KR20150112927A - 혼합 멀티성분 시스템에서 재료를 준비하고 분리하기 위한 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합 멀티-성분 시스템을 포함하는 재료를 준비하고 분리하기 위한 방법에 관한 것이다. 여기서 재료는 공급 재료로서 롤러 밀에 제공된다. 인-베드 어트리션은 롤러 밀에서 그라인딩 베드와 그라인딩 롤러에 의해 이루어지고, 상기 인-베드 어트리션에서 재료는 전단력과 마찰에 의해 서로 마모된다. 상기 롤러 밀은 상기 그라인딩 베드가 두 구성성분 중 하나의 입자의 지름보다 높은 최소 높이를 가지는 방식으로 작동하고 상기 롤러의 압력은 접촉압이 평균 롤러 지름의 수직으로 돌출된 부분에 대해서 50 kN/㎡에서 140 kN/㎡의 범위로 작용하도록 선택된다. 더 나아가서, 상기 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 추가적으로 개발된 수직 롤러 밀과 연관되어 있다.

Description

혼합 멀티성분 시스템에서 재료를 준비하고 분리하기 위한 방법과 장치{Method and device for preparing and separating a material from a combined multicomponent system}

본 발명은 혼합 멀티성분 시스템을 포함하는 재료를 준비하고 분리하기 위한 방법과 이러한 방법을 실행하기 위한 수직 롤러 밀에 관련되어 있다.

독일에서는 매년 약 8,000만 톤의 건축 폐기물이 생산된다. 이러한 건축 폐기물의 대부분은 콘크리트 쇄석(crushed concrete)이다. 콘크리트와 콘크리트 쇄석은 기본적으로 그릿(grit), 샌드(sand), 시멘트 스톤(cement stone)으로 구성되어 있다. 시멘트 스톤(cement stone)은 그릿(grit)과 샌드(sand)를 접착시키는 역할을 한다.

콘크리트 쇄석을 개별 구성 부분으로 분리하는 방법으로 콘크리트 쇄석을 준비하는 것은 자연적으로 그릿(grit)과 샌드(sand)가 존재하지 않는 지역에서 특히 바람직하다. 특히, 사용된 그릿(grit) 및/또는 샌드(sand)를 복구하는 것이 관심의 대상이다. 하지만, 그릿(grit)과 샌드(sand)가 시멘트 스톤과 관련하여 가능한 완벽하게 정제되어야 하는 것이 기본이다. 그렇지 않으면 상기 복구된 그릿(grit) 또는 샌드(sand)를 콘크리트를 만드는데 사용할 시에 그러한 방법으로 생성된 콘크리트는 약한 힘을 가지게 될 것이기 때문이다.

WO 2011/142663 A1은 콘크리트 쇄석을 분쇄하고 가능하다면 콘크리트의 개별 구성성분를 복구하는 것을 가능하게 하기 위한 분리 장치의 예를 보여주고 있다. 하지만, 이 장치로는 그릿(grit)과 샌드(sand) 같은 재활용된 개별 구성성분의 바람직한 정제 수준은 도달될 수 없거나 또는 특별히 유리한 조건 하에서만 도달이 가능하다.

콘크리트 재활용의 기본적인 특징은 특히 그릿(grit)이 콘크리트 쇄석의 준비 중에 분쇄되지 않는 것이다. 그렇지 않으면 이러한 그릿(grit)은 저급의 콘크리트 생성에만 사용될 수 있기 때문이다.

최근에 순수 분쇄 기구인 롤러 밀(roller mills)은 재료를 준비하고 분류하는 데 이용되었다.

그러한 방법은 예를 들면 WO 2011/107124 A1로 알려졌다. 여기에 개시된 방법에서, 규산염 부분과 금속 부분으로 이루어진 스테인리스강 슬래그는 의도된 방법으로 분쇄되고 이러한 부분들은 서로로부터 분리된다.

분리를 달성하기 위해 개별 부분들의 중요한 경도 차이와 밀도 차이가 분쇄과정에서 이용된다. 이러한 방법의 기본적 특징은 계속적으로 밀(mill)을 분쇄 기구로서 주로 사용하여 공급된 원자재를 완벽하게 분쇄하고, 분리는 후속적 특성으로서 이차적으로만 달성한다는 것이다. 요구된 압력을 기반으로 한 분쇄를 통해서, 이 방법은 분리될 구성성분 중의 하나가 연성이고 따라서 그라인딩 공정 동안에 분쇄되지 않아야 분리가 달성될 수 있다. 다시 말하면, 한 구성성분는 롤러에 의해 그라인딩되는 반면에 다른 구성성분은 분쇄되지 않을 때 분리가 발생한다. 그라인딩 중의 압력이 약간 너무 높은 경우에, 구성성분이 분쇄되지는 않고 바람직하지 않은 변형이 이루어진다.

하지만 이러한 방법은 콘크리트 쇄석은 연성이 있는 구성성분이 없어 콘크리트 쇄석의 모든 구성부분 또는 구성성분이 밀에 의하여 분쇄될 것이기 때문에 콘크리트 쇄석의 준비와 분류에는 사용될 수 없다. 따라서, 특히 그릿(grit)의 정제와 복구에 있어서 바람직한 결과는 달성될 수 없다.

본 발명의 목적은 구성성분들이 연성이 전혀 없는 혼합 멀티성분 시스템을 포함하는 재료의 준비와 분리가 가능한 방법과 장치를 것을 보여주는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1항의 특징을 가지는 혼합 멀티성분 시스템을 포함하는 재료를 준비하고 분리하기 위한 방법과 청구항 13항의 특징을 가지는 수직 롤러 밀(vertical roller mill)을 통해서 본 발명에 의해 달성된다.

발명의 유리한 실시예는 상세한 설명과 종속 청구항(sub-claims)에 나타나 있다.

적어도 제1 구성성분와 제1 구성성분에 부착되어 있는 제2 구성성분을 포함하고, 두 구성성분은 연성을 갖고 있지 않은 혼합 멀티성분 시스템을 준비하고 분리하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 재료는 공급물질로서 인-베드 어트리션(in-bed attrition)을 위한 그라인딩 팬(grinding pan)과 그라인딩 롤러(grinding roller)를 가지고 있는 롤러 밀(roller mill)에 공급된다.

공정이 진행되는 동안, 처리된 재료와 처리될 재료의 그라인딩 베드(grinding bed)는 그라인딩 팬 위에 형성되고 그라인딩 베드 위에서 그라인딩 롤러가 회전한다. 인-베드 어트리션(in-bed attrition) 동안, 그라인딩 베드에 있는 그라인딩 롤러(grinding rollers in the grinding bed)에 의해서 전단력과 구성성분의 입자들 간의 마찰을 통해 재료는 제1과 제2 구성성분으로 분리되고 제1 구성성분의 입자, 제2 구성성분의 입자 그리고 같은 구성성분의 입자들끼리 서로 마모된다.

롤러 밀에서 인-베드 어트리션(in-bed attrition)을 가능하게 하기 위해서, 롤러 밀은 평균 롤러 지름의 수직으로 돌출된 부분(vertically projected area of the average roller diameter)에 대한 접촉압(contact pressure)이 15 kN/㎡부터 최대 140kN/㎡ 범위에 있도록 극도로 낮은 롤러 압력을 가지고 작동된다. 따라서 상기 압력은 기본적으로 압력을 기반으로 한 제1 및/또는 제2 구성성분의 분쇄가 접촉압을 이용하여 직접적으로 발생하기 않도록 선택된다. 다시 말하면, 재료의 준비는 기본적으로 재료와 제1 및/또는 제2 구성성분의 입자들 사이의 마모를 통해서만 이루어진다. 압력을 기반으로 한 분쇄는 제공되지 않는다. 분쇄가 진행하는 한에 있어서는 이는 주로 재료들 간의 마찰을 통해 실현된다.

더욱이, 롤러 밀은 그라인딩 베드가 두 구성성분 중 한 입자의 지름보다는 큰 최소 높이를 가지는 방식으로 작동된다. 인-베드 어트리션과 그라인딩 베드에서의 처리에 이어서, 적어도 제1와 제2 구성성분이 롤러 밀의 공정 회로(processing circuit)으로부터 제거되고 분류된다.

