KR102409670B1

KR102409670B1 - 비자성 스테인레스 304 분말 제조방법

Info

Publication number: KR102409670B1
Application number: KR1020210038514A
Authority: KR
Inventors: 이진효
Original assignee: (주)월드신소재
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-06-17

Abstract

본발명은 비자성 스테인레스 304 분말제조방법에 관한 것으로, 아토마이징 장치 챔버내부에 스테인레스 스크랩을 용해한 용액을 노즐을 통해 넣어서 분말화하되 급속 냉각시켜 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 것으로,
본발명은 아토마이징 장치에 별도의 질소가스 순환장치를 구성하여 급속 냉각시켜 냉각속도를 최대화 하여 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 현저한 효과가 있다.

Description

비자성 스테인레스 304 분말 제조방법{Non-magnetic stainless steel 304 powder manufacturing method}

본발명은 비자성 스테인레스 304 분말 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아토마이징 장치에 별도의 질소가스 순환장치를 구성하여 급속 냉각시켜 냉각속도를 최대화 하여 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 비자성 스테인레스 304 분말 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 제강 압연된 판재 등의 스테인레스 304는 오스테나이트 조직으로 자성을 띠지 않는 비자성체 이나 같은 화학조성으로 주조된 주강 스테인레스 304는 주조조건, 불순물 함량, 주조품 형상 등에 따라 2차 공정(후 공정)에 따라 일정치 않는 자성체가 발생한다.

마이크로 브라스팅용 스텐인레스 304 분말은 용해 후 아토마이징된 주조품의 일종으로 용해조건(탄소함유량, 화학성분), 주조조건(냉각속도, 분말크기)에 따라서 자성체가 발생한다.

최근 전자부품 등의 마이크로 브라스팅 공정적용시 브라스팅 비드의 소착등의 방지화 효율증대를 위하여 자성을 띠지않는 미세크기 200-30 micron 비자성의 스텐레스 분말비드가 요구되고 있다

ASTM규격 스텐레스304의 화학조성은 Cr17-18, Ni7-10.5% 이나 주조용 스텐인레스

스크랩은 Cr17-18%, Ni 8%의 최소 니켈함량을 가지므로 일정량의 자성 조직인 페라이트조직이 포함된다. 이 페라이트조직이 아토마이징 공정중에 입계등에 편석해서 특히 크기가 작은 미세분말에서 더 강한 자성이 발생하는 요인이다.

스텐인레스 상태도에서 용해시 액상(L)+오스테니이트+페라이트 공정상에서 아토마이징시에 자기변태점(768℃) 온도 이하 또는 아토마이징내 온도상승으로 서냉시 분말 내부조직에 페라이트 편석이 많이 발생한다.

그리고 스텐레이스 스크랩에 탄소량이 2% 이상 함유시 자성체의 페라이트조직으로 변한다.

그리고 종래 특허기술의 일례로서 등록특허공보 등록번호 10-0194911호에는 중량%로 Mn: 1~3%, Ni: 9~15%, Cr:15~20%, C : 0.01~0.05%, 잔여부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 비자성 스테인레스강을 최종압연전의 결정입경을 JISG 0551에서 규정되는 오스테나이트결정입도로 4.7~7.0으로 조정하고, 또 냉연율 20~50%의 최종냉간압연에 의해서 소망의 두께로 완성시키고, 최종 어닐링에 의해서 결정입경을 JISG 0551에서 규정되는 오스테나이트결정 입도로 7.0~12.0dmfh 하는 것을 특징으로 하는 랭크포드치Υ의 판면내 이방성(단, △Υ=(Υ0+Υ90-2Υ45 )/2, 여기서 Υ0 (압연방향에 대해서

, 0°의 Υ치),Υ45 (압연방향에 대해서 , 45°의 Υ치),Υ90 (압연방향에 대해서 , 90°의 Υ치)의 절대치가 0.12이하인 것을 특징으로 하는 컬러브라운관 전자총 전극용 비자성 스테인레스강의 제조방법이 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호에는 10-0423578표면성상이 우수한 오스테나이트계 스테인레스강판의 제조방법이 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-1194277호에는 용융슬래그를 수용하며 수용된 슬래그를 배출하는 슬래그 포트, 상기 슬래그 포트에서 배출되는 용융 슬래그를 일시 저장하면서 배출하는 턴디시, 및 상기 턴디시로 부터 배출되는 용융 슬래그를 가스의 운동에너지로 분사 및 수송하기 위하여 전방으로 가스를 분사하는 가스 노즐로 이루어진 것을 특징으로 하는 아토마이징 슬래그로 이루어진 연마재의 제조장치가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 페라이트상의 입계편석이 여전히 발생하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는데 있어서 곤란성이 있고, 수율이 낮은 단점이 있었다.

