KR100359377B1 - 주입노에서컴팩트흑연철제조의공정제어방법 - Google Patents

Abstract

컴팩트 흑연철(CGI)을 주조하기 위한 용융주철을 연속적으로 제공하는 공정은 용융철을 제조하는 단계, 흑연화 퍼텐셜을 조절하는 작용제를 도입하는 단계, 필요하다면 황의 함량이 0.025%미만이 되도록 용융철을 탈황화시키는 단계, 용융철을 조건로로 이동시키는 단계로서, 노에서 따라낸 철을 용융철의 보충량으로 보상하여 용융철의 양을 소정한계내로 유지시키는 단계, 용융철을 몰드 또는 레이들로, 그리고 상기 레이들로부터 몰드로 주입하는 단계로 이루어지며, 그리고 흑연형상 변형제 및 접종제를 첨가하고 용융철의 샘플을 상기 주입전이나 또는 몰드로부터 취하고, 샘플의 중심에서와 샘플용기벽에 바로 접하는 지점에서 용융철의 온도변화를 기록하면서, 샘플과 샘플용기가 결정화 온도이상의 온도에서 열적으로 평형한 상태로부터 샘플을 응고하게 하며, 기록된 온도변화를 공지된 방법으로 철의 구조적 성질과 흑연화 퍼텐셜을 확정하는데 사용하고, 주철주물의 확정된 흑연화 퍼텐셜 및 구조적 성질이 CGI의 공지된 성질로부터 벗어날때는 상기 편차와의 소정관계로, 가해지는 흑연화 퍼텐셜 조절제의 양을 조정하거나, 가해지거나 또는 제거되는 흑연형상 변형제의 양을 조정하거나, 가해지는 접종제의 양을 조정한다.

Description

주입 노에서 컴팩트 흑연철 제조의 공정 제어방법

제 1도는 본 발명에 따른 방법의 구체예 A의 원리개략도,

제 2도는 제 1도에 따른 방법을 실행하는 동안 용융물내의 흑연형상 변형제의 함량을 제어하는 제어 다이어그램의 예,

제 3도는 제 2도의 다이어그램과 유사하지만 용융물내의 접종제의 양에 관한 제어 다이어그램의 예,

제 4도는 본 발명에 따른 방법의 구체예 B의 원리개략도,

본 발명은 컴팩트 흑연철로서 응고하는 주물을 주조하기 위해 전처리된 용융철을 제공하는 방법에 관한 것이다.

컴펙트 흑연철(compacted graphite iron:이하에서 CGI로 축약함,)은 광택이 나는 2차원평면에서 볼 때 흑연이 버미큘러(vermicular)형태로 나타나는 주철의 형태(컴팩트 주철 또는 버미큘라 철이라고도 함)이고 버미큘러 흑연은 ISO/R 945-1969에는 "형태 III" 흑연으로 정의되어 있고 또 다르게는 ASTM명세서 A247에 따르면 "타입 IV"로 정의된다.

CGI의 기계적인 성질은 회주철과 연성주철의 최상의 성질들의 조합이다. CGI의 피로강도 및 최종의 인장강도는 퍼얼라이트계 연성 주철에 대한 값에 상응하는반면, CGI의 열전도도는 회주철과 유사하다. 이럼에도 불구하고, CGI는 현재 전체 주철생산의 약 70%를 차지하는 회주철 및 상기의 전체생산의 약 25%를 차지하는 연성주철과 비교하여 주철의 전세계 생산의 극히 제한된 일부에 상당한다.

CGI의 이전의 제한된 생산에 대한 한가지 이유는 그것을 신뢰성 있게 제조하기가 어렵기 때문이다. 이 어려움은 흑연화 퍼텐셜과 철의 흑연형상 변형요소들이 생산 공정동안에 매우 좁은 범위내에서 동시에 제어되어야 하는 점에 있다. 이것은 잘 정의된 많은 시험과 실험 그리고 종종 시스템에의 고가의 부속물의 도움으로 지금까지 이루어져 왔다.

그러나 이런 어려움들은 SE-B-444,817, SE-B-469,712 및 SE-B-470,091에 개시된 방법에 의해 대부분 제거되었다. SE-B-444,817에서는 흑연형상 변형제를 포함하는 주철의 제조방법을 기술하고, 이 방법은 작고 대표적인 샘플의 실제 응고공정에 기초하여 흑연 석출 및 성장이 확립되게 하고 주조시 CGI의 최적의 응고에 필요한 추가의 흑연형상 변형요소들로 용융물을 최종적으로 처리하는 열분석에 기초하고 있다. 샘플의 중심에서와 응고공정의 동안에 샘플채취 용기의 벽에 바로 접하는 용융물내 한 지점에서 온도의 시간의존변화를 기록하고 이로써 2개의 서로 다른 응고곡선을 얻는데 이것은 주조공정에서 응고의 과정에 관한 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 이 샘플채취 방법은 용융물의 고유의 결정화 성질에 관한 빠르고 매우 정확한 정보를 제공하고, SE-B-444,817의 내용은 CGI의 생산을 대규모로 제어하는 최초의 실현가능성을 나타낸다.

