KR20220077199A

KR20220077199A - 회전분사노즐에 의한 열처리 냉각성능 향상 장치

Info

Publication number: KR20220077199A
Application number: KR1020200164413A
Authority: KR
Inventors: 김휘준; 권도훈; 이민우; 차은지; 이연주; 김성민
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-09
Also published as: KR102499088B1

Abstract

본 발명에 따른 회전분사노즐은 제한된 공간(원통형, 사각형)의 챔버 내에서 냉각이 진행되기 때문에 개방된 공간에서 냉각을 수행할 경우에 비해서 냉각효율을 높일 수 있고, 냉각 챔버에 경사(δ)를 주어 냉각후 냉각매체(물 또는 가스)이 신속하게 배출할 수 있으며, 회전하는 분사노즐을 사용하여 발생되는 기포를 신속하게 제거하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
회전분사노즐은 냉각수의 분사위치로부터 냉각매체가 피냉각체의 표면에 중첩(d)되어 충돌하기 때문에 냉각수의 분사압력이 효과적으로 전달될 수 있고, 분사각도의 조절이 용이하고, 넓은 분사각도를 형성하기 유리하다.
또한, 고온으로 가열된 열처리 대상 물체(선재, 판재, 파이프재 등) 표면에 기포발생을 최소화하고 냉각능을 극대화할 수 있도록 분사노즐의 직경(

), 분사 각도(β), 노즐 각도(γ), 자유공간의 높이(h) 및 폭(w), 노즐의 개수(n), 분무범위의 중첩 길이(d) 등을 최적화 하여 냉각성능을 향상시켜 나노석출물을 균일하게 분포시킴으로써 고전기전도 및 고강도를 동시에 충족하는 동합금을 용이하게 제조할 수 있는 냉각환경이 안정적으로 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

회전분사노즐에 의한 열처리 냉각성능 향상 장치 {Rotational spray nozzle apparatus for improving cooling rate during heat treatment}

본 발명의 일 측면은 금속 피열처리재의 급속냉각을 통한 특성향상을 위한 장치에서 가열된 피열처리재를 효과적으로 냉각하기 위하여 제한된 공간(원통형, 사각형)의 챔버내에서 냉각수를 분사하는 회전 분사노즐 및 냉각 장치에 관한 것이다.

최근 친환경자동차 및 전기자동차, 전자산업에서의 고전력, 고전압 및 고효율 화를 위한 고밀도 전자회로 소자의 고밀도화 및 고기능화, 정밀화를 충족시키기 위해서는 고전도도 및 고강도 동합금 소재 및 부품의 제조기술 확립이 절실히 요구되고 있다.

이러한 고전도도 및 고강도를 동시에 충족시킬 수 있는 동합금 소재의 제조기술로서 대표적인 방법으로는 석출강화기구(Precipitation strengthening mechanism)를 활용한 합금설계 및 열처리 공정법이 사용된다. 즉 석출강화법은 기지보다 강한 금속간화합물, 탄화물, 붕화물, 인화물 등의 석출물들을 미세하고 균일하게 석출 및 분산시켜 높은 전기전도도를 유지하면서 800 MPa이상의 고강도를 동시에 충족시킬 수 있는 동합금, 알루미늄 합금, 특수강 합금, 초내열 합금 등을 제조하기 위한 방법이다.

일반적으로 석출강화를 위해서는 기지내에 석출상을 형성하는 합금원소들을 충분히 재고용할 수 있는 임의의 온도까지 피열처리재를 가열한 다음 급속하게 냉각시키는 용체화처리(Solid solution treatment)공정을 수행한 다음에, 미세한 석출상들이 균일하게 기지내에 석출할 수 있는 온도에서 일정 시간동안 유지하는 시효처리(Ageing treatment)공정이 반드시 적용되고 있다.

종래 용체화처리를 위한 냉각시스템의 경우에는 단순히 물 또는 오일을 포함하고 있는 용기에 가열된 피열처리재를 담그거나, 액체 질소가스를 분사하는 방법에 따르기 때문에 피열처리재 표면에 기포가 발생하고 1차냉각 효과에 그치기 때문에 냉각속도(≤3℃/sec)에 한계가 있어 급냉 효과가 불충분하기 때문에, 이를 개선하고 높은 냉각속도를 얻기 위하여 제안된 방식인 유체강제교반냉각법에 의해 피열처리재의 냉각성능을 향상시키는 방법이 개발되었다.

