KR102130161B1 - 이종 금속 혼합 장치 - Google Patents

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melting
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곽진석
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이종 금속 혼합 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 금속을 용융시키는 제1 용융챔버, 상기 금속과 이종의 금속을 용융시키는 제2 용융챔버, 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버에서 용융된 금속들을 수용하고 상기 용융된 금속들을 교반하여 혼합이종금속을 형성하는 교반기를 포함하는 혼합챔버, 상기 제1 용융챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 제1 이송관, 상기 제2 용융챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 제2 이송관 및 상기 혼합챔버에서 상기 혼합이종금속을 산화분말로 반응시키는 반응로로 이송시키는 반응로 이송관을 포함하는, 이종 금속 혼합 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정이 단순화 될 수 있고, 제조되는 산화분말의 질이 향상될 수 있다.

Description

이종 금속 혼합 장치{Dissimilar Metal Mixing Device}
본 발명은 이종 금속 혼합 장치에 관한 것이다.
산화 분말은 다양한 시장에서 필요성이 확대되고 있다. 각각의 시장에서 필요로 하는 산화분말의 특성들은 조금씩 다른 특성을 요구하고 있으므로, 각각의 요구에 맞는 산화분말을 제조하는 기술개발이 필요한 실정이다.
대표적으로, 종래에는 산화분말 제조방법으로 습식 제조 공법이 사용되었다. 습식 제조 공법은 강산과 강알칼리에 의한 화학반응을 이용하는 방식으로 다수의 공정단계를 거쳐야 할 뿐만 아니라 오염발생가능성이 높았다. 또한, 분말의 특성을 제어하기 까다로운 점이 존재한다.
반면에, 건식 제조 공법이 사용되는 경우, 기화 반응을 이용하는 방식으로 공정이 간단하고 입도, 분포, 입형등의 분말의 특성을 제어하기 용이하였다. 특히 습식에 비해 오염물질이 형성되지 않는다는 장점이 있다.
한국공개특허 제10-2017-0088923호(2017.08.02)
본 발명의 실시예들에 따르면, 이종 금속 산화분말을 제조하기 위한 공정이 단순화될 수 있는 이종 금속 혼합 장치를 제공하고자 한다.
또한, 금속 산화분말의 입자의 크기가 일정하게 제어될 수 있는 이종 금속 혼합 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속을 용융시키는 제1 용융챔버, 상기 금속과 이종의 금속을 용융시키는 제2 용융챔버, 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버에서 용융된 금속들을 수용하고 상기 용융된 금속들을 교반하여 혼합이종금속을 형성하는 교반기를 포함하는 혼합챔버, 상기 제1 용융챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 제1 이송관, 상기 제2 용융챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 제2 이송관 및 상기 혼합챔버에서 상기 혼합이종금속을 산화분말로 반응시키는 반응로로 이송시키는 반응로 이송관을 포함하는, 이종 금속 혼합 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버의 하측에는 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버 각각의 온도를 조절할 수 있는 가열부가 각각 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버의 내측은 세라믹으로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버의 내부에는 상기 용융된 금속들의 높이를 측정하기 위한 센서부가 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 이송관 및 상기 제2 이송관의 내부는 세라믹으로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 제1 이송관 및 제2 이송관에는 유량을 조절하기 위한 밸브가 형성되고, 상기 밸브에는 상기 용융된 금속들의 량을 측정하는 유량계가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 이송관 및 상기 제2 이송관에는 열선히터가 배치될 수 있다.
또한, 상기 혼합챔버의 하측에는 상기 혼합챔버의 온도를 조절할 수 있는 가열부가 설치될 수 있다.
또한, 상기 혼합챔버의 내측으로 불활성기체를 주입하는 불활성 기체 주입관이 설치될 수 있다.
또한, 상기 반응로 이송관의 내부는 세라믹으로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 반응로 이송관에는 상기 반응로로 이송되는 상기 혼합이종금속의 양을 조절하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.
또한, 상기 반응로 이송관에는 열선히터가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 용융된 금속을 혼합하여 반응시키므로 공정과정이 단순해질 수 있다.
또한, 입도, 분포 및 입형 등 금속 산화분말의 특성들을 제어하기 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치의 용융챔버를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치의 혼합챔버를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치의 구조를 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치의 용융챔버를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치(10)는 제1 용융챔버(100) 및 제2 용융챔버를 포함할 수 있다.
