KR20180024250A

KR20180024250A - 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치 및 원료 공급 방법

Info

Publication number: KR20180024250A
Application number: KR1020160110097A
Authority: KR
Inventors: 박우일; 김홍산; 이용덕
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-08
Also published as: EP3505600A1; WO2018043893A1; EP3505600A4; KR101839959B1; CN109844067A

Abstract

공급장치 내에서 원료가 부착되거나 응집되어 흐름이 막히는 것을 최소화하여 원료의 공급 흐름을 개선하고 막힘을 방지할 수 있도록, 분탄과 바인더를 혼합하여 원료를 제조하는 혼합기와 혼합된 원료를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기 사이에 설치되어 혼합기로부터 공급된 원료를 성형기로 연속적으로 공급하는 성형탄 제조설비의 원료 공급장치에 있어서, 상기 공급장치는 내부에 원료의 수용공간을 형성하며 하단에는 원료의 출구가 설치된 피더본체와, 피더본체 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 피더본체 상부에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동부, 상기 회전축에 설치되어 반지름 방향으로 연장되는 날개, 상기 출구에 연결되어 성형기로 연장되는 아웃렛, 상기 아웃렛 내부의 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료의 온도를 가변하여 점도를 조절하는 조절부를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치를 제공한다.

Description

성형탄 제조 설비의 원료 공급장치 및 원료 공급 방법{GRAVITY FEEDER FOR COAL BRIQUETTES MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR FEEDING MATERIAL OF GRAVITY FEEDER}

본 발명은 성형탄 제조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 성형탄 제조설비의 성형기로 원료를 공급하기 위한 원료 공급장치 및 원료 공급 방법에 관한 것이다.

용융환원제철법에서는 철광석을 환원하는 환원로와 환원된 철광석을 용융하는 용융로를 사용한다. 용융로에서 철광석을 용융하는 경우, 철광석을 용융할 열원으로서 성형탄을 용융로에 장입한다. 환원철은 용융로에서 용융된 후, 용철 및 슬래그로 전환된 후 외부로 배출된다.

성형탄은 용융가스화로내에서 기체와 액체가 원활히 통과하는 통기성 및 통액성을 확보하여 각 물질간의 반응 효율과 열전달 효율을 증대시킬 수 있어야 한다. 이를 위해 성형탄은 적정 수분을 함유한 석탄과 바인더를 혼합한 후 혼합된 원료를 성형기에서 압착 성형하여 소정 크기의 브리켓(briquettes) 형태로 제조된다.

상기 성형기의 상부에는 성형기의 롤 사이로 원료를 연속적으로 공급하는 공급장치(gravity feeder)가 배치된다. 공급장치는 성형기로 원료를 일정하게 공급하여야 한다. 이를 위해서는 공급장치 내에서 원료 부착이 적어야 하며 뭉쳐진 원료가 계속 체류하면서 커지지 않고 적당한 체류시간 이내에 배출되어 공급장치 출구를 막지 않도록 해야 한다.

그런데, 종래의 공급 장치는 원료가 성형기로 공급되는 과정에서, 수분과 바인더가 혼합되어 끈적끈적한 상태의 원료가 뭉치거나 장치 내부에 부착되어 통로를 막는 현상이 자주 발생된다. 이에 원료의 흐름성이 악화되고 연속적인 조업이 이루어지지 않으며 성형탄의 품질이 저하되는 문제가 있다.

특히, 성형탄의 바인더로 당밀 외에 사용이 간편한 알킬셀룰로오스나 하이드록시알킬 셀룰로오스 등 셀룰로오스 에테르 화합물를 바인더로 사용하는 경우에는, 바인더 사용을 위해 물이 첨가되어야 하므로 원료의 수분 함량이 높아지게 된다.

이에, 높은 접착력과 수분을 함유한 바인더와 높은 수분이 포함된 분탄을 동시에 사용함에 따라 원료의 흐름이 더 악화되며 바인더에 의해 원료가 응집되거나 부착되는 현상이 더 빈번하게 발생된다.

공급장치 내에서 원료가 부착되거나 응집되어 흐름이 막히는 것을 최소화하여 원료의 공급 흐름을 개선하고 막힘을 방지할 수 있도록 된 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치 및 원료 공급 방법을 제공한다.

공급 장치 내에서 부착된 원료를 용이하게 분리시켜 성형기로 공급할 수 있도록 된 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치 및 원료 공급 방법을 제공한다.

