JP2010523817A - 粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

機械加工時に発生される粉鉄を利用して鉄ブロックを製造する装置及び方法を開示する。前記装置は、チップ形態の粉鉄が投入されるホッパーと、該ホッパーのすぐ下に位置されて、上部と下部に一つ以上の投入口及び排出口をそれぞれ具備して、前記投入口を通じて投入された粉鉄、ケイ酸ソーダ、及び水を撹拌するために内部中心軸に装着されて、前記中心軸に対して回転するインペラを含む撹拌機と、及び前記撹拌機のすぐ下に位置されて、その内壁に装入された熱線を含む成形機を含む。本発明は、重量損失を最小化して硬度を増加させて、また鉄ブロック内に含有された水分を最小化して、保存及び運搬時に腐食による硬度の低下を防止する利点がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械加工時に発生される粉鉄で鉄ブロックを製造する装置及び方法に関するものであり、特に、機械部品の機械加工時に発生される粉鉄をケイ酸ソーダ及び水と混合して、この混合物を撹拌して、成形空間部で熱を加えることと同時に圧縮することで、重量損失を最小化して、併せて強度が高い、粉鉄を利用した鉄ブロックの製造装置及び方法に関するものである。

一般に、汎用の工作機械、棚、またはミーリングマシンを通じて機械部品を含めた多様な金属部品の加工時、前記部品が削りながらコイル形状の粉鉄が連続的に発生する。
また、製鉄所を含めた産業現場での金属製品加工時に発生される鉄の粉末残物であるスラグパウダーが飛散されて作業場のあちこちに積もるようになる。

このような粉鉄のような鉄残物は、金属製品の製造が終わった後周期的に収去されてリサイクル素材で取り扱いされる。このうち、コイル形状の粉鉄は、チップ形態で粉砕されて、リサイクルのためにスラグパウダーなどと共に収去される。それで、粉鉄を運び及び分類する時重量及び嵩の増加を避けることができなくて、物理的な物流費及び運搬費が増加するようになる。
また、前記粉鉄のリサイクル時に粉末形態そのまま溶炉内に供給されて高温で加熱されて溶炉内で溶融される。この時、前記投入された粉鉄の一部が溶融されないで溶炉内壁に向けて飛ぶことによって、溶炉の壁体に損傷を起こすようになる。
したがって、嵩を減らして運び及び保存が容易であるように、収去された粉鉄を製造して、また前記粉鉄をリサイクルのために溶炉内で溶融させるための方法を捜すために多くの努力を傾けている。

従来の粉鉄製造方法としては、固体剤として添加される別途の接着剤と共に、粉鉄を水と混合して塊(aggregate)の形態で製作して、この時前記接着剤の固形化によって粉鉄が鉄ブロックに形成される。しかし、前記方法によると、成形及び乾燥作業後、最終鉄ブロックが水分を含むしかなくて、したがって、鉄ブロックがその中に含有された水分によって破損される問題点がある。

このような問題点を補うために、前記粉鉄と混合する水の量を減らす一方接着剤の量を減らした溶液を使うことができる。この場合、接着剤の増加される量程度粉鉄の含有量が低くなって粉鉄のリサイクル割合の落ちる短所がある。

したがって、本発明は従来に粉鉄を利用して鉄ブロックを製造する方法で発生する問題を勘案して創案されたものであり、製鉄所または機械部品加工時に発生される粉鉄をケイ酸ソーダ及び水と混合して撹拌させて、圧縮荷重を発生させる成形機で粉鉄混合物を加熱及び圧縮して、重量損失が最小化されて硬度が向上された鉄ブロックを製作すると同時に粉鉄の回収率を向上させる、粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置及び方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、粉鉄混合物の圧縮時粉鉄ブロックに含まれた水分を高温の熱を加えて蒸発させて、鉄ブロックに含有された水分を最小化して圧縮強度を増加させる、粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置及び方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明はチップ形態の粉鉄が投入されるホッパーと、該ホッパーのすぐ下に位置されて、上部と下部に一つ以上の投入口及び排出口をそれぞれ具備して、前記投入口を通じて投入された粉鉄、ケイ酸ソーダ、及び水を撹拌するために内部中心軸に装着されて、前記中心軸に対して回転するインペラを含む撹拌機と、及び前記撹拌機のすぐ下に位置されて、その内壁に装入された熱線を含む成形機を含むことを特徴とする粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置を提供する。

