KR102597563B1 - 유체분사 금속분말 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체를 고속으로 분사할 때 유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 유체제트에 의해서 재차 미세화함으로써 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도를 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 금속용탕을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 합금 용해부; 상기 금속용탕이 오리피스를 통해 용탕줄기 형태로 내부로 자유 낙하하며, 바닥면에 복수의 가스 순환통로가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 형성된 가스 순환챔버를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부; 상기 가스 순환챔버형성부의 내부 하단 중심부에 위치하며, 상기 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기에 고속의 제1유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제1유체분사노즐; 및 상기 가스 순환챔버형성부의 하단에 위치하며 상기 분위기 가스로 채워져 있고 상기 가스 순환통로를 통해서 상기 가스 순환챔버에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기가 파쇄되어 생성된 금속 액적을 냉각시켜 금속분말을 저장하는 분사챔버를 내부에 구비하는 분사챔버형성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유체분사 금속분말 제조장치{Apparatus for Manufacturing Metal Powder Using Fluid Spray}
본 발명은 유체분사 금속분말 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 고속으로 분사할 때 유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류(Entrainment Flow)를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 유체제트에 의해서 재차 미세화함으로써 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도를 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치에 관한 것이다.
최근 항공분야, 발전분야, 금형분야, 자동차 부품분야 및 산업기계 등에 필요한 복잡한 형상을 가지는 부품을 3D 프린팅 방법으로 제조하는 금속 3D 프린팅 부품산업이 발전함에 따라서 그 원료로 사용되는 철계 및 비철계 분말의 사용량이 급증하고 있다.
현재 상용화가 유력한 금속 3D 프린팅 공정은 레이저(Laser)기반 공정과 소결(Sintering) 기반 공정의 두가지로 구분된다. 현재는 레이저 기반 3D 프린팅 기술이 상업화를 선행되었으나, 제조 공정 비용이 고가이어서 향후 제조 비용이 저렴한 소결기반 3D프린팅 기술이 양산 상업화의 대세가 될 전망이다.
첫번째로, 금속 레이저 기반 3D 프린팅 공정은 PBF(Powder Bed Fusion) 방식과 DED(Direct Energy Deposition) 방식이 적용되고 있다. 금속 PBF 방식의 경우 45μm 이하의 분말크기를 요구하고, 금속 DED 방식은 60μm 내지 150μm 크기의 분말을 요구한다. 이중 금속분말 수요는 대부분 PBF 방식이 90% 이상 차지하고 있으며, PBF 방식에 필요한 45μm 이하의 금속분말을 기존의 가스분사 제조공정으로 제조하기에는 회수율이 20% 수준으로 매우 낮아서 문제가 되고 있다. 이와 같이 생산 수율이 낮은 관계로 PBF 3D 프린팅용 45μm 이하 금속분말은 최소 15만원/kg 이상으로 고가이어서 금속 3D 프린팅 공정의 광범위한 상업화에 걸림돌이 되고 있다.
두번째로, 금속 소결기반 3D 프린팅 공정은 금속 BJ(Binder Jetting) 방식과 금속 FDM(Fused Deposition Modelling) 방식이 적용되고 있다. 금속 소결기반 3D 프린팅 기술은 바인더로 성형 접합한 복잡 형상체를 소결함으로써 바로 부품을 완성할 수 있어 매우 저렴하고 생산성이 우수한 부품화 공정기술이다. 금속 BJ 방식의 경우 45μm 이하의 분말크기를 요구하고, 금속 FDM 방식은 10μm 이하 크기의 분말을 요구한다.
이와 같이 45μm 이하의 금속분말은 가스분사 공정으로는 생산수율이 너무 낮아 경제성이 열악하며, 반면 1000bar 내외의 초고압 수분사 공정을 적용하면 용이하게 제조할 수 있으나 분말의 산소 농도가 너무 높고 분말의 형태가 구형이 아닌 불규칙 형상을 갖는다는 문제점이 있다. 3D 프린팅된 부품의 물성을 확보하기 위해서는 금속분말이 함유하는 산소농도가 작아야 하며, 3D 프린팅된 부품의 최고 밀도를 얻기 위해서는 금속분말의 형상이 구형에 가까워야 한다.
종래에 복잡한 형상을 가지는 부품의 3D 프린팅용 철계 및 비철계 분말은 원뿔형 유체제트를 적용한 유체분사 금속분말 제조장치를 통해 제조된다. 도가니의 금속용탕이 하부의 오리피스를 통하여 자유 낙하하며 그 하부에는 원뿔형 유체제트를 분사하는 유체 분사노즐의 장착되어 있으며 그 중심부를 관통하여 용탕줄기가 지나간다. 이때 유체 분사노즐의 하단부에는 원형 슬릿(Slit) 혹은 원형을 따라서 다수의 미세 제트 홀(Hole)이 가공되어 원뿔 모양의 고속 유체제트를 분사한다. 이러한 고속 유체제트는 하부의 원뿔 꼭지점 한 지점에 집중되며 이곳에서 용탕줄기와 충돌하여 금속 용탕줄기를 미세한 액적으로 분쇄한다. 이후 분쇄된 액적은 분사챔버 내부에서 분사된 유체에 의해서 응고 및 냉각되어 고상의 금속분말로 변하며 최종적으로 분말 포집부에서 쌓이게 된다.
상기 분사 유체로는 액체 혹은 가스를 적용할 수 있다. 분사 가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 주로 사용하며, 때로는 공기도 사용한다. 분사 액체로는 산업용수 혹은 오일(oil) 등이 사용된다. 가스분사 노즐에 사용되는 분사가스 압력은 일반적으로 5Bar 내지 25Bar 수준이며, 반면에 수분사 노즐에 사용되는 수압력은 일반적으로 150Bar 내지 1000Bar로 매우 높게 사용되고 있다.
이러한 종래의 원뿔형 유체제트를 적용한 유체분사 노즐 방식은 크게 근접결합형(Close-Coupled Type)과 자유낙하형(Free-Fall Type)으로 대별된다.
상기 근접결합형 유체 분사노즐은 분사 유체와 용탕줄기가 매우 근접하여 분말화 효율은 비교적 우수하다. 반면에, 분사 유체로 액체를 적용하는 경우 오리피스의 용탕이 응고되어 조업 사고가 발생하기 때문에 분사 유체로는 가스만 적용 가능하다는 단점이 있다.
분사가스가 오리피스에 직접 분사되기 때문에 세라믹 재질의 오리피스가 큰 열충격을 받는 환경에 처해 있다. 즉, 오리피스 내경부에는 1600°C 내외의 금속용탕이 유출되고 외주부에는 고속의 차가운 분사가스가 지나기 때문에 오랜 시간을 견디기 어려워 결국 오리피스가 파열되고 막히는 조업 사고가 빈번하게 발생한다. 또한, 이러한 근접결합형 가스분사 노즐을 적용하여 금속분말을 제조하는 경우 분말 표면에 초미세한 액적이 위성분말로 용접되어 분말의 표면이 미세하게 울퉁불퉁 해지기 때문에 분말의 유동도가 나빠지는 문제점이 있다. 현재 근접결합형 가스분사 금속분말 제조공정은 대량 상업 생산에 적용하기에는 곤란하며, 소량 생산 혹은 연구개발에 주로 적용되고 있다.
한편, 종래의 자유낙하형 유체 분사노즐 방식은 분사 유체로서 가스 혹은 액체를 모두 적용할 수 있으며, 조업 안정성이 가장 우수하여 현재 금속분말의 대량 생산에 주로 사용되고 있다. 그러나, 분사되는 유체제트가 자유 낙하하는 용탕 줄기의 한 점에서 서로 충돌하기 때문에, 그 충돌력이 서로 상쇄되어 분말화 효율이 떨어진다. 유체제트의 충격력이 용탕줄기에 전부 전달되어야 하는데 유체제트 간의 충돌로 대부분의 에너지를 소모하여 분말화를 위해서 더 많은 유체의 양과 더 높은 유체압력을 필요로 한다.
