WO2013183914A1

WO2013183914A1 - 원료의 장입장치 및 장입방법

Info

Publication number: WO2013183914A1
Application number: PCT/KR2013/004920
Authority: WO
Inventors: 정해권; 권기웅; 조병국; 손상한; 황병운; 양영철; 이종남; 우종수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-12-12
Also published as: CN104350347B; JP2015522786A; CN104350347A; JP5951895B2; EP2857781A4; EP2857781A1

Abstract

본 발명은 원료의 장입장치 및 장입방법에 관한 것으로서, 원료를 마련하는 과정과; 상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정; 및 상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정;을 포함하여, 장입 슈트에서 이탈하는 다양한 밀도 및 크기를 갖는 원료의 수평 이탈 속도를 증대시킴으로써 원료의 통기성을 향상시킬 수 있다.

Description

원료의 장입장치 및 장입방법

본 발명은 원료의 장입장치 및 장입방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료의 통기성을 향상시킬 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법에 관한 것이다.

일반적으로 소결공장에서는 소결원료를 장입장치를 이용하여 소결기의 소결대차로 장입하여 소결광을 제조하고 있다. 도 1에는 일반적인 소결원료 장입장치가 도시되어 있다. 소결원료 장입장치는, 미분 철광석, 석회석 등 부원료 및 연료인 미분 코크스를 배합한 소결원료(1)가 저장된 소결원료호퍼(2)와 이 소결원료를 그 회 전에 의해 소결원료호퍼의 호퍼게이트(4)를 거쳐 하부로 공급하는 드럼 피더(3)로 구성되는 원료공급부와, 공급되는 소결원료를 소결대차(8)에 먼저 깔려 있는 바닥광의 위로 장입하는 슈트(9)로 구성되어 있다. 슈트(9)는 경사판(11)으로 이루어져 소결대차(8)의 상부에는 작은 입자, 하부에는 큰 입자가 장입(수직편석조장)되도록 소결원료를 분급하는 역할을 한다. 소결대차(8)에 소결원료(1)가 장입되면 소결원료의 표면을 표면고름판(6)으로 고르게 하여 점화로(7)에서 점화하고 흡인블로어(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 소결원료 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결반응을 진행시켜 소결광을 제조한다.

이러한 소결조업에 있어서는, 소결대차에서의 원료의 장입상태를 하부에는 큰 입자, 상부에는 작은 입자가 위치하도록(수직편석조장)하여 연료인 코크스가 상부에 많도록 인위적으로 조장하는 것이 필요하다. 수직편석이 효과적으로 조장되면, 소결기 상-하 방향의 열량불균형 현상이 억제되는 한편, 소결기내 원료층에 유입되는 공기의 저항(통기저항)을 낮추어 소결광 생산성이 향상된다. 이때, 가능하면 소결기 폭방향으로도 원료의 장입밀도를 계속하여 고르게 유지되도록 하는 것이 최상인 것은 주지의 사실이다.

그러나 소결 원료층의 상층부는 중.하층부에 비해 층내 온도가 낮고 고온으로 유지되는 시간이 짧아 상층부의 소결광은 용융 결합이 약하기 때문에 소결광의 강도가 낮고, 득률이 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하고자 소결 배합 원료의 편석 장입 및 분코크스 또는 미분광을 원료층의 최상층으로 유도하기 위한 다양한 장입 장치 및 방법에 제안되어 있다.

예컨대 일본 공개특허공보 특개2000-160261호에서는 배합원료가 이송되는 경사슈트 후방에 보조 경사슈트를 설치하여 분코크스를 소결 베드층 상부에 독립적으로 불출함으로써 편석 효율을 높이는 방식을 제안하였다. 이 방안은 편석 효율을 증가시키기 위한 추가 장치를 설치해야 하는 부담이 있다.

이와 유사하게 국내 공개특허공보 2004-17540호에서는 3㎜ 이하의 입도를 갖는 분코크스를 소결 배합 원료 장입과 독립적으로 대차 내에 장입하기 위하여 경사슈트 후면에 분코크스 수송용 피더를 설치하여 소결 원료 표층부에 분코크스를 첨가하는 방식을 채택함으로써 소결광의 결합 강도와 회수율을 향상시키고자 하였다. 또한, 국내 공개특허공보 2002-7085호에서는 장입 장치의 중, 하단 사이에 열원 첨가용 스크류 피더를 장착하여 양방향 스크류 피더로부터 공급되는 분코크스를 스크류 피더 하부의 진동 바이브레이터를 이용하여 대차로 장입하는 방식을 제안하였다.

또한, 국내 공개특허공보 2000-41274호에서는 배합 원료층의 두께 방향으로 배합 원료 내 존재하는 코크스의 장입 분포를 조절하기 위하여 드럼 피더에 일정 간격을 가지며 하방으로 배열되는 체인을 설치하여, 배합 원료의 장입 분포 조절하는 방식을 채택하여, 대차 내 원료층의 최상층에서 코크스의 비율을 최하층 대비 0.5%이상 분포시키는 방법을 제시하고 있다. 그러나 배합 원료가 경사슈트로부터 낙하할 때, 배합 원료나 분코크스(특히 미립 코크스)가 체인에 부딪혀 소결 대차 상층으로 유도되기 때문에 장시간 사용할 경우 체인에 부착되는 부착광에 의하여 분코크스의 분리 효율을 유지하기 힘들다.

그리고 국내 공개특허공보 2002-46070호에서는 분코크스와 미립원료를 원료층 최상단에 편석 장입하기 위하여 공기분사수단을 사용하여 입도가 미세한 원료 및 분코크스를 분급시켜 분리하여 원료층 상부에 장입하기 위하여, 경사슈트 후방에 제2슬로핑 슈트 설치하고 하부에 분급 원료량 검지계기 설치하여 공기분사노즐로부터 토출된 공기에 의해 세립 입자들은 제2 슬로핑 슈트로 이동하여 원료층 상부에 장입되는 방식을 채택하고 있다. 하지만, 비산 먼지가 많은 소결공장 특성상 공기 주입에 의한 원료의 분급은 조업 환경 악화 및 주변 장치의 수명에 악영향을 미치게 된다. 이와 유사한 방법은 일본 공개특허공보 1995-034142호에도 제시되어 있다. 이외에도 원료를 편석 장입하기 위한 다양한 기술들이 선행기술문헌에 제시되어 있다.

이와 같은 장입 장치 및 방법들은 분코크스 및 미립원료(미분광)를 소결 원료를 소결 대차 내 원료층 상부에 편석 유도하는 방식으로, 경사 슈트 전체 또는 일부에 공기 주입 또는 진동을 통하여 원료흐름의 방향을 바꾸는 방식을 채택하여 소결 공장 내 환경을 악화시키거나, 별도로 부가 장치 설치해야 하므로 설비 비용이 증가하게 되며, 그 유지 보수도 어려운 문제점이 있다.

또한, 실제 조업 중 슈트 상에 부착광이 발생하거나 소결대차에 쌓인 원료가 무너져 내리는 등 다양한 변수에 의해 원료의 장입밀도, 즉 편석도가 저하되어 통기성이 저하되는 문제점이 있다. 이로 인해 소결광의 품질 및 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 장입된 원료의 편석도를 향상시켜 통기성을 향상시킬 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법을 제공한다.

본 발명은 원료의 흐름에 영향을 미치지 않으면서 분코크스 및 미분광의 편석을 유도할 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법을 제공한다.

본 발명은 제조되는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법을 제공한다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 원료의 장입장치는, 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서, 상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 원료의 장입장치는, 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서, 상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 프롤레이트 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3실시 예에 따른 원료의 장입장치는, 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서, 상기 장입 슈트는 복수의 롤이 나란하게 배치되어 원료의 이송경로를 형성하고, 상기 복수의 롤의 중심축은 프롤레이트 사이클로이드 곡선에 위치하고, 상기 복수의 롤 상에 형성되는 상기 원료의 이송 경로는 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 장입 슈트에서 상기 원료가 유입되는 부분이 수직 방향과 이루는 입사각은 상기 원료가 배출되는 부분이 수평 방향과 이루는 탈출각보다 작을 수 있다.

상기 입사각은 5 내지 50°이고, 상기 탈출각은 10 내지 60°일 수 있다.

상기 장입 슈트는 복수의 롤 또는 경사판으로 형성될 수 있다.

상기 복수의 롤은 상기 장입 슈트의 상부에서 하부로 갈수록 직경이 연속적으로 증가하도록 배치될 수 있다.

상기 장입 슈트는 상기 원료의 이동방향을 따라 복수의 영역으로 구분되고, 상기 복수의 롤은 각각의 영역에서 동일한 직경을 갖도록 배치되며, 상기 장입 슈트의 상부 영역에서 하부 영역으로 갈수록 직경이 증가할 수 있다.

또한, 상기 장입 슈트는 복수의 롤이 나란하게 배치되어 원료의 이송경로를 형성하고, 상기 복수의 롤은 적어도 일부는 하전되고, 적어도 일부는 자성을 띠는 전극-자성롤을 포함하며, 상기 전극-자성롤은 회전하지 않는 고정롤과, 상기 고정롤의 외부를 감싸며 상기 고정롤의 외주면을 따라 회전하는 회전롤 및 상기 고정롤의 적어도 일부에 배치되는 전극판 및 자성체를 포함할 수 있다.

상기 자성체는 상기 원료가 이송되는 이송 경로에 대응하는 부분에 구비될 수 있다.

상기 자성체는 상기 원료의 진행방향에 위치하는 인접한 자성롤에 편중되도록 배치될 수 있다.

상기 자성체는 상기 고정롤의 중심을 기준으로 110° 내지 150° 영역에 형성될 수 있다.