前記撹拌機は、円筒状で形成されることができるし、前記撹拌機の上部に形成された前記一つ以上の投入口は、粉鉄が撹拌機に投入される第１投入口及びケイ酸ソーダと水が混合物の形態で前記撹拌機に投入される第２投入口を含むことができる。

前記第１投入口を通じて前記ホッパーから前記撹拌機に投入される粉鉄はインペラの回転によって、前記第２投入口を通じて撹拌機に投入されたケイ酸ソーダ及び水と混合した後、前記円筒状成形機に移送される。
前記成形機は、その内部に形成された円筒状成形空間部及び側壁に形成された熱線を具備する。また、前記成形機は水分を排出するための水分排出孔を具備する。

また、前記成形機は上部から前記成形空間部に投入された粉鉄混合物を圧縮及び成形するためのプレスを含んで、前記プレスによる垂直圧縮結果円筒状鉄ブロックを提供する。

また、前記目的を達成するために、本発明はケイ酸ソーダと水を混合物の形態で混合して前記混合物を撹拌する段階と、前記混合物が所定量の粉鉄と混合される撹拌機内に前記ケイ酸ソーダと水の混合物を投入して、前記撹拌機の中心軸に対して回転するインペラを利用して前記混合物を撹拌する段階と、前記撹拌機の第１排出口を通じて粉鉄混合物を成形機に投入する段階と、前記混合物を所定の温度で加熱すると同時にプレスを利用して前記成形機内で前記粉鉄混合物を圧縮して、焼結された鉄ブロックを提供する段階と、及び前記圧縮及び焼結された鉄ブロックを前記成形機で除去する段階を含む粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法を提供する。

前記第２投入口を通じて投入される混合物のケイ酸ソーダと水は１:４の混合比で混合することができる。

前記成形機に投入された粉鉄、ケイ酸ソーダ、及び水の混合物は前記成形機に装入された熱線によって２００ないし６００℃まで加熱されると同時に圧縮されることができるし、したがって、前記粉鉄混合物に含有された水分が蒸発して小型の強い鉄ブロックが提供される。

前記したところのように、本発明による粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置及び方法は、粉鉄とケイ酸ソーダ及び水を適切な混合比で混合して、前記混合物を熱線が装着された成形機で加熱すると同時に圧縮する。よって、本発明は重量損失を最小化して硬度を増加させる利点がある。また、本発明によると、鉄ブロックに含有された水分を最小化することで保存及び運搬時腐食による硬度の低下を避けることができる長所がある。

本発明による鉄ブロックの製造装置を示した概略図である。 本発明による装置に結合される成形機を示した断面図である。

本発明による、粉鉄を利用して鉄ブロックを製造する装置及び方法の技術的構成と効果は、添付された図面を参考して記述された下記の詳細な説明を通じてより明確に理解することができるし、以下で本発明の望ましい実施例を説明する。

鉄ブロック製造装置
図面で、図１は、本発明による鉄ブロック製造装置を示した概略図であり、図２は本発明による装置に結合される成形機を示した断面図である。

図示するように、本発明による鉄ブロック製造装置は、ホッパー１０、ホッパー１０のすぐ下に位置されて、中心軸２２に装着されて回転されるインペラ２３を具備した撹拌機２０、及び撹拌機２０のすぐ下に位置されて、撹拌機２０で混合する粉鉄混合物(Ｃ)が投入される成形機３０を含む。

