KR101207591B1 - Apparatus for generating micro-bubble and refining apparatus including the same - Google Patents

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    • B06B1/20—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of a vibrating fluid

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 용융 금속의 청정도를 향상시키기 위해, 기포가 이동하는 노즐홀을 구비하는 노즐; 상기 노즐의 출구 반대 단에 위치하며, 기포를 발생시키는 기포 발생부; 및 상기 노즐의 내부에 삽입되며, 초음파 발생부와 연결되어 상기 초음파 발생부에서 발생한 초음파로 진동을 발생시키는 초음파 진동체;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치는 전술한 미세기포 발생장치; 및 상기 미세기포 발생장치가 일단에 결합되며, 용융금속을 수용하는 래들;를 포함할 수 있다.Microbubble generating device according to an embodiment of the present invention, in order to improve the cleanliness of the molten metal, the nozzle having a nozzle hole to move the bubble; A bubble generator positioned at an opposite end of the nozzle and generating bubbles; And an ultrasonic vibrator inserted into the nozzle and connected to an ultrasonic generator to generate vibration by ultrasonic waves generated by the ultrasonic generator.
On the other hand, refining apparatus according to another embodiment of the present invention is the above-described micro-bubble generating device; And the micro-bubble generating device is coupled to one end, ladle for receiving the molten metal; may include.

Description

미세기포 발생장치 및 이를 포함하는 정련장치{Apparatus for generating micro-bubble and refining apparatus including the same}Apparatus for generating micro-bubble and refining apparatus including the same}

본 발명은 미세기포 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세기포에 의해 개재물을 제거하여 용융금속 정련공정에서의 청정도를 향상시키는 미세기포 발생장치 및 이를 포함하는 정련장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microbubble generating device, and more particularly to a microbubble generating device and a refining apparatus including the same to remove the inclusions by the microbubble to improve the cleanliness in the molten metal refining process.

일반적으로, 제강 래들에서의 용융금속의 처리는 탈산화, 탈질화, 디카브레이션 같은 다양한 분말 야금술 작업의 실행을 통해 이루어지고 있다. 한편, 제강래들에서 강은 버블링 작업에 의해 활성화될 수 있는데, 보통 다공성 플러그에서 래들 바닥 분사기의 도움으로 통상 아르곤과 같은 불활성 기체를 분사함으로써 실행된다.In general, the treatment of molten metal in steelmaking ladles is accomplished through the execution of various powder metallurgy operations such as deoxidation, denitrification, decavation. In steelmaking ladles, on the other hand, the steel can be activated by a bubbling operation, usually by spraying an inert gas such as argon with the aid of a ladle bottom injector in a porous plug.

상기한 버블링 작업은 기포를 미세화하여 전체 기포 표면적을 증가시켜 개재물 제거효율을 증대시키기 위한 목적으로 수행된다.The bubbling operation is carried out for the purpose of increasing the inclusion removal efficiency by increasing the total bubble surface area by miniaturizing the bubbles.

한편, 용융금속 내부로 기체 유입구를 통해 기체를 취입시에는 기체 유입구의 직경과, 기체의 유속, 그리고 유체의 물성치에 의해서 생성되는 기포의 크기가 결정이 되며, 이는 상기한 변수를 포함한 무차원수(웨버수)에 의해 특성 지어질 수 있다.On the other hand, when the gas is blown into the molten metal through the gas inlet, the size of the bubbles generated by the diameter of the gas inlet, the flow rate of the gas, and the physical properties of the fluid is determined. Weber number).

즉, 작은 기포를 생성시키기 위해서는 기체 유입구의 직경과 유속이 작아야 한다. 그러나 이에 의하면 유입되는 기체량이 감소하게 되는 단점이 있다. 이러한 물리적인 제약조건을 극복하기 위해, 일정한 유속(즉, 일정한 기체유입량)과 주어진 기체 유입구의 크기에서 많은 수의 기포를 생성시키기 위한 연구가 진행되었다.In other words, the diameter and flow velocity of the gas inlet must be small to generate small bubbles. However, this has a disadvantage in that the amount of gas introduced is reduced. To overcome these physical constraints, studies have been conducted to generate a large number of bubbles at a constant flow rate (ie, a constant gas flow rate) and a given gas inlet size.

