KR100983947B1

KR100983947B1 - 구형미세마그네슘분말 제조장치

Info

Publication number: KR100983947B1
Application number: KR1020100049327A
Authority: KR
Inventors: 연규엽
Original assignee: 연규엽
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2010-09-27
Also published as: US20110293763A1; US8632326B2

Abstract

본 발명은 구형미세마그네슘분말 제조장치에 관한 것으로서, 특히 아르곤(Ar)가스 저장장치로부터 아르곤가스를 전달받아 압축시키는 가스압축기와; 상기 가스압축기에서 압축된 아르곤가스를 가열하는 가스가열장치와; 마그네슘 용해로와 연결되어 마그네슘용탕을 공급받는 턴디쉬와; 상기 가스가열장치로부터 가열된 아르곤가스를 공급받아 분사하는 노즐분사장치가 구비되어 상기 턴디쉬로부터 공급된 마그네슘용탕과 아르곤가스를 충돌시켜 마그네슘분말을 생성하는 반응로와; 상기 반응로에서 생성된 마그네슘분말을 회수하는 회수장치와; 상기 회수장치를 거친 아르곤가스를 냉각시키는 제1가스냉각기와; 상기 제1가스냉각기를 거쳐 온도가 낮아진 아르곤가스로부터 분진을 제거하는 필터링장치와; 상기 필터링장치로부터 분진이 제거된 아르곤가스를 공급받는 버퍼탱크와; 상기 버퍼탱크로부터 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 압축시키는 압축블로어와; 상기 압축블로어에서 압축되어 온도가 상승된 아르곤가스를 공급받아 냉각시키는 제2가스냉각기와; 상기 제2가스냉각기로부터 냉각된 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 팽창시키고, 팽창된 아르곤가스를 상기 반응로에 공급하여 반응로 내에서 생성된 마그네슘분말을 냉각시키는 단열팽창덕트;로 구성되어, 마그네슘분말의 표면안정화도 및 구상화도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 아르곤가스를 재활용하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

구형미세마그네슘분말 제조장치{Manufacturing equipment of Magmesium powder}

본 발명은 구형미세마그장치분말 제조장치에 관한 것으로서, 특히 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 표면안정화도 및 구상화(球狀化)도를 향상시킬 수 있으며, 화재발생 위험을 떨어뜨릴 수 있는 구형미세마그네슘분말 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네슘분말은 예광, 추진체, 조명 등의 군사용도와 제강용탕황제, 화학촉매 등의 산업용도로 널리 사용되고 있다.

최근에는 마그네슘분말을 사용하는 군사용 제품이이나 산업제품 등의 크기가 작아지고 있어서, 이러한 작은 제품 내에 많은 양의 분말을 충진할 수 있도록 구상화도가 향상되고 작은 입도를 갖는 마그네슘분말을 요구하고 있다.

그러나, 지금까지 나온 마그네슘분말 제조장치는 마그네슘분말의 구상화도를 향상시킬 수 없을 뿐만 아니라 오염물질이 혼재되어 품질이 좋지 않고, 마그네슘분말을 제조하는 과정 중에 화재발생 위험성이 높은 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고온의 마그네슘용탕과 고온의 아르곤가스를 충돌시켜 마그네슘분말을 생성한 뒤 잔류되는 아르곤가스를 냉각시켜 이 냉각된 아르곤가스를 이후 생성되는 마그네슘분말을 냉각시키는데 사용함으로써 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘분말의 표면안정화도 및 구상화도를 향상시킬 수 있는 구형미세마그네슘분말 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 슬러지 및 금속산화물과 같은 이물질을 제거한 청정한 마그네슘용탕만을 마그네슘분말 제조에 사용함으로써 향상된 품질의 마그네슘분말을 획득할 수 있는 구형미세마그네슘분말 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 마그네슘용탕과 아르곤가스를 반응로 내에 상향분사시켜 마그네슘분말을 제조함으로써 화재발생 위험을 현저히 떨어뜨릴 수 있는 구형미세마그네슘분말 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치는 아르곤(Ar)가스 저장장치로부터 아르곤가스를 전달받아 압축시키는 가스압축기와; 상기 가스압축기에서 압축된 아르곤가스를 가열하는 가스가열장치와; 마그네슘 용해로와 연결되어 마그네슘용탕을 공급받는 턴디쉬와; 상기 가스가열장치로부터 가열된 아르곤가스를 공급받아 분사하는 노즐분사장치가 구비되어 상기 턴디쉬로부터 공급된 마그네슘용탕과 아르곤가스를 충돌시켜 마그네슘분말을 생성하는 반응로와; 상기 반응로에서 생성된 마그네슘분말을 회수하는 회수장치와; 상기 회수장치를 거친 아르곤가스를 냉각시키는 제1가스냉각기와; 상기 제1가스냉각기를 거쳐 온도가 낮아진 아르곤가스로부터 분진을 제거하는 필터링장치와; 상기 필터링장치로부터 분진이 제거된 아르곤가스를 공급받는 버퍼탱크와; 상기 버퍼탱크로부터 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 압축시키는 압축블로어와; 상기 압축블로어에서 압축되어 온도가 상승된 아르곤가스를 공급받아 냉각시키는 제2가스냉각기와; 상기 제2가스냉각기로부터 냉각된 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 팽창시키고, 팽창된 아르곤가스를 상기 반응로에 공급하여 반응로 내에서 생성된 마그네슘분말을 냉각시키는 단열팽창덕트;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 마그네슘 용해로와 상기 턴디쉬 사이에는 마그네슘용탕을 정련하는 정련로가 더 설치되어 상기 턴디쉬에 정련된 마그네슘용탕이 공급되되, 상기 정련로는 내부에 격벽이 일정높이로 형성되어 내부공간이 구획되는 내열도가니와; 상기 내열도가니의 개방된 상면을 개폐하고, 상기 마그네슘 용해로와 연결되어 마그네슘용탕을 내열도가니의 구획된 내부공간 중 어느 하나의 공간에 안내하는 용탕파이프가 일측에 설치된 덮개와; 상기 내열도가니의 구획된 내부공간 중 상기 용탕파이프가 설치된 공간 이외의 어느 다른 공간에 설치되고, 저면에 용탕유입홀이 형성된 출탕베슬과; 상기 덮개에 설치되어 상기 출탕베슬의 용탕유입홀을 개폐하는 실린더밸브와; 상기 덮개에 설치되어 상기 출탕베슬 내부의 마그네슘용탕을 상기 턴디쉬에 안내하고 끝단에 슬러지필터가 설치된 이송파이프와; 상기 덮개를 관통하도록 설치되어 상기 이송파이프를 통하여 일정한 양의 마그네슘용탕이 유출되도록 하는 용탕정량이송장치;로 구성된다.

