KR102519576B1 - 수직형 흑연화로 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도가니관 하부로부터 상부로의 불활성가스의 흐름을 원활히 하고, 도가니관 내부에서 생성된 배기가스가 외부로 누설되지 않고, 제조된 흑연의 냉각이 충분히 이루어질 수 있는 수직형 흑연화로 시스템에 관한 것으로, 흑연화하기 위한 원료를 이송 공급하는 이송부와, 상기 이송부에 연결되어 원료를 가열하여 건조시키는 건조부와, 상기 건조부에 연결되되 내부에 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 도가니관을 포함하는 수직형 흑연화로와, 상기 수직형 흑연화로에서 제조된 흑연을 냉각시키는 회전냉각부와, 상기 회전냉각부를 거치면서 냉각된 흑연을 외부로 이송하여 저장하는 처리부와, 상기 도가니관에 결합되어 도가니관 내에서의 불활성가스 흐름을 원활하게 하는 진공제어부를 포함하는 수직형 흑연화로 시스템에 있어서, 상기 도가니관은 수직 방향의 소정 길이를 갖되 수평 단면이 원형인 직관부를 포함하고, 상기 직관부에는 그 내부에 수직 방향으로 소정 길이를 갖는 복수의 원형 도가니라인이 구비되며; 상기 복수의 원형 도가니라인은 서로 밀착된 상태에서 도가니관의 내부에 채워지고; 상기 직관부 내벽과 원형 도가니라인들 사이 공간은 저항재로 채워지며; 상기 원형 도가니라인에는 그 하부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스관의 일단이 인접 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

수직형 흑연화로 시스템{Vertical graphitization furnace system}

본 발명은 수직형 흑연화로 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도가니관 내에서 불활성가스의 유동 경로가 고르게 형성되고 제조된 인조흑연의 배출시 그 유동성을 개선할 수 있는 수직형 흑연화로 시스템에 관한 것이다.

인조흑연은 이차전지용 음극재, 제철·제강용 전극봉, 방전가공전극, 핵융합로, 반도체 및 태양전지 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 인조흑연은 천연흑연에 비해 흑연화도가 낮고 제조 공정 비용으로 인해 가격이 높은 단점이 있지만 수명 특성이 상대적으로 우수한 장점이 있어, 특히 이차전지의 음극재로 각광받고 있다.

일반적으로, 인조흑연은 대부분 애치슨로를 이용하여 제조된다. 즉, 도가니에 원료를 담아 흑연화로에 장입한 후 저항재, 보온재 등의 부자재로 도가니를 덮고 도가니를 3000℃ 정도의 고온으로 2~3일 정도 가열 처리하며 자연 냉각 과정과 부수적인 프로세스를 거침으로써 제조된다.

그러나 이러한 방식은 많은 도가니가 필요하고 제조 설비에 많은 부수 장비가 필요하며 도가니의 교체에 따른 비용 상승 등의 문제가 있고 흑연화 공정이 연속적이지 못하므로, 보다 효율적인 인조흑연 제조를 위하여 연속적인 공정이 가능한 수직형 흑연화로가 개발되고 있다.

일예로, 본 출원의 발명자들은 아래의 특허문헌 1에 수직형 흑연화로 시스템을 개시한 바 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수직형 흑연화로 시스템은 흑연화하기 위한 원료를 이송 공급하는 이송부(100); 상기 이송부에 연결되되, 중간호퍼 및 가열장치로 이루어져 원료를 가열하여 건조시키는 건조부(200); 상기 건조부에 연결되되, 내부에 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 도가니관(310) 및 상기 도가니관(310)을 가열하는 다수의 전극봉이 구비되어 있는 바디부(320)를 포함하여 원료의 흑연화처리가 이루어지는 수직형 흑연화로(300); 수평으로 배치되어 상기 수직형 흑연화로(300)에서 제조된 흑연을 냉각시키는 회전냉각부(400); 및 상기 회전냉각부(400)를 거치면서 냉각된 흑연을 외부로 이송하여 저장하는 처리부(500);로 이루어지며, 상기 도가니관(310)의 상단에 투입관(10)이 하단에 배출관(20)이 연결되되, 상기 배출관(20)의 일측에 불활성가스가 공급되는 가스관(30)이 연결되고, 상기 도가니관(310)에 결합되어 도가니관 하부로부터 상부로의 불활성가스의 흐름을 원활히 하는 진공제어부(600)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

