KR830000219B1 - 시멘트제조용 회전가마 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

시멘트제조용 회전가마

제1도는 습식 시멘트 가마(wet-feed cement kiln)의 정면도,

제2도는 전식 시멘트 가마(dry-feed cement kiln)의 개략도,

제3도는 냉각기를 가진 시멘트 가마의 개략도,

제4도는 한 형태의 리프팅부재(lifting member)를 가진 시멘트 가마의 부분 종단면도,

제5도는 제4도를 X-X선으로 자른 단면도,

제6도는 다른 형태의 리프팅부재를 가진 시멘트 가마의 부분 종단면도,

제7도는 제6도를 Y-Y선으로 자른 단면도,

제8도-제16도는 리프팅부재의 또 다른 구조를 보인 단면도이다.

본 발명은 시멘트를 제조하기 위한 회전가마(roating kiln)에 관한 것이다.

시멘트를 제조할 때 한쪽단부로 원료가 공급되는 회전가마가 사용되는 것은 일반적으로 알려진 사실이다. 이러한 가마는 원료가 가마의 상측단에서 공급되도록 수평에 대하여 일정한 각도로 경사져 있으면서 회전하는 데, 이것이 회전될 때에는 가마의 하측단부로 공급되는 열에 의하여 원료주의 수분의 증발된다 만일 원료가 습하다면)이 원료는 점차 무수상태로 건조된 후 이산화탄소를 빼앗겨 고체화된 다음 냉각되기 전에 소성대로 알려져 있는 로에서 소괴(clinker : 시멘트제조시 생산되는것, 이것을 부수어 시멘트로 함)(이후 소괴라 통칭함)로 형성된다.

가마에 공급되는 열은 석탄이나 석유 또는 가스와 같은 화석연료를 사용하는 버어너(buner)에 의하여 공급되는 열이거나 전기에 의하여 공급되는 열일 수 있다.

본 발명은 시멘트 물질 제조시에 사용하기 위한 적절한 회전가마에 관한 것이다. 시멘트를 제조하기 위하여는 원료로부터 수분을 증발시켜야 하며, 원료를 고온으로 가열시켜서 소괴로 소성시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기에 넣고 소괴를 미분쇄한 다음 다른 원료와 혼합하여 시멘트 제품을 형성한다. 소성대에서 소괴를 형성한 후 이를 저장하거나 운반하기 위하여 냉각시킬 필요가 있다. 이 소괴는 열을 가지고 있어 소쇠가 가마를 떠날때에 열을 가지고 떠나므로 열의 손실을 일으킨다.

본 발명의 목적은 소괴를 냉각시킬 때에 소괴로부텅 ㅕㄹ을 제거하고 또한 소괴를 가마 입구에 있는 냉각 공기로 이동시키는 것이다. 또한 가마에 원료르 공급할 때에 고온의 가스가 가마를 떠나 굴뚝으로 배출되는 경우가 있는 데, 본 발명의 목적은 이러한 고온가스로 부터 발생된 열의 일부를 원료가 가마에 공급될때에 원료에 전달되도록 하는데 있다.

따라서 본 발명은 가마회전시에 가스를 통과시키고, 가마의 내주변에 있는 원료를 가마의 저면으로부터 들어올리도록 하기 위하여 리프팅부재(lifting member)이 ㄴ적어도 하나이상의 링(ring)이 제공되며, 리프팅부재를 낙하시켜 원료가 가마으 저면에 떨어지도록한 시멘트제조용 회전가마르 ㄹ제공한다.

본 발명은 원료가 공급되기 시작하여 가마내에서 소괴가 성형되는 동안에 가스와 원료사이의 열 전달을 원활히 하기 위하여, 가마의 가동중에 원료를 그의 저면으로 부터 들어올리도록 한 수단을 제공한다. 이 원료는 주로 가마으 저면에 놓이며 가마의 회전시에는 일측에서 부분적으로 들추어지나 회전도가 낮을 경우에는 가마의 저면으로부터 일단 분리된 원료가 다시 저면으로 떨어진다. 따라서 가스에 노출되는 원료의 표면을 증가시켜 가스와 원료사이의 열교환이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위하여는 가마의 측부상의 원료를 가마의 상사점(top dead centre) 위로 들어올리는 것이 바람직하다. 이러한 열은 가스로부터 가마의 일측단에 공급된 원료로 교환되고 소괴가 가마를 떠나는 타측단에서는 가여된 고온의 소괴로부터 냉각공기로 교환된다.

