로터리 킬른

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 작동 원리
3. 구조
4. 역사
5. 용도
6. 기타 장비
참조

1. 개요

로터리 킬른은 수평에서 약간 기울어진 원통형 용기로, 세로 축을 중심으로 천천히 회전하며, 주로 시멘트, 생석회, 경량 골재 등을 제조하거나 광석을 소성하는 데 사용된다. 킬른 내부로 투입된 공정 원료는 회전에 따라 이동하며, 뜨거운 가스와의 접촉을 통해 교반 및 혼합된다. 킬른은 쉘, 내화 라이닝, 지지 타이어, 롤러, 구동 기어 및 내부 열 교환기 등으로 구성되며, 1873년 프레데릭 랜섬에 의해 발명되었다. 로터리 킬른은 시멘트 제조 외에도 폐기물 소각 및 재활용, 가축 분뇨 탄화, 수은 제련 등 다양한 용도로 활용된다.

더 읽어볼만한 페이지

가마 - 가마 (열)
고온을 이용하여 재료를 소성, 건조, 열처리하는 장치인 가마는 산업 및 공예 분야에서 널리 쓰이며 축조 위치, 연료, 화염 방향, 형태 등에 따라 다양하게 분류되고, 한국 전통 가마는 선사 시대부터 사용되었다.

로터리 킬른
로터리 킬른
회전 가마 애니메이션
시멘트 가마 모식도
개요
유형	산업용 가마
용도	시멘트 생산 소성 탄화 하소 건조
작동 원리
설명	경사진 회전 실린더를 사용하여 재료를 가열하고 처리
구성 요소
주요 구성 요소	회전하는 실린더형 쉘 내화 라이닝 버너 시스템 구동 메커니즘 배기 시스템
작동 조건
온도 범위	섭씨 850 ~ 1600도 (850 °C ~ 1600 °C)
응용 분야
산업	시멘트 산업 광업 화학 처리 폐기물 처리
장점
장점	대량 처리 능력 다양한 재료 처리 균일한 가열
단점
단점	높은 에너지 소비 상당한 유지 보수 요구 사항
환경적 고려 사항
배출	이산화탄소 질소 산화물 미립자 물질
완화 전략	배출 감소를 위한 기술 구현
대안 기술
대안	유동층 반응기 수직로
추가 정보
관련 장비	냉각기 분쇄기 집진기

2. 작동 원리

킬른은 수평에서 약간 기울어진 원통형 용기로, 세로 축을 중심으로 천천히 회전한다. 공정 원료는 원통의 상단으로 공급된다. 킬른이 회전함에 따라 물질은 점차 아래쪽으로 이동하며, 어느 정도의 교반과 혼합이 일어날 수 있다. 뜨거운 가스는 킬른을 따라 지나가며, 때로는 공정 물질과 같은 방향(병류)으로 흐르지만, 일반적으로는 반대 방향(역류)으로 흐른다. 뜨거운 가스는 외부 노에서 생성되거나, 킬른 내부의 화염에 의해 생성될 수 있다. 이러한 화염은 큰 분젠 버너처럼 작동하는 버너 파이프(또는 "점화 파이프")에서 분사된다. 이 화염의 연료는 가스, 오일, 분쇄된 석유 코크스 또는 분쇄된 석탄일 수 있다.

세멘트 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구조. 미리 분쇄된 원료가 오른쪽 위에서 들어가, 소성되어 왼쪽 아래로 나온다.

로터리 킬른은 두께 15mm - 30mm의 탄소강으로 만들어져 있으며, 내부는 내화 벽돌로 내장되어 있다. 킬른 바깥쪽에는 회전력을 전달하는 구동 기어(Drive Gear)와 동체를 지지하는 철제 타이어(Tyre)가 장착되어 있다.

시멘트 제조에 사용되는 로터리 킬른의 경우, 내부 온도는 입구에서 400°C 정도이며, Flame으로 표시된 부분의 최고 온도는 1450°C에 달한다. 킬른 내에서는 원료가 천천히 회전하면서 서서히 이송된다. 시멘트 제조 시에는 약 30분간 체류한다. 연료로는 중유나 석탄(미분탄)이 사용된다.^[4]

3. 구조

로터리 킬른은 쉘, 내화물 라이닝, 지지 타이어 및 롤러, 구동 기어, 내부 열 교환기 등으로 구성된다.

현재 시멘트 공장에서 일반적으로 사용되는 로터리 킬른은 직경 4 - 6m, 길이 60 - 100m, 경사 3 - 4%, 회전수 2 - 4rpm이다. 킬른 내부 온도는 그림 오른쪽 끝 입구에서 400°C이며, Flame으로 표시된 부분의 최고 온도는 1450°C에 달한다. 킬른 내에서는 원료가 천천히 회전하면서 서서히 이동하며, 시멘트 제조의 경우 약 30분간 체류한다. 연료로는 중유나 석탄(미분탄)이 사용된다^[4]。 그 외에, 일본에서는 1990년대 이후, 재생 중유나 폐타이어, 폐플라스틱 등의 폐기물 유래 연료 사용도 확대되고 있다^[5]。

로터리 킬른은 두께 15mm에서 30mm의 탄소강으로 만들어져 있으며, 내부는 내화 벽돌로 내장되어 있다. 킬른 바깥쪽에는 회전력을 전달하는 구동 기어(Drive Gear)와 동체를 지지하는 철제 타이어(Tyre)가 장착되어 있다^[4]。

3. 1. 킬른 쉘

킬른 쉘은 압연된 연강 판재로 만들어지며, 일반적으로 두께가 15mm에서 30mm 사이이고, 용접하여 길이 230m까지, 직경 6m까지의 원통형으로 제작된다.

직경의 상한선은 킬른 쉘이 자체 무게로 인해 변형되어 타원형 단면을 갖게 되는 경향과 회전 중에 발생하는 굽힘에 의해 결정된다. 길이는 반드시 제한되는 것은 아니지만, 킬른이 매우 긴 경우 가열 및 냉각 시 길이 변화(일반적으로 길이의 0.1~0.5% 정도)에 대처하기가 어려워진다.^[4]

로터리 킬른은 두께 15 - 30mm의 탄소강으로 만들어져 있으며, 내부는 내화 벽돌로 내장되어 있다. 킬른 바깥쪽에는 회전력을 전달하는 구동 기어(Drive Gear)와 동체를 지지하는 철제 타이어(Tyre)가 장착되어 있다.

3. 2. 내화 라이닝

내화 라이닝은 킬른 내부의 고온으로부터 강철 쉘을 단열하고, 처리되는 물질의 부식으로부터 보호하는 역할을 한다. 내화 라이닝은 내화 벽돌이나 내화 콘크리트로 구성될 수 있으며, 약 250°C 미만의 킬른 구역에서는 존재하지 않을 수 있다. 선택되는 내화재는 킬른 내부의 온도와 처리되는 물질의 화학적 특성에 따라 달라진다. 시멘트와 같은 일부 공정에서는 처리된 물질의 코팅을 내화 표면에 유지하여 내화재의 수명을 연장한다. 라이닝의 두께는 일반적으로 80mm에서 300mm 사이이다. 일반적인 내화재는 고온면과 저온면 사이에서 1000°C 이상의 온도 강하를 유지할 수 있다. 강철 손상을 방지하기 위해 쉘 온도를 약 350°C 이하로 유지해야 하며, 내화재 파손을 나타내는 "핫 스팟"을 조기에 경고하기 위해 지속적인 적외선 스캐너가 사용된다.^[4]

