WO2020067596A1 - 주석 환원로 - Google Patents

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WO2020067596A1
WO2020067596A1 PCT/KR2018/011743 KR2018011743W WO2020067596A1 WO 2020067596 A1 WO2020067596 A1 WO 2020067596A1 KR 2018011743 W KR2018011743 W KR 2018011743W WO 2020067596 A1 WO2020067596 A1 WO 2020067596A1
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gas
metal
reaction space
unit
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이상로
위심규
김상열
최준식
정현철
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B25/00—Obtaining tin
    • C22B25/02—Obtaining tin by dry processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D2003/0034—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities
    • F27D2003/0075—Charging or discharging vertically, e.g. through a bottom opening

Definitions

  • the present invention relates to a tin reduction furnace that can react with a metal material and gas to make the reduction reaction more stable and improve the reduction efficiency.
  • Tin smelting technology has been carried out for tin metal production in countries with tin mines, mainly in Malaysia, China and Indonesia.
  • Solder and tin plate are examples of tin.
  • solder is more than twice the tin plate, but in Europe tin plate is the largest part of the final consumption.
  • tin demand in this area is increasing.
  • solder In the case of solder, a product with a tin content of about 63% was used a lot, but recently it was replaced by more than 95%, so more tin was needed to produce the same product. Recently, due to environmental regulations, the use of lead-free solder alloys has been gradually increasing.
  • ITO indium tin
  • tin has recently been applied as a constituent element of ITO, which is a transparent conductive material applied to flat panel display televisions such as LED TVs
  • the demand for tin has also increased as the sales volume of flat panel display televisions has increased rapidly.
  • the development of reduction and recycling technologies for tin is urgently needed to resolve the instability of supply and demand in Korea and to strengthen the competitiveness of demand industries.
  • the present invention has been devised to solve the above-described conventional problems, and the reaction gas is applied more efficiently and sufficiently to the surface of the metal material by spraying and supplying the reaction gas downward toward the reaction space inside the reduction furnace where the metal reduction reaction is performed. It is an object of the present invention to provide a tin reduction furnace capable of inducing the reduction and eventually improving the reduction reaction efficiency and stably performing the reduction reaction.
  • the housing forming the appearance; It includes an upper reaction section that is provided with an inlet hole for introducing metal materials and gas on the upper side, and a lower reaction section that is combined with the upper reaction section and provided with a discharge hole through which the reduced metal is discharged.
  • a tin reduction furnace including a material input portion is provided.
  • the reaction unit is provided inside each of the upper reaction unit and the lower reaction unit to uniformly transfer heat transferred from the heater to the lower reaction unit to the reaction space, and forms the reaction space to store the metal material and the gas. And it may further include a reaction space forming portion is provided with a through hole to communicate with the discharge hole.
  • the reaction space forming unit may be made of graphite.
  • the reaction space forming part includes a first reaction space forming part and a second reaction space forming part respectively provided inside the upper reaction part and the lower reaction part, and a stepped surface is provided on the inner circumferential surface of the second reaction space forming part. It is seated on the stepped side and a plurality of through holes are provided at the edges so that the metal material and gas supplied from the upper side pass through, and the center has a rounded shape to be convex than the edges, and further includes a reaction plate made of the same material as the reaction space forming part. can do.
  • the reaction plate may be provided with a plurality of radial first connection grooves so as to be respectively connected to the plurality of through holes at the center thereof, and a plurality of second connection grooves having a concentric shape toward the edge based on the center may be provided. have.
  • An outlet pipe connected to the outlet hole to form a flow path so that the reduced metal and gas in the reaction space flow downward;
  • a metal storage unit connected to the discharge pipe to store the reduced metal, a sight glass is provided to check the internal condition, and a metal storage portion to which the gas discharge pipe for gas discharge is connected.
  • An auxiliary heater for additionally heating the reduced metal flowing along the discharge tube may be further provided in the discharge tube.
  • An igniter may be provided in the outlet region of the gas discharge pipe.
  • the material injection unit a metal material storage hopper in which the metal material is stored; A first metering valve provided on a metal supply pipe connecting between the metal material storage hopper and the inflow hole; A gas storage tank in which gas is stored; A second metering valve provided on the gas supply pipe connecting the gas storage tank and the metal supply pipe; And a control unit for adjusting the opening degree of the first metering valve and the second metering valve, wherein the metal material and the gas are mixed with each other in the metal supply pipe and then supplied downward into the reaction space.
  • the material injection part when an abnormal high pressure in the reaction space occurs, the gas in the reaction space is connected to the metal supply pipe so that it is discharged to the outside after moving along the metal supply pipe, and the end portion is provided with an abnormal gas discharge portion capable of being crushed by high pressure gas. It may further include.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a tin reduction furnace according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a partially enlarged view of Figure 2
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a reaction part of a tin reduction furnace according to an embodiment of the present invention
  • FIG 5 is a perspective view showing a reaction plate of a tin reduction furnace according to an embodiment of the present invention.
  • a tin reduction furnace provides a metal material and a gas by applying a downward spraying method toward a space where a metal reduction reaction occurs by reacting metal materials and gases with each other. After mixing, it is possible to increase the reduction reaction efficiency by allowing the reaction to occur in a state in which the metal material and the gas are mixed more uniformly by being introduced into the reaction space. In addition, by blocking the inflow of the outside air into the reaction space in triple, the purity of the metal reduction reaction due to the inflow of outside air can be prevented and the purity can be increased, and the metal reduction reaction can be made more stable.
  • the metal before being introduced into the reaction space is referred to as a metal oxide (eg, tin oxide) and the metal discharged through a reduction reaction is referred to as a reduced metal (eg, reduced tin).
  • a tin reduction furnace includes: a housing 100, a reaction unit 200, a fire resistant wall 300, a heater 400, and a material injection unit 500 ), A ceramic heat insulating material 600, and a metal storage part 700.
  • the housing 100 has an internal space and forms an external appearance of the entire device.
  • the first housing 110 is provided with an upper reaction unit 210 described below, a lower reaction unit 220 described below, and fire resistance.
  • the wall 300 and the heater 400 include a second housing 120 provided inside.
  • the reaction unit 200 is a metal material and gas (methane gas) injected downward from the upper side so that a reduction reaction is performed in an internal reaction space, and includes an upper reaction unit 210 and a lower reaction unit 220.
  • the reaction unit 200 may be made of SUS or a metal material.
  • the upper reaction unit 210 and the lower reaction unit 220 are coupled to each other to form an internal reaction space, and the upper reaction unit 210 is provided with an inflow hole 211 for introducing a metal material and gas on its upper side.
