KR100340555B1 - Particle injector for spray forming - Google Patents

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이택근
안상호
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    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying

Abstract

PURPOSE: A particle injector for spray forming is provided to obtain a formed body having desired microstructure by controlling mass outflow velocity of solid particles promptly and easily in case of spraying solid particles onto melt sprayed to manufacture composite material or dispersion-strengthened alloy by spray forming. CONSTITUTION: In a particle injector for spray forming comprising a chamber in which solid particles are received to inject solid particles carried by high pressure air to the side of melt droplet, the particle injector comprises a rotary feeder(17) mounted in a feeder receiving space fixed next particle outlet at the lower side of the chamber(15), equipped with a helical gear shaped blade and rotated by a driving motor(18) to control discharge flow rate of solid particles; a solenoid valve(16) installed at the inlet side of the rotary feeder(17) to primarily control flow rate of particles moved to the side of the rotary feeder(17); and an impeller(14) which is mounted on the inner part of the injector chamber(15) comprising an air injector(13b) for flowing in the atmospheric air in order to maintain the inside of the chamber(15) to the atmospheric state, and which is rotated by a motor(12) to agitate the solid particles so that the solid particles are injected from an outlet of the rotary feeder(17) to the side of atomized droplet by high pressure air.

Description

분무주조용 입자 인젝터{Particle injector for spray forming}Particle injector for spray forming

본 발명은 복합재료나 분상강화합금을 분무주조에 의하여 제조하기 위하여 분무화되는 용탕에 고상입자를 분무하는 입자 인젝터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고상입자의 질량유출속도 조절이 신속하고 용이하게 이루어져 원하는 조직의 성형체를 얻을 수 있도록 된 분무주조용 입자 인젝터에 관한 것이다.The present invention relates to a particle injector for spraying solid particles in a molten molten metal to prepare a composite material or powder-enhanced alloy by spray casting, and more specifically, the mass outflow rate of the solid particles can be controlled quickly and easily. The present invention relates to a particle injector for spray casting in which a molded body of a desired tissue can be obtained.

일반적으로 분무주조공정은 금속용탕을 고압의 가스로 분무화(atomization)시킨 후, 낙하하는 미세한 분무액적을 반응고 상태로 하부의 기판(substrate)에 적층시켜 봉상, 관상 및 판상의 합금성형체를 제조할 수 있는 최신 합금 제조방법이다. 이러한 다양한 형상의 성형체를 얻기 위하여는 가스분무기를 얻고자 하는 형상에 따라 운동(주사 혹은 진동)시키고 있다.In general, the spray casting process atomizes a molten metal with a high-pressure gas, and then deposits fine spray droplets falling on the substrate under the solid state to produce rod-shaped, tubular, and plate-shaped alloy moldings. It is the latest alloy manufacturing method that can be done. In order to obtain such shaped bodies of various shapes, they are moved (scanned or vibrated) depending on the shape of the gas atomizer.

그리고, 복합재료 혹은 분상강화합금의 제조를 위하여는 이러한 용탕분무사이로 제 2의 세라믹 혹은 금속 고상입자를 주입하는 것이 필요하며 이를 위해 입자 인젝터를 이용하고 있다.In order to manufacture a composite material or powder-reinforced alloy, it is necessary to inject a second ceramic or metal solid particle into the molten metal spray and use a particle injector.

이와같이 분무주조공정에 있어 입자 인젝터에서의 입자의 유출속도는 성형체의 열수지 및 최종 미세조직에 결정적인 영향을 미치므로 입자유출속도의 제어는 필수적이다.As such, the outflow rate of particles in the particle injector in the spray casting process has a decisive effect on the heat balance of the molded body and the final microstructure, and thus, the control of the particle outflow rate is essential.