전술한 문제점을 해결하기 위한 방법으로는 래들에 대해 직접 영향을 미치는 내부 유동장을 이용하는 방법과 전자기력과 같은 외부의 힘을 추가장치를 통해 이용하는 2가지 방법들이 개발되었다. 그런데, 내부 유동장을 이용하는 방법은 내부 형상의 변경에 있어서 많은 제약조건이 있고, 외부의 추가장치를 이용하는 방법은 적용 가능한 운전범위가 제한적인 문제가 있다.In order to solve the above-mentioned problems, two methods of using an internal flow field which directly affects the ladle and two methods of using external force such as electromagnetic force through additional devices have been developed. However, the method using the internal flow field has a lot of constraints in changing the internal shape, and the method using the external additional device has a problem in that the applicable operating range is limited.

한편, 이들 방법은 원하는 유동장을 형성하기 위해 래들의 내부 형상을 크게 변경해야 하며, 유동장의 영향으로 래들이 단시간에 파손되는 문제가 있었다. 또한, 강의 교반을 위한 추가적인 장치가 필요하며, 탕면 불안정시 외부공기 유입 등의 위험이 수반되었다.On the other hand, these methods have to greatly change the internal shape of the ladle to form the desired flow field, there was a problem that the ladle breaks in a short time due to the influence of the flow field. In addition, additional equipment for agitation of the steel is required, and accompanied by the risk of inflow of external air when the water surface is unstable.

더하여, 전체시스템의 설계의 수정이 필요없는 외부적인 힘을 이용하는 방법에 있어서도 래들로 직접 유입되는 기체 유입구의 직경에 따라 기포미세화 효과가 크게 달라지며, 특히 초음파를 래들 내의 용융 금속에 직접 인가하는 방법은 기포미세화 효과를 가지는 기포의 크기 범위가 제한되는 문제가 있었다.In addition, even in the method of using an external force that does not require modification of the design of the entire system, the bubble micronization effect varies greatly depending on the diameter of the gas inlet directly flowing into the ladle, and in particular, a method of directly applying ultrasonic waves to the molten metal in the ladle. There was a problem that the size range of the bubbles having a bubble micronizing effect is limited.

본 발명의 목적은 초음파 진동체와 기포 발생부를 일체로 구성하여 미세기포를 형성한 이후에 이를 용융 금속에 유입시켜 용융 금속의 청정도를 향상시키는 미세기포 발생장치 및 이를 포함하는 정련장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a micro-bubble generating device and a refining device including the same by forming an ultrasonic vibrating body and the bubble generating unit integrally to form a micro-bubble and then flowing it into the molten metal to improve the cleanliness of the molten metal. The purpose.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 기포가 이동하는 노즐홀을 구비하는 노즐; 상기 노즐의 출구 반대 단에 위치하며, 기포를 발생시키는 기포 발생부; 및 상기 노즐의 내부에 삽입되며, 초음파 발생부와 연결되어 상기 초음파 발생부에서 발생한 초음파로 진동을 발생시켜 유체를 확산ㆍ균질화시키는 초음파 진동체;을 포함할 수 있다.Microbubble generating device according to an embodiment of the present invention comprises a nozzle having a nozzle hole for moving bubbles; A bubble generator positioned at an opposite end of the nozzle and generating bubbles; And an ultrasonic vibrating body inserted into the nozzle and connected to an ultrasonic generator to generate vibrations by ultrasonic waves generated from the ultrasonic generator to diffuse and homogenize a fluid.

본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치는 기포가 이동하는 노즐홀을 구비하는 노즐, 상기 노즐의 출구 반대 단에 위치하는 기포 발생부, 상기 노즐의 내부에 삽입되며, 초음파 발생부와 연결되어 상기 초음파 발생부에서 발생한 초음파로 진동을 발생시키는 초음파 진동체를 포함하여 용융금속을 확산ㆍ균질화 시키는 미세기포 발생장치; 및 상기 미세기포 발생장치가 일단에 결합되며, 용융금속을 수용하는 래들;를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a refining apparatus includes a nozzle having a nozzle hole in which bubbles move, a bubble generating unit positioned at an opposite end of the nozzle, and inserted into an inside of the nozzle and connected to an ultrasonic wave generating unit. Microbubble generating device for diffusing and homogenizing the molten metal, including an ultrasonic vibrating body for generating vibration by the ultrasonic wave generated in the ultrasonic generator; And the micro-bubble generating device is coupled to one end, ladle for receiving the molten metal; may include.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치의 상기 초음파 진동체의 선단은 상기 노즐의 출구까지 연장 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the front end of the ultrasonic vibrating body of the refining apparatus according to another embodiment of the present invention may be formed to extend to the outlet of the nozzle.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치의 상기 초음파 진동체는 상기 노즐 내부의 중심에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the ultrasonic vibrating body of the refining apparatus according to another embodiment of the present invention may be located in the center of the nozzle.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치의 상기 초음파 진동체는 복수 개로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the ultrasonic vibrating body of the refining apparatus according to another embodiment of the present invention may be formed in plural numbers.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치의 상기 노즐홀은 상기 초음파 진동체와의 사이 간격을 좁게 형성한 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the nozzle hole of the refining apparatus according to another embodiment of the present invention may be characterized in that a narrow interval between the ultrasonic vibrating body.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치의 상기 노즐홀은 상기 노즐의 외면 형상과 대응되게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the nozzle hole of the refining apparatus according to another embodiment of the present invention may be formed to correspond to the outer surface shape of the nozzle.

