KR101205749B1 - 주물 제조용 부품 및 그 제조 방법 - Google Patents

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카오카부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 주물 제조용 부품의 제조 방법은, 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더, 술폰산염계 또는/및 셀룰로오스계 분산제를 함유하는 원료 슬러리를 제조하는 공정을 구비하고 있다. 상기 원료 슬러리는, 무기 분체 또는/및 발수제를 추가로 함유하고 있는 것이 바람직하다.

Description

주물 제조용 부품 및 그 제조 방법{COMPONENT FOR CASTING PRODUCTION AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 주물을 제조할 때 탕도관 등으로서 사용되는 주물 제조용 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
주물을 제조할 때 탕도관 등으로서 사용되는 주물 제조용 부품에 관하여, 출원인은 하기 특허문헌 1 에 기재된 기술을 제안하고 있다. 이 기술은, 유기 섬유, 무기 섬유 및 바인더를 함유하는 원지를 관 형상으로 성형한 것으로, 종래부터 사용되고 있는 내화재에 비해 경량이며 취급하기 쉬워, 주물 주입 후의 폐기 처리 등에도 우수하다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-174605호
발명의 개시
그런데, 이와 같은 유기 섬유, 무기 섬유 및 바인더를 함유하는 주물 제조용 부품에 있어서는, 주조시의 유기 섬유의 열 분해에 수반되는 연소 가스 (이하, 간단히 가스라고도 한다) 의 발생을 억제하기 위해서, 유기 섬유의 함유량을 억제하는 것이 요망되는데, 유기 섬유의 함유량을 줄이면, 함유 성분의 분산성이 나빠져 지합 (地合) 이 저하되기 쉬워지고, 얻어지는 주물 제조용 부품의 대부분이 불량품이 되는 과제를 갖고 있었다. 특히, 초지 (抄紙) 에 의해 원지를 제조하려 하면, 기복이 발생하기 쉬워지는 과제를 갖고 있었다.
본 발명의 목적은, 특정한 분산제를 사용함으로써, 유기 섬유의 함유량을 저감시켜도, 양호한 주물 제조용 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 유기 섬유의 함유량이 억제된 양호한 주물 제조용 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명자들은, 특정한 분산제를 사용함으로써, 유기 섬유의 함유량을 저감시켜도, 양호한 주물 제조용 부품이 얻어지는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 상기 견지에 기초하여 이루어진 것으로, 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더, 술폰산염계 또는/및 셀룰로오스계 분산제를 함유하는 원료 슬러리를 제조하는 공정을 구비하고 있는 주물 제조용 부품의 제조 방법을 제공함으로써, 상기 목적을 달성한 것이다.
또한, 본 발명은 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지 및 초지용 바인더를 함유하고, 또한 술폰산염계 또는/및 셀룰로오스계 분산제를 함유하는 것을 특징으로 하는 주물 제조용 부품을 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는 실시예에 있어서의 분출의 평가에 사용하는 주형을 모식적으로 나타 내는 단면도이다.
발명의 상세한 설명
이하 본 발명을, 그 바람직한 실시형태에 기초하여 도면을 참조하면서 설명한다.
먼저, 본 발명의 주물 제조용 부품을 그 바람직한 실시형태에 기초하여 설명한다. 도 1 에 나타내는 본 실시형태의 주물 제조용 부품 (10) 은, 무기 분체, 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더 및 발수제의 함유량의 합계가 100 질량％ 에 대해 술폰산염계 또는/및 셀룰로오스계 분산제를 0.001 ～ 10 질량％, 바람직하게는 0.01 ～ 10 질량％ 함유하고 있다. 분산제를 이러한 범위로 함유시킴으로써, 상기 유기 섬유의 함유량을 낮게 억제하면서 양호한 주물 제조용 부품을 제조할 수 있다.
상기 술폰산염계 분산제로서는, β-나프탈렌술폰산나트륨염의 포르말린 축합물, 리그닌술폰산나트륨염, 멜라민술폰산나트륨염의 포르말린 축합물, 방향족 아미노술폰산나트륨염 폴리머, 폴리스티렌술폰산나트륨염, 폴리스티렌술폰산/폴리말레인술폰산나트륨염 공중합물, 폴리시클로펜타디엔술폰산나트륨염 폴리머, 폴리 지방족디엔술폰산나트륨염 폴리머 등을 들 수 있다. 이 중에서도 초조 (抄造) 한 습태 상태의 원지의 지합을 고려하면, 중축합도가 3 ～ 6 인 β-나프탈렌술폰산나트륨염의 포르말린 축합물이 바람직하다.
상기 셀룰로오스계 분산제로서는, 높은 수용성, 1 질량％ 수용액으로 완전히 용해되는 것, 예를 들어, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오 스 등의 셀룰로오스의 프로필렌옥사이드 부가물 유도체를 들 수 있다. 초조한 습태 상태의 원지의 지합을 고려하면, 히드록시프로필셀룰로오스가 바람직하다.
