KR102602603B1 - 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치를 활용한 다중 아토마이저 장치 - Google Patents
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Abstract
금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 대한 것으로, 상기 금속 분말 분류장치의 외관을 형성하는 하우징부; 상기 하우징부의 외측 상단에 위치하고, 상기 금속 분말이 운동량을 함유하며 입사되는 투입부; 상기 투입부와 대향하는 위치에 형성되고, 상기 금속 분말이 포집되는 포집부;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
Description
본 발명은 아토마이저 장치 등에 의해서 생성된 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 대한 것이다.
특허문헌 001은 미세 금속 분말을 제조하기 위한 방법 및 아토마이저 장치를 제공한다. 본 발명은 가스 아토마이저 공정이 이루어진 금속 액적에 금속 분말을 타격시키는 금속 아토마이저 공정을 적용시켜 금속 분말을 생산한다. 본 발명의 금속 분말을 제조하기 위한 방법 및 아토마이저 장치는 가스 아토마이저 방식에 의해 형성되는 1차 금속분말(2)을 금속 분말을 분사하는 금속 아토마이저 방식의 물리적인 방법에 의해 2차 금속 분말(3)을 형성함으로써, 상용분말 소재의 특성 한계를 극복할 수 있는 0.1 ~ 10㎛ 크기를 갖는 금속 분말의 제조가 가능한 기술을 제공한다.
특허문헌 002는 단순한 장치 및 공정을 사용하여 금속의 파쇄가 가능한 동시에, 장치의 내구성 및 신뢰성을 유지하면서 파쇄된 금속 분말을 안전하고 경제적으로 취급할 수 있는 금속 분말 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금속 분말 제조장치는 금속 분말의 원재료인 금속 괴가 장입되는 반응용기; 상기 반응용기의 둘레에 배치되어 상기 반응용기에 장입된 금속괴를 가열하는 히팅부; 상기 반응용기와 연결된 매니폴드부; 상기 매니폴드부의 일측에 연결되고, 상기 매니폴드부에 진공을 형성하여 상기 반응용기의 기체를 외부로 배출시키는 진공장치부; 및 상기 매니폴드부의 타측에 연결되고, 상기 반응용기에 수소 또는 수소동위원소를 공급하는 수소 기체 공급부;를 포함하여 구성되며, 상기 금속 괴가 상기 수소 또는 수소동위원소를 흡장함으로써 상기 금속 분말로 파쇄되는 것을 특징으로 제공한다.
특허문헌 003은 가스 분무 금속 분말의 연속 생산을 위한 시스템 및 방법에 대한 것으로, 전기 아크로("EAF")로 공급되는 원료가 제어 온도에서 가열된 액체 금속으로 용융되며 불순물과 내포물은 별도의 액체 슬래그 층으로서 제거된다. 가열된 액체 금속은 EAF로부터 수동 가열 가능한 레이들로 제거되어, 정제 스테이션으로 이동되며, 이곳에서 유도 가열식 정제 유지 용기에 배치되며, 진공 산소 탈탄이 적용되어 액체 금속으로부터 탄소, 수소, 산소, 질소 및 다른 바람직하지 않은 불순물이 제거된다. 레이들 및 액체 금속은 이후, 제어하의 진공 및 불활성 분위기를 갖는 정제 스테이션/가스 분무기로 전달되며, 액체 금속이 제어 속도로 유도 가열식 분무 유지 용기로부터 가열식 턴디쉬로 주입된다. 고압 불활성 가스가 노즐을 통해 적용되어, 냉각되어 챔버에 형성된 바닥으로 낙하하는 액적으로서 구형 형상을 형성하는 금속 액적 스프레이를 생성한다. 액적을 포함하는 구형 분말은 스크린과 블렌더를 통해 챔버로부터 제거된 다음 크기 별로 분류되는 특징을 제공한다.
특허문헌 004는 금속분말 선별장치에 관한 것으로서, 특히 균일한 금속분말을 효과적으로 선별할 수 있는 금속분말 선별장치에 관한 것으로서, 분산액이 수용되는 수용공간이 형성되고, 상기 수용공간 내에 수평방향으로 배치되어 상기 분산액에 분산된 금속분말을 선별하기 위한 일정크기의 다공이 형성된 다공분리판이 구비된 분리조와; 상기 분리조의 수용공간 중 상기 다공분리판의 하측에 배치되어 상기 분산액에 분산된 금속분말을 일정한 자기력에 의해 하측으로 인력을 작용시키는 마그네틱부;를 포함하는 것을 특징으로 제공한다.
