KR101172375B1 - 용융금속 분사노즐장치 - Google Patents

Abstract

유지/보수성이 향상된 용융금속 분사노즐장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의하면, 소듐을 포함하는 용융금속을 분사하는 용융금속 분사노즐장치로써, 제1노즐 및, 제1노즐 내부에 설치되는 제2노즐을 포함하는 노즐유닛 및, 제1 및 제2노즐 각각의 분사구를 각각 개폐시켜 제1 및 제2노즐 각각의 분사구 개방정도를 조절하는 제1 및 제2플러그를 포함하는 개폐유닛을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 제1 및 제2노즐 내부에 잔류된 용융금속이 분사동작 이후에 공기 또는 물에 노출됨을 방지할 수 있어, 반응성이 강한 소듐을 포함한 용융금속 분사노즐장치의 유지/보수성을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

용융금속 분사노즐장치{DEVICE OF A NOZZLE FOR SPRAYING A LIQUID METAL}

본 발명은 용융금속 분사노즐장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유지/보수성이 향상된 소듐을 포함한 용융 금속을 분사하는 용융금속 분사노즐장치에 관한 것이다.

일반적으로 분사노즐장치로부터 분사되는 용액은 분사되는 환경 즉, 공기 또는 물에 반하지 않으면 문제가 야기되지 않는다. 그러나, 소듐 냉각 고속로, 소듐 취급시설 등에서 사용되었던 용융금속인 소듐을 폐기 처분함에 있어서, 이의 용융금속은 물과의 반응성이 높은 소듐(Na)을 포함함에 따라, 분사노즐장치를 통해 분사한 이후에 후처리가 요구된다.

그로 인해, 상기 분사노즐장치로부터 분사되는 소듐을 포함한 용융금속이 공기나 수분에 쉽게 반응하기 때문에 반응산화물이 생성되므로 분사 후의 처리가 미흡할 경우, 상기 분사노즐장치의 노즐 분사구가 막히는 것과 같은 불량이 야기된다. 뿐만 아니라, 상기와 같이 분사노즐장치의 노즐 막힘이 발생될 경우, 작업자는 상기 분사노즐장치를 분해하여 이물질을 제거하고 청소해야 하는 작업성 저하도 야기된다. 이에 따라, 상기 소듐을 포함한 용융금속을 분사하는 분사노즐장치의 유지/보수성이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 잔류된 소듐을 포함한 용융금속이 물 또는 공기와 반응함을 억제하여 유지/보수성을 향상시킬 수 있는 용융금속 분사노즐장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 작업성 향상에 기여할 수 있는 용융금속 분사노즐장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 용융금속 분사노즐장치는, 소듐을 포함하는 용융금속을 분사하는 것으로서, 노즐유닛 및, 개폐유닛을 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 노즐유닛은, 제1노즐 및, 상기 제1노즐 내부에 설치되는 제2노즐을 포함한다.

상기 개폐유닛은, 상기 제1 및 제2노즐 각각의 분사구를 각각 개폐시켜, 상기 제1 및 제2노즐 각각의 분사구 개방정도를 조절하는 제1 및 제2플러그를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2플러그는 상기 제1 및 제2노즐 각각의 내부에 삽입되어 상기 제1 및 제2노즐의 길이방향으로 움직임 가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2플러그에는 원주방향을 따라 설치되어 상기 용융금속을 가열하기 위한 히터 및, 상기 용융금속의 온도를 제어하기 위한 온도센서가 장착되는 것이 좋다. 여기서, 상기 온도센서는, 상기 용융금속을 배출하는 상기 제2노즐의 분사구와 마주하는 제2플러그의 단부에 위치하여 상기 용융금속의 온도를 측정하는 제1센서 및, 상기 히터의 중심축 상에 위치하여 상기 히터의 온도를 측정하는 제2센서를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 개폐유닛은, 상기 제1노즐의 내주면과 상기 제1플러그 사이에 설치되는 복수의 제1슬리브와, 상기 제2노즐의 내주면과 상기 제2플러그 사이에 설치되는 복수의 제2슬리브를 포함하여, 상기 제1 및 제2플러그의 중심을 가이드하는 것이 바람직하다.

