KR102651646B1 - 폐자재 내 금속물질 회수장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속물질 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐 인쇄회로기판을 여러 단계에 걸친 상이한 파쇄 방식으로 단계 파쇄 처리해 분말화하여 보다 용이한 유가금속의 회수 처리가 가능토록 하고, 나아가 회수된 유가금속의 순도를 극대화시킬 수 있도록 하는 금속물질 회수장치에 관한 것이다.

Description

폐자재 내 금속물질 회수장치{Waste metal recovery apparatus}
본 발명은 폐자재 내 금속물질 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폐자재 내에서 추출한 금속성 물질을 파쇄 및 용융하여 비금속성 물질을 비중분리 방식으로 분리해 제거하여 보다 순도 높은 금속의 회수 처리가 가능한 금속물질 회수장치에 관한 것이다.
일반적으로 압축기, 펌프 등의 산업설비나 TV, 냉장고, 세탁기, 에어컨 등의 생활가전 등의 폐자재에는 다량의 플라스틱 뿐만 아니라, 금속물질이 포함되어 있기 때문에, 폐자재 내 금속물질을 추출하여 재활용할 수 있도록 하는 부단한 노력이 이루어지고 있다.
통상적으로 폐자재가 발생하면, 고가의 금속물질은 대부분 전기장치, 예컨대, 전선, 모터, 기판 등에 다수 존재하게 되므로, 폐자재에서 전선, 모터, 기판 등을 추출하고, 다시 이러한 추출물 내에서 금속성 물질들을 일일이 분류해 회수처리해 왔다.
이 과정에서, 정제되지 아니한 비금속성 물질들이 회수된 금속물질에 포함되어 있게 되면 상품성이 떨어지게 될 뿐만 아니라, 재활용 금속의 순도가 낮아짐은 물론, 물성 저하를 유발하는 문제가 있다.
따라서, 금속 재활용 과정에서 금속을 제외한 각종 이물질을 정확하고 효율적인 방법으로 정제하기 위한 연구개발이 시급한 실정이다.
대한민국 실용신안 공개번호 제20-2012-0008983호
본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 폐자재 내에서 추출한 금속성 물질을 파쇄 및 용융하여 비금속성 물질을 비중분리 방식으로 분리해 제거하여 보다 순도 높은 금속의 회수 처리가 가능한 금속물질 회수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 폐자재를 서로 마주하는 제1 파쇄롤러과 제2 파쇄롤러 사이를 통과시켜 1차 압연 파쇄하는 제1 파쇄기, 상기 제1 파쇄기의 일측에 설치되며 1차 파쇄 처리된 파쇄물을 위에서 찍어 누르는 방식으로 압입해 2차 파쇄하는 제2 파쇄기, 상기 제2 파쇄기의 하방에 설치되며 2차 파쇄 처리된 파쇄물을 물과 함께 3차 파쇄하는 제3 파쇄기, 상기 제3 파쇄기와 연결되어 제3 파쇄기의 분말물질을 전달받아 용융하는 용융부 및 상기 용융부에서 마련된 용융물을 전달받아 냉각하여 인고트를 마련하는 인고트형성부를 포함하는 폐자재 내 금속물질 회수장치에 있어서, 상기 인고트형성부는, 냉각수가 저류된 수조탱크; 상기 수조탱크 상부에 배치되며 용융물이 주입되는 복수 개의 성형틀을 가지는 틀부재; 및 상기 틀부재를 지지한 상태로 상하 승강시켜 틀부재를 수조탱크의 냉각수에 침지시키는 승강부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 파쇄기는, 상기 제1 파쇄롤러의 제1 회전축이 결합되는 제1 축결합홀이 관통 형성되어 제1 파쇄롤러를 제자리 회전 가능하게 지지하고, 제1 축결합홀에서 일정 거리 편심된 지점에는 상기 제2 파쇄롤러의 제2 회전축이 결합되는 제2 축결합홀이 관통 형성되어 제2 파쇄롤러를 제자리 회전 가능하게 지지하되, 상기 제2 축결합홀은 긴 장홀 형태로 이루어져, 제2 파쇄롤러를 왕복 이동 가능하게 지지하는 지지브라켓; 및 상기 제2 축결합홀 주변에 설치되어 상기 제2 파쇄롤러의 제2 회전축을 제1 파쇄롤러 방향으로 탄성 가압하는 가압부재;를 포함하며, 상기 가압부재는, 상기 지지브라켓에 고정 설치되는 고정판; 및 양 단부는 고정판 고정되고 중앙부분은 볼록하게 융기된 상태로 고정판에서 이격되어 제2 회전축에 탄성적으로 접촉 지지되는 판스프링;을 포함하며, 상기 제2 파쇄기는 상기 제1 파쇄기에서 파쇄 처리된 파쇄물을 전달받아 이동시키는 이동컨베이어부; 상기 이동컨베이어부의 작상방에 배치되며 이동컨베이어부를 향해 챠핑돌기가 돌출 형성되는 압입대; 및 상기 압입대를 상하 방향으로 왕복 작동시켜 이동컨베이어부 위의 파쇄물이 압입대에 의해 압입되도록 하는 액츄에이터;를 포함하며, 상기 이동컨베이어부는, 복수 개의 컨베이어롤러를 제자리 회전 가능하게 지지하며 테두리 부위에는 무한궤도 형태의 지지홈이 함몰 형성되는 컨베이어하우징; 단부가 상기 지지홈에 삽입된 상태에서 상기 복수 개의 컨베이어롤러에 무한궤도 형태로 감겨 컨베이어롤러의 회전에 따라 무한궤도로 하는 벨트부재; 및 상기 컨베이어하우징 내측에 고정 설치되어 상기 압입대 직하부의 벨트부재의 일부 구간 