KR100665040B1

KR100665040B1 - 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄장치

Info

Publication number: KR100665040B1
Application number: KR1020060026944A
Authority: KR
Inventors: 여인동; 나태엽; 김원용
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-01-04

Abstract

본 발명은

경사면부 외측으로 회수철의 파쇄를 위한 파쇄돌부가 복수개 돌출되는 파쇄판 측방으로 구비되는 유압실린더에 의해 상하측으로 각각 구비되는 가이딩로드를 따라 상기 파쇄판이 가이딩되며 전후진 이송되는 전후진툴부와; 회동축에 의해 상방이 고정되고, 전면측으로 상기 파쇄판의 파쇄돌부와 교합되기 위해 대응되는 파쇄돌부가 복수개 돌출되며, 배면측으로 구비되는 회동수단의 제어에 의해 상기 회동축을 기점으로 회동되는 회동파쇄판으로 구성되는 회동툴부와; 상방측으로 회수철이 유입되기 위한 유입호퍼와, 하방측으로 파쇄되는 회수철이 배출되는 배출호퍼를 갖도록 하여,

자동화된 주물생산 라인과 연결되어, 회주철과 구상흑연주철 등의 제조시 주철을 주물로 주조한 후 게이트부와 탕도부, 압탕부 등으로부터 발생되는 회수철을 유압 밀착 방식에 의해 적정 크기로 파쇄하여 충전성이 양호한 유도용해로의 용해 원료로 활용할 수 있도록 하기 위한 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄 장치에 관한 것이다.

주물, 용해로, 장입용 회수철, 파쇄장치, 툴부, 파쇄판, 파쇄돌부, 회동파쇄판, 회동수단

Description

주물 용해로 장입용 회수철 파쇄장치{A casting melting furnace throwing retrieval iron smash equipment}

도 1a는 본 발명의 장입용 회수철 파쇄장치에 채택되는 각 툴부의 모재 미세조직을 촬영한 사진이고,

도 1b는 도 1a의 모재 열영향부의 미세조직을 촬영한 사진이다.

도 2a,b는 모재와 그 모재에 1차 육성 용접한 상태에서의 용접층 경계부의 미세조직을 촬영한 사진이며,

도 3은 1차 육성 용접층의 미세조직 사진이며,

도 4a,b는 각각 1차 및 2차 육성 용접층 경계부의 미세조직 사진이고,

도 5는 2차 육성 용접층의 미세조직 사진이다.

도 6은 본 발명에 채택되는 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄장치를 개괄적으로 도시한 사시도이고,

도 7은 도 6에 의한 장치를 분해한 상태를 도시한 개괄적 사시도면이며,

도 8은 본 발명에 채택되는 전후진툴부의 사시도이고,

도 9는 본 발명의 개괄적 정면도이고,

도 10은 본 발명에서 전후진툴부의 이송상태를 도시한 도면이고,

도 11은 본 발명에서 회동툴부의 회동상태를 도시한 도면이다.

※ 도면 중 주요부호에 대한 간단한 설명

1; 회수철 파쇄장치 10; 유입호퍼

20; 배출호퍼 100; 전후진툴부

111; 경사면부 112; 파쇄돌부

120; 유압실린더 130; 가이딩로드

200; 회동툴부 210; 회동파쇄판

211; 파쇄돌부 220; 회동축

230; 회동수단

본 발명은 자동화된 주물생산 라인과 연결되어, 회주철과 구상흑연주철 등의 제조시 주철을 주물로 주조한 후 게이트부와 탕도부, 압탕부 등으로부터 발생되는 회수철을 유압 밀착 방식에 의해 적정 크기로 파쇄하여 충전성이 양호한 유도용해로의 용해 원료로 활용할 수 있도록 하기 위한 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기용해로의 경우 용해능력을 향상시키기 위해서 장입재를 컴팩트하게 형성하여 장입하는 것이 필수적으로 요구되는바, 주조라인에서 회수되는 회수철(return iron scrap)의 경우 압탕이나 런너, 인게이트 등을 절단처리하여 되는 것으로 그 형상 자체가 길고 복잡 다단하여 그대로 상기 회수철을 재사용하기 위해 전기용해로 등에 장입할 경우 서로 얽히는 현상에 의해 용해로에 과부하가 발생되는 현상 및 내화물의 손상은 물론, 용해속도 또한 상당히 저하되는 문제점이 있다.