그리고, 상기 용탕정량이송장치는 상기 덮개를 관통하도록 설치되어 상기 출탕베슬 내부에 아르곤가스를 주입함으로써 출탕베슬 내부의 압력을 상승시켜 상기 이송파이프를 통하여 마그네슘용탕이 유출되도록 하는 가스주입관과; 상기 덮개를 관통하도록 설치되어 상기 출탕베슬 내부의 압력이 높을 경우 아르곤가스를 유출시키는 가스유출관과; 상기 가스주입관에 연결되어 아르곤가스를 공급하는 가스공급탱크와; 상기 가스유출관에 연결되어 유출된 아르곤가스를 저장하는 유출가스저장탱크;로 구성된다.

또한, 상기 턴디쉬는 상기 반응로의 하측에 설치됨과 아울러 턴디쉬와 반응로 사이에는 마그네슘용탕을 상향공급시키는 용탕공급관이 설치되고, 상기 노즐분사장치는 상기 반응로의 하측에 설치됨과 아울러 상기 노즐분사장치에 구비된 노즐은 상기 반응로 내부에 아르곤가스를 상향분사하여 용탕공급관을 통하여 반응로 내부에 상향공급되는 마그네슘용탕과 아르곤가스가 충돌된다.

한편, 상기 아르곤가스 저장장치로부터 상기 가스압축기로 아르곤가스가 공급되는 관로상에는 산화제 공급장치가 연결되어, 산화제가 혼합된 아르곤가스가 상기 가스압축기로 공급된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 구형미세마그네슘분말 제조장치는 제1가스냉각기와 제2가스냉각기 및 단열팽창덕트 등을 거치면서 온도가 떨어진 아르곤가스를 반응로에 공급하여 마그네슘분말을 급속냉각시키므로, 마그네슘분말의 표면산화도를 균질하게 제어하여 표면안정화도 및 구상화도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 아르곤가스는 턴디쉬에서 공급된 마그네슘용탕과 반응로에서 충돌하여 마그네슘분말을 형성한 뒤 냉각되어 다시 반응로에 공급되므로, 고가의 아르곤가스 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 마그네슘 용해로에서 마그네슘을 용해할 때 발생되는 슬러지와 산화물 등을 정련로의 격벽에서 1차 제거한 후 이송파이프의 슬러지필터에서 다시 한번 제거하여 반응로 내부로 공급하므로, 배관을 통한 마그네슘용탕의 이송과정 중에 슬러지나 산화물 등에 의한 막힘현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 분말의 품질저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 가스주입관과 가스유출관을 통한 아르곤가스의 주입과 배출로 출탕베슬 내부의 압력을 일정하게 유지하여 일정한 양의 마그네슘용탕이 출탕베슬로부터 턴디쉬로 공급되게 함으로써, 마그네슘분말의 크기를 일정하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 반응로에 공급되는 아르곤가스를 가스압축기와 가열장치로 압축/가열하므로 아르곤가스의 유동속도가 상승하여 반응로 내부에 공급되고, 이렇게 유동속도가 상승된 아르곤가스는 턴디쉬로부터 공급되는 마그네슘용탕과 충돌하므로, 사이즈가 작은 마그네슘분말을 획득할 수 있는 이점이 있다.