본 발명은 금속 와이어를 이용한 아토마이저 장치에서 생성된 금속 분말을 크기 및 질량에 따른 관성차이를 고려한 금속 분말 분류 장치 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명은 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 대한 발명이며, 상기 금속 분말 분류장치의 외관을 형성하는 하우징부; 상기 하우징부의 외측 상단에 위치하고, 상기 금속 분말이 운동량을 함유하며 입사되는 투입부; 및 상기 투입부와 대향하는 위치에 형성되고, 상기 금속 분말이 포집되는 포집부;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 포집부는 복수개가 형성되고, 복수개의 상기 포집부 각각은 서로 다른 크기의 금속 분말이 포집되는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 투입부는 아토마이저 장치의 분출노즐과 연동되고, 상기 아토마이저 장치는 금속 와이어가 내장되어 상기 금속 와이어를 선형으로 공급하는 제1 금속공급노즐과 제2 금속공급노즐로 구성되는 금속공급기; 상기 제1 금속공급노즐 및 제2 금속공급노즐에서 공급되는 상기 금속 와이어가 교차하는 지점으로 가스를 분사하는 가스공급노즐; 분사된 상기 가스에 의하여 생성된 금속 분말이 상기 가스와 함께 분출되는 상기 분출노즐;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 하우징부의 하단에 위치하고, 액화 아르곤(liquid argon)이 투입되는 냉각부;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 아토마이저 장치 등에 의하여 만들어진 생성 직후의 금속 분말을 크기 및 질량별로 분류하는 장치를 제공할 수 있다. 생성 직후의 금속 분말은 고온이어서 산소 등과 만나면 연소될 수도 있고, 분류 필터를 이용하더라도 필터가 제역할을 다하지 못하게 될 수 있다.
따라서, 금속 분말의 크기 및 질량에 따른 관성을 이용하여 자동적으로 금속 분말을 분류할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아르곤의 P(압력)-T(온도) 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 분말 분류장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아르곤의 P(압력)-T(온도) 상태도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
(실시예 1-1) 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 있어서, 상기 금속 분말 분류장치의 외관을 형성하는 하우징부(100); 상기 하우징부(100)의 외측 상단에 위치하고, 상기 금속 분말(10)이 운동량을 함유하며 입사되는 투입부(200); 상기 투입부(200)와 대향하는 위치에 형성되고, 상기 금속 분말(10)이 포집되는 포집부(300);를 포함한다.
본 발명의 금속 분말 분류장치는 하우징부(100), 투입부(200), 포집부(300)를 포함한다. 하우징부(100)는 도 1 및 도 2를 참조하면, 중력방향으로 길게 형성될 수 있다. 또한, 외측 상단에는 투입부(200)가 형성될 수 있다. 투입부(200)를 통해서는 금속 분말(10)이 속도를 함유하며 입사될 수 있다. 투입부(200)로 입사된 금속 분말(10)은 운동 방향에 위치하고, 하우징부(100)와 연통되는 포집부(300)로 포집될 수 있다. 후술하는 바와 같이 포집부(300)의 위치에 따라 금속 분말(10)의 크기별로 분류될 수 있다.
(실시예 1-2) 실시예 1-1에 있어서, 상기 하우징부(100)는 내부공간(101)을 구비하고, 상기 투입부(200)를 통해 상기 내부공간(101)으로 상기 금속 분말(10)이 투입된다.
(실시예 1-3) 실시예 1-1에 있어서, 상기 투입부(200)는 복수개가 형성되고, 상기 복수의 투입부(200)들은 상기 하우징부(100)를 기준으로 서로 다른 높이에 형성된다.
(실시예 1-4) 실시예 1-3에 있어서, 상기 복수의 투입부(200)들은 상기 하우징부(100)를 기준으로 서로 다른 수평 위치에 형성된다.
본 발명의 하우징부(100)는 내부공간(101)을 구비하여 상기 투입부(200)를 통하여 금속 분말(10)이 내부공간(101)으로 입사되는 구성일 수 있다. 내부공간(101)으로 입사된 금속 분말(10)들은 포집부(300)로 포집되거나, 하우징부(100)의 하부로 이동할 수 있다.