본 명세서에서 사용되는 "가마(kiln)"라는 용어에는 시멘트 소괴가 만들어지는 가마 뿐 아니라 본 발명의 목적에 부합되는 것으로 고온시멘트 소괴가 냉각처리될 수 있도록 하는 회전부재도 포함된다. 이러한 회전부재는 수평측을 중심으로 회전가능하게 되어 있고 냉각공기를 주입하여 가열된 소괴와 이 공기와의 열교환이 이루어지게한 후에 이 공기가 원료공급원료를 시멘트 소괴로 소성되게 하는 가마로 통과하게 형성되어 있다.

따라서 본 발명은 수평에서 약간 경사진 축선을 중심으로 회전가능하게 설치된 기다란 관상부재(管狀部材)와 가마내로 원료를 공급하기 위한 수단 및 가마의 하측단 부근에서 원료가 배출되게 하는 수단으로 구성하도되, 가마의 저면으로 부터 원료를 들추어 올리고 다시 가마의 저면으로 원료를 내려보낼 수 있도록 하는 리프팅부재인 링이가마의 내주변에 적어도 한개 이상 설치되어 잇음을 특징으로 하는 시멘트제조용 회전가마를 제공한다.

리프팅부재는 원료가 공급되는 유입구와 원료가 배출되는 배출구를 가지면, 가마가 회전할때에 유입구와 배출구 사이에 통로가 형성되게 하여 이들 유입구와 배출구 사이의 통로에 장입된 원료가 상기의 배출구로부터 다시 가마의 저면으로 떨어질 수 있도록 되어 있다. 이러한 리프팅부재는 가마의 내주변에 설치되어 있는 일련의 관들로 구성되거나 또는 원하는 물질의 빌딩블록(building block)에 의한 내화물 또는 가마내에 있는 내화물질로 구성될 수 있다. 배출구는 유입구의 크기보다 크게하는 것이 좋다.

리프팅부재는 가마의 주변에 링의 형태로 구성되며 다수의 링이 제공될 수 있는데, 이때 뱅커링(banker ring)이나 일측링으로 부터 다음 링으로 유동되는 원료의 유동을 억제하는 다른 수단을 이용하여 각각의 링을 분리시켜서 되도록이면 오래동안 원료가 리프팅부재네에 머물게 하고 원료를 보다 높게 들어올리도록 한다. 만약 필요하다면 리프팅부재에 방사상 내측으로 연장된 통로를 형성시켜 리프팅 부재의 배출구에서 원료가 떨어져나가는 것과는 별개로 리프팅부재에서 떨어져 나갈 수 있도록 할 수 있다. 리프팅 부재의 통로는 가마의 회전축에 대하여 평행하게 형성하거나 경사지게 형성할 수 있다. 이것의 경사각도는 원료가 리프팅부재를 신속히 통과할 수 있도록 가마의 가마의 회전방향으로 향하게 하거나, 또는 원료가 리프팅 부재를 통과하는 속도를 줄이기 위하여 가마의 회전방향에 대하여 반대방향으로 향하게 할 수도 있다.

원료와 가마의 가스 또는 시멘트 소괴와 가스 사이의 열전달 효과에 의하여 가마에 동량(同量)의 열이 공급되어 더 많은 양의 소괴를 생산할 수 있거나 또는 가마에 보다 적은 양의 열이 공급되어 동량의 소괴를 생산할 수도 있다.

첨부도니 도면을 참조하면, 시멘트 가마는 수평에 대하여 약간 경사지에 로울러(2)에 의하여 지지된 기다란 관상의 강철동체(1)로 구성된다. 이 강철등체(1)는 피니언(pinion)(4)과 연결되어 있는 링기어(ring gear)(5)를 회전시키는 전동기(3)에 의하여 회전된다. 이 동체(1)는 도면에서 상세히 도시하지 않았으나 내화벽돌로 내장되어 있다. 버어너파이프(buroer pipe)(6)는 동체(1)의 하단으로 부터 등체(1) 내부로 연장되어 있고 송풍기(7)로 부터 공기가 공급되며 석탕공급파이프(8)를 통하여 미분탄이 공급된다.