또한, 턴디쉬에서 공급되는 마그네슘용탕과 가스압축기 및 가스가열장치를 거친 아르곤가스를 반응로 내부에서 상향분사하여 충돌시키므로, 화재의 발생위험을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가스분사방법에 의하여 제조된 마그네슘분말의 전자주사현미경 사진.
도 2는 종래기술에 따른 가스분사방법에 의하여 제조된 마그네슘분말을 표면가공한 후 그 표면모습을 보인 전자주사현미경 사진.
도 3은 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 정련로 모습을 개략적으로 보인 도.
도 5는 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 정량이송장치 모습을 개략적으로 보인 도.
도 6은 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치에 의하여 제조된 마그네슘분말의 전자주사현미경 사진.

이하, 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 정련로 모습을 개략적으로 보인 도이며, 도 5는 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치의 정량이송장치 모습을 개략적으로 보인 도이다.

그리고, 도 6은 본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치에 의하여 제조된 마그네슘분말의 전자주사현미경 사진이다.

본 발명에 의한 구형미세마그네슘분말 제조장치는 아르곤(Ar)가스 저장장치(10)와, 가스압축기(30)와, 가스가열장치(40)와, 마그네슘 용해로(50)와, 정련로(60)와, 턴디쉬(70)와, 반응로(80)와, 회수장치(90)와, 제1가스냉각기(100)와, 필터링장치(110)와, 버퍼탱크(130)와, 압축블로어(140)와, 제2가스냉각기(150)와, 정압버퍼(160) 및 단열팽창덕트(170)를 포함하여 구성된다.

상기 아르곤(Ar)가스 저장장치(10)는 내부에 아르곤가스가 저장되어 상기 가스압축기(30)로 공급한다.

상기 가스압축기(30)는 상기 아르곤가스 저장장치(10)와 배관으로 연결되어 아르곤가스 저장장치(10)로부터 아르곤가스를 공급받고, 공급받은 아르곤가스를 압축시킨다. 이렇게 아르곤가스를 압축시키는 이유는 아르곤가스의 속도를 빠르게 함으로써 미세한 사이즈의 구형마그네슘분말을 제조하기 위함이다. 즉, 마그네슘분말의 사이즈는 상기 반응로(80) 내부에서 마그네슘용탕과 충돌하는 아르곤가스의 분사속도에 반비례하므로, 아르곤가스를 압축시켜 아르곤가스의 속도를 크게 하면 반응로(80) 내부에서 생성되는 마그네슘분말은 그만큼 미세한 사이즈로 형성된다.

여기서, 상기 아르곤가스 저장장치(10)로부터 상기 가스압축기(30)로 아르곤가스가 공급되는 관로상에는 산화제 공급장치(20)가 연결된다. 마그네슘분말을 생성할 때 마그네슘분말의 표면에 일정한 산화층이 균일하게 형성되어야만 자연발화가 방지되는데, 이러한 자연발화를 방지하기 위하여 산화제를 아르곤가스에 혼합하여, 이것을 상기 가스압축기(30)로 공급하는 것이다.

상기 가스가열장치(40)는 상기 가스압축기(30)와 배관으로 연결되어 가스압축기(30)에서 압축된 아르곤가스를 공급받아 이를 가열하는 장치이다. 가스압축기(30)를 거치면서 속도가 빨라진 아르곤가스에 열을 가하여 아르곤가스의 유속을 더욱 빠르게 함으로써 미세한 입자 사이즈를 갖는 마그네슘분말을 얻기 위함이다.

상기 마그네슘 용해로(50)는 고체 상태의 마그네슘잉곳을 용해시켜 액체상태의 마그네슘용탕을 만드는 장치이다.

상기 정련로(60)는 상기 마그네슘 용해로(50)와 상기 턴디쉬(70)의 연결관로상에 설치되어 정련된 마그네슘용탕을 턴디쉬(70)로 공급하기 위하여 사용하는 장치이다. 마그네슘잉곳을 용해하다 보면 금속간 화합물과 같은 슬러지와 산화물 등이 필연적으로 발생하게 되고, 이러한 슬러지와 산화물은 마그네슘분말 생성을 위하여 마그네슘용탕이 거쳐 가는 여러 가지 장치들에 문제를 일으키며, 그 문제의 결과로써 최종 제품인 마그네슘분말의 품질을 저하시킨다. 이렇게 마그네슘분말의 품질이 저하되는 것을 방지하기 위하여 마그네슘 용해로(50)에서 마그네슘잉곳이 용해되어 생성된 마그네슘용탕을 바로 턴디쉬(70)로 공급하지 않고 정련로(60)를 한번 거치게 하는 것이다.

이러한 역할을 하는 정련로(60)는 내열도가니(61)와, 덮개(62)와, 출탕베슬(63)과, 실린더밸브(64)와, 이송파이프(65) 및 용탕정량이송장치(66)로 구성된다.

상기 내열도가니(61)는 상기 마그네슘 용해로(50)로부터 공급된 마그네슘용탕이 저장되는 곳으로서, 마그네슘용탕과 접촉되는 내부는 저탄소강으로 제작하고 외부는 니켈계 내열합금 재질의 클레드 메탈재질로 제작한다. 이러한 내열도가니(61)의 내부에는 격벽(61a)이 일정높이로 형성되어 내부공간이 구획된다.

