KR20230116124A - Apparatus for Manufacturing Metal Powder Using Fluid Spray - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체를 고속으로 분사할 때 유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 유체제트에 의해서 재차 미세화함으로써 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도를 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 금속용탕을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 합금 용해부; 상기 금속용탕이 오리피스를 통해 용탕줄기 형태로 내부로 자유 낙하하며, 바닥면에 복수의 가스 순환통로가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 형성된 가스 순환챔버를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부; 상기 가스 순환챔버형성부의 내부 하단 중심부에 위치하며, 상기 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기에 고속의 제1유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제1유체분사노즐; 및 상기 가스 순환챔버형성부의 하단에 위치하며 상기 분위기 가스로 채워져 있고 상기 가스 순환통로를 통해서 상기 가스 순환챔버에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기가 파쇄되어 생성된 금속 액적을 냉각시켜 금속분말을 저장하는 분사챔버를 내부에 구비하는 분사챔버형성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention utilizes the accompanying air flow generated in the vicinity of the fluid jet when the fluid is jetted at high speed to primarily pulverize the metal molten metal stem and continuously refine it again by the fluid jet, thereby improving the efficiency of fluid spray powdering and the sphericity of the powder. It relates to a fluid spraying metal powder manufacturing apparatus capable of improving
An apparatus for producing a fluid spray metal powder according to the present invention includes an alloy melting unit for storing molten metal and having an orifice for discharging the molten metal at a lower portion thereof; The molten metal freely falls inside in the form of a molten metal stream through an orifice, and a plurality of gas circulation passages are installed on the bottom surface so that atmospheric gas circulates from the bottom of the inner circumference to the bottom of the center. a gas circulation chamber forming unit having; a first fluid ejection nozzle located at the center of the inner lower end of the gas circulation chamber forming part and generating fine metal droplets by spraying a high-velocity first fluid jet to the molten metal that freely falls through the center; and located at the lower end of the gas circulation chamber forming part, filled with the atmosphere gas, supplying the atmosphere gas to the gas circulation chamber through the gas circulation passage, and dispersing metal droplets generated by crushing the sprayed fluid and the molten metal stem. It is characterized in that it comprises a spraying chamber forming part having a spraying chamber for cooling and storing the metal powder therein.
Description
본 발명은 유체분사 금속분말 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 고속으로 분사할 때 유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류(Entrainment Flow)를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 유체제트에 의해서 재차 미세화함으로써 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도를 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing fluid-jet metal powder, and more particularly, to use an entrainment flow generated in the vicinity of a fluid jet when a fluid is jetted at a high speed to primarily pulverize a molten metal stem and continuously It relates to a fluid spray metal powder manufacturing apparatus capable of improving the fluid spray powderization efficiency and the sphericity of the powder by re-miniaturization by a fluid jet.
최근 항공분야, 발전분야, 금형분야, 자동차 부품분야 및 산업기계 등에 필요한 복잡한 형상을 가지는 부품을 3D 프린팅 방법으로 제조하는 금속 3D 프린팅 부품산업이 발전함에 따라서 그 원료로 사용되는 철계 및 비철계 분말의 사용량이 급증하고 있다. Recently, with the development of the metal 3D printing parts industry, which manufactures parts with complex shapes required for aviation, power generation, mold, automobile parts, and industrial machinery by 3D printing, the ferrous and non-ferrous powders used as raw materials Usage is soaring.
현재 상용화가 유력한 금속 3D 프린팅 공정은 레이저(Laser)기반 공정과 소결(Sintering) 기반 공정의 두가지로 구분된다. 현재는 레이저 기반 3D 프린팅 기술이 상업화를 선행되었으나, 제조 공정 비용이 고가이어서 향후 제조 비용이 저렴한 소결기반 3D프린팅 기술이 양산 상업화의 대세가 될 전망이다.Metal 3D printing processes that are currently commercially available are divided into two types: laser-based processes and sintering-based processes. Currently, laser-based 3D printing technology precedes commercialization, but due to high manufacturing process costs, sinter-based 3D printing technology with low manufacturing cost is expected to become the mainstream for mass production commercialization in the future.
첫번째로, 금속 레이저 기반 3D 프린팅 공정은 PBF(Powder Bed Fusion) 방식과 DED(Direct Energy Deposition) 방식이 적용되고 있다. 금속 PBF 방식의 경우 45μm 이하의 분말크기를 요구하고, 금속 DED 방식은 60μm 내지 150μm 크기의 분말을 요구한다. 이중 금속분말 수요는 대부분 PBF 방식이 90% 이상 차지하고 있으며, PBF 방식에 필요한 45μm 이하의 금속분말을 기존의 가스분사 제조공정으로 제조하기에는 회수율이 20% 수준으로 매우 낮아서 문제가 되고 있다. 이와 같이 생산 수율이 낮은 관계로 PBF 3D 프린팅용 45μm 이하 금속분말은 최소 15만원/kg 이상으로 고가이어서 금속 3D 프린팅 공정의 광범위한 상업화에 걸림돌이 되고 있다.First, the metal laser-based 3D printing process uses the PBF (Powder Bed Fusion) method and the DED (Direct Energy Deposition) method. The metal PBF method requires a powder size of 45 μm or less, and the metal DED method requires a powder size of 60 μm to 150 μm. Among them, the PBF method accounts for more than 90% of the demand for metal powder, and the recovery rate is very low at 20% level to manufacture metal powder of 45 μm or less required for the PBF method by the existing gas injection manufacturing process, which is a problem. Due to such a low production yield, metal powders of 45μm or less for PBF 3D printing are expensive at least 150,000 won/kg, which is an obstacle to the widespread commercialization of the metal 3D printing process.
두번째로, 금속 소결기반 3D 프린팅 공정은 금속 BJ(Binder Jetting) 방식과 금속 FDM(Fused Deposition Modelling) 방식이 적용되고 있다. 금속 소결기반 3D 프린팅 기술은 바인더로 성형 접합한 복잡 형상체를 소결함으로써 바로 부품을 완성할 수 있어 매우 저렴하고 생산성이 우수한 부품화 공정기술이다. 금속 BJ 방식의 경우 45μm 이하의 분말크기를 요구하고, 금속 FDM 방식은 10μm 이하 크기의 분말을 요구한다. Second, the metal sintering-based 3D printing process uses a metal BJ (Binder Jetting) method and a metal FDM (Fused Deposition Modeling) method. Metal sintering-based 3D printing technology is a very inexpensive and high-productivity process technology that can complete parts directly by sintering complex shapes molded and joined with a binder. The metal BJ method requires a powder size of 45 μm or less, and the metal FDM method requires a powder size of 10 μm or less.
이와 같이 45μm 이하의 금속분말은 가스분사 공정으로는 생산수율이 너무 낮아 경제성이 열악하며, 반면 1000bar 내외의 초고압 수분사 공정을 적용하면 용이하게 제조할 수 있으나 분말의 산소 농도가 너무 높고 분말의 형태가 구형이 아닌 불규칙 형상을 갖는다는 문제점이 있다. 3D 프린팅된 부품의 물성을 확보하기 위해서는 금속분말이 함유하는 산소농도가 작아야 하며, 3D 프린팅된 부품의 최고 밀도를 얻기 위해서는 금속분말의 형상이 구형에 가까워야 한다.As such, metal powders of 45 μm or less have too low production yield by the gas spray process, and are poor in economic feasibility. There is a problem that has an irregular shape rather than a spherical shape. In order to secure the physical properties of 3D printed parts, the oxygen concentration contained in the metal powder must be low, and the shape of the metal powder must be close to a sphere to obtain the highest density of 3D printed parts.
종래에 복잡한 형상을 가지는 부품의 3D 프린팅용 철계 및 비철계 분말은 원뿔형 유체제트를 적용한 유체분사 금속분말 제조장치를 통해 제조된다. 도가니의 금속용탕이 하부의 오리피스를 통하여 자유 낙하하며 그 하부에는 원뿔형 유체제트를 분사하는 유체 분사노즐의 장착되어 있으며 그 중심부를 관통하여 용탕줄기가 지나간다. 이때 유체 분사노즐의 하단부에는 원형 슬릿(Slit) 혹은 원형을 따라서 다수의 미세 제트 홀(Hole)이 가공되어 원뿔 모양의 고속 유체제트를 분사한다. 이러한 고속 유체제트는 하부의 원뿔 꼭지점 한 지점에 집중되며 이곳에서 용탕줄기와 충돌하여 금속 용탕줄기를 미세한 액적으로 분쇄한다. 이후 분쇄된 액적은 분사챔버 내부에서 분사된 유체에 의해서 응고 및 냉각되어 고상의 금속분말로 변하며 최종적으로 분말 포집부에서 쌓이게 된다. Conventionally, ferrous and non-ferrous powders for 3D printing of parts having complex shapes are manufactured through a fluid spray metal powder manufacturing apparatus using a conical fluid jet. The molten metal of the crucible falls freely through the lower orifice, and a fluid spray nozzle that sprays a conical fluid jet is installed at the bottom, and a molten metal stream passes through the center. At this time, a circular slit or a plurality of fine jet holes are processed along the circular slit at the lower end of the fluid ejection nozzle to jet a conical high-speed fluid jet. These high-speed fluid jets are concentrated at one point at the apex of the lower cone, where they collide with the molten metal stream and pulverize the metal molten metal stream into fine droplets. Thereafter, the pulverized liquid droplets are solidified and cooled by the fluid injected inside the injection chamber, changed to solid metal powder, and finally accumulated in the powder collecting unit.
상기 분사 유체로는 액체 혹은 가스를 적용할 수 있다. 분사 가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 주로 사용하며, 때로는 공기도 사용한다. 분사 액체로는 산업용수 혹은 오일(oil) 등이 사용된다. 가스분사 노즐에 사용되는 분사가스 압력은 일반적으로 5Bar 내지 25Bar 수준이며, 반면에 수분사 노즐에 사용되는 수압력은 일반적으로 150Bar 내지 1000Bar로 매우 높게 사용되고 있다. Liquid or gas may be used as the injection fluid. As the injection gas, an inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar) or helium (He) is mainly used, and sometimes air is also used. As the injection liquid, industrial water or oil is used. The injection gas pressure used in the gas injection nozzle is generally 5 Bar to 25 Bar, whereas the water pressure used in the water injection nozzle is generally 150 Bar to 1000 Bar, which is very high.
이러한 종래의 원뿔형 유체제트를 적용한 유체분사 노즐 방식은 크게 근접결합형(Close-Coupled Type)과 자유낙하형(Free-Fall Type)으로 대별된다.Fluid injection nozzle methods using these conventional conical fluid jets are largely classified into a Close-Coupled Type and a Free-Fall Type.
상기 근접결합형 유체 분사노즐은 분사 유체와 용탕줄기가 매우 근접하여 분말화 효율은 비교적 우수하다. 반면에, 분사 유체로 액체를 적용하는 경우 오리피스의 용탕이 응고되어 조업 사고가 발생하기 때문에 분사 유체로는 가스만 적용 가능하다는 단점이 있다. In the close-coupled fluid spray nozzle, the powdering efficiency is relatively excellent because the spray fluid and the molten metal stream are very close together. On the other hand, when liquid is applied as the spraying fluid, since the molten metal in the orifice is solidified and an operation accident occurs, only gas can be applied as the spraying fluid.
분사가스가 오리피스에 직접 분사되기 때문에 세라믹 재질의 오리피스가 큰 열충격을 받는 환경에 처해 있다. 즉, 오리피스 내경부에는 1600°C 내외의 금속용탕이 유출되고 외주부에는 고속의 차가운 분사가스가 지나기 때문에 오랜 시간을 견디기 어려워 결국 오리피스가 파열되고 막히는 조업 사고가 빈번하게 발생한다. 또한, 이러한 근접결합형 가스분사 노즐을 적용하여 금속분말을 제조하는 경우 분말 표면에 초미세한 액적이 위성분말로 용접되어 분말의 표면이 미세하게 울퉁불퉁 해지기 때문에 분말의 유동도가 나빠지는 문제점이 있다. 현재 근접결합형 가스분사 금속분말 제조공정은 대량 상업 생산에 적용하기에는 곤란하며, 소량 생산 혹은 연구개발에 주로 적용되고 있다.Since the injection gas is directly injected into the orifice, the orifice made of ceramic material is in an environment where it receives a large thermal shock. In other words, since molten metal of around 1600°C leaks out of the inner diameter of the orifice and cold injection gas at high speed passes through the outer periphery, it is difficult to endure for a long time, resulting in frequent operation accidents in which the orifice ruptures and becomes clogged. In addition, when the metal powder is manufactured by applying such a close-coupled gas injection nozzle, there is a problem in that the fluidity of the powder deteriorates because the ultrafine liquid droplets are welded to the surface of the powder as satellite powder and the surface of the powder becomes finely uneven. . Currently, the close-coupled gas injection metal powder manufacturing process is difficult to apply to mass commercial production, and is mainly applied to small-scale production or research and development.
