KR100807779B1 - 레큐퍼레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 레큐퍼레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐열회수에 사용되는 레큐퍼레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 레큐퍼레이터에 관한 것으로, 원통형이며 내주면에 복수개의 핀이 형성된 레큐퍼레이트의 형상에 적합하도록 금속을 가공하여 내부코아와 외부형틀을 제작하는 1단계(S1)와; 상기 내부코아와 외부형틀을 조립한 후 왁스를 주입하는 2단계(S2)와; 다수개의 왁스를 탕구에 접합시켜 트리를 제작하는 3단계(S3)와; 상기 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질로 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 4단계(S4)와; 고온증기로 상기 주형을 저온으로 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 5단계(S5)와; 상기 주형을 고온으로 가열하여 잔여물을 제거하는 6단계(S6)와; 용탕을 상기 주형 내부에 주입하는 7단계(S7)와; 상기 주형 외부의 코팅재를 제거하는 8단계(S8)와; 상기 트리에 다수개로 붙어있는 주물을 절단하는 9단계(S9)와; 상기 주물을 열처리하는 10단계(S10)와; 상기 주물의 외면을 매끄럽게 가공하고, 불량여부를 조사하는 11단계(S11)와; 부위별로 제작된 주물을 용접시켜 연결하는 12단계(S12)와; 최종 완성된 레큐퍼레이터를 검사하는 13단계(S13)로 구성된다.

레큐퍼레이터, 주조, 왁스

Description

레큐퍼레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 레큐퍼레이터{Manufacture method of recuperator and thereof product}

도 1은 본 발명에 따른 레큐퍼레이터의 제조공정을 나타낸 흐르도이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 레큐퍼레이터에 대한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

S1 ∼ S13 : 1단계 ∼ 13단계 A : 레큐퍼레이터

a01,a02,… : 주물

본 발명은 폐열회수에 사용되는 레큐퍼레이터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주물의 치수 정확도와 주조과정의 원활함이 극대화될 수 있어 생산효율이 향상될 수 있도록 한 레큐퍼레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 레큐퍼레이터에 관한 것이다.

일반적으로 산업 설비들에 있어서 에너지를 다량 소비하는 대표적인 설비로는 철강 및 비철금속 제조 관련 설비를 꼽을 수 있으며, 그 중에서도 가열로, 열처리로, 용해로 등 각종 공업로가 대표적인 에너지 다량 소비 설비이다.

상기의 각종 금속 제조용 공업로 중에서 전기를 이용하는 로를 제외한 공업로는 대부분 석유 가스, 경유, 벙커 씨유 또는 정제된 폐유 등을 연소시켜 에너지를 얻는 방식을 채용하고 있으며, 상기 연료를 연소시키는 버너의 연소 효율을 높이기 위해서는 버너로 공급되는 연소용 공기를 예열해 줄 필요가 있다.

따라서, 각종 공업로에는 버너로 공급되는 연소용 공기를 가열하기 위하여 뜨거운 상태로 배출되는 배가스의 폐열을 회수, 이용하는 레큐퍼레이터(recuperator)라고 하는 장치가 장착되며, 상기 레큐퍼레이터는 여러 가지 형태나 종류가 있으나 통상의 공업로에서 발생되는 고온의 배가스로부터 폐열회수를 위하여 사용되고 있는 복사형 레큐퍼레이터는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 원통형 관체 내주면에 복수개의 핀(fin)이 형성된 형상이다.

종래 복사형 레큐퍼레이터의 제조방법을 살펴보면, 목형을 가공하여 내부코아를 제작하는 단계와, 목형으로 상,하측 외부형틀을 제작하는 단계와, 상기 내부코아를 하측 외부형틀에 삽입한 다음 상측 외부형틀을 조립하는 단계와, 조립된 내부코아 및 외부형틀 내의 공간에 용탕을 주입하는 단계와, 외부형틀을 분리하여 주물을 탈형시키는 단계와, 탈형된 주물의 표면을 매끄럽게 가공하여 완제품을 얻는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 내부코아는 4분할되게 제작하여 결합시키게된다.

그러나, 이러한 종래 기술은 목형으로 제작된 형틀의 중량이 무거워 이동이 불편하고, 상하 외부형틀의 합형에 의해 주조되므로 주물의 표면에 분할선이 형성되어 매끄럽지 못하게 되며, 분할된 내부코아를 조립할 때 오차가 발생하여 정확한 원형을 이루지못하여 치수가 부정확하게 되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 정밀주조에 의해 레큐퍼레이터를 제작함으로써 치수의 정확도를 높이고, 경량의 형틀을 사용함으로써 주조작업이 원활하여 생산효율의 향상을 도모할 수 있도록 한 레큐퍼레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 레큐퍼레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

