KR102057276B1 - 과량의 환원제 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

과량의 환원제 제어 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 환원제와 대상물질이 주입되고, 상기 환원제와 대상물질이 반응하기 위한 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 상부에 제공되고, 상기 대상물질을 저장하기 위한 저장 용기; 상기 저장 용기의 하단부에 제공되고, 상기 저장 용기에 저장된 대상물질을 상기 반응 챔버 내부로 분사하기 위한 노즐; 상기 반응 챔버에 결합됨과 아울러 상기 노즐과 직교하는 방향으로 구비되고, 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 상기 환원제를 주입하기 위한 주입관; 및 상기 반응 챔버의 내부에 제공되고, 상기 환원제가 상기 대상물질과 접촉된 후 상기 반응 챔버 하단부로 포물선 궤적을 따라 낙하하는 미반응 환원제를 수집하기 위한 수집 챔버를 포함하고, 상기 주입관의 일단부에는 상기 주입관을 통하여 주입되는 환원제를 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 분사하기 위한 분사노즐이 설치된다.

Description

과량의 환원제 제어 장치{Control device of an excess reduction agent}
본 발명은 과량의 환원제 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 티타늄 또는 지르코늄 등의 분말 제조시 반응 챔버 내에서 나트륨 등의 환원제와 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄의 환원 반응 후 반응 챔버 내에 잔류하는 미반응의 환원제를 효과적으로 제거할 수 있도록 하여 미세 티타늄 또는 지르코늄 분말의 수율을 향상시킬 수 있는 과량의 환원제 제어 장치에 관한 것이다.
예컨대, 미세 티타늄 또는 지르코늄 등의 분말을 제조하기 위해서는 액상의 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄 등을 주입 노즐에 의해 반응 챔버에 주입하고, 별도의 환원제 저장용기로부터 환원제를 액상으로 반응 챔버에 공급하면 상기 두 물질이 반응을 일으키게 된다.
반응에 의해 생성된 분말은 자중에 의해 반응 챔버 바닥으로 떨어지게 된다. 이때, 환원제는 화학적으로 요구되는 양에 비하여 약 30-50% 정도 과량으로 주입되고 미반응 환원제는 반응 챔버의 바닥으로 낙하한다. 이로 인해 환원 반응에 의해 생성된 상기 분말의 분리 배출이 원활하지 못하게 되며 결국 생산성을 저하시키게 된다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 예컨대, 한국 공개특허 2012-0073545호가 제안되어 있다. 이 한국 공개특허 2012-0073545호에서는 기상의 사염화티타늄 및 액상의 환원제를 반응 챔버 내에 주입하고, 사염화티타늄은 주입되는 환원제를 향하여 반응 챔버의 수직 방향에 대하여 복수의 위치에서 주입되게 하여 분말 생산성을 향상시키고, 미반응 환원제의 함량을 감소시키는 타이타늄 파우더 제조 장치를 제시하고 있다.
그러나, 한국 공개특허 2012-0073545호의 타이타늄 파우더 제조 장치(1)에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(21) 내에 사염화티타늄 주입관(23, 24)의 주입 노즐(25, 25)을 통하여 액상의 환원제를 지면에 수평한 방향으로 주입하고, 기상의 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄을 환원제 저장용기(11)의 환원제 주입 노즐(13)로부터 상기 환원제의 주입 방향에 수직한 방향으로 주입하여 상기 기상의 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄과 환원제의 환원 반응을 일으키고 있다.
따라서, 환원 반응이 진행됨에 따라 과량의 미반응 환원제가 여전히 반응 챔버(21) 바닥에 쌓이게 되어 생성 분말과 혼재하게 되며, 이에 따라 미반응 환원제가 여전히 이송관(31)의 이송스트림에 잔존하게 되며, 생성 분말의 연속적인 분리 배출이 어렵게 되어 미세 티타늄 또는 지르코늄 분말의 수율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 미세 티타늄 또는 지르코늄 등의 분말 제조시 반응 챔버 내에서 나트륨 등의 환원제와 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄의 환원 반응 후 반응 챔버 내에 잔류하는 미반응 환원제를 효과적으로 수집/분리하여 반응 챔버 내에 미반응 환원제가 쌓이는 것을 억제 내지 감소시킴으로써 미세 티타늄 또는 지르코늄 분말의 생산성을 향상시킬 수 있는 과량의 환원제 제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원제와 대상물질이 주입되고, 상기 환원제와 대상물질이 반응하기 위한 반응 챔버;
상기 반응 챔버의 상부에 제공되고, 상기 대상물질을 저장하기 위한 저장 용기;
상기 저장 용기의 하단부에 제공되고, 상기 저장 용기에 저장된 대상물질을 상기 반응 챔버 내부로 분사하기 위한 노즐;
상기 반응 챔버에 결합됨과 아울러 상기 노즐과 직교하는 방향으로 구비되고, 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 상기 환원제를 주입하기 위한 주입관; 및
상기 반응 챔버의 내부에 제공되고, 상기 환원제가 상기 대상물질과 접촉된 후 상기 반응 챔버 하단부로 포물선 궤적을 따라 낙하하는 미반응 환원제를 수집하기 위한 수집 챔버
를 포함하고,
상기 주입관의 일단부에는 상기 주입관을 통하여 주입되는 환원제를 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 분사하기 위한 분사노즐이 설치되는 과량의 환원제 제어 장치가 제공될 수 있다.
