KR20150076334A - 로터리 킬른 - Google Patents

Abstract

로터리 킬른이 개시된다. 본 발명의 일 실시예는 로터리 킬른 내부 장입된 원료가 소성과정에서 정체되지 않도록 하고, 분위기가스와의 접촉면적을 증가시켜 소성효율을 높일 수 있도록 개선된 로터리 킬른을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른은 원료의 장입 및 배출이 가능토록 제공되며, 구동수단에 연계되어 회전가능하게 지지되는 본체; 및 상기 본체의 내측면에 복수로 제공되며 회전방향에 대해 후방으로 만곡된 반원선상에 형성되어 원료를 교반하는 배플;을 포함한다.

Description

로터리 킬른 {ROTARY KILN}

본 발명은 로터리 킬른에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전하며 소성이 이루어지는 소재의 정체를 방지하고, 분위기 가스와의 접촉성을 향상시키도록 개선된 로터리 킬른에 관한 것이다.

일반적으로 로터리 킬른(rotary kiln)은 원료가 장입되는 공간이 회전하는 형태로 제공되는 장치로, 시멘트나 석회, 숯 등을 생산하는 소성로로 사용되거나, 소재를 건조하거나 환원하는 건조로 또는 환원로로 사용될 수 있다.

이러한 로터리 킬른은 원통 또는 다각형의 회전 실린더 형태의 본체와, 이 본체를 지지하는 서포터 및 본체에 회전력을 전달하도록 제공되는 구동부 및 동력전달부를 포함한다.

또한, 본체에는 내부로 소성하고자 하는 원료를 장입하기 위한 원료투입부 및 소성된 원료를 배출하는 배출부가 제공될 수 있다. 이러한 본체는 원료투입부가 상측에 위치하고, 배출부는 하부에 위치된다. 또한, 본체는 상부로부터 소성되는 원료가 하부로 배출될 수 있도록 수평에서 약간 기울어진 형태로 배치될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도이고, 이다.

도 1을 참고하면, 종래의 로터리 킬른(10)은 구동부 및 동력전달부에 의해 본체(12)가 회전하도록 제공된다. 이때 본체(12) 내에 장입된 원료(M)는 본체(12)의 회전에 의해 본체(12)와 함께 회전하면서 움직이게 되고, 원료(M)가 점차 상측으로 갈수록 무너져 일정 방향으로 흘러내린다. 이때, 원료(M)는 일정한 기울기를 유지하면서 회전이 유지될 수 있으며, 이때 원료(M)의 기울기를 안식각(α)이라 한다.

한편, 종래 기술에 따른 로터리 킬른의 원료(M) 소성 온도를 도시한 선도인 도 2를 참고하면, 종래의 로터리 킬른(10)은 원료(M)가 본체(12)내에서 회전하는 과정에서 원료(M)의 움직임이 없는 영역이 존재하게 되는데, 이 영역은 본체(12)내로 유입된 분위기 가스와의 접촉이 어려울 뿐 아니라, 열기와 충분히 접촉하지 못하여 정상적인 가열이 이루어지지 않으며, 이에 따라 주변 원료(M)에 비해 온도가 낮게 형성된다.

이에 따라 종래의 로터리 킬른(10)은 본체(12)에 복수의 배플(baffle)(15, 17)이 설치된다. 이러한 배플(15, 17)은 본체(12)의 내벽면에 설치되어 원료(M)가 본체(12)의 내벽면에서 미끄러지는 것을 방지한다. 또한, 배플(15, 17)은 소성과정에서 회전시 원료(M)의 혼합과 열전달 향상 및 불활성가스와의 접촉 면적을 증가시키는 기능을 한다. 또한, 배플(15, 17)은 원료(M)를 회전시키는 과정에서 원료(M)를 퍼 올린 다음 낙하하게 되며, 이 과정에서 원료(M)와 분위기 가스의 접촉성을 향상시킨다.

종래에는 도 3의 (a)와 같이 배플(15)이 본체(12)의 길이방향을 따라 긴 직사각형 형태로 연장되는 플레이트 타입으로 제공되며, 최근에는 원료(M)의 퍼올림을 증가시키기 위해 도 3의 (b)와 같이 배플(17)의 단부가 회전방향으로 꺾인 꺾임면을 갖는 형태로 제공된다.

그러나, 종래의 로터리 킬른(10)은 배플(15, 17)로 인해 소재와 분위기 가스의 접촉면적을 증가시킬 수 있으나, 원료(M)가 낙하하는 시간은 매우 짧은 반면에 원료(M)가 낙하되는 과정에서 분진의 발생이 증가하고 있으며, 이와 같이 발생된 분진은 분위기 가스의 유동을 따라 소실되어 전체적인 생산량을 감소시키는 요인이 되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 로터리 킬른 내부 장입된 원료가 소성과정에서 정체되지 않도록 하고, 분위기가스와의 접촉면적을 증가시켜 소성효율을 높일 수 있도록 개선된 로터리 킬른을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른은 원료의 장입 및 배출이 가능토록 제공되며, 구동수단에 연계되어 회전가능하게 지지되는 본체; 및 상기 본체의 내측면에 복수로 제공되어 상기 본체의 회전에 대해 원료가 연속적으로 이동할 수 있도록 회전방향에 대해 후방으로 만곡되며 중심축을 통과하는 반원선상에 형성되어 원료를 교반하는 배플;을 포함한다.

여기서, 상기 배플은 상기 본체의 중심축을 통과하여 연결되는 반원형 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 배플은 상기 본체의 내측면에서 소정의 길이로 형성되는 호선형 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 배플은 상기 본체의 반경의 1/2인 반원선상에 제공될 수 있다.

또한, 상기 배플은 상기 본체의 중심축선상을 따라 인접하는 다른 배플 사이에 서로 다른 각도로 위치하도록 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 로터리 킬른의 본체 내부에 제공된 배플에 의해 원료를 원활하게 혼합할 수 있고, 원료의 정체 영역을 교란하여 원료를 더욱 균일하게 혼합할 수 있으며, 분위기가스와의 접촉면적을 증가시켜 열전달을 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 로터리 킬른의 원료(M) 소성 온도를 도시한 선도.
도 3은 종래 기술의 다른 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 킬른의 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체와 비교예의 원료 교반 상태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 사시도와 단면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 킬른의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예의 로터리 킬른(100)은 원료를 소성 가열하기 위한 가열공간이 마련된 본체(112)를 포함할 수 있다.

또한, 본체(112)는 원통 또는 다각형의 회전 실린더 형태로 제공될 수 있으며, 원료의 소성이 이루어지는 가열공간으로 원료를 장입 및 배출하기 위한 원료투입부 및 배출부를 포함할 수 있다.

또한, 원료투입부 및 배출부에는 각각 장입호퍼(120) 및 배출호퍼(122)가 제공되어, 원료의 투입 및 배출을 안내할 수 있다. 장입호퍼(120)는 분위기 가스의 공급을 위해 공기를 제거할 수 있도록 다단의 장입호퍼(120a, 120b)로 제공될 수 있다. 여기서, 장입호퍼(120)로 공급된 원료는 스크류 장입장치(124)를 통해 본체(112)의 원료투입부로 공급될 수 있다.

또한, 본체(112)의 일측, 예컨대 배출부에 인접하는 위치에는 분위기 가스의 공급을 위한 분위기 가스 유입부(130)가 제공될 수 있다.

본체(112)는 수평에서 약간 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 여기서, 원료투입부는 본체(112)의 상부에 마련되고, 배출부는 본체(112)의 하부에 마련될 수 있다.

이러한 로터리 킬른(110)은 본체(112) 상부의 원료투입부로부터 공급된 원료가 본체(112)의 가열공간에서 가열되며 소성된 후, 본체(112) 하부의 배출부로 배출되도록 제공될 수 있다.

또한, 본체(112)는 서포터에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.

한편, 로터리 킬른(110)은 본체(112)에 회전력을 전달하기 위한 구동부를 포함할 수 있으며, 이 구동부는 본체(112)와 직접 연결되거나 동력전달부를 매개로 연결될 수 있다.

예컨대, 구동부는 모터를 포함할 수 있고, 동력전달부는 체인 등을 포함할 수 있으며, 이 체인은 본체(112) 및 모터의 회전축에 각각 제공되는 스프라켓 등을 이용하여 회전력을 전달하도록 연결될 수 있다.

또한, 본체(112)에는 고온의 분위기 가스가 공급되며, 이와 같이 공급되는 분위기 가스에 의해 본체(112)의 가열공간내 원료가 소성될 수 있다.

본 실시예에서 본체(112)는 원료의 소성중 구동부 및 동력전달부에 의해 회전이 이루어지며, 이에 따라 본체(112)내의 원료가 본체(112)의 벽면을 따라 퍼 올려진 후 낙하되는 과정이 반복적으로 이루어질 수 있다.

원료는 본체(112)의 회전 및 퍼올려진 후 낙하되는 과정에서 균일하게 혼합되며 분위기 가스와 접촉하며 가열되고, 본체(112)의 기울기를 따라 일정한 속도로 하강되며 배출부로 배출될 수 있다. 그리고, 배출부로 배출된 원료는 배출 호퍼(122)에 의해 안내되며 저장장치(140)에 저장될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 본체(112)의 내측면에는 원료의 혼합을 유도하고 가스와의 접촉면적을 향상시키기 위한 복수의 배플(115)이 제공될 수 있다.