도 1에서는 공지된 입자인젝터를 이용한 분무주조장치의 기본개념을 나타낸 도면(미국특허 제4,926,923호(1990), 미국특허 제4,926,924호(1990))인데, 이는 금속용탕(1)이 턴디쉬(2) 하부의 오리피스를 통해 하부로 흘러나올 때 고압가스 공급관(4)과 연결된 가스분무기(3)에서 고속의 가스 제트가 나와 낙하하는 용탕을 분무화(5) 시킨다. 분무화된 액적들은 하부의 기판(7)에 적층되어 빌렛(6)이 성장하게 된다.1 is a view showing the basic concept of a spray casting apparatus using a known particle injector (US Patent No. 4,926,923 (1990), US Patent No. 4,926,924 (1990)), the molten metal (1) is a tundish (2) When spraying the lower through the orifice of the lower portion of the high-pressure gas supply pipe (4) connected to the high-speed gas jet from the gas atomizer (3) is sprayed (5). The atomized droplets are stacked on the lower substrate 7 so that the billet 6 grows.

이때, 복합재료나 분산강화 합금의 제조를 위하여는 이러한 분무액적들 사이로 제 2의 고상입자를 주입해야 하는데 독립된 입자 인젝터(10)를 이용하여 입자를 용탕분무사이로 주입하게 된다.In this case, in order to manufacture a composite material or a dispersion strengthening alloy, the second solid particles should be injected between the spray droplets. The particles are injected into the molten spray using an independent particle injector 10.

그리고, 상기 입자 인젝터(10)는 제 2의 세라믹 혹은 금속 고상입자를 수용할 수 있는 적정한 공간을 형성한 인젝터챔버(10a)를 갖추며, 상기 인젝터챔버(10a)에는 분무화된 액적들사이로 고상입자를 주입할 수 있도록 된 입자공급관(9)이 연결되고, 상기 입자공급관(9)으로 인젝터챔버(10a)내의 고상입자가 수송될 수 있도록 하는 가스를 공급하는 인젝터가스공급구(11)가 인젝터챔버(10a)에 설치되어진다.In addition, the particle injector 10 includes an injector chamber 10a having an appropriate space for accommodating the second ceramic or metal solid particles, and the injector chamber 10a has solid particles between sprayed droplets. Injector gas supply port (11) is connected to the particle supply pipe (9) to be injected, the injector gas supply port (11) for supplying a gas to transport the solid particles in the injector chamber (10a) to the particle supply pipe (9) It is installed in 10a.

그런데, 이와 같은 종래의 입자인젝터(10)는 개념적인 기술에 대한 개시로서, 입자공급관(9)으로 배출되는 고상입자의 질량유출속도를 정밀하게 제어하는 것이 매우 곤란한 것으로, 이는 고상입자의 질량유출속도가 단지 인젝터가스공급구(11)의 가스유량, 즉 가스압력만을 조절하는 것에 기인한다.However, such a conventional particle injector 10 is a disclosure of a conceptual technique, it is very difficult to precisely control the mass flow rate of the solid particles discharged to the particle supply pipe 9, which is the mass outflow of solid particles The speed is due only to adjusting the gas flow rate of the injector gas supply port 11, that is, the gas pressure.

그리고, 이렇게 고상입자의 질량유출속도가 정밀하게 제어되지 못하는 경우에는, 분무주조에 의한 성형체의 열수지 및 최종 미세조직을 요구하는 수준으로 형성하는 것이 곤란하고, 따라서 최종제품의 품질을 저하시키는 문제점을 가지는 것이다.In this case, when the mass flow rate of the solid particles is not precisely controlled, it is difficult to form the thermal resin and the final microstructure of the molded body by spray casting, thus reducing the quality of the final product. It is.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분무주조에 의하여 복합재료나 분상강화합금을 제조하는 경우 분무화되는 용탕에 주입되는 고상입자의 질량유출속도의 조절이 신속하고 용이하며 또한 정확하게 이루어지도록 함으로서 원하는 조직의 성형체를 얻을 수 있도록 된 분무주조용 입자 인젝터를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve such a conventional problem, when manufacturing a composite material or powder reinforcement alloy by spray casting, the mass flow rate of the solid particles injected into the sprayed molten metal can be controlled quickly, easily and accurately. It is an object of the present invention to provide a particle injector for spray casting, by which a molded body of a desired tissue can be obtained.

