KR20130061630A

KR20130061630A - 분체 열처리장치

Info

Publication number: KR20130061630A
Application number: KR1020120130228A
Authority: KR
Inventors: 기요히로 미야모토; 데루히코 누마타
Original assignee: 쥬가이로 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR101450966B1; CN103127883B; TWI434737B; JP5801698B2; CN103127883A; JP2013117329A; TW201323091A

Abstract

[과제] 1,500℃ 전후 혹은 그 이상의 고온으로 분체재료를 열처리하는 경우에, 가열단계에서 분체재료로부터 발생하는 가스의 원활한 빼기가 가능함과 아울러, 냉각단계에서의 브릿지 발생도 저지하는 것이 가능하고, 분체재료의 유동성을 확보할 수 있으며, 또, 분체재료를 균질로 열처리하는 것도 가능한 분체 열처리장치를 제공한다.
[해결수단] 분체재료(P)를 장입하는 위쪽 장입부(3)와, 분체재료를 중력방향 아래쪽으로 안내하면서 열처리하는 가이드 샤프트(7)와, 분체를 배출하는 아래쪽 배출부(4)와, 가이드 샤프트의 위쪽으로부터 아래쪽을 향하여 삽입되고, 가이드 샤프트 내의 분체재료의 분면 부분 및 그 주변을 교반하기 위한 상측 교반부재(20)와, 가이드 샤프트의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하여, 상측 교반수단(20)에 대해 거리를 두고 삽입되며, 가이드 샤프트 내의 분체재료를 교반하기 위한 하측 교반부재(5)를 구비하였다.

Description

분체 열처리장치 {HEAT TREATMENT APPARATUS FOR POWDER MATERIAL}

본 발명은 1,500℃ 전후 혹은 그 이상의 고온으로 분체(粉體)재료를 열처리하는 경우에, 가열단계에서 분체재료로부터 발생하는 가스의 원활한 빼기가 가능함과 아울러, 냉각단계에서의 브릿지 발생도 저지하는 것이 가능하고, 분체재료의 유동성을 확보할 수 있으며, 또, 분체재료를 균질로 열처리하는 것도 가능한 분체 열처리장치에 관한 것이다.

종래, 분체를 열처리하는 설비로서, 특허문헌 1이 알려져 있다. 특허문헌 1의 「분체처리용 샤프트 노(爐)」는 간단한 구성으로 원료공급호퍼 내에서의 브릿지 형성방지, 분체간 공기의 대폭 감소에 의한 분체의 산화방지 등을 가능하게 한 분체처리용 샤프트 노를 제공하는 것을 과제로 하여, 하단에 원료공급관을, 상부에 원료보급밸브를 가지고, 또한 원료공급관에 원료공급밸브를 구비한 밀폐식 원료공급호퍼와, 장입실(裝入室)과, 가열부 및 냉각부를 구비한 노 본체와, 간헐식 배출장치를 구비한 배출실을 상기 순서로 연결하고, 원료공급관을 장입실 내에 위치시켜 원통형 샤프트의 상단이 장입실 내에서 원료공급관에 대향하며, 하단이 배출실에 위치하도록 노 본체를 상하로 관통 배치하고, 원료공급호퍼 내의 원료분체를 원통형 샤프트의 상단에 공급하며, 배출판에서 처리분체를 간헐적으로 잘라 내도록 분체처리용 샤프트 노를 구성하고 있다.

분체를 처리하는 일반적인 설비에 있어서, 분체의 브릿지를 방지하는 기술로서는 특허문헌 2 ~ 6이 알려져 있다.

특허문헌 2의 「호퍼장치」는 넓은 범위를 작은 힘으로 교반(攪拌)하는 것에 유리한 브릿지 방지기구를 구비하는 호퍼장치를 제공하는 것을 과제로 하고, 호퍼장치는 분립상체(粉粒狀體)를 수용하고, 하부에 마련된 배출구가 열림으로써 배출구를 통과하여 분립상체를 배출하는 저장용기와, 저장용기의 내부에 분립상체에 의해서 브릿지가 형성되는 것을 방지하는 브릿지 방지기구를 구비한다. 브릿지 방지기구는 회전축과, 회전축의 중심축에 대하여 경사진 1 또는 복수의 경사면을 따라서 회전축으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 교반봉을 포함한다.

특허문헌 3의 「분립체 저장탱크장치」는 인터널 플로우 현상, 브릿지 현상 혹은 잔류·고착 현상 등의 발생을 방지하고, 수용되어 있는 분립체를 부드럽게 유출시킴으로써 선입(先入) 선출(先出)을 보증하며, 또한 구조가 간단하고, 게다가 종래의 이런 종류의 장치에 후장착할 수도 있는 분립체 저장탱크장치를 제공하는 것을 과제로 하고, 통상체의 하부에 역원추 형상을 한 콘(cone)부가 연접(連接)되며, 이 콘부의 하단 꼭대기부에 배출구가 마련된 탱크 본체를 구비하는 분립체 저장탱크장치에 있어서, 탱크 본체의 내부에 꼭대기부를 개구한 원추부를 콘부로부터 지지다리에 의해 소정의 간격을 두고 설치하여 구성되어 있다.

