KR20060024021A

KR20060024021A - 지르콘 비드의 제조 장치

Info

Publication number: KR20060024021A
Application number: KR1020060018779A
Authority: KR
Inventors: 김민수
Original assignee: 동명산업 주식회사
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2006-03-15

Abstract

본 발명은 지르콘(zircon)을 원료로 한 비드(bead)의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 지르콘을 고주파에 의한 유도가열을 이용하여 용융한 후 압축 에어(air)를 사용해 블로잉(blowing)시켜 구형의 비드를 제조하는 지르콘 비드의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

이 같은 본 발명의 제조방법에 있어서, 도가니에 발열체와 원료를 충진시키는 단계, 고주파 유도가열수단에 의하여 원료를 용융하는 단계, 상기 용융물을 배출시키면서 블로잉(blowing)하여 비드를 제조하는 단계, 제조된 비드를 선별하는 단계, 선별된 비드를 연마, 세척하는 단계, 세척된 비드를 건조하는 단계로 이루어진다.

또한 본 발명의 제조장치에 있어서, 원료를 저장하고 투입하는 원료공급부(100)와; 원료의 용융공정이 이루어지는 용융부(200)와; 압축 에어를 사용하여 비드를 제조하고 냉각시키는 블로잉부(blowing)(300)와; 제조된 비드를 각각의 크기나 구형도 등의 특성에 따라 분리하는 선별기(400)와; 연마와 세척을 위한 연마세척기(500)와; 건조를 위한 건조기(600)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

지르콘 비드, 고주파 발진기, 유도가열코일

Description

지르콘 비드의 제조 장치{MANUFACTURING DEVICE OF ZIRCON BEAD}

도 1은 본 발명에 따른 제조 공정도,

도 2는 본 발명의 설비 개략도,

도 3은 도가니의 설치구조를 나타낸 단면도,

도 4는 유도가열코일의 전자회로도,

도 5는 도가니의 설치구조를 나타낸 측면 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 원료공급부 110 : 호퍼

120 : 피더 200 : 용융부

210 : 고주파 발진기 220 : 도가니

221 : 냉각관 222 : 보호박스

223 : 회전축 224 : 받침대

225 : 회전기어 226 : 모터

227 : 배출구 230 : 유도가열코일

240 : 경사대 300 : 블로잉부

310 : 에어건 320 : 포집기

330 : 집진기 400 : 선별기

500 : 연마세척기 600 : 건조기

본 발명은 지르콘을 원료로 한 비드의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 지르콘을 고주파에 의한 유도가열을 이용하여 용융한 후 압축 에어를 사용해 블로잉시켜 구형의 비드를 제조하는 지르콘 비드의 제조 방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적인 비드는 현재 페인트, 안료, 자기코팅 재료, 농화학조성물산업 등의 미세분쇄 및 미세분산에 폭 넓게 이용되고 있으며, 이를 위해 이러한 비드는 처리되는 제품에 대한 화학조성물 및 색상에서의 비활성, 기계적 충격강도, 내마모성, 기계설비에 대한 낮은 마모성, 양호한 분쇄를 위한 높은 밀도 및 용이한 세정을 위한 높은 개방다공성 등의 성질들을 갖고 있어야 한다.

더욱 상세히는 피분쇄, 분산물의 pH를 고려하여 비드를 선택하고, 충격에 의한 파괴가 일어날 때의 파쇄가 작아지도록 높은 강도를 지닐뿐만 아니라, 비드의 경제성을 좌우하는 중요한 조건인 내마모성이 커야 한다.

또한 표면조도가 높을수록 비드의 수명이 길고 비드와 비드, 비드와 장비 사이의 마모도가 낮아지고, 비드의 내마모성을 좌우하는 경도가 높을수록 비드에 의 한 제품의 오염이 적어지며, 밀도가 높을수록 분쇄, 분산력이 뛰어나다.

이러한 성질들을 고려하여 현재 시판되고 있는 비드로는 둥근 입상모래, 유리비드, 금속비드 등이 있으며, 실용적인 관점에서 적절히 선택하여 사용되고 있는 실정이다.

둥근 입상모래는 천연 원료로서 원료비용이 저렴하여 초기부터 사용되었으나 현대적 분쇄기에 적합하지 않아 그 사용이 줄어들고 있다.

실제로 모래는 강도가 낮으며 저밀도이고, 품질이 변화하며 기계설비에 대해 내마모성이 작다.

유리비드는 현재 광범위하게 사용되고 있으나, 충격강도와 내마모성이 작아 사용과정에서 파괴되거나 마모되어 분산 효율이 떨어지고 피분쇄, 분산물 내에 혼합되어 회수율이 낮다.

