KR20180046652A - Cone-shaped water atomizing variable nozzle for producing metal powder - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a variable nozzle of a water jet atomizer system for effectively manufacturing metal powder. The present invention employs a double structure of nozzles composed of upper and lower ends, and uses a spray path as a controllable distance therebetween. Therefore, a process variable such as water spray pressure, a flow amount, and a flow rate is elastically adjusted, and a water jet is injected into molten metal in a conical shape.

Description

금속 분말 제조를 위한 원추형 수분사 아토마이저 가변 노즐{Cone-shaped water atomizing variable nozzle for producing metal powder}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cone-shaped water atomizing variable nozzle for producing metal powder,

본 발명은 금속 분말을 제조하기 위한 수분사 제조 장치의 노즐 부분에 관한 것으로, 구체적으로는 상하부로 나누어진 노즐의 위치를 가변 형으로 제작하여, 그 사이의 틈(Gap)을 수분무 경로로 이용한 방법을 적용하였다. 그 결과로 아토마이징 시스템 공정에 대한 사용자의 능동적인 제어 기능을 강화시킴에 따라서, 용융된 금속 용탕과 하방으로의 원추 (Circular cone) 형태의 수 분무 충돌 효율 증대 효과에 의해, 효과적이고 안정성 있는 수분사 공정을 가능하도록 하는 노즐 장치에 관한 기술이다.The present invention relates to a nozzle portion of a water jet apparatus for manufacturing a metal powder, specifically, a nozzle portion divided into upper and lower portions is formed in a variable shape, and a gap between the nozzles is used as a water spray path Method. As a result, the active control function of the user for the atomization system process is strengthened. Therefore, by the effect of increasing the water spray collision efficiency in the form of a circular cone to the molten metal melt and downward, The present invention relates to a nozzle device capable of performing a spraying process.

분말 성형 기술이 점차 발달함에 따라서, 자동차, 항공, 선박, 기계 등 다양한 산업 분야에 금속 분말 이용 증가 및 이에 대한 수요가 지속적으로 늘어나고 있다. 이에 따라 분말의 대량생산에 적합하고 금속을 녹여서 특정한 형태 및 특성이 있게 하는 분말 제조 방법이 주목을 받고 있다.As the powder molding technology has progressed, the use of metal powders in various industries such as automobiles, aviation, ships, machinery, and the like is continuously increasing. Accordingly, a method of manufacturing a powder suitable for mass production of a powder and melting the metal to give a specific shape and characteristics has been attracting attention.

일반적으로 금속 분말을 제조하는 방법에는 절삭, 분쇄, 충격을 이용하는 기계적 제조방법이 있고, 전해질 용액으로부터 분말을 석출시키는 전해법, 산화물을 환원하여 스펀지(sponge) 형태로 제조 및 수증기 분해와 액화시키는 열분해를 하는 화학적 제조방법, 그리고 원심력, 가스, 물을 분무하여 분말을 제조하는 분사 방법이 있다.Generally, there are mechanical production methods using cutting, crushing and impact in the production of metal powders, electrolytic methods in which powder is precipitated from an electrolyte solution, oxides are reduced into sponge form, and pyrolysis And a spraying method for producing powders by spraying centrifugal force, gas or water.

상기에 나열된 방법들 중에서, 물을 분사하는 방법을 적용한 수분사 아토마이징은 1962년에 A.O. Smith 회사에 의해 처음으로 개발되었으며, 냉각속도가 빠르고, 비교적 간단한 설비 구성이 가능하다는 점, 고순도 및 성형성이 우수하기 때문에 성공적으로 시장에 안착하게 되었다.Of the methods listed above, water jet atomization using a method of spraying water was carried out in 1962 by A.O. Developed by Smith Company for the first time, it has been successfully placed on the market because of its fast cooling rate, relatively simple equipment configuration, high purity and excellent moldability.

철(Fe), 구리(Cu), 스테인리스강(SUS), 니켈(Ni) 같은 금속과 그 합금은 용융점이 높은 특징을 가지고 있으며, 다양한 분야에 사용되고, 이에 대한 분말 소비량이 많으므로, 그 생산량에서 수분사 방법이 차지하는 비중이 높은 것으로 알려져 있다. Metals such as iron (Fe), copper (Cu), stainless steel (SUS) and nickel (Ni) and their alloys have a high melting point characteristic and are used in various fields and have a high consumption of powder. It is known that the proportion of water spraying method is high.