상기 분산제는 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
본 실시형태의 주물 제조용 부품은 상기 무기 분체, 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더 및 발수제의 총 질량에 대해, 각 성분의 배합비 (질량 비율) 는, 무기 분체/무기 섬유/유기 섬유/열경화성 수지 (고형분)/초지용 바인더 (고형분)/발수제 = 0 ～ 70％/1 ～ 60％/1 ～ 40％/1 ～ 40％/1 ～ 10％/0 ～ 5％ (질량 비율) 의 범위이고, 40 ～ 70％/1 ～ 10％/1 ～ 25％/1 ～ 25％/1 ～ 10％/0 ～ 5％ (질량 비율) 가 바람직하며, 50 ～ 70％/1 ～ 8％/1 ～ 20％/10 ～ 25％/3 ～ 7％/0 ～ 1％ (질량 비율) 가 보다 바람직하다. 또한, 상기 각 성분의 함유 질량 비율은 합계로 100％ 이다. 무기 분체의 배합비가 이러한 범위이면, 주입시의 형상 유지성, 성형품의 표면성이 양호해지고, 또 성형 후의 이형성도 바람직해진다. 무기 섬유의 배합비가 이러한 범위이면, 초지성, 주입시의 형상 유지성이 양호하다. 유기 섬유의 배합비가 이러한 범위이면, 초지성이 양호하고, 주입시의 연소 가스 발생량을 줄일 수 있기 때문에, 분출 (용탕의 역류) 을 억제할 수 있다. 열경화성 수지의 배합비가 이러한 범위이면, 주형의 성형성, 주입 후의 형상 유지성, 표면 평활성이 양호하다. 초지 바인더가 이러한 범위이면 원료 중의 분체 성분을 섬유에 부착시키고, 또한 섬유끼리도 적절히 얽혀져, 초지에 최적인 플록을 형성할 수 있고, 수율도 양호하다. 발수제의 배합비가 이러한 범위이면, 초지하여 만들어진 원지로부터 주물 제조용 부품을 제조할 때 사용하는 접착제가 원지에 스며들지 않고, 적적량의 접착제의 사용량으로 제조할 수 있다. 또, 주물 제조용 부품을 주물사에 묻었을 때의 주물사 중의 수분이 주물 제조용 부품에 침투하지 않는다.
상기 무기 분체로서는, 흑요석, 물라이트 및 판 형상 흑연, 토 형상 흑연 등의 흑연 등을 들 수 있다. 무기 분체는, 이들을 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 주물의 탄소량이 4.2 질량％ 이하인 경우에는 침탄 현상 (탄소가 주물에 흡수되어, 물러지는 현상) 이 발생한다. 이 경우에는, 주물 탄화물로부터의 침탄 현상을 방지하기 위해서 실리카분을 함유하는 무기 분체를 사용할 필요가 있다. 그 무기 분체로서 흑요석, 물라이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 주물의 탄소량이 4.2 질량％ 이상인 경우에는 무기 분체를 함유하지 않아도 된다.
상기 무기 섬유는, 주로 주물 제조용 부품의 골격을 이루며, 예를 들어, 주조시의 용융 금속의 열에 의해서도 연소되지 않고 그 형상을 유지한다. 상기 무기 섬유로서는, 탄소 섬유, 로크 울 등의 인조 광물 섬유, 세라믹 섬유, 천연 광물 섬유를 들 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 상기 열경화성 수지의 탄화에 수반하는 수축을 효과적으로 억제하는 점에서 고온에서도 고강도를 갖는 피치계나 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 계의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 PAN 계의 탄소 섬유가 바람직하다.
상기 무기 섬유는, 주물 제조용 부품을 초지하여 성형하는 경우의 성형품의 품질의 관점으로부터 평균 섬유 길이가 0.1 ～ 10㎜ 가 바람직하고, 0.5 ～ 8㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 10㎜ 이상의 장섬유인 것을 슬러리의 단계에서 배합하여 리파이너 등으로 섬유를 절단하여, 평균 섬유 길이가 0.1 ～ 10㎜ 가 되도록 제어하여 사용할 수도 있다.
상기 유기 섬유에는, 펄프 섬유, 피브릴화된 합성 섬유, 재생 섬유 (예를 들어, 레이온 섬유) 등을 들 수 있다. 유기 섬유는, 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 성형성, 건조 후의 강도, 비용 면에서, 펄프 섬유가 바람직하다.
상기 펄프 섬유로서는, 목재 펄프, 코튼 펄프, 린터 펄프, 대나무나 짚 그 밖의 비목재 펄프를 들 수 있다. 펄프 섬유는, 이들의 버진 펄프 또는 재생 펄프를 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 펄프 섬유는, 입수의 용이성, 환경 보호, 제조 비용의 저감 등의 면에서, 특히 고지 (古紙) 펄프가 바람직하다.
상기 유기 섬유는, 표면 평활성, 내충격성을 고려하면, 평균 섬유 길이가 0.1 ～ 20㎜ 가 바람직하고, 0.5 ～ 10㎜ 인 것이 보다 바람직하다.
상기 열경화성 수지는, 주물 제조용 부품 (10) 의 상온 강도 및 열간 강도를 유지시킴과 함께, 내열성 종이관층의 표면성을 양호하게 하고, 주물의 표면 조도를 향상시키는 데에 필요한 성분이다. 상기 열경화성 수지로서는, 페놀 수지, 에폭시 수지, 푸란 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 특히, 연소 가스의 발생이 적고, 연소 억제 효과가 있어, 열분해 (탄화) 후에 있어서의 잔탄율 (殘炭率) 이 25％ 이상으로 높고, 주조에 이용한 경우에 탄화 피막을 형성하여 양호한 주물 표면을 얻을 수 있다는 점에서 페놀 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 잔탄율이란, 열경화성 수지의 샘플을 질소 분위기하에서 상온에서 1200℃ 까지 승온 속도 50℃/분으로 가열한 후에 측정한 질량을 가열 전의 질량으로 나눈 값을 말한다. 가열 중에 열경화성 수지로부터 연소 가스가 방출되기 때문에, 가열 후의 질량은 가열 전보다 가벼워진다. 페놀 수지에는, 경화제를 필요로 하는 노볼락 페놀 수지, 경화제가 필요 없는 레졸 타입 등의 페놀 수지가 사용된다. 백수 (白水) 중의 용출 유리 페놀을 최대한 억제시키는 데에는, 저유리 페놀 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 염기성 촉매나 산성 촉매로 합성된 레졸페놀 수지의 고분자량 타입의 것이 바람직하다. 노볼락 페놀 수지를 사용하는 경우에는, 경화제를 필요로 한다. 그 경화제는 물에 잘 녹기 때문에, 원지의 탈수 후에 그 표면에 도포되는 것이 바람직하다. 상기 경화제에는 헥사메틸렌테트라민 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 열경화성 수지는, 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 연소 가스에는, 일산화탄소, 이산화탄소 외, 메탄, 에틸렌 등의 탄화 수소 등이 포함된다.
