KR20230117514A

KR20230117514A - 금속 분말 제조 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20230117514A
Application number: KR1020230006448A
Authority: KR
Inventors: 다카시 시바야마; 신야 이마노
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-08-08
Also published as: EP4219046A1; US20230278100A1; TW202337592A

Abstract

[과제] 도가니에 투입되는 용해 소재의 형상의 제한을 완화할 수 있는 금속 분말 제조 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것.
[해결 수단] 용해조(1)에 수납된 도가니(100)와, 도가니의 바닥면에 장착된 용탕 노즐(11)과, 분무조(4) 내에서 용탕 노즐의 주위에 마련된 복수의 가스 분사 노즐(71)과, 용탕 노즐에 있어서의 유로의 상류부에 마련된 오리피스부(18)를 구비하고, 상기 오리피스부의 내경이 0.8㎜ 이상 3㎜ 이하인 금속 분말 제조 장치의 제어 방법에 있어서, 도가니 내에서 용해 소재를 용해할 때에는, 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력(Ph)과 용해조의 압력(Pm)의 합계값보다 분무조의 압력(Ps)을 높게 하고, 도가니 내의 용탕을 용탕 노즐을 거쳐서 분무조에 유하할 때에는, 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력(Ph)과 용해조의 압력(Pm)의 합계값보다 분무조의 압력(Ps)을 낮게 한다.

Description

금속 분말 제조 장치 및 그 제어 방법{METAL POWDER PRODUCTION APPARATUS AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 금속 분말 제조 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

금속 분말 제조 장치에는, 용해조에 수납되며 용융 금속을 저류하는 도가니의 하부에 마련된 용탕 노즐로부터 용탕을 유하시키고, 분무조 내에서 당해 용탕 노즐의 주위에 배치된 복수의 분사 구멍으로 이루어지는 가스 분사 노즐로부터 불활성 가스를 당해 용탕에 불어넣는 것에 의해, 미세한 금속 분말을 제조하는 가스 아토마이저(가스 아토마이즈 장치)가 있다.

근래, 3D 프린팅 기술의 보급에 의해, 아토마이즈법으로 종전 요구되고 있던 금속 분말보다 입경이 작은 것의 요구가 높아지고 있다. 분말 치금이나 용접 등에 이용되는 종전부터의 금속 분말의 입경은 예를 들면, 70㎛ 내지 100㎛ 정도였지만, 3차원 프린터에 이용되는 금속 분말의 입경은 예를 들면, 20㎛ 내지 50㎛ 정도로 매우 미세하다.

금속 분말 제조 장치로 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조하는 방법으로서, 특허문헌 1(국제 공개 제 2019/112052호)은 분무조 내의 용탕 노즐의 개수를 증가하는 것에 의해 1개의 분무조에 있어서의 단위 시간당의 출탕량을 증가시키고 있다. 이에 의해, 각 용탕 노즐의 단면적은 변함없이 가스압의 증가(변경)도 불필요해지므로, 분무조의 체형을 변경하지 않고 미세한 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있다.

국제 공개 공보 제 2019/112052 호

가스 아토마이저에 있어서, 용탕 노즐이 장착된 도가니 내에서 용해 소재를 용해하는 경우에는, 용탕 노즐에 연결되는 도가니의 개구부를 폐색하는 스토퍼가 통상 마련된다. 용해 소재를 용해할 때에는, 도가니의 개구부를 스토퍼로 폐색한 상태로 도가니 내에 용해 소재를 투입하고, 도가니를 히터로 가열한다. 용해 소재의 용해가 완료되면, 스토퍼를 상방으로 이동시키고, 도가니의 개구부로부터 스토퍼를 이격시키는 것에 의해, 용탕 노즐로부터 용탕을 유하(출탕)시켜, 금속 분말의 제조를 개시한다.

이와 같이 스토퍼는 용탕의 출탕 제어에 필요한 것이지만, 용해 소재의 용해시에 도가니 내에 위치하므로, 용해 소재의 형상을 제한해 버린다. 특히, 1개의 도가니에 용탕 노즐이 복수 장착되어 있는 경우에는 스토퍼도 용탕 노즐과 동수 필요하며, 용해 소재의 형상은 더욱 제한될 수 있으며, 스토퍼의 수에 따라서, 비용도 증가한다.