상기 원료공급부는 상기 원료를 하전시키는 하전장치를 포함하고, 상기 전극-자성롤은 상기 원료공급부에 인접한 이송 경로 상에 상기 원료와 동일한 극성을 갖는 하전영역을 형성하고, 상기 이송 경로의 하부에는 상기 원료와 반대의 극성을 갖는 하전영역을 형성하는 복수의 1차 전극-자성롤과, 상기 저장기에 인접한 이송 경로 상에 상기 원료와 동일한 극성을 갖는 하전영역과 반대의 극성을 갖는 하전영역을 형성하는 복수의 2차 전극-자성롤을 포함할 수 있다.

상기 고정롤에는 서로 다른 극성을 갖는 전극판이 서로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 전극판은 상기 자성체와 적어도 일부 중첩되도록 구비될 수 있다.

상기 2차 전극-자성롤은 상기 원료가 이송되는 방향에 상기 원료와 반대의 극성을 갖는 하전영역이 형성될 수 있다.

상기 고정롤은 전자기적 절연체를 포함할 수 있다.

상기 고정롤, 전극판 및 자성체 사이 중 적어도 어느 한 군데에는 전자기적 절연체가 구비될 수 있다.

상기 복수의 전극-자성롤은 5 내지 8㎜ 이격되어 배치될 수 있다.

상기 전극-자성롤의 하부에는 스크래퍼가 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료의 장입방법은, 원료의 장입 방법으로서, 원료를 마련하는 과정과; 상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정; 및 상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 장입 슈트의 상의 원료층 표면은 사이클로이드 곡선 형태의 궤적을 형성할 수 있다.

상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정에서, 상기 원료를 프롤레이트 사이클로이드 곡선 형태의 장입 슈트에 공급하여 상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입할 수 있다.

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 수직 이탈 속도보다 더 큰 수평 이탈 속도를 가지며 상기 장입 슈트에서 이탈할 수 있다.

상기 저장기는 상기 장입 슈트에서 원료가 이탈하는 방향과 반대 방향으로 이동할 수 있다.

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 밀도 또는 크기가 큰 입자부터 장입될 수 있다.

상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정에서, 상기 원료의 하전 특성 및 자성을 이용하여 상기 원료 중에서 입자가 작은 원료를 선별하여 상기 저장기 내부에 형성되는 원료층의 상부에 장입할 수 있다.

본 발명은 장입 슈트에서 이탈하는 다양한 밀도 및 크기를 갖는 원료의 수평 이탈 속도를 증대시킬 수 있다. 이에 따라 이동하는 소결 대차 내에 장입되는 원료의 편석도를 향상시킬 수 있다. 또한, 원료의 편석도가 향상됨으로써 원료층 내의 통기성을 향상시켜 제조되는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 설비를 크게 변동시키지 않고 원료의 편석도를 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

또한, 원료의 흐름에 영향을 미치지 않으면서 저장기에 장입되는 원료의 편석 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 복수의 롤로 이루어지는 장입 슈트에서 롤의 일부에 전극과 자성체를 형성하여 원료 중에 함유된 분코크스는 전기적 인력 및 척력을 이용하여, 미분광은 자력을 이용하여 롤 사이에 형성되는 공간을 통해 저장기에 장입함으로써 원료의 흐름을 방해하지 않고 편석 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 이동하는 소결 대차 내에 장입되는 원료의 편석도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 원료의 편석도가 향상됨으로써 원료층 내의 통기성을 향상시킬 수 있고, 원료층 상부에서의 열량 부족 현상을 보완하여 제조되는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 롤은 고정롤과 회전롤이 분리되도록 구성되므로, 이들 중 어느 한 가지가 손상되는 경우 손상 부위만 축출하여 보수할 수 있으므로 유지보수가 용이하다. 또한, 전극 및 자성체가 고정롤에 연결되기 때문에 전극 또는 자성체에 전원을 인가하기 위한 배선이 롤의 회전에 의해 롤과 배선 간의 연결 부위가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 소결원료 장입장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2 및 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료 장입장치를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면.

도 6은 경로에 따른 수평이탈속도를 비교하기 위한 도면.

도 7은 장입 슈트의 높이 변화에 따른 수평이탈속도(V_Eh)의 변화를 보여주는 그래프.

도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면.

도 10은 경로에 따른 수평이탈속도를 비교하기 위한 도면.

도 11은 본 발명의 제3실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면.

도 12는 본 발명의 제3실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면.

도 13은 장입 슈트의 변형 예를 보여주는 도면.

도 14는 장입 슈트의 종류에 따른 수평 낙하 거리의 변화를 보여주는 그래프.

도 15는 본 발명의 제4실시 예에 따른 원료 장입장치의 원료 공급부를 개략적으로 도시한 도면.

도 16은 본 발명의 제4실시 예에 따른 원료장입장치의 장입 슈트를 개략적으로 도시한 도면.

도 17은 전극-자성롤의 구조를 보여주는 도면.

도 18 및 도 19는 전극 및 자성체의 배치를 설명하기 위한 도면.

도 20은 장입 슈트를 따라 이송되는 원료의 이송 상태를 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 다양한 밀도 및 크기의 입자를 포함하는 원료를 이동하는 저장기에 장입하는 장입장치에 관한 것으로서, 원료를 저장기 내에서 입자의 밀도별 및 크기별로 분리하여 장입시키는데 적용될 수 있다. 이와 같이 저장기 내에 장입된 원료는 원료 입자 간에 공간을 형성하여 통기성을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 제선공정에서 사용되는 소결광을 제조하는데 사용되는 소결 배합 원료를 이동하는 소결 대차에 장입하는 소결 원료의 장입장치 및 그 장입방법을 예로 들어 설명한다.

도 2 및 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

소결대차 내 원료층에서의 원료의 편석 정도는 분체 편석의 원리를 기반으로 한다. 도 2는 분체 편석의 원리를 설명하기 위한 그래프로서, 경사 슈트로부터 불출되는 원료의 입자는 V의 속도로 경사면에서 이탈하며, θ 각도 성분을 가지게 된다. 일반적으로 잘 알려진 윌리엄(William)의 궤적 효과에 따르면 하기의 수학식 1에 나타난 바와 같이, 분체의 수평낙하거리(L)는 입자의 수평이탈속도(V_Eh)와 입자의 밀도(ρ) 및 크기(a)의 제곱에 비례한다.

수학식 1

즉, 입자의 밀도와 직경이 크고, 수평이탈속도(V_Eh)가 클수록 낙하 거리가 증가하고, 동일한 밀도(ρ)와 직경(a)을 가지는 입자에 대해서도 수평이탈속도(V_Eh)가 클수록 원료층 하단에 적층된다. 편석도가 높을수록 입자 간에 공간이 많이 확보되기 때문에 통기성을 향상시킬 수 있다. 즉, 서로 다른 밀도와 직경을 갖는 입자가 서로 혼합되어 적층되는 경우에는, 예컨대 직경이 큰 입자 사이에 직경이 작은 입자가 혼입되어 입자 간에 공간이 소실되어 통기성이 낮아지게 된다.

또한, 장입 슈트의 끝에서 낙하 이탈되는 입자의 수평 속도 성분을 증가시키는 것이 편석 장입에 효과적임을 알 수 있다. 여기서 장입 슈트에서 이탈되는 입자의 수평 방향 속도는 입자의 운동량 차이에 의한 분산을 나타내는 것으로 편석 장입과 직접 관련되고, 수직 방향 속도는 원료층에 가하는 압력을 나타내는 것으로 장입 밀도와 관련된다.

이와 같이 원료의 효과적인 편석 장입을 위하여, 낙하입자의 수평 방향 속도를 증가시킬 필요가 있다. 물론 장입 슈트의 넓이와 높이가 증가하면, 수평 방향 속도를 증가시킬 수 있으나, 설비의 크기를 증가시켜야 하므로 제작 및 제어, 경제성 측면에서 타당하지 않다.

따라서 본 발명의 제1실시 예에서는 소결 배합 원료가 장입 슈트를 이탈할 때, 수평 방향 속도를 최대한으로 증가시켜 소결 대차로의 편석 장입 효과를 증가시킴으로써 소결 대차 내에서 원료층의 통기성을 향상시키고, 이에 따라 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 원료의 장입장치는 각종 배합원료를 소결대차에 투입하는 장입 슈트를 구성함에 있어서, 장입 슈트를 최단 낙하 곡선으로 알려진 사이클로이드(cycloid) 곡선 형태의 곡면을 갖도록 형성함으로써 소결 배합 원료의 수평 이탈 속도를 증가시킬 수 있다.

사이클로이드 곡선은 도 3에 도시된 바와 같이 평면 상의 한 직선을 따라 반지름이 r인 원을 굴렸을 때 원주 상의 정점(定點) S가 그리는 궤적을 의미하며, 하기의 수학식 2 및 3으로 표현된다.

수학식 2

(r은 원의 반지름, θ는 원이 회전 이동한 각도)

수학식 3

여기서, 장입 슈트의 길이(d), 드럼피더에서 원료가 장입 슈트로 불출되는 위치(S)에서의 입사각(ф_S)과, 원료가 장입 슈트로부터 이탈하는 위치(E)에서의 장입 슈트 탈출각(ф_E)이 고정된다면,하기의 수학식 4 및 5를 이용하여 원의 반경(r)과 원료가 드럼피더에서 장입 슈트로 유입되는 위치(S)의 높이(h)를 도출할 수 있다. 상기 입사각은 장입 슈트가 수직 방향의 직선과 이루는 각으로서, 드럼피더로부터 원료가 유입되는 장입 슈트의 상부 측 각도이고, 탈출각은 장입 슈트가 수평 방향의 직선과 이루는 각으로서 원료가 소결 대차로 불출되는 장입 슈트의 하부 측 각도이다.

수학식 4

수학식 5

소결 배합 원료 이탈 지점(E)에서 소결 배합 원료의 이탈 속도(V_E)와 수평방향 이탈 속도(V_Eh), 수직방향 이탈 속도(V_Ev)는 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.

