KR20150058664A - 용탕 분사용 노즐 - Google Patents

Abstract

용탕 분사용 노즐이 개시된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐은 용탕이 투입되는 투입구, 상기 용탕이 분사되도록 타원형으로 형성된 분사홀이 하나 이상 구비되는 분사부, 및 상기 투입구와 상기 분사부를 연결하며 내부에 상기 용탕이 수용되는 수용부를 포함한다.

Description

용탕 분사용 노즐{NOZZLE FOR SPRAYING MOLTEN ALLOY}

본 발명은 용탕 분사용 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 용탕을 분사하여 비정질 합금을 제조하는 설비에서 고온의 용탕을 분사하는 용탕 분사용 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 액체 급냉의 원리를 이용한 비정질 합금 제조기술이 여러 가지 개발되었지만, 그 중에서도 멜트 스피닝(melt spinning)은 양산에 이용할 수 있는 용융합금으로부터 직접 리본(ribbon)이나 파이버(fiber) 형태의 비정질 합금을 연속적으로 제조할 수 있는 대표적인 기술이다.

멜트 스피닝 공정에 사용되는 장치는 용융된 합금이 수용되는 턴디쉬(tundish)와, 상기 턴디쉬 하부에 장착되어 용융 금속을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 고속으로 회전하는 냉각 휠로 구성되며, 용융 금속이 노즐의 슬릿(slit)이나 구멍(hole)을 통하여 노즐과 회전하는 냉각 휠 사이에 퍼들(puddle)을 형성하고 냉각 휠의 열 전달 및 고속 회전에 의하여 급속으로 냉각, 응고시켜 비정질 리본(ribbon), 파이버(fiber)를 제조하게 된다.

본 발명의 일 실시예는, 용탕이 분사홀로부터 토출되어 냉각 휠과 접촉 시 충분한 젖음성(wettability)을 갖도록 하는 용탕 분사용 노즐을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 충분한 젖음성(wettability)을 갖고 급속 냉각되도록 하여 비정질 파이버의 가장자리의 결함을 최소화할 수 있는 용탕 분사용 노즐을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 용탕이 투입되는 투입구, 상기 용탕이 분사되도록 타원형으로 형성된 분사홀이 하나 이상 구비되는 분사부, 및 상기 투입구와 상기 분사부를 연결하며 내부에 상기 용탕이 수용되는 수용부를 포함하는, 용탕 분사용 노즐이 제공된다.

이 때, 상기 분사홀은 등간격으로 이격 배열될 수 있다.

또한, 상기 분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향이라고 하고, 상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향이라고 할 때, 상기 분사홀의 너비 방향으로의 최대 길이와 길이 방향으로의 최대 길이의 비율은 1:1.01~1.5일 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 용탕이 투입되는 투입구, 상기 용탕이 분사되는 분사홀이 하나 이상 구비되는 분사부, 상기 투입구와 상기 분사부를 연결하며 내부에 상기 용탕이 수용되는 수용부, 및 상기 분사부로부터 상기 수용부가 위치하는 방향과 반대 방향 측에 설치되며, 상기 분사홀로부터 분사된 상기 용탕을 집결하여 소정 형상으로 토출되도록 하는 용탕 가이드부를 포함하는, 용탕 분사용 노즐이 제공된다.

이 때, 상기 분사홀은 원형일 수 있다.

또한, 상기 분사홀은 등간격으로 이격 배열될 수 있다.

또한, 상기 용탕 가이드부는 상기 분사부로부터 연장된 격벽이 형성된 슬릿(slit) 형태일 수 있다.

또한, 상기 분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향이라고 할 때, 상기 용탕 가이드부의 상기 길이 방향으로의 단면 형상은 직사각형일 수 있다.

또한, 상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향이라고 할 때, 상기 분사홀의 너비 방향으로의 최대 길이와 상기 용탕 가이드부의 상기 너비 방향으로의 길이의 비율은 1:0.6~1.5일 수 있다.

상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 따른 용탕 분사용 노즐에 의하면, 용탕이 분사홀로부터 토출되어 냉각 휠과 접촉 시 충분한 젖음성(wettability)을 갖도록 하는 효과가 있다.

또한, 충분한 젖음성(wettability)을 갖고 급속 냉각되도록 함으로써 제조된 비정질 파이버의 가장자리의 결함을 최소화할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 용탕 분사용 노즐이 턴디쉬 하부에 조립된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 통과하여 제조된 비정질 파이버의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 통해 비정질 파이버가 제조되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 통과하여 제조된 비정질 파이버의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 측면도이다.
도 8은 도 7에서의 A부분을 확대한 부분 확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 일반적인 용탕 분사용 노즐이 턴디쉬 하부에 조립된 상태를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 용탕 분사용 노즐(2)은 노즐지지대(11)에 의해 턴디쉬(1) 하부에 단단히 고정된다.

