WO2015163496A1 - 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법 - Google Patents

마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법 Download PDF

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서종학
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주식회사 동일알앤이
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Definitions

  • the present invention relates to a magnesia-carbon refractory recycling apparatus and method, and more particularly, magnesia-carbon refractory to obtain a high purity magnesia (Mg0) by direct heating of the waste magnesia-carbon refractory A recycling apparatus and method.
  • Mg0 high purity magnesia
  • waste magnesia-carbon refractory materials include a method of making recycled materials by combining with other raw materials and producing a regenerated refractory block by finely grinding waste magnesia-carbon refractory materials.
  • Korean Patent Registration No. 10-1105437 describes the cost and energy of refractory bricks by reusing waste refractories used as refractory bricks such as converters, electric furnaces, and ladles in the steelmaking process and reusing them into raw materials such as refractory bricks. It can reduce consumption and contribute to environmental improvement, and can provide high value-added refractory raw materials by diversifying the scope of application by sorting recycled refractory by particle size.
  • Korean Patent Registration No. 10-0605711 relates to a fireproof composition using waste magcarbon refractory, and includes a structure of the fireproof composition.
  • Korean Patent Registration No. 10-1135532 relates to an environmentally friendly electric furnace filling material, and includes a configuration of a filling material for closing a tap of a furnace tapping type electric furnace.
  • the present invention is to solve the above problems, magnesia for regeneration to high-purity magnesia (MgO) by direct heating to the waste magnesia-carbon refractory (MgO-C) instead of the conventional indirect heating method To provide a carbon refractory recycling apparatus and method.
  • the present invention allows the waste magnesia-carbon refractory material (MgO-C) to rise above a predetermined temperature through a self-reaction through supply of air and a heat source, thereby regenerating magnesia (MgO) having a purity of 80 to 99% with low energy consumption. It is to provide a magnesia-carbon refractory recycling apparatus and method for obtaining a).
  • the magnesia-carbon refractory recycling apparatus includes a central main tube housing (10) for supplying a heat source and air (air), and an air suction pipe for sucking air. 60 and a recycling housing 50 in which waste magnesia-carbon refractory (MgO-C) is present, and the central main-tube housing 10 passes through the central main-tube housing 10. At least one air inlet tube 20 formed to introduce external air into the recycling housing 50; And a heat source inlet pipe 30 formed to introduce a heat source into the recycling housing 50 through the inside of the central main tube pipe 10. It includes, and each introduced air and the heat source is introduced into the recycling housing 50, the waste magnesia-carbon refractory is present, characterized in that the direct heating for a predetermined time to obtain regeneration magnesia (MgO).
  • MgO regeneration magnesia
  • waste magnesia-carbon refractory formed in the upper portion of the porous plate in the recycling housing 50 in accordance with the way to stop the heat source inflow and continue to flow only air It is characterized by rising above a set temperature to obtain regeneration magnesia (MgO).
  • the preset temperature is 700 to 1500 ° C, and the regenerated magnesia (MgO) obtained is preferably 80 to 99% in purity.
  • the central main-tube housing 10 includes a plurality of heat source supply pipes 40 for allowing a heat source to flow into the recycling housing 50 in a structure connected to the heat source inlet pipe 30; And an air nozzle 31 for introducing air into the recycling housing 50. It includes.
  • the central main-pipe housing 10 is a tubular housing formed vertically placed in a cylindrical shape having at least one air inlet pipe 20 formed at a position symmetrical with respect to the horizontal plane on the side, at least one It is preferable that the air inlet pipe 20 is formed to have a structure having a heat source inlet pipe 30 formed by maintaining a distance of a predetermined angle through the outer circumferential surface of the central main tube pipe 10.
  • the outside air is supplied to the outside air in at least one or more air inlet pipe 20 or the suction force provided in the air suction pipe 60
  • the preset temperature of the fifth step is preferably 700 ⁇ 1500 °C.
  • Magnesia-carbon refractory recycling apparatus and method according to an embodiment of the present invention high-purity magnesia (MgO) by direct heating to the waste magnesia-carbon refractory (MgO-C) instead of the conventional indirect heating method Provides the effect of playing it.
  • MgO waste magnesia-carbon refractory
  • the waste magnesia-carbon refractory (MgO-C) is self-reacted through the supply of air and heat source to rise above a predetermined temperature In this way, it is possible to obtain regeneration magnesia (MgO) having a purity of 80 to 99% with low energy consumption.
  • FIG. 1 is a view showing the entire magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 of FIG. 1 with respect to the central main tube housing 10 with respect to the cross section A-A '.
  • FIG. 5 is a view for showing air inflow and heat source inflow in the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for recycling magnesia-carbon refractory materials according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the entire magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 of FIG. 1 with respect to the central main tube housing 10 based on the cross section A-A '.
  • 4 is an enlarged view of region C in the central main tube assembly 10.