하부를 받쳐 지지하는 받침대;를 포함하며, 상기 벨트부재는 서로 연결된 복수 개의 단위 패널로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3 파쇄기는, 상기 이동컨베이어부의 하부에 배치되며 상단이 개방 형성된 함체 구조로서 상기 이동컨베이어부로부터 낙하된 파쇄물을 전달받으며, 중간 부분에는 내측 벽면이 하단으로 갈구록 내향 경사진 구배가 형성되어 원추형 공간이 형성되는 파쇄케이스; 상기 파쇄케이스에 내장되는 구동모터; 상기 구동모터의 로터에 직결되며 상기 파쇄케이스 중심을 상하 방향으로 가로질러 설치되는 구동축; 상기 구동축에 결합되며 상기 원추형 공간과 상보적인 원추형 구조로 이루어져 상기 구동축의 회전 구동에 따라 원추형 공간에서 제자리 회전 가능하게 배치되며 외측면에는 나선형의 가이드홈이 형성되어 파쇄물을 상기 가이드홈을 따라 하향 가이드하는 파쇄드럼;을 포함하며, 상기 파쇄케이스의 내측 벽면과 파쇄드럼 사이에는 파쇄물이 통과하는 통과공간이 형성되되, 상기 통과공간은 하방으로 갈수록 점진적으로 좁아지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파쇄케이스 하부에는 일정 량의 물이 저류되며, 상기 구동축의 하단에는 파쇄케이스 하부에 저류된 물에 침지되어 구동축 회전에 따라 회전하면서 물을 교반시키는 교반패들 및 파쇄케이스 바닥면에 접해 회전하면서 바닥면에 침전된 침전물을 쓸어내는 스크래퍼가 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파쇄케이스 내측 상부에는 상기 구동모터를 내장하는 가이드박스가 형성되며 상기 가이드박스의 상면은 파쇄물을 일정한 방향으로 경사 이동시키기 위하여 일정 각도 경사진 경사면으로 구성되고, 상기 경사면의 표면에는 파쇄물의 이동을 지연시키기 위한 지연돌기가 돌출 형성되며 가이드박스 내부에는 상기 경사면을 진동시키기 위한 진동기가 내장되며, 상기 제3 파쇄기는, 상기 파쇄케이스에 결합되며 상기 파쇄케이스에 저류된 물을 파쇄케이스 상부로 압송해 순환시키기는 순환부;를 더 포함하며, 상기 순환부는, 상기 파쇄케이스 하단과 상단을 연결하는 순환배관; 및 상기 순환배관의 관로상에 설치되어 파쇄케이스에 저류된 물을 순환배관 상단으로 압송하는 순환펌프;를 포함하며, 상기 순환배관의 상단은 파쇄케이스 상부 내측으로 일정 길이 연장된 상태에서 단부에 분사노즐이 마련되어 분사노즐을 통해 가이드박스의 경사면으로 물을 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 폐자재 내에서 추출한 금속성 물질을 파쇄 및 용융하여 비금속성 물질을 비중분리 방식으로 분리해 제거하여 보다 순도 높은 금속의 회수 처리가 가능한 유리한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 금속물질 회수장치의 전체적인 구성을 개념적으로 도시한 도면.
도 2a는 인고트형성부의 틀부재가 수조탱크로부터 이격된 상태를, 도 2b는 틀부재가 수조탱크 내부로 침지된 상태를 도시한 도면.
도 3은 성형틀로부터 인고트가 추출되어 이물질이 분리되는 과정을 도시한 도면.
도 4는 도 1의 제1 파쇄기 구성을 도시한 도면.
도 5는 도 4의 평면 구성을 도시한 도면.
도 6은 제1 파쇄기의 지지브라켓 구성을 도시한 도면.
도 7은 제2 파쇄롤러가 제1 파쇄롤러로부터 탄성 이격되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 1의 제2 파쇄기 구성을 도시한 도면.
도 9는 도 8의 이동컨베이어부 평면 구성을 도시한 도면.
도 10은 도 9에 도시된 A-A선을 기준으로 하는 단면구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 한 쌍의 컨베이어하우징 중 편측 컨베이어하우징 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 12는 도 1의 제3 파쇄기 단면 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 13은 도 12의 파쇄드럼 둘레부위를 확대 도시한 도면.
도 14는 도 12에 도시된 A-A선을 기준으로 하는 단면구성을 개략적으로 도시한 도면.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 금속물질 회수장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 제1 파쇄기(100), 제2 파쇄기(200), 제3 파쇄기(300), 용융부(400) 및 인고트형성부(500)를 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
제1 파쇄기(100), 제2 파쇄기(200), 제3 파쇄기(300), 용융부(400) 및 인고트형성부(500)가 일렬로 인접 배치되어 폐자재를 단계적으로 파쇄하고 파쇄물을 용융한 다음 냉각하여 최종적으로 소정 부피의 인고트를 추출할 수 있다.