본 발명에 따르면 상기 방법의 핵심 사상은, 롤러 밀 특히, 수직 롤러 밀이, 분쇄되어야 할 재료가 롤러의 압력을 통해 "처리되어(pressed)", 더 이상 분쇄기구로 사용되지 않고, 대신에 롤러 밀이 특히 롤러 밀에 형성된 그라인딩 베드가 공급 재료를 그 구성 부분으로 특히, 제1 그리고 제2 구성성분으로의 분리와 준비를 위해 사용된다는 점에 있다. 공급 재료의 상기 분리와 준비는 상호 마찰력(즉, 재료의 마모)에 의해서 그라인딩 베드에서 이루어진다.

본 발명에 따르면, 그라인딩 베드 내의 롤러를 이용한 극히 낮은 압축력을 수반한 그라인딩 베드의 형성을 통해서, 어트리션 공정(attrition process) 내지 마모 공정은 혼합 멀티성분 시스템을 포함하는 재료의 개별 구성성분 사이에서 발생하거나 가능해 진다.

본 발명에 따른 상기 인-베드 어트리션을 이용하면, 롤러 밀을 이용하여 구성성분이 전혀 연성을 가지지 않은 멀티 물질 시스템을 분리하는 것이 또한 가능하다. 심지어는 잘 부러지는 구성성분로 이루어진 멀티 물질 시스템을 분리하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 그라인딩은 기본적으로 밀에서 발생하지 않고, 롤러의 압력이 감소하여서(dimensioned) 기본적으로 롤러를 통한 분쇄 또는 롤러가 그라인딩 베드에 직접 영향을 주는 것이 더 이상 가능하지 않다. 멀티 물질 시스템의 구성성분의 분리와 수반되는 부분적인 분쇄는 주로 그라인딩 베드에서 발생하는 어트리션 내지 마모 과정에서 달성된다.

본 발명의 범위 내에서, 어트리션(attrition) 또는 마모는 재료 상호간의 러빙(rubbing) 또는 마찰을 통해서 재료 사이의 접착으로부터 다수의 구성성분으로 분리 또는 정제(purification)되는 것으로 이해될 수 있다. 구성성분의 분리는 특히 전단력을 통해서 발생하고, 이러한 전단력은 서로에 대한 구성성분 러빙(components rubbing)에 의해 생성되고, 표면에서 개별 구성성분의 정제로 이끈다.

본 발명의 기초를 형성하는 더 나아간 핵심 사상은 그라인딩 베드가 두 구성성분 중 하나의 입자의 지름보다는 큰 최소의 높이를 가지는 방법으로 상기 그라인딩 베드를 형성하는 것이다. 특히, 혼합 멀티성분 시스템의 두 구성성분 중 더 단단하고 거친 구성성분이 선택된다. 이는 더 단단한 구성성분은 롤러 압력에 의해 분쇄되지 않는 그라인딩 베드의 디자인을 통해 보장된다. 이런 이유로 반드시 구성성분 중 가장 단단한 것이 될 필요는 없다. 예를 들어, 그라인딩 베드의 높이가 적어도 구성성분 중 하나의 평균 크기만큼 높은 것 또한 유리할 수 있다. 이러한 방법으로 준비 공정에서 압력 기반의 분쇄가 아닌 기본적으로 그라인딩 베드에서의 어트리션(즉, 마모 기반의 분쇄)을 통한 준비와 분쇄가 충분한 가능성을 가지고 이루어지는 것을 보장할 수 있다.

본 발명의 의도에 따르면, 혼합 멀티성분 시스템은 여기서 예시로 설명된 두 개의 구성성분 이상으로도 구성될 수도 있다. 더 응집력이 강한 구성성분은 본 발명의 의도에 따르면 더 단단한 구성성분으로 이해될 수 있다.

롤러(그라인딩 롤러로서 기술될 수 있음)의 선호되는 압력은 접촉압이 15kN/㎡부터 최대 140kN/㎡ 범위에 놓일 수 있도록 선택된다. 압력은 롤러의 사이즈, 수직 밀의 사이즈, 그리고/또는 롤러의 무게에 대해 종속적이다. 접촉압은 이 때문에 기준값으로 사용되고 롤러 또는 밀의 치수와 관계없는 가이드 변수가 존재한다. 접촉압의 범위는 처리되는 재료에 대해서 종속적이고 그 범위는 그라인딩 재료의 압력 기반의 분쇄가 이루어지지 않도록 선택된다. 자연적인 멀티 물질 시스템을 처리할 때, 멀티 물질 시스템의 전체의 범위에서는 다양한 다른 강도들이 존재하기 때문에 작은 부분에서는 바람직하지 않은 압력 분쇄 또는 성공적이지 않은 공정이 완벽하게 배제될 수는 없다.

본 발명은 더 나아가서 롤러 밀의 작동을 위한 압력보다 실제로 훨씬 적은 접촉압에도 불구하고 공급 재료의 처리가 가능하다는 놀라운 발견에 기초하고 있다. 이는 기본적으로 지금까지의 밀의 작동 모드와 대조적으로 실제의 그라인딩은 더 이상 발생하지 않고 대신에 재료가 상호 간에 처리되고 롤러에 의해 처리되는 것이 아니다는 것을 의미한다. 이는 심지어 전혀 밀도 차이가 나지 않는 구성성분들로 이루어진 재료의 준비와 분리도 본 발명에 따르면 가능하게 한다.

압력은 인-베드 어트리션 동안에 발생된 입자들 사이의 전단력 5 kN/㎡부터 70 kN/㎡ 범위, 특히 7 kN/㎡부터 20 kN/㎡ 범위에 놓일 수 있도록 유리하게 선택된다. 혼합 멀티성분 시스템의 다른 구성성분들의 입자 간의 전단력의 언급된 범위는 그라인딩 베드에서 좋은 마모가 이루어지도록 하고 그래서 혼합 멀티성분의 준비와 분리는 밀에서 이루어질 수 있다.

여기에서, 전단력의 존재는 너무 과한 분쇄의 위험 없이도 개별 구성성분 간의 충분히 좋은 정제가 이루어질 수 있도록 한다.

전단력의 조정에서 기본적인 요소는 롤러의 압력이다. 이것은 그라인딩 플레이트가 롤러와 롤러의 회전과 함께 회전함으로 인해 바람직한 전단력이 발생하도록 이상적으로 설정되어야 한다. 다시 말하자면, 다른 전단력 또는 마찰력이 처리될 재료에 작용한다. 하나는 개별 재료 입자들 사이의 전단력과 마찰력이고 다른 하나는 롤러를 통해 재료에 전달되는 전단력이다.

보통, 롤러 밀을 분쇄 기구로 사용할 때, 롤러들은 그라인딩 베드에서 회전하도록 설정된다. 그러므로 기본적인 상태에서 롤러의 원주 속도(peripheral speed)는 회전하는 그라인딩 플레이트 상단에 위치한 그라인딩 베드의 상대적인 속도와 비슷하다고 추정할 수 있다. 하지만, 만약 롤러가 그라인딩 플레이트 또는 그라인딩 베드보다 느린 속도로 회전한다면, 접촉면에서의 속도 차이는 본 발명에 따라 인-베드 어트리션에 사용될 수 있는 전단력의 생성하게 된다.

더 구체적으로, 전단력의 발생은 기본적으로 밀 하부를 따라서 유입된 입자의 속도와 이에 대조되는, 입자에 의해 스위핑되거나(sweeping) 또는 입자가 스윕하는(sweep) 롤러의 원주 속도에 기초한다.

롤러 밀로 그라인딩할 때의 기본 작동 모드와 대조적으로, 본 발명의 방법에는 그라인딩 베드의 높이를 충분히 높이는 것이 필요하다. 본 발명에 따른 방법을 위해서는 상기 그라인딩 베드는 그라인딩 팬 지름의 8%를 최대 높이로 하고 약 4%로 하는 것이 선호된다. 전형적인 롤러 밀의 작동 모드에서 그라인딩 재료는 적극적으로(actively) 롤러에 의해 분쇄되거나 파쇄된다. 그라인딩 갭(즉, 그라인딩 롤러와 그라인딩 플레이트 또는 그라인딩 팬 사이의 거리)가 너무 넓지 않게 하는 것이 바람직하다. 이를 통해 그라인딩 롤러에 의해 그라인딩 베드에 가해진 압력이 그라인딩 재료를 분쇄하는데 적극적으로 사용될 수 있도록 할 수 있다. 만약 그라인딩 갭이 너무 넓다면, 한편으로는 그라인딩 재료가 부분적으로만 분쇄되고 그라인딩 재료에 적정한 압력이 가해지지 않을 수 있고, 한편으로는 그라인딩 재료가 그라인딩 갭 밖으로 빠져서 분쇄되지 않은 채로 빠져나올 수 있다.

