KR101550892B1 - 용탕 분사용 노즐 및 노즐 제조 방법 - Google Patents

Abstract

노즐의 크랙을 방지할 수 있고, 노즐에 발생한 미세한 크랙이 더 이상 확대 전파되는 것을 최소화할 수 있도록, 노즐지지대를 매개로 턴디쉬 하부에 장착되어 턴디쉬 내부의 도가니로부터 용탕을 공급받아 분사하는 용탕 분사용 노즐로, 상기 노즐은 중앙에 형성되어 고온의 용탕이 수용되는 슬릿부와, 하단에 형성되어 용탕이 분사되는 분사구멍, 상단에 둘레를 따라 설치되어 노즐지지대에 걸쳐지는 플랜지, 상기 플랜지의 외측면 둘레를 따라 설치되는 밴드를 포함하는 용탕 분사용 노즐을 제공한다.

Description

용탕 분사용 노즐 및 노즐 제조 방법{NOZZLE FOR SPRAYING MOLTEN ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고온의 용탕을 분사하는 용탕 분사용 노즐에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 비정질 합금 제조를 위한 설비에서 고온의 용탕을 분사하는 노즐과 이 노즐을 제조하기 위한 방법에 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 턴디쉬와, 턴디쉬의 하부에 장착되어 용융합금을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 회전하는 냉각롤로 구성된다. 이에 용융합금이 노즐을 통해 고속으로 회전하는 냉각롤의 원주면에 배출되면서 급속으로 냉각되어, 비정질 상태를 유지하는 리본(ribbon) 또는 화이버(fiber)가 제조된다.

상기 노즐은 노즐지지대에 의해 턴디쉬 하부에 단단하게 고정된다. 상기 노즐지지대는 내열강 또는 주철과 같은 열전도도가 매우 큰 금속성 재질 및 세라믹 재질을 사용한다.

용탕은 턴디쉬 하부의 탕도를 거쳐 노즐의 중앙부로 유입된 후 노즐의 길이방향 양 측단으로 이동하여 내부를 채우고 하단의 구멍을 통해 분사된다. 그런데, 종래의 노즐은 폭에 비해 길이가 긴 직사각형태로 되어 있어서, 노즐이 고온의 용탕에 의한 열응력에 쉽게 크랙이 발생하는 문제가 있다. 또한, 노즐을 노즐지지대에 장착시 밀착 체결이 안되면서 기계적 결함이 발생될 수 있다. 또한, 노즐 내부로 고온의 용탕이 낙하하여 충돌되면서 물리적 충격과 열 충격에 의해 노즐이 균열되거나 파손되는 현상이 발생되다.

이러한 노즐의 파손으로 인해 용탕이 파손부위를 통해 누출되어 작업이 중단되고, 추가 정비 시간이 필요하게 되어 생산성이 떨어지는 등 조업에 심각한 악영향을 미치게 된다.

이에, 노즐의 크랙을 방지할 수 있도록 된 용탕 분사용 노즐 및 노즐 제조 방법을 제공한다.

또한, 노즐에 발생한 미세한 크랙이 더 이상 확대 전파되는 것을 최소화할 수 있도록 된 용탕 분사용 노즐 및 노즐 제조 방법을 제공한다.

본 실시예의 노즐은 노즐지지대를 매개로 턴디쉬 하부에 장착되어 턴디쉬 내부의 도가니로부터 용탕을 공급받아 분사하는 용탕 분사용 노즐로, 상기 노즐은 중앙에 형성되어 고온의 용탕이 수용되는 슬릿부와, 하단에 형성되어 용탕이 분사되는 분사구멍, 상단에 둘레를 따라 설치되어 노즐지지대에 걸쳐지는 플랜지, 상기 플랜지의 외측면 둘레를 따라 설치되는 밴드를 포함할 수 있다.

상기 밴드는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

상기 밴드는 플랜지의 하단으로 절곡되어 플랜지의 측면과 하단을 감싸는 구조일 수 있다.

상기 밴드는 열팽창시 내주면의 길이가 상기 플랜지의 외측면 둘레 길이 이하로 형성될 수 있다.