더욱이, 분사된 유체제트가 콘 모양의 협소한 꼭지점에 모이기 때문에 방출된 분사 유체를 담아낼 여유 공간이 매우 부족하여 서로 충돌하는 영역에서 위로 향하는 심한 와류가 발생된다. 이러한 와류로 낙하하는 용탕줄기가 심하게 흔들려 파열되어 최종 분말입도가 불균일하게 되며 분말의 구형도 또한 나빠지게 될 우려가 높다. 특히 이러한 와류가 하방으로 빠져나가지 못하고 위로 솟구쳐 오르게 된다. 이러한 역류 현상이 오리피스 영역까지 오게 되면 오리피스 부근의 용탕줄기가 파열되어 오리피스에 응고되고 접착 및 성장하게 된다. 최종적으로는 유체 분사노즐의 중심 관통부가 용탕의 응고로 막혀서 분말 제조가 불가능한 상태로 되기도 한다.
자유낙하형 유체 분사노즐은 용탕줄기와 유체제트 사이의 충돌각도를 크게 하면 유체제트의 충격력을 크게 전달할 수 있기 때문에 분말 미세화에 유리하지만, 이러한 역류 현상 때문에 종래의 자유낙하형 유체 분사노즐은 용탕줄기와 유체제트 사이의 충돌 각도를 20° 이내로 제한하는 것이 일반적이다. 그러므로 미세한 금속분말을 제조하기 위해서는 과도한 양의 유체를 분사하여야 하고, 분사된 유체는 일회용으로 버려지게 되기 때문에 분말 제조에 소요되는 비용이 상승하게 된다.
이외에도 유체제트가 충돌하는 일정 부위에서 금속액적으로 파쇄되면서 또한 합체 현상도 동시에 일어나기 때문에 금속분말의 형상이 불규칙해지는 경향이 발생한다. 즉, 종래의 자유낙하형 유체분사 노즐은 분말 미세화 효율이 열악하여 미세한 금속 분말 제조에는 불리하며, 제조된 금속분말의 구형도 또한 나쁘다는 문제점이 있다.
이러한 유체 분사노즐을 적용한 분말 제조 공정의 미세화 효율 한계를 극복하기 위해 이중 유체 분사노즐을 적용하는 기술이 제안되었다. 유체 분사노즐을 이중으로 겹쳐서 미세화 효율을 증가시키고자 하는 노력으로, 근접결합형 이중 분사노즐과 자유낙하형 이중 분사노즐 두가지 방식에서 액체제트와 가스제트를 결합하여 새로운 기능을 부여하고자 하였다.
동일한 종류의 가스제트-가스제트를 결합하거나 혹은 수제트-수제트를 결합하여 기존 가스분사 및 수분사 분말 제조공정을 개선하는 종래기술(특허문헌 0001-0004)이 있었으나 분말 미세화 및 구형화에 만족스럽지 못했다.
또한, 이종의 액체제트-가스제트를 복합화하여 수분사 및 가스분사 분말 제조공정의 단점을 극복하고자 하는 종래기술(특허문헌 0005-0006)도 있었으나 이 또한 금속분말의 산화 방지 및 구형화 기술을 완수하는 것에 미흡했다.
실제로, 근접결합형 이중 노즐 방식은 너무 좁은 영역에 유체제트가 중첩되어 현실적으로 분말 양산이 불가능하다. 또한, 자유낙하형 이중 노즐 방식은 사용되는 유체의 양이 거의 두배로 많아 지지만 미세화는 현저하지 못해 분말 미세화 효율이 좋지 않은 문제가 있다.
이와 같이, 종래기술에 따르면, 미세화를 위한 유체의 사용량이 과다하여 유체분사 분말 미세화 효율이 떨어지고, 금속분말의 구형도에 문제가 있으며, 제조 공정 동안 오리피스 막힘 등의 불안정한 현상이 발생하여 조업 신뢰도가 열악하다는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 제10-1995-0000268호 한국등록특허공보 제10-1426008호 한국공개특허공보 제10-2018-0104910호 한국공개특허공보 제10-2020-0070712호 한국공개특허공보 제10-2016-0124068호 한국공개특허공보 제10-2016-0024401호
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 분사된 유체제트에 둘러싸인 내부 공간이 개방되도록 하여 유체제트 인접부에 발생하는 고속의 동반기류를 극대화함으로써 용탕줄기를 일차로 미분화한 후 연속하여 고속의 유체제트로 이차 분쇄함에 의해 분말 미세화 효율을 최대로 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류에 의해서 일차 분쇄가 일어난 후 유체제트에 의해서 순차적으로 분쇄하기 때문에 동일한 입경의 분말 제조를 위한 유체 소모량을 작게 할 수 있으며 동반기류는 순환시켜 사용함으로써 경제적으로 유리한 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 개방되어 있고 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류는 유체제트 중심부을 관통하여 고속으로 유동할 수 있기 때문에 충돌 배압에 의한 역류 및 오리피스 막힘 현상을 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류가 용탕줄기를 액적으로 분쇄하여 유체제트 속으로 보낸 후 유체제트에 의한 이차 분쇄가 일어나 액적의 합체 현상을 방지할 수 있기 때문에 분말의 구형도가 우수한 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는, 금속용탕을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 합금 용해부; 상기 합금 용해부의 하부에 위치하며 상기 금속용탕이 오리피스를 통해 용탕줄기 형태로 내부로 자유 낙하하며, 바닥면에 복수의 가스 순환통로가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 형성된 가스 순환챔버를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부; 상기 가스 순환챔버형성부의 내부 하단 중심부에 위치하며, 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부의 내측 상단면과 소정 간격을 유지하도록 설치하며, 상기 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기에 고속의 제1유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제1유체분사노즐; 및 상기 가스 순환챔버형성부의 하단에 위치하며 상기 분위기 가스로 채워져 있고 상기 가스 순환통로를 통해서 상기 가스 순환챔버에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기가 파쇄되어 생성된 금속 액적을 냉각시켜 금속분말을 저장하는 분사챔버를 내부에 구비하는 분사챔버형성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 가스 순환챔버의 내주면 하단부에는 내주면을 따라서 상방으로 고속의 가스를 흘려보내 상기 가스 순환챔버 내부의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 노즐을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 제1유체분사노즐의 하단부에는 상기 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 파이프를 더 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 흡입유도 파이프는 그 직경이 하방으로 가면서 일정하거나 혹은 증감하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 가스 순환챔버의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐 상단면 사이의 간격에 설치되는 것으로 분위기 가스의 흐름을 반경 방향을 따라서 방사형으로 제어하거나 혹은 회전하는 형태로 제어하기 위한 가스 방향제어 블레이드를 더 구비할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 턴디쉬와 상기 가스 순환챔버 사이에 제2유체분사노즐을 더 구비하거나, 상기 가스 순환챔버의 내부에서 상기 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체제트를 분사할 때 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어 유체제트에 의한 내부 동반기류의 발생이 곤란하고 단지 유체제트만을 용탕줄기에 대해서 충돌시켜서 미세화시키는 종래기술에 비해, 분사된 유체제트에 둘러싸인 내부 공간이 개방되도록 하여 유체제트 인접부에 발생하는 고속의 동반기류를 극대화함으로써 용탕줄기를 일차로 미분화한 후 연속하여 고속의 유체제트로 이차 분쇄함에 의해 분말 미세화 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
또한, 종래 기술의 경우 유체제트가 일정한 각도를 갖고 원뿔 형상의 꼭지점에서 충돌하기 때문에 유체제트가 갖고 있던 에너지가 자체 충돌로 많이 소멸함으로써 미세분말을 제조하기 위해서는 과다하게 많은 유체가 소요되는 문제가 있으나, 본 발명의 경우 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류에 의해서 일차 분쇄가 일어난 후 유체제트에 의해서 순차적으로 분쇄하기 때문에 동일한 입경의 분말 제조를 위한 유체 소모량을 작게 할 수 있으며 동반기류는 순환시켜 사용함으로써 경제적으로 유리하다.
