KR20030034896A - 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치 - Google Patents

반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소둔산세 공정에서 발생된 폐산을 회수하여 재생하기 위한 반응로에 폐산을 분사하는 노즐장치에 관한 것으로, 분사되어지는 폐산의 분무상태를 균일하게 하고, 미세하게 분무되도록 함은 물론, 내장된 임펠러가 불필요하게 됨에 따라서 노즐의 막힘현상을 방지하고, 저가의 비용으로 고효율의 분사장치를 구비할 수 있도록 된 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치에 관한 것이다.
본 발명은, 노즐 연결관의 하단에 노즐 플레이트가 장착되고, 상기 노즐 플레이트의 내부에 형성된 다수의 구멍에는 노즐부재들이 끼워지며, 상기 노즐부재들의 상부에 노즐 누름판이 압입고정되는 노즐장치에서, 상기 노즐부재는 노즐 플레이트의 구멍 내경과의 사이에 고리형의 일정 간극을 형성하여 폐산유로를 형성하고, 상기 노즐부재는 상단이 막힌 중공형의 구조를 갖추며, 외경부 양측으로 부터 노즐부재의 내경부 주면을 향해 비스듬하게 하향경사진 복수의 유입구를 서로 대칭으로 형성하여 상기 노즐부재의 내부에서 폐산이 회전하면서 배출되도록 하여 원추형의 분무를 노즐부재의 하부에서 형성시키는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치를 제공한다.

Description

반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치{NOZZLE APPARATUS FOR SPRAYING WASTED ACID IN REACTION CHAMBER}
본 발명은 소둔산세 공정에서 발생된 폐산을 회수하여 재생하기 위한 반응로에 폐산을 분사하는 노즐장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 분사되어지는 폐산의 분무상태를 균일하게 하고, 미세하게 분무되도록 함은 물론, 내장된 임펠러가 불필요하게 됨에 따라서 노즐의 막힘현상을 방지하고, 저가의 비용으로 고효율의 분사장치를 구비할 수 있도록 된 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열간 압연을 거친 스프레이강은 코일의 표면에 생성된 산화 스케일을 황산, 불산및 질산등을 사용하여 화학적으로 제거하는 산세 공정을 거치게 된다. 이러한 산세 공정에서 다량의 폐산이 발생되며, 이러한 폐산은 산회수 설비의 반응로에 분사되어 산가스와 산화철로서 분리되고, 분리된 산가스는 재생산으로서 처리되고, 산화철은 부산물로서 재사용되어진다.
이와 관련된 산회수 설비장치의 반응로가 도 1에 도시되어 있다.
상기 반응로(100)는 일정크기의 중공형 챔버로서 그 일측에는 버너(110)가 장착되고, 상부측으로는 복수의 폐산 유입용 노즐분사구(120a)(120b)들이 구비된다. 즉, 상기 반응로(100)의 상부측 중앙으로 2개의 노즐분사구(120a)(120b)중의 어느 하나가 진입되어 폐산을 반응로(100)의 내부에 분사하고, 다른 하나는 반응로(100)의 상부 외측에 대기하며, 이들 노즐 분사구(120a)(120b)가 반복적으로 폐산을 반응로(100)의 내부로 유입시키도록 구성되는 것이다.
그리고, 상기 반응로(100)의 외측 상부에는 각각 상기 노즐 분사구(120a)(120b)와 이들에 각각 연결된 가요성의 폐산 공급관(122)들을 상하로 승하강시키기 위한 승하강 실린더(130a)(130b)와 프레임(132)들이 구비되어 반응로(100)에 폐산을 공급하고, 버너(110)가 열을 가해 반응로(100)의 내부에서 폐산을 폐가스로 증발시키며, 불소가스인 폐가스와 산화철은 각각 분리 수거되는 것이다.
한편, 상기와 같은 산회수장치에서 반응로(100)의 내부에 폐산을 분사하는 노즐분사구(120a)(120b)의 구조가 종래의 것은 도 6에 도시된 바와 같은 것이었다. 즉, 노즐 연결관(150)의 하단에 노즐 플레이트(160)가 캡(162)과 링(165)에 의해서 고정되고, 상기 노즐 플레이트(160)의 내부에는 다수의 구멍(170)이 형성되어 각각의 구멍(170)에 노즐부재(180)들이 끼워지고, 상기 노즐부재(180)들이 노즐 플레이트(160)로 부터 인출되지 않도록 테프론 재질의 다공성 노즐 누름판(190)이 압입고정되어 있다.
