KR20180025260A - Apparatus and Method for Producing Alloy Powder by the Gas and Water Hybrid Process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 및 수분사 하이브리드법에 의한 합금분말 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 합금분말 제조 시 냉각효과를 향상시켜 미세편석이 적고, 위성분말(satellites)이 적은 구형의 합금분말을 제조할 수 있는 합금분말 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing an alloy powder by a gas and water injection hybrid method and a manufacturing method thereof and, more particularly, to an apparatus for manufacturing an alloy powder by a gas and water injection hybrid method, The present invention relates to an apparatus for manufacturing an alloy powder and a method of manufacturing the same.
보통 순금속, 합금, 세라믹스 및 그 복합소재 등의 분말을 제조하는 방법 중의 하나로 잘 알려진 분무법(atomization process)은 냉각매체의 종류에 따라 가스 분무법, 수분사법 및 혼합 분무법으로 구분된다.The atomization process, which is well known as one of methods for producing powders such as pure metals, alloys, ceramics and composites thereof, can be classified into gas spraying method, water dispersion method and mixed spraying method depending on the type of cooling medium.
가스 분무법은 불활성 가스(N2, Ar, He)나 공기(air) 등을 사용하므로 분말 제조 시 산화 및 불순물 혼입문제가 적어 고품질의 분말제조가 가능하지만, 냉각효과가 낮기 때문에 합금분말의 경우 미세편석이 발생하여 균질한 합금분말을 얻을 수 없고, 사용 가스의 가격이 비교적 고가이기 때문에 생산 비용이 상승되는 문제점이 있다.Since the inert gas (N 2 , Ar, He) or air is used as the gas spraying method, it is possible to produce a high-quality powder because there is little oxidation and impurity incorporation in the powder production. However, since the cooling effect is low, Segregation occurs and homogeneous alloy powder can not be obtained, and the cost of the used gas is comparatively high, resulting in an increase in production cost.
수 분사법(water atomization process)은 가스나 공기 대신에 비교적 저가인 물(H20)을 주요 냉매로 사용하여 냉각효과가 크기 때문에 미세편석이 적어 미세분말의 제조에 유리하며, 생산성 측면에서도 유리한 점이 있으나, 제조되는 분말의 형상 및 산화가 문제되는 경우에는 적용하기 어렵다.The water atomization process uses water (H 2 0), which is relatively inexpensive instead of gas or air, as the main refrigerant, which is advantageous for producing fine powder because of its small cooling effect due to its small cooling effect. However, it is difficult to apply when the shape and oxidation of the powder to be produced are problematic.
혼합 분무법은 냉각 매체로 가스(N2, Ar, He), 공기 및 물 등을 적절한 비율로 혼합하여 사용하는 제조방법으로 전술한 가스 분무법이나 수분사법의 장단점을 고려한 제조방법으로 적용되고 있다.The mixed spraying method is a manufacturing method in which gas (N 2 , Ar, He), air and water are mixed at a suitable ratio as a cooling medium and is applied as a manufacturing method considering the advantages and disadvantages of the gas spraying method and the water dispersion method described above.
그러나, 전술한 가스 분무법으로 합금분말을 제조하기 위해 분사매체(N2, Ar, He, 공기 및 그 혼합물)를 30 kgf/cm2 (약 29.42 bar) 이상의 고압으로 분사하면 분무되어 분말이 생성되면서 1차적으로 냉각되지만, 그 후 대형 챔버 내에서 비산되면서 비교적 낮은 속도로 냉각되므로 합금성분의 미세편석의 방지가 어렵고 미세조직을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 합금분말 제조는 더욱 어렵다.However, when the injection medium (N 2 , Ar, He, air and the mixture thereof) is sprayed at a high pressure of 30 kgf / cm 2 (about 29.42 bar) or higher to produce an alloy powder by the gas spraying method described above, However, since it is cooled at a relatively low speed while being scattered in the large chamber, it is difficult to prevent micro-segregation of the alloy component, microstructure can not be obtained, and alloy powder production is more difficult.
한편, 가스 분무법보다 냉각효과가 우수한 수 분사법은 비교적 저렴한 물을 사용하므로 분말제품의 비용 절감이 가능하며, 큰 냉각효과로 미세편석을 줄일 수 있으나, Fe 원소의 합량이 85 at%를 초과하는 경우에는 비정질 형성능이 현격하게 저하되므로 20 μm 이상의 비정질 합금분말을 제조하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다 (105 K/sec 이상의 냉각 속도가 요구됨).On the other hand, the water spray method, which has better cooling effect than the gas spray method, can reduce the cost of powder products because it uses relatively inexpensive water and can reduce the micro segregation due to the large cooling effect. However, when the total amount of Fe elements exceeds 85 at% It is known that it is difficult to produce an amorphous alloy powder of 20 μm or more (a cooling rate of 10 5 K / sec or more is required).
