KR200218404Y1

KR200218404Y1 - 분무주조용 다중노즐 가스분무장치

Info

Publication number: KR200218404Y1
Application number: KR2019960048857U
Authority: KR
Inventors: 이언식; 박우진; 성환진; 이택근
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사; 신현준; 재단법인포항산업과학연구원
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR19980035868U

Abstract

본 고안은 가스분무기를 스캔(scan)하지 않고도 봉상 빌렛을 분무 주조할 수 있도록 된 분무주조용 다중노즐 가스분무장치에 관한 것으로, 금속용탕을 고압의 가스로 분무화함으로서 회전하는 기판에 적층시켜 합금 성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서, 용탕 턴디쉬(100)의 하부에는 상기 기판(140)의 회전중심에 대한 서로 다른 반경을 가지며 가스노즐을 갖춘 다수개의 용탕 오리피스(101)를 고정하여 설치하며, 상기 가스노즐중 가장 외측에 위치하는 것은 중앙부측으로 경사를 형성하여 가스를 분사하도록 설치하고, 다른 것들은 직하부측으로 가스를 분사하도록 함을 특징으로 한다.

Description

분무주조종 다중노즐 가스분무장치

본 고안은 분무주조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스분무기를 스캔(scan)하지 않고도 봉상 빌렛을 분무 주조할 수 있도록 된 분무주조용 다중노즐 가스분무장치에 관한 것이다.

분무주조 공정은 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 제조방법이다.

봉상의 합금 성형체를 얻기 위하여는 가스분무기를 얻고자 하는 봉상 직경에 따라 운동(주사 또는 진동)시켜야 하며, 이를 위하여 캠 장치를 이용하고 있다.

일반적으로 성형체의 형상은 주사각도(scan angle) 및 캠 프로파일(cam profile)의 조합에 의하여 결정되어지기 때문에 실제 조업에 있어 최적의 조건을 찾는 것은 매우 곤란하다.

이와같이 분무주조 공정에 있어 기판위에 시간당 적층되는 분무용턍의 양은 성형체의 형상, 크기 및 최종 미세조직에 결정적인 영향을 미치므로 기판 반경에 따른 분무용탕의 적층속도제어는 필수적이다.

도 1에는 미국특허 제 4,905,899호(1990년), 제 4,938,275호(1990년)에 개시된 종래의 분무주조용 주사식 가스분무기의 개념을 나타낸 구성도로서, 금속용탕이 턴디쉬하부의 용탕 오리피스(1)를 통하여 하부로 흘러 나올 때 고압가스 공급관(2)과 연결된 가스분사기(3)에서 고속의 가스 제트가 나와 낙하하는 용탕을 분무화시킨다. 이때 캠(4)의 회전운동은 좌우 왕복운동아암(5)의 왕복운동으로 변화하며, 이때 운동전달 플레이트(6)는 진동운동을 하여 플레이트(6)와 연결된 고압가스 공급관(2)이 회전 진동 운동을 하게 된다. 최종적으로 고압가스 공급관(2)과 고정된 가스분사기(3)가 진동하며 용탕분무(7)를 주사하게 되며, 하부의 회전기판(8) 위에 분무액적이 적층되어 봉상 성형체(9)가 성장하게 된다. 이때 기판의 중심에서는 주사속도가 매우 빠르고, 반면에 기판의 외곽으로 갈수록 주사속도가 점차 감소해야만 봉상 성형체를 제조할 수 있다. 즉, 기판 중심에 유입된 분무용탕의 양은 적어야 하며, 기판 반경이 증가함에 따라 적층되는 분무용탕의 양을 증가시켜야 한다.

이러한 종래의 장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 봉상 성형체 제조를 위해서 가스분무기를 주사하기 위한 캠 구동장치가 필요하여 장치가 복잡하고 제작비용이 상승하게 된다.

둘째, 캠의 프로파일은 이론적으로 계산이 불가능하여 설계상의 어려움이 있으며 조업을 통하여 수많은 캠 프로파일의 수정을 거쳐야만 조업에 적용이 가능하게 된다.

셋째, 주사식 가스분무조업의 경우 장치의 특성상 기판의 중심쪽으로 필요이상의 분무용탕이 유입되기 때문에 성형체의 형상제어가 비교적 어렵다.

넷째, 가스분무시 분사가스가 용탕에 대해서 빠른 속도로 주사되기 때문에 분무된 액적의 압도가 고르지 않으며, 이것은 최종 성형체의 미세조직 불균일성을 조장할 우려가 있게 된다.

다섯째, 종래의 주사식 가스 분무기는 스캔 각도에 제한이 있어 대구경 빌렛의 제조가 곤란한 단점이 있다.

여섯째, 종래의 주사식 가스분무기는 한 개의 용탕 오리피스를 이용하기 때문에 조업 생산성이 낮은 문제점을 갖고 있다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 분무주조 장치에서 가스분무기를 스캔하지 않고서도 봉상 성형체를 제조할 수 있고, 스캔 운동의 제거로 인한 빌렛 제조 공정 제어가 용이하며, 종래의 기술로는 제조가 곤란한 대구경 빌렛의 제조가 가능하고, 다중 용탕 오리피스를 적용함으로서 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 분무주조용 다중노즐 가스분무장치를 제공함에 있다.

제1도는 종래기술에 따른 분무주조용 주사식 가스분무장치를 도시한 개략 구성도.

제2도는 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치를 도시한 개략 구성도.

