KR100226643B1 - 흑연질 주형의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조품을 제조하기 위하여 사용되는 주형에 관한 것으로서, 종래 모래주형과 그속 주형의 문제점들을 해결하기 위한 탄소질 주형의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 주조품을 제조하기 위하여 사용되는 주형을 제조함에 있어서, 피치코크스 또는 페트롤레움 코트스의 원재료를 일정한 크기의 입자로 파쇄하는 분쇄공정과, 상기 분쇄공정에서 파쇄된 입자에 고착제를 첨가하여 반죽하는 혼합공정과, 상기 혼합공정에서 반죽된 재료를 일정한 외형으로 가압하는 성형공정과, 상기 성형공정에서 완료된 성형품을 고온에서 열처리하는 소성공정과, 상기 소성공정이 완료된 재료를 주조할 형상에 따라 가공하는 마무리 공정을 순차적으로 실행하는 것을 특징으로 한다.

Description

[발명의 명칭]

흑연질 주형의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 각종 산업용 제품을 주조하기 위하여 사용되는 주형에 관한 것으로서, 특히 상기 주형을 흑연질로 제조하여 작업능률을 향상시키고 주조제품의 품질을 향상시키기 위한 흑연질 주형의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 철이나, 비철 금속을 주조하기 위하여는 원재료인 금속을 용융온도 이상으로 가열하여 액화시킨 후에 원하는 형상의 제품으로 제조하는 주조방법이 널리 이용되고 있으며, 상기 주형은 주조작업에 있어 작업성과 제품의 품질을 좌우하는 주요한 기능을 수행한다.

이러한 주형으로 모래주형과 금속주형이 알려져 있다.

상기한 종래의 모래주형은, 모래를 형틀에서 가압하여 일정한 형상으로 제조하는 것으로서, 이를 제조하기 위한 공정을 살펴보면 다음과 같다.

주조물의 형상에 따라 가공된 목형을 평평한 주형 도마위에 놓고 목형의 외면에 표면사(주물의 표면을 깨끗하게 하기 위하여 내화성이 높고 입도가 작은 모래)를 가압하면서 부착하여 기초형으로 제조하는 제 1 공정과, 상기 제 1공정에서 제조된 기초형을 형틀의 저면에 위치되게 한 후 형틀내에 주물사를 채우고 다지는 제 2 공정과, 상기 제 2 공정에서 제조된 형틀, 즉 하부형틀을 뒤집어 목형이 상부로 위치되게 한 후에, 하부형틀의 상부에 상부형틀을 적층하여 상부형을 내에 주물사를 채우고 다지는 제 3공정과, 상기 제 3 공정에서의 상부형틀과 하부형틀을 뒤집은 후에 하부형틀을 상부형틀로부터 분리하고 상기 제 1공정에서 제조된 기초형에 외부로 노출되면, 기초형에서 목형을 제거하는 제 4공정과, 상기 제 4 공정에서 분리된 상부형틀과 하부형틀을 원위치시켜 각각 적층하는 제 5 공정을 포함하는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 모래 주형은, 상부형틀과 하부형틀을 적층하거나 분리하는 작업을 반복적으로 실행하여야 하기 때문에 작업시간과 인력의 소모가 많았으며, 특히 형틀내에 주물사를 채우고 다지는 작업은, 전체적으로 내구력이 유지되게 하기 위하여 소량의 주물사를 채우고 다진 후 재차 주물사를 넣고 다지는 작업을 반복적으로 실행하여야 하였다.

또한 주형의 내구력에 한계가 있으므로 복잡한 형상이나 두께가 얇은 형상의 제품으로는 주조가 곤란할 뿐 아니라, 반복사용하게 되면 모서리 부위가 용탕에 마모되어 정확한 형상의 주조품을 제조할 수 없었다.

더욱이, 상기 주형의 주성분인 주물사는 성형성, 강도, 내화성, 통기성이 양호하여야 하고 적정한 입도를 갖고 있어야 하는 등의 구비조건을 갖추어야 하는 것이나, 상기 주물사를 자연으로부터 채취하기에는 그 양이 한정되어 있으므로 점차 주물사가 고갈되어 확보하기 어려운 실정이다.

또한, 상기 모래 주형에서 주조된 제품은, 그 표면에 주물사의 작은 입자가 부착되므로, 이를 제거하기 위한 별개의 작업이 필요할 뿐 아니라, 제품의 표면이 매끄럽지 못하여 상품성이 저하되므로 별개의 마무리작업을 할 경우가 많았다.

상기한 모래주형의 문제를 보완하기 위하여 근래에는 금속주형이 널리 이용되고 있는 실정이며, 이러한 금속주형을 살펴보면 다음과 같다.

상기 금속주형은 내열성이 큰 퍼얼라이드(Pearlite) 주철이나 합금주철과 같은 재료로서 성형한 후 재차 열처리하여 제조하는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 금속주형은 모래주형에 비하여 얇은 두께를 주조 할 수 있고 정확한 치수와 매끈한 표면의 제품을 반복적으로 주조할 수 있기는 한, 고온의 용탕에 의하여 균열이 발생할 우려가 있으며, 특히 주입되는 용탕이 쉽게 냉각되지 못하고 고온상태로 장시간 유지되므로 기포발생의 원인이 되었다.

때문에, 이러한 고온의 열탕에 의한 균열과 기포발생을 억제하기 위하여는 주형의 외부에 물을 공급하여 냉각시키는 별개의 장치를 구비하여야 되었다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 연구개발 된 것으로서, 주조된 제품의 불량발생율을 최소로 하고 정확한 치수와 매끈한 표면을 갖는 주조품을 제조하기 위한 흑연질 주형의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 탄소입자를 고온에서 성형하여 용탕주입부를 기계 가공하므로서 간단한 방법으로서 주조성이 양호한 주형의 제조방법을 제공하는 데 있다.

[발명의 구성 및 작용]

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 특징은, 주물용으로 사용하는 주형을 제조하기 위하여 탄소입자의 원료인 피치코크스(Pitch Coke) 또는 페트롤레움 코크스(Petroleum Coke)를 일정한 크기의 입자로 파쇄하는 분쇄공정과, 상기 분쇄공정에서 준비된 입자에 고착제를 첨가하여 혼합하는 혼합공정과, 상기 혼합공정에서 반죽된 재료를 일정한 치수의 외형으로 제조하는 성형공정과, 상기 성형공정에서 완료된 성형품을 고온에서 열처리하는 소성공정과, 상기 소성공정이 완료된 재료를 소정의 치수와 형성으로 기계가공하는 마무리 공정을 포함하는데 있다.

상기 분쇄공정은 덩어리 형태의 피치코크스나 폐트롤레움 코크스를 0.4∼ 0.8mm 입자와 2∼300um입자의 분말로 각각 분쇄한다.

상기 혼합공정은, 상기 분쇄공정에서 완료된 0.4∼ 0.8mm 입자와 2∼300um 입자를 중량비로서 각각 3:1의 비율로 배합하며, 여기에 중량비로서 20∼30%의 코울피치(Coal Pitch)를 첨가하여 약 150∼170。C에서 골고루 섞어 반죽한다.

상기 성형공정은, 일정한 크기의 외형을 갖는 주형으로 제조하며, 압출성형기 또는 압축성형기를 이용하여 고압으로서 압착하는 것이다.

상기 소성공정은, 상기 성형공정이 완료된 재료를 약 750∼1500。C에서 일차 가열한 후에 피치를 함침시켜 약 2600∼3000。C에서 재차 가열하여 탄소 입자를 흑연화 시키는 것이다.

상기 가공공정은, 주형의 용탕주입부, 즉, 주조될 부위를 절삭 또는 연마기계로서 가공하며, 상하 금형을 개별적으로 가공하여 일체화하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

[분쇄공정]

석탕이나 목재등의 유기물질이 건류된 타르를 약 1000∼1100。C의 고온에서 열처리하여 얻어지는 다공질의 고체인 피치코크스, 또는 아스팔트 성분의 일종인 페트롤레움을 고온에서 건류시켜 얻어지는 페트롤레움 코크스를 원재료로 준비한다.

본 발명에서는 상기 피치코크스나 페트롤레움 코크스를 선택적으로 사용하거나 또는 양자 코크스를 배합하여 사용할 수도 있다.

상기 원재료는 자체에 약 10%정도의 휘발성분을 함유하고 있으므로 분쇄공정에 앞서 미리 하소시켜 휘발성분을 제거하여야 제조공정중에 불의하게 수축되는 것을 방지할 수 있다.

상기 원재료는 일정한 크기의 입자로 구성되지 못하고 덩어리체로 되어있기 때문에, 이를 미세입자로 분쇄하여야 하는 것으로서, 롤분쇄기에 원재료를 투입하고 일정시간 작동시킨 후에 망체를 이용하여 입자 크기가 0.4∼0.8mm와 2∼300um인 입자로 각각 분리한다.

[혼합공정]

상기 분쇄공정에서 분쇄되어 각각 분리된 입자크기인 0.4∼0.8mm와 2∼ 300um의 재료를 중량비로서 각각 3:1의 비율로 혼합하여 최대밀도가 되게 배합물을 조성한 후에 상기 배합물에 대한 중량비로서 20∼30%의 코울 피치(Coal Pitch)를 첨가하여 혼합기에서 골고루 반죽한다.

상기 코울피치는 재료의 성형성을 양호하게 하기위한 것으로서, 30% 이상이 되면 유동성이 증대되나 내구력이 저하되며, 반면에 20% 이하가 유동성이 저하 된다.

또한, 혼합기에서 재료를 혼합하는 과정중에 160∼170℃의 열을 가하면 코울피치의 유동성이 증대되어 혼합시간을 단축시킬 수 있다.

[성형공정]

상기 혼합기에서 분죽된 재료는 냉각기에서 냉각시킨 후에, 압출성형기 또는 압축성형기 내로 투입하여 고압으로 가압하면서 일정한 형상으로 성형하는 것이다.

이러한 성형공정은 주형의 외형만을 일정한 크기로 성형하는 것이며, 동시 조직을 치밀하게 할 수 있는 것으로서, 외형의 작은 주형의 성형시에는 압출 성형기를 이용하고 외형이 큰 주형의 성형시에는 압축성형기를 이용하는 것이 바람직하다.

성형공정중에 주형을 상·하부 주형으로서 각각 별개의 성형물로 제조한다.

[소성공정]

상기 성형공정에서 완료된 성형품은 열처리로에 투입하고 750∼1500。C에서 일차 가열한 후에, 피치를 함침시키고 재차 2600∼3000。C의 고온으로 가열하여 흑연화시키는 것이다.

소성공정 중 성형틀을 일차 소성한 후에 피치를 함침시켜 고온 소성하므로서 재료의 밀도를 증가시킬 수 있다.

소성공정 중에 휘발성분은 대부분 제거되어 고밀도, 고강도의 흑연체가 제조된다.

[가공공정]

상기한 공정들에 의하여 제조된 흑연체를 이용하여 용탕 주입부, 즉 주조품의 형상이 주조되는 부위를 가공하여야 하는 것으로서, 이러한 가공수단으로서 공지된 절삭기계나 연삭기계를 이용할 수 있으며, 작업조건이나 능률에 따라 선택적으로 기계를 사용하여 가공한다.

흑연체에 용탕주입부 및 탕료, 가스배출공 등이 형성된 상·하 주형을 가공하므로서 완성된 주형제조가 이루어지는 것이다.

상기와 같은 방법에 의하여 제조된 본 발명의 주형은 표-1에서 도시된 바와 같이 내열성 열전도가 크기 열팽창 계수가 작으며, 양질의 기계적 성질을 갖는다.

상기한 표-1에서와 같이 본 발명의 주형은 열전도율이 매우 크므로 주형내에 용탕을 주입하면 내부의 고온이 외부로 쉽게 방출되어 기포 발생을 억제할 수 있으며, 용탕주입 시간과 냉각시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 주형의 열팽창 계수가 매우 작으므로 주조품의 치수가 변화되는 일없이 정확한 제품을 주조할 수 있다.

또한, 인장강도 및 압축강도와 같은 기계적 성질이 양호하므로 주형을 반복적으로 사용하여도 손상되는 일이 없으므로 장기간 경제적으로 사용할 수 있다.

특히, 본 발명의 주형은 2000℃ 이하에서는 열적변화를 일으키지 않고 안정된 상태로 유지되는 고내열성을 가지므로서, 고온의 용탕에 의하여 변화되거나 균열되는 등의 열적 변화를 방지할 수 있다.

[발명의 효과]

상기한 바와 같이, 본 발명은 종래에 이용되어온 모래 주형이나 금속 주형에 비하여 그 제조방법이 간단하고 반 영구적으로 사용하면서 양질의 제품을 주조할 수 있는 유익한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 주조품을 제조하기 위하여 사용되는 주형을 제조함에 있어서, 피치코크스를 0.4~0.8mm의 입자로 파쇄하고 페트롤레움코크스를 2~300㎛의 입자로 파쇄하는 분쇄공정과, 상기 분쇄공정에서 파쇄된 피치코크스와 페트롤레움코크스의 입자를 중량비로서 3:1의 비율로 배합하고 상기 분쇄된 입자의 중량비로서 20~30%의 코울피치를 첨가하여 150~170℃의 열을 가하면서 상기 혼합공정에서 반죽된 재료를 성형한후 750~1500℃에서 일차 열처리한 후, 피치를 함침시켜 2600~3000℃에서 재차열처리하는 소성공정을 순차적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 흑연질 주형의 제조방법.