이러한 배플(115)은 본체(112)와 일체로 제공되어 본체(112)의 회전시 함께 회전하며, 이 과정에서 본체(112) 내의 원료를 퍼 올린 후 낙하하는 과정을 반복하게 되며, 이때 원료가 낙하되는 위치를 낮출 수 있어 낙하시 발생하는 충격 및 이에 따른 분진을 최소화하도록 제공될 수 있다.

이를 위해, 본 실시예에서 배플(115)은 본체(112)의 회전에 대해 원료가 연속적으로 이동할 수 있도록 본체(112)의 회전방향에 대해 후방으로 만곡된 반원선상에 형성될 수 있다. 여기서, 배플(115)은 본체(112)의 중심축을 통과하는 반원선상에 형성될 수 있다.

이러한, 배플(115)은 종래의 배플이 본체의 회전에 의해 원료를 이동하는 과정에서 배플의 절곡면 형태에 따라 단속적으로 이동함에 따른 원료의 날림 등을 방지할 수 있는 구조로, 원료의 혼합율을 향상시키면서도 원료의 날림 등을 방지할 수 있어 원료의 분진화 등을 방지할 수 있고, 분진화된 원료가 본체(112) 내로 순환하는 공기와 함께 외부로 배출되어 손실되는 것을 최소화할 수 있도록 제안된 구조이다.

예컨대, 본 실시예에서 배플(115)은 본체(112)의 중심축선상을 통과하여 연결되는 반원형 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 배플(115)은 본체(112)의 반경(R)의 1/2인 반원형태로 제공될 수 있다.

또한, 배플(115)은 복수로 제공되어 각각의 배플(115)이 180도의 각도를 갖도록 설치될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 각각의 배플(115)은 180도의 각도로 벌어진 상태에서 중심축선상을 통과함에 따라 전체적으로 태극문양과 같이 'S'형으로 교차하는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 배플(115)은 본체(112)의 중심축선상을 따라 인접하는 다른 배플 사이에 서로 다른 각도로 위치하도록 배열될 수 있다.

일례로, 배플(115)은 본체(112)의 길이방향의 전방 또는 후방에 다른 배플이 인접하게 배치될 수 있다. 이때 배플(115)은 인접한 배플 사이의 공간에 배열될 수 있다. 여기서, 배플(115)이 180도 간격으로 배열될 경우, 본체(115)의 중심축선상을 따라 인접한 다른 배플과는 90도 어긋나는 형태로 배열될 수 있다.

따라서, 배플(115)은 180도 각도로 배열된 상태에서, 인접하는 배플과 90도 각도 어긋나게 배열될 수 있으며, 이들 배플에 의해 본체의 길이 방향 전면에서 볼 때 배플(115) 및 이에 인접한 배플(115)은 전체적으로 십(十)자 또는 만(卍)자형으로 교차하는 형태로 배열될 수 있다.

전술된 바와 같이 구성된 로터리 킬른(110)에 의한 원료의 혼합도를 비교하기 위해 다음과 같이 실시한다.

실시예 1

먼저, 원료유동에 미치는 영향을 보다 정량화하여 표현할 수 있도록 내부가 보이는 재질로 본체(112)를 형성하고, 회전수에 따른 원료의 혼합도를 비교한다.

이때, 본체(112)의 내부에는 원료의 모사를 위해 실리카겔 440g을 충진하고, 흰색 세라믹 볼 50g을 위층에 투입하여 가시적인 혼합도를 비교할 수 있도록 하였다. 이때, 실리카겔은 직경 2~3mm의 붉은 색 또는 푸른색을 띄는 구형으로 제공되고, 세라믹 볼은 직경 4~5mm로 제공된다.

본체(112)는 PVC 재질로, 직경은 155mm, 길이 100mm의 원통에 앞뒤로 투명한 아크릴 판을 부착하여 내부 혼합도를 촬영한다.

또한, 종래의 평판형 배플(115)을 모사하기 위해 본체(112)의 내부면에 10mm 높이의 스테인리스 평판을 45도 간격으로 총 8개 설치한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 만곡형 배플(115)을 모사하기 위해 폭 15mm의 반원호 형태의 PVC 배플(115) 2개를 마주 설치하여 'S'형태를 만들어 한 조 단위로 설치하며, 이때 각 조의 배플(115)은 인접하는 다른 조의 배플(115)과 90도 엇갈리도록 한다. 여기서, 본 실시예의 배플(115)은 서로 일정거리를 두고 내벽면에 6조로 설치될 수 있다.