이와 대조적으로, 본 발명에 따르면 작동 모드에 대응하여 입자 또는 멀티 물질 시스템의 구성성분이 마모되어 그라인딩 베드에서 떠오르는 것이 바람직하다. 그러므로 그라인딩 베드 높이는 그라인딩의 용도로만 사용되는 롤러 밀의 경우보다 명확하게 높은 것이 선호된다. 그라인딩 베드의 높이가 높을수록 입자 또는 구성성분의 그라인딩 베드에서의 그들 간의 상대적인 움직임이 더 많아지고 따라서 인-베드 어트리션이 이로써 달성될 수 있다.

원칙적으로 그라인딩 베드 높이는 롤러의 압력, 공급 물질 유동, 그라인딩 팬의 속도, 그라인딩 팬의 리텐션 림(retention rim)의 높이 그리고/또는 내부 순환 유동에 의해 조정될 수 있다.

그라인딩 롤러의 압력의 증가는 관련된 접촉압의 증가를 통해 그라인딩 베드 높이를 감소시킨다. 공급 물질 유동의 증가는(즉, 만약 시간 당 더 많은 그라인딩 재료가 공급재로서 롤러 밀에 공급된다면) 그라인딩 베드 높이를 증가시킨다. 대조적으로, 그라인딩 팬의 높은 속도는, 존재하는 그라인딩 재료의 그라인딩 팬으로부터의 제거가 더 빨리 이루어지기 때문에 결국 그라인딩 베드 높이를 감소시킨다. 상기 그라인딩 팬의 리텐션 림은 그라인딩 팬의 가장자리에 위치해 있고 팬의 가장자리를 넘어가는 그라인딩 재료를 줄이거나 막기 위해서 사용된다. 만약 리텐션 림의 높이가 증가한다면, 그라인딩 베드의 높이도 증가할 것이다.

그라인딩 베드 높이를 조정하는 데 사용될 수 있는 추가적인 매개변수는 내부 순환 유동이다. 분류기와 통합된 롤러 밀의 경우에 특히, 분류에서 거절되고 추가적인 공정을 위해 그라인딩 팬으로 재순환하는 입자들의 양에 의문이 있다. 만약 내부 순환 유동이 증가하면, 그라인딩 베드 높이 또한 증가한다. 상기 내부 순환 유동은 예를 들면 분류기 설정뿐만 아니라 공정 에어 흐름의 양에 의해서도 영향을 받을 수 있다.

예를 들면, 만약 멀티 물질 시스템의 재료 결합이 강해진 경우에, 강해진 재료 결합에도 불구하고 인-베드 어트리션을 위해 필요한 힘을 달성하기 위해서 압력을 증가시키는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 그러나 그라인딩 베드 높이는 이상적으로 일정해야 하기 때문에, 그라인딩 베드 높이가 증가된 압력에 의해 초기에 감소함에 따라 다른 변수들이 조정되어야 한다. 여기에서 공급 물질의 유동 그리고/또는 내부 순환 유동을 증가시키는 것이 선호된다. 대안으로 또는 추가적으로, 그라인딩 팬의 속도도 감소될 수 있다. 이러한 변수의 설정은 공정이 진행중인 동안에도 가능하기 때문에, 예를 들면 테스트 중간에 멀티 물질 시스템의 결합이 지금까지의 것보다 더 강하다면 여기에 언급된 변수들을 통해 이에 대처할 수 있다.

추가적인 가능성은 리텐션 림의 높이를 증가시키는 것이다. 그러나, 이것은 공정이 진행중인 동안에는 불가능하거나 또는 어려움을 동반한다. 그러므로 이 변수는 사용된 롤러 밀이 다른 멀티 물질 시스템으로 교체될 예정이거나 또는 이를 위해 디자인될 경우에만 주로 사용된다.

만약 멀티 물질 시스템의 재료 결합이 감소한다면, 이에 대응하여 압력은 감소하고, 이에 의해 원칙적으로 그라인딩 베드는 증가할 것이다. 이에 대한 반작용으로 이전에 언급된 변수들이 이제 그와 반대되는 방향으로 조정될 수 있다.

롤러 밀의 작동 중에 원칙적으로는 가능한 높은 처리량으로 처리하는 것이 바람직하다(즉, 시간당 가능한 많은 공급 재료). 만약 처리량을 증가시키기 위해 유동량을 증가시킨다면, 그라인딩 베드 높이를 일정하게 유지하기 위해서 그라인딩 팬의 속도를 증가시키는 것이 유리하다. 롤러 압력의 증가는 확실히 그라인딩 베드 높이도 감소시킬 것이지만 이는 인-베드 어트리션 변수들의 변화로 이어질 수 있다. 특히, 롤러의 높은 압력을 통해, 그라인딩 압력(즉, 롤러에 의해 그라인딩 베드에 가야지는 힘)은 증가할 것이고, 접촉압 또한 증가할 것이다. 이는 멀티 물질 시스템의 부족한 준비와 분리의 원인이 된다. 따라서 만약 공급 물질 유동이 증가한다면, 오직 그라인딩 팬 속도의 증가에 의해서만 보완이 이루어지는 것이 선호된다. 만약 내부 순환 유동이 무리하게 증가된다면 동일한 것이 수행될 수 있다. 그 예로 재료의 높은 정도의 분쇄가 요구되고 그러므로 더 적은 재료가 가루로서 분류기를 통해 제거되는 경우를 들 수 있다. 이는 이전에도 언급했듯이, 더 많은 재료가 그라인딩 플레이트에 재공급되고 비슷한 방식으로, 공급 물질 유동의 증가의 경우와 그라인딩 베드 높이의 증가로 이어질 것이다. 이때 이를 기본적으로 그라인딩 팬의 속도만의 적용-특히, 증가시키는 것-을 통해 조절하고 따라서 그라인딩 베드 높이가 일정하게 유지되도록 하는 것이 선호된다.

다양한 롤러 밀의 타입이 알려져 있다. 몇몇 롤러 밀에서 롤러들은 직접적으로 구동된다. 다른 롤러 밀에서는 특히, LEOSHE 타입에서는 롤러는 그들 스스로는 구동되지 않지만 대신 롤러들과 그라인딩 베드 사이에서 발생하는 마찰력을 통해 회전하도록 설정된다. 롤러 밀이 그라인딩을 위해 사용되는 롤러 밀의 일반적인 작동 모드에서는 상대적으로 문제될만한 것이 없다. 하지만, 인-베드 어트리션을 위해 롤러 밀을 사용하는 경우에는 그라인딩 롤러들의 극히 낮은 압력 때문에 그라인딩 롤러의 회전에 더 많은 주의가 기울어져야 한다는 것이 확인되었다.

이러한 이유로 롤러 밀이 작동 중일 때 선택된 압력보다 더 높은 압력으로 초기에 작동되는 것이 선호된다. 이는 초반에 극복되어야 하는 기동 회전력(starting torque)를 가지고 있는 롤러를 회전상태에 놓이게 하기 위해서 필수적이다. 결과적으로 인-베드 어트리션 공정 동안, 그라인딩 베드와 그라인딩 롤러들 간의 마찰은 롤러의 회전을 유지하기에 대부분의 경우에 충분하다.

이러한 이유로 롤러의 회전이 작동 중에 모니터되고 만약 롤러의 회전이 너무 느리다고 확인되면 롤러의 압력이 시간이 지날수록 증가하게 하는 것이 선호된다. 롤러의 불충분한 회전은 롤러들이 그라인딩 베드에 가하는 전단력을 변화시키고 따라서 인-베드 어트리션의 질도 변화시킨다. 롤러 압력의 단시간의 증가를 통해서 롤러가 충분한 회전 또는 충분한 각운동량을 가지고 있는지 확인할 수 있다. 본 발명의 의도에 따르면, 롤러들의 불충분한 회전은 롤러의 주변속도가 롤러 하부(under)에 있는 재료 흐름의 속도의 50%보다 낮은 것을 의미한다고 이해할 수 있다. 롤러 하부의 재료 흐름은 그라인딩 팬 또는 롤러 밑(below)에 있는 그라인딩 플레이트의 속도에 대응된다고 추정할 수 있다. 재료에 따라서 스피드를 더 잘 추정하기 위해서 몇 퍼센트가 더 추가될 수 있다.