그러나, 950 ℃ 이상 고온의 동합금 표면에 기화된 냉각수가 기포를 발생시키거나 수증기 층이 형성되어 일정 수준(≤7℃/sec) 이상의 냉각속도를 구현하는데 어려움을 가지는 한계가 있다.

특히, 나노석출물 (≤350 ㎚)이 균일하게 분포되어 높은 전기전도도 및 인장강도를 동시에 충족시킬 수 있는 고기능 동합금 소재를 제조 위하여는 종래 냉각방법 장치에서 얻을 수 있는 냉각속도보다 높은 냉각속도가 필수적이다.

따라서, 고온의 동합금 표면에 발생하는 기포의 발생을 억제하고, 최대한 빨리 제거하여 냉각성능을 향상시켜 나노석출물을 균일하게 분포시킴으로써 고전기전도 및 고강도를 동시에 충족하는 동합금을 제조하는 장치에 관한 연구가 이루어지고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0879210호

본 발명의 목적은 고온의 동합금 표면에 발생하는 기포의 발생을 억제하고, 최대한 빨리 제거하여 냉각성능을 향상시켜 나노석출물을 균일하게 분포시킴으로써 고전기전도 및 고강도를 동시에 충족하는 동합금을 제조할 수 있고, 금속 피열처리재의 급속냉각을 통한 특성향상을 위한 장치에서 가열된 피열처리재를 효과적으로 냉각하기 위하여 제한된 공간(원통형, 사각형)의 챔버내에서 냉각수를 분사하는 회전 분사노즐 및 냉각 장치을 제공하는 데 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면은, 가열된 피열처리재 금속표면을 냉각하는 챔버의 내부에 고정수단에 의해 고정되어 냉각수를 분사하는 회전분사노즐로서, 상기 고정수단에 연결되는 냉각챔버부와, 상기 챔버의 내부를 향하여 돌출되어 내부방향으로 피열처리재 표면에 냉각수를 분사하는 노즐부, 및 상기 냉각챔버부 및 상기 노즐부에 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각매체 공급관; 및 상기 냉각매체 공급관으로부터 상기 냉각수를 공급받아 상기 챔버의 내부로 분사하는 노즐홀이 형성된 분사부를 포함하는 분사노즐팁;을 포함하며, 상기 분사노즐팁은 냉각챔버 상부 및 하부에 대칭적으로 설치되어, 각각 피열처리재 표면에 상기 냉각수를 분사하는 분사노즐이고, 상기 분사노즐팁은 상기 노즐홀에서 분사되는 냉각수 줄기가 퍼지는 각도인 분사 커버리지 각(β)을 일정 범위 내로 유도하는 가이드부재를 포함하는 것이 좋다.

상기 분사각도(β)는 50 내지 70°인 것이 바람직하다.

또, 상기 분사노즐팁은 상기 분사노즐의 선단부에서 회전되어 분사방향이 조절될 수 있고,

상기 분사노즐팁의 노즐각도(γ)는 35 내지 50°범위인 것이 좋다.

이 때, 상기 냉각매체 공급관의 직경은 상기 노즐홀의 직경의 10배 내지 50배인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면은, 상기 분사노즐은 16개 내지 32개 범위로 구비되는 것이 좋고, 상기 냉각수의 분사압력은 5 내지 30 bar인 것이 좋으며, 상기 냉각수의 유량은 20 내지 100 l/min 인 것이 바람직하다.

본 발명의 일측면에 따른 회전분사노즐은 제한된 공간(원통형, 사각형)의 챔버 내에서 냉각이 진행되기 때문에 개방된 공간에서 냉각을 수행할 경우에 비해서 냉각효율을 높일 수 있고, 냉각 챔버에 경사(δ)를 주어 냉각후 냉각매체(물 또는 가스)이 신속하게 배출할 수 있으며, 회전하는 분사노즐을 사용하여 발생되는 기포를 신속하게 제거하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

회전분사노즐은 냉각수의 분사위치로부터 냉각매체가 피냉각체의 표면에 중첩(d)되어 충돌하기 때문에 냉각수의 분사압력이 효과적으로 전달될 수 있고, 분사각도의 조절이 용이하고, 넓은 분사각도를 형성하기 유리하다.