도 7을 참고하면, 본체(112)의 회전수에 따른 내부 입자의 분포를 비교할 수 있다. 이때, 입자의 분포는 실리카겔과 세라믹 볼을 토입하여 1회전 후 내부를 촬영하고, 다시 1회전 시켜 촬영을 반복하는 과정으로 진행된다.

처음 1회전시 종래의 평판형 배플(115)은 상부의 세라믹볼이 거의 혼합되지 않고 제자리로 돌아와 상부와 양쪽 끝에 세라믹 볼이 집중된 분포를 보여주나, 본 발명의 만곡형 배플(115)의 경우 1회전후 세라믹볼이 현저하기 넓은 영역에 분포하는 것을 확인할 수 있다.

이때, 본체(112)가 2회전한 후부터는 세라믹 볼이 전체적으로 분포하기 시작한다.

한편, 비교예의 배플은 6회전할 때까지도 상하에 편중된 분포를 보여준다.

이와 같이, 실시예 1을 통해 본 발명의 만곡형 배플(115)이 내부원료의 정체영역을 교란하여 효과적으로 원료를 혼합하여 분위기 가스와의 접촉 및 열전달을 원활하게 할 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 로터리 킬른(110)의 본체(112)에 제공되는 배플(115)은 본 실시예에 의해 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다.

일례로, 도 8과 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 사시도와 단면도이다.

도 8과 도 9를 참고하면, 본 실시예에서 로터리 킬른(210)의 본체(222)에 제공되는 배플(225)은 90도 각도로 벌어진 상태에서 중심축선상을 통과할 수 있으며, 이에 따라 전체적으로 십(十)자 또는 만(卍)자형으로 교차하는 형태로 형성되는 것도 가능하다.

이와 같이, 본 실시예에서 각각의 배플(115)은 180도 각도로 제공될 경우 2개, 각각의 배플(215)이 90도 각도로 제공될 경우 4개가 한 조를 제공될 수 있으며, 이들 각조의 배플(115, 215)들이 서로 일정하게 이격되어 배치될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서 본체(112, 212)로 유입된 원료는 소성 과정에서 배플(115, 215)에 의해 들어올려졌다 낙하하는 과정에서 균일하게 혼합될 수 있고, 본체(112, 212)의 경사에 의해 배플(115, 215)이 없는 부분으로 하강할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 배플(115, 215)은 90도 또는 180도 각도로 제공된 것으로 설명하고 있으나, 배플(115, 215)의 설치 각도는 제한되지 않으며, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예컨대 배플은 60도 또는 120도 등의 다양한 각도로 제공될 수 있으며, 등간격하게 설치되거나 그 외에도 불규칙한 배열로 설치되는 것도 가능하다.

더불어, 본 실시예에서 배플(115, 215)은 본체(112, 212)의 중심축선상을 통과하여 연결되는 반원형 플레이트로 제공되는 것으로 설명하고 있으나, 배플(115, 215)의 형태나 크기는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다.

일례로, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로터리 킬른의 본체를 도시한 단면도이다.

도 10을 참고하면, 본 실시예에서 로터리 킬른(310)의 본체(312)에 제공된 배플(315)은 본체(312)의 회전방향에 대해 후방으로 만곡된 반원선상의 일부를 차지하도록 제공될 수 있다.

이때, 배플(315)이 형성되는 반원선상은 본체(312)의 반경의 1/2인 반원선상으로, 배플(315)은 본체(312)의 내측면에서 소정의 길이로 형성되는 호선형 플레이트를 포함할 수 있다.

본 발명의 명세서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

100: 로터리 킬른 112: 본체
115: 배플 120, 120a, 120b: 장입호퍼
122: 배출호퍼 124: 스크류 장입장치
130: 분위기 가스 유입부 140: 저장장치

Claims (5)

1. 원료의 장입 및 배출이 가능토록 제공되며, 구동수단에 연계되어 회전가능하게 지지되는 본체; 및
   상기 본체의 내측면에 복수로 제공되어 상기 본체의 회전에 대해 원료가 연속적으로 이동할 수 있도록 회전방향에 대해 후방으로 만곡되며 중심축을 통과하는 반원선상에 형성되어 원료를 교반하는 배플;
   을 포함하는 로터리 킬른.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배플은 상기 본체의 중심축을 통과하여 연결되는 반원형 플레이트를 포함하는 로터리 킬른.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 배플은 상기 본체의 내측면에서 소정의 길이로 형성되는 호선형 플레이트를 포함하는 로터리 킬른.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배플은 상기 본체의 반경의 1/2인 반원선상에 제공되는 로터리 킬른.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배플은 상기 본체의 중심축선상을 따라 인접하는 다른 배플 사이에 서로 다른 각도로 위치하도록 배열되는 로터리 킬른.
   
   

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