SE-B-469,712는 SE-B-444,817에 개시된 발명의 보다 더 발전된 기술을 개시하는데, 여기서는 용기벽에 가까운 용융물에 용해된 원소상 마그네슘의 농도를 적어도 0.003% 낮추는 물질이 공급된 벽을 갖는 특수형태의 샘플용기를 사용한다. 이것은 편상흑연의 형성을 가져올 정도의 Mg함량의 저하에 대한 여유를 만들기 위해 행해지며; 원소상 Mg에 관하여, 컴팩트 흑연의 형성에서 편상흑연의 형성으로의 전이는 단지 0.003퍼센트 단위의 농도범위, 주로 0.008%에서 0.005%에 걸치나, 절대치는 응고시간에 의존하여 다양할 수도 있다.

SE-B-470,091는 SE-B-444,817에 개시된 발명의 보다 더 발전된 기술을 개시하고 있다. 이 특허명세서는 구조변형된 주철용융물, 그중에서도 특히 공정(共晶)점보다 높은 탄소 당량(C.E.)값을 갖는 CGI의 물리적인 C.E. 또는 흑연화 퍼텐셜을 측정하는 것이 어떻게 가능한지를 설명한다. 다시 열분석 결과는 용융물의 조성을 교정하거나 조절하기 위해 사용된다. 이 방법은 저 탄소함량의 철의 조각을 샘플용기에 도입하는 것을 기초로 하는데, 여기서 그 조각은 용기가 용융철로 채워질때까지 완전히 용융하지 않을 정도의 크기이면 된다. 용융물의 온도는 용융물이 응고함에 따라 기록된다. 온도가 r-액상선과 교차할때, 이 온도는 절대온도로서 또는 유사종의 구조변형된 주철에 대한 공정온도의 측정 및 교정값들에 관한 온도차로서 기록한다. 즉, 용융물의 C.E. 는 이 구조변형된 주철에 대한 상다이어그램에 기초하여 결정된다.

이들 특허명세서는 공업적 규모로 균일한 품질의 CGI를 제조하는 방법을 기초로 하는 기술수준을 나타낸다. 이것은 예를 들어서 DE-Al-29,37,321 (Stefanescu), DE-C1-34,12,024(Lampic) 또는 JP-52,026,039(Komatsu)에 기술된 구방법들로는 거의 실현성이 없었으며, 이들 방법에는 고철문제가 심하게 지워져 있었기 때문이다. 그러나, 상기에서 언급한 대로 CGI의 제조는 여전히 아주 조심스럽다. 이에 대한 한가지 중요한 이유는 어떤 연속 또는 반연속 공정들에서는 CGI의 제조를 신뢰성 있게 제어하는 것이 지금까지 가능하지 않았고 단지 배치공정에서만 가능했기 때문이다.

여기서 "연속공정"은 기본적으로 CGI로 응고하는 용융철을 연속적으로 제공하는 방법, 예를 들면 연속적으로 가동하는 성형라인에 배열된 몰드에서 주조하는 방법, 즉 "배치공정"과는 달리 원료의 공급 또는 처리된 철의 제거공정의 어떤 방해도 받지 않고 그런 용융철의 계속되는 흐름을 얻을 수 있는 방법을 의미하는데, 이것은 CGI로서 응고하는 용융철의 각 꾸러미를 제조 및 분배하고 임의로 후속의 유사한 배치식 조작이 이어지는 것을 의미한다. "반연속공정" 은 전체공정이 배치식 부공정과 연속부공정 둘다로 이루어짐을 의미하며 예를들면, 원료의 반응기로의 배치식 처리 및 이송을 수반하는 공정이며 최종 생성물은 반응기로부터 연속적으로, 즉 어떤 방해도 받지 않고 얻어질 수 있으며, 본 경우에서, 이것은 공정이 연속적인 가닥의 CGI를 제조하는 선택권을 제공하나, 임의로 연속적으로 가동하는 성형라인에서 독립적인 CGI의 주물을 제조하는 것이 여전히 가능함을 의미한다.

배치공정과 연속 또는 반연속공정 사이의 한가지 중요한 차이는 배치공정에서는 원칙적으로 제품성질은 하나의 제조한 항목에서 또 다른 항목으로 변경 또는 조정될 수 없고 재료의 새로운 배치가 제조될 때에만 가능한 반면에, 적어도 하나의 제어된 연속부공정으로 이루어지는 공정에서는 원칙적으로 이러한 변경 또는 조정이 어느 시점에서든지 행해질 수 있다는 것이다.

본 경우에서, 이것은 나중에 더 자세히 논의하는 바와 같이, 주조 전에 제조공정의 최종 가능한 단계에서 용융철내의 접종제의 함량(그리고 임의적으로 또한 흑연형상 변형제의 함량)을 온-라인제어함으로써 달성된다. 간편성을 위해, 그리고 상기에서 논의된 차이에 의해 정당화되므로 "반연속" 공정의 개념뿐만 아니라, "연속" 공정의 개념이 둘다 이명세서에서는 "연속공정" 이라는 용어에 포함될 것이다.