비정질 합금 제조를 위해 고온의 용탕을 분사하는 노즐 제조 방법으로, 중앙에 고온의 용탕이 수용되는 슬릿부와 하단의 용탕 분사용 분사구멍과 노즐지지대에 걸쳐지는 플랜지가 형성된 노즐을 제조하는 단계와, 상기 노즐의 플랜지에 결합되는 금속 재질의 밴드를 제조하는 단계, 상기 밴드를 가열시켜 열팽창시키는 단계, 열팽창된 밴드를 노즐의 플랜지에 체결하는 단계, 밴드를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 밴드는 플랜지의 하단으로 절곡된 형태로 제조되어, 플랜지의 측면과 하단에 결합되는 구조일 수 있다.

상기 밴드는 열팽창시 내주면의 길이가 상기 플랜지의 외측면 둘레 길이 이하로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 노즐에 가해지는 물리적인 충격이나 열충격 또는 고온의 용탕에 장시간 노출되었을 때 노즐에 발생되는 균열이나 파손을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 노즐에 발생된 미세 균열이 확대되어 퍼지는 것을 방지하여 노즐의 수명을 연장하고 보다 안정적으로 조업을 수행할 수 있게 된다.

이에, 조업을 안정적으로 계속 수행할 수 있어 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐이 턴디쉬 하부에 조립된 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 구조를 도시한 분해 사시도이다.,
도 3은 본 실시예에 따라 밴드가 결합된 용탕 분사용 노즐을 도시한 도면이다.
도 4는 또다른 실시예에 따라 밴드가 결합된 용탕 분사용 노즐을 도시한 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 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

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 화이버를 제조하는 공정에서 고온의 금속 용탕을 분사하는 노즐을 예로서 설명한다. 본 노즐 조립체는 비정질 화이버 제조용으로 한정되지 않으며 예를 들어, 비정질 스트립 제조에 사용되는 노즐일 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐이 턴디쉬에 조립된 상태의 단면을 도시하고 있으며, 도 2는 본 실시예에 따른 노즐을 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 노즐(10)는 턴디쉬(100)에 장착되어 용탕이 수용되는 도가니(110)와 결합된다. 용탕은 도가니(110)로부터 노즐(10)를 통해 냉각롤(도시되지 않음) 표면으로 분사되어 비정질 화이버로 제조된다.

상기 노즐(10)의 상부에는 도가니(110) 하부에 결합되고 용탕이 유통되는 관로(11)가 형성된 상부노즐(12)이 구비된다.

상기 노즐(10)은 턴디쉬 하부에 배치되고 하단에 용탕이 분사되는 분사구멍(15)이 형성된다. 상기 노즐(10)은 노즐지지대(20)에 의해 턴디쉬 하단에 고정된다.

상기 상부노즐(12)은 도가니(110) 하부와 연결되는 부재로, 중앙에는 용탕이 흘러나가는 관로(11)가 형성된다. 상기 관로(11)는 상부노즐(12) 상단에서 하단으로 수직방향을 따라 관통되어 도가니와 하부노즐을 연결하는 통로이다.

상기 관로(11) 상에는 도가니(110) 내부에 설치되어 상하로 이동되는 스토퍼(120)가 배치된다. 본 노즐 조립체(10)는 상기 스토퍼(120)의 상하 이동에 의해 상부노즐(12)의 관로(11)가 개폐되어 용탕을 하부노즐(14)로 선택적으로 공급하게 된다.

본 실시예에서 상기 노즐(10)은 길이방향으로 길게 연장된 구조로 되어 있다. 노즐(10)의 중앙부에는 고온의 용탕이 수용되는 슬릿부(16)가 형성된다. 상기 슬릿부(16)는 하부노즐 중앙부에 형성되어 용탕이 머무는 내부 공간으로 이해할 수 있다. 상기 슬릿부(16)의 하단에는 용탕이 분사되는 분사구멍(15)이 간격을 두고 형성된다. 또한, 상기 노즐(10)의 상단에는 둘레를 따라 플랜지(17)가 외측으로 절곡되어 수평방향으로 형성된다. 상기 플랜지(17)는 도 1에 도시된 바와 같이 노즐(10)을 턴디쉬(100) 하부에 고정할 수 있도록 노즐지지대(20)에 걸쳐져 지지되는 구성부이다.

