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KR100666002B1 - 고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 장치 - Google Patents

고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 장치에 관한 것이다. 분쇄 장치는 유동하는 분쇄 요소들로 이루어진 충전재를 가진 분쇄 챔버(34)로 형성된 분쇄 컨테이너(35) 및 분쇄 요소 충전재의 유동하는 분쇄 요소들의 강력한 운동을 야기시키기 위해 수평 축선을 가진 샤프트(19) 둘레로 상기 컨테이너에 대해 상대적으로 회전구동될 수 있는 교반 요소(11)를 장비하고 있는 로터(10)를 포함하고 있다. 특히 분쇄에 장애가 있는 물질, 예컨대 점착하는 경향의 물질을 분쇄하기 위해, 분쇄 장치는 회전자(10)가 제1 주 구동기(17)에 연결되고, 분쇄 컨테이너(35) 또는 그것의 베어링 하우징(1)이 제1 주 구동기(17)와 서로 독립적으로 제어될 수 있는 제2 회전 구동기(5)에 연결되어 있는 점에서 개선되었다.
분쇄 장치, 샤프트, 교반요소, 회전자, 구동기

Description

고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 장치{DEVICE FOR HIGH POWER MILLING AND/OR FINE PULVERIZING OF SOLIDS}
도 1은 분쇄 컨테이너를 회전자 축선과 일치하는 단면으로 도시한 도면.
"도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명"
1 : 베어링 6 : 치형 링
10 : 회전자 11 : 교반 요소
13 : 회전자 보디 17 : 제1 구동기
19 : 회전자 샤프트 21 : 제어 유닛
34 : 분쇄 챔버 35 : 분쇄 컨테이너
45 : 컨테이너 외벽 48 : 플랜지
본 발명은 유동하는 분쇄 요소들로 이루어진 충전재가 구비된 분쇄 챔버로 형성된 분쇄 컨테이너; 및 분쇄 요소 충전재의 유동하는 분쇄 요소들의 강력한 운동을 야기시키기 위해 수평 축선을 가진 샤프트 둘레로 상기 분쇄 컨테이너에 대해 상대적으로 회전구동가능한 교반 요소를 장비하고 있고, 분쇄 챔버에 대면하는 베어링을 구비한 샤프트를 밀봉하는 샤프트 패킹을 장비하고 있는 로터;를 포함하고 있는, 고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 장치에 관한 것이다.
서두에 언급한 구성 형태의 분쇄 장치는 예를 들어, Ti-Co, VC-Co, WC-Co, SiC-St와 같은 경질의 물질을 분쇄하는데, 또한 Ti-WC-Co, Ti-WC-Co, TiC-WC-Co 등과 같은 경질의 물질을 미세하게 분쇄하는데 적합하다. 또한, 미세 분쇄 장치의 바람직한 적용 분야는 미세하게 분쇄된 영구자석 물질, 예를 들어 Nd-Fe-B를 제조하고, 또한 다른 기계 합금을 제조하는 곳이다. 이와 유사한 경질의 물질은 미세 분쇄 장치에 의해서 나노메터(nano meter) 수준의 범위까지 미세하게 미립화되는데, 특히 민감한 물질은 경우에 따라서는 진공 내지 불활성가스 내에서 분쇄된다.
공지의 미세 분쇄 장치들은 분쇄 컨테이너와, 회전자가 수직축을 갖고 배치되어 있는 고정 구조를 취하고 있다. 이러한 공지의 구조에서는, 회전자와 분쇄 요소 충전재 사이에 현저히 낮은 에너지 전달성으로 인한 결점이 있으며, 특히 건조 분쇄의 경우에 그러하다. 그러므로, 소량의 에너지 유입으로 인하여 분쇄 컨테이너를 아주 단순하게 형성시킬 수는 없다.