이와 관련하여 대한민국 특허 공개특허공보 제10-2004-0023534호(2004.03.18. 공개), 제10-2007-0079575호(2007.08.07. 공개), 공개특허공보 제10-2005-0015563호(2005.02.21. 공개)를 통해 관련 기술들이 제안된 바 있다.In this connection, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2004-0023534 (published on Mar. 18, 2004), No. 10-2007-0079575 (published Aug. 2007), Laid-open Patent Publication No. 10-2005-0015563 21). The related technologies have been proposed through.
또한, 일본 공개특허공보 제2014-227591호(2014.12.08.)는 액상 입자를 회전하고 있는 디스크의 표면에 충돌시킨 후 냉각 매체를 살포하여 합금 분말을 회수하는 방식으로 합금분말을 제조하는 방식을 제안한 바 있다.Japanese Laid-Open Patent Application No. 2014-227591 (Apr. 2014, 2014) discloses a method of producing an alloy powder by colliding liquid particles on the surface of a rotating disk and then spraying a cooling medium to recover the alloy powder Have proposed.
이상과 같이 각종 다양한 기능성 및 기계 부품용으로 사용되는 합금분말의 특성은 분말의 입도, 형상 및 미세조직 등은 제조방법이나 공정조건에 의해 결정되고, 또한, 합금분말의 특성은 최종 제품의 성능에 큰 영향을 미치고, 각종 기능성 부품소재의 경박 단소 및 경제적 측면에서도 매우 중요하다.As described above, the characteristics of the alloy powder used for various various functions and mechanical parts are determined by the manufacturing method and the process conditions such as the particle size, shape and microstructure of the powder, and the characteristics of the alloy powder are And it is very important in terms of small size and economical aspects of various functional parts.
본 발명은 전술한 종래의 사항을 감안하여 안출된 것으로서, 합금분말 제조 시 냉각효과를 향상시켜 미세편석이 적을 뿐만 아니라, 위성분말(satellites)이 적은 구형의 합금분말을 제조하여 분말제품의 성형밀도(미소밀도, green density)를 증가시킴으로써 제 특성을 향상시키는 합금분말 제조장치, 이를 이용하는 제조방법 및 이로부터 제조된 합금분말을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a powder of alloy powder, And an object of the present invention is to provide an alloy powder manufacturing apparatus which improves the properties of the alloy powder by increasing the density of the alloy powder (minute density, green density), a manufacturing method using the alloy powder and an alloy powder produced therefrom.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 합금분말 제조장치는, 내부에 합금원료를 장입하고, 상기 합금원료를 용탕으로 용해시키는 도가니; 상기 도가니의 하부에 설치되어 상기 용탕을 토출시키는 오리피스; 상기 오리피스의 하단에 구비되고, 토출되는 상기 용탕을 향해 냉매가스를 분사하여 상기 용탕을 반액상의 합금분말로 냉각시키는 가스분사 노즐; 상기 가스분사 노즐의 하부에 위치하여 상기 반액상의 합금분말을 내부로 전달받아 분산 및 냉각시켜 합금분말을 생성하는 챔버; 상기 챔버 내부의 하단에 회전 가능하게 설치되고, 상기 챔버에서 생성된 상기 합금분말을 회수 용기로 가이드하는 임펠러; 및 상기 임펠러가 회전하도록 구동력을 인가하는 회전수단;을 포함하고, 상기 용탕은 상기 냉매가스에 의해 냉각되고, 상기 챔버 내부를 통과하면서 추가로 냉각되어 합금분말로 생성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an apparatus for producing an alloy powder according to the present invention comprises: a crucible for charging an alloy raw material therein and dissolving the alloy raw material in a molten state; An orifice installed at a lower portion of the crucible to discharge the molten metal; A gas injection nozzle provided at a lower end of the orifice and injecting a coolant gas toward the discharged molten metal to cool the molten metal with a half-alloyed alloy powder; A chamber positioned below the gas injection nozzle to receive the semi-liquid phase alloy powder and disperse and cool the semi-liquid phase alloy powder to produce an alloy powder; An impeller rotatably installed at a lower end of the chamber and guiding the alloy powder produced in the chamber to the recovery container; And rotating means for applying a driving force to rotate the impeller, wherein the molten metal is cooled by the refrigerant gas and further cooled while passing through the inside of the chamber to generate alloy powder.
하나의 구체적인 예에서, 상기 챔버는, 상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 원통형의 중공 구조로 형성되어 상기 반액상의 합금분말을 내부로 전달받는 회전원통; 상기 회전원통의 내부 중심부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전원통의 내벽을 향해 냉각수를 분무하는 수분사 노즐; 및 회전원통의 상단에 설치되어 상기 반액상의 합금분말을 통과시키도록 내측이 개구되고, 상기 회전원통의 내벽 또는 외벽으로 냉매를 분사하여 상기 회전원통을 냉각시키는 보조 수분사 노즐;을 포함하고, 상기 회전수단은 상기 회전원통, 수분사 노즐 및 보조 수분사 노즐에 구동력을 인가하고, 상기 회전수단에 의한 회전 방향은 상기 반액상의 합금분말이 낙하하면서 회전하는 방향과 동일 또는 반대 방향일 수 있다.In one specific example, the chamber includes: a rotating cylinder rotatably installed in the chamber, the rotating cylinder being formed in a cylindrical hollow structure and receiving the semi-liquid phase alloy powder therein; A water injection nozzle rotatably installed at an inner center portion of the rotary cylinder and spraying cooling water toward the inner wall of the rotary cylinder; And an auxiliary water injection nozzle installed at the upper end of the rotating cylinder and opened inside to pass the half powdered alloy powder and cooling the rotating cylinder by spraying the refrigerant to the inner wall or the outer wall of the rotating cylinder, The rotating means applies a driving force to the rotating cylinder, the water jetting nozzle and the auxiliary water jetting nozzle, and the rotating direction by the rotating means may be the same as or opposite to the rotating direction of the semi-liquid phase alloy powder falling.