등체(1) 내로 공급된 미분탄은 동체(1)의 벽돌내장(또는 내장상에 시멘트 소괴를 형성하는 물질을 사용)에 부딪치는 분사형태로 연소되어 시멘트 소괴를 형성하는 반응이 일어날 수 있는 수준까지 온도를 높인다.

시멘트원료는 수성의 슬러리(slurry) 형태로 가마의 동체상단부, 즉 화살표(S)방향으로 가마의 동체(1)에 공급되어 슬러리를 건조하고 파쇄하는 예열지역(A)의 일부인 체인구간(chain section)(9)을 통과하고, 이산화탄소가 탈취되는 CO₂지역(B)을 통과한후 시메트 소괴형성반응이 일어날 수 있도록 온도를 충분히 상승시키는 연소지역(C)를 통과한다. 분말원료는 반응중에 용융되며 연소지역(C)을 지나 냉각지역(D)을 통과할 때에는 시멘트 소괴로 생성된다. 이렇게하여 생성된 시멘트 소괴는 개구(aperture)(10)을 통과한 후 가마로 유입되는 연소가스에 열을 전달시켜서 연소효율을 높이는 열교환기(11)를 통하여 배출된다.

이후 설명되는 바와 같이 제4도-제16도의 형태로된리프팅부애의 링(12)은 가마동체(1)의 개구(10) 상측부와 연소지역(C)의 상측부 및 등체(1)의 상단부에 설치되어 있다. 최하부에 있는 링(12d)은 열이 고온의 소괴로부터 후레임(flame)을 향하여 등체(1)의 상부로 향하는 연소공기로 전달되게 하여 원료의 온도를 신속히 상승시켜서 이산화탄소가 탈취되게 한다. 최상부에 있는 링(12a)은 화살표(G)방향으로 가마를 떠나는 가스로부터 저온의 열이 가마동체(1)로 공급되는 슬러리에 전달될 수 있게 한다.

제2도에서 도시한 건식 가마에서는 습식 가마에서 필요한 기다란 예열건조지역을 필요로 하지 않는다. 예열지역과 CO2 지역이 결합된 지역(B)에 원료의 온도를 연소온도로 상승시키는 리프팅부재의 일련의 링(12b)등을 배열시켰으며, 또한 소괴를 냉각하고 연소공기를 예열시킬 수 있도록 가마의 소괴 배출구 부근에 링(12d)을 설치하였다.

제3도에서 도시한 가마동체(1)는 습식 또는 건식 양요으로서, 예비냉각된 소괴가 리프팅부재의 최하부에 있는 링(12d)을 떠나서 리프팅부재인 일련의 링(31)이 배열되어 있는 외부 냉각기(30)를 통과하게 되어있다. 냉각기(30)는 가마와 유사한 방식으로 회전하며, 공기는 화살표(T) 방향으로 냉각기를 통과한고 공기중의 일부는 버어너파이프(6)에 공기를 공급하는 송풍기를 통하여 흡입된다. 따라서 열이 소괴로 부터 공기로 매우 효율적으로 전달되므로 냉각기(30)를 떠나는 소괴는 취급하기 쉽게 충분히 냉각될 것이다.

제1도, 제2도 및 제3도에서 도시한 가마는 석탄 또는 가스로 점화되는 버어너를 가진 가마에 관한 것이나, 본 발명에 의한 가마는 다른 가열장치, 예를 들어 전기적인 가열장치를 사용한 것이다.

제4도 및 제5도는 내화벽돌 또는 세라믹(ceramic)재질로 구성되어 있어서 가마의 고온 연소지역(C)에 또는 그 가까이에서도 적절히 사용할 수 있는 리프팅부재의 형태를 도시한 것이다. 제5도는 가마의 하부에서 원료유입구측을 향하여 바라본 도면이다.