수학식 6

(g는 중력가속도)

수학식 7

장입 슈트는 수학식 2 및 3에 제시된 곡선을 따르는 경로를 가지게 되며, 이와 같은 경로로 제작되는 장입 슈트로부터 불출되는 소결 배합 원료는 장입 슈트 이탈 시 정해진 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_S), 탈출각(ф_S)에 대해 최대 수평 속도를 가지게 된다.

도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료 장입장치를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면이다.

원료 장입장치는 원료 호퍼(100)와 드럼피더(120)를 포함하는 원료공급부와, 장입슈트(130)를 포함한다.

원료 호퍼(100)는 미분 철광석, 부원료 및 미분 코크스 등의 배합 원료(1)를 호퍼게이트(110)를 거쳐 드럼피더(120)로 공급하고, 드럼피더(120)는 회전하면서 내부에 공급된 배합 원료(1)를 혼합하여 장입 슈트(130)로 불출한다.

장입 슈트(130)는 경사면을 형성하여 소결대차(200)의 상부에는 작은 입자, 하부에는 큰 입자가 장입(수직편석조장)되도록 원료(1)를 분급하는 역할을 한다. 소결대차(200)에 원료가 장입되면 원료의 표면을 표면고름판(140)으로 고르게 하여 점화로(150)에서 점화하고 흡인블로어(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 원료(1) 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결반응을 진행시켜 소결광을 제조한다.

장입 슈트(130)는 복수의 롤(132)을 나란하게 배치하여 형성될 수도 있고, 일체형 경사판(미도시)으로 형성될 수도 있다. 장입 슈트(130)는 면적을 갖는 곡면으로 형성되는 이송 경로를 가지며, 장입 슈트(130)의 횡방향 단면 형상은 사이클로이드 곡선 형태로 이루어진다. 장입 슈트(130)는 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_S), 탈출각(ф_E)의 변화에 따라 수학식 6에 의하여 원료의 장입 슈트 이탈 속도(V_E)가 결정된다. 이때, 장입 슈트(130)의 높이가 1m로 고정된 것으로 가정한 경우, 장입 슈트(130)의 입사각(ф_S)은 5 내지 50° 정도이고, 탈출각(ф_E)은 10 내지 60°정도 일 수 있다. 장입 슈트(130)의 입사각과 탈출각이 제시된 범위 내인 경우 장입 슈트(130)의 이송 경로를 이상적인 사이클로이드 곡면 형태로 만들 수 있으므로 원료의 수평이탈속도(V_Eh)를 증가시켜 원료의 장입 슈트 이탈 속도(V_E)를 극대화시킬 수 있다.

도 6은 경로에 따른 수평이탈속도를 비교하기 위한 도면이고, 도 7은 장입 슈트의 높이 변화에 따른 수평이탈속도(V_Eh)의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 6의 (a)는 직선 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트에서 원료의 장입 슈트 이탈 속도를 보여준다. 직선 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트의 경우, 장입 슈트의 길이(d) 및 높이(h)가 결정되면, 장입 슈트의 경사각(ф)이 결정된다.

도 6의 (b)는 본 발명에 따라 사이클로이드 곡면 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트에서의 원료의 장입 슈트 이탈 속도를 보여준다. 여기에서 장입 슈트의 이송 경로는 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 원료의 입사각 및 탈출각에 의해 결정된다.

도 6의 (a)와 (b)를 비교해보면, 장입 슈트의 길이(d)와 높이(h)가 동일한 경우 장입 슈트의 이송 경로가 사이클로이드 곡면 형태일 때, 장입 슈트가 직선 형태일 때보다 수평 이탈 속도(V_Eh)는 증가하고 수직 이탈 속도(V_Ev)는 감소한 것을 알 수 있다.

정확한 비교를 위해 장입 슈트의 길이(d)를 1m로 고정하고, 높이(h)를 0.8m, 1.0m, 1.2m로 변화시킬 때 각 장입 슈트 별 원료 이탈 수평 속도(V_Eh)와 낙하거리(L) 및 각 변수를 하기의 표 1에 정리하였다. 여기서 실시 예1 내지 3은 사이클로이드 곡면형태의 장입 슈트의 경우를 나타내고, 비교 예 1 내지 3은 직선 형태의 장입 슈트의 경우를 나타내며, 부착광의 형성에 의한 교란과 입자의 층 흐름에 의한 상호작용은 고려하지 않았다.

표 1

	d/h(m)	Φ(°)	Φ_s(°)	Φ_E(°)	V_Eh(m/s)	L(m)
실시 예1	1.0/0.8		41.9	30	3.43	0.34
실시 예2	1.0/1.0		26.5	30	3.84	0.38
실시 예3	1.0/1.2		6.8	30	4.20	0.41
비교 예1	1.0/0.8	38.7			3.07	0.30
비교 예2	1.0/1.0	45			3.11	0.30
비교 예3	1.0/1.2	50.2			3.08	0.30

상기 표 1에 의하면, 장입 슈트의 길이와 높이가 동일한 경우, 실시 예1 내지 3에서의 수평 이탈 속도(V_Eh)와 거리(L)가 비교 예1 내지 3에서의 수평 이탈 속도(V_Eh)와 낙하 거리(L)에 비해 증가한 것을 알 수 있다. 예컨대 실시 예1과 비교 예1을 비교해보면 실시 예1에서는 수평 이탈 속도(V_Eh)가 3.43m/s이고, 원료의 낙하 거리(L)는 0.34m이나, 비교 예1에서는 수평 이탈 속도(V_Eh)가 3.07m/s이고, 원료의 낙하 거리(L)는 0.30m로 나타나고 있어, 실시 예1에서의 수평 이탈 속도(V_Eh)는 약 11.73% 정도, 낙하 거리(L)는 약 13.3% 정도 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 전체적으로 수평 이탈 속도(V_Eh)는 사이클로이드 곡면 형태의 장입 슈트가 직선 형태의 장입 슈트에 비해 각 d/h 대비 12~36% 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다.

도 7은 장입 슈트의 길이(d)를 1m로 고정한 상태에서 장입 슈트의 높이 변화에 따른 원료의 수평 이탈 속도(V_Eh)의 변화를 보여준다. 도 7에 의하면, 사이클로이드 곡면 형태의 장입 슈트에서의 원료의 수평 이탈 속도는 직선 형태의 장입 슈트에서의 수평 이탈 속도에 비해 높은 값을 갖는 것을 알 수 있다. 특히, 장입 슈트의 높이가 1.316 내지 1.417인 경우 수평 이탈 속도가 가장 높게 나타나고 있으며, 직선 형태의 장입 슈트에 비해 평균 24%, 최대 66.7%까지 증가한 것을 알 수 있다.

이와 같이 원료의 수평 이탈 속도가 증가하게 되면 밀도(ρ) 및 크기(a)가 일정한 경우 상기 수학식 1에 의해 낙하 거리가 증가하게 된다. 또한, 수평 이탈 속도가 일정한 경우에는 밀도(ρ) 및 크기(a)가 큰 원료의 낙하 거리가 증가하여 편석정도가 향상될 수 있다.

또한, 원료를 소결 대차에 장입하는 동안, 소결 대차는 원료가 이탈하는 방향과 반대 방향으로 이동하게 된다. 이때, 밀도 및 크기가 큰 원료의 낙하거리가 증가하여 소결 대차에 밀도 및 크기가 큰 원료부터 쌓인 다음 그 상부로 밀도 및 크기가 작은 원료가 쌓이게 된다. 따라서 소결 대차 내 소결 배합 원료층에서의 편석도가 증가하여 통기성이 증가하며, 이에 따라 소결광의 생산성을 크게 증가시킬 수 있다.

본 발명의 제2실시 예에서는 소결 배합 원료가 장입 슈트를 이탈할 때, 장입 슈트의 표면, 즉 원료층의 최하부에 위치하는 원료의 수평 방향 속도를 최대화시키고, 이와 동시에 장입 슈트 상의 원료층 높이를 고려하여 장입 슈트의 경사면을 이동하면서 사면 분급 작용에 의해 원료층 표면에 돌출되는 상대적으로 큰 입자들의 장입 슈트 탈출(이탈) 속도를 최대화하여 소결 대차로의 편석 장입 효과를 향상시킬 수 있다. 이에 원료의 통기성을 향상시켜 소결광의 품질 및 생산성도 향상시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면이고, 도 10은 경로에 따른 수평이탈속도를 비교하기 위한 도면이다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 소결원료의 장입장치는 각종 배합원료를 소결 대차에 투입하는 장입 슈트를 구성함에 있어서, 장입 슈트를 프롤레이트 사이클로이드(prolate cycloid) 곡선 형태의 곡면을 갖도록 형성함으로써 장입 슈트의 이동 경로를 따라 이동하는 원료층의 표면, 즉 최상부층이 최단 낙하 곡선으로 알려진 사이클로이드(cycloid) 곡선 형태의 궤적을 형성하며 유동하도록 함으로써 소결 배합 원료의 수평 이탈 속도를 증가시킬 수 있다.

프롤레이트 사이클로이드 곡선은 도 8에 도시된 바와 같이 두 개의 서로 다른 반경(r, r_P)을 가지는 동심원 중 내부에 위치하는 작은 원(반경이 r인 원)이 평면을 구를 때, 외부에 위치하는 큰 원(반경이 r_P인 원)의 원주 상의 정점(定點) P가 그리는 궤적을 의미하며, 하기의 수학식 8 및 9로 표현된다.

수학식 8

(여기서 r은 작은 원의 반경, t는 큰 원의 반경과 작은 원의 반경 차이(r_P-r)

수학식 9

장입 슈트의 길이(d), 드럼피더로부터 장입 슈트로 소결 배합 원료들이 불출되는 위치(P)에서의 입사각(ф_PS), 장입 슈트 상에서의 원료 유동층의 두께(t), 소결 배합 원료가 장입 슈트로부터 이탈하는 위치(E)에서의 장입 슈트 탈출각(ф_E)이 고정된다면, 수학식 10 및 11을 이용하여 원의 반경(r_P)과 배합 원료가 드럼피더로부터 장입 슈트에 유입되는 위치(P)의 높이(h_P)를 도출할 수 있다.