수분사 방법은 원재료를 녹여 용탕 형태로 내리고, 고압의 물을 분사시킴으로써, 용탕 줄기의 특정 지점에서 서로 충돌하고, 그 에너지에 의하여 분말을 만드는 방법이다. 그러나 충돌하는 힘이 상쇄되어 워터제트(water-jet)에 의한 충격에너지가 용탕에 모두 전달되지 못하고 에너지 손실이 발생하여, 분말 생산 수율이 떨어지게 되며, 이를 해결하기 위해서는 더 많은 물 유량이 필요하며, 수압을 더 높여야 하는 문제점이 발생하게 된다. The water jet method is a method of melting the raw materials into a molten metal form and injecting high pressure water to collide with each other at specific points of the molten metal stem, and to make powder by the energy. However, since the collision force is canceled, the impact energy due to the water-jet can not be transmitted to the molten metal, energy loss occurs, and the yield of powder production is lowered. In order to solve this problem, There is a problem that the water pressure must be further increased.

또한, 분말 입자화에 필요한 냉각속도를 확보하기 위해서 일정 부분 물의 소비가 생겨나게 되고, 고압분사로 인해 충돌 영역에서 발생하는 와류(vortex)로 인하여 용탕 줄기에 영향을 주는 역류가 발생함으로써 오리피스가 막혀, 분말 조업을 방해하는 상태에 도달할 수 있다.In order to secure the cooling rate required for the powder granulation, water is consumed in a certain amount, and the backflow that affects the molten metal stem is generated due to the vortex generated in the collision region due to the high pressure injection, It is possible to reach a state that interferes with the powder operation.

예를 들어, 분사 조건에서 압력이 너무 높으면 용탕에 대한 물의 영향력이 너무 커지게 되어, 형성되는 분말의 형태는 불규칙하게 되고, 반대로 압력이 너무 낮으면 100㎛ 이하의 미세 분말에 대하여 평균 입경의 높은 수율을 기대하기 어렵다. For example, if the pressure is too high in the spraying condition, the influence of water on the molten metal becomes too large, and the shape of the powder to be formed becomes irregular. On the contrary, if the pressure is too low, The yield is hard to expect.

게다가, 단위시간당 흐르는 물의 유량이 너무 많으면 분말의 냉각속도가 급격히 가속하게 되어 불규칙 형상 비율이 증가하게 되고, 반면에, 너무 적으면 냉각속도가 저하되어 생성되는 분말 표면에 산소 함유량이 점차 높아지게 된다. In addition, if the flow rate of water flowing per unit time is too large, the cooling rate of the powder sharply accelerates and the irregular shape ratio increases. On the other hand, if it is too small, the cooling rate decreases and the oxygen content gradually increases on the surface of the powder to be produced.

이처럼, 수분사 공정을 통한 금속 분말 생산에서, 전반적인 아토마이징 시스템 제어뿐만 아니라 노즐 설계에 의한 공정 변수 확립의 중요성으로 인하여, 경제성, 안정성 그리고 생산의 효율성을 높이기 위한 기술 연구개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 개별 연구그룹들은 최적화 조건을 찾고 다양한 아이디어 창출을 통한 설계 적용 등의 활발한 노력을 이어나가고 있다.In this way, in the production of metal powders by the water injection process, due to the importance of not only controlling the overall atomization system but also establishing the process parameters by nozzle design, technical research and development are being actively carried out in order to improve economy, stability and production efficiency , Individual research groups are pursuing optimization efforts and applying design through various ideas creation.