  • FIG. 5 is a diagram for showing air inflow and heat source inflow in the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 of FIG. 1.
  • the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 includes a central main-tube housing 10 for supplying a heat source and air, and a waste magnesia-carbon refractory (MgO ⁇ ) inside thereof. C) is divided into the recycling housing 50 present.
  • the central main tube housing 10 is a tubular housing formed vertically and at least one air inlet tube 20 and at least one air inlet tube 20 formed at positions symmetrical with respect to a horizontal plane on a side surface thereof. It may include a heat source inlet pipe 30 formed on the outer circumferential surface of the central main-tube housing 10 therebetween.
  • FIG. 1 and FIG. 5 show that as an example of the magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1, a heat source and air do not necessarily have to be supplied from the bottom of the recycling housing 50.
  • the heat source and air may be supplied from the side or the top as well as the bottom of the recycling housing 50.
  • the heat source may be supplied from the top of the recycling housing 50 in which waste magnesia-carbon refractory is present. will be.
  • At least one air inlet tube 20 is formed to introduce external air into the central main tube tube 10, and the heat source inlet tube 30 supplies a heat source into the central main tube tube 10. It is formed to.
  • the heat source supplied into the central main-tube housing 10 may be a gaseous fuel, a liquid fuel, or a solid fuel, but it may be preferable that the fuel is in the form of gas so as to be easily supplied to the central main-tube housing 10.
  • the air intake tube 60 is formed in the recycling housing 50 to suck various harmful emissions that may occur during the recycling process of the waste magnesia-carbon refractory material, and may supply the harmful exhaust gas to an external noxious gas treatment device (not shown).
  • the temperature of the waste magnesia-carbon refractory is excessively increased due to the inflow of air through the air inlet pipe 20, the temperature and the recycling housing of the waste magnesia-carbon refractory are supplied by the suction force provided through the air suction pipe 60. (50) The temperature inside can be adjusted.
  • an air nozzle 31 is formed in the central main tube housing 10 to form an air inlet gap, and a heat source supply pipe. Inside the 40 a plurality of heat source nozzles 41 are formed.
  • magnesia-carbon refractory recycling apparatus 1 uses high-purity waste magnesia-carbon refractory materials (MgO-C) by direct heating to the recycling housing 50 instead of the conventional indirect heating method. Regeneration with magnesia (MgO).
  • the waste magnesia-carbon refractory material (MgO-C) formed on the upper portion of the porous plate in the recycling housing 50 is continuously heated directly by causing a self-reaction, the inflow of a heat source is stopped after a predetermined time after the start of heating and air Even if the water is continuously introduced, the temperature in the recycling housing 50 rises to a preset temperature of 700 to 1500 ° C., thereby obtaining regenerated magnesia (MgO) having a purity of 80 to 99% with low energy consumption.
  • it should be set to a temperature of 1000 ⁇ 1200 °C.
  • waste magnesia-carbon refractory is a material that withstands high temperature, it does not soften at a high temperature of at least 1,000 °C or more and maintains its strength sufficiently, Since it can withstand chemical reactions, it is necessary to carry out combustion removal of graphite (C).
  • combustion means not only a state in which a common material burns out of a flame, but also a phenomenon in which graphite (C) and a heat source react to form a gas such as carbon monoxide or carbon dioxide, regardless of the presence or absence of a flame.
  • Combustion of graphite (C) particles or crystals is the first step in accessing the reaction gas to the graphite (C) surface, adsorption of the reaction gas on the graphite (C) surface, reaction and desorption of surface products.
  • the second step the third step of the separation of the product gas.
  • the first and third stages here consist of a process of physical change called gas movement, and the second stage consists of a process of chemical change.
  • the overall reaction rate is determined as the slowest process, and the rate of chemical change is very slow at low temperature, but is very fast at high temperature.
  • the former in the combustion reaction of graphite (C), the former is called a chemical regime, the latter is called a mass transfer regime, and the temperature range represented by each of the former and the latter is represented by Zone. ) I and Zone III.
  • graphite (C) particles or crystals become a graphite block which is an aggregate, another rate mechanism between zones I and III is an intrapore diffusion mechanism, and the temperature range is zone II.
  • the graphite block is a porous material and has many surfaces that can react inside rather than on the outside surface.
  • the relative combustion rate of the graphite C is affected by temperature.
  • the difference in combustion rate corresponds to a temperature of less than 1000 °C, in the present invention there is no difference in speed at least 700 ⁇ 1500 °C.
  • the combustion rate of graphite (C) particles or crystals is controlled by the rate of chemical change at low temperatures, and is governed by the diffusion rate of gases at high temperatures, but there is little influence of gas movement in space, that is, temperature on the structure.
  • the diffusion rate of the gas In the normal temperature range, even if the temperature rises by 100 ° C., the diffusion rate of the gas increases by only 20%. Therefore, the diffusion rate of the gas has a small value even at low temperatures, but does not increase much even at high temperatures.