이러한 장입물이 서로 얽히는 Hanging 현상을 방지하기 위해 주조라인에서 발생된 회수철을 작업자가 일일이 햄머 등의 파괴 수단 또는 산소절단기 등의 절단 수단 등을 이용, 파괴하여 용해로 등에 장입하였는바 이에 따른 노동력이 상당히 투여되고 상기 햄머 등을 이용하여 회수철을 파괴할 경우 작업과정에서 파편이 튀어 작업자를 위해하는 등 안전상 문제점 등이 지적되고 있으며, 또한 상기 회수철의 파괴, 절단 작업과정에서 발생되는 소음 및 비산 먼지 등으로 인한 작업장내 환경을 악화시키는 등의 문제점이 지적되고 있다.

또한, 이와같이 발생되는 회수철은 상술한 바와 같이 대부분 작업 인력을 동원하여 수작업에 의해 회수처리되는바, 작업하기가 상당히 어렵고 회수성 또한 저하되어 전체적 작업성이 현저하게 저하되는 등의 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점 등을 해결하기 위해 안출한 것으로서,

주철을 주물로 주조한 후 게이트부와 탕도부, 압탕부 등으로부터 발생되는 회주철 및 구상흑연주철 회수철을 유압 밀착 방식에 의해 일축을 중심으로 상기 회수철을 파쇄하기 위한 툴부가 가변 회동되며 적정 크기로 조절 파쇄 가능하도록 하여, 자동 장입되는 회수철의 용이한 파쇄 작업이 연속적으로 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 회수철의 일정크기로의 절단, 파쇄 작업이 자동 연속 가능하도록 하여, 이러한 작업에 투여되는 인력을 절감할 수 있도록 함과 동시에 파쇄 작업과정에서 발생되는 소음, 비산먼지 등을 현저하게 줄여주도록 하여 작업장의 환경 개선이 가능하도록 하는데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기와 같이 일정크기로 연속 파쇄되는 회수철을 용해로에 연속 공급이 가능하도록 하므로써, 전체적 주조 공정의 현저한 공기 단축이 가능하도록 하여 작업 생산성을 향상시키도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 내구성 및 내마모성이 증가되어 회수철의 파쇄 작용이 용이하도록 하기 위해, 본 발명의 파쇄장치에 채택되는 툴부의 금속소재를 개발하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

경사면부(111) 외측으로 회수철의 파쇄를 위한 파쇄돌부(112)가 복수개 돌출되는 파쇄판(110) 측방으로 구비되는 유압실린더(120)에 의해 상하측으로 각각 구 비되는 가이딩로드(130)를 따라 상기 파쇄판(110)이 가이딩되며 전후진 이송되는 전후진툴부(100)와,

회동축(220)에 의해 상방이 고정되고, 전면측으로 상기 파쇄판(110)의 파쇄돌부(112)와 교합되기 위해 대응되는 파쇄돌부(210)가 복수개 돌출되며, 배면측으로 구비되는 회동수단(230)의 제어에 의해 상기 회동축(220)을 기점으로 회동되는 회동파쇄판(210)으로 구성되는 회동툴부(200)와,

상방측으로 회수철이 유입되기 위한 유입호퍼(10)와, 하방측으로 파쇄되는 회수철이 배출되는 배출호퍼(20)를 갖는 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄장치를 제공한다.