여기에서, 노즐지지대(11)는 내열강 또는 주철과 같은 열전도도가 매우 작은 금속성 재질이나 세라믹 재질로 구성될 수 있다.

이 때, 턴디쉬(1)는 용탕이 수용되는 도가니의 하부에 장착되며, 용탕 분사용 노즐(2)이 턴디쉬(1) 하부에 고정됨에 따라, 용탕 분사용 노즐(2)이 도가니와도 결합되게 된다.

그리고, 용탕은 턴디쉬(1) 하부의 탕도(inner nozzle)(12)를 거쳐 용탕 분사용 노즐(2)의 투입구(21)를 통하여 수용부(22)로 유입된 후, 용탕 분사용 노즐(2)의 길이방향 양 측단으로 이동하여, 용탕 분사용 노즐(2)의 내부를 채우고 분사부(23)에 형성된 분사홀(230)을 통해 분사된다.

여기에서, 도면에는 도시되지 아니하였으나 종래의 분사홀(230)의 단면 형상은 폭이 좁은 비정질 파이버를 제조하기 위하여 원형의 형태로 구성된다. 그리고, 원형의 분사홀(230)을 통해 나온 용탕이 용탕 분사용 노즐(2)과 냉각 휠(미도시) 사이의 매우 좁은 간격(약 500㎛ 이하)을 통해 냉각 휠에 분사되고, 상기 냉각 휠 표면에 접촉(wetting)하여 폭 방향으로 퍼지면서 급속 냉각을 통해 비정질 파이버로 제조된다.

이 때, 양호한 형태의 파이버를 제조하기 위해서는 파이버의 가장자리(edge) 부분의 결함을 없애야 하는데, 이를 위해 용탕은 냉각 휠의 폭 방향으로 충분한 젖음성(wettability)을 갖고 퍼져야 한다.

그러나, 원형의 분사홀(230)은 홀 내부의 압력 차로 인해 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 균일하게 분배되는 것을 유도하지 못해, 결함을 가진 파이버가 제조되며 그로 인해 제품의 품질 저하를 야기시킨다.

도 2는 종래 기술의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 통과하여 제조된 비정질 파이버의 단면을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 원형의 분사홀을 통해 제조된 약 2㎜ 이하의 폭이 좁은 비정질 파이버는 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 균일하게 분배되지 못하여 가장 자리 부분이 불균일하게 형성된다.

본 발명에 따른 용탕 분사용 노즐은 상기와 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용탕이 분사홀로부터 분사되어 냉각 휠과 접촉할 때 충분한 젖음성(wettability)을 갖을 수 있도록 안출되었다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)은 투입구, 수용부, 및 분사부를 포함한다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)의 투입구와 수용부의 구성은 전술된 일반적인 용탕 분사용 노즐에서의 것과 동일하므로 도 1과 도 3을 함께 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)의 투입구(21)는 용탕이 후술되는 수용부(22)로 투입될 수 있도록 구비된다.

도 1을 참조하면, 투입구(21)는 턴디쉬(1) 하부에 위치한 탕도(inner nozzle)(12)의 단부에 위치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)의 수용부(22)는 투입구(21)와 연결되도록 구비된다.

이 때, 수용부(22)는 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)에서 상하 방향의 중앙부에 위치될 수 있으며, 그 내부는 투입구(21)를 통해 투입된 용탕이 수용될 수 있도록 도 1과 같이 중공(中空) 형으로 구성될 수 있다.

일례로, 수용부(22)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 네 개의 측벽이 결합되고, 상기 측벽을 덮는 상부면과 하부면을 갖는 형태일 수 있다.

이 때, 상부면과 하부면 중 일면에는 투입구(21)가 형성되고, 타면에는 후술되는 분사홀(23)이 형성될 수 있다.

한편, 용탕은 수용부(22)의 내부의 양 측단까지 퍼지도록 수용될 수 있는 것이 바람직하다.

이를 위해, 수용부(22)는 투입구(21)를 통해 투입된 용탕을 보다 골고루 퍼지도록 하는 역할을 하는 용탕 유도부(미도시)를 구성으로 할 수도 있다.

일례로, 용탕 유도부는 수용부(22)의 내부에 위치되는 배플(baffle)의 형태일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)의 분사부(23)는 상기 수용부(22)를 중심으로 투입구(21)가 위치되는 방향과 반대 방향에 위치된다.

여기에서, 도 1에서는, 수용부(22)를 중심으로 투입구(21)가 상측에, 분사부(23)가 하측에 위치하도록 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다.