이에 도가니관(3) 내부로 유입된 불활성가스는 진공제어부(600)에 의해 도가니관(3) 하부로부터 상부로의 흐름이 보다 원활해지나, 상기 불활성가스는 배출관(20)의 일측으로부터 공급되고 배출관(20)으로 유입된 불활성가스가 도가니관(3) 내부를 유동하는 과정에서 그 유동 경로가 평면상 고르게 형성되지 못하는 문제가 있다.

이로 인해 불활성가스의 유동 경로가 형성되지 못한 측은 부자재에서 발생한 불순물이 도가니관(3)의 벽면에 쉽게 접촉함으로써 도가니관(3)의 내면에 열화가 일어나 도가니관(3)의 수명을 단축시키고 제조된 흑연의 품질에 악영향을 초래하는 문제가 여전히 남게 된다.

등록특허공보 제10-2315610호(2021. 10. 21. 공고)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 흑연화로의 도가니관 내부에서 불활성가스의 유동 경로가 평면상 고르게 형성되고 제조된 인조흑연의 배출시 그 유동성을 개선할 수 있는 수직형 흑연화로 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은, 흑연화하기 위한 원료를 이송 공급하는 이송부와, 상기 이송부에 연결되어 원료를 가열하여 건조시키는 건조부와, 상기 건조부에 연결되되 내부에 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 도가니관을 포함하는 수직형 흑연화로와, 상기 수직형 흑연화로에서 제조된 흑연을 냉각시키는 회전냉각부와, 상기 회전냉각부를 거치면서 냉각된 흑연을 외부로 이송하여 저장하는 처리부와, 상기 도가니관에 결합되어 도가니관 내에서의 불활성가스 흐름을 원활하게 하는 진공제어부를 포함하는 수직형 흑연화로 시스템에 있어서, 상기 도가니관은 수직 방향의 소정 길이를 갖되 수평 단면이 원형인 직관부를 포함하고, 상기 직관부에는 그 내부에 수직 방향으로 소정 길이를 갖는 복수의 원형 도가니라인이 구비되며; 상기 복수의 원형 도가니라인은 서로 밀착된 상태에서 도가니관의 내부에 채워지고; 상기 직관부 내벽과 원형 도가니라인들 사이 공간은 저항재로 채워지며; 상기 원형 도가니라인에는 그 하부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스관의 일단이 인접 배치된다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은, 상기 원형 도가니라인이 다수의 원형 단위도가니가 수직 방향으로 적층되어 이루어진다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은, 상기 원형 단위도가니가 상부 및 하부가 개방되어 있되 상단부와 하단부가 서로 암수 결합되는 구조로 구성된다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은, 상기 불활성가스관들에 압력계를 구비한 제어밸브가 각각 구비되고, 각 불활성가스관에서 원형 도가니라인으로의 불활성가스 공급을 균등하게 하도록 상기 각 제어밸브는 불활성가스의 압력 및 유량을 개별적으로 제어한다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은, 상기 도가니관의 직관부 하단부에 소정 높이를 갖는 원기둥으로 구성되고, 원형 도가니라인의 배치 위치에 대응되는 곳에만 원형 도가니라인의 직경보다 작은 직경의 통공이 형성되어 있는 흑연블록패드가 구비된다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은, 상기 복수의 원형 도가니라인이 불활성가스가 평면상 균등하게 공급될 수 있게 직관부 내에서 평면상 고르게 분포되도록 배치된다.

본 발명의 수직형 흑연화로 시스템에 의하면, 복수의 원형 도가니라인에 의해 도가니관 하부로부터 상부로의 불활성가스의 유동 경로가 평면상 고르게 형성되므로 원료에서 발생한 불순물 제거가 보다 확실히 이루어진다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템에 의하면, 균일한 불활성가스의 흐름에 의해 흑연화처리 후 도가니관 하부로 배출되는 인조흑연 제품의 유동성이 개선된다.

