KR20160112974A - 수증기를 가열원으로 하는 가열 혼합반죽 장치 - Google Patents

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에리코 히라가
세이지 후쿠나가
마사노리 시미즈
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신토고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 분체 원료를 점도가 있는 바인더와 효율적으로 균일하게 혼합 반죽할 수 있는 가열 혼합반죽 장치를 제공한다.
분체 원료와 바인더가 공급되는 케이싱(1)의 내부에, 회전하는 교반 수단을 설치한다. 교반 수단은 예컨대 스크류 날개(2)이다. 케이싱(1)의 내부의 분체 원료를 향해, 교반 수단에 의한 분체 원료의 이동 방향에 대해서 직교하는 방향으로, 혹은 경사지는 방향으로, 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 복수 개의 수증기 분출구(7)를 케이싱(1)의 바닥면에 설치하여, 분체 원료를 직접 가열한다.

Description

수증기를 가열원으로 하는 가열 혼합반죽 장치{HEATING AND KNEADING DEVICE USING WATER VAPOR AS HEAT SOURCE}
본 발명은, 분체(粉體) 원료를 바인더와 혼합 반죽(混練)하기 위해 적합한, 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 가열원(加熱源)으로 하는 가열 혼합반죽 장치에 관한 것이다.
분체 원료를 조립(造粒)의 전(前) 공정 등에 있어서, 연속적으로 가열하면서 혼합 반죽하는 가열 혼합반죽 장치가 이용되고 있다. 또 그 가열원으로서, 과열 수증기 혹은 포화 수증기가 널리 이용되고 있다.
이러한 수증기를 가열원으로 하는 가열 혼합반죽 장치는, 회전축이 수직 방향으로 연장되는 종축형(縱軸型)의 장치와, 회전축이 수평방향으로 연장되는 횡축형(橫軸型)의 장치로 대별(大別)된다. 또 수증기에 의한 가열 방식은, 간접 가열 방식과 직접 가열 방식으로 대별된다.
종축형이며 간접 가열 방식인 가열 혼합반죽 장치로서는, 특허문헌 1, 2에 나타내어지는 바와 같이, 처리조(槽) 주위의 재킷(jacket)에 수증기를 통해 가열하는 배치식(batch type) 종형(縱型) 믹서가 있다. 그러나 간접 가열 방식의 가열 혼합반죽 장치는, 가열 효율상으로는 직접 가열 방식에 미치지 못한다.
이에 배치식 종형 믹서의 처리조의 측면으로부터 내부로 수증기를 공급하여 직접 가열 방식으로 하는 것도 고려되지만, 처리량의 변경에 따라 수증기 공급구의 부착 위치의 변경이 필요하게 된다. 이 때문에 장치 구조가 복잡해지거나, 처리량마다 설계가 필요해지기 때문에, 장치 제작 비용이 높아진다.
한편, 횡축형의 가열 혼합반죽 장치는, 간접 가열 방식, 직접 가열 방식 모두 각종 구조의 것이 존재한다. 직접 가열 방식의 가열 혼합반죽 장치도 수증기의 공급 방향은, 분체 원료의 이동 방향에 대하여 평행한 것으로 하거나, 또 평행류(平行流)라 하더라도 향류(向流)로 하거나 병류(竝流)로 하거나, 분체 원료에 직접 통기(通氣)하거나 하는 등, 여러 가지의 것이 있다. 이 중, 평행류이며 향류형(向流型)인 것은 특허문헌 3, 4에 기재되어 있고, 병류형(竝流型)인 것은 특허문헌 5에 기재되어 있으며, 통기하는 것은 특허문헌 6, 7에 기재되어 있다.
일반적으로 향류형인 것은 병류형인 것보다 열효율이 큰 것으로 되어 있다. 그러나 상기한 가열 혼합반죽 장치는 분체 단독의 가열 혼합반죽에 이용되는 것으로서, 분체 원료를 저온시에 있어서의 점도가 높은 바인더와 혼합 반죽하기에는 적합하지 않다. 왜냐하면, 향류형의 가열 혼합반죽 장치에서는 출구 측으로부터 수증기가 공급되기 때문에 입구 부분의 온도가 낮아, 저온시에 있어서의 점도가 높은 바인더가 덩어리가 되어 버려 균일하게 분산하기가 어렵기 때문이다.
일본 특허공개공보 제2004-085160호 일본 특허공개공보 제2003-305434호 일본 특허공개공보 제2005-241239호 일본 특허공개공보 제2001-252644호 일본 특허공개공보 제2003-053291호 일본 특허공개공보 제2001-191050호 일본 특허공개공보 제2002-130629호
따라서 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 가열 혼합반죽 장치에 있어서의 문제점을 해결하여, 분체 원료를 저온시에 있어서의 점도가 높은 바인더와 효율적으로 균일하게 혼합 반죽할 수 있는, 수증기를 가열원으로 하는 가열 혼합반죽 장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 제 1 양태의 수증기를 가열원으로 하는 가열 혼합반죽 장치는, 케이싱(casing)과, 분체 원료와 바인더가 공급되는 상기 케이싱의 내부에 설치되며, 회전하여 상기 분체 원료와 바인더를 혼합 반죽하는 동시에, 상기 분체 원료와 상기 바인더가 공급되는 위치로부터 배출되는 위치로 이동시키는 교반(攪拌) 수단을 구비하고, 상기 케이싱의 내부의 분체 원료를 향해, 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 복수 개의 수증기 분출구를 상기 케이싱의 바닥면에 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 양태에서는, 제 1 양태의 가열 혼합반죽 장치에 있어서, 상기 수증기 분출구는, 상기 교반 수단에 의한 분체 원료의 이동 방향에 대해 직교하는 방향으로 상기 과열 수증기 혹은 상기 포화 수증기를 분출하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제 3 양태에서는, 제 1 양태의 가열 혼합반죽 장치에 있어서, 상기 수증기 분출구가 상기 분체 원료가 공급되는 위치 측에 상기 배출되는 위치 측보다 많이 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제 4 양태에서는, 제 1 양태의 가열 혼합반죽 장치에 있어서, 상기 케이싱이 횡형의 통 형상체이며, 상기 교반 수단이 2축의 횡축의 스크류(screw) 날개인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제 5 양태에서는, 제 1 양태의 가열 혼합반죽 장치에 있어서, 상기 케이싱이 종형의 용기이며, 상기 교반 수단이 종축의 교반 날개인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제 6 양태에서는, 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 양태의 가열 혼합반죽 장치에 있어서, 상기 분체 원료가 상기 과열 수증기 혹은 상기 포화 수증기와의 접촉에 의해 가열된 후에 상기 바인더와 혼합 반죽되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가열 혼합반죽 장치는, 케이싱의 내부의 분체 원료를 향해, 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 복수 개의 수증기 분출구를 케이싱의 바닥면에 설치한 구조이다. 이와 같이 수증기를 분체 원료에 직접 통기하기 때문에, 넓은 전열(傳熱) 면적을 확보할 수가 있다. 따라서 열이 분체 원료에 빠르게 전해지기 때문에, 가열시간을 단축할 수 있다. 또, 병류로 분출하는 것보다도 열효율이 높아진다. 따라서 바인더의 점성이 높은 경우에도, 균일한 혼합 반죽이 가능해진다. 나아가 복수 개의 수증기 분출구를 케이싱의 바닥면에 설치하였기 때문에, 종축형으로 한 경우이든 횡축형으로 한 경우이든, 처리량의 대소(大小)에 관계없이 확실한 전열이 가능해진다. 이러한 복수 개의 수증기 분출구를 분체 원료가 공급되는 위치 측에 배출되는 위치 측보다 많이 설치하면, 온도가 상승(昇溫)된 분체 원료에 저온 점도가 높은 바인더를 첨가할 수 있게 되어, 분산성의 향상으로 이어진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 가열 혼합반죽 장치를 나타내는, 축선을 포함하는 평면에서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 축선에 수직인 평면에서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 가열 혼합반죽 장치를 나타내는, 축선을 포함하는 평면에서의 단면도이다.
도 4는 도 3의 장치의 덮개부의 평면도이다.
도 5는 실시예의 1축 압축 성형을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a는 1축 압축 성형으로 이용한 지그의 단면도이고, 도 5b는 1축 압축 성형에 의한 성형품의 사시도이다.
이하에 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
도 1, 도 2는, 본 발명의 제 1 실시형태의 가열 혼합반죽 장치인 연속식 횡 2축 믹서(10)를 나타내는 단면도이다. 이들 도면이 나타내는 바와 같이, 연속식 횡 2축 믹서(10)는, 횡형이며 통 형상인 케이싱(1)과, 그 내부에 설치된 교반 수단인 2축의 횡축의 스크류 날개(2)를 구비한다. 스크류 날개(2)는 모터(3)에 의해, 도 2에 화살표로 나타내는 바와 같이 좌우로 반대 방향, 즉 스크류 날개(2)의 선단이 상부에서 서로 가까워지는 방향으로 회전한다.