또한 본 발명에 채택되는 상기한 각각의 툴부(100,200)는 탄소강 열연 후판을 모재로 사용하고 20%Cr 및 5%C 조성의 고크롬 주철계 용접봉을 사용하여 상기 모재 표면층으로 약 3mm 두께의 1차 용접층을 형성한 후 모재를 200 ℃로 예열한 다음 120 ~ 130 A 의 전류 범위내에서 1차 용접하고, 상기 1차 용접에 의해 발생된 표면 슬래그 층을 제거하고

19%Cr, 9%Ni 및 6%Mn 조성의 오스테나이트계의 스테인레스강 용접봉을 사용하여 약 5mm 두께의 용접층을 1차 용접층 상면에 형성시킨 후, 모재를 150℃ 로 예열한 다음 100~130A 전류 범위에서 2차 용접하고 표면 슬래그를 제거하여서 되는 금속소재를 이용하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 첨부한 도면에서 보는 바와 같이, 주조공정에서 회수되는 회수철을 장입하여 파쇄하기 위한 회수철파쇄장치(1)를 제공하되, 내부에 유입되는 회수철을 파쇄하기 위해 일측에서는 수평상으로 이동되는 전후진툴부(100)를 구비하고 이와 대응되되 상방측을 기준으로 회동되며 전후진툴부(100)와 교합되며 상기 회수철이 파쇄되도록 하는 회동툴부(200)에 의해 이루어진다.

상기 회수철파쇄장치(1)의 상방측으로는 주조공정에서 생성되는 회수철을 수거하여 장입하기 위한 유입호퍼(10)가 구비되어지고, 하방측으로 파쇄된 상태의 회수철을 배출하기 위한 배출호퍼(20)가 구비되어지되, 본 발명에서는 주조공정라인의 단부측에 본 발명의 설비가 가능하도록 하여, 자동조형 및 주입라인에서 탈사된 주조품이 분리되어 회수되는 압탕이나 런너, 인게이트 등의 회수철이 컨베이어벨트 등의 이송수단을 거쳐 본 발명의 회수철파쇄장치(1) 상부의 유입호퍼(10)측으로 유입되도록 한다.

따라서, 기존과 같이 압탕이나 런너, 인게이트 등을 작업자가 일일이 수거하는 번거로움과 작업인력의 낭비를 효과적으로 절감, 제어할 수 있다.

이와 같은 회수철파쇄장치(1) 내부로는 상술한 바와 같이 일측으로 구비되어 지는 전후진툴부(100)와, 이와 대응되는 위치에 구비되는 회동툴부(200)로 구성되는바, 상기 전후진툴부(100)는 도면에서 보는바와 같이 일측으로 경사지는 경사면부(111)를 갖되 그 경사면부(111) 표면으로 복수개의 파쇄돌부(112)가 돌출되는 파쇄판(110)이 구성된다.

상기 파쇄판(110)의 후면측으로는 상기 파쇄판(110)을 전후진 이송가능하도록 제어하는 유압실린더(120)와 연결되고, 상기 유압실린더(120)의 동작에 따라 상기 파쇄판(110)의 전후진이 원할히 이루어질 수 있도록 하기 위해, 회수철 파쇄장치(1)의 상하부에 각각 상기 파쇄판(110)의 이송을 가이딩 하기 위한 가이딩로드(130)가 구성된다.

아울러, 상기한 구성을 갖는 전후진툴부(100)와 대응되는 회동툴부(200)는 상방측으로 회동축(220)에 의해 회동 가능하게 축설되는 회동파쇄판(210)을 구비하는바, 상기 회동파쇄판(210)의 전면부측으로 회수철파쇄장치(1)의 유입호퍼(10)측으로 유입되는 회수철을 파쇄하기 위한 파쇄돌부(211)가 등간격 복수개 돌출되어져, 상기 전후진툴부(100)의 파쇄판(110) 전면에 돌출 되는 파쇄돌부(112)와 교합되며 회수철의 파쇄가 용이하도록 하였다.

한편, 상기 회동파쇄판(210) 배면부측으로 회동수단을 구비하여, 상기 회동축(220)을 중심으로 회동 하도록 한다.

