KR102000820B1 - 가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로. - Google Patents

Abstract

본 발명은 저산소 혹은 환원 GAS 분위기에서 소성하는 로의 대부분이 로의 밀폐가 어려워서 연속식보다 벳지(Batch) 방식으로 작업을 하는데 본 발명은 연속 소성로를 설계하고자 할 경우 입.출구부의 회전하는 로(Kiln) 본체(Shell)와 고정된 멘탈부 사이의 시링(Sealing) 장치 설계의 설계 포인트에 관한 것이다.

Description

가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로.{Rotary Kiln}

본 발명은 저산소 혹은 환원 GAS 분위기에서 소성하는 로의 대부분이 로의 밀폐가 어려워서 연속식보다 1회용(Batch)방식으로 작업을 하는데, 본 발명은 연속 식으로 사용 가능한 소성로를 가스손실을 최소화 시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로에 관한 것이다.

현재 연속식 소성로의 일반적인 방법은 원통회전식의 연속소성로(Rotary Kiln)방식이 가장 많이 활용되고 있고, 도1에 일반적인 원통회전식의 연속소성로를 예시하고 있다.

또한 일반적인 저산소 분위기하의 원통회전식의 연속소성로의 경우에는 멘탈과 로 본체의 연결부를 서로 끼워 넣는 방식으로 밀폐(Sealing)부를 형성하여, 공기의 유입을 어렵게 하는 정도의 간단한 구조로 하고, 내부에 연소 배기가스(GAS)를 공급하는 방식을 사용하기도 한다.

상기 원통회전식의 연속 소성로의 끼워넣는 방식의 밀폐구조는 도2에 예시되어지고 있다.
또한 환원 분위기 혹은 저산소 분위기 연속소성을 위하여서는 대부분 외열식 원통회전식의 연속소성로 방식을 사용하고 있고, 도3과 도4에 그 일례를 예시하고 있다.

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현재 일반적으로 로 내.외부의 공기 유동을 차단하기 위한 입.출구 멘탈과 로 본체의 밀폐(Sealing)부를 대부분 가공조립 공차(여유)를 최대한 적게 하여 조립하는 방법을 사용하는데 이는 도5의 본체 실링 상세도의 A1, A2, A3 부에 그 일례를 예시하고 있다.

또한 중소형의 외열식 원통회전식의 연속소성로의 경우에는 입.출구 멘탈과 연결 접촉부를 열변형(팬창)을 고려한 칫수로 정밀하게 기계가공하여 조립하고 내부를 미세하게 대기압 이상의 분위기로 하여줌으로써 외부공기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 구조로 하고 있다.

도6과 도7에서 가장 많이 사용되고 있는 일본 메이커의 고온 고 밀폐형 외열식 원통회전식의 연속소성로의 외형사진과 구조도면을 예시한다.

통상 저온 열처리 장치의 경우에는 상기 방식의 틈 사이에 충진채(패킹재)를 삽입하여 그 효과를 상승시키기도 한다.

그러나 대부분 로 내부의 압력을 대기압 이상으로 유지하도록 하기 위하여 환원 가스를 과다하게 공급하여 밀폐부로 미량의 가스가 외부로 누출되게 하는 방식으로 운전하고 있다.

그러나 이러한 장치들의 문제점은 열 팽창을 계산한 간격(여유공간 칫수)이 이론과 같지 않아서 기계적인 구조만으로는 완전한 밀폐(Sealing)가 거의 불가능하고, 내부를 외부보다 높은 압력을 유지함에 따라 내부의 가스가 외부로 누출되어 손실비용이 많고, 도1,3,7과 같은 일반 원통회전식의 연속소성로는 2점 지지(2 Tire type)방식으로 하여 외부 가열 구간이 그만큼 좁아지게 됨으로 로를 더 크게 만들어야 하는 문제점이 있다.

또한 밀폐를 위하여 정교하게 가공하기가 어렵고 또한 정밀가공을 위하여 정밀기계로 가공하기에는 크기가 대부분 너무 크고 그에 따르는 가공 비용이 너무 많이 소요된다

또한 이러한 밀폐부의 접촉 부분의 마모가 심하고 소음과 구동 동력이 더 소요되는 등 설비 운전의 불안요소가 많다.

