KR101675315B1 - 용탕 분사용 노즐 보온 장치 - Google Patents

용탕 분사용 노즐 보온 장치 Download PDF

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Abstract

노즐의 단열성과 보온성을 높임으로써, 노즐의 온도 하락과 이에 따른 용탕의 응고를 방지할 수 있도록, 용탕을 수용하는 턴디쉬 하부에 장착되어 용탕을 분사하는 용탕 분사용 노즐의 온도 하락을 방지하기 위한 용탕 분사용 노즐 보온 장치로, 상기 노즐의 외측에 배치되어 노즐에 열을 가하는 히팅관, 상기 히팅관에 연결되어 히팅관 내부로 고온의 열매체를 공급하는 공급부를 포함하는 용탕 분사용 노즐 보온 장치를 제공한다.

Description

용탕 분사용 노즐 보온 장치{DEVICE FOR PREVENTING TEMPERATURE DROP OF NOZZLE FOR SPRAYING MOLTEN ALLOY}
고온의 용탕을 분사하는 용탕 분사용 노즐에 관한 것으로 노즐을 온도 하락을 방지하기 위한 노즐 보온 장치를 개시한다.
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 스트립 또는 화이버(fiber)가 제조된다.
노즐 내부의 용탕은 노즐 하부를 통해 분사되기 전에 노즐 내부에서 일정시간 머물러야 되는 데, 이때 온도 하락이 응고점보다 낮게 되면 응고가 일어나면서 굳어져 조업이 중단되는 문제가 발생된다.
노즐 내에서는 용탕의 유동성이 적기 때문에 일부 구간에서 열이 빠져나가게 되면 그 부분에서 응고가 일어나게 된다. 그리고 차츰 응고 영역은 커지게 된다. 결국 노즐 내부의 응고 영역이 매우 증가하게 되어 노즐 전 영역이 굳어지게 되는 현상이 발생된다. 따라서, 제품의 제조가 중단되고 추가 정비 시간이 필요하게 되어 생산성이 떨어지는 등 조업에 심각한 악영향을 미치게 된다.
노즐의 단열성과 보온성을 높임으로써, 노즐의 온도 하락과 이에 따른 용탕의 응고를 방지할 수 있도록 된 용탕 분사용 노즐 보온 장치를 제공한다.
또한, 에너지의 사용을 최소화하면서 노즐을 보온할 수 있도록 된 용탕 분사용 노즐 보온 장치를 제공한다.
본 구현예의 장치는, 용탕을 수용하는 턴디쉬 하부에 장착되어 용탕을 분사하는 용탕 분사용 노즐의 온도 하락을 방지하기 위한 용탕 분사용 노즐 보온 장치로, 상기 노즐의 외측에 배치되어 노즐에 열을 가하는 히팅관, 상기 히팅관에 연결되어 히팅관 내부로 고온의 열매체를 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.
상기 히팅관은 노즐의 외측면을 따라 코일 형태로 복수회 감겨져 설치된 구조일 수 있다.
상기 공급부는 턴디쉬 내부에 설치되어 턴디쉬 내부 열원을 이용하여 열매채를 가열하는 승온관, 상기 승온관과 상기 히팅관 사이를 연결하는 연결라인 상에 설치되어 열매체를 순환시키기 위한 순환펌프를 포함할 수 있다.
상기 턴디쉬는 외형을 이루는 철피, 상기 철피 내부에 설치되어 용탕을 수용하는 도가니를 포함하고, 상기 도가니와 철피 사이에 이격 형성된 틈새에 상기 승온관이 설치된 구조일 수 있다.
상기 승온관은 상기 틈새 내에 코일 형태로 복수회 감겨져 설치된 구조일 수 있다.
상기 턴디쉬의 틈새 바닥면에 연결관이 관통 설치되고, 상기 연결관의 내측 선단에 상기 승온관이 결합되고, 상기 연결관의 외측 선단에 상기 히팅관이 결합되어, 상기 연결관을 매개로 턴디쉬 내부의 승온관과 턴디쉬 외부의 히팅관이 연결되는 구조일 수 있다.
상기 승온관은 상기 연결관에 착탈 가능하게 결합되어, 턴디쉬 내에서 분리되는 구조일 수 있다.
상기 히팅관은 상기 연결관에 착탈 가능하게 결합되어, 노즐에서 분리되는 구조일 수 있다.
상기 히팅관 또는 상기 승온관은 표면에 내열성의 세라믹이 코팅된 구조일 수 있다.
상기 열매체는 질소가스일 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 의하면, 노즐의 표면 온도 하락을 방지하여 노즐 내부의 용탕 응고 현상을 방지할 수 있게 된다.
이에, 노즐의 막힘을 방지하고 조업을 계속 수행할 수 있는 상태로 용탕을 유지할 수 있게 된다.
또한, 연속적인 조업을 통해 생산성을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐 보온 장치를 구비된 턴디쉬의 하부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐 보온 장치의 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐 보온 장치가 구비된 턴디쉬의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐 보온 장치의 연결 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