  • the lower reaction unit 220 is provided with a discharge hole 221 so that the reduced metal is discharged to its lower side.
  • a through hole is provided at the center of the upper flange portion of the housing 100, and the flange portion of the lower reaction unit 220 is inserted into the through portion so as to be matched and fixed to each other by welding. Thereafter, the lower reaction unit 220 and the upper reaction unit 210 are bolted to each other.
  • a ring-shaped insertion protrusion 212 is provided in the upper reaction unit 210 and a lower reaction unit 220 is provided in the upper reaction unit 210 for more reliable sealing and airtightness of the interior space of the reaction unit 200.
  • the ring-shaped insertion groove 222 is provided, it is for convenience of explanation and illustration, and the mutual position can be changed.
  • a separate airtight member such as an O-ring or a gasket is not provided at a connection portion between the upper reaction unit 210 and the lower reaction unit 220, but between the insertion protrusion 212 and the insertion groove 222. Confidentiality is possible through the coupling structure. In other words, the interior space of the reaction unit 200 is heated by the heater 400 to form a considerable high temperature, and the upper reaction unit 210 and the lower reaction unit 220 made of a metal material expand over a certain period by high temperature. It is possible to securely engage the coupling between the insertion protrusion 212 and the insertion groove 222.
  • the reaction unit 200 further includes a reaction space forming unit 230 provided inside the upper reaction unit 210 and the lower reaction unit 220, respectively.
  • the forming unit 230 includes a first reaction space forming unit 235 provided inside the upper reaction unit 210 and a second reaction space forming unit 236 provided inside the lower reaction unit 220. .
  • the reaction space forming unit 230 uniformly transfers the heat transferred from the heater 400 to the reaction unit 200 to the reaction space, forms a reaction space to store metal materials and gases, and communicates with the discharge hole 221
  • the through hole 231 is provided.
  • the first reaction space forming unit 235 is seated to face each other on the upper side of the second reaction space forming unit 236, and a through hole 231 is provided at the bottom of the second reaction space forming unit 236.
  • reaction space forming unit 230 may be made of graphite.
  • the reaction space forming unit 230 functions as a reaction crucible so that a reduction reaction is effected by being heated by a heater while the metal oxide (hereinafter, tin oxide) is substantially mixed with the gas.
  • the metal oxide hereinafter, tin oxide
  • the metal (tin) oxide has an ionic group, so if there is a metal in contact, it has a property to penetrate into the metal surface. As described above, when tin oxide penetrates into the surface of the reaction unit 200, there is a possibility that problems may occur in durability of the reaction unit 200 and reduction in purity.
  • a reaction space forming unit 230 made of graphite (graphite) material is additionally disposed inside the reaction unit 200.
  • the reaction space forming unit 230 is made of a graphite material having excellent thermal conductivity, and has an effect of uniformly transferring heat transferred from the heater 400 to the reaction unit 200 toward the reaction space.
  • the present invention employs a structure in which the reaction part 200 and the reaction space forming part 230 reliably block the external air inflow into the reaction space together with the outer housing 100, thereby reducing metal reaction in the reaction space.
  • the purity of the reduction product can be further increased.
  • the tin oxide accommodated in the reaction space forming unit 230 is melted by the high temperature heat generated from the heater 400.
  • the tin oxide heats the reaction unit 200 directly heated by the heater 400. It is indirectly heated and melted by the reaction space forming unit 230 that is evenly transmitted, and as described above, the reaction unit 200, the reaction space forming unit 230, and the external housing 100 are blocked by inflow of triple external air. It can be melted in a more pure state.
  • the reaction plate 240 serves to increase the reaction time so that the tin oxide introduced into the reaction space from the upper side can be sufficiently reduced in the reaction space, and is supplied from the upper side as shown in FIGS. 1 and 2.
  • a plurality of through-holes 241 are provided at the edges to pass the tin oxide and methane gas.
  • the reaction plate 240 is convex than the edge so that the tin oxide falling from the upper side moves along the upper side and then passes through the final passing hole 241 and moves downwards. So it is made in a rounded shape.
  • the reaction plate 240 may further increase the residence time of tin oxide and gas in the reaction space, thereby increasing the reaction time, thereby increasing the reduction reaction efficiency.
  • the reaction plate 240 is preferably made of the same graphite material as the reaction space forming unit 230 to prevent surface deposition of tin oxide as described above.
  • the reaction plate 240 is provided with an additional structure capable of further increasing the reaction time of tin oxide.
  • the reaction plate 240 is provided with a plurality of radial first connection grooves 242 so as to be respectively connected to a plurality of through holes 241 at the center thereof, and the center thereof is referenced.
  • a plurality of second connection grooves 243 formed in a concentric circle shape are provided, and the first connection grooves 242 and the second connection grooves 243 are connected in a state of crossing each other. Tin oxide is retained to increase the reduction reaction efficiency by moving along the first connecting groove 242 and the second connecting groove 243 formed on the upper surface of the reaction plate 240 and then moving downward through the discharge hole 221. Time increases are possible.
  • the fire wall 300 is provided to surround the lower reaction unit 220 in the circumferential direction
  • the heater 400 is a fire wall to heat the tin oxide introduced into the reaction unit 200
  • the inner surface of 300 is provided to be spaced apart in plural along the circumferential direction.
  • the refractory wall 300 may be formed by stacking a plurality of refractory bricks, and heat generated by the heating of the heater 400 is transferred to the exterior housing 100 to prevent heat loss for the reduction reaction. That is, the heat of the heater 400 can be used to heat the tin oxide inside the reaction unit 200 as much as possible without heat loss by the fire wall 300.
  • the power line for supplying power to the heater 400 is guided to the outside of the outer housing 100 to enable power supply to the heater 400 from outside and control of the heating temperature, and the heater 400 is provided outside the fire wall 300.
  • a temperature sensor (not shown) is provided to sense the temperature change in the reaction space and its surroundings by heat generation and to control the heat generation of the heater through the detection result.
  • ceramic insulating materials 600 are further provided on the outer surfaces of the upper reaction unit 210 and the fireproof wall 300, respectively.
  • the ceramic heat insulating material 600 prevents the high temperature heat generated from the heater 400 from being discharged to the outside to improve the reduction reaction efficiency, wraps the outer surface of the upper reaction unit 210 and covers the outer surface of the fireproof wall 300. It is made to wrap so that high temperature is also prevented from being formed in the housing 100, so that it is possible to prevent a safety accident from occurring when the housing is inadvertently touched by an operator.