먼저, 제1 파쇄기(100)는 수거한 폐자재를 1차적으로 파쇄 처리하는 구성으로서, 서로 마주하는 제1 파쇄롤러(110)과 제2 파쇄롤러(120) 사이를 통과시켜 폐자재를 1차 압연 파쇄하는 구조로 이루어져 폐자재를 대략적으로 파쇄할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 파쇄기(100)는 제1 파쇄롤러(110), 제2 파쇄롤러(120), 지지브라켓(130) 및 가압부재(140)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
제1 파쇄롤러(110)의 표면에는 폐자재에 파쇄력을 가하는 파쇄돌기(111)가, 제2 파쇄롤러(120)의 표면에는 상기 파쇄돌기(111)에 상보적인 파쇄홈(121)이 마련되어 파쇄돌기(111)와 파쇄홈(121)이 교차하는 지점에 개재된 폐자재에 압축, 전단력 등의 외력을 동시 복합적으로 가해 폐자재를 잘게 파쇄 처리할 수 있도록 한다.
제1 파쇄롤러(110)의 양 단부에는 제1 회전축(112)이 돌출 형성될 수 있으며, 제2 파쇄롤러(120)의 양 단부에는 제2 회전축(122)이 돌출 형성될 수 있다.
지지브라켓(130)은 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120)를 회전 가능하게 지지하고, 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120)를 서로 역방향으로 회전시키기 위한 각각의 파쇄모터(133a,311b), 가압부재(140) 등을 적소에 지지할 수 있다.
지지브라켓(130)에는 제1 파쇄롤러(110)의 제1 회전축(112)이 결합되는 제1 축결합홀(131)이 관통 형성되어 제1 파쇄롤러(110)를 제자리 회전 가능하게 지지하고, 제1 축결합홀(131)에서 일정 거리 편심된 지점에는 상기 제2 파쇄롤러(120)의 제2 회전축(122)이 결합되는 제2 축결합홀(132)이 관통 형성되어 제2 파쇄롤러(120)를 제자리 회전 가능하게 지지할 수 있다.
제1 축결합홀(131)의 경우 제1 파쇄롤러(110)의 제자리 회전은 가능하되 평행 이동을 제한하도록 제1 회전축(112)이 맞아 끼워지는 통상의 원형의 구멍으로 예시되나, 제2 축결합홀(132)의 경우 긴 장홀 형태로 이루어져, 제2 회전축(122)이 제2 축결합홀(132) 내에서 제2 축결합홀(132)의 길이방향을 따라 이동할 수 있도록 한다.
이에, 제2 파쇄롤러(120)를 제1 파쇄롤러(110)로부터 이격되게 하거나 혹은 가까워지는 방향으로 왕복 이동시킬 수 있으며, 따라서, 위치 고정되어 제자리 회전하는 제1 파쇄롤러(110)에 대해 제2 파쇄롤러(120)가 위치 이동하여 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120) 사이 공간을 탄력적으로 구성해 폐자재에 상대적으로 부피가 큰 폐자재가 혼재되었을 시 이를 무리 없이 통과시킬 수 있도록 한다.
만일, 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120)가 정해진 위치에 고정된 상태에서 회전만 하게 된다면 상대적으로 큰 폐자재의 파쇄시 큰 부하가 발생하게 되며 특히, 제1 파쇄기(100)는 폐자재를 대략적으로 파쇄 처리하는 목적상 부피가 큰 폐자재가 유입되더라도 이를 잘게 파쇄한다기 보단 1차적인 파쇄 전처리 개념으로 해리시키는데 중점을 두어 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120) 사이 간격을 탄력적이게 조절 운용하여 파쇄를 수행할 수 있도록 한다.
지지브라켓(130)에는 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120)의 제1 회전축(112)과 제2 회전축(122)에 각각 직결되는 파쇄모터(133a,311b)를 지지하는 모터지지판(134)이 결합될 수 있다. 이때, 제2 파쇄롤러(120)에 직결된 파쇄모터(311b)의 경우 제2 파쇄롤러(120)의 이동에 추종하여 상기 모터지지판(134) 상에서 회전 억제된 상태로 직선으로 왕복 이동될 수 있다.
한편, 가압부재(140)는 상기 제2 파쇄롤러(120)의 제2 회전축(122)을 제1 파쇄롤러(110) 방향으로 탄성 가압하는 구성으로서, 가압부재(140)를 통해 제2 파쇄롤러(120)가 제1 파쇄롤러(110)에 탄성적으로 접해 회전할 수 있고, 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120) 사이에 부피가 큰 폐자재가 개재될 경우, 제2 파쇄롤러(120)가 제1 파쇄롤러(110)로부터 소정 거리 탄성적으로 이동해 폐자재를 통과시킬 수 있도록 한다.