인-베드 어트리션을 위해 인정되는 낮은 압력만으로 롤러 밀에 시동을 걸기 위해서 특히, 그라인딩 롤러의 회전을 설정하기 위해서, 롤러 베어링들은 일반적인 경우보다 더 많은 역할을 하도록 디자인되는 것이 유리하다. 이는 한편으로는 기동 회전력을 감소시키고 다른 한편으로는 추가적으로 정지의 또는 그라인딩 롤러가 너무 낮은 회전 속도를 갖는 것의 위험을 줄여준다.

선호되는 실시예에 따르면, 롤러 밀은 오버-러닝(over-running) 그리고/또는 에어 스트림(air stream) 모드로 작동한다. 순수한 오버-러닝 밀의 작동 모드에서, 준비된 그라인딩 재료는 그라인딩 팬의 회전을 통해 리텐션 림을 넘어 전달되고 그라인딩 팬 하부의 공간으로 떨어진다. 이것은 여기서부터 다른 곳으로 이동될 수 있다. 에어 스트림 작동 모드에서, 그라인딩 플레이트를 넘어서 떨어진 그라인딩 재료는 공정 에어 스트림에 의해 위로 이동되고 날아가게 된다. 그라인딩 팬 위에는 대부분의 경우 분류기가 위치해 있고 공정 에어 스트림을 통해 준비된 그라인딩 재료가 분류기로 이동된다. 분류는 분류기에서 발생하고 충분히 정제되어 준비된 그라인딩 재료는 준비 공정에서 배출되는 반면, 추가적인 공정이 필요한 그라인딩 재료는 준비 공정으로 재공급된다(소위 거절된다).

본 발명에서 인-베드 어트리션은, 표준 그라인딩 공정과 약간 관계가 있는 것으로 간주될 수 있어서 그라인딩 공정으로도 기술되는데, 다른 분쇄 기술과는 다르다. 그러나 인-베드 어트리션은 롤러 밀에 의해 수행되고 실제로는 추가적인 그라인딩이 이루어지지는 않지만 쉬운 이해를 위해 밀(mill)에 대한 용어가 적용될 것이다. 오버-러닝과 에어 스트림이 결합된 모드에서, 오버 러닝한 그라인딩 재료의 전부가 아니라 일부분만이 그라인딩 팬 주변에서 스위핑(sweeping)하는 공정 에어 스트림(process air stream)을 통해 위로 올라간다. 나머지 부분은 아래쪽으로 떨어지고 이동 수단(conveying means)에 의해 그라인딩 팬 밑으로 이동된다.

바람직한 실시예에 따르면 혼합 멀티성분 시스템을 포함하는 준비되고 분리될 재료는 콘크리트 쇄석이다. 콘크리트 쇄석 자체는 대부분 그릿(grit), 샌드(sand), 시멘트 스톤(cement stone)으로 구성된다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 그릿(grit)과 샌드(sand)를 서로로부터 그리고 시멘트 스톤으로부터 분리되고 인-베드 어트리션에 의해 정제되도록 한다. 인-베드 어트리션을 통해, 특히 그릿(grit)과 샌드(sand)는 시멘트 스톤(cement stone)으로부터 문질러져 분리되고 본 발명에 따르는 방법 이후에는 그릿(grit)과 샌드(sand)가 다시 한번 순수 형태로 존재하게 되고 따라서 콘크리트 생성에 재사용될 수 있다.

상기 발명의 다른 유리한 실시예에서, 분류기를 구비하거나 분류기와 통합된수직 롤러 밀이 사용된다. 추가적으로 공정 에어 스트림은, 예를 들면 시멘트 스톤과 같은 구성성분과 시멘트 스톤과 샌드(sand) 같은 제1 그리고 제2 구성성분이 적어도 일부분 혼합된 혼합물은 공정 에어 스트림에 의해 오버-러닝 그라인딩 재료로부터 분류기로 이동되는 반면에 그릿(grit)과 샌드(sand)같은 첫 번째로 정제된 구성성분은 굵은 재료(coarse material)로서 그라인딩 공정에서 제거될 수 있도록, 설정된다.

분쇄된 시멘트 스톤과 같은 분쇄된 제2 구성성분의 적어도 일부분은 그라인딩 공정에서 정제되어 분류기에서 제거되고, 예를 들어 시멘트 스톤과 시멘트 스톤과 샌드(sand)의 혼합물과 같은 제1 그리고 제2 구성성분에 부착된 것뿐만 아니라 제2 구성성분의 불충분하게 분쇄된 입자들은 분류기에 의해 거절되고 그라인딩 팬으로 재공급된다. 추가적으로, 두 개 이상의 구성성분을 포함하는 멀티 물질 시스템의 경우에서 추가적인 분리가 가능하게 하기 위해서 샌드(sand)는 스크린에 의해 제거된 굵은 재료로부터 분리될 수 있다.

유리한 실시예에 따르면, 수직 롤러 밀은 오버-러닝과 에어 스트림이 결합된 모드로 작동한다. 그라인딩 팬 주변의 하부로부터 스윕(sweep)하는 공정 에어 스트림은, 가볍거나 작은 재료 특히, 분쇄된 시멘트 스톤, 시멘트 스톤과 샌드(sand)의 부착물을 분류기의 윗 방향으로 이동시키도록 설정된다. 샌드(sand)와 그릿(grit) 같은 정제된 무거운 구성성분은 공정 스트림에 대항하여 밑으로 떨어져서 굵은 재료로서 그라인딩 공정에서 방출된다. 추가적으로 그릿(grit), 샌드(sand) 그리고 시멘트 스톤과 같은 구성성분의 혼합물들은 굵은 재료로서 그라인딩 공정에서 방출될 수 있다. 이렇게 아직 불충분하게 준비된 재료는 분류 공정에 의해 감지될 수 있고 본 발명에 의한 인-베드 어트리션에 재공급된다.

그릿(grit)과 샌드(sand)를 분리하기 위해서, 스크린에 의해 후속 분리가 이루어지는 것이 적절하다. 공정 에어 스트림에 의해 분류기로 이동한 재료는 그곳에서 분류된다. 분류기의 설정에 따라, 예를 들면, 오직 고운 가루로 분쇄된 시멘트 스톤 만이 방출되고 나머지 재료는 그라인딩 팬에 재공급된다. 시멘트 스톤의 분쇄는 본 발명에 의한 상기 방법에 따르면 기본적으로 압축력에 의해 이루어지는 것이 아니라 인-베드 어트리션을 통해 이루어진다. 다시 말하자면, 시멘트 스톤은 다른 입자들과 다른 시멘트 스톤들에 의해 마모된다. 이러한 마모를 통해서 샌드(sand)나 그릿(grit)의 분쇄 없이도 샌드(sand)와 그릿(grit)로부터 시멘트 스톤을 제거하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 상기 방법은 회전 가능한 그라인딩 팬과, 상기 그라인딩 팬 상부에 공정 동안 그라인딩 재료의 그라인딩 베드가 형성되는 그리고 공정 동안 그라인딩 재료 위에서 회전하는 적어도 두 개의 고정된 회전가능한 그라인딩 롤러에 의해 수행된다. 이 경우에 분류기는 그라인딩 롤러 상부에 설치되는 것이 선호되고 추가적으로 그라인딩 팬과 그라인딩 롤러 사이의 최소 그라인딩 갭을 형성하고 유지시키는 방법이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 수직 롤러 밀은, 예를 들어 석탄 그라인딩을 위해 존재하는 종래의 그라인딩 베드보다도 그라인딩 베드에서의 그라인딩 재료의 확실히 더 낮은 압축이 필요하거나 인-베드 어트리션에서 일어날 수 있다는 인식에 기초하고 있다. 하지만, 지역마다 그라인딩 베드의 강도와 추가적인 특성이 명확하게 다르다는 이유 때문에, 롤러에 의한 이러한 낮은 압축 또는 압력의 효과에는 문제가 있을 수 있다. 예를 들면, 낮은 압축과 상대적으로 높은 그라인딩 베드 높이 때문에 같은 지점에서도 다른 부분보다 공기가 더 많이 포함될 수 있다. 만약 그라인딩 롤러가 일정한 압력으로 작동된다면, 더 많은 공기가 포함된 부분에서 그라인딩 롤러가 그라인딩 베드를 다른 부분보다 더 많이 압축하게 될 위험이 있다. 그라인딩 롤러가 그라인딩 팬을 통해서까지도 영향을 끼칠 수 있게 된다. 이러한 모든 변수들과 현상들은 그라인딩 롤러의 매끄럽지 않은 작동으로 이어진다. 이는 결국 바람직하지 않고 심지어는 손해를 끼칠 수 있는 수직 밀의 전체 작동에서 진동으로 이어진다. 예를 들어, 너무 심한 진동이 발생하면, 수직 롤러 밀의 준비 공정을 중단해야 한다.

