KR20150047352A

KR20150047352A - 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법 및 포장장치

Info

Publication number: KR20150047352A
Application number: KR1020130127332A
Authority: KR
Inventors: 성상미; 김주영
Original assignee: 성상미; 김주영
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-05-04

Abstract

본 발명은 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법 및 포장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리카 흄의 벌크 포장시 고밀도화할 수 있도록 밀도를 증가시키는 동시에 비중을 높일 수 있도록 할 목적으로, 실리카 흄의 투입수단(10)과; 내부에 상기 투입수단으로부터 투입되는 실리카 흄을 수용하도록 수직 원통형의 밀폐 공간이 형성되고 하단에 배출구(22)가 구비된 호퍼(20)와; 상기 경사부의 일측에 구비되어 내부 공간으로 공기를 분사하되 내부 공간에서 공기가 회전 가능하도록 공기의 분사 방향이 경사부 중심에서 편심되게 분사하는 공기 분사기(30)와; 상기 경사부의 일측에 구비되어 내부 공간으로 증기를 분사하는 온/습도조절기(40)와; 일측 단부가 상기 호퍼 하단의 배출구에 연결되어 호퍼에서 배출되는 고밀도 실리카 흄(2")을 포장 가능하게 하는 배출수단(50)과; 상기 배출수단의 타측 단부에 구비되어 고밀도화되지 않은 비산물을 여과하도록 필터(61)가 구비되는 동시에 음압을 형성하여 호퍼 내의 공기를 흡입하도록 마련된 집진기(60); 를 포함하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법 및 포장장치가 제공된다.

Description

실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법 및 포장장치{MANUFACTURING METHOD FOR GRANULED, DENSIFIED SILICA FUME AND PACKAGING DEVICE USING THEREOF}

본 발명은 실리카 흄(Si-fume)의 구상(球狀)화, 고밀도화 비산방지용 제조방법 및 포장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용해로(Furnace)를 통하여 메탈 실리콘(Me-Si) 또는 페로 실리콘(Fe-Si)을 생산할 때 발생하는 증기를 집진 제조설비를 통하여 실리카 흄을 생산하는데, 이때 발생된 실리카 흄(Silica-fume)은 유용한 원료임에도 불구하고, 비중이 낮고 미세하여 비산 등의 문제가 발생할 수 있어서 그동안 매립을 통하여 처리하여 왔다. 본 발명은 산업에서 사용 가능하도록 실리카 흄(silica fume)의 구상화 또는 슬러리 등을 통하여 고밀도화할 수 있는 제조방법 및 포장장치에 관한 것으로서, 즉 밀도가 낮은 실리카 흄을 구상화 또는 슬러리화 하거나 또는 이를 부가적으로 압착시킴으로써 밀도가 높은 흄 실리카를 제조하되, 고밀도화 및 포장을 자동으로 수행할 수 있는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법 및 포장장치에 관한 것이다.

일반적으로 실리카 흄(Silica fume)은 메탈 실리콘(Me-Si)이나 페로 실리콘(Fe-Si)을 제조하는 과정에서 전기로 용융시 발생하는 증기를 전기적 집진장치로 모아 놓을 것을 지칭하는 것으로, 즉 예컨대 메탈 실리콘을 제조하는 경우, 원광석, 코크스, 우드칩 등을 넣고 약 2000℃로 가열하여 순수한 메탈 실리콘을 얻을 수 있는데, 이때 발생하는 증기 입자를 모아 놓을 것이 실리카 흄이다.

도 1은 종래 기술의 실리카 흄 포장 장치를 보인 구성도로서, 도 1과 같이 실리카 흄(2')을 폐기하거나 일정 용도로 활용을 위해서는 사일로(1)에 쌓인 실리카 흄(2')을 지대(2) 등에 벌크 포장하여 출하하게 된다.

그러나 최초로 생산된 실리카 흄(2')은 밀도가 약 0.15g/㎤으로 매우 낮기 때문에 지대(2) 등을 이용하여 벌크 포장시 부피가 커서 운송비가 과다하게 소요될 뿐 아니라 비수기에 이를 보관할 경우에도 대형 창고에 많은 양을 저장할 수 없기 때문에 보관비용이 상승한다는 문제점이 있다.