도 1은 종래기술에 따른 입자 인젝터를 갖춘 분부주조설비를 개략적으로 도시한 개념도1 is a conceptual diagram schematically showing a part casting facility having a particle injector according to the prior art

도 2는 본 발명에 따른 분무주조용 입자 인젝터를 도시한 개략 구성도Figure 2 is a schematic block diagram showing a particle injector for spray casting according to the present invention

도 3은 본 발명에 따른 입자 인젝터의 배출구측으로 도시한 구성도Figure 3 is a block diagram showing the outlet side of the particle injector according to the present invention

도 4는 본 발명에 따른 입자 인젝터의 주요구성요소인 로터리피더를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a rotary feeder as a main component of the particle injector according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

9.... 입자공급관 12,18.... 모터9 .... particle feed pipe 12,18 .... motor

14.... 임펠러 15.... 챔버14 .... Impeller 15 .... Chamber

16.... 솔레노이드밸브 17.... 로터리피더16 .... solenoid valve 17 .... rotary feeder

17a.... 블레이드17a .... Blade

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 고상입자를 수용하는 챔버를 갖추어 분무화되는 액적측으로 고압의 공기에 의하여 수송되는 고상입자를 주입하도록 된 분무주조용 입자 인젝터에 있어서, 상기 챔버의 하부측 입자출구에 연이어 형성되는 피더수용공간에는 헬리컬기어형상의 블레이드를 갖추고 구동모터에 의하여 회전하여 고상입자의 배출유량을 조절토록 하는 로터리피더가 장착되고, 상기 로터리피더의 입구측에는 상기 로터리피더측으로 이동하는 입자의 유량을 1차적으로 조절토록 하는 솔레노이드밸브가 설치되며, 내부가 대기상태로 유지되도록 대기공기유입용 공기주입구를 갖춘 상기 인젝터챔버의 내부에는 고상입자를 교반토록 모터에 의하여 회전하는 임펠러가 장착되어 상기 로터리피더의 배출구에서 고압의 공기에 의하여 고상입자가 분무액적측으로 주입토록 구성된 분무주조용 입자 인젝터를 마련함에 의한다.The present invention as a technical configuration for achieving the above object, in the spray injection particle injector having a chamber containing the solid particles to inject the solid particles transported by the high-pressure air to the sprayed droplet side, the The feeder accommodation space formed at the lower particle outlet of the chamber is provided with a rotary feeder equipped with a helical gear-shaped blade and rotated by a driving motor to regulate the discharge flow rate of the solid particles, and the rotary feeder is provided at the inlet side of the rotary feeder. A solenoid valve is installed to primarily control the flow rate of particles moving to the feeder side, and the inside of the injector chamber having an air inlet for inlet air inlet is maintained by a motor to stir the solid particles inside the injector chamber. Is equipped with an impeller to the high pressure at the outlet of the rotary feeder Minutes by air the solid phase particles composed of ever introduced into the spray jeokcheuk by the Muju quiet particle injector for maryeonham.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 분무주조용 입자 인젝터를 도시한 개략 구성도로서, 이는 하부측이 점차적으로 그 내경이 축소하도록 된 인젝터챔버(15)를 가지며, 상기 인젝터쳄버(15)의 상부 일측에는 세라믹 혹은 금속 고상입자를 주입하기 위한 입자장입구(13a)를 형성하고, 상부외측의 중앙에는 교반용 모터(12)가 설치되어 그 모터(12)에는 인젝터챔버(15)의 내부에 설치된 교반용 임펠러(14)가 연결됨으로써인젝터챔버(15)내에 충진된 입자들이 서로 뭉치는 것을 방지한다.2 is a schematic configuration diagram showing a particle injector for spray casting according to the present invention, which has an injector chamber 15 in which a lower side gradually reduces its inner diameter, and on an upper side of the injector chamber 15. A particle inlet 13a for injecting the ceramic or metal solid particles is formed, and a stirring motor 12 is installed in the center of the upper outer side, and the motor 12 is agitated inside the injector chamber 15. The impeller 14 is connected to prevent the particles filled in the injector chamber 15 from agglomerating with each other.