케이싱(1)의 천정면에는 원료 공급구(4)와, 바인더 공급구(5)가 형성되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 원료 공급구(4)는 스크류 날개(2)의 베이스부(基部) 측(모터(3) 측)에 있고, 바인더 공급구(5)는 원료 공급구(4)보다 선단 측에 있다. 또 케이싱(1)의 선단부에는 혼합 반죽물 취출구(取出口, 6)가 하방을 향해 형성되어 있다. 이 때문에, 원료 공급구(4)로부터 공급된 분체 원료는, 바인더 공급구(5)로부터 공급되는 액상의 바인더와 혼합 반죽되면서 도 1의 좌방향인 선단 방향으로 반송되며, 혼합 반죽물은 혼합 반죽물 취출구(6)로부터 배출된다.
케이싱(1)의 바닥면에는, 복수 개의 수증기 분출구(7)가 설치되어 있다. 수증기 분출구(7)는 케이싱(1) 내부의 분체 원료를 향해, 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출한다. 여기서 바닥면이란, 운전 중에는 항상 분체 원료가 존재하는 위치에 있어서의 케이싱(1)의 부분을 가리키며, 전형적으로는 케이싱(1)의 축 방향 단면에 있어서의 최하부(最下部) 및 그 근방이다. 수증기 분출구(7)는, 스크류 날개(2)에 의해 분체 원료가 반송되는 방향인 축 방향으로, 즉 스크류 날개(2)에 의한 분체 원료의 이동 방향에 대해 직교하는 방향으로 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하도록, 즉 상방을 향해 설치된다. 수증기 분출구(7)를, 분체 원료의 이동 방향에 대해 경사지게 하여 설치하여도 무방하다. 도 1에 나타내는 바와 같이 수증기 분출구(7)는, 원료 공급구(4)와 바인더 공급구(5)가 형성되어 있는 부근, 즉 분체 원료가 공급되는 위치 측에 보다 많이 설치되며, 그것보다 선단 측, 즉 분체 원료가 배출되는 위치 측에서는 수가 적게 되어 있다. 또 도 2에 나타내는 바와 같이, 수증기 분출구(7)를 많이 설치하기 위하여, 스크류 날개(2)의 선단부를 향해 수평방향으로 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 보조 분출구(8)를, 케이싱(1)의 바닥면에 설치할 수 있다.
이와 같이 구성된 연속식 횡 2축 믹서(10)는, 원료 공급구(4)로부터 투입된 분체 원료와, 바인더 공급구(5)로부터 공급된 액상의 바인더를 2축의 스크류 날개(2)의 회전운동에 의해 반송하면서 혼합 반죽하는 것이다. 분체 원료는 먼저 최초의 수증기 분출구(7)로부터 분출되는 수증기에 의해 직접 가열된다. 분체 원료의 온도가 상승된 상태에서 바인더가 주입되며, 또한 2번째의 수증기 분출구(7)로부터 분출되는 수증기에 의해 가열된다. 이와 같이 분체 원료의 온도가 상승된 상태에서 바인더와 혼합 반죽되기 때문에, 바인더의 점성이 큰 경우에도 분체 원료가 덩어리가 되는 일은 없으며, 균일하게 혼합 반죽된다.
또, 수증기는 케이싱(1)의 바닥면으로부터 분출되기 때문에, 분체 원료에 직접 통기된다. 따라서, 넓은 전열 면적을 확보할 수가 있다. 열이 분체 원료에 빠르게 전해지기 때문에, 신속한 가열이 가능해진다. 수증기를 분체 원료의 이동 방향에 대해서 직교하는 방향 또는 경사지는 방향으로 분출함으로써, 병류로 분출하는 것보다 열효율을 높일 수가 있다. 그 후에도 혼합 반죽물은 케이싱(1)의 내부에서 혼합 반죽물 취출구(6)까지 이동하는 동안에, 3번째 이후의 수증기 분출구(7)로부터 분출되는 수증기에 의해 계속해서 가열되어, 균일한 혼합 반죽 상태로 혼합 반죽물 취출구(6)로부터 배출된다. 특히 본 실시형태와 같이, 교반 수단으로서 2축의 스크류 날개(2)를 이용하면, 조립(造粒)하기에 적합한 상태로 혼합반죽을 행할 수가 있다.
도 3, 도 4는, 본 발명의 가열 혼합반죽 장치의 제 2 실시형태인 배치식 종축 믹서(20)를 나타내는 도면이다. 이들 도면이 나타내는 바와 같이, 배치식 종축 믹서(20)는, 종형 원통 형상인 케이싱(11)과, 그 덮개부(12)를 구비한다. 케이싱(11)의 내부에는 교반 수단인 종축의 교반 날개(13)가 설치되며, 도시를 생략한 모터에 의해 일정 방향 혹은 일정 시간마다 정역(正逆)의 양 방향으로 회전된다.