더욱이 실리카 흄(2')은 분말도가 약 200000㎠/g이고 평균 입경이 약 0.15㎛로서 시멘트의 약 1/100 수준으로 미세 먼지와 같이 입자가 매우 작기 때문에 벌크 포장이나 처리시 분진이 쉽게 비산되어 환경을 오염시킬 우려가 있는 등, 작업상 및 환경상 처리에 어려움이 따른다.

본 발명은 상기의 종래 실리카 흄 포장시 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리카 흄의 벌크 포장시 고밀도화할 수 있도록 밀도를 높이는 동시에 비중을 높일 수 있도록 하는 실리카 흄의 구성화, 고밀도화를 통한 비산방지 가능한 제조방법 및 포장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리카 흄의 고밀도화를 통한 비산방지 가능한 구상화 제조방법 및 포장장치는 실리카 흄의 투입수단과; 내부에 상기 투입수단으로부터 투입되는 실리카 흄을 수용하도록 수직 원통형의 밀폐 공간이 형성되고 하단에 배출구가 구비된 호퍼와; 상기 호퍼 일측에 구비되어 내부 공간으로 공기를 분사하되 내부 공간에서 공기가 회전 가능하도록 공기의 분사 방향이 호퍼 중심에서 편심되게 분사하는 공기 분사기와; 상기 호퍼 일측에 구비되어 내부 공간으로 증기를 분사하는 온/습도조절기와; 일측 단부가 상기 호퍼 하단의 배출구에 연결되어 호퍼에서 배출되는 고밀도 실리카 흄을 포장 가능하게 하는 배출수단과; 상기 배출수단의 타측 단부에 구비되어 고밀도화되지 않은 비산물을 여과하도록 필터가 구비되는 동시에 음압을 형성하여 호퍼 내의 공기를 흡입하도록 마련된 집진기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 형태로서, 본 발명은 상기 호퍼 하단의 배출구와 상기 배출수단 사이에 개재되어 상기 호퍼에서 배출되는 구상화 고밀도 실리카 흄을 압축하여 포장할 수 있도록 적어도 하나의 가압롤러를 포함하는 압착수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 실시 형태로서, 상기 압착수단에 의해 실리카 흄을 압착할 때 수분 또는 오일 등을 1~50%로 첨가하여 슬러리화 함으로써 콜로이드 형태로 제품화 가능하게 된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 실리카 흄의 고밀도화를 통한 비산방지 가능한 포장방법은, 원통형의 밀폐 공간으로 실리카 흄을 투입하는 단계와; 밀폐 공간 내에서 소용돌이치는 바람에 의해 실리카 흄을 회전시키면서 증기 또는 물을 가하여 실리카 흄을 구상 또는 슬러리 형태로 밀도를 증가시키는 단계와; 상기 밀폐 공간에서 배출되는 고밀도 실리카 흄을 포장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예로서 본 발명은, 상기 밀폐 공간에서 배출되는 고밀도 실리카 흄을 물리적으로 가압하여 압착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실리카 흄의 고밀도화 비산방지용 포장 장치 및 이를 이용한 제조방법에 의하면, 밀도가 약 0.3 ~ 0.7g/㎤ 정도로 초기 실리카 흄에 비해 높고 분말도가 작기 때문에 벌크 포장시 비교적 많은 양을 포장할 수 있고 상대적으로 소형 지대로 많은 양의 벌크 포장이 가능하므로 운송비를 비롯하여 보관비용을 절약할 수 있다.

또한 비수기에 장시간 보관이 가능하고, 레미콘, 철강 소결조제, 혼합 시멘트, 지오 폴리머 등의 생산에 활용할 수 있는 등 폐기물이 아닌 상품성을 갖게 되어 신시장(수요)을 개척할 수 있으며, 쉽게 비산되지 않으므로 환경 오염의 유발 가능성을 축소시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

또한 구상 또는 슬러리 형태로 제품화할 경우 시멘트 또는 레미콘 또는 소결 조제 등에서 사용할 수 있어서 보관이 자유롭고 , 분진 등에 의한 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 실리카 흄 포장 장치를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 실리카 흄의 고밀도화 포장 장치의 구성도.
도 3은 도 2의 A-A선을 절개한 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 실리카 흄의 고밀도화 포장 장치의 구성도.
도 5는 구상화 고밀도 실리카 흄의 제품화를 위한 공정도.