한편, 종래의 자유낙하형 유체 분사노즐 방식은 분사 유체로서 가스 혹은 액체를 모두 적용할 수 있으며, 조업 안정성이 가장 우수하여 현재 금속분말의 대량 생산에 주로 사용되고 있다. 그러나, 분사되는 유체제트가 자유 낙하하는 용탕 줄기의 한 점에서 서로 충돌하기 때문에, 그 충돌력이 서로 상쇄되어 분말화 효율이 떨어진다. 유체제트의 충격력이 용탕줄기에 전부 전달되어야 하는데 유체제트 간의 충돌로 대부분의 에너지를 소모하여 분말화를 위해서 더 많은 유체의 양과 더 높은 유체압력을 필요로 한다. On the other hand, the conventional free-falling fluid injection nozzle method can apply both gas or liquid as the injection fluid, and has the best operational stability, so it is currently mainly used for mass production of metal powder. However, since the ejected fluid jets collide with each other at one point of the free-falling molten metal stem, the colliding forces cancel each other out and the powdering efficiency decreases. The impact force of the fluid jets must be fully transferred to the molten metal stream, but most of the energy is consumed by the collision between the fluid jets, so a larger amount of fluid and a higher fluid pressure are required for powderization.
더욱이, 분사된 유체제트가 콘 모양의 협소한 꼭지점에 모이기 때문에 방출된 분사 유체를 담아낼 여유 공간이 매우 부족하여 서로 충돌하는 영역에서 위로 향하는 심한 와류가 발생된다. 이러한 와류로 낙하하는 용탕줄기가 심하게 흔들려 파열되어 최종 분말입도가 불균일하게 되며 분말의 구형도 또한 나빠지게 될 우려가 높다. 특히 이러한 와류가 하방으로 빠져나가지 못하고 위로 솟구쳐 오르게 된다. 이러한 역류 현상이 오리피스 영역까지 오게 되면 오리피스 부근의 용탕줄기가 파열되어 오리피스에 응고되고 접착 및 성장하게 된다. 최종적으로는 유체 분사노즐의 중심 관통부가 용탕의 응고로 막혀서 분말 제조가 불가능한 상태로 되기도 한다.Moreover, since the ejected fluid jets gather at the narrow vertex of the cone shape, there is very little free space to contain the ejected fluid jets, resulting in severe upward vortexes in the area where they collide with each other. There is a high possibility that the falling molten metal stems are shaken and ruptured by these vortexes, resulting in non-uniform powder particle size and deterioration in the sphericity of the powder. In particular, these vortices do not escape downward and rise upward. When this backflow phenomenon reaches the orifice area, the molten metal near the orifice ruptures, solidifies, adheres to, and grows in the orifice. Eventually, the central penetrating part of the fluid injection nozzle is blocked by solidification of the molten metal, making it impossible to manufacture powder.
자유낙하형 유체 분사노즐은 용탕줄기와 유체제트 사이의 충돌각도를 크게 하면 유체제트의 충격력을 크게 전달할 수 있기 때문에 분말 미세화에 유리하지만, 이러한 역류 현상 때문에 종래의 자유낙하형 유체 분사노즐은 용탕줄기와 유체제트 사이의 충돌 각도를 20° 이내로 제한하는 것이 일반적이다. 그러므로 미세한 금속분말을 제조하기 위해서는 과도한 양의 유체를 분사하여야 하고, 분사된 유체는 일회용으로 버려지게 되기 때문에 분말 제조에 소요되는 비용이 상승하게 된다.Free-fall fluid jet nozzles are advantageous for powder refinement because they can transmit a large impact force of the fluid jet if the collision angle between the molten metal stem and the fluid jet is increased. It is common to limit the collision angle between the fluid jet and the fluid jet to within 20°. Therefore, in order to manufacture fine metal powder, an excessive amount of fluid must be injected, and since the injected fluid is discarded for one-time use, the cost required for manufacturing the powder increases.
이외에도 유체제트가 충돌하는 일정 부위에서 금속액적으로 파쇄되면서 또한 합체 현상도 동시에 일어나기 때문에 금속분말의 형상이 불규칙해지는 경향이 발생한다. 즉, 종래의 자유낙하형 유체분사 노즐은 분말 미세화 효율이 열악하여 미세한 금속 분말 제조에는 불리하며, 제조된 금속분말의 구형도 또한 나쁘다는 문제점이 있다.In addition, since the fluid jets are crushed into metal droplets at a certain part where they collide, and coalescence also occurs at the same time, the shape of the metal powder tends to become irregular. That is, the conventional free-fall type fluid spray nozzle has a problem in that the powder micronization efficiency is poor, which is unfavorable for manufacturing fine metal powder, and the sphericity of the manufactured metal powder is also poor.
이러한 유체 분사노즐을 적용한 분말 제조 공정의 미세화 효율 한계를 극복하기 위해 이중 유체 분사노즐을 적용하는 기술이 제안되었다. 유체 분사노즐을 이중으로 겹쳐서 미세화 효율을 증가시키고자 하는 노력으로, 근접결합형 이중 분사노즐과 자유낙하형 이중 분사노즐 두가지 방식에서 액체제트와 가스제트를 결합하여 새로운 기능을 부여하고자 하였다.In order to overcome the miniaturization efficiency limit of the powder manufacturing process using such a fluid injection nozzle, a technique of applying a dual fluid injection nozzle has been proposed. In an effort to increase the miniaturization efficiency by doubly overlapping fluid injection nozzles, a new function was attempted by combining a liquid jet and a gas jet in two methods, a close-coupled double injection nozzle and a free-falling double injection nozzle.
동일한 종류의 가스제트-가스제트를 결합하거나 혹은 수제트-수제트를 결합하여 기존 가스분사 및 수분사 분말 제조공정을 개선하는 종래기술(특허문헌 0001-0004)이 있었으나 분말 미세화 및 구형화에 만족스럽지 못했다. There was a prior art (Patent Document 0001-0004) for improving the existing gas injection and water injection powder manufacturing process by combining the same type of gas jet-gas jet or combining sujet-sujet, but was satisfied with powder refinement and spheroidization I didn't like it.
또한, 이종의 액체제트-가스제트를 복합화하여 수분사 및 가스분사 분말 제조공정의 단점을 극복하고자 하는 종래기술(특허문헌 0005-0006)도 있었으나 이 또한 금속분말의 산화 방지 및 구형화 기술을 완수하는 것에 미흡했다. In addition, there was a prior art (Patent Documents 0005-0006) to overcome the disadvantages of the water injection and gas injection powder manufacturing process by combining heterogeneous liquid jet-gas jet, but this also accomplished the technology of preventing oxidation of metal powder and spheroidization was insufficient to do.
실제로, 근접결합형 이중 노즐 방식은 너무 좁은 영역에 유체제트가 중첩되어 현실적으로 분말 양산이 불가능하다. 또한, 자유낙하형 이중 노즐 방식은 사용되는 유체의 양이 거의 두배로 많아 지지만 미세화는 현저하지 못해 분말 미세화 효율이 좋지 않은 문제가 있다.In fact, in the close-coupled dual-nozzle method, mass production of powder is practically impossible because fluid jets overlap in a very narrow area. In addition, the free-falling double-nozzle method has a problem in that the amount of fluid used is almost doubled, but the micronization is not remarkable, so the powder micronization efficiency is not good.
이와 같이, 종래기술에 따르면, 미세화를 위한 유체의 사용량이 과다하여 유체분사 분말 미세화 효율이 떨어지고, 금속분말의 구형도에 문제가 있으며, 제조 공정 동안 오리피스 막힘 등의 불안정한 현상이 발생하여 조업 신뢰도가 열악하다는 문제점이 있었다.As described above, according to the prior art, the fluid injection powder refinement efficiency is reduced due to the excessive amount of fluid used for micronization, there is a problem with the sphericity of the metal powder, and unstable phenomena such as clogging of the orifice occur during the manufacturing process, resulting in poor operation reliability. There was a problem with being poor.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 분사된 유체제트에 둘러싸인 내부 공간이 개방되도록 하여 유체제트 인접부에 발생하는 고속의 동반기류를 극대화함으로써 용탕줄기를 일차로 미분화한 후 연속하여 고속의 유체제트로 이차 분쇄함에 의해 분말 미세화 효율을 최대로 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and its purpose is to maximize the high-speed accompanying air flow generated adjacent to the fluid jet by opening the inner space surrounded by the jet of the jetted molten metal. It is an object of the present invention to provide an apparatus for manufacturing fluid spray metal powder capable of maximally improving the efficiency of powder refinement by performing primary pulverization and then continuously secondary pulverization with a high-speed fluid jet.
본 발명의 다른 목적은 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류에 의해서 일차 분쇄가 일어난 후 유체제트에 의해서 순차적으로 분쇄하기 때문에 동일한 입경의 분말 제조를 위한 유체 소모량을 작게 할 수 있으며 동반기류는 순환시켜 사용함으로써 경제적으로 유리한 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to reduce fluid consumption for producing powder with the same particle size because the primary grinding occurs by the high-speed accompanying air flow generated adjacent to the fluid jet, and then the grinding is sequentially performed by the fluid jet, and the accompanying air flow is circulated. It is an object of the present invention to provide an economically advantageous fluid injection metal powder manufacturing apparatus by using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 개방되어 있고 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류는 유체제트 중심부을 관통하여 고속으로 유동할 수 있기 때문에 충돌 배압에 의한 역류 및 오리피스 막힘 현상을 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to prevent reverse flow and orifice clogging caused by collision back pressure because the internal space surrounded by the fluid jets is open and the high-speed accompanying air current generated adjacent to the fluid jets can flow through the center of the fluid jets at high speed. It is an object of the present invention to provide a fluid injection metal powder manufacturing apparatus capable of increasing operational reliability.
본 발명의 다른 목적은 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류가 용탕줄기를 액적으로 분쇄하여 유체제트 속으로 보낸 후 유체제트에 의한 이차 분쇄가 일어나 액적의 합체 현상을 방지할 수 있기 때문에 분말의 구형도가 우수한 유체분사 금속분말 제조장치를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to prevent the coalescence of the liquid droplets by causing secondary crushing by the fluid jet after the high-speed accompanying air flow generated adjacent to the fluid jet crushes the molten metal stream into droplets and sends them into the fluid jet, preventing the droplets from coalescing. It is an object of the present invention to provide a fluid injection metal powder manufacturing apparatus having excellent sphericity.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는, 금속용탕을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕을 배출하기 위한 오리피스가 장착되는 합금 용해부; 상기 합금 용해부의 하부에 위치하며 상기 금속용탕이 오리피스를 통해 용탕줄기 형태로 내부로 자유 낙하하며, 바닥면에 복수의 가스 순환통로가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 형성된 가스 순환챔버를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부; 상기 가스 순환챔버형성부의 내부 하단 중심부에 위치하며, 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부의 내측 상단면과 소정 간격을 유지하도록 설치하며, 상기 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기에 고속의 제1유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제1유체분사노즐; 및 상기 가스 순환챔버형성부의 하단에 위치하며 상기 분위기 가스로 채워져 있고 상기 가스 순환통로를 통해서 상기 가스 순환챔버에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기가 파쇄되어 생성된 금속 액적을 냉각시켜 금속분말을 저장하는 분사챔버를 내부에 구비하는 분사챔버형성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an apparatus for producing a fluid spray metal powder according to the present invention includes an alloy melting unit for storing molten metal and having an orifice for discharging the molten metal at a lower portion thereof; Located at the lower part of the alloy melting part, the molten metal freely falls into the inside in the form of a molten metal stem through an orifice, and a plurality of gas circulation passages are installed on the bottom surface so that atmospheric gas moves from the lower part of the inner circumferential surface to the upper part, and then passes through the inner upper surface. Accordingly, a gas circulation chamber forming unit having a gas circulation chamber having an inner curved surface formed therein so as to flow and circulate downward of the central portion; It is located at the center of the lower part inside the gas circulation chamber forming part, and the upper surface is installed to maintain a predetermined distance from the inner upper surface of the gas circulation chamber forming part, and the molten metal stem that freely falls through the center has a high-speed first a first fluid injection nozzle generating fine metal droplets by injecting a fluid jet; and located at the lower end of the gas circulation chamber forming part, filled with the atmosphere gas, supplying the atmosphere gas to the gas circulation chamber through the gas circulation passage, and dispersing metal droplets generated by crushing the sprayed fluid and the molten metal stem. It is characterized in that it comprises a spraying chamber forming part having a spraying chamber for cooling and storing the metal powder therein.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 가스 순환챔버의 내주면 하단부에는 내주면을 따라서 상방으로 고속의 가스를 흘려보내 상기 가스 순환챔버 내부의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 노즐을 더 구비할 수 있다.In the fluid injection metal powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, a suction inducing nozzle capable of lowering the pressure inside the gas circulation chamber by flowing high-speed gas upward along the inner circumferential surface is further provided at the lower end of the inner circumferential surface of the gas circulation chamber. can be provided
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 제1유체분사노즐의 하단부에는 상기 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 파이프를 더 구비할 수 있다.The device for manufacturing fluid-jet metal powder according to an embodiment of the present invention may further include a suction guide pipe capable of lowering a pressure in an inner space surrounded by the fluid jet at a lower end of the first fluid-jet nozzle.