또한, 고온으로 가열된 열처리 대상 물체(선재, 판재, 파이프재 등) 표면에 기포발생을 최소화하고 냉각능을 극대화할 수 있도록 분사노즐의 직경(

), 분사 각도(β), 노즐 각도(γ), 자유공간의 높이(h) 및 폭(w), 노즐의 개수(n), 분무범위의 중첩 길이(d) 등을 최적화 하여 냉각성능을 향상시켜 나노석출물을 균일하게 분포시킴으로써 고전기전도 및 고강도를 동시에 충족하는 동합금을 용이하게 제조할 수 있는 냉각환경이 안정적으로 제공될 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예인 냉각챔버에 회전분사노즐이 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 2는 실험예 1 내지 4에서 냉각조건에 따른 동합금내 석출상 크기별 분율을 주사전자현미경(SEM)과 이미지 분석한 결과를 나타낸 도면이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

여기서 1) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. 2) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 3) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다.

4) '포함한다(comprise, comprises, comprising), 갖는다, 이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 5) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. 6) 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약, 실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다.

7) '~후, ~전, 이어서, 후속하여, 이때' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. 8) '제1, 제2, 제3' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다.

9) '~상에, ~상부에, ~하부에, ~옆에, ~측면에, ~사이에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 10) 부분들이 '~또는'으로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나, '~또는, ~중 하나'로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.

이하에서는 도면을 바탕으로 본 발명의 구성요소에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 측면인 고전도도 및 고강도 동합금의 열처리용 냉각챔버에 회전분사노즐이 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 고정수단에 연결되는 냉각챔버부(5)와, 상기 챔버의 내부를 향하여 돌출되어 내부방향으로 피열처리재 표면에 냉각수를 분사하는 노즐부(4), 및 상기 냉각챔버부 및 상기 노즐부에 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각매체 공급관(3); 및 상기 냉각매체 공급관으로부터 상기 냉각수를 공급받아 상기 챔버의 내부로 분사하는 노즐홀이 형성된 분사부를 포함하는 분사노즐팁(7);을 포함하며, 상기 분사노즐팁은 냉각챔버 상부 및 하부에 대칭적으로 설치되어, 각각 피열처리재 표면에 상기 냉각수를 분사하는 분사노즐이고, 상기 분사노즐팁은 상기 노즐홀에서 분사되는 냉각수 줄기가 퍼지는 각도인 분사 커버리지 각(β)을 일정 범위 내로 유도하는 가이드부재를 포함하는 것이 좋다.

상기 분사각도(β)는 50 내지 70°인 것이 바람직하다.

또, 상기 분사노즐팁은 상기 분사노즐의 선단부에서 회전되어 분사방향이 조절될 수 있고, 상기 분사노즐팁의 노즐각도(γ)는 35 내지 50°범위인 것이 좋다.

본 발명의 다른 측면은, 상기 분사노즐 개수(n)은 16개 내지 32개 범위로 구비되는 것이 좋고, 상기 냉각수의 분사압력은 5 내지 30 bar인 것이 좋으며, 상기 냉각수의 유량은 20 내지 100 l/min 인 것이 바람직하다.

분사노즐의 분사방향은 수직방향의 노즐각도(γ)와 원주방향의 분사각도(β)로 나누어 표현할 수 있다. 수직방향 노즐각도(γ)은 냉각챔버(16)의 수직축에 대하여 분사방향이 이루는 각 중 작은 각을 의미한다. 수직방향 노즐각도는 10 내지 70도로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60도, 더욱 바람직하게는 35 내지 45도로 이루어지는 것이 좋다.

원주방향 분사각도(γ)는 중심축을 따라 분사방향을 관찰하였을 때, 분사방향이 중심축을 향하는 방향으로부터 벗어난 각도를 의미하며, 냉각수의 분사방향을 중심축에 수직한 횡단면에 내린 정사영이 중심축과 노즐의 분사구를 지나는 가상의 평면과 이루는 각도로 표현될 수 있다. 원주방향 분사각도는 0 내지 90도로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 50내지 70도 범위로 이루어지는 것이 좋다.