본 발명의 목적은 도가니에 투입되는 용해 소재의 형상의 제한을 완화할 수 있는 금속 분말 제조 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일 예를 든다면, 용해조에 수납되며, 용해 전의 용해 소재를 수납 가능한 도가니와, 상기 도가니의 바닥면에 마련된 개구부에 장착되며, 하단이 분무조 내에 위치하는 용탕 노즐과, 상기 분무조 내에서 상기 용탕 노즐의 주위에 마련되며, 상기 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대해 가스 유체를 분출하는 복수의 가스 분사 노즐과, 용탕 노즐에 있어서의 유로의 상류부에 마련된 오리피스부를 구비하고, 상기 오리피스부의 내경이 0.8㎜ 이상 3㎜ 이하인 금속 분말 제조 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 도가니 내에서 용해 소재를 용해할 때에는, 상기 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력과 상기 용해조의 압력의 합계값보다 상기 분무조의 압력을 높게 하고, 상기 도가니 내의 용탕을 상기 용탕 노즐을 거쳐서 상기 분무조에 유하시킬 때에는, 상기 합계값보다 상기 분무조의 압력을 낮게 하는 것으로 했다.

본 발명에 의하면, 적어도 1개의 스토퍼를 생략할 수 있으므로, 도가니에 투입되는 용해 소재의 형상의 제한을 완화할 수 있어서, 장치의 간소화 및 부품의 손상 리스크의 저감이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치인 가스 아토마이즈 장치(가스 아토마이저)의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 실시형태에 따른 가스 아토마이즈 장치의 용탕 노즐(11) 및 가스 분사기(200) 주변의 단면도이다.
도 3은 용탕 노즐(오리피스부)의 변형예의 1개를 도시한 도면이다.
도 4는 용탕 노즐(오리피스부)의 변형예의 1개를 도시한 도면이다.
도 5는 용탕 보지 중(소재 용해 중)의 조건이 상이한 15개의 경우에 대해 출탕·분말화의 좋고 나쁨을 관찰한 결과를 정리한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 분말 제조 장치인 가스 아토마이즈 장치(가스 아토마이저)의 전체 구성도이다. 도 1의 가스 아토마이즈 장치는, 액체형상의 금속인 용융 금속(용탕)(7)이 저장된 도가니("턴디쉬"라고도 칭함)(100)가 수납되는 용해조(1)와, 도가니(100)로부터 용탕 노즐(11)을 거쳐서 세류(細流)가 되어 유하하는 용탕에 대해 고압 가스(가스 유체)를 불어넣어 다수의 미립자(금속 입자)에 분쇄하는 것에 의해 용융 금속을 액체 분무하는 가스 분사기(200)와, 가스 분사기(200)에 고압 가스(41)를 공급하기 위한 가스 공급관(분사 유체 공급관)(31)과, 불활성 가스 분위기에 보지된 용기로서 가스 분사기(200)로부터 분무된 미립자형상의 액체 금속이 낙하 중에 급냉 응고되는 분무조(4)를 구비하고 있다.

(용해조(1))

용해조(1) 내는 불활성 가스 분위기로 보지하는 것이 바람직하다. 여기에서는 용해조(1)의 압력을 Pm이라 표기한다. 용해조(1)에는 가스 배출관(30)이 접속되어 있으며, 가스 배출관(30)으로부터는 용해조(1) 내의 불활성 가스(40)를 장치외(용해조(1)의 외부)에 배기할 수 있다. 가스 배출관(30)에 의한 배기량은 예를 들면, 도시하지 않은 밸브의 개방도를 변경하는 것에 의해 조정 가능하며, 이에 의해, 용해조(1) 내의 압력(Pm)을 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 또한, 용해조(1)에 추가로 급기용의 가스 공급관을 접속하고, 당해 가스 공급관에 의한 급기량과 가스 배출관(30)에 의한 배기량을 조정하는 것에 의해 용해조(1) 내의 압력(Pm)을 조정하여도 좋다.

(도가니(100))

도가니(100)는 용해 전의 용해 소재(금속)를 수납 가능하며, 도가니(100)의 주위에는, 용해 소재를 가열 용융하기 위한 가열 장치(예를 들면, 도가니(100)의 주위에 감기는 고주파 가열 코일(도시하지 않음))이 장착되어 있다. 또한, 도가니(100)에는, 도가니(100) 내의 용탕(7)을 분무조(4) 내에 유하시키는 용탕 노즐(11)이 장착되어 있다.

