KR20000042174A - 판재 제조용 선형가스 분무주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3개 또는 그 이상의 선형가스분무기를 나란히 중첩하게 적용하여 적층되는 스프레이의 질량 분포를 균일하게 함으로써 판재의 두께와 미세조직을 균일하게 유지하면서도 광폭의 합금판재를 제조할 수 있는 판재 제조용 선형가스 분무주조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판(42)의 이동방향과 수직한 방향으로 선형가스분무기(41)를 3개 또는 그 이상를 나란히 배열하고 절반 이내씩 중첩시켜 배열하여 각각의 스프레이(44)를 서로 중첩시켜 적층함으로써 두께가 균일한 광폭의 합금판재(45)를 제작한다. 그리고, 합금판재(45)의 기공발생을 방지하도록 기판(42)에는 다수개의 예열장치(46)를 배치한다.

Description

판재 제조용 선형가스 분무주조장치

본 발명은 판재 제조용 선형가스 분무주조장치에 관한 것이며, 특히, 다수개의 선형가스분무기를 적용하여 판재의 두께를 균일하게 유지하면서도 광폭의 합금판재를 제조할 수 있는 판재 제조용 선형가스 분무주조장치에 관한 것이다.

분무주조 공정은 금속용탕을 고압의 가스로 분무화(atomization) 시킨 후, 낙하하는 미세한 분무액적을 반응고 상태로 하부의 기판(substrate)에 적층시켜 봉상, 관상 및 판상의 합금 성형체를 제조할 수 있는 최신의 합금제조방법이다. 이중에서 판재 제조의 경우 균일한 두께를 얻는 것은 매우 중요하며, 특히, 상업성의 의미에서 광폭의 판재 제조는 필수불가결한 요소기술이다. 이러한 판재의 두께 및 폭의 제어는 가스분무기의 형상 설계 및 수량에 의해서 제어가 가능하다.

도 1은 종래기술에 따른 판재 제조용 분무주조장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도로서, 미국특허 제5,240,061호 및 미국특허 제5,343,926호에 기술되어 있다.

도 1에 보이듯이, 용해로(11)에서 금속용탕을 상부 턴디쉬(12)에 붓고 상부 턴디쉬(12)에 장착된 스토퍼(14)의 제어를 통해서 하부 턴디쉬(13)의 탕면 높이를 일정하게 유지한다. 그리고, 하부 턴디쉬(13)의 용탕 오리피스(15)를 통해 용탕이 하부로 흘러나올 때 고압 가스공급관(16)과 연결된 가스분무기(17)에서 고속의 가스 제트가 분무되어 낙하하는 용탕을 분무화 시킨다. 이 때, 챔버(18)의 하부에 장착된 기판(19)이 양단 롤러(20)의 회전과 함께 수평운동을 하게 되며, 적층된 분무 용탕은 판재(28)를 형성하면서 좌측으로 이동하며 연속적으로 판재를 제조한다.

또한, 생산성을 증가시키기 위해서 도 1에서 도시한 바와 같이 가스분무기(17)를 2개 장착할 수도 있다. 그리고, 기판(19)의 한 쪽의 측면에는 기판(19)이 차가울 경우 제조되는 판재의 저면에 기공이 발생하는 것을 예방할 수 있도록 가열장치(29)가 설치되어 있다. 이 때, 판재의 두께는 분무용탕 유출속도와 기판의 이동속도의 비에 의해서 결정된다.

또한, 도 2는 선형가스분무기를 이용한 판재제조방법을 도시한 개략도로서, N.J. Grant, Casting of Near Net Shape Products, Ed. by Y. Sahai et al., Metallurgical Society, Warrendale, PA, pp.203-221 (1988)에 기술되어 있다. 이 기술내용을 간단히 살펴보면, 용해로에서 금속용탕을 턴디쉬(23)에 붓고 턴디쉬(23)의 선형 용탕 오리피스를 통해 용탕이 하부로 흘러나올 때 고압 가스공급관과 연결된 선형가스분사기(24)에서 고속의 가스 제트가 나와 낙하하는 용탕을 분무화 시킨다. 이 때, 하부에 장착된 기판(25)이 수평운동을 하게 되며 적층된 분무 용탕은 판재(26)를 형성하면서 좌측으로 이동하여 연속적으로 판재를 제조한다. 이 경우 판재의 너비(폭)는 선형가스분무기(24)의 너비와 비례하게 되며, 판재의 두께는 분무용탕 유출속도와 기판의 이동속도의 비에 의해서 결정된다.

그러나, 앞서 설명한 종래의 두 가지 장치는 다음과 같은 문제점 갖고 있다.

첫째, 균일한 두께를 갖는 판재를 제조할 수 없다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 종래의 환형가스분무기(31)의 스프레이(32)는 일종의 가우시안 분포를 갖고 있어 중앙에 훨씬 더 많은 질량이 존재하게 된다. 이러한 경우 기판(33)위에 적층되는 판재(34)의 단면 형상은 중심은 두껍고, 가장자리로 감에 따라 급격히 얇아지게 된다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 선형가스분무기(35)의 경우에도 스프레이(36)의 질량 분포가 길쭉한 마름모꼴을 나타내기 때문에 기판(37)에 적층되는 판재(38)의 단면 형상은 길쭉한 이등변 삼각형 모양이 된다. 이와 같이 상기 두 장치 모두 일정한 두께를 갖는 판재의 제조에는 효과적이지 못하다.

둘째, 광폭의 판재를 제조하기 어렵다.

판재 제조에 있어 일정 수준의 폭은 확보되야 공업적 경제성을 갖게 된다. 그러나, 종래의 환형가스분무기(31)는 스프레이의 폭이 한정되기 때문에 최대 15cm 폭 이상의 판재 제조가 불가능하다. 또한, 선형가스분무기(35)를 적용하는 경우에도 용탕의 표면 장력 때문에 선형 오리피스에서 유출된 용탕이 선형으로 그대로 유지되기 어렵고 그 길이 또한 한정되기 때문에 광폭의 판재 제조에는 부적합하다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 3개 또는 그 이상의 선형가스분무기를 나란히 중첩하게 적용하여 적층되는 스프레이의 질량 분포를 균일하게 함으로써 판재의 두께와 미세조직을 균일하게 유지하면서도 광폭의 합금판재를 제조할 수 있는 판재 제조용 선형가스 분무주조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 판재 제조용 분무주조장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고,

도 2는 선형가스분무기를 이용한 판재제조방법을 도시한 개략도이고,

도 3a는 환형가스분무기를 이용한 판재 제조용 분무주조장치의 원리를 도시한 개략도이고,

도 3b는 선형가스분무기를 이용한 판재 제조용 분무주조장치의 원리를 도시한 개략도이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 판재 제조용 선형가스 분무주조장치의 구성요소들을 설명하기 위한 사시도이고,

도 5는 도 4에 도시된 분무주조장치의 각각의 가스분무기의 스프레이 질량 분포와 이들의 중첩을 나타내는 설명도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

41 : 선형가스분무기 42 : 기판

43 : 가스공급관 44 : 스프레이

45 : 합금판재 46 : 예열장치

51 : 턴디쉬 52 : 용탕 오리피스

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판의 이동방향과 수직한 방향으로 선형가스분무기를 3개 또는 그 이상를 나란히 배열하고 절반 이내씩 중첩시켜 배열하여 각각의 스프레이를 서로 중첩시켜 적층함으로써 두께가 균일한 광폭의 합금판재를 제작한다.

또한, 본 발명은 상기 합금판재의 기공발생을 방지하도록 기판에는 다수개의 예열장치가 배치되어 있는 것이 양호하다.

아래에서, 본 발명에 따른 판재 제조용 선형가스 분무주조장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 판재 제조용 선형가스 분무주조장치의 구성요소들을 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 분무주조장치의 각각의 가스분무기의 스프레이 질량 분포와 이들의 중첩을 나타내는 설명도이다.

도 4에 보이듯이, 본 발명의 판재 제조용 선형가스 분무주조장치는 기판(42)의 이동방향에 수직한 방향으로 선형가스분무기(41)를 다수개 나란히 중첩되게 장착하여 기판(42)위에 뿌려지는 용탕의 질량 분포를 균일하게 해 적층 높이를 일정하게 하도록 되어 있다. 즉, 턴디쉬(51)의 용탕 오리피스(52)를 통해 용탕이 하부로 흘러나올 때 고압 가스공급관(43)과 연결된 가스분무기(41)에서 고속의 가스 제트가 나와 낙하하는 용탕을 분무화시킨다. 즉, 평판 기판(42)이 일정한 속도로 이동할 때, 각 스프레이(44)는 서로 반씩 중첩되면서 유입되는 위치별 질량이 균일하게 되어 두께가 일정한 광폭 판재(45)를 형성하게 된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 선형가스분무기(41)의 용탕 스프레이(44)는 지량이 중심에 몰려 있어 적층시 이등변 삼각형 모양의 단면 높이를 만든다. 이러한 다수개의 스프레이(44)를 서로 절반 이내로 중첩시키면 균일한 두께의 평판(45)을 형성할 수 있다. 그리고, 정해진 폭의 판재 제조에 있어 적층되는 판재의 두께는 전체 용탕 유출속도에 대한 기판의 이동속도 비에 의해 결정된다. 일반적으로 용탕의 유출속도 보다는 기판(42)의 수평이동속도를 제어하는 것이 용이하며 공업적으로 정확도를 유지할 수 있다. 그리고, 판재의 폭은 선형가스분무기(41)의 길이 및 개수에 의해서 결정된다. 이 때, 장착된 가스분무기(41)의 수를 증가시키면 판재의 폭을 증가시킬 수 있으며, 이때 가스분무기(41)의 길이를 증가시키면 광폭의 판재를 쉽게 제조할 수 있다.

또한, 기판(42)이 너무 차가운 경우 제조되는 판재의 저면에 기공이 발생할 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 스프레이(44)가 적층되기 전에 기판(42)을 예열할 필요가 있으며, 예열장치(46)는 산소-아세틸렌 토치, 플라즈마 토치, 유도 가열장치 등을 사용할 수 있다. 그리고, 광폭의 판재 제조에 있어 예열장치 하나로는 부족하며 기판(42)의 폭 방향으로 전체에 걸쳐 고르게 예열할 수 있도록 다수개를 장착할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 판재 제조용 선형가스 분무주조장치는 다수의 선형가스분무기를 적용하고 각각의 스프레이를 반씩 중첩시켜 질량 분포를 균일하게 하여 하부의 기판에 적층시킴으로써 보다 정밀하게 제어된 두께를 유지하면서도 광폭의 합금판재를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 판재 제조용 선형가스 분무주조장치는 선형가스분무기의 수량을 조절하여 판재의 폭을 보다 용이하게 조절할 수 있고, 다수개의 선형가스분무기를 적용함으로써 작업 생산성이 매우 우수하다.

이상에서 본 발명의 판재 제조용 선형가스 분무주조장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (2)

1. 금속용탕을 고압의 가스로 분무화 시킨 후 기판에 적층시켜 합금판재를 제조하는 분무주조장치에 있어서,

   기판의 이동방향과 수직한 방향으로 선형가스분무기를 3개 또는 그 이상를 나란히 배열하고 절반 이내씩 중첩시켜 배열하여 각각의 스프레이를 서로 중첩시켜 적층함으로써 두께가 균일한 광폭의 합금판재를 제작하는 것을 특징으로 하는 판재 제조용 선형가스 분무주조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금판재의 기공발생을 방지하도록 기판에는 다수개의 예열장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 판재 제조용 선형가스 분무주조장치.