이 경우, 상기 흡입유도 파이프는 그 직경이 하방으로 가면서 일정하거나 혹은 증감하는 것도 가능하다.In this case, the diameter of the suction guiding pipe may be constant or may increase or decrease while going downward.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 가스 순환챔버의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐 상단면 사이의 간격에 설치되는 것으로 분위기 가스의 흐름을 반경 방향을 따라서 방사형으로 제어하거나 혹은 회전하는 형태로 제어하기 위한 가스 방향제어 블레이드를 더 구비할 수 있다.In addition, the fluid injection metal powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is installed in the gap between the inner upper surface of the gas circulation chamber and the upper surface of the first fluid injection nozzle, and the flow of atmospheric gas is directed along the radial direction. A gas direction control blade for controlling radially or rotatingly may be further provided.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 상기 턴디쉬와 상기 가스 순환챔버 사이에 제2유체분사노즐을 더 구비하거나, 상기 가스 순환챔버의 내부에서 상기 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐을 더 구비할 수 있다.Furthermore, the apparatus for manufacturing fluid-eject metal powder according to an embodiment of the present invention further includes a second fluid-eject nozzle between the tundish and the gas circulation chamber, or the first fluid-eject nozzle inside the gas circulation chamber. A second fluid injection nozzle may be further provided on the top of the upper and lower portions at predetermined intervals.
본 발명에 따르면, 유체제트를 분사할 때 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어 유체제트에 의한 내부 동반기류의 발생이 곤란하고 단지 유체제트만을 용탕줄기에 대해서 충돌시켜서 미세화시키는 종래기술에 비해, 분사된 유체제트에 둘러싸인 내부 공간이 개방되도록 하여 유체제트 인접부에 발생하는 고속의 동반기류를 극대화함으로써 용탕줄기를 일차로 미분화한 후 연속하여 고속의 유체제트로 이차 분쇄함에 의해 분말 미세화 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.According to the present invention, when the fluid jet is sprayed, the internal space surrounded by the fluid jet is sealed, making it difficult to generate an internal accompanying air flow by the fluid jet, and compared to the prior art in which only the fluid jet collides with the molten metal stream to make it finer, The internal space surrounded by the fluid jet is opened to maximize the high-speed accompanying airflow generated in the vicinity of the fluid jet. The molten metal is firstly pulverized and then continuously pulverized with the high-speed fluid jet to maximize the efficiency of powder refinement. can improve
또한, 종래 기술의 경우 유체제트가 일정한 각도를 갖고 원뿔 형상의 꼭지점에서 충돌하기 때문에 유체제트가 갖고 있던 에너지가 자체 충돌로 많이 소멸함으로써 미세분말을 제조하기 위해서는 과다하게 많은 유체가 소요되는 문제가 있으나, 본 발명의 경우 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류에 의해서 일차 분쇄가 일어난 후 유체제트에 의해서 순차적으로 분쇄하기 때문에 동일한 입경의 분말 제조를 위한 유체 소모량을 작게 할 수 있으며 동반기류는 순환시켜 사용함으로써 경제적으로 유리하다.In addition, in the case of the prior art, since the fluid jets have a certain angle and collide at the apex of the cone shape, the energy of the fluid jets is greatly dissipated due to self-collision. , In the case of the present invention, since the primary crushing occurs by the high-speed accompanying air flow generated adjacent to the fluid jet, and then the grinding is sequentially performed by the fluid jet, the fluid consumption for producing powder of the same particle size can be reduced, and the accompanying air flow is circulated. It is economically advantageous to use.
더욱이, 종래 기술에서는 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어서 용탕 액적이 유체제트와 함께 역류하거나 오리피스에서 유출되는 용탕줄기가 응고되어 막히는 현상이 자주 발생함으로써 조업 안정성이 열악한 문제점이 있으나, 본 발명의 경우 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 개방되어 있고 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류는 유체제트 중심부을 관통하여 고속으로 유동할 수 있기 때문에 충돌 배압에 의한 역류 및 오리피스 막힘 현상을 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.Furthermore, in the prior art, since the internal space surrounded by the fluid jet is closed, molten metal droplets flow back together with the fluid jet, or the molten metal stream flowing out of the orifice is solidified and clogged frequently, resulting in poor operational stability, but in the case of the present invention Since the inner space surrounded by the fluid jet is open and the high-speed accompanying air current generated adjacent to the fluid jet can flow through the center of the fluid jet at high speed, it is possible to prevent reverse flow and orifice clogging caused by collision back pressure, thus improving operational reliability. has the advantage of increasing
또한, 종래에는 유체제트와 용탕줄기가 거의 한 영역에서 충돌하여 분쇄되어 미세한 액적들이 서로 합체가 되기 때문에 분말의 구형도가 별로 좋지 못하여 분말의 유동도가 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 경우 유체제트 인접부에 발생하는 고속 동반기류가 용탕줄기를 액적으로 분쇄하여 유체제트 속으로 보낸 후 유체제트에 의한 이차 분쇄가 일어나 액적의 합체 현상을 방지할 수 있기 때문에 분말의 구형도가 우수하다는 장점이 있다.In addition, in the prior art, since the fluid jet and the molten metal stream collide and pulverize in almost one area, the sphericity of the powder is not very good because the fine droplets are coalesced with each other, resulting in a problem of poor fluidity of the powder. However, in the present invention, the fluid jet The high-speed accompanying airflow generated in the vicinity crushes the molten metal stem into droplets and sends them into the fluid jet, and then secondary pulverization by the fluid jet occurs to prevent droplet coalescence, so the sphericity of the powder is excellent. .
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 유체제트에서 기인한 동반기류와 고속의 유체제트가 연속적으로 용탕줄기를 분쇄함으로써 구형의 초미세 금속분말을 용이하게 제조할 수 있으며, 동일 직경의 금속분말을 제조하는 경우에 소요되는 유체소모량을 작게 할 수 있고 동반기류 발생에 필요한 분위기 가스를 순환시켜 사용할 수 있어 경제적이며, 종래 분말제조 공정상 발생하는 배압에 의한 역류 및 오리피스 막힘 현상을 현저하게 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.The apparatus for manufacturing fluid-spray metal powder according to the present invention can easily manufacture spherical ultra-fine metal powder by continuously crushing molten metal stems with the accompanying air flow generated by the fluid jet and the high-speed fluid jet, and metal powder having the same diameter. It is economical because it can reduce the amount of fluid consumed in the case of manufacturing, and can circulate and use the atmospheric gas necessary for the generation of accompanying air flow, and can remarkably prevent reverse flow and orifice clogging caused by back pressure generated in the conventional powder manufacturing process. It has the advantage of increasing the reliability of operation.
도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치의 내부 구조를 보여주는 수직방향 단면 사시도, 가스순환챔버와 유체분사노즐의 확대단면 사시도 및 분사챔버를 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치 전체의 단면 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 가스순환챔버와 유체분사노즐의 결합구조를 나타내는 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도 및 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 가스순환챔버와 유체분사노즐의 결합구조를 나타내는 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도 및 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도이다.
도 4a는 수분사 노즐에서 수압력에 따른 수제트의 분사속도를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 고속의 유체제트 인접부에서 발생하는 동반기류의 속도와 인접부 가스압력과의 상관관계를 설명하는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 가스 순환챔버의 내부에 흡입유도 노즐을 적용하여 가스 순환챔버 내주면의 인접부에 대한 압력을 감소시켜 분사챔버에서 분위기 가스를 흡입하는 과정을 유동 경로를 표시하여 설명하는 설명도 및 흡입유도 노즐을 통해서 분사챔버의 분위기 가스를 가스 순환챔버 내부로 흡입하는 경로를 보여주는 부분 확대 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 유체를 반경방향으로 공급하여 중심부를 향해 방사방향으로 유동시키는 흡입유도 노즐을 적용한 가스 순환챔버의 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도 및 유체분사노즐 전체를 제거한 상태의 사시도이다.
도 7a 내지 도 7d는 각각 본 발명의 제4실시예에 따른 유체를 접선방향으로 공급하여 회전 유동시키는 흡입유도 노즐을 적용한 가스 순환챔버의 수직방향 단면 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거하지 않은 상태의 사시도, 유체분사노즐의 상부면을 제거한 상태의 사시도 및 유체분사노즐 전체를 제거한 상태의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5실시예에 따른 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 원통형 흡입유도 파이프를 나타내는 단면도 및 단면 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제6실시예에 따른 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 나팔형 흡입유도 파이프를 나타내는 단면도 및 단면 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 쌍곡면형 흡입유도 파이프를 나타내는 단면도 및 단면 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 제8 및 제9 실시예에 따른 분위기 가스의 흐름을 반경 반향을 따라서 방사형으로 제어하는 방사형 가스 방향제어 블레이드 및 회전하는 형태로 제어하기 위한 회전형 가스 방향제어 블레이드를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제10실시예에 따른 턴디쉬와 가스 순환챔버 사이에 제2유체분사노즐을 구비하고 금속분말 미세화 효율을 향상시키는 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제11실시예에 따른 가스 순환챔버 내부에서 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐을 구비하고 금속분말 미세화 효율을 향상시키는 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 제12 및 제13 실시예에 따른 턴디쉬와 가스 순환챔버 사이에 제2유체분사노즐을 위치시키며 유체를 반경방향으로 공급하여 중심부를 향해 방사방향으로 유동시키는 제1 및 제2 유체분사노즐를 구비한 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 제14 및 제15 실시예에 따른 가스 순환챔버 내부에서 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐을 위치시키며 유체를 접선방향으로 공급하여 회전 유동시키는 제1 및 제2 유체분사노즐를 구비한 이중 유체분사 노즐을 나타내는 단면 사시도이다.1a to 1c are a vertical cross-sectional perspective view showing the internal structure of the fluid spray metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, an enlarged cross-sectional perspective view of a gas circulation chamber and a fluid spray nozzle, and a fluid spray metal powder manufacturing apparatus including a spray chamber It is a cross-sectional perspective view of the whole.
2a to 2c are a vertical cross-sectional perspective view showing a coupling structure between a gas circulation chamber and a fluid ejection nozzle according to a first embodiment of the present invention, a perspective view of a state in which the upper surface of the fluid ejection nozzle is not removed, and a fluid ejection nozzle It is a perspective view with the upper surface of the removed.
3a to 3c are a vertical cross-sectional perspective view showing a coupling structure between a gas circulation chamber and a fluid injection nozzle according to a second embodiment of the present invention, a perspective view of a state in which the upper surface of the fluid injection nozzle is not removed, and a fluid injection nozzle It is a perspective view with the upper surface of the removed.
FIG. 4a is a graph showing the spraying speed of sujet according to the water pressure at the water spray nozzle, and FIG. 4b is a graph explaining the correlation between the speed of the accompanying air current generated in the vicinity of the high-speed fluid jet and the gas pressure in the vicinity. am.
5A and 5B respectively show a flow path of a process of sucking atmospheric gas from an injection chamber by applying a suction inducing nozzle inside the gas circulation chamber according to the present invention to reduce the pressure on the adjacent portion of the inner circumferential surface of the gas circulation chamber. This is an explanatory diagram and a partial enlarged cross-sectional view showing a path for sucking the atmospheric gas of the injection chamber into the gas circulation chamber through the suction inducing nozzle.