제1 용융챔버(100) 및 제2 용융챔버(200)는 서로 이종의 금속을 용융시키는 부분일 수 있고, 동일한 구조를 띨 수 있다. 도 1에서는 하나의 용융챔버만 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치(10)는 복수 개의 용융챔버가 사용될 수 있다. 다만, 발명의 명확한 이해를 위해 이하에서는 제1 용융챔버(100)를 기준으로 설명한다.
제1 용융챔버(100)는 제1 용융챔버(100) 내로 투입되는 금속을 녹이는 챔버일 수 있다. 제1 용융챔버(100)는 금속을 녹이기 위해서 온도가 조절될 수 있어야 한다. 제1 용융챔버(100)의 온도가 조절되기 위해 제1 용융챔버(100)의 하측에 가열부(110)가 배치될 수 있다. 가열부(110)에 의해 제1 용융챔버(100)는 1000℃ 이하로 조절될 수 있다. 1000℃이하로 조절될 수 있다는 것의 의미는 필요에 따라 1000℃ 이하의 어느 온도라도 될 수 있다는 것을 의미하는 것이고, 1000℃에 근접한 온도로 유지되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.
제1 용융챔버(100)는 최대 1000℃까지 승온될 수 있으므로, 1000℃에 근접한 온도에서도 녹지 않을 만큼 녹는 점이 1000℃이상인 물질로 형성될 수 있다. 제1 용융챔버(100)가 1000℃이하에서 녹거나 녹지 않더라도 열에 의한 변형이 생기는 경우 안전성이 확보되지 않을 수 있다. 또한, 금속을 녹이는 역할을 충실하게 하기 어려울 수 있다.
제1 용융챔버(100)는 용융된 금속의 높이를 측정하기 위한 센서부(120)가 설치될 수 있다. 센서부(120)는 제1 용융챔버(100)가 용융된 금속을 수용하는 양을 측정할 수 있다. 센서부(120)가 설치됨으로써 금속의 추가 투입여부를 쉽게 결정할 수 있다. 센서부(120)는 레이저를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 센서부(120)가 용융된 금속의 높이를 측정 가능하다면 측정방식은 문제되지 않을 수 있다.
제1 용융챔버(100)의 내측은 세라믹으로 코팅될 수 있다. 고순도의 금속을 혼합시키기 위해 이물이나 오염을 막는 것이 바람직하기 때문이다. 제1 용융챔버(100)의 내측이 세라믹 코팅되면 내산화성 및 내마모성 등이 크게 향상되어 오염을 방지할 수 있다.
제1 용융챔버(100)의 내측에는 경사면이 형성될 수 있다. 경사면이 형성되면, 용융된 금속이 제1 이송관(150)을 따라 더욱 잘 흐를 수 있다. 용융된 금속은 경사면을 따라 하강하며 제1 이송관(150)으로 유동이 활발해질 수 있어 혼합에 유리할 수 있다.
제2 용융챔버(200)는 상술한 제1 용융챔버(100)의 특징과 동일한 특징을 가질 수 있다. 다만, 제2 용융챔버(200)는 제1 용융챔버(100)에서 용융되는 금속과 이종(異種)의 금속이 용융되는 점이 제1 용융챔버(100)와의 차이일 수 있다.
제1 이송관(150)은 일측이 제1 용융챔버(100)와 연결되고, 타측이 후술하는 혼합챔버(300)와 연결된 관일 수 있다. 제1 이송관(150)은 제1 용융챔버(100)에서 용융된 금속을 혼합챔버(300)로 이송하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 이송관(150)은 열선히터(151)를 포함할 수 있다. 이는 용융된 금속이 계속 용융상태를 유지하기 위함일 수 있다. 용융된 금속은 용융점 이하로 온도가 낮아지면 다시 고체상태로 상변이하게 될 수 있다. 따라서 금속이 용융된 상태를 유지하기 위해 이송되는 과정 중에도 열선히터(151)가 제1 이송관(150)에 흐르는 용융된 금속들을 용융점 온도 이상으로 유지시키는 역할을 수행할 수 있다.
