KR20020051465A - 분무주조설비의 분말주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모재 내에 주입하고자 하는 강화용 분말을 고압의 고압가스공급관 내에 직접 주입하여 분말의 주입효율을 증가시키고, 분무성형체 내에서의 분말분포특성을 향상시키며, 반응성 분무성형의 경우에는 용탕과 분말의 반응효율을 증가시키고, 그리고 별도의 분말주입 노즐을 사용하지 않으므로 제조공정을 간단하게 이룰 수 있도록 하는 분무주조설비의 분말주입장치에 관한 것으로,

특히, 금속용탕을 고압의 가스로 분무화 시킨 후 판재에 적층시켜 합금판재를 제조하는 분무주조장치에 연결설치되어 분무성형법(Spray forming)에 의한 복합재료나 분산강화 합금 제조시 모재내에 강화용 분말을 주입하기 위한 분말주입장치에 있어서, 선단에 형성되어 있는 노즐(12)은 고압가스공급관(6)의 내부에 삽입되어 있고, 후단은 고압의 불활성가스를 유입할 수 있도록 연결되어 있는 분말주입관(13)과; 일정량의 강화용 분말을 저장할 수 있도록 형성되어 있되, 상기 분말주입관(13)의 상부 일정부위에 연결설치되어 있는 분말용기(14)와; 상기 분말용기(14)의 하부에 설치되어 분말주입관(13)에 일정량의 분말을 불출시킬 수 있도록 하는 분말제어장치(15)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

분무주조설비의 분말주입장치{POWDER-INJECTING EQUIPMENT IN SPRAY FACILITIES}

본 발명은 분무주조설비의 분말주입장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모재 내에 주입하고자 하는 강화용 분말을 고압의 고압가스공급관 내에 직접 주입하여 분말의 주입효율을 증가시키고, 분무성형체 내에서의 분말분포특성을 향상시키며, 반응성 분무성형의 경우에는 용탕과 분말의 반응효율을 증가시키고, 그리고 별도의 분말주입 노즐을 사용하지 않으므로 제조공정을 간단하게 이룰 수 있도록 하는 분무주조설비의 분말주입장치에 관한 것이다.

일반적으로 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 3은 종래기술에 따른 판재 제조용 분무주조장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도로서, 미국특허 제5,240,061호및 미국특허 제5,343,926호에 기술되어 있다.

도 3에 도시된 바와같이, 용해로(1)에서 금속용탕을 상부 턴디쉬(2)에 붓고상부 턴디쉬(2)에 장착된 스토퍼(4)의 제어를 통해서 하부 턴디쉬(3)의 탕면 높이를 일정하게 유지한다.

그리고, 하부 턴디쉬(3)의 용탕 오리피스(5)를 통해 용탕이하부로 흘러나올 때 고압가스공급관(6)과 연결된 가스분무기(7)에서 고속의 가스 제트가 분무되어 낙하하는 용탕을 분무화 시킨다.

이 때, 챔버(8)의 하부에 장착된 벨트(9)는 양단 롤러(10)에 의해 수평운동을 취해 벨트(9) 상에 위치한 판재(11)를 좌,우로 이동시키며 분무된 용융금속이 판재(11)상에 적층시켜 성형체를 제조한다.

이와 같이 분무주조법은 불활성가스에 의해 분무된 용융금속을 기판에 직접 적층시켜 성형체를 제조하는 합금제조공정이므로 분말야금법과 일반주조법의 장점을 동시에 지닌다.

따라서 분무성형법으로 합금을 제조하면 저렴한 제조단가로 고품위 합금을 대량으로 제조할 수 있다. 특히, 분무공정과 적층공정이 한 단계로 이루어짐으로써 복잡한 분말야금 공정을 생략될 수 있고, 또한 합금제조와 관련된 모든 공정이 불활성 가스분위기에서 제조되므로써 분말의 오염이 우려되었던 기존의 급랭응고법의 단점을 극복할 수 있게 되었다.

분무주조법의 적용분야는 매우 다양하며, 그 중에서도 분무된 액적의 스프레이 내로 강화재를 주입함으로써 강화재가 균일하게 분포하는 복합재료를 제조하는 방법과 분무액적의 스프레이 내로 반응성 고체 분말을 주입하여 화학 반응에 의해서 재료내에 미세한 분산상을 형성시키는 반응분무주조공정(reactive spraycasting)에 의한 분산강화 합금제조에 응용이 확대되고 있다.

상기 복합재료나 분산강화 합금제조를 위해서는 분무액적 내로 분말을 주입하는 과정이 필수적으로 요구되며, 이상적인 강화상 분포를 위한 성형체 제조과정은 분말주입방법과 밀접하게 연관된다.

기존의 분말주입방법으로는 용융금속이 용탕노즐을 통과하여 가스분무된 이후에 분말을 주입하는 방법[A. Lawley and D. Apelian : Powder Metall., 37 (1994) p.123]과 분무가스와는 별도로 분말주입용 노즐을 분무가스노즐 상부에 장착하여 분무액적 내에 분말을 주입하는 방법이 있다.

상기의 두 방법 중에서 첫번째 방법은 이미 가스분무된 액적스프레이 내로 분말을 주입하게 되므로 분말이 액적스프레이 내로 원활하게 혼입되지 못하고, 또한 이를 보완하고자 고압가스로 분말을 주입하면 오히려 이 고압가스가 분무액적이 기판에 적층되는 것을 방해하게 되는 단점이 있다. 그리고 반응성 분무성형시에는 반응이 일어나는데 충분한 시간을 제공하지 못하므로 반응이 완전히 진행되지 못하는 단점이 있다.

두번째 방법은 분말주입노즐이 분무가스노즐 상부에 별도로 장착된 관계로 분무성형 조업상 분말주입노즐의 가스압 조절이 매우 제한적이며, 상기 첫번째 방법에서와 마찬가지로 주입되는 분말이 전부 분무액적 스프레이 내로 원활하게 혼입되지 못하는 단점을 지닌다. 그리고 협소한 공간에 분무가스노즐과 분말주입노즐을 동시에 설치하여야 하므로 설비가 매우 복잡해지고 조업환경에 따른 생산성 저하가 초래된다는 단점도 내재되어 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 그 목적은 모재 내에 주입하고자 하는 강화용 분말을 고압의 고압가스공급관 내에 직접 주입하여 분말의 주입효율을 증가시키고, 분무성형체 내에서의 분말분포특성을 향상시키며, 반응성 분무성형의 경우에는 용탕과 분말의 반응효율을 증가시키고, 그리고 별도의 분말주입 노즐을 사용하지 않으므로 제조공정을 간단하게 이룰 수 있도록 하는 분무성형설비의 분말주입장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적은 금속용탕을 고압의 가스로 분무화 시킨 후 판재에 적층시켜 합금판재를 제조하는 분무주조장치에 연결설치되어 분무성형법(Spray forming)에 의한 복합재료나 분산강화 합금 제조시 모재내에 강화용 분말을 주입하기 위한 분말주입장치에 있어서,

선단에 형성되어 있는 노즐은 고압가스공급관의 내부에 삽입되어 있고, 후단은 고압의 불활성가스를 유입할 수 있도록 연결되어 있는 분말주입관과; 일정량의 강화용 분말을 저장할 수 있도록 형성되어 있되, 상기 분말주입관의 상부 일정부위에 연결설치되어 있는 분말용기와; 상기 분말용기의 하부에 설치되어 분말주입관()에 일정량의 분말을 불출시킬 수 있도록 하는 분말제어장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 분무주조설비의 분말주입장치를 제공하여 주어 달성될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분무주조설비의 분말주입장치의 구성상태를 발췌 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 분무주조설비의 분말주입장치의 요부 구성상태를 확대 도시한 정면도,

도 3은 종래 기술에 따른 분무주조설비의 구성 요소들을 설명하기 위한 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 :용해로 2 :상부턴디쉬

3 :하부턴디쉬 4 :스토퍼

5 :용탕오리피스 6 :고압가스공급관

7 :가스분무기 8 :챔버

9 :벨트 10 :롤러

11 :판재 12 :노즐

13 :분말주입관 14 :분말용기

15 :분말제어장치

이하, 첨부도면을 참조하여 본발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 구체적인 설명을 위해 종래와 동일한 구성 부분은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 분무성형설비의 분말주입장치의 구성상태를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 분무성형설비의 분말주입장치의 요부 구성상태를 확대 도시한 정면도이다.

도시된 바와 같이 선단에 형성되어 있는 노즐(12) 부위는 고압가스공급관(6)의 내부에 삽입되어 있고, 후단은 일정압의 불활성가스를 유입할 수 있도록 연결되어 있는 분말주입관(13)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 분말주입관(13)의 상부 일정부위에는 일정용량의 강화용 분말을 저장할 수 있는 분말용기(14)가 연결설치되어 있고, 상기 분말주입관(13)과 연결설치되어 있는 분말용기(14)의 하부에는 상부에 위치해 있는 강화용 분말을 분말주입관(13) 내로 일정량 불출시킬 수 있도록 하는 분말제어장치(15)가 설치 구성되어 있다.

이와 같이 구성되어있는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

즉, 조업과 동시에 분말제어장치(15)를 통해 분말용기(14) 내에 있는 강화용 분말은 분말주입관(13)으로 일정량씩 조절되어 주입되게 된다. 이렇게 주입된 강화용 분말은 분말주입관(13)을 지나는 불활성가스에 의해 선단에 위치한 노즐(12) 부위로 이동하게 되어 고압가스공급관(6) 내로 즉시 분사 주입되게 된다.

이때 강화용 분말은 선단에 형성되어 있는 노즐(12)에 의해 고압가스공급관(6) 내를 지나는 고압의 가스보다 더 높은 압력으로 관내로 주입됨과 동시에 주입되는 시점에서 난류가 형성되게 되어 고압의 용탕분무가스와 효과적으로 혼합되게 된다.

이렇게, 혼합된 강화용 분말은 고압가스공급관(6)을 통해 가스분무기(7) 상으로 이동함과 동시에 낙하하는 용탕과 혼합되어진 후 챔버(8) 내에 위치한 판재(11)상으로 분무되게 된다.

그러므로, 강화용 분말의 주입효율을 증가시키고, 분무성형체 내에서의 분말분포특성을 향상시키는 작용을 이룰 수 있게 된다.

또한, 반응성 분무성형의 경우에는 용탕과 분말의 반응효율을 증가시키고, 별도의 분말주입 노즐을 사용하지 않으므로 제조공정을 간단하게 이룰 수 있도록 하는 작용을 이룰 수 있게 된다.

참고적으로, 본 발명을 설명하기 위해 도시하고 설명한 분무주조설비의 분말주입장치는 단지 예로 들기 위한 기본 형태를 나타낸 것이므로, 본 발명은 유사한 형태와 목적을 가지고 있는 다른 형태의 분무주조설비의 분말주입장치를 근본적으로 포함한다 할 수 있다.

이는 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있기 때문이다 .

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 모재 내에 주입하고자 하는 강화용 분말을 고압의 고압가스공급관 내에 직접 주입하여 분말의 주입효율을 증가시키고, 분무성형체 내에서의 분말분포특성을 향상시키며, 반응성 분무성형의 경우에는 용탕과 분말의 반응효율을 증가시키고, 그리고 별도의 분말주입 노즐을 사용하지 않으므로 제조공정을 간단하게 이룰 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 금속용탕을 고압의 가스로 분무화 시킨 후 판재에 적층시켜 합금판재를 제조하는 분무주조장치에 연결설치되어 분무성형법(Spray forming)에 의한 복합재료나 분산강화 합금 제조시 모재내에 강화용 분말을 주입하기 위한 분말주입장치에 있어서,

   선단에 형성되어 있는 노즐(12)은 고압가스공급관(6)의 내부에 삽입되어 있고, 후단은 고압의 불활성가스를 유입할 수 있도록 연결되어 있는 분말주입관(13)과,

   일정량의 강화용 분말을 저장할 수 있도록 형성되어 있되, 상기 분말주입관(13)의 상부 일정부위에 연결설치되어 있는 분말용기(14)와,

   상기 분말용기(14)의 하부에 설치되어 분말주입관(13)에 일정량의 분말을 불출시킬 수 있도록 하는 분말제어장치(15)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 분무주조설비의 분말주입장치.