정량에 가까운 형상의 주조 금속 또는 합금의 대규모 생산이 경제적으로 가치있게 되기 위해서는 조만간 연속 제조공정을 필요로 할 것이라는 사실은 이 기술분야에서 활동중인 사람들게게는 명백할 것이다. 연속공정은 배치공정에 비하여 많은 이점을 가질 것이고 이것은 이 분야의 어떤 숙련자에게도 분명한 사실이다. 논리적인 견지에서 보면 예를들어, 연속 제조공정은 연쇄적 생산에서 "밀집지역" 또는 "병목" 의 잠재적인 위험이 상당히 줄어들 것이며 생산플랜트를 최적화 내지 경제적으로 사용할 수 있다는 점에서 이점이 있다.

도입부에서 언급한 대로, CGI가 연속공정 보다는 배치식 공정에 의해 여전히 생산되고 있는 주된 이유중의 하나는 종래 기술의 공정제어 문제점으로 인하여 신뢰성 있는 연속 CGI제조공정을 용이하게 구현하기 어렵기 때문이다.

이 분야에서 실제적으로 중요한 모든 기술적인 개발은 배치식 제조공정들의 문제점을 해결하는 방향으로 지향되어져 있다. 그래서 상기의 특허명세서는 제한된 부피의 주어진 용융물, 즉 배치의 조성을 제어하고 조절하는 것에 관한 방법을 설명한다.

샘플을 이 배치에서 취하고 열분석의 결과가 명시된 값과 차이를 나타내면, 전체 배치의 조성을 교정하고(즉 그러한 교정이 기왕 가능하다면); 배치의 조성이 교정될 수 없다면 전체배치를 변경한다.

샘플을 취하고 용융물의 조성을 교정한 다음에 용융철을 가능한 한 빨리 보통은 5-20분내에서 기존의 방법에 따라 주조한다. 용융물내의 많은 첨가제는 화학적으로 반응하고 기다리는 시간이 너무 길어지면 액체철이 유지되고 있는 온도에서 불활성이 된다.

그래서, 배치 제조공정 조건은 각각의 배치에서 1회 보다 많은 샘플채취 기회를 허용하지 않으며, 공정 중단을 허용하지 않는다. 샘플을 이동 레이들에서 취하고 그 샘플을 분석하는 시간동안에 용융물은 탈-슬래그되고 최종 처리단계로 이동할 시간을 갖게될 것이며, 여기서의 분석결과는 주조 전에 용융물에 필요한 조정을 하는데 이용된다. 종단하는 열분석은 유효한 주조시간을 줄이기 때문에 부적당하다. 따라서, 많은 방법에서 유리하지만 이전의 기술공정은 어떤 연속제조공정에 대해서도 양호한 기준을 형성할 것같지 않은데, 상기의 이전 기술에 따른 제품성질들의 온-라인 제어를 위해 마련된 기회가 없고 한번에 한 배치의 조정의 기회만 있기 때문이다.

배치제조방법에서는 다량의 접종제 및 흑연변형제를 공정의 초기단계에서 용융물에 도입한 다음에 열분석 샘플채취공정을 실시하고 교정을 주조직전에 한다. 이 다량의 접종제는 주조되는 철에서 필요한 함량에 대응하는 양 보다 상당히 더 많아야 하는데, 접종제는 제한된 효과를 나타내기 때문이다; 접종제는 흑연 결정의형성을 촉진하나 용융물의 주조와 함께 냉각이 두드러지지 않는다면, 그렇게 하여 형성되는 많은 결정화 핵은 용융물에 재용해되거나 또는, 예를 들어 부유에 의해 용융물로부터 물리적으로 제거될 것이다. 물론 주조되는 철에서 필요한 함량에 대응하는 양으로 접종제의 사용량을 줄이는 것이 바람직한 것이다.

공정에 도입된 주철용융물에 존재하는 황의 양은 저 레벨에서 유지되어야 한다; 황 자체가 CGI에서 바람직하지 않으므로 모든 경우의 공정에서 제거되어야만 한다.

높은 S-함량은 또한 열분석의 정밀도를 감소시킬 것이다. 존재하는 모든 황은 공정에서 통상적으로 사용하는 흑연형상 변형제인 Mg와 반응할 것이다.

SE-B-469,712에서 분명해진 바와 같이 원소형태로 용해된 Mg만이 흑연형상 변형효과를 갖는다. 측정결과를 분석할때, 높은 S함량은 시스템에 첨가된 Mg의 대부분이 샘플을 취할 때 존재하는 황과 완전히 반응했는지 반응하지 않았는지를 불확실하게 하고, 게다가 용융물에 필요한 교정정도도 불확실하게 한다. 물론 이런 불확실성을 감소시키거나 제거하는 방법을 모색하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 개선된 공정제어의 실시방법으로 상기한 바람직한 성질을 가진 연속적인 CGI제조방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 첨부한 청구항 1에 따른 방법에 의해 이루어진다.

상기 방법발명의 바람직한 구체예들은 마찬가지로 첨부한 종속항에 의해 정의된다.