상기 초지용 바인더로서는, 전분, 젤라틴, 구아검, CMC (카르복시메틸셀룰로오스) 등의 천연 고분자, 해면 (폴리아미드아민에피클로로히드린 수지), PVA (폴리비닐알코올), PAM (폴리아크릴아미드), PEO (폴리에틸렌옥사이드) 등의 수용성 합성 고분자 및 스티렌?부타디엔계, 아크릴니트릴?부타디엔계, 아크릴계, 아세트산 비닐계 등의 라텍스, 콜로이달 실리카, 알루미나계 등의 무기 바인더 등을 들 수 있다. 이 들 중에서도 분체의 고정화 성능이 우수한 해면, CMC, 아크릴계 라텍스 등을 사용하는 것이 바람직하다. 초지용 바인더의 첨가량은 고형분 환산으로, 상기 유기 섬유 질량의 0.01 ～ 5％, 특히 0.02 ～ 1％ 가 바람직하다. 이들 초지용 바인더는 1 종, 또는 2 종 이상을 선택하여, 또는 복합하여 사용할 수 있다.
주물 제조용 부품 (10) 에는, 상기 서술한 접착제의 원지로의 침투 방지, 흡습에 의한 강도 열화를 방지하는 목적 등으로, 발수제를 첨가할 수 있다. 상기 발수제로서는, 실리콘계, 불소계, 유지계, 소수성 계면 활성제, 소수성 고분자를 사용할 수 있다. 특히, 주물 제조용 부품 (10) 의 내외 표면에 도포하고, 건조시킴으로써 흡습에 의한 강도 열화를 방지할 수 있다. 이들 발수제의 성상으로서, 수계의 용액 또는 에멀션으로 함으로써 사용상의 취급이 간편화된다. 이들 발수제는 단독으로 또는 2 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 실리콘계, 불소계, 유지계의 에멀션이 바람직하다. 특히, 슬러리 중에 사용하는 경우, 소량으로 중성 영역에서 우수한 발수성을 갖고, 로진 등에 비해 내산성, 내알칼리성이 우수한 AKD (알킬케텐 다이머) 가 바람직하다. 발수제는 원료 슬러리 중에 적절량을 첨가해도 되고, 또한 주물 제조용 부품에 도포해도 된다. 도포 방법으로서는, 스프레이법, 브러시 도포, 침지 도포, 흘림 도포를 들 수 있는데, 생산성으로부터 스프레이법, 침지 도포, 흘림 도포가 바람직하다. 여기에서,흘림 도포란, 펌프로 퍼 올린 용액을 부품에 호스로 뿌리는 도포를 말한다. 또한, 주물 제조용 부품의 사용 환경이 건조한 상태이거나 또, 상기 열경화성 수지의 종류나 그 사용량에 따라서는 열경화성 수지가 발수성을 발현하는 경우가 있는데, 이러한 경우에는 발수제를 첨가하지 않아도 된다.
주물 제조용 부품 (10) 에는, 상기 각 성분 이외에, 응집제, 착색제 등의 다른 성분을 적절한 비율로 첨가할 수도 있다.
주물 제조용 부품 (10) 은, 표면 조도 (Ra) 가 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 표면 조도 (Ra) 는 Surtronic 10 (Rank Taylor Hobson사 제조) 등에 의해 측정된다.
주물 제조용 부품 (10) 은, 상기 각 성분을 함유하는 원지로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그 원지의 인장 강도는, 40N/15㎜, 특히 80N/15㎜ 이상인 것이 바람직하다. 인장 강도는, 두께 0.7㎜ 의 원지를 폭 15㎜ 로 슬릿하고 텐시론 만능 시험기 ((주)에이앤드디사 제조 RTA500) 에 의해 인장 시험함으로써 측정할 수 있다. 두께가 상이한 경우에는 단위 단면적 당의 힘으로 환산하여 비교한다. 인장 강도가 이러한 범위이면, 주물 제조용 부품을 본 실시형태와 같이 종이관을 형성할 때의 단열 등을 방지할 수 있다.
주물 제조용 부품 (10) 은, 강도 확보의 면에서, 주조에 사용되기 전 상태에서의 압축 강도는 20N 이상이 바람직하고, 40N 이상이 보다 바람직하다. 여기에서, 주물 제조용 부품의 압축 강도는, 당해 부품을 폭 60㎜ 로 절단하고, 절단면을 가로로한 상태에서 텐시론 만능 시험기 (주식회사 에이앤드디사 제조 RTM500) 등의 압축 강도 측정기로 압축 속도 10㎜/분으로 누름으로써 측정되는 관 측면의 압축 강도를 말한다.
주물 제조용 부품 (10) 의 총 두께는, 그것이 사용되는 장소에 따라 적절하게 설정할 수 있는데, 주물 제조용 부품으로서의 강도의 확보, 통기성의 확보, 제조비 억제 등을 고려하면 0.5 ～ 6㎜ 가 바람직하고, 1 ～ 3㎜ 가 보다 바람직하다.
주물 제조용 부품 (10) 은, 용탕과 접촉했을 때, 수증기 발생을 최대한 억제하는 점에서, 주조에 사용되기 전 상태의 함수율 (질량 함수율) 은 20％ 이하가 바람직하고, 10％ 이하가 보다 바람직하다. 수증기의 발생은 용탕의 유입구로부터의 분출 (역류) 의 원인이 되기 때문이다.
