WO2021153805A1

WO2021153805A1 - 소성로

Info

Publication number: WO2021153805A1
Application number: PCT/KR2020/001241
Authority: WO
Inventors: 전동현; 전성우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-08-05
Also published as: KR20220119443A

Abstract

본 실시예는 처리물이 담긴 용기가 출입 가능한 밀폐형 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되는 복수개의 히터; 상기 챔버 내측에 회전 가능하게 구비되고, 상기 용기를 이송시키는 복수개의 롤러; 상기 롤러들의 양단을 상기 챔버 외부에서 지지하는 적어도 한 쌍의 프레임; 상기 프레임에 장착되고, 상기 롤러들의 진동을 측정하는 적어도 하나 이상의 센서; 및 상기 센서들의 측정값과 설치 위치에 따라 상기 롤러들의 고장을 감지하는 제어부;를 포함한다.

Description

소성로

본 발명은 처리물이 담긴 용기를 이송시키는 롤러들이 파손되기 전 롤러들의 이상을 신속하게 감지할 수 있는 소성로에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지에서 가장 중요한 핵심소재에 해당하는 양극재, 음극재, 소성 세라믹 캐패시터 등을 얻기 위한 한 절차로서 소성로를 이용하는 소성과정을 거친다.

소성로에서 처리물질의 소성은 제품 종류나 성질에 따라 대기분위기, 산소가스 분위기, 산소분압을 조정한 분위기, 이상화탄소가스 분위기 등 다양한 분위기 하에서 행해지고, 1000℃내외의 높은 온도를 유지한 상태에서 수십분 내지 수십시간 동안에 걸쳐서 이루어진다.

소성을 행하는 소성로의 종류도 다양한데, 전기자동차와 같은 대형 전원 응용분야에 필요한 전원 능력의 확보가 필요한 요즈음에는 고정밀의 온도제어를 통한 고품질 소성, 단시간의 소성, 에너지 절감, 특수한 분위기를 필요로 하는 소성조건에 맞는 우수한 응답성, 운송의 정속성 등이 부합되게 함과 동시에 생산성도 뛰어난 소성로가 요구되고 있다.

이러한 특성을 충족하는 소성로는 롤러 하스 킬른(roller hearth kiln)이 많이 사용되고 있다. 롤러 하스 킬른은 처리물이 세라믹 또는 금속재 봉으로 된 롤러콘베이어를 통과하는 동안 주위에 배치된 히터에 의해서 가열 처리, 분위기 처리가 되도록 설계되어 있다. 따라서, 처리물을 통과시키기 위한 대차나 대판 등이 필요 없고, 내화재로 만들어진 용기로 롤러 위를 통과할 수 있게 되으므로, 열의 전도가 매우 빠르다.

상기와 같은 소성로는 1000℃ 이상의 고온 하에서 복수개의 롤러가 처리물이 안착된 용기를 이송시키고, 롤러들이 자중 등에 의해 휘어지거나 파손되는 현상이 다소 발생하는데, 롤러의 파손으로 인하여 처리물이 대량 소실되는 문제점이 있다.

종래의 소성로는 롤러들의 파손을 감지하기 위하여 각 롤러 별로 포토 센서를 설치하고, 포토 센서에 촬영된 영상을 통하여 각 롤러의 파손을 감지할 수 있으나, 각 롤러의 파손으로 처리물이 대량 소실되는 문제점을 해결할 수 없다.

따라서, 롤러들이 파손되기 전 롤러들의 이상을 감지할 수 있는 소성로의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 처리물이 담긴 용기를 이송시키는 롤러들이 파손되기 전 롤러들의 이상을 신속하게 감지할 수 있는 소성로를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 실시예는 처리물이 담긴 용기가 출입 가능한 밀폐형 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되는 복수개의 히터; 상기 챔버 내측에 회전 가능하게 구비되고, 상기 용기를 이송시키는 복수개의 롤러; 상기 롤러들의 양단을 상기 챔버 외부에서 지지하는 적어도 한 쌍의 프레임; 상기 프레임에 장착되고, 상기 롤러들의 진동을 측정하는 적어도 하나 이상의 센서; 및 상기 센서들의 측정값과 설치 위치에 따라 상기 롤러들의 고장을 감지하는 제어부;를 포함하는 소성로를 제공한다.