가마의 강철 외갑체(40)에는 리프팅부재의 링이 설치되는 곳을 제외하고는 내화벽돌(41)로 내장되어 있다. 리프팅부재는 강철외갑체(40)의 내면에 설치된 내화블록(refractoryblocks)(42)으로써 형성되어 있으며, 이 블록(42)에는 원료가 통로(43)로 유입되도록 하는 유입구(43a)와 원료가 블록을 떠다노록하는 배출구(43b)가 형성되어 있다. 통로(43)의 표면은 외갑체(40)에 가장 접근된 지점에서는 외갑체(40)의 표면과 평행하게 되어 있으나 축선에 가장 접근된 지점에서는 가마의 축선을 향하여 내향경사져 있다. 따라서 유입구(43a)는 배출구(43b)보다 그 크기가 작다. 블록(42)에 인접한 링은 가마의 내향측으로 점점 작아지는 내화벽돌로 형성된 뱅커링(banker ring)(44)에 의하여 서로 분디뢰어 있다. 이 뱅커 링(44)은 유입구(43a)의 크기를 줄이므로서 이를 통과하는 원료가 정체되게 하여 가마가 회전하는 동안 가마의 내벽양측부로 원료가 들추어지게 한다. 제5도의 구획(5A),(5B),(5c) 및 (5D)은 피프팅부재의 링을 구성하는 내화블록(42)의 배열형태를 보인 것으로 구획(5D)은 통로(43)를 통과하는 원료에 의하여 블록이 마모되는 것을 방지하도록 하는 테이퍼형의 관상내장부재(管狀內裝部材)(45)가 설치된 통로(43)을 보이고 있다. 내장부재(45)는 세라믹 또는 금속으로된 내화물로 형성되어 있고 링은 가마의 고온지역에 위치한다.

제4도에서 원료는 화살표(M)방향인 가마의 하측으로 흘러내려가며, 리프팅부재는 여러가지의 주요기능을 수행하게 된다. 첫째로, 원료가 각 링의 상류측에서 층을 이루므로서 가마의 회전시 가마의 측부로 높게 타고 흐르게하여 가마내부를 거슬러 흐르는 가스에 대한 접촉표면을 증가시키게 한다. 둘재로, 가마의 회전시에 원료의 일부가 통로(43)를 통하여 가마의 주변으로 이동된다. 셋째로, 통로(43)로 이동되는 원료의 일부는 블록이 그의 회전경로의 상부축을 통과할 때 떨어지도록 하고, 통로(43)의 내향 테이퍼형태가 이들 원료가 떨어지는 현상을 보조케하므로서 가마를 가로지르는 "간벽(curtain)"을 형성하여 가스와 접촉되는 원료의 표면적을 증가시킨다. 넷째로, 원료가 블록의 통로(43)를 통과할 때에 열이 블록과 원료사이에 전달되게 하고, 블록이 이것의 환상통로으 잔류부를 통과할 때 이들은 다시 가마내에서 유동하는 가스에 의하여 가열되거나 냉각된다. 열전달방향은 링의 위치에 따라 변화하는 바, 연ㅎ소지역의 상류측에서는 열이 블록을 통하여 가스로 부터 원료에 전달되고 하류측에서는 열이 원료로 부터 공기로 전달된다. 뱅커 링(44)은 링을 통하여 가마의 저부로 들어가는 원료의 통과속도를 지연시켜주므로서 원료와 링의 접촉시간을 증가시켜준다. 이러한 뱅커링은 구조에 따라서 생략할 수도 있다.

제6도 및 제7도에서 도시한 리프팅부재는 본래 습식가마의 최상부에 있는 단에 사용하는 것으로, 이 리프팅 부재는 내화벽(61) 사이의 브래키트(bracket)(62)에 의하여 가마 외갑체(40)의 내화벽상에 설치되고 외갑체940)의 내면에 용착된 테이퍼형의 관상동체(60)로 구성되어 있다. 이 동체(60)는 각 단부가 부분적으로 강철제 철망(63)으로 폐쇄되어 있으며 철제 볼(steel ball)(64) 또는 이와 유사한 금속 조각들이 함유되어 있어서 동체(60) 내부가 녹스는 것을 방지해주고 슬러리에 의하여 폐색되는 것을 방지해주어서 열전달이 효과적으로 이루어지게 한다. 뱅커링(44)은 제4도 및 제5도에서 도시한 것과 같이 동체(60)의 링을 분리한 것이다.

제8도-제11도는 제4도 및 제5도에서 도시한 것과 유사한 리프팅부재의 링에 형성된 통로의 다른 형태를 보인 것으로, 제8도와 제9도는 이전에 보인 바와 같은 테이퍼형 통로를 도시한 것인 반면에 제10도와 제11도는 테이퍼형이 아닌 통로를 도시한 것이다.