다음으로, 본 발명의 주물 제조용 부품의 제조 방법의 바람직한 실시형태를 상기 주물 제조용 부품 (10) 의 제조 방법에 기초하여 설명한다.
주물 제조용 부품 (10) 은, 종이관용 원지가 감겨진 2 개의 종이관층 (11 및 12) 으로 구성되어 있다. 주물 제조용 부품 (10) 의 제조에 있어서는, 먼저, 종이관층 (11 및 12) 의 원지를 제조한다.
이들 종이관층 (11 및 12) 의 원지는, 주물 제조용 부품 (10) 을 구성하는 상기 무기 분체, 상기 무기 섬유, 상기 유기 섬유, 상기 열경화성 수지, 상기 초지용 바인더, 상기 분산제를 함유하는 원료 슬러리를 각각 제조하고, 이들의 원료 슬러리로부터 습식 초지법에 의해 초지하여, 탈수, 건조시켜 제조한다.
상기 원료 슬러리의 분산매로서는, 물, 백수 외, 에탄올, 메탄올 등의 용제 등을 들 수 있다. 그리고, 이들 중에서도 초지, 탈수 성형의 안정성, 품질의 안정성, 비용 저감, 취급의 용이함 등의 면에서 물이 바람직하다.
상기 원료 슬러리에는, 응집제, 방부제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이 하여 제조한 원료 슬러리를 이용하여, 종이관층용 원지를 초지한다.
이들의 원지의 초지 방법에는, 예를 들어, 연속 초지식인 원망 초지기, 장망 초지기, 단망 초지기, 트윈 와이어 초지기 등을 이용한 초지 방법, 뱃치 방식의 초지 방법인 수록법 등의 초지 방법을 채용할 수 있다.
초지 후에도 상기 원지가 보형성이나 기계적 강도를 유지하기 위해서는, 바람직하게는 함수율이 30％ 이하가 될 때까지, 보다 바람직하게는 10％ 이하가 될 때까지 그 각 원지를 탈수시킨다. 초지 후의 원지의 탈수 방법에는, 예를 들어, 흡인에 의한 탈수 외, 가압 공기를 내뿜어 탈수하는 방법, 가압 롤이나 가압 판으로 가압하여 탈수하는 방법 등의 탈수 용법을 채용할 수 있다.
다음으로, 탈수된 상기 원지를 건조 공정에서 건조시킨다. 건조 공정에서의 건조에는 종래부터 종이의 건조에 이용되고 있는 통상의 수법이 이용된다.
탈수, 건조 후의 상기 원지의 인장 강도는, 종이관으로서 감아 올리는 것을 고려하면, 40N/15㎜ 이상이 바람직하고, 80N/15㎜ 이상이 보다 바람직하다. 여기에서, 인장 강도는, 두께 0.7㎜ 의 원지를 폭 15㎜ 로 슬릿하고, 상기 텐시론 만능 시험기에 의해 인장 시험함으로써 측정할 수 있다. 측정되는 각 샘플의 두께가 상이한 경우에는 단위 단면적 당의 힘으로 환산하여 비교한다.
탈수, 건조 후의 상기 원지의 좌굴 강도는, 얻어지는 주물 제조용 부품의 강 도를 고려하면, 3N 이상이 바람직하고, 4N 이상이 보다 바람직하다. 여기에서, 좌굴 강도는, 3 점 굽힘 좌굴 강도 시험, 즉, 폭 60㎜, 길이 100㎜ 의 원지를 지점간 거리 40㎜ 로 세트되어 있는 측정 장치에 얹어, 위로부터 폭 60㎜, 선단 직경 6㎜ 의 누름대로 압축 시험을 실시함으로써 측정된다. 또한, 탈수, 건조 후의 상기 원지의 좌굴 변위는, 마찬가지로, 3㎜ 이상이 바람직하고, 5㎜ 이상이 보다 바람직하다. 여기에서, 좌굴 변위란, 상기 3 점 굽힘 시험에 있어서 최대 응력점에서의 원지의 변형량을 말한다.
탈수, 건조 후의 상기 원지는, 1000℃ 에 있어서의 그 부품의 단위 질량 당의 연소 가스 발생량이 250cc/g 이하인 것이 바람직하고, 200cc/g 이하인 것이 보다 바람직하다. 연소 가스 발생량은, 연소 가스 발생량 측정 장치 (측정 기기명 : No.682 GAS PRESSURE TESTER HARRY W.DIETERT CO. 제조) 에 의해 측정된다. 연소 가스 발생량은 낮을수록 바람직하지만, 실용상 그 하한은, 0.1 ～ 1㏄/g 이다.
탈수, 건조 후의 상기 원지는, 표면 조도 (Ra) 가 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 10㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 표면 조도 (Ra) 는 Surtronic 10 (Rank Taylor Hobson 사 제조) 등에 의해 측정된다.
탈수, 건조 후의 상기 원지는, 상기 발수제를 첨가한 경우에는, 발수성이 15％ 이하인 것이 바람직하고, 10％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 원지의 발수성은, 예를 들어, JIS P8140 에 규정되어 있는 종이 및 판지의 흡수도 시험 방법 (코브법) 에 따라 측정된다. 또한, 시험편과 물의 접촉 시간을 60 초 로하여 측정했다.
탈수, 건조 후의 상기 원지는, 밀도가 0.62 ～ 0.9g/㎥ 가 바람직하고, 0.64 ～ 0.75g/㎥ 가 보다 바람직하다. 이러한 범위이면, 종이관으로서 감아 올릴 때 강도 부족에 의한 원지의 절단이 발생하지 않고, 한편, 원지의 굽힘 강성이 과잉이 됨으로써 감아 올림 가공을 하기 어려워지는 일도 없다.
