KR200218402Y1 - LINEAR GAS ATOMIZER FOR SPRAY CASTING - Google Patents
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Abstract
본 고안은 분무주조 장치에 관한 것으로, 특히 분무기를 스캔(scan)하지 않고도 봉상 빌렛을 분무주조할 수 있는 선형 가스분무장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spray casting apparatus, and more particularly, to a linear gas spraying apparatus capable of spray casting rod-shaped billets without scanning the sprayer.
본 고안의 선형 가스분무장치는 선형 용탕 오리피스(101)와 선형 가스분사기(110)로 구성되어 있으며, 상기 선형 용탕 오리피스의 하단면에는 개구부(102)가 형성된다. 상기 용탕 오리피스는, 가스공급관(113)과 연결된 다수의 노즐(112)이 내부에 형성된 사각형의 가스분사기(110)에 의해 3면이 둘러싸이게되며, 이때 상기 다수의 노즐(112)은 상기 개구부(102)를 외측에서 둘러싸는 형태로 배치된다. 본 고안에 의하면, 분무주조장치에 있어서 분무장치를 주사하지 않고도 봉상 성형체를 제조할 수 있어 그 공정제어가 용이하고, 주사 운동을 위한 작동부를 제거함으로서 장치의 단순화 및 비용절감을 이룰 수 있고, 선형 용탕 오리피스를 적용함으로 해서 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 실용상의 효과가 얻어지는 것이다.The linear gas atomizing device of the present invention is composed of a linear molten orifice 101 and a linear gas injector 110, and an opening 102 is formed at a bottom surface of the linear molten orifice. The molten orifice is surrounded by three sides by a rectangular gas injector 110 formed therein a plurality of nozzles 112 connected to the gas supply pipe 113, wherein the plurality of nozzles 112 is the opening ( 102 is arranged to surround the outside. According to the present invention, in the spray casting apparatus, it is possible to manufacture a rod-shaped molded body without injecting the spraying device, so that the process control is easy, and by removing the operating part for the injection movement, the apparatus can be simplified and the cost can be reduced. By applying a molten orifice, the practical effect which can improve work productivity is acquired.
Description
본 고안은 분무주조 장치에 관한 것으로, 특히 분무기를 스캔(scan)하지 않고도 봉상 빌렛을 분무주조할 수 있는 선형 분무장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spray casting apparatus, and more particularly, to a linear spray apparatus capable of spray-casting rod-shaped billets without scanning the sprayer.
일반적인 분무주조 공정은 금속용탕을 고압의 가스로 분무화(atomization)시킨 후, 낙하하는 미세한 분무액적을 반응고(半凝固) 상태로 하부의 회전 기판(rotating substrate)에 적층시켜 원하는 성형체를 제조할 수 있는 주로 방법이다. 봉상의 성형체를 얻기 위해서는 원하는 형상의 봉제품의 직경에 따라 가스분무기를 (주사 혹은 진동)운동시켜야 하며, 이를 위해 캠 장치를 이용하고 있다.In general, the spray casting process atomizes a molten metal with a high-pressure gas, and then deposits a fine spray droplet falling on the rotating substrate at the bottom in a reaction state to produce a desired molded body. It's mainly the way you can. In order to obtain a rod-shaped molded body, a gas atomizer (scanning or vibration) must be moved according to the diameter of a rod product having a desired shape, and a cam device is used for this purpose.
그러나, 일반적으로 성형체의 형상은 주사각도(scan angle) 및 캠 프로파일(cam profile)의 조합에 의해 결정되기 때문에 실제 조업에 있어 최적 조건을 찾는 것은 매우 어렵다.However, in general, since the shape of the molded body is determined by the combination of the scan angle and the cam profile, it is very difficult to find the optimum condition in actual operation.
이와같은 분무주조 공정에 있어 기판위에 시간당 적층되는 분무용탕의 양은 성형체의 형상, 크기 및 최종 미세조직에 결정적인 영향을 미치므로 기판 반경에 따른 분무용탕의 적층속도 제어는 필수적이다.In such a spray casting process, the amount of sprayed molten metal deposited on the substrate per hour has a decisive effect on the shape, size and final microstructure of the molded body.