제10도의 구획(10A)과 제11도의 구획(11A)은 그 축선이 가마의 축서에 평행한 통롤르 보이고 있으며, 구획(10B)와 구획(11B)은 그 축선이 가마의 회전방향으로 경사져서 리프팅부잴르 지나는 원료의 통과속도를 완화시킬 수 있도록 한 통로를 보이고 있다. 언급된 경사정도는 도면에 상세히 도시되어 있다. 구획(10C) 및 구획(11C) 에서 보인 통로는 구획(10B) 및 구획(11B)의 통로와 반대방향으로 경사져 있어 리프팅부재를 지나는 원료의 통과속도를 가속시킬 수 있도록 되어 잇다. 이러한 통로의 서로 다른 형태는 국부적인 유동속도의 변화나 열전도의 변화를 조절할 수 있도록 한 것으로, 이러한 다른 형태의 링을 조합하여 사용할 수 있다.

제12도-제16도는 링을 구성하는 블록(121)에 형성되어 있으며 가마의 방사성 내향측으로 향한 개방부가 형성된 통로(120)를 가진 리프팅부재의 여러 형태를 보이고 있다. 이러한 형태는 원료가 이것의 통로에 따라 상부측으로 이동되었을 대 이 통로로 울반되는 원료의 많은 부분 또는 모두가 하측으로 떨어져 내릴 수 있도록 되어 있다.

제12도와 제8도의 도면에서 보인 통로의 내면과 같이 내측방향으로 경사져 원료의 낙하를 보조하는 내측면(122)을 가진 통로를 도시하였다. 제13도는 제12도와 유사하나 내측방향으로 경사지지 않은 통로의 세가지 형태를 도시한 거승로, 제13도으 구획(A)에서의 통로는 링을 직선적으로 통과하는 반면에, 구획(B)(C)의 통로는 가마의 회전방향에 대하여 경사져 있어서 구획(13B)에서는 원료의 통과속도를 느리게 하고 구획(13C)에서는 빠르게 한다.

제14도와 제15도는 제13도와 유사한 통로형태를 도시한 반면에, 제16도에서는 통로가 가마의 축선에 대하여 단순히 경사져 있지 아니하고 꼬여진 형태로 되어있는 것을 도시한 것으로, 구획(B)의 형태는 원료의 통과속도를 느리게 하는 반면에 구획(C)의 형태는 가마를 통과하는 원료의 속도를 빠르게 한다.

제8도-제16도의 모든 링은 원료가 가마로 주입되는 단부를 향하여 가마를 위로 바라보는 방향에서 도시한 것이다. 이들 링은 제5도에서 도시한 바와 같이 적절한 형태의 블록으로 형성될 수도 있다.

이와같이 리프팅부재를 가진 가마는 이를 통과하는 원료에 또는 원료로 부터의 효과적인 열전도가 이루어지는 것으로서, 소결(燒結) 과정은 라이닝에서 방사되는 열에 의하여 전적으로 이루어지지 아니하고 가마와 가스로 부터 방사되는 열이나 가마를 떠나는 소괴로부터 방사도는 유요한 열에 의하려 이루어지는 것이다. 따라서 본 발명에 의한 원료의 생산성은 소정의 에너지 소모에 대하여 증가되거나 또는 에너지 소모가 소정 원료의 생산성에 대하여 감소될 수도 있다.

본 발명에 따른 이와 같은 새로운 가마는 동일한 성능의 일반적인 가마보다 구조가 간단하여 소요경비를 줄일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 수평에 대하여 경사진 축선둘레로 회전가능하게 설치된 기다란 관상부재,원료를 관상부재로 공급하는 수단, 원료를 관상부재의 하측단으로 배출하든 수단 및 관상부재의 내주변상에 정확하게 설치되어 관상부재의 방사상내측으로 연장된 적어도 하나 이상의 리프팅부재의 링으로 구성시키되, 관상부재의 중심단면은 그를 통과하는 가스의 흐름에 대하여 어떠한 방해를 하지 않도록 형성되어 있고, 각 리프팅부재에는 원료가 유입되는 유입구, 원료를 배출하는 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 원료가 통과하는 통로를 형성시켜 원료를 관상부재의 저면으로부터 들추어 올리게도 하고 관상부재의 저면으로 낙하시키기도 하는 시멘트 제조용 회전가마에 있어서, 리프팅부재를 단일 형태의 동체 또는 동일형태로 된 여러개의 동체로 형성시킨 시멘트제조용 회전가마.

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