따라서 본 발명에서는, 저산소 혹은 환원 가스(GAS)분위기에서 소성하는 가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로를 제공하기 위한 것이다.

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이를 위하여 본 발명에서는 원통회전식의 연속소성로의 외부에 필요온도까지 가열하기 위한 가열실을 설치한다.

상기 가열실의 내부는 내화재로 시공되어 지며 가열방법은 오일(Oil) 혹은 가스를 연소시키는 방법과 전기 히터(Heater)를 사용하는 방법으로 구분하였다.

본 발명에서는 에너지 손실을 줄이기 위하여 전기 히터 방식을 사용하였다.

또한 원료 투입구측 로 본체를 막음 후렌지 방식으로 막았다.

또한 원료공급부, 환원 가스 투입부, 본체 구동부를 한 곳에 집중시킨 구조로 하여, 최대한 기밀을 유지할 수 있도록 하였다.

또한 로 배출부의 시링부의 흔들림을 방지하고, 2점 지지로 인한 타이어(Tire) 구간의 열 면적 손실을 줄이기 위하여 상기 5)# 부분을 축 지지 방식 120 으로 하여 Bearing으로 고정지지한다.

제품출구 멘탈부 300의 시링은 최대한 정교하게 가공하고 접촉면을 넓게 하여 그 사이에 고온에 견딜 수 있는 패킹재(Packing)를 삽입 충진한다.

배기 GAS부는 싸이크론(Cyclon) 집진기와 Bag Filter식 집진기를 함께 사용하여 배 GAS의 냉각과 집진(포장)효과를 상승시키도록 한다.

배기Fam 430으로 흡입한 배 GAS는 Kiln 출구 멘탈부로 순환하여 사용할 수도 있다.

따라서 연속소성이 가능하게 되는 것이고, 저비용으로 고효율을 기대할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 일반적인 로터리 킬른의 일 실시 예
도 2는 종래 일반적인 외열식 로터리킬른(Rotary Kiln)의 원료 투입구 실링의 일실시예
도 3 및 도4는 종래 환원 분위기 혹은 저산소 분위기 하에서 연속소성을 위한 외열식 Rotary Kiln 방식의 일실시예
도 5는 종래 일반적으로 킬른(Kiln) 내외부의 공기유동을 차단하기 위한 입출구 멘탈과 본체의 실링(Sealing)부를 나타낸 일실시예
도 6은 종래 일본의 고온 고시링형 외열식 Rotray Kiln의 외형사진
도 7은 종래 일본의 고온 고시링형 외열식 Rotray Kiln의 구조도면의 일실시예
도 8a,8b는 본 발명의 킬른 원료공급장치부의 일 실시 예
도 9는 본 발명의 킬른 본체부의 일실시예
도10은 도9의 킬른출구부의 상세도
도11은 본 발명의 원료와 가스를 공급하는 공급부의 일실시예

이하 본 발명을 첨부도면에 의거 일 실시 예에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도8 내지 도11에 도시된 바와 같이 본 발명은 회전로에 소성을 위한 원료를 공급하는 원료공급장치부와 회전로 본체부 및 회전로 본체부를 필요온도까지 가열하기 위한 가열실 및 회전로 본체부의 출구에 연결돠는 배기집진장치로 구성되어 있다.