가압부재(140)는 상기 제2 축결합홀(132) 주변에 설치되어 제2 축결합홀(132)에 축설된 제2 회전축(122)을 일방향으로 탄성 가압할 수 있으며, 예컨대, 가압부재(140)는 지지브라켓(130)에 고정 설치되는 고정판(141) 및 양 단부는 고정판(141) 고정되고 중앙부분은 볼록하게 융기된 상태로 고정판(141)에서 이격되어 제2 회전축(122)에 탄성적으로 접촉 지지되는 판스프링(142)을 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
제2 회전축(122)은 판스프링(142) 상에서 구름 가능하게 접촉되는 한편, 판스프링(142)의 복원력에 의해 제2 회전축(122)이 밀려 제2 파쇄롤러(120)가 제1 파쇄롤러(110)에 밀착될 수 있고, 폐자재가 제1 파쇄롤러(110)와 제2 파쇄롤러(120) 사이에 개재되어 제2 파쇄롤러(120)가 진동 또는 이동하면 이러한 진동 및 이동을 판스프링(142)이 수용, 분산 및 흡수할 수 있다.
제1 파쇄기(100)에서 파쇄 처리된 파쇄물은 제2 파쇄기(200)로 전달되어 재차 파쇄 처리될 수 있다.
제2 파쇄기(200)는 제1 파쇄기(100)에서 파쇄 처리된 파쇄물을 더 미세하게 파쇄하기 위한 구성으로, 제1 파쇄기(100)의 일측에 설치되며 1차 파쇄 처리된 파쇄물을 위에서 찍어 누르는 방식으로 압입해 2차 파쇄하는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 제2 파쇄기(200)는 크게, 이동컨베이어부(210), 압입대(220) 및 액츄에이터(230)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
먼저, 이동컨베이어부(210)는 제1 파쇄기(100)에서 파쇄 처리된 파쇄물을 전달받아 이동시키는 역할을 담당하는 구성으로서, 제1 파쇄기(100)의 직하부에서부터 길게 연장 설치되어 제1 파쇄기(100)로부터 자유낙하하는 파쇄물을 적치한 상태로 일렬 이동시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 이동컨베이어부(210)는 복수 개의 컨베이어롤러(212)를 제자리 회전 가능하게 지지하며 테두리 부위에는 무한궤도 형태의 지지홈(211a)이 함몰 형성되는 컨베이어하우징(211), 단부가 상기 지지홈(211a)에 삽입된 상태에서 상기 복수 개의 컨베이어롤러(212)에 무한궤도 형태로 감겨 컨베이어롤러(212)의 회전에 따라 무한궤도로 순환하는 벨트부재(213) 및 상기 컨베이어하우징(211) 내측에 고정 설치되어 상기 압입대(220) 직하부의 벨트부재(213)의 일부 구간 하부를 받쳐 지지하는 받침대(214)로 이루어진다.
컨베이어하우징(211)은 서로 마주하는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 컨베이어하우징(211) 사이에 벨트부재(213), 컨베이어롤러(212) 등이 연계 작동 가능하게 설치될 수 있다.
도시하지 않았지만, 컨베이어하우징(211) 외측으로는 복수 개의 컨베이어롤러(212)중 적어도 어느 하나 이상을 회전 구동시키기 위한 컨베이어모터가 결합될 수 있다.
한 쌍의 컨베이어하우징(211)의 서로 마주하는 면에는 지지홈(211a)이 함몰 형성될 수 있으며, 상기 지지홈(211a)에 벨트부재(213)가 삽입된 상태로 무한궤도로 작동할 수 있다.
벨트부재(213)가 지지홈(211a)에 삽입 고정된 상태에서 작동하게 되므로, 벨트부재(213)의 처짐이 일정 부분 방지될 수 있다.
벨트부재(213)는 각각의 컨베이어롤러(212)에 감겨 한 쌍의 컨베이어하우징(211) 사이 공간에서 무한궤도 형태로 작동하게 되며 이에 따라 제1 파쇄기(100)에서 배출된 파쇄물을 압입대(220) 직하방으로 이동시키고, 이어서, 이동컨베이어부(210)에서 배출해 제3 파쇄기(300)로 공급할 수 있다.
상기 벨트부재(213)는 서로 연결된 복수 개의 단위 패널(213a)로 이루어지고, 이때 인접한 단위 패널(213a) 사이에는 인접한 단위 패널(213a)을 소정의 관절운동 가능하게 연결하기 위한 연결체(213b)가 마련될 수 있다.
도시하지 않았지만, 각각의 단위 패널(213a) 사이로 파쇄물이 유입될 것을 고려해, 이동컨베이어부(210) 하부에는 파쇄물을 수집하는 수집대가 형성될 수 있다.
각각의 단위 패널(213a)은 금속 판재로 이루어져 파쇄물을 지지한 상태에서 압입대(220)의 압입 작용에도 쉽게 하부로 쳐짐 변형이 이루어지지 아니하는 강한 구조를 갖추도록 한다. 이에 더해, 받침대(214)가 벨트부재(213) 하부를 견고하게 받쳐 지지하게 되므로, 압입대(220)의 작용에도 벨트부재(213)의 쳐짐이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.