이에 대한 사례로, 미국특허 제8534577호에서는 노즐로부터 분사되는 물방울의 크기를 조절하고 동시에 분사각도를 고정 또는 변화시킬 수 있는 기능을 설계하였다. 이에 따르면, 노즐에서 물이 유입되는 부분에 상하로 구분된 노즐 판을 제작하고, 양 노즐 사이에 물이 흐를 수 있는 다수의 슬롯(slot, 구멍)을 설계하였다. 각 슬롯에는 오리피스가 설치되고 고무 또는 고분자 재료로 밀봉(sealing)하는 방법으로 이를 통해 압력을 제어할 수 있도록 하여, 슬롯 부분 제어를 통해, 수량, 각도를 제어함으로써 물방울(droplet) 크기를 조절할 수 있도록 적용하였다. 그러나 복잡한 설계로 인해 제작이 어렵고 이에 소요되는 시간과 비용이 증가한다는 점 그리고 밀봉 부에 막힘 현상이 발생할 확률이 높아지며, 연질의 재료를 사용했기 때문에 반복사용에 따른 내구성 저하 및 변형가능성이 우려된다.As an example of this, U.S. Patent No. 8534577 has designed a function to adjust the size of droplets ejected from a nozzle and fix or change the injection angle at the same time. According to this, a nozzle plate divided into upper and lower portions is formed at a portion where water flows in the nozzle, and a plurality of slots (holes) through which water flows between both nozzles are designed. Each slot is equipped with an orifice and is sealed with rubber or polymer material to control the pressure through it. By controlling the slot part, it is possible to control the size of the droplet by controlling the quantity and angle. Respectively. However, due to the complicated design, it is difficult to manufacture, the time and cost are increased, and the possibility of clogging of the sealing part increases. Also, since the soft material is used, the durability and the possibility of deformation due to repeated use are worried.

국내에서 발명된 금속 분말 생산을 위한 수분사 노즐 개발 동향 중, 국내 특허 출원번호 10-2012-014982에 따르면, 자유 낙하하는 용탕의 좌우 측면에 설치된 노즐에서 부채꼴 형태의 수분무를 가함으로써, 금속 분말의 효율성을 향상시키는 장치를 개발하였다. 그러나 노즐 분사 각도를 대칭적으로 정렬하는 작업은 손쉽지 않으며, 수분무가 가해지는 방향이 한정적으로 작용한다.Among the trends in the development of water spray nozzles for the production of metal powders invented domestically, according to the domestic patent application No. 10-2012-014982, by adding a fan-shaped water content to the nozzles provided on the left and right sides of the free falling metal, We have developed a device that improves efficiency. However, it is not easy to align the nozzle injection angle symmetrically, and the direction in which moisture is applied is limited.

한편, 국내 특허 출원번호 10-2012-014982로부터 고안된 노즐 설계 시스템은 물을 분사하기 위해 일정의 각도로 배치된 복수의 노즐을 설치함으로써 용탕에 대한 워터제트의 충격력 전달을 높이게 되어, 분말의 효율을 향상한다. 그러나 해당 노즐은 장착되는 노즐의 숫자가 증가하고, 다수의 노즐로부터 용탕과 충돌시킬 수 있도록 정밀하게 초점을 맞추기가 어렵기 때문에, 노즐 제작비용이 급격히 상승하고 유지 및 관리가 용이하지 않다. On the other hand, the nozzle design system designed by the domestic patent application No. 10-2012-014982 improves the impact force of the water jet on the molten metal by providing a plurality of nozzles arranged at a predetermined angle in order to inject water, Improvement. However, since the number of the nozzles to be mounted on the nozzles increases and it is difficult to precisely focus the nozzles so that they can collide with the molten metal, the manufacturing cost of nozzles rises sharply and maintenance and management are not easy.

본 발명은 수분사 아토마이징 시스템의 가변 노즐 설계를 적용하여, 노즐 분사 경로 폭을 제어하고, 이에 따라 공정에서의 워터제트 유속, 압력, 유량을 조절함으로써, 금속분말의 효율성을 증가시키고, 일관성 있고 안정적인 분말 제조를 가능하게 하는 장치를 제공하고자 함이다.The present invention applies a variable nozzle design of a water injection atomization system to control the nozzle jetting path width and thereby control the water jet flow rate, pressure and flow rate in the process, thereby increasing the efficiency of the metal powder, And to provide a device that enables stable powder production.

또한, 종래의 노즐 장치들이 노즐의 관절부를 제어하여 분사각도를 배치하는 데 어려움이 있었고, 용탕과 워터제트가 충돌하는 APEX 지점으로부터 발생할 수 있는 역류로부터, 용탕의 흐름이 불안정해지기 때문에, 이에 대한 영향으로 오리피스가 냉각되어, 용탕의 흐름이 막힘에 이르는 현상을 해결하려 함이다.Also, since the conventional nozzle devices have difficulties in controlling the joint of the nozzle to arrange the spraying angle, and the flow of the molten metal becomes unstable from the backflow that may arise from the APEX point where the melt and the water jet collide with each other, This is to solve the phenomenon that the orifice is cooled by the influence and the flow of the molten metal is blocked.