3. 3. 타이어 및 롤러

타이어는 '주행 링'이라고도 불리며, 매끄러운 원통형 표면으로 가공된 단일 환형 강철 주물로 만들어진다. 이 타이어는 다양한 "지지대"를 통해 가마 쉘에 느슨하게 부착된다. 타이어는 쉘에 꼭 맞아야 하지만, 가마가 뜨거워지면서 발생하는 열 때문에 팽창/수축을 할 수 있도록 설계되어야 한다. 타이어는 가마 지름의 절반 정도 간격으로 배치된 한 쌍의 강철 롤러 위에서 회전한다. 이 롤러는 가마를 지지하고, 마찰을 최소화하여 가마가 원활하게 회전할 수 있도록 돕는다. 잘 설계된 가마는 전원이 꺼지면 멈출 때까지 진자처럼 여러 번 흔들린다. 전기로와 공급물을 포함한 일반적인 6x 가마의 질량은 약 1100MT이며, 가마 길이에 따라 간격을 두고 배치된 세 개의 타이어와 롤러 세트 위에 실린다. 가장 긴 가마는 8개의 롤러 세트를 가질 수 있으며, 매우 짧고 작은 가마는 롤러 세트가 없을 수도 있다. 가마는 일반적으로 분당 0.5~2회 회전하지만, 현대 시멘트 공장의 가마는 분당 4~5회 회전한다. 롤러의 베어링은 큰 하중을 견디고 가마의 열과 먼지로부터 보호되어야 한다. 또한, 가마는 기울어져 있기 때문에 지지 롤러에서 벗어나는 것을 방지하기 위해 타이어 측면에 접하는 상부 및 하부 "유지(또는 스러스트) 롤러"가 필요하다.^[4]^[5]

3. 4. 구동 기어

킬른은 일반적으로 킬른 튜브의 냉각 부분 주위를 둘러싼 단일 기어 링 기어를 사용하여 회전하지만, 때로는 구동 롤러에 의해 회전되기도 한다. 기어는 기어 트레인을 통해 가변 속도 전동기에 연결된다. 이는 큰 편심 하중으로 킬른을 시작하기 위해 높은 시작 토크를 가져야 한다. 6x 킬른은 3 rpm으로 회전하기 위해 약 800kW가 필요하다. 킬른을 통과하는 재료 흐름 속도는 회전 속도에 비례하며, 이를 제어하기 위해서는 가변 속도 구동 장치가 필요하다. 롤러를 통해 구동할 때는 유압 구동 장치를 사용할 수 있다. 이는 매우 높은 토크를 발생시키는 장점이 있다. 많은 공정에서 구동 전원이 고장난 경우 뜨거운 킬른을 가만히 두는 것은 위험하다. 킬른 상단과 하단의 온도 차이로 인해 킬른이 변형되고 내화물이 손상될 수 있다. 따라서, 전력 차단 시 사용할 보조 구동 장치를 제공하는 것이 일반적이다. 이는 독립 전원 공급 장치가 있는 소형 전동기 또는 디젤 엔진일 수 있다. 이는 킬른을 매우 느리게 회전시키지만 손상을 방지하기에 충분하다.

로터리 킬른 바깥쪽에는 회전력을 전달하는 구동 기어(Drive Gear)가 장착되어 있다.^[4]

3. 5. 내부 열 교환기

열전도, 대류, 열복사는 로터리 킬른 내에서 열 교환이 이루어지는 효율이 높은 순서이다. 저온 공정 및 예열기가 없는 긴 킬른의 더 차가운 부분에서는, 가스와 공급물 간의 열 교환을 촉진하기 위해 킬른에 종종 내부 열 교환기가 장착된다. 이러한 열 교환기는 가스 흐름을 따라 공급물을 쏟아지게 하는 스쿱 또는 "리프터"로 구성되거나, 킬른 상부에서 가열되어 킬른이 회전함에 따라 공급물 표면 아래로 잠기면서 열을 공급물에 전달하는 금속 삽입물로 구성될 수 있다. 후자는 리프터가 과도한 먼지 포집을 유발할 수 있는 경우에 선호된다. 가장 일반적인 열 교환기는 가스 흐름을 가로질러 커튼처럼 매달린 체인으로 구성된다.^[4]

4. 역사

회전 가마는 1873년 프레데릭 랜섬(Frederick Ransome)에 의해 발명되었다.^[1] 그는 1885년부터 1887년까지 여러 건의 특허를 출원했지만, 이 아이디어에 대한 그의 실험은 상업적으로 성공하지 못했다. 그럼에도 불구하고, 그의 설계는 1891년부터 미국에서 성공적인 가마의 기반을 제공했으며, 이후 전 세계적으로 모방되었다.

