KR101993209B1

KR101993209B1 - 이차전지 양극활물질 제조용 열처리로

Info

Publication number: KR101993209B1
Application number: KR1020180059442A
Authority: KR
Inventors: 안우성; 김찬욱; 최종규; 강신필
Original assignee: 주식회사 한화
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-06-27

Abstract

본 발명의 열처리로에 따르면, 롤러를 이용해 소재를 이송하며 상기 소재를 예열하는 예열존, 상기 예열존에서 예열된 상기 소재를 고온으로 가열하는 가열존, 상기 가열존에서 고온으로 가열된 상기 소재를 고온으로 유지하는 유지존, 고온으로 유지된 상기 소재를 냉각하는 냉각존이 마련되고, 노 내의 가스를 배출하는 배출관이 상기 유지존 중 상기 가열존 측 일부 구간에 해당하는 상류 구간 및 상기 가열존에 형성될 수 있다.

Description

이차전지 양극활물질 제조용 열처리로{HEAT TREATMENT KILN FOR FABRICATING CATHODE ACTIVE MATERIAL}

본 발명은 열처리로에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 소재를 예열하는 예열존과, 예열된 소재를 가열하는 가열존과, 가열된 소재를 고온으로 유지하는 유지존과, 고온의 소재를 냉각하는 냉각존을 포함하여 구성된 열처리로이다.

일반적으로 열처리로는 금속이나 비금속 소재에 고온의 열을 가하여 물성을 향상시키는 목적으로 사용되는 장치로써, 열원에 따라 석탄, 기름 및 가스를 연소시켜 열을 발생시키는 연소로와, 전기 히터를 사용하는 전기로와, 복사 방식의 열전달을 이용하는 레이디언트 관로가 있으며, 소재의 흐름에 따라 연속식 롤러허스형 열처리로와 배치식 열처리로로 구분되며, 세라믹소결, 메탈+세라믹소결, 은소부로, ITO(인듐틴옥사이드) 파우더 소결, 법랑소성, 이차전지 재료의 소성 등 다양한 분야에 사용된다.

이 중 연속식 롤러허스형 열처리로는 보통 상온의 소재를 100℃ 내외로 예열하는 예열존과, 상기 예열존에서 예열된 소재를 고온 상태로 유지하는 유지존과, 열처리가 끝난 소재를 냉각하는 냉각존을 포함하여 구성되는데, 상기 예열존과 유지존에 공급해주는 기체는 분위기 가스가 주로 사용된다.

종래 연속식 롤러허스형 열처리로는 한국등록특허공보 제0009592호에 개시되어 있는 터널 킬른이 있으며, 상기 특허에는 소성용 대차 상에 적재한 피소성물 사이에 연소실로서의 공간을 마련하여 소성을 행하는 형식의 터널킬른에 있어서, 예열대 저온측의 순환가스 흡인구와 고온측 가스 토출구 간에 노 외부의 증열장치 및 순환 팬을 설치하고, 이들과 예열대 노내를 연통시키는 덕트를 설비함과 동시에 냉각대의 노 외부에 순환팬을 설치하여 이 순환팬과 냉각대 노 내부를 덕트의 기재로 연통시켜서 되는 터널 킬른이 개시되어 있다.

한국등록특허공보 제0009592호

본 발명은 소재가 열처리되는 내부 분위기를 균일하게 유지할 수 있는 이차전지 양극활물질 제조용 열처리로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 열처리로는 노 내의 가스를 배출하는 배출관이 유지존의 상류 구간 및 가열존에 형성되므로, 노 내의 가스 배출을 원활하게 한 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 하부 배출관이 노의 바닥에 형성되므로 이차전지 양극활물질 제조 과정에서 생성된 이산화탄소가 원활하게 배출될 수 있다.

본 발명에 따르면, 하부 배출관의 노의 바닥 가운데에 형성되고, 복수의 상부 배출관이 노의 천장에 형성되므로 노 내의 분위기가 균일하게 유지될 수 있다. 또한, 복수의 상부 배출관으로 인해 노 내의 분위기를 균일하게 유지하는 범위 내에서 넓은 내부 공간을 갖도록 노를 확장할 수 있으므로, 많은 개수의 소재를 한꺼번에 열처리할 수 있는 효과가 있다.

