KR0168320B1 - 주철칩괴의 제조방법 및 그 물품 - Google Patents

Abstract

제철소 주물 가공시의 주물칩 주물분철, 가공스크랩을 수집하여 선별하고, 온도 약 200-700℃에서 5 내지 14분간에 통과시켜 열처리하고 벤토나이트, 규산 소다, 당밀, 리그닌 술폰산 소다 등 바인더 첨가제를 전체원료의 1∼3%의 양으로 첨가한 다음 잘 혼합하여 프레스 성형하여 성형된 주철칩괴를 다시 온도 400-800℃에서 35-45분간 2차 열처리하여서 주철칩괴를 얻는다.

이때 프레스는 상부 램(Ram)(1)이 하강하면서 압축과 동시에 원료투입구가 2개로 된 홉퍼(4)(4')에 주물칩 원료를 투입하고 금형(2)이 상승하여서 제품(10)이 제품취출로드(5)에 의하여 밀려나오고 금형(2)이 하부금형다이(3)상의 원위치로 이동하며 상부 램(1)이 상승하고 금형(2)에 원료가 충전되는 것을 특징으로 하는 작동 메카니즘을 가지는 주물칩괴용 프레스 성형장치를 사용한다.

폐기되는 주철칩을 재생하여 주철로에 재 투입 사용한다.

Description

주철칩괴의 제조방법 및 그 물품

본 발명은 주철칩괴의 제조방법 및 그 물품에 관한 것으로, 더욱 상세히는 각종 선반가공시 발생되는 절삭칩(Chip)이나, 주물가공시 발생되는 주물절삭칩 등을 덩어리 형태로 고형화하여 전기로는 물론, 용해력이 뛰어난 용선로(큐플러=CUPOLA)에서 사용가능토록 함으로써 연료비의 절감과 더불어 용해 회수율을 향상시키고 또한, 주철 절삭칩에 함유된 주물용 첨가제인 고가의 가탄제, 페로망간(Fe-Mn), 페로실리콘(Fe-Si) 등을 분리하여 재활용할 수 있도록 함으로써 경제성을 향상시키도록 한 것이다.

일반적으로 각종 기계부품을 제조하기 위한 선반 가공시에나 주물 가공시에는 엄청난 양의 절삭칩, 주물칩, 주물분철 등이 필연적으로 발생되는 것이고, 이러한 칩들은 대부분 부스러기 형태로 발생되는 것이기 때문에 재활용하는데 따른 여러 가지 어려움과 부가가치의 저하로 인하여 산업폐기물 형태로 버려지고 있는 것이 대부분이었고, 그 일부만이 재활용되고 있는 것이 현실이다.

이러한 재활용에 있어서도 종래에는 회수되는 주철 절삭칩 및 스크랩을 원자재 상태 그대로 전기로에 투입하여 용해하였으나, 용해시 다량의 슬래그(Slag)가 발생되어 재활용에 따른 효율성(회수율)이 저조하고, 열전도율이 낮기 때문에 용해시간이 많이 소요됨과 동시에 전력소모량이 많이 소요되는 등의 문제점이 있는 것이었다.

또한, 칩에 함유된 절삭유의 발화에 의해 용탕의 비등현상과 용탕내로 가스가 침투되는 현상이 발생되어 주조제품에 핀홀(Pin Hole)과 같은 결합이 발생되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 절삭유, 수분, 녹 등의 각종 불순물의 증발로 인하여 집진필터가 막히는 현상 등의 문제점이 있는 것이었다.

특히, 이러한 칩은 부스러기 형태로 발생되는 것이 대부분이기 때문에 가볍고 표면적이 작아 주철을 용해하는데 적합한 용선로를 이용하여 용해할 수가 없는 문제점이 있는 것이었다.

즉, 상기 칩을 용선로에 투입시 용선로내의 고열과 열풍에 접하는 순간 산화되거나 날려서 집진기에 포집되는 것이고, 이와 같이 분진 또는 분말형태의 산화폐기물로 변한 칩은 대부분 재활용되지 못하고 매립되기 때문에 산업공해를 유발시키게 되는 문제점이 있는 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 주물가공시 발생되는 주철칩 또는 선반가공시 발생되는 절삭칩 등을 덩어리 형태로 고형화함으로써 운반 및 보관에 따른 사용성과 더불어, 주철의 용해에 매우 적합한 용선로를 이용하여 용해할 수 있도록 함으로써 칩의 재활용에 따른 효율을 향상시키도록 하는 주철칩괴의 제조방법 및 그 물품을 제공함에 있다.