상기에 전술된 본 발명의 목적을 달성하고 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서 제시하고 있는 도면들과 실시예를 참조하면, 턴디쉬로부터 용융된 금속이 오리피스를 통과하여, 하방으로의 흐름이 발생하고,In order to accomplish the objects of the present invention described above and to solve the problems of the prior art, referring to the drawings and embodiments presented in the present invention, molten metal from a tundish passes through an orifice and flows downward Lt; / RTI >

용탕 진행방향에 대하여, 원추형으로 워터제트를 가하는 수분사 노즐을 포함하고, And a water jet nozzle for applying a water jet conically to the direction of the molten metal,

노즐 구조는 장치를 지지하기 위한 노즐 판과 바로 위에 하부 노즐, 상부 노즐 순서로 위치하며, 용탕이 통과하는 오리피스를 보호하기 위한 오리피스 덮개 그리고 용탕을 보호하기 위한 배플(baffle)로 구성되어 있으며,The nozzle structure is composed of a nozzle plate for supporting the apparatus, a lower nozzle and an upper nozzle in order, an orifice cover for protecting the orifice through which the molten metal passes, and a baffle for protecting the molten metal.

노즐 상부와 하부 사이의 간격이 물이 통과하여 분무 될 수 있도록 하는 경로의 역할을 하고, 노즐의 위치를 가변적으로 이동하는 기능을 제공하여, 양 노즐 사이의 미세한 틈(Gab) 거리를 조절할 수 있다.The distance between the upper part of the nozzle and the lower part functions as a path for allowing water to pass through and sprayed, and it is possible to adjust the distance of the gap between the both nozzles by providing a function of moving the position of the nozzle variablely .

또한, 설계 단계에서 환 형태 (ring shape)로 구성되어 있는 노즐의 워터제트 배출구 및 노즐에서 분사되는 워터제트와 턴디쉬로부터 흐르는 용탕이 충돌하는 지점(APEX)은 일정한 규격을 가지고 고정되어 있으며,In addition, the water jet outlet of the nozzle formed in a ring shape in the designing stage and the point where the water jet injected from the nozzle collide with the molten metal flowing from the tundish are fixed with a certain size,

분말 입자화를 위한, 충격에너지를 극대화할 수 있는 분사각도는 상하부 노즐 사이의 수분무 경로에서부터 일관성 있게 유지되고,The spray angle for powder granulation, which can maximize the impact energy, is maintained consistently from the water spray path between the upper and lower nozzles,

종래의 노즐 기술과 달리 분사각도 조절을 위한 별도의 관절 부품이 필요하지 않는 특징을 가지며,Unlike the conventional nozzle technology, it has a feature that no separate joint parts are required for adjusting the spray angle,

배플은 수직방향으로는 오리피스로부터 apex 상부 지점까지, 수평으로는 노즐 유닛의 중심에 배치되어, 용탕이 흐르는 경로에 영향을 주지 않는 형태로 설치되었다.The baffle was installed vertically from the orifice to the top of the apex and horizontally at the center of the nozzle unit, so that it did not affect the flow path of the molten metal.

본 실시예에 따르면, 일반적으로 수분사 노즐이 양쪽에서 대칭적으로 수분무를 가하여 용탕에 충돌시키는 방법을 적용한 기술과 다르게, 원추형의 형태로 워터제트가 가해지기 때문에, 물 분사에 대한 효율성을 극대화할 수 있으며, 물의 낭비를 막을 수 있을 뿐만 아니라 금속 분말의 품질과 특성 향상 및 균일성을 강화한다.According to the present embodiment, unlike the technique in which the water jet nozzle is symmetrically applied to the molten metal by applying water to both sides of the water jet nozzle in a symmetrical manner, water jets are applied in a conical shape to maximize the efficiency of water jetting Which not only prevents water from being wasted but also improves the quality and properties of the metal powder and enhances uniformity.