다음으로, 얻어진 각 원지를 소정 폭으로 재단하여, 나선 형상으로 겹쳐 감아 통 형상으로 성형한다. 원지의 감는 방향은, 동일한 방향으로 겹쳐 감아도 되고, 상이한 방향으로 겹쳐 감아도 된다. 동일한 방향으로 하는 경우에는, 먼저 겹쳐 감은 원지의 이음매가 되는 부분을 덮도록 겹쳐 감는 것이 바람직하다. 겹쳐 감을 때에는 적절히 접착제를 사용하여 통 형상으로 성형한다. 각 원지의 폭, 겹침 폭, 종이관의 내경 등은, 주물의 질량 (관 내를 통과하는 용융 금속의 양), 조형 강도 (사형을 만들 때의 압력에 견디는 강도) 에 따라 설정한다.
모든 층의 겹쳐 감기가 완료된 후, 소정 온도로 가열 건조시키고, 소정의 치수로 절단 가공하여 주물 제조용 부품의 제조를 완료한다.
본 실시형태의 주물 제조용 부품은, 유기 섬유의 함유량이 억제되고, 게다가 지합이 좋고, 주조시의 연소 가스의 발생이 억제되는 우수한 것이다.
또한, 본 실시형태의 주물 제조용 부품 (10) 은, 1000℃ 에서의 가스 발생량이 250ℓ/㎡ 이하이고, 바람직하게는 150ℓ/㎡ 이하이다. 여기에서 ㎡ 는, 주물 제조용 부품 (10) 의 평균 직경에 있어서의 그 부품의 표면적의 단위이다. 또, 평균 직경이란 (내직경 + 외직경)/2 로 산출되는 직경을 말한다. 가스 발 생량은 낮을수록 바람직하지만, 실용상 그 하한은, 1 ～ 10ℓ/㎡ 이다. 여기에서, 1000℃ 에서의 가스 발생량은, 가스 발생량 측정 장치 (측정 기기명 : No.682 GAS PRESSURE TESTER HARRY W.DIETERT CO. 제조) 에 의해 측정된다.
상기 전술한 바와 같이, 본 명세서에서는, 원지의 연소 가스 발생량을 cc/g 의 단위를 이용하고, 한편, 주물 제조용 부품의 연소 가스 발생량을 ℓ/㎡ 의 단위를 이용하고 있다. 이것은, 동일한 원지 (즉, cc/g 로 표시되는 가스 발생량이 동일) 를 이용하여, 상이한 내직경의 관 형상의 주물 제조용 부품을 제조하는 경우에, 내직경이 작을수록, 분출 (용탕의 역류) 이 발생하기 쉬워, ㏄/g 의 단위만으로는 분출의 발생의 용이함을 평가할 수 없기 때문이다. 또한, 내직경이 작을수록, 분출이 발생하기 쉬운 이유는, 내직경이 큰 경우와 비교하여, 관 형상의 주물 제조용 부품 내에 존재하는 용탕의 체적이 비교적 작고, 즉, 분출되는 용탕의 중량이 비교적 가볍기 때문이다.
추가로, 본 실시형태의 주물 제조용 부품은, 종래와 동일하게 경량이며 간편한 장치로 용이하게 절단 가공 등이 가능하기 때문에, 이런 점에서도 취급성이 우수하다.
본 발명은 상기 서술한 실시형태에 제한되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 적절하게 변경할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 주물 제조용 부품을 2 개의 종이관층으로 구성하였으나, 3 개 이상의 종이관층으로 구성할 수도 있다. 단, 이들의 층 구성은, 조형 강도, 열간 강도, 원지 두께 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 여기에서 열 간 강도란, 용탕에 접촉했을 때의 기계적 강도를 말한다.
또한, 상기 실시형태에서는, 미리 초지하여 얻은 원지로부터 주물 제조용 부품을 제조하였으나, 상기 원료 슬러리로부터 종래부터 알려져 있는 펄프몰드법에 의해 주물 제조용 부품을 초조해도 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 한층 더 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은, 본 실시예에 전혀 제한되지 않는다.
〔실시예 1〕
하기 관층용 원지 재료를 이용하여 평가용 원지 샘플 시트를 작성하고, 얻어진 원지의 지합 (기복, 무기 분체 등의 분산성), 표면 조도 및 연소 가스 발생량을 하기와 같이 평가하였다. 이들의 결과를 표 1 에 나타내었다.
〔종이관층용의 평가용 원지 샘플 조성〕
무기 분체 : 흑요석 분말 (평균 입경 30㎛), 65.5 질량％
무기 섬유 : 탄소 섬유 (길이 3㎜ (토레(주) 제조 : 토레카촙)), 4 질량％
유기 섬유 : 고지, 12 질량％
열경화성 수지 : 레졸페놀 수지 (에어워터 벨펄(주) 제조 : 벨펄 S-890), 18 질량％
초지용 바인더 : 해면, 0.25 질량％
초지용 바인더 : CMC, 0.25 질량％
발수제 : 미첨가
(이상의 원료 합계로 100 질량％)
분산제 : β-나프탈렌술폰산나트륨염 포르말린 축합물 (카오(주) 제조, 데몰 N), 0.5 질량％ (무기 분체, 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더 및 발수제의 함유량의 합계가 100 질량％ 에 대해 그 분산제를 0.5 질량％ 첨가)
상기의 배합 비율에 따라, 원료 100g 과 상기 분산제 0.5g 을 물 1.9ℓ (이하 L 로 표기) 와 함께 2L 용 쥬서 믹서에 넣고, 3 분간 혼합 교반하여, 원료 슬러리를 얻는다. 다음으로 얻어진 원료 슬러리를 희석수 13L 와 함께 초조 테스터 (얻어지는 원지 치수 : 세로 250㎜ × 가로 250㎜, 초지망 : 40 메시, 용량 : 15L) 에 투입하고, 뒤섞어 1 분간 정치시킨다. 그 후, 초조하고 백수를 배수하여 습태 원지를 얻는다. 이어서 얻어진 습태 원지를 0.1MPa 에서 프레스를 실시하고, 105℃ 의 건조기에서 30 분 건조시켜, 원지 샘플을 얻었다.
