KR20140023095A - 분체 연속 소성 장치 - Google Patents

Abstract

가열 도중에 분체로부터 휘발한 성분을 분리할 수 있는 분체 연속 소성 장치는, 노체(4)와, 노체(4) 내를 이동하는 노상(5)을 구비하고, 원료 분체가 노상(5)에 연속해서 공급되어서 가열되고, 원료 분체로부터 휘발 성분이 제거되는 휘발로(2)와, 노체(13)와, 노체(13) 내를 이동하는 노상(14)을 구비하고, 휘발로(2)에서 배출된 원료 분체가 노상(14)에 연속적으로 공급되고, 원료 분체가 추가로 가열되어서 소성되는 소성로(3)와, 휘발로(2)와 소성로(3)를 접속하고, 일정량 이상의 원료 분체를 저류함으로써, 휘발로(2)의 노 내 공간과 소성로(3)의 노 내 공간을 원료 분체에 의해 격리하는 중간 호퍼(12)를 갖는다.

Description

분체 연속 소성 장치{CONTINUOUS POWDER CALCINATION APPARATUS}

본 발명은 분체 연속 소성 장치에 관한 것이다.

리튬 이온 2차 전지용 부극 활물질은 일반적으로, 탄소 분체 등의 원료 분체를 1,000℃에서 1,300℃의 불활성 분위기 중에서 소성하여 제조된다. 이러한 분체의 소성은 토갑(土匣: sagger)에 원료 분체를 충전한 것을 연속해서 롤러하스 노(roller-hearth furnace) 등에서 가열해서 실행하는 것이 일반적이다.

또한, 분체를 연속해서 소성하는 장치로서는 특허문헌 1에 기재된 것과 같이, 터널 노(tunnel furnace)를 직선적으로 관통하는 벨트 컨베이어(주로 스틸 벨트) 위에 연속해서 분체를 적재하여 가열하는 벨트식 소성로, 또는 특허문헌 2에 기재된 것과 같이, 원호 형상의 노체를 관통하도록 회전하는 환상(環狀)의 원반 위에 연속해서 분체를 적재하는 회전 노상 노(rotary-hearth furnace)가 알려져 있다.

또한, 특허문헌 1에는 노(爐) 내에 분위기 가스를 충전하기 위해, 노체의 입구 및 출구에 무단(無端) 벨트에 압접(壓接)되는 실 롤러(seal roller)를 설치하여 노 내와 노 외를 격리하는 기술도 기재되어 있다.

또한, 탄소계의 원료 분체를 소성할 경우, 예를 들면 특허문헌 3에 기재된 것과 같이, 500℃에서 750℃의 온도 범위에서, 원료 분체로부터 탄화수소 가스 또는 타르가 휘발하는 것이 알려져 있다.

소성한 분체는, 최종적으로 어느 정도 냉각하고 나서 회수할 필요가 있기 때문에, 소성 장치의 최종 단에는 냉각대(冷却帶)가 설치된다. 원료 분체로부터 휘발한 타르 등은 노 내의 저온부 또는 냉각대에서 제품 분체에 응축해서 부착 성장하며, 노 벽의 복사율(輻射率) 또는 제품의 품질을 저하시킨다. 또한, 휘발한 타르는 1,000℃를 넘는 고온이 되면 열분해 탄소를 발생하여, 노 재료에 침착해서 노를 열화(劣化)시킨다.

분체의 가열 도중에 휘발한 타르 등의 성분은 분자 운동에 의해 분위기 가스 중으로 확산하고, 또한 반송되는 분체에 수반하는 분위기 가스의 이동에 따라 노의 하류 측으로 이동한다. 노 내의 분위기 가스를 흡인해서 강제 배기하고, 휘발한 성분이 노의 하류 측으로 이동하지 않도록 하기 위해서는, 상당량의 분위기 가스를 흡인할 필요가 있으므로, 노 내 공간에 다량의 불활성 가스 및 열을 공급할 필요가 있다. 따라서, 흡인에 의해 휘발 성분을 분리하면, 제조 비용이 높아진다.