6A to 6D are vertical cross-sectional perspective views of a gas circulation chamber to which a suction inducing nozzle for radially flowing toward the center is applied by supplying fluid in a radial direction according to a third embodiment of the present invention, respectively, and an upper portion of a fluid injection nozzle; It is a perspective view without removing the surface, a perspective view with the upper surface of the fluid ejection nozzle removed, and a perspective view with the entire fluid ejection nozzle removed.
7A to 7D are vertical cross-sectional perspective views of a gas circulation chamber to which a suction induction nozzle for rotating and supplying a fluid tangentially according to a fourth embodiment of the present invention is applied, and the upper surface of the fluid injection nozzle is not removed. A perspective view of the state, a perspective view of the state in which the upper surface of the fluid injection nozzle is removed, and a perspective view of the state in which the entire fluid injection nozzle is removed.
8A and 8B are cross-sectional and cross-sectional perspective views of a cylindrical suction induction pipe for easily inhaling atmospheric gas into the fluid jet by reducing the pressure in the inner space surrounded by the fluid jet according to a fifth embodiment of the present invention, respectively. am.
9A and 9B are cross-sectional views and cross-sections showing a flared suction induction pipe for easily inhaling atmospheric gas into the fluid jet by reducing the pressure in the inner space surrounded by the fluid jet according to a sixth embodiment of the present invention, respectively. It is a perspective view.
10A and 10B are cross-sectional views and cross-sectional views of a hyperboloidal suction induction pipe for easily inhaling atmospheric gas into the fluid jet by reducing the pressure in the inner space surrounded by the fluid jet according to a seventh embodiment of the present invention, respectively. It is a perspective view.
11A and 11B show a radial gas direction control blade for radially controlling the flow of atmospheric gas along a radial direction and a rotary gas direction control for controlling the flow of atmospheric gas in a rotating form according to the eighth and ninth embodiments of the present invention, respectively. It is a perspective view showing the blade.
12 is a cross-sectional view showing a dual fluid injection nozzle having a second fluid injection nozzle between a tundish and a gas circulation chamber according to a tenth embodiment of the present invention and improving metal powder refinement efficiency.
13 is a double fluid injection nozzle provided with a second fluid injection nozzle at a predetermined interval above and below the first fluid injection nozzle inside a gas circulation chamber according to an eleventh embodiment of the present invention and improving metal powder refinement efficiency. is a cross-sectional view showing
14a and 14b show a system in which a second fluid injection nozzle is placed between a tundish and a gas circulation chamber according to twelfth and thirteenth embodiments of the present invention, and fluid is supplied in a radial direction so that the fluid flows in a radial direction toward the center. It is a cross-sectional perspective view showing a dual fluid injection nozzle having first and second fluid injection nozzles.
15A and 15B show that the second fluid injection nozzle is placed vertically above the first fluid injection nozzle at a predetermined interval inside the gas circulation chamber according to the fourteenth and fifteenth embodiments of the present invention, and the fluid flows in a tangential direction. It is a cross-sectional perspective view showing a dual fluid injection nozzle having first and second fluid injection nozzles for supplying and rotating fluid.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. In this process, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary according to the intentions or customs of users and operators. Definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
본 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 분사되는 유체제트로 둘러싸인 내부 공간을 개방하여 고속 유체제트의 인접부에서 발생하는 동반기류를 활성화함으로써 종래 기술의 여러 문제점을 해결하고 동반기류와 유체제트의 연속적인 분쇄작용을 통해서 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도가 향상된 금속분말 혹은 합금분말을 제조하기 위한 장치이다.The apparatus for manufacturing fluid-sprayed metal powder according to the present embodiment solves various problems of the prior art by opening the inner space surrounded by the fluid jets to be injected and activating the accompanying air flow generated in the vicinity of the high-speed fluid jet, thereby solving the accompanying air flow and the fluid jet. It is a device for producing metal powder or alloy powder with improved fluid spray powdering efficiency and powder sphericity through continuous grinding action of
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치에서는 유체분사 분말화 효율을 최대한 향상시켜서 미분 제조가 가능하고, 제조되는 분말의 구형도를 한층 더 높일 수 있으며, 분말화에 소요되는 유체의 양을 감소시켜서 제조원가를 낮출 수 있고, 제조 공정 동안오리피스 막힘 등의 불안정한 현상을 예방하여 조업 신뢰도가 우수하다.In the fluid spray metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, it is possible to manufacture fine powder by maximizing the fluid spray powderization efficiency, further increasing the sphericity of the powder to be produced, and reducing the amount of fluid required for powderization. Manufacturing cost can be lowered, and operation reliability is excellent by preventing unstable phenomena such as orifice clogging during the manufacturing process.
첨부된 도 1a 내지 도 1c는 각각 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치의 내부 구조를 보여주는 수직방향 단면 사시도, 가스순환챔버와 유체분사노즐의 확대단면 사시도 및 분사챔버를 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치 전체의 단면 사시도이다.1A to 1C are a vertical cross-sectional perspective view showing an internal structure of a fluid spray metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, an enlarged cross-sectional perspective view of a gas circulation chamber and a fluid spray nozzle, and a fluid spray metal powder including a spray chamber. It is a sectional perspective view of the entire manufacturing equipment.
도 1a 내지 도 1c을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말제조장치(100)는, 금속용탕(60)을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕(60)을 배출하기 위한 오리피스(34)가 장착되는 합금 용해부(10); 상기 합금 용해부(10)의 하부에 위치하는 것으로 그 상단부가 상기 오리피스(34)에 의해서 관통되어 그 내부에서 상기 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해 용탕줄기(62)의 형태로 자유 낙하하며, 그 하단부는 다수개의 가스 순환통로(42)가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 그 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 구비된 가스 순환챔버(44)를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부(50); 상기 가스 순환챔버(44)의 내부 하단 중심부에 위치하며, 그 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하도록 설치하며, 그 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기(62)에 대해서 고속의 유체제트(74)를 분사하는 제1유체분사노즐(50); 및 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 하단에 위치하는 것으로 분위기 가스로 채워져 있으며 상기 가스 순환통로(42)를 통해서 상기 가스 순환챔버(44)에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기(62)가 파쇄되어 생성된 금속분말(66)을 저장하는 분사챔버(11)를 내부에 구비하는 분사챔버형성부(10);를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1A to 1C , the fluid spray metal
상기 합금 용해부(10)는 유도용해로(36) 내부에 구비된 도가니(32)에 금속용탕(60)을 저장하고, 그 하부에 상기 금속용탕(60)을 배출하기 위한 오리피스(34)가 장착되어 있다.The
상기 가스 순환챔버형성부(50)는 합금 용해부(10)의 하부에 위치하는 것으로 가스 순환챔버 몸체(41)의 내부에 가스 순환챔버(44)를 형성하도록 중공부가 형성되어 있으며, 가스 순환챔버 몸체(41)의 상단부에 형성된 관통구멍(45)으로 상기 오리피스(34)에 의해서 관통되어 그 내부에서 상기 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해 용탕줄기(62)의 형태로 자유 낙하한다. The gas circulation
상기 가스 순환챔버형성부(50)의 하단부에는 다수개의 가스 순환통로(42)가 설치되어, 하측에 위치한 분사챔버(11)로부터 분위기 가스가 가스 순환챔버(44)의 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 그 중심부의 하방으로 순환하도록 순환가스 가이드(43)가 돌출되며 순환가스 가이드(43)에는 내측 곡면이 구비되어 있다.A plurality of
상기 가스 순환챔버(44)의 내부 하단 중심부에는 제1유체분사노즐(50)이 위치하며, 제1유체분사노즐(50)의 상단면은 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하도록 설치하며, 그 중심부에는 관통구멍(54)이 형성되어 이를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기(62)에 대해서 고속의 유체제트를 분사한다.A first
상기 제1유체분사노즐(50)의 상단면은 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하면서 중심부의 관통구멍(54)을 향하여 간격이 넓어지도록 곡면 형상을 가지고 있어 제1유체분사노즐(50)의 상단면을 따라 순환 분위기 가스(72)의 흐름 속도를 빠르게 유도한다.The top surface of the first
상기 제1유체분사노즐(50)은 외부로부터 방사방향 또는 접선방향의 유체공급관(53a,53b;53c,53d)이 연결되어 제1유체분사노즐(50)의 환형 몸체(51) 내부에 구비된 중공부(55)에 유체를 공급하며, 중공부(55)에 공급된 유체는 하단부 내측에 구비된 유체 분사슬롯(52)를 통하여 소정의 충돌각도(A)로 고속의 유체제트(74)를 분사한다.The first
상기 분사챔버형성부(10)는 가스 순환챔버형성부(40)의 하단에 원통형 분사챔버 몸체(12)가 연결되고, 분사챔버 몸체(12)의 하측에는 금속분말(66)을 중앙으로 모으는 역할을 하는 호퍼(14)가 연결되어 있으며, 호퍼(14)의 하단에는 통로(16)를 거쳐 금속분말(66)을 수집하는 금속분말수집통(18)이 배치되어 있다.In the injection