그리고, 상기 인젝터챔버(15)의 상부 일측에는 그 인젝터챔버(15)의 내부로 대기의 공기를 공급할 수 있도록 된 공기주입구(13b)가 형성되며, 하측 내경축소부의 외부에는 다수개의 공압진동발생기(13c)가 장착됨으로써 그 부분의 내측에서 입자가 내벽에 부착되는 등을 방지할 수 있도록 한다.In addition, an upper portion of the injector chamber 15 is formed with an air inlet 13b for supplying atmospheric air to the inside of the injector chamber 15, and a plurality of pneumatic vibration generators outside the lower inner reduction portion ( 13c) is mounted to prevent particles from adhering to the inner wall inside the portion.

그리고, 상기 인젝터챔버(15)의 하단부는 고상입자의 출구로 형성되는데, 이와 같은 출구측에는 고상입자와 공기의 배출유량을 1차적으로 조절하기 위한 솔레노이드밸브(16)가 장착된다.In addition, the lower end of the injector chamber 15 is formed as an outlet of the solid particles, the solenoid valve 16 for controlling the discharge flow rate of the solid particles and the air is mounted on the outlet side.

또한, 상기 솔레노이드밸브(16)의 하부측으로는 구동모터(18)에 의하여 구동되는 로터리피더(rotary feeder)(17)가 갖추어지는데, 이는 도 3에 도시한 바와같이, 상기 솔레노이드밸브(16)를 거쳐 1차적으로 그 유량이 조절된 고상입자들은 인젝터챔버(15)의 입자출구(15a)를 통해 하부측으로 이동하다가 로터리피더(17)에 의하여 그 유량등의 흐름특성이 2차적으로 조절될 수 있게 하는 것이다.In addition, the lower side of the solenoid valve 16 is provided with a rotary feeder (17) driven by the drive motor 18, as shown in Figure 3, the solenoid valve 16 The solid particles whose primary flow rate is controlled through the particle outlet 15a of the injector chamber 15 are moved to the lower side so that the flow characteristics such as the flow rate can be secondarily controlled by the rotary feeder 17. It is.

즉, 상기 로터리피더(17)는 입자출구(15a)에 연이어 형성되어 길이가 길에 형성되며 그 폭이 로터리피더(17)의 외경과 같거나 약간 더 크게 형성되는 피더수용공간(15b)을 차단하도록 장착됨으로써, 회전하면서 입자출구(15a)측 고상입자를 하부측으로 배출할 수 있도록 하고, 이는 도 4에 보다 상세하게 도시한 바와같이 헬리컬기어형상으로 된 다수개의 블레이드(17a)를 갖추어 그 블레이드(17a) 사이에 입자를 수용하여 회전동작으로 수송할 수 있는 것이며, 이렇게 배출된 고상입자는 공기공급구(19)로부터 공급되는 고압의 공기흐름에 의하여 입자공급관(9)을 통해분무액적측으로 분사될 수 있게 된다.That is, the rotary feeder 17 is formed successively to the particle outlet (15a) is formed in the length of the road blocking the feeder accommodation space (15b) the width is formed the same or slightly larger than the outer diameter of the rotary feeder (17) It is mounted so that the solid particles can be discharged to the lower side of the particle outlet 15a while rotating, which is equipped with a plurality of blades 17a in the form of a helical gear as shown in more detail in FIG. Particles 17a) can be transported in a rotational operation, and the solid particles discharged in this way are sprayed onto the spray droplet side through the particle supply pipe 9 by a high-pressure air flow supplied from the air supply port 19. It becomes possible.