상기 내열도가니(61)에 형성된 격벽(61a)은 내열도가니(61) 내부로 유입된 마그네슘용탕으로부터 슬러지나 금속산화물을 제거하기 위한 것이다. 즉, 마그네슘잉곳의 용해 과정 중에 생성된 슬러지나 금속산화물은 마그네슘용탕에 혼합된 채로 상기 내열도가니(61)에 유입되는데, 이때 슬러지나 금속산화물은 순수한 마그네슘용탕보다 비중이 크기 때문에 내열도가니(61)의 구획된 내부공간 중 어느 한 공간의 바닥면에 가라앉게 되고, 이 가라앉은 침전물은 상기 격벽(61a)에 의하여 차단되어 내열도가니(61)의 다른 내부공간으로 이동되는 것이 방지된다.

상기 덮개(62)는 상기 내열도가니(61)의 개방된 상면을 개폐하는 것으로서, 상기 내열도가니(61) 내부가 일정 정도의 진공도를 유지할 수 있도록 한다. 이러한 덮개(62)는 내열도가니(61)에 견고하게 설치되어 외부의 공기가 출입될 수 없도록 함으로써 오로지 후술할 용탕정량이송장치(66)의 가스주입관(66a)과 가스유출관(66b)을 통해서만 내열도가니(61) 내부의 진공도가 조절될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 덮개(62)는 일측에 용탕파이프(62a)가 설치된다.

상기 용탕파이프(62a)는 상기 마그네슘 용해로(50)와 연결되어 마그네슘용탕을 내열도가니(61)의 구획된 내부공간 중 어느 하나의 공간에 안내하는 것이다.

상기 출탕베슬(63)은 격벽(61a)에 의하여 구획된 상기 내열도가니(61)의 내부공간 중 상기 용탕파이프(62a)가 설치된 공간 이외의 어느 다른 공간에 설치된다. 즉, 상기 출탕베슬(63)은 상기 내열도가니(61)의 내부공간 중에서 마그네슘용탕의 침전물이 퇴적되지 않은 공간에 설치된다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 내열도가니(61)는 격벽(61a)에 의하여 내부공간이 유입실(R1)과 출탕실(R2)로 구획되는데, 상기 유입실(R1)은 상기 용탕파이프(62a)를 통하여 마그네슘 용해로(50)에서 생성된 마그네슘용탕이 유입되는 곳이고, 상기 출탕실(R2)은 상기 유입실(R1)에서 슬러지와 금속산화물과 같은 것들이 제거된 청정한 마그네슘용탕이 유입되는 곳이다. 바로 이 출탕실(R2)에 상기 출탕베슬(63)이 설치되는 것이다.

이러한 출탕베슬(63)은 내열도가니(61) 전체의 내부 용적 중에서 약 30퍼센트 정도를 차지하도록 제작되고, 저면에 용탕유입홀(63a)이 형성된다.

상기 용탕유입홀(63a)은 상기 용탕파이프(62a)를 통하여 내열도가니(61) 내부로 유입된 마그네슘용탕 중에서 슬러지 및 금속산화물과 같은 침전물이 제거된 청정한 마그네슘용탕만을 출탕베슬(63) 내부로 유입시키기 위하여 형성시킨 것이다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 내열도가니(61)에 유입된 마그네슘용탕은 격벽(61a)에 의하여 상기 유입실(R1)에 정체되면서 내부에 포함된 슬러지와 금속산화물 등이 침전물로 퇴적하게 되고, 침전물이 제거된 청정한 마그네슘용탕은 상기 격벽(61a)의 상단면을 타고 이웃하는 내열도가니의 다른 내부공간, 즉 출탕실(R2)로 흘러들어간다. 따라서, 상기 격벽(61a)을 중심으로 유입실(R1)에는 침전물이 바닥면에 퇴적된 마그네슘용탕이 존재하게 되고, 출탕실(R2)에는 침전물이 제거된 청정한 마그네슘용탕이 존재하게 된다. 이렇게 청정한 마그네슘용탕만이 존재하는 내열도가니(61)의 출탕실(R2)에는 출탕베슬(63)이 배치되는데, 청정한 마그네슘용탕의 수위가 점점 올라가면 어느 순간에 상기 출탕베슬(63)의 저면에 형성된 용탕유입홀(63a)과 만나게 되고, 청정한 마그네슘용탕의 수위가 더욱 더 올라가면 청정한 마그네슘용탕은 용탕유입홀(63a)을 통하여 출탕베슬(63) 내부로 유입된다.

상기 실린더밸브(64)는 상기 덮개(62)에 설치되어 상기 출탕베슬(63)의 용탕유입홀(63a)을 개폐하는 기능을 수행한다. 이 실린더밸브(64)는 상하운동 가능하도록 설치됨으로써 마그네슘용탕의 유입이 필요하지 않은 경우에는 하측으로 이동하여 상기 용탕유입홀(63a)을 폐쇄시키고, 마그네슘용탕의 유입이 필요한 경우에는 상측으로 이동하여 용탕유입홀(63a)을 막고 있던 것을 개방시킨다.

상기 이송파이프(65)는 상기 덮개(62)에 설치되어 상기 출탕베슬(63) 내부의 마그네슘용탕을 상기 턴디쉬(70)에 안내한다. 즉, 상기 이송파이프(65)는 일단이 상기 출탕베슬(63) 내부에 위치되고 타단이 상기 턴디쉬(70)에 위치되어 상기 출탕베슬(63)의 용탕유입홀(63a)을 통과한 청정한 마그네슘용탕을 상기 턴디쉬(70)로 안내한다.

한편, 상기 출탕베슬(63) 내부에 위치되는 이송파이프(65)의 일단에는 슬러지필터(65a)가 설치되어, 마그네슘용탕 내부의 슬러지와 금속산화물 중에서 상기 격벽(61a)에 의하여 미처 제거되지 않은 것을 제거한다.

그리고, 상기 이송파이프(65)의 관로상에는 용탕가열장치(65b)가 설치되어 이송파이프(65)를 통하여 턴디쉬(70)로 이동되는 마그네슘용탕을 가열한다.

상기 용탕정량이송장치(66)는 상기 덮개(62)를 관통하도록 설치되어 상기 이송파이프(65)를 통하여 일정한 양의 마그네슘용탕이 상기 턴디쉬(70)를 향하여 유출되도록 한다.

이러한 용탕정량이송장치(66)는 가스주입관(66a)과, 가스유출관(66b)과, 가스공급탱크(66c) 및 유출가스저장탱크(66d)로 구성된다.

상기 가스주입관(66a)은 상기 덮개(62)를 관통하도록 설치되어 일단이 상기 출탕베슬(63) 내부에 위치된다. 이러한 가스주입관(66a)은 상기 출탕베슬(63) 내부에 아르곤가스를 주입함으로써 상기 이송파이프(65)를 통하여 마그네슘용탕이 유출되도록 한다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 가스주입관(66a)을 통하여 아르곤가스를 출탕베슬(63) 내부로 주입하면 출탕베슬(63) 내부의 압력이 상승하게 되고, 이 상승된 압력에 의하여 출탕베슬(63) 내부의 마그네슘용탕은 자연스럽게 이송파이프(65)를 따라 이동하게 된다.

상기 가스유출관(66b)은 상기 덮개(62)를 관통하도록 설치되어 일단이 상기 출탕베슬(63) 내부에 위치된다. 이러한 가스유출관(66b)은 상기 출탕베슬(63) 내부의 압력이 높을 경우 출탕베슬(63) 내부의 아르곤가스를 유출시킴으로써 출탕베슬(63) 내부의 압력을 떨어뜨린다. 이렇게 출탕베슬(63) 내부의 압력이 떨어지면 상기 이송파이프(65)를 따라 이동되는 마그네슘용탕의 양이 감소되어 결과적으로 상기 턴디쉬(70)에 공급되는 마그네슘용탕의 양이 감소된다.

상기 가스공급탱크(66c)는 상기 가스주입관(66a)의 타단에 연결되어 상기 가스주입관(66a)에 아르곤가스를 공급하여, 상기 출탕베슬(63) 내부에 아르곤가스가 유입되도록 한다.

상기 유출가스저장탱크(66d)는 상기 가스유출관(66b)의 타단에 연결되어 가스유출관(66b)을 통하여 유출된 출탕베슬(63) 내부의 아스곤가스를 저장한다.

상기와 같이 가스주입관(66a)과 가스유출관(66b)을 통하여 출탕베슬(63) 내부의 압력을 일정하게 유지하여 일정한 양의 마그네슘용탕이 출탕베슬(63)로부터 턴디쉬(70)로 공급되게 하면 마그네슘분말의 크기를 일정하게 할 수 있다. 즉, 출탕베슬(63)에서 턴디쉬(70)를 거쳐서 반응로(80) 내부로 마그네슘용탕이 유입될 때 그 유입되는 마그네슘용탕의 유량변화가 크게 되면 생성되는 마그네슘분말의 평균입도가 큰 폭으로 변화되어 미세분말의 연속제조가 어렵기 때문에 가스주입관(66a)과 가스유출관(66b)을 사용하여 출탕베슬(63)의 압력을 조정하는 것은 중요하다.

상기 턴디쉬(70)는 마그네슘잉곳을 용해시켜 마그네슘용탕을 형성시키는 마그네슘 용해로(50)로부터 마그네슘용탕을 공급받기도 하지만, 앞서 얘기한 것처럼 마그네슘 용해로(50)와 턴디쉬(70) 사이에는 정련로(60)가 설치되어 상기 정련로(60)로부터 정련된 마그네슘용탕을 공급받는 것이 바람직하다.

상기 반응로(80)는 상기 가스가열장치(40)로부터 가열된 아르곤가스를 공급받아 이 아르곤가스와 상기 턴디쉬(70)로부터 공급된 마그네슘용탕을 충돌시켜 마그네슘분말을 생성하는 장치이다. 이렇게 반응로(80) 내부에서 아르곤가스와 마그네슘용탕이 충돌될 때는 아르곤가스를 빠른 속도로 분사하는 것이 필요하다. 왜냐하면, 반응로(80) 내부에서 아르곤가스와 마그네슘용탕의 충돌결과로 생성되는 마그네슘분말은 아르곤가스의 분사속도와 반비례하기 때문이다. 즉, 빠른 속도로 아르곤가스를 분사시켜 마그네슘용탕과 충돌시키면 작은 사이즈의 구형마그네슘분말을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 반응로(80)에는 노즐분사장치(81)가 구비되어, 이 노즐분사장치(81)의 노즐을 통하여 상기 가스가열장치(40)로부터 공급받은 가열된 아르곤가스를 빠른 속도로 분사시킨다.