이전 기술이 개발해온 방향으로부터 벗어나서, 완전히 처리된 철을 열분석하지 않고, 상기 문제점을 해결하고 CGI를 연속공정에 의해 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 접종제는 주조직전에 즉, 정확한 양으로 첨가해야만 하는데, 이것은 종래의 방법에서는 가능하지 않았으며 종래의 방법에서는 접종제를 공정의 초기에, 상당하지만 필요한 과잉량으로 첨가한다. 그러나, 본 발명의 경우에는 완전히 처리된 주철의 결정화 능력을 측정하고 이 측정의 결과를 접종제 공급의 피드백 제어에 사용하며, 이 공급은 처리공정의 가능한 한 최종단계에서 실시하여 시스템에 도입되는 접종제의 양을 최적화한다. 보통 접종제는 FeSi를 포함하므로 C.E.가에도 영향을 미치며, 따라서 측정결과는 단계 II로 피드백되어, 필요한 만큼의 철의 탄소 및/또는 규소함량을 조정하는 작용제의 첨가를 증가 또는 감소시키는데 이용되기도 한다.

본 발명을 실시할 때, 그러한 것이 사용되어야 한다면 철용융물에 높은 S-함량을 수용하는 것이 더 용이하다. 탈황화반응 단계는 용융주철을 조건로로 이동시키기 전에 제공할 수 있고, 또는 대안으로서 주어진 양의 흑연형상 변형제를 첨가할 수 있는데 이것은 구조적 성질을 변형시키는데 필요한 양외에 철의 S-함량에 대응하는 화학양론적 양도 포함하여, 원칙적으로 모든 황이 공정의 말기까지 반응하게 되고 그 결과 CGI는 용액중에 황이 존재하지 않을 것이다. 그러나 상기에서 언급한 바와 같이, 이 반응은 순간적으로 일어날수 없어 공정의 과정동안에 취한 샘플들의 질이 떨어진다. 그러나 본 발명을 실시할때는 샘플을 용융된 철로부터 공정의 말기에서 취하는데 평균적으로 이것은 조건로 에서 꽤긴 시간동안 유지되었다. 용융물의 각 새로운 배치를 조건로로 이동시켜 조건로에 존재하는 활성 S-농도가낮은 용융물과 배치를 혼합함으로써 상기 새로운 배치의 활성 S-농도는 감소되고 첨가된 황은 상기 샘플을 취하기 전에 더욱 완전하게 반응할 시간이 주어진다.

단계 1에서 용융주철의 제조는 편리하게는 용융실 예를들어, 용선로 또는 전기로 안에서 실행하며, 용융로 및 처리로를 포함하는 이중공정으로 이루어질 수 있다. 용융물을 제조하는데 사용하는 원료는 철조각, 처녀 철원료, 주물회수품, 또는 다른 종래의 철주물장입재료, 또는 이것들의 조합일 수 있다; 바람직하지 않다하더라도 원료는 비교적 높은 S-함량을 가질 수 있다.

용융물의 C.E.가는 탄소 및/또는 규소 또는 저탄소 철의 도움으로 단계 II에서 조정하는데, 이것은 방금 주조된 용융물의 열분석 결과에 대응하는 양으로 가한다; 따라서 C.E.를 조정하는 원리는 본질적으로 SE-B-470,091에 기술된 방법에 따른다.

본 발명 방법의 한 구체예(이하 구체예 A라고 함)에 따르면, 용융물은 보통 레이들의 형태인 반응용기에 옮기고, 반응용기에서 그 용융물이 염기처리공정을 받게하고 Mg같은 흑연형상 변형제를 상기의 분석결과에 의해 조절된 양으로 가하는데, 이때 본질적으로 SE-B-444, 817 및 SE-B-469,712에 기술된 방법에 따른다. Mg는 어떤 적당한 종래의 방법에 따라 용융물에 가할 수 있다.

Mg를 함유하는 합금(예로, Fe 45-60%, Si 40-70% 및 Mg 1-12%를 함유하는 FeSiMg합금)은 소위 샌드위치 공정(즉 합금을 반응용기의 바닥에 놓고 용융물을 그 위에 붓는다)에 사용할 수 있지만, 이것은 보다 적은 슬래그를 형성하기 때문에 순수한 Mg를 첨가하는 것이 바람직하다.

순수한 Mg는 예를들면 전선형으로, 또는 소위 GF-전로(GF는 Georg Fisher AG)에 첨가할 수 있다. 상기한 바와같이 염기처리공정에서 접종제를 포함시키는 것이 필요하지 않지만, 염기공정이 접종제의 첨가를 포함하는 것을 방지할 수는 없다.

상기 임의의 염기처리공정의 완료시, 슬래그는 용융물에서 제거되고 용융물을 조건로로 옮기는데, 이 노는 예를 들면 공정조건이 용융물을 연속슬래그층에 의해 산소분위기로부터 보호할 정도일때는 개방로일 수 있으나 밀폐로를 사용하는 것이 바람직하며, 이 노에는 불활성 차폐가스분위기를 제공하는 것이 바람직하다. 이것은 용융 구성물의 바람직하지 않은 산화를 최소화한 다음에, Mg같은 흑연형상 변형제를 특히 쉽게 산화 시켰다.

