조할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
이러한 본 발명은, 세척 및 건조된 왕겨를 담아 배출시키는 호퍼, 상기 호퍼에서 배출된 왕겨를 열처리하도록 내부에 제1발열체를 갖는 제1가마, 상기 제1가마에서 열처리된 왕겨를 탄화시키도록 내부에 제2발열체를 갖는 제2가마, 상기 제2가마에서 공급된 탄화물을 연소시켜서 분자 간의 결합력을 높이도록 내부에 제3발열체를 갖는 제3가마, 상기 제3가마에서 공급된 탄화물에 포함된 잔류 불순물을 제거하기 위해 반복적으로 가열냉각시키는 풀림가마, 상기 풀림가마에서 제조된 탄화규소를 냉각시키는 냉각기를 포함하되, 상기 제1가마 및 제2가마는 왕겨의 자중에 의해 자유낙하되도록 회전부재에 의해 동시에 상하로 회전되는 것이다.
따라서, 본 발명은 가마의 내부에 설치되는 관상발열체를 이용하여 저가인 유기질의 왕겨를 중·저온에서 단시간 내에 반응시켜서 순수하고 순도가 높은 탄화규소를 오작동 없이 제조할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
Description
본 발명은 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 왕겨의 열분해 및 탄화 시 발생되는 불순물이 제거된 순수한 탄화규소를 제조할 수 있는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 탄화규소(silicon carbide, SiC)는 실리카(Si)와 탄소(C)의 성분이 1:1의 몰비로 구성된 물질로서, 내열성과 내약품성 및 내마모성이 우수하여 반도체의 제조장치용 부품, 전자 정보기용 부품 및 연마제 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 탄화규소를 제조하는 기술로서 고순도의 규석(SiO2)과 코크스(C)를 1,800~1,900℃에서 가열반응시키는 방법(SiO2+3C→SiC+2CO)이 널리 알려져 있다.
상술한 바와 달리 탄화규소를 제조하는 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제2002-0086790호(공개일자 2002년11월20일) ‘탄화규소의 제조방법 및 폐실리콘슬러지의 처리방법’ 및 대한민국 특허공고 제1991-0008295호(공고일자 1991년10월12일) ‘탄화규소의 제조방법’ 등이 개시되어 있다.
그러나 상술한 종래기술들은 고가의 무기질 원료를 사용하고 고온에서 장시간 반응시키므로 원가 및 제조 비용의 증가로 이어지며, 원료를 가열하는 열원이 가마의 외부에서 공급되어 불순물의 함량이 높고 열분해 및 탄화반응 시 가마의 내면에 카본이 증착되어 제조물을 다음 공정으로 이송시키도록 회전하는 스크류오거(screw auger)의 손상 및 오작동 등에 의하여 탄화규소의 제조에 막대한 지장을 초래하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 저가의 유기질 원료를 비교적 중·저온에서 단시간 내에 탄화반응시켜서 순수한 탄화규소를 오작동 없이 친환경적으로 제조할 수 있는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 세척 및 건조된 왕겨를 담아 배출시키는 호퍼, 상기 호퍼에서 배출된 왕겨를 열처리하도록 내부에 제1발열체를 갖는 제1가마, 상기 제1가마에서 열처리된 왕겨를 탄화시키도록 내부에 제2발열체를 갖는 제2가마, 상기 제2가마에서 공급된 탄화물을 연소시켜서 분자 간의 결합력을 높이도록 내부에 제3발열체를 갖는 제3가마, 상기 제3가마에서 공급된 탄화물에 포함된 잔류 불순물을 제거하기 위해 반복적으로 가열냉각시키는 풀림가마, 상기 풀림가마에서 제조된 탄화규소를 냉각시키는 냉각기를 포함하되, 상기 제1가마 및 제2가마는 왕겨의 자중에 의해 자유낙하되도록 회전부재에 의해 동시에 상하로 회전되는 것이다.
본 발명에서, 상기 제1가마 및 제2가마는 내부가 빈 절두원추형으로 형성되어 가로축 방향으로 배치되는데, 이때 상기 회전부재는 제1가마와 제2가마를 연결하며 회전축을 갖는 회전프레임, 상기 회전프레임이 회전축을 중심으로 회전되도록 연결된 액추에이터를 포함한다.