수분사 시스템이 이중구조로 이루어진 상하부 노즐에 의해서, 유속, 분사압력, 유량을 가변적으로 제어할 수 있고, 그 결과로 금속 분말의 입도 분포에서의 조대한 분말 비율과 불규칙한 형상 발생을 최소화하기 때문에 분말 수율 향상을 기대할 수 있고,Since the water injection system can variably control the flow velocity, the injection pressure and the flow rate by the upper and lower nozzles having the double structure, as a result, the ratio of coarse powder in the particle size distribution of the metal powder and the occurrence of irregular shape are minimized, The yield can be expected to be improved,

종래의 노즐에 비하여, 상대적으로 노즐 구성이 간단하고, 정밀성이 뛰어나, 필요한 부품을 최소화하여, 노즐 제작비용을 절감할 수 있는 경제성을 제공하고, 스테인리스 재질로 제작되어 부식과 마찰에 대한 저항성을 확보하였단 점도 유지 관리의 편의성을 높이고 있다.Compared to conventional nozzles, the nozzle structure is relatively simple, and the precision is excellent. Therefore, it is possible to minimize the required parts and to provide economical efficiency to reduce the manufacturing cost of nozzles, and to secure the resistance against corrosion and friction by being made of stainless steel The convenience of maintenance is also enhanced.

게다가 노즐에 장착되는 배플은 공정 중에 발생하는 수증기의 영향을 줄이고, 액적과 워터제트가 역방향으로 흐르는 현상을 방지하여, 용탕의 흐름성을 유지하고 오리피스가 냉각되어 막히는 현상을 사전에 방지하게 되어, 공정의 안정성이 확보된다.In addition, the baffle mounted on the nozzle reduces the influence of water vapor generated during the process, prevents the droplets and water jets from flowing in the opposite direction, prevents the flow of the molten metal and prevents the clogging of the orifice, The stability of the process is secured.

도 1은 본 발명 장치의 적용의 실시 예에 따른 금속 분말 제조를 위한 수분사 아토마이징 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1로부터 노즐 부를 확대한 것으로 원추형 수분무가 가능하고 분무 경로를 가변적으로 제어할 수 있는 노즐 장치에 대해 상세한 설계 사항을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram of a water jet atomizing apparatus for the production of metal powders according to an embodiment of the application of the apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the nozzle unit shown in FIG. 1, showing detailed design details of a nozzle apparatus capable of conically dividing water and capable of variably controlling the spraying path.

본 발명에 첨부한 도면들을 참조하여, 실시예를 구성하여 나타내면 아래와 같다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described below.

도 1은 수분사 아토마이징 방법으로 공급되는 물로부터 워터제트를 용탕에 분사하여 금속 분말을 제조하는 장치에 대한 공정도이다.FIG. 1 is a process diagram for an apparatus for producing a metal powder by spraying a water jet from a water supplied by a water jet atomizing method onto a molten metal.

도 1을 참고하면, 그 내부에 용융된 금속인 용탕(101)이 위치하게 되고, 이는 벽면 내부에 설치되어 있는 고주파 유도 가열 장치(102)에 의해 일정시간 동안, 순수한 금속 또는 합금에 융점이상의 온도를 가함으로써, 원재료인 잉곳(Ingot)을 녹이게 되며, 이는 하방으로 용탕(101)을 배출하기 위한 턴디쉬(103)에서 우선적으로 실시되는 공정이다.Referring to FIG. 1, a molten metal 101 as a molten metal is placed in the molten metal. The molten metal 101 is heated by a high-frequency induction heating apparatus 102 installed inside the wall for a predetermined time, Thereby melting the ingot, which is a raw material, which is preferentially performed in the tundish 103 for discharging the molten metal 101 downward.

턴디쉬(103) 하부에 위치하고, 일정크기의 구경을 가지는 오리피스(111) 내부로 용탕(101)의 자유 낙하가 진행되고, 오리피스(111) 구경은 공정에 따라 상이한 규격을 사용할 수 있으며, 용탕(101)의 유동도와 흐름성(flowability) 그리고 유량을 제어하는 역할을 한다.The free fall of the molten metal 101 proceeds to the inside of the orifice 111 having the bore of a predetermined size and located at the lower portion of the tundish 103. The orifice 111 may have different diameters depending on the process, 101), and the flow rate and the flow rate of the fluid.

이윽고, 용탕(101)은 통합노즐 유닛(112)을 통과하고, 아토마이징 공정 챔버(121)에 도달하여, 분말 입자화를 시작하기 위한,The molten metal 101 passes through the integrated nozzle unit 112 and reaches the atomization process chamber 121 to start powder particle formation,

Apex 지점, 즉 일정하게 흐르는 용탕과 원추형으로 분사되는 워터제트가 만나 충돌하여, 비산하는 입자로부터 금속 분말 형성 과정이 일어나게 된다.The Apex point, that is, the constant flow of molten metal and cone-shaped water jet collides with each other, resulting in the formation of metal powder from the flying particles.