(분무조(4))

분무조(4)는 상부 및 중부에서는 동일한 직경을 갖는 원통형상의 용기이다. 여기에서는 분무조(4)의 압력을 Ps라 표기한다. 분무조(4)에는 가스 공급관(32)이 접속되어 있으며, 가스 공급관(32)으로부터는 분무조(4)에 불활성 가스(42)를 급기할 수 있다. 급기하는 가스는 용탕 내의 산소를 제거하는 목적 등으로 환원성의 가스를 이용하여도 좋다. 가스 공급관(32)에 의한 급기량은 예를 들면, 도시하지 않은 밸브의 개방도를 변경하는 것에 의해 조정 가능하며, 이에 의해, 분무조(4) 내의 압력(Ps)을 소망하는 값으로 조정할 수 있다. 또한, 분무조(4)에 추가로 배기용의 가스 배출관을 접속하고, 당해 가스 배출관에 의한 배기량과 가스 공급관(32)에 의한 급기량을 조정하는 것에 의해 분무조(4) 내의 압력(Ps)을 조정하여도 좋다.

(호퍼(2))

분무조(4)의 하부에는 호퍼(2)가 마련되어 있다. 호퍼(2)는 분무조(4) 내에서 낙하 중에 응고된 분말형상의 고체 금속을 회수하기 위한 것이며, 채집부(5)와 테이퍼부(3)로 구성되어 있다. 테이퍼부(3)는 호퍼(2)에 의한 금속 분말의 회수를 촉진하는 관점으로부터 채집부(5)에 가까워질수록 직경이 작게 되어 있다. 테이퍼부(3)의 하단은 채집부(5)의 상단에 접속되어 있다. 채집부(5)는 불활성 가스의 흐름방향의 하류측에 위치하며, 채집부(5)에는 가스 배출관(33)이 접속되어 있다. 가스 배출관(33)으로부터는 응고된 금속 분말과 함께 불활성 가스(43)가 장치 외부로 배기되어 있다.

도 2는 본 실시형태에 따른 가스 아토마이즈 장치의 용탕 노즐(11) 및 가스 분사기(200) 주변의 단면도이다.

(용탕 노즐(11))

도 2에 도시하는 바와 같이, 도가니(100)의 바닥면(101)(바닥부)에는 개구부(102)가 마련되어 있으며, 개구부(102)에 용탕 노즐(11)이 장착되어 있다. 용탕 노즐(11)은 도가니(100) 내의 용융 금속(7)을 분무조(4) 내에 유하시키는 것으로, 도가니(100)의 바닥면으로부터 연직 하방을 향하여 돌출되어 마련되어 있다. 용탕 노즐(11)은 그 내부에 용탕이 유하하는 연직방향으로 연장된 종장(縱長)의 구멍을 갖고 있다. 이 종장의 구멍은, 도가니(100)의 바닥면(101)으로부터 연직 하방을 향하여 용융 금속이 유하하는 용탕 유로가 된다. 도가니(100)에 장착하는 용탕 노즐(11)의 개수는 1개로 한정되지 않으며, 예를 들면, 2개 이상 마련하여도 상관없다.

용탕 노즐(11)의 하단에 위치하는 개구단(17)은 가스 분사기(200)의 바닥면으로부터 돌출되며, 분무조(4) 내에 위치하고 있다. 도가니(100) 내의 용융 금속은 용탕 노즐(11)의 내부의 구멍을 용탕류가 되어 유하하고 개구단(17)을 거쳐서 분무조(4) 내에 방출(유하)된다.

(오리피스부(18))

용탕 노즐(11)의 최소 내경은, 용탕 노즐(11)의 내부에 마련되는 오리피스부(18)의 내경(오리피스 직경)에 의해 규정되며, 이 오리피스 직경(용탕 노즐(11)의 최소 내경)은 분무조(4) 내에 도입되는 용탕의 직경의 크기에 기여한다. 용탕 노즐(11)의 최소 내경은 용탕 노즐(11)의 개구단(17)의 직경 이하의 값으로 할 수도 있다.

오리피스부(18)는 용탕 노즐(11)에 있어서의 용탕의 유로의 상류부에 마련하는 것이 바람직하며, 가능하면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 용탕 노즐에 있어서의 용탕의 유로의 상단에 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 상류부란, 용탕 노즐(11)의 유로 길이를 3분할했을 때에 도가니(100)측에 위치하는 부분을 나타낸다. 용탕 노즐(11)의 유로 길이를 3분할한 부분 중, 상류부의 하류측의 부분은 "중앙부", 중앙부의 하류측의 부분은 "하류부"라 칭한다.