본 발명에 따른 미세기포 발생장치 및 이를 포함하는 정련장치는 초음파 진동체와 기포 발생부를 일체로 구성함으로써, 정련과정에서 공급되는 일정 유량의 기체를 전체 기포의 표면적을 증가시키는 미세 기포로 유입할 수 있게 하여 용융금속의 청정도를 향상시킬 수 있다.The microbubble generating device and the refining apparatus including the same may be integrated into the ultrasonic vibrating body and the bubble generating unit so that the gas of a predetermined flow rate supplied in the refining process may be introduced into the microbubble to increase the surface area of the entire bubble. To improve the cleanliness of the molten metal.

즉, 미세기포 발생장치에서 발생한 미세기포의 유입에 의해 래들 내 용융금속의 개재물 부상분리 효과를 향상시킬 수 있다.That is, the effect of floating separation of inclusions of molten metal in the ladle may be improved by the inflow of the micro bubbles generated in the micro bubble generator.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐만을 도시한 개략 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 실험데이터를 나타내는 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 변형된 제1실시예를 도 1 내지 도 3에 대응하여 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 변형된 제2실시예를 도 1 내지 도 3에 대응하여 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 변형된 실시예를 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치를 도시한 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a microbubble generating device according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view schematically showing a microbubble generating device according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic perspective view showing only a nozzle according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are graphs showing experimental data of the microbubble generating device according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 are cross-sectional views and perspective views schematically showing a modified first embodiment of the microbubble generating device according to an embodiment of the present invention in correspondence with FIGS. 1 to 3.
9 to 11 are cross-sectional views and perspective views schematically showing a modified second embodiment of the microbubble generating device according to one embodiment of the present invention in correspondence with FIGS. 1 to 3.
12 is a conceptual diagram illustrating a modified embodiment of a nozzle according to an embodiment of the present invention.
13 is a schematic cross-sectional view showing a refining apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may readily be suggested, but are also considered to be within the scope of the present invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
The same reference numerals are used to designate the same components in the same reference numerals in the drawings of the embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 도시한 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 개략적으로 도시한 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐만을 도시한 개략 사시도이다.
1 is a schematic cross-sectional view showing a microbubble generating device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view schematically showing a microbubble generating device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 A schematic perspective view showing only a nozzle according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치(1)는 노즐(10), 기포 발생부(20), 초음파 발생부(30) 및 초음파 진동체(40)를 포함할 수 있다.
1 to 3, the micro bubble generator 1 according to an embodiment of the present invention includes a nozzle 10, a bubble generator 20, an ultrasonic wave generator 30, and an ultrasonic vibrator 40. It may include.

노즐(10)은 외면이 유로 방향으로 반경이 점점 작아지는 윗단이 절단된 원뿔 형상으로써, 그 내부에 형성된 상기 노즐(10)을 관통하는 노즐홀(12) 및 상기 노즐(10)에서 외부로 유체를 방출하는 노즐 출구(11)를 포함할 수 있다.The nozzle 10 has a conical shape in which an outer surface of the nozzle 10 has a smaller radius in the direction of a flow path, and has a nozzle hole 12 penetrating through the nozzle 10 formed therein and fluid from the nozzle 10 to the outside. It may include a nozzle outlet 11 for emitting.

상기 노즐(10)은 상기 노즐 출구(11)의 직경을 일정하게 유지하면서도 초음파 진동체(40)에 의해 미세기포를 발생시킬 수 있다. 이에 대한 설명은 초음파 진동체(40)에 대한 설명에서 후술하기로 한다.The nozzle 10 may generate fine bubbles by the ultrasonic vibrator 40 while maintaining a constant diameter of the nozzle outlet 11. Description of this will be described later in the description of the ultrasonic vibrator 40.