미세화된 분말들은 아토마이저 챔버(121)에 미리 1/3가량 채워 놓은 물 으로 진입하여 침전되게 된다.The micronized powders are introduced into the atomized chamber 121 in advance by about 1/3 of the water to be precipitated.

다음으로, 분말 회수 용기(131)에 침전된 분말은 물과 분리하여, 회수되고,Next, the powder settled in the powder recovery container 131 is recovered by being separated from water,

후속 공정은 사이클론(cyclone) 장치를 거쳐 일정 규격의 메쉬(mesh) 망을 통하여, 분급이 이루어지며, 이를 다시 사이클론에 이동하여 메쉬 망으로 분급하는 반복 공정을 통하여, 분말을 선별하고, 다음 순서로, 열처리에 의한 환원공정을 뒤이어 진행하는 것이 일반적으로 수분사 방법을 통해 금속 분말을 제조하는 방법으로 널리 알려졌다.The subsequent processes are classified through a cyclone apparatus and through a mesh of a certain standard, and then transferred to a cyclone and classified into a mesh network. The powders are sorted and sorted in the following order , Followed by a reduction process by heat treatment, is generally known as a method for producing a metal powder through a water jetting method.

도 2를 참조하면, 노즐의 구성은 몇몇 부품들로 구별되어 명명되어있고, 최상단부에는 오리피스 용기(201)가 위치하여, 노즐과 오리피스(111)를 연결하고 이를 보호하는 역할을 하며,Referring to FIG. 2, the structure of the nozzle is distinguished and named as several parts, and the orifice vessel 201 is located at the uppermost part to connect and protect the nozzle and the orifice 111,

상부 노즐(202)과 하부 노즐(203) 순으로 배치되며, 두 구성요소를 노즐 판(204)이 지탱하는 역할을 하고,The upper nozzle 202 and the lower nozzle 203 are arranged in this order. The nozzle plate 204 supports the two components,

상하부 노즐(202, 203)의 사이는 물이 공급되어 분사에 이르기까지의 경로이며, 그 간격(Gap)은 하부 노즐(203)의 위치를 가변적으로 조절함으로써 변경할 수 있다.The space between the upper and lower nozzles 202 and 203 is a path from the supply of water to the injection, and the gap Gap can be changed by varying the position of the lower nozzle 203.

이는 도 2의 워터제트 배출 분사구(211) 및 이를 확대한 그림(View of "A")을 통하여, 상세히 나타나있고,This is shown in detail through the water jet ejection nozzle 211 and the enlarged view ("A") of FIG. 2,

배플(212)는 통합 노즐 유닛(112)에 설치되어, 용탕(101) 보호 및 역류와 오리피스(111) 막힘 방지의 역할을 수행하며,The baffle 212 is installed in the integrated nozzle unit 112 and serves to protect and reverse the molten metal 101 and prevent clogging of the orifice 111,

도 2에 도시되어 있는 각 부분은 쉽게 탈착과 부착이 가능하게 함으로써 장비 유지 관리를 용이하게 함을 특징으로 한다.Each of the parts shown in FIG. 2 is easily detachable and attachable, thereby facilitating equipment maintenance.

금속 분말 생산 메커니즘은 용융 금속이 공정 챔버(121)의 특정 지점에 진입하여, 원추형으로 분사되는 워터제트와 충돌함으로써 발생하는 액적의 하강이 진행됨에 따라, 마찰의 영향과 입자 간 충돌에 의해 분말 형태와 품질 그리고 특성이 결정되는 것으로 설명할 수 있고,The metal powder production mechanism is a mechanism in which the molten metal enters a specific point in the process chamber 121 and collapses with a conical water jet so that the droplet descends, And quality and characteristics are determined,

이 과정에서, 상대적으로 고온의 용탕(101)과 온도가 낮은 물의 분무에 의해 챔버 내에서 분말 제조가 진행되면서, 냉각속도의 차이가 발생하게 되는데,In this process, the powder is produced in the chamber by the spraying of the relatively-high-temperature molten metal 101 and the low-temperature water,

냉각속도가 너무 빠르게 되면, 분말의 불규칙 형상 분포가 증가하게 되고, 반대 경우엔 산소함유량이 증가하게 되는 문제점이 발생하게 된다. If the cooling rate is too high, the irregular shape distribution of the powder increases, and in the opposite case, the oxygen content increases.

