KR100530335B1

KR100530335B1 - 플라즈마 멜트 스피너용 전극봉 연마 장치

Info

Publication number: KR100530335B1
Application number: KR10-2003-0096336A
Authority: KR
Inventors: 박언병; 양충진; 한종수; 변갑식; 손영근
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-11-22
Also published as: KR20050064746A

Abstract

본 발명은 금속 분말 제조용 급냉 응고 장치의 생산성 향상을 위한 플라즈마 아크 전극봉 연마 장치 장치에 관한 것으로 진공 챔버 외부에서 소형진공 챔버, 진공펌프, 게이트밸브, 연마장치와 푸쉬로드등으로 조합구성한 전극봉 연마 장치를 이용하여 진공을 파괴하지 않고 전극봉을 연마해 줌으로써 플라즈마 아크를 연속 발생 가능케 하여 금속 분말의 생산능률을 향상시키기 위한 장치의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 급냉 응고장치의 챔버의 외부에 설치되는 소형 챔버(21)와, 급냉 응고 장치의 챔버 내부 속으로 투입되어 전극봉을 연마하는 연마장치(22)와, 급냉 응고 장치가 가동 중에는 소형 챔버(21)를 차단하는 게이트밸브(23)와, 상기 챔버(21)내를 10^-3 torr 이하의 진공으로 만들어 주는 진공펌프(24)와, 상기 연마 장치(22)를 급냉 응고 장치 내부의 전극봉 직하단까지 밀어주는 푸쉬로드(25)와, 상기 푸쉬로드(25)를 고정 혹은 고정해제되도록 하는 클램프(26)와, 상기 소형 챔버(21)를 여닫는 챔버문(27)과, 필요에 따라 상기 소형 챔버(21)의 진공을 해제시키는 벤트(28)와, 상기 소형 챔버(21)와 진공펌프(24)를 개폐하는 밸브(29)를 포함하는 구성을 특징으로 하는 플라즈마 멜트 스피너용 전극봉 연마 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 멜트 스피너용 전극봉 연마 장치{APPRATUS FOR POLTSHING ELECTRODE IN PLASMA MELT SPINNER}

본 발명은 금속 분말 제조용 급냉 응고 장치의 생산성 향상을 위한 플라즈마 아크 전극봉 연마 장치에 관한 것으로, 진공 챔버 외부에서 소형진공 챔버, 진공펌프, 게이트밸브, 연마장치와 푸쉬로드 등으로 조합구성한 전극봉 연마 장치를 이용하여 진공을 파괴하지 않고 전극봉을 연마해 줌으로써 플라즈마 아크를 연속 발생 가능케 하여 금속 분말의 생산성을 향상시키도록 하기 위한 장치의 제공에 관한 것이다.

일반적으로 급속냉각법을 이용하여 금속 분말이나, 리본을 제조하는 경우 인덕션 멜트 스피너(induction melt spinner) 공정이나 플라즈마 멜트 스피너(plasma melt spinner) 공정을 이용한다.

플라즈마 멜트 스피너 공정의 경우 특정한 조성물을 용해하여 모합금을 제조한 후 모합금을 용해로에 장입한 다음, 플라즈마를 이용하여 모합금을 용해하고 용해조에 형성된 쐐기형 홈에 쐐기형으로 형성된 회전체 표면이 적절히 수동되도록 용해조를 기울이게 함으로써 회전체가 용탕을 쳐내는 방법으로 급냉 분말을 제조하는 방법이다.