상기 분사챔버형성부(10)의 내부에 형성된 분사챔버(11)에는 분위기 가스로 채워져 있으며, 상기 가스 순환통로(42)를 통해서 상기 가스 순환챔버(44)에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사챔버(11)의 하측에는 분사된 유체와 상기 용탕줄기(62)가 파쇄되어 생성된 금속분말(66)을 저장하기 위한 호퍼(14)와 금속분말수집통(18)이 배치되어 있다. The
상기 분사챔버형성부(10)의 원통형 분사챔버 몸체(12)에는 분사챔버(11)에 충전된 분위기 가스를 배기할 때 사용되는 배기구(19)가 연결되어 있다.An
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제1유체분사노즐(50)의 유체제트 충돌각도(즉, 유체제트(74)의 꼭지점 각도)(A)는 분사챔버(11) 내부의 분위기 가스를 유체제트(74)의 중심부로 흡입할 수 있는 지를 결정하는 중요한 인자로서, 50°를 초과하면 유체제트(74) 내부의 배압이 발생하여 분위기 가스를 흡입하기 곤란하기 때문에 피해야 한다. 반대로 충돌각도(A)가 5° 미만인 경우는 흡입 능력은 좋아지나 유체제트(74)의 분쇄능이 너무 작아지고 유체제트(74)의 길이가 너무 길어져 효율적이지 못하다. 그러므로, 충돌각도(A)는 5° 내지 50°, 바람직하게는 10° 내지 40°의 범위로 설정되는 것이 좋다. As shown in FIG. 1B, the fluid spray metal
또한, 상기 가스 순환챔버(44)의 외측으로부터 내측으로 분위기 가스가 흐를 때, 제1유체분사노즐(50)의 상단면과 가스 순환챔버(44)의 내측 상단면 사이의 유동간격(H)은 유체제트(74)의 분위기 가스 흡입능력과 밀접한 관계를 갖는다. 상기 유동간격(H)이 3mm 미만으로 너무 작으면 유체제트(74) 내부로 흡입되는 분위기 가스가 원활히 공급되기 어려워 충분한 동반기류를 발생하기 곤란하므로 피해야 한다. 반면에 유동간격(H)이 30mm를 초과하게 되면 유동간격(H) 내부의 기류 속도가 너무 느려지고 결국 유동간격(H) 부근 압력이 분사챔버(11)의 압력과 유사해지기 때문에 유체제트(74)가 분위기 가스를 흡입하기 곤란하다. 그러므로, 유동간격(H)은 3mm 내지 30mm, 바람직하게는 5mm 내지 20mm의 범위로 설정되는 것이 좋다.In addition, when atmospheric gas flows from the outside to the inside of the
상기 가스 순환통로(42)는 가스 순환챔버형성부(40)의 하단면에 소정 반경을 중심으로 다수개의 관통구멍으로 형성되며, 그 형상은 원, 타원 혹은 여러가지 다른 형상일 수 있다. 상기 가스 순환통로(42)의 설치 개수는 2개 이상이면 가능하나 분위기 가스의 유동 균일성 확보를 위해서 최소 4개 이상인 것이 좋다. 분위기 가스의 유동 균일성 확보를 위해서 상기 가스 순환통로(42)의 설치 개수는 많은 것이 유리하나, 30개 이상을 설치하면 구조적으로 복잡해지고 상호간 유동 간섭이 발생해 분위기 가스의 유동 균일성 확보에 불리해질 수 있다. 그러므로, 가스 순환통로(42)의 설치 개수는 4개 내지 30개, 바람직하게는 8개 내지 20개의 범위가 좋다.The
종래에는 유체제트를 분사할 때 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어 유체제트에 의한 내부 동반기류의 발생이 곤란하고 단지 유체제트만을 용탕줄기에 대해서 충돌시켜서 미세화시키는 방식이었다. Conventionally, when the fluid jet is sprayed, the inner space surrounded by the fluid jet is sealed, making it difficult to generate an internal accompanying airflow by the fluid jet, and only the fluid jet collides with the molten metal stream to make it finer.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 분사된 유체제트(74)에 둘러싸인 내부 공간이 개방되도록 하여 유체제트(74) 인접부에 발생하는 고속의 동반기류를 극대화함으로써 용탕줄기(62)를 일차로 미분화한 후 연속하여 고속의 유체제트(74)로 이차 분쇄함에 의해 분말 미세화 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, the internal space surrounded by the jetted
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 분사챔버(11) 내부를 채우고 있는 분위기 가스를 상기 가스 순환통로(42)를 통해 상기 가스 순환챔버(44) 내부로 빨아 당기는 흡입력을 증가시키 위해서 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하단부에 내주면을 따라서 상방으로 고속의 가스를 흘려 보내 흡입유도 가스(76)의 흐름을 형성하도록 상기 가스 순환챔버(44) 내부의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 노즐(50a)을 더 구비할 수 있다. In addition, as shown in FIGS. 5A and 5B , the fluid spray metal
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 상기 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간이 분위기 가스를 더욱 용이하게 흡입할 수 있도록 상기 제1유체분사노즐(50)의 하단부에는 상기 유체제트(74) 내부 공간의 압력을 낮출 수 있는 흡입유도 파이프(68a-68c)를 더 구비할 수 있다. 상기 흡입유도 파이프(68a-68c)의 형상은 도 8a 내지 도 10b에 도시된 바와 같이, 원통형, 나팔형, 쌍곡면형, 혹은 직경을 증감시켜서 여러가지 형상으로 다양하게 적용할 수 있다.Furthermore, in the
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치는 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 유체제트(74) 중심부로 분위기 가스를 흡입하여 유동시킬 때 분위기 가스의 유동 방향을 제어하기 위해서 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 가스 방향제어 블레이드(57,58)가 설치될 수 있다. 상기 가스 방향제어 블레이드(57,58)는 분위기 가스의 흐름을 반경 방향을 따라서 방사형으로 제어하거나 혹은 회전하는 형태로 제어하기 위해 적용한다.As shown in FIGS. 11A and 11B , the apparatus for manufacturing fluid spray metal powder according to an embodiment of the present invention controls the flow direction of the atmospheric gas when sucking and flowing the atmospheric gas into the center of the
본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 금속분말 미세화 효율을 더욱 향상시키기 위해서 제2유체분사노즐(80,80a)을 더 구비하여 이중 유체분사노즐을 적용할 수 있다. As shown in FIGS. 12 and 13 , the fluid spray metal
첫번째 방안으로, 상기 합금 용해부(10)와 가스 순환챔버형성부(40) 사이에 제2유체분사노즐(80)을 더 구비하여 금속분말(66)의 미세화 효율을 개선할 수 있다. 두번째 방안으로, 상기 가스 순환챔버(44) 내부에 상기 제1유체분사노즐(50)의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐(80a)을 더 구비할 수 있다.As a first method, a second
이하에서는, 도 1a 내지 도 3c를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체분사 금속분말 제조장치의 작동에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1A to 3C , the operation of the fluid spray metal powder manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
종래 기술의 경우 유체제트로 둘러싸인 내부 공간이 밀폐되어 유체제트에 둘러싸인 내부 공간의 기류 유동은 유체제트의 표면부를 따라서 하강하고 용탕 줄기를 따라서 상승하여 제자리에서 맴돌게 된다. 그러므로 유체제트 충돌각도가 조금 커지거나 유량이 많아지면 위로 향하는 배압이 발생하여 잦은 조업 사고를 야기할 수 있다. In the case of the prior art, since the inner space surrounded by the fluid jet is sealed, the flow of air in the inner space surrounded by the fluid jet descends along the surface of the fluid jet and rises along the molten metal stem to hover in place. Therefore, if the fluid jet collision angle is slightly increased or the flow rate is increased, upward back pressure is generated, which may cause frequent operation accidents.
본 발명에서는 도 1a에 도시된 바와 같이 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간을 개방하여 분위기 가스를 분사챔버(11)에서 가스 순환챔버(44)의 내부로 이송하도록 유도하여 유체제트(74) 내측의 중심부로 흡입한 후, 최종적으로 원래 있던 분사챔버(11) 내부로 순환시켜서 종래 기술의 유체제트 내부 밀폐성으로부터 기인한 많은 문제점을 해결하고자 한다.In the present invention, as shown in FIG. 1A, the inner space surrounded by the
이를 실현하기 위해서 본 발명의 경우, 상기 합금 용해부(10)의 하단부와 상기 분사챔버형성부(10) 상단부 사이에 가스 순환챔버형성부(40)를 구비한다. 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 상단 중앙부는 합금 용해부(10) 하단에 장착된 상기 오리피스(34)에 의해서 관통되어 가스 순환챔버(44)의 중심부에서 상기 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해 용탕줄기(62) 형태로 자유 낙하할 수 있다. 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 하단부에는 다수개의 가스 순환통로(42)가 설치되어 상기 분사챔버(11) 내부에 채워져 있는 분위기 가스가 상기 가스 순환챔버(44) 내부로 흡입될 수 있다. In order to realize this, in the case of the present invention, a gas circulation
상기 분사챔버(11)에서 흡입된 분위기 가스는 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하부에서 상부쪽으로 유동하며, 방향을 바꿔 내측 상단면을 따라서 유동하다가 중심부에서 하방으로 순환하도록 제1유체분사노즐(50)의 상부면 내측에 곡면이 설정되어 있다. 이때, 제1유체분사노즐(50)은 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내부의 중심 하단에 위치하며, 그 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 소정 유동간격(H)을 유지하도록 설치하며, 그 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기(62)에 대해서 고속의 유체제트(74)를 분사한다. Atmospheric gas sucked into the
상기 분사챔버(11)에서 상기 가스 순환챔버(44)로 흡입된 분위기 가스는 분사된 고속의 유체제트(74)에 끌려와 동반기류(Entrainment Flow)(72)를 만들며, 이러한 동반기류(72)에 의해서 상기 제1유체분사노즐(50)의 중심부를 따라서 압력이 감소하게 된다. 그 결과, 제1유체분사노즐(50)의 중심부에서 낮아진 압력으로 인해 낙하하는 용탕줄기(62)를 빨아들이는 흡입력이 오리피스(34)와 제1유체분사노즐(50) 사이에 발생하여 용탕 액적(64)이 유체제트(74)와 함께 역류하거나 오리피스(34)에서 유출되는 용탕줄기(62)가 응고되어 막히는 현상이 거의 없어 조업 안정성이 현저하게 향상된다. Atmospheric gas sucked into the
본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치에서 금속분말의 제조공정과 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.The manufacturing process and operation principle of the metal powder in the fluid spray metal powder manufacturing apparatus according to the present invention will be described as follows.
먼저, 합금 용해부(10)의 도가니(32) 내부에 금속용탕(60)을 준비하고, 분사챔버(11) 내부에는 질소(N2) 혹은 아르곤(Ar) 가스와 같은 분위기 가스를 채워 넣는다. 금속용탕(60)이 오리피스(34)를 통해서 용탕줄기(62) 형태로 유출되고 가스 순환챔버형성부(40)와 제1유체분사노즐(50)의 중심부을 관통하여 자유낙하한다. 이때 제1유체분사노즐(50)에서 고속의 유체제트(74)를 용탕줄기(62)를 향해 분사하며, 분사하는 유체로는 액체 혹은 가스를 적용할 수 있다. First, a
상기 액체형 유체로는 산업용수, 청정수, 전해수, 물+알코올 혼합수, 물+방청제 혼합수, 혹은 오일 등이 사용될 수 있으며, 가스형 유체로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He) 등의 불활성 가스, 질소+수소 등의 혼합가스 혹은 공기를 사용할 수 있다. Industrial water, clean water, electrolytic water, water + alcohol mixed water, water + rust inhibitor mixed water, or oil may be used as the liquid type fluid, and nitrogen (N 2 ), argon (Ar) or helium ( An inert gas such as He), a mixed gas such as nitrogen + hydrogen, or air may be used.
유체제트(74)가 고속으로 분사될 때 분위기 가스가 유체제트(74)의 표면부에서 함께 끌려와 동반기류(Entrainment Flow)(72)가 발생한다. 유체제트(74)의 속도가 빠르면 동반기류(72)의 속도도 비례해서 증가하게 되며 동반기류(72)의 속도가 빠르다면 그 주변부의 분위기 가스 압력은 낮아지게 된다. 이와 같이 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간의 압력이 분사챔버(11) 내부의 압력보다 낮아지면 분사챔버(11) 내부의 분위기 가스를 가스 순환챔버(44)로 끌어오려는 흡입력이 발생한다. 결국, 분위기 가스가 분사챔버(11)에서 가스 순환통로(42)를 통하여 가스 순환챔버(44) 내부로, 이어서 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간으로 유동하여 고속의 동반기류(72)로 변하게 된다. When the
본 발명에서는 상기한 동반기류(72)에 의해 분위기 가스가 분사챔버(11)에서 가스 순환통로(42)를 통하여 가스 순환챔버(44) 내부로 이동하고, 이어서 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간으로 유동하여 고속의 동반기류(72)로 변하는 분위기 가스 흐름(70)은 화살표와 같이 표시될 수 있다. In the present invention, the atmospheric gas is moved from the
이러한 분위기 가스 흐름(70)에 의해 형성되는 고속의 동반기류(72)는 용탕줄기(62)를 일차적으로 분쇄하며, 연이어 유체제트(74)가 용탕줄기(62) 및 용탕줄기(62)의 1차 분쇄물에 충돌하여 미세한 금속 액적(64)으로 2차 분쇄하게 된다. 특히, 동반기류(72)는 용탕줄기(62)를 미세한 액적 상태로 넓은 영역으로 비산시키기 때문에 그 이후 유체제트(74)와 비산된 용탕 액적(64)이 충돌할 때 미세 액적의 합체 현상을 현저하게 줄일 수 있어 최종 금속분말(66)의 형상이 구형에 가깝고, 금속분말(66)의 입도 또한 작게 할 수 있다. The high-speed accompanying
상기 동반기류(72)는 유체제트(74)와 함께 분사챔버(11) 내부로 분사되며 동반기류(72)는 분사챔버(11)를 채워주는 분위기 가스로 돌아간다. 이러한 분위기 가스는 연속적인 동반기류(72) 발생을 위해 다시 가스 순환챔버(44)로 유동하여 계속 순환하기 때문에 분말 제조 비용이 낮아지는 장점이 있다. 만일 유체제트(74)가 가스제트라면 분위기 가스로 합류되며, 유체제트(74)가 액체제트라면 분사챔버형성부(10)의 하부로 낙하하여 저장된다.The accompanying