본 구현예의 원료 공급장치는, 분탄과 바인더를 혼합하여 원료를 제조하는 혼합기와 혼합된 원료를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기 사이에 설치되어 혼합기로부터 공급된 원료를 성형기로 연속적으로 공급하는 성형탄 제조설비의 원료 공급장치에 있어서, 상기 공급장치는 내부에 원료의 수용공간을 형성하며 하단에는 원료의 출구가 설치된 피더본체와, 피더본체 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 피더본체 상부에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동부, 상기 회전축에 설치되어 반지름 방향으로 연장되는 날개, 상기 출구에 연결되어 성형기로 연장되는 아웃렛, 상기 아웃렛 내부의 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료의 온도를 가변하여 점도를 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.

상기 조절부는 상기 아웃렛의 내면에 설치되는 적어도 하나 이상의 하우징, 상기 하우징에 연결되어 하우징으로 고온 또는 저온의 유체를 공급하는 공급라인, 상기 하우징에 형성되어 아웃렛 내부의 원료에 유체를 분사하기 위한 분사구를 포함할 수 있다.

상기 공급라인은 원료 온도 저감용 질소가스를 공급하기 위한 질소가스라인, 원료 온도 상승용 스팀을 공급하기 위한 스팀라인, 질소가스라인과 스팀라인에 설치되어 각 라인을 개폐하는 밸브, 상기 각 밸브를 제어작동하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.

상기 하우징은 삼각 단면 구조로 이루어져 상기 아웃렛의 모서리에 밀착설치되는 구조일 수 있다.

상기 하우징은 아웃렛을 따라 상하로 길게 연장 형성되고, 상기 분사구는 복수개가 하우징에 상하 방향으로 간격을 두고 형성되며, 최하단에 형성되는 분사구는 하우징 하단에서 상부로 30mm 이내에 형성될 수 있다.

상기 바인더는 셀룰로오스 에테르 혼합물일 수 있다.

상기 조절부는 상기 공급라인을 통해 고압의 유체를 공급하고, 상기 하우징의 분사구를 통해 고압의 유체를 분사하여, 아웃렛 내부의 원료에 충격에너지를 가하는 구조일 수 있다.

상기 조절부는 공급라인을 통해 8 내지 16bar의 압력으로 유체를 공급하는 구조일 수 있다.

본 구현예의 원료 공급장치는, 분탄과 바인더를 혼합하여 원료를 제조하는 혼합기와 혼합된 원료를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기 사이에 설치되어 혼합기로부터 공급된 원료를 성형기로 연속적으로 공급하는 성형탄 제조설비의 원료 공급장치에 있어서, 상기 공급장치는 내부에 원료의 수용공간을 형성하며 하단에는 원료의 출구가 설치된 피더본체와, 피더본체 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 피더본체 상부에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동부, 상기 회전축에 설치되어 반지름 방향으로 연장되는 날개, 상기 출구에 연결되어 성형기로 연장되는 아웃렛, 상기 아웃렛 내부에 설치되어 아웃렛 내부의 원료에 충격에너지를 가하는 충격부를 포함할 수 있다.

상기 충격부는 상기 아웃렛의 내면에 설치되는 적어도 하나 이상의 하우징, 상기 하우징에 연결되어 하우징으로 고압의 유체를 공급하는 공급라인, 상기 하우징에 형성되어 아웃렛 내부의 원료에 유체를 분사하기 위한 분사구를 포함할 수 있다.

상기 공급라인은 고압의 질소가스를 공급하는 질소가스라인 또는/및 고압의 스팀을 공급하는 스팀라인을 포함할 수 있다.

상기 충격부는 공급라인을 통해 8 내지 16bar의 압력으로 유체를 공급하는 구조일 수 있다.

본 구현예의 원료 공급방법은, 분탄과 바인더를 혼합기에서 혼합하는 혼합단계, 혼합된 원료를 공급 장치를 통해 성형기로 공급하는 공급단계, 원료를 성형기로 압축하여 성형탄을 제조하는 성형단계를 포함하고, 상기 공급단계에서, 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료 온도를 가변하여 점도를 조절하는 조절단계를 포함할 수 있다.

상기 조절단계는 원료에 스팀 또는/및 질소가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 바인더는 셀룰로오스 에테르 혼합물일 수 있다.

상기 조절단계는, 원료를 상온 내지 겔포인트 발생온도 이하의 온도로 가열할 수 있다.

상기 공급단계에서 원료에 충격에너지를 가하는 충격단계를 더 포함할 수 있다.

상기 충격단계는 원료에 고압의 유체를 분사하여 충격을 가하는 구조일 수 있다.

상기 유체는 질소가스 또는/및 스팀일 수 있다.

상기 유체의 압력은 8 내지 16bar일 수 있다.

