KR101319028B1 - 금속 분말의 수분사 제조장치 - Google Patents

Abstract

금속 분말의 수분사 제조장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 내부에 금속 용강이 저장되고, 그 하부에 상기 금속 용강을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 턴디쉬; 상기 턴디쉬의 오리피스를 통하여 낙하하는 용강 줄기를 기준으로 장착되고, 수제트를 하방으로 분사하기 위한 복수의 수노즐; 및 내경부를 갖고 있으며, 분사된 상기 수제트가 상기 내경부와 충돌할 수 있도록 상기 용강 줄기를 중심으로 하여 설치된 금형부재를 포함한다.

Description

금속 분말의 수분사 제조장치{WATER ATOMIZING DEVICE FOR MANUFACTURING METAL POWDERS}

본 발명은 금속 분말의 수분사 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자유 낙하하는 용강 줄기를 중심으로 환형으로 설치된 수노즐로부터 분사된 수제트를 원추형 층류로 변환시켜 분말화 효율을 향상시킬 수 있는 금속 분말의 수분사 제조장치에 관한 것이다.

최근 자동차 및 기계에 필요한 복잡한 형상을 가지는 소결용 부품산업의 발전으로 그 원료로 사용되는 철계 및 비철계 분말의 사용량이 급증하고 있다.

소결용 부품은 원료인 철계 및 비철계 분말을 목적에 맞는 제조 제품의 형상을 가진 금형 내부에 충진시킨 후 예컨대, 4~7 ton/cm² 의 고압을 인가하여 압축 성형하고, 물리적 및 기계적 특성을 부여하기 위해 고온에서 소결처리를 행하여 고밀도의 소결체를 얻는 과정을 거치게 된다.

특히, 자동차용 소결 부품 제조를 위해서는 분말 자체가 적정 입도, 유동도, 겉보기 밀도, 성형밀도, 고청정도 등의 고밀도 소결체를 제조할 수 있도록 우수한 품질을 갖추어야 한다.

종래에는 소결 부품용 철계 및 비철계 분말은 도 2에 도시된 바와 같이 금속 분말의 수분사 제조장치를 통해 제조된다. 턴디쉬(1) 내의 금속 용강(3)이 하부의 오리피스(5)를 통하여 자유 낙하할 때 주변에 도 3에 도시된 바와 같이 서로 대칭되게 부채꼴 모양의 수제트(7)를 분사하는 수노즐(9)을 장착한다. 상기 수노즐(9)의 압력은 일반적으로 150Bar 이며, 분사된 상기 수제트(7)는 용강 줄기(11)의 특정 점에서 서로 충돌하여 용강을 액적화 시키고 응고시켜서 최종 분말을 만들게 된다.

그러나, 종래에는 수분사되는 수제트(7)가 용강 줄기(11)의 한 점에서 서로 충돌하기 때문에, 그 충돌력이 서로 상쇄되어 분말화 효율이 떨어진다. 수제트(9)의 충격력이 용강에 전부 전달되어야 하는데 종래 기술은 수제트(9) 간의 충돌로 대부분의 에너지를 소모하여 분말화를 위해서 더 많은 물의 양과 더 높은 수압을 필요로 한다.

또한, 서로 수제트가 서로 충돌하는 영역에서 심한 와류가 발생되어 용강 줄기가 심하게 흔들릴 수 있으며, 심한 경우에는 물이 오리피스 영역까지 역류하여 오리피스가 용강 응고로 막혀서 분말 제조가 불가능한 상태로 되기도 한다.

이와 같이, 종래기술에 따르면, 수분사 분말화 효율이 떨어지고, 분말화에 소요되는 물의 양이 과대하게 소요되고, 제조 공정 동안 오리피스 막힘 등의 불안정한 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 수분사 분말화 효율을 최대한 향상시키고, 분말화에 소요되는 물의 양을 감소시키며, 제조 공정 동안 오리피스 막힘 등의 불안정한 현상을 예방할 수 있는 금속 분말 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 금속 용강이 저장되고, 그 하부에 상기 금속 용강을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 턴디쉬;

상기 턴디쉬의 오리피스를 통하여 낙하하는 용강 줄기를 기준으로 장착되고, 수제트를 하방으로 분사하기 위한 복수의 수노즐; 및

내경부를 갖고 있으며, 분사된 상기 수제트가 상기 내경부와 충돌할 수 있도록 상기 용강 줄기를 중심으로 하여 설치된 금형부재를 포함하는 금속 분말의 수분사 제조장치가 제공될 수 있다.