덮개부(12)에는, 원료 공급구(14)와 바인더 공급구(15)와, 집진구(集塵口, 16)가 형성되어 있다. 도 4에는 2개의 원료 공급구(14)가 도시되지만, 원료 공급구(14)의 수는 한정되지 않는다. 집진구(16)에는, 도시를 생략한 집진 덕트(duct)가 접속된다. 케이싱(11)의 바닥면에는, 복수 개의 수증기 분출구(17)가 설치되어 있다. 여기서, 바닥면이란, 종형 원통에 있어서의 바닥면을 가리킨다. 수증기 분출구(17)는, 연속식 횡 2축 믹서(10)와 마찬가지로 케이싱(11)의 내부의 분체 원료를 향해, 교반 수단에 의한 분체 원료의 이동 방향에 대해서 직교하는 방향으로, 또는 경사지는 방향으로 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 것이다. 여기서 분체 원료의 이동 방향이란, 교반 날개(13)에 의해 교반될 때의 분체 원료의 이동 방향이며, 교반 날개(13)의 회전 방향과 일치한다. 배치식 종축 믹서(20)는, 케이싱(11)의 하부 측면에 형성된 혼합 반죽물 취출구(18)와, 혼합 반죽물 취출구(18)와 케이싱(11)의 사이를 개폐하는 도어(19)를 구비한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 수증기 분출구(17)는 원료 공급구(14)의 내부 혹은 그 근방에도 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 배치식 종축 믹서(20)에 의해 분체 원료를 혼합 반죽하려면, 먼저 원료 공급구(14)로부터 케이싱(11)의 내부로 분체 원료를 투입한다. 다음으로 바닥면의 수증기 분출구(17)로부터 과열 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 동시에, 교반 날개(13)에 의한 교반을 개시한다. 분체 원료가 소정의 온도에 도달하였으면, 바인더 공급구(15)로부터 액상의 바인더를 첨가하고, 수증기 분출구(17)로부터의 수증기의 공급을 계속하면서, 혼합 반죽물을 조립하기에 적합한 상태가 될 때까지 더욱 혼합 반죽을 계속한다. 그 후에 도어(19)를 개방하여 혼합 반죽물을 혼합 반죽물 취출구(18)로부터 꺼낸다.
배치식 종축 믹서(20)에서도 연속식 횡 2축 믹서(10)와 마찬가지로, 수증기는 케이싱(11)의 바닥면으로부터 분출되므로, 분체 원료에 직접 통기된다. 따라서, 넓은 전열 면적을 확보할 수가 있다. 열이 분체 원료에 빠르게 전해지기 때문에, 신속한 가열이 가능해진다. 또, 수증기를 분체 원료의 이동 방향에 대해서 직교하는 방향 또는 경사지는 방향으로 분출함으로써, 병류로 분출하는 것보다도 열효율을 높일 수가 있다. 나아가 케이싱(11)의 바닥면에 수증기 분출구(17)를 복수 개 설치하였기 때문에, 처리량의 대소에 관계없이 확실한 전열이 가능해진다.
이와 같이, 본 발명의 가열 혼합반죽 장치는, 분체 원료를 점도가 있는 바인더와 효율적으로 균일하게 혼합 반죽할 수 있는 것이다.
[실시예]
본 발명의 실시예를 나타낸다.
도 1에 나타낸 연속식 횡 2축 믹서(10)를 이용하여, 수증기 분출 위치에 대한 바인더 첨가 위치를 바꾸어, 혼합 반죽물로 제작한 성형품의 압축 강도 및 롤식 브리켓 머신(roll type briquetting machine)에 의해 성형한 성형품의 수율(收率)을 비교함으로써, 바인더 분산성을 평가하였다.
분체 원료로서 평균 입경(粒徑) 0.8㎜의 석탄을 이용하였다. 연속식 횡 2축 믹서(10)로 석탄에 포화 수증기를 직접 통기하여, 석탄을 가열하면서 액상의 바인더를 첨가하였다. 수증기 분출 위치에 대한 바인더 첨가 위치는, 원료 공급구(4)와 원료 공급구(4)로부터 1번째의 수증기 분출구(7)의 사이(비교예)와, 1번째의 수증기 분출구(7)와 2번째의 수증기 분출구(7)의 사이(실시예)로 하고, 소정의 조건으로 혼합반죽을 실시하였다.