물론, 상기 로터리피더(17)에 의하여 조절되는 고상입자의 배출량은 그의 회전수 및 블레이드(17a)의 간격 등에 의하여 결정되며, 조업성을 고려하여 블레이드(17a)의 간격등은 허용하는 한도에서 최대로 크게 하고, 고상입자의 배출량조절은 로터리피더(17)의 회전수만에 의하여 조절되도록 하는 것이 바람직하다.Of course, the discharge of the solid particles controlled by the rotary feeder 17 is determined by the number of revolutions thereof and the spacing of the blades 17a, etc., in consideration of the operability, the spacing of the blades 17a, etc. is maximum in the allowable limit. It is preferable to increase the size of the solid particles to be controlled only by the rotation speed of the rotary feeder 17.

그리고, 상기 로터리피더(17)에 의하여 배출된 고상입자가 입자공급관(9)을 통하여 분무액적측으로 분사되는 최종적인 입자유출속도는 공기공급구(19)측으로 공급되는 고압공기의 유량, 즉 압력에 의하여 3차적으로 조절될 수 있게 된다.The final particle outflow rate at which the solid particles discharged by the rotary feeder 17 is injected to the spray droplet side through the particle supply pipe 9 is the flow rate of the high pressure air supplied to the air supply port 19, that is, the pressure. By the third can be adjusted.

즉, 상기한 본 발명의 분무주조용 입자 인젝터는 교반용 모터(12)에 의하여 회전하는 교반용 임펠러(14)에 의하여 인젝터챔버(15)내에서 서로 뭉치지 않도록 균일한 밀도를 가지도록 준비되고, 1차 질량유출속도제어를 위한 솔레노이드밸브(16)의 개도정도에 의하여 입자출구(15a)로의 배출유량이 조절되며, 2차 질량유출속도제어를 위한 로터리피더(17)의 회전속도(및 블레이드(17a)의 간격등)에 의하여 배출유량이 재차 조절되고, 마지막으로 3차 질량유출속도제어를 위한 공기공급구(19)로 공급되는 고압공기의 유량에 의하여 입자공급관(9)으로 배출되는 고상입자의 유량이 조절될 수 있게 된다.That is, the above-described spray casting particle injector of the present invention is prepared to have a uniform density so as not to agglomerate with each other in the injector chamber 15 by the stirring impeller 14 rotating by the stirring motor 12, The discharge flow rate to the particle outlet 15a is controlled by the opening degree of the solenoid valve 16 for the primary mass flow rate control, and the rotational speed of the rotary feeder 17 for the secondary mass flow rate control (and the blade ( Solid particles discharged to the particle supply pipe 9 by the flow rate of the high pressure air supplied to the air supply port 19 for controlling the third mass flow rate again. The flow rate of can be adjusted.

특히, 조업이 이루어지는 동안에 입자의 질량유출속도는 상기 로터리피더(17)의 회전속도조절에 의하여 신속하고 정확하게 제어될 수 있게 된다.In particular, the mass flow rate of the particles during the operation can be controlled quickly and accurately by adjusting the rotational speed of the rotary feeder (17).