상기 수집 챔버는 상기 주입관의 하부에 일정한 거리를 두고 위치될 수 있다.
상기 수집 챔버는 상기 반응 챔버의 중앙을 중심으로 일정한 간격으로 복수개 구비될 수 있다.
상기 수집 챔버에는 상기 수집 챔버에 수집된 미반응 환원제를 상기 수집 챔버 외부로 배출하기 위한 배출관이 결합될 수 있다.
상기 배출관은 상기 반응 챔버의 측면에 경사지게 결합되고,
상기 배출관은 상기 반응 챔버의 내측면으로부터 외측면을 향하여 하향 경사지게 배치될 수 있다.
상기 배출관의 외측에는 미반응 환원제를 미반응 환원제의 융점 이상으로 가열하기 위한 히팅 부재가 결합될 수 있다.
상기 배출관에는 상기 배출관을 통하여 배출되는 미반원 환원제의 배출량을 조절하기 위한 제어 밸브가 설치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 미세 티타늄 또는 지르코늄 등의 분말 제조시 반응 챔버 내에 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄의 환원을 위해 과량으로 주입되는 미반응 환원제를 보다 효과적으로 수집/분리함으로써 미반응되어 반응 챔버 바닥에 쌓이는 환원제의 양을 억제 내지 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 생성 분말의 분리 배출을 용이하게 하여 미세 티타늄 또는 지르코늄 분말의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과량의 환원제 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 타이타늄 파우더 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과량의 환원제 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과량의 환원제 제어 장치(100)는, 환원제(110)와 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄 등의 대상물질(이하, '대상물질' 이라고 함)(120)이 주입되고, 상기 환원제와 대상물질이 반응하기 위한 반응 챔버(130);
상기 반응 챔버(130)의 상부에 제공되고, 상기 대상물질(120)을 저장하기 위한 저장 용기(140);
상기 저장 용기(130)의 하단부에 제공되고, 상기 저장 용기(140)에 저장된 대상물질을 상기 반응 챔버(130) 내부로 주입하기 위한 노즐(150);
상기 반응 챔버(130)에 결합되고, 상기 반응 챔버(130)의 내부로 주입되는 대상물질(120)을 향하여 상기 환원제(110)를 주입하기 위한 주입관(160);
상기 반응 챔버(130)의 하부에 제공되고, 상기 대상물질과 상기 환원제의 반응에 의해 생성된 분말을 이송하기 위한 이송관(170); 및
상기 반응 챔버(130)의 내부에 제공되고, 상기 환원제가 상기 대상물질과 접촉된 후 상기 반응 챔버(130) 하단부로 포물선 궤적을 따라 낙하하는 미반응 환원제를 수집하기 위한 수집 챔버(200)를 포함할 수 있다.
상기 반응 챔버(130)의 외측에는 상기 반응 챔버(130) 내의 대상물질을 기상으로 유지함과 아울러 상기 환원제를 액상으로 유지할 수 있도록 상기 반응 챔버(130)를 가열하기 위한 반응 챔버 가열로(131) 구비될 수 있다.
상기 반응 챔버 가열로(131)는 미반응 환원제의 배출을 용이하게 하고 생성분말의 산화방지를 위하여 상, 하부의 개별 온도 조절 시스템으로 구성될 수 있다.
상기 반응 챔버(130)의 하단부에는 상기 생성 분말을 상기 이송관(170)으로 배출하기 위한 배출구(132)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 저장 용기(140)의 외측에는 상기 저장 용기(140) 내에 저장된 대상물질을 기상으로 유지할 수 있도록 상기 저장 용기(140)를 가열하기 위한 저장 용기 가열로(141)가 구비될 수 있다.