압입대(220)는 이동컨베이어부(210)의 작상방에 배치되며 이동컨베이어부(210)를 향해 챠핑돌기(221)가 돌출 형성되는 구조로 이루어질 수 있고, 액츄에이터(230)는 도시되지 아니한 고정수단에 위치 고정된 상태로 압입대(220)를 지지한 채 압입대(220)를 상하 방향으로 왕복 작동시켜 이동컨베이어부(210) 위의 파쇄물이 압입대(220)에 의해 압입되도록 하는 구동력을 제공한다.
즉, 제1 파쇄기(100)에서 배출된 파쇄물이 이동컨베이어부(210)에 의해 압입대(220) 직하방으로 이동하면, 액츄에이터(230)가 압입대(220)를 상하 방향으로 왕복 작동시켜 이동컨베이어부(210) 위에서 이동 중인 파쇄물을 2차 파쇄하게 된다.
압입대(220)를 통과한 파쇄물은 이동컨베이어부(210) 끝단으로 이동해 배출되어 후술 될 제3 파쇄기(300)로 투입될 수 있다.
제3 파쇄기(300)는 제2 파쇄기(200)의 하방에 설치되며 2차 파쇄 처리된 파쇄물을 물과 함께 보다 세밀하게 3차 파쇄하여 최종적으로 폐자재를 미립화시킬 수 있도록 한다.
즉, 제1 파쇄기(100)와 제2 파쇄기(200)에서 건식 방식으로 파쇄돼 상대적으로 거친 입자를 갖게 된 파쇄물은 제3 파쇄기(300)를 통과해 습식으로 파쇄되어 보다 균질화되고 미립화된 분말물질이 형성되는 한편 제3 파쇄기(300)는 물과 함께 파쇄를 수행하기 때문에 폐자재에 함유되어 있던 금, 은, 동, 아연, 철 등과 같은 유가금속 및 분진 폐기물 등의 이물질이 분말물질상에 모두 포함시킬 수 있도록 해 파쇄 과정에서 파쇄물의 유실을 막고, 최대한 많은 양의 파쇄물이 확보될 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명은 폐자재를 단계적으로 파쇄 처리하되, 각각의 파쇄기를 서로 다른 구조, 다른 파쇄 방식의 채택하여 보다 효율적이고 정밀하게 파쇄 과정을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제3 파쇄기(300)는 크게, 파쇄케이스(310), 구동모터(330), 구동축(340), 파쇄드럼(350) 및 순환부(360)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
파쇄케이스(310)는 제3 파쇄기(300)의 전체적인 외관을 구성하며 이동컨베이어부(210)의 하부에 배치되어 이동컨베이어부(210)로부터 이동 배출돼 낙하된 파쇄물을 내부로 전달받는다.
파쇄케이스(310)는 상단이 개방 형성된 함체 구조로서 내부에는 파쇄물의 재차 파쇄를 위한 파쇄공간이 마련될 수 있다.
특히, 파쇄케이스(310)의 중간 부분에는 내측 벽면이 하단으로 갈구록 내향 경사진 구배가 형성되어 원추형 공간(311)이 형성되며 상기 원추형 공간(311)을 상기 파쇄공간으로 칭한다.
구동모터(330)는 파쇄케이스(310)에 내장될 수 있는데, 이때, 파쇄케이스(310) 내측 상부에는 구동모터(330)를 내장하는 가이드박스(320)가 형성될 수 있다.
이에, 이동컨베이어부(210)에서 배출되는 파쇄물이 가이드박스(320) 상면을 향해 낙되는 한편, 가이드박스(320)의 상면은 파쇄물을 일정한 방향으로 경사 이동시키기 위하여 일정 각도 경사진 경사면(321)으로 구성되어 파쇄물은 상기 경사면(321)에 의해 가이드박스(320) 하부에 형성된 원추형 공간(311) 가장자리 방향으로만 일정하게 공급되는 구조가 갖춰진다.
한편, 파쇄물이 한꺼번에 많은 양이 공급될 경우 원추형 공간(311)과 파쇄드럼(350) 사이에서 병목현상이 발생하여 파쇄효율이 저하되므로, 경사면(321) 부분에서 적당히 정체하면서 균일하게 퍼져 공급될 필요가 있다.
이를 위해, 경사면(321)의 표면에는 파쇄물의 이동을 지연시키기 위한 지연돌기(322)가 돌출 형성되어 경사면(321)으로 낙하한 파쇄물에 적절한 이동 간섭을 주도록 하며 특히, 가이드박스(320) 내부에는 상기 경사면(321)을 진동시키기 위한 진동기(323)가 내장되어 경사면(321)의 진동에 의해 파쇄물이 뭉치지 아니하고 경사면(321)에서 균일하게 퍼져 이동되도록 한다.
다음으로, 구동축(340)은 구동모터(330)의 로터에 직결되어 구동모터(330)의 작동에 따라 제자리 회전되는 구성으로, 가이드박스(320) 하면을 관통해 파쇄케이스(310) 중심을 상하 방향으로 가로질러 길게 설치될 수 있다.
구동축(340)의 하단은 파쇄케이스(310) 하면까지 연장된 상태에서 베어링 등에 의해 고정 지지될 수 있다.
파쇄드럼(350)은 구동축(340)에 결합되며 상기 원추형 공간(311)과 상보적인 원추형 구조로 이루어져 원추형 공간(311) 내 제자리 회전 가능하게 배치될 수 있다.