따라서, 회수철파쇄장치(1)의 유입호퍼(10)측으로 회수철이 장입되면, 상기 한 전후진툴부(100)는 전진 이송됨과 동시에, 회동툴부(200)는 상기한 회동축(220)을 중심으로 회동수단(230)의 푸싱동작에 의해 회동하도록 하여, 각각의 파쇄돌부(112)간 교합작용에 의해 회수철의 파쇄가 가능하도록 하였다.

여기서, 상기한 바와 같은 전후진툴부(100) 및 회동툴부(200)의 파쇄판(110) 및 회동파쇄판(210)과 각각의 파쇄돌부(112,211)는 작동시 충격 하중이 상당하게 작용되고 그 표면은 직접 회주철과 접촉되어지므로, 모재 충격 하중을 견딜 수 있어야 함은 물론, 인성 및 표면의 내마모성이 커야 되는 필요성이 제기된다.

상기 모재는 탄소강 열연 후판을 사용하고, 표면 내식성을 향상 시키기 위하여 내마모성을 갖는 합금의 용접 재료를 모재 표면에 균일하게 용착시켜 수mm 두께의 표면 개질층을 얻을 수 있는 육성 용접을 시행한다.

본 발명에서는 이러한 요구를 충족시키기 위해, JIS SS 400(구 SS 41) 규격의 탄소강 열연 후판을 모재로 사용하고 고크롬 주철계 용접봉 및 오스테나이트계 스테인레스강 용접봉을 사용하여 차례로 육성시켜 특성을 평가하도록 실시하였다.

이하, 본 발명에 채택되는 툴부의 모재를 얻기 위한 공정을 설명한다.

먼저, 두께 30mm의 SS 400 등급의 열간 압연 판재를 절단하여 시편을 얻은 후 표면을 연마하였다.

아래표(표 1)은 SS 400 (구 SS 41)의 특성을 나타낸다.

(표 1 )

항복강도(Mpa)	인장강도(Mpa)	비 고
235 이상	400 ~ 510	두께 16 ~ 40 mm

그런다음, 이 시편의 표면층으로 교류 아아크 용접기와, 플럭스 피복 용접봉을 이용하여, 약 3mm 두께의 1차 용접층을 형성하였다.

여기서 사용된 용접봉은 지름 4.0 mm 의 20%Cr 및 5%C 조성의 고크롬 주철계, 일본의 NIKKO YOZAI사의 BK-30CR 용접봉을 사용하였으며, 용접봉을 건조시키고 시편을 200 ℃로 예열한 후 120 ~ 130 A 의 전류 범위내에서 1차 용접을 시행하였다.

그런다음, 표면 슬래그 층을 제거하고, 지름 4.0 mm의 19%Cr, 9%Ni 및 6%Mn 조성의 오스테나이트계의 스테인레스강, 일본의 NIKKO YOZAI사의 NS-4370 용접보을 사용하여 약 5mm 두께의 용접층을 형성시킨 후, 용접봉을 건조시키고 시편을 150℃ 로 예열한 다음 100~130A 전류 범위에서 2차 용접하고 표면 슬래그를 제거하였다.

1차 및 2차 용접시 사용한 용접봉의 화학 조성은 표 2에서와 같다.

(표 2) 용접봉의 화학 조성 (wt%)

용 접 봉	화학 조성									비고
용 접 봉	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Fe	비고
1차용접층 용	4.19	0.44	0.25	0.017	0.004	28.96	-	-	bal
2차용접층 용	0.12	0.50	6.10	0.02	0.01	19.12	9.03	1.01	bal

이와같이 육성 용접한 시편의 표면을 연마지로 조연마하고 다이아몬드 페이스트 등을 사용하여 1 ㎛ 까지 세연마한 후, 시편 모재 단면의 미세조직을 관찰하 기 위해 3% 나이탈 용액과, 육성 용접층의 단면을 관찰하기 위해 왕수 및 글리세린 혼합용액으로 부식시켰다.