  • the material injection unit 500 is disposed on the upper side of the reaction unit 200, and inputs tin oxide and methane gas into the reaction space inside the reaction unit 200, After mixing tin oxide and methane gas from the outside of the reaction space, it is supplied by spraying downward from the upper side of the reaction space toward the reaction space.
  • the material injection unit 500 is premixed with tin oxide and methane gas from the outside of the reaction space, and is supplied by spraying downward from the upper side of the reaction space toward the reaction space.
  • Tin oxide is melted by a heater in a reaction space and can be reduced to tin by reacting with methane gas.
  • the reaction gas for reducing tin oxide can be applied as methane gas.
  • methane gas is a material having a significantly smaller specific gravity than air, and in the present invention, methane gas injected into the reaction space is injected downward from the upper side of the reaction space and moves to the upper side instantaneously due to the difference in specific gravity. Further contact is made to form a gas coating layer on the surface.
  • tin oxide and methane gas are first mixed with each other before being introduced into the reaction space through the material injection unit to form a gas coating layer primarily on the surface of the tin oxide particles, and methane gas injected into the reaction space as described above.
  • the gas coating layer is secondaryly formed on the surface of the tin oxide particles while moving upward in the reaction space momentarily due to the specific gravity difference.
  • the present invention applies the method of supplying tin oxide and methane gas downward to the reaction space, and applying the reaction gas as methane gas having a specific gravity smaller than air, thereby applying the amount of gas particles applied to the surface of the tin oxide as described above.
  • the efficiency of the tin reduction reaction in the reaction space can be increased.
  • the material injection unit 500 is a metal material storage hopper 510, a first metering valve 520, a gas storage tank 530, a second metering valve 540, a control unit 550.
  • a gas supply pipe 570 is provided to connect between the gas storage tank 530 and the metal supply pipe 560, and the second metering valve 540 measures the amount of methane gas supplied. It is provided on the gas supply pipe 570 to automatically adjust.
  • the control unit 550 controls the opening degree of the first metering valve 520 and the second metering valve 540, and specifically controls each metering valve to supply tin oxide and methane gas in predetermined amounts, respectively. .
  • tin oxide and methane gas are mixed with each other in the metal supply pipe 560 and supplied in a first mixed state to the reaction space, and methane in the reaction space by the specific gravity characteristic of methane gas as described above. It is possible to make the tin reduction reaction stably proceed in the reaction space by secondarily increasing the amount of gas particles applied to the surface of the tin oxide particles by the instantaneous upward movement of the gas.
  • the material injection unit 500 further discharges methane gas when an abnormal high pressure occurs in the reaction space, thereby rapidly discharging methane gas to prevent the device from exploding or being damaged. Includes.
  • the abnormal gas discharge unit 580 is connected to the metal supply pipe 560 such that methane gas in the reaction space moves along the metal supply pipe 560 and is discharged to the outside when an abnormal high pressure in the reaction space occurs.
  • the abnormal gas discharge unit 580 is connected to the metal supply pipe 560 and is provided to be crushed by high pressure gas at the ends of the abnormal gas discharge pipe 581 and the abnormal gas discharge pipe 581 that form a discharge path of methane gas. Includes part 582.
  • the crushing unit 582 can be applied as a kind of glass valve and the like, and normally closes the flow path, and then, when an abnormal high pressure is generated, it is crushed by high pressure gas to discharge methane gas to the outside.
  • the present invention is connected to the discharge hole 221 and the discharge pipe 710 is connected to the downward, the discharge pipe 710 is connected to the metal storage unit 700 having an internal storage space Includes.
  • the discharge pipe 710 is connected to the discharge hole 221 to form a flow path so that the reduced tin and methane gas in the reaction space flow downward.
  • the metal storage unit 700 is connected to the discharge pipe 710 to store the reduced tin, and on one side, a sight glass 720 is provided so that the user can check the internal state.
  • a separate flange is provided at one side of the opening of the metal storage part 700 so as to be separable through bolt fastening, and the sight glass 720 may be integrally provided with the flange.
  • the inside of the reaction unit 200 maintains a high temperature state by heating of the heater, so that the reduced tin maintains a liquid state inside the reaction unit 200, but is discharged from the reaction unit 200 and flows along the discharge pipe 710
  • the temperature is lowered, a phenomenon of coagulation may occur, and this coagulation closes the path of the discharge pipe 710, causing a problem that it is difficult to properly discharge the reduced tin in the reaction unit.
  • the present invention is further provided with an auxiliary heater 730 in the discharge pipe 710 to additionally heat the reduced tin flowing along the discharge pipe 710 to solve this problem.
  • the auxiliary heater 730 is formed in a form surrounding the discharge pipe 710 to prevent solidification of reduced tin flowing along the discharge pipe.
  • a gas discharge pipe 740 for discharging methane gas introduced into the metal storage portion 700 is connected to the upper side of the metal storage portion 700 for a long time, and an igniter 750 is provided in the outlet region of the gas discharge pipe 740. It is provided to prevent the direct release of methane gas containing impurities into the atmosphere.
  • the metal material and the gas react with each other to supply the metal material and the gas to the space where the metal reduction reaction takes place by applying a downward injection method.

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Abstract

주석 환원로가 개시된다. 본 발명의 주석 환원로는, 외관을 형성하는 하우징; 상측에 금속재료와 가스 투입을 위한 유입홀이 마련되는 상부 반응부와 상기 상부 반응부와 결합하며 하측에 환원된 금속이 배출되는 배출홀이 마련되는 하부 반응부를 포함하며, 내부에서 금속 환원반응이 이루어지는 반응부; 상기 하부 반응부를 둘레방향으로 감싸도록 마련되는 내화벽; 상기 반응부 내로 투입된 금속재료를 가열하도록 상기 내화벽에 마련되는 히터; 및 상기 반응부 내측의 반응공간으로 금속재료와 가스를 투입하되, 반응공간의 외부에서 금속재료와 가스를 서로 혼합한 후 금속재료와 가스를 반응공간의 상측에서 반응공간을 향해 하향 분사하여 공급하는 재료투입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

주석 환원로
본 발명은 금속재료와 가스와의 반응하여 환원반응이 더욱 안정적으로 이루어지도록 하고 환원 효율을 향상시킬 수 있는 주석 환원로에 관한 것이다.
주석의 제련 기술은 주석 광산을 보유한 국가에서 주석 금속 생산을 위해 이루어져 왔으며, 주로 말레이시아, 중국, 인도네시아를 위주로 진행되고 있다.