복수의 상기 수노즐은 상기 용강 줄기의 중심선을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.

복수의 상기 수노즐은 상기 용강 줄기를 기준으로 하는 동심원상에 일정한 간격으로 장착될 수 있다.

복수개의 상기 수노즐에서 분사되는 상기 수제트가 상기 용강 줄기와 이루는 각도는 모두 동일한 각도를 가질 수 있다.

상기 내경부는 상기 내경부의 중간부를 기준으로 상기 수제트와 일정한 각도를 이루도록 배치될 수 있다.

상기 내경부는 상기 용강 줄기를 기준으로 하는 동심원과 동일한 중심을 가질 수 있다.

상기 내경부는 상단부 직경이 하단부 직경보다 점차 넓게 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 수제트를 서로 직접 충돌시키는 종래기술에 비해, 다수개의 개별적인 수제트를 원추형의 층류로 변환시키기 때문에, 수분사 분말화 효율을 최대한 향상시킬 수 있다.

또한, 분말화 효율을 향상시킴으로써, 동일한 입자 크기의 금속 분말을 제조하는데 소요되는 물의 양을 감소시킬 수 있어 경제적이다.

또한, 용강 액적이 서로 수제트와 함께 역류하는 현상을 억제할 수 있기 때문에, 턴디쉬에서 배출되는 용강의 막힘 현상이 없어지므로 조업 안정성이 높아질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말의 수분사 제조장치의 개략도이다.
도 2는 종래기술에 따른 금속 분말의 수분사 제조장치의 개략도이다.
도 3은 종래기술에 따른 금속 분말의 수분사 제조장치의 수분사 상태를 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말의 수분사 제조장치의 개략도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 금속 분말의 수분사 제조장치는 용강 줄기를 중심으로 원추형 층류의 연속적인 수제트를 형성시켜 금속 분말(10)을 제조하기 위한 장치이다.

이러한 금속 분말의 수분사 제조장치는, 내부에 금속 용강(110)이 저장되고, 그 하부에 상기 금속 용강을 배출하기 위한 오리피스(120)가 장착되는 턴디쉬(100);

상기 턴디쉬(100)의 오리피스(120)를 통하여 낙하하는 용강 줄기(130)를 기준으로 장착되고, 수제트(210)를 하방으로 분사하기 위한 복수의 수노즐(200); 및

내경부(310)를 갖고 있으며, 분사된 상기 수제트(210)가 상기 내경부(310)와 충돌할 수 있도록 상기 용강 줄기(130)를 중심으로 하여 설치된 금형부재(300)를 포함할 수 있다.

복수의 상기 수노즐(200)은 상기 수제트(210)가 상기 내경부(310)와 충돌하여 원추형 층류를 형성할 수 있도록 상기 용강 줄기(130)의 중심선을 기준으로 대칭으로 배치되며, 또한, 상기 용강 줄기(130)를 기준으로 하는 동심원상에 일정한 간격으로 장착될 수 있다.

상기 수노즐(200)은 상기 턴디쉬(100)와 상기 금형부재(300)의 사이에 3개 이상 설치될 수 있으며, 설치 공간을 고려하여 적절한 개수(예컨대, 3개, 4개, 6개 등)로 설치될 수 있다.

상기 수노즐(200)에서 분사되는 수제트(210)는 상기 수노즐(200)의 하방으로 향하게 되고, 복수개의 상기 수노즐(200)에서 분사되는 상기 수제트(210)가 상기 용강 줄기(130)와 이루는 각도는 모두 동일한 각도를 가지는 것이 바람직하다.

상기 금형부재(300)는 상기 수노즐(200)의 하부에 배치되고, 중앙부에 내경부(310)가 형성된 튜브 형상으로 형성될 수 있다.

상기 내경부(310)는 분사된 상기 수제트(210)가 상기 내경부(310)의 중간 위치에서 충돌될 수 있도록 상기 내경부(310)의 중간부를 기준으로 상기 수제트(210)와 일정한 각도를 이루도록 배치될 수 있다.

상기 내경부(310)는 분사된 상기 수제트(210)가 상기 내경부(310)와 충돌하여 용이하게 원추형 층류를 형성할 수 있도록, 상기 용강 줄기(130)를 기준으로 하는 동심원과 동일한 중심을 가지고, 상단부 직경이 하단부 직경보다 점차 넓게 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말의 수분사 제조장치의 작동에 대해서 설명한다.