분사노즐팁(7)은 분사부와 체결부가 서로 독립적으로 회전가능한 구조의 노즐팁이 사용될 수 있다. 분사노즐 홀더의 선단부에 결합된 체결부는 나사산에 의해 냉각매체 공급관(4)에 고정되고, 분사노즐팁(7)의 분사부는 회전가능하여 분사각 제어기에 의하여 희망하는 분사방향으로 조절되어 냉각수 분사방향을 제어할 수 있다.

해당범위보다 냉각매체 공급관(4)의 직경이 작은 경우 유속이 증가하여 용융금속이 추가로 분열되거나 구형 분말의 형성이 어려울 수 있으며, 노즐홀(7)의 직경이 큰 경우 유속이 감소하여 냉각효과가 떨어져 제조된 금속분말의 비정질 상의 비율이 낮게 형성되는 문제가 있다.

분사노즐팁(7)의 중공의 직경은 노즐홀과 동일한 직경으로 이루어질 수 있고, 냉각매체 공급관(4)의 유로의 직경보다 작게 이루어지며, 그 비율은 10배 내지 50배 일 수 있고, 바람직하게는 15배 내지 30배일 수 있다. 직경의 비율이 해당 범위를 벗어나는 경우에는 분사되는 냉각수의 유속과 공급되는 냉각수의 유속의 비율이 감소하므로 냉각수의 분사속도가 감소하거나, 공급되는 냉각수를 높은 압력으로 가압해야 하는 어려움이 있고, 직경의 차이에 따른 저항이 커져 비효율적인 문제가 있다.

분사커버리지 각(β)은 분사방향에 대하여 분사되는 냉각수가 퍼지는 각도를 의미하며, 도 1a 및 도 1b에 이를 나타내었다. 분사커버리지 각은 원뿔 혹은 부채꼴 분사형태의 중심각을 의미한다.

분사 커버리지 각은 10 내지 70도로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 70도로 이루어지는 것이 좋다. 분사 범위의 중첩길이(d)는 분사각도(β) 및 노즐각도(γ)에 의해 결정된다.

본 발명의 일 실시예는 분사노즐팁(7)의 토출구의 양 측면에 돌출되어 슬릿 형태를 가지는 구조가 포함한다. 분사노즐팁(7)은 토출구의 양 측면에 돌출된 슬릿을 포함하여 분사되는 냉각수의 분사형태 및 커버리지 각을 조절할 수 있다. 분사노즐팁(74)의 토출구로부터 분사되는 냉각수는 원형 노즐홀에 대하여 대칭적인 원뿔의 형태로 분사될 수 있으며, 냉각수의 압력 및 유속 조건에 따라 분사되는 형태의 각도, 즉 커버리지 각의 크기가 다르게 얻어질 수 있다.

분사커버리지 각의 크기를 원하는 각도로 설정하고 유지하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 포함된 분사노즐팁(7)의 돌출된 슬릿구조가 사용될 수 있다. 분사노즐팁(7)의 슬립은 노즐홀의 양쪽에 돌출되므로 슬릿 간격에 의해 퍼지며 분사되는 냉각수의 분사형태가 정해진다.

또한, 슬릿의 존재로 인하여 원뿔형태의 분사형태와 평평한 부채꼴 형태로 냉각수가 분사될 수 있어 냉각면적 및 집중냉각의 요구사항에 따라 적정한 분사형태가 사용될 수 있는 장점이 있다.

분사노즐팁(7)의 슬릿 간격은 0.3 내지 5.0mm 범위가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 0.8 내지 4.5 mm 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5 mm 인 것이 좋으며, 노즐홀의 직경 대비 2 배 내지 6 배, 바람직하게는 3 배 내지 4 배 인 것이 좋다.