〔기복의 평가〕
상기의 원지 샘플의 초지면의 표면측 (초지망면과 반대측) 에 있어서의 기복 상태를 평가하기 위해, 높이 1㎜ 이상의 「볼록한 부분」의 수를 세어, 하기의 포인트 수로 평가하였다.
기복의 평가 포인트 수
0 점 : 「볼록한 부분의」수가 50 개 이상 존재하는 것
1 점 : 「볼록한 부분의」수가 40 ～ 49 개 존재하는 것
2 점 : 「볼록한 부분의」수가 30 ～ 39 개 존재하는 것
3 점 : 「볼록한 부분의」수가 20 ～ 29 개 존재하는 것
4 점 : 「볼록한 부분의」수가 10 ～ 19 개 존재하는 것
5 점 : 「볼록한 부분의」수가 9 개 이하인 것
〔무기 섬유의 분산성〕
상기의 원지 샘플의 초지면의 이면측(초지망면측) 에 있어서의 무기 섬유가 응집된 수를 세어, 하기의 포인트 수로 평가하였다.
0 점 : 응집된 탄소 섬유 수가 50 개 이상 존재하는 것
1 점 : 응집된 탄소 섬유 수가 40 ～ 49 개 존재하는 것
2 점 : 응집된 탄소 섬유 수가 30 ～ 39 개 존재하는 것
3 점 : 응집된 탄소 섬유 수가 20 ～ 29 개 존재하는 것
4 점 : 응집된 탄소 섬유 수가 10 ～ 19 개 존재하는 것
5 점 : 응집된 탄소 섬유 수가 9 개 이하인 것
〔무기 분체 및 열경화성 수지의 분산성〕
상기의 원지 샘플의 이면측(초지망면측) 에 있어서의 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율의 평가 포인트 수를 판정하였다. 이러한 성분의 분산이 불량한 경우에는, 원지 샘플의 내측에 모이기 때문이다.
0 점 : 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율이 80 ～ 100％ 존재하는 것
1 점 : 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율이 60 ～ 79％ 존재하는 것
2 점 : 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율이 40 ～ 59％ 존재하는 것
3 점 : 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율이 20 ～ 39％ 존재하는 것
4 점 : 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율이 10 ～ 19％ 존재하는 것
5 점 : 무기 분체 및 열경화성 수지가 응집된 면적 비율이 9％ 이하 존재하는 것
(무기 분체가 응집된 것은 하얀 분체가 응집되어 있는 상태를 육안으로 판정할 수 있다. 또한, 열경화성 수지가 응집된 것은 노란 분체가 응집되어 있는 상태를 육안으로 판정할 수 있다.)
〔지합의 평가〕
상기 서술한 [기복의 평가〕및〔무기 분체?무기 섬유?열경화성 수지의 각 분산성〕의 종합 포인트로 평가하였다 (포인트 수가 많으면 지합의 평가가 우수하고, 포인트 수가 낮으면 지합의 평가가 나쁘다).
〔표면 조도의 평가〕
표면 조도 (Ra) 는 Surtronic 10 (Rank Taylor Hobson 사 제조) 의 조작 매뉴얼에 따라 측정된다.
〔연소 가스 발생량의 평가〕
연소 가스 발생량은, 가스 발생량 측정 장치 (측정 기기명 : No.682 GAS PRESSURE TESTER HARRY W.DIETERT CO. 제조) 를 이용하여 이하의 순서로 측정하였 다. 먼저, 노 내의 온도를 1000℃ 로 설정한다. 다음으로, 측정 샘플 질량 0.1g (공칭 질량) 을 ㎎ 단위로 정확하게 질량 측정한다. 이어서, 그 샘플을 가스 발생량 측정 장치의 샘플대에 얹고, 측정 기기의 매뉴얼에 따라 연소 가스 발생량을 측정한다. 연소 가스 발생량은 연소 가스 발생 속도의 적분값으로 프로그램 계산되며, 경과시간이 30초 후의 연소 가스 발생량으로 계산한다. 또한, 연소 가스 발생 속도 및 연소 가스 발생량의 해석 컴퓨터는 시마즈 제작소 제조의 크로마토팩 C-R4A 를 이용하였다.
[실시예 2]
분산제를 하기 분산제로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 원지 샘플을 제조하였다. 그리고, 얻어진 원지에 대해, 실시예 1 과 동일한 평가를 실시하였다. 이들의 결과를 표 1 에 나타낸다.
분산제 : 히드록시프로필셀룰로오스 (하큐레스(주) 제조 : 클루셀 H), 그 분산제는 난용해성이기 때문에, 농도 1％ 수용액에 예비 희석한 후에 고형분으로 환산하여 0.5 질량％ 를 첨가하였다.
[비교예 1]
분산제를 이용하지 않은 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 원지를 제조하였다. 그리고, 얻어진 원지에 대해, 실시예 1 과 동일한 평가를 실시하였다. 이들의 결과를 표 1 에 나타낸다.
[비교예 2]
하기 관층용 원지 재료를 이용하여 실시예 1 과 동일하게 하여 원지를 작성 하였다.
여기에서는, 유기 섬유의 양을 실시예 1 의 2 배로 하고, 분산제를 첨가하지 않고 원지를 작성하였다.