또한 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템에 의하면, 상기한 효과들에 의해 도가니관의 수명 연장에 도움이 되며 제조된 인조흑연의 품질도 향상된다.

도 1은 종래기술에 따른 수직형 흑연화로 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 흑연화로 시스템에서 도가니관의 수직 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 흑연화로 시스템에서 도가니관의 수평 단면 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 수직형 흑연화로 시스템은 흑연화하기 위한 원료를 이송 공급하는 이송부(100)와, 상기 이송부에 연결되어 원료를 가열하여 건조시키는 건조부(200)와, 상기 건조부에 연결되되 내부에 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 도가니관(310)을 포함하는 수직형 흑연화로(300)와, 상기 수직형 흑연화로에서 제조된 흑연을 냉각시키는 회전냉각부(400)와, 상기 회전냉각부(400)를 거치면서 냉각된 흑연을 외부로 이송하여 저장하는 처리부(500)와, 상기 도가니관(310)에 결합되어 도가니관(310) 내에서의 불활성가스 흐름을 원활하게 하는 진공제어부(600)를 포함하는 수직형 흑연화로 시스템에 있어서, 상기 수직형 흑연화로의 도가니관(1)에는 그 내부에 복수의 원형 도가니라인(20)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 각 구성별로 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.

상기 이송부(100)는 흑연화하기 위한 원료를 이송 공급하는 구성으로서, 특허문헌 1에 기재된 이송부의 구성이 사용된다.

즉, 이송부(100)는 팰릿 형태의 원료가 저장되는 이송호퍼, 이송호퍼의 말단에 구비된 게이트 밸브, 및 게이트 밸브로부터 전달된 원료를 건조부에 공급하는 스크류 컨베이어를 포함하여 구성된다.

상기 건조부(200)는 원료를 수직형 흑연화로(300)에 투입하기 전에 가열하여 건조시키는 구성으로서, 특허문헌 1에 기재된 건조부의 구성이 사용된다.

즉, 건조부(200)는 중간호퍼와, 중간호퍼의 외주에 감겨진 코일로 이루어지는 가열장치로 이루어진다.

상기 수직형 흑연화로(300)는 수직으로 설치되어 원료의 흑연화처리가 이루어지는 구성으로서, 대부분 특허문헌 1의 구성이 사용된다.

즉, 수직형 흑연화로(300)는 내부에 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 도가니관과, 도가니관의 둘레를 감싸 배치된 외벽으로서 도가니관을 가열하기 위한 다수의 전극봉이 구비되어 있는 바디부와, 바디부의 상부에 구비되는 커버로 이루어진다.

다만, 본 발명에서는 앞서 설명한 해결 과제를 달성하기 위하여 도가니관의 세부 구성이 변경된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 도가니관(1)은 수직 방향의 소정 길이를 갖되 수평 단면이 원형인 직관부(10)와, 상기 직관부(10) 상부에 형성된 상광하협의 확관부(12)와, 상기 직관부(10) 하부에 형성된 상광하협의 축관부(14)로 이루어지고, 상기 직관부(10) 내부에 수직 방향으로 소정 길이를 갖는 복수의 원형 도가니라인(20)이 구비된다.

상기 원형 도가니라인(20)은 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 구성으로서 수평 단면이 원형인 형태로 이루어지고, 복수의 원형 도가니라인(20)은 서로 밀착된 상태에서 도가니관(1)의 내부에 채워진다.

이때, 채워지는 원형 도가니라인(20)의 개수는 원형 도가니라인(20)의 직경에 따라 정해지되, 상기 복수의 원형 도가니라인(20)은 불활성가스가 평면상 균등하게 공급될 수 있게 직관부(10) 내에서 평면상 고르게 분포되도록 배치된다.

또한, 상기 원형 도가니라인(20)에는 그 하부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스관(30)의 일단이 인접 배치되고, 상기 원형 도가니라인(20)은 공급된 불활성가스의 유동 통로를 제공한다.