그리고 상기 제1가마 내지 제3가마 및 풀림가마는 스테인리스스틸로 이루어진 가마본체, 상기 가마본체의 내면과 외면에 각각 적층되어 가마본체 내부의 온도를 일정하게 유지하는 보온재, 상기 각 보온재의 표면에 코팅되어 내·외부의 열을 반사하는 반사판을 포함한다.
본 발명에서, 상기 풀림가마는 탄분을 가열냉각하도록 구비된 풀림발열체를 더 포함하되, 상기 제1발열체 내지 제3발열체 및 풀림발열체는 탄소발열체를 이용한 관상발열체로 이루어진다.
본 발명에서, 상기 호퍼의 배출구와 제1가마의 유입구, 상기 제2가마의 배출구와 제3가마의 유입구는 플렉시블호스로 각각 연결된다.
본 발명에서, 상기 풀림가마는 배출구가 상향으로 경사지게 배치되어 탄분을 교반 및 이송시키도록 풀림용 스크루오거가 회전가능하게 설치되고, 상기 풀림용 스크루오거의 스크루 중심에는 풀림용 홀이 형성되어 풀림가마의 배출구 방향으로 이송되는 탄분이 흘러들어온 후 다시 배출구 방향으로 이송되는 과정의 반복에 의하여 가열 및 냉각을 반복하는 것이다.
상술한 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 가마의 내부에 설치되는 관상발열체를 이용하여 저가인 유기질의 왕겨를 중·저온에서 단시간 내에 반응시켜서 순수하고 순도가 높은 탄화규소를 오작동 없이 제조할 수 있는 동시에 경제적인 측면에서 원가절감을 기대할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전체적인 구성을 나타낸 입면도.
도 2는 도 1의 A-A선 절단부를 나타낸 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 절단부를 나타낸 단면도.
도 4는 도 1의 C-C선 절단부를 나타낸 단면도.
도 5는 도 1의 D-D선 절단부를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 풀림가마의 작동상태를 나타낸 작동도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 전체적인 작동상태를 나타낸 작동도.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 제1가마 및 제2가마의 회전상태를 나타낸 작동도.
도 2는 도 1의 A-A선 절단부를 나타낸 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 절단부를 나타낸 단면도.
도 4는 도 1의 C-C선 절단부를 나타낸 단면도.
도 5는 도 1의 D-D선 절단부를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 풀림가마의 작동상태를 나타낸 작동도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 전체적인 작동상태를 나타낸 작동도.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 제1가마 및 제2가마의 회전상태를 나타낸 작동도.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서 표현한 구성요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 세척 및 건조된 왕겨를 담아 배출시키는 호퍼(10), 호퍼(10)에서 배출된 왕겨를 열처리하도록 내부에 제1발열체(22)를 갖는 제1가마(20), 제1가마(20)에서 열처리된 왕겨를 탄화시키도록 내부에 제2발열체(32)를 갖는 제2가마(30), 제2가마(30)에서 공급된 탄화물을 연소시켜서 분자 간의 결합력을 높이도록 내부에 제3발열체(52)를 갖는 제3가마(50), 제3가마(50)에서 공급된 탄화물에 포함된 잔류 불순물을 제거하기 위해 반복적으로 가열냉각시키는 풀림가마(60), 풀림가마(60)에서 제조된 탄화규소를 냉각시키는 냉각기(70)를 포함한다.
호퍼(10)는 증류수나 증기 또는 불순물을 포함하지 않는 물로 세척된 후 대기 상태 또는 소정 온도에서 건조된 왕겨를 담아서 배출하는 것으로서, 이러한 호퍼(10)의 하부 일측에 형성된 배출구(11)에는 도 1에 도시된 바와 같이 개폐도어(12)가 구비되어 왕겨의 배출을 단속하는데, 이 개폐도어(12)에는 마그네틱(magnetic)이 구비되어 왕겨에 포함된 자성을 띠는 불순물을 제거하게 된다. 여기에 사용되는 왕겨(chaff, rice husks)는 벼를 찧어 쌀을 생산하는 과정 중 벼에서 벗겨낸 껍질이므로, 가격이 저렴하여 경제적인 측면에서 원가절감을 크게 기대할 수 있을 뿐만 아니라 고갈되는 지하자원에 비하여 거의 무한대로 이용할 수 있는 원료다.