이 방법의 경우 생산성을 높이기 위하여 시료 공급 장치를 설치 후 연속해서 시료를 용해조에 공급하면서 플라즈마 아크로 균일하게 녹여 급냉 분말을 생산한다. 그런데 용탕을 쳐내는 급냉 회전체가 일부 가열되어 냉각효율이 떨어질 경우나, 용해조 내에 슬러지(sludge)가 발생하여 급냉 분말을 쳐내지 못하는 경우가 발생되어 플라즈마 아크를 끄고, 수 분 동안 대기한 후 다시 플라즈마 아크를 발생시켜 급냉 분말을 생산한다. 이 과정에서 용해조에서 발생한 그으름이 플라즈마 전극봉에 흡착되어 플라즈마 아크의 발생을 방해 또는 아크발생이 불가능하게 되도록 하는 경우가 발생되는 바, 이 경우 챔버의 진공을 해제하고, 챔버문을 개방한 후 전극봉을 연마기로 연마한 후 다시 챔버내를 10^-6 torr 이하의 고진공으로 만들어 유지한 후 아르곤 가스를 0.3-0.5 기압으로 역충진시켜 이후의 공정을 진행해야만 했다. 이 과정에서 2시간이 이상이 소요되었고, 연마된 분말이 급냉 분말 수거통에 포함되는 것을 방지하기 위해서 시료도 포집하여 다른 장소에 보관하는 등 생산성의 현저한 저하가 발생되었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 본 발명에서 기존 금속 분말 제조용 급냉 응고 장치의 챔버 외부에 아크봉 연마 장치를 설치하여 필요시 장치의 진공을 파괴하지 않고 플라즈마 아크가 발생되게 전극봉을 연마할 수 있도록 함으로써 생산성의 향상에 기여하는 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이하에서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 적용하고자 하는 플라즈마 멜트 스피너의 용해조(11)와 플라즈마 전극봉의 구조와 배치를 도 1에 나타내었다. 대량의 모합금을 짧은 시간에 균일하게 용해하기 위하여 4개의 전극봉(10)을 사용하고 각 전극봉(10)의 상호 간격은 항상 일정하게 유지되면서, 외부에서 상, 하, 좌, 우로 이동 가능한 구조로 되어 있다. 따라서 본 발명의 장치는 이러한 플라즈마 멜트 스피너에 있어서, 상기 용해조(11)와 전극봉(10)을 둘러 싸는 챔버의 내부 진공을 파괴하지 않으면서 플라즈마 전극봉(10)을 연마할 수 있도록 하기 위해 소형 진공 챔버, 진공용 펌프, 두 챔버의 연결 통로를 개폐하는 게이트밸브를 포함하여 구성되며, 푸쉬로드에 의해 용해조(11) 상단의 플라즈마 전극봉(10)까지 근접하여 연마 작업을 할 수 있도록 하는 수단을 포함하여 구성된다.

도 2는 본 장치의 구성을 나타낸 것으로, 여기에 예시된 바와 같이 본 발명의 장치는 급냉 응고 장치의 챔버 외부에 설치될 소형 챔버(21)와, 급냉 응고 장치의 챔버 내부 속으로 투입되어 전극봉을 연마하는 연마 장치(22)와, 급냉 응고 장치와 소형 챔버(21)의 통로를 개폐하는 게이트밸브(23)와, 소형 챔버(21) 내부를 10^-3 torr이하의 진공으로 만들어 주는 진공펌프(24)와, 상기 연마장치(22)를 급냉 응고 장치의 챔버 내부 속으로 밀어주는 푸쉬로드(push rod)(25)와 상기 푸쉬로드(25)를 고정 혹은 고정해제되도록 하는 클램프(26)와, 상기 소형 챔버(21)를 여닫는 챔버문(27)과, 필요에 따라 소형 챔버(21)내의 진공을 해제시키는 벤트(vent)(28)와, 상기 소형 챔버(21)와 진공펌프(24)를 개폐하는 밸브(29)로 구성된다.

이러한 본 발명 장치의 목적은 관련 급냉 응고 장치의 진공상태를 그대로 유지하면서 외부에서 진공 챔버내의 전극봉을 연마할 수 있게하는 것이므로 단시간 내에 10^-3 torr이하의 진공으로 빨리 떨어지도록 소형 챔버(21)의 크기가 작아야 하고, 연마장치가 투입되기에 편리한 구조로 설계되어야 한다. 따라서 소형 챔버(21)를 스테인레스 재질로 소형으로 제작하고, 상단에는 챔버문(27)을 설치하되, 챔버 상단에 오링(O-ring)이 들어갈 수 있도록 홈을 파고 이에 오링을 위치시킴으로서 챔버문(27)과 접촉시 진공이 새는 것을 방지하게 한다. 연마장치(22)와 푸쉬로드(25)는 분리가능한 구조로 설계하고, 챔버문(27)은 연마장치가 쉽게 들어가고 나갈 수 있는 크기로 설계한다. 그리고 벤트(28) 설치하여 필요시 상기 소형 챔버(21)내의 진공을 해제하여 챔버문(27)이 개방될 수 있게 한다.