복수의 소재를 동시에 열처리하기 위해, 각 소재를 적층시키는 수단으로 새거가 이용될 수 있다. 이때, 새거의 측면에는 개구부가 형성되므로 외부로부터 공급된 공기 또는 산소 등의 분위기 가스가 소재에 원활하게 접촉되고 소재 상에 이차전지 양극활물질이 원활하게 생성될 수 있다.

본 발명의 열처리로는 온도 편차, 가스분포 편차, 가스압 편차 등이 일정하게 유지되는 균일한 분위기를 형성함으로써, 소재의 수율 개선에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전체구성개략도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 열처리로의 단면도
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 열처리로의 단면도
도 4와 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 열처리로의 열분포도
도 6과 도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 열처리로의 열분포도
도 8은 공급관이 측면에 형성된 열처리로.
도 9는 열처리로에 삽입되는 새거의 적층 상태를 나타낸 개략도
도 10은 본 발명의 열처리로를 나타낸 개략도
도 11은 본 발명의 새거를 나타낸 개략도
도 12는 하부 공급관을 나타낸 단면도
도 13은 하부 배출관을 나타낸 개략도
도 14는 본 발명의 노블럭을 나타낸 개략도

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명은 열처리로에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 소재를 예열하는 예열존과, 예열된 소재를 가열하는 가열존과, 가열된 소재를 고온으로 유지하는 유지존과, 고온의 소재를 냉각하는 냉각존을 포함하여 구성된 연속식 롤러허스형 열처리로이다.

본 발명에 의한 연속식 롤러허스형 열처리로는 롤러를 이용해 소재를 이송하며 소재를 예열하는 예열존과, 상기 예열존에서 예열된 소재에 고온으로 열처리를 행하는 유지존과, 고온의 소재를 냉각하는 냉각존을 포함하여 구성된 열처리로에 있어서, 상기 예열존과 유지존 사이에는 가열존이 형성되어 소재에 고온으로 가열을 하며, 상기 예열존과 가열존에는 상온의 가스 및 예열된 가스를 노(열처리로) 내에 주입하되, 고온 가스가 이동되는 방향대로 공급관을 노의 바닥면에 형성하고 배출관은 노의 천장에 형성하여 처리물이 분위기 가스에 원활히 반응토록 하였다.

또한, 상기 공급관에 공급하는 가스는 노 내를 관통하는 관통관을 통해 예열한 뒤 노 내로 공급함으로써 가스가열에 따른 비용을 줄인 것이 특징이다.

도 1은 본 발명의 전체구성개략도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 열처리로의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 열처리로의 단면도이며, 도 4와 도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 열처리로의 열분포도이고, 도 6과 도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 열처리로의 열분포도이다.

본 발명에 의한 연속식 롤러허스형 열처리로는 롤러(6)를 이용해서 소재(9)를 이송하며 소재를 예열하는 예열존(1)과, 상기 예열존(1)에서 예열된 소재(9)에 고온으로 열처리를 행하는 유지존(3)과, 고온의 소재(9)를 냉각하는 냉각존(4)을 포함하여 구성된 열처리로에 있어서, 상기 예열존(1)과 유지존(3) 사이에는 가열존(2)이 형성되어 소재에 고온으로 가열을 하며, 상기 예열존(1)과 가열존(2)에는 고온의 가스를 노 내에 주입하되, 고온 가스가 이동되는 방향대로 공급관(10)을 노의 바닥면에 형성하고 상부 배출관(11)은 노의 천장에 형성하여 가스순환에 따른 동력손실을 최소화한 것이 특징이다.

롤러(6)는 소재를 받치는 받침 기능을 수행하거나, 소재를 받치는 벨트를 움직이는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명은 롤러(6)로서 소재(9)를 이송함으로써 소재(9)의 이송속도의 조절이 용이하고 소재(9)의 전,후 또는 상,하에 관계없이 균일하게 열처리가 이루어질 수 있으며, 또한 본 발명의 주된 특징 중 하나는 예열존(1)과 유지존(3) 사이에 가열존(2)을 형성하여 소재의 온도를 급격히 상승시키게 되는 것으로서, 소재(9)는 예열존(1)에서 통상 100℃ 내외로 가열되고 이때에는 120℃ 내외의 고온가스를 이용하여 소재(9)를 예열한다.