상기 회전수단은, 상기 회전원통의 분당 회전수가 2000 rpm 이상 5000 rpm 이하의 속도로 회전하도록 구동력을 인가할 수 있고, 바람직하게는 상기 분당 회전수는 3000 rpm 이상 5000 rpm 이하의 속도일 수 있으며, 이 때, 상기 회전원통의 원주속도는 직경에 따라 달라질 수 있으나, 30 m/s 이상으로 회전하는 것이 바람직하다.The rotating means may apply a driving force such that the rotation speed per minute of the rotating cylinder rotates at a speed of 2000 rpm or more and 5000 rpm or less. Preferably, the rotation speed per minute may be a speed of 3000 rpm or more and 5000 rpm or less, At this time, the circumferential speed of the rotating cylinder may vary depending on the diameter, but it is preferable that the circumferential speed of the rotating cylinder is more than 30 m / s.
상기 수분사 노즐은, 길이 방향으로 길게 중공 구조로 형성되는 냉각수 공급부; 및 상기 냉각수 공급부의 상단부에 형성되어 냉각수를 분무하는 노즐부;를 포함하여 구성되고, 상기 노즐부는 상기 냉각수 공급부의 둘레를 따라 서로 일정한 거리만큼 이격되며 적어도 둘 이상이 형성되는 구조일 수 있다.Wherein the water injection nozzle comprises: a cooling water supply part formed in a long hollow structure in the longitudinal direction; And a nozzle unit formed at the upper end of the cooling water supply unit and spraying the cooling water, wherein the nozzle unit is spaced apart from the cooling water supply unit by a predetermined distance, and at least two or more of the nozzle units are formed.
상기 노즐부는, 상기 냉각수 공급부의 길이 방향을 따라 형성되는 복수 개의 통공 구조이거나, 또는 상기 냉각수 공급부의 길이 방향을 따라 길게 형성되는 슬릿공 구조일 수 있다.The nozzle unit may have a plurality of through holes formed along the longitudinal direction of the cooling water supply unit or a slit hole structure formed along the longitudinal direction of the cooling water supply unit.
상기 냉매가스는 아르곤, 질소, 공기 및 물 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.The refrigerant gas may include one or more of argon, nitrogen, air, and water.
한편, 본 발명은 전술한 합금분말 제조장치를 이용하여 합금분말을 제조하는 방법을 포함하며, 상기 제조 방법은,Meanwhile, the present invention includes a method for producing an alloy powder by using the apparatus for producing an alloy powder described above,
상기 도가니에 합금원료를 장입하고 용탕으로 용해시키는 공정; 상기 오리피스로부터 상기 용탕을 토출시키는 공정; 상기 용탕이 토출되면서 낙하하는 동안에 상기 용탕을 향해 냉매가스를 분사하여 상기 용탕을 반액상의 합금분말로 1차 냉각 및 분무시키는 공정; 상기 반액상의 합금분말을 챔버 내부로 전달받아 분산 및 냉각시켜 합금분말을 생성하는 공정; 및 상기 합금분말을 상기 임펠러를 이용하여 회수 용기로 가이드하는 공정;을 포함하여 이루어질 수 있다.Charging an alloy raw material into the crucible and dissolving the alloy raw material in a molten state; Discharging the molten metal from the orifice; A step of spraying a refrigerant gas toward the molten metal while the molten metal is being dropped and cooling and spraying the molten metal with a half-phase alloy powder; Transferring the half-phase alloy powder into the chamber, dispersing and cooling the alloy powder to produce an alloy powder; And guiding the alloy powder to the collection container using the impeller.
상기 합금분말을 생성하는 공정은, 보조 수분사 노즐에 의해 회전원통의 내벽 또는 외벽을 냉각시키는 공정; 상기 반액상의 합금분말을, 상기 회전원통의 내부로 전달받고 회전원통의 내벽에 접촉시켜 2차 냉각시키는 공정; 및 상기 반액상의 합금분말을 수분사 노즐로부터 분무되는 냉각수에 접촉시켜 3차 냉각시키는 공정으로 이루어질 수 있다.The step of producing the alloy powder may include a step of cooling the inner wall or the outer wall of the rotary cylinder by the auxiliary water injection nozzle; A step of secondarily cooling the semi-liquid phase alloy powder to the inside of the rotating cylinder and coming into contact with the inner wall of the rotating cylinder; And a step of third cooling the semi-liquid phase alloy powder by bringing it into contact with cooling water sprayed from a water spray nozzle.
