KR100872102B1 - 주철의 레이트 접종을 위한 접종제 펠릿 - Google Patents

Abstract

분말 접종제의 응집에 의해 얻으며, 주철의 레이트 접종에 사용되는 펠릿이 개시되어 있는데, 상기 펠릿을 구성하는 분말 접종제 중 50-250 미크론의 미립 파편의 질량 비율이 35 내지 60%를 구성하고, 50 미크론 미만의 미립 파편의 질량 비율이 25% 미만인 것을 특징으로 하는 펠릿.

Description

주철의 레이트 접종을 위한 접종제 펠릿{INOCULANT PELLET FOR LATE INOCULATION OF CAST IRON}

본 발명은 탄화철이 없는 구조를 얻는 데 바람직한 부품의 제조에 사용되는 액상 주철의 레이트(late) 처리, 소위 "인몰드(in mould)" 처리에 관한 것이다.

상기 처리는 주로 접종 처리에 관련된다.

"인몰드" 처리는 주철 처리품을 액상 주철 주조 시스템에 배치하는 것으로 이루어진다.

주철은 기계 부품의 제조에 광범위하게 사용되는 것으로 널리 알려진 철-탄소-실리콘 합금이다. 이들 기계 부품에 양호한 기계적 특성을 제공하기 위해서는, 상기 합금을 부서지게 쉽게 하는 Fe₃C 유형의 탄화철의 형성을 가능한 한 방지하면서 철 + 흑연 구조를 최종 얻는 것이 필요한 것으로 알려져 있다.

따라서, 편상 흑연 주철보다는 "SG 철"이라 칭하는 구상 흑연 주철이 요구되면, 형성된 흑연은 구상화되는 것이 바람직하지만, "LG 철"이라 칭하는 편상 흑연 주철이 요구되면, 탄화철의 형성을 방지하도록 중요한 종래의 조건이 충족된다.

이 때문에, 액상 주철은 주조 전에 접종 처리를 받는데, 이 접종 처리는 액 상 주철이 냉각될 때 탄화철이 아니라 흑연이 나타나게 한다.

따라서, 접종 처리는 매우 중요하다. 사실상, 어떠한 접종제가 사용되더라도, 접종은 액상 주철에 소정의 효과를 갖는데, 이 효과는 시간이 경과함에 따라 감소되고, 일반적으로 수 분 후에 50% 정도 감소되는 것으로 널리 알려져 있다. 최대의 효과를 얻기 위하여, 당업자들은 대체로 점진적 접종을 실행하고, 이를 위해 주철의 여러 발달 단계에서 여러 개의 접종제를 첨가한다. 최종 첨가는 접종제 물질에 의해 구성되는 액상 주철 인서트의 경로에 배치함으로써 몰드가 급송되거나 심지어는 몰드의 급송관에 있을 때 "몰드 내(인몰드)"에서 이루어진다. 이들 인서트는 일반적으로 필터와 협동하여 사용되며, 이 경우에, 인서트는 대체로 필터에, 가장 흔하게는 적합한 캐비티에 고정될 수 있도록 완벽하게 정해진 형태를 갖는다. 슬러그와 필터로 구성된 유닛을 "접종제 필터"라 부른다.

용융된 접종제를 몰딩함으로써 얻어진 "몰딩된 펠릿"과, 일반적으로 결합제가 거의 없거나, 심지어는 아예 없이 압축 분말로 얻어진 "응집된 펠릿"의 2종의 펠릿이 존재한다.

당업자들은 몰딩된 펠릿의 품질이 가장 우수하다고 생각하지만, 대개 비용의 이유로 응집된 펠릿이 바람직하다.

본 발명의 목적은 분말 접종제의 응집에 의해 얻으며, 주철의 레이트 접종(late inoculation)에 사용되는 펠릿으로서, 상기 펠릿을 구성하는 분말 접종제 중 50-250 미크론의 미립 파편의 질량 비율이 35 내지 60%를 구성하고, 50 미크론 미 만의 미립 파편의 질량 비율이 25%, 바람직하게는 20% 미만인 것을 특징으로 한다. 상기 분말의 입자 크기는 1 mm 미만인 것이 바람직하다.

주철의 여러 발달 단계에 접종을 실행하는 당업자는 접종제가 공정에 늦게 첨가될수록 개선되는 모든 생성물을 사용한다. 그 논리는 상류에서 생성물이 언제나 용해될 필요가 있다는 것과, 생성물이 몰드의 입구에 도달하면 단 수 초만 머문 후에 고형화된다는 것이다.

이 방식으로, 래들(ladle)의 주조시 미립 브래킷 2/10 mm가 예접종(pre-inoculation)에, 0.2/2 mm가 래들 처리 중에, 그리고 0.2/0.7 mm가 러너 접종에 동시에 사용된다. 출원인은 사실상 시험장에서 예기치 않은 현상에 주목하였다.