이후 가열존(2)에서는 전기 히터(7)로서 소재의 온도를 950~1250℃까지 상승시키게 되고, 이후 유지존(3)에서는 소재의 온도를 가열존(2)과 비슷한 온도로 유지시켜 열처리를 행하며, 최종적으로 냉각존(4)에서는 저온의 가스를 이용해 소재를 냉각시킨다.

상기 예열존(1)과 가열존(2)에는 냉각존(4)에서 소재 냉각에 사용되고 난 후의 고온의 가스를 주입하게 되는데, 필요시 가스 온도를 높이기 위해 별도의 가열장치가 부가 구성될 수도 있다.

또한, 상기 예열존(1)과 가열존(2)에 가스를 주입하는 공급관(10)을 노의 바닥면에 형성하고 상부 배출관(11)을 노의 천장에 형성하여 고온의 공기는 위로 올라가려고 하기 때문에 공급관(10)을 통해 들어온 가스는 소재(9)와 열교환이 이루어지고 상부 배출관(11)을 통해 자연스럽게 배출된다.

도 2를 참조하면, 도 2에 도시된 제1실시예에 의하면 복수의 공급관(10)이 노의 바닥부에 형성되고 상부 배출관(11)은 하나의 통로를 통해서만 배출되도록 구성된다. 이러한 제1실시예의 경우 가스 배출에 따른 열손실을 줄일 수 있으나 도 4와 도 5에 나타나듯이 온도의 편차가 크게 나타난다. 즉, 노의 중심부에는 상대적으로 고온인 반면 노의 양끝에는 상대적으로 저온이어서 소재에 대한 열처리 효율이 떨어지게 된다.

이에 비해 도 3에 도시된 제2실시예의 경우 가스를 공급하는 공급관(10)을 3개 구성하고 가스를 배출하는 상부 배출관(11)을 2개 구성하여 가스 배출에 따른 열손실은 제1실시예에 비해 많아지나 도 6과 도 7에 나타나듯이 노 내의 온도편차를 줄일 수 있다. 이러한 경우 가스의 배출이 신속히 이루어지고 이에 따라 소재 전체를 더욱 균일하게 열처리할 수 있다.

이때, 상기 공급관(10)을 3개를 초과하여 구성하거나 상부 배출관(11)을 2개를 초과하여 구성할 경우 가스의 공급량과 배기량이 많아져 노 내의 온도를 유지하는데 더욱 많은 에너지가 필요하며, 공급관(10)을 3개 미만으로 구성하고 상부 배출관(11)을 1개로 구성할 경우 가스 배출이 늦어져 노 내의 온도편차가 커질 수 있다.

또한, 공급관(10) 하나에 분기관(13)을 3개 구성하여 3개의 공급관(10)에서 총 9개의 분기관(13)으로 가스가 공급됨으로써 열전달율을 높이고 노 내의 온도편차를 최소화할 수 있다.

또한, 열처리로의 경우 가스 배출이 신속하게 일어나지 않으면 소재의 열처리 효과가 떨어질 수 있어 2개의 상부 배출관(11)으로 인해 상대적으로 빠른 가스의 급배기가 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 상부 배출관(11)의 일측에는 배출되는 가스의 온도를 측정할 수 있는 온도감지센서가 부착할 수 있으며, 두 개의 상부 배출관(11)에서 배출되는 가스의 온도를 평균화하여 상기 가스의 온도가 상대적으로 낮다면 공급관(10)에서 공급하고 배기관(11)에서 배출하는 가스의 유량을 줄이고, 상기 가스의 온도가 상대적으로 높다면 공급하고 배기하는 가스의 유량을 늘리는 것이 바람직하다.

가스를 공급하는 공급관은 노의 측면에도 형성할 수 있는데, 상기 공급관에 공급하는 가스는 도 8에 나타나듯이 노 내로 관통하는 관통관(14)을 통해 예열한 뒤 노 내로 공급함으로써 가스의 온도를 높이기 위한 비용을 줄일 수 있다. 즉, 노의 외벽은 아무리 단열재로 단열시킨다고 하더라도 외부와 열교환이 일어날 수밖에 없으며 이로써 노의 외벽 온도가 낮을수록 열손실이 줄어들게 된다. 따라서, 상기 관통관(14)을 통해 노의 외벽 온도를 낮추게 되면 상대적으로 열손실을 줄이게 되는 효과를 얻을 수 있다.