이 때, 상기 냉각수는 수분사 노즐로부터 100 bar 이상의 고압 상태로 회전하면서 분사되므로 상기 반액상의 합금분말은 상기 냉각수와 접촉하여 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다.At this time, since the cooling water is injected from the water spray nozzle while rotating at a high pressure of 100 bar or more, the half-liquid phase alloy powder can be effectively cooled by contacting with the cooling water.
본 발명에 따른 합금분말 제조장치 및 제조방법에 의하면, 합금원료를 가스분사 노즐에 의해 반액상의 합금분말로 1차 냉각시키고, 회전원통 및 수분사 노즐에 의해 추가로 냉각시켜 합금분말을 생성함으로써, 미세편석과 위성분말이 적은 구형의 합금분말을 제조할 수 있고, 성형밀도를 증가시켜 합금분말의 제 특성을 향상시키는 효과를 제공한다.According to the apparatus and method for producing an alloy powder according to the present invention, the alloy raw material is first cooled with a half-phase alloy powder by a gas injection nozzle, and further cooled by a rotating cylinder and a water jetting nozzle to produce alloy powder, It is possible to produce a spherical alloy powder having a small amount of fine segregation and satellite powder, and the effect of improving the properties of the alloy powder by increasing the molding density is provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합금분말 제조장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'의 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B'의 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C'의 단면도이다.
도 5는 도 1의 수분사 노즐의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의해 제조된 합금분말과 종래 가스 분무법에 의해 제조된 합금분말의 형상을 각각 나타낸 사진이다.1 is a cross-sectional view of an apparatus for producing an alloy powder according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in Fig.
3 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'in Fig.
4 is a cross-sectional view taken along the line C-C 'in Fig.
Fig. 5 is a sectional view of the water jet nozzle of Fig. 1;
6 is a photograph showing the shapes of the alloy powder prepared by the present invention and the alloy powder prepared by the conventional gas atomization method, respectively.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but is to be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention, And the scope of the present invention is not limited to the following examples.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금분말 제조장치의 단면도가 도시되어 있다.1 is a cross-sectional view of an apparatus for producing an alloy powder according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 일 실시예에 따른 합금분말 제조장치(500)는 용해용 챔버(100), 가스분사 노즐(200), 챔버(300) 및 회전수단(400)을 포함하여 구성될 수 있다.1, an
먼저, 상기 합금분말 제조장치(500)의 상부에는 고체 상태의 합금원료를 적합한 분위기에서 용해할 수 있는 용해용 챔버(100)가 위치되고, 상기 용해용 챔버(100)는 도가니(110)와 고주파 유도코일(120)을 포함하여 구성될 수 있다.A
상기 도가니(110)는 상기 용해용 챔버(100)의 내측에 설치되고, 상기 도가니(110)의 하부에는 원통형 구조의 오리피스(111)가 설치되며, 상기 오리피스(111)의 상측에는 스톱퍼(112)가 구비될 수 있다.The
먼저, 상기 도가니(110)는 내부에 고체 상태의 합금원료를 장입하고, 상기 합금원료를 용탕(2)으로 용해시키는 역할을 수행한다. 상기 도가니(110)의 외측면에는 상기 고주파 유도 코일(120)이 권회되는 고주파 유도로가 감싸도록 설치되어 상기 도가니(110)에 장입된 합금원료를 액상의 용탕(2)으로 용해시킨다.First, the
상기 용탕(2)은 상기 오리피스(111)를 통해 하측으로 토출되며, 상기 스톱퍼(112)는 상기 오리피스(111)의 개폐를 조절함으로써 상기 용탕(2)이 토출되는 것을 차단할 수 있다.The
한편, 상기 용해용 챔버(100)는 가스의 유입을 단속하여 내부 분위기를 적절하게 조절하기 위한 가스 순환밸브(101)와 가스 압력을 체크하는 압력계(도시하지 않음)를 외측에 구비할 수 있다.Meanwhile, the
상기 용해용 챔버(100)의 하부에는 상기 가스분사 노즐(200)이 위치될 수 있다. The
상기 가스분사 노즐(200)은 상기 오리피스(111)의 하단 또는 하측에 환형(ring shape) 구조로 설치될 수 있다. 상기한 구조 하에서, 가스분사 노즐(200)은 상기 오리피스(111)로부터 토출되는 용탕(2)을 향해 10 bar ~ 1000 bar의 범위의 고압으로 냉매가스(Ar, N2, He, 공기, 물 및 그 혼합물)를 분사하여 1차 냉각시킴으로써 반액상의 합금분말(3)을 생성할 수 있다.The