도8a 및 도11은 본 발명의 회전로 본체에 소성을 위한 원료를 공급하는 원료 공급장치의 일 실시 예를 예시하는 것으로, 본 발명에서 원료공급장치(200)는 원료를 공급하는 호퍼(Hopper)(210)와 그 하단에 공급된 원료를 회전 로 본체(100)로 이송토록 하는 원료 공급 피더(Feeder)(220)를 구비하고, 상기 원료공급피더(220)는 중공상의 주축(121)에 이격되게 삽입되고, 이때 상기 원료공급피더(220)가 중공상의 주축(121)의 선단에 삽입되는 부분으로는 이중관형본체(221)에 삽입되어진 상태에서 이중관형본체(221)가 중공상의 주축(121)에 삽입되어지고, 상기 이중관형본체(221)와 중공상의 주축(121)이 삽입되는 선단으로는 패킹부(122)에 의하여 기밀이 유지되게 결합되고 상기 패킹부(122)는 패킹누름판(123)에 의하여 견고하게 고정되어져 회전로 본체(100)의 내부로만 원료공급피더(220)를 통한 원료공급과 회전로 본체의 내부에서 발생한 환원가스의 재 공급이 가능하게 되어 원료의 절감효과를 갖게 되는 것이다.
본 발명에서는 패킹에 의한 실링효과를 높이고 마모예방을 위하여 패킹부(122)에 내열 Oil을 공급하게 하기도 한다.
이때 환원가스공급구는 이중관형본체(221)와 연통되어지게 연결되는 것이다.
본 발명에서 상기의 원료공급장치(200)의 고정은 베드후레임(231)에 장착되고 상기 베드프레임(231)은 중공상의 주축(121)을 고정하는 고정베어링(120)의 고정을 위한 베어링의 후레임(232)과 일체로 구성되어진다.
따라서 원료공급피더(220)와 중공상의 주축(121)의 조립시 원료공급피더(220)가 중공상의 주축(121)에서 정확하게 중심을 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 원료 공급 피더(220)를 수용하는 이중관형 본체(221)의 선단에는 상술한 바와 같이 환원 가스의 제공급 및 각종 연소에 필요한 가스들을 투입하게 되는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 원료공급 피더(220)가 이중관형 본체(221)에 삽입된 상태에서 이중관형 본체(221)의 길이는 원료 공급 피더(220)보다 짧게 하여 로(100)(Kiln) 내에서 운전 중 원료공급피더(220)에서 공급되는 원료가 이중관형본체(221)의 내로 역유입되는 것을 차단할 수 있게 되는 것이다.

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도9 및 도11은 회전로의 본체(shell)를 도시한 것으로 회전 로 본체(100)의 외부를 필요온도까지 가열하기 위한 가열실(400)을 구비하고, 내부의 열손실 감소를 위하여 회전 로 본체(100)의 입구측의 내부에 단열재를 충진한 막음판(110)을 구비하고, 그 내측으로는 단열재를 충진한 판넬(101)로 취부토록 한다.

또한 상기 회전 로 본체(100)와 막음판(110)의 중간부에는 회전로 본체(100)의 구동(회전)을 위한 체인 스프로켓( 111)을 설치한다.

또한 상기 막음판(110)의 중간에 회전하는 회전로 본체(100)를 지지할 수 있도록 보강을 위한 중공상의 주축(121)을 용접 취부하고 이 중공상의 주축(121)을 중심축으로 하여 모든 원주부를 기계가공하여 조립한다.

즉 동심원으로 가공 제작된 막음판(110)과 회전로 본체(shell)(100)의 후렌지를 정확히 조립하여 중공상의 주축(121)을 중심으로 하여 회전로 본체(100)가 정교하게 원운동을 할 수 있도록 한다.

상기 중공상의 주축(121)의 고정 및 지지부는 고정베어링(120) 구조로 하여 회전로 본체(100)의 지지 및 안정된 회전 동력의 전달과 회전의 중심 및 좌우 움직임의 고정 등을 확실하게 할 수 있도록 충분히 여유있는 크기로 한다.

또한 상기 중공상의 주축(121)은 가운데가 Pipe처럼 비어있는 중공축으로 하여 이 내부에는 상술한 바와 같이 원료공급 피더(220)가 설치되는 것이다.

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상기의 구조로 인하여 회전로 본체(100)의 한쪽 부분(입구부분)을 완전히 시링하도록 함으로써 회전로 본체(100)의 내부로 투입되는 불활성 GAS는 회전로 본체의 출구(출구멘탈부)(300) 방향 외에는 진행할 곳이 없어 회전로 본체(100)의 내부는 완전한 환원 GAS 분위기 내에서 운전될 수 있는 것이다.

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도9 및 도10은 본 발명의 호;전로 본체의 출구부를 예시한 것으로, 출구 멘탈부(300)는 최대한 밀폐형 구조로 하여 외부의 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있도록 한다.

회전로 본체(100)와 출구 멘탈부(300)의 시링을 위하여 특수한 구조의 시링 BOX(310)를 설치한다.

즉 회전로 본체(100) 측에 취부되는 복수의 다리대(311a)를 구비하는 후렌지(311)를 구비하고 상기 후렌지(311)의 외측면을 호;전로 본체(100)와 동심원으로 정밀 가공한다.