독일의 특허 공개 공보 제43 07 083 A1호에 고체 물질의 미세 분쇄를 위한 일종의 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 수평 축선 둘레로 회전구동되고 분쇄 요소들의 강력한 운동을 야기시키기 위한 교반 요소를 장비하고 있는 로터를 수용하는 폐쇄 하우징을 가진 분쇄 챔버로 형성된 분쇄 컨테이너를 포함하고 있다. 회전자의 샤프트는 분쇄 공정 과정 동안에 고정된 하우징에 대해서 적어도 하나의 샤프트 패킹으로 기밀하게 밀봉된다. 회전자의 구동 샤프트는 전기 구동 모터와 연결되어 있다. 분쇄 컨테이너를 채우고 비울 목적으로, 밀봉가능한 배출구를 갖는 입출 개구부가 분쇄 컨테이너에 배치된다. 분쇄될 물질에 따라 다양한 구체 직경을 가질 수 있는 낙하 장입가능한 분쇄 요소가 분쇄 컨테이너 내에 위치된다. 고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위해 수평으로 배열된 장치의 장점은 그것의 컴팩트한 디자인과, 분쇄 요소의 임계 운동 직전까지 분쇄 컨테이너 내로 고에너지를 입력할 수 있는 가능성에 있다. 분쇄 컨테이너 내의 분쇄 요소들이 원심력의 작용하에서 집합체로서 회전되어 개별 분쇄 요소들 사이의 개별적인 운동이 거의 일어나지 않게 되는 상태를 분쇄 요소의 임계 운동이라 한다.
본 발명의 목적은 분쇄 요소의 임계 운동에 대해서도 에너지 입력을 증가시키고 높은 점착성을 갖고 있는 물질도 어려움 없이 분쇄시킬 수 있도록 고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 상술한 장치를 개선하는데 있다. 그 다음의 목적은 분쇄 컨테이너 내에서 분쇄 공정의 제어를 더욱 개선시키는데 있다.
상기 목적은 청구항 1의 전제부에 따라, 고체 물질의 강력 분쇄 및/또는 미세 분쇄를 위한 장치에 있어서, 교반 요소를 장비한 회전자가 제1 주 구동기에 연결하고, 분쇄 컨테이너 또는 그것의 베어링 하우징을 이 제1 주 구동기와 서로 독립적으로 제어될 수 있는 제2 회전 구동기에 연결하는 방법으로 달성된다.
이 특징으로, 예를 들어 자동차 마감용 새로운 안료를 얻기 위해서나 매우 높은 분쇄 운동력에 따른 기계적인 합금 제조를 위한 새로운 미립자를 얻기 위해서 가능한 한 편평한 미립자(편조각)를 생산하도록 최고 품질의 미세 입자로 분쇄하는 것이 가능하다.
분쇄 컨테이너의 회전 구동기와 회전자 구동기에 대한 본 발명에 의한 차동 속도의 조절의 결과로써, 컨테이너 내부에서의 분쇄 공정 과정이 정밀 제어될 수 있으며, 결과적인 속도가 정확하게 설정될 수 있다. 이는 단일의 모터 작동에 있어서는 매우 큰 비용에 의해서만 얻어질 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 분쇄 장치의 특별한 구성에 있어서, 분쇄 컨테이너용 회전 구동기는 미리 설정된 0점에 대한 분쇄 컨테이너의 역회전 교대 조절을 위한 제어 장치를 가지고 있다. 이는 점착 경향을 보이는 문제성 있는 분쇄 물질의 분쇄를 가능하게 해주고, 이를 통해 분쇄 컨테이너에의 에너지 입력에 크게 영향을 준다. 분쇄하기에 문제가 있는 분쇄 물질로는 결정질의 금속 산화물, 세라믹 합성수지, 광물 등이다.
분쇄 공정을 최적으로 하기 위해서 분쇄 컨테이너 회전구동기용 제어 장치는 전자적으로 프로그램이 가능하고, 분쇄될 물질의 개별 특성에 따라 조절된다.
본 발명의 또다른 실시형태에 있어서, 분쇄 컨테이너용 회전 구동기는 분쇄 컨테이너의 외주에 맞추어져 이 외주를 적어도 부분적으로 에워싸는 치형 래크 또는 분쇄 컨테이너 외주상에 배치된 치형 링을 가지고 있고, 이 치형 래크 또는 치형 링에는 모터에 의해 작동되는 체인 또는 치형 벨트 또는 제어 모터의 피니언이 맞물려 있다. 본 발명은 또한 일측이 지지되는 분쇄 컨테이너와 양측이 지지되는 분쇄 컨테이너 모두에 대해 회전자용 구동기와 분쇄 컨테이너용 구동기를 독립적으로 포함하고 있으며, 일측이 지지되는 분쇄 컨테이너는 소형 분쇄 장치에 사용되고, 양측이 지지되는 분쇄 컨테이너는 대형 분쇄 장치에 사용된다.
본 발명은 바람직한 실시예에 대한 도해적인 도면을 근거로 하여 상세히 설명되며, 도면에서 본 발명의 또 다른 유리한 상세한 구성을 발견할 수 있다.
도 1에 도시된, 고체 물질을 미세 분쇄하기 위한 장치는 분쇄 챔버(34)로 형성되는 분쇄 컨테이너(35)를 포함한다. 분쇄 컨테이너(35)에는 명료한 도시를 위해 도면에 도시되지 않은 유동 분쇄 요소들로 이루어진 충전재가 마련되어 있다. 유동 분쇄 요소들은 일반적으로 세라믹이나 텅스텐 카바이드와 같은 비마모성의 경질재료로 이루어지고, 최대 10㎜ 정도 까지의 직경 크기를 가진 볼 형상 즉 구체 구조를 하고 있으며, 분쇄 챔버 체적의 50 % 까지 채우고 있다. 컨테이너(35)의 내부에는, 분쇄 요소 충전재 내의 유동 분쇄 요소들의 강력한 운동을 야기시키기 위한 교반 요소(11)를 갖는 회전자(10)가 연장되어 있다. 회전자(10)는 원추형 시트와 분리가능하게 연결되는 회전자 보디(13)와 회전 샤프트(19)와의 나사 접속부(16)를 가지고 있다. 회전 방지 연결이 예를 들어 삽구이음과 같은 공지된 기술 처리법에 의해 생성된다. 회전자(10)는 상세히 도시하지 않은 주 구동기(17)에 연결되어 있다.
분쇄 챔버(34)에 대한 샤프트(19)를 구비한 회전자(10)의 수평 배치로 인하여, 베어링 하우징(2) 내에 베어링(1)을 구비한 샤프트(19)의 엄밀한 패킹이 필요하다. 이를 위해, 베어링(1) 및 샤프트 패팅(20)은 분쇄 컨테이너(35)의 전방 단부벽(40)을 구비하여 형성되어 분쇄 컨테이너(35)에 배치될 수 있는 단일의 어셈블리를 형성한다. 이러한 방법으로 다양한 분쇄 컨테이너(35)가 교체되어 단부벽(40)과 연결될 수 있다. 분쇄 컨테이너(35)와, 샤프트 패킹(20) 및 전방 단부벽(40)을 구비한 회전자(10) 및 회전자 샤프트(19)로 이루어지는 어셈블리와의 기계적 분리 후에, 패킹 요소는 아무런 문제없이 조절되고, 경우에 따라서는 유지보수되거나 새롭게 교체될 수 있다.
도면은 분쇄 컨테이너(35)를 회전자 축선과 일치하는 단면으로 보여주고 있다. 분쇄 컨테이너는 2개의 상이한 마름모 형상부(42, 43)를 갖고 있으며, 그 기초 라인은 회전자의 회전축과 일치한다. 교반 요소들(11)의 특별한 길이방향 높이차 배열과 함께 구현되는 분쇄 컨테이너(35)의 이중 원추형 구조로 인해, 환상 유동이라 부를 수 있는 분쇄 요소들의 특별한 운동이 유도된다. 다시 말해, 분쇄될 구형체는 양단부(40, 41)의 영역에서 매우 강력하게 상승되고, 중앙 영역을 통해 입출 개구부(46) 아래에서 상이한 캐스케이드(cascade)식으로 하향 운반되며, 그 결과 재료의 강한 예압축이 발생한다. 이러한 컨테이너 형상은 점착력으로 인해 자화 또는 점결하는 경향이 있는 분쇄에 지장이 있는 물질에 특히 적합하다.
기술된 분쇄 장치를 더욱 개선하기 위해서, 회전자(10)는 제1 주 구동기(17)와 연결되고 이와는 별도로 분쇄 컨테이너(35)가 또는 분쇄 컨테이너와 베어링 하우징(1)이 제2 회전 구동기에 연결되고, 양 구동기(5, 17)는 서로 따로 제어될 수 있다(콘트롤 박스(21)). 분쇄 컨테이너(35)용 회전 구동기(5)는 컨테이너의 외주상에 배치된 치형 링(6)을 가지고 있고(개략적으로만 도시됨), 제어 모터(49)의 피니언(45)이 치형 링에 결합되어 있다. 제어 모터는 회전자(10)와 컨테이너(1) 사이의 속도 차에 대해 정밀하게 설정될 수 있다. 분쇄 컨테이너 회전 구동기용 제어 장치는 전자적으로 프로그래밍이 가능하고, 조절 및 제어 유닛(21)에 의해 주 구동기의 속도도 조절될 수 있다.
분쇄 컨테이너용 회전 구동기가 미리 설정된 0점(기준)에 대해 분쇄 컨테이너를 교호로 역회전 조절하기 위한 장치를 수용하게 되면, 컨테이너 외벽(45) 또는 그것의 플랜지(48)에 치형 래크가 유리하게 부착되어야 하고, 이 래크는 컨테이너 외주에 맞추여져, 이 외주를 적어도 부분적으로 에워싸게 된다. 이 치형 래크에는 체인이 맞물리고, 상기 체인은 예를 들어 스테핑 모터에 의해서 일방향 또는 타방향으로 이동된다. 이러한 단순한 구조가 분쇄 컨테이너의 내부에서의 분쇄 요소의 임계 운동을 고에너지 입력 방향으로 제어하는 데 매우 성공적이라는 것이 판명되었다.
바람직한 실시예에서 개시되고 설명된, 고체 물질의 미세 분쇄를 위한 장치는 경제적인 수단에 의해 최고의 분쇄 성능을 가능하게 해주고 서두에 제시한 목적에 대해 최적의 해법을 제공한다.

Claims (6)

  1. 유동하는 분쇄 요소들로 이루어진 충전재가 구비된 분쇄 챔버(34)로 형성된 분쇄 컨테이너(35); 및 분쇄 요소 충전재의 유동하는 분쇄 요소들의 강력한 운동을 야기시키기 위해 수평 축선을 가진 샤프트(19) 둘레로 상기 분쇄 컨테이너(35)에 대해 상대적으로 회전구동가능한 교반 요소(11)를 장비하고 있고, 분쇄 챔버(34)에 대면하는 베어링을 구비한 샤프트(19)를 밀봉하는 샤프트 패킹(20)을 장비하고 있는 로터(10);를 포함하고 있는, 고체 물질의 강력 분쇄 또는 미세 분쇄 또는 강력미세 분쇄를 위한 장치에 있어서,
    상기 회전자(10)가 제1 주 구동기(17)에 연결되고, 상기 분쇄 컨테이너(35) 또는 그것의 베어링 하우징(1)이 상기 제1 주 구동기(17)와 서로 독립적으로 제어될 수 있는 제2 회전 구동기(5)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄 컨테이너(35)용 회전 구동기(5)는 회전자 구동기 (17)에 대해 차동 속도로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 분쇄 컨테이너(35)용 회전 구동기(5)는 미리 설정된 0점에 대해 분쇄 컨테이너(35)를 교호로 역회전 조절하기 위한 제어 장치(21)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 제어 장치(21)는 분쇄 컨테이너 회전구동기(5)에 대해 전자적식으로 프로그래밍 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분쇄 컨테이너(35)용 회전 구동기(5)는 분쇄 컨테이너의 외주(45)에 맞추어져 이 외주를 부분적으로 또는 전체적으로 에워싸는 치형 래크 또는 분쇄 컨테이너 외주상에 배치된 치형 링(6)을 가지고 있고, 상기 치형 래크 또는 치형 링에는 모터에 의해 작동되는 체인 또는 치형 벨트 또는 제어 모터(5)의 피니언(47)이 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 일측이 지지되는 분쇄 컨테이너(35) 및 양측이 지지되는 분쇄 컨테이너 모두가 서로 독립적인 회전 구동기(5, 17)를 장비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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