KR20150134449A - 광석의 파쇄 전처리 장치 및 광석의 파쇄 전처리 방법 - Google Patents

광석의 파쇄 전처리 장치 및 광석의 파쇄 전처리 방법 Download PDF

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    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group

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Abstract

광석을 파쇄하기 전에 전 처리하여 광석의 강도를 낮출 수 있고, 광석에 마이크로파 에너지를 균일하고 고효율로 가할 수 있도록, 광석 파쇄 전에 광석에 마이크로파를 가하여 전처리하는 광석의 파쇄 전처리 장치에 있어서, 파쇄될 광석이 이송되는 컨베이어의 출측에 배치되고 마이크로파의 조사가 이루어지는 내부 공간을 구비한 하우징과, 상기 하우징의 개방된 상단에 설치되어 하우징 상단을 개폐하는 덮개, 상기 하우징 내부에 설치되고 상단이 개방되어 하우징 내부로 투입되는 광석이 채워지는 그물망 구조의 수광용기, 상기 수광용기 하단과 하우징 하단 사이에 설치되어 수광용기 내부의 광석을 하우징 외부로 배출하는 배출부, 상기 하우징에 설치되어 하우징 내부로 마이크로파를 조사하여 광석을 가열하는 웨이브가이드, 상기 웨이브가이드에 연결되어 마이크로파를 발생하는 마그네트론을 포함하는 광석의 파쇄 전처리 장치를 제공한다.

Description

광석의 파쇄 전처리 장치 및 광석의 파쇄 전처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING ORES BEFORE CRUSHING ORES}
본 발명은 광석을 파쇄하기 전에 전처리하여 파쇄 효율을 높일 수 있도록 된 광석의 파쇄 전처리 장치 및 전처리 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 망간 광석은 철강제품 뿐만 아니라 배터리, 페라이트, 도료, 산화제 등 화학제품 생산에 필수 불가결한 광물자원이다. 채굴되는 망간 광석의 95%는 야금분야, 특히 제강 및 합금강 제조에 사용되므로 야금분야에서는 매우 중요한 원료이다. 이는 제강 공정시 망간이 탈산제나 탈황제 역할을 하기 때문에 용강 중에 철황화물이나 산화물 형성이 안되도록 하기 위해 용강에 필수적으로 투입되어야 하기 때문이다.
망간 광석은 망간 함량에 따라 품위를 달리한다. 망간 함량이 50% 이상이면 고급광석, 40 ~ 50%면 중급광석, 40% 이하면 저급광석으로 분류된다. 망간 광석은 망간 성분 이외에 철 및 맥석류 등이 혼합 산화물로 존재하며 산화물간의 결합형태에 따라 광석의 강도가 달라지게 된다.
망간 광석뿐만 아니라 철광석, Ti 광석 등 광산을 채굴하여 얻어지는 광석은 제련하기 전에 파쇄 및 분쇄한다. 경우에 따라서는 선별 등의 예비처리과정을 반드시 거치게 된다. 통상 광산 산지에서 입수되는 광석은 50 ~ 100mm 크기의 괴광으로 이를 파쇄기인 죠크러셔(Jaw crusher) 등으로 조분쇄한다. 조분쇄된 괴광은 이를 다시 수 mm 이하로 미분쇄하여 예비환원공정을 거쳐 전기로에 투입하여 제련 및 정련을 행하게 된다.
후처리 공정인 전기로 공정에서는 광석의 예비환원율을 높이는 것이 에너지 효율을 높이는 데 매우 유용하다. 또한 예비환원율은 광석의 입도와 상관관계를 가지기 때문에 광석의 분쇄공정은 원광석을 원하는 입도로 만들어 주는 매우 중요한 공정이다.
망간 제련 공장에서는 조크러셔(jaw crusher)를 이용하여 망간 광석을 분쇄하고 있는 데, 망간 광석의 광종에 따라 압축강도가 다르며, 압축강도가 매우 큰 광석의 경우는 파쇄율이 낮고 파쇄 시간이 길어져 파쇄시 에너지 소비가 높아지는 단점이 있다.