특허문헌 4의 「분체의 브릿지 방지·제거장치」는 분체저장탱크 내에서의 분체의 브릿지의 발생 방지나 분체저장탱크 내에 발생한 분체의 브릿지의 제거를 행하고, 게다가, 기설(旣設)의 분체저장탱크에도 간단하고 또한 용이하게 설치할 수 있도록 하는 것을 과제로 하여, 상단부에 분체의 투입구를, 또, 하단부에 분체의 배출구를 각각 가지고, 하부가 호퍼 모양으로 형성된 분체저장탱크에 설치되는 분체의 브릿지 방지·제거장치로서, 상기 브릿지 방지·제거장치는 분체저장탱크 내에 저장되어 있는 분체의 층 내에 배치된 진동체와, 진동체에 장착되고, 진동체를 진동시키는 진동기와, 진동체 및 진동기를 분체저장탱크에 지지하는 지지체로 이루어지며, 분체저장탱크 내의 분체에 직접 진동이 주어지도록 구성하고 있다.

특허문헌 5의 「분쇄물의 저장탱크」는 저장된 분쇄물에 배출구의 바로 위에서 브릿지화나 공동화를 일으키게 하지 않고, 부드럽게 배출구로부터 배출할 수 있는 분쇄물의 저장탱크를 제공하는 것을 목적으로 하여, 분쇄되고 회수된 분쇄물을 저장하는 탱크 본체와, 탱크 본체의 하부에 마련된 분쇄물의 배출구를 구비하는 분쇄물의 저장탱크에 있어서, 상기 탱크 본체 내에 저장된 상기 분쇄물의 상단과 상기 배출구에 도달하는 부분을 상하방향으로 기계적으로 이동시키는 분쇄물의 공동화 및 브릿지화 방지수단을 구비하고 있는 구성으로 하고 있다.

특허문헌 6의 「사일로(silo)의 브릿지 해소장치」는 분체를 저장하는 사일로 본체의 하단에 취출구를 마련하고, 취출구의 상부 위치에 사일로 본체 내에 고압공기를 분출하는 복수의 고압공기노즐을 마련했다. 타계통으로 고압공기를 송기(送氣)하는 고압공기 공급관을 쿨러의 앞에서 분기(分岐)하여 고압공기 공급관의 분기관을 형성하고, 분기관을 고압공기노즐에 연결한 구성으로 하며, 쿨러의 앞에서 분류한 고온의 건조한 고압공기가 분기관을 통과하여 고압공기노즐로부터 사일로 본체로 분출함으로써, 분체에 습기를 주지 않고 사일로 본체에서의 분체의 브릿지 현상을 방지할 수 있다. 기존의 고압공기를 이용하고 있으므로, 설비의 간략화 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2001-26413호 공보 [특허문헌 2] 일본국 특개2010-6402호 공보 [특허문헌 3] 일본국 특개2001-278384호 공보 [특허문헌 4] 일본국 특개2003-63590호 공보 [특허문헌 5] 일본국 특개평8-333024호 공보 [특허문헌 6] 일본국 실개평5-58692호 공보

리튬이온 2차전지용 부극(負極) 활물질이나, 생(生)코크스(cokes), 피치(pitch), 수지 등에 포함되는 카본가루를 흑연화 처리하여 탄소분말을 제조하는 장치에서는, 1,500 ~ 2,000℃ 이상의 고온으로 분체재료를 열처리한다. 가열단계에서는 분체재료에 포함되는 불순물이 가스화하고, 발생한 가스에 의해서 분체끼리가 고착하여 덩어리가 되어 버려, 재료의 유동성이 저해된다. 또, 냉각단계에서는 분체재료끼리가 응집하여 브릿지가 형성되고, 이것에 의해서도 재료의 유동성이 저해된다.

이들 분체재료의 유동성 저해에 대해서는, 특허문헌 2 ~ 6에 개시되어 있는 교반조작이 유효하지만, 1,500℃ 이상이라는 고온의 열처리에 대해, 이들 특허문헌에 나타내고 있는, 거의 상온에서 사용되는 호퍼장치 등에 설비되는 브릿지 방지기구 등을 그대로 적용할 수 없었다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 거울삼아 창안된 것으로서, 1,500℃ 전후 혹은 그 이상의 고온에서 분체재료를 열처리하는 경우에, 가열단계에서 분체재료로부터 발생하는 가스의 원활한 빼기가 가능함과 아울러, 냉각단계에서의 브릿지 발생도 저지하는 것이 가능하고, 분체재료의 유동성을 확보할 수 있으며, 또, 분체재료를 균질로 열처리하는 것도 가능한 분체 열처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 분체 열처리장치는, 분체재료를 장입하는 위쪽 장입부와, 이 위쪽 장입부의 아래쪽에 연설되고, 장입된 분체재료를 중력방향 아래쪽으로 안내하면서 열처리하는 열처리부와, 이 열처리부의 아래쪽에 연설되고, 열처리된 분체를 배출하는 아래쪽 배출부와, 상기 열처리부의 위쪽으로부터 아래쪽을 향하여 삽입되고, 이 열처리부 내의 분체재료의 분면(粉面) 부분 및 그 주변을 교반하기 위한 상측 교반부재와, 상기 열처리부의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하여, 상기 상측 교반수단에 대해 거리를 두고 삽입되며, 이 열처리부 내의 분체재료를 교반하기 위한 하측 교반부재와, 이들 상측 교반부재 및 하측 교반부재를 구동하는 구동수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 상측 교반부재는 흑연제이며, 이 상측 교반부재에는 금속제 동력전달부재가 연결되고, 이 금속제 동력전달부재가 상기 열처리부에 씰재를 통하여 회전·슬라이딩 가능하게 삽입 통과되는 것을 특징으로 한다.

