KR20220089113A

KR20220089113A - 로터리 킬른

Info

Publication number: KR20220089113A
Application number: KR1020200179444A
Authority: KR
Inventors: 장두환; 최성재; 안경순; 전두만
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-06-28
Also published as: KR102495309B1

Abstract

로터리 킬른이 개시된다. 개시된 로터리 킬른은 내부로 공급된 광석을 교반하도록 축 회전하는 본체; 상기 본체가 축 회전 가능하도록 연결되어 상기 본체를 지지하는 본체 지지부; 상기 본체 지지부를 관통하도록 배치되고, 일부가 상기 본체의 내부에 배치되어 외부에서 투입된 상기 광석을 상기 본체의 내부로 공급하는 광석 투입부; 및 상기 광석 투입부의 외부면을 둘러싸도록 상기 본체 지지부의 내부에 배치되고, 중심부가 개방된 제1 단이 상기 본체의 내부로 삽입되는 튜브;를 포함하되, 상기 본체의 내부에서 교반된 상기 광석 중 일부의 광석이 상기 튜브의 제1 단을 통해 상기 튜브의 내부면으로 안착된다. 이에 따라 광석의 이탈 또는 낙하가 감소된다.

Description

로터리 킬른{Rotary kiln}

본 발명은 로타리 킬른으로서, 석회 및 시멘트 제조, 각종 금속의 환원, 폐기물 처리에 사용되는 로타리 킬른에 관한 것이다.

로터리 킬른(rotary kiln)은 석회 및 시멘트 제조, 각종 금속의 환원, 폐기물 처리에 사용되는 장치로, 원료(일례로, 미세 광석)를 가열하여 설정된 온도로 상승시킨 후에 장입된 가스와 반응시켜 원료를 처리(환원 또는 소각처리등)시킬 때 사용되는 장치이다.

로터리 킬른의 구조 및 동작을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. 수평보다 약간 경사지게 킬른 본체가 회전 가능하게 설치되고, 경사진 킬른 본체의 상측 경사부를 통해 킬른 본체의 내부에 원료가 투입되고, 킬른 본체에 장착된 히터가 구동되어 투입된 원료가 가열되고, 그 후 가스관을 통해 분위기 가스가 장입되어 원료를 환원 처리 또는 소각 처리되고, 하측 경사부를 통해 원료가 배출된다.

이와 같은 로터리 킬른은 주로 시멘트 원료의 소성에 사용되어 왔으나, 최근에는 오니, 즉 슬러지(sludge)를 소각하는데도 사용되고 있으며, 또한 니켈 등과 같은 광석의 분말을 얻는 환원로로도 사용되고 있다.

도 1은 환원로로 사용되는 종래의 로터리 킬른(1)의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 입구측에 장입 스크류(30)가 설치되어 광석이 회전부(10)의 내부로 공급되고, 회전부(10)의 내부로 가스가 공급되며, 히터(40)가 동작하여 회전부(10)의 내부가 가열된다. 회전부(10) 내부의 고온 분위기에서 광석과 가스가 반응하며, 상기 반응으로 인해 발생되는 폐가스를 대기로 방출하기 위해 사이클론이 고정부(20)에 직각 방향으로 설치된다. 그리고, 회전부(10)가 회전할 때, 미세 광석이 회전부(10)에서 이탈하는 것을 방지하기 위해 광석 유출 방지턱(11)이 형성된다.

이 때, 사이클론의 음압(즉, 진공 압력)에 의해 폐가스가 로터리 킬른(1)의 외부로 배출되는데, 이 경우 미세 광석이 폐가스와 함께 이동한다. 이동된 미세 광석은 무게로 인해 하부로 낙하하며, 낙하된 미세 광석은 사이클론과 반대 방향에 배치된 저장 탱크로 저장된다.