또한, 물질의 파쇄를 용이하게 하기 위해 파쇄 전에 마이크로파 에너지를 대상물에 조사하는 기술이 개시되어 있으나, 마이크로파를 제대로 대상물에 조사하기 어려워 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이에, 광석을 파쇄하기 전에 전 처리하여 광석의 강도를 낮출 수 있도록 된 광석의 파쇄 전처리 장치 및 광석의 파쇄 전처리 방법을 제공한다.
또한, 광석에 마이크로파 에너지를 균일하고 고효율로 가할 수 있도록 하여 광석의 미소 균열 효과를 극대화할 수 있도록 된 광석의 파쇄 전처리 장치 및 광석의 파쇄 전처리 방법을 제공한다.
이를 위해 본 실시예는 광석 파쇄 전에 광석에 마이크로파를 가하여 전처리하는 광석의 파쇄 전처리 장치에 있어서, 파쇄될 광석이 이송되는 컨베이어의 출측에 배치되고 마이크로파의 조사가 이루어지는 내부 공간을 구비한 하우징과, 상기 하우징의 개방된 상단에 설치되어 하우징 상단을 개폐하는 덮개, 상기 하우징 내부에 설치되고 상단이 개방되어 하우징 내부로 투입되는 광석이 채워지는 그물망 구조의 수광용기, 상기 수광용기 하단과 하우징 하단 사이에 설치되어 수광용기 내부의 광석을 하우징 외부로 배출하는 배출부, 상기 하우징에 설치되어 하우징 내부로 마이크로파를 조사하여 광석을 가열하는 웨이브가이드, 상기 웨이브가이드에 연결되어 마이크로파를 발생하는 마그네트론을 포함할 수 있다.
상기 배출부는 수광용기 하단과 하우징 바닥면 사이에 연통 설치되는 배출통과, 상기 배출통의 상단에 설치되어 수광용기을 개폐하는 상부게이트와, 배출통 하단에 설치되어 하우징을 개폐하는 하부게이트를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 원형 단면 구조일 수 있다.
상기 수광용기는 그물눈의 크기가 0mm 초과 5mm 이하로 형성될 수 있다.
상기 웨이브가이드는 적어도 두 개가 하우징 내주면을 따라 각도를 두고 배치되며 하우징의 내측 상부와 하부에 교대로 설치된 구조일 수 있다.
본 장치는 상기 하우징 내부에 설치되어 상기 웨이브가이드에서 조사되는 마이크로파를 수광용기쪽으로 반사하는 반사판을 더 포함할 수 있다.
상기 반사판은 상기 수광용기를 사이에 두고 웨이브가이드와 마주보도록 배치될 수 있다.
본 장치는 상기 마그네트론에 연결되어 상기 덮개의 개폐에 따라 상기 마그네트론을 제어 작동하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
본 장치는 상기 컨트롤러의 제어를 통해 상기 광석을 700 ~ 800℃로 가열하는 구조일 수 있다.
본 장치는 상기 하우징 일측에 설치되어 하우징 내부에서 발생된 분진을 제거하는 필터부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예의 전처리 방법은 광석을 파쇄하기 전에 광석에 에너지를 전달하여 미소 균열을 야기하는 전처리 단계를 더 포함하고, 상기 전처리 단계는 컨베이어를 통해 광석을 이송하여 원통형 하우징 내에 구비된 수광용기 내에 적재하는 단계와, 광석의 이송을 멈추고 하우징을 외부와 차단하는 단계와, 하우징 내부에서 수광용기 내에 채워진 광석에 마이크로파를 조사하여 가열하는 단계, 가열 완료 후 하우징으로부터 광석을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마이크로파를 조사하는 단계 전에 하우징 내부의 분진을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 광석은 입도가 5mm 이상 50mm 이하의 범위일 수 있다.