이러한 노즐 분사구(120a)(120b)는 상기 노즐 누름판(190)의 구멍(190a)들을 통하여 폐산이 노즐부재(180)측으로 유입되고, 상기 노즐부재(180)는 도 7및 도8에 도시된 바와 같이, 내부에 백금으로 이루어진 임펠러(195)를 갖추어 임펠러(195)가 회전하면서 노즐 부재(180)로 부터 폐산이 원추형으로 분무되도록 하는 것이었다. 그러나, 상기와 같은 종래의 노즐 분사구(120a)(120b)는 임펠러(195)의 재질이 백금으로 이루어진 것이기 때문에, 매우 고가의 재료비용이 소요되는 것이고 사용중에 나선형의 날개가 서서히 마모되며, 그에 따라서 노즐부재(180)의 분무상태가 불량하여 잦은 교체로 인한 고가의 노즐 구매비용이 소요되는 것이었다.
또한, 임펠러(195)로 부터 이물을 제거하기 위한 잦은 정비작업으로 인하여 설비의 가동율이 저하되는 것이고, 임펠러(195)의 회전이 이물질에 의해서 방해되어 적절하게 회전되지 못함으로써 폐산의 분무가 방해되어 폐산이 방울방울 반응로(100)내에 떨어짐으로써 산회수작업이 어려워지고, 반응로(100)의 부식을 초래하는 문제점도 갖는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 분사되어지는 폐산의 분무상태를 균일하게 하고, 미세하게 분무되도록 함은 물론, 내장된 임펠러가 불필요하게 됨에 따라서 노즐의 막힘현상을 방지하고, 간단한 구조로서 저가의 비용으로 고효율의 분사장치를 구현할 수 있도록 된 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치를 제공함에 있는 것이다.
제 1도는 본 발명이 적용되는 산회수 스프레이 노즐장치를 도시한 전체 구성도;
제 2도는 본 발명에 따른 산회수 스프레이 노즐장치를 도시한 분해사시도;
제 3도는 본 발명에 따른 산회수 스프레이 노즐장치에 갖춰진 노즐부재의 종단면도;
제 4도는 도 3의 A-A선을 따른 단면도;
제 5도는 본 발명에 따른 산회수 스프레이 노즐장치의 작동상태도;
제 6도는 종래의 기술에 따른 산회수 스프레이 노즐장치를 도시한 분해사시도;
제 7도는 종래의 기술에 따른 산회수 스프레이 노즐장치에 갖춰진 노즐부재의 분해도;
제 8도는 종래의 기술에 따른 산회수 스프레이 노즐장치에 갖춰진 노즐부재의 일부 종단면도;
제 9도는 종래의 기술에 따른 산회수 스프레이 노즐장치에 갖춰진 노즐부재의 작동상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10..... 노즐부재 12..... 고리형 간극
15..... 직경 확대부 20..... 오링
24..... 원추부 26..... 직경 축소부
30..... 유입구 40..... 플러그
100.... 반응로 110.... 버너
120a,120b... 노즐분사구 130a,130b... 승강 실린더
160.... 노즐 플레이트 190.... 노즐 누름판
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 노즐 연결관의 하단에 노즐 플레이트가 장착되고, 상기 노즐 플레이트의 내부에 형성된 다수의 구멍에는 노즐부재들이 끼워지며, 상기 노즐부재들의 상부에 노즐 누름판이 압입고정되는 노즐장치에 있어서, 상기 노즐부재는 노즐 플레이트의 구멍 내경과의 사이에 고리형의 일정 간극을 형성하여 폐산유로를 형성하고, 상기 노즐부재는 상단이 막힌 중공형의 구조를 갖추며, 외경부 양측으로 부터 노즐부재의 내경부 주면을 향해 비스듬하게 하향경사진 복수의 유입구를 서로 대칭으로 형성하여 상기 노즐부재의 내부에서 폐산이 회전하면서 배출되도록 하여 원추형의 분무를 노즐부재의 하부에서 형성시킴을 특징으로 하는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치(1)는 도 2및 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 연결관(150)의 하단에 캡(162)과 링(165)들을 통하여 노즐 플레이트(160)가 장착되고, 상기 노즐 플레이트(160)의 내부에 형성된 다수의 구멍(170)에는 노즐부재(10)들이 끼워지며, 상기 노즐부재(10)들의 상부에 노즐 누름판(190)이 압입고정되어 노즐 플레이트(160)로 부터 노즐부재(10)들이 고정되는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 노즐부재(10)는 탄화규소(SiC)의 재질로 이루어지고, 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐 플레이트(160)의 구멍(170) 내경과의 사이에 고리형의 일정 간극(12)을 형성하여 폐산유로를 형성하는 바, 이를 위하여 상기 노즐부재(10)는 상기 구멍(170)의 내경에 일치하는 직경을 갖는 직경 확대부(15)가 외주면 중간에 형성되어 상기 노즐 구멍(170)으로 끼워지고, 상기 직경 확대부(15)의 하부측으로는 고리형의 단턱(17)이 형성되어 직경이 축소되며, 직경 축소부분에는 고무재료의 오링(20)이 끼워지는 구조를 갖는다.