한편, 상기 노즐홀(12)의 형상은 상기 노즐(10)에 삽입되는 초음파 진동체(40)와의 사이 간격을 좁게 형성할 수도 있다. 이에 의해 초음파 진동체(40)에서 발생하는 압력파(pressure wave: PW)가 짧은 거리의 전파 후에 상기 노즐홀(12)의 내부면에서 반사되어 다시 기포(bubble: Bu)에 영향을 미치기 때문에 상기 기포(Bu)의 미세화가 향상될 수 있다.On the other hand, the shape of the nozzle hole 12 may be formed to narrow the interval between the ultrasonic vibrating body 40 is inserted into the nozzle 10. As a result, a pressure wave (PW) generated in the ultrasonic vibrator 40 is reflected by the inner surface of the nozzle hole 12 after a short distance propagation and thus affects the bubble Bu again. The miniaturization of the bubbles Bu can be improved.

상기 노즐홀(12)이 상기 노즐(10)의 외면과 대응되게 형성된 경우에는, 압력에너지를 속도에너지로 바꾸어 주는 역할을 할 수 있다. 이에 의해 생성된 미세 기포(Bu)를 노즐에서 빠른 속도로 방출할 수 있게 할 수도 있다. 이에 의해, 기포의 미세화 효과도 향상시킬 수 있는데, 이에 대한 설명은 도 12를 참조하여 후술하기로 한다.When the nozzle hole 12 is formed to correspond to the outer surface of the nozzle 10, it may serve to change the pressure energy to the speed energy. The fine bubbles Bu thus produced may be able to be released at a high speed from the nozzle. As a result, the effect of miniaturization of bubbles can be improved, which will be described later with reference to FIG. 12.

다만, 상기 노즐(10)의 형상은 초음파에 의해 미세기포를 발생시키는 것이라면 전술한 형상에 이에 한정되는 것은 아니다.
However, the shape of the nozzle 10 is not limited to the above-described shape as long as microbubbles are generated by ultrasonic waves.

기포 발생부(20)는 기체가 공급되는 기체 공급관(21) 및 공급된 기체가 상기 노즐(10) 내로 유입되는 기포 방출홀(22)로 이루어질 수 있으며, 노즐 출구(11)의 반대 단에 위치할 수 있다.The bubble generator 20 may include a gas supply pipe 21 through which gas is supplied and a bubble discharge hole 22 through which the supplied gas flows into the nozzle 10, and is located at an opposite end of the nozzle outlet 11. can do.

상기 기체 공급관(21)은 상기 기포 방출홀(22)과 연결되어 기체를 공급할 수 있게 구성될 수 있다.The gas supply pipe 21 may be connected to the bubble discharge hole 22 to supply gas.

상기 기포 방출홀(22)은 복수 개가 형성될 수 있으며, 그에 대응하여 상기 기체 공급관(21)의 개수도 복수로 구성될 수 있다.The bubble discharge hole 22 may be formed in plural, and the number of the gas supply pipes 21 may also be plural in correspondence.

한편, 유입되는 기체로는 아르곤(Ar), 네온(Ne)과 같은 불활성 기체 등이 사용될 수 있으며, 이에 의해 유입되는 미세기포가 용융금속(molten metal: MM)과 반응하는 것을 방지할 수 있는 이점이 발생한다.
Meanwhile, an inert gas such as argon (Ar) or neon (Ne) may be used as the inflowing gas, and the inflow of microbubbles may prevent the inflow of the molten metal (MM) from reacting. This happens.

초음파 발생부(30)는 초음파를 발생시키는 역할을 하며, 초음파 전달관(31)에 연결되어 상기 초음파 전달관(31)과 연결된 초음파 진동체(40)에 초음파를 전파하는 역할을 한다.The ultrasonic generator 30 serves to generate ultrasonic waves, and is connected to the ultrasonic wave transmission tube 31 to propagate the ultrasonic waves to the ultrasonic vibrator 40 connected to the ultrasonic wave transmission tube 31.