상기 가열 단계는 마이크로파 조사를 통해 광석의 온도를 700 ~ 800℃로 가열하는 구조일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 광석의 강도를 파쇄 전에 미리 낮춤으로써 파쇄 효율을 높일 수 있고, 광석의 파쇄율을 향상시켜 파쇄시 소요되는 경비를 줄일 수 있게 된다.
특히, 본 실시예를 통해 광석에 균일하고 효율적으로 마이크로파를 조사할 수 있어, 광석을 보다 효과적으로 전처리할 수 있게 된다.
또한, 광석을 외부와 차단시킨 상태에서 마이크로파의 조사가 이루어져 광석의 온도를 보다 신속하게 상승시킬 수 있고, 전자기파의 외부 누설로 인한 설비 사고나 안전 사고의 위험을 방지할 수 있다.
또한, 죠크러셔의 파쇄능력 범위를 넘는 강도를 갖는 광석의 경우에도 강도를 낮춰 죠크러셔로 파쇄할 수 있도록 함으로써 죠크러셔의 설비용량을 확장하지 않고서도 파쇄능 향상의 효과를 얻게 된다.
또한, 파쇄 후 예비환원 전에 자력 선별을 행하는 경우, 광물 분리(mineral liberation)를 촉진시켜 선별 효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 망간광석이나 자철광, Ti광석, Mo광석 등 마이크로파 에너지 흡수가 용이한 천연광석의 파쇄 및 제련 등에 적용하여, 이들 광석의 파쇄에 소모되는 에너지를 경감시킴으로써, 합금철의 제조단가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 광석의 파쇄 전처리 장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 광석의 파쇄 전처리 장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 광석의 파쇄 전처리 장치를 도시한 평단면도이다.
도 4는 본 실시예에서 마이크로파 출력에 따른 광석의 온도 상승 시간을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 실시예에서 마이크로파 출력에 따른 광석의 파쇄 강도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하 설명은 광석 중 망간 광석에 대한 분쇄 방법을 예로서 설명한다. 그러나 본 분쇄 방법은 이에 한정되지 않으며 망간 광석 이외의 철광석 등 다른 광석에도 모두 적용가능하다 할 것이다. 망간 광석은 망간산화물을 포함하는 물질이거나, 망간산화물과 철산화물, SiO2, CaO, MgO, Al2O3 등 맥석류로 구성된 복합산화물을 의미한다. 망간 광석은 광석성상이 여러 종의 산화물들이 결합되어 박혀있는 상태로 존재할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 광석의 파쇄 전처리 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 전처리 장치(100)는 망간 광석 파쇄 전에 망간 광석에 마이크로파를 가하여 망간 광석에 미세한 균열을 야기하고 강도를 약화시키는 구조로 되어 있다.
이를 위해, 본 실시예의 전처리 장치(100)는 파쇄될 망간 광석(M)이 이송되는 컨베이어(200)의 출측에 배치되고 마이크로파의 조사가 이루어지는 내부 공간을 구비한 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 개방된 상단에 설치되어 하우징(10) 상단을 개폐하는 덮개(12), 상기 하우징(10) 내부에 설치되고 상단이 개방되어 하우징(10) 내부로 투입되는 망간 광석(M)이 채워지는 그물망 구조의 수광용기(20), 상기 수광용기(20) 하단과 하우징(10) 하단 사이에 설치되어 수광용기(20) 내부의 망간 광석을 하우징(10) 외부로 배출하는 배출부(30), 상기 하우징(10)에 설치되어 하우징(10) 내부로 마이크로파를 조사하여 망간 광석을 가열하는 웨이브가이드(40), 상기 웨이브가이드(40)에 연결되어 마이크로파를 발생하는 마그네트론(50)을 포함한다.
여기서 컨베이어(200)를 통해 본 장치(100)로 투입되는 망간 광석(M)의 입도는 열상승 정도를 좌우하는 요소로, 본 실시예에서는 5mm 이상 50mm 이하의 범위로 제한될 수 있다. 망간 광석의 입도가 상기 범위보다 너무 작게 되면 망간 광석 체적 대비 비표면적이 크게 되어 큰 입도의 망간 광석에 비해 가열 속도가 느리게 된다. 또한, 망간 광석의 입도가 상기 범위 이상으로 너무 커지게 되면 망간 광석을 가열하는 로의 시스템 구성 및 충진율 측면에서 생산 효율이 떨어진다.