상기 챔버는, 상기 용기가 이송되는 방향을 따라 온도 분포가 다르게 구성되는 승온 존(A)과 고온 존(B) 및 냉각 존(C)으로 나뉘어질 수 있다.

상기 히터들은, 상기 챔버의 상면과 하면 및 양측면 중 적어도 하나 이상에 설치될 수 있다.

상기 센서들은, 압전소자로 만들어진 가속도 센서들로 구성될 수 있다.

상기 히터들은, 상기 승온 존(A)의 온도를 설정 온도까지 상승시키고, 상기 고온 존(B)의 온도를 설정 온도 이상으로 유지시키며, 상기 냉각 존(C)의 온도를 설정 온도에서 하강시키도록 제어될 수 있다.

상기 프레임들은, 상기 승온 존(A)과 고온 존(B) 및 냉각 존(C) 별로 나눠지고, 일렬로 배열된 제1,2,3프레임을 포함할 수 있다.

상기 센서들은, 상기 제1,2,3프레임 별로 길이 방향 양단과 중심에 각각 세 개씩 설치될 수 있다.

상기 센서들은, 설정 온도 이하에서 작동 가능한 중온용 센서와, 설정 온도 이상에서 작동 가능한 고온용 센서를 포함할 수 있다.

상기 중용온 센서는, 상기 승온 존(A) 또는 상기 냉각 존(C)에 설치되고, 상기 고온용 센서는, 상기 고온 존(B)에 설치될 수 있다.

본 실시예의 소성로는 롤러들의 진동을 감지하는 센서들을 구비함으로서, 파손되기 전 롤러들의 이상 징후를 감지하고, 적절하게 대응할 수 있고, 롤러들의 파손으로 인하여 처리물의 대량 손실 등과 같은 사고를 방지할 수 있다.

또한, 각 존과 대응되도록 챔버 외부에 롤러들의 양단을 회전 가능하게 지지하는 각 프레임이 구비되고, 각 프레임에 진동을 감지하는 센서들을 구비함으로서, 롤러들의 진동을 감지하는 센서들의 측정값을 신뢰할 수 있고, 이상 롤러들의 위치도 감지할 수 있다.

또한, 각 존의 온도를 고려하여 고온용 진동 센서 외에도 저렴한 중온용 진동 센서를 함께 설치함으로서, 설비 비용을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 실시예의 소성로가 도시된 측면도.

도 2는 본 실시예의 소성로가 도시된 정면도.

도 3은 본 실시예에 따라 롤러와 진동 센서의 설치 위치가 도시된 평면도.

도 4는 본 실시예에 따라 롤러와 진동 센서의 설치 위치가 도시된 사시도.

도 5는 본 실시예에 따라 롤러와 진동 센서의 설치 위치가 도시된 측면도.

도 6은 본 실시예의 진동 센서에 의해 측정 신호가 도시된 그래프.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1 내지 도 2는 본 실시예의 소성로가 도시된 도면이고, 도 3 내지 도 5는 본 실시예에 따라 롤러와 진동 센서의 설치 위치가 도시된 도면이다.

본 실시예의 소성로는 챔버(110)와, 복수개의 히터(120)와, 복수개의 롤러(R)와, 프레임(130)과, 센서(S)와, 제어부(140)를 포함하고, 파손되기 전 롤러들(R)의 이상 징후를 롤러들(R)로부터 전달되는 진동을 측정하는 센서들(S)의 측정값에 따라 판단할 수 있다.

챔버(110)는 고온 탈습의 소성 공정이 이뤄질 수 있는 밀폐된 공간을 제공할 수 있다.