본 구현예의 원료 공급방법은, 분탄과 바인더를 혼합기에서 혼합하는 단계, 혼합된 원료를 공급 장치를 통해 성형기로 공급하는 단계, 원료를 성형기로 압축하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 원료를 공급장치를 통해 성형기로 공급하는 단계에서, 원료에 충격에너지를 가하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 충격에너지를 가하는 단계는 원료에 고압의 유체를 분사하여 충격을 가하는 구조일 수 있다.

상기 유체는 질소가스 또는/및 스팀일 수 있다.

상기 유체의 압력은 8 내지 16bar일 수 있다.

이와 같이 본 구현예에 의하면, 원료를 공급하는 과정에서 저온의 질소가스와 고온의 스팀을 분사하여 원료의 온도를 조절함으로써, 바인더의 점성을 적절히 유지하여 원료 공급장치의 내부에서 원료가 부착되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

원료가 공급되는 아웃렛의 각진 모서리부분에 원료가 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

원료에 고압의 유체를 분사하여 충격에너지를 가함으로써 원료 공급장치 내부에 부착되거나 뭉쳐져 덩어리진 원료를 용이하게 분리시킬 수 있게 된다.

원료 공급장치에서 원료가 부착되거나 덩어리져 막히는 것을 방지하고 원료의 흐름성을 개선하여 원료를 일정하고 균일하게 성혀기로 공급할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 성형탄 제조 설비의 원료 공급 장치를 도시한 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치를 도시한 개략적인 평단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 원료 공급장치의 내부에 구비되는 하우징을 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 원료 공급 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 원료의 온도별 바인더 점도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 실시예에 따른 원료 공급 흐름을 종래와 비교하여 도시한 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.

도 1은 본 실시예에 따른 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치를 개략적으로 나타내고 있다.

도 1의 성형탄의 제조 설비의 원료 공급장치는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치 구조를 다양하게 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 성형탄 제조 설비는 분탄과 바인더를 혼합하는 혼합기(도시되지 않음)와 혼합된 원료를 압착 성형하여 브리켓을 제조하는 성형기(100) 사이에 설치되어 혼합기로부터 혼합된 원료를 공급받아 원료를 성형기로 공급하는 공급장치(10)를 포함한다.

필요에 따라 성형탄 제조 설비는 다른 구성부들, 예를 들어 혼합기 후단에 연결되어 원료를 반죽하는 적어도 하나 이상의 니더(kneader)와 니더에서 배출되는 원료를 이송하는 이송스크류 등의 다른 장치를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서 상기 공급장치(10)는 내부에 원료의 수용공간을 형성하며 하단에는 원료의 출구(12)가 설치된 피더본체(11), 피더본체(11) 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축(13), 상기 피더본체 상부에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동부(14), 상기 회전축에 설치되는 날개(15), 및 상기 출구(12)에 연결되고 성형기로 연장되어 원료가 배출되는 아웃렛(16)을 포함한다. 상기 날개(15)는 길게 연장된 바 형태의 구조로 이루어지며, 일단이 회전축에 설치되고 타단은 피더본체의 내주면을 향해 회전축의 반지름 방향으로 연장된다. 이에, 회전축이 회전되면 회전축(13)에 설치된 날개(15)가 회전축을 중심으로 회동되면서, 피더본체(11) 내에 수용된 원료가 피더 본체 하단의 출구(12)를 통해 빠져나가 아웃렛(16)을 통해 성형기(100)로 공급된다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 아웃렛(16)은 원통형태의 피더 본체의 바닥 출구(12)에 상단이 연결되고 하단은 성형기(100)를 향해 수직방향으로 연장되어 원료가 지나가는 관로를 이룬다. 상기 아웃렛(16)은 도 2에 도시된 바와 같이 사각 단면 구조로 이루어진다. 상기 아웃렛(16)은 원료가 지나가는 좁은 관로로 원료에 혼합된 바인더의 접착성으로 인해 주로 막힘이 발생되는 부분이다.

본 실시예의 원료 공급장치는, 상기 아웃렛(16) 내부의 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료의 온도를 가변하는 조절부를 구비한다. 상기 조절부는 원료의 온도를 가변시킴으로써, 원료에 혼합된 바인더의 점도를 조절하여 원료의 흐름성을 개선하게 된다.

물과 혼합된 바인더는 특정 온도를 넘어서면 점착력이 급격히 떨어지며, 특정 온도 이하에서는 점성이 너무 높아지는 점성 특성을 갖는다. 본 실시예는 상기한 바인더의 점성 특성을 이용하여 원료 온도를 조절함으로써, 바인더의 점성이 적절히 조절되어 원료가 아웃렛(16) 내부에 부착되지 않고 원활하게 흘러나갈 수 있게 된다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 조절부는 상기 아웃렛(16)의 내면에 설치되는 적어도 하나 이상의 하우징(20), 상기 하우징(20)에 연결되어 하우징(20)으로 고온 또는 저온의 유체를 공급하는 공급라인, 상기 하우징(20)에 형성되어 아웃렛(16) 내부의 원료에 유체를 분사하기 위한 분사구(22)를 포함한다.

상기 공급라인은 원료 온도 저감용 질소가스를 공급하기 위한 질소가스라인(30), 원료 온도 상승용 스팀을 공급하기 위한 스팀라인(32), 질소가스라인(30)과 스팀라인(32)에 설치되어 각 라인을 개폐하는 밸브(31,33), 상기 각 밸브를 제어작동하기 위한 제어부(34)를 포함한다.

이에, 아웃렛(16)을 통해 공급되는 원료에 고온의 스팀 또는 저온의 질소가스를 분사하여 원료의 온도를 조절함으로써, 원료의 점성이 가변되어 원료의 흐름성을 적절히 제어할 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 질소가스라인(30)은 하우징(20)에 연결되어 저온의 질소가스를 공급하며, 스팀라인(32) 역시 하우징(20)에 연결되어 고온의 스팀을 공급한다.

상기 질소가스라인(30)과 스팀라인(32)에는 각각 밸브(31,33)가 설치되며, 밸브(31,33)는 제어부(34)에 연결되어 제어부(34)의 신호에 따라 구동되어 각 라인을 개폐하게 된다. 본 실시예에서 상기 질소가스라인(30)과 스팀라인(32)은 공통라인(35)을 통해 각 하우징(20)에 연결될 수 있다.

상기 제어부(34)는 아웃렛(16) 내부의 원료 온도에 따라 상기 각 밸브(31,33)를 제어 구동하게 된다. 아웃렛(16) 내부의 원료 온도는 예를 들어 아웃렛(16) 내부에 설치된 온도센서(도시되지 않음)를 통해 검출할 수 있다.

상기 스팀라인(32)을 통해 공급된 스팀은 하우징(20)에 형성된 분사구(22)를 통해 원료로 분사되어 원료의 온도를 상승시키게 된다. 반대로, 질소가스라인(30)을 통해 공급된 질소가스는 하우징(20)에 형성된 분사구(22)를 원료로 분사되어 원료의 온도를 낮추게 된다.

이에, 원료의 온도가 조절됨으로써, 원료에 혼합된 바인더의 점도가 달라지게 되고, 아웃렛(16) 내부에서 원료의 흐름성이 개선된다.

본 실시예에서, 상기 하우징(20)은 아웃렛(16)의 수직방향 길이에 대응하는 길이로 형성되어 아웃렛(16)의 내면에 상하 방향으로 설치된다. 상기 하우징(20)은 아웃렛(16)의 모서리 부분에 설치될 수 있다. 상기 하우징(20)은 아웃렛(16)의 내측 각 모서리에 모두 설치되거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 설치 가능한 적절한 위치에만 설치될 수 있다. 상기 하우징(20)의 설치 위치나 설치 개수는 다양하게 설정가능하며, 특별히 한정되지 않는다.

상기 아웃렛(16)은 언급한 바와 같이 사각 단면 구조의 관 구조물로, 상기 하우징(20)은 아웃렛(16)의 내측 모서리의 형태에 맞워 삼각 단면 구조로 이루어질 수 있다. 이에, 하우징(20)은 아웃렛(16)의 모서리에 정확히 밀착 설치될 수 있다.

따라서, 하우징(20)이 아웃렛(16)의 모서리 부분에 설치되어 모서리를 막고 있어, 원료가 아웃렛(16)의 모서리 부분에서 정체되는 것을 방지할 수 있게 된다. 아웃렛(16)의 모서리는 직각으로 절곡되어 있어 원료가 정체되기 쉬운 부분으로, 하우징(20)에 의해 차단됨으로써 모서리 부분에서의 원료의 정체를 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

상기 하우징(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 아웃렛(16)을 따라 상하로 길게 연장 형성된다. 상기 하우징(20)은 내부가 빈 중공의 구조물로, 일측에는 내부로 유체가 공급되는 공급구(24)가 형성되고, 전면 즉, 아웃렛(16) 내부를 향하는 면에는 유체를 분사하기 위한 복수개의 분사구(22)가 형성된다. 상기 공급구(24)는 공통라인(35)과 연결된다. 상기 분사구(22)는 복수개가 하우징(20)에 상하 방향으로 간격을 두고 형성된다. 이에, 공급구(24)를 통해 하우징(20) 내부로 유입된 유체는 하우징(20)에 형성된 복수의 분사구(22)를 통해 아웃렛(16) 내부로 분사된다. 상기 분사구(22)의 크기나 형성 간격은 설비 사양에 따라 다양하게 설정가능하다.

본 실시예에서, 상기 하우징(20)에 형성되는 분사구(22) 중 가장 아래쪽에 위치한 분사구(22)는 하우징(20) 내부로 침투된 원료를 용이하게 배출할 수 있도록 하우징(20) 하단에서 상부로 30mm 이내의 범위(D)에 형성될 수 있다.

이에, 하우징(20) 내부로 유입된 원료가 상기 최하단의 분사구(22)를 통해 하우징(20) 외부로 용이하게 배출된다. 즉, 아웃렛(16)을 통해 원료를 공급하는 과정에서 분사구(22)를 통해 하우징(20) 내부로 유입된 원료는 자중에 의해 하우징(20) 하단으로 낙하된다. 상기 하우징(20)에 형성되는 최하단의 분사구(22)는 상기 범위(D) 내에서 하우징(20) 하단에 근접하여 형성되어 있어서, 하우징(20) 내부로 유입된 원료는 최하단의 분사구(22)를 통해 용이하게 배출처리될 수 있다. 상기 분사구(22) 중 최하단의 분사구(22) 형성 위치가 상기 범위(D)를 벗어난 경우에는 하우징(20) 하단에서 분사구(22)의 위치가 너무 높아 하우징(20) 내부로 유입되어 밑으로 낙하된 원료가 분사구(22)를 통해 빠져나가지 못하는 문제가 발생된다.

여기서, 상기 아웃렛(16)을 지나는 원료가 뭉쳐져 덩어리지고 아웃렛(16) 내부에 부착된 경우, 본 실시예의 공급장치(10)는 원료에 물리적 충격을 가해 이를 분리함으로써, 원료의 흐름성을 개선할 수 있다.

이를 위해, 상기 공급장치(10)는 원료에 물리적인 충격에너지를 가하는 충격부를 구비할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 충격부는 원료에 대한 물리적 충격에너지로써, 상기와 같이 아웃렛(16) 내부로 공급되는 질소가스나 스팀의 분사압력을 이용하는 구조일 수 있다. 상기 충격부는 질소가스나 스팀의 분사압력 외에 별도의 에너지로 원료에 물리적 충격을 가할 수 있다.

상기 공급장치는 원료에 물리적 충격에너지를 가하기 위해, 상기 하우징(20)의 분사구(22)를 통해 고압의 질소가스와 스팀을 분사하는 구조일 수 있다.

본 실시예에서, 상기 질소가스라인(30)을 통해 질소가스를 8 내지 16bar의 압력을 공급할 수 있다. 보다 바람직하게 상기 질소가스는 8 내지 14bar의 압력으로 공급할 수 있다. 또한, 상기 스팀라인(32)을 통해 스팀을 8 내지 16bar의 압력으로 공급할 수 있다. 보다 바람직하게 상기 스팀은 10 내지 16bar의 압력으로 공급할 수 있다.

상기 질소가스나 스팀 등 유체의 압력이 상기 범위보다 낮은 경우 유체에 의한 충격에너지가 너무 약해 원료의 분리 효과를 얻지 못하며, 상기 범위보다 높은 경우 원료 배출 효과 증대는 크지 않으면서 고압에 따른 비용만 상승하는 문제가 있다.

이와 같이, 고압으로 공급된 질소가스 또는 스팀은 하우징(20)의 분사구(22)를 통해 원료에 고압으로 분사된다. 분사구(22)를 통해 분사되는 유체의 압력은 원료에 충격에너지로 작용하게 된다.

이에 원료는 유체에 의해 가해진 충격으로 아웃렛(16) 내면에서 떨어져 나가게 되고, 덩어리져 원활하게 흘러내려가지 않던 원료가 유체의 충격에너지에 의해 밀어 배출된다.

이하, 도 4를 참조하여 본 실시예의 원료 공급장치를 통한 원료 공급 과정을 설명한다.

혼합 과정을 거쳐 분탄과 바인더가 혼합된 원료는 공급장치를 통해 성형기로 공급되고, 성형기에서 압축되어 성형탄으로 제조된다. 원료를 성형기로 공급하는 과정에서 원료에 혼합된 바인더의 점도를 조절거나 원료에 충격을 가하여 그 흐름성을 개선할 수 있다.

본 실시예에서 상기 원료에 혼합되는 바인더는 알킬셀룰로오스나 하이드록시알킬 셀룰로오스 등 셀룰로오스 에테르 혼합물을 포함할 수 있다. 셀룰로오스 에테르 혼합물을 바인더로 포함하는 경우 바인더와 원료의 혼합물에 물을 첨가하여 혼합하는 공정을 거칠 수 있다. 반죽 형태로 혼합된 원료는 공급장치에 의한 원료 공급 과정을 통해 성형기로 공급된다.

본 실시예에 따라, 원료 공급 과정에서 원활하고 균일한 원료 공급을 위해 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료 온도를 가변하여 점도를 조절하는 조절단계를 거친다.

상기 조절단계는 원료에 고온의 스팀 또는/및 저온의 질소가스를 분사하여, 원료의 온도를 가변하고 점도를 조절할 수 있다. 고온의 스팀은 원료의 온도를 높이는 작용을 하게 되며, 저온의 질소가스는 원료의 온도를 낮추는 작용을 하게 된다.

도 5는 본 실시예에서 바인더로 사용되는 셀룰로오스 에테르 혼합물의 농도별 온도에 따른 점성 특성을 도시하고 있다. 바인더는 온도가 낮아질수록 점도가 하락하며, 특정 온도인 겔포인트 발생 온도 영역에서는 점도가 급격히 하락하는 점성 특성을 갖는다. 겔포인트는 점성이 급격히 약해져 겔(gel)화되는 온도를 의미할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 셀룰로오스 에테르 혼합물의 경우 바인더의 농도에 관계없이 온도가 상승하면 점도가 낮아지며, 겔포인트 발생 온도인 80℃ 내지 85℃의 특정 온도 영역에서 점도가 급격히 하락하는 점성 특성을 보이는 것을 알 수 있다.

이러한 바인더의 점성 특성에 따라 원료를 겔포인트 발생 전까지 가열 또는 냉각시키게 되면 원료의 점성이 낮아지거나 높아지면서 성형탄의 품질 저하를 최소화하면서 공급장치의 아웃렛(16) 내에 원료의 부착을 방지하고 그 흐름성을 개선할 수 있게 된다.

즉, 상기 조절 과정에서 원료에 고온의 스팀을 공급하여 원료의 온도를 높이거나 저온의 질소가스를 분사하여 원료의 온도를 낮추게 된다.

아웃렛(16) 내부 원료의 온도가 낮아 점도가 높은 경우에는 제어부(34)는 스팀라인(32)의 밸브를 개방 작동하여 아웃렛(16) 내부로 고온의 스팀을 공급한다. 상기 고온이라 함은 현재 원료 온도보다 높은 온도로, 바인더의 점성특성에 따라 점도를 원하는 수준까지 예를 들어 겔포인트 발생 온도 전까지 하락시킬 수 있는 온도를 의미할 수 있다. 이와 같이, 고온의 스팀이 원료에 분사됨으로써, 원료의 온도가 높아진다. 이에, 원료에 혼합된 바인더의 온도가 높아져 점성이 낮아지게 된다. 점성이 낮아짐에 따라 원료의 흐름성이 개선되고 원활한 공급이 이루어지게 된다.

본 실시예의 경우 바인더의 점성 특성에 따라 스팀을 가하여 원료를 상온에서 겔포인트 발생 전의 온도로 가열할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 바인더가 셀룰로오스 에테르 혼합물의 경우 겔포인트 발생 온도는 대략 80 내지 85℃이다. 상기 겔포인트 발생 온도 영역에서 바인더인 셀룰로오스 에테르 혼합물의 점도가 급격히 낮아져, 원료의 점성이 저하된다. 상기 겔포인트 발생 온도로 원료의 온도가 높아지 되면 원료의 점성이 급격히 저하되어 이후 성형 과정에서 성형탄의 품질이 떨어지게 된다. 또한, 상온 이하의 온도에서는 원료의 점성이 높아 흐름성이 개선되지 않는다. 따라서, 바인더의 온도에 따른 점성특성에 맞춰 원료 온도를 상온에서 겔포인트 발생온도 이하의 온도로 높여줌으로써, 성형판의 품질 저하 없이 원료 흐름성을 개선할 수 있게 된다.

원료의 흐름성을 개선하는 과정에서, 고온 스팀 분사에 따라 원료의 흐름성이 개선된 후 또는 원료의 온도가 너무 높아지는 경우에는, 제어부(34)는 질소가스라인(30)의 밸브를 개방 작동하여 아웃렛(16) 내부로 저온의 질소가스를 공급한다. 여기서 저온이라 함은 현재 원료 온도보다 낮은 온도로, 바람직하게는 바인더의 겔포인트 온도 범위 이하의 온도를 의미할 수 있다.

저온의 질소가스가 원료에 분사됨으로써, 원료의 온도가 낮아지게 된다. 이에, 원료에 혼합된 바인더의 온도가 낮아져 점성이 회복되고 성형탄의 품질을 확보할 수 있게 된다.

이와 같이, 조절 과정을 통해 원료에 고온의 스팀과 저온의 질소가스를 분사하여 원료의 온도를 조절함으로써, 원료 내 바인더의 점성이 조절된다. 따라서, 아웃렛(16)을 통한 원료의 흐름이 나빠진 경우 원료 점성을 낮춰 원료의 흐름성을 개선할 수 있게 된다.

이에, 바인더의 점도가 온도에 따라 적절히 조절되어 원료의 흐름성을 개선할 수 있고 원료의 정체를 방지하여 보다 원활하게 원료를 공급할 수 있게 된다.

또한, 상기 원료 공급 과정에서 아웃렛(16)의 내면에 원료가 이미 부착되거나 원료가 뭉쳐져 배출이 어려운 경우에는 원료에 충격에너지를 가하여, 원료를 분리 배출시킬 수 있다.

본 실시예에서는 원료에 충격 에너지를 가하는 과정은, 원료에 고온의 스팀이나 질소가스 분사하여 이루어질 수 있다. 즉, 아웃렛(16) 내부의 원료 온도 조절을 위해 분사되는 스팀이나 질소가스가 원료에 충격을 가하게 되고, 아웃렛(16) 내면에서 원료가 탈락되어 떨어져 나가게 된다.

원료에 충격에너지를 가하는 과정에서, 고압의 스팀이나 질소가스가 설정된 시간에 따라 공급과 차단이 반복될 수 있다. 고압의 유체 분사가 반복적으로 이루어짐에 따라 원료에 충격에너지가 반복적으로 가해져 원료의 분리 및 덩어리진 원료의 배출 효율을 높일 수 있게 된다.

[실험]

도 6은 본 실시예에 따른 원료 공급 흐름을 종래와 비교 실험한 결과를 도시하고 있다.

도 6에서, 실시예는 상기한 본 발명에 따라 공급장치의 아웃렛(16) 내부로 스팀과 질소가스를 고압 분사하면서 원료를 공급하여 성형탄을 생산할 때의 원료 공급 흐름 결과를 나타내고 있다. 비교예는 스팀과 질소가스의 분사 공정이 없는 종래의 원료 공급하에서 성형탄을 생산할 때의 원료 공급 흐름 결과를 나타내고 있다.

실시예와 비교예 모두 40t/h의 실제 성형탄 생산시 원료의 공급 흐름을 측정하였으며, 원료에 혼합되는 바인더는 셀룰로오스 바인더를 사용하였고, 혼합물 기준 11중량%의 높은 수분을 함유한 상태로 실험을 실시하였다.

실험 결과 도 6에 나타낸 바와 같이, 비교예의 경우 4시간 동안 4회의 원료 막힘 현상이 발생하였으나, 실시예의 경우 8시간 동안 1회의 원료 막힘 현상만이 발생되었음을 확인하였다.

이와 같이, 본 실시예의 경우 아웃렛(16) 내부로 고압의 질소가스나 스팀을 분사함으로써 공급장치에서 원료가 막히는 것을 방지하고 원료의 흐름성을 개선할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 공급장치 11 : 피더본체
12 : 출구 13 : 회전축
14 : 구동모터 15 : 날개
16 : 아웃렛 20 : 하우징
22 : 분사구 30 : 질소가스라인
31,33 : 밸브 32 : 스팀라인
34 : 제어부 35 : 공통라인

Claims

분탄과 바인더를 혼합하여 원료를 제조하는 혼합기와 혼합된 원료를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기 사이에 설치되어 혼합기로부터 공급된 원료를 성형기로 연속적으로 공급하는 성형탄 제조설비의 원료 공급장치에 있어서,
상기 공급장치는 내부에 원료의 수용공간을 형성하며 하단에는 원료의 출구가 설치된 피더본체와, 피더본체 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 피더본체 상부에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동부, 상기 회전축에 설치되어 반지름 방향으로 연장되는 날개, 상기 출구에 연결되어 성형기로 연장되는 아웃렛, 및 상기 아웃렛 내부의 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료의 온도를 가변하여 점도를 조절하는 조절부를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 1 항에 있어서,
상기 조절부는 상기 아웃렛의 내면에 설치되는 적어도 하나 이상의 하우징, 상기 하우징에 연결되어 하우징으로 고온 또는 저온의 유체를 공급하는 공급라인, 및 상기 하우징에 형성되어 아웃렛 내부의 원료에 유체를 분사하기 위한 분사구를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 2 항에 있어서,
상기 공급라인은 원료 온도 저감용 질소가스를 공급하기 위한 질소가스라인, 원료 온도 상승용 스팀을 공급하기 위한 스팀라인, 질소가스라인과 스팀라인에 설치되어 각 라인을 개폐하는 밸브, 및 상기 각 밸브를 제어작동하기 위한 제어부를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 3 항에 있어서,
상기 하우징은 삼각 단면 구조로 이루어져 상기 아웃렛의 모서리에 밀착설치되는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 3 항에 있어서,
상기 하우징은 아웃렛을 따라 상하로 길게 연장 형성되고, 상기 분사구는 복수개가 하우징에 상하 방향으로 간격을 두고 형성되며, 최하단에 형성되는 분사구는 하우징 하단에서 상부로 30mm 이내에 형성되는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조절부는 상기 공급라인을 통해 고압의 유체를 공급하고, 상기 하우징의 분사구를 통해 고압의 유체를 분사하여, 아웃렛 내부의 원료에 충격에너지를 가하는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 6 항에 있어서,
상기 조절부는 공급라인을 통해 8 내지 16bar의 압력으로 유체를 공급하는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
분탄과 바인더를 혼합하여 원료를 제조하는 혼합기와 혼합된 원료를 성형하여 성형탄을 제조하는 성형기 사이에 설치되어 혼합기로부터 공급된 원료를 성형기로 연속적으로 공급하는 성형탄 제조설비의 원료 공급장치에 있어서,
상기 공급장치는 내부에 원료의 수용공간을 형성하며 하단에는 원료의 출구가 설치된 피더본체와, 피더본체 내부 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축, 상기 피더본체 상부에 설치되고 상기 회전축에 연결되어 회전축을 회전시키기 위한 구동부, 상기 회전축에 설치되어 반지름 방향으로 연장되는 날개, 상기 출구에 연결되어 성형기로 연장되는 아웃렛, 상기 아웃렛 내부에 설치되어 아웃렛 내부의 원료에 충격에너지를 가하는 충격부를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 8 항에 있어서,
상기 충격부는 상기 아웃렛의 내면에 설치되는 적어도 하나 이상의 하우징, 상기 하우징에 연결되어 하우징으로 고압의 유체를 공급하는 공급라인, 및 상기 하우징에 형성되어 아웃렛 내부의 원료에 유체를 분사하기 위한 분사구를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 9 항에 있어서,
상기 공급라인은 고압의 질소가스를 공급하는 질소가스라인 또는/및 고압의 스팀을 공급하는 스팀라인을 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 10 항에 있어서,
상기 하우징은 삼각 단면 구조로 이루어져 상기 아웃렛의 모서리에 밀착 설치되는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 10 항에 있어서,
상기 하우징은 아웃렛을 따라 상하로 길게 연장 형성되고, 상기 분사구는 복수개가 하우징에 상하 방향으로 간격을 두고 형성되며, 최하단에 형성되는 분사구는 하우징 하단에서 상부로 30mm 이내에 형성되는 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
제 10 항에 있어서,
상기 충격부는 공급라인을 통해 8 내지 16bar의 압력으로 유체를 공급하는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급장치.
분탄과 바인더를 혼합기에서 혼합하는 혼합단계, 혼합된 원료를 공급 장치를 통해 성형기로 공급하는 공급단계, 및 원료를 성형기로 압축하여 성형탄을 제조하는 성형단계를 포함하고,
상기 공급단계에서, 원료에 열 또는 냉기를 가해 원료 온도를 가변하여 점도를 조절하는 조절단계를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 조절단계는 원료에 스팀 또는/및 질소가스를 분사하는 단계를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 바인더는 셀룰로오스 에테르 혼합물이고, 상기 조절단계는, 원료에 스팀을 분사하여 상온 내지 바인더의 겔포인트 발생 온도 이하의 온도로 가열하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 14 항 내지 제 16 항에 있어서,
상기 공급단계에서 원료에 충격에너지를 가하는 충격단계를 더 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 충격단계는 원료에 고압의 유체를 분사하여 충격을 가하는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 유체는 질소가스 또는/및 스팀인 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 유체의 압력은 8 내지 16bar인 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
분탄과 바인더를 혼합기에서 혼합하는 단계, 혼합된 원료를 공급 장치를 통해 성형기로 공급하는 단계, 및 원료를 성형기로 압축하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 원료를 공급장치를 통해 성형기로 공급하는 단계에서, 원료에 충격에너지를 가하는 단계를 포함하는 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 충격에너지를 가하는 단계는 원료에 고압의 유체를 분사하여 충격을 가하는 구조의 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 유체는 질소가스 또는/및 스팀인 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 유체의 압력은 8 내지 16bar인 성형탄 제조 설비의 원료 공급 방법.