KR100762418B1 - 폐 금속칩을 이용한 금속괴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조직이 치밀하여 금속괴의 열전도율이 상승되며, 상대적으로 넓은 표면적으로 열기에 노출되므로 신속하게 용융되며, 이에 따라 금속괴를 용융시키는데 필요한 에너지가 절감되며, 금속괴를 재활용하기 위해 용융시킬 때 주물용 첨가제를 별도로 첨가하지 않아도 되는 새로운 구조의 폐 금속칩을 이용한 금속괴에 대한 것이다.

본 발명에 따르면, 금속제품의 절삭가공시 발생되는 금속칩을 가압성형하여 제작되는 금속괴에 있어서, 상기 금속괴(10)는 원통형상을 가지며, 그 상하면에는 볼록한 돌출부(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 폐 금속칩을 이용한 금속괴가 제공된다.

금속괴, 돌출부, 주물용 첨가제, 조직치밀, 열전도율

Description

폐 금속칩을 이용한 금속괴{Lump of metal}

도 1은 종래 금속괴를 보인 사시도

도 2는 종래 금속괴가 용선로에 투입된 상태를 보인 도면

도 3은 본 발명의 일 실시예를 보인 사시도

도 4는 상기 실시예가 용선로에 투입된 상태를 보인 도면

도 5는 상기 실시예의 성형 프레스과정을 보인 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 금속괴 12. 돌출부

본 발명은 폐 금속칩을 이용한 금속괴에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조직이 치밀하여 금속괴의 열전도율이 상승되며, 상대적으로 넓은 표면적으로 열기에 노출되므로 신속하게 용융되며, 이에 따라 금속괴를 용융시키는데 필요한 에너지가 절감되며, 금속괴를 재활용하기 위해 용융시킬 때 주물용 첨가제를 별도로 첨가하지 않아도 되는 새로운 구조의 폐 금속칩을 이용한 금속괴에 관한 것이다.

각종 기계 부품을 제조하기 위한 선반가공시나 주물절삭시에는 상당한 양의 절삭칩이나 주물칩이 발생된다. 이러한 칩들은 부스러기 형태이기 때문에 용선로에서 용융시킬 때 고열과 열풍에 의해 순간적으로 산화되거나 비산되므로 일반적인 용선로를 이용하여 용해시키기가 곤란하다. 또한, 이들 칩속에는 절삭유 및 기타 이물질이 묻어 있기 때문에 칩을 용용시키면 이들 이물질에 의해 제품의 품질이 저하된다. 따라서 이러한 이유로 폐 금속칩은 재 활용율이 낮다.

이러한 문제점에 대해 상기와 같이 제품의 제조시 발생되는 금속칩들을 수집하여 절삭유 및 이물질을 제거한 후 덩어리형태로 성형한 금속괴를 제공함으로써, 이들 금속칩들의 재활용도를 높이는 방법이 제안되기도 하였다. 이러한 금속괴는 도 1에 도시된 바와 같이, 흔히 원통형상으로 성형되어 제공된다.

그런데 금속괴를 용융시키기 위해 금속괴를 용선로에 투입하면, 도 2에 도시 된 바와 같이, 금속괴(2)가 적층되는 등 서로 접촉되게 위치되기도 한다. 그런데 종래의 금속괴(2)는 전술한 바와 같이, 원통형상으로 성형되므로 금속괴(2)들은 상하면이 맞닿도록 적층되는 등 면접촉될 가능성이 높다. 그리고 금속괴(2)들이 면접촉되면 열기에 노출되는 표면적이 줄어들므로 상대적으로 용융속도가 저하된다.

또한, 일반적으로 금속을 용융시킬 때 금속이 단순히 가열로의 열기에 노출되는 것 보다 금속괴가 용융금속과 접촉되어 열이 금속괴에 직접 전달되면 그렇지 못한 경우에 비해 금속괴가 상대적으로 더 신속하게 용융된다. 그런데 상기와 같이 금속괴들이 용선로 내에서 면접촉되어 위치되는 경우에는 이러한 효과도 기대하기 곤란하다. 따라서 종래의 금속괴를 용융시키는데 상대적으로 많은 에너지가 소비된다.

한편, 폐 금속칩으로 된 금속괴를 재활용하는 경우에 원하는 조성의 합금, 특히 주철을 얻기 위해 버진 금속과 함께 주물용 첨가제를 투입한다. 그런데 주물용 첨가제들은 분말상 또는 알갱이형태이기 때문에 용선로에 투입시 고열과 열풍에 의해 순간적으로 산화되거나 비산되어 낭비된다. 따라서 첨가제를 실제 필요한 량보다 많은 양을 투입하여야 하므로 첨가제의 사용량이 증가되어 원가상승이 유발된다. 또한, 산화된 첨가제가 용융금속 위에 부유되어 잘 혼합되지 않으므로 용융금속을 상대적으로 더 오랜 시간 교반하여야 하는 문제점도 발생된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 조직 이 치밀하여 열전도율이 상승될 뿐만 아니라 용융시키기 위해 용선로에 투입시 금속괴들이 적층되는 등 서로 접촉되더라도 금속괴들 사이에 틈이 발생되도록 접촉되므로 금속괴가 열에 노출되는 표면적이 상대적으로 넓어지고, 특히 금속괴들 사이의 틈으로 용융금속이 유입되어 금속괴가 신속하게 용융되므로 금속괴를 용융시키기 위해 필요한 에너지가 절감되며, 금속괴를 재활용하기 위해 용융시킬 때 주물용 첨가제를 별도로 첨가하지 않아도 되는 새로운 구조의 폐 금속칩을 이용한 금속괴가 제공된다.

본 발명에 따르면, 금속제품의 절삭가공시 발생되는 금속칩을 가압성형하여 제작되는 금속괴에 있어서, 상기 금속괴(10)는 원통형상을 가지며, 그 상하면에는 볼록한 돌출부(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 폐 금속칩을 이용한 금속괴가 제공된다.

본 발명이 다른 특징에 따르면, 상기 돌출부(12)는 중앙부로 갈수록 만곡되게 돌출되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 폐 금속칩을 이용한 금속괴가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 금속괴(10)는 금속칩에 주물용 첨가제인 가탄제, 페로망간, 페로실리콘이 추가로 첨가하여 성형된 것을 특징으로 하는 폐 금속칩을 이용한 금속괴가 제공된다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예를 보인 사시도와 용선로에 투입된 상태를 보인 도면이다. 본 발명은 도시된 바와 같이, 폐 금속칩에 바인더를 첨가하여 가압성형 제작된 것이다. 본 발명에서 금속칩은 금속조각은 물론이며, 금속분말까지도 포함하는 의미이다.

본 발명에 의한 금속괴(10)는 원통형상으로 성형되는데, 그 상면에는 볼록한 돌출부(12)가 형성된다. 이 돌출부(12)는 다양한 형상을 취할 수 있으나, 바람직하게는 도시된 바와 같이, 중앙으로 갈수록 만곡되게 돌출되는 형상을 갖는다. 이와 같이 돌출부(12)가 형성된 금속괴를 용융시키기 위해 용선로에 투입하면, 금속괴(10)들이 서로 적층되거나 접촉되어도 면접촉될 가능성이 줄어들고 선접촉되거나 점접촉될 가능성이 증가된다. 전술한 바와 같이, 돌출부(12)가 중앙으로 살수록 만곡되게 돌출되는 형상을 가지면 금속괴들이 면접촉될 가능성이 현저히 줄어든다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 금속괴(10)들 사이에 틈(20)이 발생되므로 금속괴(10)가 열에 노출되는 표면적이 상대적으로 넓어지므로 신속하게 용융된다. 특히, 금속괴(10)들 사이의 틈(20)으로 가열된 금속칩이나 용융금속이 유입되면 금속괴(10)가 가열된 금속칩이나 용융금속과 접촉되어 열이 금속괴(10)에 직접 전달되므로 금속괴(10)가 한층 더 신속하게 용융된다.

한편, 전술한 바와 같이, 금속괴(10)의 상하면에 돌출부(12)가 형성되도록 성형하는 경우에, 금형의 둘레부가 금속칩에 먼저 닿아서 금속칩이 가압 압착하므로 동일한 압력으로 가압성형된 원통형상의 금속괴에 비해 금속괴(10)의 둘레부 조직이 상대적으로 더 치밀해지고 단단해진다. 따라서 금속괴가 잘 깨지지 않는 등 형태유지성이 우수하다. 또한, 금속괴(10)의 조직이 치밀하면 금속괴(10) 내부에 공기층이 형성되지 않아 열전도율이 상승되는데, 전술한 바와 같이 본 발명에 의한 금속괴(10)는 단순한 원통형상의 금속괴에 비해 둘레부의 조직이 더 치밀하므로 금속괴(10)의 열전도율이 상승된다. 따라서 금속괴(10)가 더욱 신속하게 용융된다.

바람직하게는 이와 같은 금속괴(10)는 금속칩에 바인더와 더불어 가탄제, 페로망간, 페로실리콘 등과 같은 필요한 주물용 첨가제가 추가로 첨가되어 가압성형된다. 이와 같이 금속괴(10)를 성형할 때 주물용 첨가제를 추가로 첨가하여 성형하면, 금속괴(10)를 재활용하기 위해 용융시킬 때 원하는 합금을 얻기 위해 별도로 주물용 첨가제를 투입하는 번거로움이 해소된다. 또한, 분말상 첨가제를 첨가할 때 발생되는 문제점이 발생되지 않는다.

이와 같은 본 발명은 다음과 같은 방법으로 제조된다. 수집된 폐 금속칩을 건조로에서 1차 열처리한다. 이러한 열처리과정은 원료에 묻어 있는 불순물을 증발 또는 연소시켜 제거하기 위한 것이다. 원료에 묻어있는 불순물은 주로 절삭유인데, 절삭유는 흔히, 물 또는 물에 소량의 오일과 화학물질이 포함된 것으로 열처리과정에서 증발, 연소되어 제거된다. 이러한 1차 열처리는 약 200~400℃ 로 처리된다.

이와 같이 불순물이 제거된 원료, 즉, 폐 금속칩에 바인더와 전술한 주물용 첨가제를 첨가한다. 바인더는 벤토나이트, 규산소다, 당밀, 그리닌술폰산소다를 포 함하여 이루어지며, 원료에 대해 1~3중량%로 혼합한다. 이러한 바인더는 제품, 즉, 금속괴의 강도를 유지하고 장기간 보관시 제품에 녹이 발생되는 것을 방지하는 방청제 역할도 한다. 특히, 바인더에 첨가된 규산소다의 소다성분은 용융 플럭스역할을 하여 금속의 불순물을 제거할 뿐만 아니라 금속의 융점을 낮추므로, 금속괴를 용융시키기 위해 필요한 에너지가 절감된다.

이와 같이 바인더가 첨가된 원료를 도 5에 도시된 바와 같이, 프레스 성형기(30)를 사용하여 상하면에 돌출부(12)가 형성된 원통형상의 금속괴(10)로 성형한다. 금속괴의 성형시 프레스압력이 높을수록 높은 강도의 금속괴(10)를 얻을 수 있으나, 프레스 압력을 높이기 위해서는 프레스 자체도 견고하게 제작되어야 하므로 프레스의 제작비용이 상승되고, 금속괴의 생산량이 저하되므로 제작원가가 상승되는 문제점이 발생된다. 따라서 바람직하게는 지름 130±20㎜, 높이 80±20㎜ 정도의 원통형상으로 금속괴(10)를 성형하는 경우에 약 400ton 정도의 압력으로 가압성형한다. 또한, 이러한 성형시 전술한 바와 같이, 금형에 의해 둘레부가 가운데 부분에 비해 먼저 가압되어 압축되므로 동일한 압력으로 성형된 단순한 원통형상의 금속괴에 비해 금속괴(10)의 둘레부와 더불어 심층부의 조직이 한층 더 치밀해진다.

이어서 성형된 금속괴(10)를 2차 열처리한다. 이 2차 열처리과정은 잔류수분 및 유분을 제거함과 동시에 접착을 위해 첨가된 바인더의 접착력을 향상시킨다. 2차 열처리는 약 400~600℃ 정도에서 15~20분간의 처리로 이루어진다.

이상과 같이 제조된 금속괴는 상하면에 돌출부(12)가 형성된 원통형상으로 되어 금속괴를 용융시키기 위해 용선로에 투입하면 금속괴들이 서로 접촉되게 위치되어도 금속괴들이 면접촉되지 않고 선접촉되거나 점접촉되도록 위치되어 금속괴(10)들 사이에 틈(20)이 생긴다. 따라서 금속괴가 상대적으로 넓은 표면적으로 열에 노출되므로 상대적으로 신속하게 용융된다. 또한, 금속괴의 성형시 주물용 첨가제가 추가로 첨가된 경우에는 금속괴를 용융시킬 때 주물용 첨가제를 별도로 첨가하지 않아도 되므로 편리하며, 분말상 첨가제를 첨가하는 경우에 발생되는 문제점도 발생되지 않는다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 상하면에는 돌출부(12)가 형성된 원통형상의 금속괴(10)가 제공된다. 이러한 금속괴(10)를 용융시키기 위해 용선로에 투입하면 금속괴(1))가 적층되는 등 서로 접촉되게 위치되더라도 금속괴들이 면접촉되지 않고 선접촉되거나 점접촉되므로 금속괴(10)들 사이에 틈(20)이 발생되고, 이에 따라 금속괴(10)가 열에 노출되는 표면적이 넓어지므로 상대적으로 신속하게 용융된다. 특히, 금속괴(10)들 사이의 틈(20)으로 가열된 용융금속이 유입되어 용융금속이 금속괴(10)에 접촉되면 열이 금속괴(10)에 직접 전달되므로 금속괴(10)가 한층 더 신속하게 용융된다.

또한, 상하면에 돌출부(12)가 형성된 형상의 특성상 가압성형시 둘레부와 더불어 심층부의 조직이 치밀해지고, 이에 따라 금속괴(10)가 잘 깨지지 않으며, 열 전도율도 상승되며, 이러한 이유로 인해 금속괴(10)의 용융속도가 한층 더 빨라진다. 따라서 본 발명에 의한 금속괴는 종래의 금속괴에 비해 신속하게 용융되므로 금속괴를 용융시키는데 필요한 에너지가 절감되어 경제적이다.

또한, 금속괴(10)에 주물용 첨가제를 첨가한 경우에는, 금속괴를 재활용하기 위해 금속괴를 용융시키기는 경우에 별도로 주물용 첨가제를 첨가하지 않아도 되므로 편리하며, 분말상 또는 알갱이 형태의 첨가제를 용선로에 첨가하는 경우에 발생되는 문제점도 해결된다. 바람직하게는 본 발명에 의한 금속괴의 제공시에는 금속괴의 성형시 첨가된 첨가제의 양을 구입자에게 알려 줌으로써, 구입자가 금속괴에 첨가된 첨가제의 양을 확인하여 최종적으로 원하는 합금을 용이하게 제조할 수 있도록 한다.

Claims (3)

1. 금속제품의 절삭가공시 발생되는 금속칩을 가압성형하여 제작되는 금속괴에 있어서, 상기 금속괴(10)는 원통형상을 가지며, 그 상하면에는 중앙부로 갈수록 만곡되게 돌출되는 형상의 돌출부(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 폐 금속칩을 이용한 금속괴.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 금속괴(10)는 금속칩에 주물용 첨가제인 가탄제, 페로망간, 페로실리콘이 추가로 첨가하여 성형된 것을 특징으로 하는 폐 금속칩을 이용한 금속괴.

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