또한, 상기 가스분사 노즐(200)은 냉매가스(201)를 하측에 형성되는 교차점(50)에서 교차되도록 분사하므로, 상기 반액상의 합금분말(3)은 하측에 위치하는 챔버(300)의 내부로 흩뿌려진 형태로 전달된다.Since the
본 도면 상에는 가스분사 노즐(200)이 용해용 챔버(100)의 하부에 위치한 구성 만이 도시되어 있으나, 상기 가스분사 노즐(200)이 상기 용해용 챔버(100)의 내측에 위치하는 구성도 본 발명의 범위에 포함될 수 있을 것이다.Although only the configuration of the
상기 가스분사 노즐(200)의 하부에는 상기 반액상의 합금분말(3)을 전달받아 이를 분산 및 냉각시켜 합금분말(4)을 생성하는 챔버(300)가 위치되고, 상기 챔버(300)는 회전원통(310), 보조 수분사 노즐(320), 수분사 노즐(330) 및 임펠러(340)를 포함하여 구성될 수 있다.The chamber 300 is positioned below the
상기 회전원통(310)은 상기 챔버(300)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 상기 챔버(300)의 내부에서 상기 수분사 노즐(330)을 기준축으로 하여 고속 회전할 수 있다. 상기 회전원통(310)은 상부 및 하부가 개구되고, 하부로 갈수록 수직 단면적이 넓어지는 원통형의 중공 구조로 형성될 수 있다.The
따라서, 상기 가스분사 노즐(200)로부터 분사되는 고압의 냉매가스(201)에 의해 생성된 반액상의 합금분말(3)은 흩뿌려지는 형태로 낙하하면서 상기 회전원통(310)의 내부로 전달된다.Accordingly, the half-
다음으로, 상기 회전원통(310)의 상부에는 상기 보조 수분사 노즐(330)이 설치될 수 있다.Next, the auxiliary
상기 보조 수분자 노즐(320)은 내측이 개구되게 형성되어 상기 회전원통(310)의 내부로 전달되는 상기 반액상의 합금분말(3)을 통과시킬 수 있다. 또한, 상기 보조 수분사 노즐(330)은 상기 회전원통(310)을 마주보는 일면에 형성된 노즐공(321)을 통해 상기 회전원통(310)의 내벽을 향해 냉매(320a)를 분사하여 상기 회전원통(310)의 내측 벽면(311)을 저온 상태로 냉각시킬 수 있다.The auxiliary
다음으로, 상기 회전원통(310)의 내부에는 상기 수분사 노즐(330)이 회전 가능하게 설치될 수 있다.Next, the
상기 수분사 노즐(330)은, 상기 회전원통(310)의 하단의 내측 중심부에 회전 가능하게 설치되어 고속 회전하면서 상기 회전원통(310)의 내벽을 향해 냉각수(330a)를 분무할 수 있으며, 냉각수(330a)를 공급하는 냉각수 공급부(331)와 상기 냉각수(330a)를 분무하는 노즐부(332)로 구성될 수 있다.The
상기 냉각수 공급부(331)는 회전원통(310)의 내측 하단의 중심부에서 상기 챔버(300)의 외부와 연통되는 구조로 설치될 수 있다. 상기 냉각수 공급부(331)는 내부 중공 구조로 형성되어 냉각수(330a)를 공급할 수 있고, 상단은 길이 방향으로 길게 형성된 원추형으로 이루어지고, 하단은 외부와 연통된 파이프 구조로 이루어질 수 있다.The cooling
상기 노즐부(332)는 상기 냉각수 공급부(331)의 상단부의 외면에 형성되어 냉각수(330a)를 분무할 수 있고, 이와 관련하여 도 3에는 도 1의 B-B'의 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 수분사 노즐의 상단부 구성의 측단면도가 도시되어 있다.The
도 1 및 도 5를 함께 참조하면, 상기 노즐부(332)는 상기 냉각수 공급부(331)의 길이 방향을 따라 길게 형성되는 슬릿공(332a) 구조, 또는 길이 방향을 따라 형성되는 복수 개의 통공(332b) 구조로 형성될 수 있다.1 and 5, the
상기 노즐부(332a, 332b)로부터 분무되는 냉각수(330a)의 수압이 높을수록 반액상의 합금분말(3)이 냉각되는 속도를 높일 수 있으므로, 상기 노즐부(332)의 슬릿공(332a) 구조 또는 통공(332b) 구조는 50 bar 이상의 수압에 견딜 수 있게 설계하는 것이 바람직하다.The higher the water pressure of the
도 1 및 도 3을 함께 참조하여 상기 수분사 노즐(330)의 수직 단면적을 살펴보면, 상기 노즐부(332)는 상기 냉각수 공급부(331)의 외주변을 따라 4개가 형성되어 있고, 상기 노즐부(332)들은 90도의 각도를 이루면서 서로 간에 동일한 간격을 유지하면서 형성되어 있다.Referring to FIGS. 1 and 3, the vertical cross-sectional area of the
도 3을 참조하면, 상기 수분사 노즐(330)은 상기 냉각수 공급부(331)가 고속 회전하면서 상기 노즐부(332)를 통해 상기 냉각수(330a)를 상기 회전원통(310)의 내벽(311)을 향해 분무함으로써 상기 수분사 노즐(330)과 회전원통(310)의 내벽(311) 사이에는 반시계 방향(도 3(a)) 또는 시계 방향(도 3(b))으로 회전하는 수류층을 형성하게 된다. 이러한 수류층에 상기 반액상의 합금분말(3)이 통과하면서 냉각이 이루어진다.3, the
이러한 냉각 과정에서 상기 반액상의 합금분말(3)의 일부는 상기 회전원통(310)의 내벽(311)에 부딪치게 되며, 상기 회전원통(310)의 내벽(311)은 상기 보조 수분사 노즐(320)에 의해 저온 냉각된 상태이므로, 상기 반액상의 합금분말(3)이 내벽(311)에 부딪치는 과정에서 냉각이 이루어질 수 있다.In this cooling process, a part of the semi-liquid
다음으로, 상기 임펠러(340)는 상기 챔버(300)의 내측 하부에 회전 가능하게 설치될 수 있다.Next, the
상기 임펠러(340)는 상기 챔버(300)의 내측 하부에서 상기 회전원통(310)의 하단이 연장된 엣지부(315)에 볼트 결합되어 일체로 회전이 가능하게 구비되고, 상기 임펠러(340)가 회전하면서 발생된 회전력은 상기 회전원통(310) 내에서 냉각 과정을 거쳐 생성된 합금분말(4)을 회수 용기(301)로 가이드할 수 있다.The
이와 관련하여, 도 4에는 도 1의 C-C'의 단면도가 도시되어 있다.In this regard, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line C-C 'of FIG.