오리피스부(18)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 상하방향으로 소정의 길이(L)를 가져도 좋다. 길이(L)는 10㎜ 이하로 하는 것이 바람직하며, 가능하면 1㎜ 이상 또한 5㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 오리피스부(18)의 유로는 응고된 용탕에 의해 막힘을 일으키는 일이 있지만, 길이(L)가 10㎜ 이하(보다 바람직하게, 5㎜ 이하)로 하면, 그 막힘을 해소하기 쉽다. 단, 길이(L)는 너무 짧으면, 용탕의 흐름의 안정성이 저해될 가능성(용탕류의 축이 흔들릴 가능성)이 높아지기 때문에, 1㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

오리피스부(18)의 내경은 0.8㎜ 이상 3㎜ 이하로 하는 것이 바람직하며, 가능하면, 1㎜ 이상 또한, 2㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 내경을 3㎜ 이상으로 하면, 용탕 보지 중에 용탕이 오리피스를 통하여 용해조에 몇 방울 늘어지는 탕루(의도하지 않는 출탕)가 생길 수 있다. 단, 내경이 너무 작으면, 용탕의 유량의 안정성이 저해될 가능성이 높아지기 때문에, 0.8㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(가스 분사기(200))

대략 원기둥형상의 외형을 갖는 가스 분사기(200)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 용탕 노즐(11)이 삽입되는 용탕 노즐 삽입 구멍(12)과, 용탕 노즐(11)로부터 유하하는 용융 금속에 대해 가스를 분사하여 분쇄하는 가스 분사 노즐(71)을 구비하고 있다. 가스 분사기(200)는 불활성의 고압 가스로 채워지는 중공 구조의 원기둥 형상의 외형을 갖고 있으며, 그 내부는 용탕 노즐 삽입 구멍(12)의 주위에 가스류를 형성하는 가스 유로(50)로 되어 있다. 가스 유로(50)는 가스 분사기(200)의 측면(원기둥의 측면)에 마련된 가스 흡입 구멍(도시하지 않음)에 접속되는 가스 공급관(31)으로부터 고압 가스(41)의 공급을 받는다.

(가스 분사 노즐(71))

가스 분사 노즐(71)은 용탕 노즐 삽입 구멍(12)의 주위에 원을 그리도록 배치된 복수의 분사 구멍(관통 구멍)(91)으로 이루어진다. 가스 분사 노즐(71)은 용탕 노즐(11)로부터 유하하는 용융 금속에 대해 복수의 분사 구멍(91)으로부터 가스를 분사한다.

(분무 노즐(20))

분사 노즐(71)과 용탕 노즐(11)은 분무조(4) 내에 용융 금속을 액체 분무하는 분무 노즐(20)을 구성한다.

(용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph))

용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)(도 2 참조) 중 적어도 1개로서, 도가니(100) 내의 용탕(7)의 중량에 의한 압력이 있다. 이 압력을 용탕(7)의 헤드압이라 칭한다. 헤드압은 도가니(100)에 투입되는 용해 소재의 밀도와 양(용적)에 기초하여 연산할 수 있다. 용해 소재의 양(용적)은 예를 들면, 용탕(7)의 액면 높이(탕면 높이)(H)로 파악할 수 있다. 또한, 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)은 용탕의 표면 장력 등, 헤드압 이외의 압력도 포함되어 있다.

(가스 아토마이즈 장치의 제어)

상기와 같이 구성되는 가스 아토마이즈 장치의 제어(사용 방법)에 대해 설명한다.