1980년대 이후 전자산업 및 철강 산업의 급격한 발전으로 주석의 수요처인 선진국에서 폐금속 자원에 대한 회수 정제 기술의 개발이 본격화되었으며, 1990년대 이후로 산업의 발달로 수요가 많은 독일, 영국, 미국, 일본 등의 기업들이 회수기술에 관심이 커지면서 주석 함유 폐자원으로부터 주석을 분리 정제하는 상업적 공정을 갖추고 있다. 예를 들어, 일본의 경우 2005년부터 추진 중인 "도시광산업"의 에코타운을 중심으로 폐전자 제품에서의 주석의 회수 정제 연구가 활발히 진행되고 있다.
주석의 용도 중 가장 대표적인 것이 바로 땜납과 주석판을 예로 들 수 있다. 세계 시장 규모로 보면 땜납이 주석판의 두 배 이상이지만 유럽의 경우 주석판이 최종 소비 면에서 가장 큰 부분을 차지한다. EU의 신규정이 발표됨에 따라 특히 전자제품에서 무연 땜납(lead-free solder) 사용이 늘어나 이 분야의 주석 수요가 증가하고 있다.
땜납의 경우 주석 함량이 기존에는 약 63%인 제품이 많이 쓰였으나 최근에는 95% 이상의 제품으로 대치되어 같은 제품 생산에 더 많은 주석이 필요하게 되었다. 최근에는 환경규제로 인하여 무연솔더합금으로 대체되면서 사용량은 점차 증가 추세이다.
또한 근래 들어 LED TV 등 평판디스플레이 텔레비전에 적용되는 투명 도전성 재료인 ITO의 구성 원소로 주석이 적용되고 있으며, 평판디스플레이 텔레비전의 판매량의 급증에 따라 주석의 수요량도 함께 증가하고 있다. 이러한 상황에서 국내 수급 불안정 해소와 수요 산업의 경쟁력 강화를 위하여 주석의 환원 및 재활용 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
이러한 주석 환원 및 재활용을 위한 종래기술의 일 예로, 본 발명의 출원인이 기출원하여 등록한 대한민국 등록특허 제10-1815304호(이하, 종래기술)가 있다.
종래기술에는 반응로의 용융공간을 향해 주석산화물을 하향 공급하고 반응가스는 상향 분사하는 구조가 개시되어 있으며, 여기서 주석 산화물과 반응가스는 별도로 공급되고 있다.
이러한 a) 상향 가스 분사구조와 b) 주석산화물과 가스의 별도 공급 구조를 통해, 종래기술에서는 주석 산화물과 반응가스와의 접촉이 반응로 내에서만 일어날 수 밖에 없었고 상호 접촉되는 정도가 환원반응 효율을 일정 이상 상승시키기 위해서는 일정부분 부족한 점이 발생하였다. 따라서 이를 보완하여 주석 산화물과 반응가스와의 접촉 시간을 증대시켜 결국 환원반응 효율을 향상시킬 수 있는 구조 개발이 요구되는 현실이다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금속 환원반응이 이루어지는 환원로 내부 반응공간을 향해 반응가스를 하향 분사하여 공급함으로써 금속 재료 표면에 대한 반응가스 도포가 더욱 효율적이면서 충분히 이루어지도록 유도하여 결국 환원 반응 효율을 향상시키고 환원반응이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있는 주석 환원로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외관을 형성하는 하우징; 상측에 금속재료와 가스 투입을 위한 유입홀이 마련되는 상부 반응부와 상기 상부 반응부와 결합하며 하측에 환원된 금속이 배출되는 배출홀이 마련되는 하부 반응부를 포함하며, 내부에서 금속 환원반응이 이루어지는 반응부; 상기 하부 반응부를 둘레방향으로 감싸도록 마련되는 내화벽; 상기 반응부 내로 투입된 금속재료를 가열하도록 상기 내화벽에 마련되는 히터; 및 상기 반응부 내측의 반응공간으로 금속재료와 가스를 투입하되, 반응공간의 외부에서 금속재료와 가스를 서로 혼합한 후 금속재료와 가스를 반응공간의 상측에서 반응공간을 향해 하향 분사하여 공급하는 재료투입부를 포함하는 주석 환원로가 제공된다.
상기 반응부는, 상기 상부 반응부 및 하부 반응부의 내측에 각각 마련되어 상기 히터로부터 상기 하부 반응부로 전달된 열을 상기 반응공간으로 균일하게 전달하며, 상기 금속재료와 상기 가스가 저장되도록 상기 반응공간을 형성하며 상기 배출홀과 연통하도록 통공이 마련되는 반응공간 형성부를 더 포함할 수 있다.
상기 반응공간 형성부는 흑연 재질로 이루어질 수 있다.
상기 반응공간 형성부는 상기 상부 반응부 및 하부 반응부에 내측에 각각 마련되는 제1 반응공간 형성부와 제2 반응공간 형성부를 포함하고, 상기 제2 반응공간 형성부의 내주면에는 단턱이 마련되고, 상기 단턱에 안착되며 상측으로부터 공급된 금속재료와 가스가 통과하도록 가장자리에 복수의 통과홀이 마련되며 중앙이 가장자리보다 볼록하도록 라운드진 형상을 가지며 상기 반응공간 형성부와 동일한 재질로 이루어지는 반응판을 더 포함할 수 있다.
상기 반응판에는 그 중앙에서 상기 복수의 통과홀과 각각 연결되도록 방사상의 복수의 제1 연결홈이 마련되고, 그 중앙을 기준으로 가장자리로 갈수록 동심원 형상으로 이루어지는 복수의 제2 연결홈이 마련될 수 있다.
상기 상부 반응부와 상기 내화벽의 외면에 각각 마련되는 세라믹 보온재를 더 포함할 수 있다.
상기 배출홀과 연결되어 상기 반응공간에서 환원된 금속과 가스가 하측으로 유동하도록 유동경로를 형성하는 배출관; 및 상기 배출관과 연결되어 환원된 금속이 저장되며, 내부 상태 확인이 가능하도록 사이트 글라스가 마련되며 가스 배출을 위한 가스 배출관이 연결되는 금속 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 배출관에는 상기 배출관을 따라 유동하는 환원된 금속을 추가적으로 가열하기 위한 보조 히터가 더 마련될 수 있다.
상기 가스 배출관의 출구 영역에는 이그나이터가 마련될 수 있다.