  • the catalytic effect also depends on the chemical type of the impurities and the dispersion state in the crystal. For this reason, comparing the catalytic capacities between the elements is quite difficult. Alkyri metals and transition metals are known to have particularly high catalytic capacities.
  • Ignition temperature is a property that can vary depending on the measurement conditions, but the results measured under the same conditions can be used to compare the reactivity. In this reactivity experiment, ignition occurs easily because graphite (C) is made into a fine powder and heated in an oxygen stream. Therefore, when the graphite (C) block is heated in the air, the block may not ignite at the temperatures shown in Tables 1 and 2.
  • the most influential element in the experiment was Pb, not Fe or Co.
  • ignition temperature dropped from 740 degreeC to 382 degreeC-358 degreeC by addition of 0.15%.
  • the thing which hardly changed was the case where 0.1% of Sn was added and it was only less than 2 degreeC rather than adding. It is also obvious that increasing the amount of Sn added increases the ignition temperature.
  • Table 1 Element added Addition amount (% by weight) Ignition temperature (°C) Pb 0.15 382 V 0.20 490 Mn 0.45 523 Co 0.33 525 Cr 0.85 540 Cu 0.20 570 Mo 0.15 572 Ag 0.16 585 CD 0.21 590 Fe 0.13 593 Pt 0.03 602 Ni 0.45 613 Ir 0.40 638 Rh 0.20 622 Ru 0.30 640 Pd 0.30 659 Ce 0.72 692 Zn 50.00 700 W 0.02 718
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of recycling magnesia-carbon refractory materials according to an embodiment of the present invention.
  • the external main air is supplied through the air inlet pipe 20 through the air inlet pipe 20 by the external air supplied from the at least one air inlet pipe 20 or provided by the air inlet pipe 60.
  • 10 is introduced into the inside, the heat source is introduced into the central main tube housing 10 through the heat source inlet pipe 30 (S11).
  • the central main tube assembly 10 is a tubular housing formed vertically in a cylindrical shape and has at least one air inlet tube 20 and a recycling housing 50 formed at a position symmetrical with respect to a horizontal plane on a side surface thereof. It is provided with an air suction pipe 60 formed at the top.
  • the central main-pipe housing 10 is a heat source inlet pipe formed between at least one or more air inlet pipe 20 by maintaining a predetermined interval of 80 to 110 degrees through the outer peripheral surface of the central main-pipe housing 10 ( 30).
  • the temperature of the waste magnesia carbonaceous refractory in the recycling housing 50 may increase excessively, so that the inflow of air through the air inlet pipe 20 is stopped and the air intake pipe 60 is stopped. Air is sucked in to control the temperature of the waste magnesia-carbon refractory inside the recycling housing 50.
  • step S11 the air and the heat source respectively introduced in step S11 flow into the recycling housing 50 in which the waste magnesia-carbon refractory is present (S12).
  • the central main-pipe housing 10 includes a plurality of heat source supply pipes 40 and air nozzles 31 therein.
  • the plurality of heat source supply pipes 40 have a structure connected to the heat source inlet pipe 30 to allow the heat source to flow into the recycling housing 50, and the air nozzle 31 to introduce air into the recycling housing 50.
  • Corresponding to the gap is formed on the inner peripheral surface of the tube of the central main tube housing (10).
  • Each heat source supply pipe 40 forms a plurality of heat source nozzles 41 therein.
  • the heating device (not shown) formed in the recycling housing 50 performs direct heating for a predetermined time inside the recycling housing 50 (S13).
  • step (S13) after the direct heating to stop the inflow of the heat source through the opening and closing control of the air inlet pipe 20, the air intake pipe 60 and the heat source inlet pipe 30 to continue to flow only air (S14).
  • step S14 a self-reaction is caused by the waste magnesia-carbon refractory material (MgO-C) formed in the upper portion of the porous plate in the recycling housing 50 to rise above the preset temperature, thereby obtaining regeneration magnesia (MgO).
  • the preset temperature corresponds to 700 ⁇ 1500 °C experimentally.

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Abstract

본 발명은 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 열원과 공기(air)를 공급하기 위한 중앙 메인-관 하우징(10), 그리고 공기가 흡입되기 위한 공기 흡입관(60)과 내부에 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 구분되며, 중앙 메인-관 하우징(10)은, 중앙 메인-관 하우징(10) 내부를 통해 재활용 하우징(50)으로 외부의 공기를 유입하기 위해 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20); 및 중앙 메인-관 하우징(10) 내부를 통해 재활용 하우징(50)으로 열원을 유입하기 위해 형성되는 열원 유입관(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치를 제공함에 있다.