접종제의 동일한 주입 동안에, 액상 주철에 발생된 흑연 핵의 개수는 접종제 질량체에 첨가된 접종제 입자의 개수에 따라 증가된다.

따라서, 2개의 주철 래들이 2개의 상이한 입자 크기 분포의 동일한 접종제로 동일한 조건에서 처리되면, 가장 미세한 생성물로 처리된 주철은 보다 거친 생성물로 처리된 것보다 흑연 핵을 더 많이 함유할 것이다. 이들 흑연 핵은 또한 크기가 더 작을 것이다.

응집된 슬러그에 의한 "인몰드" 처리 동안 동일한 현상이 관찰되었다. 더 미세한 분말로부터 얻어진 슬러그로 처리된 주철은 더 거친 분말로부터 얻어진 펠릿으로 처리된 것보다 흑연 핵을 더 많이 함유하게 된다. 이들 흑연 핵은 또한 크기가 더 작게 된다.

정말로 예기치못한 이 관찰은 유리한 용례를 갖는데, 그 이유는 주철 부분, 및 이에 따라 제조품의 조직에서 흑연 핵의 밀도를 제어하는 것이 가능해지기 때문이다.

접종의 관점에서 최대 효과를 갖는 펠릿을 이 방식으로 얻기 위하여, 출원인은 다음의 방식으로 정해진 특별한 입자의 내부 입자 크기 분포를 갖는 분말을 0/1 mm로 마련하기에 이르렀다.

1 mm 이하 : 100%.

50 μ내지 250 μ의 파편 : 30% 내지 60%, 바람직하게는 40% 내지 50%.

50 μ미만의 파편 : 25% 미만, 바람직하게는 20% 미만.

이 유형의 분말은 쉽게 응집되어 낮은 비율의 결합제로 작용할 수 있게 한다. 따라서, 널리 알려진 결합제인 규산나트륨의 경우에, 50에서 500 Mpa까지 변하는 압력을 채택하면 100 g의 분말에 대해 0.3 cm³의 첨가량 내지 100 g의 분말에 대해 3 cm³의 첨가량이 충분하다. 펠릿의 기계적 성능이 쉽게 얻어지기 때문에, 압력과 결합제 비율 변수는 펠릿의 기계적 성능이 아니라 용해 속도를 제어하는 데 사용될 수 있다.

그러나, 경험상 전술한 입자 크기 분포는 자연적인 분쇄에 의해 얻어질 수 없다. 이 입자 크기 분포를 갖는 분말의 조제에는 별도로 마련된 소정 크기 파편의 첨가가 요구된다.

접종제 조성물은 상이한 원소 생성물의 분말을 혼합함으로써, 또는 합금 분 말의 형태로, 또는 상이한 합금의 분말을 혼합함으로써 얻어질 수 있다.

실시예

다음의 실시예 1 내지 5는 SG 주철을 취급하고, 실시예 6은 LG 주철의 경우를 취급한다.

실시예 1

시판 중인 종래 기술의 응집된 접종제 펠릿의 배치(batch) A를 획득하고 분석하였다. 이 분석은 Si = 72.1%, Al = 2.57%, Ca = 0.52%를 나타내고 있다.

이전 배치의 분석과 가능한 가까운 분석을 갖는 용융 접종제 배치를 FeSi 75로부터 유도로에서 합성한 다음, 그 강도를 칼슘 실리사이드, 알루미늄 그 다음에 철을 첨가하여 개정하였다. 이어서, 이 접종제 배치를 25 g 몰딩 펠릿으로 주조하였다.

이 펠릿 B 배치의 샘플링과 분석은 Si = 72.4%, Al = 2.83%, Ca = 0.42%를 나타내고 있다.

실시예 2

소정 투입량의 주철을 유도로에서 용융하고, 1600 kg의 주철에 대해 20 kg의 첨가량으로 5% Mg, 2% Ca 및 2% TR을 함유하는 FeSiMg 타입의 합금에 의해 턴디시 커버(Tundish Cover) 공정으로 처리하였다.

이 액상 주철의 분석은 C = 3.7%, Si = 2.5%, Mn = 0.09%, P = 0.03%, S = 0.003%, Mg = 0.042%를 나타내고 있다.

그 공융 온도는 1141℃이었다.

이 주철을 사용하여 약 1 kg의 단위 질량을 갖는 부품을 주조하고, 유입관에 의해 급송되는 20개 부품 몰드의 클러스터에 배치하였는데, 상기 유입관 내에는 평균 구멍 직경이 5 mm인 내화물 폼에 의해 구성되는 필터에 의해 지지되는 몰딩 펠릿이 배치되었다.

채택한 몰딩 펠릿은 배치 B에서 나온 것이다.

부품의 횡단면에서 금속 조직학에 의해 관찰된 흑연 핵의 개수는 184/mm²이었다.

실시예 3

배치 B에서 나오는 몰딩 펠릿을 종래 기술에 따른 응집 펠릿, 즉 이전 실시예에서 사용된 펠릿과 동일한 배치 B에서 취한 몰딩 펠릿의 자연적 분쇄에 의해 얻은 분말 0/2 mm로 가압하여 얻은 응집 펠릿으로 대체한다는 것을 제외하고는 동일한 방식으로 실시예 2를 재생산하였다.