그리고, 반응로(80) 내부에서 서로 충돌하는 마그네슘용탕과 아르곤가스는 온도가 높은 것이 바람직하다. 왜냐하면 온도가 높은 마그네슘용탕과 아르곤가스가 서로 충돌할 때 구형마그네슘분말의 수율(收率)이 높기 때문이다. 이런 이유로 이송파이프(65)의 관로상에 용탕가열장치(65b)를 설치하여 마그네슘용탕을 가열하도록 하였고, 가스압축기(30)와 가스가열장치(40)로 아르곤가스를 가열한 것이다.

한편, 상기 반응로(80)에는 상기 턴디쉬(70)로부터 마그네슘용탕이 공급된다고 하였는데, 이 마그네슘용탕은 용탕공급관(71)을 통하여 턴디쉬(70)로부터 반응로(80) 내부로 공급된다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 턴디쉬(70)는 상기 반응로(80)의 하측에 설치되는데, 이렇게 설치되는 턴디쉬(70)와 반응로(80) 사이에 용탕공급관(71)이 설치되고, 이 용탕공급관(71)을 통하여 턴디쉬(70) 내부의 마그네슘용탕이 반응로(80)로 상향공급된다. 그리고, 이렇게 마그네슘용탕이 반응로(80) 내부로 상향공급되므로, 상기 노즐분사장치(81)도 반응로(80)의 하측에 설치되어 여기에 구비된 노즐이 아르곤가스를 상기 반응로(80) 내부에 상향분사시킨다. 따라서, 반응로(80) 내부로 각각 상향분사되는 마그네슘용탕과 아르곤가스가 서로 충돌되어 구형마그네슘분말이 형성되는 것이다.

이렇게 마그네슘용탕과 아르곤가스를 상향분사시켜 충돌시킴으로써 마그네슘분말을 생성시키는 이유는 각각을 하향분사시켜 마그네슘분말을 생성하는 것보다 화재와 같은 안전사고의 발생가능성이 적기 때문이다.

상기 회수장치(90)는 상기 반응로(80)에서 생성된 마그네슘분말을 회수하는 장치이다. 이 회수장치(90)는 사이클론 방식의 회수장치 2개를 병렬로 연결하여 1차로 마그네슘분말을 회수한 뒤 회수되지 않은 나머지 마그네슘분말을 다시 한 번 회수한다.

상기 제1가스냉각기(100)는 상기 회수장치(90)를 거친 아르곤가스를 냉각시킨다. 즉, 상기 반응로(80) 내부에서 마그네슘용탕과 아르곤가스가 충돌한 후 마그네슘용탕은 구형마그네슘분말이 되고, 아르곤가스는 여전히 잔류하게 되는데, 구형마그네슘분말은 회수장치(90)를 거치면서 회수되는 반면에 아르곤가스는 어느 특정 장치에 회수되지 않고 제1가스냉각기(100)로 유입되어 냉각되는 것이다.

상기 필터링장치(110)는 상기 제1가스냉각기(100)를 거쳐 온도가 낮아진 아르곤가스로부터 분진을 제거한다.

상기 회수장치(90)로부터 미세한 구형마그네슘분말이 회수되었다 하더라도 회수장치(90)와 제1가스냉각기(100)를 거친 아르곤가스에는 아주 작은 사이즈의 마그네슘분진이나 이물질 등이 포함되어 있다. 이렇게 아르곤가스에 포함되어 있는 아주 작은 사이즈의 분진이나 이물질을 필터링장치(110)가 제거하는 것이다.

이러한 필터링장치(110)는 집진기(111)와 라인필터(112)로 구성된다.

상기 집진기(111)는 상기 제1가스냉각기(100)를 거친 아르곤가스로부터 분진을 제거하는 장치이고, 상기 라인필터(112)는 상기 집진기(111)에서 필터링하는 분진보다 더 작은 사이즈의 분진을 제거하는 장치이다. 즉, 집진기(111)에서 1차로 분진을 제거하고, 상기 집진기(111)에서 제거되지 않은 더 작은 사이즈의 분진을 라인필터(112)에서 제거하는 것이다.

상기 버퍼탱크(130)는 분진이 제거된 아르곤가스를 공급받는 장치이다. 상기 필터링장치(110)의 라인필터(112)와 버퍼탱크(130) 사이에는 라인블로어(120)가 설치되는데, 이 라인블로어(120)는 필터링장치(110)나 그 보다 앞서 아르곤가스가 거쳐가는 장치들로부터 아르곤가스를 끌어당겨 상기 버퍼탱크(130)에 보내는 역할을 한다.

여기서, 버퍼탱크(130)를 설치하는 이유는 일단 버퍼탱크(130)에 아르곤가스를 일시 저장한 다음 균일한 양의 아르곤가스를 압축블로어(140)와 제2가스냉각기(150)에 보내기 위해서이다. 이렇게 균일한 양의 아르곤가스를 보내야만 압축블로어(140)와 제2가스냉각기(150)에서 아르곤가스가 균일하게 압축되고 균일하게 냉각될 수 있다.

상기 압축블로어(140)는 상기 버퍼탱크(130)로부터 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 압축시킨다. 이렇게 압축이 되면 아르곤가스의 유속은 빨라지고, 동시에 아르곤가스의 온도는 상승된다.

상기 제2가스냉각기(150)는 상기 압축블로어(140)에서 압축되어 온도가 상승된 아르곤가스를 공급받아 이를 냉각시킨다.

상기 정압버퍼(160)는 상기 제2가스냉각기(150)와 단열팽창덕트(170) 사이에 설치되어 압축블로어(140)를 통하여 유속이 빨라지고 동시에 제2가스냉각기(150)를 통하여 온도가 떨어진 아르곤가스를 공급받아 이 아르곤가스를 팽창시킴으로써 다시 한 번 온도를 떨어뜨린다.

상기 단열팽창덕트(170)는 상기 반응로(80)의 하측, 좀 더 자세하게는 상기 노즐분사장치(81)의 상측에 설치되어 반응로(80) 내부에 공급함으로써 반응로(80) 내에서 생성된 마그네슘분말을 냉각시키는 기능을 수행한다. 즉, 단열팽창덕트(170)는 상기 압축블로어(140)와 제2가스냉각기(150) 및 정압버퍼(160)를 거치면서 유속은 빨라지고 온도는 떨어진 아르곤가스를 공급받아서 단열된 상태에서 팽창시킴으로써 온도는 더 떨어지고 유속은 더 빠르게 하여, 턴디쉬(70)에서 공급되는 마그네슘용탕과 가스가열장치(40)를 거쳐 노즐분사장치(81)를 통하여 분사되는 아르곤가스의 충돌로 생성된 구형마그네슘분말에 이 유속이 빨라진 아르곤가스를 분사하여 구형마그네슘분말을 냉각시키는데 사용하는 것이다.

이렇게 단열팽창덕트(170)에서 아르곤가스를 단열팽창시키는 이유는 아르곤가스의 온도를 하락시킴과 아울러 유속을 빠르게 하여 구형마그네슘분말을 신속하게 냉각시키기 위함이다. 고온의 마그네슘용탕과 고온의 아르곤가스 충돌로 생성되는 구형마그네슘분말의 냉각속도가 느린 경우에는 마그네슘분말분말 표면의 산화량 증가로 연소열량이 저하될 뿐만 아니라 구형진원도 불량 등이 발생하여 마그네슘분말의 표면가공공정이 필요하게 된다. 이러한 이유로 구형마그네슘분말을 급속하게 냉각시키면 마그네슘분말의 표면산화도를 균일하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 표면안정화도 및 구상화도를 향상시킬 수 있다. 따라서 마그네슘분말의 표면가공공정도 필요하지 않게 된다.

한편, 상기 아르곤가스 저장장치(10)와 가스압축기(30)의 연결관로상에는 산화제 공급장치(20)가 배관으로 연결되게 설치된다고 하였는데, 이 배관들의 연결교차점에는 안전밸브(V)가 설치된다. 그리고, 상기 안전밸브(V)에는 버퍼탱크(130)와 연결되는 배관이 연결된다. 따라서, 상기 안전밸브(V)를 중심으로 아르곤가스 저장장치(10)와 가스압축기(30) 및 산화제 공급장치(20)와 버퍼탱크(130)가 서로 연결된다.

10: 아르곤가스 저장장치 20: 산화제 공급장치
30: 가스압축기 40: 가스가열장치
50: 마그네슘 용해로 60: 정련로
61: 내열도가니 61a: 격벽
62: 덮개 62a; 용탕파이프
63: 출탕베슬 63a: 용탕유입홀
64: 실린더밸브 65: 이송파이프
65a: 슬러지필터 65b: 용탕가열장치
66: 용탕정량이송장치 66a: 가스주입관
66b: 가스유출관 66c: 가스공급탱크
66d: 유출가스저장탱크 70: 턴디쉬
71: 용탕공급관 80: 반응로
81: 노즐분사장치 90: 회수장치
100: 제1가스냉각기 110: 필터링장치
111: 집진기 112: 라인필터
120: 라인블로어 130: 버퍼탱크
140: 압축블로어 150: 제2가스냉각기
160: 정압버퍼 170: 단열팽창덕트
R1: 유입실 R2: 출탕실
V: 안전밸브