상기 턴디쉬(100) 내의 금속 용강(110)은 하부의 오리피스(120)를 통하여 상기 턴디쉬(100)의 하부로 자유 낙하하면서 배출된다.

이 때, 상기 용강 줄기(130)를 기준으로 동심원상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 수노즐(200)에서 분사되는 수제트(210)는, 상기 용강 줄기(130)를 기준으로 하방으로 향하게 된다.

상기 수노즐(200)에서 분사된 수제트(210)는 상기 금형부재(300)의 내경부(310)의 중간 위치에서 테이퍼진 상기 내경부(310)와 충돌하면서 도 1에 도시된 바와 같은 원추형 수제트를 형성하게 된다.

이와 같이 형성된 원추형 수제트(210)는 하방으로 배출되는 동안 층류를 유지할 수 있고 운동량을 보존할 수 있으며, 또한, 상기 수제트(210)가 배출되는 동안 비산되지 않아 난류를 발생시키지 않는다.

상기 내경부(310)에 충돌된 다수개의 원추형 수제트(210)는 상기 내경부(310)와의 충돌로 원추형의 필름형 층류로 변환되고, 이러한 필름형 수제트는 자신의 에너지를 상기 용강 줄기에 직접적으로 전달할 수 있어 분무화 효율이 항상될 수 있다.

또한, 원추형 수제트는 충돌되기 전까지 내경부를 타고 내려오면서 층류 형태로 변하기 때문에 효과적으로 하방으로 배출되어 기존 장치에서 발생하는 역류 현상이 억제될 수 있다.

또한, 내경부가 형성된 금형부재에 의해서 개별적인 다수의 원추형 수제트를 원추형의 필름 층류로 분말화시키기 때문에 분말화 효율이 월등하게 향상될 수 있다.

또한, 상기 수노즐이 서로 간섭하지 않기 때문에 용강 및 수 액적의 역류 현상이 발생하지 않는다. 이와 같이, 종래의 불연속적인 수제트에 의한 분말화에 비해서 다수개의 수제트를 하나의 연속적인 원추형 층류의 수제트로 변환시킴에 따라서 에너지를 용이하게 한 점으로 집중시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 유출되는 용강의 속도가 증가되더라도 물의 양을 비례해서 용이하게 증가시킬 수 있고 이에 따른 역류 및 오리피스 막힘 현상을 방지할 수 있어 대량생산 안정화에 매우 효과가 높다.

그러므로, 본 발명에 의한 금속 분말 제조장치는 분말화 효율 증대, 분사수 절감에 의한 설비 투자비 감소 및 조업 원가 절감, 그리고 조업의 장시간 안정성 확대에 따른 생산성 향상을 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 턴디쉬 110: 금속 용강
120: 오리피스 130: 용강 줄기
200: 수노즐 210: 수제트
300: 금형부재 310: 내경부

Claims (7)

1. 내부에 금속 용강이 저장되고, 그 하부에 상기 금속 용강을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 턴디쉬;
   상기 턴디쉬의 오리피스를 통하여 낙하하는 용강 줄기를 기준으로 장착되고, 수제트를 하방으로 분사하기 위한 복수의 수노즐; 및
   내경부를 갖고 있으며, 분사된 상기 수제트가 상기 내경부와 충돌할 수 있도록 상기 용강 줄기를 중심으로 하여 설치된 금형부재
   를 포함하고,
   상기 금형부재는 상기 수노즐의 하부에 배치되고, 중앙부에 내경부가 형성된 튜브 형상으로 형성되어 있고,
   상기 내경부는 상기 내경부의 중간부를 기준으로 상기 수제트와 일정한 각도를 이루도록 배치되고,
   상기 내경부는 상단부 직경이 하단부 직경보다 점차 넓게 테이퍼진 형상으로 형성되는 금속 분말의 수분사 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   복수의 상기 수노즐은 상기 용강 줄기의 중심선을 기준으로 대칭으로 배치되는 금속 분말의 수분사 제조장치.
3. 제2항에 있어서,
   복수의 상기 수노즐은 상기 용강 줄기를 기준으로 하는 동심원상에 일정한 간격으로 장착되는 금속 분말의 수분사 제조장치.
4. 제3항에 있어서,
   복수개의 상기 수노즐에서 분사되는 상기 수제트가 상기 용강 줄기와 이루는 각도는 모두 동일한 각도를 가지는 금속 분말의 수분사 제조장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 내경부는 상기 용강 줄기를 기준으로 하는 동심원과 동일한 중심을 가지는 금속 분말의 수분사 제조장치.
   
7. 삭제

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