KR20190016457A - 금속 분말 제조 장치와 금속 분말의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 고품질의 금속 분말을 제조할 수 있는 금속 분말 제조 장치와, 그것을 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(38)를 갖는 금속 분말 제조 장치(10)이다. 냉각액층 형성부(38)는, 내주면(33)으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액을 안정화하고, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 방향으로 냉각액을 토출하는 선단 절곡부(38a)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 개시된 바와 같이, 이른바 가스 아토마이즈법을 이용하여 금속 분말을 제조하는 금속 분말 제조 장치와 그 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 향해서 냉각액을 분사하고, 냉각액을 냉각 용기의 내주면을 따라서 선회시키면서 유하시킴으로써, 냉각액층을 형성하고 있다. 냉각액층을 이용함으로써, 용적을 급랭하여, 고기능성의 금속 분말을 제조할 수 있는 것이 기대되고 있다.

그러나, 종래의 장치에서는, 냉각용 통체의 내주면의 접선 방향을 향해서 냉각액을 분사했다고 해도, 냉각액은, 통체의 내주면에서 반사하여 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 흐름이 발생하여 난류가 된다. 이로 인해, 종래의 장치에서는, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 어렵고, 균질한(입경, 결정 상태, 형상 등이 균일한) 금속 분말을 제조하는 것이 어렵다고 하는 과제가 있었다. 특히, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액을 밀어내는 펌프의 압력을 증대시켜 냉각액의 속도를 증대시키면, 그 경향이 강해진다.

일본국 특허 공개 평11-80812호 공보

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

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르는 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 통체의 상부에서 상기 통체의 내측에 안정류를 형성하기 위한 선단 절곡부를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 금속 분말 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 통체의 상부에서 상기 통체의 내측에 구비되어 있는 안정류 형성부로부터 선단 절곡부를 통해 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 상기 냉각액을 토출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 금속 분말 제조 장치 및 금속 분말의 제조 방법에서는, 용융 금속 공급부로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 선단 절곡부가 구비되어 있다. 선단 절곡부에서는, 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 안정류로 변하여, 통체의 내주면을 따라서 흐르는 방향으로 냉각액을 토출한다. 이로 인해, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해지고, 고품질의 금속 분말을, 생산하는 것이 가능해진다.

바람직하게는, 상기 선단 절곡부의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작고,

상기 선단 절곡부와 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 선단 절곡부의 내경은, 상기 선단 절곡부의 축 방향의 하단을 향해서 테이퍼형으로 크게 구성해도 된다.

상기 선단 절곡부는, 상기 선단 절곡부의 축 방향의 하단을 향해서 테이퍼형으로 경사져도 된다. 선단 절곡부를, 축 방향의 하단을 향해서 테이퍼형으로 경사시킴으로써, 냉각액을 내주면을 향해서 강하게 누르는 방향의 힘이 작용하여, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해진다.

바람직하게는, 상기 선단 절곡부가 하단에 구비되어 있는 내틀은, 상기 통체의 상방에 장착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 용융 금속 공급부로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 선단 절곡부를 배치하기 쉬워진다.

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

바람직하게는, 상기 선단 절곡부의 선단에는, 상기 내틀과의 사이에 소정 간극의 되접어 꺾임 단부가 구비되어 있다. 되접어 꺾임 단부를 구비시킴으로써, 선단 절곡부와 내주면 사이의 냉각액 토출부로부터 유출되는 냉각액의 흐름이 더욱 안정화하여, 통체의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층을 형성하는 것이 용이해진다.

보다 구체적으로는, 본 발명에 따르는 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 통체의 축심 방향의 상부에 구비되어 있는 내틀을 갖고, 상기 내틀은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작은 내경을 가지며,

상기 내틀의 축심을 따른 하단부에는, 상기 내틀로부터 경방향의 외측으로 돌출하는 선단 절곡부가 구비되어 있고,

상기 선단 절곡부의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작으며,

상기 선단 절곡부와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있고,

상기 내틀과 상기 선단 절곡부에 의해, 안정류 형성용 공간부가 상기 통체의 상부에서, 상기 냉각액 토출부의 내경측에 형성되어 있으며,

상기 안정류 형성용 공간부에서는, 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액이 상기 내틀에 충돌하고, 상기 선단 절곡부에서는, 축심을 따른 하측을 향하는 흐름이 제한되며, 상기 냉각액은, 상기 안정류 형성용 공간부에 있어서, 일시적으로 난류가 안정화되고, 상기 냉각액 토출부로부터 상기 통체의 내주면을 따라서 토출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각액을 상기 통체의 내주면을 향해서 강하게 누르는 방향의 힘이 작용하도록, 상기 선단 절곡부는, 상기 내틀에 대해서 소정 각도로 상기 선단 절곡부의 축 방향의 하단을 향해서 테이퍼형으로 경사져 있다.