상기 복수의 다리대를 구비하는 후렌지(311)는 호;전로 본체(100)가 원료를 연소하여 가열되었을 때 열팽창으로 늘어날 거리(크기)를 충분히 고려한 넓이만큼 넓은 폭의 크기로 제작한다.

또한 고정된 출구 멘탈부(300)측에 특수한 시링 BOX(310)의 케이스(case)를 용접 취부하고 그 내부에 패킹재(312)를 충진한다.

상기 패킹재(312)의 실링효과를 향상시키기 위하여 시링박스의 입구란에 누름판식 후렌지(313)를 취부한다.

또한 시링의 효과를 더욱 높이기 위하여 시링 Box(310)에 패킹재(312)가 구비된 상태에서 공간을 유지시킬 수 있는 스페이서(spacer)(314)를 넣고 상기 스페이서(314)를 통하여 질소가스를 공급하여 공기 유입을 차단하는 방법을 사용하게 되는 것이다.

또한 소성된 제품의 배출은 소 용량의 경우에는 수동 댐퍼(321)를 설치하여 주기적으로 수동배출하는 방법으로 할 수 있고, 배출량이 어느 규모 이상의 대용량이 될 경우에는 배출 Rotary Valve(322)를 설치하고, 상기 배출 로터리 밸브(322)는 상하 2단으로 설치하고 그 중간에 질소를 투입(도시생략)하여 외부공기의 유입을 차단하는 것이다.

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도10은 본 발명의 회전로 본체의 배기부에 설치되는 배기 집진 장치(500)에 관한 것으로, 출구 멘탈부(300)의 배기구에 후드(Hood)형 흡입구(511)를 설치하여 회전로 본체(100)의 내부에 투입된 GAS의 열로 인한 팽창과 재료의 열처리로 발생된 GAS가 배기구로 자연 배출하는 것을 회전로 본체(100)내부에 영향을 주지 않고 배출된 GAS만을 집진장치로 흡입 처리토록 하고, 멀티사이클론(510)을 통하여 1차 여과토록 한 후 벡필터(520)를 통하여 처리하는 것이다.

상기 강제배기를 통한 기류수송 방식의 제품회수 및 냉각방식을 사용하고자 할 경우에는 기류수송에 필요한 질소 GAS의 손실이 많으므로 단말부의 Bag Filter(520)에서 사용한 질소 GAS배출구(521)를 통하여 회수라인(522)를 거쳐 출구 멘탈부(300)로 순환팬을 이용하여 순환하는 방식으로 하여 질소GAS 손실을 최소화할 수 있는 것이다.

상기 배기 GAS와 함께 기류 이송되는 미립자의 제품은 회전로 본체와 Bag Filter 사이의 거리를 이용하여 냉각회수될 수 있는 것이다.

100: 회전로 본체 101: 막음판부
110: 막음판 111: 스프로킷
120: 고정베어링 121: 중공상의 주축
122: 패킹(Packing)부 123: 패킹누름판
200:원료공급장치
210:호퍼
220:원료공급피더 221:2중관형본
231:베드후레임 232: 고정베어링의 후레임
300: 회전로 본체 출구 멘탈부
310: 시링 박스(Sealing Box) 311: 후렌지
311a: 복수의 다리대
312: 패킹(Packing)재 313: 누름판
314: 스페이서
321: 수동담퍼(Damper) 322: 회전밸브
400: 가열실
500: 배기집진장치
510: Multi Cyclon 511: 후드(Hood)형 흡입구
520:백필터 521: 질소GAS배출구
522: 회수라인 530: 순환팬

Claims (8)