챔버(110)의 전/후면에는 개폐 가능한 출/입구가 구비되고, 챔버(110)의 출/입구를 통하여 처리물이 담기는 용기(T)가 챔버(110) 내부에서 이송될 수 있다.

챔버(110) 내부의 공간이 길이 방향으로 길게 형성됨으로서, 처리물이 챔버(110) 내부의 공간에서 이송되는 동안 소성 공정이 진행될 수 있다.

챔버(110) 내부의 공간은 임의로 승온 존(A)과 고온 존(B)과 냉각 존(C)으로 구분될 수 있으나, 승온 존(A)과 고온 존(B) 및 냉각 존(C)은 일렬로 연통될 수 있으며, 하기에서 설명될 히터(120)의 작동에 따라 구분될 수 있다.

승온 존(A)은 이송 중인 처리물을 점차 가열하는 구간이고, 고온 존(B)은 승온 존(A)과 냉각 존(C) 사이에서 이송 중인 처리물을 설정 온도, 예를 들어 1000℃ 이상으로 유지하는 구간이며, 냉각 존(C)은 이송 중인 처리물을 점차 냉각시키는 구간으로 정의될 수 있다.

히터(120)는 챔버(110) 내부에 설치되고, 챔버(110) 내부를 통과하는 처리물을 고온으로 가열할 수 있다.

히터(120)는 챔버(110)의 상측에 설치된 상부 히터(121)와, 챔버(110)의 하측에 설치된 하부 히터(122)와, 챔버(110)의 양측에 설치된 양측 히터(123)를 포함할 수 있으며, 한정되지 아니한다.

상부 히터(121)와 하부 히터(122) 및 양측 히터(133)는 승온 존(A)과 고온 존(B)과 냉각 존(C) 별로 나뉘어지도록 설치되고, 각 존(A,B,C) 별로 히터들(121~123)의 개수가 다르게 구성될 수 있고, 각 존(A,B,C) 별로 히터들(121~123)의 작동이 제어될 수 있다.

롤러들(R)은 처리물이 담긴 용기(T)를 챔버(110) 내에서 이송시키기 위하여 구비될 수 있다. 물론, 롤러들(R)은 하부 히터(122) 보다 상측에 구비될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

롤러들(R)은 챔버(110)의 양측을 가로지르도록 설치되는데, 챔버(110)의 길이 방향으로 소정 간격을 두고 나란히 구비될 수 있다. 롤러들(R)의 양단은 챔버(110) 양측에 외부로 노출되고, 하기에서 설명될 프레임(130)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 별도의 구동 모터(미도시)를 비롯하여 동력전달수단과 연결됨에 따라 구동될 수 있다.

롤러들(R)은 고온 하에서 견딜 수 있는 세라믹 소재로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

한 쌍의 프레임(130)은 챔버(110) 외부의 양측에 서로 대향되게 구비되고, 롤러들(R)의 양단이 한 쌍의 프레임(130)에 각각 베어링(b) 지지됨에 따라 회전 가능하게 설치될 수 있다.

롤러들(R)의 작동으로 인한 진동이 전달되는 것을 방지하고, 각 존(A,B,C) 별로 롤러들(R)의 관리 및 점검을 용이하게 하기 위하여, 프레임(130)은 각 존(A,B,C) 별로 나뉘어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

한 쌍의 제1프레임(131)은 승온 존(A)에 서로 대향되게 설치되고, 한 쌍의 제2프레임(132)은 고온 존(B)에 서로 대향되게 설치되며, 한 쌍의 제3프레임(133)은 냉각 존(C)에 서로 대향되게 설치될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

실시예에 따르면, 각 존(A,B,C) 별로 분리된 각 프레임(130)에 각각 20개의 롤러(R)가 구비될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

센서들(S)은 각 존(A,B,C) 별로 롤러들(R)의 작동 시에 전달되는 진동을 측정함으로서, 파손되기 전 롤러들(R)의 이상 징후를 사전에 감지할 수 있다.