따라서, 상기 노즐부재(10)는 직경 확대부(15)의 상부측에는 노즐 플레이트(160)의 구멍(170) 내경과의 사이에 고리형의 간극(12)이 형성되고, 직경 확대부(15)의 하부측으로는 오링(20)에 의해서 밀봉되는 구조를 갖는다.
한편, 상기 노즐부재(10)의 내경부는 그 상단부가 커버(22)에 의해서 닫쳐진 상태이고, 하단에 인접하여 원추부(24)와 직경 축소부(26)가 연이어 형성된다.
또한 상기 노즐 부재(10)는 외경부의 양측으로 부터 노즐부재(10)의 내경부 주면을 향해 비스듬하게 하향경사진 복수의 유입구(30)를 형성하는 바, 이들 복수의 유입구(30)들은 서로 대칭으로 형성됨으로써 상기 노즐부재(10)의 내부에서 폐산이 회전하면서 외부로 배출되도록 하여 원추형의 분무를 노즐부재(10)의 하부에서 형성시킨다.
즉, 상기 노즐부재(10)는 복수의 유입구(30)들이 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 기준선(p1)에 대하여 각각 대칭적으로 일정각도(θ1)를 유지하면서 비스듬히 기울어져 있으며, 도 3에 도시된바와 같이 하방으로 일정각도(θ2)를 유지하면서 하향으로 형성되어 있다.
따라서, 상기 유입구(30)들을 통과하는 폐수는 도 4에 도시된 바와 같이 노즐부재(10)의 중심을 기준으로 선회하면서 흐르게 되며, 이는 5~6Kg/cm2의 고압이흐르게 되면 매우 고속으로 노즐부재(10)의 내부를 회전하면서 흐르게 되는 것이다.
한편, 도 3에는 상기 노즐 플레이트(160)의 구멍(170)들에 장착되는 노즐부재(10)뿐만 아니라, 상기 노즐부재(10)를 통하는 폐산의 량이 적을 경우, 상기 노즐 플레이트(160)의 구멍(170)중 일부를 막기 위한 노즐 플러그(40)가 도시되어 있다. 이는 상기 노즐 구멍(170)에 상부로 부터 오링(20)과 함께 끼워짐으로써 노즐 플레이트(160)에 마련된 다수개의 구멍(170)중 일부를 폐쇄하고, 일부의 구멍(170)에 노즐부재(10)를 끼워서 반응로(100)의 내부로 폐산을 분사시킬 수 있는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치(1)는 노즐연결관(150)을 통하여 5~6Kg/cm2의 고압의 폐산이 유입되고, 이는 노즐 누름판(190)에 형성된 비스듬하게 뚤린 다수개의 구멍(190a)들을 통하여 노즐 플레이트(160)측으로 유입되어 각각의 노즐부재(10)들을 통과하게 된다. 이러한 경우, 폐산은 노즐 플레이트(160)의 구멍(170)과 노즐부재(10)의 외경부가 이루는 사이 공간(12)을 통하여 유입되고, 노즐부재(10)의 양측에 형성된 유입구(30)들을 통하여 내부로 유입되어 회전형의 흐름을 형성한다.
이러한 경우, 각각의 노즐부재(10)들을 통한 폐산의 흐름은 도 5에 도시된 바와 같이, 유입구(30)가 비스듬하게 하방으로 경사진 형태이므로 폐산은 유입구(30)를 통과하면서 와류상태로 유입되면서 노즐부재(10)의 내경부에서는 5~6Kg/cm2의 고압의 폐산이 내주면을 따라서 회전되면서 하부로 배출되고, 이들은노즐부재(10)의 하방으로 배출되는 경우 각각 원추형의 분무형태를 형성한다. 즉, 이러한 원추형 분무형태는 노즐부재(10)의 하단에서 부터 점차 하부측으로 갈수록 그 직경이 커지는 형태를 취함으로써 점차적으로 폐산의 단위면적당 분포도는 낮아지게 되며, 결과적으로는 원추형 분무형상의 하단부분은 미스트(mist)형태로 되어 선회하면서 낙하되는 것이다.
따라서, 이와 같은 분무상태의 폐산을 버너(110)에서 가해지는 열이 증발시켜 산가스화하는 것이고, 산화철로 부터 분리시킨다.
한편, 상기 노즐 플레이트(160)의 구멍(170)에 오링(20)을 통하여 장착된 노즐부재(10)는 폐산이 오링(20)을 통과하지 못하고 밀봉상태를 유지하게 됨으로써 유입구(30)를 통한 내부유로를 통해서만 하부측으로 분무되며, 이러한 과정에서 노즐부재(10)의 내부에는 종래와 같이 임펠러(195)가 존재하지 않기 때문에 임펠러(195)에 의한 아무런 문제점도 발생하지 않는다.