바람직하게는, 상기 통체의 축 방향의 상부에는, 둘레 방향의 복수 개소에서 노즐이 접속되어 있고,

상기 내틀을 향해서 상기 냉각액을 나선형으로 충돌시키도록 되어 있다.

바람직하게는, 상기 선단 절곡부의 선단에는, 상기 내틀과의 사이에 소정 간극을 형성하기 위한 되접어 꺾임 단부가 구비되어 있다.

보다 구체적인 본 발명에 따르는 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,

상기의 어느 한쪽에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,

상기 통체의 상부에서 상기 통체의 내측에 구비되어 있는 상기 안정류 형성용 공간부로부터 상기 선단 절곡부와 상기 내주면 사이의 간극인 상기 냉각액 토출부를 통해 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 상기 냉각액을 토출하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치의 개략 단면도이다.

이하, 본 발명을, 도면에 도시한 실시 형태에 의거하여 설명한다.

제1 실시 형태

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시 형태에 따르는 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 상태에 유지하게 되어 있다. 용기(22)의 저부에는, 토출구(23)가 형성되어 있고, 그곳으로부터, 냉각부(30)를 구성하는 통체(32)의 내주면(33)을 향해서, 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 향해서 고압 가스가 분사된다. 고압 가스는, 토출구(23)로부터 토출된 용융 금속의 주위 전체 둘레로부터 비스듬하게 아래 방향을 향해서 분사되고, 적하 용융 금속(21a)은, 다수의 액적이 되어, 가스의 흐름에 따라서 통체(32)의 내주면을 향해서 운반된다.

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 접촉에 의해, 용이하게 산화하여 산화막을 형성해 버려, 미세화하는 것이 어렵게 되어 있다. 금속 분말 제조 장치(10)는, 상기 서술한 바와 같이 가스 분사 노즐(26)의 가스 분사구(27)로부터 분사하는 가스로서 불활성 가스를 이용함으로써, 산화하기 쉬운 용융 금속(21)이라도 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 바람직한데, 용융 금속(21)이 산화하기 어려운 금속이면 공기여도 된다.

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 축심(O)은, 연직선(Z)에 대해서 소정 각도(θ1)로 경사져 있다. 소정 각도(θ1)로는, 특별히 한정되지 않으나, 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 향해서 토출 시키기 쉬워진다.

냉각액층(50)에 토출된 적하 용융 금속(51)은, 냉각액층(50)에 충돌하고, 더욱 분단되어 미세화됨과 더불어 냉각 고체화되고, 고체상의 금속 분말이 된다. 통체(32)의 축심(O)을 따라서 하방에는, 배출부(34)가 설치되고, 냉각액층(50)에 포함되는 금속 분말을 냉각액과 더불어, 외부로 배출 가능하게 되어 있다. 냉각액과 더불어 배출된 금속 분말은, 외부의 저류조 등에서, 냉각액과 분리되어 취출된다. 또한, 냉각액으로는, 특별히 한정되지 않으나, 냉각수가 이용된다.

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 축심(O) 방향의 상부에는, 내틀(38)이 구비되어 있다. 내틀(38)은, 그것과 일체로 성형되어 있는 장착 플랜지(39)에 의해, 통체(32)의 상부에 장착되어 있다. 내틀(38)의 장착 방법은, 특별히 한정되지 않으며, 통체(32)와 일체로 성형되어 있어도 된다. 내틀(38)은, 통체(32)의 내주면(33)의 내경보다 작은 내경을 갖고, 통체(32)의 내주면과 동심형으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 내틀(38)의 내주면과 통체(32)의 내주면은, 대략 평행하게 배치되어 있다.

내틀(38)에 대응하는 통체(32)의 상부 위치에는, 냉각액층 형성부로서의 노즐(37)이 형성되어 있다. 노즐(37)에는, 통체(32)의 내측을 향해서 개구하는 노즐 구멍(37a)이 형성되어 있다. 노즐 구멍(37a)은, 내틀(38)에 소정 간극으로 마주대하도록 형성되어 있다.