한편, 상기 초음파 발생부(30)를 상기 초음파 전달관(31)을 통하여 상기 초음파 진동체(40)와 연결하는 이유는 고열환경에 적합하지 않은 초음파 발생부(30)를 초음파 진동체(40)와 직접 접촉하는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 상기 초음파 발생부(30)는 높은 온도의 용융금속(molten metal: MM)과 직접 접촉하여 고열환경이 형성된 노즐(10) 내부에 위치하게 되기 때문에, 초음파 진동체(40)를 이런 초음파 발생부(30)와 직접 접촉을 피하기 위한 것이다.
On the other hand, the reason why the ultrasonic generator 30 is connected to the ultrasonic vibrator 40 through the ultrasonic transmission tube 31 is that the ultrasonic generator 30 is not suitable for a high temperature environment ultrasonic vibrator 40 To prevent direct contact with the product. That is, since the ultrasonic generator 30 is positioned in the nozzle 10 in direct contact with a molten metal (MM) of high temperature to form a high temperature environment, the ultrasonic vibrator 40 generates such ultrasonic waves. This is to avoid direct contact with the unit (30).

초음파 진동체(40)는 상기 노즐(10)의 내부에 삽입되며, 상기 초음파 발생부(30)와 상기 초음파 전달관(31)을 통하여 연결될 수 있다. 이에 의해 상기 초음파 발생부(30)에서 발생한 초음파를 전달받아 진동에 의해 상기 노즐(10) 내로 압력파(PW)를 방사하게 된다.The ultrasonic vibrator 40 may be inserted into the nozzle 10, and may be connected to the ultrasonic wave generator 30 and the ultrasonic wave transmission tube 31. As a result, the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generator 30 receives the ultrasonic wave to radiate the pressure wave PW into the nozzle 10 by vibration.

한편, 상기 초음파 진동체(40)는 노즐 출구(11)까지 연장 형성될 수 있으며, 이에 의해 상기 초음파 진동체(40)에서 발생한 압력파(PW)는 상기 노즐 출구(11)에서 노즐(10)의 하단부에 위치한 기포 발생부(20)까지 연속적으로 방사될 수 있다.Meanwhile, the ultrasonic vibrator 40 may extend to the nozzle outlet 11, whereby the pressure wave PW generated by the ultrasonic vibrator 40 is nozzle 10 at the nozzle outlet 11. Bubble generation unit 20 located in the lower end of the can be continuously radiated.

또한, 상기 초음파 진동체(40)는 상기 노즐(10) 내부의 중심에 위치할 수 있는데, 이에 의해 상기 초음파 진동체(40)에서 발생한 압력파(PW)가 상기 노즐(10) 내부에서 균형적으로 방사될 수 있어, 불균형한 압력파(PW)의 방사로 인한 압력파(PW) 사이의 간섭을 최소로 할 수 있게 된다. 이에 의해 미세기포 발생을 쉽게 예상하고, 제어할 수 있게 된다.In addition, the ultrasonic vibrator 40 may be located at the center of the nozzle 10, whereby the pressure wave PW generated by the ultrasonic vibrator 40 is balanced within the nozzle 10. It can be radiated to, it is possible to minimize the interference between the pressure wave (PW) due to the radiation of the unbalanced pressure wave (PW). As a result, micro bubble generation can be easily predicted and controlled.

한편, 상기 초음파 진동체(40)에서 방사된 압력파(PW)에 의해 상기 기포 발생부(20)에서 발생한 기포(Bu)를 미세한 기포(Bu)로 분할 가능하게 된다.Meanwhile, the bubbles Bu generated in the bubble generator 20 may be divided into fine bubbles Bu by the pressure wave PW radiated from the ultrasonic vibrator 40.

이는 상기 압력파(PW)가 웨이브(wave) 형식의 진동파이기 때문에 인접한 압력파(PW) 사이의 간격이 주기적으로 감소하게 되어, 기포의 진행 경로가 감소하는 부분에서 기포(Bu)가 더 미세한 기포(Bu)로 분할하기 때문이다.Since the pressure wave PW is a wave type vibration wave, the spacing between adjacent pressure waves PW periodically decreases, so that the bubble Bu is finer at the portion where the bubble path is reduced. It is because it divides into bubble Bu.

또한, 상기 압력파(PW)의 진동에 의해 상기 노즐(10)로부터 미세기포(Bu)의 이탈이 빠르게 진행되는 효과가 발생한다.In addition, due to the vibration of the pressure wave (PW) there is an effect that the separation of the fine bubbles (Bu) proceeds quickly.

한편, 상기 초음파 진동체(40)는 복수 개로 형성될 수 있으며, 이에 대하여는 도 6 내지 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.Meanwhile, the ultrasonic vibrator 40 may be formed in plural numbers, which will be described later with reference to FIGS. 6 to 8.

