KR20190016456A - 금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 고품질의 금속 분말을 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치와, 이것을 이용하는 금속 분말의 제조 방법을 제공하는 것.
(해결 수단) 용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부(20)와, 용융 금속 공급부(20)의 하방에 설치되는 통체(32)와, 용융 금속 공급부(20)로부터 토출된 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부(36)를 갖는 금속 분말 제조 장치(10)이다. 냉각액층 형성부(36)는, 내주면(33)으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름을, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 틀체(38)를 갖는다.

Description

금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법{MANUFACTURING APPARATUS FOR METAL POWDER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 소위 가스아토마이즈법을 이용하여 금속 분말을 제조하는 금속 분말 제조 장치와 이 장치를 이용한 제조 방법이 알려져 있다. 종래의 장치는, 용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급 용기와, 이 용융 금속 공급 용기의 하방에 설치되는 통체와, 용융 금속 공급부로부터 토출된 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부를 갖는다.

냉각액층 형성부는, 냉각용 통체의 내주면의 접선 방향을 향해 냉각액을 분사하고, 냉각액을 냉각 용기의 내주면을 따라서 선회시키면서 흘러내리게 함으로써, 냉각액층을 형성하고 있다. 냉각액층을 이용함으로써, 용적(溶滴)을 급랭해, 고기능성의 금속 분말을 제조할 수 있다고 기대되고 있다.

그러나, 종래의 장치에서는, 냉각용 통체의 내주면의 접선 방향을 향해 냉각액을 분사했다고 해도, 냉각액은, 통체의 내주면에서 반사해 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 흐름이 발생한다. 이 때문에, 종래의 장치에서는, 통체의 내주면을 따라서 표면에 물결을 형성해 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 곤란하고, 균질의(입경, 결정 상태, 형상 등이 균일한) 금속 분말을 제조하는 것이 어렵다는 과제가 있었다. 특히, 냉각액의 유량을 증대시키거나 냉각액을 밀어내는 펌프의 압력을 증대시켜 냉각액의 속도를 증대시키면, 그 경향이 강해진다.

일본국 특허 공개 평 11-80812호 공보

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어지고, 그 목적은, 고품질의 금속 분말을 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치와, 이것을 이용하는 금속 분말의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 금속 분말 제조 장치는,

용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,

상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,

상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,

상기 냉각액층 형성부는,

상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 틀체를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 금속 분말의 제조 방법은,

용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체의 내주면을 따라서 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,

상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해서 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,

상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 상부에 구비되고 있는 틀체에 닿게 해, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금속 분말 제조 장치 및 금속 분말의 제조 방법에서는, 용융 금속 공급부로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 틀체가 구비되어 있다. 이 때문에, 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름에 의해 발생하는 표면의 물결을 억제해 통체의 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꿀 수 있다. 따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체의 내주면을 따라서 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름 표면의 물결을 억제해, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해져, 고품질의 금속 분말을 생산하는 것이 가능하게 된다.

바람직하게는, 상기 틀체의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작고,

상기 틀체와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해진다.

상기 틀체의 내경은, 상기 틀체의 축방향의 하단을 향해 대략 동일해도 되지만, 테이퍼형으로 크게 구성해도 된다. 틀체의 내경을, 축방향의 하단을 향해 테이퍼형으로 크게 함으로써, 냉각액을 내주면을 향해 누르는 방향의 힘이 작용해, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해진다.

바람직하게는, 상기 틀체는, 상기 통체의 상방에 부착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 용융 금속 공급부로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 틀체를 배치하기 쉬워진다.

바람직하게는, 상기 냉각액층 형성부는, 상기 틀체를 향해 상기 냉각액을 나선형으로 충돌시키는 나선 흐름 형성부를 갖는다. 나선 흐름 형성부는, 예를 들어 통체의 내주면의 접선 방향을 향해 냉각액을 분사하는 노즐을 통체에 부착함으로써 형성된다. 나선 흐름 형성부로부터 통체의 내주면의 접선 방향을 향해서 냉각액이 토출하는 위치의 내측에, 틀체를 부착함으로써, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해진다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 제1의 관점에 따른 금속 분말 제조 장치는,