상기 하우징(10)은 망간 광석이 이송되는 컨베이어(200)의 출측 하부에 배치된다. 이에, 망간 광석은 컨베이어(200)에서 낙하하여 하우징(10) 내부 공간으로 투입된다. 상기 하우징(10)은 상단이 개방되고 내부는 공간이 형성된 용기 형태를 이룬다.
본 실시예에서, 상기 하우징(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 원형 단면 구조를 갖는 원통 형태로 이루어질 수 있다. 망간 광석의 전처리가 보다 효율적으로 이루어지기 위해서는 하우징(10) 내에서 망간 광석에 마이크로파를 균일하게 조사하는 것이 매우 중요하다. 상기와 같이 하우징(10)을 원통형태로 형성함으로써 하우징(10) 내면이 둥글게 만곡되어 각진 형태의 모서리가 존재하지 않게 된다. 따라서 본 실시예의 하우징(10)은 사각형태나 육각형태 등 모서리를 갖는 구조와 비교하여 마이크로파의 산란율이 감소되어 전자파 밀도 감쇄율을 낮출 수 있다. 이에, 본 실시예는 하우징(10) 내부에서 마이크로파를 망간 광석에 보다 고르고 효율적으로 조사할 수 있게 된다.
상기 하우징(10)의 개방된 상단에는 덮개(12)가 개폐 가능하게 설치되어 필요시 하우징(10) 내부를 개방하거나 밀폐한다.
상기 덮개(12)는 컨베이어(200)가 구동되어 하우징(10) 내부로 망간 광석이 투입될 때는 개방되고, 망간 광석 투입 후 망간 광석에 마이크로파를 조사할 때는 닫혀져 하우징(10)을 외부와 차단시킨다. 상기 덮개(12)의 개폐를 위해 구동실린더나 모터의 회전력을 이용한 구조 등 다양한 구조가 적용될 수 있다. 이와 같이, 본 장치(100)는 하우징(10)과 덮개(12)에 의해 마이크로파가 조사되는 공간이 외부와 완전히 차단된다. 따라서 망간 광석 전처리 과정에서 마이크로파가 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 수광용기(20)는 컨베이어(200)의 출측을 통해 낙하되는 망간 광석의 낙하지점에 맞춰 하우징(10) 내부에 설치된다. 예를 들어, 상기 수광용기(20)는 하우징(10)의 내부 중앙에 배치될 수 있다. 상기 수광용기(20)는 하우징(10) 내에서 실질적으로 망간 광석이 채워지는 구성부로, 상부가 개방되고 내부는 공간을 갖는 용기 형태를 이룬다.
본 실시예에서 상기 수광용기(20)는 하우징(10) 내부에서 조사된 마이크로파가 수광용기(20) 내부에 채워진 망간 광석에 조사될 수 있도록 그물망 구조를 이룬다. 상기 수광용기(20)의 그물눈 크기는 0mm 초과 5mm 이하로 형성될 수 있다. 컨베이어(200)를 통해 수광용기(20)로 투입되는 망간 광석의 입도가 5mm ~ 50mm 이다. 이에, 상기와 같이 수광용기(20)의 그물눈 크기를 5mm 이하로 한정함으로써, 망간 광석이 그물망 형태의 수광용기(20) 밖으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
상기 수광용기(20)와 하우징(10)은 배출부(30)를 통해 연결되어, 필요시 수광용기(20) 내의 망간 광석을 하우징(10) 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 배출부(30)는 수광용기(20) 하단과 하우징(10) 바닥면 사이에 연통 설치되는 배출통(32)과, 상기 배출통(32)의 상단에 설치되어 수광용기(20)을 개폐하는 상부게이트(34)와, 배출통(32) 하단에 설치되어 하우징(10)을 개폐하는 하부게이트(36)를 포함한다.