또한, 본 발명의 투입부(200)는 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 투입부(200)들은 하우징부(100)를 기준으로 서로 다른 높이에서 형성될 수 있고, 나아가 서로 다른 수평 위치에 형성될 수 있다. 이러한 위치관계는 도 1을 참조하면 보다 명확하게 이해할 수 있다. 도 1은 3개의 투입부(200)가 구비되고, 서로 다른 높이, 그리고 같은 높이에 있다고 가정하더라도 서로 다른 수평위치에 형성될 수 있다. 바람직하게는 수평적으로 등간격으로 위치할 수 있다.
이와 같이 복수의 투입부(200)들의 위치관계는 복수의 투입부(200)들 에서부터 운동량을 함유하고 있는 금속 분말(10)들이 입사되는 과정에서 서로 다른 투입부(200)에서 입사된 금속 분말(10)들이 서로 충돌하는 것을 차단하기 위함이다. 금속 분말(10)들이 서로 충돌할 경우, 금속 분말(10)들이 포집부(300)에 포집되는 것을 차단할 수 있기 때문이다.
(실시예 2-1) 실시예 1-1에 있어서, 상기 포집부(300)는 복수개가 형성되고, 복수개의 상기 포집부(300) 각각은 서로 다른 크기의 금속 분말(10)이 포집된다.
(실시예 2-2) 실시예 2-1에 있어서, 상기 복수개의 포집부(300)는 상기 하우징부(100)를 기준으로 같은 높이 및 서로 다른 위치에 형성된다.
본 발명의 포집부(300)는 투입부(200)에서 입사된 금속 분말(10)이 금속 분말(10)의 운동 방향에 위치한 개구부를 의미할 수 있다. 복수의 포집부(300)는 크기가 서로 다른 금속 분말(10)이 분별되면서 각각 포집되어질 수 있다. 이는 물리적인 해석에 의한 것으로, 분말의 크기 및 질량이 큰 입자는 관성의 성질을 보다 많이 내포하고 있어, 운동하는 과정에서 휘어지는 정도가 적을 수 있다. 따라서, 투입부(200)로 입사되는 금속 분말(10)의 초기 속도 방향의 연장선과 가장 근접한 위치에 형성되는 포집부(300)에 크기 및 질량이 큰 금속 분말(10)이 입사되면서 포집되어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 투입부(200)로 입사되어진 다양한 크기의 금속 분말(10)이 크기별로 휘어지는 정도가 상이하여 복수의 포집부(300) 각각에 크기가 분별되면서 포집되어질 수 있다.
(실시예 3-1) 실시예 1-1에 있어서, 상기 투입부(200)는 아토마이저 장치(500)의 분출노즐(530)과 연동되고, 상기 아토마이저 장치(500)는 금속 와이어(513)가 내장되어 상기 금속 와이어(513)를 선형으로 공급하는 제1 금속공급노즐(511)과 제2 금속공급노즐(512)로 구성되는 금속공급기(510); 상기 제1 금속공급노즐(511) 및 제2 금속공급노즐(512)에서 공급되는 상기 금속 와이어(513)가 교차하는 지점으로 가스를 분사하는 가스공급노즐(520); 분사된 상기 가스에 의하여 생성된 금속 분말(10)이 상기 가스와 함께 분출되는 상기 분출노즐(530);을 포함한다.
(실시예 3-2) 실시예 3-1에 있어서, 상기 분출노즐(530)과 상기 투입부(200)는 수평적인 위치관계로 연동된다.
(실시예 3-3) 실시예 3-1에 있어서, 상기 분출노즐(530)에서 분출되는 상기 금속 분말(10)의 확산각도를 조정하는 노즐 엑츄에이터(531);를 포함한다.
(실시예 3-4) 실시예 3-1에 있어서, 상기 가스공급노즐(520)에서 공급되는 가스의 유속을 조정하는 가스 엑츄에이터(521);를 포함한다.
(실시예 3-5) 실시예 3-3 또는 실시예 3-4에 있어서, 상기 투입부(200)의 입구에 위치하고, 상기 금속 분말(10)의 분출 범위를 센싱하는 이미지 센서(210);를 포함한다.
(실시예 3-6) 실시예 3-5에 있어서, 상기 이미지 센서(210)의 측정값에 따라 상기 노즐 엑츄에이터(531) 또는 상기 가스 엑츄에이터(521)를 제어한다.