제1 이송관(150)에는 밸브(152)가 배치될 수 있다. 밸브(152)를 조절함으로써 용융된 금속의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 용융된 금속이 일정한 양이 흐르면 자동으로 밸브(152)가 잠기도록 설계될 수 있다. 자동으로 밸브(152)가 잠기도록 설계된다는 것의 의미는 밸브(152)가 잠기도록 전자적으로 제어될 수 있다는 것뿐만 아니라 전자적인 제어없이 일정양의 유량이 흐르면 이를 측정하여 자동으로 밸브(152)가 잠기도록 설계되는 것을 포함하는 것일 수 있다.
제1 이송관(150)도 제1 용융챔버(100)와 마찬가지로 내열성이 뛰어난 재질로 형성될 수 있다. 일반적으로 용융된 금속은 특수한 경우를 제외하고 고온일 수 있으므로 용융된 금속의 온도로 인해 제1 이송관(150)이 녹거나 열변형이 생기는 경우 효율성이 떨어지거나 예기치 못한 위험이 발생할 수 있다.
제2 이송관(250)은 제2 용융챔버(200)와 연결되는 부분이라는 점을 제외하고 제1 이송관(150)과 동일한 구성일 수 있다. 즉, 제1 이송관(150)은 제1 용융챔버(100)와 연결되는 이송관이고, 제2 이송관(250)은 제2 용융챔버(200)와 연결되는 이송관일 수 있다. 따라서 제2 이송관(250)은 제1 이송관(150)이 갖는 특징과 대부분 유사한 특징을 가지므로 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치의 혼합챔버를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치(10)는 혼합챔버(300)를 포함할 수 있다.
혼합챔버(300)는 상술한 제1 용융챔버(100) 및 제2 용융챔버(200)에서 각각 용융된 금속들이 혼합되는 부분일 수 있다. 혼합챔버(300)는 각각의 용융된 금속들을 혼합시켜주기 위해 교반기(320)를 포함할 수 있다.
교반기(320)는 금속 교반기가 사용될 수 있다. 교반기(320)는 적절한 속도로 회전하며 용융된 금속들을 교반시킬 수 있다. 용융된 금속의 경우 밀도 및 점도가 클 수 있어 자연적으로 충분히 교반되기에는 어려움이 있을 수 있어 교반기(320)가 필요할 수 있다. 상세하게 설명하면, 교반기(320)는 5 내지 250rpm의 속도로 혼합챔버(300) 내를 교반시켜줄 수 있다.
혼합챔버(300)는 제1 용융챔버(100) 및 제2 용융챔버(200)와 마찬가지로 금속들의 용융상태를 유지하기 위해 가열부(310)가 포함될 수 있다. 제1 용융챔버(100), 제2 용융챔버(200) 및 혼합챔버(300)에는 동일한 가열부가 배치될 수 있으나, 각각의 가열부들이 모두 동일한 온도로 유지되어야 하는 것은 아니다. 또한, 각각의 가열부들은 효과적인 열전달을 위해 각각의 챔버들의 하측면에 위치할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
혼합챔버(300)는 용융된 금속들이 산소에 의해 산화되지 않도록 불활성 기체가 주입될 수 있다. 불활성 기체는 기체탱크(331), 불활성 기체 이송관(332) 및 기체조절밸브(333)를 통해 혼합챔버(300) 내로 유입될 수 있다. 상세하게 설명하면, 기체탱크(331)에 불활성 기체를 저장한 후 기체조절밸브(333)를 개방하여 불활성 기체 이송관(332)을 통해 혼합챔버(300)로 유입될 수 있다.
혼합챔버(300)는 용융챔버(100, 200)와 마찬가지로 내부에 세라믹 코팅이 형성될 수 있다. 이는 오염물질의 생성을 막기 위함일 수 있다.
혼합챔버(300)에서 혼합된 금속은 반응로 이송관(350)을 통해 반응로로 이송될 수 있다. 반응로 이송관(350)도 제1 이송관(150) 및 제2 이송관(250)과 대부분 유사한 구조를 가질 수 있다. 즉, 반응로 이송관(350)은 열선히터(351) 및 밸브(352)를 포함할 수 있다. 다만, 반응로 이송관(350)은 혼합된 용융금속을 이송한다는 점에서 차이가 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 금속 혼합 장치(10)는 서로 다른 종류의 금속을 혼합할 수 있다.