Claims

아르곤(Ar)가스 저장장치(10)로부터 아르곤가스를 전달받아 압축시키는 가스압축기(30)와; 상기 가스압축기(30)에서 압축된 아르곤가스를 가열하는 가스가열장치(40)와; 마그네슘잉곳을 용해시켜 마그네슘용탕을 형성시키는 마그네슘 용해로(50)로부터 마그네슘용탕을 공급받는 턴디쉬(70)와; 상기 가스가열장치(40)로부터 가열된 아르곤가스를 공급받아 분사하는 노즐분사장치(81)가 구비되어 상기 턴디쉬(70)로부터 공급된 마그네슘용탕과 아르곤가스를 충돌시켜 마그네슘분말을 생성하는 반응로(80)와; 상기 반응로(80)에서 생성된 마그네슘분말을 회수하는 회수장치(90)와; 상기 회수장치(90)를 거친 아르곤가스를 냉각시키는 제1가스냉각기(100)와; 상기 제1가스냉각기(100)를 거쳐 온도가 낮아진 아르곤가스로부터 분진을 제거하는 필터링장치(110)와; 상기 필터링장치(110)로부터 분진이 제거된 아르곤가스를 공급받는 버퍼탱크(130)와; 상기 버퍼탱크(130)로부터 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 압축시키는 압축블로어(140)와; 상기 압축블로어(140)에서 압축되어 온도가 상승된 아르곤가스를 공급받아 냉각시키는 제2가스냉각기(150)와; 상기 제2가스냉각기(150)로부터 냉각된 아르곤가스를 공급받아 단열된 상태에서 팽창시키고, 팽창된 아르곤가스를 상기 반응로(80)에 공급하여 반응로(80) 내에서 생성된 마그네슘분말을 냉각시키는 단열팽창덕트(170);를 포함하여 구성되되,
상기 마그네슘 용해로(50)와 상기 턴디쉬(70) 사이에는 마그네슘용탕을 정련하는 정련로(60)가 더 설치되어 상기 턴디쉬(70)에 정련된 마그네슘용탕이 공급되고,
상기 정련로(60)는 내부에 격벽(61a)이 일정높이로 형성되어 내부공간이 구획되는 내열도가니(61)와;
상기 내열도가니(61)의 개방된 상면을 개폐하고, 상기 마그네슘 용해로(50)와 연결되어 마그네슘용탕을 내열도가니(61)의 구획된 내부공간 중 어느 하나의 공간에 안내하는 용탕파이프(62a)가 일측에 설치된 덮개(62)와;
상기 내열도가니(61)의 구획된 내부공간 중 상기 용탕파이프(62a)가 설치된 공간 이외의 어느 다른 공간에 설치되고, 저면에 용탕유입홀(63a)이 형성된 출탕베슬(63)과;
상기 덮개(62)에 설치되어 상기 출탕베슬(63)의 용탕유입홀(63a)을 개폐하는 실린더밸브(64)와;
상기 덮개(62)에 설치되어 상기 출탕베슬(63) 내부의 마그네슘용탕을 상기 턴디쉬(70)에 안내하는 이송파이프(65)와;
상기 덮개(62)를 관통하도록 설치되어 상기 이송파이프(65)를 통하여 일정한 양의 마그네슘용탕이 유출되도록 하는 용탕정량이송장치(66);로 구성된 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 용탕정량이송장치(66)는 상기 덮개(62)를 관통하도록 설치되어 상기 출탕베슬(63) 내부에 아르곤가스를 주입함으로써 출탕베슬(63) 내부의 압력을 상승시켜 상기 이송파이프(65)를 통하여 마그네슘용탕이 유출되도록 하는 가스주입관(66a)과;
상기 덮개(62)를 관통하도록 설치되어 상기 출탕베슬(63) 내부의 압력이 높을 경우 아르곤가스를 유출시키는 가스유출관(66b)과;
상기 가스주입관(66a)에 연결되어 아르곤가스를 공급하는 가스공급탱크(66c)와;
상기 가스유출관(66b)에 연결되어 유출된 아르곤가스를 저장하는 유출가스저장탱크(66d);로 구성된 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 출탕베슬(63) 내부의 이송파이프(65) 끝단에는 슬러지필터(65a)가 설치된 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 턴디쉬(70)와 정련로(60)를 연결하는 이송파이프(65) 상에는 용탕가열장치(65b)가 설치되는 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 아르곤가스 저장장치(10)로부터 상기 가스압축기(30)로 아르곤가스가 공급되는 관로상에는 산화제 공급장치(20)가 연결되어, 산화제가 혼합된 아르곤가스가 상기 가스압축기(30)로 공급되는 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 턴디쉬(70)는 상기 반응로(80)의 하측에 설치됨과 아울러 턴디쉬(70)와 반응로(80) 사이에는 마그네슘용탕을 상향공급시키는 용탕공급관(71)이 설치되고,
상기 노즐분사장치(81)는 상기 반응로(80)의 하측에 설치됨과 아울러 상기 노즐분사장치(81)에 구비된 노즐은 상기 반응로(80) 내부에 아르곤가스를 상향분사하여 용탕공급관(71)을 통하여 반응로(80) 내부에 상향공급되는 마그네슘용탕과 아르곤가스가 충돌되는 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필터링장치(110)는 상기 제1가스냉각기(100)를 거친 아르곤가스로부터 분진을 제거하는 집진기(111)와;
상기 집진기(111)에서 필터링하는 분진보다 더 작은 사이즈의 분진을 집진기(111)를 거친 아르곤가스로부터 제거하는 라인필터(112);로 구성된 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2가스냉각기(150)와 단열팽창덕트(170) 사이에는 정압버퍼(160)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 구형미세마그네슘분말 제조장치.