또한, 분말의 평균 입도와 형상은 분사되는 워터제트 압력의 영향을 크게 받기 때문에,In addition, since the average particle size and shape of the powder are greatly affected by the jetting water jet pressure,

압력이 특정 임계 값 이하로 낮아지게 되면, 분말의 입도 분포에서 조대 분말이 점유하는 비율이 급격하게 증가하게 되어, 미세 분말의 수율은 비례적으로 낮아지며,If the pressure falls below a certain threshold value, the ratio of the coarse powder occupied by the powder in the particle size distribution increases sharply, the yield of the fine powder decreases proportionally,

반대로 상승시킬수록, 용탕(101) 흐름에 대한 워터제트 분무 영향력의 우세가 강화되기 때문에, 이에 따라 불균형 형태의 금속 분말 비율이 증가하게 된다.Conversely, the higher the ratio is, the higher the dominance of the water jet spraying influence on the flow of the molten metal 101, so that the proportion of unbalanced metal powder increases.

게다가, 고압 형태로 분사되는 물줄기에 의해 용탕(101) 줄기는 극히 미세한 물방울 형태로 전환되는, 스플레시(splash) 현상이 발생한다.In addition, a splash phenomenon occurs in which the stem of the molten metal 101 is converted into an extremely fine droplet form by the water stream injected in the high pressure form.

이 중에서, 튕긴 물방울들은 곧바로 응고되기도 하고 동시에 만들어지는 다른 물방울들은 냉각에 의해 고체로 굳어지는 동안에 서로 결합하여 다수의 불규칙한 모양을 가지게 된다. Among these, the water droplets that are splashed immediately solidify, and the other water droplets that are produced at the same time are solidified into a solid by cooling, and combine to form a plurality of irregular shapes.

본 발명에서 설계한 수분사 노즐의 가변 기능을 이용한다면, 수분사 조건을 효과적으로 적용하여, 균일성과 고품질을 가지는 금속 분말을 생산할 수 있는 공정을 확립할 수 있으며, 그 과정에서의 시행착오를 줄이게 됨으로써, 효율적으로 시간을 이용하고 비용을 절감할 것으로 기대할 수 있다.By using the variable function of the water spray nozzle designed in the present invention, it is possible to establish a process capable of producing a metal powder having uniformity and high quality by effectively applying the water jetting conditions, and by reducing trial and error in the process , We can expect to use time efficiently and reduce costs.

또한, 용융되는 순금속이나 합금의 종류 및 오리피스(111) 직경에 따라서 용탕의 온도, 유동성, 그리고 흐름이 변하기 때문에, 이에 대응할 수 있는 분말화 최적의 조건을 상대적으로 빠르게 접근할 수 있는 공정 방안 수립에 유효하다.In addition, since the temperature, fluidity and flow of the molten metal change depending on the type of the pure molten metal or alloy and the diameter of the orifice (111), it is necessary to establish a process for relatively quickly approaching the optimum conditions of powderization Valid.

본 발명 장치는 워터제트 분사에서의 유속, 유량, 압력 등을 제어할 수 있고, 원추형 층류(laminar flow) 분사형태를 통하여 물에 의한 충격에너지를 용탕(101)에 유효하게 전달하며, 역류와 오리피스 막힘에 대한 방지로 인하여 안정성을 특징으로 하기 때문에, 종래의 기술의 한계점을 분명하게 개선할 수 있다.The apparatus of the present invention is capable of controlling the flow rate, flow rate, pressure, etc. in the water jet injection and effectively transmits the impact energy caused by water through the conical laminar flow injection form to the molten metal 101, Since it is characterized by stability due to prevention of clogging, the limitations of the prior art can be clearly improved.

구조적인 측면에서, 상기의 노즐은 원형으로 워터제트를 분사하는 단일 형태로 이루어졌기 때문에, 복수 이상의 분사구를 사용할 경우에 발생하는 간섭현상으로부터 벗어나게 된다.From the structural point of view, the nozzles are formed in a single shape that ejects water jets in a circular shape, and therefore, they are free from the interference phenomenon that occurs when a plurality of nozzles are used.