상기 푸쉬로드(25)는 전극봉들이 위치한 곳까지 연마장치(22)가 접근할 수 있도록 충분하게 길게 하고, 이 푸쉬로드(25)가 소형 챔버(21)를 관통하는 곳은 푸쉬로드(25)의 전, 후, 좌, 우 이동가능하면서 진공이 새지 않는 구조로 설계해야 한다. 그리고 클램프(26)를 설치하여 사용하지 않을 때에는 상기 푸쉬로드(25)가 움직이지 않고 고정된 상태에 있게 하며, 사용시에는 투입되는 길이를 표시하여 그 이상 전진하지 않도록 한다.

게이트밸브(23)는 급냉 응고 장치의 진공챔버와 소형 챔버(21)의 연결 통로를 차단 혹은 개방해 주는 것으로 에어 실린더로 작동되며, 연마장치(22)의 투입사용시에만 개방한다.

소형 챔버(21) 하단에 설치되는 진공펌프(24)는 압축 배출 원리의 회전식 펌프로 선택하고, 중간 밸브(29)를 설치하여 소형 챔버(21)와 연결을 개폐하게 하며, 갑작스러운 정전시 펌프내의 오일이 역류하지 못하도록 자동으로 공기가 통기되게 한다.

다음은 도 3을 통하여 상기 연마장치(22)의 구성을 설명한다. 상기 연마장치(22)는 소형 모터(31), 소형 기어박스(32), 원통형 고무 연삭 숫돌(33)을 포함하여 구성된다. 이는 전극봉에 흡착된 이물질을 단시간에 연마하고, 소형 챔버 내에서 푸쉬로드(25)로서 움직일 수 있도록 하기 위해서 모터(31)는 소형이면서 고회전의 스핀들 모터를 채택하는 것이 적합하고, 수평 방향의 회전을 수직 방향으로 회전을 바꾸어 주는 소형 기어 박스(32)를 모터와 연결 구성한 후 수직으로 향하는 끝단에 고무 연삭 숫돌(33)을 고정한다. 고무 연삭 숫돌은 외부는 원통형이면서 내부는 방추형으로 설계하여 전극봉의 끝부분이 쉽게 접촉되어 연마되는 구조로 한다.

상기와 같은 본 장치의 사용 방법은 먼저 급냉 응고 장치의 용해조 내의 잉코트를 플라즈마 아크로 충분히 용해한 후 급냉 회전체로 급냉 리본을 축출하여 분말을 생산하고 있는 동안 목적하는 연마장치(22)를 소형 챔버(21)에 넣은 다음, 챔버문(27)을 닫고, 10^-3 torr 까지 진공을 뽑는다. 이후 급냉 응고 장치의 용해조 내의 잉고트를 플라즈마 아크를 이용하여 균일하게 용해한 후 급냉 회전체로 축출하여 급냉 리본을 생산한다. 잉고트가 일정이하로 소진되면 플라즈마 아크를 끄고 잉고트 공급기로서 시료를 공급한 후 다시 플라즈마 아크를 발생시켜 용해하고, 급냉 리본을 생산하는 것을 여러 차례 진행한다. 이러한 진행과정에서 플라즈마 아크를 발생시켜 보았을 때 플라즈마 아크가 잘 발생되지 않는 경우가 있게 된다. 이때 게이트밸브(23)을 이용하여 두 챔버가 연결되게 한다. 두 챔버의 차폐문이 열리면 클램프(26)를 열어 푸쉬로드(25)로 연마장치(22)를 급냉 응고 장치의 챔버 내부의 플라즈마 전극봉 하단까지 밀어 위치시킨 다음, 전극봉 조정기로서 연마기 상단에 전극봉을 하향시킨 후 연마장치(22)을 가동시켜 전극봉을 연마한다. 이와 같이 하여 챔버내의 전극봉들을 모두 동일한 방식으로 연마한다. 연마가 완전히 끝나면 푸쉬로드(25)로 연마장치(22)를 최초 위치로 되돌려 위치시키고 푸쉬로드(25)를 클램프(26)로 고정시킨다. 다음은 게이트밸브(23)로 두 챔버를 차단시킨 다음 진공펌프(24)를 끄고 소형 챔버(21) 내부의 진공을 벤트(28)로써 해제시킨다.

(실시예)

본 발명에서 실시예로 선택된 자성재료는 잉고트에 포함된 희토류 원소의 산화가 매우 쉽게 일어나므로 챔버 내의 진공도와 분위기 가스의 순도에 따라 자기적 특성이 민감하게 반응한다. 그리고 대량 생산을 위하여 시료의 수거통을 매우 크게 한 다음, 용해조에 연속해서 잉고트를 공급하면서 플라즈마 아크를 이용하여 균일하게 용해하여 급냉 회전체로 급냉 리본을 생산한다. 용해조에 1회에 투입되는 잉고트의 양은 약 3 kg 정도 되는데, 이것을 용해하여 급냉 리본을 축출하는 동안 투입되는 냉각수가 존재함에도 불구하고 급냉 회전체의 표면 온도가 상승하여 리본 형태의 분말 생산력이 떨어지게 된다. 따라서 이 현상을 방지하기 위하여 플라즈마 아크를 끄고 수 분을 쉰 다음, 다시 플라즈마 아크를 발생시켜 용해하고, 축출하는 과정을 통해 급냉 리본을 생산한다. 이 과정에서 용탕이 식으면서 발생한 그으름이 직상단의 전극봉에 흡착되어 절연 역할을 하여 아크 방전을 방해한다. 이 과정이 세 차례 이상 반복되면 아크가 발생되지 않는 전극봉이 존재하였다. 이때 본 발명에서 고안된 장치를 이용하여 짧은 시간에 간단히 전극봉 끝을 연마함으로서 연속해서 작업을 진행할 수 있었다.

본 발명의 장치를 적용한 급냉 응고 장치는 시료를 3 kg씩, 20회 이상 투입할 수 있도록 설계된 것인데, 본 장치를 적용하지 않고 60 kg의 급냉 분말을 생산할 경우, 최소한 6회 정도 급냉 응고 장치의 챔버문을 열고 전극봉을 연마한 후 다시 작업을 진행함으로서 12시간 이상의 시간 손실이 있었다. 그러나, 본 장치를 사용한 경우 9시간 이상을 절약할 수 있어 생산성 향상이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 구성, 작용에 의해 필요시 관련 장치의 진공을 파괴하지 않고 장치의 플라즈마 아크발생 전극봉을 연마처리할 수 있어 관련 금속 분말 제조 장치의 생산성 향상을 가져올 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명이 관련된 장치에 있어 전극봉의 배치를 보여주는 발췌도,

도2는 본 발명에 따른 장치의 전체 구성을 보인 정면도,

도3은 본 발명의 장치중 연마장치의 상세도,

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 전극봉 21 : 소형 챔버 22 : 연마장치

23 : 게이트밸브 24 : 진공펌프 25 : 푸쉬로드

26 : 클램프 27 : 챔버문 28 : 벤트

29 : 밸브

Claims

급냉 응고장치의 챔버의 외부에 연통되게 설치된 소형 챔버(21)와,

상기 소형 챔버(21) 내부에 구비되고 급냉 응고장치의 챔버 내부 속으로 투입되어 전극봉을 연마하는 연마장치(22)와,

급냉 응고장치의 챔버와 소형 챔버(21) 사이의 연통공간을 차단하도록 설치된 게이트밸브(23)와,

상기 소형 챔버(21)의 하측에 연결되고, 이를 10^-3 torr 이하로 진공시키는 진공펌프(24)와,

상기 소형 챔버(21)를 관통하여 배설되고 이를 왕복운동시키는 푸쉬로드(25)와,

상기 푸쉬로드(25)를 고정 혹은 해제하도록 그 일부에 설치된 클램프(26)와,

상기 소형 챔버(21)의 상단부에 설치된 챔버문(27)과,

필요에 따라 상기 소형 챔버(21)의 진공을 해제시키도록 소형 챔버(21)의 일측면에 형성된 벤트(28)와,

상기 소형 챔버(21)와 진공펌프(24)의 연결배관상에 이를 개폐하도록 설치된밸브(29)를 포함하는 구성을 특징으로 하는 플라즈마 멜트 스피너용 전극봉 연마 장치.