KR20030024360A

KR20030024360A - 금속 극세사의 제조방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20030024360A
Application number: KR1020010057474A
Authority: KR
Inventors: 이상민
Original assignee: 이상민
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-03-26
Also published as: KR100428874B1

Abstract

본 발명은 금속 극세사를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 챔버와, 상기 챔버(10) 내부에 회전가능하게 설치되는 회전드럼(12)과, 상기 회전드럼(12)의 상부에 설치되고 상기 회전드럼(12)에 용탕을 공급하기 위한 하나 이상의 분출구(15)를 갖는 용해로(11)와, 상기 분출구(15)를 개폐하기 위한 개폐수단과, 완성된 제품을 일시 저장하는 제품 포집수단(13)과, 상기 용해로(11)에 소재를 공급하기 위한 하나 이상의 소재 공급장치로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

금속 극세사의 제조방법 및 그 장치{A method and device for producing metalfiber}

본 발명은 금속 극세사를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용탕을 고속으로 회전하는 회전드럼의 표면에 접촉시켜서 비산된 용탕을 응고시켜 매우 가는 굵기를 갖는 금속극세사를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이러한 금속 극세사는 용융금속의 급속응고 방식을 이용하여 제조되는데, 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 즉, 제품의 산화를 방지하고 품질을 확보하기 위해 진공제어수단이 설치되어 있는 진공실내에 용해로를 설치하고, 상기 용해로를 이용해 소재를 용융하여 용탕을 형성한다. 이때, 상기 금속 극세사가 사용되는 조건에 따라서 높은 수준의 품질이 요구되지 않는 경우에는 상기 용해로를 대기중에 설치할 수도 있다.

다음에 상기 용탕의 표면에 냉각수단을 갖는 회전드럼 또는 디스크를 초고속으로 회전시키면서 접촉시키면 드럼의 표면과 용탕사이의 마찰력에 의해서 용탕의 일부가 공중으로 비산되어 금속 극세사를 형성하면서 순간적으로 응고되게 된다. 이렇게 생산된 금속 극세사는 용해로의 앞에 설치된 제품 포집수단에 모이게 된다.

이때, 작업이 진행될수록 용탕의 높이는 점차 낮아지게 되는데, 이것이 계속되면 용탕의 표면과 회전드럼이 접촉하지 않게 되어 제품생산이 불가능해지므로 상기 용탕의 표면과 회전드럼이 항상 접촉한 상태로 유지되어야 한다.

따라서 종래에는 이를 위해 용탕의 높이변화에 맞춰서 용해로를 윗쪽으로 들어올리거나 회전드럼을 아래로 내리면서 용탕의 표면과 회전드럼이 항상 접촉을 유지하도록 하였다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 의하면 용해로 내의 용탕의 높이가 일정수준이하가 되면 더 이상의 생산이 불가능하므로 용해로 내에 소재를 다시 장입하기 위하여 설비의 가동을 중단하고 소재를 투입하는 과정이 필요하였다. 이 경우 소재가 완전히 용해되는데에 상당한 시간이 필요하며, 또한 진공을 유지하기 위해 다시 진공펌프를 가동하여야 하므로, 연속적인 작업이 불가능하여 제품의 생산성이 하락하고 생산비용 또한 증가하는 문제점이 있었다.

본 출원인은 이러한 문제점을 해결한 금속극세사의 제조방법 및 제조장치를 특허출원 제10-2001-0037181호에서 제안한 바 있다. 상기 발명은 종래의 장치를 개량하여 용해로 내에 소재를 연속적으로 직접 투입하여 용탕의 높이가 일정하게 유지되도록 한 것이었다.

상기 발명은 설비가동 중단을 최소화하여 연속적인 작업이 가능하게 하여 제품의 생산성을 획기적으로 증가시키고 생산비용 또한 절감할 수 있는 유용한 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술이 갖는 단점을 극복하고, 아울러 이미 제안한 발명을 더욱 개량하기 위해 안출된 것으로서, 용해로에 소재를 공급하기 위해 설비의 가동을 중단할 필요가 없으며, 아울러 용해로에 소재를 공급하는 속도를 정밀하게 제어할 필요가 없이 보다 용이하게 연속적으로 금속극세사를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하고 있다.

도1은 본 발명에 의한 금속 극세사의 제조장치의 일 실시예를 도시한 개략도이다.

도2는 도1에 도시된 실시예 중 챔버의 바닥면에 대한 사시도이다.