이러한 이유로, 본 발명에서는 그라인딩 팬과 그라인딩 롤러 사이의 최소 그라인딩 갭을 형성하고 유지시켜 주는 방법이 수직 밀에 처음으로 구비되는 것이 필요하다고 인식된다. 이 방법은 그라인딩 롤러가 그라인딩 베드의 다른 특성에 의해 그라인딩 팬에 영향을 주는 것을 확실히 막아준다.

상기 방법을 이행하기 위한 다양한 가능성들이 고안될 수 있다. 예를 들면, 유리한 실시예에서 대응하는 정지(corresponding stop) 또는 정지 완충장치가 그라인딩 롤러에 구비될 수 있다. 또 다른 가능성은 그라인딩 롤러에 대응하는 유압 시스템을 구비하는 것이다.

선호되는 실시예에 따르면, 유압 시스템은 공정 중에 그라인딩 롤러의 압력을 조정하기 위해서 구비된다. 상기 유압 시스템은 15 kN/㎡부터 최대 140 kN/㎡ 범위의 접촉압이 평균 롤러 지름의 수직으로 돌출된 부분에 대해서 작용하도록 하기 위해서 그라인딩 롤러의 무게를 지탱한다. 일반적으로, 수직 롤러 밀(특히, LOESCHE 타입)에 구비된 상기 유압 시스템은 그라인딩 롤러의 압력이 롤러의 무게와 같은 방향으로 작용하도록 디자인된다. 보통, 유압 시스템의 방식에 의하면 600 kN/㎡부터 1000 kN/㎡까지의 접촉압이 발생한다. 하지만 이는 인-베드 어트리션에서는 바람직하지 않다.

다른 밀 시스템에서의 그라인딩 롤러의 크기와 45 t에 이르는 그 무게 때문에, 그라인딩 베드를 압축하는 그라인딩 롤러의 무게를 줄이기 위해서 역 유압 시스템(inverse hydraulic system)이 구비될 필요가 있다. 그라인딩 롤러를 피벗 아웃(pivot out)하는데 사용되는 이미 알려진 유압 시스템은 그라인딩 롤러의 그라인딩 베드에 작용하는 압력을 감소시키긴 하지만 그 압력을 일정한 수준으로 유지시키지는 못하기 때문에 여기에서는 사용될 수 없다. 대신에, 유지 목적을 달성하기 위해서 예를 들면, 그라인딩 롤러의 스위프트 피벗팅-아웃(swift pivoting-out)만을 위해 디자인될 수 있다.

유리한 실시예에 따르면, 모니터링 시스템이 각 그라인딩 롤러에 구비되고 공정 중에 그라인딩 롤러의 회전을 모니터한다. 이미 언급했듯이, 공정은 매우 낮은 압력으로 진행되고 이는 그라인딩 롤러가 충분히 회전하지 않을 수 있다는 것을 의미하기 때문에, 인-베드 어트리션을 위한 수직 롤러 밀을 사용할 때 모니터링이 필요하다. 모니터링 시스템을 구비하는 방법으로 인해 그러한 상태가 감지되고 적정한 반대 조치가 예를 들면, 일시적으로 압력을 증가시킨다.

본 발명의 방법과 장치에 따르면 구성성분들이 연성이 전혀 없는 혼합 멀티성분 시스템을 포함하는 재료의 준비와 분리가 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 콘크리트 준비의 흐름도(flow diagram)를 보여준다.
도 2는 수직 롤러 밀의 단면도를 보여준다.
도 3은 도 2의 수직 롤러 밀의 일부분(cut-out)을 보여준다.

본 발명은 도면의 참조 번호(reference)에 따른 도식적 실시예의 예시를 통하여 더 구체적으로 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 혼합 멀티성분 시스템을 구비하는 재료를 준비하고 분리하기 위한 방법의 예시이고, 콘크리트 쇄석 준비에 대한 흐름도(10)를 보여준다. 아래에서 더 자세하게 설명되어 있는 콘크리트 쇄석의 준비의 방법은, 개별 구성성분들이 연성을 가지지 않는 다른 재료 시스템에서도 동일한 또는 비슷한 방법으로 사용될 수 있다. 아래의 디자인은 예를 통해 본 발명에 따른 방법의 정확한 실행과 그 장점을 설명하기 위한 단지 예시일 뿐이다. 이 예에서 상호 관계를 가지면서 기술된 개별적 방법의 단계는 개별적으로 실행될 수 있고 따라서 각각은 본 발명의 일부분으로 분리하여 고려될 수 있다.

일반적으로, 콘크리트 가루(granulate)는 강화 스틸에 의한 분쇄와 분리를 통해 콘크리트 쇄석으로부터 0 mm에서 63 mm의 크기로 생성된다. 이어서, 그릿(grit)과 샌드(sand) 부분으로의 분류가 보통 발생한다. 그러나 이러한 부분들은 아직 시멘트 스톤이 무시할 수 없을 정도로 부착되어 있다. 따라서 1차 그릿(grit)과 샌드(sand)의 대체물로서 콘크리트 생산물에서 골재로서 최대 15 %까지인 재활용된 그릿(grit)과 샌드(sand)의 사용은 기술적으로 정당한 것으로 간주된다.

그릿(grit)과 샌드(sand)의 대체물로서 재활용된 재료의 최대 15%라는 이러한 한계는 본 발명에 따른 방법에 의해 명확하게 상향될 수 있다.

이를 위해서 예를 들면 80 mm 까지의 그레인 크기(grain size)를 갖는 콘크리트 가루가 시작 재료 또는 공급 재료물(11)로서 사용된다. 콘크리트 쇄석이라고도 기술된 상기 콘크리트 가루는, 본 발명에 따라 공급 재료로서 롤러 밀(12)에 공급된다. 롤러 밀 12는 오버-러닝과 에어 스트림 모드의 결합된 도 1에 따른 방식으로 작동되고 수직 롤러 밀이라고도 기술된다. 롤러 밀(12)에서 이루어지는 공정과 롤러 밀(12)의 작동 모드는 아래에서 도 2를 참조하여 더욱 자세하게 설명될 것이다.

본 발명에 따르면 상기 롤러 밀(12)는 분쇄 유닛이 아닌 인-베드 어트리션 유닛(in-bed attrition)으로 작동한다. 그러므로 준비되고 분쇄된 시멘트 스톤(16)은 상기 롤러 밀(12)에 구비되고 원칙적으로 상기 롤러 밀(12)의 하류에 마련되는 분류기에서 준비 회로로부터 제거될 수 있다.

오버-러닝의 방식으로, 굵은 재료(13)는 롤러 밀(12)의 준비로부터 제거된다. 상기 굵은 재료(13)은 기본적으로 준비된 그릿(grit), 샌드(sand) 그리고 접착물질로 구성되어 있지만, 그 비율은 공급 재료(11)에서보다 확실히 작다. 접착물이 있는 재료는 특히 시멘트 스톤이 부착된 그릿(grit) 및/또는 샌드(sand)가 될 수 있다. 이어서 상기 굵은 재료(13)은 스크린(14)에 투입되는데, 여기서 0 mm 내지 2 mm의 부분인 샌드(17)가 제거될 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 통해서 상기 샌드(17)는 잘 정제되며, 콘크리트 생성물에서의 초기(1차) 샌드(sand)와 유사하게 사용될 수 있다.