저장 탱크에 저장된 미세 광석은 재사용에 어려움이 있어서 일반적으로 폐기한다. 이에 따라, 종래의 로터리 킬른(1)은 광석의 실수율이 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0139201호

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 광석의 이탈 또는 낙하를 감소시킬 수 있는 로터리 킬른을 제안하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 광석의 실수율을 향상시킬 수 있는 로터리 킬른을 제안하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 로터리 킬른은, 내부로 공급된 광석을 교반하도록 축 회전하는 본체; 상기 본체가 축 회전 가능하도록 연결되어 상기 본체를 지지하는 본체 지지부; 상기 본체 지지부를 관통하도록 배치되고, 일부가 상기 본체의 내부에 배치되어 외부에서 투입된 상기 광석을 상기 본체의 내부로 공급하는 광석 투입부; 및 상기 광석 투입부의 외부면을 둘러싸도록 상기 본체 지지부의 내부에 배치되고, 중심부가 개방된 제1 단이 상기 본체의 내부로 삽입되는 튜브;를 포함하되, 상기 본체의 내부에서 교반된 상기 광석 중 일부의 광석이 상기 튜브의 제1 단을 통해 상기 튜브의 내부면으로 안착된다.

이 때, 상기 광석과 반응하는 가스가 상기 본체의 내부로 공급되고, 상기 본체 지지부는 상기 광석 및 상기 가스의 반응에 의해 발생된 폐가스의 배출 통로가 형성되고, 상기 튜브의 제2 단은 상기 배출 통로와 연통되고, 상기 폐가스는 상기 튜브의 제1 단 및 상기 튜브의 제2 단을 통해 외부로 배출된다.

또한, 상기 배출 통로는 상기 본체 지지부의 상부에 형성되고, 상기 배출 통로는 사이클론과 연결되고, 상기 튜브는 메인 튜브 및 상기 메인 튜브와 연통되는 서브 튜브를 포함하되, 상기 튜브의 제1 단은 상기 메인 튜브의 일측단과 대응되고, 상기 튜브의 제2 단은 서브 튜브의 상측단과 대응된다.

또한, 상기 메인 튜브는 원통 형상이며, 상기 원통 형상의 상부면은 상기 메인 튜브의 일측단과 대응되고, 상기 원통 형상의 하부면은 상기 메인 튜브의 일측단과 대향하는 상기 메인 튜브의 타측단과 대응된다.

또한, 상기 튜브의 제1 단과 대향되는 상기 튜브의 제3 단에는 관통 홀이 형성되고, 상기 관통 홀로 상기 광석 투입부가 관통하여 배치된다.

또한, 상기 튜브의 제1 단은 상기 본체의 입구와 특정 간격만큼 이격되어 배치된다.

또한, 로터리 킬른은 상기 튜브의 외부면에 설치되고, 상기 본체의 내부 방향으로 압축 공기를 분사하는 복수의 공기 분사 노즐;을 더 포함한다. 이 경우, 상기 복수의 공기 분사 노즐은 특정 각도로 기울어지게 설치된다.

본 발명에 따르면, 로터리 킬른 내에서 광석의 이탈 또는 낙하를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 로터리 킬른에서 회수되는 광석의 실수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 환원로로 사용되는 종래의 로터리 킬른의 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른에 광물이 안착되는 상황을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른에 설치된 튜브의 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 튜브에 공기 분사 노즐이 설치된 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에서 적용되는 코안다 원리의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른에 광물이 안착되는 상황을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른에 설치된 튜브의 사시도를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 튜브에 공기 분사 노즐이 설치된 구성을 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명에서 적용되는 코안다 원리의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른(200)는 본체(210), 본체 지지부(220), 광석 투입부(230), 히터(240), 튜브(250) 및 공기 분사부(260)를 포함한다. 이하 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.

본체(210)는 광석 투입부(230)에 의해 내부에 공급되는 광석(일례로, 리튬 등)을 교반하도록 축 회전한다. 그리고, 도 2에 도시되지 않았지만, 본체(210)의 내부로 가스가 공급되며, 공급된 가스는 광석과 반응하여 환원 처리된다.

본체(210)는 기울어진 원통 형상일 수 있다. 도 2에 도시되지는 않았지만, 본체(210)는 구동 모터에 의해 축 회전할 수 있다.

본체(210)의 일단에는 광석 유출 방지턱(211)이 형성된다. 광석 유출 방지턱(211)은 본체(210)가 축 회전할 때, 광석이 본체(210)에서 이탈하는 것을 방지하기 위해 본체(210)에 형성된다.

본체 지지부(220)는 본체(210)를 지지하도록 연결된다. 특히, 본체 지지부(220)는 본체(210)가 축 회전 가능하도록 연결되어 본체(210)를 지지한다.

본체 지지부(220)의 상부에는 광석 및 가스의 반응에 의해 발생된 폐가스가 배출되는 배출 통로(221)가 형성되어 있다. 배출 통로(221)는 본체 지지부(221)의 상부에 형성될 수 있다. 배출 통로(221)는 음압(즉, 진공 압력)을 발생시키는 사이클론과 연결된다. 음압에 의해 폐가스가 본체(210)의 내부로 배출된다.

광석 투입부(230)는 본체 지지부(220)를 관통하도록 배치된다. 이 때, 광석 투입부(230)의 일측부는 본체(210)의 내부에 배치되고, 광석 투입부(230)의 타측부는 로터리 킬른(200)의 외부에 배치된다.

광석 투입부(230)는 외부에서 투입된 광석을 본체(210)의 내부로 공급한다. 이 때, 광석 투입부(230) 역시 기울여지게 배치될 수 있다.

히터(240)는 본체(210)를 가열한다. 즉, 히터(240)는 본체(210)의 내부에 배치된 광석에 열을 가한다.

튜브(250)는 광석 투입부(230)의 외부면을 둘러싸도록 본체 지지부(220)의 내부에 배치된다.

이 때, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 튜브(250)의 제1 단(253)의 중심부는 개방되어 있다. 여기서, 튜브(250)의 제1 단(253)은 본체(210)의 내부로 삽입되어 있는 튜브(250)의 일단이다. 그리고, 튜브(250)의 제1 단(253)과 대향하는 튜브(250)의 제3 단(255)는 본체 지지부(220)의 끝단에 고정되어 설치된다. 또한, 튜브(250)의 제2 단(254)은 본체 지지부(220)에 형성된 배출 통로(221)와 연통된다. 따라서, 본체(210)의 내부에서 발생되는 폐가스는 튜브(250)의 제1 단(253) 및 제2 단(254)을 통해 외부, 즉 사이클론으로 배출될 수 있다.

한편, 튜브(250)는 메인 튜브(251) 및 서브 튜브(252)로 구성될 수 있다.

메인 튜브(251)는 튜브(250)의 메인 구성요소로서, 내부가 비어있는 원통 형상을 가질 수 있다. 여기서, 메인 튜브(251)의 일측단은 원통의 상부면이며 튜브(250)의 제1 단(253)과 대응된다. 그리고, 메인 튜브(251)의 타측단은 원통의 하부면이며, 튜브(250)의 제3 단(255)과 대응된다. 한편, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

메인 튜브(251)의 일측단(253)의 중심부는 개방되어 있다. 메인 튜브(251)의 타측된(255)은 전체적으로 폐쇄되어 있되, 일부분에 관통 홀(256)이 형성되어 있다. 관통 홀(256)을 통해 광석 투입부(230)가 튜브(250)로 관통된다. 따라서, 메인 튜브(251)는 광석 투입부(230)의 외부면을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.