이 분말의 입자 크기 분포는 2 mm 이하 : 100%, 0.4 mm 이하 : 42%, 0.2 mm 이하 : 20%, 50 μ이하 : 10%이었다. 즉 입자 크기 분포는 포세코(Foseco)의 유럽 특허 제0.234.825호에서 권고하는 것에 아주 가깝다.

부품의 횡단면에서 금속 조직학에 의해 관찰된 흑연 핵의 개수는 168/mm²이었다.

실시예 4

몰딩 펠릿이 배치 A에서 나온다는 것을 제외하고는 동일한 방식으로 실시예 3을 재생산하였다. 부품의 횡단면에서 금속 조직학에 의해 관찰된 흑연 핵의 개수는 170/mm²이었다.

실시예 5

다음 조건에서 실시예 3을 반복하였다.

배치 B에서 나오는 몰딩 펠릿의 25 kg 배치를 0/1 mm로 분쇄하였다.

파편 0.63/1 mm, 0.40/0.63 mm, 0.25/0.40 mm, 0.050/0.25 mm 및 0/0.050 mm를 체를 사용하여 분리하였다.

0.63/1 mm을 3.5 kg, 0.40/0.63 mm을 3.9 kg, 0.25/0.40 mm를 4.2 kg, 0.050/0.25 mm를 7.1 kg 및 0/0.050 mm를 6.1 kg 얻었다.

0.63/1 mm을 2 kg, 0.40/0.63 mm을 2 kg, 0.25/0.40 mm를 2 kg, 0.050/0.25 mm를 7 kg 및 0/0.050 mm를 2 kg 혼합하여 합성 분말을 마련하였다.

여기에 15 kg의 분말(150 cm³의 규산나트륨 및 150 cm³의 10N 수산화나트륨)을 첨가하였다.

얻은 혼합물을 이용하여 직경이 24 mm이고 높이가 22 mm인 원통형 응집 펠릿을 제조하였다. 성형할 때 펠릿에 가해진 압력은 1 초 당 285 MPa이었다.

성형된 펠릿을 통풍이 잘되는 지점에서 8 시간 동안 25℃로 보관한 다음, 4 시간 동안 110 ℃로 오븐에서 건조하였다. 25 kg 단위 질량의 펠릿을 얻었고 배치 C라 부르는 배치를 구성하였다.

이어서, 실시예 2에서 사용된 것과 동일한 세라믹 폼 필터가 설치된 로트 C 에서 나오는 펠릿으로 실시예 3을 반복하였다.

부품의 횡단면에서 금속 조직학에 의해 관찰된 흑연 핵의 개수는 234/mm²이었다.

실시예 6

실시예 5를 다음의 조건에서 반복하였다.

1600 kg의 주철 투입량을 유도로에서 용융하였다. 액상 금속에서 시료를 취하고 분석하였다.

분석은 C = 3.15%, Si = 1.82%, Mn = 0.71%, P = 0.15%, S = 0.08%을 나타내고 있다.

그 공융 온도는 1136℃이었다.

이 주철을 사용하여 약 1 kg의 단위 질량을 갖는 부품을 주조하고, 유입관에 의해 급송되는 20개 부품 몰드의 클러스터에 배치하였는데, 상기 유입관 내에는 평균 구멍 직경이 5 mm인 내화물 폼에 의해 구성되는 필터에 의해 지지되는 몰딩 펠릿이 배치되었다.

채택한 몰딩 펠릿은 배치 C에서 나온 것이다.

부품의 횡단면에서 금속 조직학에 의해 관찰된 흑연 핵의 개수는 310/mm²이었다.

Claims (5)

1. 주철의 레이트 접종(late inoculation)에 사용되는 펠릿으로서,

   상기 펠릿은 분말 접종제의 응집에 의해 얻어지고,

   상기 펠릿을 구성하는 분말 접종제 중 50-250 미크론의 미립 파편의 질량 비율이 35 내지 60%를 구성하고, 50 미크론 미만의 미립 파편의 질량 비율이 25% 미만이며,

   상기 분말 접종제의 입자 크기는 1 mm 미만인 것을 특징으로 하는 펠릿.
2. 제1항에 있어서, 상기 펠릿을 구성하는 분말 접종제 중 50-250 미크론의 미립 파편의 질량 비율이 40 내지 50%를 구성하고, 50 미크론 미만의 미립 파편의 질량 비율이 20% 미만인 것을 특징으로 하는 펠릿.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 펠릿의 제조에 사용되는 분말 접종제는 2 개 이상의 접종제 분말 합금의 혼합물인 것을 특징으로 하는 펠릿.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 펠릿의 제조에 사용되는 분말 접종제는 이종의 접종제를 구성하는 2 개 이상의 생성물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 펠릿.
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