チップ形態の粉鉄(Ｆ)がホッパー１０に投入されて、前記粉鉄のうちで所定量の粉鉄がホッパー１０のすぐ下に位置された撹拌機２０に投入される。
粉鉄(Ｆ)が投入された撹拌機２０は円筒状で構成されて、第１投入口２４及び第２投入口２５が前記撹拌機の上部領域に形成されて、排出口２６が前記撹拌機の一端に形成される。

撹拌機２０で、第１投入口２４を通じて撹拌機２０に投入される粉鉄(Ｆ)は、中心軸２２に対して回転するインペラ２３によって撹拌及び移動される。前記粉鉄は、撹拌機２０内でインペラ２３に沿って移動する間に水及びケイ酸ソーダで構成された混合物と再び混合して、前記粉鉄及び混合物は、インペラ２３の持続的な回転によって粉鉄混合物(Ｃ)を形成する。

前記水とケイ酸ソーダ混合物の投入時、水とケイ酸ソーダは、水及びケイ酸ソーダを第２投入口２５を通じて撹拌機２０に同時に投入して混合する方式で、または水及びケイ酸ソーダをあらかじめ別に混合物で混合して、前記混合物を、第２投入口２５を通じて撹拌機２５に投入して粉鉄(Ｃ)と混合させる方式で投入しても関係ない。
このような点において、前記ケイ酸ソーダは、ケイ酸ナトリウムと命名されて、その組成によってメタケイ酸ナトリウム(Ｎａ₂ＳｉＯ₃)、その水和物であるオルトケイ酸ナトリウム(Ｎａ₄ＳｉＯ₄)、及びケイ酸ナトリウム(Ｎａ₂Ｓｉ₂Ｏ₅)などで区分されることができる。普通は、メタケイ酸ナトリウムを指称して、その用途は水和物もあるが、通常的な硝子のような無水物は石英と炭酸ナトリウムの混合物を１０００℃以上加熱して溶解させて、固体化することによって製作されて、その水溶液は加水分解されてアルカリ性を有する２Ｎａ₂ＳｉＯ₃+Ｈ₂Ｏ=Ｎａ₂ＳｉＯ₅+２ＮａＯＨの組成を有するケイ酸ナトリウムの濃い水溶液で水ガラスと通称される。

第２投入口２５を通じて撹拌機２０に投入される水とケイ酸ソーダ混合物は、ケイ酸ソーダと水が１:４の割合で混合された液状組成物の形態で存在して、前記ケイ酸ソーダ混合物は第１投入口２４を通じて投入される粉鉄(Ｆ)と１:１５ないし１:３０の割合で混合する。

前記材料を前記のような混合比で混合及び撹拌して得られた粉鉄(Ｆ)は、撹拌機２０の排出口２６を通じて成形機３０に投入される。成形機３０に投入された粉鉄混合物(Ｃ)は、成形機３０の上部に位置されて、下に移動するプレス４０によって発生される垂直荷重によって圧縮される。

前記プレス４０によって粉鉄混合物(Ｃ)に加えられる加圧力は撹拌の程度と、粉鉄混合物(Ｃ)を構成するチップ形態の粉鉄密集度とによって可変されることができるし、前記粉鉄混合物(Ｃ)はプレス４０による圧縮と同時に成形機３０の内壁に内入された熱線３１による２００ないし６００℃の熱によって加熱される。
したがって、前記成形機３０内の粉鉄混合物(Ｃ)は、プレス４０圧縮で水分を排出して、排出された水分は成形機３０内に形成された水分排出孔３３を通じて外部に排出される。

また、前記粉鉄混合物(Ｃ)は、その側面に加えられる熱によって加熱されると同時にプレス４０によって圧縮されるために、その圧縮された混合物内に含有された水分が蒸発して、蒸発された水分は成形機３０の外周円に形成された水分排出孔３３を通じて外部に排出される。
より詳細には、成形機３０内の粉鉄混合物(Ｃ)が加熱と同時に所定の圧力で圧縮されることによって、前記粉鉄混合物(Ｃ)に含有された水分が除去されて、よって、残りのケイ酸ソーダが凝固される。前記ケイ酸ソーダの凝固結果、前記粉鉄混合物(Ｃ)の結束力が強化されて、また圧縮された粉鉄混合物(Ｃ)内の水分含量を最小化させて、硬度が向上された粉鉄混合物(Ｃ)が製作される。