내틀(38)의 축심(O)을 따른 하단부에는, 선단 절곡부(냉각액층 형성부)(38a)가 구비되어 있다. 본 실시 형태에서는, 선단 절곡부(38a)는, 내틀(38)의 하단으로부터 축심(O)에 대략 수직으로 경방향의 외측으로 넓어지는 판 형상을 갖고, 선단 절곡부(38a)의 외주단과 내주면(33) 사이의 간극이, 둘레 방향으로 단속하는(연속이어도 된다) 냉각액 토출부(52)를 구성하고 있다. 냉각액 토출부(52)의 경방향 폭(t1)은, 특별히 한정되지 않으나, 냉각액층(50)의 두께와의 관계로 결정되고, 바람직하게는, 1~50mm이다. 또, 폭(t1)은, 냉각액층(50)의 두께보다 얇아도 된다.

또, 선단 절곡부(38a)가, 내주면(33)과 동심형의 내틀(38)로부터 경방향의 외측으로 돌출함으로써, 노즐 구멍(37a)의 내측에는, 노즐 구멍(37a)에 대향하는 안정류 형성부(안정류 형성용 공간)(40)가 형성된다. 안정류 형성부(40)의 내용적은, 내틀(38)의 축심(O)을 따른 길이(L1)와, 선단 절곡부(38a)의 경방향 폭(t2)에 의해 결정된다. 선단 절곡부(38a)의 경방향 폭(t2)이 커질수록, 안정류 형성부(40)의 내용적은 커지고, 안정류 형성부로서의 기능은 커지지만, 적하 용융 금속(21a)이 통체(32)의 내부에 들어갈 수 있는 개구 면적을 좁히는 경향이 있다. 선단 절곡부(38a)의 경방향 폭(t2)은, 냉각액 토출부(52)의 경방향 폭(t1)에 대해서, t2/t1이 1/10~9/10이 되도록 결정되는 것이 바람직하다.

안정류 형성부(40)에서는, 노즐 구멍(37a)으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액이 내틀(38)에 충돌하고, 또한 플랜지(39)에서는 축심(O)을 따른 상측을 향하는 흐름이 제한되며, 선단 절곡부(38a)에서는, 축심(O)을 따른 하측을 향하는 흐름이 제한된다. 그로 인해, 노즐 구멍(37a)으로부터 유출되어 경방향의 내측을 향하는 냉각액은, 안정류 형성부(40)에 있어서, 일시적으로 난류가 안정화되고, 냉각액 토출부(52)로부터 내주면을 따라서 고속도로 토출되며, 내주면(33)의 내측에서 축심(O)을 따라서 냉각액층(50)을 형성할 수 있다. 또한, 안정류 형성부(40)는, 통체(32)의 상부에서, 냉각액 토출부(52)의 내측(내경측)에 배치된다. 즉, 내틀(38)과 선단 절곡부(38a)에 의해, 안정류 형성용 공간부(40)가 통체(32)의 상부에서, 냉각액 토출부(52)의 내경측에 형성되어 있다.

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

본 실시 형태에서는, 통체(32)의 Z축 방향의 상부에는, 둘레 방향의 복수 개소에서, 나선 흐름 형성부로서의 노즐(37)이 접속되어 있다. 노즐(37)을, 통체(32)의 접선 방향으로 접속함으로써, 노즐(37)로부터 통체(32)의 내부에, 냉각액이 축심(O)의 둘레로 회전하듯이 들어간다. 통체(32)로부터의 냉각액의 흐름은, 노즐 구멍(37a)을 통해, 내주면(33)으로부터 경방향의 내측을 향하는 흐름 성분을 갖는 나선 흐름이 되고, 내틀(38)의 내주면에 충돌하여, 안정류 형성부(40)에서 압력(정압)이 높아지며, 냉각액 토출부(52)를 통해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 토출된다.

노즐(37)의 노즐구(37a)로부터 통체(32)의 내부에 공급되는 냉각액의 회전 흐름과, 냉각액에 작용하는 중력에 의해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 냉각액은, 나선형의 흐름이 되고, 냉각액층(50)을 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 냉각액층(50)의 내주측 액면에, 도 1에 도시한 적하 용융 금속(21a)이 입사하고, 적하 용융 금속(21a)은, 나선 흐름의 냉각액층(50)의 내부에서 냉각액과 더불어 흘러 냉각된다.