본 발명의 작용효과를 보다 구체적으로 파악하기 위하여 본 발명의 노즐장치와 종래기술의 노즐장치에 대해 일련의 실험을 실시하고, 그 결과를 아래의 표 1에 기재하였다.
표1
스프레이 압력 폐산 유량 버너(110) 온도 반응로(100) 산화철 F 농도 반응로(100) 내 온도
종래의노즐장치 5.2 bar 2800l/Hr 640℃ 0.8% 상 부 240℃
중 부 610℃
하 부 180℃
본 발명의노즐장치 5.5 bar 3000l/Hr 610℃ 0.1% 상 부 260℃
중 부 610℃
하 부 300℃
상기에서 F(불소) 농도가 낮아진다고 하는 의미는 폐산이 FeF3(불화철)의 형태로 존재하는데 이는 반응로(100)에 분사되어 반응시 Fe2O3(산화철) + F(불소) 가스로 분리가 되는데, 산화철속에 함유된 F(불소)의 농도가 낮아지는 것은 반응로(100)에서 폐산의 반응작용이 향상되어 FeF3(불화철)의 분해가 잘되어 Fe2O3(산화철) + F(불소) 가스로 분리가 잘되었다는 것을 나타내는 것으로, 본 발명에 의하면 종래에 비해 폐산의 분리가 현저하게 향상되는 효과를 얻는 것이었다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 노즐부재(10)의 내부에 임펠러(195)가 없이도 분무를 극대화할 수 있으며, 폐산의 분무형태를 원추형상으로 미세하고 균일하게 분무하여 반응로(100)에서 반응효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 임펠러(195)에 의해서 발생되었던 이물질 막힘현상을 배제함으로써 폐산이 방울상태로 떨어지는 등의 문제점을 해소하여 반응로(100)의 부식을 방지하고 가동율을 향상시키며, 정비비를 절감할 수 있는 것이다.
또한, 고가의 백금으로 이루어진 임펠러(195)를 사용하지 않아도 됨으로써 노즐설치비와 유지보수비를 크게 절감할 수 있고, 간단하고, 저가의 노즐장치를 구현할 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 노즐 연결관(150)의 하단에 노즐 플레이트(160)가 장착되고, 상기 노즐 플레이트(160)의 내부에 형성된 다수의 구멍(170)에는 노즐부재(10)들이 끼워지며, 상기 노즐부재(10)들의 상부에 노즐 누름판(190)이 압입고정되는 노즐장치에 있어서,
    상기 노즐부재(10)는 노즐 플레이트(160)의 구멍(170) 내경과의 사이에 고리형의 일정 간극(12)을 형성하여 폐산유로를 형성하고, 상기 노즐부재(10)는 상단이 막힌 중공형의 구조를 갖추며, 외경부 양측으로 부터 노즐부재(10)의 내경부 주면을 향해 비스듬하게 하향경사진 복수의 유입구(30)를 서로 대칭으로 형성하여 상기 노즐부재(10)의 내부에서 폐산이 회전하면서 배출되도록 하여 원추형의 분무를 노즐부재(10)의 하부에서 형성시킴을 특징으로 하는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노즐부재(10)는 상기 구멍(170)의 내경에 일치하는 직경을 갖는 직경 확대부(15)가 외주면 중간에 형성되어 상기 노즐 구멍(170)으로 끼워지고, 상기 직경 확대부(15)의 하부측으로는 고리형의 단턱(17)이 형성되어 직경이 축소되며, 직경 축소부분에는 고무재료의 오링(20)이 끼워짐으로써, 상기 노즐부재(10)는 직경 확대부(15)의 상부측에서 노즐 플레이트(160)의 구멍(170) 내경과의 사이에 고리형의 간극(12)이 형성되고, 직경 확대부(15)의 하부측으로는오링(20)에 의해서 밀봉되는 구조를 갖춤을 특징으로 하는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 노즐부재(10)의 내경부는 그 상단부가 커버(22)에 의해서 닫쳐진 상태이고, 하단에 인접하여 원추부(24)와 직경 축소부(26)가 연이어 형성됨을특징으로 하는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 유입구(30)들은 수평 기준선(p1)에 대하여 각각 대칭적으로 일정각도(θ1)를 유지하면서 비스듬히 기울어져 있으며, 하방으로 일정각도(θ2)를 유지하면서 하향으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐 플레이트(160)의 구멍(170)들에는 상기 노즐 플레이트(160)의 구멍(170)중 일부를 막기 위한 노즐 플러그(40)가 끼워짐을 특징으로 하는 반응로 고착방지용 산회수 스프레이 노즐장치.
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