제1가마(20)는 호퍼(10)에서 배출된 왕겨를 열처리하여 수분을 증발시키고 부분적인 탄화를 진행하는 가마로서, 이러한 제1가마(20)는 내부에 불활성가스를 주입하여 무산소 분위기를 형성한 상태에서 제1발열체(22)에 의해 300~400℃에서 30분 동안 왕겨를 가열하여 그 속에 남아 있는 수분을 증발시켜서 체적을 감소시키며, 이후 왕겨는 제1가마(20)의 분위기 또는 온도에 따라 부분적으로 탄화반응을 일으킬 수 있다.
그리고 제1가마(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부가 빈 절두원추형(截頭圓錐形)으로 형성되어 가로축 방향으로 배치되므로 개폐도어(25)의 개방 또는 회전 시 열처리된 왕겨를 자중에 의해 제2가마(30)로 자유낙하 시키며, 제1가마(20)의 회전에 대한 설명은 제2가마(30)와 함께 후술한다. 제1가마(20)는 상부가 개방되어 커버(21)에 의하여 개폐되고 이 커버(21)의 하부에는 제1발열체(22)가 구비되어 제1가마(20)의 내부를 가열하게 된다. 여기서, 제1발열체(22)는 탄소발열체를 이용하는 관상발열체로 구현되는 것이 바람직하다. 상기 관상발열체는 전기에너지에 의해 발열하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 발열관체(22a)에 내장된 탄소발열체(도시생략)의 발열 시 탄소섬유와 발열관체(23a)의 내부 공기 및 수분이 기화하면서 배출되도록 하는 동시에 공기 유입을 차단하여 발열에 의한 탄소섬유의 산화를 억제하므로 재사용이 가능하며, 발열관체(22a)의 외경에는 석영관(22b)이 결합되어 고온으로 인한 발열관체(22a)의 파손 등을 미연에 방지하게 된다. 제1가마(20)의 선단에는 배출구(23)가 형성되고 후단에는 유입구(24)가 형성되는데, 배출구(23)에는 개폐도어(25)가 설치되어 열처리된 왕겨의 배출을 단속하고, 유입구(24)는 호퍼(10)의 출구(11)에 플렉시블 호스(flexible hose, 14)로 연결되어 제1가마(20)의 회전 시 유연하게 구부러지므로 본 발명의 연속적인 공정을 가능하게 한다. 여기서, 개폐도어(23)에는 마그네틱이 구비되어 탄분에 포함된 자성을 띠는 불순물을 제거하게 된다.
또한, 제1가마(20)는 도 2의 하부에 확대 도시된 바와 같이, 18% 이상의 크롬이 함유된 대략 5㎜ 두께의 스테인리스스틸(stainless steel)로 이루어진 가마본체(20a), 이 가마본체(20a)의 내면과 외면에 각각 적층되어 가마본체(20a) 내부의 온도를 일정하게 유지하는 보온재(20b), 이 각 보온재(20b)의 표면에 코팅되어 내·외부의 열을 반사하는 반사판(20c)을 포함한다. 여기서, 보온재(20b)는 흑연(黑鉛, graphite) 또는 실리카 직물(silica fabric)로 이루어지고, 반사판(20c)은 표면에 은 또는 크롬으로 도금된 스테인리스스틸로 이루어지는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 보온재(20b)는 흑연이나 실리카 직물을 대체할 수 있는 다른 재질로 이루어질 수 있고, 반사판(20c)은 스테인리스스틸을 대체할 수 있는 다른 재질로 이루어질 수 있다.
아울러, 제1가마(20)의 내부에는 왕겨를 잘 섞어서 고르게 가열하도록 교반기(도시생략)가 구비되는 것이 바람직하다.