이러한 제1플러그는 상기 제2노즐과 일체로 형성되는 것이 좋다.

본 발명의 다른 측면에 의한 용융금속 분사노즐장치는, 제1노즐 및, 상기 제1노즐 내부에 설치되는 제2노즐을 포함하는 노즐유닛 및, 상기 제1 및 제2노즐 각각의 분사구를 선택적으로 개폐시키는 개폐유닛을 포함하며, 상기 개폐유닛은, 상기 제2노즐과 일체로 형성되어, 상기 제1노즐의 분사구에 선택적으로 밀착되는 제1플러그 및, 상기 제2노즐의 내부에 동축 설치되어, 상기 제2노즐의 분사구에 선택적으로 밀착되는 제2플러그를 포함한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 분사노즐장치의 분사동작이 이후에 내부에 분사구를 폐쇄할 수 있음에 따라, 잔류된 소듐을 포함한 용융금속이 물 또는 공기와 반응됨을 방지할 수 있게 된다. 그로 인해, 분사노즐장치의 유지/보수성을 향상시킬 수 있게 된다.

둘째, 잔류된 소듐을 포함한 용융금속의 변형을 방지할 수 있음으로 인해, 기존의 변형된 용융금속을 처리하기 위해 작업자가 분사노즐장치를 분해하여 청소하여야 했던 작업성 저하의 문제점을 해결할 수 있게 된다. 아울러, 분사노즐장치의 청소가 불필요함에 따라, 연속 운전이 가능해진다.

셋째, 이중 노즐구조를 가지는 분사노즐장치의 제1노즐 내부의 제2노즐로 제1노즐의 분사구를 개폐할 수 있음에 따라, 간단한 구조로 인한 경제성 향상을 기대할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 용융금속 분사노즐장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 용융금속 분사노즐장치의 분사구 폐쇄된 상태를 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단하여 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절단하여 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절단하여 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 용융금속 분사노즐장치(1)는, 노즐유닛(10) 및, 개폐유닛(40)을 포함한다. 참고로, 본 발명에서 설명하는 용융금속 분사노즐장치(1)는 소듐(Na)을 포함하는 용융금속을 분사하는 것으로서, 분사동작 이후 내부에 잔류된 용융금속은 가성소다용액에 분사되어 처리된다.

상기 노즐유닛(10)은 상기 용융금속을 분사하기 위한 것으로서, 제1 및 제2분사구(21)(31)를 각각 구비하는 제1 및 제2노즐(20)(30)을 포함한다.

상기 제1노즐(20)은 불활성가스를 공급하는 제1공급원(22)과 연결된 상태로, 상기 제1분사구(21)가 가성소다 용액을 수용한 용기와 마주하도록 지지 플레이트(24)에 지지되어 수직하게 설치된다. 상기 제1노즐(20)과 제1공급원(22) 사이에는 제1공급관(22a)이 연결되어, 불활성가스의 공급라인을 제공한다. 여기서, 상기 불활성가스는 상기 용융금속이 분사되는 각도, 분사 성능 향상을 보조하기 위해 제공된다.

상기 제2노즐(30)은 상기 제1노즐(20)의 내부에 동축 설치되어, 상기 융용금속을 공급하는 제2공급원(32)과 연결되어 용융금속을 공급받는다. 상기 제2노즐(30)과 제2공급원(32) 사이에는 용융금속의 공급라인을 제공하는 제2공급관(32a)이 마련된다. 이때, 상기 제2공급관(32a)의 외면은 용융금속이 공급 중에 냉각되어 고화됨을 방지하기 위해 가열수단(32b)에 의해 감싸여져 가열된다.

이상과 같이, 상기 제1노즐(20)의 내부에 제2노즐(30)이 설치됨에 따라, 본 발명에 의한 노즐유닛(10)은 이중 노즐구조를 가진다. 이러한 이중 노즐구조에 의해, 상기 노즐유닛(10)은 상기 불활성가스와 용융금속이 동시에 분사될 수 있게 된다. 이때, 상기 제1분사구(21)의 내부에 상기 제2분사구(31)가 마련됨에 의해, 상기 제2분사구(31)를 통해 분사되는 용융금속은 제1분사구(21) 내부에서 불활성가스와 혼합되어 최종 배출되게 된다. 참고로, 상기 제1 및 제2노즐(20)(30)의 제1 및 제2분사구(21)(31)는 모두 교체 가능하도록 구성됨이 좋다.

한편, 상기 제1 및 제2노즐(20)(30)의 내부로 공급되는 불활성가스와 용융금속의 누수를 방지하기 위해, 상기 제1분사구(21)로부터 이격되어 연장되는 제1노즐(20)의 말단에 절곡되어 연장되는 제1실링 플랜지(25)가 형성되며, 상기 제1실링 플랜지(25)는 절곡 형성되는 제2실링 플랜지(26)와 볼트(B)로 결합된다. 또한, 상기 제1 및 제2실링 플랜지(25)(26) 사이에는 실링체(27)가 개재된다.

상기 개폐유닛(40)은 상기 제1 및 제2노즐(20)(30)의 제1 및 제2분사구(21)(31)를 각각 개폐시켜, 제1 및 제2노즐(20)(30)의 제1 및 제2분사구(21)(31)의 개방정도를 조절한다. 이를 위해, 상기 개폐유닛(40)은 제1 및 제2플러그(41)(42)를 포함한다.

상기 제1플러그(41)는 상기 제1노즐(20)의 길이방향으로 움직임 가능하게 제1노즐(20)의 내부에 설치되어, 상기 제1분사구(21)를 통한 불활성가스의 분사경로를 선택적으로 개폐시킨다. 본 실시예에서는, 상기 제1플러그(41)가 별도로 마련되지 않고, 상기 제2노즐(30)을 이용하는 것으로 예시한다. 즉, 본 실시예에서는, 상기 제2노즐(30)과 상기 제1플러그(41)가 일체로 형성되는 것이다.

한편, 상기 제1플러그(41)에 의해 상기 제1노즐(20)의 제1분사구(21)가 선택적으로 폐쇄되기 위해, 상기 제1분사구(21) 내부에는 상기 제1플러그(41)인 제2노즐(30)의 제2분사구(31) 직경에 대응되는 내경을 가지는 삽입구(28)를 구비한다. 상기 삽입구(28)의 내경에 제1플러그(41)인 제2노즐(30)이 밀착되면, 도 2의 도시와 같이, 상기 비활성가스의 분사가 차단되어 제1분사구(21)가 폐쇄된다. 이러한 제1플러그(41)와 제1노즐(20)의 사이에 도 3의 도시와 같이, 비활성가스의 이동경로(23)가 형성된다.

상기 제2플러그(42)는 상기 제2노즐(30)의 제2분사구(31)의 내경에 밀착되는 직경을 가지고 상기 제2노즐(30)의 내부에 삽입되어, 상기 제2노즐(30)의 길이방향으로 움직임 가능하다. 이러한 제2플러그(42)와 제2노즐(30)의 사이에 도 3 내지 도 5의 도시와 같이, 용융금속의 이동경로(33)가 형성되며, 이러한 용융그속 이동경로(33)는 제2플러그(42)에 의해 선택적으로 개폐된다.

상기 제2플러그(42)는 상기 용융금속이 굳지 않도록 제2플러그(42)의 원주방향을 따라 설치되어 일정온도로 가열하는 히터(43)와, 상기 용융금속의 온도를 제어하기 위한 온도센서(44)가 장착된다. 여기서, 상기 히터(43)는 도 4 및 도 5의 도시와 같이, 상기 제2플러그(42)의 원주방향을 따라 설치된다.

한편, 상기 온도센서(44)는 제1 및 제2센서(45)(46)를 구분된다. 구체적으로, 상기 제1센서(45)는 상기 용융금속을 배출하는 제2노즐(30)의 제2분사구(31)와 마주하는 제2플러그(42)의 단부에 설치되어 용융금속의 온도를 측정한다. 상기 제2센서(46)는 상기 히터(43)의 중심부 즉, 길이방향에 대한 중심축 상에 설치되어, 상기 히터(43)의 온도를 측정한다. 그로 인해, 상기 온도센서(44)는 상기 용융금속의 배출온도 뿐만 아니라, 상기 제2노즐(30)의 내부의 용융금속의 공급온도까지도 감지할 수 있게 된다.

참고로, 상기 히터(43)와, 제1 및 제2센서(45)(46)를 구비하는 온도센서(44)는 상기 제2플러그(42)의 회전 및 이동에 영향이 미치지 않도록 코일형 제1 및 제2배선(47)(48)과 연결된다.

한편, 상기 개폐유닛(40)은 상기 제1 및 제2플러그(41)(42)의 동작을 가이드하기 위해, 제1 및 제2슬리브(49)(50), 제1 및 제2가이더(51)(52) 그리고, 제1 및 제2핸들(53)(54)을 포함한다.

상기 제1슬리브(49)는 상기 제1노즐(20)의 내주면과, 상기 제1플러그(41)의 사이에 설치된다. 본 실시예에서는 상기 제1슬리브(49)가 도 3의 도시와 같이, 방사형으로 일정간격 이격되도록 3개 마련됨으로써, 제1플러그(41)가 제1노즐(20)의 길이방향으로 움직일 때의 중심을 가이드하는 것으로 예시한다.

상기 제2슬리브(50)는 상기 제2노즐(30)의 내주면과, 제2플러그(42)의 사이에 설치된다. 이러한 제2슬리브(50) 또한, 도 3 내지 도 5의 도시와 같이, 방사형으로 일정간격 이격되도록 3개 마련됨으로써, 제2플러그(42)가 제2노즐(30)의 길이방향으로 움직일 때의 중심을 가이드한다.

참고로, 상기 제1 및 제2슬리브(49)(50)의 설치 개수 및, 설치위치 등은 도시된 예로 한정되지 않으며, 상기 불활성가스와 용융금속의 이동경로(23)(33)를 간섭하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 가능함은 당연하다.

상기 제1가이더(51)는 도 1의 도시와 같이, 상기 제2실링 플랜지(26)로부터 상기 제1노즐(20)의 길이방향으로 연장되되 말단이 절곡된다. 또한, 상기 제2가이더(52)는 상기 제1가이더(51)의 절곡된 말단과 맞물리도록 절곡된 말단을 가지고 제2실링 플랜지(26)와 제2노즐(30) 사이를 마련되는 지지체(34)에 설치된다.

상기 제1핸들(53)은 상기 제2가이더(52)와 맞물리도록 설치되어, 상기 제2가이더(52)와 지지체(34)를 사이에 두고 연결된 제2노즐(30) 즉, 제1플러그(41)를 회전방향에 따라 승하강시킨다. 상기 제2가이더(52)의 승하강 범위는 맞물린 제1가이더(51)에 의해 제한된다. 상기 제2핸들(54)은 제2노즐(30)을 관통하여 연장되는 제2플러그(42)와 연결되어, 회전방향에 따라 제2플러그(42)를 승하강시킨다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 용융금속 분사노즐장치(1)의 개폐동작을 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한다.

도 1은 상기 제1 및 제2노즐(20)(30)의 제1 및 제2분사구(21)(31)가 모두 개방된 상태가 도시된다. 도 1의 상태에서, 도 2의 도시와 같이, 상기 제1 및 제2핸들(53)(54)을 회전시켜 상기 제2노즐(30)인 제1플러그(41)와 제2플러그(42)를 모두 하강시킨다. 그러면, 상기 제2노즐(30)인 제1플러그(41)가 제1노즐(20)의 삽입구(28)에 밀착되어, 제1노즐(20) 내부의 불활성가스 경로(23)(도 3 참고)를 폐쇄시킨다. 이때, 상기 제1플러그(41)는 도 3의 도시와 같이, 제1슬리브(49)에 의해 하강시의 이동 중심이 가이드된다.

또한, 상기 제2플러그(42)가 제2노즐(30)의 제2분사구(31)의 내경에 밀착되어, 제2노즐(30) 내부의 용융금속 경로(33)(도 3 참고)를 폐쇄시킨다. 이때에도, 상기 제2플러그(42)는 도 4 및 도 5의 도시와 같이, 제2슬리브(50)에 의해 하강시의 이동 중심이 가이드된다.

이상과 같이, 상기 제1 및 제2플러그(41)(42)에 의해 불활성가스 경로(23) 및 용융금속 경로(33)가 모두 폐쇄됨에 따라, 상기 제1 및 제2노즐(20)(30)의 제1 및 제2분사구(21)(31)가 모두 폐쇄된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2노즐(20)(30) 내부의 용융금속이 물 또는 공기와 반응됨을 방지할 수 있게 된다.

참고로, 도 2에서는 상기 제1 및 제2플러그(41)(42)에 의해 제1 및 제2분사구(21)(31)가 완전 폐쇄되는 것으로 예시하였으나, 제1 및 제2분사구(21)(31)의 폐쇄정도가 제1 및 제2플러그(41)(42)의 승하강 정도에 따라 조절되어 일부분만 폐쇄 가능함은 당연하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 용융금속 분사노즐장치 10: 노즐유닛
21: 제1분사구 30: 제2노즐
31: 제2분사구 40: 개폐유닛
41: 제1플러그 42: 제2플러그
49: 제1슬리브 50: 제2슬리브

Claims (9)

1. 소듐을 포함하는 용융금속을 분사하는 용융금속 분사노즐장치에 있어서,
   제1노즐 및, 상기 제1노즐 내부에 설치되는 제2노즐을 포함하는 노즐유닛; 및
   상기 제1 및 제2노즐 각각의 분사구를 각각 개폐시켜, 상기 제1 및 제2노즐 각각의 분사구 개방정도를 조절하는 제1 및 제2플러그를 포함하는 개폐유닛;
   을 포함하며,
   상기 제1플러그는 상기 제2노즐과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2플러그는 상기 제1 및 제2노즐 각각의 내부에 삽입되어 상기 제1 및 제2노즐의 길이방향으로 움직임 가능한 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2플러그에는 원주방향을 따라 설치되어 상기 용융금속을 가열하기 위한 히터 및, 상기 용융금속의 온도를 제어하기 위한 온도센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 온도센서는, 상기 용융금속을 배출하는 상기 제2노즐의 분사구와 마주하는 제2플러그의 단부에 위치하여 상기 용융금속의 온도를 측정하는 제1센서 및, 상기 히터의 중심축 상에 위치하여 상기 히터의 온도를 측정하는 제2센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 개폐유닛은,
   상기 제1노즐의 내주면과 상기 제1플러그 사이에 설치되는 복수의 제1슬리브와, 상기 제2노즐의 내주면과 상기 제2플러그 사이에 설치되는 복수의 제2슬리브를 포함하여, 상기 제1 및 제2플러그의 중심을 가이드하는 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.
6. 삭제
7. 소듐을 포함하는 용융금속을 분사하는 용융금속 분사노즐장치에 있어서,
   제1노즐 및, 상기 제1노즐 내부에 설치되는 제2노즐을 포함하는 노즐유닛; 및
   상기 제1 및 제2노즐 각각의 분사구를 선택적으로 개폐시키는 개폐유닛;
   을 포함하며,
   상기 개폐유닛은,
   상기 제2노즐과 일체로 형성되어, 상기 제1노즐의 분사구에 선택적으로 밀착되는 제1플러그; 및
   상기 제2노즐의 내부에 동축 설치되어, 상기 제2노즐의 분사구에 선택적으로 밀착되는 제2플러그;
   를 포함하는 용융금속 분사노즐장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2플러그에는 원주방향을 따라 설치되어 상기 용융금속을 가열하기 위한 히터 및, 상기 용융금속의 온도를 제어하기 위한 온도센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 개폐유닛은,
   상기 제1노즐의 내주면과 상기 제1플러그 사이에 설치되는 복수의 제1슬리브와, 상기 제2노즐의 내주면과 상기 제2플러그 사이에 설치되는 복수의 제2슬리브를 포함하여, 상기 제1 및 제2플러그의 중심을 가이드하는 것을 특징으로 하는 용융금속 분사노즐장치.

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