더욱이, 종래 기술에서는 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어서 용탕 액적이 유체제트와 함께 역류하거나 오리피스에서 유출되는 용탕줄기가 응고되어 막히는 현상이 자주 발생함으로써 조업 안정성이 열악한 문제점이 있으나, 본 발명의 경우 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 개방되어 있고 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류는 유체제트 중심부을 관통하여 고속으로 유동할 수 있기 때문에 충돌 배압에 의한 역류 및 오리피스 막힘 현상을 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래에는 유체제트와 용탕줄기가 거의 한 영역에서 충돌하여 분쇄되어 미세한 액적들이 서로 합체가 되기 때문에 분말의 구형도가 별로 좋지 못하여 분말의 유동도가 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 경우 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류가 용탕줄기를 액적으로 분쇄하여 유체제트 속으로 보낸 후 유체제트에 의한 이차 분쇄가 일어나 액적의 합체 현상을 방지할 수 있기 때문에 분말의 구형도가 우수하다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 유체제트에서 기인한 동반기류와 고속의 유체제트가 연속적으로 용탕줄기를 분쇄함으로써 구형의 초미세 금속분말을 용이하게 제조할 수 있으며, 동일 직경의 금속분말을 제조하는 경우에 소요되는 유체소모량을 작게 할 수 있고 동반기류 발생에 필요한 분위기 가스를 순환시켜 사용할 수 있어 경제적이며, 종래 분말제조 공정상 발생하는 배압에 의한 역류 및 오리피스 막힘 현상을 현저하게 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치의 내부 구조를 보여주는 수직방향 단면 사시도, 가스순환챔버와 유체분사노즐의 확대단면 사시도 및 분사챔버를 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치 전체의 단면 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 가스순환챔버와 유체분사노즐의 결합구조를 나타내는 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도 및 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 가스순환챔버와 유체분사노즐의 결합구조를 나타내는 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도 및 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도이다.
도 4a는 수분사 노즐에서 수압력에 따른 수제트의 분사속도를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 고속의 유체제트 인접부에서 발생하는 동반기류의 속도와 인접부 가스압력과의 상관관계를 설명하는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 가스 순환챔버의 내부에 흡입유도 노즐을 적용하여 가스 순환챔버 내주면의 인접부에 대한 압력을 감소시켜 분사챔버에서 분위기 가스를 흡입하는 과정을 유동 경로를 표시하여 설명하는 설명도 및 흡입유도 노즐을 통해서 분사챔버의 분위기 가스를 가스 순환챔버 내부로 흡입하는 경로를 보여주는 부분 확대 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 유체를 반경방향으로 공급하여 중심부를 향해 방사방향으로 유동시키는 흡입유도 노즐을 적용한 가스 순환챔버의 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도 및 유체분사노즐 전체를 제거한 상태의 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 본 발명의 제4실시예에 따른 유체를 접선방향으로 공급하여 회전 유동시키는 흡입유도 노즐을 적용한 가스 순환챔버의 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도 및 유체분사노즐 전체를 제거한 상태의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5실시예에 따른 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 원통형 흡입유도 파이프를 나타내는 단면도 및 단면 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제6실시예에 따른 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 나팔형 흡입유도 파이프를 나타내는 단면도 및 단면 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 쌍곡면형 흡입유도 파이프를 나타내는 단면도 및 단면 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 제8 및 제9 실시예에 따른 분위기 가스의 흐름을 반경 반향을 따라서 방사형으로 제어하는 방사형 가스 방향제어 블레이드 및 회전하는 형태로 제어하기 위한 회전형 가스 방향제어 블레이드를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제10실시예에 따른 턴디쉬와 가스 순환챔버 사이에 제2유체분사노즐을 구비하고 금속분말 미세화 효율을 향상시키는 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제11실시예에 따른 가스 순환챔버 내부에서 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐을 구비하고 금속분말 미세화 효율을 향상시키는 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 제12 및 제13 실시예에 따른 턴디쉬와 가스 순환챔버 사이에 제2유체분사노즐을 위치시키며 유체를 반경방향으로 공급하여 중심부를 향해 방사방향으로 유동시키는 제1 및 제2 유체분사노즐를 구비한 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 제14 및 제15 실시예에 따른 가스 순환챔버 내부에서 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐을 위치시키며 유체를 접선방향으로 공급하여 회전 유동시키는 제1 및 제2 유체분사노즐를 구비한 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 분사되는 유체제트로 둘러싸인 내부 공간을 개방하여 고속 유체제트의 인접부에서 발생하는 동반기류를 활성화함으로써 종래 기술의 여러 문제점을 해결하고 동반기류와 유체제트의 연속적인 분쇄작용을 통해서 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도가 향상된 금속분말 혹은 합금분말을 제조하기 위한 장치이다.
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치에서는 유체분사 분말화 효율을 최대한 향상시켜서 미분 제조가 가능하고, 제조되는 분말의 구형도를 한층 더 높일 수 있으며, 분말화에 소요되는 유체의 양을 감소시켜서 제조원가를 낮출 수 있고, 제조 공정 동안오리피스 막힘 등의 불안정한 현상을 예방하여 조업 신뢰도가 우수하다.
첨부된 도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치의 내부 구조를 보여주는 수직방향 단면 사시도, 가스순환챔버와 유체분사노즐의 확대단면 사시도 및 분사챔버를 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치 전체의 단면 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는, 금속용탕(60)을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕(60)을 배출하기 위한 오리피스(34)가 장착되는 합금 용해부(30); 상기 합금 용해부(30)의 하부에 위치하는 것으로 그 상단부가 상기 오리피스(34)에 의해서 관통되어 그 내부에서 상기 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해 용탕줄기(62)의 형태로 자유 낙하하며, 그 하단부는 다수개의 가스 순환통로(42)가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 그 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 구비된 가스 순환챔버(44)를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부(40); 상기 가스 순환챔버(44)의 내부 하단 중심부에 위치하며, 그 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하도록 설치하며, 그 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기(62)에 대해서 고속의 유체제트(74)를 분사하는 제1유체분사노즐(50); 및 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 하단에 위치하는 것으로 분위기 가스로 채워져 있으며 상기 가스 순환통로(42)를 통해서 상기 가스 순환챔버(44)에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기(62)가 파쇄되어 생성된 금속분말(66)을 저장하는 분사챔버(11)를 내부에 구비하는 분사챔버형성부(10);를 포함할 수 있다.
상기 합금 용해부(30)는 유도 용해로(36) 내부에 구비된 도가니(32)에 금속용탕(60)을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕(60)을 배출하기 위한 오리피스(34)가 장착되어 있다.
상기 가스 순환챔버형성부(40)는 합금 용해부(30)의 하부에 위치하는 것으로 가스 순환챔버 몸체(41)의 내부에 가스 순환챔버(44)를 형성하도록 중공부가 형성되어 있으며, 가스 순환챔버 몸체(41)의 상단부에 형성된 관통구멍(45)으로 상기 오리피스(34)에 의해서 관통되어 그 내부에서 상기 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해 용탕줄기(62)의 형태로 자유 낙하한다.
상기 가스 순환챔버형성부(40)의 하단부에는 다수개의 가스 순환통로(42)가 설치되어, 하측에 위치한 분사챔버(11)로부터 분위기 가스가 가스 순환챔버(44)의 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 그 중심부의 하방으로 순환하도록 순환가스 가이드(43)가 돌출되며 순환가스 가이드(43)에는 내측 곡면이 구비되어 있다.
상기 가스 순환챔버(44)의 내부 하단 중심부에는 제1유체분사노즐(50)이 위치하며, 제1유체분사노즐(50)의 상단면은 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하도록 설치하며, 그 중심부에는 관통구멍(54)이 형성되어 이를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기(62)에 대해서 고속의 유체제트를 분사한다.