이러한 목적은 주철 절삭칩의 재활용에 따른 제조방법을 제공함으로써 달성되는데 즉, 주물가공시 발생되는 주철칩이나 주철제품의 기계가공시 발생되는 작은 부스러기 형태의 절삭칩을 일정크기의 덩어리 형태로 고형화하여 주물용 선철 및 회수철로 재활용할 수 있도록 함으로써 원가절감을 꾀할 수 있을 뿐만 아니라, 전적으로 수입에 의존하고 있는 가탄제, 페로망간, 페로실리콘 등과 같은 고가의 주물용 첨가제를 재회수하여 사용토록 하는 것이고, 또한 큐플러로(용선로)를 이용하여 용해할 수 있도록 함으로써 회수율을 향상시키도록 하는 것이 특징인 것이다.

제1도는 본 발명의 주철칩괴의 성형과정을 나타낸 공정도.

제2도는 본 발명에 의해 성형된 주철칩괴의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상부 램 2 : 금형

3 : 하부금형다이 4 : 호퍼

5 : 제품 퇴출로드 10 : 제품

본 발명은 지금까지 큐플러로에서의 주철칩의 재사용이 불가능했던 것을 괴(Briquette)로 성형하여 재사용하려는 것으로, 모재 가공시 발생하는 칩 및 스크랩을 사용하기 때문에 모재의 성분과 같은 제품의 주조가 이루어지게 된다.

본 발명에 의하면 주물 가공시의 주물칩, 주물분철, 가공스크랩을 수집한 후, 이를 선별하여 불순물을 제거하고, 온도 200-700℃에서 5내지 14분간 통과시켜 열처리하여 수분 및 절삭유 등을 제거하며, 여기에 벤토나이트, 규산소다, 당밀, 리그닌 술폰단 소다 등의 바인더 첨가제를 전체 원료의 1-3%의 양으로 첨가한다.

원료에 첨가제를 투입하여 잘 혼합하여 프레스로 성형한 다음, 성형된 주철칩괴를 열처리로에서 다시 온도를 400-700℃(600℃가 적당)로 가열함과 동시에, 로내의 통과시간을 35-45분으로 하여 2차 열처리하여서 주철칩괴를 얻는다.

이때, 본 발명의 성형장치는 50톤 내지 400톤 프레스를 사용하며, 원료투입 호퍼가 구비됨과 동시에, 피스톤램 주위에 배치되어 있는 금형을 상,하 이동하는 형식으로 이루어진 프레스 성형기를 제작 사용하는 것으로 특징지워 지는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

제1공정(원료수집 및 선별공정)

주물을 절삭가공할 때 발생하는 주철칩이나 선반가공시 발생되는 부스러기 형태의 칩과 스크랩을 원료로 수집한 후, 수집된 원료를 선별한다.

제2공정(불순물 제거공정)

선별된 원료 즉, 주물칩 및 스크랩을 건조로(로타리킬른)에서 온도 200-700℃로 가열하되, 원료에 묻혀 있는 불순물의 성질 및 양에 따라 온도를 조정하면서 5 내지 14분간 통과시켜 각종 불순물을 증발 또는 연소시켜 제거한다.

이러한 불순물 제거공정은 칩에서 절삭유가 묻어있는 경우가 있는데, 이 절삭유의 종류에는 통상 2가지가 있다.

그 하나는 수용성 절삭유로서 대부분이 물이며, 기름이 미세하게 포함되어 있는 경우에는 칩을 200-400℃로 가열하여 건조하는 것이 바람직하고, 그 외의 절삭유가 묻은 칩은 기름의 함유량이 수용성에 비해 좀 더 많기 때문에 기름의 증발 온도에 가깝게 400-700℃로 가열하는 것이 바람직하며, 로에 투입되는 칩의 양에 따라 짧게는 4분 길게는 17분간 건조시키게 된다.