Description

마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법
본 발명은 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 폐 마그네시아-카본질 내화물을 직접 가열하는 방식으로 순도 높은 마그네시아(Mg0)를 얻을 수 있도록 하기 위한 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법에 관한 것이다.
1. 폐 마그카본 내화물의 재생방법(Method for regenerating waste MgO-C refractories)(특허등록번호 제10-1105437호)
2. 폐 마그카본 내화물을 이용한 내화조성물(The refractory material composed by using magnesia carbon brick) (특허등록번호 제10-0605711호)
3. 친환경 전기로 충진재 및 그 제조방법(Environmetal friendly EBT filler and manufacuring method thereof) (특허등록번호 제10-1135532호)
종래의 폐 마그네시아-카본질 내화물의 재활용 방법은 폐 마그네시아-카본질 내화물을 잘게 분쇄하여 재생 내화 블럭 등을 생산할 때 다른 원료와 배합하여 재생물을 만드는 방식이나 로타리 간접 가열 방식 등이 있었다.
한국특허 등록번호 제10-1105437호는 제강공정의 전로, 전기로, 래들 등의 내화벽돌로 사용이 끝난 폐 내화물을 재생시켜 다시 내화벽돌 등의 원료로 재활용할 수 있도록 함으로써 내화벽돌 제조비용 및 에너지 소비를 저감시키고 환경개선에 기여할 수 있으며, 재생된 내화물을 입도별로 분급 선별함으로써 적용범위를 다양하게 하여 고부가가치의 내화원료를 제공할 수 있다.
한국특허 등록번호 제10-0605711호는 폐 마그카본 내화물을 이용한 내화조성물에 관한 것으로서, 내화조성물의 구성을 포함한다.
한국특허 등록번호 제10-1135532호는 친환경 전기로 충진재에 관한 것으로, 노저 출강 방식 전기로의 출강구 밀폐용 충진재의 구성을 포함하고 있다.
이와 같은 종래의 기술 중 폐 내화물을 분쇄하여 내화벽돌 등이 제조되기 위한 단순 배합 방법은 폐 내화물이 재활용되는 방법일 뿐 폐 내화물을 재사용이 가능한 내화물로 재생할 수 없는 문제점이 있었으며, 회전하는 관 안에 폐 마그네시아-카본질 내화물을 넣고 관 외부에서 내부로 열을 가하는 간접 가열 방법은 고비용, 고에너지가 소모되어 경제성이 없었을 뿐만 아니라, 폐 마그네시아-카본질 내화물에서 순도 높은 산화 마그네시아(MgO)을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 방식인 간접 가열 방식 대신에 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 대한 직접 가열 방식으로 순도 높은 마그네시아(MgO)로 재생하도록 하기 위한 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 공기와 열원 공급을 통해 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)을 자체 반응을 통해 미리 설정된 온도 이상으로 상승하도록 함으로써, 적은 에너지 소비로 순도 80 ~ 99%의 재생 마그네시아(MgO)를 획득할 수 있도록 하기 위한 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치는, 열원과 공기(air)를 공급하기 위한 중앙 메인-관 하우징(10), 그리고 공기가 흡입되기 위한 공기 흡입관(60)과 내부에 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 구분되며, 중앙 메인-관 하우징(10)은, 중앙 메인-관 하우징(10) 내부를 통해 재활용 하우징(50)으로 외부의 공기를 유입하기 위해 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20); 및 중앙 메인-관 하우징(10) 내부를 통해 재활용 하우징(50)으로 열원을 유입하기 위해 형성되는 열원 유입관(30); 을 포함하며, 각기 유입된 공기와 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 유입되어 미리 설정된 시간 동안 직접 가열하여 재생 마그네시아(MgO)를 획득하는 것을 특징으로 한다.
이때, 직접 가열 이후에, 열원 유입을 중단하고 공기만 계속 유입시키는 방식에 따라 재활용 하우징(50) 내에서 다공판 상부에 형성된 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 의한 자체 반응에 의해 미리 설정된 온도 이상으로 상승하여 재생 마그네시아(MgO)를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 미리 설정된 온도는 700 ~ 1500℃이며, 획득되는 재생 마그네시아(MgO)는 순도 80 ~ 99%인 것이 바람직하다.
또한, 중앙 메인-관 하우징(10)은, 열원 유입관(30)과 연결된 구조로 재활용 하우징(50)으로 열원이 유입되도록 하는 복수 개의 열원 공급관(40); 및 재활용 하우징(50)으로 공기가 유입되도록 하는 공기 노즐(31); 을 포함한다.