수학식 10

수학식 11

원료가 이탈하는 지점(E)에서 원료 유동층 하부(장입 슈트의 표면)에서의 원료의 이탈 속도(V_PE)와 수평방향 이탈 속도(V_PEh), 수직방향 이탈 속도(V_PEv)는 하기의 수학식 12 및 13으로 나타낼 수 있다.

수학식 12

수학식 13

장입 슈트는 수학식 8 및 9에 제시된 곡선을 따르는 경로를 가지게 되며, 장입 슈트 표면으로부터 불출되는 원료는 장입 슈트 이탈 시 정해진 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_PS), 탈출각(ф_E)에 대해 최대 수평 속도를 가지게 된다.

장입 슈트의 경사 궤적이 프롤레이트 사이클로이드 형상을 가지게 되면, 소결 배합 원료의 유동층 두께(t)를 고려한 원료 유동층의 최상부(표면)에서 원료 입자들이 가지는 곡선 궤적은 일반적인 사이클로이드 곡선 방정식을 가지게 된다.

사이클로이드 곡선은 도 8에 도시된 바와 같이 평면 상의 한 직선을 따라 반경이 r인 원(작은 원)을 굴렸을 때 원주 상의 정점(定點)이 그리는 궤적을 의미하며, 전술한 수학식 2 및 3으로 표현된다. 이때, 사이클로이드 곡선은 프롤레이트 사이클로이드 곡선과 유사한 형태로 형성되는 것으로 보일 수도 있으나, 원료가 장입 슈트에서 이탈하는 위치(E)로 갈수록 양 곡선 간의 거리(t, 원료층의 두께와 동일)가 넓어지는 것을 알 수 있다.

여기서, 장입 슈트의 길이(d), 장입 슈트의 높이(h)가 결정된 상태에서 원료가 장입 슈트로부터 이탈하는 위치(E)에서의 장입 슈트 탈출각(ф_E)이 고정된다면, 전술한 수학식 4 및 5에 의해 원의 반경(r)과, 원료가 드럼피더로부터 장입 슈트에 공급되는 위치(P)의 높이(h)와, 드럼피더에서 원료가 장입 슈트로 불출되는 위치(P)에서의 입사각(ф_S)을 반복 계산하여 도출할 수 있다. 상기 입사각(ф_S)은 장입 슈트가 수직 방향의 직선과 이루는 각으로서, 드럼피더로부터 원료가 공급되는 장입 슈트의 상부 측 각도이고, 탈출각은 장입 슈트가 수평 방향의 직선과 이루는 각으로서 원료가 소결 대차로 불출되는 장입 슈트의 하부 측 각도이다.

장입 슈트에서 원료가 이탈하는 지점(E)에서 소결 배합 원료의 이탈 속도(V_E)와 수평방향 이탈 속도(V_Eh), 수직방향 이탈 속도(V_Ev)는 전술한 수학식 6 및 7로 나타낼 수 있다.

장입 슈트는 수학식 8 및 9에 제시된 곡선을 따르는 프롤레이트 사이클로이드 곡선의 경로를 가지게 되며, 원료층 표면에서의 원료 입자는 사이클로이드 곡선의 경로를 가지며 유동한다. 이때 입자들은 정해진 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_PS), 탈출각(ф_E)에 대해 최대 수평 속도를 가지게 된다.

도 9를 참조하면, 장입 슈트(130)는 복수의 롤(132)을 나란하게 배치하여 형성될 수도 있고, 일체형 경사판(미도시)으로 형성될 수도 있다. 장입 슈트(130)는 면적을 갖는 곡면으로 형성되는 이송 경로를 가지며, 장입 슈트(130)의 횡방향 단면 형상은 전술한 수학식 8과 같은 프롤레이트 사이클로이드 곡선 형태를 갖는다. 또한, 장입 슈트(130) 상을 이동하는 원료층의 표면의 횡방향 단면 형상은 수학식 2 및 3과 같은 사이클로이드 곡선 형태의 궤적을 갖는다. 이후, 장입 슈트(130)에서 이탈하는 원료층 표면에서의 원료 입자는 장입 슈트의 곡면 궤적 형성을 위해 정해진 장입 슈트(130)의 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_PS) 및 탈출각(ф_E)에 대해 최대 수평 이탈 속도(V_Eh)를 갖는다.

도 10의 (a)는 직선 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트에서 원료의 장입 슈트 이탈 속도를 보여준다. 직선 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트의 경우, 장입 슈트의 길이(d) 및 높이(h)가 결정되면, 장입 슈트의 경사각(ф)이 결정된다.

도 10의 (b)는 본 발명에 따라 프롤레이트 사이클로이드 곡면 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트에서의 원료층 표면에서의 원료 입자의 장입 슈트 이탈 속도를 보여준다. 여기에서 장입 슈트의 이송 경로는 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 원료의 입사각(ф_PS) 및 탈출각의 변화에 의해 결정되고, 원료가 장입 슈트를 이탈하는 속도(V_PE, V_E)는 수학식 12 및 6에 의하여 의해 결정된다.

도 10의 (a)와 (b)를 비교해보면, 장입 슈트의 길이(d)와 높이(h)가 동일한 경우 장입 슈트의 이송 경로가 프롤레이트 사이클로이드 곡면 형태일 때, 장입 슈트가 직선 형태일 때보다 수평 이탈 속도(V_Eh)는 증가하고 수직 이탈 속도(V_Ev)는 감소한 것을 알 수 있다. 또한, 장입 슈트의 이송 경로가 프롤레이트 사이클로이드 곡면 형태일 때 장입 슈트 표면에서의 이탈 속도(V_PE)와 원료층 표면에서의 이탈 속도(V_E)가 거의 비슷한 것을 알 수 있다.

정확한 비교를 위해 장입 슈트의 길이(d)를 1m로 고정하고, 높이(h)를 0.8m, 1.0m, 1.2m로 변화시킬 때 각 장입 슈트 별 원료 이탈 수평 속도(V_PEh) 및 각 변수를 하기의 표 2에 정리하였다. 여기서 실시 예1 내지 6은 사이클로이드 곡면형태의 장입 슈트의 경우를 나타내고, 비교 예 1 내지 3은 직선 형태의 장입 슈트의 경우를 나타내며, 부착광의 형성에 의한 교란과 입자의 층 흐름에 의한 상호작용은 고려하지 않았다.

표 2

	t(㎜)	d/h(m)	Φ(°)	Φ_PS/Φ_S(°)	Φ_E(°)	V_PEh/V_Eh(m/s)
실시 예1	10	1.0/0.8		42.4/41.9	30	3.43/3.43
실시 예2	10	1.0/1.0		32.5/26.5	30	3.7/3.84
실시 예3	10	1.0/1.2		9.4/6.8	30	4.2/4.2
실시 예4	50	1.0/0.8		44.3/41.9	30	3.43/3.43
실시 예5	50	1.0/1.0		30/26.5	30	3.84/3.84
실시 예6	50	1.0/1.2		15.7/6.8	30	4.2/4.2
비교 예1		1.0/0.8	38.7			3.07
비교 예2		1.0/1.0	45			3.11
비교 예3		1.0/1.2	50.2			3.08

상기 표 2에 의하면, 장입 슈트의 길이와 높이가 동일한 경우, 실시 예1 내지 6에서의 수평 이탈 속도(V_PEh)가 비교 예1 내지 3에서의 수평 이탈 속도(V_PEh, V_Eh)에 비해 증가한 것을 알 수 있다. 예컨대 실시 예1과 비교 예1을 비교해보면 실시 예1에서는 수평 이탈 속도(V_PEh, V_Eh)가 3.43/3.43m/s이나, 비교 예1에서는 수평 이탈 속도(V_Eh)가 3.07m/s로 나타나고 있어, 실시 예1에서의 수평 이탈 속도(V_PEh, V_Eh)는 비교 예1에 비해 약 11.73% 정도 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 전체적으로 수평 이탈 속도(V_PEh, V_Eh)는 프롤레이트 사이클로이드 곡면 형태의 장입 슈트의 경우, 직선 형태의 장입 슈트에 비해 각 d/h 대비 12~36% 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다.

원료의 수평 이탈 속도가 증가하게 되면 밀도(ρ) 및 크기(a)가 일정한 경우 상기 수학식 1에 의해 낙하 거리가 증가하게 된다.

또한, 원료 입자는 장입 슈트의 표면과 원료층 표면에서 수평 이탈 속도가 거의 같으므로 원료층에서 사면 분급이 발생하는 경우, 입자의 크기가 큰 입자들이 원료층 상부로 이동하게 된다. 따라서 수평 이탈 속도가 일정한 경우에는 밀도(ρ) 및 크기(a)가 큰 원료, 즉 장입 슈트 상을 유동하는 원료층의 표면 인근에 존재하는 상대적으로 큰 입자들의 낙하 거리가 증가하여 편석도가 향상될 수 있다.

본 발명의 제3실시 예에 따르면, 장입슈트는 장입 슈트를 형성하는 복수의 롤의 중심축을 프롤레이트 사이클로이드 곡선의 궤적 상에 위치시킴으로써 복수의 롤, 즉 장입 슈트의 표면에 형성되는 원료의 이송 경로를 최단 낙하 곡선으로 알려진 사이클로이드 곡선의 궤적을 갖도록 형성할 수 있다. 이에 장입 슈트를 통해 소결대차로 장입되는 원료의 수평 이탈 속도를 증가시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명의 제3실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면이고, 도 13은 장입 슈트의 변형 예를 보여주는 도면이다.