원통형이며 내주면에 복수개의 핀이 형성된 레큐퍼레이트의 형상에 적합하도록 금속을 가공하여 내부코아와 외부형틀을 제작하는 1단계와; 상기 내부코아와 외부형틀을 조립한 후 왁스를 주입하는 2단계와; 다수개의 왁스를 탕구에 접합시켜 트리를 제작하는 3단계와; 상기 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질로 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 4단계와; 고온증기로 상기 주형을 저온으로 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 5단계와; 상기 주형을 고온으로 가열하여 잔여물을 제거하는 6단계와; 용탕을 상기 주형 내부에 주입하는 7단계와; 상기 주형 외부의 코팅재를 제거하는 8단계와; 상기 트리에 다수개로 붙어있는 주물을 절단하는 9단계와; 상기 주물을 열처리하는 10단계와; 상기 주물의 외면을 매끄럽게 가공하고, 불량여부를 조사하는 11단계와; 부위별로 제작된 주물을 용접시켜 연결하는 12단계와; 최종 완성된 레큐퍼레이터를 검사하는 13단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 레큐퍼레이터의 제조공정을 나타낸 흐르도이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 레큐퍼레이터에 대한 도면이다.

도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 레큐퍼레이터의 제조방법은, 원통형이며 내주면에 복수개의 핀이 형성된 레큐퍼레이트의 형상에 적합하도록 금속을 가공하여 내부코아와 외부형틀을 제작하는 1단계(S1)와; 상기 내부코아와 외부형틀을 조립한 후 왁스를 주입하는 2단계(S2)와; 다수개의 왁스를 탕구에 접합시켜 트리를 제작하는 3단계(S3)와; 상기 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질로 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 4단계(S4)와; 고온증기로 상기 주형을 저온으로 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 5단계(S5)와; 상기 주형을 고온으로 가열하여 잔여물을 제거하는 6단계(S6)와; 용탕을 상기 주형 내부에 주입하는 7단계(S7)와; 상기 주형 외부의 코팅재를 제거하는 8단계(S8)와; 상기 트리에 다수개로 붙어있는 주물을 절단하는 9단계(S9)와; 상기 주물을 열처리하는 10단계(S10)와; 상기 주물의 외면을 매끄럽게 가공하고, 불량여부를 조사하는 11단계(S11)와; 부위별로 제작된 주물을 용접시켜 연결하는 12단계(S12)와; 최종 완성된 레큐퍼레이터를 검사하는 13단계(S13)로 구성된다.

보다 상세하게 설명하면,

1단계(S1)

경량이면서 가공이 용이한 알루미늄을 사용하여, 고온상태와 저온상태에서의 팽창율과 수축율을 계산하여 금형을 제작한다.

즉, 알루미늄의 외면에 다수개의 핀을 형성하여 원통형의 내부코아를 제작한다. 또한, 내측에 중공을 형성하고, 중공의 내주면에 상기 내부코아의 핀과 암수로 삽입되는 다수개의 핀을 형성하여 외부형틀을 제작한다.

2단계(S2)

상기 내부코아를 외부형틀 내에 삽입하여 조립한 몰드 내에 왁스를 주입하는 단계이다.

왁스 재료의 성질은 상온에서 취급시 변형되지 않고 안정한 것이어야 하며 1000℃로 가열할 경우 회분이 남지 않는 저융점 왁스를 사용한다.

또한, 60 ∼ 80℃의 낮은 용행온도 범위이어야 하고, 60℃ 정도의 낮은 조작온도이어야 하며, 상온에서 연화되지 않고 강도를 유지해야 하고, 깨끗하고 평활한 표면을 가지고 주형과 잘 분리되며 가급적 수축, 팽창계수가 적어야 한다.

몰드의 내부에 왁스를 반 유동상태로 용해하여 주입한다. 왁스는 후술하는 5단계에 의해 대부분 회수된 것을 재사용하지만 회수된 것은 다소 고형물을 함유하고 있어서 정제과정을 거친 후 사용한다. 이때, 정제시키는 온도는 105℃±10℃를 유지한다.

반복 사용 후 왁스의 성질이 다소 저하되었으므로 새로운 왁스를 조금 가하여 사용하고 탕구, 압탕 등에는 그대로 사용한다.

사용하는 왁스의 온도관리는 55℃±5℃로 관리하며, 사출된 왁스는 수평으로 된 정반위에 놓고 관리한다.

3단계(S3)

탕도와 압탕을 미리 제작하고, 상기 2단계에서 사출된 왁스를 탕구에 다수개 접합시켜 트리를 제작하는 단계이다.

탕구를 지지대에 놓고 300℃±40℃로 가열된 불칼을 이용하여 모형으로 된 탕구와 탕도를 녹여서 접합시킨다.

4단계(S4)

상기 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질로 코팅한 후 건조하는 단계이다.

먼저 코팅전에 상기 2단계에서 조립된 몰드에 에어를 분사하여 이물질을 제거한다.

이후, 슬러리형태의 내화성물질을 몰드의 외부에 수차에 걸쳐 코팅시켜 주형을 완성하되, 보다 정확한 실시예는 아래의 [표]와 같다.