본 발명의 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법은, 호퍼와 같이 원통형으로 이루어진 내부 공간으로 실리카 흄을 투입하는 제1단계와; 상기 호퍼 내의 공간에서 소용돌이치는 바람에 의해 실리카 흄을 회전시키면서 물 또는 오일의 증기를 가함으로써 실리카 흄을 구상 또는 슬러리 형태로 하여 밀도를 증가시키는 제2단계와; 상기 호퍼 하단으로 배출되는 고밀도 실리카 흄을 지대 등에 일정 량만큼 포장하는 제3단계; 를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 제2단계는 압축공기의 분사량과 온도, 증기의 분무량을 등을 각각 조절할 수 있도록 하여 호퍼 내의 온도 및 습도를 조절 가능하게 함으로써 소망하는 온도와 습도를 유지하여 실리카 흄의 구상화 또는 슬러리화의 최적 조건을 유지하도록 할 수 있다.

또한, 상기 내부 공간에서 배출되는 고밀도 실리카 흄을 롤러나 압착기 등의 압착수단을 이용하여 물리적으로 가압하여 압착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이하, 상기 제조방법을 구현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 첨부 도면을 참조하여 포장장치에 관하여 상세하게 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예이므로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술이거나 용이하게 도출되는 정도의 기술 또는 도 1에 기재된 사항과 중복되는 내용에 대해서는 그에 관한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 실리카 흄의 고밀도화 포장 장치의 구성도이고, 도 3은 도 2의 A-A선을 절개한 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하는 바와 같이, 본 발명의 실리카 흄의 고밀도화 포장 장치는, 투입수단(10), 호퍼(20), 공기분사기(30), 온/습도조절기(40), 배출수단(50), 집진기(60)를 포함한다.

상기 투입수단(10)은 예컨대 원통관 내부에 스크류가 형성된 이송 스크류 형태일 수 있고, 이는 사이로(1) 내부에 충진되거나 또는 기타 다른 곳에 있는 실리카 흄을 임의 위치로 이송하기 위해 마련된다.

상기 호퍼(20)는 내부에 공간이 형성되어 상기 투입수단(10)으로부터 투입되는 실리카 흄을 수용하여 고밀도 처리할 수 있도록 마련된 것으로, 그 형태는 통상의 사일로와 같이 수직 원통형으로 되고, 하부에는 내부 직경이 점차 축소되게 한 경사부(21)가 형성될 수 있으며, 상기 호퍼(20) 하단에는 호퍼(20) 내에서 처리된 고밀도 실리카 흄(2")을 배출하도록 배출구(22)가 형성되어 있다.

상기 공기 분사기(30)는, 상기 호퍼(20)의 일측에 구비되어 호퍼(20) 내부 또는 깔때기 형상의 경사부 내부 공간으로 공기를 분사하되 내부 공간에서 공기가 소용돌이와 같이 회전 가능하도록 마련된 것으로, 이를 위해 도 3과 같이 공기의 분사 방향은 호퍼(20) 중심에서 편심되게 분사하도록 마련된다.

이때 공기가 효과적이면서도 고속으로 소용돌이 칠 수 있도록 하기 위해서는, 호퍼(20) 내의 직경을 3등분 했을 때 공기의 편심 분사 방향을 가장자리에서 1/3 이내의 범위에 놓아야 한다.

상기 온/습도조절기(40)는 상기 호퍼(20)의 일측에 구비되어 내부 공간으로 안개 형태의 물 또는 오일의 증기를 분사하기 위한 것으로, 상기 증기는 예를 들어 고온의 증기일 수 있으며, 증기의 온도를 조절할 수 있는 수단이 마련되어 호퍼(20) 내부의 온도를 조절할 수 있도록 한다.

