KR101405487B1 - 용탕 분사 장치 - Google Patents

Abstract

전 공정에 걸쳐 용탕의 분사압을 균일하게 유지할 수 있고, 턴디쉬 내부로 공급되는 가스의 급격한 부피팽창을 방지하여 용탕 분사압의 변동을 최소화할 수 있도록, 용탕이 수용되는 도가니와, 상기 도가니를 감싸 외부와 밀폐시키는 턴디쉬, 상기 턴디쉬 하부에 설치되고 도가니에 연결되어 용탕을 분사하는 노즐, 상기 턴디쉬에 연결되어 턴디쉬 내부로 불활성가스를 주입하기 위한 가스관, 상기 가스관에 연결되는 가스탱크, 상기 턴디쉬로 주입되는 가스를 예열시키기 위한 예열부를 포함하는 용탕 분사장치를 제공한다.

Description

용탕 분사 장치{DEVICE FOR SPRAYING MOLTEN ALLOY}

본 발명은 고온의 용탕을 분사하는 분사장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 용탕의 철정압을 균일하게 유지할 수 있도록 된 용탕 분사 장치에 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 용융된 합금이 수용되는 도가니와, 도가니가 설치되는 밀폐형 턴디쉬, 턴디쉬의 하부에 장착되어 용융 합금을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 회전하는 냉각롤로 구성된다.

이에 턴디쉬 내의 용융합금이 노즐을 통해 고속으로 회전하는 냉각롤의 원주면에 배출되면서 급속으로 냉각되어, 비정질 상태를 유지하는 스트립이나 리본으로 제조된다.

여기서, 용탕의 분사압은 도가니 내에 담긴 용탕의 철정압으로 조절되므로, 스트립의 두께를 균일화시키기 위해서는 용탕의 양을 일정하게 유지하여 철정압을 균일하게 유지해야 한다.

그러나, 공정 후반에는 턴디쉬 내의 도가니에 용탕의 공급이 중단되면서 용탕의 양이 시간에 따라 점차적으로 줄고 이에 따라 철정압도 점차적으로 작아지게 된다.

따라서 공정 후반에는 줄어드는 철정압만큼 턴디쉬 내부에 불활성가스를 주입하여 턴디쉬 내부 압력을 높여줌으로써, 줄어드는 철정압을 보상하게 된다.

그런데, 종래에는 가스관을 통해 상온의 가스가 1300도의 온도로 유지되고 있는 턴디쉬 내부로 주입됨에 따라 가스의 온도와 턴디쉬 내부 온도 차이로 인해 가스의 급격한 부피 팽창이 발생하였다. 이러한 가스의 급격한 부피팽창으로 용탕의 분사압이 급격하게 증가하게 되고, 이러한 분사압 변동으로 인해 제조되는 스트립이나 리본의 두께가 균일하지 못한 문제가 발생된다. 이에 종래에는 공정 후반에서 제조된 스트립 혹은 리본은 상품화하지 못하고 폐기해야 하는 문제점이 있다.

이에, 전 공정에 걸쳐 용탕의 분사압을 균일하게 유지할 수 있도록 된 용탕 분사장치를 제공한다.

또한, 턴디쉬 내부로 공급되는 가스의 급격한 부피팽창을 방지하여 용탕 분사압의 변동을 최소화할 수 있도록 된 용탕 분사장치를 제공한다.

이를 위해 본 용탕 분사장치는 용탕이 수용되는 도가니와, 상기 도가니를 감싸 외부와 밀폐시키는 턴디쉬, 상기 턴디쉬 하부에 설치되고 도가니에 연결되어 용탕을 분사하는 노즐, 상기 턴디쉬에 연결되어 턴디쉬 내부로 불활성가스를 주입하기 위한 가스관, 상기 가스관에 연결되는 가스탱크, 상기 턴디쉬로 주입되는 가스를 예열시키기 위한 예열부를 포함할 수 있다.

상기 예열부는 가스관 일측에 설치되어 가스관을 감싸는 가열챔버와, 가열챔버 내에 설치되어 가스관에 열을 가하는 히터를 포함할 수 있다.

상기 예열부는 양 선단이 상기 가스관에 연결되고 가열챔버 내부에서 나선형으로 감겨져 배치되는 예열관을 더 포함할 수 있다.

상기 예열부는 상기 가스관에 연결되고 턴디쉬 내부에 설치되어 불활성가스를 2차 예열하는 2차예열부를 더 포함할 수 있다.

상기 2차예열부는 턴디쉬 내면과 도가니 사이에 나선형태로 감겨져 배치되고 선단은 개방되어 가스배출구를 이루는 2차예열관을 포함할 수 있다.

상기 턴디쉬 내부에는 도가니를 가열하는 열선이 배치되고, 상기 열선과 2차예열관 사이에 격벽이 설치된 구조일 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 실시예에 의하면, 불활성가스가 턴디쉬 내부 온도로 승온된 후 턴디쉬 내부로 주입됨에 따라 급격한 온도차에 의한 가스 팽창을 방지할 수 있게 된다. 이에 공정 후반에서도 분사압을 균일하게 유지하여 제조되는 스트립이나 리본의 두께를 균일하게 유지하여 균일한 두께를 갖는 우수한 제품을 생산할 수 있게 된다.

또한, 전 공정에 걸쳐 제조되는 스트립이나 리본의 두께나 품질이 균일하여 폐기되는 제품을 최소화하고 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 용탕 분사장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 용탕 분사장치의 평단면도이다.

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 한도 내에서 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.

이하 설명은 고온의 금속 용탕을 분사하여 비정질 스트립을 제조하는 공정에서 고온의 금속 용탕을 분사하는 분사장치를 예로서 설명한다.

도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 용탕 분사장치의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 용탕 분사장치(100)는 용탕이 수용되는 도가니(10)와, 상기 도가니(10)를 감싸 외부와 밀폐시키는 턴디쉬(12), 상기 턴디쉬(12) 하부에 설치되고 도가니(10)에 연결되어 용탕을 분사하는 노즐(14), 상기 턴디쉬(12)에 연결되어 턴디쉬(12) 내부로 불활성가스를 주입하기 위한 가스관(16), 상기 가스관(16)에 연결되는 가스탱크(18), 상기 턴디쉬(12)로 주입되는 가스를 예열시키기 위한 예열부(20)를 포함한다.

이에 턴디쉬(12) 내부의 도가니(10)로 공급된 용탕은 도가니(10)를 개폐하는 스토퍼(15)의 작동에 따라 노즐(14)을 통해 분사되어 비정질 스트립으로 제조된다.

상기 턴디쉬(12)는 도가니(10)를 감싸며 설치되어 내부 공간을 외부로부터 차단하는 밀폐형 구조물이다. 상기 턴디쉬(12) 내부에는 도가니(10)의 주위로 도가니(10)에 수용된 용탕의 온도를 유지시키기 위한 열선(17)이 설치된다.

상기 가스탱크(18)는 턴디쉬(12) 내부로 주입되는 불활성가스가 고압으로 충전되며, 가스관(16)을 통해 턴디쉬(12)와 연결된다.

여기서 상기 예열부(20)는 가스관(16)을 통해 턴디쉬(12)로 주입되는 불활성 가스를 미리 예열하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 예열부(20)는 가스관(16) 일측에 설치되어 가스관(16)을 감싸는 가열챔버(22)와, 상기 가열챔버(22) 내에 설치되어 가스관(16)에 열을 가하는 히터(24)를 포함한다. 그리고 상기 가열챔버(22) 내부에는 양 선단이 상기 가스관(16)에 연결되고 나선형으로 감겨져 배치되는 예열관(26)이 설치된다.

이에 본 장치(100)는 가스관(16)을 통해 턴디쉬(12)로 공급되는 불활성가스가 가열챔버(22)를 지나면서 히터(24)에 의해 고온으로 가열됨으로써, 턴디쉬(12) 내에서 급격한 부피팽창을 최소화할 수 있게 된다.

상기 가열챔버(22)는 외부와 밀폐되며 내부 공간을 갖는 박스 구조물이다. 상기 가열챔버(22)의 내부에는 예열관(26) 및 히터(24)가 설치된다. 상기 예열관(26)은 가열챔버(22) 내부에서의 열전달면적을 높일 수 있도록, 수직방향을 따라 복수회 감겨져 나선형태를 이룬다. 상기 예열관(26)의 감겨진 회수는 가스 공급량이나 예열 목표 온도 등에 따라 다양하게 변형가능하다.

상기 가스관(16)은 절단되어 각각 예열관(26)의 양측 선단에 연결설치된다. 이에 가스관(16)을 통해 이송되는 가스는 예열관(26)을 지난 후 예열관(26) 선단에 연결된 가스관(16)을 통해 턴디쉬(12) 내부로 공급된다.

상기 히터(24)는 예를 들어, 전기에너지를 열에너지로 전환하는 전열선으로 이루어질 수 있다. 상기 히터(24)는 도시된 바와 같이 나선형태로 예열관(26) 주위에 설치될 수 있다. 상기 히터(24)는 예열관(26)으로 가열할 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.

한편, 본 장치(100)는 상기 가스관(16)에 연결되고 턴디쉬(12) 내부에 설치되어 불활성가스를 2차 예열하는 2차예열부를 더 포함한다.

이에 턴디쉬(12)로 공급되는 불활성가스는 1차로 예열관(26)을 통해 가열되고, 2차로 턴디쉬(12) 내부에서 가열된 후 턴디쉬(12) 내부로 주입된다.

본 실시예에서 상기 2차예열부는 턴디쉬(12) 내부 열원을 이용하여 불활성가스를 가열하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 2차예열부는 일측 선단이 가스관(16)과 연결되어 턴디쉬(12) 내면과 도가니(10) 사이에 나선형태로 감겨져 배치되고 타측 선단은 개방되어 가스배출구(32)를 이루는 2차예열관(30)을 포함한다.

상기 2차예열관(30)은 열전달면적을 높일 수 있도록, 턴디쉬(12) 내부에서의 수직방향을 따라 복수회 감겨져 나선형태를 이룬다. 상기 예열관(26)의 감겨진 회수는 가스 공급량이나 예열 목표 온도 등에 따라 다양하게 변형가능하다.

상기 턴디쉬(12) 내부에는 도가니(10)를 가열하는 열선(17)이 배치되는 데, 상기 2차예열관(30)은 열선(17)과 턴디쉬(12)의 내벽 사이에 배치된다. 상기 열선(17)과 2차예열관(30) 사이에는 격벽(19)이 설치된다. 상기 격벽(19)은 내화벽으로 열선(17)의 고열이 2차예열관(30)에 직접 전달되는 것을 차단하여, 2차예열관(30)을 보호하게 된다.

상기 2차예열관(30)의 하단은 가스관(16)과 연결되고, 상단은 개방되어 가스배출구(32)를 이룬다.

이에 가스관(16)을 통해 턴디쉬(12) 내부로 유입된 불활성가스는 2차예열관(30)을 지나면서 턴디쉬(12) 내부 열에 의해 가열되어 2차예열관(30)의 가스배출구(32)를 통해 턴디쉬(12) 내부로 배출된다.

이하, 본 장치(100)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

도가니(10)로 공급된 용탕은 본 분사장치(100)의 노즐(14)을 통해 분사되어 비정질 스트립으로 제조된다. 용탕의 분사압은 도가니(10) 내에 담긴 용탕의 철정압에 의해 제어된다. 이에 용탕의 분사량에 따라 도가니(10) 내로 용탕이 계속 공급되어 용탕 레벨을 일정하게 유지함으로써, 용탕의 분사압을 균일하게 유지하게 된다.

이 상태에서 공정 후반에 이르게 되면 용탕의 공급이 중단되므로, 용탕의 레벨이 낮아져 분사압이 떨어지게 된다.

따라서 공정 후반에는 용탕 분사에 따라 도가니(10) 내의 용탕 레벨이 줄어 분사압이 떨어지는 만큼, 불활성가스를 주입함으로써 턴디쉬(12) 내부에 채워지는 가스압으로 이를 보상하게 된다.

가스탱크(18)에서 공급된 불활성가스는 가스관(16)을 통해 가열챔버(22)로 유입된다. 그리고 가열챔버(22) 내에 설치된 나선형태의 예열관(26)을 지나게 된다. 상기 가열챔버(22)는 내부에 히터(24)가 설치되어 있어서, 히터(24)의 작동에 의해 가스는 예열관(26)을 지나면서 고온으로 가열된다.

본 실시예에서 불활성가스는 상기 가열챔버(22)를 지나면서 500 ~ 800℃로 가열된다.

가열챔버(22)를 통해 1차적으로 가열된 불활성가스는 가스관(16)을 따라 턴디쉬(12) 내부로 유입되어, 턴디쉬(12) 내에 설치된 2차예열관(30)을 지나게 된다.

따라서 불활성가스는 상기 2차예열관(30)을 지나면서 가열되어, 턴디쉬(12) 내부 온도인 약 1300℃까지 승온된다.

2차예열관(30)을 지나면서 턴디쉬(12) 내부온도로 승온된 불활성가스는 2차예열관(30) 선단의 가스배출구(32)를 통해 턴디쉬(12) 내부로 배출된다.

이와 같이, 턴디쉬(12) 내부로 공급되는 불활성가스를 턴디쉬(12) 내부 온도에 맞춰 승온시킨 상태에서 공급함에 따라 불활성가스의 부피 팽창에 의한 충격으로 용탕의 분사압이 급격히 변하는 것을 최소화할 수 있게 된다. 따라서 공정 전반에 걸쳐 용탕의 분사압을 균일하게 유지하여 스트립을 균일한 두께로 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 : 도가니 12 : 턴디쉬
14 : 노즐 15 : 스토퍼
16 : 가스관 17 : 열선
18 : 가스탱크 19 : 격벽
20 : 예열부 22 : 가열챔버
24 : 히터 26 : 예열관
30 : 2차예열관 32 : 가스배출구

Claims (6)

1. 용탕이 수용되는 도가니와, 상기 도가니를 감싸 외부와 밀폐시키는 턴디쉬, 상기 턴디쉬 하부에 설치되고 도가니에 연결되어 용탕을 분사하는 노즐, 상기 턴디쉬에 연결되어 턴디쉬 내부로 불활성가스를 주입하기 위한 가스관, 상기 가스관에 연결되는 가스탱크, 상기 턴디쉬로 주입되는 가스를 예열시키기 위한 예열부, 상기 예열부에 연결되고 턴디쉬 내부에 설치되어 불활성가스를 2차 예열하는 2차예열부를 포함하고,
   상기 예열부는 가스관 일측에 설치되어 가스관을 감싸는 가열챔버와, 상기 가열챔버 내에 설치되어 가스관에 열을 가하는 히터를 포함하고,
   상기 2차예열부는 턴디쉬 내면과 도가니 사이에 나선형태로 감겨져 배치되고 일측 선단은 가스관에 연결되고 타측 선단은 개방되어 가스배출구를 이루는 2차예열관을 포함하여, 불활성가스가 상기 가스배출구를 통해 턴디쉬 내부로 나오기 전에 2차예열관을 지나면서 턴디쉬 내부 열원을 통해 가열되어 턴디쉬 내부로 공급되는 구조의 용탕 분사장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 예열부는 양 선단이 상기 가스관에 연결되고 가열챔버 내부에서 나선형으로 감겨져 배치되는 예열관을 더 포함하는 용탕 분사장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 턴디쉬 내부에는 도가니를 가열하는 열선이 배치되고, 상기 열선과 2차예열관 사이에 격벽이 설치된 구조의 용탕 분사장치.

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