용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,

상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,

상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,

상기 냉각액층 형성부는,

상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름을 만들어내는 노즐과,

상기 내주면의 반경 방향의 내측에 설치되고, 상기 노즐로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름이 충돌하여, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 틀체를 갖고,

상기 틀체의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작고,

상기 틀체와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1의 관점에 따른 금속 분말의 제조 방법은,

용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체의 내주면을 따라서 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,

상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,

상기 금속 분말 제조 장치를 이용하여,

상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 상부에 구비되어 있는 틀체에 닿게 해, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2의 관점에 따른 금속 분말 제조 장치는,

용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,

상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,

상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,

상기 냉각액층 형성부는,

상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 나선형의 상기 냉각액의 흐름을 만들어내는 노즐과, 상기 내주면의 반경 방향의 내측에 설치되고, 상기 노즐로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 나선형의 흐름이 충돌하여, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 틀체를 갖고,

상기 틀체의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작고,

상기 틀체와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2의 관점에 따른 금속 분말의 제조 방법은,

용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체의 내주면을 따라서 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,

상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,

상기에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,

상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 나선형의 흐름을, 상기 통체의 상부에 구비되어 있는 틀체에 닿게 해, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타낸 실시형태에 의거해 설명한다.

제1 실시형태

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치(10)는, 용융 금속(21)을 아토마이즈법(가스 아토마이즈법)에 의해 분말화하여, 다수의 금속 입자로 구성된 금속 분말을 얻기 위한 장치이다. 이 장치(10)는, 용융 금속 공급부(20)와, 금속 공급부(20)의 연직 방향의 하방에 배치되어 있는 냉각부(30)를 갖는다. 도면에 있어서, 연직 방향은, Z축을 따르는 방향이다.

용융 금속 공급부(20)는, 용융 금속(21)을 수용하는 내열성 용기(22)를 갖는다. 내열성 용기(22)의 외주에는, 가열용 코일(24)이 배치되어 있고, 용기(22)의 내부에 수용되어 있는 용융 금속(21)을 가열하여 용융 상태로 유지하도록 되어 있다. 용기(22)의 바닥부에는, 토출구(23)가 형성되어 있으며, 그곳으로부터, 냉각부(30)를 구성하는 통체(32)의 내주면(33)을 향해, 용융 금속(21)이 적하 용융 금속(21a)으로서 토출되게 되어 있다.

용기(22)의 외저벽의 외주부에는, 토출구(23)를 둘러싸도록, 가스 분사 노즐(26)이 배치되어 있다. 가스 분사 노즐(26)에는, 가스 분사구(27)가 구비되어 있다. 가스 분사구(27)로부터는, 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)을 향해 고압 가스가 분사된다. 고압 가스는, 토출구(23)로부터 토출된 용융 금속의 주위 전체로부터 비스듬한 하방향을 향해 분사되고, 적하 용융 금속(21a)은, 다수의 액적이 되어, 가스의 흐름을 따라서 통체(32)의 내주면을 향해 옮겨진다.

용융 금속(21)은, 어떠한 원소를 포함하고 있어도 되고, 예를 들어, Ti, Fe, Si, B, Cr, P, Cu, Nb, Zr 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 것도 이용할 수 있다. 이들 원소는 활성이 높고, 이들 원소를 포함하는 용융 금속(21)은, 단시간의 공기와의 접촉으로 인해, 쉽게 산화되어 산화막을 형성해버려, 미세화하는 것이 곤란하게 여겨지고 있다. 금속 분말 제조 장치(10)는, 상술한 바와 같이 가스 분사 노즐(26)의 가스 분사구(27)로부터 분사하는 가스로서 불활성 가스를 이용함으로써, 산화되기 쉬운 용융 금속(21)이어도 용이하게 분말화할 수 있다.

가스 분사구(27)로부터 분사되는 가스로는, 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등의 불활성 가스, 혹은 암모니아 분해 가스 등의 환원성 가스가 바람직하나, 용융 금속(21)이 산화되기 어려운 금속이면 공기여도 된다.

