KR101285778B1 - 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치 - Google Patents

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Abstract

냉각롤에 대한 노즐의 간격을 보다 정밀하게 측정하여 제어할 수 있고, 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 지속적으로 검출하여 일정하게 유지할 수 있도록, 비정질 합금을 가열하여 용융시키기 위한 도가니와, 상기 도가니의 하부 일측에 장착되어 용융합금을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 상기 노즐로부터 배출되는 용융합금을 급속 냉각시켜 비정질 금속 스트립을 형성하는 냉각롤, 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이의 간격을 검출하기 위한 간격검출부를 포함하는 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 제공한다.

Description

비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치{DEVICE FOR CONTROLING NOZZLE FOR MANUFACTURING AMORPHOUS STRIP}
본 발명은 비정질 스트립 제조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 롤에 대한 노즐의 간격을 보다 용이하고 정밀하게 제어할 수 있도록 된 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비결정질 합금(이하 비정질 합금이라 한다)은 금속을 용융상태에서 급속 냉각시켜 제조된다. 이에 비정질 합금은 원자가 규칙적으로 배열하여 결정화할 시간이 없이 액상의 무질서한 원자배열 상태를 고체에서까지 유지시키게 된다.
비정질 합금은 통상적인 결정질 합금과는 달리 원자들이 불규칙하게 배열함으로써 결정성을 갖지 않는 액상과 유사한 구조를 지닌다. 따라서 비정질 합금은 결정질 합금의 특징인 결정입계(grain boundary), 전위(dislocation) 등과 같은 결정결함(crystalline imperfection)이 존재하지 않으며, 같은 조성의 결정질 금속에 비하여 우수한 연자성, 초자왜, 강인성, 내식성, 초전도성 등의 우수한 특성을 갖는다.
이러한 비정질 합금 제조 방법으로서는 다이캐스팅/영구주형주조법(die casting/permanent mold casting)과 멜트 스피닝법(melt spinning)이 주로 이용되고 있다. 멜트 스피닝법은 합금을 용융시키는 도가니와, 상기 도가니의 하부 일측에 장착되어 용융합금을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 회전하는 냉각롤로 구성된다.
이에 도가니 내의 용융합금이 노즐을 통해 고속으로 회전하는 상기 냉각롤의 원주면에 배출되면서 급속으로 냉각되어, 비정질 상태를 유지하는 일정폭 및 두께를 가지는 스트립이 제조된다.
여기서 비정질 소재의 특성상 용융합금은 105K/s 이상의 급속 냉각이 요구되므로 매우 적은 양의 용융합금 만을 냉각롤에 배출하여 급속 냉각시키게 된다. 용융합금을 미세한 양으로 제어하여 냉각롤에 배출시키기 위해서는 용융합금을 배출하는 노즐과 냉각롤 사이의 미세 간격 제어가 필수적이다. 노즐과 냉각로의 간격이 맞지 않거나 균일하지 못하면 제조되는 스트립의 품질이 저하된다.
그런데, 종래에는 작업자가 육안으로 간격을 조절하거나, 게이지를 이용하여 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 측정하여 그 간격을 제어하였다. 그러나, 이러한 종래의 제어 구조는 정밀한 제어가 불가능하여 제품의 불량을 초래할 위험이 높다.
또한, 노즐과 냉각롤 사이의 간격이 매우 작고, 고온의 용융합금이 흘러내리는 열악한 환경이라, 센서나 게이지 등을 삽입 설치하기 힘들어, 이러한 센서 사용 구조 역시 적용이 어려운 실정이다.
이에, 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 보다 정밀하게 측정하여 제어할 수 있도록 된 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 제공한다.
또한, 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 지속적으로 검출하여 일정하게 유지할 수 있도록 된 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 제공한다.
이를 위해 본 장치는 비정질 합금을 가열하여 용융시키기 위한 도가니와, 상기 도가니의 하부 일측에 장착되어 용융합금을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 상기 노즐로부터 배출되는 용융합금을 급속 냉각시켜 비정질 금속 스트립을 형성하는 냉각롤, 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이의 간격을 검출하기 위한 간격검출부를 포함할 수 있다.
상기 간격검출부는 노즐로부터 냉각롤로 분사되는 가스의 압력변화를 이용하여 거리를 측정하는 구조일 수 있다.
본 장치는 상기 간격검출부에 연결되어 간격검출부로부터 검출된 신호를 연산하여 상기 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 간격검출부는 노즐에 설치되어 상기 냉각롤에 가스를 분사하는 분사홀과, 상기 분사홀에 연결되어 가스를 공급하는 가스공급부, 분사홀에서 분사되는 가스압의 압력변화를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 센서에 연결되어 센서의 출력값을 연산하여 가스압의 압력변화에 대한 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 연산하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 상기 노즐을 이동시켜 냉각롤과의 간격을 조절하는 이동부를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시예에 의하면, 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 공정 과정에서 노즐의 간격을 계속 일정하게 유지할 수 있게 되어 균일하고 우수한 품질의 비정질 스트립을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 노즐 제어장치를 구비한 비정질 스트립 제조설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 노즐 제어장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 노즐 제어장치에서 분사홀의 설치 위치를 도시한 개략적인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 비정질 스트립 제조설비는 비정질 합금이 용융되어 배출되는 부분과, 배출된 용융 합금을 급냉시켜 비정질 합금 스트립을 형성시켜 주는 부분으로 구성된다.
상기 제조설비는 합금을 용융시켜 배출시키기 위해 비정질 합금 성분들이 용융되어 용융 합금이 저장되는 도가니(100)와, 상기 도가니(100)와 연결되어 용융 합금을 배출하는 노즐(110)을 포함한다. 그리고 노즐(110)로부터 배출되는 용융 합금을 급냉시킬 수 있도록 상기 노즐(110)의 하부에 냉각롤(120)이 근접 설치된다. 이에 상기 노즐(110)로부터 배출되는 용융합금은 회전하는 냉각롤(120)에 의해 급속 냉각되어 비정질 금속 스트립을 형성하게 된다. 상기 냉각롤(120)의 일측에는 냉각롤(120)에 급냉되어 부착된 금속 스트립을 냉각롤(120)에서 분리시키기 위한 분리장치(130)가 구비된다.