상기 제1유체분사노즐(50)의 상단면은 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하면서 중심부의 관통구멍(54)을 향하여 간격이 넓어지도록 곡면 형상을 가지고 있어 제1유체분사노즐(50)의 상단면을 따라 순환 분위기 가스(72)의 흐름 속도를 빠르게 유도한다.
상기 제1유체분사노즐(50)은 외부로부터 방사방향 또는 접선방향의 유체공급관(53a,53b;53c,53d)이 연결되어 제1유체분사노즐(50)의 환형 몸체(51) 내부에 구비된 중공부(55)에 유체를 공급하며, 중공부(55)에 공급된 유체는 하단부 내측에 구비된 유체 분사슬롯(52)를 통하여 소정의 충돌각도(A)로 고속의 유체제트(74)를 분사한다.
상기 분사챔버형성부(10)는 가스 순환챔버형성부(40)의 하단에 원통형 분사챔버 몸체(12)가 연결되고, 분사챔버 몸체(12)의 하측에는 금속분말(66)을 중앙으로 모으는 역할을 하는 호퍼(14)가 연결되어 있으며, 호퍼(14)의 하단에는 통로(16)를 거쳐 금속분말(66)을 수집하는 금속분말수집통(18)이 배치되어 있다.
상기 분사챔버형성부(10)의 내부에 형성된 분사챔버(11)에는 분위기 가스로 채워져 있으며, 상기 가스 순환통로(42)를 통해서 상기 가스 순환챔버(44)에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사챔버(11)의 하측에는 분사된 유체와 상기 용탕줄기(62)가 파쇄되어 생성된 금속분말(66)을 저장하기 위한 호퍼(14)와 금속분말수집통(18)이 배치되어 있다.
상기 분사챔버형성부(10)의 원통형 분사챔버 몸체(12)에는 분사챔버(11)에 충전된 분위기 가스를 배기할 때 사용되는 배기구(19)가 연결되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제1유체분사노즐(50)의 유체제트 충돌각도(즉, 유체제트(74)의 꼭지점 각도)(A)는 분사챔버(11) 내부의 분위기 가스를 유체제트(74)의 중심부로 흡입할 수 있는 지를 결정하는 중요한 인자로서, 50°를 초과하면 유체제트(74) 내부의 배압이 발생하여 분위기 가스를 흡입하기 곤란하기 때문에 피해야 한다. 반대로 충돌각도(A)가 5° 미만인 경우는 흡입 능력은 좋아지나 유체제트(74)의 분쇄능이 너무 작아지고 유체제트(74)의 길이가 너무 길어져 효율적이지 못하다. 그러므로, 충돌각도(A)는 5° 내지 50°, 바람직하게는 10° 내지 40°의 범위로 설정되는 것이 좋다.
또한, 상기 가스 순환챔버(44)의 외측으로부터 내측으로 분위기 가스가 흐를 때, 제1유체분사노즐(50)의 상단면과 가스 순환챔버(44)의 내측 상단면 사이의 유동간격(H)은 유체제트(74)의 분위기 가스 흡입능력과 밀접한 관계를 갖는다. 상기 유동간격(H)이 3mm 미만으로 너무 작으면 유체제트(74) 내부로 흡입되는 분위기 가스가 원활히 공급되기 어려워 충분한 동반기류를 발생하기 곤란하므로 피해야 한다. 반면에 유동간격(H)이 30mm를 초과하게 되면 유동간격(H) 내부의 기류 속도가 너무 느려지고 결국 유동간격(H) 부근 압력이 분사챔버(11)의 압력과 유사해지기 때문에 유체제트(74)가 분위기 가스를 흡입하기 곤란하다. 그러므로, 유동간격(H)은 3mm 내지 30mm, 바람직하게는 5mm 내지 20mm의 범위로 설정되는 것이 좋다.
상기 가스 순환통로(42)는 가스 순환챔버형성부(40)의 하단면에 소정 반경을 중심으로 다수개의 관통구멍으로 형성되며, 그 형상은 원, 타원 혹은 여러가지 다른 형상일 수 있다. 상기 가스 순환통로(42)의 설치 개수는 2개 이상이면 가능하나 분위기 가스의 유동 균일성 확보를 위해서 4개 이상인 것이 좋다. 분위기 가스의 유동 균일성 확보를 위해서 상기 가스 순환통로(42)의 설치 개수는 많은 것이 유리하나, 30개 이상을 설치하면 구조적으로 복잡해지고 상호간 유동 간섭이 발생해 분위기 가스의 유동 균일성 확보에 불리해질 수 있다. 그러므로, 가스 순환통로(42)의 설치 개수는 4개 내지 30개, 바람직하게는 8개 내지 20개의 범위가 좋다.
종래에는 유체제트를 분사할 때 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어 유체제트에 의한 내부 동반기류의 발생이 곤란하고 단지 유체제트만을 용탕줄기에 대해서 충돌시켜서 미세화시키는 방식이었다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 분사된 유체제트(74)에 둘러싸인 내부 공간이 개방되도록 하여 유체제트(74) 인접부에 발생하는 고속의 동반기류를 극대화함으로써 용탕줄기(62)를 일차로 미분화한 후 연속하여 고속의 유체제트(74)로 이차 분쇄함에 의해 분말 미세화 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 분사챔버(11) 내부를 채우고 있는 분위기 가스를 상기 가스 순환통로(42)를 통해 상기 가스 순환챔버(44) 내부로 빨아 당기는 흡입력을 증가시키기 위해서 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하단부에 내주면을 따라서 상방으로 고속의 가스를 흘려 보내 흡입유도 가스(76)의 흐름을 형성하도록 상기 가스 순환챔버(44) 내부의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 노즐(50a)을 더 구비할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 상기 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간이 분위기 가스를 더욱 용이하게 흡입할 수 있도록 상기 제1유체분사노즐(50)의 하단부에는 상기 유체제트(74) 내부 공간의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 파이프(68a-68c)를 더 구비할 수 있다. 상기 흡입유도 파이프(68a-68c)의 형상은 도 8a 내지 도 10b에 도시된 바와 같이, 원통형, 나팔형, 쌍곡면형, 혹은 직경을 증감시켜서 여러가지 형상으로 다양하게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 유체제트(74) 중심부로 분위기 가스를 흡입하여 유동시킬 때 분위기 가스의 유동 방향을 제어하기 위해서 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 가스 방향제어 블레이드(57,58)가 설치될 수 있다. 상기 가스 방향제어 블레이드(57,58)는 분위기 가스의 흐름을 반경 방향을 따라서 방사형으로 제어하거나 혹은 회전하는 형태로 제어하기 위해 적용한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 금속분말 미세화 효율을 더욱 향상시키기 위해서 제2유체분사노즐(80,80a)을 더 구비하여 이중 유체분사노즐을 적용할 수 있다.
첫번째 방안으로, 상기 합금 용해부(30)와 가스 순환챔버형성부(40) 사이에 제2유체분사노즐(80)을 더 구비하여 금속분말(66)의 미세화 효율을 개선할 수 있다. 두번째 방안으로, 상기 가스 순환챔버(44) 내부에 상기 제1유체분사노즐(50)의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐(80a)을 더 구비할 수 있다.
이하에서는, 도 1a 내지 도 3c를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치의 작동에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
종래 기술의 경우 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어 유체제트에 둘러싸인 내부 공간의 기류 유동은 유체제트의 표면부를 따라서 하강하고 용탕 줄기를 따라서 상승하여 제자리에서 맴돌게 된다. 그러므로 유체제트 충돌각도가 조금 커지거나 유량이 많아지면 위로 향하는 배압이 발생하여 잦은 조업 사고를 야기할 수 있다.