鉄ブロック製造方法
本発明による前記装置を利用した鉄ブロック製造方法は、ケイ酸ソーダと水を混合した後そのケイ酸ソーダ混合物を撹拌する第１撹拌工程及び前記ケイ酸混合物が粉鉄と混合される撹拌機２０にケイ酸混合物を投入して、粉鉄混合物(Ｃ)を製作する第２撹拌工程を含む。

また、前記方法は、撹拌機２０で撹拌された粉鉄混合物(Ｃ)、すなわち撹拌機で水とケイ酸ソーダを所定の割合で混合した粉鉄混合物(Ｃ)を外部に排出して、排出された粉鉄混合物(Ｃ)を成形機３０に投入する投入工程、前記成形機３０に一定量満たされた粉鉄混合物(Ｃ)をプレス４０で圧縮すると同時に所定温度で加熱する圧縮成形工程、及び前記成形機３０で圧縮された鉄ブロックを分離する分離工程を含む。

前記方法において、ケイ酸ソーダと水は１:４の割合で第２投入口２５を通じて、これらが混合される撹拌機２０に同時に投入されることができる。または、撹拌機２０に投入する前に、ケイ酸ソーダと水を別途の撹拌機(図示せず)を通じてケイ酸混合物で混合して、前記ケイ酸混合物を第２投入口２５を通じて撹拌機２０に投入することもできる。

第１投入口２４を通じて、前記ケイ酸混合物に対して１:１５ないし１:３０の割合で第２通路２５の上流側に存在する粉鉄(Ｆ)ホッパー１０から撹拌機２０に投入されて、撹拌機２０に投入された粉鉄(Ｆ)は、中心軸２２に対して回転するインペラ２３に沿って排出口２６側に水平するように移送される。

水、ケイ酸ソーダ、及び粉鉄が均一に混合された粉鉄混合物(Ｃ)は、排出口２６を通じて外部に排出されて、前記排出口２６すぐ下に位置された成形機３０に満たされる。

成形機３０に満たされた粉鉄混合物(Ｃ)は、成形機３０の内壁に装入された熱線３１によって加熱されて、したがって、粉鉄混合物(Ｃ)に含有された水分が蒸発するようになる。同時に、粉鉄混合物(Ｃ)は成形機３０のすぐ下に位置されたプレス４０によって圧縮されながら、前記粉鉄混合物(Ｃ)内に含有された水分が外部に排出されて、最小限の水分を含んで硬度が高い鉄ブロックが製作される。

本発明による装置及び方法によって製作された鉄ブロックを試料にして韓国生産技術研究院で試した結果によると、表１のような引張強度及び硬度が得られた。

*試験方法:ＫＳ Ｂ０８０１(８号)、０８０２、０８０５
*試料の装入割合:銑鉄３０％、鋼古鉄１９％、加工チップ圧縮Briquet５０％、合金鉄１％

表１で示したところのように、鉄ブロックを多様な種類の粉鉄を利用して製造しても、本発明によって多くの量の粉鉄を圧縮及び成形して製作された鉄ブロックは、一般的な鋼塊と類似な引張強度及び硬度を有する。

前記試料のうちで一つを溶炉で溶解した後、その回収率に対する実験結果によると、表２のような溶解回収率を示すことが分かる。

*試験方法:高周波誘導溶炉での溶解
*試料条件:加工チップ圧縮Briquet

表２に記載したところのように、本発明による方法によって製造された鉄ブロックの水分含量が最小化されて、成形機３０に投入された粉鉄の重量に対する溶炉で回収された溶融鉄の重量の割合、すなわち、溶解回収率がほとんど９９％であることを分かる。よって、粉鉄を利用して製造された鉄ブロックの内部組織の欠損による溶解損失がほとんどないことが分かる。