또한, 상기 초음파 진동체(40)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 원기둥 형상에 한정되는 것이 아니며, 다양한 형태의 초음파 진동체(40)로 구성될 수 있다. 그 일례로써 판 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 대하여는 도 9 내지 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.
In addition, the ultrasonic vibrator 40 is not limited to a cylindrical shape as shown in FIGS. 1 to 3, and may be configured as various ultrasonic vibrators 40. As an example, it may be formed in a plate shape, which will be described later with reference to FIGS. 9 to 11.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 실험데이터를 나타내는 그래프이다.
4 and 5 are graphs showing experimental data of the microbubble generating device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하여 전술한 발생 원인에 의해서 미세기포가 발생한 결과를 검토하기 위해 도 4 및 도 5를 참조하면, 전반적으로 초음파가 인가되지 않은 상태에 비하여 초음파 진동시에 발생되는 기포의 크기가 반경 기준으로 약 50~80%로 감소한 결과를 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5 to examine the results of the micro bubbles generated by the aforementioned causes with reference to FIGS. 1 to 3, the size of bubbles generated at the time of ultrasonic vibration as compared to a state in which ultrasonic waves are not applied overall. It can be seen that the reduction to about 50 ~ 80% of the radius basis.

특히, 노즐홀(12)의 직경을 1.6mm로 설정할 경우에 2.0mm로 설정할 경우보다 기포 미세화의 효과가 더욱 크게 나타난 것을 확인할 수 있다.In particular, when the diameter of the nozzle hole 12 is set to 1.6mm, it can be seen that the effect of the bubble refinement appeared more than when setting to 2.0mm.

즉, 상기 노즐홀(12)과 초음파 진동체(40) 사이의 간격이 좁을수록 기포 미세화 효과가 크다는 것도 확인할 수 있는 것이다.
That is, the narrower the gap between the nozzle hole 12 and the ultrasonic vibrator 40, the greater the bubble miniaturization effect.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 변형된 실시예를 도 1 내지 도 3에 대응하여 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.
6 to 8 are cross-sectional views and perspective views schematically showing a modified embodiment of the microbubble generating device according to an embodiment of the present invention in correspondence with FIGS. 1 to 3.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 초음파 진동체(40)는 복수 개로 형성될 수 있다.6 to 8, the ultrasonic vibrator 40 of the present invention may be formed in plural.

이에 의해 상기 초음파 진동체(40)에서 방사되는 압력파(PW)와 기포 발생부(20)에서 공급되는 기포(Bu)와의 상호작용 비율을 높일 수 있어, 기포(Bu)의 미세화를 향상시킬 수 있게 된다.As a result, an interaction ratio between the pressure wave PW radiated from the ultrasonic vibrator 40 and the bubble Bu supplied from the bubble generator 20 can be increased, thereby improving the miniaturization of the bubble Bu. Will be.

한편, 복수 개의 초음파 진동체(40)의 분포 형상은 도시된 바와 같이 원주방향으로 일정하게 배치될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 노즐(10) 내에 균일하게 분포되어 배치되는 등 다양한 배치가 가능하다.
On the other hand, the distribution shape of the plurality of ultrasonic vibrating body 40 may be arranged in a circumferential direction as shown in the figure, but is not limited thereto, and various arrangements are possible, such as to be uniformly distributed in the nozzle 10. Do.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 변형된 제2실시예를 도 1 내지 도 3에 대응하여 개략적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.
9 to 11 are cross-sectional views and perspective views schematically showing a modified second embodiment of the microbubble generating device according to one embodiment of the present invention in correspondence with FIGS. 1 to 3.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 초음파 진동체(40)는 판(plate) 형상일 수 있다. 9 to 11, the ultrasonic vibrator 40 of the present invention may have a plate shape.

초음파 진동체(40)를 판 형상으로 구성함으로써, 압력파(PW)가 방사되는 표면적을 증가시킬 수 있어 기포 미세화 효과를 증가시킬 수 있다.By configuring the ultrasonic vibrating body 40 in the shape of a plate, it is possible to increase the surface area where the pressure wave PW is radiated, thereby increasing the bubble miniaturization effect.

또한, 판 형상은 원기둥 형상으로 하는 경우보다 동일한 부피 내에 더 많은 수의 초음파 진동체(40)를 구비할 수 있는 이점도 있다.
In addition, the plate shape also has the advantage of having a larger number of ultrasonic vibrating bodies 40 in the same volume than in the case of a cylindrical shape.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 변형된 실시예를 설명하기 위해 도시한 개념도이다.
12 is a conceptual diagram illustrating a modified embodiment of a nozzle according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 상기 노즐홀(12)은 상기 노즐(10)의 외면에 대응되게 형성될 수 있다Referring to FIG. 12, the nozzle hole 12 may be formed to correspond to the outer surface of the nozzle 10.