본 발명에서는 도 1a에 도시된 바와 같이 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간을 개방하여 분위기 가스를 분사챔버(11)에서 가스 순환챔버(44)의 내부로 이송하도록 유도하여 유체제트(74) 내측의 중심부로 흡입한 후, 최종적으로 원래 있던 분사챔버(11) 내부로 순환시켜서 종래 기술의 유체제트 내부 밀폐성으로부터 기인한 많은 문제점을 해결하고자 한다.
이를 실현하기 위해서 본 발명의 경우, 상기 합금 용해부(30)의 하단부와 상기 분사챔버형성부(10) 상단부 사이에 가스 순환챔버형성부(40)를 구비한다. 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 상단 중앙부는 합금 용해부(30) 하단에 장착된 상기 오리피스(34)에 의해서 관통되어 가스 순환챔버(44)의 중심부에서 상기 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해 용탕줄기(62) 형태로 자유 낙하할 수 있다. 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 하단부에는 다수개의 가스 순환통로(42)가 설치되어 상기 분사챔버(11) 내부에 채워져 있는 분위기 가스가 상기 가스 순환챔버(44) 내부로 흡입될 수 있다.
상기 분사챔버(11)에서 흡입된 분위기 가스는 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하부에서 상부쪽으로 유동하며, 방향을 바꿔 내측 상단면을 따라서 유동하다가 중심부에서 하방으로 순환하도록 제1유체분사노즐(50)의 상부면 내측에 곡면이 설정되어 있다. 이때, 제1유체분사노즐(50)은 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내부의 중심 하단에 위치하며, 그 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하도록 설치하며, 그 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기(62)에 대해서 고속의 유체제트(74)를 분사한다.
상기 분사챔버(11)에서 상기 가스 순환챔버(44)로 흡입된 분위기 가스는 분사된 고속의 유체제트(74)에 끌려와 동반기류(Entrainment Flow)(72)를 만들며, 이러한 동반기류(72)에 의해서 상기 제1유체분사노즐(50)의 중심부를 따라서 압력이 감소하게 된다. 그 결과, 제1유체분사노즐(50)의 중심부에서 낮아진 압력으로 인해 낙하하는 용탕줄기(62)를 빨아들이는 흡입력이 오리피스(34)와 제1유체분사노즐(50) 사이에 발생하여 용탕 액적(64)이 유체제트(74)와 함께 역류하거나 오리피스(34)에서 유출되는 용탕줄기(62)가 응고되어 막히는 현상이 거의 없어 조업 안정성이 현저하게 향상된다.
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치에서 금속분말의 제조공정과 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 합금 용해부(30)의 도가니(32) 내부에 금속용탕(60)을 준비하고, 분사챔버(11) 내부에는 질소(N2) 혹은 아르곤(Ar) 가스와 같은 분위기 가스를 채워 넣는다. 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해서 용탕줄기(62) 형태로 유출되고 가스 순환챔버형성부(40)와 제1유체분사노즐(50)의 중심부을 관통하여 자유낙하한다. 이때 제1유체분사노즐(50)에서 고속의 유체제트(74)를 용탕줄기(62)를 향해 분사하며, 분사하는 유체로는 액체 혹은 가스를 적용할 수 있다.
상기 액체형 유체로는 산업용수, 청정수, 전해수, 물+알코올 혼합수, 물+방청제 혼합수, 혹은 오일 등이 사용될 수 있으며, 가스형 유체로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He) 등의 불활성 가스, 질소+수소 등의 혼합가스 혹은 공기를 사용할 수 있다.
유체제트(74)가 고속으로 분사될 때 분위기 가스가 유체제트(74)의 표면부에서 함께 끌려와 동반기류(Entrainment Flow)(72)가 발생한다. 유체제트(74)의 속도가 빠르면 동반기류(72)의 속도도 비례해서 증가하게 되며 동반기류(72)의 속도가 빠르다면 그 주변부의 분위기 가스 압력은 낮아지게 된다. 이와 같이 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간의 압력이 분사챔버(11) 내부의 압력보다 낮아지면 분사챔버(11) 내부의 분위기 가스를 가스 순환챔버(44)로 끌어오려는 흡입력이 발생한다. 결국, 분위기 가스가 분사챔버(11)에서 가스 순환통로(42)를 통하여 가스 순환챔버(44) 내부로, 이어서 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간으로 유동하여 고속의 동반기류(72)로 변하게 된다.
본 발명에서는 상기한 동반기류(72)에 의해 분위기 가스가 분사챔버(11)에서 가스 순환통로(42)를 통하여 가스 순환챔버(44) 내부로 이동하고, 이어서 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간으로 유동하여 고속의 동반기류(72)로 변하는 분위기 가스 흐름(70)은 화살표와 같이 표시될 수 있다.
이러한 분위기 가스 흐름(70)에 의해 형성되는 고속의 동반기류(72)는 용탕줄기(62)를 일차적으로 분쇄하며, 연이어 유체제트(74)가 용탕줄기(62) 및 용탕줄기(62)의 1차 분쇄물에 충돌하여 미세한 금속 액적(64)으로 2차 분쇄하게 된다. 특히, 동반기류(72)는 용탕줄기(62)를 미세한 액적 상태로 넓은 영역으로 비산시키기 때문에 그 이후 유체제트(74)와 비산된 용탕 액적(64)이 충돌할 때 미세 액적의 합체 현상을 현저하게 줄일 수 있어 최종 금속분말(66)의 형상이 구형에 가깝고, 금속분말(66)의 입도 또한 작게 할 수 있다.
상기 동반기류(72)는 유체제트(74)와 함께 분사챔버(11) 내부로 분사되며 동반기류(72)는 분사챔버(11)를 채워주는 분위기 가스로 돌아간다. 이러한 분위기 가스는 연속적인 동반기류(72) 발생을 위해 다시 가스 순환챔버(44)로 유동하여 계속 순환하기 때문에 분말 제조 비용이 낮아지는 장점이 있다. 만일 유체제트(74)가 가스제트라면 분위기 가스로 합류되며, 유체제트(74)가 액체제트라면 분사챔버형성부(10)의 하부로 낙하하여 저장된다.
상기 제1유체분사노즐(50)에서 유체 공급 형태는 다음과 같이 두가지 유형으로 나눌 수 있다.
첫번째는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 제1실시예와 같이 한쌍의 유체공급관(53a,53b)을 상기 제1유체분사노즐(50)의 환형 몸체(51)에 방사방향으로 연결하여 유체를 환형 중공부(55)에 중심방향으로 공급한다. 즉, 한쌍의 유체공급관(53a,53b)을 통하여 유체를 환형 중공부(55)에 반경방향으로 공급하여 중심부를 향해 방사방향으로 유동시키면 환형의 유체 분사슬롯(52)을 통하여 유체제트(74)가 분사되는 경우이다.
두번째는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 제2실시예와 같이 한쌍의 유체공급관(53c,53d)을 상기 제1유체분사노즐(50)의 환형 몸체(51)에 접선방향으로 연결하여 유체를 환형 중공부(55)에 접선방향으로 공급하여 회전 유동시키는 경우이다.
첫번째 제1실시예 유형은 용탕줄기(62)에 대해서 소정의 충돌각도를 갖고서 충돌시켜 금속 액적(64)으로 분쇄하는 것으로 가장 일반적인 방법이다.
두번째 제2실시예 유형은 유체제트(74)가 회전하면서 충돌점을 향해 유동하기 때문에 유체가 액체일 경우 원심력의 영향으로 유체제트(74)가 최종적으로 서로 충돌하지 않고 나팔 형태로 벌어질 수 있다. 이러한 경우 동반기류(72)에 의해서 비산된 액적들이 회전하는 유체제트(74)에 의해서 분쇄되기 때문에 금속 액적(64)의 합체가 일어날 확률이 매우 작아지게 되어 더욱 구형의 금속분말(66)을 제조할 수 있다.