상기 노즐(10)의 개방된 상단에는 슬릿부(16)를 덮는 커버(18)가 설치된다. 상기 커버(18)는 평판 구조물로, 중앙부에는 상부노즐(12)의 관로(11)와 연통되도록 홀이 형성된다.

이에, 상기 노즐(10)은 노즐지지대(20)에 의해 턴디쉬(100) 하부에 고정 설치된다. 상기 노즐지지대(20)는 턴디쉬(100)의 하부에 볼트 등을 매개로 고정 설치되며 노즐(10)을 받쳐 지지하게 된다. 상기 노즐지지대(20)는 전면이 개방된 사각틀 구조물로, 내측에는 노즐(10)의 플랜지(17)가 걸쳐지도록 단턱(21)이 형성된다. 노즐(10)의 플랜지(17)는 노즐지지대(20)의 단턱(21)에 걸쳐져 턴디쉬(100) 하부에 밀착된다. 상기 노즐지지대(20)는 외측부를 따라 볼트체결홀(22)이 형성된다. 상기 노즐지지대(20)는 볼트체결홀(22)에 끼워져 턴디쉬(100)에 나사결합되는 볼트(24)를 매개로 턴디쉬(100) 하부에 고정된다. 상기 노즐지지대(20)는 상기한 구조에 한정되지 않으며 하부노즐의 구조에 따라 다양하게 변형가능하다.

본 실시예에서, 상기 노즐(10)은 균열을 최소화할 수 있는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 노즐(10)은 플랜지(17)의 외측면을 따라 설치되어 플랜지(17)의 둘레를 감싸는 밴드(30)를 포함한다. 상기 밴드(30)는 폐곡선을 이룬다. 상기 밴드(30)의 길이는 노즐(10)의 플랜지(17)에 단단히 조여져 고정되도록 설정된다.

본 실시예에서, 상기 밴드(30)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 밴드(30)는 예를 들어 구조용 강판 재질로 이루어질 수 있다. 상기 밴드(30)는 열팽창율과 제조 단가 등을 고려하여 구조용 강판 외에 다양한 금속 재질로 사용가능하다. 상기 밴드(30)의 두께는 1 ~ 6T로 형성될 수 있으며, 밴드(30)의 열팽창율이나 재질에 따라 적절히 결정될 수 있다.

이와 같이, 밴드(30)가 노즐(10)의 가장 외측인 플랜지(17)를 감싸고 있어서 노즐(10)의 강성을 높이게 된다. 이에, 고온의 용탕에 의해 노즐(10)이 열팽창될 때 밴드(30)가 노즐(10)을 꽉 조여 열챙창을 완화시킴으로써, 열팽창에 의해 노즐(10)에 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 노즐(10)에 미세한 균열이 발생되더라도 밴드(30)가 노즐(10)을 조이고 있으므로 더 이상 균열이 확대 및 전파되지 않게 된다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 밴드(30)는 하단이 직각으로 절곡된 구조로 예를 들어, L 자 형태의 단면 구조를 이룬다. 이에, 상기 밴드(30)는 노즐(10)의 플랜지(17) 측면과 하단을 동시에 감싸는 구조로 되어 있다.

도 4는 밴드의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 밴드(32)의 경우 노즐(10)의 플랜지(17) 측면에만 체결되어 측면만을 감싸는 구조로 되어 있다.

도 3과 도 4의 실시예에 개시된 밴드(30,32)는 노즐(10)의 플랜지(17)에 대한 체결부위만이 상이할 뿐, 작용에 있어서 동일하다. 도 3의 실시예에 도시된 밴드(30)의 경우 도 4의 실시예에 따른 밴드(32)보다 노즐(10)을 감싸는 범위가 커서 열충격이나 외부 충격으로부터 노즐(10)의 보호 효과를 더 높일 수 있다.

한편, 본 실시예의 밴드를 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 비정질 합금 제조를 위해 고온의 용탕을 분사하는 노즐(10)을 제조하고, 상기 노즐(10)의 크기에 맞춰 노즐(10)에 결합될 밴드(30,32)를 제조한다.

상기 밴드(30,32)는 노즐(10)의 플랜지(17)에 결합되므로, 플랜지(17)의 크기에 맞춰 제조된다. 예를 들어, 상기 밴드(30,32)는 열팽창시 내주면의 길이가 상기 플랜지(17)의 외측면 둘레 길이 이하로 형성될 수 있다. 열팽창시라 함은 금속 재질의 밴드(30,32)를 가열하여 열팽창시킨 상태를 의미한다. 이때 밴드(30,32)는 크기가 최대가 되어 내주면의 길이 역시 최대가 된다. 이 상태에서 측정된 밴드(30,32)의 내주면 길이가 상온 상태에서의 노즐(10)의 플랜지(17)의 외측면 둘레 길이보다 크지 않도록 함으로써, 밴드(30,32)는 열수축되었을 때, 노즐(10)에 응력을 가하면서 단단히 고정된다.

노즐(10)과 밴드(30,32)가 제조되면, 상기 밴드(30,32)를 가열시켜 열팽창시킨다. 그리고, 열팽창된 밴드(30,32)를 노즐(10)의 플랜지(17)에 체결한다.

언급한 바와 같이, 밴드(30,32)는 열팽창되어 있어서 노즐(10)의 플랜지(17)에 용이하게 체결가능하다. 노즐(10)의 플랜지(17)에 밴드(30,32)가 체결되면 밴드(30,32)를 냉각시킨다.

금속 재질로 된 밴드(30,32)는 냉각되면서 수축되어 노즐(10)의 플랜지(17)에 단단히 조여져 고정된다. 이에, 밴드(30,32)는 노즐(10)의 열팽창이나 플랜지(17)를 통해 노즐(10)로 가해지는 물리적 충격을 차단하여 노즐(10)에 균열이 발생되는 것을 방지할 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 : 노즐 11 : 관로
12 : 상부노즐 15 : 분사구멍
16 : 슬릿부 17 : 플랜지
18 : 커버 20 : 노즐지지대
21 : 단턱 22 : 볼트체결홀
24 : 볼트 30,32 : 밴드

Claims (7)

1. 노즐지지대를 매개로 턴디쉬 하부에 장착되어 턴디쉬 내부의 도가니로부터 용탕을 공급받아 분사하는 용탕 분사용 노즐에 있어서,
   상기 노즐은 중앙에 형성되어 고온의 용탕이 수용되는 슬릿부와, 하단에 형성되어 용탕이 분사되는 분사구멍, 상단에 둘레를 따라 설치되어 노즐지지대에 걸쳐지는 플랜지, 상기 플랜지의 외측면 둘레를 따라 설치되는 금속 재질의 밴드를 포함하고,
   상기 밴드는 플랜지의 하단으로 절곡되어 플랜지의 측면과 하단을 감싸며, 열팽창시 내주면의 길이가 상기 플랜지의 외측면 둘레 길이 이하로 형성되는 용탕 분사용 노즐.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 비정질 합금 제조를 위해 고온의 용탕을 분사하는 노즐 제조 방법에 있어서,
   중앙에 고온의 용탕이 수용되는 슬릿부와 하단의 용탕 분사용 분사구멍과 노즐지지대에 걸쳐지는 플랜지가 형성된 노즐을 제조하는 단계와, 상기 노즐의 플랜지에 결합되는 금속 재질의 밴드를 제조하는 단계, 상기 밴드를 가열시켜 열팽창시키는 단계, 열팽창된 밴드를 노즐의 플랜지에 체결하는 단계, 밴드를 냉각시키는 단계를 포함하는
   상기 밴드 제조 단계에서, 상기 밴드는 플랜지의 하단으로 절곡된 형태로 제조되어, 플랜지의 측면과 하단에 결합되고,
   상기 열팽창 단계에서, 상기 밴드는 열팽창시 내주면의 길이가 상기 플랜지의 외측면 둘레 길이 이하로 형성되는 용탕 분사용 노즐 제조 방법.
6. 삭제
7. 삭제

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