상기 제1유체분사노즐(50)에서 유체 공급 형태는 다음과 같이 두가지 유형으로 나눌 수 있다. The fluid supply form in the first
첫번째는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 제1실시예와 같이 한쌍의 유체공급관(53a,53b)을 상기 제1유체분사노즐(50)의 환형 몸체(51)에 방사방향으로 연결하여 유체를 환형 중공부(55)에 중심방향으로 공급한다. 즉, 한쌍의 유체공급관(53a,53b)을 통하여 유체를 환형 중공부(55)에 반경방향으로 공급하여 중심부를 향해 방사방향으로 유동시키면 환형의 유체 분사슬롯(52)을 통하여 유체제트(74)가 분사되는 경우이다.First, as in the first embodiment shown in FIGS. 2A to 2C, a pair of
두번째는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 제2실시예와 같이 한쌍의 유체공급관(53c,53d)을 상기 제1유체분사노즐(50)의 환형 몸체(51)에 접선방향으로 연결하여 유체를 환형 중공부(55)에 접선방향으로 공급하여 회전 유동시키는 경우이다.Second, as in the second embodiment shown in FIGS. 3A to 3C, a pair of
첫번째 제1실시예 유형은 용탕줄기(62)에 대해서 소정의 충돌각도를 갖고서 충돌시켜 금속 액적(64)으로 분쇄하는 것으로 가장 일반적인 방법이다. The first embodiment type is the most general method in which the
두번째 제2실시예 유형은 유체제트(74)가 회전하면서 충돌점을 향해 유동하기 때문에 유체가 액체일 경우 원심력의 영향으로 유체제트(74)가 최종적으로 서로 충돌하지 않고 나팔 형태로 벌어질 수 있다. 이러한 경우 동반기류(72)에 의해서 비산된 액적들이 회전하는 유체제트(74)에 의해서 분쇄되기 때문에 금속 액적(64)의 합체가 일어날 확률이 매우 작아지게 되어 더욱 구형의 금속분말(66)을 제조할 수 있다.In the second embodiment type, since the
도 4a는 제1유체분사노즐(50)로부터 분사되는 유체제트(74)가 수분사일 때, 수제트의 분사속도를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 고속의 유체제트(74) 인접부에서 발생하는 동반기류(72)의 속도와 인접부 가스압력과의 상관관계를 설명하는 그래프이다.FIG. 4A is a graph showing the ejection speed of the suze jet when the
도 4a를 참고하여 분사의 예를 들면, 물의 압력이 600bar일 때 제1유체분사노즐(50)에서 분사되는 수제트의 속도는 340m/s 수준이며, 물의 압력이 1000bar일 때 제1유체분사노즐(50)서 분사되는 수제트의 속도는 440m/s 수준으로 매우 빠르다. 직경 10μm급 금속분말(66)할 때 물의 압력은 1000bar 수준의 압력을 적용하기 때문에 분사된 수제트 인접부에서 발생하는 동반기류(72)의 속도 또한 매우 클 거라고 기대할 수 있다. 동반기류(72)의 속도가 커지면 주변의 가스압력은 작아지게 된다. As an example of spraying with reference to FIG. 4A, when the water pressure is 600 bar, the speed of the suzzet jetted from the first
도 4b는 제1유체분사노즐(50)에서 분사되는 질소가스 속도와 질소가스 압력과의 상관관계를 보여주고 있다. 동반기류(72)의 속도가 300m/s가 된다면 가스 압력은 0.6bar 수준이 되어 40kPa 수준의 흡입력이 발생하는 것을 알 수 있다. Figure 4b shows the correlation between the nitrogen gas velocity and the nitrogen gas pressure injected from the first
이와 같이 가스 순환챔버(44) 내부의 가스 압력을 감소시켜 흡입력을 증가시키면 분위기 가스의 순환 유동에 의한 금속분말(66)의 미세화, 구형화 및 조업안정성 향상 효과를 극대화할 수 있다.In this way, when the suction power is increased by reducing the gas pressure inside the
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 가스 순환챔버(44)의 내부에 흡입유도 노즐(50a)을 적용하여 가스 순환챔버(44) 내주면의 인접부에 대한 압력을 감소시켜 분사챔버(11)에서 분위기 가스를 흡입하는 과정에서 유동 경로를 표시하여 설명하는 설명도 및 흡입유도 노즐(50a)을 통해서 분사챔버(11)의 분위기 가스를 가스 순환챔버(44) 내부로 흡입하는 경로를 보여주는 부분 확대 단면도이다.5a and 5b respectively apply a
도 5a 및 도 5b를 참고하면, 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치에서는 상기 가스 순환챔버(44) 내부의 가스압력을 낮추기 위해 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 흡입유도 노즐(50a)을 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하부에 설치한다. 5A and 5B, in the fluid injection metal powder manufacturing apparatus according to the present invention, the
상기 흡입유도 노즐(50a)은 도 5b에 도시된 바와 같이 가스 순환챔버형성부(40)의 내주면 하부에 환형의 중공부(48)를 형성하고, 중공부(48)로부터 분사되는 흡입유도가스(76)가 상기 가스 순환챔버(44)의 내주면을 따라 흐르도록 가스 순환챔버(44)의 내주면을 향하는 슬롯(49)이 중공부(48)와 연결되어 있다. 상기 슬롯(49)은 가스 순환챔버형성부(40)의 밑판(46)으로부터 연장돌기(47)가 가스 순환챔버(44)의 내주면을 따라 간격을 두고 연장됨에 따라 형성된다. As shown in FIG. 5B, the
상기 중공부(48)에는 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이 가스 순환챔버형성부(40)의 외부에서 가스공급관(56a,56b)을 통하여 상기 분위기 가스와 동일한 흡입유도가스(76)가 고압으로 공급된다. As shown in FIGS. 6A to 6D and 7A to 7D , the
상기 코안다 효과란 유체가 곡면과 접촉하면서 흐를 때, 유체가 직선으로 흐르는 대신 곡면의 곡률을 따라서 유체가 흐르는 현상을 말하며, 흐르는 유체의 속도가 빠르게 되면 베르누이의 원리에 의하면 주변부의 압력이 감소한다. The Coanda effect refers to a phenomenon in which the fluid flows along the curvature of the curved surface instead of flowing in a straight line when the fluid flows in contact with the curved surface. .
상기 흡입유도 노즐(50a)에서 분위기 가스와 동일한 흡입유도가스(76)를 가스 순환챔버(44)의 내주면을 따라 고속으로 흘려 보내면 코안다 효과에 의해서 흡입유도가스(76)가 내주면의 곡률을 따라서 상방으로 흐르다가 수평 상단면을 따라 흐르고 마지막으로 중심부의 하방을 향해 유동하게 된다. 이때 분출된 고속의 흡입유도가스(76)의 가스 흐름 때문에 주변부에는 압력이 낮아지고 분사챔버(11) 내부를 채우고 있던 분위기 가스는 상대적으로 압력이 높아서 가스 순환통로(42)를 통하여 가스 순환챔버(44) 쪽으로 끌려 올라오게 된다.When the
코안다 효과를 최적화하는 설계를 하면 본래 흡입유도 노즐(50a)에서 분출된 흡입유도가스(76)의 가스량보다 최대 15배 수준의 분위기 가스 유량을 분사챔버(11)에서 흡입할 수 있다. 이와 같이 분사챔버(11)로부터 풍부한 유량의 분위기 가스를 흡입유도 노즐(50a)에서 분출된 흡입유도가스(76)와 함께 합쳐져서 유체제트(74)의 내부공간으로 보내지고 유체제트(74) 표면부에서 대량의 고속 동반기류(72)가 발생하기 때문에 분말 미세화 효율을 한층 향상시킬 수 있다. By designing to optimize the Coanda effect, the
상기 흡입유도 노즐(50a)을 적용하는 경우에도 상기 제1유체분사노즐(50)에서 유체의 공급 형태는 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 유체를 반경방향으로 공급하거나, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이 유체를 접선방향으로 공급하는 방안을 적용할 수 있다.Even when the
도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 제3 및 제4 실시예에서 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c에 도시된 제1 및 제2 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The same members in the third and fourth embodiments shown in FIGS. 6A to 6D and 7A to 7D have the same parts as those in the first and second embodiments shown in FIGS. 2A to 2C and 3A to 3C Numbers are given and detailed descriptions thereof are omitted.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5실시예에 따른 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 감소시켜서 분위기 가스를 유체제트(74) 내부로 용이하게 흡입하도록 하기 위한 원통형 흡입유도 파이프를 나타내고, 도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제6실시예에 따른 나팔형 흡입유도 파이프를 나타내며, 도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제7실시예에 따른 쌍곡면형 흡입유도 파이프를 나타낸다.8A and 8B show a cylindrical suction induction pipe for easily inhaling atmospheric gas into the
도 8a 내지 도 10b를 참고하면, 유체제트(74)가 분사될 때 상기 제1유체분사노즐(50)의 하단부에 흡입유도 파이프(68a-68c)를 설치하면 상기 유체제트(74)로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 낮출 수 있다. 유체제트(74) 내부 공간의 압력이 감소하면 용탕줄기(62)를 유체제트(74) 내부로 빨아들이는 흡인력이 증가하게 되어 조업 안정성이 향상된다. 이와 동시에 유체제트(74)에 끌려오는 동반기류(72)의 속도 또한 가속화되어 생성되는 액적이 미세화되고 유체제트(74) 충돌에 의한 배압을 하방으로 밀어낼 수 있기 때문에 조업화 안정과 액적 미세화의 혼합 상승 효과가 나타난다. Referring to FIGS. 8A to 10B , when the
상기 흡입유도 파이프(68a-68c)의 단면 형상으로는 각각 제5 내지 제7 실시예와 같이 원통형 흡입유도 파이프(68a), 나팔형 흡입유도 파이프(68b), 쌍곡면형 흡입유도 파이프(68c)이 대표적이며, 이외에도 흡입유도 파이프의 직경을 하방으로 가면서 일정하거나 혹은 증감시켜서 여러가지 형태를 적용할 수 있다. The cross-sectional shapes of the
상기 원통형 흡입유도 파이프(68a)는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 가장 보편적인 형태로 그 직경을 작게 그 길이를 길게 할수록 유체제트(74) 내부의 압력 감소에 유리하며, 유체제트(74)와 충돌을 감안하여 직경을 최소화하고 길이는 길게 하는 것이 필요하다. As shown in FIGS. 8A and 8B, the cylindrical
유체제트(74)와의 충돌을 회피하기 위해서는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 나팔형 흡입유도 파이프(68b)를 적용하는 것이 필요하다. 특히 유체가 가스인 경우에는 고압의 가스가 분사되어서 팽창하기 때문에서 이러한 부피 팽창을 고려하여 나팔의 경사각을 결정해야 한다. In order to avoid collision with the
유체제트(74)의 유동을 따라서 가장 완벽하게 안내하고 저압을 기대할 수 있는 형상은 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 쌍곡면형 흡입유도 파이프(68c)이다. 유체제트(74)를 따라서 좁혀졌다가 유체제트(74) 충돌부 근처에서 확장하여 유체제트(74) 내부의 압력을 감소시키고 유체제트(74)의 형상이 일그러지지 않게 보호하는 역할을 하나 설계적인 측면에서 최소 직경 및 수직 위치별 직경을 결정하는데 어려운 문제가 있다.As shown in FIGS. 10A and 10B, the shape that most perfectly guides the flow of the
도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c, 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제1유체분사노즐(50)에 유체를 반경방향으로 공급하거나, 혹은 유체를 접선방향으로 공급하여 분사되는 유체제트(74)가 선형 하방유동 혹은 회전형 하방유동을 갖게 하여 용탕줄기(62)를 분쇄하도록 하였다. 이러한 유체제트(74)의 유동형태에 맞추어 분위기 가스를 제1유체분사노즐(50) 중심부에 공급하면 동반기류(72)의 속도 향상에 유리하다. 2a to 2c, 3a to 3c, 6a to 6d and 7a to 7d, in the present invention, the fluid is supplied to the first
본 발명에서는, 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 상기 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 분위기 가스의 흐름을 제어하기 위해서 가스 방향제어 블레이드(57,58)를 설치한다. In the present invention, as shown in FIGS. 11A and 11B , the flow of atmospheric gas is controlled in the interval between the upper inner surface of the gas circulation
첫번째 방안은 도 11a에 도시한 제8실시예와 같이, 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 복수의 가스 방향제어 블레이드(57)를 방사형으로 형성하는 것이다. 이 경우, 방사형 가스 방향제어 블레이드(57)에 의해 분위기 가스가 반경 방향을 따라서 방사형으로 균일하게 유동하도록 제어할 수 있다. In the first method, as in the eighth embodiment shown in FIG. 11A, a plurality of gas direction control blades ( 57) is formed radially. In this case, it is possible to control the radial gas
두번째 방안은 도 11b에 도시한 제9실시예와 같이, 가스 순환챔버형성부(40)의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐(50) 상단면 사이의 간격에 복수의 가스 방향제어 블레이드(58)를 회전형으로 형성하는 것이다. 이 경우, 회전형 가스 방향제어 블레이드(58)에 의해 분위기 가스가 회전하는 형태로 균일하게 유동하도록 제어할 수 있다.In the second method, as in the ninth embodiment shown in FIG. 11B, a plurality of gas direction control blades ( 58) in a rotational form. In this case, it is possible to control the atmospheric gas to flow uniformly in a rotating form by means of the rotary gas
본 발명에서는 금속분말을 더욱 미세화 하기 위해서 이중 유체분사노즐을 적용할 수 있으며 다음과 같이 두가지 방안이 가능하다.In the present invention, in order to further refine the metal powder, a dual fluid injection nozzle can be applied, and two methods are possible as follows.