도 4a는 제1유체분사노즐(50)로부터 분사되는 유체제트(74)가 수분사일 때, 수제트의 분사속도를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 고속의 유체제트(74) 인접부에서 발생하는 동반기류(72)의 속도와 인접부 가스압력과의 상관관계를 설명하는 그래프이다.
도 4a를 참고하여 분사의 예를 들면, 물의 압력이 600bar일 때 제1유체분사노즐(50)에서 분사되는 수제트의 속도는 340m/s 수준이며, 물의 압력이 1000bar일 때 제1유체분사노즐(50)서 분사되는 수제트의 속도는 440m/s 수준으로 매우 빠르다. 직경 10μm급 금속분말(66)할 때 물의 압력은 1000bar 수준의 압력을 적용하기 때문에 분사된 수제트 인접부에서 발생하는 동반기류(72)의 속도 또한 매우 클 거라고 기대할 수 있다. 동반기류(72)의 속도가 커지면 주변의 가스압력은 작아지게 된다.
도 4b는 제1유체분사노즐(50)에서 분사되는 질소가스 속도와 질소가스 압력과의 상관관계를 보여주고 있다. 동반기류(72)의 속도가 300m/s가 된다면 가스 압력은 0.6bar 수준이 되어 40kPa 수준의 흡입력이 발생하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 가스 순환챔버(44) 내부의 가스 압력을 감소시켜 흡입력을 증가시키면 분위기 가스의 순환 유동에 의한 금속분말(66)의 미세화, 구형화 및 조업안정성 향상 효과를 극대화할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 가스 순환챔버(44)의 내부에 흡입유도 노즐(50a)을 적용하여 가스 순환챔버(44) 내주면의 인접부에 대한 압력을 감소시켜 분사챔버(11)에서 분위기 가스를 흡입하는 과정에서 유동 경로를 표시하여 설명하는 설명도 및 흡입유도 노즐(50a)을 통해서 분사챔버(11)의 분위기 가스를 가스 순환챔버(44) 내부로 흡입하는 경로를 보여주는 부분 확대 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참고하면, 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치에서는 상기 가스 순환챔버(44) 내부의 가스압력을 낮추기 위해 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 흡입유도 노즐(50a)을 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하부에 설치한다.
상기 흡입유도 노즐(50a)은 도 5b에 도시된 바와 같이 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하부에 환형의 중공부(48)를 형성하고, 중공부(48)로부터 분사되는 흡입유도가스(76)가 상기 가스 순환챔버(44)의 내주면을 따라 흐르도록 가스 순환챔버(44)의 내주면을 향하는 슬롯(49)이 중공부(48)와 연결되어 있다. 상기 슬롯(49)은 가스 순환챔버형성부(40)의 밑판(46)으로부터 연장돌기(47)가 가스 순환챔버(44)의 내주면을 따라 간격을 두고 연장됨에 따라 형성된다.
상기 중공부(48)에는 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이 가스 순환챔버형성부(40)의 외부에서 가스공급관(56a,56b)을 통하여 상기 분위기 가스와 동일한 흡입유도가스(76)가 고압으로 공급된다.
상기 코안다 효과란 유체가 곡면과 접촉하면서 흐를 때, 유체가 직선으로 흐르는 대신 곡면의 곡률을 따라서 유체가 흐르는 현상을 말하며, 흐르는 유체의 속도가 빠르게 되면 베르누이의 원리에 의하면 주변부의 압력이 감소한다.
상기 흡입유도 노즐(50a)에서 분위기 가스와 동일한 흡입유도가스(76)를 가스 순환챔버(44)의 내주면을 따라 고속으로 흘려 보내면 코안다 효과에 의해서 흡입유도가스(76)가 내주면의 곡률을 따라서 상방으로 흐르다가 수평 상단면을 따라 흐르고 마지막으로 중심부의 하방을 향해 유동하게 된다. 이때 분출된 고속의 흡입유도가스(76)의 가스 흐름 때문에 주변부에는 압력이 낮아지고 분사챔버(11) 내부를 채우고 있던 분위기 가스는 상대적으로 압력이 높아서 가스 순환통로(42)를 통하여 가스 순환챔버(44) 쪽으로 끌려 올라오게 된다.
코안다 효과를 최적화하는 설계를 하면 본래 흡입유도 노즐(50a)에서 분출된 흡입유도가스(76)의 가스량보다 최대 15배 수준의 분위기 가스 유량을 분사챔버(11)에서 흡입할 수 있다. 이와 같이 분사챔버(11)로부터 풍부한 유량의 분위기 가스를 흡입유도 노즐(50a)에서 분출된 흡입유도가스(76)와 함께 합쳐져서 유체제트(74)의 내부공간으로 보내지고 유체제트(74) 표면부에서 대량의 고속 동반기류(72)가 발생하기 때문에 분말 미세화 효율을 한층 향상시킬 수 있다.
상기 흡입유도 노즐(50a)을 적용하는 경우에도 상기 제1유체분사노즐(50)에서 유체의 공급 형태는 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 유체를 반경방향으로 공급하거나, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이 유체를 접선방향으로 공급하는 방안을 적용할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 제3 및 제4 실시예에서 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 도시된 제1 및 제2 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5실시예에 따른 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트(74) 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 원통형 흡입유도 파이프를 나타내고, 도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제6실시예에 따른 나팔형 흡입유도 파이프를 나타내며, 도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 쌍곡면형 흡입유도 파이프를 나타낸다.
도 8a 내지 도 10b를 참고하면, 유체제트(74)가 분사될 때 상기 제1유체분사노즐(50)의 하단부에 흡입유도 파이프(68a-68c)를 설치하면 상기 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 낮출 수 있다. 유체제트(74) 내부 공간의 압력이 감소하면 용탕줄기(62)를 유체제트(74) 내부로 빨아들이는 흡인력이 증가하게 되어 조업 안정성이 향상된다. 이와 동시에 유체제트(74)에 끌려오는 동반기류(72)의 속도 또한 가속화되어 생성되는 액적이 미세화되고 유체제트(74) 충돌에 의한 배압을 하방으로 밀어낼 수 있기 때문에 조업화 안정과 액적 미세화의 혼합 상승 효과가 나타난다.
상기 흡입유도 파이프(68a-68c)의 단면 형상으로는 각각 제5 내지 제7 실시예와 같이 원통형 흡입유도 파이프(68a), 나팔형 흡입유도 파이프(68b), 쌍곡면형 흡입유도 파이프(68c)이 대표적이며, 이외에도 흡입유도 파이프의 직경을 하방으로 가면서 일정하거나 혹은 증감시켜서 여러가지 형태를 적용할 수 있다.
상기 원통형 흡입유도 파이프(68a)는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 가장 보편적인 형태로 그 직경을 작게 그 길이를 길게 할수록 유체제트(74) 내부의 압력 감소에 유리하며, 유체제트(74)와 충돌을 감안하여 직경을 최소화하고 길이는 길게 하는 것이 필요하다.
유체제트(74)와의 충돌을 회피하기 위해서는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 나팔형 흡입유도 파이프(68b)를 적용하는 것이 필요하다. 특히 유체가 가스인 경우에는 고압의 가스가 분사되어서 팽창하기 때문에서 이러한 부피 팽창을 고려하여 나팔의 경사각을 결정해야 한다.
유체제트(74)의 유동을 따라서 가장 완벽하게 안내하고 저압을 기대할 수 있는 형상은 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 쌍곡면형 흡입유도 파이프(68c)이다. 유체제트(74)를 따라서 좁혀졌다가 유체제트(74) 충돌부 근처에서 확장하여 유체제트(74) 내부의 압력을 감소시키고 유체제트(74)의 형상이 일그러지지 않게 보호하는 역할을 하나 설계적인 측면에서 최소 직경 및 수직 위치별 직경을 결정하는데 어려운 문제가 있다.