상기 상측 교반부재 및 상기 하측 교반부재 중 적어도 어느 한쪽에는 그 내부에 가열장치가 내장되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 분체 열처리장치에서는, 1,500℃ 전후 혹은 그 이상의 고온에서 분체재료를 열처리하는 경우에, 가열단계에서 분체재료로부터 발생하는 가스를 원활히 뽑아낼 수 있음과 아울러, 냉각단계에서의 브릿지 발생도 저지할 수 있고, 분체재료의 유동성을 확보할 수 있으며, 또, 분체재료를 균질로 열처리할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 관한 분체 열처리장치의 바람직한 일실시형태를 나타내는 측 단면도이다.
도 2는 도 1 중, A부 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 분체 열처리장치에 이용되는 상측 및 하측 교반부재의 변형예를 나타내는 주요부 확대 측면도이다.
도 4는 도 3 중, B-B선 화살표에서 본 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 분체 열처리장치에서의 분체재료의 유동상태를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 도 1의 분체 열처리장치의 하측 교반부재에 가열장치를 내장한 모습을 나타내는 개략 구성도이다.

이하에, 본 발명에 관한 분체 열처리장치의 바람직한 일실시형태를, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 실시형태에 관한 분체 열처리장치(1)의 측단면도가 나타내어져 있다. 본 실시형태에 관한 분체 열처리장치(1)는 주로, 위쪽 부분이 높이 방향으로 곧고, 아래쪽 부분이 양다리로 분기하여 형성된 중공 통 모양의 노체(爐體) 쉘(shell)(2)과, 노체 쉘(2)의 위쪽 또한 측방에 배치되고, 노체 쉘(2) 내부에 분체재료(P)를 장입하는 위쪽 장입부(3)와, 노체 쉘(2)의 아래쪽 부분에 마련되고, 노체 쉘(2) 내부로부터 열처리된 분체(P)를 배출하는 아래쪽 배출부(4)를 구비하여 구성된다.

분체재료(P)는, 예를 들면 리튬이온 2차전지용 부극 활물질이나 생 코크스, 피치, 수지 등으로서, 이들을 1,500 ~ 2,000℃ 이상의 고온으로 가열하여 흑연화 처리함으로써, 탄소분말을 얻을 수 있다. 물론, 그 외의 분체재료라도 되는 것은 물론이다.

노체 쉘(2)은 분말재료(P)를 열처리하는 열처리부를 구성한다. 열처리부는 가열대(加熱帶)(H)와 냉각대(冷却帶)(C)로 구성된다. 가열대(H)는 노체 쉘(2)의 위쪽 부분에 구비되고, 냉각대(C)는 양다리로 분기되는 것으로 경사 아래쪽으로 연장된 한쪽의 아래쪽 부분에 구비된다. 양다리로 분기되는 것으로 노체 쉘(2)의 높이 방향 아래쪽으로 연장된 다른 쪽의 아래쪽 부분은 후술하는 하측 교반부재(5)를 설비하기 위한 삽통부(揷通部)(6)를 구성한다. 아래쪽 배출부(4)는 냉각대(C) 측에 마련된다.

노체 쉘(2)의 내부에는 당해 노체 쉘(2)과의 사이에 틈새를 두고, 가이드 샤프트(7)가 마련된다. 가이드 샤프트(7)는 흑연 등 내열성이 우수한 소재로 형성된다. 가이드 샤프트(7)는 아래쪽 부분을 양다리로 분기한 노체 쉘(2)과 거의 같은 형태이며, 중공 통체 모양으로 형성되고, 가열대(H)로부터 냉각대(C) 및 삽통부(6)에 걸쳐서 마련된다.

가열대(H)에서, 노체 쉘(2)과 가이드 샤프트(7)와의 사이에는, 가이드 샤프트(7)를 둘러싸는 배치로 히터(8)가 마련됨과 아울러, 히터(8)와 노체 쉘(2)과의 사이에는 단열재(9)가 충전된다. 히터(8)는 가이드 샤프트(7)를 가열하고, 이것에 의해 가이드 샤프트(7) 내부를 승온한다.