[종이관층용의 평가용 원지 샘플 조성]
무기 분체 : 흑요석 분말 (평균 입경 30㎛), 48 질량％
무기 섬유 : 탄소 섬유 (길이 3㎜ (토레(주) 제조 : 토레카촙)), 9.5 질량％
유기 섬유 : 고지, 24 질량％
열경화성 수지 : 레졸페놀 수지 (에어워터 벨펄(주) 제조 : 벨펄 S-890), 18 질량％
초지용 바인더 : 해면, 0.25 질량％
초지용 바인더 : CMC, 0.25 질량％
발수제 : 미첨가
분산제 : 미첨가
(이상의 원료 합계로 100 질량％)


 지합 표면 조도
Ra
㎛		 원지
연료 가스
발생량
㏄/g
기복
 분산성
종합 평가
무기 분체 무기 섬유 열경화성 수지
실시예 1 4 4 4 5 17 4.2 190
실시예 2 5 5 4 5 19 9.5 198
비교예 1 1 2 2 2 7 23.8 202
비교예 2 5 4 5 5 19 8.0 268
표 1 에 나타내는 바와 같이, 각 실시예에 의해 얻어진 원지는, 비교예 1 에 비해 지합 및 표면 조도가 우수하고, 연소 가스 발생량이 억제되는 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 2 에서는 실시예의 2 배의 유기 섬유를 사용했기 때문에, 지합 및 표면 조도가 양호한 원지가 된 반면, 연소 가스 발생량이 많아졌다.
[실시예 3]
하기 조성의 원지에 의해 도 1 에 나타내는 바와 같은 2 층 구조의 관 형상의 주물 제조용 부품을 제조하였다. 그리고, 얻어진 주물 제조용 부품의 연소 가스 발생량 및 분출을 하기와 같이 평가하였다. 이들의 결과를 표 2 에 나타내었다.
<실시예 3 의 종이관용 원지 조성>
무기 분체 : 흑요석 (킨세이마텍사 제조, 나이스캐치플라워 #330), 57.3 질량％
무기 섬유 : 탄소 섬유(미츠비시 화학사 제조, 파이로필 TR03CM), 7.2 질량％
유기 섬유 : 재생 고지, 11.5 질량％
열경화성 수지 : 레졸페놀 수지 (에어워터사 제조, 벨펄 S890), 17.5 질량％
초지용 바인더 : 해면, 3.0 질량％
초지용 바인더 : CMC, 3.0 질량％
발수제 : 알킬케텐 다이머, 0.5 질량％
(이상의 원료 합계로 100 질량％)
분산제 : β-나프탈렌술폰산나트륨염 포르말린 축합물 (카오(주) 제조, 데몰 N), 0.5 질량％ (무기 분체, 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더 및 발수제의 함유량의 합계가 100 질량％ 에 대해 그 분산제를 0.5 질량％ 첨가)
상기의 배합 비율에 따라, 원료 100g 과 상기 분산제 0.5g 을 물 1.9ℓ(이하 L 로 표기) 와 함께 2L 용 쥬서 믹서에 넣고, 3 분간 혼합 교반하여, 원료 슬러리를 얻는다. 다음으로, 얻어진 원료 슬러리를 희석물 13L 와 함께 초조 테스터 (얻어지는 원지 치수 : 세로 250㎜ × 가로 250㎜, 초지망 : 40 메시, 용량 : 15L) 에 투입하고, 뒤섞어 1 분간 정치한다. 그 후, 초조하고 백수를 배수하여 습태 원지를 얻는다. 이어서 얻어진 습태 원지를 0.1MPa 로 프레스를 실시하고, 105℃ 의 건조기에서 30 분 건조시켜, 원지 샘플을 얻었다.
<주물 제조용 부품의 형태 >
상기의 두께 0.7㎜ 종이관층용 원지를 폭 80㎜ 및 폭 82㎜ 의 2 종류의 폭으로 재단하고, 외경 φ50㎜ 의 샤프트에 폭 80㎜ 의 원지를 1 층째에, 폭 82㎜ 의 원지를 2 층째에, 1 층의 이음매를 덮도록 2 층째에 접착제를 도포하면서 겹쳐 감아, 도 1 의 형태의 관 형상 주물 제조용 부품을 제조하였다.
접착제 : 페놀 수지 에멀젼 (스미토모 베이크라이트사 제조, PR-51464)
총 두께 : 1.4㎜
내직경 : 50㎜
<연소 가스 발생량의 평가>
연소 가스 발생량은, 가스 발생량 측정 장치 (측정 기기명 : No.682 GAS PRESSURE TESTER HARRY W.DIETERT CO.제조) 를 이용하여 이하의 순서로 측정하였다. 먼저, 노 내의 온도를 1000℃ 로 설정한다. 다음으로, 측정 샘플 질량 0.1g (공칭 질량) 을 ㎎ 단위로 정확하게 질량 측정한다. 이어서, 그 샘플을 가스 발생량 측정 장치의 샘플대에 얹고, 측정 기기의 매뉴얼에 따라 연소 가스 발생량을 측정한다. 연소 가스 발생량은 연소 가스 발생 속도의 적분값으로 프로그램 계산되며, 경과시간이 30 초 후의 연소 가스 발생량으로 계산한다. 또한, 연소 가스 발생 속도 및 연소 가스 발생량의 해석 컴퓨터는 시마즈 제작소 제조의 크로마토팩 C-R4A 를 이용하였다.
[분출의 평가]
푸란 수지를 배합한 경화사 (주물사) 중에, 도 2 에 나타내는 바와 같이 관 형상의 주물 제조용 부품 2 ～ 4 (각각 길이, 50㎝, 30㎝, 5㎝m, 내직경은 모두 50㎜) 를 매설하여 시험용 주형 (1) 을 제조하였다. 단, 엘보 부분은 도기제로 하였다. 그리고, 유입구측 (5) 으로부터 1400℃ 의 용융 금속 250㎏ 을 흘려 넣고, 유입구 측으로부터의 분출을 육안으로 하기의 2 단계로 평가하였다.