즉, 종래에는 고상입자를 수송하는 고압의 공기유량만에 의하여 입자의 질량유출속도가 조절되는 것이어서 실질적인 고상입자의 유출량 조절이 정확하게 이루어지지 않아 분무주조에 의한 성형체의 조직을 원하는 정도로 얻는 것이 매우 곤란하였으나, 본 발명은 3단계에 의하여 보다 정밀한 입자의 질량유출속도가 조절되는 것이고, 특히 로터리피더에 의하여 조업중에 신속하고 정확한 입자의 질량유출속도조절이 가능하여 분무주조에 의한 성형체의 조직을 원하는 정도로 얻을 수 있다.That is, in the related art, the mass flow rate of the particles is controlled only by the high-pressure air flow to transport the solid particles, so that the actual flow rate of the solid particles is not precisely controlled, and thus it is very difficult to obtain the structure of the molded body by spray casting. However, the present invention is to control the mass outflow rate of the more precise particles by three steps, in particular by the rotary feeder can control the mass outflow rate of the particles quickly and precisely during operation to the extent that the organization of the molded body by spray casting You can get it.

이와 같이 본 발명인 분무주조용 입자 인젝터에 의하면, 교반에 의하여 균일한 밀도를 가지도록 분포된 고상입자의 질량유출속도가 솔레노이드밸브, 로터리피더 및 고압공기의 유량에 의하여 3단계로 조절됨으로써 보다 정밀하게 제어할 수 있어 분무주조에 의해 복합재료나 분상강화합금을 제조하는 경우 보다 우수한 품질을 얻을 수 있고, 특히 로터리피더의 회전수조절에 의하여 입자의 질량유출속도가 신속하게 조절될 수 있어 조업특성에 부합하는 피드백 특성이 매우 우수한 것이다.Thus, according to the spray injection particle injector of the present invention, the mass outflow rate of the solid particles distributed so as to have a uniform density by stirring is controlled in three steps by the flow rate of the solenoid valve, rotary feeder and high pressure air more precisely Since it can be controlled, it is possible to obtain better quality when manufacturing composite materials or powder-reinforced alloys by spray casting, and in particular, the mass flow rate of particles can be quickly controlled by adjusting the rotation speed of the rotary feeder. The matching feedback characteristic is very good.

Claims (1)

고상입자를 수용하는 챔버를 갖추어 분무화되는 액적측으로 고압의 공기에 의하여 수송되는 고상입자를 주입하도록 된 분무주조용 입자 인젝터에 있어서,In the spray injection particle injector having a chamber for accommodating the solid particles to inject the solid particles transported by the high-pressure air to the sprayed droplet side, 상기 챔버(15)의 하부측 입자출구(15a)에 연이어 형성되는 피더수용공간(15b)에는 헬리컬기어형상의 블레이드(17a)를 갖추고 구동모터(18)에 의하여 회전하여 고상입자의 배출유량을 조절토록 하는 로터리피더(17)가 장착되고,The feeder accommodation space 15b which is formed at the lower particle outlet 15a of the chamber 15 is provided with a helical gear-shaped blade 17a and rotated by a drive motor 18 to control the discharge flow rate of the solid particles. The rotary feeder 17 is mounted, 상기 로터리피더(17)의 입구측에는 상기 로터리피더(17)측으로 이동하는 입자의 유량을 1차적으로 조절토록 하는 솔레노이드밸브(16)가 설치되며,A solenoid valve 16 is installed at the inlet side of the rotary feeder 17 to primarily adjust the flow rate of particles moving toward the rotary feeder 17 side. 내부가 대기상태로 유지되도록 대기공기유입용 공기주입구(13b)를 갖춘 상기 인젝터챔버(15)의 내부에는 고상입자를 교반토록 모터(12)에 의하여 회전하는 임펠러(14)가 장착되어 상기 로터리피더(17)의 배출구에서 고압의 공기에 의하여 고상입자가 분무액적측으로 주입토록 구성된 것을 특징으로 하는 분무주조용 입자 인젝터.The rotary feeder is equipped with an impeller 14 which rotates by a motor 12 to stir solid particles in the injector chamber 15 having an air inlet 13b for inlet air so that the inside is kept in the standby state. Spray injection particle injector, characterized in that the solid particles are injected into the spray liquid side by the high pressure air at the outlet of (17).
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