센서들(S)은 각 존(A,B,C) 별로 설치될 수 있는데, 롤러들(R)의 이상 또는 파손되더라도 지속적인 사용이 가능하도록 직접 롤러들(R)에 설치되는 것 보다 롤러들(R)과 근접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 센서들(S)은 각 프레임(130)에 장착된 베어링(b) 또는 각 프레임(130) 자체에 장착될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

소성 과정이 진행되는 동안, 고온 존(B) 측 제2프레임(132)의 온도는 150 ~ 170℃ 범위를 유지하는 반면, 가열 존(A) 측 제1프레임(131)의 온도와 냉각 존(C) 측 제3프레임(133)의 온도는 70 ~ 120 ℃ 범위를 유지한다.

따라서, 제2프레임(132) 측에는 고온용 진동 센서(S)가 장착되어야 하지만, 제1,3프레임(131,133) 측에는 비교적 저가의 중온용 진동 센서(S)가 장착될 수 있으므로, 제작 비용을 절감시킬 수 있다.

본 실시예에 적용된 센서(S)는 압전소자형 가속도 센서로 구성될 수 있는데, 가속도 센서는 압전체에 힘을 가했을 때 분극이 발생해 전압이 생기는 압전 효과를 이용해 진동이나 가속도를 계측할 수 있으며, 진동 발생 시에 진폭이 전압값으로 출력될 수 있으므로, 진동이 잘게 쪼개진 고주파가 되어 시각화할 수 있는 특징이 있다.

진동 측정 가능한 센서들(S)의 감지 범위 및 감지력을 고려하여, 각 존(A,B,C) 별로 센서들(S)의 설치 위치 및 수량을 결정할 수 있으며, 한정되지 아니한다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 대량의 처리물을 이동시키기 위하여 롤러들(R)에 가해지는 부하를 견디고, 롤러들(R)을 안정적으로 지지하기 위하여, 챔버(110) 외부에 위치한 롤러들(R)의 양단에 각각 내/외측 프레임(130_in,130_out)이 서로 이격되게 구비되고, 내/외측 프레임(130_in,130_out)에 소정 간격을 두고 일렬로 내/외측 베어링들(b_in,b_out)이 장착될 수 있다.

롤러들(R)의 일단이 챔버(110)의 일측 외부에 위치한 내/외측 프레임(130_in,130_out)에 구비된 내/외측 베어링들(b_in,b_out)에 지지되고, 롤러들(R)의 타단이 챔버(110)의 타측 외부에 위치한 내/외측 프레임(130_in,130_out)에 구비된 내/외측 베어링들(b_in,b_out)에 지지될 수 있다.

따라서, 내/외측 센서들(S_in,S_out)은 내/외측 베이링들(b_in,b_out) 또는 내/외측 프레임(130_in,130_out)에 각각 구비되거나, 어느 한 곳에만 구비될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 센서들(S)은 각 롤러(R)와 대응되게 장착되지 않더라도 각 존(A,B,C) 별로 롤러들(R)의 이상을 사전에 감지하는 위치에 적절하게 설치될 수 있다.

각 존(A,B,C) 별로 챔버(110) 외부에 설치된 각 프레임(130)의 길이 방향 양단과 그 중심에 각각 제1,2,3센서(S1,S2,S3)가 설치되는 것이 바람직하다.

제어부(140)는 각 존(A,B,C) 별로 위치한 제1,2,3센서(S1,S2,S3)의 신호를 전달받아 롤러들(R)의 이상을 감지하고, 파손되기 전 롤러들(R)의 위치를 파악할 수 있도록 경고 알람을 발생시킬 수 있다.

실시예에 따르면, 제어부(140)는 제1,2,3센서(S1,S2,S3)와 연결된 DAQ board와, DAQ board 와 연결된 PC를 포함할 수 있으나, 한정되지 아니한다.