서브 튜브(252)는 원뿔대 형상을 가지는 메인 튜브(251)의 옆면에서 메인 튜브(251)와 연통된다. 서브 튜브(252)는 내부가 비어있는 원통 형상을 가질 수 있다. 여기서, 서브 튜브(252)의 상측단은 튜브(250)의 제2 단(254)와 대응되며, 서브 튜브(252)의 하측단은 메인 튜브(251)의 옆면과 연결된다. 서브 튜브(252)의 상측단(254)은 배출 통로(221)와 연결된다.

공기 분사부(260)는 튜브(250)의 제1 단(253)의 인접한 튜브(250)의 외부면에 설치된다. 일례로, 공기 분사부(260)는 튜브(250)의 제1 단(253)과 서브 튜브(254) 사이에 설치될 수 있다.

공기 분사부(260)은 일정 간격으로 떨어져서 배치되는 복수 개의 공기 분사 노즐(261)을 포함할 수 있다. 복수 개의 공기 분사 노즐(261) 각각은 본체(210)의 내부 방향으로 압축 공기를 분사한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 튜브(250)의 외부면에 공기 배관(미도시)이 설치될 수 있고, 공기 배관은 복수 개의 공기 분사 노즐(261)과 연결될 수 있다. 이에 따라 압축 공기가 공기 분사 노즐(261)로 분사된다. 한편, 공기 분사 노즐(261)은 특정 각도로 기울어지게 설치될 수 있다.

튜브(250)의 제1 단(253)는 본체(210)의 광석 유출 방지턱(211)과 특정 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 본체(210)는 축 회전되므로, 본체(210)의 입구, 즉 광석 유출 방지턱(211)과 튜브(250)의 제1 단(253) 간의 간섭을 방지하기 위해 튜브(250)의 제1 단(253)은 본체(210)의 광석 유출 방지턱(211)과 특정 간격만큼 이격되어야 하는 것이 바람직하다.

이하, 튜브(250) 및 공기 분사 노즐(261)의 설치 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기에서 언급한 바와 같이, 튜브(250) 및 공기 분사 노즐(261)이 설치되지 않는 경우, 본체(210)의 축 회전 및 폐가스를 배출하기 위한 사이클론의 음압으로 인해 본체(210)의 내부에 존재하는 광석 중 일부의 광석이 본체(210)에서 이탈할 수 있다. 물론, 광석 유출 방지턱(211)이 형성되어 광석의 이탈을 일부 방지할 수 있지만, 본체(210)의 축 회전의 속도가 증가되는 등의 상황이 발생하는 경우 광석 유출 방지턱(211)이 형성되었다 하더라도 광석이 본체(210)에서 이탈될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른(200)는 튜브(250)과 공기 분사 노즐(261)를 설치하여 광석의 이탈을 방지할 수 있다.

보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른(200)의 경우, 본체 지지부(220)의 내부에 튜브(250)를 설치한다. 튜브(250)는 내부가 비어있는 원통형 또는 원뿔대 형상일 수 있다. 따라서, 본체(210)의 축 회전으로 인해 본체(210) 내부에 존재하는 광석 중 일부의 광석이 본체(210)에서 이탈되는 경우, 이탈된 광석은 튜브(250)의 제1 단(253)을 통해 튜브(250)의 내부면으로 안착되며, 안착된 광석은 본체(210)의 내부로 복귀할 수 있다. 이를 통해, 이탈된 광석이 저장 탱크로 저장되지 않는다.

또한, 본체(210)과 튜브(250) 간의 간섭 방지를 위해, 튜브(250)는 본체(210)와 일정한 간격만큼 이격되어 배치되는데, 이 경우 본체(210)와 튜브(250) 사이의 틈새로 광석이 이탈될 수 있다. 이러한 상황을 방지하지 위해 튜브(250)의 외부면에는 공기 분사 노즐(261)이 설치된다. 공기 분사 노즐(261)은 본체(210)의 내부 방향, 특히 본체(210)의 광석 유출 방지턱(211)과 튜브(250)의 제1 단(253) 사이의 틈새로 대량의 압축 공기를 분사한다.