상기 노즐(110)은 냉각롤(120)의 폭방향으로 길게 형성된 슬릿이 선단에 형성되어, 용융 합금을 냉각롤(120) 폭방향으로 길게 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한, 본 설비는 상기 노즐(110) 선단과 냉각롤(120)의 간격 조절 및 유지를 위한 이동부(140)를 포함한다. 상기 이동부(140)는 상기 노즐(110) 또는 상기 노즐(110)이 설치된 도가니(100)를 냉각롤(120)에 대해 상하로 이동시키는 구조로 되어 있다. 상기 이동부(140)는 도가니(100)에 연결되는 구동실린더를 포함할 수 있으며 냉각롤(120)에 대해 노즐(110)을 이동시킬 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.
여기서 본 장치는 상기 노즐(110) 선단으로부터 냉각롤(120)로 분사되는 가스의 압력변화를 이용하여 거리를 측정하여 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 검출하기 위한 간격검출부를 포함한다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 간격검출부는 노즐(110)에 설치되어 상기 냉각롤(120)에 가스를 분사하는 분사홀(10)과, 상기 분사홀(10)에 연결되어 가스를 공급하는 가스공급부, 상기 분사홀(10)에서 분사되는 가스압의 압력변화를 검출하는 센서(20)를 포함한다.
상기 분사홀(10)은 노즐(110) 내부를 통해 노즐(110) 선단으로 연장 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분사홀(10)은 노즐(110)의 중앙에 형성되어 용융 합금이 배출되는 슬릿의 좌우측에 배치되어 형성될 수 있다. 상기 분사홀(10)의 형성 위치 또는 형성 개수는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시예에서 상기 분사홀(10)의 내측 선단은 노즐(110)의 측면으로 연장되어, 상기 가스공급부와 연결된다.
상기 가스공급부는 상기 분사홀(10)과 연결되어 가스를 유통하는 에어관(30)과, 상기 에어관(30)에 연결되어 일정한 압력으로 가스를 공급하는 공급펌프(32)를 포함한다.
이에 공급펌프(32)에 의해 일정한 압력하에 공급된 가스는 에어관(30)을 통해 분사홀(10)로 공급되어 분사홀(10)을 통해 냉각롤(120)로 분사된다.
상기 센서(20)는 에어관(30) 일측에 설치되어 상기 에어관(30) 내부를 지나는 가스의 압력 변화를 검출하게 된다.
여기서 상기 가스는 예를 들어 공기로 이루어질 수 있으며, 공기 외에 다양한 기체가 모두 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
한편, 본 장치는 상기 센서(20)에 의해 검출된 신호를 연산하여 상기 냉각롤(120)에 대한 노즐(110)의 간격을 제어하는 제어부를 더 포함한다. 이를 위해 상기 제어부는 상기 센서(20)에 연결되어 센서(20)의 출력값을 연산하여 가스압의 압력변화에 대한 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 연산하는 컨트롤러(40)를 포함한다. 상기 컨트롤러(40)는 가스의 압력변화에 대한 대상물체와의 거리에 대한 연산식이 내장되어, 분사홀(10)로 분사되는 가스압 변화에 따라 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 연산하게 된다. 상기 컨트롤러(40)는 센서(20)의 측정값을 연산하여 이 연산값에 따라 상기 이동부(140)를 제어작동함으로써 냉각롤(120)에 대한 노즐(110)의 간격을 조절하게 된다.
이하 본 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 장치는 가스의 압력변화를 이용하여 노즐(110)과 냉각롤(120)과의 거리를 측정하게 된다. 공급펌프(32)에서 일정한 압력하에 공급된 가스는 에어관(30)을 통해 분사홀(10)로 공급된다. 그리고 분사홀(10)을 통해 냉각롤(120) 쪽으로 분사된다.
이때, 상기 에어관(30)을 통해 공급되는 가스의 압력은 에어관(30)에 설치된 센서(20)를 통해 지속적으로 검출되고, 상기 센서(20)는 검출된 압력에 따른 신호를 컨트롤러(40)로 실시간으로 출력하게 된다.
이 상태에서 노즐(110)이 냉각롤(120) 표면으로 이동되어 근접하게 되면 노즐(110) 선단과 냉각롤(120) 표면이 가까워질수록 에어관(30)을 통해 공급되는 가스의 압력이 커지게 된다.
즉, 에어관(30)을 통해 일정한 압력으로 가스가 공급되는 상태에서 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격이 작아지게 되면 분사홀(10)에서 분사된 가스는 냉각롤(120) 표면에 간섭되면서 원할한 방출이 방해된다. 이에 분사홀(10)에 미세한 압력을 갖는 반압이 형성되어 분사홀(10)을 통한 가스의 분사가 원활하게 이루어지지 않게 된다. 이러한 반압은 노즐(110)이 냉각롤(120) 표면에 근접할수록 더 커지게 되고 냉각롤(120)에서 멀어지면서 줄어들게 된다. 상기와 같은 반압에 의해 에어관(30) 내부의 가스압 역시 커지거나 줄어들게 된다.
상기 에어관(30)에 설치된 센서(20)는 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격 변화에 따라 에어관(30)에서 발생되는 상기한 가스의 압력 변화를 검출하게 된다.
상기 센서(20)에 의해 검출된 에어관(30) 내의 가스 압력값은 컨트롤러(40)로 인가된다. 상기 컨트롤러(40)는 내부에 저장된 연산식을 이용하여 센서(20)로부터 검출된 압력값에 따른 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 연산한다.
따라서 노즐(110)에 별도의 센서(20) 설치를 하지 않고 단지 미세 분사홀(10)을 통해 가스를 분사하는 것으로 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 용이하고 정확하게 검출할 수 있게 된다.
여기서 상기 컨트롤러(40)는 연산된 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격 변화에 따라 이동부(140)에 출력신호를 인가하여 이동부(140)를 제어작동하게 된다. 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격이 줄게 되면 센서(20)로부터 검출된 가스압이 커지고 이에 컨트롤러(40)는 이동부(140)를 제어하여 노즐(110)을 냉각롤(120)로부터 이격시키게 된다. 또한, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격이 커지게 되면 센서(20)로부터 검출된 가스압이 작아지고, 이에 컨트롤러(40)는 이동부(140)를 제어하여 노즐(110)을 냉각롤(120)쪽으로 이동시키게 된다. 상기 이동부(140)는 컨트롤러(40)의 제어에 의해 냉각롤(120)에 대한 노즐(110)의 위치를 이동시켜 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 일정하게 유지하게 된다.
이와 같이, 노즐(110)의 위치를 실시간으로 모니터링하여 조절함으로써, 노즐(110)과 냉각롤(120) 사이의 간격을 항상 일정하게 유지하여 균일하고 우수한 품질의 비정질 합금 스트립을 연속 제조할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
10 : 분사홀 20 : 센서
30 : 에어관 32 : 공급펌프
40 : 컨트롤러 110 : 노즐
120 : 냉각롤 140 : 이동부