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. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 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 노즐 보온 장치를 구비된 턴디쉬의 하부를 도시하고 있으며, 도 2는 본 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐 보온 장치의 구성을 도시하고 있다.
턴디쉬(10)는 외형을 이루는 철피(12)와, 철피(12) 내부 공간에 설치되어 용탕이 수용되는 도가니(14)를 포함한다. 턴디쉬(10)의 하부에는 도가니(14)의 이너노즐(16)과 연결되어 용탕을 공급받아 분사하는 노즐(20)이 노즐지지대(22)를 매개로 고정 설치된다.
턴디쉬(10) 내부에는 내화벽돌(13)과 캐스타블(15)로 이루어지는 도가니(14)가 설치된다. 도가니(14)는 턴디쉬의 철피(12) 내면에서 소정 간격을 두고 이격되어 설치된다. 이에, 턴디쉬(10)는 내부 도가니(14)와 철피(12) 사이에 빈 공간인 틈새(18)가 형성된다. 철피(12)와 도가니(14) 사이에 틈새(18)를 형성함으로써, 도가니(14)의 열이 전도에 의해 급격히 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
상기 노즐(20)은 노즐지지대(22)에 결합되어 턴디쉬(10)의 하부에 고정 설치된다. 상기 노즐(20)은 노즐지지대(22)에서 외부로 노출되어 하부로 연장된다.
여기서, 본 실시예의 보온 장치는 상기 노즐(20)의 외측에 배치되어 노즐(20)에 열을 가하는 히팅관(30), 상기 히팅관(30)에 연결되어 히팅관(30) 내부로 고온의 열매체를 공급하는 공급부를 포함한다.
상기 히팅관(30)은 내부로 열매체가 이송되는 파이프 구조물로, 노즐(20)의 외측면을 따라 코일 형태로 복수회 감겨져 설치된다. 상기 히팅관(30)은 노즐지지대(22)에서 외측으로 돌출된 노즐(20)의 둘레를 따라 감겨져 설치된다.
상기 히팅관(30)은 고열이나 직접적인 열 접촉에 의한 손상을 방지할 수 있도록 표면에 세라믹이 코팅된 구조로 되어 있다. 세라믹은 히팅관(30) 표면에 후막으로 코팅된다. 세라믹 후막 코팅 후 히팅관(30) 표면에서 코팅된 막의 탈락 여부를 확인한다.
본 실시예에서 상기 열매체는 불활성가스로, 예를 들어 질소가스일 수 있다.
상기 공급부는 턴디쉬(10) 내부에 설치되어 턴디쉬(10) 내부 열원을 이용하여 열매채를 가열하는 승온관(40), 상기 승온관(40)과 상기 히팅관(30) 사이를 연결하는 연결라인(42) 상에 설치되어 열매체를 순환시키기 위한 순환펌프(44)를 포함한다.
본 실시예에서 상기 공급부는 턴디쉬(10)의 내부에 형성된 빈 공간인 철피(12)와 도가니(14) 사이의 틈새(18)를 이용하는 구조로 되어 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 승온관(40)은 턴디쉬(10)의 내부 철피(12)와 도가니(14) 사이 틈새(18)에 설치된 구조로 되어 있다.
이에, 승온관(40)은 턴디쉬(10) 내부에서 직접적으로 용탕과 접촉하지 않은 상태로 턴디쉬(10) 내부에 설치가 가능하다. 승온관(40)은 턴디쉬(10) 내부의 열원을 이용하여 열매체를 가열할 수 있게 된다. 따라서, 열매체 승온을 위한 별도의 열원이나 에너지 사용을 줄일 수 있게 된다. 가열된 열매체는 순환펌프(44)의 구동에 의해 승온관(40)에서 히팅관(30)으로 순환되어 노즐(20)을 가열하게 된다.
상기 승온관(40)은 내부로 열매체가 이송되는 파이프 구조물로, 상기 틈새(18) 내에 코일 형태로 복수회 감겨져 설치된다.
상기 승온관(40)은 고열이나 직접적인 열 접촉에 의한 손상을 방지할 수 있도록 표면에 세라믹이 코팅된 구조로 되어 있다. 세라믹은 승온관(40) 표면에 후막으로 코팅된다. 세라믹 후막 코팅 후 승온관(40) 표면에서 코팅된 막의 탈락 여부를 확인한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 승온관(40)과 히팅관(30)은 열매체의 순환을 위해 폐곡선 형태로 서로 연결된다. 언급한 바와 같이 승온관(40)의 일단은 연결라인(42)을 통해 히팅관(30)의 일단에 연결된다. 그리고 승온관(40)의 타단은 연결관(46)을 통해 히팅관(30)의 타단에 연결된다. 연결라인(42) 상에는 순환펌프(44)가 설치된다. 이에, 순환펌프(44)가 구동되면 승온관(40)의 열매체는 연결관(46)을 통해 히팅관(30)으로 이송되고 히팅관(30)에서 연결라인(42)을 통해 승온관(40)으로 계속 순환된다. 이 과정에서 열매체는 승온관(40)을 거치면서 턴디쉬(10) 내부 고열에 의해 승온되고, 승온된 열매체는 히팅관(30)으로 이송되어 노즐(20)과 열교환되면서 노즐(20)을 가열 및 보온시키게 된다.