우선, 도가니(100)에 용해 소재를 투입하고 있는 도가니(100)를 가열하여 용탕(7)을 만든다. 도가니(100) 내에서 용해 소재를 용해하고 있는 동안은, 용탕(7)이 용탕 노즐(11)을 거쳐서 분무조(4)에 유하하지 않도록(즉, 도가니(100) 내에 용탕(7)을 보지하기 위해), 용해조(1)의 압력(Pm)과 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)의 합계값보다 높아지도록 분무조(4)의 압력(Ps)을 보지한다(즉, Pm+Ph<Ps를 보지함). 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)은 상기와 같이 용해 소재의 밀도와 양에 관계하는 값이므로, 이 압력 조건(Pm+Ph<Ps)을 만족하도록 용해조(1)의 압력(Pm)과 분무조(4)의 압력(Ps)을 조정하게 된다. 분무조(4)의 압력(Ps)의 조정은 가스 공급관(32)에 의한 분무조(4)로의 가스 공급에 의해 실행하고, 용해조(1)의 압력(Pm)의 조정은 가스 배출관(30)에 의한 용해조(1)로부터의 가스 배출에 의해 실행한다. 가스 공급관(32)으로부터 분무조(4) 내에 불활성 가스(42)를 공급하면, 분무조(4)의 압력(Ps)이 상승한다. 또한, 가스 배출관(30)으로부터 용해조(1) 외부에 불활성 가스(40)를 배출하면, 용해조(1)의 압력(Pm)이 저하한다. 또한, 용해조(1)와 분무조(4)의 각각의 내부에 압력계를 설치하고 각 압력계의 값을 컴퓨터 등의 제어 장치에 입력하여, Pm+Ph<Ps가 만족되도록 당해 제어 장치로부터 가스 배출관(30)과 가스 공급관(31)의 각 밸브에 제어 신호(개방도 지령)를 출력하고, 용해조(1)와 분무조(4)의 압력(Pm, Ps)을 자동적으로 조정하여도 좋다. 또한, 용해조와 분무조를 연결하는 바이패스를 만들어, 사이에 압축기를 구비하고, 가스를 순환하면서 압력차를 제어하여도 좋다.

Pm+Ph<Ps가 만족되도록 압력(Pm, Ps)을 조정하면, 종전과 같은 스토퍼가 없어도, 도가니(100) 내에 용탕(7)을 보지할 수 있다. 이 때, 분무조(4) 내의 불활성 가스(42)가 용탕 노즐(11)을 거쳐서 도가니(100) 내에 역류되고, 도가니(100) 내의 용탕(7)에 거품(9)(도 2 참조)이 발생한다. 이와 같이, 분무조(4)로부터 용해조(1)에 유입된 가스는 용해조(1)의 압력(Pm)을 상승시킬 수 있지만, 용해조(1)에 접속한 가스 배출관(30)으로부터 용해조(1) 외부로 가스를 적절히 배출하는 것에 의해, 용해조(1)의 압력(Pm)을 안정시킬(즉, 압력(Pm)을 소정값에 가까운 상태로 유지함) 수 있다.

용해 소재의 용해가 완료되면, 용탕 노즐(11)로부터의 출탕을 개시하면서, 가스 분사 노즐(71)로부터 가스를 분사하여 금속 분말을 제조한다("출탕 조작"이라고도 칭함). 출탕을 개시하는 경우(분무조(4) 내에서의 용융 금속의 분무를 개시하는 경우)에는, 용해조(1)의 압력(Pm)과 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)의 합계값보다 분무조(4)의 압력(Ps)을 낮게 한다. 즉, Pm+Ph>Ps로 하여, 소재 용해시와 압력의 대소 관계를 역전시킨다. 이와 같이 압력을 제어하면, 도가니(100) 내의 용탕(7)을 용탕 노즐(11)을 거쳐서 분무조(4) 내에 유하시킬 수 있다. 그리고, 출탕 중에는, Pm+Ph>Ps가 만족되도록 압력(Pm, Ps)을 조정한다.

또한, 용탕 노즐(11)에 막힘이 발생한 경우에는, 출탕시에, 막힘이 없는 경우보다 용해조(1)의 압력(Pm)을 높게 하는 것에 의해 당해 막힘을 해소할 수 있는 경우가 있다. 막힘을 해소할 수 있던 경우에는, 분무조(4)의 압력(Ps)이 급상승할 가능성이 있기 때문에, 분무조(4)에 가스 배출관을 접속하고, 당해 가스 배출관을 거쳐서 가스를 분무조(4) 외부로 배출하는 것에 의해 분무조(4)의 압력(Ps)을 저감하는 것이 바람직하다. 즉, 분무조(4)에 가스 배출관을 접속해두면, 용탕 노즐(11)에 막힘이 생겼을 때에 분무조(4)의 압력(Ps)이 급상승하는 것을 방지할 수 있어서, 분무조(4)의 압력(Ps)을 안정화할 수 있다.

(효과)

상기와 같이, 본 실시형태에서는, 도가니(100) 내에서 용해 소재를 용해할 때에, 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)과 용해조(1)의 압력(Pm)의 합계값보다 분무조(4)의 압력(Ps)을 높게 하고, 도가니(100) 내의 용탕(7)을 용탕 노즐(11)을 거쳐서 분무조(4)에 유하시킬 때에, 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력(Ph)과 용해조(1)의 압력(Pm)의 합계값보다 분무조의 압력(Ps)을 낮게 하도록 가스 아토마이즈 장치를 제어했다. 이와 같이, 가스 아토마이즈 장치를 제어하면, 소재 용해 중에 발생시킨 용해조(1)와 분무조(4)의 압력차로 용탕(7)을 도가니(100) 내에 보지할 수 있으므로, 소재 용해 중에 종전 이용하고 있던 스토퍼를 생략할 수 있다. 이에 의해, 도가니(100)에 투입되는 용해 소재의 형상의 제한을 완화할 수 있으며, 또한, 가스 아토마이즈 장치의 간소화나 스토퍼가 손상되었을 때의 교환의 수고를 없앨 수 있다.