이때, 상기 불활성가스관(30)은 도가니관(1)의 축관부(14)에 연결 구멍(14a)을 뚫고 이에 삽입하여 설치된다.

또한, 상기 원형 도가니라인(20)은 다수의 원형 단위도가니(20')가 수직 방향으로 적층되어 이루어지고, 상기 원형 단위도가니(20')는 도 2의 확대된 부분에 나타나 있듯이 상부 및 하부가 개방되어 있되 상단부와 하단부가 서로 암수 결합되는 구조로 구성된다.

상기 직관부(10) 내벽과 원형 도가니라인(20)들 사이 공간은 저항재(15)로 채워지는바, 이는 다수의 전극봉으로부터 도가니관(1)을 거쳐 원형 도가니라인(20)으로의 통전을 원활히 하기 위한 것이다.

이와 같이 본 발명은 도가니관(1)의 내부에 구비된 작은 직경의 원형 도가니라인(20)들이 각각 불활성가스의 유동 통로가 되므로, 불활성가스가 배출관으로 공급된 후 큰 직경의 도가니관 하부로만 유입되어 상부로 자유롭게 유동하도록 한 종래기술에 비해 원료에서 발생한 불순물 제거가 보다 확실하게 이루어진다.

또한, 원형 도가니라인(20)에서 흑연화처리된 인조흑연 제품은 배출시 하부로 자유낙하 하는데, 불활성가스가 작은 직경의 원형 도가니라인(20) 내를 구속된 상태로 유동하는 점에서, 불활성가스 공급량이 동일하다고 하면 작은 직경의 원형 도가니라인(20) 내 인조흑연 속의 불활성가스에 의한 공극이 큰 직경의 도가니관(1) 내 인조흑연 속의 불활성가스에 의한 공극보다 훨씬 많이 발생하는 효과를 갖게 되므로 배출시 인조흑연 제품의 유동성이 크게 개선된다.

한편, 상기 원형 도가니라인(20)에 인접 배치된 불활성가스관(30)에는 제어밸브(40)가 각각 구비되고, 상기 각 제어밸브(40)에는 압력계가 구비되어 불활성가스의 압력 및 유량이 개별적으로 제어되도록 구성된다.

이는 각 불활성가스관(30)에서 원형 도가니라인(20)으로의 불활성가스 공급을 균등하게 하기 위한 것으로서, 각 원형 도가니라인(20)에 충전되어 있는 원료나 인조흑연의 조밀도는 서로 다르고 이로 인해 원형 도가니라인(20)에는 불활성가스가 균등하게 공급될 수 없으므로, 원형 도가니라인(20)들에 연결된 각 불활성가스관(30) 내의 압력을 상시 체크하여 이로부터 각 불활성가스관(30) 내의 유량을 제어하는 것이다.

한편, 본 발명에서는 도가니관(1)의 직관부(10) 하단부에 흑연블록패드(50)가 더 구비된다.

구체적으로, 상기 흑연블록패드(50)는 소정 높이를 갖는 원기둥으로 구성되고, 원형 도가니라인(20)의 배치 위치에 대응되는 곳에만 원형 도가니라인(20)의 직경보다 작은 직경의 통공(50a)이 형성되어 있다.

이로써, 상기 흑연블록패드(50)는 복수의 원형 도가니라인(20) 하부를 지지하고, 상기 통공(50a)을 제외한 부분은 막혀 있어 저항재의 하부 유출을 방지한다.

또한, 상기 통공(50a)을 통해 불활성가스관(30)으로부터 공급된 불활성가스가 유입되며, 상기 통공(50a)을 통해 원형 도가니라인(20)에서 제조된 인조흑연 제품이 배출된다.

상기 회전냉각부(400)는 수평으로 배치되어 수직형 흑연화로(300)에서 제조된 흑연을 냉각시키는 구성으로서, 특허문헌 1에 기재된 회전냉각부의 구성이 사용된다.