본 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치(10)와, 그것을 이용한 금속 분말의 제조 방법에서는, 금속 공급부(20)의 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)이 냉각액층(50)에 접촉하는 위치의 상류측에, 선단 절곡부(38a)를 갖는 내틀(38)이 구비되어 있다. 이로 인해, 노즐 구멍(37a)을 통해, 내주면(33)으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 내주면으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액의 흐름을, 안정류 형성부(40)에서 냉각액을 안정화하고, 그 후에, 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 흐르는 방향에 편향할 수 있다.

즉, 안정류 형성부(40)에서는, 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액이 내틀(38)에 충돌하고, 선단 절곡부(38a)에서는, 축심(O)을 따른 하측을 향하는 흐름이 제한되며, 냉각액은, 안정류 형성부(40)에 있어서, 일시적으로 난류가 안정화되고, 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내주면을 따라서 토출된다. 따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체(32)의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해지고, 고품질의 금속 분말을, 생산하는 것이 가능해진다.

또, 내틀(38)의 선단 절곡부(38a)의 내경은, 통체(32)의 내주면(33)의 내경보다 작고, 선단 절곡부(38a)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 실시 형태에서는, 내틀(38)은, 통체(32)의 축심(O)의 상방에 장착되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 금속 공급부(20)로부터 토출된 용융 금속이 냉각액에 접촉하는 위치의 상류측에 내틀(38)을 배치하기 쉬워진다.

또한 더욱 본 실시 형태에서는, 노즐(37)을, 통체(32)의 접선 방향으로 접속함으로써, 노즐(37)로부터 통체(32)의 내부에, 냉각액이 축심(O)의 회전으로 회전하듯이 들어간다. 노즐(37)로부터 통체(32)의 내주면(33)의 접선 방향을 향해서 냉각액이 토출하는 위치의 내측에, 내틀(38)을 장착함으로써, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 균일한 두께의 나선 흐름으로 이루어지는 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다.

또한, 상기 서술한 실시 형태에 있어서는, 노즐 구멍(37a)으로부터 틀(38)의 내주면을 향해서 나선 흐름으로 충돌하고, 흐름의 방향이 바뀌며, 냉각액 토출부(52)를 통해, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 나선형으로 흐르도록 구성되어 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 그러한 흐름에 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 틀(38)의 내주면을 향하는 흐름을, 비나선 흐름(일부에 나선 흐름이 섞여도 된다)이 되도록 해도 된다. 그 경우에는, 비나선 흐름이, 틀(38)의 내주면에 충돌하여, 흐름의 방향이 바뀌고, 냉각액 토출부(52)를 통해 토출되며, 통체(32)의 내주면(33)을 따른 비나선 흐름의 냉각층(50)이 형성된다.

제2 실시 형태

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치(10a)는, 이하에 개시한 이외는, 제1 실시 형태와 동일하고, 공통되는 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 붙이며, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

본 실시 형태에서는, 냉각부(30a)의 선단 절곡부(38a)의 내경측 선단에는, 내틀(38)과의 사이에 소정의 경방향 간극(t3)의 되접어 꺾임 안정류 형성부(42)를 형성하기 위한 되접어 꺾임 단부(38b)가 구비되어 있다. 되접어 꺾임 단부(38b)는, 본 실시 형태에서는, 내틀(38)과 대략 동심으로 성형되어 있으나, 되접어 꺾임 안정류 형성부(42)가 형성되는 것을 조건으로, 내틀(38)과 경사져서 테이퍼형으로 형성되어 있어도 된다.

되접어 꺾임 단부(38b)의 축심(O)을 따른 길이(L2)는, 특별히 한정되지 않으나, 내틀(38)의 축심(O)을 따른 길이(L1)보다는 짧고, 되접어 꺾임 단부(38b)가, 노즐 구멍(37a)으로부터 내틀(38)을 향하는 냉각액의 흐름을 막지 않는 관계에 있는 것이 바람직하다. 되접어 꺾임 안정류 형성부(42)의 경방향 간극(t3)은, 선단 절곡부(38a)의 경방향 폭(t2)보다 되접어 꺾임 단부(38b)의 판두께만큼 작다.

본 실시 형태에서는, 되접어 꺾임 단부(38b)를 구비시킴으로써, 안정류 형성부(40)의 축심(O)을 따른 하방에 되접어 꺾임 안정류 형성부(42)가 형성되고, 냉각액 토출부(52)로부터 유출되는 냉각액의 흐름이 더욱 안정화하며, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다.