그러므로 본 발명 장치를 통하여, 금속 분말의 품질 향상, 수율 증가, 노즐 수 감소 및 분사 각도 조절을 위한 노즐 관절부 미사용에 따라 관련 부품 비용을 절감할 수 있고, 설비 투자비용, 생산 원가, 유지비와 같은 경제성인 측면에서 장점을 가지며, 녹과 부식에 강한 스테인리스 계열의 재료를 이용하여 노즐을 제작할 수 있으므로 장기간 생산 조업이 가능하다는 안전성을 보장한다.Therefore, through the apparatus of the present invention, it is possible to reduce the cost of related parts in accordance with the quality improvement of the metal powder, the increase of the yield, the decrease of the number of nozzles and the nozzle joint for the adjustment of the injection angle, It has the advantage in terms of adult and stainless steel material which is resistant to rust and corrosion can be used to manufacture the nozzle, thus ensuring safety that long-time production is possible.

상기에 명시된 본 발명은 첨부한 도면을 바탕으로 하여, 수분사 아토마이징 방법을 이용한 금속 분말 제조의 실시예를 설명한다. 본 발명은 해당 기술 분야에서 보편적인 지식을 갖춘 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상술되어 있으며, 여기서 사용한 전문용어들은 이에 부합하는 의미를 가진다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되지 않고, 청구범위와 본질적인 개념으로부터 도출되는 다양한 형태를 포함한다.The above-mentioned invention of the present invention will be described on the basis of the accompanying drawings by way of examples of the metal powder production using the water spray atomization method. It is to be understood that the present invention has been described in order to facilitate the practice of those skilled in the art, and the terminology used herein has a corresponding meaning. The scope of the present invention is not limited to the specific embodiments but includes various forms derived from the claims and essential concepts.

101 용탕 (Molten metal)
102 고주파 유도 가열 장치(High-frequency induction heating part)
103 턴디쉬(Tundish)
111 오리피스(Orifice)
112 통합 노즐 유닛 (Combined nozzle units)
121 아토마이징 공정 챔버(Atomizing process chamber)
131 분말 회수 장치(Powder collector)
201 오리피스 용기(Orifice cap)
202 상부 노즐(Top part of nozzle)
203 하부 노즐(Bottom part of nozzle)
204 노즐 판(Nozzle plate)
211 워터제트 배출 분사구(Water-jet outlet nozzle)
212 배플(baffle)101 Molten metal
102 High-frequency induction heating part
103 Tundish
111 Orifice
112 Combined nozzle units
121 Atomizing process chamber
131 Powder collector
201 Orifice cap
202 Top part of nozzle
203 Bottom part of nozzle
204 Nozzle plate
211 Water-jet outlet nozzle
212 baffle

Claims (3)

금속 분말 제조를 위한 용도로 설계된 가변 노즐에 관한 사항으로 상하로 나누어진 이중 구조를 적용하고, 그 사이 간격(Gap)을 수분무 분사경로로 이용하며, 노즐 하단 위치에 따라 내경 크기를 제어하는 기능을 제공하는 장치.This is a variable nozzle designed for metal powder production. It adopts a double structure divided into upper and lower parts, uses gap as a water spray path, and controls the inner diameter size according to the lower end position of the nozzle . 본 노즐 기구의 구조는 턴디쉬 하단부의 오리피스를 보호하기 위한 오리피스 용기(cap), 수분무를 위한 상부 노즐 및 하부 노즐, 이를 지탱해주는 노즐 판, 그리고 역류 현상을 억제하여 오리피스 막힘을 방지할 수 있도록 배플(baffle)이 함께 구성되어 있는 장치.The structure of the nozzle mechanism includes an orifice container for protecting the orifice at the lower end of the tundish, an upper nozzle and a lower nozzle for moisture, a nozzle plate for supporting the nozzle, and a baffle (baffle). 수분사 경로는 오리피스 내경 중심의 수직방향에 대하여, 원형의 배출구로부터 동일한 각도를 이루고 있으며, 용탕의 한 지점에 원추형으로 워터제트를 집중, 분사하는 금속 분말 제조 장치.
The water jetting path has the same angle from the circular discharge port with respect to the vertical direction of the center of the inner diameter of the orifice, and concentrates and ejects the water jet in a conical shape at one point of the molten metal.

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