롤러들(R)의 파손이 발생되기 전 롤러들(R)의 진동이 점차 크게 감지되는 것을 고려하여, 제1,2,3센서(S1,S2,S3)의 측정값이 점차 커지면, 제1,2,3센서(S1,S2,S3)가 설치된 각 존(A,B,C)에 위치한 롤러들(R) 중 일부에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.

제어부(140)는 각 존(A,B,C) 별로 제1,2,3센서(S1,S2,S3)의 측정값을 분석하고, 이상이 발생한 롤러들(R)의 위치를 파악하면, 소성 공정을 중단시킨 다음, 이상 롤러들(R)의 위치 또는 이상 롤러(R)가 포함된 존(A,B,C)을 표시하거나, 경고 알람 등을 발생시킬 수 있다.

제어부(140)가 경고 알람을 발생하면, 작업자는 해당 존(A,B,C)에 위치한 롤러들(R)을 점검함으로서, 롤러들(R)의 파손 및 이로 인한 처리물의 대량 손실을 방지할 수 있다.

도 6은 본 실시예의 진동 센서에 의해 측정 신호가 도시된 그래프이다.

본 실시예에 따라 한 존 내에 복수개의 진동 센서를 설치하더라도 도 6에 도시된 바와 같이 진동 센서들의 측정값 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.

각 존 별로 구비된 프레임 상에서 진동 센서의 위치를 변경하면서 측정한 결과, 각 존 별로 3개의 진동 센서가 프레임의 양단과 중심에만 위치되더라도 충분히 신뢰할만한 진동 측정값을 획득할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 실시예는 이차전지의 양극재, 음극재, 소성 세라믹 캐패시터 등을 얻기 위해 고온 탈습하는 소성 과정을 진행하는 소성로에 적용될 수 있다.

Claims

처리물이 담긴 용기가 출입 가능한 밀폐형 챔버;

상기 챔버 내부에 구비되는 복수개의 히터;

상기 챔버 내측에 회전 가능하게 구비되고, 상기 용기를 이송시키는 복수개의 롤러;

상기 롤러들의 양단을 상기 챔버 외부에서 지지하는 적어도 한 쌍의 프레임;

상기 프레임에 장착되고, 상기 롤러들의 진동을 측정하는 적어도 하나 이상의 센서; 및

상기 센서들의 측정값과 설치 위치에 따라 상기 롤러들의 고장을 감지하는 제어부;를 포함하는 소성로.
제1항에 있어서,

상기 챔버는,

상기 용기가 이송되는 방향을 따라 온도 분포가 다르게 구성되는 승온 존(A)과 고온 존(B) 및 냉각 존(C)으로 나뉘어지는 소성로.
제1항에 있어서,

상기 히터들은,

상기 챔버의 상면과 하면 및 양측면 중 적어도 하나 이상에 설치되는 소성로.
제1항에 있어서,

상기 센서들은,

압전소자로 만들어진 가속도 센서들로 구성되는 소성로.
제2항에 있어서,

상기 히터들은,

상기 승온 존(A)의 온도를 설정 온도까지 상승시키고,

상기 고온 존(B)의 온도를 설정 온도 이상으로 유지시키며,

상기 냉각 존(C)의 온도를 설정 온도에서 하강시키도록 제어되는 소성로.
제2항에 있어서,

상기 프레임들은,

상기 승온 존(A)과 고온 존(B) 및 냉각 존(C) 별로 나눠지고, 일렬로 배열된 제1,2,3프레임을 포함하는 소성로.
제6항에 있어서,

상기 센서들은,

상기 제1,2,3프레임 별로 길이 방향 양단과 중심에 각각 세 개씩 설치되는 소성로.
제2항에 있어서,

상기 센서들은,

설정 온도 이하에서 작동 가능한 중온용 센서와,

설정 온도 이상에서 작동 가능한 고온용 센서를 포함하는 소성로.
제8항에 있어서,

상기 중용온 센서는,

상기 승온 존(A) 또는 상기 냉각 존(C)에 설치되고,

상기 고온용 센서는,

상기 고온 존(B)에 설치되는 소성로.