한편, 냉각대(C)에서, 노체 쉘(2)과 가이드 샤프트(7)와의 사이의 틈새에는 냉각수(W)가 외부로부터 순환 공급되고, 이것에 의해, 가이드 샤프트(7) 내부를 냉각하기 위한 수냉(水冷) 쟈켓(jacket)(10)이 구성된다.

노체 쉘(2)의 상부에는 가이드 샤프트(7)의 상단 개구부(7a)를 덮어, 기밀성을 가지는 중공 박스 모양의 상부 쉘(11)이 마련된다. 상부 쉘(11)에는 가이드 샤프트(7) 내로 분체재료(P)를 장입하는 위쪽 장입부(3)가 접속된다.

위쪽 장입부(3)는 열처리하는 분체재료(P)를 가이드 샤프트(7)의 가열대(H)로 공급하기 위해서 일시적으로 저장하는 공급호퍼(12)와, 공급호퍼(12)의 하단 개구에 마련되고, 개폐 작동되어 분체재료(P)를 공급호퍼(12)로부터 불출(拂出)하는 개폐밸브(13)와, 개폐밸브(13)에 일단이 접속됨과 아울러 타단이 상부 쉘(11) 내부에 삽입되고, 개폐밸브(13)로부터 불출되는 분체재료(P)를 가이드 샤프트(7) 내로 흘러내리게 하는 슈트(chute)(14)로 구성되며, 슈트(14)가 상부 쉘(11)에 접속됨으로써, 위쪽 장입부(3)의 아래쪽에 열처리부의 가열대(H)가 연설된다.

위쪽 장입부(3)로부터 가이드 샤프트(7) 내에 장입되는 분체재료(P)는 가열대(H)로부터 냉각대(C) 및 삽통부(6)에 걸쳐서 충만(充滿)한다. 노체 쉘(2)의 냉각대(C) 하단에는 아래쪽 배출부(4)가 마련된다.

아래쪽 배출부(4)는 가이드 샤프트(7)의 하단 개구부(7b)와 연통하는 절출(切出)구멍(15a)을 가지는 로터리 디스크(15)와, 노체 쉘(2)에 장착 지지되고, 로터리 디스크(15)가 그 내부에서 슬라이딩 회전하는 것을 안내함과 아울러, 절출구멍(15a)에 연통되는 배출포트(16a)가 하단 개구부(7b) 위치를 피해 형성된 수냉식의 디스크 하우징(16)과, 디스크 하우징(16)에 마련되고, 로터리 디스크(15)를 회전 구동하는 회전모터(17)로 구성되며, 디스크 하우징(16)이 노체 쉘(2)에 접속됨으로써, 열처리부의 냉각대(C)의 아래쪽에 아래쪽 배출부(4)가 연설된다.

냉각대(C)에서 냉각된 분체(P)는 가이드 샤프트(7)의 하단 개구부(7b)와 연통한 로터리 디스크(15)의 절출구멍(15a)으로 향하여 흘러들고, 흘러든 분체(P)는 회전모터(17)에 의한 로터리 디스크(15)의 회전 동작으로 가이드 샤프트(7)로부터 절출되어, 디스크 하우징(16) 내를 배출포트(16a)로 향하여 이송되고, 그 후, 절출구멍(15a)이 배출포트(16a)에 연통함으로써, 디스크 하우징(16) 내에서 바깥쪽으로 배출되도록 되어 있다.

가열대(H)로부터 냉각대(C) 및 삽통부(6)에 걸쳐서 분체재료(P)가 충만하고 있는 상태에서, 로터리 디스크(15)에 의해 아래쪽 배출부(4)로부터 분체(P)를 배출하면서, 개폐밸브(13)에 의해 공급호퍼(12)로부터 분체재료(P)를 공급함으로써, 가이드 샤프트(7)는 분체재료(P)를 중력방향 아래쪽으로 안내하고, 이것에 의해 분체재료(P)는 노체 쉘(2) 내부에서 연속적으로 열처리된다.

분체재료(P)의 가열처리에 의해, 가이드 샤프트(7) 내에는 가스가 발생한다. 가이드 샤프트(7)의 위쪽에 위치하여 그 상단 개구부(7a)와 연통하는 상부 쉘(11)에는 가스를 배출하기 위한 가스배출관(18)이 접속된다. 가스배출관(18)에는 가이드 샤프트(7) 내부의 압력을 제어하기 위해서, 개도(開度) 조절 가능한 조절밸브(19)가 마련된다.

열처리부의 가열대(H) 위치에 대응하는 가이드 샤프트(7) 내부에는 위쪽으로부터 아래쪽을 향하여, 가이드 샤프트(7) 내에 충만되는 분체재료(P)의 분면 부분(상부 표면 부분) 및 그것보다 깊이 방향 아래쪽을 포함하는 주변을 가이드 샤프트(7) 내면에서 그 중앙에 걸쳐서 교반·유동시키기 위한 상측 교반부재(20)가 삽입된다.