도 11을 참조하면, 프롤레이트 사이클로이드 곡선의 궤적(X)과 사이클로이드 곡선의 궤적(Y)은 서로 유사한 형태로 형성되는 것으로 보일 수도 있다. 그러나 프롤레이트 사이클로이드 곡선의 궤적(X)과 사이클로이드 곡선의 궤적(Y) 사이의 거리는 장입 슈트의 상부에서 하부로 갈수록, 즉 드럼피더에서 원료가 불출되는 위치(S)보다 원료가 장입 슈트에서 이탈하는 위치(E)로 갈수록 멀어지는 것을 알 수 있다. 여기에서 프롤레이트 사이클로이드 곡선의 궤적(X)과 사이클로이드 곡선의 궤적(Y) 간의 거리는 롤의 반경이 된다. 따라서 장입 슈트를 형성하는 복수의 롤의 직경(또는 반경)을 장입 슈트의 상부에서 하부로 갈수록, 즉 드럼피더에서 원료가 불출되는 위치(S)보다 원료가 장입 슈트에서 이탈하는 위치(E)로 갈수록 크게 형성할 수 있다.

도 12를 참조하면, 장입 슈트(130)는 복수의 롤(132)을 나란하게 배치하여 형성될 수도 있다. 장입 슈트(130)는 면적을 갖는 곡면으로 형성되는 이송 경로를 가지며, 장입 슈트(130)의 횡방향 단면 형상은 사이클로이드 곡선 형태로 이루어진다. 이때, 장입 슈트(130), 즉 원료의 이송경로를 형성하는 복수의 롤(132)들은 그 중심축이 프롤레이트 사이클로이드 곡선 상에 위치하게 된다. 사이클로이드 곡선과 프롤레이트 사이클로이드 곡선 간의 거리는 장입 슈트(130)의 상부에서 하부로 갈수록 멀어지는데, 이에 복수의 롤(132)들은 서로 다른 직경(또는 반경)을 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이 장입 슈트(130)를 구성하면 대차로 원료가 배출되는 장입 슈트(130)의 하단부의 롤(132)이 그 상부측에 배치되는 롤(132)들보다 비교적 크게 형성된다. 따라서 장입 슈트(130) 상에 형성되는 이송 경로를 따라 이송되는 원료의 이송 속도 및 하중에 의해 가장 큰 영향을 받을 수 있는 장입 슈트(130)의 하단부에 배치되는 롤(132)의 수명 저하를 억제 또는 방지함으로써 롤(132)의 교체 시기를 연장할 수 있는 이점이 있다.

도 12에 도시된 바와 같이 장입 슈트(130)를 원료의 이동방향을 따라, 즉 상부에서 하부 측으로 갈수록 롤(132)의 직경이 연속적으로 증가하도록 배치할 수 있다.

또는, 도 13에 도시된 바와 같이 장입 슈트(130)를 원료의 이동방향을 따라 복수의 영역, 예컨대 상부영역(Ⅰ), 중간영역(Ⅱ) 및 하부영역(Ⅲ)으로 구분하고, 각각의 영역마다 동일한 직경을 갖는 롤(1320a, 1320b, 1320c)을 배치할 수 있다. 이 경우, 상부영역(Ⅰ)에서 하부영역(Ⅲ)으로 갈수록 롤(1320a, 1320b, 1320c)의 직경이 점점 증가하도록 배치할 수 있다.

장입 슈트(130)는 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_S), 탈출각(ф_E)의 변화에 따라 상기 수학식 6에 의하여 원료의 장입 슈트 이탈 속도(V_E)가 결정된다. 이때, 장입 슈트(130)의 높이가 1m로 고정된 것으로 가정한 경우, 장입 슈트(130)의 입사각(ф_S)은 5 내지 50° 정도이고, 탈출각(ф_E)은 10 내지 60°정도 일 수 있다. 장입 슈트(130)의 입사각과 탈출각이 제시된 범위 내인 경우 장입 슈트(130)의 이송 경로를 이상적인 사이클로이드 곡선의 궤적을 갖는 곡면 형태로 만들 수 있으므로 원료의 수평이탈속도(V_Eh)를 증가시켜 원료의 장입 슈트 이탈 속도(V_E)를 극대화시킬 수 있다.

도 14는 장입 슈트의 종류에 따른 수평 낙하 거리의 변화를 보여주는 그래프로서, 본 발명에 의한 소결 배합 원료의 대차 내 낙하 거리에 따른 적층 분포를 비교한 실험 결과이다.

직선 분할 디플렉터 플레이트 타입의 장입 슈트(이하, "장입 슈트1"이라 함)와 본 발명에 의한 장입 슈트(이하, "장입 슈트 2"라 함)에 대하여 소결 원료 불출 실험을 실시하였다.

대차는 이동하지 않고 정지된 상태이며, 호퍼 높이는 2.5m이며, 장입 슈트의 하부각은 40°로 두 가지 장입 슈트에 대해 동일하게 적용하였다. 도 14의 가로축은 소결 배합원료의 낙하 거리(㎝)이며, 세로축은 총 불출 원료량 대비 적층 높이비를 나타낸다.

도 14를 참조하면, 대차 내에 불출된 원료의 적층 높이를 살펴보면, 장입 슈트1을 사용한 경우 적층 높이가 가장 높은 부분(A)이 약 35㎝ 정도의 거리에 형성되고, 장입 슈트2를 사용한 경우에는 적층 높이가 가장 높은 부분(B)이 약 45㎝ 정도의 거리에 형성된다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 장입 슈트2를 사용한 경우에서 처럼 적층 높이가 가장 높은 부분(B)이 장입 슈트의 원료 배출 위치로부터 멀리 형성되는 되는 점을 통해 장입 슈트에서 배출되는 원료의 수평 낙하 거리가 증가한 것을 알 수 있다.

그리고 대차 내의 분산도를 살펴보면, 장입 슈트1을 이용하여 대차에 원료를 장입시켰을 때 대부분의 원료가 약 20㎝ 내지 65㎝ 정도의 영역(C)에 분산되고, 장입 슈트2를 이용하여 대차에 장입시켰을 때는 대부분의 원료가 약 28㎝ 내지 88㎝ 정도의 영역(D)에 분산된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 장입 슈트2를 이용하여 대차에 원료를 장입한 경우 장입 슈트로부터 멀리까지 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 분산됨을 알 수 있다.

이와 같은 결과를 통해 장입 슈트 1 대비 장입 슈트2 구성에서의 수평 낙하거리는 기존 대비 약 33% 정도 증가하였으며, 소결 원료 분산도는 약 26% 정도 증가한 것을 확인할 수 있다. 여기에서 부착광의 형성에 의한 교란과 입자의 층 흐름에 의한 상호작용은 고려하지 않았다.

따라서 원료의 수평 낙하거리가 증가하게 되면 밀도 및 크기가 큰 원료의 낙하 거리가 증가하며 분산도 역시 증가하게 되어, 크기와 밀도 차이가 큰 원료의 낙하지점이 확연히 구분되므로 원료의 편석 정도가 향상될 수 있다.

전술한 바와 같이 장입 슈트를 구성함에 있어서 원료의 수평 이탈 속도를 증가시킬 수 있도록 장입 슈트의 상부면에 형성되는 곡면이나, 장입 슈트에서 원료층의 이송경로를 제어함으로써 원료의 편석 장입 효과를 향상시킬 수 있다. 이와 더불어 원료의 하전 특성과 자성을 이용하여 원료의 편석 장입 효과를 더욱 증대시킬 수 있다. 예컨대 장입 슈트를 따라 이송되는 원료로부터 미분 원료인 분코크스 및 미분 소결광을 선별하여 소결대차의 상부층에 장입할 수 있다. 아래에서 설명하는 장입 슈트의 구성은 상기 제1 내지 제3실시 예에 따른 장입 슈트에 모두 적용할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치의 원료 공급부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 원료장입장치의 장입 슈트를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 17은 전극-자성롤의 구조를 보여주는 도면이며, 도 18 및 도 19는 전극 및 자성체의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

원료 호퍼(100)는 미분 철광석, 부원료 및 미분 코크스 등의 배합 원료(1)를 호퍼게이트(110)를 거쳐 드럼피더(120)로 공급하고, 드럼피더(120)는 회전하면서 내부에 공급된 원료(1)를 혼합하여 장입 슈트(130)로 공급한다.

도 15를 참조하면, 원료 호퍼(100)와 드럼피더(120) 및 호퍼게이트(110) 중 적어도 어느 하나에는 전극판(100a, 120a, 110a)이 설치되어 장입 슈트(130)로 공급되는 원료(1)를 하전시킨다. 예컨대 전극판(100a, 120a, 110a)은 음극 또는 양극일 수 있고, 모두 동일한 종류의 전극으로 형성하는 것이 좋으며, 이에 원료(1) 중 분코크스는 전극판(100a, 120a, 110a)에 의해 음 또는 양으로 하전된다. 이에 분코크스는 하전된 상태로 장입 슈트(130)로 공급된다.

장입 슈트(130)는 경사면을 형성하여 배합 원료(1)를 저장하는 저장기, 즉 소결대차(200)의 상부에는 작은 입자, 하부에는 큰 입자가 장입(수직편석조장)되도록 원료(1)를 분급하는 역할을 한다. 소결대차(200)에 원료가 장입되면 원료의 표면을 표면고름판(140)으로 고르게 하여 점화로(150)에서 점화하고 흡인블로어(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 원료(1) 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결반응을 진행시켜 소결광을 제조한다.

도 16을 참조하면, 장입 슈트(130)는 복수의 롤(132a, 132b)을 나란하게 이격 배치하여 형성될 수 있다. 장입 슈트(130)는 면적을 갖는 직선형 또는 곡선형의 이송 경로를 가질 수 있으며, 그 이송 경로를 통해 배합 원료(1)를 소결대차(200)에 장입한다.

장입 슈트(130)는 적어도 롤(132a, 132b)의 일부를 하전시키는 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)과, 적어도 롤(132a, 132b)의 일부에 자성을 부여하는 자성체(1325)를 구비하는 전극-자성롤(132a, 132b)을 포함한다.