실험 결과에 따르면, 열처리로의 폭 방향을 따라 복수의 배출관(11, 18)이 형성된 경우, 열처리로 내의 온도 편차가 줄어드는 것으로 나타났으나, 현장에 적용한 결과 소재(9)의 수율 개선이 미미한 것으로 확인되었다. 수율 개선을 위해, 배출관을 복수로 형성하는 것뿐만 아니라 열처리로 내에 존재하는 온도 편차, 가스압 편차 등을 획기적으로 줄일 수 있는 방안이 요구된다.

온도 편차, 가스 분포 편차, 가스압 편차 등이 줄어들면, 소재의 열처리 품질이 균질해지는 효과가 있다. 또한, 온도 편차, 가스압 편차 등이 줄어들면, 소재가 수용되는 노의 내부 공간이 확장되어도 무방하다. 확장된 내부 공간이 제공되면, 노 내부로 투입되는 소재의 개수를 증가시킬 수 있으므로, 대량 생산에 유리하다.

도 9는 열처리로에 삽입되는 새거의 적층 상태를 나타낸 개략도이다. 도 10은 본 발명의 열처리로를 나타낸 개략도이고, 도 11은 본 발명의 새거를 나타낸 개략도이다. 도 12는 하부 공급관을 나타낸 단면도이고, 도 13은 하부 배출관을 나타낸 개략도이다. 도 14는 본 발명의 노블럭을 나타낸 개략도이다.

노(kiln)(30) 상측에 1개의 배출관이 마련된 실시예의 경우, 온도 편차, 가스 분포 편차 등으로 인해 도 9의 (a)처럼, 새거(sagger)(5)를 가로 4줄, 세로 2줄만큼 적층하는 것이 한계이다. 대량 생산을 위해, 적층되는 새거(5)의 개수를 도 9의 (b)처럼, 가로 6줄 이상, 세로 3줄 이상으로 늘리기 위해서는 노(30) 내부의 온도 편차 및 가스 분포 편차 등이 개선되어야 한다.

리튬 이차전지에서 양극활물질은 합성전 물질준비 방법과 합성공정에 의존적이다. 대량 생산을 위해 소성로를 이용해 고상반응으로 양극활물질을 생산하는 방법이 채택되고 있다.

열처리로를 이용한 소성로 공정은 먼저 가루로 만들어 잘 혼합한 전구체를 다공성 세라믹 용기(새거)에 넣고 고온의 부위기의 소성로에서 합성하는 방법이다. 소성로내 온도, 분위기 가스와 합성 시간에 따라 얻어지는 양극활물질의 입자 크기와 분포, 결정 구조가 달라지기 때문에 소성로 내부의 온도 분포와 반응 가스의 유동 상태 조절이 매우 중요하다.

LiCoO₂(리튬코발트산화물) 등의 양극활물질은 합성이 용이하고 전위변화가 완만하며 전도성이 우수해 이차전지에서 주로 사용된다.

LiCoO₂의 구조는 산소 이온이 A-B-C 적층으로 배열된 기본 결곡을 갖고 있으며 음이온 및 양이온의 수가 같고, 리튬 이온과 코발트 이온이 각각 산소 팔면체 공간에 나란한 단독층을 형성하고, 이것이 교대로 적층하여 육방정계형의 초격자를 구성하는 것이 특징이다. LiCoO₂는 저온(400℃)에서 합성하면 스피넬 구조를, 고온(750℃)에서 합성하면 층상 구조를 이룬다. 스피넬 구조는 리튬 이온과 코발트 이온이 혼재되어 리튬 이온의 삽입과 탈리에 필요한 채널이 이루어지지 않으므로, 고온에서의 합성을 통한 층상 구조의 결정 구조를 이루는 것이 바람직하다.

