KR20180078103A

KR20180078103A - 환원 분위기 연속소성킬른(Kiln)의 시링(Sealing) 방법

Info

Publication number: KR20180078103A
Application number: KR1020160183131A
Authority: KR
Inventors: 황명수
Original assignee: 황명수
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-07-09
Also published as: KR102000820B1

Abstract

본 발명은 저산소 혹은 환원 GAS 분위기에서 소성하는 로의 대부분이 로의 밀폐가 어려워서 연속식보다 벳지(Batch) 방식으로 작업을 하는데 본 발명은 연속 소성로를 설계하고자 할 경우 입.출구부의 회전하는 로(Kiln) 본체(Shell)와 고정된 멘탈부 사이의 시링(Sealing) 장치 설계의 설계 포인트에 관한 것이다.

Description

환원 분위기 연속소성킬른(Kiln)의 시링(Sealing) 방법{A SEALING METHOD}

현재 연속식 소성 장치의 일반적인 방법은 Rotary Kiln 방식이 가장 많이 활용되고 있고, 도1에 일반적인 Rotary Kiln을 예시하고 있다.

또한 일반적인 저산소 분위기 소성 Rotray Kiln의 경우에는 멘탈과 Kiln 본체의 연결부 시링(Sealing)을 서로 끼워 넣는 방식으로 하여 공기의 유입을 어렵게 하는 정도의 간단한 구조로 하고 내부에 연소 배기GAS를 공급하는 방식을 사용하기도 한다.

도2에 외열식 Rotary Kiln의 원료 투입구 시링의 일례를 예시하고 있다.

또한 환원 분위기 혹은 저산소 분위기 연속소성을 위하여서는 대부분 외열식 Rotary Kiln 방식을 사용하고 있고, 도3과 도4에 그 일례를 예시하고 있다.

현재 일반적으로 Kiln 내외부의 공기유동을 차단하기 위한 입출구 멘탈과 본체의 시링(Sealing)부를 대부분 가공조립 공차(여유)를 최대한 적게 하여 조립하는 방법을 사용하는데 이는 도5의 본체 실링 상세도의 A1, A2, A3 부에 그 일례를 예시하고 있다.

또한 중소형의 외열식 Rotrary Kiln의 경우에는 입출구 멘탈과 연결 접촉부를 열변형 (팬창)을 고려한 칫수로 정밀하게 기계가공하여 조립하고 내부를 미세하게 대기압 이상의 분위기로 하여줌으로써 외부공기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 구조로 하고 있다.

도6과 도7에 가장 많이 사용되고 있는 일본 메이커의 고온 고시링형 외열식 Rotray Kiln의 외형사진과 구조도면을 예시한다.

통상 저온 열처리 장치의 경우에는 상기 방식의 틈 사이에 충진채(패킹재)를 삽입하여 그 효과를 상승시키기도 한다.

그러나 대부분 Kiln 내부의 압력을 대기압 이상으로 유지하도록 하기 위하여 환원 GAS를 과다하게 공급하여 시링부로 미량의 GAS가 외부로 누출되게 하는 방식으로 운전하고 있다.

그러나 이러한 장치들의 문제점은 열 팽창을 계산한 간격(여유공간 칫수)이 이론과 같지 않아서 기계적인 구조만으로는 완전한 밀폐(Sealing)가 거의 불가능하고, 내부를 외부보다 높은 압력을 유지함에 따라 내부의 GAS가 외부로 누출되어 손실비용이 많고, 도1,3,7과 같은 일반 Rotary Kiln은 2점 지지(2 Tire qkdtlr) 방식으로 하여 외부 가열 구간이 그만큼 좁아지게 됨으로 Kiln을 더 크게 만들어야 하는 문제점이 있다.

또한 기밀을 위하여 정교하게 가공하기가 어렵고 이는 기계 가공하기에는 크기가 대부분 크고 그 비용이 너무 많이 소요된다

또한 접촉 부분의 마모가 심하고 소음과 구동 동력이 더 소요되는 등 설비 운전의 불안요소가 많다.

저산소 혹은 환원 GAS 분위기에서 소성하는 장치의 대부분 이 장치의 밀폐가 어려워서 연속식보다 벳지(Batch) 방식으로 작업을 한다. 연속 생산 장치를 설계하고자 할 경우 입출구부의 회전하는 Kiln 본체(Shell)와 고정된 멘탈부 사이의 시링(Sealing) 장치 설계가 가장 중요한 설계 포인트인데 완전하다고 할 만한 방법이 없다.

잘 설계하였다 하여도 대부분 정교한 가공과 제작비용이 지나치게 많이 소요되고 고비용으로 제작하였다 하더라도 사용 수명이 짧아 실생산현장에서 사용하기에 어려움이 많다. 이의 개선을 위한 방안을 제안하고자 한다.