장입 슈트(130)는 원료(1)가 공급되는 드럼 피더(120) 측, 즉 상부측에는 복수의 1차 전극-자성롤(132a)이 배치되고, 원료(1)가 장입되는 소결대차(200) 측, 즉 하부측에는 복수의 2차 전극-자성롤(132b)이 배치된다. 그리고 전극-자성롤(132a, 132b)의 하부에는 전극-자성롤(132a, 132b) 표면에 부착되어 잔류하는 분코크스 및 미분 소결광을 제거하여 소결대차(200)로 장입하기 위한 스크래퍼(139)가 구비될 수 있다. 스크래퍼(139)는 판(plate) 형태로 형성되어 전극-자성롤(132a, 132b)의 길이방향을 따라 형성되며, 그 단부가 전극-자성롤(132a, 132b)의 외주면에 접촉되도록 구비될 수 있다. 이때, 1차 전극-자성롤(132a)은 드럼 피더(120)를 통해 공급되는 원료(1) 중 하전된 분코크스를 다시 하전시키는 역할을 하므로 1차 전극-자성롤(132a)에서 하전된 원료가 2차 전극-자성롤(132b)에서 분리될 수 있도록 1차 전극-자성롤(132a) 하부에는 스크래퍼(139)를 형성하지 않을 수도 있다.

전극-자성롤(132a, 132b)은 고정된 상태로 설치되는 고정롤(1321)과, 중공의 원통형으로 형성되어 고정롤(1321)의 외주면을 둘러싸도록 배치되며, 고정롤(1321)의 외주면을 따라 회전하는 회전롤(1323) 및 고정롤(1321)과 회전롤(1323) 사이에 배치되는 전극판(1324a, 1324b) 및 자성체(1325)를 포함한다. 이때, 고정롤(1321)과 회전롤(1323)은 고정롤(1321)의 외주면과 회전롤(1323)의 내주면을 이격시킨 상태로 베어링 등의 연결수단(1322)을 통해 연결되어, 회전롤(1323)이 고정롤(1321)과 상호 마찰하지 않는 상태에 회전할 수 있도록 한다. 전극-자성롤(132a, 132b)은 동일한 극성을 갖는 물질 간에 발생하는 척력(斥力, 서로 밀어내는 힘)과, 반대의 극성을 갖는 물질 간에 발생하는 인력(引力, 서로 당기는 힘)을 이용하여 하전된 분코크스와 착자성 물질인 미분 소결광을 전극-자성롤(132a, 132b) 사이의 공간으로 스크린하는 역할을 한다.

도 16을 참조하면, 전극-자성롤(132a, 132b)은 고정된 상태로 설치되는 고정롤(1321)과, 중공의 원통형으로 형성되어 고정롤(1321)의 외주면을 둘러싸도록 배치되며, 고정롤(1321)의 외주면을 따라 회전하는 회전롤(1323) 및 고정롤(1321)과 회전롤(1323) 사이에 배치되는 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d) 및 자성체(1325)를 포함한다. 이때, 고정롤(1321)은 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)과 자성체(1325)를 제외한 부분을 의미한다. 고정롤(1321)과 회전롤(1323)은 고정롤(1321)의 외주면과 회전롤(1323)의 내주면을 이격시킨 상태로 베어링 등의 연결수단(1322)을 통해 연결되어, 회전롤(1323)이 고정롤(1321)과 상호 마찰하지 않는 상태에 회전할 수 있도록 한다.

이와 같은 구조를 통해 전극-자성롤(132a, 132b)의 외주면에는 자성영역(M) 및 비자성영역(N)과, 양전하영역(X), 음전하영역(Y) 및 비전하영역(Z)이 형성된다. 이때, 자성영역(M) 및 비자성영역(N)과, 양전하영역(X), 음전하영역(Y) 및 비전하영역(Z)은 전극-자성롤(132a, 132b)의 길이방향을 따라 형성된다.

고정롤(1321)에 구비되는 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)과 자성체(1325)의 구조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 자성체(1325)는 고정롤(1321)의 길이방향을 따라 고정롤(1321)의 일부를 형성하도록 배치된다. 예컨대 자성체(1325)는 도 17에 도시된 바와 같이 고정롤(1321)의 외주면 일부를 형성하도록 형성될 수도 있고, 고정롤(1321)의 중심으로부터 외주면까지 형성하도록 파이 형태로 형성될 수도 있다. 자성체(1325)는 회전하지 않는 고정롤(1321)에 형성되기 때문에 전극-자성롤(132a, 132b)에는 자성영역(M)과 비자성영역(N)이 고정 형성되게 된다. 이때, 자성체(1325)는 영구자석, 전자석 등과 같은 자성을 갖는 다양한 자성체가 사용될 수 있다. 이와 같이 자성체(1325)에 의해 자성영역(M)과 비자성영역(N)이 형성되기 위해서는 고정롤(1321)은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 전극-자성롤(132a, 132b)을 이용하여 원료(1)에 함유된 자철광(Fe₃O₄),적철광(Fe₂O₃) 등과 같은 착자성 원료를 소결대차(200)의 원료층 상부로 장입하기 위해서는 자성체(1325)를 고정롤(1321)의 적절한 위치에 배치하는 것이 중요하다.

자성체(1325)는 장입 슈트(130)의 이송 경로를 따라 이송되는 배합 원료(10로부터 착자성 원료의 부착을 용이하게 하고, 인접한 전극-자성롤(132a, 132b) 간에 상호 간섭하지 않는 위치에 배치되는 것이 좋다. 따라서 자성체(1325)는 고정롤(1321)에서 이송 경로에 대응하는 위치에 배치되고, 이송 경로 상에 비자성영역(N)이 형성되도록 인접한 전극-자성롤(132a, 132b)에 배치되는 자성체(1325)와 중첩되지 않도록 형성되는 것이 좋다.

한편, 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)은 각각 양극(+)과 음극(-)일 수 있으며, 하나의 전극-자성롤(132a, 132b)에 서로 다른 전하로 하전된 영역이 공존한다. 이때, 고정롤(1321)은 전기적 절연체로 형성될 수 있으며, 두 개의 전극판(1324a과 1324b 또는 1324c과 1324d)은 서로 이격되어 각각 고정롤(1321)의 길이 방향을 따라 형성된다. 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)은 고정롤(1321)의 표면에 부착되어 형성될 수도 있고, 고정롤(1321)에 소정 깊이의 홈을 형성하고 홈 내에 삽입되도록 형성될 수도 있다. 이때, 자성체(1325)가 형성된 영역에서는 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)이 자성체(1325) 상부, 다시 말해서 외측에 구비될 수 있다. 자성체(1325)에 비해 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)이 형성되는 영역이 넓게 분포하고 있기 때문에 이송 경로를 따라 이송되는 원료(1) 중 하전된 원료입자에 일정한 인력 및 척력을 인가하기 위해서는 형성되는 면적이 넓은 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)이 고정롤(1321)의 외측에 형성되는 것이 좋다. 그러나 자성체(1325)와 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)의 배치구조는 이에 한정되지 않으며, 자성체(1325)가 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)의 적어도 일부보다 외측에 구비될 수도 있음은 물론이다. 또한, 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)은 자성체(1325) 상부에 일부 중첩되도록 형성되거나, 또는 회전롤(1321)의 외주면에 직접 접촉되도록 형성될 수 있다. 따라서 자성체(1325)와 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d) 사이, 고정롤(1321)과 자성체(1325) 및 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d) 사이에는 전기적으로 절연체이면서 비자성체인 전자기적 절연체를 개재함으로써 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)과 자성체(1325) 간에 발생할 수 있는 영향을 억제 혹은 방지할 수 있다.

여기에서 전극-자성롤(132a, 132b)에 구비되는 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)이 판형태로 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 그 형태는 이에 한정되지 않는다.

이와 같은 구성을 통해 전극-자성롤(132a, 132b)에는 고정롤(1321)에서 양극이 배치된 영역에는 양의 전하로 하전된 양전하영역(X)이, 음극이 배치된 영역에는 음의 전하로 하전된 음전하영역(Y)이 형성되고, 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)이 형성되지 않은 양전하영역(X)과 음전하영역(Y) 사이에는 양이나 음의 전하를 띠지 않는 비전하영역(Z)이 형성될 수 있다. 그리고 자성체(1325)가 배치된 영역에는 자성영역(M)이 자성체(1325)가 구비되지 않은 영역에는 비자성영역(N)이 형성될 수 있다. 이때, 전하, 비전하영역(X, Y, Z)과 자성, 비자성영역(M,N)은 일부 중첩되어 형성될 수도 있으며, 각각의 영역(X, Y, X, M, N)은 전극-자성롤(132a, 132b)의 길이방향을 따라 형성된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 X 영역은 양전하영역이라하고, Y영역은 음전하영역이라 한다.

이와 같이 구성된 전극-자성롤(132a, 132b)을 이용하여 원료(1)에 함유된 분코크스 및 미분 소결광을 소결대차(200)의 원료층 상부로 장입하기 위해서는 전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)을 고정롤(1321)의 적절한 위치에 배치하는 것이 중요하다. 착자성 원료인 미분 소결광의 경우에는 장입 슈트(130)를 따라 이송되는 과정에서 자성체(1325)가 구비된 영역에서는 회전롤(1323) 표면에 부착되고, 회전롤(1323) 표면에 부착된 미분 소결광은 회전롤(1323)의 회전과 함께 이동하여 자성체(1325)가 구비되지 않은 영역에서 회전롤(1323)의 표면으로부터 떨어져 나간다. 그러나 분코크스의 경우에는 장입 슈트(130)에 하전된 상태로 공급되어 반대 극성으로 하전된 전극판이 구비되는 영역에서 회전롤(1323)의 표면에 부착되었다가 회전롤(1323)의 회전과함께 이동하여 동일한 극성으로 하전된 전극판이 구비되는 영역에서는 회전롤(1323)의 표면으로부터 분리된다. 그러나 원료(1)를 공급하는 원료 호퍼(100), 드럼피더(120) 등에서는 다량의 원료(1)를 하전시키기 때문에 원료(1) 중 분코크스가 원활하게 하전되지 않을 수 있다. 따라서 장입슈트(130)의 일부는 분코크스의 하전을 보완할 수 있도록 전극-자성롤(132a, 1차 전극-자성롤이라 함)을 형성하고, 나머지는 하전된 분코크스를 필터링할 수 있도록 전극-자성롤(132b, 2차 전극-자성롤이라 함)을 형성할 필요가 있다.