도3은 도1에 도시된 실시예의 인입챔버에 대한 단면도이다.

도4는 도3에 도시된 인입챔버에 대한 두번째 실시예이다.

도5는 도3에 도시된 인입챔버에 대한 세번째 실시예이다.

[도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명]

10 … 챔버,11 … 용해로,

12 … 회전드럼,13 … 제품 포집수단,

20 … 턱,21 … 개구부,

30 … 인입챔버,31 … 소재,

40 … 피더,50 … 격벽,

51, 52 … 격실,54, 55 … 측면판,

56 … 통로,57, 58 … 실링재,

71 … 유출구,72 … 실링재 저장조

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 챔버와, 상기 챔버 내부에 회전가능하게 설치되는 회전드럼과, 상기 회전드럼의 상부에 설치되고 상기 회전드럼에 용탕을 공급하기 위한 하나 이상의 분출구를 갖는 용해로와, 상기 분출구를 개폐하기 위한 개폐수단과, 완성된 제품을 일시 저장하는 제품 포집수단과, 상기 용해로에 소재를 공급하기 위한 하나 이상의 소재 공급장치로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 챔버는 요구되는 금속 극세사의 품질에 따라서 진공펌프를 이용하여 진공상태로 유지할 수도 있다. 진공분위기에서 작업이 진행되는 경우, 상기 제품 포집수단에 일정량의 제품이 차게되면 작업의 중단없이 제품을 반출하기 위한 수단을 갖는 것이 좋다. 예를 들어, 상기 챔버 내에 별도의 완충챔버를 두고, 상기 완충챔버 내에 제품 포집수단을 설치하여, 반출시에는 완충챔버를 폐쇄하여 챔버와 차단한 후에, 제품 포집수단을 반출하고, 다른 제품 포집수단을 완충챔버 내에 위치시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용해로에 형성된 분출구는 개폐가 가능하도록 구성되어 있다.

이 때, 상기 소재는 챔버의 외벽을 통과하여 용해로 내부로 직접 인입되며, 바람직하게는 상기 소재 공급장치는 상기 챔버의 외벽에 설치된 인입챔버와, 소재가 권취된 롤을 고정하기 위한 롤 고정대와, 상기 인입챔버와 롤 고정대의 사이에설치되어 롤에 권취된 소재를 상기 인입챔버로 공급하며 소재를 공급하는 속도의 조절이 가능한 피더(feeder)로 이루어지는 것이 좋다.

또한, 상기 인입챔버는 케이스와 상기 케이스의 내부에 설치되어 내부를 두개의 격실로 나누는 격벽과, 상기 각각의 격실에 연결된 진공펌프로 이루어지며, 상기 케이스의 양측면판과 상기 격벽은, 내부에 냉각재를 위한 통로를 가지며, 중앙부에는 상기 소재가 통과하기 위한 홀이 천공되어 있고, 상기 소재가 인입되기 시작하는 측면판에 형성된 홀 주위와 상기 케이스와 챔버가 결합하는 면에 기밀을 유지하기 위한 실링재가 설치된 것이 좋다.

그 외에도 상기 인입챔버는 중앙에 상기 소재가 통과하기 위한 홀이 형성되고, 내부에는 냉각재를 위한 통로가 형성되며, 상기 소재와 홀 사이 및 인입챔버와 챔버가 결합되는 면에는 기밀을 유지하기 위한 실링재가 설치된 것이거나, 중앙에 상기 소재가 통과하기 위한 홀이 형성되고, 내부에는 냉각재를 위한 통로가 형성되며, 상기 홀의 내부면에는 다수의 실링재 유출구가 형성되어 있고, 상기 유출구는 인입챔버의 외부에 설치된 실링재 저장조와 연결되며, 상기 인입챔버와 챔버가 결합되는 면에는 기밀을 유지하기 위한 실링재가 설치된 것이어도 좋다.

그리고, 상기 상기 소재 공급장치에 하나 이상의 롤 고정대를 추가적으로 설치하여 연속적인 소재의 공급이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 챔버의 바닥면에는 둘레부분에 턱이 형성되어 있는 개구부가 형성되고, 상기 개구부에는 기밀이 유지되면서 슬라이드 가능하게 도어가 설치되며, 상기 도어의 하부에 상기 제품 포집수단이 탈착이 가능하게 고정되는 것이 좋다.