또한, 중앙 메인-관 하우징(10)은, 원통형으로 수직으로 놓여져 형성된 관 형상의 하우징으로 측면에 수평면을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)을 구비하며, 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20) 사이에 중앙 메인-관 하우징(10)의 외주면을 통해 소정 각도의 간격을 유지하여 형성되는 열원 유입관(30)을 구비하는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 방법은, 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)에서 외부 공기가 공급되거나 공기 흡입관(60)에서 제공되는 흡입력으로 외부 공기가 공기 유입관(20)을 통해 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 유입하며, 열원 유입관(30)을 통해 열원이 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 유입되는 제 1 단계; 각기 유입된 공기와 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 유입되는 제 2 단계; 재활용 하우징(50) 내부에 미리 설정된 시간 동안 직접 가열을 수행하는 제 3 단계; 를 포함한다.
또한, 제 3 단계의 직접 가열 이후에, 공기 유입관(20) 및 열원 유입관(30)의 개폐 제어를 통해 열원 유입을 중단하고 공기만 계속 유입하도록 하는 제 4 단계; 및 재활용 하우징(50) 내에서 다공판 상부에 형성된 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 의해 자체 반응이 일어나 미리 설정된 온도 이상으로 상승하여 재생 마그네시아(MgO)를 획득하는 제 5 단계; 를 포함한다.
이때, 상기 제 5 단계의 미리 설정된 온도는 700 ~ 1500℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법은, 종래의 방식인 간접 가열 방식 대신에 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 대한 직접 가열 방식으로 순도 높은 마그네시아(MgO)를 재생하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치 및 방법은, 공기와 열원 공급을 통해 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)이 자체 반응을 일으켜서 미리 설정된 온도 이상으로 상승하도록 함으로써, 적은 에너지 소비로 순도 80 ~ 99%의 재생 마그네시아(MgO)를 획득할 수 있는 효과를 제공한다.
10: 중앙 메인-관 하우징
20: 공기 유입관
30: 열원 유입관
40: 열원 공급관
31: 공기 노즐(air nozzle)
41: 열원 노즐(heat source nozzle)
50: 재활용 하우징
60 : 공기 흡입관
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1) 전체를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)의 평면도이다.
도 3은 도 1의 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)에서 단면(A-A')을 기준으로 중앙 메인-관 하우징(10)에 대한 절개된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 중앙 메인-관 하우징(10)에서 C영역에 대한 확대 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)에서의 공기 유입과 열원 유입을 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1) 전체를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)의 평면도이다.
그리고 도 3은 도 1의 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)에서 단면(A-A')을 기준으로 중앙 메인-관 하우징(10)에 대한 절개된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 4는 중앙 메인-관 하우징(10)에서 C영역에 대한 확대 상태를 나타내는 도면이다.
마지막으로, 도 5는 도 1의 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)에서의 공기 유입과 열원 유입을 나타내기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)는 열원과 공기(air)를 공급하기 위한 중앙 메인-관 하우징(10), 내부에 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 구분된다.
그리고 중앙 메인-관 하우징(10)은 수직으로 형성된 관 형상의 하우징으로 측면에 수평면을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)과, 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20) 사이에 중앙 메인-관 하우징(10)의 외주면에 형성되는 열원 유입관(30)을 포함할 수 있다.
중앙 메인-관 하우징(10)의 형태나 도면에 도시된 공기 유입관(20)과 열원 유입관의 위치 및 개수는 한정되지 않으며 각 구성의 개념이나 역할 등을 중점으로 받아들이는 것이 바람직할 것이다. 예를 들면, 도 1과 도 5는 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)의 일실시 예로서 반드시 열원과 공기가 재활용 하우징(50)의 하단에서 공급되어야 하는 것은 아니다. 열원과 공기는 재활용 하우징(50)의 하단뿐만 아니라 측면이나 상단에서 공급될 수도 있으며 효율적인 가열 반응을 위해서는 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)의 상단에서 공급되는 것이 바람직할 것이다.
적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)은 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 외부의 공기를 유입하기 위해 형성되며, 열원 유입관(30)은 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 열원을 공급하기 위해 형성된다.
중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 공급되는 열원은 가스 연료이거나 액체 연료, 고체 연료일 수도 있으나 중앙 메인-관 하우징(10)에 공급되기 용이하도록 가스 형태의 연료인 것이 바람직할 것이다.
또한 재활용 하우징(50)에는 공기 흡입관(60)이 형성되어 폐 마그네시아-카본질 내화물의 재활용 공정 중에 발생할 수 있는 각종 유해 배출가스를 흡입하여 외부의 유해가스 처리장치(미도시)에 공급할 수도 있다. 또한 공기 유입관(20)을 통해 공기가 유입됨으로서 폐 마그네시아-카본질 내화물의 온도가 과다하게 상승하는 경우에는 공기 흡입관(60)을 통해 제공되는 흡입력으로 폐 마그네시아-카본질 내화물의 온도 및 재활용 하우징(50) 내부의 온도를 조절할 수 있다.
그리고, 도 3의 C영역에 대한 확대된 도면인 도 4를 참조하면, 중앙 메인-관 하우징(10) 내부에 공기 노즐(31)(air nozzle)이 공기 유입 틈 형성을 위해 형성되며, 열원 공급관(40)의 내부에는 복수 개의 열원 노즐(heat source nozzle)(41)이 형성된다.