따라서 본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 아토마이징 장치에 별도의 질소가스 순환장치를 구성하여 급속 냉각시켜 냉각속도를 최대화 하여 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 비자성 스테인레스 304 분말제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 비자성 스테인레스 304 분말제조방법에 관한 것으로, 아토마이징 장치 챔버내부에 스테인레스 스크랩을 용해한 용액을 노즐을 통해 넣어서 분말화하되 급속 냉각시켜 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 아토마이징 장치에 별도의 질소가스 순환장치를 구성하여 급속 냉각시켜 냉각속도를 최대화 하여 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래의 가스아토마이징 장치 계통도
도 2는 본발명의 가스아토마이징 장치의 탱크내부도면
도 3은 본발명의 가스아토마이징 장치의 단열덕트 수직단면도
도 4는 본발명의 가스아토마이징 장치의 단열덕트 평면단면도
도 5는 본발명의 상태도
도 6은 본발명의 아토마이징탱크 상세도

또한, 상기 아토마이징 장치에 별도의 냉각가스 순환장치를 구성하여 챔버내부에 냉각가스를 불어넣어 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각가스는 질소인 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 가스아토마이징 장치 계통도, 도 2는 본발명의 가스아토마이징 장치의 탱크내부도면, 도 3은 본발명의 가스아토마이징 장치의 단열덕트 수직단면도, 도 4는 본발명의 가스아토마이징 장치의 단열덕트 평면단면도, 도 5는 본발명의 상태도, 도 6은 본발명의 아토마이징탱크 상세도이다.

본발명은 자성의 주원인인 페라이트조직을 최소화 시키는 것으로, 냉각속도를 제어하는 것으로, 아토마이징 장치에 별도의 질소가스 순환장치를 적용하여 챔버내부 온도를 150℃ 이내로 유지하기 위하여 급속 냉각시켜 냉각속도를 최대화 하여. 페라이트상의 입계편석을 방지한다. 빠른 냉각을 위한 질소가스 주입속도는 3 ~ 4m/sec이다.

용해로에 주입되는 스테인레스 스크랩의 화학조성을 보면 ASTM 규격에서 STS304는 페라이트상의 조직에서 NI 함유량 10.5%로 조정하여 최적화조성으로 합금한다.

용해로에서 용해된 스테인레스 스크랩은 아토마이징 장치 챔버내에 노즐을 통해 분사되며 분말화되고 질소가스에 의해 급냉되어 페라이트 편석이 없는 비자성 스테인레스 304 분말이 제조된다.

스테인레스 스크랩은 탄소함유량 2% 이내인 스크랩을 사용하고, 용접스크랩, 주강 스텐인레스 부품인 플랜지, 배관자재 등은 사용하지 않는다.

용해 도구인 레이들 슬래그스틱 등은 스텐인레스 재질을 사용해야 한다.

용해로(보조 도가니로)는 알루미늄 패칭 사용하여, 탄소 유입에 의한 페라이트 발생원인을 제거한다.

본발명에서 사용되는 아토마이징 장치에 대해 구체적으로 기재하면,

용해된 금속이 아토마이징탱크(100)내에 노즐(110)에서 분사되는 고압가스와 충돌하여 낙하하며 응고되어 하부의 회수통(120)으로 회수되는 가스아토마이징 장치에 있어서, 상기 아토마이징탱크(100)는 분리된 냉각가스 순환 장치인 열교환기(130), 백필터(140), 가압부스터(150), 가압버퍼탱크(160)와 연결되며, 상기 아토마이징탱크(100) 내부 상부에 팽창닥트(170)가 설치되어 냉각가스가 추가로 공급되는 가스아토마이징 장치이다.

상기 아토마이징탱크(100)와 열교환기(130) 사이에 싸이클론(180)이 더 설치되며, 상기 노즐에 유입된 고압가스는 블로워(190)를 통해 외부로 배출되며, 백필터(140)에서 미세분진이 제거된 일부 냉각 가스는 가압부스터(150)에 의하여 용량 40~100M3, 압력 0.5~1.0 kgf/㎠ 으로 다시 아토마이징탱크(100) 상부의 팽창닥트(170)를 통하여 아토마이징탱크(100) 내부로 공급되어 재사용 되어지므로, 상기 아토마이징탱크(100) 내부에 가스 유량과 유속을 증가시켜 아토마이징탱크(100) 상부의 미세 부유 분진층을 제거하는 것이다.