또한, 상기 온/습도조절기(40)는 호퍼(20) 내에 마련된 습도 센서(미도시)와 연결되어서 증기의 분무량을 조절하는 기능을 갖출 수 있으며 이를 통해 호퍼(20) 내부가 소망하는 습도를 유지할 수 있다.

상기 배출수단(50)은 예컨대 원통관 내부에 스크류가 형성된 이송 스크류 형태일 수 있고, 일측 단부가 상기 호퍼(20) 하단의 배출구(22)에 연결되어 호퍼(20)에서 배출되는 고밀도 실리카 흄(2")을 포장 가능하게 마련된 것으로, 타측 하부에는 고밀도 실리카 흄(2")을 배출하는 배출구(51)가 구비된다.

상기 집진기(60)는 상기 배출수단(50)의 타측 단부에 구비되고 진공펌프(미도시) 등과 연결되어 내부에 진공 또는 음압이 형성된 것으로. 일측에는 필터(61)가 구비되는데, 이에 대한 기능이나 작용은 후술하는 작용 설명에서 구체화될 것이다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 실리카 흄의 고밀도화 포장 장치의 작용에 대하여 설명한다.

밀도가 낮은 실리카 흄은 투입수단(10)을 통해 호퍼(20) 내부 공간으로 투입되고, 이때 경사부(21)로 낙하하는 동안 공기분사기(30)에서 분사되는 고압의 공기에 의해서 소용돌이와 같이 회전하면서 낙하하게 된다.

더욱이 온/습도조절기(40)에서는 적정량의 증기를 분무하고 있으므로 실리카 흄과 물 입자가 서로 결합하는 동시에 습기의 점착력에 의해서 실리카 흄 입자가 서로 부착되면서 비중이 증가하면서 구상 또는 슬러리 형태로 고밀도화된다.

이렇게 형성된 고밀도 실리카 흄(2")은 배출수단(50)을 경유하여 배출구(51)로 배출되어 지대(2)에 포장되는데, 이때의 벌크 포장은 실리카 흄이 고밀도화되어 있으므로 상대적으로 많은 양을 포장할 수 있는 동시에 비산을 방지할 수 있다.

한편, 상기 집진기(60)는 내부가 진공 또는 음압을 형성하고 있으므로 호퍼(20) 내부의 공기를 빨아들이는 기능을 가지며, 이때 고밀도화되지 않은 실리카 흄 분진은 배출구(51)로 배출되지 않고 집진기(60) 측으로 빨려들어가면서 필터(61)에 의해 여과된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 실리카 흄의 고밀도화 포장 장치의 구성도로서, 상기 제1실시예와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하며 그에 대한 중복 설명은 생략한다.

도 4를 참조하는 바와 같이 상기 호퍼(20) 하단의 배출구(22)와 상기 배출수단(50) 사이에는 압착수단(70)이 개재될 수 있고, 상기 압착수단(70)은 상기 호퍼(20)에서 배출되는 고밀도 실리카 흄(2")을 더 압축하여 한층 더 밀도를 높일 수 있도록 한 것이다.

상기 압착수단(70)은, 제1가압롤러(71)를 포함할 수 있다.

상기 제1가압롤러(71)는 한 쌍의 회전 가능한 롤러의 각 외주면이 서로 맞대어지게 구성된 것으로, 상기 호퍼(20) 하단의 배출구(22) 밑에 배치되어 고밀도 실리카 흄(2")이 상기 각 롤러 사이를 통과하여 압착되게 한 것이다.

이때 상기 제1가압롤러(71)의 각 롤러 표면은 지그재그 형태 또는 리아스식 해안과 같이 요철 형태로 되고 각 롤러의 요철부가 서로 맞물려 회전하게 할 수 있으며, 이 경우 각 롤러 표면적이 증가하므로 고밀도 실리카 흄(2")을 효과적으로 압착할 수 있다.

상기 압착수단(70)은, 상기 제1가압롤러(71)의 하부에서 경사지게 배치되어 고밀도 실리카 흄(2")을 배출수단(50)으로 이송하도록 마련된 평판 형태의 압착판(72)과, 외주면이 상기 압착판(72)의 일측 면에 접하여 회전 가능하게 마련된 제2가압롤러(73)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 제1가압롤러(71)를 통과한 고밀도 실리카 흄(2")은 압착판(72)과 제2가압롤러(73) 사이를 통과하면서 2차 압착되어 밀도가 더 증가한다.