파쇄드럼(350)은 구동모터(330)가 구동축(340)을 회전시키면 구동축(340)의 회전 구동에 따라 원추형 공간(311)에서 제자리 회전하면서 파쇄물에 압축 내지 전단응력을 가할 수 있다.
이때, 원추형 공간(311) 내 파쇄케이스(310)의 내측 벽면과 파쇄드럼(350) 사이에는 파쇄물이 통과하는 통과공간(312)이 형성되도록 하여 가이드박스(320)에서 낙하된 파쇄물이 상기 통과공간(312)으로 유입돼 파쇄가 이루어질 수 있도록 하며, 상기 통과공간(312)은 하방으로 갈수록 점진적으로 좁아지는 구조로 이루어지도록 해 입자가 큰 파쇄물을 점차 작은 입자로 잘게 파쇄해 배출할 수 있도록 한다.
파쇄드럼(350)의 외측면에는 나선형의 가이드홈(351)이 형성될 수 있으며, 파쇄물은 상기 통과공간(312)과 가이드홈(351)을 교대로 이동하면서 파쇄드럼(350)의 회전작용에 압축 및 전단응력에 의해 파쇄되어 하방 이동한 후 파쇄드럼(350) 하방으로 배출돼 자유낙하할 수 있다.
한편, 파쇄케이스(310) 하부에는 일정 량의 물이 저류될 수 있고, 파쇄드럼(350) 하방으로 배출된 파쇄물은 상기 저류된 물로 침투할 수 있다.
따라서, 파쇄케이스(310)에는 분말물질 수용액이 저장될 수 있고, 이러한 분말물질 수용액을 후술 될 용융부(400)로 배출하여 용융시킬 수 있다.
구동축(340)의 하단에는 파쇄케이스(310) 하부에 저류된 물에 침지되어 구동축(340) 회전에 따라 회전하면서 물을 교반시키는 교반패들(341)이 장착되어 있으며, 이에 구동축(340)이 회전하게 되면 파쇄드럼(350) 뿐만 아니라 교반패들(341)이 물 내부에서 회전하면서 분말물질 수용액 내에서 유가금속이 침전되지 못하도록 잘 교반시켜줄 수 있다.
만일, 분말물질 내 유가금속이 물 속에서 비중차에 의해 바닥면으로 가라앉게 되면 분말물질 수용액의 배출 또는 순환 과정에서 분말물질의 비중이 줄어들게 될 뿐만 아니라, 파쇄케이스(310) 바닥면의 침전물을 회수처리하기가 곤란한 문제가 발생한다.
뿐만 아니라, 구동축(340)의 하단에는 교반패들(341) 뿐만 아니라 파쇄케이스(310) 바닥면에 접해 회전하면서 바닥면에 침전된 침전물을 쓸어내는 스크래퍼(342)가 장착되어 침전물이 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있도록 한다.
상기 스크래퍼(342)는 밑변이 파쇄케이스(310) 바닥면에 맞닿고 빗변이 회전 방향을 바라보는 직삼각형 횡단면을 가지는 긴 막대 구조로 이루어져 회전시 침전물을 쓸어 내고 쓸린 침전물이 빗변을 타고 상부로 반등해 파쇄물질 수용액에 분산될 수 있도록 한다. 경우에 따라 빗변은 호 형태로 오목하게 만곡되어 침전물을 수직에 가깝게 반등시킬 수도 있다.
다음으로, 순환부(360)는 파쇄케이스(310)에 결합되며 파쇄케이스(310)에 저류된 물을 파쇄케이스(310) 상부로 압송해 순환시키기는 역할을 담당한다.
따라서, 파쇄케이스(310) 하부에 저장되어 있던 분말물질 수용액은 순환부(360)에 의해 주기적으로 파쇄케이스(310) 상부로 압송되어 파쇄케이스(310) 상부로 공급되는 한편, 수용액 내 분말물질들은 연속적으로 파쇄공정을 거치게 되어 보다 미립화되고, 순환된 물이 통과공간(312)으로 침투하여 윤활류로 작용함으로써 파쇄 효율 증대, 열발생 방지, 비산 방지 등의 기능을 수행하게 된다.
상기 순환부(360)는 파쇄케이스(310) 하단과 상단을 연결하는 순환배관(361) 및 순환배관(361)의 관로상에 설치되어 파쇄케이스(310)에 저류된 물을 순환배관(361) 상단으로 압송하는 순환펌프(363)를 포함하며, 이때 순환배관(361)의 상단은 파쇄케이스(310) 상부 내측으로 일정 길이 연장된 상태에서 단부에 분사노즐(632)이 마련되어 분사노즐(632)을 통해 가이드박스(320)의 경사면(321)으로 물을 분사할 수 있도록 하는 구조를 갖춘다.
따라서, 파쇄케이스(310) 내부로 유입되는 최초의 지점에서 파쇄물 상에 물을 분사하여 줌으로써 파쇄 작용이 일어나기 직전에 파쇄물에 수분이 충분히 머금을 수 있도록 하고, 특히, 파쇄물이 이동컨베이어부(210)에서 자유낙하해 경사면(321)에 충돌하는 과정에서 먼지의 비산 등을 보다 효과적으로 억제할 수 있도록 한다.