또한, 상기의 가스 아토마이즈 장치는, 용탕 노즐(11)에 있어서의 유로의 상류부(바람직하게, 당해 유로의 상단)에 마련된 오리피스부(18)를 구비하고 있다. 소재 용해시에 분무조(4)의 가스를 용탕 노즐(11)을 거친 도가니(100) 내에 도입하면, 당해 가스에 의해 용탕이 응고되어 오리피스부(18)에 막힘을 발생시키는 것이다. 그러나, 본 실시형태와 같이 용탕 노즐(11)의 상류부에 오리피스부(18)를 마련하면, 도가니(100) 내에서 고온으로 보지된 용탕(7)과 오리피스부(18)의 거리가 가깝기 때문에, 막힘을 용탕(7)의 열로 재용해시키기 쉬워, 출탕시의 막힘의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 발명자들은 소재 용해 중(용탕(7)의 보지 중)에 도가니(100) 내에 발생하는 거품(9)이 작아지면, 용탕 노즐(11)에 막힘이 생기기 쉬운 것을 알아챘지만, 상기의 위치에 오리피스부(18)를 마련하면 소재 용해 중의 거품(9)의 축소화를 억제할 수 있어서, 막힘의 발생을 억제할 수 있는 것을 지견했다.

또한, 상기에서는 용탕 노즐(11)이 도가니(100)에 1개만 장착되어 있는 경우에 대해 설명했지만, 본 실시형태는 도가니(100)에 복수의 용탕 노즐(11)이 장착되어 있으며, 당해 복수의 용탕 노즐(11)의 각각의 주위에 가스 분사 노즐(71)이 마련되어 있는 가스 아토마이즈 장치에도 적용할 수 있다. 이와 같이, 용탕 노즐(11)이 복수 존재하는 경우에는, 적어도 1개의 스토퍼를 생략할 수도 있으며, 전체 스토퍼를 생략할 수도 있다. 생략된 스토퍼의 수에 따른 상승적인 효과를 얻을 수 있으므로, 스토퍼의 생략에 따른 상기의 각 효과가 현저하게 된다.

<용탕 노즐(오리피스부)의 변형예>

도 3은 용탕 노즐(오리피스부)의 변형예의 1개를 도시한 도면이다. 도 3의 용탕 노즐(11A)은 용탕 노즐(11A)의 하단(개구단(17))을 향하여 내경이 확대된 역테이퍼형의 유로를 갖는 오리피스부(18A)를 구비하고 있다. 이와 같은 오리피스부(18A)를 마련하면, 소재 용해 중(용탕(7)의 보지 중)에 용탕 노즐(11)(오리피스부(18A))의 상단보다 하방에 막힘이 생겨도, 유로가 하방을 향하여 확대되어 있으므로 그 막힘의 위치까지 용탕(7)을 인도하기 쉬워져, 출탕시에 막힘을 해소하기 쉬워진다.

도 4는 용탕 노즐(오리피스부)의 변형예의 1개를 도시한 도면이다. 도 4의 용탕 노즐(11B)은 그 상단(19)이 도가니(100)의 바닥면(101)보다 상방에 위치하고 있다. 이와 같이 용탕 노즐(11B)을 구성하면, 도 2에 도시한 경우와 비교하여, 도가니(100) 내에서 고온으로 보지된 용탕(7)에 오리피스부(18)를 더 가깝게 할 수 있기 때문에, 출탕시의 막힘의 발생을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 소재 용해 중(용탕(7)의 보지 중)에 오리피스부(18)가 주위의 용탕(7)에 의해 가열되기 때문에, 막힘이 발생하기 어려운 점도 메리트가 된다.

<실시예>

도 5는 용탕 보지 중(소재 용해 중)의 조건이 상이한 15개의 경우에 대해 출탕·분말화의 좋고 나쁨을 관찰하여, 그 결과를 실시예로 하여 정리한 도면이다. 여기에서는 도면 중의 번호를 각 실시예의 번호로 하여 설명한다(예를 들면, 도면 중의 No.1은 제 1 실시예라 칭함). 또한, 도면에 기재가 없는 조건(예를 들면, 오리피스의 내경이나 길이 등)은 각 실시예로 공통으로 한다.

용탕 보지 중의 조건으로서는, 분무조와 용해조의 압력차[㎪], 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력[㎪], 용탕 노즐의 개수, 오리피스 위치가 있다. 이 중 "분무조와 용해조의 압력차[㎪]"는 분무조(4)의 압력(Ps)과 용해조(1)의 압력(Pm)의 측정값의 차이(Ps-Pm)를 나타낸다. "용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력[㎪]"은 도 2의 압력(Ph)이다. "용탕 노즐의 개수"는 1개의 도가니(100)에 장착된 용탕 노즐(11)의 개수를 나타낸다. "오리피스의 위치"에 있어서의 "상류부"는 용탕 노즐(11)의 상단으로부터 10㎜ 이내의 위치에 오리피스부(18)를 마련한 경우를 나타내며, "그 외"는 용탕 노즐(11)의 상단으로부터 10㎜보다 하측의 위치에 오리피스부(18)를 마련한 경우를 나타낸다. "오리피스부의 막힘"은 용탕 보지 중의 거품(9)의 발생 상황으로 판정되고 있으며, 거품이 발생하고 있는 경우에는 막힘 없음으로 판정하고, 거품(9)의 발생이 정지된 경우에는 막힘 있음으로 판정했다. 또한, 용탕 보지 중에 막힘이 발생되었다고 판정되어도, 출탕이 가능하면 사용 상의 지장은 없다고 판단한다. "출탕·분말화의 좋고 나쁨"은 출탕 조작 후(즉, Pm+Ph>Ps로 한 후)에 신속하게 출탕이 개시되는지의 여부로 좋고 나쁨을 판단했다.

각 실시예의 결과를 정리하면, 하기와 같이 된다.

제 1 내지 제 9 실시예에서는, 용탕 보지 중에 오리피스 막힘이 생긴 것도 있었지만, 출탕 조작을 실행한 바, 모두 신속한 출탕이 관찰되었다. 제 10 및 제 11 실시예에서는, 출탕 조작 후, 1분 이상 늦게 출탕이 관찰되어, 실용적이지 않다고 판단해 출탕·분말화를 "나쁨"으로 판정했다. 또한, 제 10 실시예에서는 용탕 보지 중에 용탕이 오리피스를 통하여 용해조에 몇 방울 늘어지는 탕루(의도하지 않은 출탕)가 생겼다. 제 12 내지 제 15 실시예에서는, 모두 출탕은 관찰되지 않았다.

오리피스부를 상류부 이외에 마련한 제 11 및 제 13 내지 제 15 실시예에서는, 출탕·분말화는 "나쁨"이었다.

오리피스부를 상류부에 마련한 제 1 내지 제 10 및 제 12 실시예 중, 압력차와 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력의 차이(Ps-Pm-Ph)가 1[㎪]와 0[㎪]의 제 10 및 제 12 실시예에서는, 출탕·분말화는 "나쁨"이었다. 그 한편, 압력차와 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력의 차이가 3.5[㎪] 이상의 제 1 내지 제 9 실시예에서는 출탕·분말화는 "좋음"이었다. 이에 의해, 압력차와 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력의 차이는 적어도 1[㎪]보다 큰(즉, 분무조(4)의 압력은 용해조(1)의 압력과 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력의 합계값보다 적어도 1㎪보다 높은(즉, Ps>Pm+Ph+1[㎪])) 것이 바람직하며, 또한, 3.5[㎪] 이상인 것(즉, Ps>Pm+Ph+3.5[㎪])이 보다 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한, 도 5에 도시하지 않지만, 압력차와 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력의 차이(Ps-Pm-Ph)가 20[㎪]보다 클 때, 용탕이 튀어오르거나, 용탕의 흐름이 불안정하게 되어, 열전쌍의 보호관이 갈라졌다. 이에 의해, 분무조(4)의 압력(Ps)은 용탕 노즐(11)의 상단에 작용하는 압력과 용해조(1)의 압력의 합계값에 대해 20[㎪]보다 낮아지도록 제어하는 것이 바람직하며(즉, 20[㎪]+Pm+Ph>Ps), 또한, 동일 합계값에 대해 15[㎪]보다 낮아지도록 제어하는 것이 보다 바람직한 것(즉, 15[㎪]+Pm+Ph>Ps)을 알 수 있었다.

