KR100541928B1 - 소실모형 주조법에서의 주물사 재생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소실모형 주조법에 있어, 주물사 재사용에 사용되는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 주물사 재생장치는, 소실모형 주조법에서 사용되는 것으로서, 주조공정을 마친 주물사가 유입되는 유입구와, 재생공정을 마친 주물사가 배출되는 배출구를 가진 중공의 실린더와; 상기 실린더 내벽에 상기 실린더의 축방향을 따라 형성된 복수의 나선형 날개들과; 상기 실린더를 중심축에 대해 회전시키는 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

소실모형, 주조법, 주물사, 재생, 실린더, 나선형 날개, 지지롤

Description

소실모형 주조법에서의 주물사 재생장치 {Apparatus for Recycling Molding Sand in the Process of Evaporative Pattern Casting}

도 1은 일반적인 소실모형 주조법을 설명하기 위한 도면; 및

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주물사 재생장치를 개략적으로 나타내는 부분 절개도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 *

100 : 모형

110 : 도형재

120 : 무점결사

130 : 용탕

200 : 실린더

210 : 나선형태의 날개

220 : 지지롤

본 발명은 소실모형 주조법에 있어, 주물사 재사용에 사용되는 장치에 관한 것이다.

소실모형 주조법(Evaporative Pattern Casting)은, 친환경적인 이점과 경제성, 그리고 기계가공 등의 마지막 공정이 거의 필요 없을 정도로 최종 제품에 근사한 형상화(near net shape)가 가능하다는 등의 이유로 인해 기존의 사형주조를 대신할 수 있는 주조방법으로 주목을 받고 있다.

또한, 이와 같은 소실모형 주조법은 일반 사형 주조법과는 달리 점결제가 없는 모래, 즉 무점결사를 사용하기 때문에, 폐주물사가 발생하지 않는다. 따라서, 소실모형 주조법은 환경적으로나 경제적으로나 매우 큰 장점을 지닌 주조법이라고 할 수 있다. 물론, 사형 주조공정을 진행한 결과 나오는 폐주물사에 대해서도, 이를 재생하는 다양한 기술이 개발되어 있는 상태이지만, 이 기술에는 1) 점결제를 용제로 용해시키는 방법 등을 통해 제거하는 단계와, 2) 덩어리 형태의 폐주물사를 분쇄하는 단계가 불가피하게 추가적으로 요구되므로 본 발명에서 추구하는 "소실모형 주조법"에서의 주물사 재생기술과는 전혀 다르다고 할 수 있다.

도 1은 일반적인 소실모형 주조법을 설명하기 위한 도면이다. 소실모형 주조법에서는, 우선, 스티로폼과 같은 원료인 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 원료로 하여 제조하고자 하는 주물제품과 동일한 형상으로 성형되는 모형(100)을 만든다. 모형(100)의 표면에 도형재(110)를 도포시킨 다음, 이를 점결제(binder)를 넣지 않은 주물사인 무점결사( 無粘結砂; 120)에 매설한 뒤 용탕(130)을 주입하면, 매설된 모형(100)은 용탕(130)의 열에 의하여 기화되어 분해가스로서 모래 속으로 배출된다. 그러나, 주물로부터의 거리가 먼 모래는 낮은 온도를 갖기 때문에, 분해가스가 이 위치의 모래를 통과할 경우 미처 다 빠져나가지 못하고 응축되어 액상형태로 잔류하게 된다. 이렇게 잔류된 물질은 악취의 원인이 되기도 하고, 모래의 표면에 붙어서 사충전 공정시 모래의 유동성을 떨어뜨려 주물의 불량을 야기한다. 대부분의 소실모형 주조공장에서는 이러한 분해물질을 제거하기 위하여 버너를 통해 모래를 재가열하여 분해 잔류물을 제거한 뒤 사용하거나, 이러한 모래 재생공정 없이 반복적으로 사용하다 새로운 모래로 대체하는 실정이다. 그러나, 이러한 종래의 기술 중 버너를 통해 재가열하는 방식은 재가열 후 모래의 냉각공정이 뒤따라야 하기 때문에, 부가적인 에너지의 소모와 모래냉각에 필요한 시간이 더욱 소요되는 등 많은 불합리한 점을 가지고 있다. 그리고 새로운 모래로 대체하는 방식은 새로운 모래의 사용으로 인한 비용증가가 발생하고, 또한, 새로운 모래로 대체되기 전까지는 모래에 축적되는 모형 분해물질이 모래의 충전 및 유동 특성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 역시 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소실모형 주조공정을 마친 주물사에 남아있는 모형 분해 물질들을 제거하여, 모래의 상태를 깨끗하게 유지하고 양호한 모래의 유동성 및 충전성을 확보할 수 있는 주물사 재생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 용탕 주입 후 주물사가 가지고 있는 폐열을 이용하여 잔류물을 기화 및 제거함으로써 추가적인 에너지 소모가 없고, 주물사의 재생공정이 주물사의 냉각 공정 중에 이루어져 냉각시간의 단축 등을 실현할 수 있게 하는 주물사 재생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 주물사에 존재하는 미분의 제거도 가능하며, 스크류 컨베이어 기능도 수행하는 주물사 재생장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 주물사 재생장치는: 소실모형 주조법에 사용되는 것으로서, 주조공정을 마친 주물사에 대한 덤핑 영역의 바로 아래 위치되어 주조공정을 마친 상기 주물사가 유입되는 유입구와 재생공정을 마친 주물사가 배출되는 배출구를 가진 중공의 실린더와; 상기 실린더를 중심축에 대해 회전시키는 회전수단과; 주조공정을 마친 상기 주물사가 상기 실린더 내측 벽면을 타고 상승 및 하강을 반복하면서 상기 배출구쪽으로 진행되어 재생되고 재생된 상기 주물사가 연속적으로 배출되도록 상기 실린더 내벽에 상기 실린더의 축방향을 따라서 상기 유입구에서 상기 배출구까지 연결되는 복수의 나선형 날개들을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 회전수단으로서, 상기 실린더의 하부에 지지롤을 설치할 수 있다.