도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c, 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제1유체분사노즐(50)에 유체를 반경방향으로 공급하거나, 혹은 유체를 접선방향으로 공급하여 분사되는 유체제트(74)가 선형 하방유동 혹은 회전형 하방유동을 갖게 하여 용탕줄기(62)를 분쇄하도록 하였다. 이러한 유체제트(74)의 유동형태에 맞추어 분위기 가스를 제1유체분사노즐(50) 중심부에 공급하면 동반기류(72)의 속도 향상에 유리하다.
본 발명에서는, 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 분위기 가스의 흐름을 제어하기 위해서 가스 방향제어 블레이드(57,58)를 설치한다.
첫번째 방안은 도 11a에 도시한 제8실시예와 같이, 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 복수의 가스 방향제어 블레이드(57)를 방사형으로 형성하는 것이다. 이 경우, 방사형 가스 방향제어 블레이드(57)에 의해 분위기 가스가 반경 방향을 따라서 방사형으로 균일하게 유동하도록 제어할 수 있다.
두번째 방안은 도 11b에 도시한 제9실시예와 같이, 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 복수의 가스 방향제어 블레이드(58)를 회전형으로 형성하는 것이다. 이 경우, 회전형 가스 방향제어 블레이드(58)에 의해 분위기 가스가 회전하는 형태로 균일하게 유동하도록 제어할 수 있다.
본 발명에서는 금속분말을 더욱 미세화 하기 위해서 이중 유체분사노즐을 적용할 수 있으며 다음과 같이 두가지 방안이 가능하다.
도 12에 도시한 제10실시예와 같이, 첫번째는 상기 합금 용해부(10)와 상기 가스 순환챔버형성부(40) 사이에 제2유체분사노즐(80)을 더 구비하는 것이며, 두번째는 도 13에 도시한 제11실시예와 같이, 상기 가스 순환챔버(44) 내부에서 상기 제1유체분사노즐(50)의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐(80a)을 더 구비하는 것이다.
도 12를 참고하면, 첫번째 방안은 제10실시예처럼 현장에서 적용하기 가장 용이하기 때문에 보편적으로 사용될 것이다. 다만, 도 13의 제11실시예처럼 오리피스(34)에서 유출되는 용탕의 응고를 방지하기 위해서 오리피스(34) 외경부에 유도가열장치(86)를 사용해야 하는 합금계가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 공간상 제약이 발생하여 첫번째 방안의 적용이 어렵고, 두번째 방안을 적용하는 것이 훨씬 용이하다.
또한, 도 13을 참고하면 제1유체분사노즐(50)과 제2유체분사노즐(80)에 사용되는 유체는 동일하거나 상이할 수 있으며, 제1유체분사노즐(50)에는 고압수를, 제2유체분사노즐(80)에는 고압 질소가스를 적용하는 것이 가장 효과적이다.
이 경우, 가스 순환챔버(44)의 중앙부분으로 제1유체제트(74) 및 제2유체제트(78)의 분사에 의해 가스 순환챔버(44)의 외곽부분은 분사챔버(11)와 비교하여 상대적으로 낮은 압력 상태가 형성되면서 부압이 발생한다. 따라서, 분사된 제1유체제트(74) 및 제2유체제트(78)에 의해서 가스 순환챔버(44)의 외곽부분과 중앙부분 사이의 압력 차이가 발생하며, 분사된 제1유체제트(74) 및 제2유체제트(78)를 따라서 가스 순환챔버(44)의 외곽으로부터 중앙으로 흐르는 동반기류(72)가 발생하기 때문에 분위기 가스 흡입력이 배가된다. 그 결과, 제2유체제트(78)에 의한 1차 분쇄, 연 이은 동반기류(72)에 의한 2차 분쇄, 최종적으로 제1유체제트(74)에 의한 3차 분쇄가 일어나 매우 미세한 금속 액적(64)이 생성되어 금속분말(66)로 응고된다.
상기와 같이 이중 유체분사노즐을 적용하는 경우에도 상기 제1유체분사노즐(50)에서 유체를 공급하는 형태는 도 14a 및 도 14b에 도시된 제12 및 제13 실시예, 도 15a 및 도 15b에 도시된 제14 및 제15 실시예와 같이 유체를 반경방향으로 공급하거나, 유체를 접선방향으로 공급하는 방안을 적용할 수 있다.
즉, 이중 유체분사노즐을 적용하는 경우에도 상기 제1 및 제2 유체분사노즐(50,80)에 제1 및 제2 유체를 공급하는 형태는 도 14a에 도시된 제12실시예와 같이 방사방향으로 유체공급관(53a,53b)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83a,83b)이 제2유체분사노즐(80)에 연결되거나, 도 14b에 도시된 제13실시예와 같이 접선방향으로 유체공급관(53c,53d)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83c,83d)이 제2유체분사노즐(80)에 연결될 수 있다.
또한, 도 15a에 도시된 제14실시예와 같이 상기 제1 및 제2 유체분사노즐(50,80a)에 제1 및 제2 유체를 공급하는 형태는 방사방향으로 유체공급관(53a,53b)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83a,83b)이 제2유체분사노즐(80a)에 연결되거나, 도 15b에 도시된 제15실시예와 같이 접선방향으로 유체공급관(53c,53d)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83c,83d)이 제2유체분사노즐(80a)에 연결될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 유체제트(74)에서 기인한 동반기류(72)와 고속의 유체제트(74)가 연속적으로 용탕줄기(62)를 분쇄함으로써 구형의 초미세 금속분말(66)을 용이하게 제조할 수 있으며, 동일 직경의 금속분말(66)을 제조하는 경우에 소요되는 유체소모량을 작게 할 수 있고 동반기류(72) 발생에 필요한 분위기 가스를 순환시켜 사용할 수 있어 경제적이며, 종래 분말제조 공정상 발생하는 배압에 의한 역류 및 오리피스(34) 막힘 현상을 현저하게 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.
<실시예>
SKD11(Fe-1.5C-12Cr-1Mo-0.5V) 냉간공구강 분말을 제조하기 위해서 SKD11 봉재를 유도용해로에서 50kg씩 용해하였다. 용해한 금속용탕은 1600℃에서 합금 용해부로 저장되고 도가니 하부의 오리피스를 통해 배출되며 분사챔버는 분위기 가스로서 질소가스를 채웠다.
분말 제조에 사용된 유체분사노즐은 비교예 1 과 비교예 2는 각각 자유낙하형 분사노즐을 적용하면서, 분사노즐에 공급되는 유체는 비교예 1 : 질소가스, 비교예 2 : 산업용수를 적용하였다. 실시예 1 내지 실시예 3은 본 발명에 따른 유체분사노즐을 적용하고, 유체분사노즐에 공급되는 유체는 실시예 1 : 질소가스, 실시예 2 : 산업용수, 실시예 3 : (산업용수+질소가스)를 적용하였다.
이때 오리피스의 내경은 4mm에서 4.5mm의 범위에 있으며, 각 유체분사노즐의 충돌각도는 15°로 동일하다. 분사 유체로서 질소가스의 압력은 10bar이고 초고압수의 압력은 900bar를 사용하였다.
상기한 조건으로 비교예 1 과 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 유체를 분사하면서 금속분말을 제조하고 각 유체분사노즐 적용에 따른 분말의 평균직경, 겉보기 밀도, 초미세분말 회수율 및 유체 소모량을 측정하고 적용된 유체가 질소가스인 경우는 하기 표 1에, 유체가 산업용수인 경우에는 표 2에 정리하였다.