제3공정(첨가제 혼합공정)

상기와 같이 1차 열처리시킨 원료에 벤트나이트(Na계 Bentonite), 규산소다(Na2O Sio2 nH2O, 점도 50-60), 당밀, 리그닌술폰산 소다(펄프폐액)로 이루어지는 첨가제를 원료 전체량의 1 내지 3중량%의 양으로 가한 다음 잘 혼합한다.

이러한 첨가제는 제품의 강도를 유지하고 장기간 보관시 방청제 역할을 하며 규산소다의 소다성분이 용해플러스 역할을 하여 주철의 융점을 낮춘다.

또한, 가공원가를 낮추기 위해서이기도 하다. 즉, 같은 크기의 제품을 1000Ton으로 누른다면 굳이 첨가제를 안넣어도 높은 강도를 유지할 수 있으나, 프레스 제작비용의 급상승과 분단 생산량을 대폭 감소시키는 악영향이 있기 때문에 400Ton으로 가압하는 것이 가장 바람직하다 할 것이다.

그리고, 첨가제를 1-3중량%로 첨가하는 이유는 칩의 크기가 손톱정도 크기인 경우는 표면적이 상대적으로 적기 때문에 1중량%만 넣어도 골고루 잘 혼합되나, 칩의 크기가 그 보다 작을 경우에는 표면적이 작기 때문에 3중량%를 넣어야 골고루 혼합되어 진다.

제4공정(성형공정)

혼합된 주물칩 원료를 프레스 성형기를 사용하여 지름 130±20mm, 높이 80±20mm정도의 원기둥 또는 입면체 모양으로 성형하여, 밀도 5-7g/㎤, 무게 0.5 내지 20Kg, 더욱 바람직하게는 5-10Kg의 주철칩괴를 얻는다.

이때, 사용되는 프레스는 50-400Ton의 용량으로서 종래의 일반적인 성형장치를 사용할 수도 있으나, 제1도에서 보는 바와 같이 본 발명에 의거하는 주물칩괴 성형용 프레스는 승강작동되는 상부 램(Ram)(1)과, 이의 상부 램(1)이 하강하여 원료를 압축토록 하는 금형(2)과, 상기 금형(2)의 상부에 원료를 투입하도록 하는 호퍼(4)로 구성되고, 그 하부에는 하부금형다이(3)가 갖추어 구성됨과 동시에, 성형된 제품을 퇴출하도록 하는 제품퇴출로드(5)가 진퇴작동이 가능토록 구비되어 있는 것이다.

따라서, 상기 금형(2)이 하강하여 하부금형다이(3)와 결합된 상태에서 호퍼(4)를 통하여 원료가 투입되고, 상부 램(1)이 하강하면서 원료를 압축하게 된다.

이와 같이 압축이 완료되면 금형(2)이 상승됨과 아울러 상부 램(1)도 상승하게 되고, 계속해서 제품퇴출로드(5)가 전진작동되어 압축성형된 제품(10)을 퇴출하게 되는 것을 특징으로 하는 작동 메카니즘을 가지게 되는 것이다.

제5공정(열처리공정)

프레스 성형기로 성형된 제품의 주철칩괴(10)를 열처리하여 잔류수분 및 유분을 제거함과 동시에 접착 첨가제의 접착력을 향상시키고, 첨가제에 포함된 나트륨 성분을 제거하여(규산소다에 포함된 Na는 물을 흡수하기 때문에 열을 가하여 제거한다) 소성에 의한 수축으로 강도를 증가시킨다.

상기 열처리는 가열로 내의 온도를 400-800℃(600℃가 적당)로 하여 로내의 통과시간을 35-45분으로 하고, 이송기구로서 스텐레스 망(Mesh) 벨트 컨베이어를 사용하여 열처리한다.

상기 성형된 주철칩괴(10)를 다시 열처리하는 이유는 첨가제에 포함된 규산 소다 성분이 열을 받으면 경화되는 성질이 있으므로, 이러한 성질을 이용하여 강도를 더욱 높이기 위한 것으로 이때, 경화되는 온도는 200℃부터 시작되지만 괴의 열 전단율을 고려할 때 400℃부터 경화되어 700℃에서 기대한 효과를 충분히 얻을 수 있다.