도 1은 미합중국 특허 제 4,905,899호(1990)와 미국특허 제 4,938,275호(1990)에 개시된 분무주조장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 분무 주사용 주사식 분무기만을 확대하여 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 분무주조 장치에서는, 금속용탕이 턴디쉬 하부의 용탕 오리피스(1)를 통해 하부로 흘러나올 때 고압가스 공급관(2)과 연결된 가스분사기(3)에서 고속의 가스 제트가 분출되어 그 가스분사기 내부로 낙하하는 용탕을 분무화 시킨다. 분무주조중에 캠(4)은 회전운동을 하고, 그러한 캠의 회전운동은 왕복 아암(arm)(5)의 왕복운동으로 변환되며, 그 아암의 왕복운동으로인해 전달 플레이트(6)는 진동운동을 하여 플레이트(6)와 연결된 고압가스 공급관(2)이 회전 진동 운동을 하게된다. 최종적으로 고압가스 공급관(2)과 고정된 가스분사기(3)가 진동하며 용탕분무(7)를 주사(scan)하게 되며, 하부의 회전기판(8)위에 분무액적이 적층되어 봉상 성형체(9)가 성장하게 된다. 이때 기판의 중심에서는 주사속도(가스분사기 자체의 이동속도)가 매우 빠르고, 반면에 기판의 외곽으로 갈수록 주사속도가 점차 감소해야만 봉상 성형체를 제조할 수 있다. 즉, 회전반경이 적고 그에 따른 이동속도가 상대적으로 적은 기판 중심에는 분무용탕의 양이 적게 유입되어야하고, 회전반경이 크고 그에 따른 이동속도가 상대적으로 큰 기판외곽에서는 분무용탕이 많게 유입되어야 봉상 성형체를 제조할 수 있는 것이다. 다시말한다면, 기판의 중심으로부터 외곽을 향할수록, 즉 분무되는 부분의 기판반경이 커짐에 따라 적층되는 분무용탕의 양을 증가시키기 위해 분무액적을 분무하는 가스분사기의 회전속도를 감소시켜야 한다.1 is a view showing a spray casting apparatus disclosed in United States Patent No. 4,905,899 (1990) and United States Patent No. 4,938,275 (1990), Figure 2 is an enlarged view showing only the spray injection injection nebulizer shown in FIG. Drawing. In the spray casting apparatus shown in FIGS. 1 and 2, a high-speed gas jet in the gas injector 3 connected to the high-pressure gas supply pipe 2 when the molten metal flows downward through the molten orifice 1 in the lower tundish. Is sprayed to atomize the molten metal falling into the gas injector. During spray casting the cam 4 rotates, and the cam's rotational motion is converted into a reciprocating motion of the reciprocating arm 5, which causes the transfer plate 6 to oscillate. Thus, the high-pressure gas supply pipe 2 connected to the plate 6 is subjected to the rotary vibration movement. Finally, the high-pressure gas supply pipe 2 and the fixed gas injector 3 vibrate to scan the melt spraying 7, and spray droplets are stacked on the lower rotating substrate 8 to form a rod-shaped body 9. Will grow. At this time, the scanning speed (moving speed of the gas injector itself) is very fast at the center of the substrate, while the rod-shaped molded product can be manufactured only when the scanning speed gradually decreases toward the outside of the substrate. That is, the amount of spray molten metal should be introduced into the center of the substrate with a small rotation radius and the relatively small moving speed, and the spray molding should be introduced in the outer part of the substrate with a large rotation radius and the relatively high moving speed. It can be prepared. In other words, the rotational speed of the gas injector spraying the spray droplets should be reduced in order to increase the amount of sprayed molten metal toward the outside from the center of the substrate, that is, as the substrate radius of the sprayed portion becomes larger.
상기한 바와 같은 종래의 분무주조장치는 다음과 같은 문제점 갖고 있다.Conventional spray casting apparatus as described above has the following problems.
첫째, 봉상 성형체 제조를 위해서는 분무기의 주사속도를 제어하기 위한 캠 구동장치가 필요하며, 그러한 캠 구동장치는 복잡하고 제작비용이 비싸다.First, a cam drive for controlling the scanning speed of the nebulizer is required for the production of rod-shaped bodies, and such cam drive is complicated and expensive to manufacture.