즉, 본 발명의 노즐(10)은 그 내부 공간의 반경이 상기 기포 발생부(20)에서 상기 노즐 출구(11)로 접근할수록 점점 감소하는 형상일 수 있다.That is, the nozzle 10 of the present invention may have a shape that gradually decreases as the radius of the inner space approaches the nozzle outlet 11 from the bubble generator 20.

한편, 초음파 진동체(40)에서 발생한 압력파(PW)는 노즐 출구(11)에서 기포 발생부(20)까지 연속되게 형성되어 방사되기 때문에, 인접한 압력파(PW) 사이의 간격은 반경이 상대적으로 큰 상기 기포 발생부(20) 근처의 노즐(10) 하부에서 반경이 상대적으로 작은 상기 노즐 출구(11)로 진행함에 따라 점점 감소하게 된다.On the other hand, since the pressure wave PW generated in the ultrasonic vibrator 40 is continuously formed and radiated from the nozzle outlet 11 to the bubble generator 20, the interval between adjacent pressure waves PW has a relative radius. In the lower portion of the nozzle 10 near the large bubble generator 20, the radius decreases gradually as it proceeds to the nozzle outlet 11 having a smaller radius.

따라서, 상기 압력파(PW)의 진동에너지에 의한 힘을 받으며 상기 압력파(PW) 사이를 통과하게 되는 기포의 반경도 인접한 상기 압력파(PW) 사이의 간격이 좁아짐에 따라 점점 작아지게 된다. 즉, 더 미세한 기포(Bu)로 분할하게 되는 것이다.
Therefore, the radius of the bubble that is received by the vibration energy of the pressure wave PW and passes between the pressure waves PW also becomes smaller as the interval between adjacent pressure waves PW becomes narrower. That is, the finer bubbles are divided into bubbles Bu.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 포함하는 정련장치를 도시한 개략 단면도이다.
13 is a schematic cross-sectional view showing a refining apparatus including a microbubble generating device according to another embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정련장치는 미세기포 발생장치(1) 및 래들(2)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, the refining apparatus according to another embodiment of the present invention may include a micro bubble generator 1 and a ladle 2.

상기 미세기포(Bu) 발생장치는 용융금속(MM)이 내부에 수용된 래들(2)의 일단에 장착되어 미세기포(Bu)를 용융금속(MM)으로 공급하는 역할을 할 수 있다.The microbubble (Bu) generating device may serve to supply the microbubbles Bu to the molten metal MM by being mounted at one end of the ladle 2 in which the molten metal MM is accommodated therein.

즉, 래들(2) 내의 용융금속(MM)으로 유입된 기포를 미세화하는 기존의 구조와 달리 본 발명의 정련장치는 미세기포 발생장치(1)에 의해 기포(Bu)를 미세화한 이후에 래들(2) 내의 용융금속(MM)에 미세기포(Bu)를 유입시킨다는 점에서 차이가 있다.That is, unlike the conventional structure for miniaturizing bubbles introduced into the molten metal (MM) in the ladle (2), the refining apparatus of the present invention after laminating the bubbles (Bu) by the microbubble generating device (1) There is a difference in that microbubbles Bu are introduced into the molten metal MM in 2).

이에 의해 기체의 유량 및 노즐 출구(11)의 크기에 관계없이 기포(Bu)를 미세화할 수 있는 이점 및 래들(2)의 형상 변형에 의한 내구성 감소의 문제점을 제거할 수 있는 효과가 발생한다.As a result, an advantage of miniaturizing the bubbles Bu regardless of the flow rate of the gas and the size of the nozzle outlet 11 and an effect of eliminating the problem of reduced durability due to the shape deformation of the ladle 2 is generated.

한편, 미세기포 발생장치(1)에서 공급된 미세기포(Bu)는 용융금속(MM) 내부에서 상승이 이루어지고 주위의 용융금속(MM)과 동반 상승하게 되어 용융금속(MM) 사이의 교반이 이루어지게 하는 역할을 하게 된다. 이에 의해 용융금속(MM)의 성분 조정을 할 수 있게 된다.On the other hand, the microbubble Bu supplied from the microbubble generator 1 rises in the molten metal MM and rises together with the surrounding molten metal MM to stir between the molten metal MM. It will play a role. This makes it possible to adjust the components of the molten metal (MM).