본 실시예에서, 상기 연결관(46)은 턴디쉬(10)의 틈새(18) 바닥면에 관통 설치된 구조로 되어 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 연결관(46)은 턴디쉬(10) 내외로 관통 설치되어 턴디쉬(10) 내부로 연장된 내측 선단은 승온관(40)과 연결되고, 턴디쉬(10) 외부로 연장된 외측 선단에는 히팅관(30)이 연결된다.
또한, 상기 승온관(40)은 상기 연결관(46)에 착탈 가능하게 결합되어, 턴디쉬(10) 내에서 분리되는 구조로 되어 있다. 상기 히팅관(30) 역시 상기 연결관(46)에 착탈 가능하게 결합되어, 노즐(20)에서 분리되는 구조로 되어 있다.
이를 위해, 상기 연결관(46)의 내측 선단과 상기 승온관(40) 선단 그리고 연결관(46)의 외측 선단과 히팅관(30)의 선단에는 각각 서로 끼워져 결합되는 커넥터(48)가 설치된다. 예를 들어, 연결관(46)의 선단에는 암커넥터가 설치되고, 승온관(40)의 선단 또는 히팅관(30)의 선단에는 상기 암커넥터에 끼워지는 수커넥터가 설치된다. 이에, 연결관(46)의 암커넥터에 승온관(40)이나 히팅관(30)의 수커넥터를 끼우는 것으로 관로가 연결되며, 암커넥터에서 수커넥터를 빼내는 것으로 서로 연결 상태를 간단히 분리할 수 있게 된다.
이와 같이, 연결관(46)에 커넥터(48)를 매개로 승온관(40) 또는 히팅관(30)이 착탈가능하게 결합되어, 필요시 턴디쉬(10) 내에서 승온관(40)을 분리할 수 있고, 노즐(20)에서 히팅관(30)을 분리할 수 있게 된다.
상기한 구조 외에, 승온관의 양 선단이 모두 턴디쉬의 틈새 바닥으로 향하도록 틈새 내에서 승온관이 두 가닥으로 교차 상태로 감겨져 설치될 수 있다. 이런 구조의 경우, 턴디쉬 바닥에는 두 개의 연결관이 설치되어 승온관의 양 선단과 연결되고, 히팅관 역시 양 선단이 각각 턴디쉬 바닥의 두 연결관에 연결될 수 있다. 이에, 히팅관이나 승온관 모두 두 개의 연결관에 연결되므로, 연결관에서 히팅관 또는 승온관을 탈착하기 보다 용이하다.
실시예
턴디쉬(10)의 내부 틈새(18) 바닥에 구멍을 천공하고 연결관(46)을 관통 설치하였다. 그리고 턴디쉬(10)의 내부 틈새(18)에 코일 형태의 승온관(40)을 삽입하여 승온관(40)의 일측 선단을 연결관(46)에 연결하였다. 턴디쉬(10)와 노즐(20)의 예열 후 노즐(20)의 외부에 히팅관(30)을 배치하고 히팅관(30)의 일측 선단을 연결관(46)에 연결하였다.
레들에서 출탕된 용탕을 턴디쉬(10) 내부의 도가니(14)로 주입하여 조업이 시작될 즈음 본 장치를 가동하였다. 장치 가동에 의해 승온관(40)과 히팅관(30)의 연결라인(42)에 설치된 순환펌프(44)가 구동되어 승온관(40) 내부의 열매체를 히팅관(30)으로 계속 순환시켰다.
이에, 열매체는 승온관(40)을 지나면서 턴디쉬(10) 내부 고열에 의해 가열된 후 히팅관(30)으로 이송된다. 히팅관(30)은 노즐(20) 외주면을 둘러싸고 있어, 고온의 열매체가 히팅관(30)을 지나면서 노즐(20)의 온도를 계속 용탕 응고 온도 이상으로 유지하게 된다.
냉각휠이 고속으로 회전하기 시작하여 30m/sec의 속도에 도달할 즈음에 턴디쉬(10) 하부에 설치된 노즐(20)을 통해 용탕을 분사하였다.
용탕 분사 이후 노즐(20) 가장자리 부분을 포함하여 전체적으로 막힘없이 지속적으로 노즐(20)을 통해 용탕이 분사되어 파이버(fiber)가 생산되었으며, 이후 반복 조업을 통해서도 노즐(20)에서 용탕이 응고되는 현상은 발생되지 않았다.
이와 같이, 본 장치를 통해 노즐(20)을 지속적으로 가열함으로써, 냉각휠의 고속 회전에 따라 발생되는 공기의 흐름에 의해 노즐(20)의 온도가 떨어지는 것을 방지하고 지속적으로 노즐(20)을 보온 유지할 수 있게 된다. 이에, 용탕의 응고를 방지하고 안정적인 조업을 계속 유지할 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 : 턴디쉬 12 : 철피
14 : 도가니 20 : 노즐
22 : 노즐지지대 30 : 히팅관
40 : 승온관 42 : 연결라인
44 : 순환펌프 46 : 연결관
48 : 커넥터