다음으로, 용융부(400)는 제3 파쇄기와 연결되어 제3 파쇄기의 분말물질을 전달받아 용융하여 용융물을 형성한다.
이 과정에서 분말물질 수용액에 포함된 수분은 증발하고, 비금속성 물질들의 경우 대부분 연소 처리되어 불순물의 1차 제거가 이루어질 수 있다.
용융부(400)는 예컨대, 분말물질을 전달받아 수용하는 크래들과 상기 크래들을 가열시키는 가열로로 이루어질 수 있으며, 가열로의 경우 다종의 금속들 융점을 고려해 대략 1000℃를 선회하는 높은 온도로 크래들을 가열해 용융물을 형성할 수 있도록 한다.
용융부(400)는 제3 파쇄기의 분쇄케이스와 직접 연결되거나 혹은 분쇄케이스에 저장된 분말물질 수용액을 배출한 후 수작업으로 옮겨 공급할 수 있다.
다음으로, 인고트형성부(500)는 용융부(400)에서 마련된 용융물을 전달받아 냉각하여 인고트를 마련하는 구성으로서, 크게, 수조탱크(510), 틀부재(520) 및 승강부재(530)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
수조탱크(510)에는 냉각수가 저류될 수 있고, 상기 수조탱크(510) 내로 틀부재(520)를 침지시켜 틀부재(520)에 수용된 용융물을 급냉시킬 수 있다.
틀부재(520)는 수조탱크(510) 상부에 배치되며 크래들에 마련된 용융물이 주입되는 복수 개의 성형틀(521)을 가지는 구조로 이루어질 수 있다.
승강부재(530)는 틀부재(520)를 지지한 상태로 틀부재(520) 자체를 상하 승강시켜 틀부재(520)를 수조탱크(510)의 냉각수에 침지시키는 역할을 담당한다.
즉, 승강부재(530)는 용융물이 성형틀(521)에 주입되기 직전에는 틀부재(520)를 지지한 상태로 수조탱크(510) 상부로 이격 배치시켰다가, 각각의 성형틀(521) 내에 용융물의 주입이 완료되면 틀부재(520) 자체를 아래로 견인하여 틀부재(520)를 냉각수에 침지시킴으로써 용융물을 급냉시킬 수 있도록 한다.
승강부재(530)는 틀부재(520)를 수조탱크(510) 주변에서 지지한 상태에서 승강시킬 수 있는 선에서 다양하게 실시될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 용융부(400)에서 용융된 용융물을 각각의 성형틀(521) 내에 주입하게 되면 용융물 내 금속물질과 금속물질을 제외한 이물질은 비중차에 의해 서로 분리되어 성형틀(521) 아래에는 금속물질 용융물이, 이보다 비중이 낮은 이물질들은 상부로 떠올라 서로 분리돼 존재하게 된다.
이 상태에서 용융물이 급냉되면 액화된 금속물질은 금속물질대로 이물질은 이물질대로 각각 빠르게 경화하게 되면서 금속물질 표면에 경화된 이물질 잔해가 산화막에 엉겨 붙어 자연적으로 탈리되는 구조가 갖춰진다.
따라서, 용융물 형성 과정에서 이물질을 1차 연소시키고, 이 과정에서 정제되지 아니한 나머지 불연성 이물질은 인고트 추출 단계에서 자연적으로 분리되는 구조가 갖춰지게 되어 보다 고순도의 인고트를 마련할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 제1 파쇄기
200: 제2 파쇄기
300: 제3 파쇄기

Claims (5)

  1. 폐자재를 서로 마주하는 제1 파쇄롤러과 제2 파쇄롤러 사이를 통과시켜 1차 압연 파쇄하는 제1 파쇄기, 상기 제1 파쇄기의 일측에 설치되며 1차 파쇄 처리된 파쇄물을 위에서 찍어 누르는 방식으로 압입해 2차 파쇄하는 제2 파쇄기, 상기 제2 파쇄기의 하방에 설치되며 2차 파쇄 처리된 파쇄물을 물과 함께 3차 파쇄하는 제3 파쇄기, 상기 제3 파쇄기와 연결되어 제3 파쇄기의 분말물질을 전달받아 용융하는 용융부 및 상기 용융부에서 마련된 용융물을 전달받아 냉각하여 인고트를 마련하는 인고트형성부를 포함하는 폐자재 내 금속물질 회수장치에 있어서,
    상기 인고트형성부는,
    냉각수가 저류된 수조탱크;
    상기 수조탱크 상부에 배치되며 용융물이 주입되는 복수 개의 성형틀을 가지는 틀부재; 및
    상기 틀부재를 지지한 상태로 상하 승강시켜 틀부재를 수조탱크의 냉각수에 침지시키는 승강부재;를 포함하며,
    상기 제1 파쇄기는,
    상기 제1 파쇄롤러의 제1 회전축이 결합되는 제1 축결합홀이 관통 형성되어 제1 파쇄롤러를 제자리 회전 가능하게 지지하고, 제1 축결합홀에서 일정 거리 편심된 지점에는 상기 제2 파쇄롤러의 제2 회전축이 결합되는 제2 축결합홀이 관통 형성되어 제2 파쇄롤러를 제자리 회전 가능하게 지지하되, 상기 제2 축결합홀은 긴 장홀 형태로 이루어져, 제2 파쇄롤러를 왕복 이동 가능하게 지지하는 지지브라켓; 및