또한, 상기 경화온도가 더 높으면 좋은 효과를 얻을 수 있으나, 열처리에 드는 비용이 상대적으로 증가되기 때문에 600℃가 가장 바람직하고, 로내의 통과시간을 35-45분으로 하는 것은 괴의 내부까지 충분히 열이 전달되어야 하기 때문이다.

즉, 실제 열을 받는 시간은 로의 온도가 600-700℃일 경우 5-15분이고, 나머지 시간은 100-400℃가 되는 로의 내부를 통과하는 시간이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 주물가공시 발생되는 주철칩이나 선반 가공시 발생되는 부스러기 형태의 절삭칩 등을 덩어리 형태로 고형화함으로써 전기로 및 용선로에 투입하여 용해하더라도 고열과 열풍, 기타 충격에 충분히 견디게 되어 산화되지 않고 전부가 용해되어져 용해회수율(98%정도)이 그만큼 높아지게 되는 효과를 가지게 될 뿐만 아니라, 용해온도가 종래에 비해 100-200℃ 가량 낮아지게 됨으로써 연료비가 절감됨은 물론, 단위시간당 용해량이 증대되어 생산성이 향상되어 지는 효과를 가지게 되는 것이다.

또한, 주철 절삭칩에 함유된 주물용 첨가제인 고가의 가탄제, 페로망간, 페로실리콘 등을 다시 회수하여 사용할 수가 있는 효과를 가지게 됨과 동시에 절삭칩의 발생업체별로 분류가 가능하므로 재질의 안정화, 균일화가 가능하고, 충격강도 및 열간강도가 높아 균열이 적은 장점을 가지게 된다.

그리고, 칩을 일정크기의 덩어리 형태로 고형화함으로써 운반 및 보관이 매우 편리할 뿐만 아니라, 절삭유 및 수분을 완전히 제거하게 되어 집진필터가 막히는 현상과 이들의 연소로 인하여 발생되는 대기오염을 최대한 억제할 수가 있는 효과를 가지게 되는 것이고 또한, 고형화된 제품을 선철원료는 물론, 엘리베이터 추 등으로도 사용할 수가 있는 효과를 가지게 되는 것이다.

Claims (4)

1. 주물 가공시의 주물칩, 주물분철과 선반가공시의 절삭칩 및 가공스크랩 등을 수집하여 선별하는 제1공정과; 선별된 원료의 주물칩 및 스크랩을 건조로에서 온도 200-700℃로 원료에 묻혀 있는 불순물의 성질 및 양에 따라 온도를 조정하면서 5 내지 14분간 통과시켜 불순물을 증발 또는 연소시켜 제거하는 제2공정과; 열처리시킨 원료에 벤트나이트(Na계 Bentonite), 규산소다(Na2O Sio2 nH2O, 점도 50-60), 당밀, 리그닌술폰산 소다(펄프폐액) 등 바인더 첨가제를 원료 전체량의 1 내지 3중량%의 양으로 첨가한 다음 혼합하는 제3공정과; 혼합된 주물칩 원료를 프레스 성형기를 사용하여 원기둥 또는 입면체 모양으로 성형하는 제4공정과; 성형된 제품의 주철칩괴를 가열로 내의 온도 400-800℃로 하여 35-45분간 2차 열처리하는 제5공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주철칩괴의 제조방법.
2. 상부 램(1)이 하강하면서 호퍼(4)를 통하여 금형(2)내로 투입된 부스러기형태의 절삭칩 원료를 압축성형함과 아울러, 금형(2)이 상승하여 성형된 제품(10)은 제품퇴출로드(5)에 의해 퇴출되고, 상기 금형(2)이 원위치로 이동됨과 동시에, 상부 램(1)이 상승하여 원위치되는 일련의 작업공정에 의해 원기둥 형체로 성형함을 특징으로 하는 주물칩괴.
3. 제2항에 있어서, 상기 원기둥형체를 지름 130±20mm, 높이 80±20mm로 성형하여서 됨을 특징으로 하는 주물칩괴.
4. 제2항에 있어서, 상기 원기둥형체를 밀도 5-7g/㎤(비중 5-7), 무게 0.5 ∼ 20Kg로 성형하여서 됨을 특징으로 하는 주물칩괴.