이와같이 부식시킨 상태의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 결과는 첨부한 도면 도 1 내지 도 5에서 보는바와 같다.

모재의 용접시 열영향을 전혀 받지 않은 부분과 열영향부의 미세조직은 도 1에서 보는바와 같이 모재는 열간 압연 방향으로 배열된 펄라이트 콜로니와 페라이트 등축정이 혼합된 전형적인 열간 압연 판재의 조직이며, 슬래브를 연속주조할 때 형성한 오스테나이트 덴드라이트 아암 사이에 탄소가 편석 되어 열간 압연 한 후 상온까지 냉각 되었을 때 펄라이트 밴드가 형성된 조직이다.

여기서, 열영향부는 대부분이 재고용되었다가 빠른 냉각 속도로 인하여 공석 반응에 의해 다시 형성하여 미세화 되었으며 페라이트도 재결정이 일어나 미세화 되었다.

모재와 1차 용접층 경계부의 미세 조직은 도 2에서 보는바와 같다.

모재쪽의 경계부 옆 부분은 페라이트 결정립 성장이 일어났으며 일부 결정립은 녹아 들어간 전형적 조직을 나타내고 있다.

1차 용접부쪽 경계부에는 일부 녹은 모재와 고크롬 주철계 용접봉이 녹은 금속이 혼합되어 다시 성장한 것을 확인 할 수 있으며, 1차 용접부는 마르텐사이트와 일부의 잔류 오스테나이트가 혼합된 기지에 미세한 탄화물이 분산된 조직을 나타낸다.

1차 용접층의 미세조직은 도 3에서 보는바와 같이 대부분이 마르텐사이트이며 일부 잔류 오스테나이트가 존재하는 기지에 MnC₃ 형태의 크롬계가 대부분인 탄화물이 분산된 조직을 나타낸다.

한편, 1차 및 2차 용접부 경계의 미세 조직은 도 4에서 보는바와 같다. 경계부의 1차 용접부 쪽 도 4a는 2차 용접시의 고열과 일부 용접 금속의 혼합으로 오스테나이트 기지의 결정립이 조대하게 형성되고 일부 녹아 들어간 조직으로 나타나고 있으며, 2차 용접부측 (도 4b)은 경계부로부터 오스테나이트 덴드라이트가 형성, 성장하여 높은 니켈 함량으로 인하여 상온까지 존재한 조직으로 발현된다.

도 5는 2차 용접부의 미세조직을 나타낸 것으로, 오스테나이트 덴드라이트가 주로 형성된 조직임을 알 수 있으며, 덴드라이트 아암 사이에는 크롬과 같은 페라이트 형성 원소의 편석으로 인하여 4 ~ 5 %의 δ - 페라이트가 존재할 것으로 예측된다. 이것은 오스테나이트계 스테인레스강 용접봉을 사용하여 용접하였을 때 형성되는 조직임은 알려진 바와 같다.

따라서, 이와같은 과정을 통해 얻은 모재와 각 용접층간 단면의 경도를 측정하여 보았는바, 그 결과는 아래 표 3과 같다.

(표 3) 경도시험 결과

위 치	로크웰 경도	브리넬 경도	비 고
모 재	66.2	113.3	R_B
1차 용접부	36.8	343.0	R_C
2차 용접부	55.3	567.7	R_C

표 3에서 보는바와 같이 모재, 1차 및 2차 육성 용접층의 브리넬 경도 값은 각각 모재로부터 바깥쪽으로 갈수록 경도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.

상기 모재의 경우 페라이트 기지에 펄라이트 콜로니가 열간 가공 방향으로 배열된 열간 압연한 탄소강 소재로서, 연성과 인성이 클 것으로 기대되고 표면 층은 경도가 매우 크고 가공 경화능이 매우 큰 오스테나이트계 스테인레스강의 응고 조직으로 내마모성이 상당히 클 것으로 판단된다.

