KR101302140B1 - 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법 - Google Patents

세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법으로서, 각각 다른 크기의 메쉬를 가지는 복수의 메쉬 스크린을 이용하여 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 형상으로 가공하는 단계(S100)와, 상기 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 세라믹 나노코팅제를 코팅하는 단계(S300)와, 상기 나노코팅제가 코팅된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 직류 아크 플라즈마를 이용한 세라믹 용사 코팅하는 단계(S500)와, 세라믹 코팅 금속 필터를 완성하는 단계(S600)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 적층된 메쉬망의 상호 보완작용으로 인하여 기존의 절곡형 및 파이버(fiber)형 금속 필터보다 물리적 강도 면에서 크게 뛰어나므로, 보다 고압의 공정에 이용될 수 있고, 역세정을 통한 포집 분진 탈리 시 뛰어난 강도로 보다 안정적인 운전이 가능하고, 또한 기존의 금속 필터보다 고온에서 사용이 가능할 뿐만 아니라 부식성 성분이 포함된 배출가스 정제에도 세라믹 필터와 동일한 수준의 내식성을 가질 수 있는 효과를 가진다.

Description

세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법{Method for manufacturing a ceramic coated metal filter}
본 발명은 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온고압 조건에서 발생되는 합성가스 또는 배기가스에 포함된 분진을 포집하기 위한 집진장치에 설치되는 금속필터에 내열 및 내산성을 증대시키기 위한 방법으로서, 기존의 금속필터가 가지고 있는 장점에 세라믹필터의 장점을 더하여 고온, 고압 및 부식성 가스의 정제에 유용하게 사용할 수 있는 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 고온고압 조건에서 발생되는 합성가스 또는 배기가스에 포함된 분진을 포집하기 위한 집진장치에는 집진 필터로서 금속 필터를 설치하고 있다.
일반적으로 금속필터는 물리적 강도 측면에서 세라믹 필터보다 매우 우수하고, 또한 세척이 용이하여 세척 후 재사용이 수월한 장점이 있다. 그리고 제작/가공 측면에서도 많은 장점이 있어서 점차 사용이 확대되고 있다.
하지만 내열 및 내부식성 측면에서는 세라믹 필터보다 성능이 떨어지는 단점이 있다.
종래에 많이 사용되었던 금속필터의 경우, 메쉬망을 이용하여 주름지게 절곡하여 필터 제작한 절곡형 금속필터나, 금속을 화이법(fiber)의 형태로 가늘게 뽑아서 가공한 금속 필터(fiber)를 많이 사용하였으나, 고압의 조건에서는 시용이 어렵고, 필터표면의 부착된 이물질 탈리를 위하여 고압의 기체를 분사하여 역세정하는 방법을 이용하는 경우에는, 물리적 강도 부족으로 필터가 찢어지는 현상이 발생하였다.
그리고 고온의 부식성 가스에 포함된 분진 등을 정제하는 공정에서 사용되는 금속필터의 경우 표면에 고온의 부식성 가스가 통과하면서 금속필터 표면에 열화학적 반응이 일어나 부식이 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 압착식 다층 금속 메쉬(mesh) 같이 가공성이 뛰어나고 충분한 물리적 강도를 가지는 재질을 이용하여 집진 필터를 제작한 다음, 1차로 내열 및 내부식성 향상을 위하여 액상 나노 세라믹을 금속 필터의 표면에 도포하고, 그리고 2차로 금속 필터의 외측면에 플라즈마를 이용하여 알루미나를 용사 코팅하여 뜨거운 산성 성분이 포함된 배출가스에 금속 필터의 표면이 직접 접촉되지 않게 되는 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법은 각각 다른 크기의 메쉬를 가지는 복수의 메쉬 스크린을 이용하여 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 형상으로 가공하는 단계(S100)와, 상기 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 세라믹 나노코팅제를 코팅하는 단계(S300)와, 상기 나노코팅제가 코팅된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 직류 아크 플라즈마를 이용한 세라믹 용사 코팅하는 단계(S500)와, 세라믹 코팅 금속 필터를 완성하는 단계(S600)를 포함한다.
다층 메쉬 금속 스크린 필터는 보호 메쉬 스크린, 여과제어 메쉬 스크린, 분산 메쉬 스크린, 1차 보강 메쉬 스크린, 2차 보강 메쉬 스크린이 순차적으로 압착 소결될 수 있다.
세라믹 나노코팅제의 코팅 단계는 금속산화물계 무기바인더와 안료를 나노 크기로 분산하여 도포가 가능한 세라믹 나노코팅제를 적용하여 디핑(deeping) 코팅하고, 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 달리, 세라믹 나노코팅제의 코팅 단계는 디핑 코팅한 이후의 건조 단계 이후, 스프레이를 이용한 표면 코팅법을 적용하여 세라믹 나노코팅제를 코팅하고, 건조 및 소성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
세라믹 용사 코팅 단계는 작동가스가 발생되는 직류 아크에 의해 열을 받아 16,000℃ 이상의 플라즈마 화염을 음속의 2배 이상으로 분출시켜서, 상기 플라즈마 화염의 가운데로 공급되는 금속재료 및 고용융점의 세라믹 분말을 용융 또는 반용융의 입자상태로 하여, 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 표면에 고속으로 충돌 분사시켜 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 가공 단계는 복수의 다층 금속 메쉬 스크린을 압착, 소결하여, 형성된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 재단하고, 상기 재단된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 절곡하고, 상기 절곡된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 용접하여, 상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 제작을 완료할 수 있다.