Claims (4)

  1. 비정질 합금을 가열하여 용융시키기 위한 도가니와, 상기 도가니의 하부 일측에 장착되어 용융합금을 배출하는 노즐, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 상기 노즐로부터 배출되는 용융합금을 급속 냉각시켜 비정질 금속 스트립을 형성하는 냉각롤, 상기 노즐과 상기 냉각롤 사이의 간격을 검출하기 위한 간격검출부를 포함하고,
    상기 간격검출부는 상기 노즐에 설치되어 상기 냉각롤에 가스를 분사하는 분사홀과, 상기 분사홀에 연결되어 가스를 공급하는 에어관, 상기 에어관에 연결되어 가스를 공급하는 공급펌프, 상기 에어관에 설치되어 분사홀로부터 가스 분출시 에어관 내의 가스 압력변화를 검출하는 센서를 포함하여, 노즐로부터 냉각롤로 분사되는 가스의 압력변화를 이용하여 거리를 측정하는 구조의 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 간격검출부에 연결되어 간격검출부로부터 검출된 신호를 연산하여 상기 냉각롤에 대한 노즐의 간격을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서에 연결되어 센서의 출력값을 연산하여 가스압의 압력변화에 대한 노즐과 냉각롤 사이의 간격을 연산하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러의 출력신호에 따라 상기 노즐을 이동시켜 냉각롤과의 간격을 조절하는 이동부를 포함하는 비정질 스트립 제조설비의 노즐 제어장치.
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