이를 위하여 Rotary Kiln 100 의 외부에 필요온도까지 가열하기 위한 가열실 400을 설치한다.

가열실의 내부는 내화재로 시공되어 있으며 가열방법은 Oil 혹은 GAS를 연소시키는 방법과 전기 Heater를 사용하는 방법으로 크게 구분된다.

에너지 손실을 줄이기 위하여 가능한 한 전기 Heater 방식을 사용하고 있다.

원료 투입구측 본체를 막은 후 린제 방식으로 막는다 110

원료공급부, 환원 GAS 투입부, 본체 구동부를 한 곳에 집중시킨 구조로 하여, 최대한 기밀을 유지할 수 있도록 정밀 가공하여 제작하는 구조로 제작한다. 200

시링부의 흔들림을 방지하고, 2점 지지로 인한 타이어(Tire) 구간의 열 면적 손실을 줄이기 위하여 상기 5)# 부분을 축 지지 방식 120 으로 하여 Bearing으로 고정지지한다.

제품출구 멘탈부 300의 시링은 최대한 정교하게 가공하고 접촉면을 넓게 하여 그 사이에 고온에 견딜 수 있는 패킹재(Packing)를 삽입 충진한다.

배기 GAS부는 싸이크론(Cyclon) 집진기와 Bag Filter식 집진기를 함께 사용하여 배 GAS의 냉각과 집진(포장)효과를 상승시키도록 한다.

배기Fam 430으로 흡입한 배 GAS는 Kiln 출구 멘탈부로 순환하여 사용할 수도 있다.

따라서 연속소성이 가능하게 되는 것이고, 저비용으로 고효율을 기대할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 일반적인 로터리 킬른의 일 실시 예
도 2는 종래 일반적인 외열식 로터리킬른(Rotary Kiln)의 원료 투입구 실링의 일실시예
도 3 및 도4는 종래 환원 분위기 혹은 저산소 분위기 하에서 연속소성을 위한 외열식 Rotary Kiln 방식의 일실시예
도 5는 종래 일반적으로 킬른(Kiln) 내외부의 공기유동을 차단하기 위한 입출구 멘탈과 본체의 실링(Sealing)부를 나타낸 일실시예
도 6은 종래 일본의 고온 고시링형 외열식 Rotray Kiln의 외형사진
도 7은 종래 일본의 고온 고시링형 외열식 Rotray Kiln의 구조도면의 일실시예
도 8a,8b는 본 발명의 킬른 원료공급장치부의 일 실시 예
도 9는 본 발명의 킬른 본체부의 일실시예
도10은 도9의 킬른출구부의 상세도
도11은 본 발명의 원료와 가스를 공급하는 공급부의 일실시예

이하 본 발명을 첨부도면에 의거 일 실시 예에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도8 내지 도11에 도시된 바와 같이 본 발명은 킬른원료공급장치부와 킬른 본체부 및 킬른출구부와 배기집진장치로 구성되지 이는 본 발명의 첨부된 도면 9에 예시되어져 있다.

도8a,도8b 및 도11은 상기 킬른의 원료 공급장치의 일 실시 예를 예시하는 것으로, 원료 Hopper(210) 하단에 원료 공급 Feeder(220)를 설치하고 주축 Bearing부(230)를 킬른(Kiln)의 반대방향에 모두 배치하여 외팔보(cantilever) 방식 screw conbeyor로 연결토록 한다.

상기 원료 공급 Feeder(220)의 앞부분을 이중관형 본체(221)로 하여 환원 GAS 및 각종 필요 GAS들을 투입한다.

상기 원료공급 Feeder(220)의 이중관형 본체(221)의 외부관 즉 GAS 투입관의 끝부분을 원료 공급 Feeder(220)보다 짧게 하여 킬른(Kiln) 내의 원료가 운전 중 원료공급Feeder(220)와 본체 중공축으로 분출할 때 함께 불어넣어 역유입되는 것을 차단하도록 한다.

상기 원료 공급 장치 고정을(설치) 위한 설치 베드 후레임(231)은 본체고정 Bearing(120)의 후레임 (Frame)과 일체형으로 제작하여 원료 공급 Feeder(220)와 본체 주축(121)의 조립시 중심을 원활히 조정할 수 있도록 한다.

도9는 킬른의 본체 (shell)부를 도시한 것으로 Kiln 내부의 열손실 감소를 위하여 입구측 막음판의 Kiln 내부 부분을 단열재를 충진한 판넬(101)로 막음판(110)을 제작하여 취부한다.

상기 킬른 본체 막음판(110)의 중간부에는 본체 구동을 위한 체인 스프로켓( 111)을 설치한다.