차폐가스를 사용할 때 사용되는 가스는 예를 들면 질소와 같은 어떤 비산화성 가스 또는 희(稀)가스, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 한 구체예에 따르면 밀폐 조건로를 가압하여 사용하는 것이 바람직하다. 조건로를 가압하여 조건로에서 용융물로 공기가 유입되는 것을 더욱 감소시키는 것외에 조건로가 적당히 구성되면 노내 압력은 유리한 방법으로 용융물의 주조몰드로의 유입을 제어하도록 조절될 수 있다. 이것은 다음에 더 상세히 기술될 것이다.

조건로는 예를 들면 프레스포어(PRESSPOUR)형태의 것, 예를 들어 ABB사가 판매하는 형태의 노일 수 있다. 충전된 배치는 조건로에서 존재하는 용융물과 같이 혼합된다.

일반적으로 조건로의 용융물 함량을 다시 약 25%로 채우는데 이 전환레벨은 양호한 함량균등화 효과를 제공함을 알았기 때문이다.

구체예 A에 따르면 흑연형상 변형제, 예를 들어 Mg를 필요하다면 조건로내의 용융물에 가할 수 있다. Mg는 Mg를 심으로 하고 강철을 외장으로 하는 선 또는 막대의 형태로 제공될 수 있고, 이것은 노의 덮개 또는 뚜껑에 있는 밀폐가능한 개구를 통해 노에 공급된다.

초기 첨가와 마찬가지로 시스템에 가해지는 Mg의 양은 주조몰드의 내부에서든지 바로 상류에서든지 완전히 처리된 CGI의 열분석 결과로 정해진다.

적어도 어떤 흑연형상 변형제, 예를 들어 Mg같은 것을 용융물에 가할때, 용융물에 들어 가면 쉽게 기화되는 가스형성의 위험이 있다. 조건로가 가압될때 그와 같이 발생된 가스는 가압 제어시스템을 방해할 수 있다. 따라서, 조건로에 있는 동안 용융물에 흑연형상 변형제를 가할때 조건로내의 압력을 줄이는 것이 바람직하다.

구체예 A에 대한 대안인 또 다른 구체예(이하 구체예 B라고 함)에서 용융주철을 주조몰드안에 붓기전에 조건로에서 작은 주입레이들로 옮기고, 총량의 흑연형상 변형제를 상기한 용융물 조절원리에 따라 상기 레이들에 가한다. 즉 조건로에 유지된 염기철을 마그네슘으로 미리 처리하지 않았다.

제조단계는 열분석을 위해 샘플을 취하는 것으로 종결된다. 샘플을 주조흐름에서 또는 예를 들어, 있다면 주입레이들에서 취할 수도 있지만 주입대야 또는 탕구시스템에서 취하는 것이 바람직하다. 샘플은 수동으로 예를 들어 손에 들수 있는란세트의 도움으로, 또는 완전히 자동으로 또는 반자동으로 취할 수 있다; 이 문맥에서 반-자동 샘플 채취는 탐침을 수동으로 교환하면서 실제의 샘플을 자동으로 취하는 것을 뜻한다. 샘플채취장치는 예를들어 SE-B-446,775에 기술된 종류의 한 가지일 수 있다.

노에서 취한 샘플이 노의 함량을 나타내는 분석결과를 제공할 수 있기전에 조건로내에 이미 존재하는 용융물이 거기에 가해진 각 새로운 배치의 용융철과 혼합되게 하기 위해서는 주어진 시간이 경과해야만 하므로 샘플을 취하기 전에 각 조건로를 다시 채운 다음에 몇개의 몰드, 보통 약 4-5개의 몰드를 거치게 하는 것이 필요하다. 다른 한편으로, 구체예 A의 경우에서는 분석결과가 다음의 염기처리공정을 변형시키는데 확실히 사용될 수 있을 정도로 충분히 빠른 속도로 샘플을 취하는 것이 필요하다. 이 혼합의 지속시간을 결정할때 고려해야 하는 중요한 척도로는 주조 몰드를 채우는데 걸리는 시간, 몰드의 체적용량, 조건로의 크기와, 적용할 수 있을 경우 염기처리를 실행하는 레이들의 크기를 들 수 있다.

공정을 개시할때 취하는 방법은 대부분 초기조건에 의존한다: 예를 들어, 공정을 개시하기 전에 플랜트를 사용하여 흑연주철 또는 연성주철을 생산하거나 또는 조건로를 얼마간의 용융물로 채울 수도 있다. 어느 경우이든지 조건로를 먼저 용융주철로 채우고 임의로 용융물의 황 및/또는 첨가제 농도가 본질적으로 CGI의 제조를 위한 교정범위에 놓일 때까지 Mg로 염기를 처리한다. 조건로는 대개 임의로 스파우트에서 취한 샘플의 화학적 분석의 도움과 함께 경험에 기초하여 채워진다.