한편, 상기 압착수단(70)은, 실리카 흄이 압착될 때 발생하는 분진이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 내부의 압착 공간이 외부 공간과 차단되게 한 하우징(74)을 더 포함할 수 있으며, 상기 하우징(74)은 상단부가 상기 호퍼(20) 하단의 배출구(22)와 연결되고 하단부가 상기 배출수단(50)의 입구(75)와 연결되며 내부의 압착 공간은 외부 공간과 격리된다.

이상의 설명은 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위에 속함은 자명하다.

1: 사일로(silo) 2: 지대
2': 실리카 흄(Si-fume; Silica Fume)
2": 고밀도 실리카 흄 10: 투입수단
20: 호퍼 21: 경사부 22: 배출구
30: 공기 분사기 40: 온/습도조절기
50: 배출수단 51: 배출구
60: 집진기 61: 필터
70: 압착수단 71: 제1가압롤러 71: 압착판
73: 제2가압롤러 74: 하우징 75: 입구

Claims

원통형의 호퍼 내부 공간으로 실리카 흄을 투입하는 제1단계와; 상기 호퍼 내에서 소용돌이치는 바람에 의해 실리카 흄을 회전시키면서 물 또는 오일의 증기를 가함으로써 실리카 흄을 구상 또는 슬러리 형태로 하여 밀도를 증가시키는 제2단계와; 상기 호퍼 하단으로 배출되는 고밀도 실리카 흄을 포장하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 제2단계에서 공기량과 증기의 분무량을 조절하여 호퍼 내의 공기압 및 습도를 조절 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 내부 공간에서 배출되는 고밀도 실리카 흄에 수분을 첨가하여 슬러리화 하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 제조방법.
실리카 흄의 투입수단과;
내부에 상기 투입수단으로부터 투입되는 실리카 흄을 수용하도록 수직 원통형의 내부 공간이 형성되고 하단에 배출구가 구비된 호퍼와;
상기 호퍼 일측에 구비되어 내부 공간으로 공기를 분사하되 내부 공간에서 공기가 회전 가능하도록 공기의 분사 방향이 호퍼 중심에서 편심되게 분사하는 공기 분사기와;
상기 호퍼 일측에 구비되어 내부 공간으로 소망하는 온도와 양(量)의 물 또는 오일의 증기를 분무하는 온/습도조절기와;
일측 단부가 상기 호퍼 하단의 배출구에 연결되어 호퍼에서 배출되는 고밀도 실리카 흄을 포장 가능하게 하는 배출수단과;
상기 배출수단의 타측 단부에 구비되어 고밀도화되지 않은 비산물을 여과하도록 필터가 구비되는 동시에 음압을 형성하여 호퍼 내의 공기를 흡입하도록 마련된 집진기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 포장장치.
제 4항에 있어서,
상기 호퍼 하단의 배출구와 상기 배출수단 사이에 개재되어 상기 호퍼에서 배출되는 고밀도 실리카 흄을 압축하여 포장할 수 있도록 하는 압착수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 포장장치.
제 5항에 있어서,
상기 압착수단은, 상기 호퍼 하단에 배치되고 한 쌍의 회전 가능한 롤러의 각 외주면이 서로 맞대어져서 고밀도 실리카 흄이 상기 각 롤러 사이로 통과하도록 마련된 제1가압롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 포장장치.
제 6항에 있어서,
상기 압착수단은, 상기 제1가압롤러의 하부에서 경사지게 배치되어 고밀도 실리카 흄을 배출수단으로 이송하도록 마련된 평판 형태의 압착판과, 외주면이 상기 압착판의 일측 면에 접하여 회전 가능하게 마련되어 고밀도 실리카 흄을 압착하는 제2가압롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 포장장치.
제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압착수단은, 상단부가 상기 호퍼 하단의 배출구와 연결되고 하단부가 상기 배출수단의 입구와 연결되며 내부의 압착 공간이 외부 공간과 격리되게 하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 흄의 구상화, 고밀도화 비산방지용 포장장치.