우선, 제1 용융챔버(100)에 금속을 투입시키고 가열부(110)를 통해 금속을 용융시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 용융챔버(200)에 제1 용융챔버(100)와 다른 금속을 투입시켜 용융시킬 수 있다. 각각의 챔버에서 용융된 금속들이 혼합챔버(300)로 이송될 수 있다. 상세하게 설명하면, 제1 용융챔버(100)는 제1 이송관(150)을 통해 용융된 금속을 이송시킬 수 있고, 제2 용융챔버(200)는 제2 이송관(250)을 통해 용융된 금속을 혼합챔버(300)로 이송시킬 수 있다. 혼합챔버(300)로 투입되는 서로 다른 금속들의 유입순서에는 제한을 두지 않는다.
혼합챔버(300)에 각각의 용융된 금속들이 유입되면 교반기(320)가 서로 다른 종류의 금속들을 혼합시킬 수 있다. 이때 교반기(320)는 5 내지 250rpm의 교반속도를 가질 수 있다.
이종의 금속들이 잘 혼합되면 반응로 이송관(350)을 통해 기상법 반응로로 인입되어 이종 금속 산화분말이 형성될 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 하기의 실시예에 제한되지 않는다.
<실시예>
인듐(In)금속과 주석(Sn)금속을 내부 온도가 500 내지 600℃로 유지되는 제1 용융챔버 및 제2 용융챔버에 각각 투입하여 용융시키고, 인듐금속과 주석금속의 질량비가 9:1이 되도록 혼합챔버로 주입한다. 혼합챔버는 500 내지 600℃를 유지한다. 혼합챔버에 인듐금속과 주석금속의 용융물이 투입되면, 교반기가 약 20rpm의 속도를 갖도록 20 내지 30분 작동할 수 있다. 교반기의 작동이 끝나면 인듐금속과 주석금속이 균일하게 혼합될 수 있다. 균일하게 혼합된 이종 금속은 반응로 이송관을 통해 내부온도가 1100℃이상으로 유지되는 반응로에 전달되면, 혼합금속이 기화되어 산소와 반응하여 ITO산화분말이 제조될 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 이종 금속 혼합 장치
100: 제1 용융챔버
110: 가열부
120: 센서부
150: 제1 이송관
151: 열선히터
152: 밸브
200: 제2 용융챔버
250: 제2 이송관
251: 열선히터
252: 밸브
300: 혼합챔버
310: 가열부
320: 교반기
331: 기체탱크
332: 불활성 기체 이송관
333: 기체조절밸브
350: 반응로 이송관
400: 반응로
200: 제2 용융챔버

Claims (12)

  1. 금속을 용융시키는 제1 용융챔버;
    상기 금속과 이종의 금속을 용융시키는 제2 용융챔버;
    상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버에서 용융된 금속들을 수용하고 상기 용융된 금속들을 교반하여 혼합이종금속을 형성하는 교반기를 포함하는 혼합챔버;
    상기 제1 용융챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 제1 이송관;
    상기 제2 용융챔버와 상기 혼합챔버를 연결하는 제2 이송관; 및
    상기 혼합챔버에서 상기 혼합이종금속을 산화분말로 반응시키는 반응로로 이송시키는 반응로 이송관;을 포함하고,
    상기 혼합챔버의 내측으로 불활성기체를 주입하는 불활성 기체 주입관이 설치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버의 하측에는 상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버 각각의 온도를 조절할 수 있는 가열부가 각각 설치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버의 내측은 세라믹으로 코팅된, 이종 금속 혼합 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 용융챔버 및 상기 제2 용융챔버의 내부에는 상기 용융된 금속들의 높이를 측정하기 위한 센서부가 배치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 이송관 및 상기 제2 이송관의 내부는 세라믹으로 코팅된, 이종 금속 혼합 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 이송관 및 제2 이송관에는 유량을 조절하기 위한 밸브가 형성되고,
    상기 밸브에는 상기 용융된 금속들의 량을 측정하는 유량계가 설치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 이송관 및 상기 제2 이송관에는 열선히터가 배치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합챔버의 하측에는 상기 혼합챔버의 온도를 조절할 수 있는 가열부가 설치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응로 이송관의 내부는 세라믹으로 코팅된, 이종 금속 혼합 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응로 이송관에는 상기 반응로로 이송되는 상기 혼합이종금속의 양을 조절하기 위한 밸브가 설치되는, 이종 금속 혼합 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응로 이송관에는 열선히터가 설치되는, 이종 금속 혼합 장치.
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