도 12에 도시한 제10실시예와 같이, 첫번째는 상기 합금 용해부(10)와 상기 가스 순환챔버형성부(40) 사이에 제2유체분사노즐(80)을 더 구비하는 것이며, 두번째는 도 13에 도시한 제11실시예와 같이, 상기 가스 순환챔버(44) 내부에서 상기 제1유체분사노즐(50)의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 제2유체분사노즐(80a)을 더 구비하는 것이다. As in the tenth embodiment shown in FIG. 12, the first is to further provide a second
도 12를 참고하면, 첫번째 방안은 제10실시예처럼 현장에서 적용하기 가장 용이하기 때문에 보편적으로 사용될 것이다. 다만, 도 13의 제11실시예처럼 오리피스(34)에서 유출되는 용탕의 응고를 방지하기 위해서 오리피스(34) 외경부에 유도가열장치(86)를 사용해야 하는 합금계가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 공간상 제약이 발생하여 첫번째 방안의 적용이 어렵고, 두번째 방안을 적용하는 것이 훨씬 용이하다.Referring to FIG. 12, the first method will be universally used because it is the easiest to apply in the field like the tenth embodiment. However, as in the eleventh embodiment of FIG. 13 , in order to prevent solidification of the molten metal flowing out of the
또한, 도 13을 참고하면 제1유체분사노즐(50)과 제2유체분사노즐(80)에 사용되는 유체는 동일하거나 상이할 수 있으며, 제1유체분사노즐(50)에는 고압수를, 제2유체분사노즐(80)에는 고압 질소가스를 적용하는 것이 가장 효과적이다. In addition, referring to FIG. 13, the fluids used in the first
이 경우, 가스 순환챔버(44)의 중앙부분으로 제1유체제트(74) 및 제2유체제트(78)의 분사에 의해 가스 순환챔버(44)의 외곽부분은 분사챔버(11)와 비교하여 상대적으로 낮은 압력 상태가 형성되면서 부압이 발생한다. 따라서, 분사된 제1유체제트(74) 및 제2유체제트(78)에 의해서 가스 순환챔버(44)의 외곽부분과 중앙부분 사이의 압력 차이가 발생하며, 분사된 제1유체제트(74) 및 제2유체제트(78)를 따라서 가스 순환챔버(44)의 외곽으로부터 중앙으로 흐르는 동반기류(72)가 발생하기 때문에 분위기 가스 흡입력이 배가된다. 그 결과, 제2유체제트(78)에 의한 1차 분쇄, 연 이은 동반기류(72)에 의한 2차 분쇄, 최종적으로 제1유체제트(74)에 의한 3차 분쇄가 일어나 매우 미세한 금속 액적(64)이 생성되어 금속분말(66)로 응고된다. In this case, by the injection of the
상기와 같이 이중 유체분사노즐을 적용하는 경우에도 상기 제1유체분사노즐(50)에서 유체를 공급하는 형태는 도 14a 및 도 14b에 도시된 제12 및 제13 실시예, 도 15a 및 도 15b에 도시된 제14 및 제15 실시예와 같이 유체를 반경방향으로 공급하거나, 유체를 접선방향으로 공급하는 방안을 적용할 수 있다.Even when the dual fluid injection nozzle is applied as described above, the form of supplying fluid from the first
즉, 이중 유체분사노즐을 적용하는 경우에도 상기 제1 및 제2 유체분사노즐(50,80)에 제1 및 제2 유체를 공급하는 형태는 도 14a에 도시된 제12실시예와 같이 방사방향으로 유체공급관(53a,53b)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83a,83b)이 제2유체분사노즐(80)에 연결되거나, 도 14b에 도시된 제13실시예와 같이 접선방향으로 유체공급관(53c,53d)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83c,83d)이 제2유체분사노즐(80)에 연결될 수 있다.That is, even when the dual fluid injection nozzle is applied, the first and second fluids are supplied to the first and second
또한, 도 15a에 도시된 제14실시예와 같이 상기 제1 및 제2 유체분사노즐(50,80a)에 제1 및 제2 유체를 공급하는 형태는 방사방향으로 유체공급관(53a,53b)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83a,83b)이 제2유체분사노즐(80a)에 연결되거나, 도 15b에 도시된 제15실시예와 같이 접선방향으로 유체공급관(53c,53d)이 제1유체분사노즐(50)에 연결되고 유체공급관(83c,83d)이 제2유체분사노즐(80a)에 연결될 수 있다.In addition, as in the 14th embodiment shown in FIG. 15A, in the form of supplying the first and second fluids to the first and second
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체분사 금속분말 제조장치(100)는 유체제트(74)에서 기인한 동반기류(72)와 고속의 유체제트(74)가 연속적으로 용탕줄기(62)를 분쇄함으로써 구형의 초미세 금속분말(66)을 용이하게 제조할 수 있으며, 동일 직경의 금속분말(66)을 제조하는 경우에 소요되는 유체소모량을 작게 할 수 있고 동반기류(72) 발생에 필요한 분위기 가스를 순환시켜 사용할 수 있어 경제적이며, 종래 분말제조 공정상 발생하는 배압에 의한 역류 및 오리피스(34) 막힘 현상을 현저하게 방지할 수 있어 조업의 신뢰도를 높일 수 있는 장점이 있다.As described above, in the fluid spray metal
<실시예><Example>
SKD11(Fe-1.5C-12Cr-1Mo-0.5V) 냉간공구강 분말을 제조하기 위해서 SKD11 봉재를 유도용해로에서 50kg씩 용해하였다. 용해한 금속용탕은 1600℃에서 합금 용해부로 저장되고 도가니 하부의 오리피스를 통해 배출되며 분사챔버는 분위기 가스로서 질소가스를 채웠다. In order to manufacture SKD11 (Fe-1.5C-12Cr-1Mo-0.5V) cold-worked tool steel powder, 50 kg of SKD11 bars were melted in an induction melting furnace. The molten metal was stored in the alloy melting part at 1600 ° C, discharged through an orifice in the lower part of the crucible, and the injection chamber was filled with nitrogen gas as an atmospheric gas.
분말 제조에 사용된 유체분사노즐은 비교예 1 과 비교예 2는 각각 자유낙하형 분사노즐을 적용하면서, 분사노즐에 공급되는 유체는 비교예 1 : 질소가스, 비교예 2 : 산업용수를 적용하였다. 실시예 1 내지 실시예 3은 본 발명에 따른 유체분사노즐을 적용하고, 유체분사노즐에 공급되는 유체는 실시예 1 : 질소가스, 실시예 2 : 산업용수, 실시예 3 : (산업용수+질소가스)를 적용하였다.Comparative Example 1 and Comparative Example 2 applied free-fall type spray nozzles to the fluid spray nozzles used in powder manufacturing, respectively, while the fluids supplied to the spray nozzles were Comparative Example 1: nitrogen gas and Comparative Example 2: industrial water. . Examples 1 to 3 apply the fluid injection nozzle according to the present invention, and the fluid supplied to the fluid injection nozzle is Example 1: nitrogen gas, Example 2: industrial water, Example 3: (industrial water + nitrogen gas) was applied.
이때 오리피스의 내경은 4mm에서 4.5mm의 범위에 있으며, 각 유체분사노즐의 충돌각도는 15°로 동일하다. 분사 유체로서 질소가스의 압력은 10bar이고 초고압수의 압력은 900bar를 사용하였다. At this time, the inner diameter of the orifice is in the range of 4 mm to 4.5 mm, and the collision angle of each fluid injection nozzle is the same as 15 °. As the injection fluid, the pressure of nitrogen gas was 10 bar and the pressure of ultra-high pressure water was 900 bar.
상기한 조건으로 비교예 1 과 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 유체를 분사하면서 금속분말을 제조하고 각 유체분사노즐 적용에 따른 분말의 평균직경, 겉보기 밀도, 초미세분말 회수율 및 유체 소모량을 측정하고 적용된 유체가 질소가스인 경우는 하기 표 1에, 유체가 산업용수인 경우에는 표 2에 정리하였다.Under the above conditions, metal powder was prepared while spraying the fluid according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Examples 1 to 3, and the average diameter, apparent density, ultrafine powder recovery rate and Fluid consumption was measured and summarized in Table 1 below when the applied fluid was nitrogen gas and in Table 2 when the fluid was industrial water.
(bar)fluid pressure
(bar)
D50(μm)average diameter
D 50 (μm)
(g/㎤)Apparent density
(g/cm)
(<45μm)powder recovery rate
(<45μm)
(㎥/분)fluid consumption
(㎥/min)
(bar)fluid pressure
(bar)
D50(μm)average diameter
D 50 (μm)
(g/㎤)Apparent density
(g/cm)
(<45μm)powder recovery rate
(<45μm)
(㎥/분)fluid consumption
(㎥/min)
표 1에 기재된 바와 같이, 유체를 질소가스로 적용하는 경우에 비교예 1 공정과 비교하여 본 발명에 따른 실시예 1에서는 3D 프린팅 공정의 목표 입경 크기(45μm) 이하의 분말의 회수율이 17%에서 34%로 증가하였고, 사용하는 분사가스의 소요량은 오히려 분당 5.1m3가 절약되는 효과가 있는 것으로 나타났다. 상기와 같이 본 발명에 따른 실시예 1에서는 가스 소모량이 작음에도 불구하고 미세분말의 회수율이 증가하기 때문에 분말 제조에 있어 월등한 가격 경쟁력을 갖는 것으로 나타났다. As shown in Table 1, in the case of applying nitrogen gas as the fluid, in Example 1 according to the present invention, compared to the process of Comparative Example 1, the recovery rate of powder of 17% or less of the target particle diameter size (45 μm) of the 3D printing process It increased to 34%, and the amount of injection gas used was found to have the effect of saving 5.1m 3 per minute. As described above, in Example 1 according to the present invention, despite the small gas consumption, the recovery rate of the fine powder increased, so it was shown to have superior price competitiveness in powder manufacturing.
또한, 실시예 1의 경우 제조된 분말의 직경이 작아 졌음에도 불구하고 겉보기 밀도가 비교예 1에 따라 제조된 분말의 겉보기 밀도보다 더 증가하였다. 일반적으로 분말의 겉보기 밀도는 분말이 커지거나 형상이 구형이 될수록 증가한다. 따라서, 실시예 1에 따라 제조된 분말은 비교예 1에 따라 제조된 분말보다 훨씬 구형화된 것으로 판단할 수 있다. 결론적으로 실시예 1의 분말은 비교예 1로 제조된 분말에 비해서 분말 크기는 더욱 미세하며, 형상은 더욱 구형화되었고, 이를 달성하기 위한 가스 소모량은 작아도 되기 때문에 매우 경제적인 것으로 나타났다.In addition, in the case of Example 1, the apparent density increased more than the apparent density of the powder prepared according to Comparative Example 1, even though the diameter of the powder prepared was reduced. In general, the apparent density of a powder increases as the powder becomes larger or more spherical in shape. Therefore, it can be determined that the powder prepared according to Example 1 is more spherical than the powder prepared according to Comparative Example 1. In conclusion, the powder of Example 1 was found to be very economical because the powder size was finer and the shape was more spherical compared to the powder prepared in Comparative Example 1, and the gas consumption to achieve this was small.
표 2에 기재된 바와 같이, 유체를 초고압 산업용수를 적용하는 경우에 비교예 2와 비교할 때, 본 발명에 따른 실시예 2는 초미세분 입경인 20μm 이하의 분말의 회수율이 43%에서 61%로 증가하게 되며, 이중 유체분사노즐을 적용한 실시예 3은 분말의 회수율이 75%까지 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 동일한 유체 압력 및 유체 사용량 조건에서 실시예 2 및 실시예 3은 초미세 분말의 회수율이 증가하기 때문에 초미세 분말 제조에 있어 월등한 가격 경쟁력을 갖는 장점이 있다.As shown in Table 2, when compared to Comparative Example 2 in the case of applying ultra-high pressure industrial water to the fluid, Example 2 according to the present invention increases the recovery rate of powder with an ultra-fine particle diameter of 20 μm or less from 43% to 61% It can be seen that in Example 3, in which the dual fluid injection nozzle is applied, the powder recovery rate increases to 75%. As such, Example 2 and Example 3 have the advantage of having superior price competitiveness in the production of ultra-fine powder because the recovery rate of the ultra-fine powder increases under the same fluid pressure and fluid usage conditions.