이에, 망간 광석의 전처리가 완료된 후 상부게이트(34)와 하부게이트(36)를 개방하게 되면, 수광용기(20) 내의 망간 광석이 배출통(32)을 통해 하우징(10) 외부로 배출된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10) 하부에는 수거통(38)이 배치되어 배출통(32)의 하부게이트(36)를 통해 배출되는 망간 광석을 담을 수 있다.
본 실시예의 전처리 장치(100)는 하우징(10) 내부에서 망간 광석에 마이크로파를 조사하기 위해 웨이브가이드(40)와 마그네트론(50)을 구비한다. 또한, 본 장치(100)는 상기 전원공급부(62)를 통해 마그네트론(50)에 연결되어 마그네트론(50)을 제어작동하는 컨트롤러(60)를 포함한다.
상기 마그네트론(50)은 컨트롤러(60)의 제어 신호에 따라 전원공급부(62)로부터 전원을 공급받아 마이크로파를 발생한다. 상기 웨이브가이드(40)는 마그네트론(50)에서 발생된 마이크로파를 하우징(10) 내에서 조사하여 망간 광석을 가열한다.
본 실시예에서, 상기 컨트롤러(60)는 상기 덮개(12)의 개폐에 따라 상기 마그네트론(50)을 제어 작동하는 구조로 되어 있다. 이에, 상기 컨트롤러(60)는 컨베이어(200)를 통해 망간 광석 공급이 멈추고 덮개(12)가 닫히게 되면 마그네트론(50)으로 전원을 공급하여 상기 망간 광석을 700 ~ 800℃로 가열하게 된다. 상기 망간 광석의 가열 온도에 대해서는 뒤에서 다시 설명하도록 한다.
상기 전원공급부(62)는 컨트롤러(60)의 제어신호에 따라 전원을 마그네트론(50)으로 공급하게 된다. 마그네트론(50)은 전원공급부(62)로부터 공급받은 전원으로 마이크로파를 발생하여 상기 웨이브가이드(40)로 인가한다.
본 장치(100)는 웨이브가이드(40)에서 조사되는 마이크로파가 보다 균일하고 원활하게 망간 광석에 조사될 수 있도록 되어 있다.
이를 위해, 상기 웨이브가이드(40)는 적어도 두 개가 하우징(10) 내주면을 따라 간격을 두고 배치되어 하우징(10)의 내측 상부와 하부에 설치된 구조로 되어 있다.
또한, 본 장치(100)는 상기 하우징(10) 내부에 설치되어 상기 웨이브가이드(40)에서 조사되는 마이크로파를 수광용기(20) 쪽으로 반사하는 반사판(70)을 더 포함한다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 웨이브가이드(40)는 두 개가 중앙의 수광용기(20)를 중심으로 180도 각도로 대향 배치되며, 일측 웨이브가이드(40)는 하우징(10)의 상부에 위치하고, 나머지 웨이브가이드(40)는 하우징(10) 하부에 위치한다.
그리고 상기 반사판(70)은 각 웨이브가이드(40)에 대응하여 두 개가 구비되어 각 웨이브가이드(40)와 마주보도록 배치된다. 즉, 각 반사판(70)은 각 웨이브가이드(40)와 대응되는 높이로 배치되며, 웨이브가이드(40)에 대해 수광용기(20)를 중심으로 180도 각도로 대향 배치된다. 이에, 하우징(10) 상부에 배치된 웨이브가이드(40)에 대해 일측 반사판(70)은 하우징(10) 상부에 180도 간격을 두고 대향 배치되며, 하우징(10) 하부에 배치된 웨이브가이드(40)에 대해 나머지 반사판(70)이 하우징(10) 하부에 180도 간격을 두고 대향 배치된다.