본 발명은 또한, 용탕을 고속으로 회전하는 회전드럼에 의해 비산시키고, 비산된 용탕을 응고시켜 금속극세사를 제조하는 방법에 있어서, 용해로를 상기 회전드럼의 상부에 설치하여 용탕을 회전드럼의 표면에 낙하시켜서 용탕을 비산시키는 것을 다른 특징으로 하고 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 금속 극세사 제조장치의 실시예에 대하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

도1을 참조하면 상기 챔버(10)의 내부에는 용해로(11)가 설치되어 있다. 상기 용해로(11)의 바닥면에는 용탕을 분출시키기 위한 하나 이상의 분출구(15)가 형성되어 있으며, 분출구(15)의 갯수는 제품의 생산량에 맞춰서 적절하게 변경할 수 있는 것이므로, 본 발명에서는 분출구(15)의 갯수에는 특별한 한정을 두지 않는다. 바람직하게는 상기 분출구(15)에 노즐을 설치하여 용탕의 분출을 보다 용이하게 하는 것이 좋다.

상기 분출구(15)의 하부에 고속으로 회전하는 회전드럼(12)이 챔버(10) 내부에 설치된다. 상기 회전드럼(12)은 고온의 용탕과 상시 접촉하고 있으므로 열에 의한 손상을 방지하기 위해 냉각수단을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 냉각수단은 당업자에게는 잘 알려져 있는 여러가지 수단, 예를 들어 회전드럼(12)의 축 내부를 통해서 냉각수를 통과시키는 수단 등을 사용할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 냉각수단에 대해서는 특별한 제한을 두지 않는다.

도2를 참조하면 상기 챔버(10)의 바닥면에는 개구부가 형성되어 있다. 상기 개구부는 상기 회전드럼(12)의 회전방향 앞쪽에 위치하며 챔버(10)의 벽면과 접하는 부분을 제외한 나머지 3개의 변에 일정한 높이를 갖는 턱(20)이 형성되어 있다.

또한, 상기 개구부의 하부에는 개구부 보다 큰 면적을 갖는 도어(21)가 슬라이드 가능하게 설치된다. 챔버(10) 내부를 진공상태로 하여 작업하는 경우를 고려하여, 상기 도어(21)가 닫혀 있는 동안에 공기가 새지 않도록 실링재를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 도어(21)의 하부에는 상기 제품 포집수단(13)이 탈착 가능하게 설치되어 있다. 제품 포집수단(13)이 챔버(10)의 하부에 장착된 경우에는 상기 도어(21)를 뒤로 슬라이드시켜서 챔버(10)의 내부와 통하도록 한다. 따라서, 생산된 극세사는 상기 개구부를 통과하여 제품 포집수단(13) 내부에 일시적으로 적재되게 된다.

상기 챔버(10)의 외벽에는 후술할 인입챔버(30)가 설치되어 있다. 인입챔버(30) 다음에는 피더(40)가 위치한다. 상기 피더(40)는 도시된 바와 같이 상하로 배치된 롤러(41, 42)의 회전에 의해서 소재(31)를 인입챔버(30) 내로 인입시켜주며, 용탕의 높이변화에 따라서 소재(31)의 공급속도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 피더(40)는 일반적으로 널리 사용되는 엔씨 피더(N/C Feeder)나 와이어 피더(Wire Feeder)를 사용할 수도 있다.

상기 피더(40)의 다음에는 두개의 롤 고정대(33)가 설치된다. 상기 롤 고정대(33)는 소재(31)가 권취된 롤을 고정하며, 상기 피더(40)가 소재(31)를 끌어당김에 따라서 회전하면서 소재(31)를 공급하게 된다. 도시된 바와 같이 두개의 롤 고정대(33)를 설치하여 하나의 소재 롤이 다 소진되면 즉시 다른 롤 고정대(33')로 교체하여 설비의 가동 중지를 최소화할 수 있다. 이때, 상기 두개의 롤 고정대(33,33')가 설치된 바닥판이 회전할 수 있도록 구성하여 롤 고정대(33)의 교체를 보다 용이하게 하는 것이 좋다.