제3도는 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치의 각 가스노즐의 위치를 결정하는 방법에 대한 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 용탕 턴디쉬 101 : 용탕 오리피스

110 : 가스노즐 111 : 용탕 스프레이

120 : 가스노즐 121 : 용탕 스프레이

122 : 가스제트 130 : 빌렛

140 : 회전기판 R : 빌렛의 반경

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은, 금속용탕을 고압의 가스로 분무화함으로서 회전하는 기판에 적층시켜 합금 성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서, 용탕 턴디쉬의 하부에는 상기 기판의 회전중심에 대한 서로 다른 반경을 가지며 가스노즐을 갖춘 다수개의 용탕 오리피스를 고정하여 설치하며, 상기 가스노즐중 가장 외측에 위치하는 것은 중앙부측으로 경사를 형성하여 가스를 분사하도록 설치하고, 다른 것들은 직하부측으로 가스를 분사하도록 함을 특징으로 하는 분무주조용 다중노즐 가스분무장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안을 도면에 따라서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치가 도시되어 있다.

이는 종래와 같은 주사식 가스분무장치와는 달리 스캔을 위한 기계적 장치가 필요 없으며, 용탕 턴디쉬(100)의 밑면에 여러개의 용탕 오리피스(101)와 가스노즐(110), (120)을 장착한 것을 특징으로 한다.

턴디쉬(100)에 부어진 금속용탕은 용탕 오리피스(101)를 통해서 하부로 유출되며, 이때 가스노즐(110)을 통해 분사되는 고속의 가스에 의해서 상기 금속용탕은 분무화된다.

각각의 가스분사기는 회전 기판(140)의 각기 다른 반경을 향해 분무액적을 적층시키며, 빌렛(130)의 형상은 용탕 스프레이(111), (121)가 성장하는 빌렛 위의 어느 위치에 적층되는가에 따라 결정된다.

빌렛의 성장 높이를 같도록 하기 위하여는 기판의 중심측으로 용탕이 적게, 또한 반경이 커짐에 따라 적층되는 용탕의 양이 많아져야 한다.

원형 기판의 경우, 적층높이를 균일하게 하기 위하여는 기판의 가장자리측으로 갈수록 분무액적의 양이 많아지도록 가스노즐(110)의 스프레이 위치(111)를 결정하여야 한다.

본 고안의 경우, 분무액적이 기판에 대해서 수직으로 적층되어지기 때문에 적층 회수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나, 모든 스프레이가 기판에 수직으로 떨어져 적층되면 빌렛 가장자리 표면에는 기공이 생성되어 최종 빌렛의 품질을 저하시킨다.

그러므로, 가스노즐중에서 빌렛의 가장 가장자리측을 향하는 가스노즐(120)을 경사지게 하여 스프레이(121)를 수직방향에서 10∼20°정도 경사를 가지게 하는 것이 중요하다.

이와같이 하여 빌렛의 가장자리 표층부에 생성되는 기공을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 3은 균일한 빌렛 성장높이를 얻기 위하여 본 고안에 따른 가스노즐의 위치를 결정하는 방법을 설명하고 있다.

3개의 가스노즐(110), (120)을 적용하는 경우, 가스노즐은 턴디쉬(100) 하부에 장착되어 각 스프레이(111), (121)가 적층되는 빌렛(130) 상부의 위치가 빌렛을 기준으로 반경이 r₁, r₂및 r₃가 되도록 한다. 이때 빌렛의 성장높이를 일정하게 하기 위해서는 빌렛의 가장자리로 갈수록 더 많은 스프레이가 적층될 수 있도록 하여야 한다.

빌렛의 가장자리에 위치하는 스프레이의 용탕 유출량을 크게 하여 빌렛의 성장속도를 균일하게 만들 수 있지만, 이렇게 하는 경우 각 가스노즐의 가스압을 용탕량에 맞추어 조절하여야 하기 때문에 공정제어가 복잡해지는 단점이 있다.

본 고안의 경우 용탕 오리피스(101) 및 가스노즐(110), (120)을 동일한 규격으로 사용하기 때문에 공정제어 또한 매우 간단하게 이루어진다.

가스노즐의 개수를 증가시켜서 주사식 분무주조 장치에서 제조가 어려운 대구경의 빌렛을 제조할 수 있다. 가스노즐의 설치갯수는 턴디쉬(100) 밑변의 공간에 의해서 제한되는 것으로 위치를 적절하게 배치하여 3개 이상의 가스노즐을 장착할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 분무주조용 다중노즐 가스분무장치에 의하면, 가스분무기를 스캔하지 않고도 봉상성형체를 제조할 수 있어 그 공정제어가 용이하고, 종래의 기술로는 제조하기가 곤란한 대구경 빌렛의 제조가 용이하며, 다수의 용탕 오리피스를 적용함으로서 작업생산성을 향상시킬 수 있는 실용상의 우수한 효과를 가진다.

Claims

금속용탕을 고압의 가스로 분무화함으로서 회전하는 기판에 적층시켜 합금 성형체를 제조하는 분무주조장치에 있어서, 용탕 턴디쉬(100)의 하부에는 상기 기판(140)의 회전중심에 대한 서로 다른 반경을 가지며 가스노즐을 갖춘 다수개의 용탕 오리피스(101)를 고정하여 설치하며, 상기 가스노즐중 가장 외측에 위치하는 것은 중앙부측으로 경사를 형성하여 가스를 분사하도록 설치하고, 다른 것들은 직하부측으로 가스를 분사하도록 함을 특징으로 하는 분무주조용 다중노즐 가스분무장치.