구체예 A에 따르면, 조업개시시에 조건로를 그 용량의 대략 3/4정도까지 채우고, 그후 안정하고 균일한 레벨의 접종제가 얻어질 때까지 용융물을 따르는데, 이 레벨은 보통 2-4개의 주조몰드에 대응하며, 그후에 주조를 일시적으로 중단하고 열분석 샘플을 취한다.

이 분석 결과는 반응용기에서 용융물(이 용융물은 후에 조건로를 채움)의 다음 배치를 염기처리하는데 영향을 미치고, 또한 시스템을 빨리 조정하기 위해 조건로내의 용융물에 Mg를 가할 필요가 있는지를 나타내며, 그후에 제조가 개시될 수 있다. 계획되거나 또는 원하지 않은 조작정지의 경우에는 제조를 중지시킨후 조건로내 압력을 줄여서 조건로 스파우트의 용융물이 노로 되돌려져 Mg의 페이딩 또는 산화가 저하되게 한다. 조건로에서 시간 단위당 페이딩 속도는 알려져 있으므로 정지시간 동안 활성 Mg의 환원을 계산하는 것이 가능하다. 대응하는 Mg의 양을 정지후에 용융물에 가한 다음에 제조는 재출발된다.

구체예 B를 실시할때 개시 및 정지방법은 적용가능한 경우에 본질적으로 상기에서 지적한 바와같다. 레이들은 미리 가열해야 한다. 정지의 경우에 레이들은 가능하다면 정지후 수분내에 몰드나 그렇지 않으면 조건로로 다시 돌아가서 비워져야 하고, 정지시간이 길어진 경우에는 레이들을 재가열한다; 제조가 재출발할때 레이들은 다시 간단하게 채워진다.

이제 본 발명 방법을 많은 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 더 상세히 설명하는데, 여기서 동일한 부재번호는 동일한 대상을 나타낸다.

앞에서 기술한 구체예 A의 한 예인 제 1도에 예시한 구체예의 경우에는 먼저 노(2)에서 주철(1)을 제조한다. 이 경우에 용융물은 철조각으로 제조한다. 용융물의 C.E.는 25로 표시한 바와 같이 용융물에 탄소 및/또는 규소 및/또는 강을 가하여 조건로(2)에서 조정한다. 다음에 용융물을 레이들(3)로 이동시켜 어떤 적당한 형태의 Mg(11)의 첨가로 이루어진 염기처리공정을 받게한다. 이 염기처리의 후속으로 슬래그를 용융물표면에서 제거하고 용융물을 밀폐된 조건로(4)로 이송하여 도입 시키는데, 이것은 가압시킨 불활성 가스분위기를 유지하며 PRESSPOUR라는 상표로 ABB사가 판매하는 소위 압력주입형(pressure pouring type)이다. 용융물을 가스운반라인(18)상의 슬라이드 밸브(17)의 도움으로 또는 스파우트(9)에 있는 태핑구멍(13)에 맞는 스토퍼로드(12)의 도움으로 노스페이스(16)내의 가스 초과압력을 제어하든지 또는 이들 제어방법의 조합으로 제어된 방식으로 노에서 따라낸다. 용융물(5)을 유도가열 유니트(22)로 가열하고 또한 어느 정도까지 재혼합시킨다. 조건로(4)에 도입된 배치의 용융물은 이미 그 안에 있던 용융물(5)과 혼합된다. 공정이 연속될때 조건로의 최대용량의 약 75%를 활용한다. 필요하다면 Mg를 조건로(4)에 더 공급할 수 있다. Mg는 강을 외장으로 하고 Mg를 심으로 하는 와이어 또는 로드(6)의 형태로 공급되며, 이것은 조건로 덮개(8)에 제공된 밀폐가능 개구(7)를 통하여 조건로(4)에 공급된다.

다른 첨가와 마찬가지로, Mg-첨가도 또한 주조 CGI의 열분석 결과에 의해 정해진다.

개구(7)는 슬라이드 밸브 또는 뚜껑(19)을 구비한다. 또한 이 장치는 조건로 환경내의 미립자 MgO, Mg-증기, 및 다른 가스들을 정화시키고 케이싱(8)에 장치된 슬라이드 밸브 또는 뚜껑(21)을 구비하는 굴뚝 20(임의로 개구(7)와 동일할 수 있다)을 포함한다.

밸브(17)는 조작동안에 연속적인 가스운반을 위해 열어놓는 반면에 밸브(19 및 21)는 닫아 놓는다. Mg-와이어(6)를 노에 도입하는 것이 필요하면, 먼저 노내 압력을 낮추어 스파우트(9)내의 용융물의 레벨을 점선으로 나타낸 레벨까지 떨어뜨린다. 이 조작은 실행하는데 약 10-20초가 걸린다. 다음에 굴뚝(20)의 밸브(21)와 Mg를 공급하는 밸브(19)를 약 5초간 열어 놓는다. Mg를 심으로 하는 와이어(6)를 노로 약 30초간 공급한다.