이러한 구조를 통해 마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치(1)는 종래의 방식인 간접 가열 방식 대신에 재활용 하우징(50) 내부에 대한 직접 가열 방식으로 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)을 순도 높은 마그네시아(MgO)로 재생한다.
즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공기 유입 틈에 해당하는 중앙 메인-관 하우징(10) 내부의 공기 노즐(31)과, 열원 유입관(30)의 열원 노즐(41)을 통해 각기 유입된 공기와 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 유입되어 직접 가열된다.
또한, 재활용 하우징(50) 내에서 다공판 상부에 형성된 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)은 자체 반응을 일으키면서 지속적으로 직접 가열되기 때문에 가열 시작 후 미리 설정된 시간 후 열원 유입을 중단하고 공기만 계속 유입시켜도 재활용 하우징(50) 내의 온도는 미리 설정된 700 ~ 1500℃로 온도가 상승함으로써, 적은 에너지 소비로 순도 80 ~ 99%의 재생 마그네시아(MgO)를 획득할 수 있다. 바람직하게는 1000 ~ 1200℃의 온도로 설정되어야 할 것이다.
여기서 흑연의 열원 공급화 반응에 대해서 구체적으로 살펴보면, 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)은 고온에 견디는 물질로, 적어도 1,000℃ 이상 고온에서 연화(軟化)하지 않고 그 강도를 충분히 유지하며, 화학적 작용 등에도 견딜 수 있으므로, 흑연(C)의 연소 제거를 수행해야 한다.
본 명세서에서 연소는 통상의 물질이 불꽃을 내며 타는 상태만이 아니라, 불꽃의 유무와 관계없이 흑연(C)과 열원이 반응하여 일산화탄소나 이산화탄소 등의 가스가 되는 현상을 총칭하는 의미이다.
흑연(C) 입자나 결정의 연소는 가스의 종류를 불문하고, 흑연(C) 표면으로의 반응가스 접근의 제 1 단계, 흑연(C) 표면에서 반응가스의 흡착, 반응 및 표면생성물의 탈착의 제 2 단계, 생성 가스의 이탈의 제 3 단계 과정을 거친다.
여기서 제 1 단계와 제 3 단계는 가스 이동이라는 물리적 변화의 과정, 제 2 단계는 화학적 변화의 과정으로 구성된다. 이와 같은 복수의 과정이 차례로 진행되는 반응에서는 전체의 반응속도가 가장 속도가 느린 과정으로 정해지며, 화학적 변화의 속도는 저온에서는 매우 느리지만, 고온에서는 반대로 매우 빨라진다.
보다 구체적으로, 흑연(C)의 연소반응에서 전자를 화학반응 율속기구(Chemical regime), 후자를 경막내 확산진속기구(Mass Tranfer regime)라 하며, 전자와 후자 각각이 나타내는 온도범위를 존(Zone) Ⅰ 및 존 Ⅲ이라고 정의한다. 또한, 흑연(C) 입자나 결정이 집합체인 흑연블록이 되면 존 Ⅰ 및 존 Ⅲ 사이에 또 하나의 율속기구로 세공내 확산진속기구(Inpore regime)이고, 온도범위를 존 Ⅱ라고 한다.
이상 세 가지 반응 율속기구는 단지 화학적 변화에 의한 반응가스의 소비속도와, 그 공급속도의 균형관계에서 발생하는 것에 불과하다. 따라서 반응가스의 종류에 관계없이 공통된 동작이 된다.
이것은 흑연블록이 다공질재료로서 외부표면보다 오히려 내부에 반응 가능한 표면이 많이 때문이다. 이러한 제 1 내지 제 3의 존 구분과 연계하여 흑연(C)은 각종 가스에 의한 상대적 연소속도는 온도에 영향을 받는다. 그러나 연소속도의 차이는 1000℃이하의 온도일 경우에 해당하며, 본 발명에서 적어도 700 ~ 1500 ℃에서는 속도의 차이가 없다.
즉, 흑연(C) 입자나 결정의 연소속도는 저온에서는 화학적 변화의 속도로 지배되고, 고온에서는 가스의 확산속도로 지배되나 공간에서의 가스 이동, 즉 구조에 대한 온도의 영향은 적다.
통상 사용하는 온도범위에서는 온도가 100℃ 상승해도 가스의 확산속도는 고작 20 % 정도 증가하는데 불과하므로, 가스의 확산속도는 저온에서도 적지 않은 값을 갖지만 고온이 된다 해도 그다지 증가하지 않는다.
다음으로, 흑연(C)에서 반응성 함유불순물에 대해서 살펴보면, 흑연(C) 결정의 반응성을 크게 높이는 것은 함유불순물이다.