즉, 회전냉각부(400)는 수직형 흑연화로의 바디부 하부로부터 배출된 흑연이 유입되고 유출되는 통로를 제공하는 이송드럼과, 상기 이송드럼의 내부에 배치되되 나선형의 블레이드로 구성되고 이송드럼의 상부 일측으로 유입된 흑연을 이송관 쪽으로 이송시키는 로터와, 상기 로터를 회전시키는 구동부와, 상기 이송드럼의 내부를 이동하는 흑연을 강제 냉각시키는 냉각채널로 이루어진다.

상기 처리부(500)는 회전냉각부를 거치면서 냉각된 흑연을 외부로 이송하여 저장하는 구성으로서, 특허문헌 1에 기재된 처리부의 구성이 사용된다.

즉, 처리부(500)는 이송관에 연결되어 흑연을 일시 저장하되 하부에 로터리 밸브가 구비되어 흑연의 배출량을 조절하는 저장호퍼와, 흑연이 저장되어 보관되는 벌크백이나 저장탱크로 구성되는 저장수단을 포함하여 구성된다.

상기 진공제어부(600)는 도가니관(310) 내의 공기를 흡입 배출시킴으로써 도가니관 내의 불활성가스의 흐름을 원활하게 하는 구성으로서, 특허문헌 1에 기재된 진공제어부의 구성이 사용된다.

즉, 진공제어부(600)는 도가니관 내부에 일단이 배치된 흡입관, 상기 흡입관에 연결된 진공제어밸브 및 상기 진공제어밸브에 연결되어 흡입력을 제공하는 진공펌프로 이루어진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

1: 도가니관
11: 직관부 12: 확관부 13: 축관부
20: 원형 도가니라인 20': 원형 단위도가니
30: 불활성가스관 40: 제어밸브
50: 흑연블록패드
100: 이송부 200: 건조부
300: 수직형 흑연화로 400: 회전냉각부
500: 처리부 600: 진공제어부

Claims (6)

1. 흑연화하기 위한 원료를 이송 공급하는 이송부와, 상기 이송부에 연결되어 원료를 가열하여 건조시키는 건조부와, 상기 건조부에 연결되되 내부에 원료가 충전되어 흑연화처리가 이루어지는 도가니관을 포함하는 수직형 흑연화로와, 상기 수직형 흑연화로에서 제조된 흑연을 냉각시키는 회전냉각부와, 상기 회전냉각부를 거치면서 냉각된 흑연을 외부로 이송하여 저장하는 처리부와, 상기 도가니관에 결합되어 도가니관 내에서의 불활성가스 흐름을 원활하게 하는 진공제어부를 포함하는 수직형 흑연화로 시스템에 있어서,
   상기 도가니관은 수직 방향의 소정 길이를 갖되 수평 단면이 원형인 직관부를 포함하고, 상기 직관부에는 그 내부에 수직 방향으로 소정 길이를 갖는 복수의 원형 도가니라인이 구비되며;
   상기 복수의 원형 도가니라인은 서로 밀착된 상태에서 도가니관의 내부에 채워지고;
   상기 직관부 내벽과 원형 도가니라인들 사이 공간은 저항재로 채워지며;
   상기 원형 도가니라인에는 그 하부로 불활성가스를 공급하기 위한 불활성가스관의 일단이 인접 배치되고,
   상기 불활성가스관들에는 압력계를 구비한 제어밸브가 각각 구비되며,
   각 불활성가스관에서 원형 도가니라인으로의 불활성가스 공급을 균등하게 하도록 상기 각 제어밸브는 불활성가스의 압력 및 유량을 개별적으로 제어하고,
   상기 도가니관의 직관부 하단부에는
   소정 높이를 갖는 원기둥으로 구성되고, 원형 도가니라인의 배치 위치에 대응되는 곳에만 원형 도가니라인의 직경보다 작은 직경의 통공이 형성되어 있는 흑연블록패드가 구비되며,
   상기 복수의 원형 도가니라인은 불활성가스가 평면상 균등하게 공급될 수 있게 직관부 내에서 평면상 고르게 분포되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 수직형 흑연화로 시스템.
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