따라서, 주철 회수재 파쇄용으로서 본 발명에 채택되는 전후진 툴부(100) 및 회동툴부(200)에 각각 채용되는 파쇄판(110)과 회동파쇄판(210) 및 각 파쇄돌부(112,211)의 소재로 최적의 조건을 갖추고 있다.

한편, 상기 모재와 2차 용접층의 화학 성분을 분석한 결과, 아래의 표 4에서 보는바와 같은 결과를 얻었다.

(표 4) 화학 성분 분석 결과

위 치	화 학 조 성								비 고
위 치	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	비 고
모 재	0.14	0.25	0.78	0.02	0.004	0.02	0.03	0.002
2차 용접층	2.7	0.48	0.78	0.02	0.03	1.55	21.2	0.01

표 4에서와 같은 분석 방법은 시편의 모재 단면과 육성 용접부 표면을 조연 마한 후 방출 스펙트럼 분석 장치(Emission spectrometet)를 이용하여 분석하였다.

분석 결과, 모재의 경우 탄소 함량이 약 0.14 % 인 탄소강인 것으로 나타나쓰며 2차 용접층의 분석결과 그 조성범위에서 C, Mn, Ni, Mo 성분에서 차이가 나고 있으나, 이는 1차 용접소재와 2차 용접소재가 용접시 함께 용융되며 섞인 결과로 판단된다.

따라서, 상기한 바와 같은 모재 즉 탄소강 소재에 1차, 2차에 걸친 내마모, 내식소재를 육성 용접하는 방법에 의해, 본 발명의 전후진툴부(100)와 회동툴부(200)를 제조하게 될 경우 경도상승효과가 3 ~ 5배로 증가되는 것을 확인할 수 있으며, 또한 내구성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.

따라서 본 발명에 의하면, 주조과정에서 발생되는 회수철 등을 작업자가 일일이 파쇄하는 과정을 자동화함과 동시에, 파쇄성능을 일층 향상시켜 작업 효율성을 증대시킬 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

경사면부(111) 외측으로 회수철의 파쇄를 위한 파쇄돌부(112)가 복수개 돌출되는 파쇄판(110) 측방으로 구비되는 유압실린더(120)에 의해 상하측으로 각각 구비되는 가이딩로드(130)를 따라 상기 파쇄판(110)이 가이딩되며 전후진 이송되는 전후진툴부(100)와,

회동축(220)에 의해 상방이 고정되고, 전면측으로 상기 파쇄판(110)의 파쇄돌부(112)와 교합되기 위해 대응되는 파쇄돌부(210)가 복수개 돌출되며, 배면측으로 구비되는 회동수단(230)의 제어에 의해 상기 회동축(220)을 기점으로 회동되는 회동파쇄판(210)으로 구성되는 회동툴부(200)와,

상방측으로 회수철이 유입되기 위한 유입호퍼(10)와, 하방측으로 파쇄되는 회수철이 배출되는 배출호퍼(20)를 갖는 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 각각의 툴부(100,200)는 탄소강 열연 후판을 모재로 사용하고 20%Cr 및 5%C 조성의 고크롬 주철계 용접봉을 사용하여 상기 모재 표면층으로 약 3mm 두께의 1차 용접층을 형성한 후 모재를 200 ℃로 예열한 다음 120 ~ 130 A 의 전류 범위내에서 1차 용접하고, 상기 1차 용접에 의해 발생된 표면 슬래그 층을 제거하고

19%Cr, 9%Ni 및 6%Mn 조성의 오스테나이트계의 스테인레스강 용접봉을 사용하여 약 5mm 두께의 용접층을 1차 용접층 상면에 형성시킨 후, 모재를 150℃ 로 예열한 다음 100~130A 전류 범위에서 2차 용접하고 표면 슬래그를 제거하여서 되는 금속소재를 이용하는 것을 포함하는 주물 용해로 장입용 회수철 파쇄장치.