슬러리 구분	액이 빠져 나오는 시간	용도
기준(물이용)	6.7초∼7초
1차 슬러리	37∼41 초	내열강
	44∼47초	주강,스테인레스
2 ∼3차 슬러리	11∼13초	공용
4∼8차 슬러리	9∼10초	공용

상기 슬러리로는 SiO₂ 가 사용되며, 코팅실의 온도는 250℃±3℃이고, 습도는 65℃±7%가 바람직하다.

합금강과 같은 고융점 합금의 주조에는 우선 내화물의 미분말인 이면사를 얇게 피복한다. 내화재료는 가능한 한 미분말로서 내화도가 높은 것이 적당하며 지르콘사를 사용한다.

주형의 침지는 약1분간 담근 다음 꺼내어 기포를 없앤 후 이면사를 살포하여 건조시킨다.

이때, 침지 조작중 진동을 가하여 공기 방울이 부착되지 않게 한다.

5단계(S5)

상기 주형을 저온 증기로 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 탈왁스 단계이다.

즉, 주형을 거꾸로 세워 탈왁스기 내부에 진열한 후 탈왁스기의 문을 밀폐하고, 150℃±15℃의 증기를 7.5±0.5㎏/㎠의 분위기에서 15분간 주입한다.

탈왁스 후 주형을 검사한 다음 균열이 발생한 부분은 동질의 재료로 보수한다.

6단계(S6)

탈왁스시킨 상기 주형을 고온으로 다시 가열하여 잔여물을 제거하는 단계이다.

탈왁스 작업에서 왁스 사용량의 85% 정도는 회수되나, 나머지 왁스는 표면장력에 의해 주형의 내표면에 부착되거나 또는 모세관현상에 의해 주형속에 침투하고 있다.

따라서, 주형에 잔존하는 왁스를 제거하기 위해 소성로에 주형을 장입하고 소성하되, 600 ∼ 700℃로 가열하며, 소성주기는 90분±10분으로 한다.

7단계(S7)

용탕의 흐름이 조용한 가운데 가능한 한 신속히 주형 내부에 주입한다.

8단계(S8)

상기 주형 외부에 코팅된 내화성물질을 제거하여 주물을 추출한다.

9단계(S9)

상기 트리에 다수개로 붙어있는 주물을 하나씩 절단한다.

10단계 ∼ 13단계(S10∼S13)

상기 주물을 열처리하여 조직을 안정화시키고, 상기 주물의 외면을 매끄럽게 가공하고, 불량여부를 조사하며, 부위별로 제작된 주물(a1,a2,…)을 용접시켜 연결하여 최종 레큐퍼레이터(A)를 조립한 후 용접부위를 검사한다.

용접은 맞대기 용접을 하며, 효율을 높이기 위해 내부를 아르곤 가스로 분위기를 조성한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 정밀도가 높은 복잡한 형상의 레큐퍼레이터의 주조가 가능하며 표면에 분할선이 없는 깨끗한 제품을 만들 수 있고, 연속적인 주조가 가능하므로 생산효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 원통형이며 내주면에 복수개의 핀이 형성된 레큐퍼레이트의 형상에 적합하도록 금속을 가공하여 내부코아와 외부형틀을 제작하는 1단계와;

   상기 내부코아와 외부형틀을 조립한 후 왁스를 주입하는 2단계와;

   다수개의 왁스를 탕구에 접합시켜 트리를 제작하는 3단계와;

   상기 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질로 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 4단계와;

   증기로 상기 주형을 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 5단계와;

   상기 주형을 가열하여 잔여물을 제거하는 6단계와;

   용탕을 상기 주형 내부에 주입하는 7단계와;

   상기 주형 외부의 코팅재를 제거하는 8단계와;

   상기 트리에 다수개로 붙어있는 주물을 절단하는 9단계와;

   상기 주물을 열처리하는 10단계와;

   상기 주물의 외면을 매끄럽게 가공하고, 불량여부를 조사하는 11단계와;

   부위별로 제작된 주물을 부위별로 용접시켜 연결하는 12단계와;

   최종 완성된 레큐퍼레이터를 검사하는 13단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레큐퍼레이터의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 4단계는 코팅 전에 상기 2단계에서 조립된 몰드에 에어를 분사하여 이물질을 제거하는 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 레큐퍼레이터의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 4단계의 내화성물질은 슬러리형태의 SiO₂ 이며, 코팅실의 온도는 250℃±3℃이고, 습도는 65±7%인 것을 특징으로 하는 레큐퍼레이터의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 5단계는 150℃±15℃의 증기를 7.5±0.5㎏/㎠의 분위기에서 15분간 주입하여 탈왁스시키는 것을 특징으로 하는 레큐퍼레이터의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 6단계는 소성로에 주형을 장입하고 600 ∼ 700℃로 소성시키며, 소성주기는 90분±10분인 것을 특징으로 하는 레큐퍼레이터의 제조방법.
6. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 레큐퍼레이터.

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