6Li₂CO₃ + 4Co₃O₄ + O₂ → 12LiCoO₂ + 6CO₂ : 화학식1

LiCoO₂가 형성되는 전체 반응식은 위의 화학식1과 같이 나타낼 수 있다. 결정 구조 형성에 영향을 미치는 두가지 요인이 존재하는데, 한가지는 온도이고, 다른 한가지는 반응식에서 알 수 있는 바와 같이 O₂와 생성물인 CO₂의 분압이다.

600℃ ~ 800℃에서 합성시, 고온일수록 LiCoO₂의 입자 분포가 균일해진다. 900℃ 이상의 온도에서 오히려 LiCoO₂ 입자 분포가 불규칙하고 리튬 이온 또한 증발하여 결정에 악영향을 준다. LiCoO₂ 입자 크기를 줄이고 원활한 합성 반응을 위해서 CO₂ 분압은 낮은 것이 좋고, O₂ 분압은 높은 것이 좋다. CO₂ 분압이 높아지면 LiCoO₂의 형성이 어려울 수 있다.

가스 분포 편차를 개선하기 위해, 노(30) 내의 가스를 배출하는 배출관(11, 18)은 유지존(3) 중 가열존(2) 측 일부 구간에 해당하는 상류 구간 ⓤ 및 가열존(2)에 형성될 수 있다.

가열존(2)에는 탄산리튬(Li₂CO₃), 산화코발트(Co₃O₄), 산소(O₂)가 존재할 수 있다. 일 예로, 탄산리튬, 산화코발트, 산소는 가스 상태로 가열존(2)에 주입될 수 있다. 또는, 탄산리튬, 산화코발트는 소재(9) 상에 도포되고, 소재(9)와 함께 가열존(2)에 투입될 수 있다. 탄산리튬, 산화코발트는 소재(9) 자체가 될 수도 있다.

탄산리튬, 산화코발트, 산소 간의 화학 반응의 부산물, 특히 이산화탄소(CO₂)의 분압을 낮추기 위해, 배출관(11, 18)은 하부 배출관(18)을 포함할 수 있다.

하부 배출관(18)은 노(30) 내에 위치한 소재(9)보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 또는, 하부 배출관(18)은 노(30) 내에서 소재(9)를 지지하는 지지 수단(40)보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 지지 수단(40)은 앞에서 설명된 롤러(6) 또는 벨트를 포함할 수 있다.

공기보다 무거운 이산화탄소는 노(30) 내에서 아래로 하강하고, 하부 배출관(18)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이산화탄소가 배출되는 하부 배출관(18)에 따르면, 노(30) 내의 이산화탄소 분압이 낮아질 수 있다.

노(30) 내의 이산화탄소 분압이 균일해지도록, 하부 배출관(18)은 노의 바닥 가운데에 형성될 수 있다. 구체적으로, 소재(9)가 제1 방향 ①을 따라 이송될 때, 하부 배출관(18)은 제1 방향 ①에 수직한 제2 방향 ② 상으로 노(30)의 가운데에 형성될 수 있다.

배출관(11, 18)은 노(30)의 천장에 형성된 상부 배출관(11)을 포함할 수 있다.

하부 배출관(18)은 가열존(2) 및 상류 구간 ⓤ에 걸쳐 형성될 수 있다. 상부 배출관(11)은 가열존(2)으로부터 상류 구간 ⓤ까지의 구간 중 가열존(2)의 가운데 ⓒ 구간에만 형성될 수 있다. 가열존(2)의 입구 부분과 출구 부분에는 상부 배출관(11)이 배제될 수 있다.

가열존(2) 가운데의 ⓒ 구간에서 공기보다 가벼운 각종 배기 가스가 발생될 수 있다. ⓒ 구간에 형성된 상부 배출관(11)을 통해 해당 불순물 가스가 외부로 배출될 수 있다.

상부 배출관(11)의 설치 위치가 가열존(2) 및 상류 구간 ⓤ에 걸쳐 형성되면, 상부 배출관(11)을 통해 산소가 지나치게 배출되어 산소의 분압이 낮아질 수 있다. 본 실시예에 따르면, ⓒ 구간에만 상부 배출관(11)이 형성되므로, 산소의 분압이 낮아지는 현상이 최소화될 수 있다.

가스 분포의 균일도를 유지하기 위해 상부 배출관(11)은 소재(9)의 흐름 방향에 수직한 제2 방향 ② 상으로 복수로 형성될 수 있다. 이때, 복수의 상부 배출관(11)은 노(30)의 중심을 기준으로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 이 경우, 도 5, 도 7과 같이 노 내의 가스 분포가 균일해지고, 온도 편차가 줄어들 수 있다. 가스 분포의 균일도 및 온도 편차의 개선을 통해 소재가 흐르는 노 내부 공간을 확장할 수 있다. 따라서, 확장된 노 내부 공간을 이용해 보다 많은 개수의 새거를 실어보낼 수 있다.

새거(saager)(5)는 소재(9)가 수납된 채로 노(30)에 투입될 수 있다. 복수로 적층된 새거로 인해 각 소재의 화학 반응이 제한되지 않도록, 새거는 특수한 구조로 형성될 수 있다.

새거(5)는 소재(9)를 지지하는 바닥부(51), 바닥부(51)를 둘러싸는 벽부(53)를 포함할 수 있다.

벽부(53)는 다른 새거를 지지할 수 있도록, 바닥부(51)로부터 돌출 형성될 수 있다. 벽부(53)의 측면에는 바닥부(51) 상에 형성된 소재의 수용 공간과 외부를 소통시키는 개구부(57)가 형성될 수 있다.

일 예로, 벽부(53)에는 다른 새거를 지지하는 복수의 지지부(55)가 마련될 수 있다.

개구부(57)는 복수의 지지부(55) 사이에 형성되며, 지지부(55)로부터 움푹 파인 홈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 벽부(53)의 평면 형상이 가상의 다각형의 각 변을 형성할 때, 지지부(55)는 가상의 다각형의 꼭지점 부분에 형성될 수 있다.개구부(57)는 가상의 다각형의 각 변의 가운데에 형성될 수 있다.

공급관(10)으로부터 주입된 산소, 공기 등의 반응 가스는 개구부(57)를 통해 소재에 접촉되며, 화학식1과 같이 화학 반응할 수 있다.

화학 반응에 필요한 산소 또는 공기는 고온으로 가열된 상태에서 노(30) 내로 주입되는 것이 좋다. 가열존(2)에 산소 또는 공기를 주입하는 공급관(10)이 마련될 때, 공급관(10)은 노(30)를 형성하는 노벽(31)의 외면으로 입력될 수 있다.

노벽(31)의 외면으로 입력된 공급관(10)은 노벽(31)의 내부에서 노벽(31)을 따라 설정 길이만큼 연장된 후 노벽(31)의 내면에 노출될 수 있다. 일 예로, 도 12와 같이 하부 공급관(17)은 노벽(31)의 내부에서 제1 방향 ①을 따라 설정 길이만큼 연장될 수 있다.

노벽(31)의 내면에 노출된 공급관(10)의 단부에는 산소 또는 공기가 토출되는 토출구(19)가 형성될 수 있다. 노벽(31) 내부에서 노벽(31)을 따라 연장되는 공급관(10)은 고온으로 가열된 노벽(31)에 의해 가열될 수 있다. 노벽(31)에 의해 가열된 공급관(10)은 내부에 흐르는 산소 또는 공기를 가열할 수 있다. 공급관(10)에 의해 가열된 상태로 노(30) 내부로 토출되는 산소 또는 공기는 소재(9)와 쉽게 화학 반응할 수 있다.

가열존(2)에는 고온의 가스를 주입하는 하부 공급관(17)이 노(30)의 바닥면에 형성될 수 있다.

하부 공급관(17)은 소재(9)의 흐름 방향에 수직한 제2 방향 ② 상으로 노(30)의 가운데에 배치되는 제1 공급관(21), 제2 방향 ② 상으로 노(30)의 가장자리에 배치되고 제1 공급관(21)을 기준으로 대칭되는 위치에 배치되는 복수의 제2 공급관(22)을 포함할 수 있다.

제1 공급관(21)과 제2 공급관(22)으로부터 출력되는 가스의 양을 조절하는 제어부가 마련될 수 있다.

제1 공급관으로부터 출력된 가스는 곧바로 배출관이 형성된 노의 천장을 향해 움직이는 반면, 제2 공급관으로부터 출력된 가스는 노의 내측벽을 타고 돌아서 배출관으로 이동한다. 그 결과, 제1 공급관 출력 가스가 제2 공급관 출력 가스보다 먼저 배출관에 도달하게 된다.

배출관에 도달하는 시간차로 인해, 노의 가장자리에는 공급관으로부터 출력된 가스가 장시간 머무르고, 노의 가운데에는 공급관으로부터 출력된 가스가 단시간 머무르게 된다. 노 내에 머무르는 시간의 차이로 인해, 가스의 성분 등 가스의 질이 달라질 수 있다. 가스의 질이 구역별로 달라지면, 균일한 온도 분포, 균일한 가스압, 균일한 가스 분포량이 달성되더라도 수율이 개선되기 어렵다.

노 내의 구역에 상관없이 균일한 질의 가스가 모든 구역에 존재하도록 제어부가 이용될 수 있다.

제어부는 제1 공급관(21)으로부터 출력된 가스가 배출관에 도달되는 시간과 제2 공급관(22)으로부터 출력된 가스가 배출관에 도달되는 시간이 동일하도록, 제1 공급관으로부터 출력되는 가스의 양과 제2 공급관으로부터 출력되는 가스의 양을 다르게 조절할 수 있다.

일 예로, 제어부는 제1 공급관으로부터 출력되는 가스의 양을 제2 공급관으로부터 출력되는 가스의 양보다 적게 조절할 수 있다.

제어부에 따르면, 제1 공급관으로부터 출력된 가스와 제2 공급관으로부터 출력된 가스가 노 내에 머무는 시간이 균일해지므로, 가스의 질이 균일하게 유지될 수 있다. 균일하게 유지되는 가스의 질로 인해 소재의 수율이 개선될 수 있다.

노(30)는 복수의 노블럭(60)이 서로 연결된 것일 수 있다.

노블럭(60)에는 배출관(11, 18), 공급관(10)이 형성될 수 있다.

소재의 흐름 방향에 해당하는 제1 방향 상으로 배출관과 공급관은 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.

복수의 노블럭(60)이 서로 연결되면, 배출관과 공급관은 제1 방향 상으로 교번하게 배치될 수 있다.

노블럭(60)에는 가스가 배출되는 상부 배출관(11) 및 하부 배출관(18), 고온의 가스가 공급되는 상부 공급관(15)과 측부 공급관(16)과 하부 공급관(17), 소재를 가열하는 상부 히터 및 하부 히터가 마련될 수 있다.

상부 배출관(11)은 노블럭(60)의 천장에 형성될 수 있다.

하부 배출관(18)은 노블럭(60)의 바닥면에 형성될 수 있다.

상부 공급관(15)의 토출구(19)는 소재를 지지하는 지지 수단(40)의 상측에 배치될 수 있다.

측부 공급관(16)의 토출구(19)는 노블럭(60)의 내측면에 형성될 수 있다.

하부 공급관(17)의 토출구(19)는 노블럭(60)의 바닥면에 형성될 수 있다.

상부 히터는 지지 수단(40)의 상측에 형성될 수 있다.

하부 히터는 지지 수단(40)의 하측에 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1...예열존 2...가열존
3...유지존 4...냉각존
5...새거 6...롤러
7...히터 9...소재
10...공급관 11...상부 배출관
13...분기관 14...관통관
15...상부 공급관 16...측부 공급관
17...하부 공급관 18...하부 배출관
19...토출구 21...제1 공급관
22...제2 공급관 30...노
31...노벽 40...지지 수단
51...바닥부 53...벽부
55...지지부 57...개구부
60...노블럭

Claims

롤러를 이용해 소재를 이송하며 상기 소재를 예열하는 예열존, 상기 예열존에서 예열된 상기 소재를 고온으로 가열하는 가열존, 상기 가열존에서 고온으로 가열된 상기 소재를 고온으로 유지하는 유지존, 고온으로 유지된 상기 소재를 냉각하는 냉각존이 마련되고,
노 내의 가스를 배출하는 배출관이 상기 유지존 중 상기 가열존 측 일부 구간에 해당하는 상류 구간 및 상기 가열존에 형성되며,
상기 노 내에는 상기 소재의 상측에 배치되는 상부 히터 및 상기 소재의 하측에 배치되는 하부 히터가 마련되고,
상기 배출관은 상기 노의 천장면에 개구된 상부 배출관 및 상기 노의 바닥면에 개구된 하부 배출관을 포함하고,
상기 가열존에 산소 또는 공기를 주입하는 공급관은 상기 소재의 상측에 배치되는 상부 공급관, 상기 노의 측면에 배치되는 측부 공급관, 상기 소재의 하측에 배치되는 하부 공급관을 포함하며,
상기 상부 배출관은 상기 소재의 흐름 방향에 수직한 제2 방향 상으로 상기 노의 중심을 기준으로 대칭되는 위치에 복수로 형성되며,
상기 하부 배출관은 상기 제2 방향 상으로 상기 노의 바닥면의 가운데에 형성되며,
상기 공급관은 상기 노를 형성하는 노벽의 외면으로 입력되며,
상기 공급관은 상기 노벽의 내부에서 상기 노벽을 따라 설정 길이만큼 연장된 후 상기 노벽의 내면에 노출되고,
상기 노벽의 내면에 노출된 상기 공급관의 단부에는 상기 산소 또는 상기 공기가 토출되는 토출구가 형성되며,
상기 소재의 흐름 방향에 해당하는 제1 방향을 따라 볼 때, 상기 상부 배출관이 상기 노의 천장면에 개구된 부분과 상기 상부 공급관의 토출구는 상기 제1 방향 상으로 교번하게 배치되고,
상기 제1 방향 상으로 상기 하부 배출관이 상기 노의 바닥면에 개구된 부분과 상기 하부 공급관의 토출구는 상기 제1 방향 상으로 교번하게 배치되는 열처리로.
제1항에 있어서,
상기 노는 복수의 노블럭이 서로 연결된 것이고,
상기 노블럭에는 상기 상부 배출관, 상기 하부 배출관, 상기 상부 공급관, 상기 측부 공급관, 상기 하부 공급관, 상기 상부 히터 및 상기 하부 히터가 마련되며,
상기 상부 공급관의 토출구는 상기 소재를 지지하는 지지 수단의 상측에 배치되고,
상기 측부 공급관의 토출구는 상기 노블럭의 내측면에 형성되며,
상기 하부 공급관의 토출구는 상기 노블럭의 바닥면에 형성되고,
상기 상부 히터는 상기 지지 수단의 상측에 형성되며,
상기 하부 히터는 상기 지지 수단의 하측에 형성되는 열처리로.
제1항에 있어서,
상기 하부 배출관은 상기 가열존 및 상기 상류 구간에 걸쳐 형성되며,
상기 상부 배출관은 상기 가열존으로부터 상기 상류 구간까지의 구간 중 상기 가열존의 가운데에만 형성된 열처리로.
제1항에 있어서,
상기 소재가 수납된 채로 상기 노에 투입되는 새거(sagger)가 마련되고,
상기 새거는 상기 소재를 지지하는 바닥부, 상기 바닥부를 둘러싸는 벽부를 포함하며,
상기 벽부는 다른 새거를 지지할 수 있도록, 상기 바닥부로부터 돌출 형성되고,
상기 벽부의 측면에는 상기 바닥부 상에 형성된 상기 소재의 수용 공간과 외부를 소통시키는 개구부가 형성된 열처리로.
제1항에 있어서,
상기 공급관은 상기 소재의 흐름 방향에 수직한 제2 방향 상으로 상기 노의 가운데에 배치되는 제1 공급관, 상기 제2 방향 상으로 상기 노의 가장자리에 배치되고 상기 제1 공급관을 기준으로 대칭되는 위치에 배치되는 복수의 제2 공급관을 포함하며,
상기 제1 공급관과 상기 제2 공급관으로부터 출력되는 가스의 양을 조절하는 제어부가 마련되고,
상기 제어부는 상기 제1 공급관으로부터 출력된 가스가 상기 배출관에 도달되는 시간과 상기 제2 공급관으로부터 출력된 가스가 상기 배출관에 도달되는 시간이 동일하도록, 상기 제1 공급관으로부터 출력되는 가스의 양과 상기 제2 공급관으로부터 출력되는 가스의 양을 다르게 조절하는 열처리로.
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