본 실시형태에서는, 통체(32)의 축심(O)은, 연직선(Z)에 대해 소정 각도(θ1)로 경사져 있다. 소정 각도(θ1)로는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 5~45도이다. 이러한 각도 범위로 함으로써, 토출구(23)로부터의 적하 용융 금속(21a)을, 통체(32)의 내주면(33)에 형성되어 있는 냉각액층(50)을 향해 토출시키기 쉬워진다.

냉각액층(50)에 토출된 적하 용융 금속(21a)은, 냉각액층(50)에 충돌해, 더욱 분단되어 미세화됨과 더불어 냉각 고체화되어, 고체상의 금속 분말이 된다. 통체(32)의 축심(O)을 따라서 하방에는, 배출부(34)가 설치되고, 냉각액층(50)에 포함되는 금속 분말을 냉각액과 함께, 외부로 배출 가능하게 되어 있다. 냉각액과 함께 배출된 금속 분말은, 외부의 저류조 등에서, 냉각액과 분리되어 취출된다. 또한, 냉각액으로는, 특별히 한정되지 않지만, 냉각수가 이용된다.

본 실시형태에서는, 통체(32)의 축심(O)방향의 상부에는, 냉각액층 형성부로서의 틀체(38)가 구비되어 있다. 틀체(38)는, 그것과 일체로 성형되어 있는 부착 플랜지(39)에 의해, 통체(32)의 상부에 부착되어 있다. 틀체(38)의 부착 방법은, 특별히 한정되지 않고, 통체(32)와 일체로 성형되어 있어도 된다. 틀체(38)는, 통체(32)의 내주면(33)의 내경보다 작은 내경을 갖고, 통체(32)의 내주면과 동심형으로 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 틀체(38)의 내주면과 통체(32)의 내주면은, 대략 평행으로 배치되어 있다.

틀체(38)에 대응하는 통체(32)의 상부 위치에는, 냉각액층 형성부로서의 노즐 구멍(노즐)(37a)이 형성되어 있다. 노즐 구멍(37a)은, 통체(32)의 내측을 향해 개구되도록, 둘레방향을 따라서 연속해서(또는 단속적으로) 형성되어 있다. 노즐 구멍(37a)은, 틀체(38)에 소정 간극으로 마주보도록 형성되어 있다. 틀체(38)와 내주면(33) 사이의 둘레방향 간극의 폭(냉각액 토출부(52)의 경방향 폭)은, 특별히 한정되지 않지만, 냉각액층(50)의 두께와의 관계로 결정된다. 또, 틀체(38)와 내주면(33) 사이의 둘레방향 간극의 폭은, 냉각액층(50)의 두께보다 얇아도 된다.

틀체(38)의 축방향 길이(L1)는, 노즐 구멍(37a)을 덮을 정도의 길이이면 되고, 통체(32)의 내주면(33)에, 충분한 축방향 길이(L0)의 냉각액층(50)의 액면이 노출되게 되어 있다. 내측에 노출되어 있는 냉각액층(50)의 축방향 길이(L0)는, 틀체(38)의 축방향 길이(L1)에 비해, 5~500배의 길이인 것이 바람직하다. 또, 통체(32)의 내주면(33)의 내경은, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 50~500mm이다.

본 실시형태에서는, 틀체(38)와 통체(32)의 내주면(33) 사이의 간극이, 냉각액을 내주면(33)을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부(52)를 구성하고 있다. 본 실시형태에서는, 통체(32)의 Z축방향의 상부에는, 나선 흐름 형성부로서의 노즐(37)이 접속되어 있다. 노즐(37)을 통체(32)의 접선 방향으로 접속함으로써, 노즐(37)로부터 통체(32)의 내부에, 노즐 구멍(37a)을 통과해, 내주면(33)으로부터 경방향의 내측을 향하는 성분을 갖는 나선 흐름이 되어, 틀체(38)의 내주면에 충돌해, 냉각액 토출부(52)를 통과해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 방향으로 바꿀 수 있다.

통체(32)의 내주면(33)에 형성되어 있는 노즐구(37a)로부터 틀체(38)의 내주면을 향해서 연속해서 공급되는 냉각액의 회전 흐름(나선 흐름)과, 냉각액 자체의 중력에 의해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 냉각액은, 나선형의 흐름이 되어, 냉각액층(50)을 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 냉각액층(50)의 내주측 액면에, 도 1에 나타낸 적하 용융 금속(21a)이 입사되고, 적하 용융 금속(21a)은, 나선 흐름의 냉각액층(50)의 내부에서 냉각액과 함께 흘러 냉각된다.

본 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치(10)와, 이것을 이용한 금속 분말의 제조 방법에서는, 금속 공급부(20)의 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)이 냉각액층(50)에 접촉하는 위치의 상류측에 틀체(38)가 구비되어 있다. 이로 인해, 노즐 구멍(37a)을 통과해, 내주면(33)으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름을, 틀체(38)가, 통체(32)의 내주면(33)을 따른 흐름으로 바꿀 수 있다. 따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체(32)의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해져, 고품질의 금속 분말을, 생산하는 것이 가능하게 된다.

또, 틀체(38)의 내경은, 통체(32)의 내주면(33)의 내경보다 작고, 틀체(38)와 내주면(33) 사이의 간극이, 냉각액을 내주면(33)을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부(52)를 구성하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체(32)의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다.

또한, 본 실시형태에서는, 틀체(38)는, 통체(32)의 축심(O)의 상방에 부착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 금속 공급부(20)로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 틀체(38)를 배치하기 쉬워진다.

또한 본 실시형태에서는, 노즐 구멍(37a)으로부터 통체(32)의 내주면(33)의 대략 접선 방향을 향해서 냉각액이 토출하는 위치의 내측에, 틀체(38)를 부착함으로써, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 균일한 두께의 나선 흐름으로부터 이루어지는 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다.

또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 노즐 구멍(37a)으로부터 틀체(38)의 내주면을 향해 나선 흐름으로 충돌해, 흐름의 방향이 바뀌어, 냉각액 토출부(52)를 통과해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 나선형으로 흐르도록 구성되어 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 그러한 흐름으로 한정되지 않는다.

예를 들어 노즐(37)을 통체(32)의 외주면에 대략 수직으로 접속함으로써, 통체(32)의 내주면(33)에 형성되어 있는 노즐 구멍(37a)으로부터 틀체(38)의 내주면을 향하는 흐름을, 비나선 흐름(일부에 나선 흐름이 섞여도 된다)이 되도록 해도 된다. 그 경우에는, 비나선 흐름이, 틀체(38)의 내주면에 충돌해, 흐름의 방향이 바뀌고, 냉각액 토출부(52)를 통해 토출되어, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 비나선 흐름의 냉각층(50)이 형성된다.

제2 실시형태

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치(110)와 금속 분말의 제조 방법은, 이하에 나타낸 것 이외에는, 제1 실시형태와 동일하며, 공통되는 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 부여해, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

본 실시형태에서는, 금속 분말 제조 장치(110)는, 냉각부(130)에 있어서, 냉각액층 형성부로서, 둘레방향으로 연속하는 유로 박스(136)를 갖는다. 유로 박스(136)는, 통체(32)의 축심(O)방향의 상부에 부착되어 있다. 유로 박스(136)의 내부에는, 둘레방향으로 연속하는 유로가 형성되어 있다. 이 유로 박스(136)의 축심(O)방향의 상부(또는 하부)에는, 복수의 노즐(137)이 접속되어 있다. 유로 박스(136)의 내부에 나선형의 냉각액의 흐름을 형성하도록, 이들 노즐(137)은, 유로 박스(136)의 상부(또는 하부)에서 외주측에 축심(O)에 대해 경사져 접속되어 있어도 된다.

혹은, 이들 노즐(137)은, 유로 박스(136)의 상부(또는 하부)에서 외주측에 축심(O)에 대해 평행하게 접속되어 있어도 된다. 혹은, 유로 박스(136)의 내부에, 나선형의 냉각액의 흐름을 형성하도록, 노즐(137)은, 유로 박스(136)의 외주면에 접속되어 있어도 된다.

유로 박스(136)의 내주측에는, 틀체(138)(도 1에 나타낸 틀체(38)에 대응)가 유로 박스(136)와 일체로 형성되어 있다. 틀체(138)는, 통체(32)의 내주면(33)보다 작은 내경을 갖고, 틀체(138)와 내주면(33) 사이의 둘레방향 간극이 냉각액 토출부(52)가 된다. 본 실시형태에서는, 유로 박스(136)의 하방 내주측에 둘레방향으로 불연속의 구멍(둘레방향으로 연속인 구멍이어도 된다)을 형성함으로써, 냉각액 토출부(52)를 형성할 수 있다. 냉각액 토출부(52)의 외경이 내주면(33)의 내경과 일치하고, 냉각액 토출부(52)의 내경이 틀체(138)의 내경과 일치한다.

본 실시형태에서는, 노즐(137)로부터 유로 박스(136)의 내부에 들어가는 냉각수의 흐름에 의해, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액의 흐름이, 내주면(33)을 따라서 나선형의 흐름이 되어, 냉각액층(50)을 형성한다. 혹은, 냉각액 토출부(52)로부터 유출하는 냉각액의 흐름이, 내주면(33)을 따라서 축심(O)과 평행한 흐름이 되어, 냉각액층(50)을 형성한다.

본 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치(110)와, 이것을 이용한 금속 분말의 제조 방법에서는, 금속 공급부(20)의 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)이 냉각액층(50)에 접촉하는 위치의 상류측에 틀체(138)가 구비되어 있다. 이로 인해, 유로 박스(136)의 내부에서 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름을, 틀체(138)에 의해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 방향으로 바꿀 수 있다. 따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체(32)의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해져, 고품질의 금속 분말을 생산하는 것이 가능하게 된다.

제3 실시형태

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치(210)는, 이하에 나타낸 것 이외에는, 제1 실시형태 또는 제2 실시형태와 동일하며, 공통되는 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 부여해, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

도 1~도 2에 나타낸 실시형태에서는, 틀체(38 또는 138)의 내경은, 틀체(38 또는 138)의 축심(O)방향의 하단을 향해서 대략 동일하지만, 본 실시형태에서는, 냉각부(230)에 있어서, 틀체(238)의 하방 선단부(238a)가, 축심(O)을 따라서 하측을 향해 테이퍼형으로 크게 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 유로 박스(236)의 내주면을 구성하는 틀체(238)의 하방 선단부(238a)와 통체(32)의 내주면(33) 사이의 둘레방향으로 불연속의 간극(연속이어도 된다)이, 냉각액 토출부(52)가 된다. 또한, 유로 박스(236)의 축심(O)방향의 상부(또는 하부)에는, 복수의 노즐(237)이 접속되어 있다.

틀체(238)의 하방 선단부(238a)의 축심(O)에 대한 테이퍼 각도(θ2)는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 5~45도이다. 틀체(238)의 하방 선단부(238a)의 내경을, 축방향의 하단을 향해 테이퍼형으로 크게 함으로써, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액을 내주면(33)을 향해 누르는 방향의 힘이 작용해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양하게 개변할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을, 더욱 상세한 실시예에 의거해 설명하는데, 본 발명은, 이들 실시예로 한정되지 않는다.

실시예

도 1에 나타낸 금속 분말 제조 장치(10)를 이용하여, Fe-Si-B(실험 번호 6), Fe-Si-Nb-B-Cu(실험 번호 7), Fe-Si-B-P-Cu(실험 번호 8), Fe-Nb-B(실험 번호 9), Fe-Zr-B(실험 번호 10)로 이루어지는 금속 분말을 제조했다.

각 실험에 있어서 용해 온도: 1500℃, 분사 가스압: 5MPa, 사용 가스종: 아르곤으로 일정하게 하고, 나선 수류 조건은 펌프압 7.5kPa였다. 실시예에 있어서는 평균 입경이 약 25μm인 금속 분말을 제조할 수 있었다. 평균 입경은, 건식 입도 분포 측정 장치(HELLOS)를 이용해 측정하여 구했다. 또 실험 번호 6~10에서 제작한 금속 분말의 결정 분석을, 분말 X선 회절법에 의해 평가했다. 금속 분말의 자기 특성에 대해서는 Hc미터로 보자력(Oe)을 측정함으로써 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또, 냉각액층(50)의 두께는 30mm이며, 축심(O)방향으로 불균일이 작은 것이 관찰되었다.

비교예

틀체(38)를 구비시키지 않는 것 이외에는, 실시예와 동일한 금속 분말 제조 장치를 이용하여, 실시예와 동일하게 하여, 금속 분말(실험 번호 1~5)을 제조하고, 동일한 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 냉각액층(50)의 두께는 30mm이며, 축심(O)방향으로 불균일이 큰 것이 관찰되었다.

표 1의 실시예와 비교예를 비교하면 자기 특성이 향상되어 있어 비정질성이 향상되었다. 이것은 나선 수류의 표면의 물결이 억제됨으로써 균일한 냉각 효과가 얻어져, 냉각 부족이 되는 분말이 적은 것이 기인이라고 생각된다. 또 금속 분말의 결정 분석을 분말 X선 회절에 의해 행한 바, 결정에 기인하는 피크를 갖는 비교예도 있었다. 금속 분말의 자기 특성에 대해서는 비교예에 대해서는 모두 실시예보다 보자력이 크고 실시예가 뛰어난 것을 확인할 수 있는 것으로부터도, 보다 균일한 냉각 효과가 얻어져 있음을 알 수 있다.

상기 비교예와 실시예를 비교하면, 종래 제작할 수 없었던 조성에 대해서도 비정질성을 확인할 수 있으며, 또한 자기 특성도 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이것은, 틀체(38)를 구비시킴으로써 펌프압이 높은 상태에 있어서도 통체의 내주면의 노즐 구멍으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름의 표면의 물결을 억제하는 것이 가능해져, 내주면을 따라서 냉각액의 흐름을 정류화하여, 균일한 냉각 효과가 얻어지는 것에 의한다고 생각된다.

10, 110, 210: 금속 분말 제조 장치 20: 용융 금속 공급부
21: 용융 금속 22: 용기
23: 토출구 24: 가열용 코일
26: 가스 분사 노즐 27: 가스 분사구
30, 130, 230: 냉각부 32: 통체
33: 내주면 34: 배출부
37: 노즐 37a: 노즐 구멍
136, 236: 유로 박스 137, 237: 노즐
38, 138, 238: 틀체 238a: 틀 선단
39: 부착 플랜지 50: 냉각액층
52: 냉각액 토출부

Claims (6)

1. 용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,
   상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,
   상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,
   상기 냉각액층 형성부는,
   상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름을 만들어내는 노즐과,
   상기 내주면의 반경 방향의 내측에 설치되고, 상기 노즐로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름이 충돌하여, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 틀체를 갖고,
   상기 틀체의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작고,
   상기 틀체와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 틀체의 내경은, 상기 틀체의 축방향의 하단을 향해 테이퍼형으로 크게 구성되어 있는, 금속 분말 제조 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 틀체는 상기 통체의 상방에 설치되어 있는, 금속 분말 제조 장치.
4. 용융 금속을 토출하는 용융 금속 공급부와,
   상기 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체와,
   상기 용융 금속 공급부로부터 토출된 상기 용융 금속을 냉각하는 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 내주면을 따라서 형성하는 냉각액층 형성부를 갖는 금속 분말 제조 장치로서,
   상기 냉각액층 형성부는,
   상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 나선형의 상기 냉각액의 흐름을 만들어내는 노즐과,
   상기 내주면의 반경 방향의 내측에 설치되고, 상기 노즐로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 나선형의 흐름이 충돌하여, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 틀체를 갖고,
   상기 틀체의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작고,
   상기 틀체와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
5. 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체의 내주면을 따라서 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,
   상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,
   청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,
   상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 흐름을, 상기 통체의 상부에 구비되어 있는 틀체에 닿게 해, 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 바꾸는 것을 특징으로 하는 금속 분말의 제조 방법.
6. 용융 금속 공급부의 하방에 설치되는 통체의 내주면을 따라서 냉각액의 흐름을 형성하는 공정과,
   상기 용융 금속 공급부로부터 용융 금속을 상기 냉각액의 흐름을 향해 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,
   청구항 4에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,
   상기 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 상기 냉각액의 나선형의 흐름을, 상기 통체의 상부에 구비되어 있는 틀체에 닿게 해, 상기 통체의 상기 내주면을 따라 흐르는 방향으로 바꾸는 것을 특징으로 하는 금속 분말의 제조 방법.

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