또한, 실시예 2 및 실시예 3의 경우 제조된 분말의 평균 직경이 작아졌음에도 불구하고 겉보기 밀도는 비교예 2로 제조된 분말의 겉보기 밀도보다 더 증가한 것으로 나타났다. 일반적으로 분말의 겉보기 밀도는 분말이 커지거나 형상이 구형이 될수록 증가한다. 그러므로 실시예 3에 따라 제조된 분말은 비교예 2에 따라 제조된 분말보다 훨씬 구형화된 것으로 판단할 수 있다. 결론적으로 실시예 3의 분말은 비교예 2에 따라 제조된 분말에 비해서 분말 크기는 더욱 미세하며, 구형도가 증가되며, 초미세 분말 회수율이 향상되기 때문에 매우 경제적이다.In addition, in the case of Example 2 and Example 3, despite the decrease in the average diameter of the powder prepared, the apparent density was found to increase more than the apparent density of the powder prepared in Comparative Example 2. In general, the apparent density of a powder increases as the powder becomes larger or more spherical in shape. Therefore, it can be determined that the powder prepared according to Example 3 is more spherical than the powder prepared according to Comparative Example 2. In conclusion, the powder of Example 3 is very economical because the powder size is finer than the powder prepared according to Comparative Example 2, the sphericity is increased, and the ultra-fine powder recovery rate is improved.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. In the above, the present invention has been shown and described as specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and is common knowledge in the art to which the present invention belongs within the scope of not departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible by those who have
본 발명은 유체를 고속으로 분사할 때 유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 유체제트에 의해서 재차 미세화함으로써 유체분사 분말화 효율 및 분말의 구형도를 향상시킬 수 있는 유체분사 금속분말 제조에 사용될 수 있다. The present invention utilizes the accompanying air flow generated in the vicinity of the fluid jet when the fluid is jetted at high speed to primarily pulverize the metal molten metal stem and continuously refine it again by the fluid jet, thereby improving the efficiency of fluid spray powdering and the sphericity of the powder. It can be used to manufacture fluid spray metal powder that can improve
10: 분사챔버형성부
11: 분사챔버
12: 분사챔버 몸체
18: 금속분말 수집부
19: 배기구
30: 합금 용해부
32: 도가니
34: 오리피스
36: 유도용해로
40: 가스 순환챔버형성부
42: 가스 순환통로
44: 가스 순환챔버
45: 관통구멍
50: 제1유체분사노즐
53a-53d: 유체공급관
57,58: 가스방향 제어 블레이드
50a: 흡입유도노즐
60: 금속용탕
62: 용탕줄기
64: 금속 액적
66: 금속분말
68a-68c: 흡입유도 파이프
70: 분위기 가스
72: 동반기류
74,78: 유체제트
76: 흡입유도 가스
80,80a: 제2유체분사노즐
83a-83d: 유체공급관10: injection chamber forming unit 11: injection chamber
12: injection chamber body 18: metal powder collection unit
19: exhaust port 30: alloy melting part
32
36: induction melting furnace 40: gas circulation chamber forming unit
42: gas circulation passage 44: gas circulation chamber
45: through hole 50: first fluid injection nozzle
53a-53d:
50a: suction induction nozzle 60: molten metal
62: molten metal stem 64: metal droplet
66:
70: Atmosphere gas 72: Entrained air flow
74,78: fluid jet 76: suction inducing gas
80,80a: second
Claims (13)
상기 합금 용해부의 하부에 위치하며 상기 금속용탕이 오리피스를 통해 용탕줄기 형태로 내부로 자유 낙하하며, 바닥면에 복수의 가스 순환통로가 설치되어 분위기 가스가 내주면 하부에서 상부로 이동한 후 내측 상단면를 따라서 유동하여 중심부의 하방으로 순환하도록 내측 곡면이 형성된 가스 순환챔버를 내부에 구비하는 가스 순환챔버형성부;
상기 가스 순환챔버형성부의 내부 하단 중심부에 위치하며, 상단면이 상기 가스 순환챔버형성부의 내측 상단면과 소정 간격을 유지하도록 설치하며, 상기 중심부를 관통하여 자유 낙하하는 상기 용탕줄기에 고속의 제1유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제1유체분사노즐; 및
상기 가스 순환챔버형성부의 하단에 위치하며 상기 분위기 가스로 채워져 있고 상기 가스 순환통로를 통해서 상기 가스 순환챔버에 상기 분위기 가스를 공급하며, 분사된 유체와 상기 용탕줄기가 파쇄되어 생성된 금속 액적을 냉각시켜 금속분말을 저장하는 분사챔버를 내부에 구비하는 분사챔버형성부를 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.an alloy dissolution part for storing molten metal and having an orifice for discharging the molten metal at a lower portion thereof;
Located at the lower part of the alloy melting part, the molten metal freely falls into the inside in the form of a molten metal stem through an orifice, and a plurality of gas circulation passages are installed on the bottom surface so that atmospheric gas moves from the lower part of the inner circumferential surface to the upper part, and then passes through the inner upper surface. Accordingly, a gas circulation chamber forming unit having a gas circulation chamber having an inner curved surface formed therein so as to flow and circulate downward of the central portion;
It is located at the center of the lower part inside the gas circulation chamber forming part, and the upper surface is installed to maintain a predetermined distance from the inner upper surface of the gas circulation chamber forming part, and the molten metal stem that freely falls through the center has a high-speed first a first fluid injection nozzle generating fine metal droplets by injecting a fluid jet; and
It is located at the lower end of the gas circulation chamber forming part and is filled with the atmosphere gas, supplies the atmosphere gas to the gas circulation chamber through the gas circulation passage, and cools the sprayed fluid and metal droplets generated by crushing the molten metal stem. Fluid spraying metal powder manufacturing apparatus including a spraying chamber forming unit having a spraying chamber for storing the metal powder therein.
상기 가스 순환챔버의 내주면 하단부에 내주면을 따라서 상방으로 고속의 가스를 흘려보내 상기 가스 순환챔버 내부의 압력을 낮추기 위한 흡입유도 노즐을 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to claim 1,
Fluid injection metal powder manufacturing apparatus further comprising a suction inducing nozzle for lowering the pressure inside the gas circulation chamber by sending a high-speed gas flow upward along the inner circumferential surface at the lower end of the inner circumferential surface of the gas circulation chamber.
상기 제1유체분사노즐의 하단부에는 상기 제1유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력을 낮출 수 있는흡입유도 파이프를 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to claim 1,
A fluid injection metal powder manufacturing apparatus further comprising a suction guide pipe capable of lowering a pressure in an inner space surrounded by the first fluid jet at a lower end of the first fluid injection nozzle.
상기 흡입유도 파이프는그 직경이 하방으로 가면서 일정하거나 혹은 증감하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to claim 3,
The suction induction pipe is a fluid injection metal powder manufacturing device whose diameter is constant or increases or decreases while going downward.
상기 가스 순환챔버의 내측 상단면과 상기 제1유체분사노즐 상단면 사이의 간격에 설치되며 상기 분위기 가스의 흐름을 반경 방향을 따라서 방사형으로 제어하거나 또는 회전하는 형태로 제어하기 위한 가스 방향제어 블레이드를 더 포함하는유체분사 금속분말 제조장치.According to claim 1,
A gas direction control blade installed in the gap between the upper inner surface of the gas circulation chamber and the upper surface of the first fluid injection nozzle and for controlling the flow of the atmospheric gas radially or in a rotating manner along the radial direction Fluid injection metal powder manufacturing apparatus further comprising.
상기 합금 용해부와 상기 가스 순환챔버형성부 사이에 배치되어 상기 용탕줄기에 제2유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제2유체분사노즐을 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to any one of claims 1 to 5,
and a second fluid injection nozzle disposed between the alloy melting unit and the gas circulation chamber forming unit to generate fine metal droplets by spraying a second fluid jet to the molten metal stem.
상기 제2유체분사노즐로부터 분사되는 제2유체는 상기 제1유체분사노즐로부터 분사되는 제1유체와 동일한 고압수 또는 고압 가스인 유체분사 금속분말 제조장치. According to claim 6,
The second fluid injected from the second fluid injection nozzle is the same high-pressure water or high-pressure gas as the first fluid injected from the first fluid injection nozzle.
상기 가스 순환챔버의 내부에 상기 제1유체분사노즐의 상부에 상하로 각각 소정 간격을 두고 상기 용탕줄기에 제2유체제트를 분사하여 미세한 금속 액적을 생성하는 제2유체분사노즐을 더 포함하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to any one of claims 1 to 5,
A fluid further comprising a second fluid jet nozzle inside the gas circulation chamber, which sprays a second fluid jet to the molten metal stem at predetermined intervals above and below the first fluid jet nozzle to generate fine metal droplets. Spray metal powder manufacturing equipment.
상기 제1유체분사노즐로부터 제1유체를 고속으로 분사할 때 제1유체제트의 인접부에 발생하는 동반기류(Entrainment Flow)를 활용하여 금속 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하고 연속해서 제1유체제트에 의해서 재차 미세화하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to any one of claims 1 to 5,
When the first fluid is ejected from the first fluid jet nozzle at high speed, the molten metal stem is primarily pulverized by utilizing the entrainment flow generated in the vicinity of the first fluid jet, and continuously fed into the first fluid jet. Fluid spraying metal powder manufacturing apparatus that is re-miniaturized by
상기 유체제트의 꼭지점 각도로 정의되는 제1유체분사노즐의 유체제트 충돌각도는 5° 내지 50°의 범위로 설정되는 유체분사 금속분말 제조장치.According to any one of claims 1 to 5,
The fluid jet metal powder manufacturing apparatus wherein the fluid jet collision angle of the first fluid jet nozzle, which is defined as the apex angle of the fluid jet, is set in the range of 5 ° to 50 °.
제1유체분사노즐의 상단면과 가스 순환챔버의 내측 상단면 사이의 유동간격(H)은 3mm 내지 30mm의 범위로 설정되는 유체분사 금속분말 제조장치.According to any one of claims 1 to 5,
The flow interval (H) between the upper surface of the first fluid injection nozzle and the inner upper surface of the gas circulation chamber is set in the range of 3 mm to 30 mm fluid injection metal powder manufacturing apparatus.
상기 제1유체제트가 고속으로 분사될 때 분위기 가스가 제1유체제트의 표면부에서 함께 끌려와 동반기류(Entrainment Flow)가 발생하며, 상기 제1유체제트로 둘러싸인 내부 공간의 압력이 분사챔버 내부의 압력보다 낮아지면 분사챔버 내부의 분위기 가스를 가스 순환챔버로 끌어오려는 흡입력이 발생하고, 분위기 가스가 분사챔버에서 가스 순환통로를 통하여 가스 순환챔버 내부로 흡인된 후, 제1유체제트로 둘러싸인 내부 공간으로 유동하여 고속의 동반기류로 변하며, 상기 고속의 동반기류는 용탕줄기를 일차적으로 분쇄하며, 연이어 제1유체제트가 용탕줄기 및 용탕줄기의 1차 분쇄물에 충돌하여 미세한 금속 액적으로 2차 분쇄하는 유체분사 금속분말 제조장치.According to any one of claims 1 to 5,
When the first fluid jet is injected at high speed, the atmospheric gas is drawn together from the surface of the first fluid jet to generate an entrainment flow, and the pressure in the inner space surrounded by the first fluid jet is increased inside the injection chamber. When the pressure is lower than the pressure, a suction force is generated to draw the atmospheric gas inside the injection chamber into the gas circulation chamber, and the atmospheric gas is sucked into the gas circulation chamber from the injection chamber through the gas circulation passage, and then the inside surrounded by the first fluid jet. It flows into space and turns into a high-speed accompanying air flow, which primarily crushes the molten metal stem, and subsequently, the first fluid jet collides with the molten metal stem and the first pulverized material of the molten metal stem to form a second fine metal droplet. Fluid spray metal powder manufacturing device for grinding.
상기 용탕줄기는 상기 제2유체제트에 의한 1차 분쇄, 연 이은 동반기류에 의한 2차 분쇄, 최종적으로 제1유체제트에 의한 3차 분쇄가 진행되어 미세한 금속 액적이 생성되어 금속분말이 형성되는 유체분사 금속분말 제조장치.According to claim 8,
The molten metal stem undergoes primary crushing by the second fluid jet, secondary crushing by the subsequent accompanying air flow, and finally third crushing by the first fluid jet to generate fine metal droplets to form metal powder. Fluid injection metal powder manufacturing device.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |