KR20220158651A - 스팀발생기를 사용한 폐 플라스틱의 도장 박리 장치 - Google Patents

스팀발생기를 사용한 폐 플라스틱의 도장 박리 장치 Download PDF

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Abstract

스팀발생기를 사용한 폐 플라스틱의 도장 박리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 스팀발생기를 사용한 폐 플라스틱의 도장 박리 장치는 폐 플라스틱 칩을 저장 및 공급하기 위한 것으로 상단에는 투입구(104), 하단에는 배출구(106)가 구비된 호퍼(102)와, 폐 플라스틱과 그 도막 종류에 따라 100℃ ∼ 150℃ 범위에서 선택된 온도로 스팀을 발생하는 스팀발생기(11)와, 상부가 호퍼(102) 하단의 배출구(106)와 결합되는 하우징(120)과, 하우징(120)의 상단부에 구비되어 상기 스팀발생기(11)로부터 발생된 스팀이 공급되는 공간부(122)와, 하우징(120) 내부에 수납되는 드럼(124), 및 회전 모터(126)를 포함하고, 상기 드럼(124)에는 나선형 블레이드(1240)가 형성되어 있고, 상기 나선형 블레이드(1240)는 드럼(124)의 외면에 용접봉 자체를 용접 부착하여 회전 중심축에 대하여 나선형을 이루도록 하고 상면을 평탄하게 연마처리함으로써 이루어지며, 샤프트에 결합되어 회전 모터(126)에 의하여 회전되는 것을 특징으로 한다.

Description

스팀발생기를 사용한 폐 플라스틱의 도장 박리 장치{Paint desquamation device for waste plastic using steam generator}
본 발명은 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 일체의 화학약품을 사용하지 않고 기계적 방법으로 폐 플라스틱 표면의 도장을 박리하면서도 박리 과정에서 수지 재료가 회전 부위에 끼임에 따른 과부하로 장비가 정지하거나 고장이 발생하는 가능성을 현저하게 줄일 수 있도록 스팀 발생기와 망간용접봉 자체를 용접하여 형성된 블레이드를 사용하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 범퍼 커버 또는 페인트가 도포된 각종 플라스틱 및 수지 제품(이하 '도장수지제품'이라 통칭함)은 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 합성수지로 성형 및 제작되며, 제품의 표면에 다양한 색상의 페인트가 도포되어 있다.
상기의 도장수지제품을 사용한 후, 손상 및 파손으로 버려지는 폐품을 수거하고 소정의 처리과정을 거쳐 수지원료로 재활용하게 되는데, 이를 위해서는 제품 표면의 페인트를 완전히 제거해야만 한다. 이에 따른 페인트 제거 방법으로는 염산, 황산 등의 약품을 이용한 화학적 처리방법 또는 마찰부재(브러시)의 마찰력을 사용하는 기계적 처리방법이 대표적이다. 그런데 전자의 화학적 처리방법은 약품처리 시간이 길고 페인트의 제거효율이 80 ~ 85% 정도로 처리효율이 낮고, 수지제품이 녹으면서 수지원료의 손실은 물론 약품이 혼탁해지며, 잔여물이 남아 약품의 세척 및 후처리공정을 필요하여 비효율적이다. 특히 화학약품의 유해성은 물론 심각한 수질(대기)오염을 유발함은 물론 다량의 폐수와 유해물질이 발생하는 등의 심각한 환경오염 문제를 유발한다. 또 후자의 기계적 처리방법(장치)에 관하여 아래의 선행기술들을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 다른 선행 기술로는 공개번호 10-2019-0011934에는 재활용 폐 도장수지 칩의 페인트 박리장치가 개시되어 있다.
하지만, 상기 공개 특허에 개시된 페인트 박리장치는 드럼의 축 방향 중심부에 관통 삽입된 상태로 양측이 고속 회전하게 설치됨에 따라 플라스틱 칩이 회전 부위에 끼어 회전모터에 과부하가 걸려 정지되는 일이 비일비재하게 발생할 뿐만 아니라, 상기 드럼의 입구에 연결된 예열관체를 통해 열기를 공급하는 히터는 그 내부 온도를 25 ~ 50도씨 범위 이내로 유지하기 위한 것으로 플라스틱 칩에 현저한 유연성을 줄 수가 없어 실제 가공 현장에 적용하기가 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 일체의 화학 약품을 사용하지 않고 기계적인 방식으로 폐 플라스틱의 표면에서 도장을 박리하면서도 박리 과정에서 수지 재료가 회전 부위에 끼임에 따른 과부하로 장비가 정지하거나 고장이 발생하는 가능성을 현저하게 줄일 수 있도록 스팀 발생기와 망간용접봉을 기반으로 제작된 블레이드를 사용하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치는,
폐 플라스틱 칩을 저장 및 공급하기 위한 것으로 상단에는 투입구(104), 하단에는 배출구(106)가 구비된 호퍼(102)와;
폐 플라스틱과 그 도막 종류에 따라 100℃ ∼ 150℃ 범위에서 선택된 온도로 스팀을 발생하는 스팀발생기(11)와;
상부가 호퍼(102) 하단의 배출구(106)와 결합되는 하우징(120)과;
하우징(120)의 상단부에 구비되어 상기 스팀발생기(11)로부터 발생된 스팀이 공급되는 공간부(122)와;
하우징(120) 내부에 수납되는 드럼(124); 및
드럼(124)을 회전시키는 회전 모터(126)를 포함하고,
상기 드럼(124)에는 나선형 블레이드(1240)가 형성되어 있고, 상기 나선형 블레이드(1240)는 드럼(124)의 외면에 용접봉 자체를 용접 부착하여 회전 중심축에 대하여 나선형을 이루도록 하고 상면을 평탄하게 연마처리함으로써 이루어지며, 샤프트에 결합되어 회전 모터(126)에 의하여 회전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용접봉은 JIS 규격으로는 DF MA-200-B, DIN 규격으로는 E7-250K을 만족하는 망간강 용접봉인 것이 바람직하다.
또한, 상기 나선형 블레이드(1240)는 상기 드럼(124)상에 용접된 후에 구상화 풀림 또는 확산 풀림중에서 선택된 풀림 처리가 되어 이루어진 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 나선형 블레이드(1240)는 연속형 블레이드(4240)및 파단형 블레이드(4242)가 교번적으로 형성된 복합 나선형 블레이드인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치는 스팀 발생기와 망간용접봉을 기반으로 제작된 블레이드를 사용함으로써 일체의 화학 약품을 사용하지 않고 기계적인 방식으로 폐 플라스틱의 표면에서 도장을 박리하면서도 박리 과정에서 수지 재료가 회전 부위에 끼임에 따른 과부하로 장비가 정지하거나 고장이 발생하는 가능성을 현저하게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치가 적용된 플라스틱 재활용 설비의 구조의 일예를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치의 구조를 나타낸 측단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 적용된 나선형 블레이드의 구조를 나타낸 정면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 적용된 나선형 블레이드의 구조를 나타낸 정면도, 및
도 5는 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 구비되는 나선형 블레이드(1240)와 스팀의 작용 효과를 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치가 적용된 플라스틱 재활용 설비의 구조의 일예를 나타내었다.
도 1을 참조하면, 폐 플라스틱의 도장 박리 장치가 적용된 플라스틱 재활용 설비는 분쇄품(100)을 공급받는 호퍼(102)와, 40kW급 스팀발생기(11), 호퍼(102)로부터 공급된 폐 플라스틱 칩의 표면에서 도장을 박리하는 폐 플라스틱 도장 박리 장치(12), 이송 스크류 콘베어(13), 버켓 콘베어(14), 진동채(15), 탈수기(16), 트롬멜(17), 이송부로워(18), 분진집진장치(190), 사일로(192), 및 배출 스크류(194)를 거쳐 완제품(196)이 얻어진다. 스팀발생기(11)는 폐 플라스틱과 그 도막 종류에 따라 100℃ ∼ 150℃ 범위에서 선택된 온도로 스팀을 발생한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치의 구조를 측단면도로써 나타내었다.
도 2를 참조하면 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치(12)는 폐 플라스틱 칩을 저장 및 공급하기 위한 호퍼(102)를 구비하고, 호퍼(102) 상단에는 투입구(104)를 구비하며, 호퍼(102) 하단에는 배출구(106)를 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치(12)는 상부가 호퍼(102) 하단의 배출구(106)와 결합되는 하우징(120), 하우징(120)의 상단부에 구비되어 스팀이 공급되는 공간부(122), 하우징(120) 내부에 수납되는 드럼(124), 및 드럼(124)을 회전시키는 회전 모터(126)를 구비한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 적용된 나선형 블레이드가 형성된 드럼의 구조를 정면도로써 나타내었다,
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 적용된 드럼(124)에는 나선형 블레이드(1240)이 형성되어 있다. 상기 나선형 블레이드(1240)는 드럼(124)의 외면에 용접봉 자체를 용접 부착하여 회전 중심축에 대하여 나선형을 이루도록 하고 상면을 평탄하게 연마처리함으로써 이루어지며, 샤프트에 결합되어 회전 모터(126)에 의하여 회전된다.
본 발명에 따르면 드럼(124)의 외면에 별도의 금속 블레이드를 부착하지 않고 용접봉 자체를 용접 부착하며 용접봉으로는 현장에서 흔히 망간 용접봉 또는 용접봉이라 부르는 망간 고함유 용접봉을 사용한다. 예컨대, 상기 용접봉은 JIS 규격으로는 DF MA-200-B, DIN 규격으로는 E7-250K을 만족하는 13% 정도의 망간을 함유하는 고농도의 망간강 용접봉을 사용한다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 드럼 상에 용접봉을 용접한 후, 열처리 중에 강의 강도와 경도를 떨어뜨리는 역할을 하는 풀림(annealing)처리중에서 구상화 풀림 또는 확산 풀림중에서 선택된 풀림 처리가 되어 이루어진다.
망간은 대부분의 용접봉에서 필수적인 합금 첨가물이다. 망간은 몇 가지 기능을 가진다. 망간은 용접 용착물의 강도를 강화하는 주요 강화 합금이다. 망간은 용융된 용접 금속에서 황 성분과 화학적으로 반응할 때 탈산소제로 작용한다. 현재 종래의 용접봉에 사용되는 망간의 양은 강도와 연성에 대한 표준에 맞는 용접 등급을 만들어내기 위해 철과 합금 원소들을 최적으로 조합함을 반영하는 것이다.
JIS 규격으로는 DF2B-500-B을, DIN 규격으로는 E1-500을 만족하는 저수소계 피복 용접봉은 균일한 마르텐사이트 조직을 나타내고 금속간 및 토사경마모용으로 사용되는데 플라스틱 도장 박리에 사용하면 용접면 크랙이 발견되고 드물게 탈락이 발생한다.
한편, SUS 재질로 이루어지는 드럼(124)의 외면에 용접하면 지나친 강성으로 인하여 투입된 폐 플라스틱 칩과 부딪치면서 전혀 유격이 없이 지속적인 충격이 가해져 용접 경계면에 크랙 또는 탈락이 발생하였다. 이를 방지하기 위해 본 발명에서는 소둔 열처리를 행한다. 소둔 열처리는 완전풀림, 확산풀림, 구상화풀림, 응력제거풀림, 저온풀림, 및 중간풀림으로 구분될 수 있는데 본 발명에서는 확산 풀림, 구상화 풀림, 및 응력제거 풀림중에서 선택된 풀림을 사용한다.
구상화풀림(spheroidizing annealing)은 A1변태점 근처인 700도 부근에서 이루어진다. 탄소는 보통 Fe와 결합하여 층상시멘타이트(Fe3C)로 존재하고 길죽하게 층층이 겹겹으로 쌓여있어 매우 단단하며 탄소가 층상으로 배열되어있으면 플라스틱 표면상의 도장 박리가 장시간 일어지면 블레이드 용접면에 크랙을 유발한다. 따라서, 층층이 쌓여있던 탄소를 동그랗게 만들어주는 작업이 바로 구상화풀림 열처리이고 균열이 생기지 않는다.
확산 풀림(diffusion annealing)은 풀림처리중 가장 높은 온도(1300도정도)에서 이루어지는데, 대표적인 유해한 원소들 중에서 황(S)이나 인(P)등이 뭉쳐있으면 가공할 때 심각한 해를 끼치는데 이러한 유해한 원소들을 확산, 분산시켜 크랙이나 탈락이 생기지 않는다. 다만, 이렇게 높은 온도에서 장시간 열처리하다보면 금속조직의 결정립이 커지는 현상이 발생하는데 이렇게 되면 강의 기계적성질을 떨어뜨리므로 열처리 시간에 유의해야 한다.
한편, 금속에 단조, 주조, 기계가공 및 용접 등의 가공을 하면 금속내부에 잔류응력(stress)이 생긴다. 이 잔류응력은 시간이 지남에 따라 금속의 치수나 모양을 변화시켜 용접면으로부터의 탈락이 발생한다. 따라서, 본 발명에 응력제거풀림 처리를 적용하여 실험해본 결과, 잔류응력을 제거함으로써 탈락을 예방할 수 있었으나, 크랙 발생은 크게 줄어들지 않았다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 적용된 나선형 블레이드의 구조를 정면도로써 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 적용된 드럼(424)에는 연속형 블레이드(4240) 및 파단형 블레이드(4242)가 교번적으로 형성되는 복합 나선형 블레이드(424)가 구비되어 있다. 복합 나선형 블레이드(4240)는 드럼(424)의 외면에 회전 중심축에 대하여 나선형을 이루도록 용접하고 상면을 평탄하게 연마처리하여 이루어진다.
이와같이 드럼(424)에 연속형 블레이드(4240) 및 파단형 블레이드(4242)가 교번적으로 형성되어 있는 복합 나선형 블레이드(424)를 적용하면, 도장 박리 대상인 폐 플라스틱 칩이 어느 하나의 트랙에 몰려 집중되는 경우가 발생하여도 연속형 블레이드(4240)와 파단형 블레이드(4242) 사이에서 신속하게 분산된다. 따라서, 기계적인 방식으로 폐 플라스틱의 표면에서 도장을 박리하면서도 박리 과정에서 수지 재료가 회전 부위에 끼임에 따른 과부하로 장비가 정지하거나 고장이 발생하는 가능성을 보다 더 확실하게 줄일 수 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 구비되는 나선형 블레이드(1240)와 스팀의 작용 효과를 설명하기 위한 도면을 나타내었다.
도 5를 참조하면 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 구비되는 드럼(124)의 외면에 망간 용접봉을 용접하고 표면을 연마 및 평탄화하며 그 용접 두께는 약 1mm, 폭 10mm, 피치 80mm로 나선형 블레이드(1240)를 이루도록 한다.
상기 폐 플라스틱 도장 박리 장치를 가동하면 호퍼(102) 하단의 공간부(122)로부터 드럼(124)과 하우징(120) 사이로 도장 박리 대상인 폐 플라스틱 칩(R)이 들어가는데, 폐 플라스틱 칩(R)은 블레이드(1240)의 두께보다 미소하게 두꺼운 1.2mm로 준비되므로 드럼(124)의 회전을 방해하여 잦은 오류가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 과부하에 의하여 고장을 유발할 수도 있다.
하지만, 본 발명에 따른 폐 플라스틱의 도장 박리 장치는 호퍼(102) 하단의 공간부(122)로 투입되는 폐 플라스틱과 그 도막 종류에 따라 100℃ ∼ 150℃ 범위에서 선택된 온도로 스팀을 발생하여 공급하여 폐 플라스틱 칩(R)의 온도가 상승함으로써 탄성이 생겨 1.0 mm 정도로 압축될 수 있게 되어 블레이드(1240)와 하우징(120) 사이의 좁은 영역으로 끼어져 들어가면서 비스듬하게 밀어 내리거나 올리면서 폐 플라스틱 칩(R) 표면의 도장이 박리된다.