제2가마(30)는 제1가마(20)에서 열처리된 왕겨를 열분해를 통해 탄화시키는 가마로서, 이러한 제2가마(30)는 제2발열체(32)에 의해 300~600℃에서 30분 동안 왕겨를 가열하여 탄소가 풍부한 무정형탄소와 그 주위를 감싸는 유리상탄소를 포함하는 가루 형태의 탄화물, 즉 탄분을 만들며, 이와 같이 만들어진 탄분은 잔존물(탄소, 수소, 질소, 황 등) 중 불순물을 포함하여 대략 40~60%의 질량이 감소된다. 여기서, 제2가마(30)는 제2발열체(32)에 의해 500~600℃의 무산소 질소분위기에서 30분 동안 왕겨를 가열하는 것이 바람직한데, 이러한 이유는 분위기온도가 증가할수록 질소 및 황의 함량은 일정하지만 수소의 함량이 현저히 감소하여 탄화도가 증가하기 때문이다.
그리고 제2가마(30)는 위에서 설명한 제1가마(20)의 형상과 같이 내부가 빈 절두원추형으로 형성되어 가로축 방향으로 배치되므로 로터리밸브(35)의 개방 또는 회전 시 탄화된 탄분을 자중에 의해 제3가마(40)로 자유낙하 시키며, 제2가마(30)의 회전에 대한 설명은 제1가마(20)의 회전에 대한 설명과 함께 이하에서 설명한다.
제2가마(30)는 상부가 개방되어 커버(31)에 의하여 개폐되고 이 커버(31)의 하부에는 제2발열체(32)가 구비되어 제2가마(30)의 내부를 가열하게 된다. 여기서, 제2발열체(32)는 앞서 설명한 제1발열체(22)와 같이 탄소발열체를 이용하는 관상발열체로 구현되는 것이 바람직하고, 상기 관상발열체에 대한 상세한 설명은 위에서 상술한 내용으로 갈음할 수 있으므로 생략하며, 도 3의 미설명부호 32a는 발열관체를, 32b는 석영관을 나타낸 것이다. 제2가마(30)의 선단에는 배출구(33)가 형성되고 후단에는 유입구(34)가 형성되는데, 배출구(33)에는 로터리밸브(35)가 설치되어 탄화된 탄분의 배출을 단속하고, 유입구(34)는 제1가마(20)의 배출구(23)에 연결관(36)으로 연결되어 제1가마(20)와 제2가마(30)가 동시에 상하 방향으로 회전되므로 본 발명의 연속적인 공정을 가능하게 한다.
또한, 제2가마(30)는 도 3의 하부에 확대 도시된 바와 같이 18% 이상의 크롬이 함유된 대략 5㎜ 두께의 스테인리스스틸로 이루어진 가마본체(30a), 이 가마본체(30a)의 내면과 외면에 각각 적층되어 가마본체(30a) 내부의 온도를 일정하게 유지하는 보온재(30b), 이 각 보온재(30b)의 표면에 코팅되어 내·외부의 열을 반사하는 반사판(30c)을 포함하며, 이에 대한 상세한 설명은 제1가마(20)에 대한 상술한 내용으로 갈음할 수 있으므로 생략한다.
아울러, 제2가마(30)의 내부에는 왕겨의 잘 섞어서 고르게 가열하도록 교반기(도시생략)가 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 제1가마(20)와 제2가마(30)는 회전부재(40)에 의해 동시에 상하로 회전되는데, 이러한 회전부재(40)는 제1가마(20)와 제2가마(30)를 연결하며 회전축(42)을 갖는 회전프레임(41), 이 회전프레임(41)을 회전시키는 액추에이터(actuator, 43)를 포함한다. 회전프레임(41)은 제1가마(20)와 제2가마(30)의 양측에 각각 연결되어 회전부재(40)의 기초를 이루도록 설치되는 베이스프레임(도시생략)에 회전축(42)을 중심으로 상하 방향을 따라 회전가능하게 연결되고, 회전축(42)은 양측 회전프레임(41)의 중심을 연결하도록 설치되어 회전프레임(41)과 일체로 회전되며, 액추에이터(43)는 양측 회전프레임(41)을 회전시키도록 연결된 실린더 또는 모터 따위로 구현된다.
제3가마(50)는 탄화된 탄분을 연소시켜서 분자 간의 결합력을 높이는 것으로서, 이러한 제3가마(50)는 제3발열체(52)에 의해 890℃에서 대략 10분 동안 탄분을 가열하여 찌꺼기는 완전히 태우고 탄소와 규소 분자 간의 결합력은 제고시키게 된다.
그리고 제3가마는 도 1에 도시된 바와 같이 대략 내부가 빈 원통형의 관(管) 형상으로 형성되고, 그 내부에는 스크루오거(55)가 설치되어 제2가마(30)에서 자유낙하된 탄분을 섞으면서 출구(53) 방향으로 이송시킨다. 여기서, 스크루오거(55)를 회전시키는 회전수단(57)은 스크루오거(55)를 회전시키도록 연결된 모터로 구현되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 스크루오거(55)를 회전시키도록 연결된 실린더 따위로 구현된 수 있다.
또한, 제3가마(50)는 상부가 개방되어 커버(51)에 의하여 개폐되고 이 커버(51)의 하부에는 제3발열체(52)가 구비되어 제3가마(50)의 내부를 가열하는데, 이러한 제3발열체(52)는 앞서 설명한 제1발열체(22) 및 제2발열체(32)와 같이 탄소발열체를 이용하는 관상발열체로 구현되는 것이 바람직하고, 상기 관상발열체에 대한 상세한 설명은 위에서 상술한 내용으로 갈음할 수 있으므로 생략하며, 도 4의 미설명부호 52a는 발열관체를, 52b는 석영관을 나타낸 것이다. 제3가마(50)의 선단에는 배출구(53)가 형성되고 후단에는 유입구(54)가 형성되는데, 배출구(53)는 스크루오거(55)에 의해 이송된 탄분을 배출시키고, 유입구(54)는 제2가마(30)의 배출구(33)에 플렉시블 호스(56)로 연결되어 제2가마(30)의 회전 시 유연하게 구부러지므로 본 발명의 연속적인 공정을 가능하게 한다.
아울러, 제3가마(50)는 도 4의 하부에 확대 도시된 바와 같이, 18% 이상의 크롬이 함유된 대략 5㎜ 두께의 스테인리스스틸로 이루어진 가마본체(50a), 이 가마본체(50a)의 내면과 외면에 각각 적층되어 가마본체(50a) 내부의 온도를 일정하게 유지하는 보온재(50b), 이 각 보온재(50b)의 표면에 코팅되어 내·외부의 열을 반사하는 반사판(50c)을 포함하며, 이에 대한 상세한 설명은 제1가마(20) 및 제2가마(30)에 대한 상술한 내용으로 갈음할 수 있으므로 생략한다.
풀림가마(60)는 제3가마(50)에서 배출된 탄분에 포함된 잔류 불순물을 제거하는 가마로서, 이러한 풀림가마(60)는 풀림발열체(62)에 의해 대략 640℃에서 10분 동안 탄분을 가열하되, 반복적으로 가열 및 냉각시키는 과정을 포함한다. 이를 위해, 풀림가마(60)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부가 빈 원통형의 관으로 형성되어 경사지게 배치되고, 상부는 개방되어 커버(61)에 의하여 개폐되며, 커버(61)의 하부에는 풀림발열체(62)가 구비되어 풀림가마(60)의 내부를 가열하게 된다. 여기서, 풀림발열체(62)는 앞서 설명한 제1발열체(22) 내지 제3발열체(52)와 같이 탄소발열체를 이용하는 관상발열체로 구현되는 것이 바람직하며, 상기 관상발열체에 대한 상세한 설명은 위에서 상술한 내용으로 갈음할 수 있으므로 생략한다. 풀림가마(60)의 선단에는 배출구(63)가 형성되어 가열 및 냉각된 탄화규소를 배출하고, 후단에는 유입구(64)가 형성되어 제3가마(50)의 배출구(53)에 직접 연결된다.
그리고 풀림가마(60)의 내부에는 풀림용 스크루오거(65)가 설치되는데, 이러한 풀림용 스크루오거(65)는 전후 단부에만 오거축(65a)이 형성되어 회전하고 나선형으로 연결된 스크루(65b)의 중심에는 풀림용 홀(65c)이 형성되어, 풀림용 스크루오거(65)의 회전에 의해 배출구(63) 방향으로 이송되는 탄분이 다시 흘러들어오면서 가열 및 냉각을 반복하게 된다. 풀림가마(60)를 확대하여 도시한 도 6을 참조하면, 풀림용 스크루오거(65)의 양측 오거축(65a)은 풀림가마(60)의 유입구(63) 및 배출구(64)에 회전가능하게 설치되어 구동수단(66)으로 회전되며, 이와 같이 구성된 풀림용 스크루오거(65)의 회전에 의하여 탄분은 배출구(63) 방향으로 이송되는데, 이때 스크루(65b)에 의해 이송되는 탄분은 풀림용 홀(65c)을 통해 다시 풀림가마(60)의 유입구(64) 방향으로 떨어지면서 흘러들어오는 과정을 반복하므로 냉각 및 가열에 의한 풀림과정을 이루게 되는 것이다. 풀림용 스크루오거(65)를 구동시키는 구동수단(66)은 오거축(65a)을 구동시키도록 연결된 모터 따위로 구현되는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 오거축(65a)을 구동시키도록 연결된 실린더 따위로 구현될 수 있다.
냉각기(70)는 풀림가마(60)에서 제조된 탄화규소를 30~50℃에서 냉각하여 운반 및 보관이 용이하도록 하는 것으로서, 이러한 냉각기(70)는 풀림가마(60)에서 배출된 탄화규소의 이송을 안내하는 안내관(71), 이 안내관(71)으로 안내된 탄화규소를 냉각시키는 냉각관(72)을 포함한다. 안내관(71)은 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 배치되어 탄화규소의 수직 하강을 안내하고, 안내관(71)과 풀림가마(60)의 배출구(63) 사이에는 풀림과정 중 발생되는 증기를 강제로 배출시키도록 증기배출기(74)가 설치되며, 냉각관(72)은 안내관(71)의 말단부에 수평으로 연결되어 냉각수가 채워진 냉각수조(73)에 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 전체적인 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 호퍼(10)에 담긴 왕겨는 개폐도어(11)의 개방에 의하여 제1가마(20)로 배출되고, 호퍼(10)에서 유입된 왕겨는 제1가마(20)의 300~400℃에서 30분 동안 열처리되어 그 속에 남아 있는 수분이 증발되므로 체적이 감소되고 부분적인 탄화반응이 발생된다. 그리고 제1가마(20)의 개폐도어(23)를 개방하면 도 7에 도시된 바와 같이 열처리된 왕겨가 자중에 의하여 제2가마(30)로 자유낙하된다.
다음, 열처리된 왕겨는 제2가마(30)의 300~600℃, 바람직하게는 500~600℃에서 30분 동안 탄화되어 탄분으로 만들어므로 질량이 감소된다. 그리고 제2가마(30)의 로터리밸브(35)를 개방하면 도 7에 도시된 바와 같이 탄분이 자중에 의하여 제3가마(50)로 자유낙하된다.
여기서, 제1가마(20)와 제2가마(30)는 회전부재(40)에 의해 동시에 배출구(23)(33) 쪽이 하향으로 회전되므로 열처리된 왕겨와 탄화된 탄분을 빠른 속도로 자유낙하시키게 된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 액추에이터(43)를 직선 화살표 방향으로 작동시키면 회전프레임(41)과 제1가마(20) 및 제2가마(30)는 동시에 곡선 화살표 방향으로 회전되어 왕겨 및 탄분이 빠른 속도로 자유낙하되는 것이다.
이어서, 탄분은 제3가마(50)의 890℃에서 10분 동안 가열되어 분자 간의 결합력이 높아지면서 스크루오거(55)에 의해 풀림가마(60)로 이송된다.
계속해서, 제3가마(50)에서 이송된 탄분은 풀림가마(60)의 640℃에서 10분 동안 가열 및 냉각되는 과정을 통해 잔류 불순물이 제거된다. 즉, 탄분은 풀림용 스크루오거(65)의 회전으로 배출구(63) 방향으로 이송되다가 풀림용 홀(65c)을 통해 다시 흘러들어오는 과정을 반복하는 가열 및 냉각에 의하여 잔류 불순물이 제거되는 것이다.
마지막으로, 풀림가마(60)에서 제조된 탄화규소는 냉각기(74)를 통과하면서 냉각되어 운반 및 보관의 용이성을 제고시키게 된다. 특히, 풀림과정에서 발생되는 증기는 증기배출기에 의해 강제로 배출되고, 아직 온도가 높은 탄화규소는 냉각관을 지나면서 상온 냉각된다.