상측 교반부재(20)는 본 실시형태에서는, 선단이 날카로워진 로드 모양으로서, 그 주위면에는 둘레방향으로 간격을 두고 또한 길이방향으로 다단으로 교반용의 패들(paddle)(20a)이 마련되어 있다. 상측 교반부재(20)는 내열성이 우수한 흑연제로 형성된다. 상측 교반부재(20)에는 고온의 가이드 샤프트(7) 내에 삽입되는 선단과 반대 측으로서, 온도가 낮은 상부 쉘(11) 내부에 위치되는 기단에 로드 모양으로 형성된 금속제 동력전달부재(21)가 연결된다.

상부 쉘(11)상에는 상부 가대(架臺)(22)가 설치되며, 상부 가대(22)에 탑재된 상부 구동수단(23)의 출력축에, 동력전달부재(21)를 통하여, 상측 교반부재(20)가 연결된다. 상부 쉘(11)에는 동력전달부재(21)를 삽입 통과시키는 상부 관통구멍(24)이 형성된다. 이것에 의해, 상측 교반부재(20)는 상부 가대(22) 측으로부터 가이드 샤프트(7) 안쪽으로 삽입하여 설치된다.

상부 구동수단(23)은 나사기구 등을 구비하여, 그 출력축으로부터 정역(正逆) 왕복회전운동 및 상하방향 왕복직선운동을 출력하고, 이것에 의해 상측 교반부재(20)를 가이드 샤프트(7) 내에서 정역 회전작동과 동시에 상하방향 왕복작동한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상부 관통구멍(24)에는 상부 쉘(11)의 기밀성을 높게 유지할 수 있고, 또한 금속제의 동력전달부재(21)를 회전 슬라이딩 가능하게 또한 상하방향 슬라이딩 가능하게 삽입 통과할 수 있는 씰재(25)가 마련된다.

이종(異種) 재료인 흑연제의 상측 교반부재(20)와 금속제의 동력전달부재(21)와의 접속은, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 직선운동의 전달을 확보하기 위해서, 동력전달부재(21)의 단부 플랜지(21a) 외주에 형성한 수나사부(21b)(도면 중, 단부 플랜지(21a)의 단면을 햇칭으로 나타내고 있음)에 상측 교반부재(20)의 단부 플랜지(20b)에 맞물리는 커플링 부재(26)의 내주에 형성한 암나사부(26a)를 나사 맞춤하고, 그리고 또, 회전운동의 전달을 확보하기 위해서, 이들 상측 교반부재(20) 및 동력전달부재(21)의 축심을 피하여, 그들의 단부 플랜지(20b, 21a)에 형성한 키홈에 키(27)를 끼워 맞추면 된다.

열처리부의 가열대(H) 위치에 대응하는 가이드 샤프트(7) 내부에는 아래쪽으로부터 위쪽을 향하여, 가이드 샤프트(7) 내에 충만되는 분체재료(P)를 가이드 샤프트(7) 내면에서 그 중앙에 걸쳐서 교반·유동시키기 위한 하측 교반부재(5)가 삽입된다. 하측 교반부재(5)는, 상측 교반부재(20)에 대해, 가이드 샤프트(7)의 높이 방향으로 거리를 두고 배치된다. 따라서, 가이드 샤프트(7) 내에는 교반부재(5, 20)가 존재하지 않는 영역(Z)이 설정된다.

하측 교반부재(5)는 상측 교반부재(20)와 마찬가지로, 선단이 날카로워진 로드 모양으로서, 그 주위면에는 둘레방향으로 간격을 두고 또한 길이방향으로 다단으로 교반용의 패들(5a)이 마련된다. 하측 교반부재(5)도 내열성이 우수한 흑연제로 형성된다.

노체 쉘(2)의 삽통부(6) 바로 아래에는 하부 가대(28)가 장착되고, 하부 가대(28)에 탑재된 하부 구동수단(29)의 출력축에 하측 교반부재(5)가 직결된다. 삽통부(6) 하단에는 하측 교반부재(5)를 삽입 통과시키는 하부 관통구멍(30)이 형성된다. 이것에 의해, 하측 교반부재(5)는 하부 가대(28) 측으로부터 가이드 샤프트(7) 안쪽에 삽입되어 설치된다.

하부 구동수단(29)은, 상부 구동수단(23)과 마찬가지로, 출력축으로부터 정역 왕복회전운동 및 상하방향 왕복직선운동을 출력하고, 이것에 의해 하측 교반부재(5)를 가이드 샤프트(7) 내에서 정역 회전작동과 동시에 상하방향 왕복작동한다.

하부 관통구멍(30)에는, 상부 관통구멍(24)과 마찬가지로, 기밀성을 유지하면서, 하측 교반부재(5)를 회전 슬라이딩 가능하게 또한 상하방향 슬라이딩 가능하게 삽입 통과시키는 씰재(31)가 마련된다. 하측 교반부재(5)에 대해서도, 상측 교반부재(20)와 마찬가지로, 금속제 동력전달부재를 연결하고, 이 동력전달부재를 씰재(31)에 대해 삽입 통과하여, 기밀성을 높이도록 해도 된다.