2 mm 이상의 크기를 가진 굵은 재료(13)는 이어서 밀도 분류 수단(15)에 투입된다. 이는 더 높은 밀도를 가진 정제된 그릿(18)이 공정 회로로부터 방출될 수 있도록 한다. 충분히 높은 밀도를 가지지 못하는 재료-시멘트 스톤의 부착물이 아직 존재하는 그릿(grit) 및/또는 샌드(sand)-는 롤러 밀(12)의 상기 인-베드 어트리션에 재공급된다.

추가적으로, 여기에 기술되어 있지 않지만 고려될 수 있는 방법으로서, 샌드(sand)도 밀도 분류 수단으로 투입되어 아직 존재하는 시멘트 스톤이나 다른 불순물의 부착물을 분리하고 그것들을 그라인딩 밀에 재공급하는 방법도 가능하다.

따라서, 본 발명에 따르면 방법(10)으로 콘크리트 분쇄 특히, 콘크리트 가루(11), 그릿(18)과 샌드(17)를 높은 순도로 분리해 내고 이러한 구성성분들이 콘크리트 생성에서 초기 그릿(grit) 및 샌드(sand)와 비슷하게 사용되도록 하는 것이 가능하다. 따라서 지금까지 가능했던 15%의 재활용 비율보다 훨씬 더 높은 비율을 달성해내는 것이 가능하다.

상기 밀도 분류는 예를 들면, 송풍 분류기(wind classifiers), 에어 지그(air jigs) 및/또는 에어 유동층 소팅(air-fluidised bed sorting)의 수단에 의한 건식 밀도 분류(dry density sorting)에 의해 실현될 수 있다. 선택적으로, 습식 밀도 분류(wet density sorting)도 사용될 수 있다. 그러나, 롤러 밀(12)에 재공급되는 재료는 다시 건조되어야 한다. 가능한 습식 밀도 분류 방법들로는 유동층 소팅 분류 방법(fluidised bed sorting methods) 뿐만 아니라 정적이고 동적인 싱크 또는 스윔 분리(sink-or-swim separation), 세팅 분류(setting sorting), 스파이럴 분류기(spiral separator) 또는 하쓰 분류(hearth sorting)가 있다.

상기 롤러 밀(12)와 인-베드 어트리션을 위한 작동은, 도 2를 참조하여 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 것이다.

도 2는 LOESCHE 타입 수직 롤러 밀(30)의 개략적인 단면을 보여준다. 롤러 밀(30)의 기본적인 구성성분은 그라인딩 베드(41) 상부에서 회전하는 끝이 절단된 콘 모양의 그라인딩 롤러(31)이다. 부분적인 단면도에서, 단지 두 개의 그라인딩 롤러(31)가 보여진다. 하지만, 수직 롤러 밀(30)은 3개, 4개, 6개 또는 그 이상의 그라인딩 롤러를 구비할 수 있다.

상기 그라인딩 베드(41)는 그라인딩 팬(32) 상부에서 형성된다. 롤러라고도 기술되는 상기 그라인딩 롤러(31)는 고정된 위치에 설치되어 있지만, 도면에서 보여지는 것과 같이 축을 중심으로 회전할 수 있다. 즉, 상기 그라인딩 팬(32)은 기술된 것과 같이 그 중심축에 대해 회전가능하다. 만약 그라인딩 팬(32)이 회전하면, 그라인딩 베드 위에 위치해 있는 상기 그라인딩 재료(42)도 함께 회전한다. 상기 그라인딩 롤러(31)는 그라인딩 재료(42)와 그라인딩 롤러(31)의 외면 사이의 마찰을 통해서 회전한다.

분류기(34)는 상기 그라인딩 팬(32) 상부에 설치되고 정적이고 동적으로 설계될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 인-베드 어트리션 공정은 아래에 더 자세하게 설명된다.

콘크리트 쇄석과 같은 상기 공급 또는 그라인딩 재료(42)는 재료 공급부(35)를 통해 준비 공정에 공급된다. 상기 재료 공급부(35)는 상기 공급 재료(42)가 그라인딩 팬(32)의 중심부에 공급되도록 형성된다.

상기 그라인딩 팬(32)의 회전을 통해, 그라인딩 재료는 가속되는 동시에 나선형을 그리며 외각으로 이동되어 그라인딩 롤러(31)가 그 위로 회전하게 된다. 그러나, 본 발명에 의한 인-베드 어트리션 방법에서는 상기 그라인딩 롤러(31)는 일반적으로 알려진 롤러 밀(30)과는 다른 방식으로 작동한다. 여기서 이들은 기본적으로 그라인딩 재료의 압력 분쇄를 위해 사용되지 않는다.

본 발명에 의한 인-베드 어트리션 방법에서는 극히 낮은 접촉압만이 그라인드 롤러(31)에 의해 그라인드 베드(41)에 작용한다. 접촉압은 15 kN/㎡부터 최대 140 kN/㎡의 범위로 작용한다. 특히, 30 kN/㎡ 와 80 kN/㎡ 사이의 범위에 있는 것이 선호된다. 상기 접촉압은 기본적으로 그라인딩 베드(41)에 충분히 강한 전단력을 발생시키고 그 곳에 있던 입자들이 서로 마모된다.

그라인딩 롤러는 보통 최대 2.8 m의 지름과 45 t의 무게를 가진다. 이런 거대한 무게에 의해서 상기 인-베드 어트리션에서 최대로 가능한 접촉압보다 훨씬 높은 접촉압이 발생하게 된다. 이러한 이유로 상기 롤러(31)의 무게에 대항하는 역 유압 시스템(inverse hydraulic system) (도 2에는 도시되지 않음)이 구비된다. 상기 유압 시스템은 상기 그라인딩 롤러(31)의 록커 암(rocker arm)(33)에 반대방향의 힘을 가한다. 다시 말하면, 상기 역 유압 시스템은 상기 롤러(31)가 살짝 들려서 롤러의 무게에 대항되는 힘이 롤러에 작용되도록 록커 암(33)을 누른다.

이후에 새로운 그라인딩 재료(42)의 추가 공급과 그라인딩 플레이트라고도 기술될 수 있는 그라인딩 팬(32)의 회전을 통해 상기 그라인딩 팬(32) 상에 위치한 부분적으로 이미 준비된 재료는 디스플레이되고 리텐션 림(36)을 넘어서 그라인딩 팬(32)와 밀 하우징(mill housing) 사이의 갭으로 들어간다.

오버-러닝과 에어 스트림 모드 모두의 작동을 통해서, 첫 번째 분리가 이 시점에서 이루어진다. 오버-런 처리된 재료의 일부는, 밑에서 들어와서 분류기(34)의 방향으로 부는 공정 에어(37)에 의해 이동되고, 다른 일부는 오버-런 처리된 굵은 재료로서 공정 회로로부터 제거될 수 있다.

첫 번째 분리의 기본적인 특징은 상기 공급 에어(37)의 공급량이다. 추가적으로, 분리는 블레이드 링(38)에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 여기서 상기 공정 에어(37)는 기본적으로 그릿(grit)과 샌드(sand)가, 오버러닝한 굵은 재료(51)로서 공정 회로로부터 제거될 수 있도록 블레이드 링(38)과 함께 조정된다. 그리고 나서 이것은 도 1에 도시된 것처럼 스크린 과정을 거친다.

아직 충분히 마모되지 않고 시멘트 스톤을 가진 그릿(grit) 그리고/또는 샌드(sand)의 접착 재료 또한 오버-러닝한 굵은 재료(51)로서 공정 회로에서 제거될 수 있다. 도 1에 이미 나와 있듯이, 상기 접착 재료는 이어서 새로운 콘크리트 쇄석과 함께 공정 회로에 재공급된다.

상기 공정 에어와 선택적으로 구비된 블레이드 링을 통해서 밀도 분류라고 여겨지는 첫 번째 분류가 실행된다.

불어오는 상기 공정 에어(37)는 특히 분쇄된 시멘트 스톤과 또한 시멘트 스톤이 부착된 샌드(sand)의 입자들을 분류기(34)로 이동시킨다. 두 번째 분리가 여기서 이루어진다. 이것 또한 밀도 분류이다.