자성체(1325)는 1차 전극-자성롤(132a)과 2차 전극-자성롤(132b)에 동일한 형태로 형성될 수 있다. 인접한 전극-자성롤(132a, 132b)과 간섭이 발생하지 않도록 인접한 전극-자성롤(132a, 132b) 사이에 비자성영역(Y)이 형성되도록 배치된다. 인접한 전극-자성롤(132a, 132b)의 중심을 서로 연결하여 가상의 사선을 그린다. 자성체(1325)는 이렇게 형성된 가상의 사선 상에 배치된다. 이때, 자성체(1325)는 인접한 전극-자성롤(132a, 132b) 간에 비자성영역(N)이 형성되도록 소정의 각도(θ1), 예컨대 110° 내지 150°의 각도를 갖도록 형성된다. 자성체(1325)는 상부측 전극-자성롤(132a, 132b)에 비해 하부측 전극-자성롤(132a, 132b) 측으로 편중되도록 형성되는 것이 좋다. 즉, 원료(1) 중 착자성 원료는 자성영역(M)에서 회전롤(1323)의 외주면에 부착되었다가 회전롤(1323)이 회전함에 따라 비자성영역(N)에서 분리되어 소결대차(200)에 장입되는데, 이때 소결대차(200)가 배치되는 하부측 전극-자성롤(132b), 즉 2차 전극-자성롤(132b)에서도 착자성 원료의 필터링을 원활하게 하기 위함이다. 이에 인접한 전극-자성롤(132ba, 132bb) 간의 간섭 없이 착자성 원료의 편석 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 구성을 통해 전극-자성롤(132a, 132b)은 장입 슈트(130)를 따라 이송되는 원료(1)로부터 착자성 원료를 선별하는 스크린 역할을 하게 된다. 즉, 장입 슈트(130)의 이송 경로에는 전극-자성롤(132a, 132b)이 이격 배치되어 자성영역(M)과 비자성영역(N)이 교대로 반복해서 형성되는데, 전극-자성롤(132a, 132b)은 상술한 바와 같이 외주면에 착자성 원료를 부착 및 분리하면서 전극-자성롤(132a, 132b)의 회전롤(1323)의 외주면에 부착된 착자성 원료가 인접한 전극-자성롤(132a, 132b)의 외주면에 접촉되지 않도록 전극-자성롤(132a, 132b) 간의 간격(t)을 설정할 수 있다. 통상 장입슈트를 형성하는 일반롤 간이 간격이 3 내지 5㎜ 정도인데, 전극-자성롤(132a, 132b) 간의 간격(t)은 일반롤 간 간격보다 약간 큰 5 내지 8㎜ 정도로 설정하여 전극-자성롤(132a, 132b)의 외주면에 부착된 착자성 원료의 이동을 원활하게 할 수 있다. 이때, 전극-자성롤(132a, 132b) 간격(t)이 제시된 범위보다 작은 경우에는 전극-자성롤(132a, 132b)의 외주면에 부착된 착자성 원료가 전극-자성롤(132a, 132b) 사이 공간으로 이동하기 어렵고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 착자성 원료 이외에 더 큰 입도를 갖는 원료가 전극-자성롤(132a, 132b) 사이로 빠져나와 소결대차(200) 내의 원료층 상부에 장입되어 편석 효율이 저하되는 문제점이 있다.

이와 같은 전극-자성롤(132a, 132b) 간의 간격, 자성체(1325)의 형성 범위 등은 전극-자성롤(132a, 132b)에 의해 형성되는 이송 경로의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.

전극판(1324a, 1324b, 1324c, 1324d)은 고정롤(1321)의 1차 전극-자성롤(132a)에서 배합 원료가 이송되는 상부 측에는 원료공급부에서 하전된 분코크스와 동일한 극성을 갖는 제1전극판(1324a)이 형성되고, 하부 측에는 분코크스와 반대의 극성을 갖는 제2전극판(1324b)이 형성될 수 있다.

제1전극판(1324a)은 원료공급부에서 공급되는 분코크스 중 하전된 분코크스의 하전을 증가시키는 동시에 하전되지 않은 분코크스를 하전시키는 역할을 한다. 제1전극판(1324a)은 복수의 1차 전극-자성롤(132a)의 중심을 연결하여 형성되는 가상의 선(S, 이송 경로와 평행하게 형성될 수 있음)을 기준으로 가상의 선(S) 상부측에 형성될 수 있으며, 인접한 다른 전극판과의 상호 간섭이 발생하지 않는 범위에서 형성될 수 있다. 예컨대 제1전극판(1324a)은 고정롤(1321)의 중심으로부터 110 내지 150° 정도의 범위(θ2) 내에 형성될 수도 있다.

제2전극판(1324b)은 제1전극판(1324a)에 의해 하전된 분코크스를 인력에 의해 1차 전극-자성롤(132a)의 표면에 부착시켜 1차 전극-자성롤(132a) 사이의 공간으로 배출시킴으로써 소결대차(200)의 원료층 상부에 장입시키는 역할을 한다. 이때, 1차 전극-자성롤(132a)에 부착된 분코크스는 1차 전극-자성롤(132a)이 회전함에 따라 하부에 구비되는 스크래퍼(139)에 접촉되어 제거되거나, 전극판이 형성되지 않은 비전하영역(Z) 또는 하전된 양전하영역(X)에서 작용하는 척력에 의해 1차 전극-자성롤(132a)의 표면으로부터 제거될 수 있다. 제2전극판(1324b)은 상기 가상의 선을 기준으로 제1전극판(1324a)과 소정 거리 이격되어 가상의 선 하부측에 형성될 수 있다. 도 18에서는 제2전극판(1324b)이 제1전극판(1324a)보다 짧은 길이를 갖도록 형성된 것으로 나타나 있지만, 인접한 전극판과의 상호 간섭이 발생하지 않는 경우에는 동일하거나 더 길게 형성될 수도 있다.

2차 전극-자성롤(132b)은 1차 전극-자성롤(132a) 사이로 배출되지 않고 1차 전극-자성롤(132a)에 의해 형성되는 이송경로를 따라 이송되는 분코크스를 전기적 인력을 이용하여 2차 전극-자성롤(132b) 사이로 배출시키는 스크린 역할을 한다. 이에 2차 전극-자성롤(132b)에 의해 형성되는 이송 경로에는 제3전극판(1324c)과 제4전극판(1324d)이 공존한다. 2차 전극-자성롤(132b)은 배합 원료의 이송방향에 대해서 반대방향 측에는 하전된 분코크스를 하전시킬 수 있도록 분코크스와 동일한 극성을 갖는 제3전극판(1324c)이 구비되고, 배합 원료의 이송방향 측에는 2차 전극-자성롤(132b)의 표면에 부착된 분코크스를 분리하기 위해 하전된 분코크스와 반대의 극성을 갖는 제4전극판(1324d)이 구비될 수 있다.

도 19를 참조하면, 제3전극판(1324c)과 제4전극판(1324d)은 소정 거리 이격되어 배치되며, 인접한 전극-자성롤(132a, 132b)에 형성된 전극판과 간섭이 일어나지 않도록 배치되는 것이 좋다. 이는 전극-자성롤의 직경, 이격 거리 등 다양한 장입 슈트의 설치 조건에 따라 변경될 수 있다. 2차 전극-자성롤(132b)에서 제3전극판(1324c)에 의해 형성되는 양전하영역(X)은 1차 전극-자성롤(132a)을 따라 이송되는 배합 원료 중 분코크스를 하전시키는 역할을 하고, 제4전극판(1324d)에 의해 형성되는 음전하영역(Y)은 하전된 분코크스를 인력을 이용하여 2차 전극-자성롤(132b)의 표면, 즉 회전롤(1323)의 표면에 부착시키는 역할을 한다. 앞서 설명한 바와 같이 서로 다른 극성을 갖는 물질 간에는 서로 당기는 힘인 인력이 작용하게 되므로, 하전된 분코크스와 반대의 극성으로 하전된 음전하영역(Y)에서는 분코크스를 회전롤(1323)의 표면 부착시키게 되고, 회전롤(1323)의 표면에 부착된 분코크스는 회전롤(1323)이 회전함에 따라 2차 전극-자성롤(132b) 사이 공간을 통해 이송 경로의 하부측으로 이동하게 된다. 이렇게 이송 경로 하부 측으로 이동한 분코크스는 2차 전극-자성롤(132b) 하부에 구비되는 스크래퍼(139)에 의해 회전롤(1323) 표면으로부터 제거되어 소결 대차(200)의 원료층 상부로 장입되게 된다.

이와 같은 구성을 통해 전극-자성롤(132a, 132b)은 장입 슈트(130)를 따라 이송되는 배합 원료(1)로부터 분코크스 및 미분 소결광을 선별하는 스크린 역할을 하게 된다. 즉, 장입 슈트(130)를 전극판 및 자성체가 형성된 전극-자성롤으로 형성함으로써 원료공급부로부터 공급되는 배합 원료로부터 분코크스가 하전되어 이송되도록 하고, 이송되는 과정에서 전기적 인력 및 척력, 자력을 이용하여 분코크스를 소결대차(200)의 원료층 상부에 장입시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 형태에 따른 원료 장입 방법에 대해서 설명한다.