가이드 샤프트(7)에는 분체 열처리장치(1)의 운전을 제어하기 위해서, 장입된 분체재료(P)의 분면 위치를 검출하는 레이저식의 위치센서(32)나, 내부 온도를 검출하기 위한 온도센서(33)가 마련된다. 위치센서(32)는 고온인 열처리부(H)에 대해, 유리 등의 투명한 소재로 차단해서 장착된다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 분체 열처리장치(1)의 작용에 대해서 설명한다. 가열대(H)로부터 냉각대(C) 및 삽통부(6)에 걸쳐서 분체재료(P)가 충만하고 있는 운전상태일 때에, 아래쪽 배출부(4)로부터 열처리한 분체(P)를 배출함에 따라서, 위쪽 장입부(3)로부터 분체재료(P)를 공급함으로써, 가이드 샤프트(7)에 의해 분체재료(P)를 중력방향 아래쪽으로 안내하여, 연속적으로 분체재료(P)의 열처리가 행해진다.

운전제어에서의 분체재료(P)의 장입타이밍은 로터리 디스크(15)에 의한 배출조작과 대응시키면서, 예를 들면 분체재료(P)의 온도가 1,500℃가 되는 높이 위치에 위치센서(32)에 의한 검출 포인트를 설정해 두고, 위치센서(32)에서 분체재료(P)가 검출되지 않게 되었다면, 새로 분체재료(P)를 장입하거나 혹은 온도센서(33)에서 검출되는 분면 위치의 온도가 예를 들면 1,500℃에 이르렀다면, 새로 분체재료(P)를 장입하도록 개폐밸브(13)가 제어된다.

위쪽 장입부(3)로부터 가열부(H)에 새로 장입되는 분체재료(P)는 슈트(14)에 의해 이미 가이드 샤프트(7) 내부에 충만하고 있는 분체재료(P)의 위에 쌓아 올려져, 분면 부분을 형성한다. 장입 직후의 분체재료(P)에는 불순물이 함유되어 있어, 분면 부분 및 그것보다 깊이 방향 아래쪽을 포함하는 주변에 체류하는 분체재료(P)에서는 히터(8)에서 가열되어 차례차례 승온해 가는 과정에서 불순물이 가스화한다.

정역 회전작동 및 상하방향 왕복작동되는 상측 교반부재(20)는 분면 부분 및 그 주변의 분체재료(P)를 교반하여 유동화시키므로, 발생한 가스를 분체재료(P) 상호간에 체류시키지 않고, 유동하는 분체재료(P) 상호간으로부터, 그리고 또 상측 교반부재(20)를 따라서 분면 위쪽으로 원활히 방출할 수 있다.

또, 상측 교반부재(20)에 의한 교반작용에 의해, 당해 상측 교반부재(20) 주위에서도, 가이드 샤프트(7) 내면 근방에서도, 분체재료(P)를 균질로 가열처리할 수 있음과 동시에, 고르게 가스를 방출시킬 수 있다. 이와 같이, 내열성을 가지는 흑연제의 상측 교반부재(20)에 의해서, 분면 부분 및 그 주변 부분의 분체재료(P)로부터의 탈가스 처리를 적확(的確)하게 행할 수 있다. 방출된 가스는 가스배출관(18)으로부터 배출된다.

또한, 상측 교반부재(20)의 정역 회전작동 및 상하방향 왕복작동에 의해, 가이드 샤프트(7) 내면으로부터 원격인 분면 부분에 매몰되어 있는 분체재료(P)를 파내어 고온의 내부 분위기에 쬐게 할 수 있다. 이것에 의해, 가열에 유리한 가이드 샤프트(7) 내면 근방의 분체재료(P)와 대비해도, 상측 교반부재(20) 주위의 분체재료(P)를 손색없이 가열처리할 수 있다.

아래쪽 배출부(4)의 배출조작으로 중력방향 아래쪽으로 이동하는 분체재료(P)는 상측 교반부재(20)보다도 아래쪽에 도달하면, 히터(8)에 의해 안정적으로 가열되어 적절히 흑연화 처리된다.

분체재료(P)는, 아래쪽으로 더욱 이동되면, 상측 교반부재(20)와 마찬가지로, 흑연제의 하측 교반부재(5)에 의한 교반작용을 받고, 이것에 의해 가이드 샤프트(7) 내에서의 유동성을 높일 수 있다. 이와 같이 높은 유동성을 확보할 수 있으므로, 분체재료(P)가 부분적으로 급냉되는 것을 방지할 수 있음과 아울러, 열처리 속도를 일정화할 수 있어, 더욱 하측 교반부재(5) 주위의 분체재료(P)와 가이드 샤프트(7) 내면 근방의 분체재료(P)를 균질로 열처리할 수 있다.

가열대(H)에서 가열처리된 분체재료(P)는 그 후, 냉각 쟈켓(10)을 구비하는 냉각대(C)로 이동하고, 아래쪽 배출부(4)에 도달할 때까지 동안에 냉각처리된다. 냉각처리된 분체(P)는 아래쪽 배출부(4)로부터 배출된다. 냉각대(C)로 이동하기 전에, 하측 교반부재(5)에서 분체재료(P)의 유동성을 높여 부분적인 급냉을 방지하고 있으므로, 냉각대(C)에서 브릿지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상세하게는 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상측 교반부재(20)와 하측 교반부재(5)를 연결하여 일련으로 형성한 단일의 교반부재(G)를 사용하는 경우를 고려하면, 당해 교반부재(G)의 회전 및 상하이동에 의해, 교반부재(G) 둘레의 분체재료(P)가 교반부재(G)를 따라서 조속히 흘러 내려, 분체 상면(S)에 구덩이(D)가 생겨 버린다. 즉, 가이드 샤프트(7)의 내면 근방과, 교반부재(G)의 주위 근방에서 분체재료(P)의 이동속도 V, v(V > v)가 달라져 버리기 때문에, 필요한 열처리를 적절히 시행할 수 없다.

이것에 대해, 본 실시형태에서는 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상기 단일의 교반부재(G)를 자른 형태로, 상측 교반부재(20)에 대해, 거리를 두고 하측 교반부재(5)를 마련하도록 하고 있고, 이것에 의해, 가이드 샤프트(7) 내부에 교반부재(5, 20)가 존재하지 않는 영역, 즉 분체재료(P)의 체류영역(Z)을 형성할 수 있다. 이것에 의해, 상측 교반부재(20) 근방에서의 흘러내림을 멈춤 수 있기 때문에, 분체재료(P)는 상부에서 순환이동을 발생시키게 되어, 분체재료(P)에 대한 가열처리 및 가스방출을 충분히 행할 수 있다. 또 동시에, 하측 교반부재(5)의 근방에서도 분체재료(P)에 순환이동을 일으키게 할 수 있다.

또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가이드 샤프트(7) 내부의 온도분포는 가이드 샤프트(7)에서의 상단 개구부(7a) 측의 가열대(H) 상단(도면 중, 7U로 나타냄)이 신규로 장입되는 저온의 분체재료(P)나 상부 쉘(11)로부터의 열적 영향에 의해서 비교적 온도가 낮음과 동시에, 가이드 샤프트(7)에서의 냉각대(C)에 이어지는 가열대(H) 하단(도면 중, 7L로 나타냄)도 냉각대(C)로부터의 전열 등의 열적 영향을 받아 비교적 온도가 낮은데 대해, 가이드 샤프트(7) 중앙부(도면 중, 7C로 나타냄)에서 최대 온도가 된다.

교반부재를 상측 교반부재(20) 및 하측 교반부재(5)로서, 그들 사이에 최대 온도가 되는 체류영역(Z)이 설정되도록 함으로써, 이 체류영역(Z)에서 분체재료(P)를 충분히 가열할 수 있음과 동시에, 교반부재(5, 20)가 과도한 고온에 노출되는 것을 방지하여, 교반부재(5, 20)의 내구성을 확보할 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, 가이드 샤프트(7)의 하부에서도, 하측 교반부재(5)에서 분체재료(P)의 순환이동을 일으키게 할 수 있기 때문에, 분체재료(P)가 냉각되기 시작하여 브릿지를 발생하기 쉬운 상황을 회피할 수 있다.

이상과 같이, 상측 교반부재(20) 및 하측 교반부재(5)에 의해, 탈가스 처리 및 분체재료(P)의 균일가열을 확보할 수 있고, 가스방출을 촉진하여, 브릿지도 회피할 수 있기 때문에, 지금까지 곤란하였던 가이드 샤프트(7)의 구경(口徑)을 대경화할 수 있어, 생산성을 향상할 수 있다.

상측 교반부재(20)에 금속제 동력전달부재(21)를 연결하고, 이 동력전달부재(21)를 상부 쉘(11)에 씰재(25)를 통하여 회전·슬라이딩 가능하게 삽입 통과하도록 함으로써, 노체 쉘(2) 내부의 열처리부에 높은 기밀성을 확보할 수 있다.

특허문헌 1을 전제(前提) 기술로서, 원통형 샤프트의 내부에 분체를 처리하는 일반적인 설비에 적용되어 교반작용에 의해 분체의 브릿지를 방지하는, 특허문헌 2 ~ 6에 관한 기술을 적용하는 것을 생각할 수 있지만, 상술한 바와 같이, 1,500℃ 이상이라는 고온의 열처리에 대해, 이들 특허문헌에 나타내어져 있는, 대략 상온에서 사용되는 호퍼장치 등에 설비되는 브릿지 방지기구 등을 그대로 적용할 수 없다. 이에 더하여, 본 실시형태에 관한 분체 열처리장치(1)에서는 단지 교반조작하는 것에 머무르지 않고, 상측 교반부재(20)와 하측 교반부재(5)를 구비하여 이들 교반부재(5, 20)끼리를, 거리를 두고 배치하는 구성을 채용하고 있어, 이것에 의해 분체재료(P)가 조속히 흘러 내려 버리는 것을 방지하여 교반부재(5, 20) 사이에 분체재료(P)를 체류시키도록 하고, 가이드 샤프트(7)의 상부 및 하부에서 분체재료(P)의 순환유동을 일으키게 하여, 가스방출이나 가열·균열(均熱)을 촉진하여, 브릿지를 회피할 수 있음으로써, 열처리 성능을 향상할 수 있거나, 가이드 샤프트(7)를 대구경화하여 생산성을 향상할 수 있는 등, 이들 특허문헌의 단순한 조합에 의해서는 얻을 수 없는 다양하고 유리한 작용효과를 얻을 수 있다.

도 3 및 도 4에는 교반부재(5, 20)의 변형예가 나타내어져 있다. 상기 실시형태에서는 교반용으로서 패들(5a, 20a)을 마련하도록 했지만, 표면적이 큰 패들(5a, 20a)에서는 열적 영향을 받아 변형하거나 손상하는 것이 고려되는 경우에는, 패들(5a, 20a)에 대신하여, 교반부재(5, 20)를 그 지름방향으로 관통하는 다수의 축체(34)를 마련하고, 이들 축체(34)로 교반하도록 하여도 된다. 이와 같은 변형예에서도, 상기 실시형태와 동일한 작용효과를 발휘하는 것은 물론이다.

또, 도 6에 나타내는 바와 같이, 하측 교반부재(5)의 내부에 가열장치(35)를 내장하고, 당해 하부 교반부재(5)의 회전 및 상하이동을 흡수할 수 있는 플렉서블 코드(36)를 통하여 외부 전원(37)과 접속하도록 하면, 당해 가열장치(35)에 의해, 가이드 샤프트(7)의 하부에서, 승온시간의 단축, 분체재료(P)의 열이력의 개선을 확보할 수 있다. 물론, 상측 교반부재(20)에도 동일하게 하여 가열장치(35)를 내장하면, 가이드 샤프트(7)의 상부에 대해서도 동일한 작용효과를 확보할 수 있다.

1 분체 열처리장치 2 노체 쉘
3 위쪽 장입부 4 아래쪽 배출부
5 하측 교반부재 5a 패들
6 삽통부 7 가이드 샤프트
7a 가이드 샤프트의 상단 개구부 7b 가이드 샤프트의 하단 개구부
8 히터 9 단열재
10 수냉 쟈켓 11 상부 쉘
12 공급호퍼 13 개폐밸브
14 슈트 15 로터리 디스크
15a 절출구멍 16 디스크 하우징
16a 배출포트 17 회전모터
18 가스배출관 19 조절밸브
20 상측 교반부재 20a 패들
20b 상측 교반부재의 단부 플랜지 21 동력전달부재
21a 동력전달부재의 단부 플랜지 21b 수나사부
22 상부 가대 23 상부 구동수단
24 상부 관통구멍 25 씰재
26 커플링 부재 26a 암나사부
27 키 28 하부 가대
29 하부 구동수단 30 하부 관통구멍
31 씰재 32 위치센서
33 온도센서 34 축체
35 가열장치 36 플렉서블 코드
37 외부 전원 C 냉각대
D 구덩이 G 단일의 교반부재
H 가열대 P 분체재료(분체)
S 분체 상면
V 단일의 교반부재의 주위 근방의 분체재료의 이동속도
v 가이드 샤프트의 내면 근방의 분체재료의 이동속도
W 냉각수 Z 체류영역

Claims

분체(粉體)재료를 장입(裝入)하는 위쪽 장입부와, 이 위쪽 장입부의 아래쪽에 연설(連設)되고, 장입된 분체재료를 중력방향 아래쪽으로 안내하면서 열처리하는 열처리부와, 이 열처리부의 아래쪽에 연설되고, 열처리된 분체를 배출하는 아래쪽 배출부와, 상기 열처리부의 위쪽으로부터 아래쪽을 향하여 삽입되고, 이 열처리부 내의 분체재료의 분면(粉面) 부분 및 그 주변을 교반(攪拌)하기 위한 상측 교반부재와, 상기 열처리부의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하여 상기 상측 교반수단에 대해 거리를 두고 삽입되고, 이 열처리부 내의 분체재료를 교반하기 위한 하측 교반부재와, 이들 상측 교반부재 및 하측 교반부재를 구동하는 구동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 분체 열처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상측 교반부재는 흑연제이며, 이 상측 교반부재에는 금속제 동력전달부재가 연결되고, 이 금속제 동력전달부재가 상기 열처리부에 씰재를 통하여 회전·슬라이딩 가능하게 삽입 통과되는 것을 특징으로 하는 분체 열처리장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 상측 교반부재 및 상기 하측 교반부재 중 적어도 어느 한쪽에는 그 내부에 가열장치가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 분체 열처리장치.