여기에서 분류기(34)를 이용하여, 특히 충분히 분쇄된 시멘트 스톤은 공정 회로로부터 방출된다. 이 분쇄된 시멘트 스톤은 공정 에어 아울렛에서 방출되는 공정 에어와 함께 공정 회로에서 제거된다.

불충분하게 분쇄된 시멘트 스톤 또는 시멘트 스톤과 샌드(sand)를 포함하는 접착 재료는 그릿 콘(grit corn)(40)을 통해서 상기 그라인딩 팬(32)로 재공급되고 추가적인 인-베드 어트리션이 진행된다.

추가적으로, 공정 동안 상기 롤러(31)의 속도를 감지하는 롤러 속도 센서(46)는 상기 롤러(31)에 구비된다. 상기 롤러(31)는 인-베드 어트리션에서 그라인딩 베드 상에서 낮은 압력을 받고 상기 롤러가 너무 느리게 회전하기 때문에 속도 센서는 필요하다. 만약 이것이 상기 롤러 속도 센서(46)에 의해 감지되면, 롤러의 회전 속도를 증가시키기 위해서 상기 압력이 일시적으로 증가될 수 있다.

본 발명과 성공적인 인-베드 어트리션에 따른 방법의 기본적인 특징은 그라인딩 베드가 상호 마모 내지 어트리션(reciprocal attrition)를 위해 충분한 공급 재료의 입자가 존재하도록 하기 위해서 충분히 높게 설계되는 것이다. 상기 그라인딩 베드에 영향을 줄 수 있는 값들은 도 3에서 설명될 것이다.

도 3은 도 2의 롤러 밀(30)의 일부분을 보여준다. 도 2에서와 같은 참조 번호가 여기에서도 사용된다.

그라인딩 베드 높이 s에 영향을 주기 위해서, 기본적으로 공급 유동량 m_m,in, 상기 그라인딩 롤러(31)의 압력 Fw, 상기 그라인딩 팬의 속도 n_s, 상기 리텐션 림(36)의 높이 그리고 내부 순환 유동이 이용가능하다. 상기 내부 순환 유동은 도 3에는 나타나있지 않다. 이것은 기본적으로 공급 유동량 m_m,in의 일부분으로서 분류기에 의해 거절된 재료이다.

개별 설정 매개변수의 영향은 다른 매개변수들이 상수일 때를 가정하여 아래에서 더욱 자세하게 설명될 것이다. 여기에서의 목적은 롤러(31) 하부의(즉, 상기 롤러(31)와 상기 그라인딩 팬(32)의 사이) 그라인딩 베드 높이 s를 변화시키는 것이다.

간단한 방법으로, 상기 그라인딩 베드 높이 s는 접촉압에 영향을 주는 상기 롤러(31)의 압력 Fw의 변화에 의해 변화할 수 있다. 접촉압은 롤러의 직하방에서 그라인딩 베드 상에 작용하는 힘이다. 만약 롤러의 압력 Fw가 증가한다면, 상기 그라인딩 재료는 더 많이 압축되거나 분쇄되고 상기 그라인딩 베드 높이 s는 감소할 것이다. 반대로, 상기 롤러(31)가 그라인딩 베드(41) 상에서 낮은 압력 Fw를 받는다면, 상기 그라인드 베드 높이 s는 증가한다.

공급 유동량 m_m,in의 증가는 상기 그라인드 베드 높이 s를 증가시킨다. 만약 시간 당 더 많은 재료가 상기 그라인드 팬(32)에 제공된다면, 재료가 그라인드 팬에 머무는 시간이 같다는 가정하에서, 더 많은 그라인딩 재료가 상기 그라인드 팬(32) 상에 위치하게 된다. 필연적으로 밀(mill) 상의 유동량 m_m,on 또한 증가하게 된다. 결과적으로 더 많은 재료가 상기 그라인딩 팬(32) 상에 존재하기 때문에 상기 그라인딩 베드 높이 s도 증가한다.

두 가지 방식으로 공급 유동량 m_m,in에 의한 영향을 발생시킬 수 있다. 하나는 시간당 더 많은 공급 재료를 상기 롤러 밀(30)에 제공하는 것이다. 다른 하나는 분류기가 다르게 설정되어 분류기에서의 거절률이 높아지고 더 많은 재료가 상기 그라인드 팬(32)에 재공급되는 것이다. 더 적은 그라인딩 재료가 굵은 물질로서 공정 회로로부터 아래로 제거되고, 대신에 잠재적인 가루로서 분류기로 이동된다면, 상기 거절률은 상기 공정 에어 스트림의 증가에 의해서도 증가될 수 있다. 공급 유동량 m_m,in 과 내부 순환 유동량은 방출 유동량 m_m,on에 필연적으로 영향을 준다. 만약 내부 순환 유동이 증가한다면, 순환 부하가 증가된다. 다시 말하면, 더 많은 재료가 밀 내부의 준비 회로에 존재하게 된다. 이는 표현을 달리하자면, 시간이 지남에 따라 방출량 m_m,on이 감소한다는 것을 의미한다. 만약 공급 유동량 m_m,in이 증가하고 따라서 더 많은 공급 재료가 밀에 공급된다면, 방출량 m_m,on도 필연적으로 증가할 것이다.

상기 그라인딩 베드 높이를 변화시키는 다른 가능성은 상기 팬의 속도 n_s를 증가시키는 것이다. 만약 이것이 증가한다면, 상기 그라인드 베드 높이 s는 감소할 것이다. 그라인드 팬 속도 n_s가 높을수록, 상기 그라인딩 팬(32)에서 처리될 재료의 체류 시간이 감소한다. 따라서, 상기 그라인딩 팬 상의 방출량 m_m,on도 또한 적어질 것이다. 이 때문에, 상기 그라인딩 베드 높이 s는 필연적으로 감소한다.

상기 그라인딩 베드 높이 s에 영향을 줄 수 있는 추가적인 가능성은 리텐션 림(36)이다. 만약 그 높이 h가 증가한다면, 더 많은 재료가 상기 그라인딩 플레이트에 쌓일 것이다. 이는 원칙적으로 방출량 m_m,on과 함께 상기 그라인딩 팬(32)에서 방출되기 위해서 더 많은 재료가 상기 그라인딩 팬(32) 상단에 존재하게 된다는 것을 의미한다.

여기에 언급된 모든 변수들의 기본적인 특징은 상호 영향을 줄 수 있다는 것이다. 높은 리텐션 림(36)은 그라인딩 베드가 높아지는 한편, 공급 재료가 그라인딩 팬(32)에 머무는 체류시간이 길어지는 결과로 이어진다. 이것은 롤러(31)의 압력 Fw에 따라서 그들 사이에 마모가 잘 일어날 수 있도록 하지만, 특정한 조건에서는 바람직하지 않게 긴 압축 시간을 갖게 되거나 특정한 조건에서는 처리량이 낮아지는 결과로 이어질 수 있다.

예시를 통해, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 수직 롤러 밀의 개별적인 특징이 함께 설명되었다. 그러나 각각의 특성이 개별적으로 이용될 수 있음은 명백하다.

마찬가지로, 도 1과 2의 예시는 콘크리트 석쇄의 준비에 관련된 것이다. 하지만 본 발명에 따른 상기 방법은 다른 다양한 혼합 멀티-성분 시스템의 준비와 분리에 사용될 수 있다. 예를 들어, 단지 처리될 재료의 마찰력만을 이용하고 실제 분쇄는 전혀 이루어지지 않는 롤러 밀 내부의 상기 인-베드 어트리션은 점토질 셰일과 석회, 광석 또는 다른 유기 구성성분와 같은 불순물로 이루어진 천연 슬레이트의 준비에도 사용될 수 있다. 이에 의해 천연 슬레이트의 마찰력에 의해 슬레이트는 분쇄되었지만, 분쇄된 슬레이트의 개별 입자는 플레이트-형상의 형태를 유지하고 있다는 것을 보장한다.

유사하게, 상기 방법은 시트 규산염과 가능한 불순물로 구성되는 운모(mica)의 공정에도 적합하다. 지금까지, 주로 순수 재료(deposit)가 활용되었다. 하지만, 이는 지금까지 건식 어트리션과 분리(se-paration)의 적절한 준비 방법이 알려지지 않았기 때문이다.