Claims (9)

  1. 용탕을 수용하는 턴디쉬 하부에 장착되어 용탕을 분사하는 용탕 분사용 노즐의 온도 하락을 방지하기 위한 용탕 분사용 노즐 보온 장치로,
    상기 노즐의 외측에 배치되어 노즐에 열을 가하는 히팅관, 및 상기 히팅관에 연결되어 히팅관 내부로 고온의 열매체를 공급하는 공급부를 포함하고,
    상기 공급부는 턴디쉬 내부에 설치되어 턴디쉬 내부 열원을 이용하여 열매채를 가열하는 승온관, 및 상기 승온관과 상기 히팅관 사이를 연결하는 연결라인 상에 설치되어 열매체를 순환시키기 위한 순환펌프를 포함하며,
    상기 턴디쉬의 틈새 바닥면에 연결관이 관통 설치되고, 상기 연결관의 내측 선단에 상기 승온관이 결합되고, 상기 연결관의 외측 선단에 상기 히팅관이 결합되어, 상기 연결관을 매개로 턴디쉬 내부의 승온관과 턴디쉬 외부의 히팅관이 연결되고,
    상기 승온관은 상기 연결관에 착탈 가능하게 결합되어, 턴디쉬 내에서 분리되는 구조이고, 상기 히팅관은 상기 연결관에 착탈 가능하게 결합되어, 노즐에서 분리되는 구조의 용탕 분사용 노즐 보온 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히팅관은 노즐의 외측면을 따라 코일 형태로 복수회 감겨져 설치된 구조의 용탕 분사용 노즐 보온 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 턴디쉬는 외형을 이루는 철피, 상기 철피 내부에 설치되어 용탕을 수용하는 도가니를 포함하고, 상기 도가니와 철피 사이에 이격 형성된 틈새에 상기 승온관이 설치된 구조의 용탕 분사용 노즐 보온 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 승온관은 상기 틈새 내에 코일 형태로 복수회 감겨져 설치된 구조의 용탕 분사용 노즐 보온 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 히팅관 또는 상기 승온관은 표면에 세라믹이 코팅된 구조의 용탕 분사용 노즐 보온 장치.
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