구분 유체 종류 유체 압력
(bar)		 평균 직경
D50(μm)		 겉보기 밀도
(g/㎤)		 분말 회수율
(<45μm)		 유체 소모량
(㎥/분)
비교예 1 질소가스 10 112 3.77 17.0% 17.5
실시예 1 질소가스 10 65 3.84 33.8% 12.4
구분 유체 종류 제2유체 종류 유체 압력
(bar)		 평균 직경
D50(μm)		 겉보기 밀도
(g/㎤)		 분말 회수율
(<45μm)		 유체 소모량
(㎥/분)
비교예 2 산업용수 900 23 2.59 43.5% 135
실시예 2 산업용수 900 16 2.86 61.5% 135
실시예 3 상업용수 질소가스 900 12 3.05 75.8% 135
표 1에 기재된 바와 같이, 유체를 질소가스로 적용하는 경우에 비교예 1 공정과 비교하여 본 발명에 따른 실시예 1에서는 3D 프린팅 공정의 목표 입경 크기(45μm) 이하의 분말의 회수율이 17%에서 34%로 증가하였고, 사용하는 분사가스의 소요량은 오히려 분당 5.1m3가 절약되는 효과가 있는 것으로 나타났다. 상기와 같이 본 발명에 따른 실시예 1에서는 가스 소모량이 작음에도 불구하고 미세분말의 회수율이 증가하기 때문에 분말 제조에 있어 월등한 가격 경쟁력을 갖는 것으로 나타났다.
또한, 실시예 1의 경우 제조된 분말의 직경이 작아 졌음에도 불구하고 겉보기 밀도가 비교예 1에 따라 제조된 분말의 겉보기 밀도보다 더 증가하였다. 일반적으로 분말의 겉보기 밀도는 분말이 커지거나 형상이 구형이 될수록 증가한다. 따라서, 실시예 1에 따라 제조된 분말은 비교예 1에 따라 제조된 분말보다 훨씬 구형화된 것으로 판단할 수 있다. 결론적으로 실시예 1의 분말은 비교예 1로 제조된 분말에 비해서 분말 크기는 더욱 미세하며, 형상은 더욱 구형화되었고, 이를 달성하기 위한 가스 소모량은 작아도 되기 때문에 매우 경제적인 것으로 나타났다.
표 2에 기재된 바와 같이, 유체를 초고압 산업용수를 적용하는 경우에 비교예 2와 비교할 때, 본 발명에 따른 실시예 2는 초미세분 입경인 20μm 이하의 분말의 회수율이 43%에서 61%로 증가하게 되며, 이중 유체분사노즐을 적용한 실시예 3은 분말의 회수율이 75%까지 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 동일한 유체 압력 및 유체 사용량 조건에서 실시예 2 및 실시예 3은 초미세 분말의 회수율이 증가하기 때문에 초미세 분말 제조에 있어 월등한 가격 경쟁력을 갖는 장점이 있다.
또한, 실시예 2 및 실시예 3의 경우 제조된 분말의 평균 직경이 작아졌음에도 불구하고 겉보기 밀도는 비교예 2로 제조된 분말의 겉보기 밀도보다 더 증가한 것으로 나타났다. 일반적으로 분말의 겉보기 밀도는 분말이 커지거나 형상이 구형이 될수록 증가한다. 그러므로 실시예 3에 따라 제조된 분말은 비교예 2에 따라 제조된 분말보다 훨씬 구형화된 것으로 판단할 수 있다. 결론적으로 실시예 3의 분말은 비교예 2에 따라 제조된 분말에 비해서 분말 크기는 더욱 미세하며, 구형도가 증가되며, 초미세 분말 회수율이 향상되기 때문에 매우 경제적이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 유체를 고속으로 분사할 때 유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 유체제트에 의해서 재차 미세화함으로써 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도를 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조에 사용될 수 있다.
10: 분사챔버형성부 11: 분사챔버
12: 분사챔버 몸체 18: 금속분말 수집부
19: 배기구 30: 합금 용해부
32: 도가니 34: 오리피스
36: 유도용해로 40: 가스 순환챔버형성부
42: 가스 순환통로 44: 가스 순환챔버
45: 관통구멍 50: 제1유체분사노즐
53a-53d: 유체공급관 57,58: 가스방향 제어 블레이드
50a: 흡입유도노즐 60: 금속용탕
62: 용탕줄기 64: 금속 액적
66: 금속분말 68a-68c: 흡입유도 파이프
70: 분위기 가스 72: 동반기류
74,78: 유체제트 76: 흡입유도 가스
80,80a: 제2유체분사노즐 83a-83d: 유체공급관

Claims (13)

  1. 금속용탕을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 합금 용해부;
    상기 합금 용해부의 하부에 위치하며 상기 금속용탕이 오리피스를 통해 용탕줄기 형태로 내부로 자유 낙하하며, 바닥면에 복수의 가스 순환통로가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 형성된 가스 순환챔버를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부;
    상기 가스 순환챔버형성부의 내부 하단 중심부에 위치하며, 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부의 내측 상단면과 소정 간격을 유지하도록 설치하며, 상기 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기에 고속의 제1유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제1유체분사노즐;
    상기 가스 순환챔버형성부의 하단에 위치하며 상기 분위기 가스로 채워져 있고 상기 가스 순환통로를 통해서 상기 가스 순환챔버에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기가 파쇄되어 생성된 금속 액적을 냉각시켜 금속분말을 저장하는 분사챔버를 내부에 구비하는 분사챔버형성부; 및
    상기 가스 순환챔버의 내주면 하단부에 내주면을 따라서 상방으로 고속의 가스를 흘려보내 상기 가스 순환챔버 내부의 압력을 낮추기 위한 흡입유도 노즐;을 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체분사노즐의 하단부에는 상기 제1유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 파이프를 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡입유도 파이프는 그 직경이 하방으로 가면서 일정하거나 혹은 증감하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 순환챔버의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐 상단면 사이의 간격에 설치되며 상기 분위기 가스의 흐름을 반경 방향을 따라서 방사형으로 제어하거나 또는 회전하는 형태로 제어하기 위한 가스 방향제어 블레이드를 더 포함하는유체분사 금속분말 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 합금 용해부와 상기 가스 순환챔버형성부 사이에 배치되어 상기 용탕줄기에 제2유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제2유체분사노즐을 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2유체분사노즐로부터 분사되는 제2유체는 상기 제1유체분사노즐로부터 분사되는 제1유체와 동일한 고압수 또는 고압 가스인 유체분사 금속분말 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 순환챔버의 내부에 상기 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 상기 용탕줄기에 제2유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제2유체분사노즐을 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체분사노즐로부터 제1유체를 고속으로 분사할 때 제1유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류(Entrainment Flow)를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 제1유체제트에 의해서 재차 미세화하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체제트의 꼭지점 각도로 정의되는 제1유체분사노즐의 제1유체제트 충돌각도는 5° 내지 50°의 범위로 설정되는 유체분사 금속분말 제조장치.
  11. 제1항에 있어서,
    제1유체분사노즐의 상단면과 가스 순환챔버의 내측 상단면 사이의 유동간격(H)은 3mm 내지 30mm의 범위로 설정되는 유체분사 금속분말 제조장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체제트가 고속으로 분사될 때 분위기 가스가 제1유체제트의 표면부에서 함께 끌려와 동반기류(Entrainment Flow)가 발생하며, 상기 제1유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력이 분사챔버 내부의 압력보다 낮아지면 분사챔버 내부의 분위기 가스를 가스 순환챔버로 끌어오려는 흡입력이 발생하고, 분위기 가스가 분사챔버에서 가스 순환통로를 통하여 가스 순환챔버 내부로 흡인된 후, 제1유체제트로 둘러싸인 내부 공간으로 유동하여 고속의 동반기류로 변하며, 상기 고속의 동반기류는 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하며, 연이어 제1유체제트가 용탕줄기 및 용탕줄기의 1차 분쇄물에 충돌하여 미세한 금속 액적으로 2차 분쇄하는 유체분사 금속분말 제조장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 용탕줄기는 상기 제2유체제트에 의한 1차 분쇄, 연 이은 동반기류에 의한 2차 분쇄, 최종적으로 제1유체제트에 의한 3차 분쇄가 진행되어 미세한 금속 액적이 생성되어 금속분말이 형성되는 유체분사 금속분말 제조장치.
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