노즐공급 가스용 고압가스 온도는 질소고압탱크내 온도가 -196℃ 이며, 질소고압가스탱크를 거쳐 기화기를 통과한 질소가스 온도는 21 ~ 25℃가 된다.

또한, 팽창닥트(170)를 거쳐 아토마이징 탱크(100) 내부로 추가로 공급되는 냉각 가스온도는 단열팽창에 의해 15 ~ 20℃로 떨어지게 된다.

상부의 팽창닥트(170)는 상부 코너에 대각선으로 비스듬하게 설치되며 팽창닥트(170)에 냉각 질소 가스가 들어오는 인입홀이 형성되고, 아토마이징탱크(100)모서리와 팽창닥트(170)가 이루는 체적은 아토마이징탱크(100) 내부로 배출되는 인출공의 지름보다 크게 형성되어 팽창닥트(170)를 거쳐 배출되는 냉각 가스는 단열팽창이 이루어지는 것으로, 팽창닥트(170)는 정중앙에 노즐을 조립하고 원주방향으로 등간격으로 다수 개의 홀을 가공하여 분사 형태를 만든 것을 특징으로 하는 가스아토마이징 장치이다.

본발명의 가스아토마이징 장치에 열교환기/대용량백필터/가압부스터/가압버퍼탱크를 추가하여 분리된 냉각가스 순환 장치를 설치한다.

그리고 아토마이저탱크와 열교환기 사이에 싸이클론을 설치할 수 있다.

기존에 노즐에 유입된 (5~10 M3/분당)가스는 블로워를 통해 외부공기로 배출되고 추가된 열교환기에서 냉각되고, 대용량의 백필터에서 미세분진이 제거된 청정가스가 가압부스터(고압루츠불로워)에 의하여 용량 40~100 M3, 압력 0.5 ~ 1 kgf/㎠ 으로 다시 아토마이징탱크 상부의 팽창닥트를 통하여 아토마이징탱크 내부로 공급되어 재사용되어진다.

본발명의 아토마이징은 종래의 노즐가스 분사량( 5~10M3 /분당) 이외에 아토마이징탱크 상부 팽창닥트를 통하여 40~100M3/분당 이상의 냉각가스를 추가로 공급하여 아토마이징탱크 내부에 5배 이상의 가스 유량과 유속을 증가시켜 아토마이징탱크 상부의 미세 부유 분진층을 제거하여 위성분말 생성을 억제한다.

노즐공급가스 고압가스온도는 질소고압탱크내 온도가 -196℃ 정도이며, 질소고압가스탱크를 거처 기화기를 통과한 질소가스 온도는 21 ~ 25℃이다.

그리고 팽창닥트를 거처 아토마이징 탱크 내부로 공급되는 가스온도는 단열팽창에 의해 15 ~ 20℃로 떨어진다.

그리고 본발명은 상기 아토마이징탱크(100) 내부 상부에 팽창닥트(170)가 설치되어 냉각가스가 추가로 공급되는 것으로, 상기 상부의 닥트는 구조적으로 단열팽창 원리를 이용하여 루츠가압블로워 0.5~1.0kgf/㎠의 압력으로 이송된 가스가 단열팽창닥트에서 단열팽창되어 가스의 단열팽창에 따른 냉각효과를 이용, 아토마이징탱크 내부의 온도를 냉각시켜, 탱크 내부 온도 상승을 방지하여 노즐에서 형성된 액체 상태의 분말을 급속 냉각, 급속 냉각효과에 의한 금속 조직내부의 입계를 최소화시켜 강도, 경도가 뛰어나고 내구성이 향상된 분말을 제조한다. 상부의 팽창닥트는 상부 코너에 대각선으로 비스듬하게 설치되며 팽창닥트에 냉각(질소)가스가 들어오는 인입홀은 지름이 작고 아토마이징탱크 모서리와 팽창닥트가 이루는 체적은 크며 아토마이징탱크 내부로 배출되는 인출공의 지름은 작게 형성되어 팽창닥트를 거쳐 유출되는 가스는 단열팽창이 이루어진다. 단열팽창닥트는 정중앙에 노즐을 조립하고 원주방향으로 등간격으로 작은홀을 가공하여 2차 분사 형태를 취한다. 이에 사용되는 냉각가스 (40~100M3/분당)는 순환장치내에서 재사용하므로 냉각가스 소비량을 줄여 가스비용을 절감할 수 있다.