분사부(23)는 수용부(22)에 수용된 용탕이 외부로 분사될 수 있도록 하기 위하여 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)에서의 분사부(23)의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위하여, 도 3에서는 도 1에서와 달리 분사부(23)가 상측에 위치하도록 회전하여 도시하였다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20´)의 분사부(23)는 타원의 형태인 분사홀(230)을 하나 이상 구성으로 한다.

이 때, 하나 이상의 분사홀(230)은 동일 간격으로 이격되어 배열되도록 한다.

앞서 설명된 바와 같이, 분사홀을 통해 분사된 용탕은 매우 좁은 간격(약 500㎛ 이하)을 따라 냉각 휠(미도시)에 분사되고, 상기 냉각 휠 표면에 접촉(wetting)하여 폭 방향으로 퍼지면서 급속 냉각을 통해 비정질 파이버로 제조된다.

이 때, 양호한 형태의 파이버를 제조하기 위해서는 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 충분한 젖음성(wettability)을 갖고 퍼져야 하는데, 분사홀이 원형인 경우에는 분사홀 내부와 외부의 압력 차이로 인해 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 분배되는 것을 유도하지 못해, 파이버의 가장자리(edge) 부분에 결함이 야기된다.

이에, 본 발명의 일 실시예에서는 도 3과 같이 분사홀(230)을 타원형으로 구성하여 분사홀(230) 내부와 외부의 압력 차이를 줄임으로써 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 분배되는 것을 유도한다.

본 발명의 일 실시예에서와 같이, 분사홀(230)을 타원형으로 구성하는 경우 분사홀(230)로부터 분사된 용탕은 냉각 휠에 접촉되기 전에 직사각형에 가까운 파이버 형태가 되도록 하여 냉각 휠과 접촉하는 순간, 충분한 젖음성을 갖고 급속 냉각되도록 할 수 있다. 이에 따라, 제조된 파이버는 가장자리 부분에 결함이 발생하지 않게 된다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에서 분사홀(230)의 너비 방향으로의 최대 길이와 길이 방향으로의 최대 길이의 비율은 1:1.01 내지 1.5로 형성되는 것이 바람직하다. (분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향으로 하고, 상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향으로 함)

여기에서, 분사홀(230)의 너비 방향으로의 최대 길이와 길이 방향으로의 최대 길이의 비율이 1:1.01 미만인 경우에는 용탕이 폭 방향으로 충분히 퍼지지 못해 냉각 휠의 폭 방향으로 충분한 젖음성을 형성하지 못하는 문제점이 있고, 1:1.8을 초과하는 경우에는 용탕이 폭 방향으로 너무 퍼져 제조된 파이버의 폭이 너무 커지고 폭 방향으로의 두께 편차가 발생하는 문제점이 있어 바람직하지 않다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 통해 비정질 파이버가 제조되는 것을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 분사홀을 통과하여 제조된 비정질 파이버의 단면을 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5에는, 일례로, 분사홀의 길이 방향으로의 최대 길이(도 3에서의 a)가 1.2㎜이고, 세로폭, 즉, 분사홀의 너비 방향으로의 최대 길이(도 3에서의 b)가 1.0㎜인 타원형으로 분사홀을 구성하여 파이버를 제조하는 모습과 이를 통해 제조된 파이버의 단면을 나타내었다. (분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향으로 하고, 상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향으로 함)

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 분사홀을 구성하는 경우, 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 균일하게 분배되는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 제조된 파이버의 가장 자리 부분이, 도 5에 도시된 바와 같이, 균일하게 형성된다.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐을 나타낸 도면이다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20˝)은 투입구(21), 수용부(22), 분사부(23), 및 용탕 가이드부(24)를 포함한다.

이 때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20˝)의 투입구(21)와 수용부(22)의 구성은 전술된 본 발명의 일 실시예에서와 동일하므로 설명을 생략하도록 하며, 본 발명의 일 실시예에서와 상이한 구성을 위주로 하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20˝)의 분사부(23)는 수용부(22)를 중심으로 투입구(21)가 위치되는 방향과 반대 방향에 위치된다.

여기에서, 도 6에서는, 수용부(22)를 중심으로 투입구(21)가 상측에, 분사부(23)가 하측에 위치하도록 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다.

분사부(23)는 수용부(22)에 수용된 용탕이 외부로 분사될 수 있도록 하기 위하여 구비된다.

이 때, 분사부(23)는, 본 발명의 일 실시예에서와 달리, 원형의 형태인 분사홀(230)을 하나 이상 구성으로 한다.

여기에서, 하나 이상의 분사홀(230)은 동일 간격으로 이격되어 배열되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐(20˝)의 용탕 가이드부(24)는 분사부(23)로부터 수용부(22)가 위치하는 방향과 반대 방향 측에, 분사부(23)와 냉각 휠(미도시) 사이에 설치된다.