도 4는 상기 임펠러(340)의 단면도를 도시한 것으로, 상기 임펠러(340)의 날개(341)의 갯수 및 크기는 상기 가스분사 노즐(200)로부터 분사되는 냉매가스(201)의 분사량, 상기 수분사 노즐(330)로부터 분사되는 냉각수(330a)의 분무량 및 상기 임펠러(340)의 회전속도(rpm)를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.4 is a sectional view of the
전술한 상기 회전원통(310), 수분사 노즐(330) 및 임펠러(340)는 상기 챔버(300)의 외부에 구비된 회전수단(400)로부터 구동력을 인가받아 상기 수분사 노즐(330)을 중심축으로 하여 회전할 수 있다.The
상기 회전수단(400)은 상기 회전원통(310)과 임펠러(340), 및 수분사 노즐(330)을 회전시킬 수 있도록 구동 베어링(401), 중공형 구동축(402) 및 구동축 하우징(403)을 구비하고, 상기 중공형 구동축(402)을 고속으로 회전시키기 위한 풀리(404), 벨트(405) 및 구동모터(410)를 구비할 수 있다.The rotating means 400 includes a driving
상기 회전수단(400)은 상기 회전원통(310)과 수분사 노즐(330)을 3000 rpm 이상의 속도로 회전할 수 있도록 구동력을 인가할 수 있으며, 이 때, 회전원통의 원주속도는 직경에 따라 달라질 수 있으나, 원주속도가 30m/s 이상으로 회전하는 것이 바람직하다.The rotating means 400 can apply a driving force to rotate the
도 2에는 도 1의 A-A'의 단면도가 도시되어 있으며, 이는 상기 오리피스(111)로부터 토출된 용탕(2)이 가스분사 노즐(200)로부터 분사된 고압의 냉매가스(201)에 의해 흩뿌려진 형태로 낙하하면서 회전하는 방향을 도시한 것으로, 도 2(a)는 반액상의 금속분말(3)이 반시계 방향으로 회전하는 모습을, 도 2(b)는 시계 방향으로 회전하는 모습을 도시하고 있다.2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 1, in which the
이와 관련하여, 상기 회전수단(400)은 상기 반액상의 금속분말(3)이 낙하하면서 회전하는 방향과 반대방향으로 회전원통(310) 및 수분사 노즐(330)을 회전시킴으로써 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.In this regard, the rotating means 400 may improve the cooling efficiency by rotating the
예를 들면, 도 2(a)와 같이 상기 반액상의 금속분말(3)이 낙하하면서 반시계 방향으로 회전하는 경우, 상기 회전수단(400)은 상기 회전원통(310)과 수분사 노즐(330)을 시계 방향(도 3(b) 참조)으로 회전시킴으로써, 반액상의 금속분말(3)이 냉각수(330a)에 의해 형성된 수류층에 접촉하는 횟수, 면적을 증가시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 상기 반액상의 금속분말(3)이 낙하하면서 시계 방향으로 회전하는 경우에는 상기 회전수단(400)은 이와 반대인 반시계 방향으로 상기 회전원통(310)과 수분사 노즐(330)을 회전시킴으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있다.For example, when the semi-liquid
도 6에는 본 발명에 의해 제조된 합금분말과 종래 가스 분무법에 의해 제조된 합금분말의 형상을 각각 나타낸 사진이 도시되어 있다.FIG. 6 is a photograph showing the shapes of the alloy powders produced by the present invention and the alloy powders produced by the conventional gas spraying method, respectively.
