KR200218401Y1 - 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 환형의 심봉에 분무수조 육성하여 편석이 없고 물성이 우수한 복합롤을 제조할 수 있도록 된 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치에 관한 것으로, 용탕을 수용하기 위한 턴디쉬(4)와, 상기 턴디쉬(4)의 하부측 용탕 오리피스(5)에 장착되어 그 오리피스(5)로부터 배출되는 용탕에 고압가스를 분사하여 그 용탕을 분무액적화 하는 가스노즐(6)로 이루어진 분무기(20)에 의하여 분무주조법으로 복합롤을 제조하는 장치에 있어서, 심봉(1)을 얹어 상하 이동과 회전운동할 수 있도록 된 기판(2)을 가지며, 상기 기판(2)의 회전중심선에 대한 동심원상에는 다수의 분무기(20)가 설치되고, 이들 분무기(20)의 각각으로부터 분무되는 분무액적의 위치는 서로 다른 동심원을 가지도록 함을 특징으로 한다.

Description

복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치

본 고안은 분무주조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환형의 심봉에 분무주조 육성하여 편석이 없고 물성이 우수한 복합롤을 제조할 수 있도록 된 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 복합롤 제조방법은 원심주조법, 단조법, CPC(Continuous Pouring Process for Cladding)법등이 있다. 원심주조법은 외층재 용탕을 원심주조기에 주입하여 우선 적절한 두께의 외층을 만들고 곧바로 내층재를 주입하여 외층과 내층의 성분이 다른 롤을 주조하는 방법이고, 단조법은 외층재로 하나의 잉곳을 만든 후 이를 단조하여 제조하는 방법이며, CPC법은 수직으로 서 잇는 심(core)재와 수냉 주형과의 사이에 외층재 용탕을 주입함으로서 심재에 융착 및 응고시키면서 상기 심재를 서서히 하부측으로 이동시키면서 외층을 클래딩(cladding)시키는 방법이다(ISIJ Inter., 32 (1992) 11, pp1202-1210).

그러나, 상기 단조법은 제작비용이 높을 뿐만 아니라 결정입도가 미세하고 편석이 심하여 외층재의 두께에도 제한을 받게 된다. 원심주조법은 비용은 다소 저렴하나 냉각속도 제어가 곤란하여 조직제어가 어려우며, 결정립이 조대하고 다소 편석이 발생하는 단점이 있다. CPC법은 외층재 두께를 100mm이상 높이거나 수 mm로 입히기도 곤란할 뿐만 아니라 내층재의 직경이 매우 클 경우에는 제조가 불가능하게 된다. 그리고, 내층재의 직경차가 큰 복함롤 등을 제조할 경우 새로운 설비를 도입해야 하는 단점이 있게 된다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 물성이 우수하고 다양한 직경의 복합롤을 제조할 수 있도록 된 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치를 제공함에 있다.

제1도는 본 고안에 따른 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치를 도시한 정면도.

제2도는 본 고안에 따른 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치의 가스분사부의 각도 및 노즐구멍의 반경 등을 결정하는 원리를 도시한 설명도.

제3도는 본 고안에 따른 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치에 4개의 가스분사기가 장착된 상태를 도시한 개략 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 심봉 2 : 기판

3 : 유도가열장치 4 : 턴디쉬

5 : 용탕오리피스 6 : 가스노즐

7 : 외층재 20 : 분무기

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은, 용탕을 수용하기 위한 턴디쉬와, 상기 턴디쉬의 하부측 용탕 오리피스에 장착되어 그 오리피스로부터 배출되는 용탕에 고압가스를 분사하여 그 용탕을 분무액적화 하는 가스노즐로 이루어진 분무기에 의하여 분무주조법으로 복합롤을 제조하는 장치에 있어서, 심봉을 얹어 상하 이동과 회전운동할 수 있도록 된 기판을 가지며, 상기 기판의 회전중심선에 대한 동심원상에는 다수의 분무기가 설치되고, 이들 분무기의 각각으로부터 분무되는 분무액적의 위치는 서로 다른 동심원을 가지도록 함을 특징으로 하는 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안을 첨부된 도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치를 도시한 단면 구성도로서, 심봉 예열을 위한 유도가열장치(3)가 있고, 이러한 유도가열장치(3)는 회전하고 상하 이동이 가능한 기판(2) 상부에 놓여지게 된다.

그리고, 심봉(1)의 중심을 기준으로 동심원들의 위치에는 각각 다수의 분무기(10)가 설치된다. 이러한 분무기(20)는 턴디쉬(4)를 가지며, 상기 턴디쉬(4)의 하부측에는 용탕을 하부측으로 배출하도록 된 용탕 오리피스(5)가 형성되고, 상기 오리피스(5)의 외측에는 그 오리피스(5)로부터 배출되는 용탕을 고압의 공기로 불어줌으로서 분무화시키기 위한 가스노즐(6)이 설치된다. 이들 각각의 분무기로부터 분무되는 용탕의 중심은 서로 다르게 위치하도록 하여 분무기별로 육성되는 층이 다르게 된다. 즉, 하나의 분무기는 심봉(1)의 표면을 육성하도록 분무 위치가 설정되고, 다른 분무기는 심봉(1)의 표층부보다 더 상부측을, 또 다른 분무기는 육성된 가장 외측을 육성하도록 위치하게 된다. 이러한 분무기의 개수에 따라 분무육성되어지는 두께의 가장 내측으로부터 가장 외측까지 분할하여 육성하게 된다. 또, 분무기의 개수에 따라 분무기가 놓여지는 위치가 적정하게 설정되어야 한다. 분무기를 4개로 할 경우에는 심봉(1)을 중심으로 하여 90°간격으로 위치시키고, 3개로 할 경우에는 120°간격으로 위치하게 한다.

도 2는 본 고안에 따른 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치에 의한 작용을 설명하기 위한 설명도로서, 기판의 위치를 점선(30)까지 상승시킨 후 회전과 동시에 예열을 위한 유도가열장치를 작동시켜 심봉을 예열한다.

심봉이 예열온도에 도달하게 되면 기판을 서서히 하강시켜 그 기판이 하부 적정위치까지 도달하게 되면 각각의 분무기(20)를 동작시켜 그로부터 용탕을 분무한다. 계속 하강하면서 분무되는 용탕에 의하여 기판위에 반응고 용탕이 적층되며, 따라서 심봉에 육성이 이루어진다.

단일 분무기로 대형 복합롤을 제조할 경우 하나의 분무기로 두꺼운 육성층 전체를 분무하기는 매우 곤란하다. 그리고, 복합롤의 직경이 클 경우 육성층 하나의 표면에 분무된 층이 회전하여 다시 그 위치에 분무될 때까지의 시간은 매우 길어 이미 표면이 완전하게 응고된 상태로 된다. 이와같이 응고된 층에 분무가 이루어질 경우에는 우수한 품질의 육성층을 얻는 것이 불가능하다. 만약 1회의 회전시간을 줄이기 위하여 회전속도를 상승시키게 되면 원심력이 증가되어 온도가 높은 분무 육성층 표면이 방사상으로 떨어져 나가게 된다. 그러므로, 본 고안과 같이 다수의 분무기를 사용하게 되면 이러한 문제점을 해소할 수 있게 된다.

다수의 분무기를 사용함에 따라 육성층 표면이 완전하게 응고되기 전에 다음 분무기에 의하여 분무 육성하는 것을 반복할 수 있어 반응고 상태에서 분무육성이 가능하게 되는 것이다. 또한, 다수개의 분무기에서 담당하는 두께의 위치가 다르게 되어 대형 복합물을 제조하거나 두꺼운 육성도 가능하게 된다. 뿐만 아니라, 각 분무기별로 용탕조성을 달리하게 되면 다층복합롤의 제조도 가능하게 된다.

한편, 분무주조 공정에 있어서, 기판위에 시간당 적층되는 분무용탕의 양은 성형체의 형상, 크기 및 최종 미세조직에 결정적인 영향을 미치게 되므로, 기판 반경에 따른 분무용량의 적층속도 제어는 필수적이다.

금속용탕은 용탕 오리피스를 통하여 하부로 유출되며, 이때 가스분사기의 노즐구멍을 통해 분사되는 고속의 가스에 의하여 그 금속용탕은 분무화된다. 각각의 가스분사기는 기판의 각기 다른 반경을 향하여 분무액적을 적층시키게 되며, 복합롤의 형상은 기판위의 적층 위치 및 각 용탕 오리피스의 내경에 의하여 결정되고, 복합롤의 미세조직 제어를 위하여 각 가스분사기 노즐구멍의 크기도 연관시켜 변경시켜야 한다. 외부층 성장 높이를 균일하게 하기 위해서는 기판의 중심측으로 용탕이 적게, 또한 반경이 커짐에 따라서 적층되는 용탕의 양이 많아지도록 하여야 한다.

원형 기판일 경우, 적층 높이를 균일하게 하기 위하여는 기판의 외곽반경으로 갈수록 분무액적의 양이 많아지도록 용탕 오리피스의 내경이 커져야 한다. 또한 적층되는 분무액적의 크기를 균일하게 하기 위하여는 유출되는 용탕의 양에 비례하여 분사가스의 양을 증가시켜야 하기 때문에 해당 가스분사기의 가스유출 단면적도 유출 용탕량에 따라 변화시켜야 한다. 그리고, 가스분무 공정에서 분무액적의 크기는 유출 용탕량과 분사 가스량의 비에 의하여 결정된다.

물론, 가스분사기의 개수는 임의로 정할 수 있으나, 분할간격이 각 가스분사기로부터 유출된 분무액적들이 심하게 중첩되지 않을 정도로 전체 개수를 조정하면 균일한 분무액적 크기와 봉상 성형체 재조에 적합한 반경 위치별 분무밀도를 기대할 수 있다. 소구경의 복합롤 제조시에는 2개 혹은 3개의 가스분사기를 적용하면 제조가 가능하고, 특히 대구경의 복합롤 제조시에는 가스분사기를 4개 혹은 6개의 배열하면 높은 생산성을 유지하며 제조가 가능하게 된다. 도 3에는 가스분사기를 4개 설치한 경우의 복합롤 제조장치를 개략적으로 도시한다.

이렇게 분무제조공정에 의하여 복합롤을 제조하는 것은 금속용탕을 고압의 가스로 분무화(atomization)시킨 후, 낙하하는 미세한 분무액적을 반응고 상태로 하부의 회전기판(rotating substrate)에 적층시켜 봉상의 합금 성형체를 제조할 수 있는 최신 합금 제조방법으로서, 이러한 분무주조법에 의한 합금제조방법에 의한 일반적인 효과는 결정립이 작은 미세조직을 얻을 수 있고, 편석이 없는 미세조직을 얻을 수 있으며, 일반주조법에 비하여 응고속도가 빨라 평형농도이상으로 고용한도를 높일 수 있고, 또한 탄화물등과 같은 석출물을 균일하고 미세하게 분포시켜 물성을 향상이 가능하게 한다는 것이다.

게다가, 본 고안에서와 같이 동심원상에 다수의 분무기를 사용함으로서, 하나의 분무기에 의하여 분무된 반응고상태의 액적이 응고되어지기 전에 다른 분무기에 의하여 분무되는 반응고 상태의 액적이 덮어지게 되어 환형의 심봉에 편석이 없고 물성이 우수한 복합롤을 제조할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치에 의하면, 반응고 상태의 분무 액적을 환형의 심봉에 분무하도록 된 분사장치를 동심원상에 다수개 설치함으로서 환형의 심봉에 분무주조 육성하여 편석이 없고 물성이 우수한 복합롤을 제조할 수 있는 우수한 효과를 가진다.

Claims (1)

1. 용탕을 수용하기 위한 턴디쉬(4)와, 상기 턴디쉬(4)의 하부측 용탕 오리피스(5)에 장착되어 그 오리피스(5)로부터 배출되는 용탕에 고압가스를 분사하여 그 용탕을 분무액적화 하는 가스노즐(6)로 이루어진 분무기(20)에 의하여 분무주조법으로 복합롤을 제조하는 장치에 있어서, 심봉(1)을 얹어 상하 이동과 회전운동할 수 있도록 된 기판(2)을 가지며, 상기 기판(2)의 회전중심선에 대한 동심원상에는 다수의 분무기(20)가 설치되고, 이들 분무기(20)의 각각으로부터 분무되는 분무액적의 위치는 서로 다른 동심원을 가지도록 함을 특징으로 하는 복합롤 제조용 다중노즐 가스분무장치.