따라서, 본 발명은 무기질인 왕겨를 이용하여 종래 기술에 비해 비교적 중·저온에서 단시간 내에 반응시켜서 순도가 높은 탄화규소를 제조할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 호퍼 12, 25 : 개폐도어
20 : 제1가마 22 : 제1발열체
30 : 제3가마 32 : 제2발열체
35 : 로터리밸브 40 : 회전부재
41 : 회전프레임 42 : 회전축
43 : 액추에이터 50 : 제3가마
55 : 스크루오거 56 : 플렉시블호스
60 : 풀림가마 62 : 풀림발열체
65 : 풀림용 스크루오거 70 : 냉각기
74 : 증기배출기
20 : 제1가마 22 : 제1발열체
30 : 제3가마 32 : 제2발열체
35 : 로터리밸브 40 : 회전부재
41 : 회전프레임 42 : 회전축
43 : 액추에이터 50 : 제3가마
55 : 스크루오거 56 : 플렉시블호스
60 : 풀림가마 62 : 풀림발열체
65 : 풀림용 스크루오거 70 : 냉각기
74 : 증기배출기
Claims (7)
- 세척 및 건조된 왕겨를 담아 배출시키는 호퍼, 상기 호퍼에서 배출된 왕겨를 열처리하도록 내부에 제1발열체를 갖는 제1가마, 상기 제1가마에서 열처리된 왕겨를 탄화시키도록 내부에 제2발열체를 갖는 제2가마, 상기 제2가마에서 공급된 탄화물을 연소시켜서 분자 간의 결합력을 높이도록 내부에 제3발열체를 갖는 제3가마, 상기 제3가마에서 공급된 탄화물에 포함된 잔류 불순물을 제거하기 위해 반복적으로 가열냉각시키는 풀림가마, 상기 풀림가마에서 제조된 탄화규소를 냉각시키는 냉각기, 상기 왕겨의 자중에 의해 자유낙하되도록 제1가마 및 제2가마를 동시에 상하로 회전시키는 회전부재를 포함하되,
상기 회전부재는 제1가마와 제2가마를 연결하며 회전축을 갖는 회전프레임, 상기 회전프레임이 회전축을 중심으로 회전되도록 연결된 액추에이터를 포함하고,
상기 제1가마 및 제2가마는 내부가 빈 절두원추형으로 형성되어 가로축 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1가마 내지 제3가마 및 풀림가마는 스테인리스스틸로 이루어진 가마본체, 상기 가마본체의 내면과 외면에 각각 적층되어 가마본체 내부의 온도를 일정하게 유지하는 보온재, 상기 각 보온재의 표면에 코팅되어 내·외부의 열을 반사하는 반사판을 포함하는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 풀림가마는 탄분을 가열냉각하도록 구비된 풀림발열체를 더 포함하되, 상기 제1발열체 내지 제3발열체 및 풀림발열체는 탄소발열체를 이용한 관상발열체로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 호퍼의 배출구와 제1가마의 유입구, 상기 제2가마의 배출구와 제3가마의 유입구는 플렉시블호스로 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 풀림가마는 배출구가 상향으로 경사지게 배치되어 탄분을 교반 및 이송시키도록 풀림용 스크루오거가 회전가능하게 설치되고, 상기 풀림용 스크루오거의 스크루 중심에는 풀림용 홀이 형성되어 풀림가마의 배출구 방향으로 이송되는 탄분이 흘러들어온 후 다시 배출구 방향으로 이송되는 과정의 반복에 의하여 가열 및 냉각을 반복하는 것을 특징으로 하는 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020160079667A KR101752817B1 (ko) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020160079667A KR101752817B1 (ko) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101752817B1 true KR101752817B1 (ko) | 2017-06-30 |
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ID=59279431
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020160079667A KR101752817B1 (ko) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 왕겨를 이용한 탄화규소 제조장치 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101752817B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019156652A1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | Flexible auger configuration for transfer of materials |
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| KR100557676B1 (ko) * | 2005-11-22 | 2006-03-03 | 주식회사 월드이노텍 | 유기성 폐기물 탄화방법 및 그 장치 |
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2016
- 2016-06-24 KR KR1020160079667A patent/KR101752817B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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