이와 같이, 본 장치(100)는 두 개의 웨이브가이드(40)를 통해 마이크로파를 망간 광석으로 조사하고 각 웨이브가이드(40)와 마주보도록 설치된 반사판(70)이 각 웨이브가이드(40)에서 조사된 마이크로파를 망간 광석쪽으로 되반사하여 조사하게 된다. 따라서, 수광용기(20) 내에 적재된 망간 광석 전체에 고르고 균일하게 마이크로파가 조사할 수 있게 된다.
본 장치(100)는 상기 하우징(10) 일측에 설치되어 하우징(10) 내부에서 발생된 분진을 제거하는 필터부(80)를 더 포함한다. 상기 필터부는 분진 제거를 위한 구조면 모두 적용가능하다. 이에, 망간 광석을 하우징(10) 내부로 투입하는 과정 또는 마이크로파를 망간 광석에 조사하는 과정에서 발생된 분진이 필터부(80)를 통해 제거되어 마이크로파를 보다 원활하게 망간 광석에 조사할 수 있게 된다.
이하, 본 장치를 통한 망간 광석 전처리 과정을 설명하면 다음과 같다.
컨베이어(200)를 통해 이송된 망간 광석은 컨베이어(200)에서 떨어져 하우징(10)으로 투입된다.
하우징(10)은 덮개(12)가 개방된 상태로 하우징(10) 내부로 투입된 망간 광석은 수광용기(20) 내에 장입된다. 수광용기(20) 내에 채워지는 망간 광석의 장입량은 컨베이어(200)의 이송 속도와 시간에 의해 제어되며 수광용기(20)에 수용가능한 양만큼 망간 광석이 수광용기(20)로 투입되면 컨트롤러(60)는 컨베이어(200)의 작동을 정지시킨다. 그리고 덮개(12)를 닫아 하우징(10)을 외부와 차단시킨다.
덮개(12)가 닫혀져 하우징(10)이 외부와 차단되면 필터부를 구동하여 하우징(10) 내부에서 발생된 분진을 충분히 제거한다.
하우징(10) 내부 분진 제거 작업이 완료되면 마그네트론(50)을 작동하여 웨이브가이드(40)를 통해 마이크로파를 수광용기(20)에 채워진 망간 광석에 조사한다.
상기 마이크로파는 예를 들어, 수백MHz ~ 수GHz 대역의 파동에너지로 망간 광석에 직접 조사되어 망간 광석이 파동에너지를 흡수토록 함으로써 망간 광석 자체가 급속하게 가열되도록 한다.
이에 망간 광석에 전달된 에너지에 의해 열팽창 계수의 특성 차이가 상이한 망간 광석의 이종 원소가 서로 상이한 형태로 팽창되어 미소 균열이 야기된다. 따라서 망간 광석의 강도가 저하될 수 있는 것이다.
전자기파인 마이크로파는 물질 투과시 물질의 물리적 특성, 즉, 유전율 및 자화율 등의 크기에 다라 물질을 투과 또는 반사하거나 흡수되게 된다. 망간 광석은 물리적 특성이 다양한 물질로 구성되어 있다. 이에 망간 광석을 이루는 다양한 이종 원소 중 마이크로파의 파동 에너지를 잘 흡수하는 물질은 급격히 가열되고 그렇지 않은 물질은 거의 가열이 되지 않는다. 이러한 물리적 특성이 현저한 이종상간에는 급속 가열로 인한 열팽창 차이가 발생된다. 따라서 망간 광석은 이종상간의 열팽창 차이로 인해 미소 균열이 야기되어 망간 광석의 강도가 저하되는 것이다.
이에, 망간 광석에 마이크로파를 조사하게 되면 망간 광석을 구성하는 망간산화물은 마이크로파를 매우 잘 흡수하나 맥석류는 마이크로파를 흡수하지 못하여 구성 성분간에 열전도도 차이에 의한 미소 균열이 야기된다.
여기서 망간 광석의 입도는 열상승 정도를 좌우하는 요소로, 본 실시예에서는 5mm 이상 50mm 이하의 범위로 제한될 수 있다.