다음에 밸브(19 및 21)를 5초동안 더 닫는다. 최종적으로 밸브(17)를 열고 압력을 정상적인 조작레벨로 증가시키는데 이것은 약 20초가 걸린다. 따라서 Mg-로드(6)를 조건로에 공급하는데 걸리는 시간은 총 약 70초이다. 접종제(10)는 용융물을 따라내기 직전에 상기 규정한 원리에 따라 노의 스파우트(9)로 운반된다. 노(4)에서 용융물을 따라내는 것은 스토퍼 로드(12)로 제어된다. 방법은 여기서 상세히 기술되지 않은 샘플 채취장치(23)의 도움으로 열분석을 위해 샘플(14)을 취하는 것으로 종결된다.

예시된 경우에서 샘플은 주조몰드(14)의 주입대야 또는 탕구 시스템(15)에서 취한다.

분석결과가 노의 함량을 나타낸다는 것을 확신하기 위해서 4-5개의 주조몰드를 샘플을 취하기 전에 각 조건로의 보충후에 통과하게 한다. 샘플을 여기서 상세히 기술되지 않은 컴퓨터(24)의 도움으로 분석한다; 점선 화살표는 컴퓨터(24)의 여기저기서 정보의 흐름을 가리킨다.

흑연형상 변형제의 시스템에의 첨가는 제 2도의 제어 다이어그램을 참조하여 이하에 기술된 원리에 따라 적당히 조절하는데, 제 2도에서 흑연형상 변형제의 함량에 대한 제어값을 시간의 함수로서 Y축에 나타내고, 시간을 X축에 나타낸다. Y좌표의 양의 값은 흑연형상 변형제의 제어값에 대하여 초과한 양을 가리키고, 반면에 음의 값은 부족함을 가리킨다. 제어값은 Y=0일때 X축과 일치한다. 참고기호는 다음의 의미를 갖는다.

100=지정상한

110=제어상한

120=제어하한

130=지정하한

실제값이 제어한계내(즉 선 110과 120사이)에 존재하고 이 범위를 벗어나지 않으려는 경향일때 Mg-첨가로 인한 변화는 없다; 선행하는 공정에서와 같이 Mg의 동일한 양이 그 다음 영기 처리공정에 포함된다. 실제값이 상한 제어치 110이상이지만 지정 상한치 100이하이면, Mg-첨가는 그 다음의 염기처리공정에서 감소된다. 실제값이 대응하는 낮은 범위(선 120과 130사이)에 있으면 Mg-첨가는 다음 염기처리공정에서 증가된다. 실제값이 지정상한 100이상에 있으면 조건로에서 용융물을 더이상 따라내지 않아서 Mg-함량을 일부러 묽게 하거나 또는 Mg-함량이 합격레벨에 도달할 때까지 노 용융물을 Mg-함량이 보다 낮은 용융물로 희석시킨다. 비합격품 경보는 동시에 주어진다. 조건로가그 용량까지 차지 않으면 Mg를 덜 함유하는 충전물을 존재하는 용융물에 가할 수 있다. 노에서 용융물을 따라내는 것은 실제값이지정하한 130밑으로 떨어질때 또한 중단되지만 이 경우에 Mg-와이어는 비합격품 경보를 발생하면서 노에 공급된다.

접종제의 용융물로의 첨가는 유사한 방법으로 제어된다. 제 3도의 참고기호는 제 2도의 것들과 같은 의미를 갖는다. 실제값이 제어한계내(직선 110과 120사이)에 존재 하고 이 범위를 벗어나지 않는 경향이면 계에 가해진 접종제의 양에 대해서는 변화가 없다.

실제 값이 제어한계밖에 있으면 조건로의 스파우트에서 용융물에 가하는 접종제의 양은 증가되거나 또는 감소된다; 비합격품 경보는 또한 실제값이 지정한계(각각의 직선 100 및 130)밖에 있을때 발생한다.

앞서 기술한 구체예 B의 한예인 제 4도에 설명된 구체예의 경우에 철 용융물을 노(42)에서 제조한다. 다음에 용융물을 용기(43)로 옮기고, 여기서 용융물을 어느 적당한 기존공정에 따라 중량퍼센트가 약 0.005-0.01% S가 될때까지 탈황화시킨다. 동시에 탄소를 용융물의 C.E.값을 조정하기 위해 중량퍼센트 약 3.7%C로 가한다. 이 후속으로 슬래그를 용융물 표면으로부터 제거하고 용융물을 가압된 조건로(44)(구체예 A의 예에서의 노(4)와 유사)에 이동시켜서 도입하는데, 이것은 약 6에서 65톤의 용량을 갖고, 용융물을 구체예 A의 예에서 나타낸 방법들 중의 어느 것에 따른 제어된 방식으로 따라낸다.

조건로(44)에 도입된 배치의 용융물은 미리 그 안에 있던 용융물(45)과 혼합되고, 또한 임의적인 합금 작용제, 예를들어 Cu 또는 Sn을 가할 수 있다; 또는 대안으로, 그러한 합금작용제는 공정의 어떤 다른 적당한 시점에서 가할 수 있다. 조건로로부터 용융철을 소형처리 또는 주입레이들(60)에 주입한다. 다음에 이들 레이들내의 용융물을 몰드(54)에서 주조하기 직전에 Mg를 심으로 하는 와이어(46)와 접종제(50)로 처리한다. 본 발명은 레이들(60)로부터 또는 주조몰드(54)의 주입대야 또는 탕구시스템(55)으로 부터 열분석샘플(63)을 취함으로써 종결된다. 다른 첨가와 마찬가지로 접종제뿐만 아니라 Mg의 첨가는 주물 CGI의 열분석 결과에 의해 정해진다.