바인더 분산성은, 각각 회수한 혼합 반죽물로부터, 1축 압축 성형 머신 및 롤식 브리켓 머신으로 성형품을 작성하고, 성형품의 압축 강도 측정치 또는 성형품의 수율에 의해 평가하였다.
1축 압축 성형 머신으로 원기둥 형상의 성형품을 제작하는 방법으로서, 도 5a에 나타내는 지그(jig, 治具; 30)를 이용하였다. 원통(32)의 바닥부 개구를 바닥판(34)으로 밀봉하고, 원통(32) 내에 15g의 혼합 반죽물(38)을 투입한다. 원통(32)의 상방으로부터 압입(밀어넣음, 押入) 부재(36)에 의해, 혼합 반죽물(38)을 면압(面壓) 36kN으로 압축 성형한다. 이마다 세이사쿠쇼 제품인 SV-55C 압축 강도 측정기를 이용하여 성형품(40)의 측면부로부터 압축하여, 압축 강도를 측정하였다.
또한, 롤식 브리켓 머신으로 성형하는 방법으로서, 롤 직경 1200mm, 롤 폭 165mm, 포켓 사이즈 세로 49×가로 40×깊이 12mm의 브리켓 머신으로, 성형품을 제작하여, 성형품을 체 눈 크기가 10mm인 망(網)으로 걸러 구별(篩分, screening)하여, 10mm 이상의 성형품의 수율을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
압축 강도는, 비교예에서는 7.4㎏인 데 대하여, 실시예에서는 21.2㎏였다. 성형품의 수율은, 비교예에서는 74.6%인 데 대하여, 실시예에서는 89.4%였다. 바인더 첨가 위치를 케이싱 출구 측(수증기 분출구보다 출구 측)에 가깝게 한 경우, 압축 강도, 수율에서 비약적인 상승을 볼 수 있었다. 이는, 바인더 첨가 위치를, 케이싱의 출구 측에 가깝게 함으로써, 석탄이 데워진 상태에서 바인더가 첨가되어, 바인더의 분산성이 향상되며, 성형품의 강도나 수율에 영향을 준 것으로 생각된다.
1; 케이싱
2; 스크류 날개(교반 수단)
3; 모터
4; 원료 공급구
5; 바인더 공급구
6; 혼합 반죽물 취출구(取出口)
7; 수증기 분출구
8; 보조 분출구
10; 연속식 횡 2축 믹서(가열 혼합반죽 장치)
11; 케이싱
12; 덮개부
13; 교반 날개(교반 수단)
14; 원료 공급구
15; 바인더 공급구
16; 집진구
17; 수증기 분출구
18; 혼합 반죽물 취출구
19; 도어
20; 배치식(batch type) 종축 믹서(가열 혼합반죽 장치)
30; 지그(jig)
32; 원통
34; 바닥판
36; 압입 부재
38; 혼합 반죽물
40; 성형품

Claims (6)

  1. 수증기를 가열원(加熱源)으로 하는 가열 혼합반죽 장치로서,
    케이싱(casing)과,
    분체(粉體) 원료와 바인더가 공급되는 상기 케이싱의 내부에 설치되고, 회전하여 상기 분체 원료와 상기 바인더를 혼합 반죽하는 동시에, 상기 분체 원료와 상기 바인더가 공급되는 위치로부터 배출되는 위치로 이동시키는 교반(攪拌) 수단을 구비하고,
    상기 케이싱의 내부의 분체 원료를 향해, 과열(過熱) 수증기 혹은 포화 수증기를 분출하는 복수 개의 수증기 분출구를 상기 케이싱의 바닥면에 설치한 것을 특징으로 하는, 가열 혼합반죽 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수증기 분출구는, 상기 교반 수단에 의한 분체 원료의 이동 방향에 대해서 직교하는 방향으로 상기 과열 수증기 혹은 상기 포화 수증기를 분출하는 것을 특징으로 하는, 가열 혼합반죽 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수증기 분출구가 상기 분체 원료가 공급되는 위치 측에 상기 배출되는 위치 측보다 많이 설치되는 것을 특징으로 하는, 가열 혼합반죽 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 케이싱이 횡형(橫型)의 통 형상체이며, 상기 교반 수단이 2축의 횡축의 스크류 날개인 것을 특징으로 하는, 가열 혼합반죽 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 케이싱이 종형(縱型)의 용기이며, 상기 교반 수단이 종축의 교반 날개인 것을 특징으로 하는, 가열 혼합반죽 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분체 원료가 상기 과열 수증기 혹은 상기 포화 수증기와의 접촉에 의해 가열된 후에 상기 바인더와 혼합 반죽되는 것을 특징으로 하는, 가열 혼합반죽 장치.
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