특허문헌 1: 일본 특허 제2643086호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제4312773호 공보 특허문헌 3: 일본 특개 2002-130627호 공보

상기 문제점을 감안하여, 본 발명은 가열 도중에 분체로부터 휘발한 성분을 분리할 수 있는 분체 연속 소성 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 분체 연속 소성 장치는 노체 내를 이동하는 노상(爐床: hearth)에 원료 분체를 연속해서 공급하고, 상기 원료 분체를 가열하여 휘발 성분을 제거하는 휘발로와, 노체 내를 이동하는 노상에 상기 휘발로에서 배출되는 원료 분체를 연속적으로 공급하고, 상기 원료 분체를 추가로 가열해서 소성하는 소성로를 갖는 것이다.

이 구성에 의하면, 휘발로에 있어서 타르 등을 완전히 휘발시킨 분체를, 분리된 더욱 고온의 소성로에 도입하기 때문에, 휘발한 성분이 고온의 소성 온도에 노출되거나, 소성로의 냉각대에 진입하지 않는다. 이로 인하여, 타르 성분이 가열되어 열분해 탄소가 생기거나, 냉각된 제품 분체에 응축 부착하는 일이 없다.

또한, 본 발명의 분체 연속 소성 장치에 있어서, 상기 휘발로의 노체와 상기 소성로의 노체는 중간 호퍼를 통해 접속되어 있으며, 상기 중간 호퍼에 일정량 이상의 상기 원료 분체를 저류(貯留)함으로써, 상기 휘발로의 노 내 공간과 상기 소성로의 노 내 공간을 상기 원료 분체에 의해 격리하여도 좋다.

이 구성에 의하면, 원료 분체의 층에 의해 휘발로 내의 분위기 가스와 소성로의 분위기 가스를 분리하기 때문에, 휘발로 내의 분위기 가스 중에 확산한 타르 성분 등이 소성로 내에 진입하지 않는다.

또한, 본 발명의 분체 연속 소성 장치에 있어서, 상기 중간 호퍼는 저류하는 원료 분체의 높이를 일정량 이상 유지하도록, 상기 소성로의 노상에 상기 원료 분체를 배출하기 위한 개구의 크기를 조정하여도 좋다.

이 구성에 의하면, 원료 분체의 층의 두께가 확보될 수 있기 때문에, 휘발로 내의 공간과 소성로 내의 공간의 격리가 확실해진다.

또한, 본 발명의 분체 연속 소성 장치에 있어서, 상기 휘발로는 롤러에 걸쳐진 무단 벨트로 이루어지는 직진 노상을 갖추고, 상기 소성로는 환상의 내열재로 이루어지는 회전 노상을 갖추어도 좋다.

이 구성에 의하면, 휘발로를 저렴한 벨트형의 노로 하고, 소성로를 내열성이 높은 회전형 노로 함으로써, 저렴하고 신뢰성이 높은 장치가 된다.

또한, 본 발명의 분체 연속 소성 장치에 있어서, 상기 휘발로는 이 휘발로의 노체의 전후에서 상기 무단 벨트를 끼워 넣는 실 롤러와, 이 휘발로의 노체와 상기 실 롤러와의 사이를 기밀하게 밀봉하는 커버를 구비하여도 좋다.

이 구성에 의하면, 휘발로의 내부 공간을 외기로부터 차단할 수 있으며, 타르 성분 등이 장치 외부에 누출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 분체 연속 소성 장치에 있어서, 상기 휘발로는 이 휘발로의 노체의 하류 측의 상기 실 롤러의 직전에, 상기 무단 벨트를 냉각하기 위한 냉각 장치를 구비하여도 좋다.

이 구성에 의하면, 실 롤러에 내열성을 요구하지 않기 때문에, 저렴하고 밀봉성이 높은 재료를 사용하여 실 롤러를 형성할 수 있다.

본 발명의 분체 연속 소성 장치는 원료 분체로부터 휘발 성분을 제거하는 저온의 휘발로와, 휘발 성분을 제거한 원료 분체를 소성하는 소성로를 접속해서 이루어지기 때문에, 휘발한 성분이 소성 온도까지 가열되거나, 냉각된 최종 제품에 응축 부착되지 않는다. 이 때문에, 제품의 품질이 높고, 노의 수명도 길다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 분체 연속 소성 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 분체 연속 소성 장치의 전개 단면도이다.
도 3은 도 1의 분체 연속 소성 장치의 중간 호퍼의 확대 단면도이다.

이하에서, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 및 도 2에, 본 발명의 한 실시형태인 분체 연속 소성 장치(1)를 나타낸다. 분체 연속 소성 장치(1)는 직선 형상의 휘발로(2)와, 원환 형상의 소성로(3)로 이루어진다. 또한, 도 2는 원료 분체의 반송 방향을 따라 소성로(3)를 전개한 단면도이다. 휘발로(2)는 예를 들면, 노 온도가 약 750℃이고, 원료 분체로부터 타르 등의 휘발성 성분을 휘발시켜 제거하는 것이다. 소성로(3)는 예를 들면, 노 온도가 약 1,300℃이고, 휘발로(2)에서 휘발성 성분을 제거한 원료 분체를 추가로 가열하여 소성하고, 원하는 제품 분체로 변성시키는 것이다.

휘발로(2)는 터널 형상의 머플(muffle) 구조로 된 노체(4)를 직선적으로 관통해서 주회(周回)하는 무단의 스틸 벨트(5)를 갖는다. 스틸 벨트(5)는 노 내에서 방향 전환하도록 복수의 롤러(6)에 걸쳐서 구동되는 컨베이어 벨트이다. 휘발로(2)는 스틸 벨트(5) 위에, 원료 분체를 일정한 두께로 적재하는 정량 공급 장치(7)를 갖는다. 즉, 스틸 벨트(5)는 원료 분체를 담지하여 노체(4)를 직선적으로 통과하는 직진 노상이 된다. 노체(4)의 노 내 공간에는 불활성 가스(예를 들면 질소)가 도입되게 되어 있다. 또한, 휘발로(2)는 노체(4) 내의 원료 분체로부터 배출되는 가스에 포함되는 유해 물질을 연소 분해하는 배기 가스 처리 장치(8)를 갖는다.

또한, 휘발로(2)는 노체(4)의 전후에, 스틸 벨트(5)를 기밀하게 끼워 넣는 실 롤러(9)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 노체(4)의 단부와 실 롤러(9)와의 사이는, 각각 커버(10, 11)에 의해 밀봉되어 있다. 즉, 노체(4)의 입구 및 출구는, 실 롤러(9) 및 커버(10, 11)에 의해 밀봉되어 있으며, 노 내 공간이 외부로부터 격리되어 있다. 휘발로(2)의 후단부의 커버(11)는 소성로(3)에 기밀하게 접속된 중간 호퍼(12)와 일체적으로 형성되어 있다. 즉, 휘발로(2)와 소성로(3)는 중간 호퍼(12)를 통해 기밀하게 접속되어 있다.

소성로(3)는 원의 일부를 절제한 C자 형상의 노체(13)와, 노체(13)를 관통해서 회전하는 환상의 그라파이트(graphite)와 같은 내열재로 형성된 회전 노상(14)을 갖는다. 회전 노상(14)의 상면에는 노체(13)를 관통한 중간 호퍼(12)로부터 원료 분체가 대략 일정한 두께로 연속적으로 적재된다. 노체(13)의 하류에는 회전 노상(14) 위의 분체를 냉각하는 냉각대(15)가 설치되고, 냉각대(15)의 하류에는 분체를 진공 흡인해서 회수하는 회수 장치(16)가 배치되어 있다. 또한, 소성로(4)에도 불활성 가스가 공급되어, 노체(13) 내의 원료 분체로부터 배출되는 휘발 성분을 소성 분해하는 배기 가스 처리 장치(17)가 설치되어 있다.

도 3에 중간 호퍼(12)를 상세하게 나타낸다. 중간 호퍼(12)는 소성로(3)의 노체(13) 상부를 관통하여, 하단이 회전 노상(14)의 표면에 근접하고 있다. 중간 호퍼(12)는 하단부의 회전 노상(14)의 회전 방향 하류 측으로 원료 분체(P)를 배출하기 위한 개구가 형성되어 있고, 그 개구의 높이를 변경하기 위해, 실린더(18)에 의해 상승 하강하는 게이트(19)를 구비하고 있다. 게이트(19)는 상승 위치와 하강 위치를 실린더의 스트로크(stroke) 조정 등에 의해 미리 설정할 수 있게 되어 있다. 이로 인하여, 회전 노상(14)에는 게이트(19)의 높이(개구 면적)에 비례한 양의 원료 분체(P)가 공급된다.

또한, 중간 호퍼(12)는 소성로(3)의 노체(13) 상부에 있어서 단면적이 크게 되어 있으며, 어느 정도의 원료 분체(P)를 저류할 수 있게 되어 있다. 그리고, 중간 호퍼(12)는 분체면의 면적을 검출하는 2개의 레벨 스위치(20, 21)를 구비하고 있다. 레벨 스위치(20)는 분체 레벨의 허용 범위의 상한을 검출하고, 레벨 스위치(21)는 분체 레벨의 허용 범위의 하한을 검출한다.

본 실시형태의 분체 연속 소성 장치(1)에서는 레벨 스위치(20)가 중간 호퍼(12) 내의 원료 분체(P)의 분체면의 높이가 상한 이상이라는 것을 검출하면, 게이트(19)를 올려서 회전 노상(14) 위에 형성되는 원료 분체(P)의 층의 두께를 크게 한다. 이로 인하여, 중간 호퍼(12)로부터 회전 노상(14)에 공급되는 원료 분체(P)의 양을 휘발로(2)에서 배출되는 분체량보다 많게 해서, 중간 호퍼(12) 내의 분체 레벨을 저하시킨다.

또한, 레벨 스위치(21)가 중간 호퍼(12) 내의 원료 분체(P)의 분체면의 높이가 하한 이하인 것을 검출하면, 게이트(19)를 내려서 회전 노상(14) 위에 형성되는 원료 분체(P)의 층의 두께를 작게 하고, 중간 호퍼(12)로부터 회전 노상(14)에 공급되는 원료 분체(P)의 양을 휘발로(2)에서 배출되는 분체량보다 적게 해서, 중간 호퍼(12) 내의 분체 레벨을 상승시킨다.

이 때문에, 게이트(19)는 휘발로(2)의 정량 공급 장치(7)의 설정 값에 따른 분체량을 중간 호퍼(12)로부터 회전 노상(14)에 공급하기 위한 이론적인 높이보다 약간 높은 위치와, 약간 낮은 위치 중 어느 하나로 위치 결정되도록 미리 설정, 즉 실린더(18)의 스트로크 등이 제조 조건에 따라 미리 조정된다.

이와 같이, 본 실시형태의 분체 연속 소성 장치(1)에서는, 항상 중간 호퍼(12) 안에 일정한 레벨의 원료 분체(P)가 저류되어 있으므로, 휘발로(2)의 노 내 및 커버(11) 중의 분위기와, 소성로(3)의 노 내의 분위기는, 항상 충분한 두께의 원료 분체(P)의 층에 의해 격리(차단)된다. 이 때문에, 휘발로(2)와 소성로(3) 사이에서 분위기의 간섭(유입, 유출)이 일어나지 않기 때문에, 휘발로(2) 내에서 휘발한 타르 성분이 소성로(3) 내에 진입하지 않을 뿐만 아니라, 각각의 노 내 분위기의 온도가 유지된다.

또한, 본 실시형태의 분체 연속 소성 장치(1)는, 하류 측의 실 롤러(9)의 직전에, 스틸 벨트(5)를 끼워 넣어, 외주가 단열재로 덮어진 수냉 재킷 구조의 냉각 장치(22)를 구비하고 있고, 스틸 벨트(5)를 냉각하고 나서 실 롤러(9)로 압접해서 밀봉하도록 되어 있다. 이로 인하여, 실 롤러(9)는 고온에 노출되는 일이 없기 때문에, 일반적인 고무 라이닝을 실시한 구조 등으로 형성할 수 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 예를 들면 금속으로 이루어진 백업 롤러(23)를 설치하고, 백업 롤러(23)에 실 어태치먼트(seal attachment: 24)를 맞닿게 함으로써, 실 롤러(9)의 마모를 방지할 수 있다.

또한, 레벨 스위치(21) 대신에, 분체의 높이를 선형적으로 검출할 수 있는 검출기로 분체의 높이를 항상 감시하고, 실린더(18) 대신에, 펄스 모터와 볼 나사를 사용한 기구 등에 의해 게이트(19)의 높이를 연속적으로 제어하여도 좋다.

1: 분체 연속 소성 장치 2: 휘발로
3: 소성로 4: 노체
5: 스틸 벨트(직진 노상) 9: 실 롤러
10, 11: 커버 12: 중간 호퍼
13: 노체 14: 회전 노상
18: 실린더 19: 게이트
20, 21: 레벨 스위치 22: 냉각 장치

Claims (6)

1. 노체와, 상기 노체 내를 이동하는 노상(爐床: hearth)을 구비하고, 원료 분체가 상기 노상에 연속해서 공급되어서 가열되고, 상기 원료 분체로부터 휘발 성분이 제거되는 휘발로와,
   노체와, 상기 노체 내를 이동하는 노상을 구비하고, 상기 휘발로에서 배출된 상기 원료 분체가 상기 노상에 연속적으로 공급되고, 상기 원료 분체가 추가로 가열되어서 소성되는 소성로를 갖는 것을
   특징으로 하는 분체 연속 소성 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 휘발로의 노체와 상기 소성로의 노체를 접속하고, 일정량 이상의 상기 원료 분체를 저류함으로써, 상기 휘발로의 노 내 공간과 상기 소성로의 노 내 공간을 상기 원료 분체에 의해 격리하는 중간 호퍼를 갖는 것을
   특징으로 하는 분체 연속 소성 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 중간 호퍼는 상기 소성로의 노상으로의 상기 원료 분체의 배출량을 변경함으로써, 저류하는 상기 원료 분체의 높이를 일정량 이상으로 유지하도록, 크기를 조정할 수 있는 개구를 구비하는 것을
   특징으로 하는 분체 연속 소성 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 휘발로는 롤러에 걸쳐진 무단 벨트로 이루어지는 직진 노상을 구비하고, 상기 소성로는 환상의 내열재로 이루어지는 회전 노상을 구비하는 것을
   특징으로 하는 분체 연속 소성 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 휘발로는 상기 휘발로의 노체의 전후에서 상기 무단 벨트를 끼워 넣는 실 롤러와, 상기 휘발로의 노체와 상기 실 롤러와의 사이를 기밀하게 밀봉하는 커버를 구비하는 것을
   특징으로 하는 분체 연속 소성 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 휘발로는 상기 휘발로의 노체의 하류 측의 상기 실 롤러의 직전에, 상기 무단 벨트를 냉각하기 위한 냉각 장치를 구비하는 것을
   특징으로 하는 분체 연속 소성 장치.
   

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