    상기 제2 축결합홀 주변에 설치되어 상기 제2 파쇄롤러의 제2 회전축을 제1 파쇄롤러 방향으로 탄성 가압하는 가압부재;를 포함하며,
    상기 가압부재는,
    상기 지지브라켓에 고정 설치되는 고정판; 및
    양 단부는 고정판 고정되고 중앙부분은 볼록하게 융기된 상태로 고정판에서 이격되어 제2 회전축에 탄성적으로 접촉 지지되는 판스프링;을 포함하며,
    상기 제2 파쇄기는,
    상기 제1 파쇄기에서 파쇄 처리된 파쇄물을 전달받아 이동시키는 이동컨베이어부;
    상기 이동컨베이어부의 작상방에 배치되며 이동컨베이어부를 향해 챠핑돌기가 돌출 형성되는 압입대; 및
    상기 압입대를 상하 방향으로 왕복 작동시켜 이동컨베이어부 위의 파쇄물이 압입대에 의해 압입되도록 하는 액츄에이터;를 포함하며,
    상기 이동컨베이어부는,
    복수 개의 컨베이어롤러를 제자리 회전 가능하게 지지하며 테두리 부위에는 무한궤도 형태의 지지홈이 함몰 형성되는 컨베이어하우징;
    단부가 상기 지지홈에 삽입된 상태에서 상기 복수 개의 컨베이어롤러에 무한궤도 형태로 감겨 컨베이어롤러의 회전에 따라 무한궤도로 하는 벨트부재; 및
    상기 컨베이어하우징 내측에 고정 설치되어 상기 압입대 직하부의 벨트부재의 일부 구간 하부를 받쳐 지지하는 받침대;를 포함하며,
    상기 벨트부재는 서로 연결된 복수 개의 단위 패널로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐자재 내 금속물질 회수장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 파쇄기는,
    상기 이동컨베이어부의 하부에 배치되며 상단이 개방 형성된 함체 구조로서 상기 이동컨베이어부로부터 낙하된 파쇄물을 전달받으며, 중간 부분에는 내측 벽면이 하단으로 갈구록 내향 경사진 구배가 형성되어 원추형 공간이 형성되는 파쇄케이스;
    상기 파쇄케이스에 내장되는 구동모터;
    상기 구동모터의 로터에 직결되며 상기 파쇄케이스 중심을 상하 방향으로 가로질러 설치되는 구동축;
    상기 구동축에 결합되며 상기 원추형 공간과 상보적인 원추형 구조로 이루어져 상기 구동축의 회전 구동에 따라 원추형 공간에서 제자리 회전 가능하게 배치되며 외측면에는 나선형의 가이드홈이 형성되어 파쇄물을 상기 가이드홈을 따라 하향 가이드하는 파쇄드럼;을 포함하며,
    상기 파쇄케이스의 내측 벽면과 파쇄드럼 사이에는 파쇄물이 통과하는 통과공간이 형성되되, 상기 통과공간은 하방으로 갈수록 점진적으로 좁아지는 것을 특징으로 하는 폐자재 내 금속물질 회수장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 파쇄케이스 하부에는 일정 량의 물이 저류되며, 상기 구동축의 하단에는 파쇄케이스 하부에 저류된 물에 침지되어 구동축 회전에 따라 회전하면서 물을 교반시키는 교반패들 및 파쇄케이스 바닥면에 접해 회전하면서 바닥면에 침전된 침전물을 쓸어내는 스크래퍼가 장착되며,
    상기 스크래퍼는 밑변이 파쇄케이스 바닥면에 맞닿고 빗변이 회전 방향을 바라보는 직삼각형 횡단면을 가지는 긴 막대 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐자재 내 금속물질 회수장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 파쇄케이스 내측 상부에는 상기 구동모터를 내장하는 가이드박스가 형성되며 상기 가이드박스의 상면은 파쇄물을 일정한 방향으로 경사 이동시키기 위하여 일정 각도 경사진 경사면으로 구성되고,
    상기 경사면의 표면에는 파쇄물의 이동을 지연시키기 위한 지연돌기가 돌출 형성되며 가이드박스 내부에는 상기 경사면을 진동시키기 위한 진동기가 내장되며,
    상기 제3 파쇄기는,
    상기 파쇄케이스에 결합되며 상기 파쇄케이스에 저류된 물을 파쇄케이스 상부로 압송해 순환시키기는 순환부;를 더 포함하며,
    상기 순환부는,
    상기 파쇄케이스 하단과 상단을 연결하는 순환배관; 및
    상기 순환배관의 관로상에 설치되어 파쇄케이스에 저류된 물을 순환배관 상단으로 압송하는 순환펌프;를 포함하며,
    상기 순환배관의 상단은 파쇄케이스 상부 내측으로 일정 길이 연장된 상태에서 단부에 분사노즐이 마련되어 분사노즐을 통해 가이드박스의 경사면으로 물을 분사하는 것을 특징으로 하는 폐자재 내 금속물질 회수장치.
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