제3 실시 형태

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치(110)와 금속 분말의 제조 방법은, 이하에 개시한 이외는, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태와 동일하고, 공통 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 붙이며, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

본 실시 형태에서는, 금속 분말 제조 장치(110)는, 냉각부(130a)에 있어서, 냉각액층 형성부로서, 유로 박스(136)를 갖는다. 유로 박스(136)는, 통체(32)의 축심(O) 방향의 상부에 장착되어 있다. 유로 박스(136)의 내부에는 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 대해서 경사져서 접속되어 있어도 된다.

혹은, 이들 노즐(137)은, 유로 박스(136)의 상부(또는 하부)에서 외주측에 축심(O)에 대해서 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, 내틀(138)(도 1에 도시한 내틀(38)에 대응)이 유로 박스(136)와 일체로 형성되어 있다. 내틀(138)은, 통체(32)의 내주면(33)보다 작은 내경을 갖고, 내틀(138)의 하단부에 선단 절곡부(138a)가 일체로 성형되어 있다. 선단 절곡부(138a)와 내주면(33) 사이의 간극이 냉각액 토출부(52)가 된다. 본 실시 형태에서는, 유로 박스(136)의 하방 내주측에 둘레 방향 구멍을 형성함으로써, 냉각액 토출부(52)를 형성할 수 있다. 냉각액 토출부(52)의 외경이 내주면(33)의 내경과 일치하고, 냉각액 토출부(52)의 내경이 선단 절곡부(138a)의 내경과 일치한다.

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

본 실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치(110)와, 그것을 이용한 금속 분말의 제조 방법에서는, 금속 공급부(20)의 토출구(23)로부터 토출된 적하 용융 금속(21a)이 냉각액층(50)에 접촉하는 위치의 상류측에 선단 절곡부(138a)를 갖는 내틀(138)이 구비되어 있다. 이로 인해, 유로 박스(136)의 내부에서 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액을, 안정류 형성부(40)에서 냉각액을 안정화하고, 그 후에, 선단 절곡부(138a)와 내주면(33) 사이의 냉각액 토출부(52)로부터 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 토출할 수 있다.

따라서, 냉각액의 유량을 증대시키거나, 냉각액의 속도를 증대시킨 경우에도, 통체(32)의 내주면을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해지고, 고품질의 금속 분말을, 생산하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에 있어서도, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 선단 절곡부(138a)의 경방향 외측단에 되접어 꺾임 단부(도 2에 도시한 되접어 꺾임 단부(38b))를 구비시켜도 된다.

제4 실시 형태

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시 형태에 따르는 금속 분말 제조 장치(210)는, 이하에 개시한 이외는, 제1 실시 형태~제3 실시 형태와 동일하고, 공통되는 부재에는 공통되는 부재 명칭과 부호를 붙이며, 공통되는 부분의 설명은 일부 생략한다.

도 1~도 3에 도시한 실시 형태에서는, 선단 절곡부(38a 또는 138a)가 내틀(38 또는 138)에 대해서 대략 수직인데, 반드시 수직은 아니고, 경사 각도(θ2)로 경사져 있어도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 유로 박스(236)의 축심(O) 방향의 상부(또는 하부)에는, 복수의 노즐(237)이 접속되어 있다.

본 실시 형태에서는, 냉각부(230)에 있어서, 선단 절곡부(238a)의 내틀(238) 또는 축심(O)에 대한 경사 각도(테이퍼 각도)(θ2)는, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는, 5~45도이다. 선단 절곡부(238a)를, 축 방향의 하단을 향해서 테이퍼형으로 경사시킴으로써, 냉각액을 통체(32)의 내주면(33)을 향해서 강하게 누르는 방향의 힘이 작용하며, 통체(32)의 내주면(33)을 따라서 균일한 두께의 냉각액층(50)을 형성하는 것이 용이해진다. 본 실시 형태에 있어서도, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 선단 절곡부(238a)의 경방향 외측단에 되접어 꺾임 단부(도 2에 도시한 되접어 꺾임 단부(38b))를 구비시켜도 된다.

또한, 본 발명은, 상기 서술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지로 개변할 수 있다.

[실시예]

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

실시예

도 1에 도시한 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 Hc 미터로 보자력(Oe)을 측정함으로써 행했다. 결과를 표 1에 기재한다. 또, 냉각액층(50)의 두께는 30mm에서는, 축심(O) 방향으로 편차가 작은 것이 관찰되었다.