본 발명의 금속 분말(10) 분류장치는 금속 분말(10)을 생성하는 아토마이저 장치(500)와 연동될 수 있다. 도 3을 참조하면, 금속 분말(10) 분류장치의 투입부(200)에 아토마이저 장치(500)의 분출노즐(530)이 연동될 수 있다. 아토마이저 장치(500)로부터 생성되는 금속 분말(10)은 가스공급노즐(520)에서 분사되는 가스에 의하여 운동량을 함유한 상태로 분출노즐(530)을 통해 분출될 수 있다. 분출된 금속 분말(10)들은 상술한 바와 같이 포집부(300)로 이동되어질 수 있다.
또한, 분출노즐(530)과 투입부(200)는 수평적인 위치관계에서 연동되어질 수 있다. 일반적으로 아토마이저 장치는 용융된 액체 상태의 금속을 중력에 의해 낙하하는 과정에서 가스를 분사하여 금속 분말(10)을 생성한다. 다만, 본 발명의 아토마이저 장치(500)는 복수의 금속 와이어(513)를 교차한 상태에서 고압의 전압을 인가하여 플라즈마를 형성되고 이 과정에서 가스를 분사함으로써 금속 분말(10)을 생성할 수 있다. 이러한 기술적 차이에 활용하여 아토마이저 장치(500)를 수평으로 위치시켜서 투입부(200)와 연동시킬 수 있는 기술적 특징을 확보할 수 있다.
분출노즐(530)에서 분출되는 금속 분말(10)은 분출노즐(530)이 개구된 정도, 가스공급노즐(520)에서 분사되는 가스의 유속 등에 따라 분출되어지는 범위가 변동될 수 있다. 예컨대, 분출노즐(530) 개구부의 직경이 작거나, 분사되는 가스의 유속이 클수록 분출되는 금속 분말(10)들의 분출 범위가 좁아질 수 있다. 따라서 포집부(300)에 금속 분말(10)들을 입사시키기 위하여 분출 범위를 조정할 필요가 있고, 이를 위해 본 발명은 노즐 엑츄에이터(531) 또는 가스 엑츄에이터(521)를 더 포함할 수 있다. 노즐 엑츄에이터(531)는 분출노즐(530)의 개구부의 크기를 조정할 수 있는 구성이고, 가스 엑츄에이터(521)는 분사 가스의 유속을 조정할 수 있는 구성을 수 있다.
또한, 투입부(200)의 입구에는 금속 분말(10)들의 분출 범위를 센싱하는 이미지 센서(210)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(210)는 금속 분말(10)의 분출 범위, 예컨대 분출 각도를 측정할 수 있다. 미리 설정된 값에 따라 분출 각도가 설정된 값과 비교하여 크거나 작으면 노즐 엑츄에이터(531) 또는 가스 엑츄에이터(521)를 제어하여 원하는 분출 범위를 확보할 수 있다.
(실시예 4-1) 실시예 3-1에 있어서, 상기 하우징부(100)의 하단에 위치하고, 액화 아르곤(liquid argon)이 투입되는 냉각부(400);를 포함한다.
(실시예 4-2) 실시예 4-1에 있어서, 상기 액화 아르곤은 기화되는 과정에서 주변을 냉각하고, 기화된 아르곤이 상기 하우징부(100)의 외부로 배출되는 가스 배출구(110);를 포함한다.
(실시예 4-3) 실시예 4-2에 있어서, 상기 가스 배출구(110)는 상기 아토마이저 장치(500)와 연동되어 상기 기화된 아르곤은 상기 가스공급노즐(520)을 통해 상기 분출노즐(530)로 분출된다.
본 발명의 냉각부(400)는 아토마이저 장치(500)에서 분출된 금속 분말(10)을 냉각시키는 구성일 수 있다. 일반적으로 아토마이저 장치(500)에서 생성된 직후의 금속 분말(10)은 고온이며, 이러한 금속 분말(10)은 공기 중의 산소 등과 반응하여 연소가 될 수 있고, 그 외 고온에서 불필요한 여러 화학반응이 일어날 수 있다. 이를 차단하기 위하여 생성된 직후 금속 분말(10)을 냉각시킬 필요가 있고, 본 발명의 냉각부(400)에서는 액화 아르곤을 이용하여 금속 분말(10)을 냉각시킬 수 있다.