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이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주물사 재생장치를 개략적으로 나타내는 부분 절개도이다. 도 2를 참조하면, 본 장치는, 중공의 실린더(200)와, 실린더(200)의 내벽면에 실린더의 중심축을 따라 설치된 나선형태의 복수 개의 날개(210)들, 그리고 회전구동을 위한 지지롤(220)로 구성되어 있다. 실린더(200)의 양쪽 개구 중의 한쪽은 주조공정을 마친 주물사가 유입되는 유입구이며, 다른 한쪽은 재생공정을 마친 주물사가 배출되는 배출구이다.

본 장치는 소실모형주조의 공정에서 사처리 라인(line)에 설치되며, 구체적으로는 주입이 완료된 플라스크에서 주물과 모래가 분리되는 덤핑 영역(dumping area) 바로 밑에 위치하게 된다.

이와 같이 구성된 장치의 작동은, 지지롤(220)에 동력원을 연결하여 지지롤 (220) 위에 놓인 실린더(200)를 회전시킴으로써 이루어지는데, 그 속도 등의 조건은 작업환경에 따라서 제어 가능하게 설계된다. 덤핑 영역에서 분리된 주물사는 아직 용탕 및 주물에서 방출되는 열기로 인해 고온상태의 모래와 모형분해 잔류물들이 응축되어 존재하는 모래 등이 섞여 있는 상태이다. 이러한 주물사가 회전하고 있는 실린더(200)의 유입구 쪽으로 유입되면, 나선형태의 날개(210)에 의하여 모래는 어느 정도 실린더 벽면을 타고 올라가다가 다시 낙하되는 행동을 반복하면서 배출구 쪽으로 진행하게 된다. 이 때 상기의 고온의 모래와 모형분해 잔류물이 존재 하는 모래들이 상호 섞이면서 분해 잔류물들은 고온 상태의 모래와 접촉하게 되고 이는 액상의 잔류물들을 다시 가스형태로 만들게 된다. 이렇게 발생된 가스와 모래의 낙하시 발생하는 미분들은 실린더(200)의 배출구 쪽에 설치된 집진장비(미도시)를 통하여 제거되게 된다. 이와 같은 방식에서는, 주물사의 재생이, 주물사에 대한 추가적인 가열이나 연소과정 없이 사용된 주물사 자체의 열에 의해 이루어진다.

이 장치는 나선형 날개들이 유입구에서 배출구까지 연결되어 재생된 주물사가 연속적으로 배출되도록 함으로써 보편적으로 소실모형 주조공장에 설치되어 있는 스크류 컨베이어(screw conveyer)의 기능을 병행하는 역할도 한다. 보통의 스크류 컨베이어는 그 구조상 모래의 이송만 가능하게 할 뿐 분진의 제거 및 모래의 혼합에는 한계가 있었다. 그러나 본 장치는 모래의 이송을 담당하면서도 상기와 같은 모래재생의 효과를 이룰 수 있다는 것이 큰 장점을 갖는다.

한편, 본 장치에서, 실린더의 내경 및 날개의 크기와 수는 유입되는 주물사의 유입량 등 작업조건에 따라서 가변적일 수 있다. 그러나 최소한 유입되는 주물사가 입구에서 적체되지 않을 정도의 날개크기, 나선의 경사 정도 및 실린더의 회전속도를 만족시켜야 하고 또한 모래가 실린더 내에서 충분히 낙하 교반될 수 있고 다시 기화된 분해물질이 빠져나갈 수 있는 실린더 내경을 확보해야 한다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 기존의 소실모형 주조공장에서 사용되 던 주물사 재생장치에 비해 설치비 및 에너지의 절감을 이룰 수 있다. 무엇보다도, 주물사에 남아있는 유해물질(모형분해물질의 잔류물)과 미분의 제거를 통하여 작업 환경의 개선과 주물 불량의 저감을 이룰 수 있다.

그리고, 기존의 스크류 컨베이어의 기능을 병행함으로써 추가적인 공간의 확보가 필요 없이 설치 가능하다는 장점이 있으며, 장치에 의한 모래유동은 모래의 냉각을 촉진시켜 이어지는 공정 중 하나인 사냉각 장치의 성능 및 소요시간 등을 경감시키는 효과를 가져온다.

Claims (4)

1. 소실모형 주조법에서의 주물사 재생장치에 있어서,

   주조공정을 마친 주물사에 대한 덤핑 영역의 바로 아래 위치되어 주조공정을 마친 상기 주물사가 유입되는 유입구와, 재생공정을 마친 주물사가 배출되는 배출구를 가진 중공의 실린더와;

   상기 실린더를 중심축에 대해 회전시키는 회전수단과;

   주조공정을 마친 상기 주물사가 상기 실린더 내측 벽면을 타고 상승 및 하강을 반복하면서 상기 배출구쪽으로 진행되어 재생되고 재생된 상기 주물사가 연속적으로 배출되도록, 상기 실린더 내벽에 상기 실린더의 축방향을 따라서 상기 유입구에서 상기 배출구까지 연결되는 복수의 나선형 날개들을 구비하는 주물사 재생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전수단이, 상기 실린더의 하부에 설치된 지지롤인 것을 특징으로 하는 주물사 재생장치.
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