以上で説明した本発明の望ましい実施例は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者において本発明の技術的思想を脱しない範囲内でさまざまな置き換え、変形及び変更が可能であろうが、このような置き換え、変更などは以下の特許請求範囲に属するものとして見なければならないであろう。

１０ ホッパー
２０ 撹拌機
２２ 中心軸
２３ インペラ
２４ 第１投入口
２５ 第２投入口
２６ 排出口
３０ 成形機
３１ 熱線
３３ 水分排出孔

Claims (12)

1. チップ形態の粉鉄が投入されるホッパーと、
   前記ホッパーのすぐ下に位置されて、上部と下部に一つ以上の投入口及び排出口をそれぞれ具備して、前記投入口を通じて投入された粉鉄、ケイ酸ソーダ、及び水を撹拌するために内部中心軸に装着されて、前記中心軸に対して回転するインペラを含む撹拌機と、及び、
   前記撹拌機のすぐ下に位置されて、その内壁に装入された熱線を含む成形機を含むことを特徴とする粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置。
2. 前記撹拌機は円筒状で形成されて、前記撹拌機の上部に形成された前記一つ以上の投入口は粉鉄が撹拌機に投入される第１投入口及びケイ酸ソーダと水が混合物の形態で前記撹拌機に投入される第２投入口を含むことを特徴とする請求項１に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置。
3. 前記成形機は円筒状に形成されて、その内部が外部と連通される水分排出孔を含むことを特徴とする請求項１に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置。
4. 前記ケイ酸ソーダと水は１:４の割合で混合することを特徴とする請求項１または２に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置。
5. 前記第２投入口を通じて投入されるケイ酸ソーダと水の混合物及び前記第１投入口を通じて投入される粉鉄は、１:１５ないし１:３０の割合で混合して前記撹拌機で撹拌されることを特徴とする請求項１または２に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置。
6. 前記成形機は内壁に装入された熱線を利用して、その内部に投入された粉鉄、ケイ酸ソーダ、及び水を２００ないし６００℃で加熱することを特徴とする請求項１に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造装置。
7. ケイ酸ソーダと水を混合物の形態で混合して前記混合物を撹拌する段階と、
   前記混合物が粉鉄と混合する撹拌機内に前記ケイ酸ソーダと水の混合物を投入して、前記撹拌機の中心軸に対して回転するインペラを利用して前記混合物を撹拌する段階と、
   前記撹拌機の第１排出口通じて粉鉄混合物を成形機に投入する段階と、
   前記混合物を加熱すると同時にプレスを利用して、前記成形機内で前記粉鉄混合物を圧縮して、焼結された鉄ブロックを提供する段階と、及び
   前記圧縮及び焼結された鉄ブロックを前記成形機で除去する段階と、を含む粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法。
8. 前記ケイ酸ソーダと水混合物を投入する段階で、前記粉鉄は前記撹拌機の第１投入口を通じてホッパーから前記撹拌機に投入されて、前記ケイ酸ソーダと水の混合物は前記撹拌機の第２投入口を通じて前記撹拌機に投入されることを特徴とする請求項７に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法。
9. 前記混合物を圧縮する段階で、前記混合物に含有された水分は水分排出孔を通じて外部に排出されて、前記水分排出孔は前記成形機に形成されて、その内部が外部と連通されることを特徴とする請求項７に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法。
10. 前記第２投入口を通じて投入されるケイ酸ソーダと水の混合物は、１:４の割合で混合することを特徴とする請求項８に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法。
11. 前記第２投入口を通じて投入されるケイ酸ソーダと水の混合物及び、前記第１出口を通じて投入される粉鉄は、１:１５ないし１:３０の割合で混合して、前記撹拌機内で撹拌されることを特徴とする請求項８に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法。
12. 前記成形機に投入された前記粉鉄、ケイ酸ソーダ、及び水の混合物は前記成形機に装入された熱線によって２００ないし６００℃で加熱されることを特徴とする請求項９に記載の粉鉄を利用した鉄ブロック製造方法。

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