또한, 용융금속(MM) 내부의 개재물과 같은 결함 물질들이 미세기포(Bu)의 표면에 포집되어 함께 상승하여 용융금속(MM)의 표면 슬래그층에 도달하여 부상분리된다. 이에 의해, 효율적으로 고청정 금속을 생산할 수 있게 된다.In addition, defect materials such as inclusions in the molten metal MM are collected on the surface of the microbubble Bu and rise together to reach the surface slag layer of the molten metal MM to be separated. Thereby, it becomes possible to produce highly clean metals efficiently.

1 : 미세기포 발생장치 2 : 래들
10: 노즐 11: 노즐 출구
12: 노즐홀 20: 기포 발생부
21: 기체 공급관 22: 기포 방출홀
30: 초음파 발생부 31: 초음파 전달관
40: 초음파 진동체1: micro bubble generator 2: ladle
10: nozzle 11: nozzle outlet
12: nozzle hole 20: bubble generation unit
21: gas supply pipe 22: bubble discharge hole
30: ultrasonic generator 31: ultrasonic wave delivery tube
40: ultrasonic vibrating body

Claims (7)

기포가 이동하는 노즐홀을 구비하는 노즐, 상기 노즐의 출구 반대 단에 위치하는 기포 발생부, 초음파 발생부와 연결되어 상기 초음파 발생부에서 발생한 초음파로 진동을 발생시키며, 상기 노즐의 내부에 간극을 가지게 삽입되어 상기 초음파의 반사파를 발생시키는 초음파 진동체를 포함하여, 용융금속을 확산ㆍ균질화 시키는 미세기포 발생장치; 및
상기 미세기포 발생장치가 일단에 결합되며, 용융금속을 수용하는 래들;
을 포함하는 정련장치.A nozzle having a nozzle hole in which bubbles move, a bubble generator located at an opposite end of the nozzle, and an ultrasonic wave generator to generate vibrations by ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generator, and to generate a gap inside the nozzle. A micro-bubble generating device for diffusing and homogenizing molten metal, including an ultrasonic vibrating body inserted into and having said reflected wave of said ultrasonic wave; And
The microbubble generating device is coupled to one end, a ladle for receiving molten metal;
Refining apparatus comprising a. 제1항에 있어서,
상기 초음파 진동체의 선단은 상기 노즐의 출구까지 연장 형성된 것을 특징으로 하는 정련장치.The method of claim 1,
A front end of the ultrasonic vibrating body is characterized in that extending to the outlet of the nozzle. 제1항에 있어서,
상기 초음파 진동체는 상기 노즐 내부의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 정련장치.The method of claim 1,
The ultrasonic vibrating body is a refining apparatus, characterized in that located in the center of the nozzle. 제1항에 있어서,
상기 초음파 진동체는 복수 개로 형성된 것을 특징으로 하는 정련장치.The method of claim 1,
Refining apparatus, characterized in that formed in plural ultrasonic vibrating body. 제1항에 있어서,
상기 초음파 진동체는 원기둥 형상 또는 판 형상이며,
상기 노즐홀은 상기 초음파 진동체의 형상에 대응되는 형상인 것을 특징으로 하는 정련장치.The method of claim 1,
The ultrasonic vibrating body has a cylindrical shape or a plate shape,
The nozzle hole is a refining device, characterized in that the shape corresponding to the shape of the ultrasonic vibrating body. 제1항에 있어서,
상기 노즐홀은 상기 노즐의 외면 형상과 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 정련장치.The method of claim 1,
The nozzle hole is a refining device, characterized in that formed corresponding to the outer surface of the nozzle. 기포가 이동하는 노즐홀을 구비하는 노즐;
상기 노즐의 출구 반대 단에 위치하며, 기포를 발생시키는 기포 발생부; 및
초음파 발생부와 연결되어 상기 초음파 발생부에서 발생한 초음파로 진동을 발생시키며, 상기 노즐의 내부에 간극을 가지게 삽입되어 상기 초음파의 반사파를 발생시키는 초음파 진동체;
을 포함하여, 유체를 확산ㆍ균질화시키는 미세기포 발생장치.A nozzle having a nozzle hole through which bubbles move;
A bubble generator positioned at an opposite end of the nozzle and generating bubbles; And
An ultrasonic vibrator connected to an ultrasonic wave generator to generate vibrations by ultrasonic waves generated from the ultrasonic wave generator, and inserted into the nozzle with a gap to generate reflected waves of the ultrasonic wave;
And a microbubble generating device for diffusing and homogenizing the fluid.
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