상기 에너지 전달단계에서 망간 광석의 입도가 상기 범위보다 너무 작게 되면 망간 광석 체적 대비 비표면적이 크게 되어 큰 입도의 망간 광석에 비해 가열 속도가 느리게 된다. 또한, 망간 광석의 입도가 상기 범위 이상으로 너무 커지게 되면 망간 광석을 가열하는 로의 시스템 구성 및 충진율 측면에서 생산 효율이 떨어진다.
본 실시예에서 상기 마이크로파에 의해 망간 광석은 700 ~ 800℃로 가열된다.
본 실시예는 망간 광석에 대한 파쇄 공정 전에 망간 광석 내부에 미소 균열만 형성하면 되므로, 되도록 짧은 시간 내에 마이크로파에 의한 에너지가 전달될 필요성이 있다.
마이크로파 전달 시간이 길어져 망간 광석의 온도가 800℃를 넘게 되면 망간 광석 내부에 부분 용융 현상이 발생된다. 이에 망간 광석을 담고 있는 도가니와 망간 광석간에 융착(sticking) 현상이 발생되어 심한 경우 도가니를 교체해야 하는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 마이크로파 전달 시간이 짧아 망간 광석의 온도가 700℃보다 낮은 경우에는 망간 광석의 미세 균열이 제대로 이루어지지 않는다. 따라서 본 실시예에서 에너지 전달은 망간 광석의 온도가 700 ~ 800℃ 범위로 유지될 수 있는 정도에서 이루어지도록 하다.
이와 같이 망간 광석에 에너지를 급속하게 전달함으로써 이종원소로 결합된 이종상간의 열팽창 계수의 특성 차이에 의해 망간 광석 내부에 미소균열을 야기시켜 망간 광석의 강도를 현저하게 저하시킬 수 있게 된다.
마이크로파에 의한 망간 광석의 급속 가열이 종료되면 상부게이트(34)와 하부게이트(36)를 차례로 개방하여 급속가열된 망간 광석을 하우징(10) 외부로 배출한다.
[실시예]
이하, 본 실시예에 따른 망간 광석 분쇄 효과를 검증하기 위하여 에너지 출력별 온도 상승패턴에 대한 시험을 행하였다. 망간 광석 가열을 위한 에너지는 마이크로파를 이용하였다. 본 장치의 수광용기 내에 저급 망간 광석(44% Mn급, 입도는 5 ~ 0.5mm)을 충진시키고 마이크로파 출력을 가하였다.
도 4는 본 실시예에서 마이크로파 출력에 따른 온도 상승 패턴을 나타내고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로파 출력이 점차 커짐에 따라 광석온도가 700℃에 도달하는 시간이 점차 짧아져, 본 실시예의 경우 마이크로파 출력이 2.5kW가 되면 약 3분 이내에 광석의 온도가 700℃를 상회하는 것을 알 수 있다.
이에, 도 4의 온도 상승패턴으로 볼 때, 본 실시예를 통해 망간 광석을 가열하는 경우 3분 이내라는 짧은 시간에 망간 광석이 700℃이상으로 고온 상승하여 급속가열효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 광석의 파쇄 강도 변화를 도시하고 있다.
시험 대상으로 저급망간광석(44%Mn급, 입도 +5mm ~ -0.5mm)과 제선공정에 사용되고 있는 적철광(63%Fe, 입도 +5mm ~ 2mm)을 사용하였다.
본 실시예의 장치에 대상 광석을 장입하고 마이크로파를 조사하였다. 마이크로파 조사 시간은 3분으로 고정하고, 마이크로파 출력만을 2kW에서 4kW까지 변화하여 시험 광석의 압축강도를 비교하였다. 압축강도는 테스터기(Point load tester)로 동일 광석에 대하여 수회 측정하여 평균치의 강도를 산출하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우 마이크로파 출력이 2.5kW 이상을 가해지게 되면 망간광석 및 철광석 모두 광석의 압축강도가 처리 전에 비해 약 98%까지 급격히 낮아져 마이크로파 에너지 흡수에 의한 광석의 강도 저하 효과가 현저하게 높음을 알 수 있다. 마이크로파 출력이 2.5kW를 경계로 하여 그 이상을 가하는 경우 강도 저하 효과는 큰 차이를 보이고 있지 않는다.
이와 같이, 본 실시예의 경우 마이크로파 출력을 약2.5KW의 낮은 출력과 약 3분 이내의 짧은 조사시간으로도 충분한 광석의 강도 저하 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
10 : 하우징 12 : 덮개
20 : 수광용기 30 : 배출부
32 : 배출통 34 : 상부게이트
36 : 하부게이트 40 : 웨이브가이드
50 : 마그네트론 60 : 컨트롤러
70 : 반사판 80 : 필터부

Claims (13)

  1. 광석 파쇄 전에 광석에 마이크로파를 가하는 광석의 파쇄 전처리 장치에 있어서,
    파쇄될 광석이 이송되는 컨베이어의 출측에 배치되고 마이크로파의 조사가 이루어지는 내부 공간을 구비한 하우징과, 상기 하우징의 개방된 상단에 설치되어 하우징 상단을 개폐하는 덮개, 상기 하우징 내부에 설치되고 상단이 개방되어 하우징 내부로 투입되는 광석이 채워지는 그물망 구조의 수광용기, 상기 수광용기 하단과 하우징 하단 사이에 설치되어 수광용기 내부의 광석을 하우징 외부로 배출하는 배출부, 상기 하우징에 설치되어 하우징 내부로 마이크로파를 조사하여 광석을 가열하는 웨이브가이드, 상기 웨이브가이드에 연결되어 마이크로파를 발생하는 마그네트론을 포함하는 광석의 파쇄 전처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출부는 수광용기 하단과 하우징 바닥면 사이에 연통 설치되는 배출통과, 상기 배출통의 상단에 설치되어 수광용기을 개폐하는 상부게이트와, 배출통 하단에 설치되어 하우징을 개폐하는 하부게이트를 포함하는 광석의 파쇄 전처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광용기는 그물눈의 크기가 0mm 초과 5mm 이하로 형성되는 광석의 파쇄 전처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 원형 단면 구조인 광석의 파쇄 전처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 웨이브가이드는 적어도 두 개가 하우징 내주면을 따라 각도를 두고 배치되며 하우징의 내측 상부와 하부에 교대로 설치된 구조의 광석의 파쇄 전처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징 내부에 설치되어 상기 웨이브가이드에서 조사되는 마이크로파를 수광용기쪽으로 반사하는 반사판을 더 포함하는 광석의 파쇄 전처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사판은 상기 수광용기를 사이에 두고 웨이브가이드와 마주보도록 배치된 구조의 광석의 파쇄 전처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마그네트론에 연결되어 상기 덮개의 개폐에 따라 상기 마그네트론을 제어 작동하는 컨트롤러를 더 포함하는 광석의 파쇄 전처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징 일측에 설치되어 하우징 내부에서 발생된 분진을 제거하는 필터부를 더 포함하는 광석의 파쇄 전처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 광석을 700 ~ 800℃로 가열하는 구조의 광석의 파쇄 전처리 장치.
  11. 광석을 파쇄하기 전에 광석에 에너지를 전달하여 미소 균열을 야기하는 전처리 단계를 포함하는 광석의 파쇄 전처리 방법에 있어서,
    상기 전처리 단계는 컨베이어를 통해 광석을 이송하여 원통형 하우징 내에 구비된 그물망 형태의 수광용기 내에 적재하는 단계와, 광석의 이송을 멈추고 하우징을 외부와 차단하는 단계와, 하우징 내부에서 수광용기 내에 채워진 광석에 마이크로파를 조사하여 가열하는 단계, 가열 완료 후 하우징으로부터 광석을 배출하는 단계를 포함하는 광석의 파쇄 전처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마이크로파를 조사하는 단계 전에 하우징 내부의 분진을 제거하는 단계를 더 포함하는 광석의 파쇄 전처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 마이크로파 조사를 통해 광석의 온도를 700 ~ 800℃로 가열하는 광석의 파쇄 전처리 방법.
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