특히 호퍼(102)의 하단에 구비되는 공간부(122)에 스팀발생기(11)에 의하여 발생되는 스팀에 의하여 수증기 입자(W)가 폐 플라스틱 칩(R)의 표면에 부착되어 윤활 및 온도조절 작용을 하여 원활하고 끼임이 없을 뿐만 아니라 플라스틱 표면이 순간적으로 녹거나 변성되지 않는다. 통상의 히터에 의한 예열 방식은 드럼(124)이 회전하면서 끼임 현상에 의한 정지 및 과부하가 발생하거나 플라스틱 표면이 녹아 변성되는 종래의 문제를 대폭 개선한 것이다.
100 : 분쇄품 102 : 호퍼
104: 투입구(104) 106 : 배출구
11 : 스팀발생기
12 : 폐 플라스틱 도장 박리 장치
120 : 하우징 122 : 공간부
124 : 드럼 1240 : 나선형 블레이드
126 : 회전 모터
13 : 이송 스크류 콘베어
14 : 버켓 콘베어
15 : 진동채
16 : 탈수기
17 : 트롬멜
18 : 이송부로워
190 : 분진집진장치
192 : 사일로
194 : 배출 스크류
196 : 완제품
424 : 복합 나선형 블레이드
4240 : 연속형 블레이드 4242 : 파단형 블레이드

Claims (6)

  1. 폐 플라스틱의 도장 박리 장치에 있어서,
    폐 플라스틱 칩을 저장 및 공급하기 위한 것으로 상단에는 투입구(104), 하단에는 배출구(106)가 구비된 호퍼(102);
    폐 플라스틱과 그 도막 종류에 따라 100℃ ∼ 150℃ 범위에서 선택된 온도로 스팀을 발생하는 스팀발생기(11);
    상부가 호퍼(102) 하단의 배출구(106)와 결합되는 하우징(120);
    하우징(120)의 상단부에 구비되어 상기 스팀발생기(11)로부터 발생된 스팀이 공급되는 공간부(122);
    하우징(120) 내부에 수납되는 드럼(124); 및
    드럼(124)을 회전시키는 회전 모터(126)를 포함하고,
    상기 드럼(124)에는 나선형 블레이드(1240)가 형성되어 있고, 상기 나선형 블레이드(1240)는 드럼(124)의 외면에 용접봉 자체를 용접 부착하여 회전 중심축에 대하여 나선형을 이루도록 하고 상면을 평탄하게 연마처리함으로써 이루어지며, 샤프트에 결합되어 회전 모터(126)에 의하여 회전되는 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용접봉은 JIS 규격으로는 DF MA-200-B, DIN 규격으로는 E7-250K을 만족하는 13% 망간강 용접봉인 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 나선형 블레이드(1240)는 상기 드럼(124)상에 용접된 후에 구상화 풀림 또는 확산 풀림중에서 선택된 풀림 처리가 되어 이루어진 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 나선형 블레이드(1240)는,
    연속형 블레이드(4240)및 파단형 블레이드(4242)가 교번적으로 형성된 복합 나선형 블레이드인 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 용접봉은 JIS 규격으로는 DF MA-200-B, DIN 규격으로는 E7-250K을 만족하는 망간강 용접봉인 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복합 나선형 블레이드는 상기 드럼(424)상에 용접된 후에 구상화 풀림 또는 확산 풀림중에서 선택된 풀림 처리가 되어 이루어진 것을 특징으로 하는 폐 플라스틱의 도장 박리 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104589541A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 李勇 一种废旧轮胎粉料还原设备螺旋叶片合金堆焊装置
KR102228307B1 (ko) * 2019-09-17 2021-03-15 유효진 범퍼 분쇄물 페인트 박피기
CN215464962U (zh) * 2020-12-22 2022-01-11 埃维恩(上海)机械有限公司 一种具有“错位交叉”型多组刀片结构的转轴机构

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