1. 회전 로에 재료의 소성을 위해 연소를 위한 원료를 공급하는 원료공급장치부와 회전로 본체부 및 회전로 본체부의 출구에 연결돠는 배기집진장치로 이루어진 것에 있어서,
   상기 원료공급장치부의 원료공급피더(220)는 중공상의 주축(121)에 내부에 이격되게 삽입되고,
   상기 중공상의 주축(121)의 선단으로는 원료공급피더(220)가 이중관형본체(221)에 삽입되어진 상태에서 이중관형본체(221)가 중공상의 주축(121)의 내부에 삽입되어지고,
   상기 이중관형본체(221)가 중공상의 주축(121)의 내부로 삽입되는 선단으로는 패킹부(122)에 의하여 이중관형본체와 중공상의 주축이 기밀이 유지되게 결합되고
   상기 패킹부(122)는 패킹누름판(123)에 의하여 견고하게 고정되어져 로(100)의 내부로만 원료공급피더(220)를 통한 원료공급과 로의 내부에서 발생한 환원가스가 이중관형본체를 통하여 재 공급이 가능하게 되고,
   상기 이중관형본체(221)가 시작되는 선단으로는 환원가스공급구가 구비되어 환원가스를 재 사용이 가능토록 하고,
   상기 원료공급피더(220)가 구비되는 원료공급장치(200)의 고정은 베드프레임(231)에 장착되고 상기 베드프레임(231)은 중공상의 주축(121)을 고정하는 고정베어링(120)의 고정을 위한 베어링의 후레임(232)과 일체로 구성되어 원료공급피더(220)가 중공상의 주축(121)에서 정확하게 중심을 유지할 수 있게 되고,
   상기 로의 본체(100) 내부의 열손실 감소를 위하여 로 입구측의 내부에 단열재를 충진한 막음판(110)을 구비하고, 그 내측으로는 단열재를 충진한 판넬(101)로 취부토록 하며,
   상기 로(100)본체와 막음판(110)의 중간부에는 로 본체(100)의 구동(회전)을 위한 체인 스프로켓( 111)을 구비하고,
   상기 로 본체의 출구 멘탈부(300)는 밀폐형 구조로 하여 외부의 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있도록 로 본체(100)와 출구 멘탈부(300)의 시링은 시링 BOX(310)를 구비하고,
   상기 시링박스는 로 본체(100) 측에 취부되는 복수의 다리대(311a)를 구비하는 후렌지(311)와 상기 후렌지(311)의 외측면을 로 본체(100)와 동심원으로 이루어지고,
   상기 시링 박스(310)의 내부에 패킹재(312)를 충진하고,
   상기 패킹재(312)의 실링효과를 향상시키기 위하여 시링박스의 입구란에 누름판식 후렌지(313)를 취부하고,
   상기 로 본체에서 소성된 제품의 배출은 소 용량의 경우에는 수동 댐퍼(321)를 설치하여 주기적으로 수동배출하거나
   또는 배출량이 어느 규모 이상의 대용량이 될 경우에는 배출 Rotary Valve(322)를 설치하고, 상기 배출 로터리 밸브(322)는 상하 2단으로 설치하고 그 중간에 질소를 투입하여 외부공기의 유입을 차단하며,
   상기 로의 배기부에는 출구 멘탈 배기구에 후드(Hood)형 흡입구(511)를 설치하여 로 내부에 투입된 GAS의 열로 인한 팽창과 재료의 열처리로 발생된 GAS가 배기구로 자연 배출하는 것을 로(100)내부에 영향을 주지 않고 배출된 GAS만을 집진장치로 흡입 처리 후 배기토록 하는 가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로.
2. 제1항에 잇어서,
   상기 원료공급 피더(220)가 이중관형 본체(221)에 삽입된 상태에서 이중관형 본체(221)의 길이는 원료 공급 피더(220)보다 짧게 하여 로(100)(Kiln) 내에서 운전 중 원료공급피더(220)에서 공급되는 원료가 이중관형본체(221)의 내로 역유입되는 것을 차단할 수 있게 되는 가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로.
3. 제1항에 있어서,
   상기 시링의 효과를 더욱 높이기 위하여 시링 Box(310)에 패킹재(312)가 구비된 상태에서 공간을 유지시킬 수 있는 스페이서(spacer)(314)를 넣고 상기 스페이서(314)를 통하여 질소가스를 공급하여 공기 유입을 차단하는 가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로.
4. 제1항에 있어서,
   상기 배기 GAS는 단말부의 Bag Filter에서 사용한 질소 GAS를 질소가스배출구를 통하여 회수라인을 거쳐 송풍팬을 통하여 회전로 출구 멘탈부(300)로 순환하는 방식으로 하여 GAS 손실을 최소화할 수 있는 가스 손실을 최소화시킨 환원분위기를 갖는 연속소성로.
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