<그 외>

또한, 본 발명은 상기의 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 여러 가지 변형예가 포함된다. 예를 들면, 본 발명은 상기의 실시형태로 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되지 않으며, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시형태에 따른 구성의 일부를, 다른 실시의 형태에 따른 구성으로 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

1: 용해조 2: 호퍼
4: 분무조 5: 채집부
7: 용융 금속(용탕) 9: 거품
11, 11A, 11B: 용탕 노즐 12: 용탕 노즐 삽입 구멍
17: 용탕 노즐의 개구단(하단) 18: 오리피스부
18A: 오리피스부 19: 용탕 노즐의 상단
20: 분무 노즐 30: 가스 배출관
31: 가스 공급관 32: 가스 공급관
33: 가스 배출관 40: 불활성 가스
42: 불활성 가스 43: 불활성 가스
50: 가스 유로 71: 가스 분사 노즐
91: 분사 구멍(관통 구멍) 101: 바닥면
102: 개구부 200: 가스 분사기

Claims

용해조에 수납되며, 용해 전의 용해 소재를 수납 가능한 도가니와,
상기 도가니의 바닥면에 마련된 개구부에 장착되며, 하단이 분무조 내에 위치하는 용탕 노즐과,
상기 분무조 내에 있어서 상기 용탕 노즐의 주위에 마련되며, 상기 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대해 가스 유체를 분출하는 복수의 가스 분사 노즐과,
상기 용탕 노즐에 있어서의 유로의 상류부에 마련된 오리피스부를 구비하고,
상기 오리피스부의 내경이 0.8㎜ 이상 3㎜ 이하인 금속 분말 제조 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 도가니 내에서 용해 소재를 용해할 때에는, 상기 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력과 상기 용해조의 압력의 합계값보다 상기 분무조의 압력을 높게 하고,
상기 도가니 내의 용탕을 상기 용탕 노즐을 거쳐서 상기 분무조에 유하할 때에는, 상기 합계값보다 상기 분무조의 압력을 낮게 하는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 오리피스부의 내경은 1㎜ 이상 2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 도가니 내에서 용해 소재를 용해할 때에는, 상기 분무조의 압력은, 상기 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력과 상기 용해조의 압력의 합계값에 대해 적어도 1㎪보다 높고 20㎪보다 낮은 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 용탕 노즐의 상단에 작용하는 압력의 적어도 1개인 헤드압을 상기 용해 소재의 밀도와 양에 근거하여 연산하는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 분무조의 압력의 조정은 상기 분무조에 가스를 공급하는 것에 의해 실행하고,
상기 용해조의 압력의 조정은 상기 용해조로부터 가스를 배출하는 것에 의해 실행하는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 분무조의 압력의 조정은 상기 분무조로의 가스의 공급과 상기 분무조로부터의 가스의 배출에 의해 실행하는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 용탕 노즐은 상기 도가니에 복수 장착된 복수의 용탕 노즐이며,
상기 복수의 가스 분사 노즐은 상기 복수의 용탕 노즐의 각각의 주위에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치의 제어 방법.
용해조에 수납되며, 용해 전의 용해 소재를 수납 가능한 도가니와,
상기 도가니의 바닥면에 마련된 개구부에 장착되며, 하단이 분무조 내에 위치하는 용탕 노즐과,
상기 분무조 내에 있어서 상기 용탕 노즐의 주위에 마련되며, 상기 용탕 노즐로부터 유하되는 용융 금속에 대해 가스 유체를 분출하는 복수의 가스 분사 노즐과,
상기 용탕 노즐에 있어서의 유로의 상류부에 마련된 오리피스부를 구비하고,
상기 오리피스부의 내경이 0.8㎜ 이상 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 오리피스부는 상기 용탕 노즐에 있어서의 유로의 상단에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 오리피스부는 상기 용탕 노즐의 하단을 향하여 내경이 확대되는 역테이퍼형의 유로를 갖는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 용탕 노즐의 상단은 상기 도가니의 바닥면보다 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 오리피스부의 내경은 1㎜ 이상 또한 2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 오리피스부의 길이는 10㎜ 이하인 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 오리피스부의 길이는 1㎜ 이상 또한 5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 용탕 노즐은 상기 도가니에 복수 장착된 복수의 용탕 노즐이며,
상기 복수의 가스 분사 노즐은 상기 복수의 용탕 노즐의 각각의 주위에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
금속 분말 제조 장치.