비교예

틀(38) 및 선단 절곡부를 구비시키지 않은 이외는, 실시예와 동일한 금속 분말 제조 장치를 이용하고, 실시예와 동일하게 하여, 금속 분말(실험 번호 1~5)을 제조하고, 동일한 평가를 행했다. 결과를 표 1에 기재한다. 냉각액층(50)의 두께는 30mm로, 축심(O) 방향으로 편차가 큰 것이 관찰되었다.

표 1의 실시예와 비교예를 비교하면, 실시예에서는, 자기 특성이 향상되어 있고 비정질성이 향상했다. 이것은 냉각액이 안정류 형성부(40)에서 일차적으로 가로막혀 안정화됨으로써, 보다 양질인 나선 수류가 얻어지고, 균일한 냉각 효과가 얻어진다고 생각된다. 또 금속 분말의 결정 분석을 분말 X선 회절에 의해 행한 결과, 결정에 기인하는 피크를 갖는 비교예도 있었다. 금속 분말의 자기 특성에 대해서는 비교예에 대해서는 모두 실시예보다 보자력이 커 실시예가 뛰어난 것을 확인할 수 있는 것으로부터도, 보다 균일한 냉각 효과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

상기 비교예와 실시예를 비교하면, 안정류 형성부(40)를 구비시킴으로써 펌프압이 높은 상태에 있어서도 안정된 수류가 얻어지기 때문에, 균일한 냉각 효과가 얻어지며 종래 제작할 수 없었던 조성에 대해서도 비정질성을 확인할 수 있고, 또한 자기 특성도 개선할 수 있었다.

[표 1]

10, 10a, 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
35…조정판
37…노즐
37a…노즐 구멍
136, 236…유로 박스
137, 237…노즐
38, 138, 238…내틀
38a, 138a, 238a…선단 절곡부
38b…되접어 꺾임 단부
39…장착 플랜지
40…안정류 형성부(안정류 형성용 공간)
42…되접어 꺾임 안정류 형성부
50…냉각액층
52…냉각액 토출부

Claims (5)

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 통체의 축심 방향의 상부에 구비되어 있는 내틀을 갖고, 상기 내틀은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작은 내경을 가지며,
   상기 내틀의 축심을 따른 하단부에는, 상기 내틀로부터 경방향의 외측으로 돌출하는 선단 절곡부가 구비되어 있고,
   상기 선단 절곡부의 내경은, 상기 통체의 내주면의 내경보다 작으며,
   상기 선단 절곡부와 상기 내주면 사이의 간극이, 상기 냉각액을 상기 내주면을 따라서 흐르게 하기 위한 냉각액 토출부를 구성하고 있고,
   상기 내틀과 상기 선단 절곡부에 의해, 안정류 형성용 공간부가 상기 통체의 상부에서, 상기 냉각액 토출부의 내경측에 형성되어 있으며,
   상기 안정류 형성용 공간부에서는, 반경 방향의 내측을 향하는 냉각액이 상기 내틀에 충돌하고, 상기 선단 절곡부에서는, 축심을 따른 하측을 향하는 흐름이 제한되며, 상기 냉각액은, 상기 안정류 형성용 공간부에 있어서, 일시적으로 난류가 안정화되고, 상기 냉각액 토출부로부터 상기 통체의 내주면을 따라서 토출되는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각액을 상기 통체의 내주면을 향해서 누르는 방향의 힘이 작용하도록, 상기 선단 절곡부는, 상기 내틀에 대해서 소정 각도로 상기 선단 절곡부의 축 방향의 하단을 향해서 테이퍼형으로 경사져 있는, 금속 분말 제조 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 통체의 축 방향의 상부에는, 둘레 방향의 복수 개소에서 노즐이 접속되어 있고,
   상기 내틀을 향해서 상기 냉각액을 나선형으로 충돌시키도록 되어 있는, 금속 분말 제조 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 선단 절곡부의 선단에는, 상기 내틀과의 사이에 소정 간극을 형성하기 위한 되접어 꺾임 단부가 구비되어 있는, 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 향해서 토출하는 공정을 갖는 금속 분말의 제조 방법으로서,
   청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 금속 분말 제조 장치를 이용하여,
   상기 통체의 상부에서 상기 통체의 내측에 구비되어 있는 상기 안정류 형성용 공간부로부터 상기 선단 절곡부와 상기 내주면 사이의 간극인 상기 냉각액 토출부를 통해 상기 통체의 상기 내주면을 따라서 상기 냉각액을 토출하는 것을 특징으로 하는 금속 분말의 제조 방법.

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