도3을 참조하여 상기 인입챔버(30)에 대해서 상세하게 설명한다. 도시된 바와 같이, 상기 인입챔버(30)는 내부가 비어있는 원통형상을 가지며, 고정나사에 의해서 챔버(10)의 외벽에 고정된다. 이때, 챔버(10)와 인입챔버(30)의 체결면 사이에서 공기가 새어나가는 것을 방지하기 위해서 챔버(10)와 인입챔버(30)의 체결면 사이에는 적절한 실링재(58, 도3에서는 O-ring)를 개재하는 것이 좋다. 또한, 상기 인입챔버(30)의 내부에는 격벽(50)이 설치되어, 상기 인입챔버(30) 내부를 두개의 격실(51, 52)로 구분하고 있다. 상기 각각의 격실(51, 52)에는 진공펌프가 설치되어 챔버(10) 내부의 진공상태를 조절할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 상기 격벽(50)의 수를 늘려서, 인입챔버(30) 내부에 더 많은 수의 격실(51, 52)을 형성하여 진공상태의 조절을 다단으로 할 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 인입챔버(30)의 양측면판(54, 55)과, 격벽(50) 그리고 인입챔버(30)와 결합하는 챔버(10)의 외벽에는 홀이 형성되어 있고, 상기 홀을 통해서 소재(31)가 챔버(10) 내부로 공급된다. 이때, 상기 소재(31)는 용해로(11) 내부의 용탕과 직접 접촉하고 있으므로, 용탕의 고온에 의해서 소재(31)가 인입챔버(30) 내부에서 용해되지 않도록 해야한다. 이를 위해 상기 실시예는 상기 인입챔버(30)의 양측면판(54, 55)과 격벽(50)의 내부에 통로(56)를 형성하여 두고 상기 통로(56)를 통해 냉각재를 순환시켜 소재(31)가 용해되는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 냉각재로는 일반적으로 사용되는 물을 이용할 수 있다. 또한, 상기 양측면판(54, 55)중 소재(31)가 인입되기 시작하는 판(54)의 홀에는 실링재(57, O-ring)가 설치되어 외부의 공기가 인입챔버(30) 내부로 들어오는 것을 방지한다.

도4에는 상기 인입챔버(30)의 두번째 실시예가 도시되어 있다. 상기 실시예에서는 중앙에 소재(31)가 통과하는 홀(60)이 형성되어 있고, 상기 홀(60)에는 실링을 위한 실링재(62), 예를 들면 O-ring이 설치되어 있다. 또한, 상기 인입챔버(30)의 내부에는 냉각재를 위한 통로(61)가 형성되어 있어, 냉각재, 예를 들어 냉각수가 내부를 순환하면서 소재(31)를 냉각시킨다. 또한, 상기 인입챔버(30)와 챔버(10)의 외벽이 결합하는 위치에는 실링재(63)가 개재된다.

도5에는 상기 인입챔버(30)의 세번째 실시예가 도시되어 있다. 상기 실시예는 중앙에 소재(31)가 통과하는 홀이 형성되어 있으며, 상기 홀의 내면에는 다수의 유출구(71)가 형성되어 있다. 도5에는 상하로 3개씩, 총6개의 유출구(71)가 형성되어 있다. 상기 유출구(71)들은 모두 인입챔버(30)의 외부에 설치된 실링재 저장조(72)와 연결되어 있으며, 상기 실링재 저장조(72)에는 액상의 실링재가 저장되어 있어, 상기 유출구(71)를 통해 흘러나와 소재(31)과 상기 홀 사이의 기밀을 유지한다. 또한, 상기 인입챔버(30)와 챔버(10)의 외벽이 결합하는 위치에는 실링재(73)가 개재된다.

이하에서는 상기 실시예의 작동에 대해서 설명한다.

최초로 상기 실시예를 가동하는 경우에는 상기 용해로(11)의 분출구(15)를 개폐수단으로 막은 후에, 용해로(11)를 가열하여 용탕을 만든다. 용탕의 높이가 일정수준에 도달하면 분출구(15)를 열어서 용해로(11) 내부의 용탕이 분출구(15)를통해서 회전드럼(12)의 표면으로 공급되도록 하면 회전드럼(12)의 회전 및 마찰력에 의해서 용탕이 공중으로 비산하면서 응고되어 극세사가 형성된다.

이렇게 제조된 극세사는 상술한 바와 같이 상기 개구부를 통하여 제품 포집수단(13)에 저장되게 된다. 계속적인 작업으로 인해 상기 제품 포집수단(13)에 극세사가 가득 차게 되면 상기 도어(21)를 닫은 후에 제품 포집수단(13)을 챔버로부터 분리한 후 다른 제품 포집수단(13)을 장착한다.