5. 용도

로터리 킬른은 시멘트, 생석회, 경량 골재 (특수한 광물을 고온에서 발포시킨 골재) 제조, 광석 소성 등에 폭넓게 사용된다.

또한, 가축 분뇨 탄화 장치, 수은 제련 (과거 진사 등 수은 광석, 현재 사용된 건전지 등) 등에도 이용된다.^[6]^[7]

5. 1. 시멘트 제조

로터리 킬른은 시멘트 제조에 가장 대표적으로 사용된다.^[1] 석회석, 점토 등의 원료를 킬른 내에서 고온으로 소성하여 클링커를 생성하고, 이를 분쇄하여 시멘트를 만든다.^[1]

5. 2. 폐기물 처리

로터리 킬른은 폐기물을 느리게 회전시키면서 교반하여 소각한다.^[6]^[7] 가스화가 빠른 유니(油泥)나 폐플라스틱류를 연소시키며,^[6]^[7] 폐기물에 포함된 금속류를 휘발·분리 처리하거나,^[7] 도시 쓰레기 소각재를 소성하여 재자원화하는 데에도 사용된다.^[8]^[9]^[10] 폐기물 처리에 따라 다양한 연소·휘발 생성물이 발생하므로, 누출 방지에 특히 유의하여 설계 및 제작된다. 일반적으로 시멘트 공업용보다 소형의 로터리 킬른이 사용된다.

5. 3. 기타 용도

로터리 킬른은 시멘트, 생석회, 경량 골재(특수한 광물을 고온에서 발포시킨 골재) 등의 제조 외에도, 광석의 소성 등에 폭넓게 사용된다.

또한 폐기물 소각 처리나, 가축 분뇨의 탄화 장치, 수은 제련(과거에는 진사 등 수은 광석, 현재는 사용된 건전지 등) 등에도 이용되고 있다.

6. 기타 장비

로터리 킬른은 하단부의 물질 배출 후드 및 폐가스 배출 덕트와 연결된다. 킬른 양쪽 끝에는 가스 밀봉 장치가 필요하다.^[1] 배기 가스는 폐기되거나 예열기로 들어가 들어오는 공급물과 열을 교환할 수 있다.^[1] 가스는 킬른을 통과해야 하며, 예열기가 설치된 경우 배기구에 위치한 팬에 의해 통과해야 한다.^[1] 압력 강하가 클 수 있는 예열기 설치에서는 상당한 팬 동력이 필요할 수 있으며, 팬 구동 장치는 종종 킬른 시스템에서 가장 큰 구동 장치이다.^[1] 배기 가스에는 먼지가 포함되어 있으며, 이산화황 또는 염화수소와 같은 유해 물질이 있을 수 있다.^[1] 이러한 유해 물질을 대기 중으로 배출하기 전에 가스 흐름에서 제거하기 위한 정화 장치가 설치된다.^[1]

참조

_[1] 서적 The Michigan Technic https://books.google[...] UM Libraries
_[2] 웹사이트 Metallurgical Furnaces http://web.vscht.cz/[...] John Wiley & Sons
_[3] 문서 ilmenite and ferrous sands
_[4] 서적 エコセメントのおはなし財団法人日本規格協会
_[5] 서적 エコセメントのおはなし財団法人日本規格協会
_[6] 웹사이트 施設案内 https://www.dowa-eco[...] エコシステム千葉株式会社公式サイト 2022-01-09
_[7] 웹사이트 処理フロー https://kowa-seiko.c[...] 光和精鉱株式会社公式サイト 2022-01-04
_[8] 웹사이트 サービス紹介 - リサイクル https://www.kamtecs.[...] ツネイシカムテックス株式会社公式サイト 2022-01-04
_[9] 문서 造粒焼成技術を用いた焼却灰再資源化システムの開発（その2） https://penta-ocean-[...] 五洋建設株式会社 2022-01-04
_[10] 간행물 焼却灰リサイクルにおける焼成処理の特徴 https://doi.org/10.1[...] 廃棄物資源循環学会

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com