상기 막음판(110)의 중간에 본체를 지지할 수 있도록 보강을 한 주축(121)을 용접 취부하고 이 주축(121)을 중심축으로 하여 모든 원주부를 기계가공하여 조립한다.

또한 동심원으로 가공 제작된 막음판(110)과 킬른 본체(shell)(100)의 후렌지를 정확히 조립하여 주축(121)을 중심으로 하여 본체(100)가 정교하게 원운동을 할 수 있도록 한다.

상기 주축(121)의 고정 및 지지부는 Bearing(120) 구조로 하여 본체의 지지 및 안정된 회전 동력의 전달과 회전의 중심 및 좌우 움직임의 고정 등을 확실하게 할 수 있도록 충분히 여유있는 크기로 한다.

또한 상기 주축(121)은 가운데가 Pipe처럼 비어있는 중공축으로 하여 이 내부에는 원료공급 Feeder(220)를 설치한다.

본 발명에서 고정체인 원료공급 Feeder(220)와 회전체인 중공주축(121)사이의 공간을 완전히 밀폐 실링하기 위하여 중공주축(121) 입구, 원료공급 Feeder(220)의 진입 입구부에 패킹부(Packing)(122)를 설치하여 거의 완전한 실링이 될 수 있도록 한다.

상기 패킹부(122)의 내부재료의 확실한 역할을 위하여 패킹 누름판(123)을 설치하여 보완하도록 한다.

더욱이 실링효과를 높이고 마모예방을 위하여 패킹부에 내열 Oil을 공급하게 하기도 한다.

상기 구조로 하여 한쪽 부분을 완전히 시링하도록 함으로써 킬른 내부로 투입되는 불활성 GAS는 킬른의 출구 (출구멘탈부)(300) 방향 외로는 진행할 곳이 없어 Kiln 내부는 완전한 환원 GAS 분위기 내에서 운전될 수 있는 것이다.

도10은 본 발명의 킬른 출구부를 예시한 것으로, 출구 멘탈부(300)는 최대한 밀폐형 구조로 하여 외부의 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있도록 한다.

킬른 본체 shell과 출구 멘탈의 시링을 위하여 특수한 구조의 시링 BOX(310)를 설치한다.

킬른 본체 측에 ㅜㅜ 모양의 후렌지(311)를 취부하고 그 외측면을 본체 shell과 동심원으로 정밀 가공한다.

상기 ㅜㅜ 모양의 실링후렌지(311)는 본체가 가열되었을 때 열팽창으로 늘어날 거리(크기)를 충분히 고려한 넓이만큼 넓은 폭의 크기로 제작한다.

또한 고정된 출구 멘탈부(300)측에 특수한 시링 BOX(310)의 케이스(case)를 용접 취부하고 그 내부에 패킹재(312)를 충진한다.

상기 패킹재(312)의 실링효과를 향상시키기 위하여 입구란에 누름판식 후렌지(313)를 취부한다.

(7) 시링의 효과를 더욱 높이기 위하여 시링 Box 310에 패킹재 312 중간 부분에 공간을 유지시킬 수 있는 스페이서(spacer) 314를 넣고 이곳에 질소를 공급하여 공기 유입을 차단하는 방법을 사용하기도 한다.

(8) 제품의 배출은 소용량의 경우에는 수동 담퍼 321을 설치하여 주기적으로 수동배출하는 방법으로 하고

(9) 배출량이 어느 규모 이상의 대용량이 될 경우에는 배출 Rotary Valve 322를 설치한다. 이때 로타리 발브는 상하 2단으로 설치하고 그 중간에 질소를 투입하여 외부고익 유입을 차단한다.

도10은 본 발명의 킬른의 배기부에 설치되는 배기 집진 장치에 관한 것으로, 출구 멘탈 배기구에 후드(Hood)형 흡입구(511)를 설치하여 Kiln 내부에 투입된 GAS의 열로 인한 팽창림과 재료의 열처리로 발생된 GAS가 배기구로 자연 배출하는 것을 Kiln 내부에 영향을 주지 않고 배출된 GAS만을 집진장치로 흡입 처리 후 배기시키도록 한다.

상기 강제배기를 통한 기류수송 방식의 제품회수 및 냉각방식을 사용하고자 할 경우에는 기류수송에 필요한 질소 GAS의 손실이 많으므로 단말부의 Bag Filter에서 사용한 질소 GAS를 회수하여 Kiln출구 멘탈부(300)로 순환하는 방식으로 하여 GAS 손실을 최소화한다.

상기 배기 GAS와 함께 기류 이송되는 미립자의 제품은 Kiln과 Bag Filter 사이의 거리를 이용하여 냉각회수된다.

100: Kiln본체 (shell)부 전체 101: Kiln본체 막음판부
110: Kiln본체 막음판(Flange) 111: 본체 구동 체인프로켓
120: 본체 지지 Bearing 121: 본체 주축
122: 패킹(Packing)부 123: 패킹누름판
200:원료공급장치
210:원료공급호퍼
220:원료공급Feeder 221:Feeder의 2중관형본체
230:Feeder의 주축베어링부 231:원료공급장치설치베드후레임
300: Kiln 출구 멘탈부 전체
310: 시링 박스 (Sealing Box) 311: 시링후렌지
312: 패킹(Packing)재 313: 누름판
314: 스페이서
321: 수동담퍼(Damper) 322: Rotary Valve
500: 배기집진장치 전체
510: Multi Cyclon 집진기 511: 후드(Hood)형 흡입구
520:백필터 521: 펄스 GAS통
530: 배기 Fan

Claims

Rotary Kiln의 일단을 축 지지 방식으로 하고 타이어(Tire)부를 한 곳으로 하여 전열면적을 확대시킨 외열식 Rotary Kiln에 있어서,
축 지지부를 중공축 방식으로 하여 회전부와 고정부를 이중공축부를 이용 완전한 밀폐 구조로 하고,
상기 중공부를 이용하여 원료와 환원GAS를 공급하여 킬른 내부를 완전하고 안정된 환원 GAS를 공급하여 Kiln 내부를 완전하고 안정된 환원 GAS 분위기로 만들어 연속 소성가능하게 하며,
상기 킬른 내의 고온에서 소성 혹은 기화된 제품을 Kiln 출구에서 기류 수송 방식으로 하여, 제품 및 GAS가 이송 중 냉각하고 중간의 집진 장치를 이용 제품을 회수하여 수송에 사용한 GAS는 회수하여 Kiln 출구에 재공급, 순환시키는 방법으로 하여 GAS 손실을 최소화시킨 환원 분위기 연속 소성 Kiln System
제1항에 잇어서,
상기 Rotary Kiln의 일단을 축으로 하여 Bearing 방식으로 하고, 상기 축에 구동부를 연결함으로써 구동장치의 소형화 및 고정축 회전 방식으로 인한 안정된 회전력을 얻을 수 있고, 장치 전체가 간단한 구조가 가능하여 제작비를 최소화할 수 있는 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.
제1항에 있어서,
상기 외열식 Rotary Kiln의 경우 축 구동으로 인하여 본체 타이어부가 한곳이 없어짐으로 전열가능 면적이 그만큼 넓어짐으로 보다 효율적이 장치의 설계가 가능한 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.
제1항에 있어서,
상기 Bearing 식 지지축 부분을 pipe 형식의 중공축을 사용함으로서 이 공간을 활용하여 Kiln 생산운전에 필요한 각종장치 (원료공급 Feeder, 각종 환원 분위기용 GAS 투입, 내부 온도 측정 장치 등등)를 취부할 수 있어 특수제품의 연속 생산을 위한 장치로 활용할 수 있는 폭이 넓어지는 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.
제1항에 있어서,
상기 지지축의 내부와 공급장치 본체관의 외부 사이를 기계 가공하여 완벽한 실링장치(그랜드패킹, 리레너, 01시링 등등)를 할 수 있어, 환원분위기 연속식 Rotary Kiln 등 특수 분위기에서 운전하고자 하는 Rotary Kiln의 설계가 가능하게 되며,
상기 Bearing 축을 중심으로 안정된 회전운동이 가능하므로 실링기구(장치)가 진동이나 편심운동 등으로 인한 손상이 없어 장시간 안정된 운전이 될 수 있게 하는 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.
제1항에 있어서,
상기 중공축을 이용하여 특수구조 형태의 Burner를 취부할 경우 간단하게 저 산소 분위기의 직접 가열 방식의 Rotary Kiln 설계가 가능한 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.
제1항에 잇어서,
상기 출구 멘탈부의 배기구를 배기 DUCT와 일체형으로 하지 않고 Hood Type의 연결 방식으로 함으로서 집진 배기를 위한 Fan의 흡입압력으로 인하여 Kiln 내부 압력이 부압이 되는 가능성을 차단하여 항상 대기압 이상의 상태를 유지할 수 있도록 하여 각부의 틈새로 외부공기가 유입될 수 있는 불안요소를 완전히 차단할 수 있는 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.
제1항에 잇어서,
상기 출구멘탈부의 배기 Duct를 이용하여 제품의 기류 이송을 이용하거나, 배기 GAS Line에 공기의 유입을 차단할 필요가 있을 경우에는 배기 Duct 전 Line을 일체형 밀폐 구조로 하고 마지막 단의 집진기에서 배기 GAS를 Kiln 출구 멘탈로 순환 재사용하는 방식을 사용함으로써 공급한 GAS를 손실없이 대부분 재사용할 수 있는 환원 분위기 연속 소성 Kiln System.