금속비드는 내마모성, 경도, 강도, 표면조도 등의 성질이 크므로 모래나 유리비드에서의 문제점의 일부는 해결할 수 있었으나, 처리되는 피분쇄, 분산물에 대해 불충분한 비활성을 가지고 있어 생산제품을 오염시키고, 밀도가 지나치게 높아 특수한 분쇄기가 요구된다는 단점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 결점을 해소하기 위해 창출한 것으로, 비드와 비드, 비드와 장비 사이에서 발생되는 마모와, 장기간 사용에 따른 파괴에 충분히 견딜 수 있고, 그에 따른 수명의 연장과 생산제품의 오염방지, 비용의 절감 그리고 사용 후 비드의 완벽한 회수에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법에 있어서, 도가니에 발열체와 원료를 충진시키는 단계, 고주파 유도가열수단에 의하여 원료를 용융하는 단계, 상기 용융물을 배출시키면서 블로잉(blowing)하여 비드를 제조하는 단계, 제조된 비드를 선별하는 단계, 선별된 비드를 연마, 세척하는 단계, 세척된 비드를 건조하는 단계로 이루어진다.

또한 본 발명의 제조장치에 있어서, 원료를 저장하고 투입하는 원료공급부와; 원료의 용융공정이 이루어지는 용융부와; 압축 에어를 사용하여 비드를 제조하고 냉각시키는 블로잉부(blowing)와; 제조된 비드를 각각의 크기나 구형도 등의 특성에 따라 분리하는 선별기와; 연마와 세척을 위한 연마세척기와; 건조를 위한 건조기로 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 제조 공정도이고, 도 2는 본 발명의 설비 개략도이며, 도 3은 도가니의 설치구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 유도가열코일의 전자회로도이다.

본 발명은 도가니(220)에 발열체와 원료를 충진시키는 단계, 출발원료로서 지르콘을 용융부(200)의 열에 의해 용융하는 단계, 용융된 후 배출되는 지르콘에 강한 압축 에어(air)를 분사하여 용융 지르콘 비드를 제조하는 단계, 구형으로 제조된 비드를 각각의 크기, 구형도, 크랙, 표면처리 등에 따라 선별하는 단계, 선별된 비드를 연마하고 세척하는 단계, 세척된 비드를 건조하는 단계로 이루어진다.

또한 본 발명의 제조장치는 원료를 저장하는 호퍼(110)와, 원료를 투입하는 피더(120)를 구비한 원료공급부(100)와; 고주파를 발생시키는 고주파 발진기(210)와, 수냉식 냉각 방식이 사용되는 도가니(220)와, 고주파 에너지를 도가니(220) 내용물에 커플링시키는 유도가열코일(230)과, 용융된 내용물을 배출시키는 경사대(240)를 구비하는 용융부(200)와; 압축 에어를 분사하여 구형의 비드를 제조할 수 있도록 하는 에어건(air gun)(310)과, 제조된 비드가 냉각되면서 증발되는 증기의 배출이 이루어지는 집진기(330)와, 제조된 비드를 포집하는 포집기(320)로 구성된 블로잉부(blowing)(300)와; 제조된 비드를 각각의 크기나 구형도 등의 특성에 따라 분리하는 선별기(400)와; 연마와 세척을 위한 연마세척기(500)와; 건조를 위한 건조기(600)로 이루어진다.

출발원료인 지르콘의 화학성분은 ZrSiO₄로서 지르코니아(Zirconia, ZrO₂)입자가 글래스(glass, SiO₂) 매트릭스 내에 분산되어 있는 미세구조로 전체적으로 구형을 가지고, 대개는 사각주상 또는 추상결정을 나타내는 데, 때로는 입상인 경우도 있으며, 경도는 7.5, 비중은 성분의 변화에 따라 4.2~4.8까지 변한다.

또한 지르콘은 내화재료, 보석, 네른스트 전구의 재료 등으로 쓰일 뿐만 아니라, 지르코늄의 주요 광석이 된다.

출발원료인 지르콘을 용융하는 방법은 탄소봉에 고전압을 걸어 고열의 아크를 발생시켜 용융시키는 아크 멜팅법(arc melting method)이나 고주파에 의해 용융시키는 스컬 멜팅법(skull melting method)을 사용한다.

아크 멜팅법은 오래된 기술이나 일반화되지 않았으며 설비가 대형이기 때문에 투자비가 크고, 전력소모량이 큰 반면에, 스컬 멜팅법은 80년대 이후 기술로 투자비가 작고, 전력소모량이 아크 멜팅법의 1/3정도만 소비되는 장점이 있으므로 많이 쓰인다.

따라서 본 발명은 특별한 냉각 방식이 사용되는 도가니(220) 주위에 유도가열코일(230)을 설치하고, 외부에 설치된 원료 공급장치인 피더(120)에 의하여 도가니(220) 내부에 원료와 발열체를 충진시킨 후, 고주파 발진기(210)로부터 수십KHz 내지 수KHz의 발진주파수를 이용하여 도가니(220) 내부의 발열체를 발열시켜 원료를 용융시키고, 일정양의 용융물이 되면 도가니(220) 외벽에 설치된 경사대(240)에 따라 흘러 낙하되고, 낙하하는 용융물에 압축 에어를 분사시켜 연속적으로 구형의 용융 지르콘 비드를 제조하게 된다.

상기 도가니(220)는 수직 원통형상으로서 그 벽은 냉각수가 유동할 수 있는 비철금속의 수직냉각관(221)들로 이루어지고, 이러한 수직냉각관(221)들은 유도자기장의 통과를 위해 소정의 틈새를 두고 원주방향으로 배열되어 도가니(220)와 유도가열코일(230)을 냉각시킨다.

도 3에 나타낸 바와 같이 도가니(220) 내부에서 용융된 지르콘의 배출작동원리를 서술하자면 다음과 같다.

원료인 지르콘의 용융을 마친 도가니(220)는 입구가 하부를 향하도록 기울여 내부의 용융물이 외부로 배출된다.

또 이는 도 5의 도가니의 설치구조를 나타낸 측면의 단면예시에서도 나타내고 있다.

상기 도가니(220)의 가장 바깥쪽에는 도가니(220)를 외부에서 완전히 둘러싸고 있고, 도가니(220)의 회전을 용이하게 하는 보호박스(222)가 구비되어 있으며, 상기 보호박스(222)의 양측에 회전을 위한 회전축(223)이 연결되며, 상기 회전축(223)에는 도가니(220)가 지면과 일정간격을 둘 수 있도록 설치되도록 하는 받침대(224)가 연결된다.

상술한 바와 같이 상기 도가니(220)의 양측에는 회전축(223)과 받침대(224)가 각각 구비되며, 그 한측에 상기 회전축(223)에 회전힘을 전달하는 회전기어(225)가 위치한다.

상기 회전기어(225)는 회전힘을 발생시키는 모터(226)가 연결되어 있어, 모터(226)로부터 최초 발생되는 회전힘이 마지막으로 도가니(220)의 보호박스(222)로 연결되어 도가니(220)가 회전됨으로서 내부의 용융물이 외부로 배출되는 것이다.

또한 용융물의 배출이 용이하도록 상기 도가니(220)의 외측으로부터 내측으로 향하여 깊게 파여 배출구(227)를 형성한다.

본 발명에 사용한 유도가열코일(230)은 동파이프나 동판을 사용하여 도가니(220)의 형상에 따라 원통형이나 사면체형등으로 제작되어 도가니(220)의 외부둘레를 고리상으로 둘러싸여 고주파에너지를 도가니(220) 내용물에 커플링시킨다.

또한 가동 중 온도상승을 막기 위하여 냉각수를 돌릴 수 있는 구조를 갖추어야 하며, 생산성 및 작업의 편리성, 도가니(220)의 탈착과 용융효율의 향상을 위하여 이동장치를 갖추고 있어 용융물의 배출시 도가니(220) 상부로 상승된다.

고주파 발진기(210)에 의해 발생하는 고주파의 발진주파수는 용융물의 저항과 도가니(220)의 크기에 따라 결정되며 10KHz~10MHz 정도이면 효율적 용융이 가능하다.

발생된 고주파 전자장은 도가니(220)를 형성하는 수직냉각관(221)들 사이에 형성되어 있는 틈새를 통하여 도가니(220) 내로 유입된다.

고주파에 의한 용융이 완료되면 유도가열코일(230)이 도가니(220)의 상부로 이동하고 도가니(220) 내의 용융물이 경사대(240)를 따라 낙하한다.

경사대(240)는 용융물이 도가니(220) 외부로 쉽게 배출될 수 있도록 하고, 배출시 동파이프의 변형 방지대책으로 사용된다.

경사대(240)를 따라 흘러내리는 용융물이 에어건(310)에 의해 강한 압축 에어가 발사되어 구형의 비드를 형성하는 데, 이때 에어건(310)은 비드의 크기를 제어하고, 구형도를 확보하며 크랙을 제어하게 된다.

제조된 비드는 압축 에어의 강한 힘을 받아 포물선 운동을 하게 되는 데, 이때 비드가 충분한 낙하 거리를 확보하도록 하는 공간이 존재하며, 이러한 공간을 거쳐 낙하하는 동안에 자연 냉각을 하게 된다.

또한 상기 자연냉각이 이루어지는 공간의 하부는 경사를 이루고 있어 짧은 거리를 이동한 후 낙하하는 비드가 한 곳으로 모아지도록 한다.

이러한 비드가 자연 냉각하게 되면서 비드로부터 증발되는 증기는 상부에 위치하고 있는 집진기(330)를 통해 배출된다.

자연냉각공간을 통과하여 냉각된 비드는 포집기(320)에 포집되며, 포집된 비드는 그 크기와 구형도, 크랙 등에 따라 선별기(400)에 의해 선별되어 연마세척기(500)를 통과하여 연마, 세척 단계를 거쳐 건조기(600)에서 건조된다.

이러한 비드는 산화철 슬러리(비디오, 오디오 테이프용), 페인트, 잉크와 같이 고점도의 액상에 분말을 분산시키기 위한 목적으로 사용되며, 내식성, 내화학성 등의 뛰어난 물성을 가지고 있어 분쇄 매체로 사용된다.

특히 낮은 열전도도와 높은 내구성을 가지고 있어 높은 온도와 극한 환경에서의 사용하며, 비중, 인성 그리고 강도가 높아 미세하고 균일한 분쇄, 분산에 적합하다.

수직냉각관(221)에는 가동중 온도상승을 막기 위해 냉각수를 돌릴 수 있는 구조이며 냉각수가 흘러 들어가 관을 따라 흐른다.

“

”의 도형과 같이 “지르콘의 용융물”이 “V 배출구

(227)"로 하여 아래로 흐를때 냉각수가 냉각관(221)에 들어가지 아니하면 고철의 지르콘의 용융물 때문에 V과 같이 패인 “주둥이”가 타버린다.

수직 냉각관(221) 때문에 열이 식어서 “V 배출구 즉, 주둥이”가 타지 않고 오래 사용 할 수 있다.

이때 측면에서 보면 도가니(220)를 약간 기울일 때“

” 도가니에서 흘러내리는 용융물은 뜨거운 용융물로서 흐를때 용융된 상태이므로

"벽(측면)을 타고 바로 흐르는 수직 측면과, V형이지 않는 주둥이" 의 구조를 「측면이 약간 휘고 “V"의 특징을 주어」(명세서 식별번호 <40>과 같이) 작용(하부로 기울여 용융물이 외부로 유출)할 시에 용융물이 측면벽을 타고 흘러 내리지 아니하여 측면 벽이 녹지 않고 오래 사용할 수 있다.

또, 비드가 갖춰야할 화학조성물 및 색상에서의 비활성, 기계적 충격강도, 내마모성, 기계설비에 대한 낮은 마모성, 양호한 분쇄를 위한 높은 밀도 및 용이한 세정을 위한 높은 개방다공성 등의 성질을 가지고 있어, 비드 수명의 연장이 가능하며, 분산/분쇄시 발생하는 화학반응이나 마모로 인한 생산 제품의 오염을 방지할 수 있으며, 비드의 완벽한 회수로 인한 비용절감효과가 있다.

Claims

원료를 저장하는 호퍼(110)와, 원료를 투입하는 피더(120)를 구비한 원료공급부(100)와; 고주파를 발생시키는 고주파 발진기(210)와, 수 냉식 냉각 방식이 사용되는 도가니(220)와, 고주파 에너지를 도가니(220) 내용물에 커플링시키는 유도가열코일(230)과, 용융된 내용물을 배출시키는 경사대(240)를 구비하는 용융부(200)와; 압축 에어를 분사하여 구형의 비드를 제조할 수 있도록 하는 에어건(air gun)(310)과 제조된 비드를 포집하는 포집기(320)를 구성하는 블로잉부(blowing)(300)와; 제조된 비드를 각각의 크기나 구형도의 특성에 따라 분리하는 선별기(400)와; 연마와 세척을 위한 연마세척기(500)와; 건조를 위한 건조기(600)로 이루어지는 지르콘 비드의 제조 장치에 있어서,

상기 도가니(220)의 외측으로 부터 내측으로 깊게 파여 용융물의 배출이 용이하도록 배출구(227)를 형성하는 것을 특징으로 하는 지르콘 비드의 제조장치.