상기 환원제(110)는 마그네슘 또는 나트륨 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 대상물질(120)은 상기에서 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄 등을 예시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 노즐(150)은 상기 저장 용기(140)의 하단부에 상기 반응 챔버(130)와 수직 방향, 즉 상기 주입관(160)과 수직한 방향으로 구비될 수 있다.
상기 주입관(160)은 상기 환원제를 상기 대상물질을 향하여 용이하게 주입할 수 있도록 상기 반응 챔버(130)의 내부까지 삽입될 수 있다.
상기 주입관(160)에는 상기 환원제를 저장하기 위한 환원제 저장 용기(미도시)가 결합될 수 있으며, 상기 환원제 저장 용기에는 상기 환원제 저장 용기에 저장된 환원제를 액상으로 유지하기 위한 환원제 저장 용기 발열체(미도시)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 주입관(160)은 상기 반응 챔버(130)의 측면에 상기 반응 챔버와 수평한 방향, 즉 상기 노즐(150)과 직교하는 방향으로 구비될 수 있다.
상기 주입관(160)의 일단부에는 상기 주입관을 통하여 주입되는 환원제를 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 분사하기 위한 분사노즐(161)이 설치될 수 있다.
또한, 상기 수집 챔버(200)는 상기 반응 챔버(130)의 내측면에 적어도 하나 이상 결합될 수 있으며, 미반원 환원제를 용이하게 수집할 수 있도록 상기 주입관(160)의 하부에 일정한 거리를 두고 위치될 수 있다.
상기 수집 챔버(200)는 미반응 환원제를 효과적으로 수집할 수 있도록 상기 반응 챔버(130)의 중앙을 중심으로 일정한 간격으로 복수개 결합될 수 있다.
상기 수집 챔버(200)에는 상기 수집 챔버(200)에 수집된 미반응 환원제를 상기 수집 챔버(200) 외부로 배출하기 위한 배출관(210)이 결합될 수 있다.
상기 수집 챔버(200)의 하부는 상기 반응 챔버(130) 내의 미반응 환원제를 용이하게 수집할 수 있도록 오목하게 형성될 수 있다.
상기 배출관(210)은 상기 수집 챔버(200)에 수집된 미반응 환원제가 상기 수집 챔버(200)의 외부로 용이하게 배출될 수 있도록 상기 수집 챔버(200)의 하부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 배출관(210)은 상기 수집 챔버(200)에 수집된 미반응 환원제가 상기 수집 챔버(200) 외부로 용이하게 배출될 수 있도록 상기 반응 챔버(130)의 측면에 일정한 각도로 경사지게 결합될 수 있다.
상기 배출관(210)은 상기 수집 챔버(200)에 수집된 미반응 환원제가 상기 수집 챔버(200) 외부로 보다 용이하게 배출될 수 있도록 상기 반응 챔버(130)의 내측면으로부터 상기 반응 챔버(130)의 외측면을 향하여 하향 경사지게 배치될 수 있다.
상기 배출관(210)의 외측에는 미반응 환원제의 배출시 응고를 방지할 수 있도록 미반응 환원제를 미반응 환원제의 융점 이상으로 가열하기 위한 히팅 부재(220)가 결합될 수 있다.
또한, 상기 배출관(210)에는 상기 배출관(210)을 통하여 배출되는 미반원 환원제의 배출량을 조절하기 위한 제어 밸브(230)가 설치될 수 있다.
이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 과량의 환원제 제어 장치의 작동에 대해서 설명한다.
상기 환원제(110)와 대상물질(120), 예컨대 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄이 상기 반응 챔버 (130) 내에 주입된다. 이 때, 주입되는 환원제(110)는 액상으로 상기 주입관(160)의 분사노즐(161)을 통하여 지면과 수평한 방향, 즉 상기 반응 챔버(130)와 수직한 방향으로 주입된다.
또한, 상기 환원제 저장용기에 저장된 환원제는 환원제 저장 용기 발열체에 의하여 용융 온도 이상으로 유지되어 액상으로 유지되며, 액상으로 상기 반응 챔버 내에 주입된다.
상기 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄은 상기 노즐(150)을 통하여 환원제 주입방향과 수직한 방향, 즉 상기 반응 챔버(130)와 수평한 방향으로 주입된다.
또한, 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄은 상온에서 액상 또는 분말상으로 상기 저장 용기(140)에 저장되어 상기 노즐(150)을 통하여 상기 반응 챔버(130) 내부로 분사된다. 사염화티타늄의 기화온도는 예컨대, 136℃, 사염화지르코늄의 기화온도는 예컨대, 334℃로 상기 노즐(150)을 통해 상기 반응 챔버(130) 내로 공급되는 과정에는 기상 상태이다.