이 때, 용탕 가이드부(24)는 각각 분사홀(230)로부터 분사된 용탕을 집결하여 냉각 휠로 토출시키는 역할을 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용탕 분사용 노즐의 측면도이다. 도 8은 도 7에서의 A부분을 확대한 부분 확대도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 용탕 가이드부(24)는 분사부, 즉, 각각의 분사홀(230)의 외주부 중 일부분을 연결하여 하측 방향으로 연장되도록 격벽을 형성한 슬릿(slit) 형태일 수 있다.

이에 따라, 용탕 가이드부(24)의 길이 방향(분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향으로 함)으로의 단면 형상은 직사각형의 형태가 된다.

특히, 용탕 가이드부(24)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 분사홀(230)의 너비보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다.

이는, 용탕이 냉각 휠의 폭 방향으로 분배되는 것을 유도하기 위함이다.

하나 이상의 분사홀(230)은 동일 간격으로 이격되어 배열되도록 하되, 원형의 분사홀(230)에서 원형의 형태로 분사되어 용탕 가이드부(24)로 인입된 각각의 용탕이 폭 방향으로 분배될 때, 서로 달라붙지 않도록 이격 간격이 설계되어야 할 것이다.

도면에는 도시되지 아니하였으나, 분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향이라고 하고, 상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향이라고 할 때, 분사홀(230)의 너비 방향으로의 최대 길이(도 8에서의 c)와 용탕 가이드부(24)의 너비 방향으로의 길이(도 8에서의 d)의 비율을 1:0.6 내지 0.9로 하였을 때, 용탕이 냉각 휠과 접촉 시, 충분한 젖음성을 갖고 급속 냉각되어 파이버의 가장 자리 부분이 균일하게 형성되었다.

이 때, 분사홀(230)의 너비 방향으로의 최대 길이(도 8에서의 c)와 용탕 가이드부(24)의 너비 방향으로의 길이(도 8에서의 d)의 비율이 1:0.5 미만인 경우에는 조업 중 용탕 응고로 인하여 용탕 가이드부(24)가 막힘으로써 조기에 조업이 중단되는 문제점이 있고, 1:0.9를 초과하는 경우에는 용탕이 폭 방향으로 충분히 퍼지지 못해 냉각 휠과의 충분한 젖음성을 형성하지 못하는 문제점이 있어 바람직하지 않다.

상기에서는, 고온의 금속 용탕을 분사하여 비정질 파이버(fiber)를 제조하는 공정에서 고온의 금속 용탕을 분사하는 노즐을 예로서 설명이 이루어졌지만 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

1: 턴디쉬 11: 노즐 지지대
12: 탕도 2, 20´, 20˝: 용탕 분사용 노즐
21: 투입구 22: 수용부
23: 분사부 230: 분사홀
24: 용탕 가이드부

Claims (9)

1. 용탕이 투입되는 투입구;
   상기 용탕이 분사되도록 타원형으로 형성된 분사홀이 하나 이상 구비되는 분사부; 및
   상기 투입구와 상기 분사부를 연결하며 내부에 상기 용탕이 수용되는 수용부를 포함하는, 용탕 분사용 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분사홀은 등간격으로 이격 배열된, 용탕 분사용 노즐.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향이라고 하고, 상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향이라고 할 때, 상기 분사홀의 너비 방향으로의 최대 길이와 길이 방향으로의 최대 길이의 비율은 1:1.01~1.5인, 용탕 분사용 노즐.
4. 용탕이 투입되는 투입구;
   상기 용탕이 분사되는 분사홀이 하나 이상 구비되는 분사부;
   상기 투입구와 상기 분사부를 연결하며 내부에 상기 용탕이 수용되는 수용부; 및
   상기 분사부로부터 상기 수용부가 위치하는 방향과 반대 방향 측에 설치되며, 상기 분사홀로부터 분사된 상기 용탕을 집결하여 토출되도록 하는 용탕 가이드부를 포함하는, 용탕 분사용 노즐.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 분사홀은 원형인, 용탕 분사용 노즐.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 분사홀은 등간격으로 이격 배열된, 용탕 분사용 노즐.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 용탕 가이드부는 상기 분사부로부터 연장된 격벽이 형성된 슬릿(slit) 형태인, 용탕 분사용 노즐.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 분사홀이 배열되는 방향을 길이 방향이라고 할 때, 상기 용탕 가이드부의 상기 길이 방향으로의 단면 형상은 직사각형인, 용탕 분사용 노즐.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 길이 방향과 수직한 방향을 너비 방향이라고 할 때, 상기 분사홀의 너비 방향으로의 최대 길이와 상기 용탕 가이드부의 상기 너비 방향으로의 길이의 비율은 1:0.5~0.9인, 용탕 분사용 노즐.

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