본 발명에 의하면, 각각 다른 크기의 금속 메쉬망 5겹을 압착하여 소결시킨 금속필터를 형성함에 따라, 적층된 메쉬망의 상호 보완작용으로 인하여 기존의 절곡형 및 파이버(fiber)형 금속 필터보다 물리적 강도 면에서 크게 뛰어나므로, 보다 고압의 공정에 이용될 수 있고, 역세정을 통한 포집 분진 탈리 시 뛰어난 강도로 보다 안정적인 운전이 가능한 효과를 가진다.
또한 본 발명은 금속산화물계 무기바인더와 안료를 나노(nano) 크기로 분산시킨 나노코팅제를 이용하여 압착 소결된 메쉬망의 금속 메쉬 표면을 코팅한 다음, 고온/고속으로 분사되는 플라즈마화염을 이용하여 금속재료 및 고용융점의 세라믹 분말을 용융하여 금속 필터 표면에 코팅층을 형성시킴에 따라, 기존의 금속 필터보다 고온에서 사용이 가능할 뿐만 아니라 부식성 성분이 포함된 배출가스 정제에도 세라믹 필터와 동일한 수준의 내식성을 가질 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 세라믹 코팅 금속 필터를 제조하는 제조 공정도이고,
도 2는 도 1에 따라 제조된 금속 필터의 단면 형상도이고,
도 3은 나노코팅제가 코팅된 금속 필터를 나타내는 상세도이고,
도 4는 나노코팅제 및 플라즈마 용사 코팅된 5겹 다층 메쉬 금속 필터의 단면 형상도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 세라믹 코팅 금속 필터를 제조하는 공정을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법은 각각 다른 크기의 메쉬를 가지는 복수의 메쉬 스크린을 이용하여 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 형상으로 가공하는 단계(S100)와, 상기 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 세라믹 나노코팅제를 코팅하는 단계(S300)와, 상기 나노코팅제가 코팅된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 직류 아크 플라즈마를 이용한 세라믹 용사 코팅하는 단계(S500)와, 세라믹 코팅 금속 필터를 완성하는 단계(S600)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 가공 단계(S100)는 복수의 다층 금속 메쉬 스크린을 압착, 소결하여(S110), 형성된 상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 재단하고(S120), 상기 재단된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 절곡하고(S130), 상기 절곡된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 용접하여(S140), 상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 제작을 완료한다.(S150)
이어서, 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 세척하고(S200), 세라믹 나노코팅제를 코팅한다.
세라믹 나노코팅제의 코팅 단계(S300)는 금속산화물계 무기바인더와 안료를 나노 크기로 분산하여 도포가 가능한 세라믹 나노코팅제를 적용하여 디핑(deeping) 코팅하고(S320), 건조하는 단계(S340)를 수행하고, 이어 세라믹 용사 코팅을 실행한다.
이와 달리, 세라믹 나노코팅제의 코팅 단계(S400)는 상기 디핑 코팅 후 건조 단계(S320 및 S340) 이후, 스프레이를 이용한 표면 코팅법을 적용하여 상기 세라믹 나노코팅제를 코팅하고(S420), 건조 및 소성하는 단계(S440)를 더 수행한 다음, 세라믹 용사 코팅을 실행할 수도 있다.
이상과 같은 1차 세라믹 나노코팅과, 건조 및 소정을 통해 코팅된 세라믹 나노코팅층(20)을 안정화 시킨다.
한편, 세라믹 용사 코팅 단계(S500)는 먼저 직류전원을 이용하여 음극과 양극이 수냉되고 있는 노즐(도시하지 않음)의 내면 사이에 직류 아크를 발생시킨다.
이어서, Ar, H2의 작동가스을 연결하고, 연결된 작동가스가 발생되는 직류 아크에 의해 열을 받아 중심부의 온도가 16,000℃ 이상의 플라즈마 화염을 음속의 2배 이상인 650 m/sec로 분출시켜서 비산속도를 발생시키고, 금속재료 및 고용융점의 세라믹 분말을 상기 플라즈마 화염의 가운데로 공급하여 용융 또는 반용융의 입자상태로 만든 다음, 상기 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 표면에 고속으로 충돌 분사시켜 세라믹 코팅층을 형성시킨다.
본 발명에 있어서, 다층 메쉬 금속 스크린 필터(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 보호 메쉬 스크린(1), 여과제어 메쉬 스크린(2), 분산 메쉬 스크린(3), 1차 보강 메쉬 스크린(4), 2차 보강 메쉬 스크린(5)이 순차적으로 압착 소결됨에 따라, 각각 다른 크기의 금속 메쉬망 5겹을 압착하여 소결되어 적층된 메쉬망의 상호 보완작용으로 인하여 기존의 절곡형 및 파이버(fiber)형 금속 필터보다 물리적 강도 면에서 크게 뛰어나므로, 보다 고압의 공정에 이용될 수 있고, 역세정을 통한 포집 분진 탈리 시 뛰어난 강도로 보다 안정적인 운전이 가능하게 된다.
본 발명에 따라 제작된 금속 스크린 필터(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 나노코팅제가 코팅되어 나노코팅층(20)이 형성되어 있는 동시에, 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 용사 코팅층(40)을 가지는 5겹 다층 메쉬 금속 스크린 필터이므로, 다층의 금속 메쉬(mesh)망을 적층하여 압착 소켤시켜 제작된 금속 필터에 금속산화물계 무기바인더와 안료를 나노(nano) 크기로 분산시킨 세라믹 나노코팅제를 도포하고, 그 외부표면에는 산화 알루미나 같은 세라믹을 고온/고속의 플라즈마 화염을 이용하여 용융 또는 반용융시켜 금속 필터 표면에 분사 코팅하여 세라믹층을 형성시키고 있음에 따라, 기존의 금속 필터보다 고온에서 사용이 가능할 뿐만 아니라 부식성 성분이 포함된 배출가스 정제에도 세라믹 필터와 동일한 수준의 내식성을 가진다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1 : 보호 메쉬 스크린 2 : 여과제어 메쉬 스크린
3 : 분산 메쉬 스크린 4 : 1차 보강 메쉬 스크린
5 : 2차 보강 메쉬 스크린 10 : 다층 메쉬 금속 스크린 필터
20 : 나노코팅층 40 : 플라즈마 용사 코팅층

Claims (6)

  1. 세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법으로서,
    각각 다른 크기의 메쉬를 가지는 복수의 메쉬 스크린을 이용하여 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 형상으로 가공하는 단계(S100)와,
    상기 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 세라믹 나노코팅제를 코팅하는 단계(S300)와,
    상기 나노코팅제가 코팅된 다층 메쉬 금속 스크린 필터에 직류 아크 플라즈마를 이용한 세라믹 용사 코팅하는 단계(S500)와,
    세라믹 코팅 금속 필터를 완성하는 단계(S600)를 포함하되,
    상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터는 보호 메쉬 스크린, 여과제어 메쉬 스크린, 분산 메쉬 스크린, 1차 보강 메쉬 스크린, 2차 보강 메쉬 스크린이 순차적으로 압착 소결되는
    세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 나노코팅제의 코팅 단계는
    금속산화물계 무기바인더와 안료를 나노 크기로 분산하여 도포가 가능한 세라믹 나노코팅제를 적용하여 디핑(deeping) 코팅하고, 건조하는 단계를 포함하는
    세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 세라믹 나노코팅제의 코팅 단계는
    상기 디핑 코팅 후 건조 단계 이후, 스프레이를 이용한 표면 코팅법을 적용하여 상기 세라믹 나노코팅제를 코팅하고, 건조 및 소성하는 단계를 더 포함하는
    세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 용사 코팅 단계는
    작동가스가 발생되는 직류 아크에 의해 열을 받아 16,000℃ 이상의 플라즈마 화염을 음속의 2배 이상으로 분출시켜서, 상기 플라즈마 화염의 가운데로 공급되는 금속재료 및 고용융점의 세라믹 분말을 용융 또는 반용융의 입자상태로 하여, 상기 제작된 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 표면에 고속으로 충돌 분사시켜 세라믹 코팅층을 형성하는
    세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 가공 단계는
    상기 복수의 다층 금속 메쉬 스크린을 압착, 소결하여, 형성된 상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 재단하고, 상기 재단된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 절곡하고, 상기 절곡된 다층 메쉬 금속 스크린 필터를 용접하여, 상기 다층 메쉬 금속 스크린 필터의 제작을 완료하는
    세라믹 코팅 금속 필터의 제조방법.
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