함유되는 거의 모든 원소가 크든 작든 반응성을 증가시킨다. 불순물의 효과는 그 촉매작용 때문이고, 흑연(C)과 열원의 반응은 모든 불순물이 공존하여 진행한다고 생각해도 좋을 정도이다.
촉매효과는 불순물의 화학형이나 결정 내의 분산상태에도 의존한다. 이 때문에 각 원소 간의 촉매능력을 비교하는 것은 상당히 어려운 면도 있으나, 알키리 금속이나 천이금속은 특히 큰 촉매능력을 갖는 것으로 알려져 있다.
한편, 극히 한정된 수의 원소, B, Si, P 또는 이들 화합물이 연소속도를 억제한다.
그리고 흑연(C) 결정 중의 특정 불순물 원소의 농도를 증가시켜가면 농도가 낮은 동안은 그 농도에 비례하여 반응성은 증가하지만, 점점 단위 농도당 촉매효과를 적어져 간다. 촉매농도의 영향에 대해 특징적인 것은 농도와 함께 존 I이나 존 Ⅱ에서 반응의 활성화 에너지가 변화하는 것이다. 통상 화학반응에는 하나의 반응에 대해 하나의 활성화 에너지가 대응한다.
그러나 흑연(C)과 열원와의 반응에서는 동종의 촉매에 의한 반응이 진행하는 경우에도 촉매농도가 다르면 여러 가지 반응의 활성화 에너지를 얻을 수 있다. 이와 같은 현상을 콤펜세이션(Compensation) 효과라고 부른다
하기의 [표 1] 및 [표 2]는 흑연(C) 분말에 여러 가지 불순물원소를 첨가한 경우의 착화온도이다. 착화온도는 측정조건에 따라 변할 수 있는 성질의 것이지만, 동일조건 하에서 측정한 결과는 반응성의 비교에 이용될 수 있다. 해당 반응성 실험에서는 착화가 용이하게 일어나는데 이는 흑연(C)을 미세한 분말로 하고, 산소 기류 중에 가열하였기 때문이다. 따라서 흑연(C) 블록을 대기 중에서 가열한 경우 블록이 [표 1] 및 [표 2]와 같은 온도에서 착화하는 일은 있을 수 없다.
첨가한 21종의 원소는 Zn의 50% 첨가를 제외하면 극히 미량으로 착화온도를 내리고 있으며, 올리는 원소는 하나도 없다.
해당 실험에서 가장 큰 영향을 준 원소는 Fe 나 Co 등의 천이금속원소가 아니라 Pb 이다. 이 Pb 원소의 경우 0.15% 첨가에 의해 착화온도는 740℃에서 382℃ 내지 358℃로 강하했다. 한편, 거의 변하지 않았던 것은 Sn을 0.1% 첨가했을 경우로서 무첨가시 보다 불과 2℃ 하회했을 뿐이다. Sn의 첨가량을 더 증가해 가면 반대로 착화온도를 높이는 효과가 있는 것도 분명하다.
표 1
첨가원소 첨가량(중량%) 착화온도(℃)
Pb 0.15 382
V 0.20 490
Mn 0.45 523
Co 0.33 525
Cr 0.85 540
Cu 0.20 570
Mo 0.15 572
Ag 0.16 585
Cd 0.21 590
Fe 0.13 593
Pt 0.03 602
Ni 0.45 613
Ir 0.40 638
Rh 0.20 622
Ru 0.30 640
Pd 0.30 659
Ce 0.72 692
Zn 50.00 700
W 0.02 718
표 2
첨가원소 첨가량(중량%) 착화온도(℃)
Hg 0.10 720
Sn 0.10 738
무첨가 740
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네시아-카본질 내화물 재활용 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)에서 외부 공기가 공급되거나 공기 흡입관(60)에서 제공되는 흡입력으로 외부 공기가 공기 유입관(20)을 통해 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 유입하며, 열원 유입관(30)을 통해 열원이 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 유입된다(S11).
이를 위해 중앙 메인-관 하우징(10)은 원통형으로 수직으로 놓여져 형성된 관 형상의 하우징으로 측면에 수평면을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20) 및 재활용 하우징(50)의 상단에 형성된 공기 흡입관(60)을 구비한다. 또한, 중앙 메인-관 하우징(10)은 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20) 사이에 중앙 메인-관 하우징(10)의 외주 면을 통해 80~110도의 소정 간격을 유지하여 형성되는 열원 유입관(30)을 구비한다.
공기 유입관(20)에서 공기가 유입되면 재활용 하우징(50) 내부의 폐 마그네시아 카본질 내화물의 온도가 과하게 상승할 수 있으므로 공기 유입관(20)을 통한 공기의 유입을 중단하고 공기 흡입관(60)에서 공기를 흡입하여 재활용 하우징(50) 내부의 폐 마그네시아-카본질 내화물의 온도를 조절한다.