○ : 약간 화염이 발생
× : 높이 1m 정도 화염이 발생
[비교예 3]
하기의 원지 조성으로 원지를 작성한 것 이외에는 실시예 3 과 동일한 2 층 구조의 관 형상의 주물 제조용 부품을 제조하였다 (실시예 3 과 비교하여 유기 섬유량을 2 배 이상으로 하고, 분산제를 사용하지 않고 원지를 제조). 그리고, 얻어진 주물 제조용 부품에 대해, 실시예 3 과 동일한 평가를 실시하였다. 이들의 결과를 표 2 에 나타낸다.
<비교예 3 의 종이관용 원지 조성>
무기 분체 : 물라이트 (엠씨코우산 주식회사 제조, 물라이트 MM#200), 47.6 질량％
무기 섬유 : 탄소 섬유 (미츠비시 화학사 제조, 파이로필 TR03CM), 4.2 질량％
유기 섬유 : 재생 고지, 25.0 질량％
열경화성 수지 : 레졸페놀 수지 (에어워터사 제조, 벨펄 S890), 16.7 질량％
초지용 바인더 : 해면, 3.0 질량％
초지용 바인더 : CMC, 3.0 질량％
발수제 : 알킬케텐 다이머, 0.5 질량％ (이상의 원료 합계로 100 질량％)
조성 원지
연소 가스
발생량
cc/g		 주물 제조용 부품
연소 가스
발생량
L/㎡		 분출 평가
실시예 3 230 225.0 ○
비교예 3 260 315.8 ×
표 2 에 나타낸 바와 같이, 실시예에 의해 얻어진 주물 제조용 부품은, 연소 가스 발생량이 낮게 억제되고, 분출도 막을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 의하면, 유기 섬유의 함유량이 억제되고, 주조시의 연소 가스의 발생이 억제되어, 지합이 우수한 주물 제조용 부품이 제공된다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기 효과를 나타내는 주물 제조용 부품을 적합하게 제조할 수 있다.
본 발명은, 주입구, 탕도, 라이저, 가스 배출, 압탕, 주형 (主型) 등의 주형 (鑄型) 을 구성하는 각종 주물 제조용 부품 및 그 제조 방법에 적용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더 및, 중축합도가 3 ～ 6 인 β-나프탈렌술폰산나트륨염 포르말린 축합물인 술폰산염계 분산제를 함유하는 원료 슬러리를 조제하는 공정을 구비하고 있는 주물 제조용 부품의 제조 방법.
  2. 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지, 초지용 바인더 및, 셀룰로오스의 프로필렌옥사이드 부가물 유도체인 셀룰로오스계 분산제를 함유하는 원료 슬러리를 조제하는 공정을 구비하고 있는 주물 제조용 부품의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원료 슬러리가 무기 분체 및 발수제 중 하나 이상을 추가로 함유하고 있는 주물 제조용 부품의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 무기 분체의 함유 질량 비율이 0 ～ 70％, 상기 무기 섬유의 함유 질량 비율이 1 ～ 60％, 상기 유기 섬유의 함유 질량 비율이 1 ～ 40％, 상기 열경화성 수지의 함유 질량 비율이 1 ～ 40％, 초지용 바인더의 함유 질량 비율이 1 ～ 10％, 발수제의 함유 질량 비율이 0 ～ 5％ 이고, 또한 상기 무기 분체, 상기 무기 섬유, 상기 유기 섬유, 상기 열경화성 수지, 상기 초지용 바인더 및 상기 발수제의 함유량의 합계가 100 질량％ 인 주물 제조용 부품의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 원료 슬러리는, 상기 무기 분체로서 흑요석, 물라이트 및 흑연에서 선택되는 1 종 이상을 함유하고, 상기 무기 섬유로서 탄소 섬유, 로크 울 및 세라믹 섬유에서 선택되는 1 종 이상을 함유하고, 상기 열경화성 수지로서 페놀 수지, 에폭시 수지 및 푸란 수지에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 주물 제조용 부품의 제조 방법.
  7. 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지 및 초지용 바인더를 함유하고 또한 중축합도가 3 ～ 6 인 β-나프탈렌술폰산나트륨염 포르말린 축합물인 술폰산염계 분산제를 함유하는 것을 특징으로 하는 주물 제조용 부품.
  8. 무기 섬유, 유기 섬유, 열경화성 수지 및 초지용 바인더를 함유하고 또한 셀룰로오스의 프로필렌옥사이드 부가물 유도체인 셀룰로오스계 분산제를 함유하는 것을 특징으로 하는 주물 제조용 부품.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    1000℃ 에 있어서의 연소 가스 발생량이 250ℓ/㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 주물 제조용 부품.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    무기 분체 및 발수제 중 하나 이상을 추가로 함유하는 주물 제조용 부품.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 무기 분체의 함유 질량 비율이 0 ～ 70％, 상기 무기 섬유의 함유 질량 비율이 1 ～ 60％, 상기 유기 섬유의 함유 질량 비율이 1 ～ 40％, 상기 열경화성 수지의 함유 질량 비율이 1 ～ 40％, 초지용 바인더의 함유 질량 비율이 1 ～ 10％, 발수제의 함유 질량 비율이 0 ～ 5％ 이고, 또한 상기 무기 분체, 상기 무기 섬유, 상기 유기 섬유, 상기 열경화성 수지, 상기 초지용 바인더 및 상기 발수제의 함유량의 합계가 100 질량％ 인 주물 제조용 부품.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 무기 분체로서 흑요석, 물라이트 및 흑연에서 선택되는 1 종 이상을 함유하고, 상기 무기 섬유로서 탄소 섬유, 로크 울 및 세라믹 섬유에서 선택되는 1 종 이상을 함유하고, 상기 열경화성 수지로서 페놀 수지, 에폭시 수지 및 푸란 수지에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 주물 제조용 부품.
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