본 발명에 따른 방법은 고령토(kaolin), 장석(feldspar) 그리고 석영 샌드(quartz sand)로 구성된 산업 샌드(sand)를 포함하는 고령토를 준비하기 위해서도 사용될 수 있다. 흑연과 모암(ore matrices) 그리고 진흙 또는 벤토나이트로 구성되고 샌드(sand) 또는 비 시트 규산염(non-sheet-silicates)에 의해 오염된 흑연 광석(graphite ore)의 사용과 준비뿐만 아니라 부착된 구성성분를 분리하기 위해 무거운 미네랄 샌드(sand)의 어트리션을 통해 분쇄하고 샌드(sand)의 분쇄로부터 금홍석, 지르콘, 타이타늄철석 등을 밀도 분리하는 것은 본 발명에 의해 가능하다. 심지어는 슬레이킹 슬래그(slaking slag), 대응되는 금속 그리고 특정 조건에서 안정된 슬래그로 구성된 FeCr 슬래그도 준비될 수 있다. 그러나 여기에서 중요한 특징은 금속 구성성분는 연성이 없는 구성성분여야 한다는 것이다. 그렇지 않으면 본 발명의 방법에 따른 마모가 불가능하고 본 발명에 따른 마찰력이 발생할 수 없기 때문이다.

본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 롤러 밀에 의해서, 혼합 멀티성분 시스템을 간단하고 효율적으로 준비하고 분리하는 것이 가능하다.

Claims (15)

1. 혼합 멀티-성분 시스템을 포함하는 재료를 준비하고 분리하는 방법에 있어서,
   상기 혼합 멀티-성분 시스템은 적어도 제1 구성성분과 제1 구성성분에 연결된 제2 구성성분을 포함하고, 상기 두 구성성분 중 어느 것도 연성이 없고,
   상기 재료는 공급 재료(42)로서 인-베드 어트리션(in-bed attrition)을 위해서 그라인딩 팬(32)과 그라인딩 롤러(31)를 구비한 롤러 밀(30)에 공급되고,
   처리될 재료와 처리된 재료를 포함하는 그라인딩 베드(41)가 공정 중에 상기 그라인딩 팬(32) 상에 형성되고,
   상기 그라인딩 롤러(31)는 공정 중에 상기 그라인딩 베드(41) 위에서 회전하고,
   인-베드 어트리션 동안 상기 재료는 상기 그라인딩 베드(41)에서 상기 그라인딩 롤러(31)에 의해 상기 구성성분 입자 간의 전단력과 마찰을 통해서 상기 제1 그리고 제2 구성성분으로 분리되고,
   상기 제1 구성성분의 입자들, 상기 제2 구성성분의 입자들 그리고 동일한 구성성분의 입자들은 서로 마모되고,
   인-베드 어트리션을 위해서 상기 롤러 밀(30)은, 평균 롤러 지름의 수직으로 돌출된 부분에 대해서 15 kN/㎡부터 140 kN/㎡ 범위의 접촉압이 작용되도록 하기 위해서, 상기 제1 및/또는 제2 구성성분에 대한 어떠한 압력 기반 분쇄가 상기 접촉압을 통해서 발생하지 않도록 선택된 상기 롤러(31)의 압력(Fw)만으로 작동되고,
   상기 롤러 밀(30)은 상기 그라인딩 베드(41)가 상기 두 구성성분들의 입자의 지름보다는 높은 최소 높이를 가지는 방식으로 작동되고, 그리고
   적어도 상기 제1 그리고 제2 구성성분은 상기 롤러 밀(30)의 공정 회로로부터 제거되고 분리되는 것을 특징으로 하는 혼합 멀티-성분 시스템을 포함하는 재료를 준비하고 분리하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력은 상기 인-베드 어트리션 동안에 생성된 입자들 사이의 전단력이 5 kN/㎡에서 70 kN/㎡ 특히, 7 kN/㎡에서 20 kN/㎡ 범위에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 그라인딩 베드 높이(s)가 상기 그라인딩 팬 지름의 최대 8%가 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그라인딩 베드 높이(s)가 상기 그라인딩 팬 지름의 약 4%가 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   요구된 압력(Fw)에서 상기 그라인딩 베드 높이(s)가 공급 유동량(m_m,in), 그라인딩 팬 속도(n_s), 상기 그라인딩 팬(31)의 리텐션 림의 높이(h) 및/또는 내부 순환 유동에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 멀티-물질 시스템의 재료 결합이 증가하면, 상기 인-베드 어트리션을 달성하기 위해서 상기 그라인딩 베드 높이(s)를 유지하도록 상기 압력(Fw)가 증가하고, 상기 공급 유동량(m_m,in)이 증가하고, 상기 리텐션 림의 높이(h)가 증가하고, 상기 내부 순환 유동이 증가하고 그리고/또는 상기 그라인딩 팬 속도(n_S)가 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공급 유동량(m_m,in)이 처리량을 증가시키기 위해서 증가되고, 상기 그라인딩 팬 속도(n_S)는 그라인딩 베드 높이(s)를 유지시키기 위해서 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 롤러 밀(30)은 작동 중에 선택된 상기 그라인딩 롤러(31)의 압력(Fw)보다 높은 압력(Fw)으로 초기에 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그라인딩 롤러(31)의 회전은 작동 중에 모니터되고, 상기 그라인딩 롤러(31)의 회전이 너무 느린 것이 확실하면, 상기 그라인딩 롤러(31)의 상기 압력(Fw)은 적어도 시간이 지날수록 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러 밀(30)은 오버-러닝 및/또는 에어 스트림 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    그릿(grit), 샌드(sand) 그리고 시멘트 스톤을 포함하는 콘크리트 쇄석이 재료로서 공급되고, 상기 인-베드 어트리션을 통해 그릿(grit)과 샌드(sand)는 서로 그리고 시멘트 스톤로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서,
    분류기(34)를 구비한 수직 롤러 밀이 사용되고,
    공정 에어 스트림이, 상기 오버-러닝한 그라인딩 재료로부터 시멘트 스톤과 적어도 부분적으로 시멘트 스톤과 샌드의 혼합물이 상기 공정 에어 스트림에 의해 상기 분류기(34)로 이동시키는 방식으로 조정되고, 그릿(grit) 그리고 샌드(sand)는 굵은 재료로서 상기 그라인딩 공정에서 제거되고, 분쇄된 시멘트 스톤은 가루로서 상기 분류기(34)에서 상기 그라인딩 공정으로부터 제거되고, 상기 시멘트 스톤뿐만 아니라 시멘트 스톤과 샌드의 혼합물은 상기 분류기(34)에 의해 거절되고 상기 그라인딩 팬(32)로 재공급되고,
    샌드(sand)는 스크린에 의해서 방출되는 굵은 재료로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 수직 롤러 밀은
    공정 동안에 그라인딩 재료의 그라인딩 베드(41)가 위에 형성되는 회전가능한 그라인딩 팬(32),
    공정 동안 상기 그라인딩 베드(41)에서 회전하는 적어도 두 개의 고정식이고 회전가능한 그라인딩 롤러(31),
    상기 그라인딩 롤러(31)의 상부에 배치되는 분류기(34), 그리고
    상기 그라인딩 팬(32)과 상기 그라인딩 롤러(31) 사이에 최소의 그라인딩 갭을 형성하고 유지시키기 위한 수단을 구비하는 수직 롤러 밀.
14. 제13항에 있어서,
    공정 동안 상기 그라인딩 롤러(31)의 압력(Fw)를 조정하기 위한 유압 시스템이 구비되고, 상기 유압 시스템은 15 kN/㎡에서 140 kN/㎡의 범위의 접촉압이 평균 롤러 지름의 수직으로 돌출된 부분에 대해서 작용하도록 하기 위해서 상기 그라인딩 롤러의 무게에 대항하는 것을 특징으로 하는 수직 롤러 밀.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    모니터링 시스템(46)이 공정 동안 상기 그라인딩 롤러(31)의 회전을 모니터하기 위해서 각 그라인딩 롤러(31)에 마련되는 것을 특징으로 하는 수직 롤러 밀.
    
    
    

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