아르곤은 도 5를 참조하면, 고압에서 액체상태로 유지될 수 있고, 아르곤이 대기압으로 노출되면, 압력이 급격하게 낮아지면서 기화될 수 있다. 기화되는 과정에서 주변의 열을 흡수하여, 주변을 냉각시킬 수 있다. 이것이 본 발명의 냉각부(400)의 냉각 원리일 수 있다. 기화된 아르곤은 가스 배출구(110)를 통해 하우징부(100) 외부로 배출될 수 있다. 가스 배출구(110)는 하우징부(100)의 상단에 위치할 수 있다. 가스 배출구(110)로 배출된 아르곤 가스는 순환관(111)을 통해 추후 아토마이저 장치(500)와 연동되어 아토마이저 장치(500)의 가스공급노즐(520)로 이동되어 분출노즐(530)에서 분출될 수 있다.
이렇듯, 아토마이저 장치(500)의 가스공급노즐(520)에서 배출되는 기체인 아르곤 가스는 다시 하우징부(100)로 유입되고, 다시 가스 배출구(110)로 회수되어 재활용될 수 있다. 또한, 냉각부(400)를 통해 공급된 액화 아르곤도 냉각의 역할과 가스공급노즐(520)로 공급되는 역할을 모두 수행할 수 있으므로, 본 발명의 아르곤의 활용도를 극대화 시킬 수 있다.
또한 아토마이저 장치(500)의 가스공급노즐(520)에서 분사되는 가스는 일반적으로 비활성기체일 수 있다. 비활성기체는 반응성이 적어 융융된 고온의 금속과도 반응하지 않을 수 있어, 순수한 금속 분말(10)을 생성할 수 있는 역할을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 하우징부 101 : 내부공간
110: 가스 배출구 111 : 순환관
200 : 투입부 210 : 이미지 센서
300 : 포집부 400 : 냉각부
500 : 아토마이저 장치 510 : 금속공급기
513 : 금속 와이어 520 : 가스공급노즐
530 : 분출노즐 531 : 노즐 엑츄에이터
110: 가스 배출구 111 : 순환관
200 : 투입부 210 : 이미지 센서
300 : 포집부 400 : 냉각부
500 : 아토마이저 장치 510 : 금속공급기
513 : 금속 와이어 520 : 가스공급노즐
530 : 분출노즐 531 : 노즐 엑츄에이터
Claims (4)
- 금속 분말을 크기별로 분류하는 금속 분말 분류장치에 있어서,
상기 금속 분말 분류장치의 외관을 형성하는 하우징부(100);
상기 하우징부(100)의 외측 상단에 위치하고, 상기 금속 분말(10)이 운동량을 함유하며 입사되는 투입부(200);
상기 투입부(200)와 대향하는 위치에 형성되고, 상기 금속 분말(10)이 포집되는 포집부(300); 및
상기 하우징부(100)의 하단에 위치하고, 액화 아르곤(liquid argon)이 투입되는 냉각부(400);를 포함하고,
상기 투입부(200)는 아토마이저 장치(500)의 분출노즐(530)과 연동되며,
상기 아토마이저 장치(500)는 금속 와이어(513)가 내장되어 상기 금속 와이어(513)를 선형으로 공급하는 제1 금속공급노즐(511)과 제2 금속공급노즐(512)로 구성되는 금속공급기(510);
상기 제1 금속공급노즐(511) 및 제2 금속공급노즐(512)에서 공급되는 상기 금속 와이어(513)가 교차하는 지점으로 가스를 분사하는 가스공급노즐(520);
분사된 상기 가스에 의하여 생성된 금속 분말(10)이 상기 가스와 함께 분출되는 상기 분출노즐(530);을 포함하고,
상기 분출노즐(530)과 상기 투입부(200)는 수평으로 위치시켜 연동되도록 형성하며,
상기 투입부(200)의 입구에 위치하고, 상기 금속 분말(10)의 분출 범위를 센싱하는 이미지 센서(210);를 포함하고,
상기 액화 아르곤은 기화되는 과정에서 주변을 냉각하고, 기화된 아르곤이 상기 하우징부(100)의 외부로 배출되는 가스 배출구(110);를 포함하고,
상기 가스 배출구(110)는 상기 아토마이저 장치(500)와 연동되어 상기 기화된 아르곤은 상기 가스공급노즐(520)을 통해 상기 분출노즐(530)로 분출되도록 구비하는 것을 포함하는 금속 분말 분류장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 포집부(300)는 복수개가 형성되고, 복수개의 상기 포집부(300) 각각은 서로 다른 크기의 금속 분말(10)이 포집되는 금속 분말 분류장치.
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