제 2도 및 3도와 관련하여 기술된 제어 및 조절원리는 본질적으로 이 마지막 구체예의 경우에서도 적용할 수 있다.

본 발명은 기술되고 설명된 예시 구체예에 한정되지 않고 기술된 방법은 본 발명의 범위내에서 또 이 분야의 숙련자의 전문지식 내에서 많은 방식으로 변형될 수 있음은 물론이다. 예를 들어 조건로에의 합격품질의 공급을 보장하기 위해서 추가의 열분석 샘플채취를 임의의 염기처리후에 실시할 수도 있다. 상기에서 지적한 것외에 다른 방법 원리, 장치, 성분, 작용제등도 물론 본 발명의 범위내에서 사용될 수 있다.

Claims (9)

1. 컴팩트 흑연주철로서 응고하는 주물을 주조하기 위하여 전처리된 용융주철을 연속적으로 제공하는 방법으로서,

   I. 용융주철을 제조하는 단계;

   II. 상기 주철의 흑연화 퍼텐셜을 조절하는 작용제를 용융주철에 도입하는 단계;

   III. 상기 용융주철을 조건로로 이동시키는 단계로서, 상기 조건로로부터 출탕된 주철을 상기 선행하는 단계로부터 나오는 용융주철의 보충량으로 보상하여, 조작시 용융주철의 양을 소정치내로 유지하는 단계;

   IV. 상기 용융주철을 주조몰드로 직접주입하거나 또는 레이들로 주입하고 상기 레이들로부터 주조몰드로 주입하는 단계;를 포함하고,

   필요하다면, 상기 단계 IV이전에 공지된 어떤 적당한 탈황방법에 의해 상기 용융주철을 탈황하여, 황의 중량 퍼센트를 약 0.025%미만으로 하고,

   추가적으로, 상기 단계 I-IV중의 하나이상의 단계를 수행하는 동안에, 흑연형상 변형제와 접종제를 상기 용융주철에 첨가하는 방법에 있어서,

   상기 단계 III 이후 및/또는 주조몰드로부터 상기 작용제를 첨가한 후에 상기 용융주철중 적어도 하나의 샘플을 취하고,

   상기 샘플의 중심 및 샘플 용기벽의 중간 부근에서 상기 용융주철의 시간-의존 온도변화를 기록하면서, 샘플과 그 샘플을 유지하는 용기가 결정화 온도 이상의온도에서 반드시 열적으로 평형인 상태로부터 상기 샘플을 응고되게 하고,

   상기 기록된 시간-의존 온도 변화를 이용하여 상기 주철의 구조적 성질과 흑연화 퍼텐셜을 공지된 방법으로 확정하고,

   상기 주철주물의 상기 확정된 흑연화 퍼텐셜 및/또는 상기 확정된 구조적 성질이 대응하는 컴팩트 흑연주철의 공지된 구조적 성질과 흑연화 퍼텐셜에서 소정치 이상의 정도로 벗어날 경우에는, 상기 편차와의 소정의 관계로,

   단계II에서 도입되는 흑연화 퍼텐셜 조절제의 양을 조정하고, 그리고/또는 첨가되거나 제거되는 흑연형상 변형제의 양을 조정하고, 그리고/또는 첨가되는 접종제의 양을 조정하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용융주철은 단계II이후 및 단계III이전에 반응용기로 이동되고, 이용기내의 용융주철에 흑연형상 변형제가 첨가되고;

   필요하다면 흑연변형제가 상기 조건로에 있는 상기 용융철에 첨가되고;

   단계IV에서 상기 용융주철은 주조몰드내로 주입되고;

   접종제가 단계III이후에 상기 용융주철에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 용융주철은 단계II이후 및 단계III이전에 반응용기로 이동되고, 이 용기내의 용융주철이 약0.025%미만의 황의 중량 퍼센트로 탈황되고;

   단계IV에서 상기 용융주철은 레이들로, 그리고 그 레이들로부터 주조몰드로주입되고; 흑연형상 변형제와 접종제는 상기 레이들에 여전히 있는 상기 용융주철에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 조건로는 밀폐식인 것을 특징으로 하는 방법 또는 공정.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 조건로에 불활성 차폐 가스 분위기를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조건로를 가압하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 흑연형상 변형제가 상기 조건로에 있는 용융주철에 첨가될 경우, 상기 조건로의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중의 어느 한 항에 있어서, 주조몰드의 탕구시스템 또는 게이트로부터 용융주철의 샘플을 취하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용융주철은 단계IV에서 레이들로, 그리고 그 레이들로부터 주조몰드로 주입되고, 상기 레이들중의 하나로부터 용융주철의 샘플을 취하는 것을 특징으로 하는 방법.