도 20은 장입 슈트를 따라 이송되는 원료의 이송 상태를 보여주는 도면이다.

도 20을 참조하면, 마련된 분코코스, 소결광 등이 배합된 원료(1)를 드럼 피더(120)를 통해 장입 슈트(130)에 공급되면, 배합 원료(1)는 장입 슈트(130)에 형성되는 이송 경로를 따라 이동하여 소결대차(200)에 장입된다. 이때, 장입 슈트(130)에 공급된 원료(1) 중 분코크스는 원료 호퍼(100), 드럼 피더(03) 및 호퍼 게이트(110)에 형성되는 전극판(100a, 110a, 120a)에 의해 음극 또는 양극으로 하전된다.

장입 슈트(130)로 공급된 원료(1)는 이송 경로 상에서 사면분급되어 입도가 작은 원료, 예컨대 분코크스 및 미분 소결광 등은 이송 경로 상부에 위치하고 그 상부로 갈수록 입도가 큰 원료, 예컨대 부원료 등이 위치하여 이송된다. 그리고 배합 원료(1) 중 분코크스는 1차 전극-자성롤(132a)에 의해 형성되는 이송 경로(장입 슈트의 상부측)를 따라 이송되면서 원료공급부에서 하전된 분코크스는 하전량이 증가하고, 원료공급부에서 하전되지 않은 분코크스는 원료공급부에서 하전된 분코크스와 동일한 극성으로 하전된다.

한편, 원료(1) 중 착자성 원료인 미분 소결광은 전극-자성롤(132a, 132b)에 의해 형성되는 이송 경로를 따라 이송하면서, 자성체(1325)가 구비된 이송 경로 상에서 회전롤(1323)의 표면에 부착된다. 이후 미분 소결광은 회전롤(1323)이 회전함에 따라 회전롤(1323)에 부착된 상태로 이송 경로 하부측으로 이동하여 자성체(1325)가 형성되지 않은 영역, 즉 비자성영역(N)에 도달하면 회전롤(1323)의 표면으로부터 분리되어 소결대차(200)의 원료층 상부에 장입된다.

이후, 원료(1)가 2차 전극-자성롤(132b)에 의해 형성되는 이송 경로(장입 슈트의 하부측)를 따라 이송되면서, 원료공급부 및 1차 전극-자성롤(132a)에 의해 하전된 분코크스는 전기적 척력에 의해 2차 전극-자성롤(132b) 사이의 공간으로 배출되어 소결대차(200)의 원료층 상부에 장입된다. 원료공급부에서 하전된 분코크스는 분코크스와 동일한 극성으로 하전된 영역과, 반대 극성으로 하전된 영역을 통과하면서 전극-자성롤(132a, 132b)의 표면에 부착 및 분리되면서 전극-자성롤(132a, 132b) 사이 공간 및 장입 슈트(130)의 끝단(소결대차 측 2차 전극-자성롤)을 통해 소결 대차(200)의 원료층 상부에 편석 장입된다. 예컨대 원료공급부에서 양(+)의 전하를 갖도록 하전된 분코크스는 1차 전극-자성롤(132a)에 의해 형성되는 이송 경로를 따라 이송되면서 이송 경로 상에서는 양의 전하량이 증가하거나 양의 전하를 갖도록 하전된다. 양의 전하로 하전된 분코크스는 1차 전극-자성롤(132a)의 회전에 의해 이송 경로를 따라 이송되고, 그 중 일부는 1차 전극-자성롤(132a) 사이 공간으로 배출된다. 이때, 1차 전극-자성롤(132a) 사이로 배출된 분코크스 중 일부는 1차 전극-자성롤(132a)에서 음전하영역(Y)에 부착되고, 1차 전극-자성롤(132a)의 회전롤(1323)이 회전하면서 1차 전극-자성롤(132a) 하부에 구비되는 스크래퍼(139)에 접촉되어 1차 전극-자성롤(132a)의 표면으로부터 분리되면서 소결대차(200)의 원료층 상부에 장입된다.

또한, 1차 전극-자성롤(132a)에 의해 부착되지 않고 2차 전극-자성롤(132b)으로 이송되는 착자성 원료(미분 소결광)는 2차 전극-자성롤(132b)의 자성영역(M)에서 회전롤(1323) 표면에 부착되고, 비자성영역(N)에서 분리되어 소결대차(200)의 원료층 상부에 장입된다.

여기에서 분코크스 및 미분 소결광(착자성 원료)를 전극-자성롤(132a, 132b)의 회전롤(1323) 표면에 효과적으로 부착시키기 위해서는 원료(1)의 이송 속도보다 회전롤(1323)의 회전 속도가 작은 것이 좋다. 즉, 원료(1)의 이송 속도보다 회전롤(1323)이 빠르게 회전하면 회전롤(1323)의 표면에 부착되는 분코크스 및 미분 소결광의 양이 매우 적게 되어 편석 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 따라서 회전롤(1323)의 회전 속도를 원료(1)의 이송 속도보다 느리게 제어함으로써 소결대차(130)에 장입되는 원료(1)의 편석 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 배합 원료(1)의 이송 속도가 지나치게 빠른 경우에는 회전롤(1323)을 배합 원료(1)의 이송 방향과 반대 방향으로 회전시킴으로써 배합 원료(1)의 이송 속도를 감소시킬 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 따른 원료 장입 장치 및 장입 방법은, 이동하는 소결 대차로 장입되는 원료의 편석 장입 효율을 증대시킬 수 있어 원료층의 통기성을 향상시킬 수 있다. 따라서 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims

원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서,

상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 원료의 장입장치.
원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서,

상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 프롤레이트 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 원료의 장입장치.
원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서,

상기 장입 슈트는 복수의 롤이 나란하게 배치되어 원료의 이송경로를 형성하고, 상기 복수의 롤의 중심축은 프롤레이트 사이클로이드 곡선에 위치하고, 상기 복수의 롤 상에 형성되는 상기 원료의 이송 경로는 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 원료의 장입장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장입 슈트에서 상기 원료가 유입되는 부분이 수직 방향과 이루는 입사각은 상기 원료가 배출되는 부분이 수평 방향과 이루는 탈출각보다 작은 원료의 장입장치.
청구항 4에 있어서,

상기 입사각은 5 내지 50°이고, 상기 탈출각은 10 내지 60°인 원료의 장입장치.
청구항 3에 있어서,

상기 복수의 롤은 상기 장입 슈트의 상부에서 하부로 갈수록 직경이 연속적으로 증가하도록 배치되는 원료의 장입장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장입 슈트는 복수의 롤이 나란하게 배치되어 원료의 이송경로를 형성하고,

상기 복수의 롤은 적어도 일부는 하전되고, 적어도 일부는 자성을 띠는 전극-자성롤을 포함하며,

상기 전극-자성롤은 회전하지 않는 고정롤과, 상기 고정롤의 외부를 감싸며 상기 고정롤의 외주면을 따라 회전하는 회전롤 및 상기 고정롤의 적어도 일부에 배치되는 전극판 및 자성체를 포함하는 원료의 장입장치.
청구항 7에 있어서,

상기 자성체는 상기 원료가 이송되는 이송 경로에 대응하는 부분에 구비되는 원료의 장입장치.
청구항 8에 있어서,

상기 자성체는 상기 원료의 진행방향에 위치하는 인접한 자성롤에 편중되도록 배치되는 원료의 장입장치.
청구항 9에 있어서,

상기 자성체는 상기 고정롤의 중심을 기준으로 110° 내지 150° 영역에 형성되는 원료의 장입장치.
청구항 7에 있어서,

상기 원료공급부는 상기 원료를 하전시키는 하전장치를 포함하고,

상기 전극-자성롤은 상기 원료공급부에 인접한 이송 경로 상에 상기 원료와 동일한 극성을 갖는 하전영역을 형성하고, 상기 이송 경로의 하부에는 상기 원료와 반대의 극성을 갖는 하전영역을 형성하는 복수의 1차 전극-자성롤과,

상기 저장기에 인접한 이송 경로 상에 상기 원료와 동일한 극성을 갖는 하전영역과 반대의 극성을 갖는 하전영역을 형성하는 복수의 2차 전극-자성롤을 포함하는 원료의 장입장치.
청구항 11에 있어서,

상기 고정롤에는 서로 다른 극성을 갖는 전극판이 서로 이격되어 배치되는 원료의 장입장치.
청구항 12에 있어서,

상기 전극판은 상기 자성체와 적어도 일부 중첩되도록 구비되는 원료의 장입장치.
청구항 13에 있어서,

상기 2차 전극-자성롤은 상기 원료가 이송되는 방향에 상기 원료와 반대의 극성을 갖는 하전영역이 형성되는 원료의 장입장치.
청구항 7에 있어서,

상기 고정롤은 전자기적 절연체를 포함하는 원료의 장입장치.
청구항 7에 있어서,

상기 고정롤, 전극판 및 자성체 사이 중 적어도 어느 한 군데에는 전자기적 절연체가 구비되는 원료의 장입장치.
원료의 장입 방법으로서,

원료를 마련하는 과정과;

상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정; 및

상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정;

을 포함하는 원료의 장입 방법.
청구항 17에 있어서,

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 장입 슈트의 상의 원료층 표면은 사이클로이드 곡선 형태의 궤적을 형성하는 원료의 장입 방법.
청구항 17에 있어서,

상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정에서,

상기 원료를 프롤레이트 사이클로이드 곡선 형태의 장입 슈트에 공급하여 상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 원료의 장입 방법.
청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 수직 이탈 속도보다 더 큰 수평 이탈 속도를 가지며 상기 장입 슈트에서 이탈하는 원료의 장입 방법.
청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,

상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정에서,

상기 원료의 하전 특성 및 자성을 이용하여 상기 원료 중에서 입자가 작은 원료를 선별하여 상기 저장기 내부에 형성되는 원료층의 상부에 장입하는 원료의 장입 방법.