단계(S11) 이후, 단계(S11)에서 각기 유입된 공기와 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 유입된다(S12).
이를 위해, 중앙 메인-관 하우징(10)은 내부에 복수 개의 열원 공급관(40)과 공기 노즐(31)을 포함한다. 여기서 복수 개의 열원 공급관(40)은 열원 유입관(30)과 연결된 구조로 재활용 하우징(50)으로 열원이 유입되도록 하며, 공기 노즐(31)은 재활용 하우징(50)으로 공기를 유입되도록 하는 공기 유입 틈에 해당하여 중앙 메인-관 하우징(10)의 관 내주면에 형성된다. 그리고 각 열원 공급관(40)은 내부에 복수 개의 열원 노즐(heat source nozzle)(41)을 형성한다.
단계(S12) 이후, 재활용 하우징(50)에 형성된 히팅장치(미도시)는 재활용 하우징(50) 내부에 미리 설정된 시간 동안 직접 가열을 수행한다(S13).
단계(S13) 이후, 직접 가열 이후 공기 유입관(20), 공기 흡입관(60) 및 열원 유입관(30)의 개폐 제어를 통해 열원의 유입을 중단하고 공기만 계속 유입하도록 한다(S14).
단계(S14) 이후, 재활용 하우징(50) 내에서 다공판 상부에 형성된 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 의해 자체 반응이 일어나 미리 설정된 온도 이상으로 상승함으로써, 재생 마그네시아(MgO)를 획득한다(S15). 여기서 미리 설정된 온도는 실험적으로 700 ~ 1500℃에 해당한다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (8)

  1. 열원과 공기(air)를 공급하기 위한 중앙 메인-관 하우징(10), 그리고 공기가 흡입되기 위한 공기 흡입관(60)과 내부에 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 구분되며, 중앙 메인-관 하우징(10)은,
    중앙 메인-관 하우징(10) 내부를 통해 재활용 하우징(50)으로 외부의 공기를 유입하기 위해 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20); 및
    중앙 메인-관 하우징(10) 내부를 통해 재활용 하우징(50)으로 열원을 유입하기 위해 형성되는 열원 유입관(30); 을 포함하며,
    각기 유입된 공기와 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 유입되어 미리 설정된 시간 동안 직접 가열하여 재생 마그네시아(MgO)를 획득하는 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 직접 가열 이후에,
    열원 유입을 중단하고 공기만 계속 유입시키는 방식에 따라 재활용 하우징(50) 내에서 다공판 상부에 형성된 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 의한 자체 반응에 의해 미리 설정된 온도 이상으로 상승하여
    재생 마그네시아(MgO)를 획득하는 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 미리 설정된 온도는,
    700 ~ 1500℃이며, 획득된 재생 마그네시아(MgO)는 순도 80 ~ 99%인 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    중앙 메인-관 하우징(10)은,
    열원 유입관(30)과 연결된 구조로 재활용 하우징(50)으로 열원이 유입되도록 하는 복수 개의 열원 공급관(40); 및
    재활용 하우징(50)으로 공기가 유입되도록 하는 공기 노즐(31); 을 구비하는 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    중앙 메인-관 하우징(10)은,
    원통형으로 수직으로 놓여져 형성된 관 형상의 하우징으로 측면에 수평면을 기준으로 대칭되는 위치에 형성되는 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)을 구비하며,
    적어도 하나 이상의 공기 유입관(20) 사이에 중앙 메인-관 하우징(10)의 외주면을 통해 소정각도의 간격을 유지하여 형성되는 열원 유입관(30)을 구비하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 장치.
  6. 적어도 하나 이상의 공기 유입관(20)에서 외부 공기가 공급되거나 공기 흡입관(60)에서 제공되는 흡입력으로 외부 공기가 공기 유입관(20)을 통해 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 유입하며, 열원 유입관(30)을 통해 열원이 중앙 메인-관 하우징(10) 내부로 유입되는 제 1 단계;
    각기 유입된 공기와 열원이 폐 마그네시아-카본질 내화물이 존재하는 재활용 하우징(50)으로 유입되는 제 2 단계;
    재활용 하우징(50) 내부에 미리 설정된 시간 동안 직접 가열을 수행하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 3 단계 이후에,
    공기 유입관(20) 및 열원 유입관(30)의 개폐 제어를 통해 열원 유입을 중단하고 공기만 계속 유입되도록 하는 제 4 단계 및
    재활용 하우징(50) 내에서 다공판 상부에 형성된 폐 마그네시아-카본질 내화물(MgO-C)에 의해 자체 반응이 일어나 미리 설정된 온도 이상으로 상승하여 재생 마그네시아(MgO)를 획득하는 제 5 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 5 단계의 미리 설정된 온도는,
    700 ~ 1500℃인 것을 특징으로 하는
    마그네시아-카본질 내화물 재활용 방법.
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