이 과정에서, 생산된 극세사는 상기 도어(21) 위에 쌓이게 되나, 제품 포집수단(13)을 교체하는 시간은 비교적 짧으므로 많은 양이 쌓이지는 않는다. 그 후, 상기 도어(21)를 열게 되면, 쌓여있던 극세사는 상기 턱(20)에 걸려서 제품 포집수단(13) 내부에 적재되므로 설비의 가동을 중지하지 않고 연속적으로 작업을 할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의해서 설비의 가동중단없이 연속적으로 극세사를 제조할 수 있으므로 생산성을 높일 수 있고, 제조단가 또한 절감할 수 있다.

아울러, 상기 용해로 내부로 소재를 공급하는 속도를 조절하여 용탕의 높이를 일정한 수준으로 유지할 수 있으므로 분출구를 통해 공급되는 용탕의 양 및 속도가 일정하게 유지되므로 고품질의 금속극세사를 제조할 수 있다.

Claims

챔버(10)와, 상기 챔버(10) 내부에 회전가능하게 설치되는 회전드럼(12)과, 상기 회전드럼(12)의 상부에 설치되고 상기 회전드럼(12)에 용탕을 공급하기 위한 하나 이상의 분출구(15)를 갖는 용해로(11)와, 상기 분출구(15)를 개폐하기 위한 개폐수단과, 완성된 제품을 일시 저장하는 제품 포집수단(13)과, 상기 용해로(11)에 소재를 공급하기 위한 하나 이상의 소재 공급장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제1항에 있어서,

상기 소재 공급장치는, 상기 챔버(10)의 외벽에 설치된 인입챔버(30)와, 소재(31)가 권취된 롤을 고정하기 위한 롤 고정대(33)와, 상기 인입챔버(30)와 롤 고정대(33)의 사이에 설치되어 롤에 권취된 소재(31)를 상기 인입챔버(30)로 공급하며 소재(31)를 공급하는 속도의 조절이 가능한 피더(feeder, 40)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제2항에 있어서,

상기 인입챔버(30)는, 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 내부를 두개의 격실(51, 52)로 나누는 격벽(50)과, 상기 각각의 격실(51, 52)에 연결된 진공펌프로 이루어지며, 상기 케이스의 양측면판(54, 55)과 상기 격벽(50)은, 내부에냉각재를 위한 통로(56)를 가지며, 중앙부에는 상기 소재(31)가 통과하기 위한 홀이 천공되어 있고, 상기 소재(31)가 인입되기 시작하는 측면판(54)에 형성된 홀 주위와 상기 케이스와 챔버(10)가 결합하는 면에 기밀을 유지하기 위한 실링재(57, 58)가 설치된 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제3항에 있어서,

상기 케이스의 내부에 두개 이상의 격벽(50)을 설치하여 세개 이상의 격실을 형성하고, 상기 각각의 격실에 진공펌프를 연결한 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제2항에 있어서,

상기 인입챔버(30)는, 중앙에 상기 소재(31)가 통과하기 위한 홀(60)이 형성되고, 내부에는 냉각재를 위한 통로(61)가 형성되며, 상기 소재(31)와 홀(60) 사이 및 인입챔버(30)와 챔버(10)가 결합되는 면에는 기밀을 유지하기 위한 실링재(62)가 설치된 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제2항에 있어서,

상기 인입챔버(30)는, 중앙에 상기 소재(31)가 통과하기 위한 홀이 형성되고, 내부에는 냉각재를 위한 통로(70)가 형성되며, 상기 홀의 내부면에는 다수의 실링재 유출구(71)가 형성되어 있고, 상기 유출구(71)는 인입챔버(30)의 외부에 설치된 실링재 저장조(72)와 연결되며, 상기 인입챔버(30)와 챔버(10)가 결합되는 면에는 기밀을 유지하기 위한 실링재(73)가 설치된 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 소재 공급장치는 하나 이상의 상기 롤 고정대(33')를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 챔버(10)의 바닥면에는 둘레부분에 턱(20)이 형성되어 있는 개구부가 형성되고, 상기 개구부에는 기밀이 유지되면서 슬라이드 가능하게 도어(21)가 설치되며, 상기 도어(21)의 하부에 상기 제품 포집수단(13)이 탈착이 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 금속 극세사 제조장치.
용탕을 고속으로 회전하는 회전드럼(12)에 의해 비산시키고, 비산된 용탕을 응고시켜 금속극세사를 제조하는 방법에 있어서,

용해로(11)를 상기 회전드럼(12)의 상부에 설치하여 용탕을 회전드럼(12)의 표면에 낙하시켜서 용탕을 비산시키는 것을 특징으로 하는 금속극세사의 제조방법.