100 : 아토마이징탱크 110 : 노즐
120 : 회수통 130 : 열교환기
140 : 백필터 150 : 가압부스터
160 : 가압버프탱크 170 : 팽창닥트
180 : 싸이클론 190 : 블로워

Claims

아토마이징 장치 챔버내부에 스테인레스 스크랩을 용해한 용액을 노즐을 통해 넣어서 분말화하되 냉각시켜 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 것으로, 상기 아토마이징 장치에 별도의 냉각가스 순환장치를 구성하여 챔버내부에 냉각가스를 불어넣어 페라이트상의 입계편석을 방지하여 비자성 스테인레스 304 분말을 제조하는 것이되, 상기 냉각가스는 질소인 비자성 스테인레스 304 분말제조방법에 있어서,
상기 챔버내부 온도를 150℃ 이내로 유지하고 페라이트상의 입계편석을 방지하기 위해 질소가스 주입속도는 3 ~ 4m/sec이며,
용해로에 주입되는 스테인레스 스크랩의 화학조성은 ASTM 규격에서 STS304는 페라이트상의 조직에서 NI 함유량 10.5%로 조정하여 합금한 것이며, 용해로에서 용해된 스테인레스 스크랩은 아토마이징 장치 챔버내에 노즐을 통해 분사되며 분말화되고 질소가스에 의해 냉각되어 페라이트 편석이 없는 비자성 스테인레스 304 분말이 제조되는 것으로, 스테인레스 스크랩은 탄소함유량 2% 이내인 스크랩을 사용하는 것이며, 상기 아토마이징 장치는 용해된 금속이 아토마이징탱크(100)내에 노즐(110)에서 분사되는 고압가스와 충돌하여 낙하하며 응고되어 하부의 회수통(120)으로 회수되는 가스아토마이징 장치로서, 상기 아토마이징탱크(100)는 분리된 냉각가스 순환 장치인 열교환기(130), 백필터(140), 가압부스터(150), 가압버퍼탱크(160)와 연결되며, 상기 아토마이징탱크(100) 내부 상부에 팽창닥트(170)가 설치되어 냉각가스가 추가로 공급되는 가스아토마이징 장치이며,
상기 아토마이징탱크(100)와 열교환기(130) 사이에 싸이클론(180)이 더 설치되며, 상기 노즐에 유입된 고압가스는 블로워(190)를 통해 외부로 배출되며, 백필터(140)에서 미세분진이 제거된 일부 냉각 가스는 가압부스터(150)에 의하여 용량 40~100M3, 압력 0.5~1.0 kgf/㎠ 으로 다시 아토마이징탱크(100) 상부의 팽창닥트(170)를 통하여 아토마이징탱크(100) 내부로 공급되어 재사용 되어지므로, 상기 아토마이징탱크(100) 내부에 가스 유량과 유속을 증가시켜 아토마이징탱크(100) 상부의 미세 부유 분진층을 제거하는 것이며,
노즐공급 가스용 고압가스 온도는 질소고압탱크내 온도가 -196℃ 이며, 질소고압가스탱크를 거쳐 기화기를 통과한 질소가스 온도는 21 ~ 25℃가 되며, 또한, 팽창닥트(170)를 거쳐 아토마이징 탱크(100) 내부로 추가로 공급되는 냉각 가스온도는 단열팽창에 의해 15 ~ 20℃로 떨어지게 되며,
상부의 팽창닥트(170)는 상부 코너에 대각선으로 비스듬하게 설치되며 팽창닥트(170)에 냉각 질소 가스가 들어오는 인입홀이 형성되고, 아토마이징탱크(100)모서리와 팽창닥트(170)가 이루는 체적은 아토마이징탱크(100) 내부로 배출되는 인출공의 지름보다 크게 형성되어 팽창닥트(170)를 거쳐 배출되는 냉각 가스는 단열팽창이 이루어지는 것으로, 팽창닥트(170)는 정중앙에 노즐을 조립하고 원주방향으로 등간격으로 다수 개의 홀을 가공하여 분사 형태를 만든 것이며,
노즐에 유입된 5~10 M3/분당의 가스는 블로워를 통해 외부공기로 배출되고 추가된 열교환기에서 냉각되고, 대용량의 백필터에서 미세분진이 제거된 청정가스가 가압부스터인 고압루츠불로워에 의하여 용량 40~100 M3, 압력 0.5 ~ 1 kgf/㎠ 으로 다시 아토마이징탱크 상부의 팽창닥트를 통하여 아토마이징탱크 내부로 공급되어 재사용되어지는 것으로, 아토마이징은 노즐가스 분사량 5~10M3 /분당 이외에 아토마이징탱크 상부 팽창닥트를 통하여 40~100M3/분당 이상의 냉각가스를 추가로 공급하여 아토마이징탱크 내부에 가스 유량과 유속을 증가시켜 아토마이징탱크 상부의 미세 부유 분진층을 제거하여 위성분말 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 비자성 스테인레스 304 분말제조방법
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