열처리 냉각성능 향상을 통한 고전도도 및 고강도 동합금 제조장치에 사용되는 경우, 노즐의 개수 및 배치는 피열처리재의 형상 및 치수에 따라 달라지며, 노즐의 개수가 16개 내지 32개 범위로 구비되는 것이 좋고, 각 노즐 사이의 간격은 10 내지 100mm 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

노즐의 수가 8개 미만인 경우 냉각수가 피열처리재의 일면에만 분사되므로 전반적인 용융금속 액적을 균일하게 냉각하기 어려우며, 32개 이상인 경우 큰 직경을 가지는 냉각챔버(5)가 사용되어야 하고, 노즐의 수가 증가됨에 따라 불규칙적으로 튀는 물을 방지하기 위해 분사되는 각각의 노즐의 분사각을 달리할 필요가 있으며, 분사되는 냉각수의 유량이 증가하게 되어 생산 비용이 증가되는 문제점이 있다.

노즐 사이의 간격이 해당 범위를 벗어나는 경우에는 분무범위의 중첩길이(d)의 제어범위를 넘어서기 때문에 원하는 냉각속도를 제어할 수 없어 나노석출상의 크기 및 분율이 불건전한 동합금이 제조될 수 있는 문제점이 있다.

금속분말 제조용 분사노즐이 16개 이상 구비되는 경우 분사노즐은 냉각챔버 중심 축에 대하여 대칭형태로 배치될 수 있으며, 바람직하게는 상하대칭형태를 갖도록 다각형의 꼭지점에 대응되는 위치에 각각의 분사노즐이 구비되는 것이 좋다.

공급되는 냉각수는 가압장치에 의해 공급되어 냉각매체 공급관(3)의 유로를 따라 복수개의 냉각수 분사노즐로 공급되며, 공급되는 냉각수의 유량은 20 내지 100 l/min 범위이고, 가압된 냉각수의 수압은 5 내지 30 bar 인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예는 전술한 열처리 냉각성능 향상용 회전분사노즐을 포함하는 고전도도 및 고강도 동합금 제조장치이다.

본 발명의 일 실시예는 분사노즐팁(7)의 토출구의 양 측면에 돌출되어 슬릿 형태를 가지는 구조가 포함한다. 분사노즐팁(7)은 토출구의 양 측면에 돌출된 슬릿을 포함하여 분사되는 냉각수의 분사형태 및 커버리지 각을 조절할 수 있다. 분사노즐팁(7)의 토출구로부터 분사되는 냉각수는 원형 노즐홀에 대하여 대칭적인 원뿔의 형태로 분사될 수 있으며, 냉각수의 압력 및 유속 조건에 따라 분사되는 형태의 각도, 즉 커버리지 각의 크기가 다르게 얻어질 수 있다.

피열처리재의 온도는 동합금의 용체화처리를 위해 950 ∼ 1,020 ℃로 제한되며, 바람직한 냉각속도를 얻고 나노석출상의 비율이 높은 고전도도 및 고강도 동합금을 제조하기 위하여 조절될 수 있다.

피열처리재의 가열은 판재, 선재 및 봉재의 연속적인 공정을 효율적으로 수행하기 위해 전기유도가열 방식인 유도가열로(Induction Heater)에서 이루어진다.

본 발명의 다른 실시예는 실시예는 분사노즐팁(7)의 토출구의 양 측면에 돌출되어 슬릿 형태를 가지는 구조가 포함한다. 분사노즐팁(7)은 토출구의 양 측면에 돌출된 슬릿을 포함하여 분사되는 냉각수의 분사형태 및 커버리지 각을 조절할 수 있다. 분사노즐팁(7)의 토출구로부터 분사되는 냉각수는 원형 노즐홀에 대하여 대칭적인 원뿔의 형태로 분사될 수 있으며, 냉각수의 압력 및 유속 조건에 따라 분사되는 형태의 각도, 즉 커버리지 각의 크기가 다르게 얻어질 수 있다.

실시예

실시예 1

진공원심주조법에 의해 제조된 Fe_bal.Ni_1.25Si₁Mn_0.75B_0.13Zr_0.3 [wt.%] 동합금 판재에 대해 유동가열을 통해 1,000 ℃까지 가열한 다음, 회전분사노즐에 의한 열처리 냉각성능 장치를 이용하여 분사노즐각(γ), 분사 커버리지 각(β), 노즐팁 개수(n), 노즐팁 홀 직경(

) 등을 변화시켜 냉각을 수행하였다.