분사된 압축 공기는 코안다 원리에 의해 본체(210)의 내부의 저압 공기를 밀어낸다. 코안다 원리는 공기의 총량을 증가시키기 위해 주변 공기를 비말 동반시키는 현상이며, 도 6에 원리가 도시되어 있다. 따라서, 대량의 압축 공기가 광석 유출 방지턱(211)과 튜브(250)의 제1 단(253)의 틈새를 밀봉한다(공기 실링(Air Sealing)). 특히, 공기 분사 노즐(261)이 일정 각도로 기울어지게 설치됨으로써 공기가 오버랩되고, 이를 통해 틈새에 빈 공간이 없도록 공기 실링이 완벽하게 수행될 수 있다.

요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 킬른(200)은 내부에 광석의 이탈을 방지하기 위한 튜브(250) 및 공기 분사 노즐(261)를 설치한다. 이에 따라 로터리 킬른(200) 내에서 광석의 이탈 또는 낙하를 감소시킬 수 있고, 로터리 킬른(200)에서 회수되는 광석의 실수율을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

로터리 킬른에 있어서,
내부로 공급된 광석을 교반하도록 축 회전하는 본체;
상기 본체가 축 회전 가능하도록 연결되어 상기 본체를 지지하는 본체 지지부;
상기 본체 지지부를 관통하도록 배치되고, 일부가 상기 본체의 내부에 배치되어 외부에서 투입된 상기 광석을 상기 본체의 내부로 공급하는 광석 투입부; 및
상기 광석 투입부의 외부면을 둘러싸도록 상기 본체 지지부의 내부에 배치되고, 중심부가 개방된 제1 단이 상기 본체의 내부로 삽입되는 튜브;를 포함하되,
상기 본체의 내부에서 교반된 상기 광석 중 일부의 광석이 상기 튜브의 제1 단을 통해 상기 튜브의 내부면으로 안착되는, 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 광석과 반응하는 가스가 상기 본체의 내부로 공급되고,
상기 본체 지지부는 상기 광석 및 상기 가스의 반응에 의해 발생된 폐가스의 배출 통로가 형성되고,
상기 튜브의 제2 단은 상기 배출 통로와 연통되고,
상기 폐가스는 상기 튜브의 제1 단 및 상기 튜브의 제2 단을 통해 외부로 배출되는, 로터리 킬른.
제2항에 있어서,
상기 배출 통로는 상기 본체 지지부의 상부에 형성되고, 상기 배출 통로는 사이클론과 연결되고,
상기 튜브는 메인 튜브 및 상기 메인 튜브와 연통되는 서브 튜브를 포함하되,
상기 튜브의 제1 단은 상기 메인 튜브의 일측단과 대응되고, 상기 튜브의 제2 단은 서브 튜브의 상측단과 대응되는, 로터리 킬른.
제3항에 있어서,
상기 메인 튜브는 원통 형상이며,
상기 원통 형상의 상부면은 상기 메인 튜브의 일측단과 대응되고,
상기 원통 형상의 하부면은 상기 메인 튜브의 일측단과 대향하는 상기 메인 튜브의 타측단과 대응되는, 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 튜브의 제1 단과 대향되는 상기 튜브의 제3 단에는 관통 홀이 형성되고, 상기 관통 홀로 상기 광석 투입부가 관통하여 배치되는, 로터리 킬른.
제1항에 있어서,
상기 튜브의 제1 단은 상기 본체의 입구와 특정 간격만큼 이격되어 배치되는, 로터리 킬른.
제6항에 있어서,
상기 튜브의 외부면에 설치되고, 상기 본체의 내부 방향으로 압축 공기를 분사하는 복수의 공기 분사 노즐;을 더 포함하는, 로터리 킬른.
제6항에 있어서,
상기 복수의 공기 분사 노즐은 특정 각도로 기울어지게 설치되는, 로터리 킬른.