상기 환원제와 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄은 도 1에 도시된 바와 같이 서로 용이하게 접촉할 수 있도록 주입된다. 환원반응은 상기 환원제와 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄이 접촉했을 때 일어나며 생성된 분말은 상기 반응 챔버(130)의 하단부로 낙하한다.
이 때, 상기 환원반응에 참여하지 않고 미반응된 환원제는 자유낙하에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 포물곡선 형태를 그리며 상기 반응 챔버(130)의 내측 벽면으로 향하게 됨과 아울러 상기 반응 챔버(130)의 하단부로 낙하하게 되며, 이에 따라 상기 반응 챔버(130)의 내측면에 설치된 상기 수집 챔버(200) 내로 떨어지고, 상기 수집 챔버(200) 내에 수집된다.
상기 수집 챔버(200) 내에 수집된 미반응 환원제는 상기 수집 챔버(200)에 연결된 배출관(210)을 통하여 상기 반응 챔버(130)의 외부로 배출된다. 상기 배출관(210)은 미반응 환원제의 배출시 응고 방지를 위한 히팅 부재(220)에 의하여 환원제의 융점 이상으로 가열되며, 미반응 환원제의 배출량은 제어 밸브(230)에 의하여 조절될 수 있다.
그리고, 상기 반응 챔버(130)의 하단부의 배출구(132)를 통하여 떨어지는 생성 분말은 이송관(170)에 수집되어 별도의 수집 장치로 이송하게 된다.
따라서, 미세 티타늄 또는 지르코늄 등의 분말 제조시 반응 챔버 내에 사염화티타늄 또는 사염화지르코늄의 환원을 위해 과량으로 주입되는 미반응 환원제를 보다 효과적으로 수집함으로써 미반응되어 반응 챔버 바닥에 쌓이는 환원제의 양을 억제 내지 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 생성 분말의 분리 배출을 용이하게 하여 미세 티타늄 또는 지르코늄 분말의 생산성을 향상시킬 수 있다.
110: 환원제 120: 대상물질
130: 반응 챔버 140: 저장 용기
150: 노즐 160: 주입관
170: 이송관 200: 수집 챔버
210: 배출관 220: 히팅 부재
230: 제어 밸브

Claims (7)

  1. 환원제와 대상물질이 주입되고, 상기 환원제와 대상물질이 반응하기 위한 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 상부에 제공되고, 상기 대상물질을 저장하기 위한 저장 용기;
    상기 저장 용기의 하단부에 제공되고, 상기 저장 용기에 저장된 대상물질을 상기 반응 챔버 내부로 분사하기 위한 노즐;
    상기 반응 챔버에 결합됨과 아울러 상기 노즐과 직교하는 방향으로 구비되고, 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 상기 환원제를 주입하기 위한 주입관; 및
    상기 반응 챔버의 내부에 제공되고, 상기 환원제가 상기 대상물질과 접촉된 후 상기 반응 챔버 하단부로 포물선 궤적을 따라 낙하하는 미반응 환원제를 수집하기 위한 수집 챔버
    를 포함하고,
    상기 주입관의 일단부에는 상기 주입관을 통하여 주입되는 환원제를 상기 반응 챔버의 내부로 주입되는 대상물질을 향하여 분사하기 위한 분사노즐이 설치되고,
    상기 수집 챔버에는 상기 수집 챔버에 수집된 미반응 환원제를 상기 수집 챔버 외부로 배출하기 위한 배출관이 결합되고,
    상기 배출관은 상기 반응 챔버의 측면에 경사지게 결합되고,
    상기 배출관은 상기 수집 챔버에 수집된 미반응 환원제를 상기 수집 챔버 외부로 용이하게 배출할 수 있도록 상기 반응 챔버의 내측면으로부터 외측면을 향하여 하향 경사지게 배치되는 과량의 환원제 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수집 챔버는 상기 주입관의 하부에 일정한 거리를 두고 위치되는 과량의 환원제 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수집 챔버는 상기 반응 챔버의 중앙을 중심으로 일정한 간격으로 복수개 구비되는 과량의 환원제 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배출관의 외측에는 미반응 환원제를 미반응 환원제의 융점 이상으로 가열하기 위한 히팅 부재가 결합되는 과량의 환원제 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배출관에는 상기 배출관을 통하여 배출되는 미반원 환원제의 배출량을 조절하기 위한 제어 밸브가 설치되는 과량의 환원제 제어 장치.
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