둘째, 캠의 프로파일을 이론적으로 계산하기는 거의 불가능하고, 그에 따라 설계상 어려움이 있으며, 실험적인 조업을 통해 수많은 캠 프로파일의 수정을 거쳐야만 실제 조업에 적용이 가능하다.Second, it is almost impossible to theoretically calculate the cam profile, and accordingly, there is a design difficulty. Therefore, the cam profile can be applied to actual operation only after numerous cam profiles have been modified through experimental operation.
셋째, 성형체의 용이한 형상제어를 위해 분무축을 기판에 대해서 약30도까지 경사지게 조업을 하기 때문에 용탕의 분무조업 제어가 어렵고 최종 용탕의 적층회수율도 조업조건에 따라서 60%에서 70%로 낮다.Third, since the spray shaft is inclined to about 30 degrees with respect to the substrate for easy shape control of the molded body, it is difficult to control the spray operation of the molten metal and the stack recovery rate of the final melt is low from 60% to 70% depending on the operating conditions.
넷째, 주사식 분무장치를 이용하여 조업하는 경우, 그 장치의 특성상 기판의 중심쪽으로 필요이상의 분무 용탕이 유입되기 때문에 성형체의 형상제어가 비교적 어렵다.Fourth, when operating using a scanning spray device, the shape control of the molded body is relatively difficult because more than necessary spray molten metal flows into the center of the substrate due to the characteristics of the device.
다섯째, 가스분무시 분사가스가 용탕에 대해서 빠른 속도로 주사하기 때문에 분무된 액적의 입도가 고르지 않으며, 이것은 최종 성형체의 미세조직 불균일성을 조장할 우려가 있다.Fifth, the particle size of the sprayed droplets is uneven because the injection gas is injected to the molten metal at high speed during the gas spraying, which may promote microstructure non-uniformity of the final molded product.
여섯째, 환형 용탕 오리피스는 분무효율을 위하여 그 직경이 제한되기 때문에 조업 생산성이 낮은 문제점을 갖고 있다.Sixth, the annular melt orifice has a problem of low operating productivity because its diameter is limited for spraying efficiency.
본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 가스분무기를 주사(scan)하지 않고도 봉상 성형체를 제조할 수 있는 가스분무주조 장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the object is to provide a gas spray casting apparatus that can produce a rod-shaped molded body without scanning the gas sprayer (scan).
본 고안의 또다른 목적은 주사작업을 실행하는 주사구동장치를 제거하여 장치의 단순화 및 비용절감을 이룰 수 있고, 주사 운동의 제거로 인한 빌렛제조 공정 제어가 용이한 가스분무주조장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a gas spray casting apparatus that can simplify the apparatus and reduce costs by eliminating the injection driving apparatus that executes the injection work, and to easily control the billet manufacturing process due to the elimination of the injection movement. .
또한, 분무액적을 기판에 거의 수직방향으로 적층시켜 적층 회수율을 향상시키고, 선형 용탕 오리피스를 적용함으로 해서 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 분무주조용 선형 가스분무장치를 제공하는 것 또한 본 고안의 목적이다.In addition, it is also an object of the present invention to provide a spray gas spraying apparatus for stacking spray droplets in a substantially vertical direction to improve stacking recovery rate and to improve work productivity by applying a linear molten orifice. .
제1도는 종래의 분무주조용 주사식 분무장치를 개략적으로 도시한 사시도.1 is a perspective view schematically showing a conventional injection molding spray device.
제2도는 제1도에 도시된 분무장치의 가스분사기의 사시도.2 is a perspective view of a gas injector of the spraying apparatus shown in FIG.
제3도는 본 고안에 따른 분무주조용 선형 분무장치의 사시도.3 is a perspective view of a linear spray device for spray casting according to the present invention.
제4a도는 본 고안에 따른 선형 분무장치의 측면도.Figure 4a is a side view of the linear spray device according to the present invention.
제4b도는 본 고안에 따른 선형 분무장치의 저면도.Figure 4b is a bottom view of the linear spray device according to the present invention.
제5도는 본 고안에 따른 선형 분무장치를 이용하여 가장자리 표면의 기공을 제거하는 방법을 도시한 사시도.Figure 5 is a perspective view showing a method for removing pores of the edge surface using a linear spray device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 가스분무 조정장치 101 : 선형 용탕 오리피스100: gas spray adjusting device 101: linear molten orifice
102 : 오리피스 개구부 110 : 선형 가스분사기102: orifice opening 110: linear gas injector
112 : 가스분사기 노즐 113 : 가스공급관112 gas injector nozzle 113 gas supply pipe
114 : 가스 제트 120 : 용탕114 gas jet 120 molten metal
130 : 분무주조 빌렛 140 : 회전 기판130: spray casting billet 140: rotating substrate
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 금속용탕을 고압가스로 분무시킨 후 기판에 적층시켜 금속 성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서, 하단면에 최종적으로 주조되는 빌렛의 형상에 따라 크기 및 형상이 변경되는 개구부가 형성된 용탕 오리피스와, 고압의 가스공급관과 연결된 다수의 노즐이 상기 용탕 오리피스를 둘러싸게끔 형성된 가스분사기로 구성된 것을 특징으로 하는 분무주조용 선형 가스분무장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the spray casting apparatus for manufacturing a metal molded body by spraying a molten metal with a high-pressure gas and then laminated on a substrate, according to the size and shape of the billet finally cast on the bottom surface A molten orifice having an opening whose shape is changed, and a plurality of nozzles connected to a high-pressure gas supply pipe are formed with a gas injector formed to surround the molten orifice.
이하, 본 고안을 도면에 따라서 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3에는 본 고안에 따른 분무주조용 선형 가스분무장치를 도시하였다.3 shows a linear gas spraying device for spray casting according to the present invention.
본 고안의 선형 가스분무장치는 선형 용탕 오리피스(101)와 선형 가스분사기(110)로 구성되어 있어, 기존의 주사식 분무장치와는 달리 주사를 위한 별도의 기계적 장치를 필요치 않는다. 상기 선형 용탕 오리피스(101)는 예를 들어 사각형으로 형성되고, 그 하단면에는 개구부(102)가 형성된다. 상기 용탕 오리피스는, 가스공급관(113)과 연결된 다수의 노즐(112)이 내부에 형성된 사각형의 가스분사기(110)에 의해 3면이 둘러싸이게되며, 이때 상기 다수의 노즐(112)은 상기 개구부(102)를 외측에서 둘러싸는 형태로 배치된다.The linear gas atomizing device of the present invention is composed of a linear molten orifice 101 and a linear gas injector 110, and unlike a conventional injection spray device, a separate mechanical device for injection is not required. The linear molten orifice 101 is, for example, formed in a quadrangle, and an opening 102 is formed at a lower end thereof. The molten orifice is surrounded by three sides by a rectangular gas injector 110 formed therein a plurality of nozzles 112 connected to the gas supply pipe 113, wherein the plurality of nozzles 112 is the opening ( 102 is arranged to surround the outside.
이 경우, 용탕 오리피스의 개구부(102)의 크기 및 형상에 의해 최종적으로 주조되는 빌렛(130)의 형상이 결정되고 미세조직 또한 영향을 받기 때문에, 최종 빌렛의 형상에 따라 그 개구부의 크기 및 형상을 변경할 수 있으며, 또한 가스분사기 노즐(112)의 직경도 이와 관련하여 변경시킬 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.In this case, since the shape of the billet 130 finally cast is determined by the size and shape of the opening 102 of the molten orifice, and the microstructure is also affected, the size and shape of the opening according to the shape of the final billet is determined. It will be appreciated that the diameter of the gas injector nozzle 112 can also be changed in this regard.
상기한 바와 같이 구성되는 선형 분무주조장치를, 봉형 빌렛을 주조하는 경우의 예를 들어 이하에서 설명한다.The linear spray casting device configured as described above will be described below, for example, in the case of casting a rod-shaped billet.
금속용탕(120)은 용탕 오리피스(101)의 하단면에 형성된 개구부(102)를 통해서 하부로 유출되며, 가스분사기의 노즐구멍(112)을 통해 배출되는 고속의 가스 제트(114)에 의해서 분무화 된다. 분무 액적은 하부의 회전 기판(140)상에 적층되어 봉상 빌렛(130)으로 성장하게 된다. 빌렛의 성장 높이를 같게 하기 위해서는 기판(140)의 중심쪽으로는 용탕(120)이 적은 양으로 적층되도록하고, 또한 반경이 커짐에 따라 즉, 기판의 외측으로 갈수록 용탕이 많은 양으로 적층되어야 한다.The molten metal 120 flows downward through the opening 102 formed in the lower surface of the molten orifice 101 and is atomized by the high-speed gas jet 114 discharged through the nozzle hole 112 of the gas injector. do. The spray droplets are stacked on the lower rotating substrate 140 to grow into a rod-shaped billet 130. In order to make the growth height of the billet the same, the molten metal 120 should be stacked in a small amount toward the center of the substrate 140, and the molten metal should be stacked in a larger amount as the radius thereof increases.
예를 들어 봉형 빌렛의 경우, 적층 높이를 균일하게 하기 위해서는 오리피스 내부의 개구부(102)은 절두원추형상이 되어야 한다. 또한 적층되는 분무액적의 크기를 균일 하게 하기 위해서는 유출되는 용탕(120)의 양에 비례하여 분사가스의 양을 증가시켜야하기 때문에 선형 가스분사기의 노즐(112)의 직경도 유출 용탕량에 따라 변화시켜야 한다.For example, in the case of a rod-shaped billet, the opening 102 inside the orifice should be frustoconical in order to make the stack height uniform. In addition, in order to uniformize the size of the spray droplets to be laminated, the amount of injection gas must be increased in proportion to the amount of the molten metal 120 flowing out, so that the diameter of the nozzle 112 of the linear gas injector must also change according to the amount of molten metal flowing out. do.
가스 분무 공정에서 분무액적의 크기는 용탕 유출량과 분사 가스량의 비에 의해서 결정된다.The size of the spray droplets in the gas spraying process is determined by the ratio of the melt flow rate and the injection gas amount.
도 4는 균일한 액적 크기를 얻기 위한 가스분사기 노즐(112)의 위치 및 크기를 결정하는 방법을 설명하고 있다. 용탕 오리피스의 개구부(102)를 일정 간격으로 분할 한 후, 각 분할된 면적소에서 유출되는 용탕량을 고려하여 가스 분사기 노즐(112)의 직경을 결정할 수 있다. 이때, 균일한 액적 크기를 얻기 위해서는 노즐(112)의 직경이 가스공급관(113)쪽으로 갈수록 증가해야 한다.4 illustrates a method of determining the position and size of gas injector nozzle 112 to obtain a uniform droplet size. After the openings 102 of the molten orifice are divided at predetermined intervals, the diameter of the gas injector nozzle 112 may be determined in consideration of the amount of molten metal flowing out of each divided area. At this time, in order to obtain a uniform droplet size, the diameter of the nozzle 112 should increase toward the gas supply pipe 113.
분무액적은 기판에 수직으로 떨어져 적층되기 때문에 빌렛 가장자리 표면에는 기공이 생성되어 최종 빌렛의 품질을 저하시킨다. 도 5는 빌렛 가장자리 표면의 기공을 방지하기 위한 부가적인 후면 노즐(115)의 역할을 설명하고 있다.Because the spray droplets are stacked vertically apart from the substrate, pores are created on the billet edge surface, which degrades the quality of the final billet. 5 illustrates the role of the additional rear nozzle 115 to prevent pores on the billet edge surface.
이러한 후면 가스노즐(115)은 낙하하는 분무액적이 수직방향에서 10에서 10도 정도 경사져서 빌렛의 가장자리 표층부에 적층되게 하여 기공을 효과적으로 제거할 수 있다.The rear gas nozzle 115 may drop the spray droplets inclined by about 10 to 10 degrees in the vertical direction to be laminated to the edge surface layer of the billet, thereby effectively removing pores.
상기에서와 같이 본 고안에 의하면, 첫째, 분무주조장치에 있어서 분무장치를 주사하지 않고도 봉상성형체를 제조할 수 있어 그 공정제어가 용이하고, 둘째, 주사 운동을 위한 작동부를 제거함으로서 장치의 단순화 및 비용절감을 이룰 수 있고, 셋째, 선형 용탕 오리피스를 적용함으로 해서 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 실용상의 효과가 얻어지는 것이다.As described above, according to the present invention, first, the rod-shaped molded body can be manufactured without spraying the spraying device in the spray casting device, and the process control is easy. Second, the simplification of the device by removing the operating part for the injection motion and Cost reduction can be achieved, and third, the practical effect of improving the productivity by applying the linear molten orifice is obtained.
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