상기 재료투입부는, 금속재료가 저장되는 금속재료 저장호퍼; 상기 금속재료 저장호퍼와 상기 유입홀 사이를 연결하는 금속 공급관 상에 마련되는 제1 정량밸브; 가스가 저장되는 가스 저장탱크; 상기 가스 저장탱크와 상기 금속 공급관 사이를 연결하는 가스 공급관 상에 마련되는 제2 정량밸브; 및 상기 제1 정량밸브 및 제2 정량밸브의 개방도를 조절하는 제어부를 포함하되, 상기 금속재료와 상기 가스는 상기 금속 공급관 내에서 서로 혼합된 후 상기 반응공간 내측으로 하향 공급될 수 있다.
상기 재료투입부는, 상기 반응공간 내의 이상 고압 발생시 반응공간 내의 가스가 금속 공급관을 따라 이동한 후 외부로 배출되도록 상기 금속 공급관에 연결되며 단부에 고압 가스에 의해 파쇄 가능한 파쇄부가 마련되는 이상가스 배출부를 더 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 주석 환원로에 의하면, 금속재료와 가스가 상호 반응하여 금속 환원반응이 이루어지는 공간을 향해 금속재료와 가스를 하향 분사 방식을 적용하여 공급하는데 반응공간 외부에서 서로 일정이상 혼합된 후 반응공간으로 투입되도록 함으로써 금속재료와 가스를 한층 균일하게 혼합한 상태로 반응이 이루어지도록 하여 환원반응 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 반응부, 반응공간 형성부가 외부 하우징과 더불어 반응공간 내로의 외기 유입을 3중으로 확실하게 차단하는 구조를 채용함으로써, 반응공간 내에서 금속 환원반응이 더욱 안정적으로 진행되도록 할 뿐만 아니라 환원 결과물의 순도를 더욱 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주석 환원로를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주석 환원로를 나타내는 단면도,
도 3은 도 2의 부분 확대도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주석 환원로의 반응부를 나타내는 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주석 환원로의 반응판을 나타내는 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주석 환원로는, 금속재료와 가스가 상호 반응하여 금속 환원반응이 이루어지는 공간을 향해 금속재료와 가스를 하향 분사 방식을 적용하여 공급하는데, 반응공간 외부에서 서로 일정이상 혼합된 후 반응공간으로 투입되도록 함으로써 금속재료와 가스를 한층 균일하게 혼합한 상태로 반응이 이루어지도록 하여 환원반응 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 반응공간 내부로의 외기 유입을 3중으로 차단하여 외기 유입에 따른 금속 환원반응시의 순도 하락을 방지하고 순도를 증가시킬 수 있으며 금속 환원반응이 한층 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 반응공간으로 투입되기 전 금속을 금속 산화물(예를 들어 주석 산화물)이라하고 환원반응을 거쳐 배출된 금속을 환원된 금속(예를 들어 환원된 주석)이라 명한다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주석 환원로는, 하우징(100), 반응부(200), 내화벽(300), 히터(400), 재료투입부(500), 세라믹 보온재(600), 금속 저장부(700)를 포함한다.
먼저 하우징(100)은 내부 공간을 가지며 전체 장치의 외관을 형성하는 것으로서, 후술하는 상부 반응부(210)가 내측에 마련되는 제1 하우징(110)과, 후술하는 하부 반응부(220), 내화벽(300), 히터(400)가 내측에 마련되는 제2 하우징(120)을 포함한다.
다음 반응부(200)는 상측으로부터 하향 투입된 금속재료와 가스(메탄 가스)가 내부 반응공간에서 환원반응이 이루어지도록 하는 것으로서, 상부 반응부(210)와 하부 반응부(220)를 포함한다. 여기서 반응부(200)는 SUS, 금속재질로 이루어질 수 있다.
상부 반응부(210)와 하부 반응부(220)는 서로 간에 결합되어 내부 반응공간을 형성하며, 상부 반응부(210)는 그 상측에 금속재료와 가스 투입을 위한 유입홀(211)이 마련되고, 하부 반응부(220)는 그 하측에 환원된 금속이 배출되도록 배출홀(221)이 마련된다.
하우징(100)의 상부 플랜지 부분의 중앙에는 통공이 마련되어 있고, 상기 통공 부분에 하부 반응부(220)의 플랜지 부분을 대응하여 매치되도록 삽입하여 상호간에 용접을 통해 고정한다. 이후, 하부 반응부(220)와 상부 반응부(210)를 서로 볼팅 결합한다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이 반응부(200) 내부 공간의 더욱 확실한 밀폐와 기밀유지를 위해 상부 반응부(210)에는 링 형상의 삽입돌기(212)가 마련되고 하부 반응부(220)에는 링 형상의 삽입홈(222)이 마련되어 있지만 이는 설명 및 도시의 편의를 위할뿐 상호 위치는 변경 가능하다.
본 발명의 실시예에서, 상부 반응부(210)와 하부 반응부(220)의 연결 부위에는 오링이나 개스킷 등과 같은 별도의 기밀부재가 마련되는 것이 아니라 삽입돌기(212)와 삽입홈(222) 간의 결합구조를 통해 기밀유지가 가능하다. 부연하자면, 반응부(200) 내부 공간은 히터(400)에 의해 가열되어 상당한 고온이 형성되며, 금속재질로 이루어지는 상부 반응부(210)와 하부 반응부(220)는 고온에 의해 일정 이상 팽창하여 삽입돌기(212)와 삽입홈(222) 간의 확실한 밀폐 결합이 가능하게 된다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 반응부(200)는 상부 반응부(210) 및 하부 반응부(220)의 내측에 각각 마련되는 반응공간 형성부(230)를 더 포함하며, 반응공간 형성부(230)는 상부 반응부(210)의 내측에 마련되는 제1 반응공간 형성부(235)와 하부 반응부(220)의 내측에 마련되는 제2 반응공간 형성부(236)를 포함한다.
반응공간 형성부(230)는 히터(400)로부터 반응부(200)로 전달된 열을 반응공간으로 균일하게 전달하며, 금속재료와 가스가 저장되도록 반응공간을 형성하며 배출홀(221)과 연통하도록 통공(231)이 마련된다. 제1 반응공간 형성부(235)는 제2 반응공간 형성부(236)의 상측에 서로 면접하도록 안착되며, 제2 반응공간 형성부(236)의 바닥부에 통공(231)이 마련된다.
여기서 반응공간 형성부(230)는 흑연 재질로 이루어질 수 있다.
반응공간 형성부(230)는 실질적으로 금속 산화물(이하, 주석 산화물)이 가스와 혼합된 상태에서 히터에 의해 가열되어 환원반응이 이루어지도록 반응 도가니 기능을 하게 된다. 한편, 금속(주석) 산화물은 이온기를 가지므로 접하고 있는 금속이 있다면 그 금속 표면으로 침투하려는 성질을 갖고 있다. 이와 같이 주석 산화물이 반응부(200) 표면 내부로 침투하게 되면 반응부(200)의 내구성 하락, 환원 순도 등에 있어 문제가 발생할 소지가 있다.
본 발명은 이러한 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해, 반응부(200)의 내측에 흑연(그래파이트) 재질로 이루어지는 반응공간 형성부(230)를 추가 배치한다.
흑연은 입자의 조밀도가 높기 때문에 반응공간에서 히터에 의해 가열되어 용융된 금속이 반응부(200)로 침투하는 것을 방지할 뿐만 아니라 반응공간 형성부(230) 표면으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한 반응공간 형성부(230)는 열전도가 우수한 흑연 재질로 이루어짐으로써 히터(400)로부터 반응부(200)로 전달된 열을 반응공간을 향해 균일하게 전달할 수 있는 효과를 갖고 있다.
본 발명은 반응부(200), 반응공간 형성부(230)가 외부 하우징(100)와 더불어 반응공간 내로의 외기 유입을 3중으로 확실하게 차단하는 구조를 채용함으로써, 반응공간 내에서 금속 환원반응이 더욱 안정적으로 진행되도록 할 뿐만 아니라 환원 결과물의 순도를 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 반응공간 형성부(230)에 수용된 주석 산화물은 히터(400)로부터 발생한 고온의 열에 의해 용융되는데 실질적으로 주석 산화물은 히터(400)에 의해 직접적으로 가열된 반응부(200)의 열을 고르게 전달받은 반응공간 형성부(230)에 의해 간접적으로 가열되어 용융되며, 전술한 바와 같이 반응부(200), 반응공간 형성부(230), 외부 하우징(100)의 3중 외기 유입 차단에 의해 더욱 순도높은 상태로 용융 가능하다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 반응공간 형성부(236)의 내주면에는 단턱(232)이 마련되고, 단턱(232)에 안착되도록 반응판(240)이 더 마련된다.
반응판(240)은 상측으로부터 반응공간 내로 투입된 주석 산화물이 반응공간 내에서 충분하게 환원반응이 이루어질 수 있도록 반응시간을 증가시키는 역할을 하는 것으로서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 상측으로부터 공급된 주석 산화물과 메탄 가스가 통과하도록 가장자리에 복수의 통과홀(241)이 마련된다.
도 2, 도 5에 도시한 바와 같이, 반응판(240)은 상측으로부터 낙하한 주석 산화물이 그 상측면을 따라 이동한 후 최종 통과홀(241)을 통과하여 하측으로 이동하도록 중앙이 가장자리보다 볼록하도록 라운드진 형상으로 이루어진다. 덧붙이자면 반응판(240)은 반응공간 내에서 주석 산화물과 가스의 체류 시간을 한층 증대시켜 결국 반응시간을 증가시켜 환원반응 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 반응판(240)은 전술한 바와 같이 주석 산화물의 표면 침부를 방지하도록 반응공간 형성부(230)와 동일한 흑연 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서, 반응판(240)에는 주석 산화물의 반응시간을 더욱 증가시킬 수 있는 추가 구조가 마련되어 있다.
구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 반응판(240)에는 그 중앙에서 복수의 통과홀(241)과 각각 연결되도록 방사상의 복수의 제1 연결홈(242)이 마련되고, 그 중앙을 기준으로 가장자리로 갈수록 동심원 형상으로 이루어지는 복수의 제2 연결홈(243)이 마련되며, 제1 연결홈(242)과 제2 연결홈(243)은 서로간에 교차하는 상태로 연결된다. 주석 산화물은 반응판(240) 상측 표면에 형성된 제1 연결홈(242)과 제2 연결홈(243)을 따라 이동한 후 배출홀(221)을 통해 하측으로 이동함으로써 환원반응 효율 증대를 위한 체류시간 증가가 가능하게 된다.
다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 내화벽(300)은 하부 반응부(220)를 둘레방향으로 감싸도록 마련되고, 히터(400)는 반응부(200) 내로 투입된 주석 산화물을 가열하도록 내화벽(300)의 내면에 그 원주 방향을 따라 복수로 이격되게 마련된다.
내화벽(300)은 복수의 내화벽돌이 적층되어 이루어질 수 있고, 히터(400) 발열에 의해 생성된 열이 외관 하우징(100) 측으로 전달되어 환원반응 실시를 위한 열 손실이 발생하는 것을 차단한다. 즉 히터(400) 열은 내화벽(300)에 의해 열손실없이 최대한 반응부(200) 내측의 주석 산화물을 가열하는데 이용 가능하다.
히터(400)로 전원을 공급하기 위한 전원선은 외부 하우징(100) 외측으로 유도되어 외부에서 히터(400)로의 전원공급 및 발열온도제어가 가능하게 되고, 내화벽(300) 외측에는 히터(400) 발열에 의한 반응공간 및 그 주변의 온도변화를 감지하고 감지 결과를 통해 히터 발열 정도를 제어하기 위한 온도센서(미도시)가 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 상부 반응부(210)와 내화벽(300)의 외면에는 각각 세라믹 보온재(600)가 더 마련된다.
세라믹 보온재(600)는 히터(400)로부터 발생된 고온의 열이 더욱 외부로 배출되는 것을 차단하여 환원반응 효율을 향상시키게 되며, 상부 반응부(210)의 외면을 감싸고 내화벽(300) 외면을 감싸도록 이루어져 하우징(100)에 고온이 형성되는 것 또한 방지하여 작업자의 부주의에 의한 하우징 터치시 안전사고가 발생하는 것을 방지가능하다.
다음, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 재료투입부(500)는 반응부(200)의 상측에 배치되며, 반응부(200) 내측의 반응공간으로 주석 산화물과 메탄가스를 투입하되, 반응공간의 외부에서 주석 산화물과 메탄가스를 서로 혼합한 후 반응공간의 상측에서 반응공간을 향해 하향 분사하여 공급한다.
본 발명의 실시예에서 재료투입부(500)는 반응공간의 외부에서 주석 산화물과 메탄가스를 미리 서로 혼합한 후 반응공간의 상측에서 반응공간을 향해 하향 분사하여 공급하게 된다. 주석 산화물은 반응공간에서 히터에 의해 용융되며 메탄가스와 반응하여 주석으로 환원될 수 있다. 주석산화물을 환원시키기 위한 반응가스는 메탄가스로 적용 가능하다.
한편, 메탄가스는 공기에 비해 비중이 상당히 작은 물질로서, 본 발명에서는 반응공간의 상측에서 하향 분사되어 반응공간으로 투입된 메탄가스가 비중 차이에 의해 순간적으로 상측으로 이동하게 되고 이때 주석 산화물 입자 표면에 추가적으로 접촉하여 표면에 가스 도포층을 형성하게 된다.
부연하자면, 재료투입부를 통해 반응공간으로 투입되기 전 주석 산화물과 메탄가스가 일차적으로 서로 혼합되어 주석 산화물 입자 표면에 일차적으로 가스 도포층을 형성하게 되며, 전술한 바와 같이 반응공간으로 투입된 메탄가스가 비중차에 의해 반응공간 내에서 순간적으로 상측으로 상승 이동하면서 주석 산화물 입자 표면에 이차적으로 가스 도포층을 형성하게 된다.
즉, 본 발명은 주석 산화물과 메탄가스를 반응공간으로 하향 공급하는 방식을 적용하고 반응가스를 공기에 비해 비중이 작은 메탄가스로 적용함으로써, 전술한 바와 같이 주석 산화물 표면에 도포되는 가스입자 도포량을 상승시켜 반응공간에서의 주석 환원반응 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 재료투입부(500)는 금속재료 저장호퍼(510), 제1 정량밸브(520), 가스 저장탱크(530), 제2 정량밸브(540), 제어부(550)를 포함한다.
금속재료 저장호퍼(510)는 주석 산화물이 저장되는 공간을 제공한다. 금속재료 저장호퍼(510)와 상부 반응부(210)의 유입홀(211)을 연결하도록 금속 공급관(560)이 마련되며, 제1 정량밸브(520)는 주석 산화물 공급을 자동 조절하도록 금속 공급관(560) 상에 마련된다.
가스 저장탱크(530)는 메탄 가스가 저장되며, 가스 저장탱크(530)와 금속 공급관(560) 사이를 연결하도록 가스 공급관(570)이 마련되며, 제2 정량밸브(540)는 메탄가스 공급량을 자동 조절하도록 가스 공급관(570) 상에 마련된다.
제어부(550)는 제1 정량밸브(520) 및 제2 정량밸브(540)의 개방도를 조절하며, 구체적으로 주석 산화물과 메탄가스를 기설정한 양으로 각각 공급하도록 각각의 정량밸브를 제어한다.
본 발명의 실시예에서, 주석 산화물과 메탄가스는 금속 공급관(560) 내에서 서로 혼합되어 반응공간으로 1차 혼합된 상태로 공급되며 전술한 바와 같이 메탄가스의 비중 특성에 의해 반응공간 내에서 메탄가스의 순간적인 상승 이동에 의해 2차적으로 주석 산화물 입자 표면에 가스입자 도포량을 상승시켜 반응공간에서 주석 환원반응이 안정적으로 진행되도록 할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 재료투입부(500)는 반응공간 내의 이상 고압 발생시 메탄가스를 신속하게 외부 배출시켜 장치가 폭발하거나 파손되는 것을 방지하는 이상가스 배출부(580)를 더 포함한다.
이상가스 배출부(580)는 반응공간 내의 이상 고압 발생시 반응공간 내의 메탄가스가 금속 공급관(560)을 따라 이동한 후 외부로 배출되도록 금속 공급관(560)에 연결된다. 이상가스 배출부(580)는 금속 공급관(560)에 연결되어 메탄가스의 배출 경로를 형성하는 이상가스 배출관(581)과 이상가스 배출관(581)의 단부에 고압 가스에 의해 파쇄 가능하도록 마련되는 파쇄부(582)를 포함한다. 파쇄부(582)는 일종의 글래스밸브 등으로 적용 가능하며 평상시에는 유로를 폐쇄하다가 이상 고압 발생시 고압 가스에 의해 파쇄되어 메탄가스가 외부로 배출되도록 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 배출홀(221)과 연통하여 하방으로 연결되는 배출관(710), 배출관(710)과 연결되어 내부 저장공간을 갖는 금속 저장부(700)를 포함한다.
배출관(710)은 배출홀(221)과 연결되어 반응공간에서 환원된 주석과 메탄가스가 하측으로 유동하도록 유동경로를 형성한다. 금속 저장부(700)는 배출관(710)과 연결되어 환원된 주석이 저장되며, 일측에는 사용자가 내부 상태를 확인가능하도록 사이트 글라스(720)가 마련된다. 금속 저장부(700)의 일측 개구부에는 볼트 체결 등을 통해 분리 가능하도록 별도의 플랜지가 마련되며 사이트 글라스(720)는 상기 플랜지에 일체로 마련될 수 있다. 작업자는 금속 저장부(700) 내에 환원된 주석이 일정이상 저장되면 플랜지를 개방하여 환원된 주석을 외부 배출할 수 있다.
한편, 반응부(200) 내부는 히터 발열에 의해 고온의 상태를 유지하여 환원된 주석은 반응부(200) 내부에서 액체 상태를 유지하게 되지만 반응부(200)로부터 배출되어 배출관(710)을 따라 유동하게 되면 온도 저하에 따라 응고되는 현상이 발생할 수 있으며, 이러한 응고는 배출관(710) 경로를 폐쇄하여 반응부에서 환원된 주석을 제대로 배출하기 힘든 문제를 유발시킨다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 이러한 문제를 해결하도록 배출관(710)을 따라 유동하는 환원된 주석을 추가적으로 가열하도록 배출관(710)에 보조 히터(730)가 더 마련된다. 보조 히터(730)는 배출관(710)을 감싸는 형태로 이루어져서 배출관을 따라 유동하는 환원 주석의 응고를 방지한다.
또한 금속 저장부(700)의 상측에는 금속 저장부(700)로 유입된 메탄 가스를 배출하기 위한 가스 배출관(740)이 상측으로 길게 연결되고 가스 배출관(740)의 출구 영역에는 이그나이터(750)가 마련되어 불순물이 포함된 배출 메탄가스의 직접적인 대기 방출을 방지할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
본 발명은 금속재료와 가스가 상호 반응하여 금속 환원반응이 이루어지는 공간을 향해 금속재료와 가스를 하향 분사 방식을 적용하여 공급하는데 반응공간 외부에서 서로 일정이상 혼합된 후 반응공간으로 투입되도록 함으로써 금속재료와 가스를 한층 균일하게 혼합한 상태로 반응이 이루어지도록 하여 환원반응 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응부, 반응공간 형성부가 외부 하우징과 더불어 반응공간 내로의 외기 유입을 3중으로 확실하게 차단하는 구조를 채용함으로써, 반응공간 내에서 금속 환원반응이 더욱 안정적으로 진행되도록 할 뿐만 아니라 환원 결과물의 순도를 더욱 높일 수 있는 주석 환원로로서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (11)

  1. 외관을 형성하는 하우징(100);
    상측에 금속재료와 가스 투입을 위한 유입홀(211)이 마련되는 상부 반응부(210)와 상기 상부 반응부와 결합하며 하측에 환원된 금속이 배출되는 배출홀(221)이 마련되는 하부 반응부(220)를 포함하며, 내부에서 금속 환원반응이 이루어지는 반응부(200);
    상기 하부 반응부(220)를 둘레방향으로 감싸도록 마련되는 내화벽(300);
    상기 반응부(200) 내로 투입된 금속재료를 가열하도록 상기 내화벽(300)에 마련되는 히터(400); 및
    상기 반응부(200) 내측의 반응공간으로 금속재료와 가스를 투입하되, 반응공간의 외부에서 금속재료와 가스를 서로 혼합한 후 금속재료와 가스를 반응공간의 상측에서 반응공간을 향해 하향 분사하여 공급하는 재료투입부(500)를 포함하는 주석 환원로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응부(200)는,
    상기 상부 반응부(210) 및 하부 반응부(220)의 내측에 각각 마련되어 상기 히터로부터 상기 반응부로 전달된 열을 상기 반응공간으로 균일하게 전달하며, 상기 금속재료와 상기 가스가 저장되도록 상기 반응공간을 형성하며 상기 배출홀(221)과 연통하도록 통공(231)이 마련되는 반응공간 형성부(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반응공간 형성부(230)는 흑연 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반응공간 형성부는, 상기 상부 반응부 및 하부 반응부에 내측에 각각 마련되는 제1 반응공간 형성부(235)와 제2 반응공간 형성부(236)를 포함하고,
    상기 제2 반응공간 형성부(236)의 내주면에는 단턱(232)이 마련되고,
    상기 단턱(232)에 안착되며 상측으로부터 공급된 금속재료와 가스가 통과하도록 가장자리에 복수의 통과홀(241)이 마련되며 중앙이 가장자리보다 볼록하도록 라운드진 형상을 가지며 상기 반응공간 형성부와 동일한 재질로 이루어지는 반응판(240)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응판(240)에는 그 중앙에서 상기 복수의 통과홀(241)과 각각 연결되도록 방사상의 복수의 제1 연결홈(242)이 마련되고, 그 중앙을 기준으로 가장자리로 갈수록 동심원 형상으로 이루어지는 복수의 제2 연결홈(243)이 마련되는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 반응부(210)와 상기 내화벽(300)의 외면에 각각 마련되는 세라믹 보온재(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배출홀(221)과 연결되어 상기 반응공간에서 환원된 금속과 가스가 하측으로 유동하도록 유동경로를 형성하는 배출관(710); 및
    상기 배출관(710)과 연결되어 환원된 금속이 저장되며, 내부 상태 확인이 가능하도록 사이트 글라스(720)가 마련되며 가스 배출을 위한 가스 배출관(740)이 연결되는 금속 저장부(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배출관(710)에는 상기 배출관을 따라 유동하는 환원된 금속을 추가적으로 가열하기 위한 보조 히터(730)가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가스 배출관(740)의 출구 영역에는 이그나이터(750)가 마련되는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 재료투입부(500)는,
    금속재료가 저장되는 금속재료 저장호퍼(510);
    상기 금속재료 저장호퍼(510)와 상기 유입홀(211) 사이를 연결하는 금속 공급관(560) 상에 마련되는 제1 정량밸브(520);
    가스가 저장되는 가스 저장탱크(530);
    상기 가스 저장탱크(530)와 상기 금속 공급관(560) 사이를 연결하는 가스 공급관 상에 마련되는 제2 정량밸브(540); 및
    상기 제1 정량밸브(520) 및 제2 정량밸브(540)의 개방도를 조절하는 제어부(550)를 포함하되,
    상기 금속재료와 상기 가스는 상기 금속 공급관(560) 내에서 서로 혼합된 후 상기 반응공간 내측으로 하향 공급되는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 재료투입부(500)는,
    상기 반응공간 내의 이상 고압 발생시 반응공간 내의 가스가 금속 공급관(560)을 따라 이동한 후 외부로 배출되도록 상기 금속 공급관에 연결되며 단부에 고압 가스에 의해 파쇄 가능한 파쇄부(582)가 마련되는 이상가스 배출부(580)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석 환원로.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116944507A (zh) * 2023-07-28 2023-10-27 郑州大学 用于还原金属氧化物粉末的反应器、方法
CN118854089A (zh) * 2024-07-08 2024-10-29 郑州大学 利用ito废靶制备铟锡合金的方法、装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH101728A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Kawaden Co Ltd 酸化錫の還元処理方法及び装置
KR20000069571A (ko) * 1996-12-18 2000-11-25 테리 에이. 매튜스 금속 산화물 집괴의 직접 환원
KR20090043386A (ko) * 2007-10-29 2009-05-06 주식회사 두원기연 진공용해 수평연속주조기
KR20120133944A (ko) * 2011-06-01 2012-12-11 재단법인 포항산업과학연구원 용선의 제조방법
KR101815304B1 (ko) * 2016-08-19 2018-01-11 (주)에이원엔지니어링 금속 환원로

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH101728A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Kawaden Co Ltd 酸化錫の還元処理方法及び装置
KR20000069571A (ko) * 1996-12-18 2000-11-25 테리 에이. 매튜스 금속 산화물 집괴의 직접 환원
KR20090043386A (ko) * 2007-10-29 2009-05-06 주식회사 두원기연 진공용해 수평연속주조기
KR20120133944A (ko) * 2011-06-01 2012-12-11 재단법인 포항산업과학연구원 용선의 제조방법
KR101815304B1 (ko) * 2016-08-19 2018-01-11 (주)에이원엔지니어링 금속 환원로

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116944507A (zh) * 2023-07-28 2023-10-27 郑州大学 用于还原金属氧化物粉末的反应器、方法
CN118854089A (zh) * 2024-07-08 2024-10-29 郑州大学 利用ito废靶制备铟锡合金的方法、装置

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