비교예 1

분사노즐을 포함하지 않고, 진공원심주조법에 의해 제조된 Fe_bal.Ni_1.25Si₁Mn_0.75B_0.13Zr_0.3 [wt.%] 동합금 판재에 대해 유동가열을 통해 1,000 ℃까지 가열한 다음, Ice Water의 냉각매체에 담가서 냉각을 수행하였다.

실험예

실험예 1 내지 4 : Fe_bal.Ni_1.25Si₁Mn_0.75B_0.13Zr_0.3 [wt.%] 동합금 판재의 제조

실시예 1 내지 3, 비교예 1에 대하여 유동가열을 통해 1,000 ℃까지 가열

실시예 1 내지 3에 대해 회전분사노즐에 의한 열처리 냉각성능 장치를 이용하여 분사노즐각(γ)을 35°, 40°40°분사 커버리지 각(β)을 50°55°60°노즐팁 개수(n)를 16개, 16개, 32개, 수량을 20ℓ/min, 30ℓ/min, 40 ℓ/min, 압력을 5bar, 6bar, 5bar로 각각 변화시키고, 노즐팁 홀 직경(

)을 고정하여 냉각을 수행하였다.

비교예 1에 대하여 Ice Water(4℃)의 냉각매체에 담가서 냉각을 수행하였다.

하기 표 1에 실험예 1 내지 실험예 3, 비교예 1의 결과를 정리하였다.

실험예 5

실험예 1 내지 3, 비교예 1에서 냉각조건에 따른 고전도도 및 고강도 동합금 석출상의 크기를 주사전자현미경(SEM)과 이미지분석장치(Image Analyzer)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 정리하였고, 측정 그래프를 도 2에 나타내었다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 가이드 롤러, 2: 히터, 3: 냉각매체 공급관, 4: 냉각 노즐, 5: 냉각 챔버, 6: 열처리 대상 소재, 7: 분사노즐팁의 직경(φ), 8: 노즐 각도(γ), 9: 분사 각도(β), 10: 분무 범위의 중첩 길이(d), 11: 냉각챔버 경사 각도(δ)

Claims

가열된 피열처리재 금속표면을 냉각하는 챔버의 내부에 고정수단에 의해 고정되어 냉각수를 분사하는 회전분사노즐에 있어서,
상기 고정수단에 연결되는 냉각챔버부와, 상기 챔버의 내부를 향하여 돌출되어 내부방향으로 피열처리재 표면에 냉각수를 분사하는 노즐부, 및 상기 냉각챔버부 및 상기 노즐부에 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각매체 공급관; 및
상기 냉각매체 공급관으로부터 상기 냉각수를 공급받아 상기 챔버의 내부로 분사하는 노즐홀이 형성된 분사부를 포함하는 분사노즐팁;을 포함하고,
상기 분사노즐팁은 냉각챔버 상부 및 하부에 대칭적으로 설치되어, 각각 피열처리재 표면에 상기 냉각수를 분사하는 분사노즐.
제1항에 있어서,
상기 분사노즐팁은 상기 분사노즐 홀더의 선단부에서 회전되어 분사방향이 조절될 수 있는 분사노즐.
제2항에 있어서,
상기 분사노즐각이 35 내지 50°범위인 분사노즐.
제1항에 있어서,
상기 분사노즐팁은 상기 노즐홀에서 분사되는 냉각수 줄기가 퍼지는 각도인 분사커버리지 각을 일정 범위 내로 유도하는 가이드부재를 포함하는 분사노즐.
제4항에 있어서,
상기 분사커버리지 각은 50 내지 70°인 분사노즐.
제1항에 있어서,
상기 분사노즐은 16개 내지 32개 범위로 구비되는 열처리 냉각성능 향상 회전분사노즐.
제1항에 있어서,
상기 냉각수의 분사압력은 5 내지 30 bar인 열처리 냉각성능 향상 회전분사노즐.
제1항에 있어서,
상기 냉각수의 유량은 20 내지 100 l/min 인 열처리 냉각성능 향상 회전분사노즐.