도 6(a)는 본 발명에 의해 제조된 합금분말의 사진이고, 도 6(b)는 종래 가스 분무법에 의해 제조된 합금분말의 사진이다.Fig. 6 (a) is a photograph of an alloy powder produced by the present invention, and Fig. 6 (b) is a photograph of an alloy powder produced by a conventional gas atomization method.
양 합금분말의 화학적 조성은 Fe-Ni계 합금(high flux) 분말로 동일하며, 본 발명에 의한 합금분말은 오리피스의 내경을 2.5 mm, 냉매가스의 분사 압력을 30 kgf/cm2, 회전원통과 수분사 노즐의 원주속도를 25 m/sec, 수분사 노즐로부터 분무되는 냉각수의 압력을 50 bar, 60 Liter/min 로 설정한 후, 제조하여 400 mesh로 분급한 결과이다.The alloy powder according to the present invention has an inner diameter of 2.5 mm, an injection pressure of the refrigerant gas of 30 kgf / cm < 2 >, an inner diameter of the rotating cylinder The circumferential speed of the water spray nozzle was set to 25 m / sec, and the pressure of the cooling water sprayed from the water spray nozzle was set to 50 bar, 60 Liter / min.
도 6(a)과 도 6(b)를 비교하면, 본 발명에 의해 제조된 합금분말은 종래에 비해 위성분말이 적은 구형의 합금분말임을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명은 냉매가스와 냉각수에 의한 가스 및 수분사의 하이브리드 방식에 의해 합금분말을 제조하므로 미세편석이 적은 구형의 합금분말을 얻을 수 있다. 6 (a) and 6 (b), it can be seen that the alloy powder produced by the present invention is spherical alloy powder having less satellite powder than the conventional alloy powder. That is, since the alloy powder is produced by the hybrid method of the gas and the water yarn by the coolant gas and the cooling water, the present invention can obtain the spherical alloy powder having less fine segregation.
이러한 합금분말의 입도 및 형상은 용탕의 온도, 오리피스의 내경, 냉매가스의 분사압력 등의 공정 조건을 조절하여 다르게 제조할 수 있다.The particle size and shape of the alloy powder can be differently adjusted by adjusting the process conditions such as the temperature of the molten metal, the inner diameter of the orifice, and the injection pressure of the refrigerant gas.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And such variations and modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.
2: 용탕
3: 반액상의 합금분말
4: 합금분말
100: 용해용 챔버
110: 도가니
111: 오리피스
112: 스톱퍼
120: 고주파 유도코일
200: 가스분사 노즐
300: 챔버
310: 회전원통
320: 보조 수분사 노즐
330: 수분사 노즐
340: 임펠러
400: 회전수단
500: 합금분말 제조장치2: melt
3: Half-liquid phase alloy powder
4: Alloy powder
100: melting chamber
110: Crucible
111: Orifice
112: Stopper
120: high frequency induction coil
200: gas injection nozzle
300: chamber
310: rotating cylinder
320: auxiliary water jet nozzle
330: Water injection nozzle
340: impeller
400: rotating means
500: Alloy powder manufacturing equipment
Claims (8)
상기 도가니의 하부에 설치되어 상기 용탕을 토출시키는 오리피스;
상기 오리피스의 하단에 구비되고, 토출되는 상기 용탕을 향해 냉매가스를 분사하여 상기 용탕을 반액상의 합금분말로 냉각시키는 가스분사 노즐;
상기 가스분사 노즐의 하부에 위치하여 상기 반액상의 합금분말을 내부로 전달받아 분산 및 냉각시켜 합금분말을 생성하는 챔버;
상기 챔버 내부의 하단에 회전 가능하게 설치되고, 상기 챔버에서 생성된 상기 합금분말을 회수 용기로 가이드하는 임펠러; 및
상기 임펠러가 회전하도록 구동력을 인가하는 회전수단;을 포함하고,
상기 용탕은 상기 냉매가스에 의해 냉각되고, 상기 챔버 내부를 통과하면서 추가로 냉각되어 합금분말로 생성되는 것을 특징으로 하는 합금분말 제조장치.A crucible for charging an alloy raw material therein and dissolving the alloy raw material in a molten state;
An orifice installed at a lower portion of the crucible to discharge the molten metal;
A gas injection nozzle provided at a lower end of the orifice and injecting a coolant gas toward the discharged molten metal to cool the molten metal with a half-alloyed alloy powder;
A chamber positioned below the gas injection nozzle to receive the semi-liquid phase alloy powder and disperse and cool the semi-liquid phase alloy powder to produce an alloy powder;
An impeller rotatably installed at a lower end of the chamber and guiding the alloy powder produced in the chamber to the recovery container; And
And rotating means for applying a driving force to rotate the impeller,
Wherein the molten metal is cooled by the refrigerant gas and is further cooled while passing through the inside of the chamber to produce an alloy powder.
상기 챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 원통형의 중공 구조로 형성되어 상기 반액상의 합금분말을 내부로 전달받는 회전원통;
상기 회전원통의 내부 중심부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전원통의 내벽을 향해 냉각수를 분무하는 수분사 노즐; 및
회전원통의 상단에 설치되어 상기 반액상의 합금분말을 통과시키도록 내측이 개구되고, 상기 회전원통의 내벽 또는 외벽으로 냉매를 분사하여 상기 회전원통을 냉각시키는 보조 수분사 노즐;을 포함하고,
상기 회전수단은 상기 회전원통, 수분사 노즐 및 보조 수분사 노즐에 구동력을 인가하고, 상기 회전수단에 의한 회전 방향은 상기 반액상의 합금분말이 낙하하면서 회전하는 방향과 동일 또는 반대 방향인 것을 특징으로 하는 합금분말 제조장치.The apparatus of claim 1,
A rotating cylinder rotatably installed in the chamber and formed in a cylindrical hollow structure to receive the semi-liquid phase alloy powder therein;
A water injection nozzle rotatably installed at an inner center portion of the rotary cylinder and spraying cooling water toward the inner wall of the rotary cylinder; And
And an auxiliary water injection nozzle installed at an upper end of the rotary cylinder to open inside to pass the semi-liquid phase alloy powder and to cool the rotary cylinder by spraying the refrigerant to the inner wall or the outer wall of the rotary cylinder,
Wherein the rotating means applies driving force to the rotating cylinder, the water jetting nozzle and the auxiliary water jetting nozzle, and the rotating direction by the rotating means is the same as or opposite to the rotating direction of the semi-liquid phase alloy powder falling Wherein the alloy powder is a powder.
상기 회전원통의 분당 회전수가 2000 rpm 이상 5000 rpm 이하의 속도로 회전하도록 구동력을 인가하는 것을 특징으로 하는 합금분말 제조장치.3. The apparatus according to claim 2,
Wherein the driving force is applied so that the number of revolutions per minute of the rotating cylinder rotates at a speed of 2000 rpm or more and 5000 rpm or less.
길이 방향으로 길게 중공 구조로 형성되는 냉각수 공급부; 및
상기 냉각수 공급부의 상단부에 형성되어 냉각수를 분무하는 노즐부;를 포함하여 구성되고,
상기 노즐부는 상기 냉각수 공급부의 둘레를 따라 서로 일정한 거리만큼 이격되며 적어도 둘 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 합금분말 제조장치.The water jetting apparatus according to claim 2,
A cooling water supply part formed in a longitudinally long hollow structure; And
And a nozzle unit formed at an upper end of the cooling water supply unit to spray cooling water,
Wherein the nozzle unit is spaced apart from each other by a predetermined distance along the circumference of the cooling water supply unit, and at least two of the nozzle units are formed.
상기 냉각수 공급부의 길이 방향을 따라 형성되는 복수 개의 통공 구조이거나, 또는 상기 냉각수 공급부의 길이 방향을 따라 길게 형성되는 슬릿공 구조인 것을 특징으로 하는 합금분말 제조장치.The ink jet recording head according to claim 4,
Wherein the cooling water supply unit has a plurality of through holes formed along the longitudinal direction of the cooling water supply unit or a slit hole structure formed along the longitudinal direction of the cooling water supply unit.
상기 도가니에 합금원료를 장입하고 용탕으로 용해시키는 공정;
상기 오리피스로부터 상기 용탕을 토출시키는 공정;
상기 용탕이 토출되면서 낙하하는 동안에 상기 용탕을 향해 냉매가스를 분사하여 상기 용탕을 반액상의 합금분말로 1차 냉각 및 분무시키는 공정;
상기 반액상의 합금분말을 챔버 내부로 전달받아 분산 및 냉각시켜 합금분말을 생성하는 공정; 및
상기 합금분말을 상기 임펠러를 이용하여 회수 용기로 가이드하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 합금분말 제조방법.A method for producing an alloy powder using the apparatus for producing an alloy powder according to claim 1,
Charging an alloy raw material into the crucible and dissolving the alloy raw material in a molten state;
Discharging the molten metal from the orifice;
A step of spraying a refrigerant gas toward the molten metal while the molten metal is being dropped and cooling and spraying the molten metal with a half-phase alloy powder;
Transferring the half-phase alloy powder into the chamber, dispersing and cooling the alloy powder to produce an alloy powder; And
And guiding the alloy powder to the recovery container using the impeller.
보조 수분사 노즐에 의해 회전원통의 내벽 또는 외벽을 냉각시키는 공정;
상기 반액상의 합금분말을, 상기 회전원통의 내부로 전달받고 회전원통의 내벽에 접촉시켜 2차 냉각시키는 공정; 및
상기 반액상의 합금분말을 수분사 노즐로부터 분무되는 냉각수에 접촉시켜 3차 냉각시키는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 합금분말 제조방법.
8. The method of producing an alloy powder according to claim 7,
A step of cooling the inner wall or outer wall of the rotary cylinder by the auxiliary water injection nozzle;
A step of secondarily cooling the semi-liquid phase alloy powder to the inside of the rotating cylinder and coming into contact with the inner wall of the rotating cylinder; And
And a third cooling step of bringing the semi-liquid phase alloy powder into contact with cooling water sprayed from a water spray nozzle.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |