KR101277777B1 - Ingot manufacturing method using sintering - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 각종 금속제품의 원자재로 사용되는 잉곳(ingot)의 제조방법에 관한 것으로, 금속 원료입상체(10)를 몰드(mold)(30)에 투입, 압축하여 압축성형체(15)를 형성한 후 이를 연속식소결로(60)를 통과시켜 원료입상체(10)간 융접을 유도함으로써, 금속 용탕(熔湯)의 형성 없이도 잉곳(16)의 제조가 가능하도록 한 것이다.
The present invention relates to a method for producing an ingot (ingot) used as a raw material of various metal products, the metal raw material
각종 금속제품의 원자재로 사용되는 잉곳(ingot)은 일정한 형태와 중량을 가지는 일종의 금속괴(金屬塊)로서, 원료 금속을 용융한 후 주형에 주입하여 성형되는 주괴(鑄塊)를 의미한다.Ingot (ingot) used as a raw material of various metal products is a kind of metal ingots having a constant shape and weight, and means ingots formed by melting a raw metal and then injecting it into a mold.
잉곳은 그 자체가 최종 완제품이 아니라 금속제품 제조의 원, 부자재로 사용되는 것인 바, 각종 기계부품 및 공구 등의 금속제 완제품에 비하여 엄격한 규격과 강도를 요구하지는 않지만 벌크(bulk) 상태로 유통되는 원자재와 달리 유통과정에서 일정한 형태와 중량을 유지하여야 하므로 통상 육면체 형태의 금속괴(金屬塊)로 제조된다.Ingots are used as raw materials and subsidiary materials for the manufacture of metal products, not as final finished products. They do not require strict specifications and strengths compared to metal finished products such as various machine parts and tools, but are distributed in bulk. Unlike raw materials, since it must maintain a certain shape and weight in the distribution process, it is usually manufactured as a metal cube in the form of a cube.
이러한 잉곳은 동의어인 주괴(鑄塊)의 사전적 의미에서와 같이, 원료 금속을 융점이상으로 가열하여 용탕을 형성한 후 사형(砂型) 또는 금형에 주입하고, 냉각하여 탈형함으로써 제조된다.
Such ingots are produced by heating the raw metal above the melting point to form a molten metal, pouring it into a sand mold or a mold, and cooling and demolding, as in the prior meaning of a synonym ingot.
종래의 잉곳 즉, 주괴는 전술한 바와 같이, 원료 금속의 용융을 통한 주조방식으로 제조되는 것으로, 원료 금속을 도가니에 투입한 후 융점이상으로 가열, 용탕을 형성하여 사형 또는 금형에 주입하고, 냉각 경화시킨 후 탈형함으로써 육면체 형태의 금속괴가 완성되는데, 원료 금속을 용융하는 과정에서 막대한 전력 또는 연료가 소모되고 이로 인하여 제조비용이 상승하며 심각한 환경오염이 유발될 뿐 아니라, 용융상태의 금속을 취급하여야 하므로 제조 공정이 복잡하고 안전관리가 어려운 문제점이 있었다.Conventional ingots, or ingots, are manufactured by casting through the melting of raw metals, as described above.The raw metals are poured into crucibles, heated above the melting point to form molten metal, injected into sand molds or molds, and cooled. By hardening and demolding, a hexahedron shaped metal mass is completed. In the process of melting raw metal, enormous power or fuel is consumed, which increases manufacturing cost and causes severe environmental pollution, and also handles molten metal. Since it has to be complicated manufacturing process and safety management was difficult.
또한, 일반적으로 금속 용융시설의 가동은 일시 중지 후 재가동시에 평시 가동에 소요되는 사용량을 월등히 상회하는 전력 또는 연료가 소모되고, 복잡한 사전 준비 작업이 필요하므로, 잉곳의 주조가 연속적으로 진행될 수 밖에 없으며 따라서 수요에 따른 탄력적인 시설 운용이 불가능한 문제점이 있었다.In addition, since the operation of the metal melting facility generally requires a lot of power or fuel that exceeds the amount of time required for normal operation at the time of restarting after a pause, and requires complicated preliminary work, casting of the ingot is inevitably performed continuously. Therefore, there was a problem in that it is impossible to operate a flexible facility according to demand.
그 뿐 아니라, 종래의 주조식 잉곳 제조시 주형으로는 통상 사형 또는 금형이 사용되는데, 이들 주형의 제작, 사용, 탈형 및 재사용과정에서 복잡한 공정이 소요되고, 내구성 미비 및 제조 원가 상승 등 많은 문제점이 야기된다.In addition, molds or molds are generally used as molds in the manufacture of conventional casting ingots, and complicated processes are required in manufacturing, using, demolding, and reusing the molds, and many problems such as inadequate durability and increased manufacturing costs are caused. Is caused.
우선, 목형(木型) 또는 납형(蠟型)을 주형사(鑄型砂)에 매설하여 형성되는 사형의 경우, 잉곳의 매 주조시마다 사형을 제작하여야 할 뿐 아니라, 주형사를 주기적으로 교체하여야 하므로 제조 효율이 극히 낮은 문제점이 있다.First, in the case of sand molds formed by embedding wooden molds or lead molds in molding sand molds, not only the sand molds must be manufactured at every ingot casting, but also the mold sands must be periodically replaced. There is a problem that the manufacturing efficiency is extremely low.
또한, 금형이 적용되는 경우 용탕의 주입 및 냉각 후 탈형과정에서 잉곳 성형물이 금형에 점착되어 금형과 완성된 잉곳의 분리가 어려우므로 금형에 기계적인 진동 또는 충격을 가하게 되는데, 이 과정에서 잉곳 자체는 물론 금형이 파손될 뿐 아니라, 관련 탈형 설비의 구축 및 운용 비용으로 인하여 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
In addition, when the mold is applied, the ingot molding is adhered to the mold during the injection and cooling of the molten metal, so that it is difficult to separate the mold from the finished ingot, thereby applying mechanical vibration or impact to the mold. Of course, not only the mold is damaged, there is a problem that the manufacturing cost is increased due to the construction and operation costs of the related demolding equipment.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 금속제 잉곳(ingot)(16)의 제조방법에 있어서, 금속제 원료입상체(10)내 불순물을 제거하고 균일하게 혼합하는 단계와, 내부에 제조 계획 잉곳(16)의 형상으로 요입부(凹入部)가 형성된 몰드(30)에 원료입상체(10)를 투입하고 가압하여 압축성형체(15)를 형성하는 단계와, 압축성형체(15)를 연속식소결로(60)에 투입하여 소결한 후 냉각하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 소결식 잉곳 제조방법이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and in the method of manufacturing a metal ingot (16), a step of removing impurities in the metal raw material granules (10) and mixing them uniformly, and a manufacturing plan therein. Injecting and pressing the
또한, 금속제 원료입상체(10)내 불순물을 제거하는 단계와, 원료입상체(10) 중 일부를 분쇄기(22)에 투입하여 세립입상체(11)로 분쇄하는 단계와, 상기 불순물이 제거된 원료입상체(10)와 상기 세립입상체(11)를 혼합하는 단계와, 내부에 제조 계획 잉곳(16)의 형상으로 요입부(凹入部)가 형성된 몰드(30)에 원료입상체(10) 및 세립입상체(11)의 혼합물을 투입하고 가압하여 압축성형체(15)를 형성하는 단계와, 압축성형체(15)를 연속식소결로(60)에 투입하여 소결한 후 냉각하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 소결식 잉곳 제조방법이다.
In addition, the step of removing the impurities in the metal raw material
본 발명을 통하여, 잉곳(16)의 제조 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 종래의 주조식 제조방법에 비하여 소요 전력 또는 연료의 월등한 절감효과를 얻을 수 있다.Through the present invention, not only can the manufacturing efficiency of the
또한, 종래의 고온 용탕 성형을 탈피하여 상온에서의 분체(粉體) 성형이 가능하므로, 안전관리가 용이하고 제조 시설의 탄력적인 운용이 가능하여, 에너지 절감은 물론 환경오염 방지 효과를 배가할 수 있다.In addition, it is possible to form the powder at room temperature by removing the conventional high temperature molten metal molding, so it is easy to manage safety and elastic operation of the manufacturing facility, which can save energy and double the environmental pollution prevention effect. have.
그 뿐 아니라, 각종 금속제품 제조 과정에서 발생되는 금속분, 절삭칩, 스크랩 및 슬러지 등의 부산물을 원자재로 재활용할 수 있도록 함으로써 자원을 절약하고 폐기물 처리비용을 절감하는 효과도 얻을 수 있다.
In addition, by recycling by-products such as metal powder, cutting chips, scrap and sludge generated in the manufacturing process of various metal products as raw materials, it is possible to save resources and reduce waste disposal costs.
도 1은 본 발명의 공정 설명도
도 2는 본 발명의 몰드 일 실시예 분해사시도
도 3은 본 발명의 압축성형체 예시도
도 4는 세립입상체가 적용된 본 발명의 일 실시예 공정 설명도Brief Description of the Drawings Fig.
Figure 2 is an exploded perspective view of an embodiment of the mold of the present invention
3 is an exemplary view of a compression molded article of the present invention
Figure 4 is a process illustration of one embodiment of the present invention to which fine grains are applied
본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 공정 전반을 도시한 설명도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 우선 금속제 원료입상체(10)내 불순물을 제거하고 균일하게 혼합하는 단계를 통하여 개시된다.FIG. 1 is an explanatory view showing the overall process of the present invention, and as shown, the present invention is first disclosed through the step of uniformly removing impurities in the metallic raw material
여기서 금속제 원료입상체(10)는 금속을 분쇄하여 제조된 금속분은 물론 각종 금속제품의 제조과정에서 발생된 부산물 또는 폐 금속제품의 분쇄물 등의 금속제 입상체(粒狀體)로서, 금속제품의 절삭시 발생되는 절삭칩 또는 금속분이나, 단조, 압연, 사출, 압출 또는 용접후 사상(仕上) 작업시 발생되는 스크랩(scrap), 그리고 도금 또는 에칭(etching) 공정 후 발생된 슬러지(sludge)의 건조 분말 등이 적용될 수도 있다.Here, the metallic raw material
이러한 금속 가공 부산물에는 비금속 협잡물, 절삭유를 비롯한 다양한 불순물이 포함될 수 있으므로, 본격적인 성형 전에 이들 불순물을 제거하는 작업이 필요하다.Since these metal processing by-products may include various impurities such as nonmetallic contaminants and cutting oil, it is necessary to remove these impurities before full molding.
불순물의 제거는 금속제 원료입상체(10)를 수세(水洗)한 후 건조하거나, 자력(磁力)선별 또는 기류(氣流)선별 등의 과정을 거쳐 수행할 수 있는데, 이러한 구체적인 불순물 제거 기법은 제거 대상 불순물에 따라 당업자가 선택 적용할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.Impurities can be removed by washing the metal
불순물이 제거된 원료입상체(10)는 교반기 또는 혼합기(21)에 투입하여 균일하게 혼합하게 되는데, 여기서 혼합이란 이종(異種) 금속으로 구성된 원료입상체(10)의 경우 이종 금속 입자간 균일한 분포를 유도하고, 동종 금속이라도 입경(粒徑)이 일정하지 않을 경우 대입경 원료입상체(10)가 특정 부위에 편중되지 않도록 교반하는 과정을 말한다.The
즉, 본 발명에 있어서의 혼합과정은 특정한 목적으로 다수의 성분을 배합하는 것이 아니라 원료입상체(10)내 단위 입자의 분포상태를 균일하게 유지하기 위한 목적으로 교반을 실시하는 것을 의미하는 것이다.That is, in the mixing process of the present invention, mixing does not include a plurality of components for a specific purpose but means that stirring is performed for the purpose of uniformly maintaining the distribution state of the unit particles in the raw material granules.
한편, 후술할 원료입상체(10)의 몰드(30) 투입 및 가압을 통한 압축성형체(15)의 형성과정에서 원료입상체(10)의 입자간 결속력을 부여하여 압축성형체(15)의 소결중 붕괴를 방지하기 위한 목적으로 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또는 전분 등의 바인더(binder)가 미량 첨가될 수 있는데, 이들 바인더도 혼합기(21)에 투입되어 원료입상체(10)와 함께 교반된다.On the other hand, during the sintering of the compression molded
이렇듯 불순물 제거와 혼합이 이루어진 원료입상체(10)는 내부에 제조 계획 잉곳(ingot)(16)의 형상으로 요입부(凹入部)가 형성된 몰드(30)에 투입된 후 가압되어 제조 계획 잉곳(16)의 형상과 동일한 형상의 압축성형체(15)가 성형되는데, 이러한 가압 몰드(30)의 구체적인 구조 및 이를 통한 압축성형체(15)의 성형방식이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.As such, the
도 2는 본 발명에 적용되는 압축성형체(15) 성형용 몰드(30) 및 부속 장치를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명의 몰드(30)는 제조 계획 잉곳(16)의 형상과 동일한 형상의 요입부가 형성된 고강도 금속제 함체(函體)로서, 요입부 내부 저면에 착탈식 반력판(40)이 결합되고, 요입부 상부에는 요입부와 동일한 평단면을 가지는 가압판(50)이 결합되는 구조를 가진다.2 shows a
또한, 반력판(40)의 저면에는 취출핀(41)이 돌출 형성되고, 몰드(30)에도 저면을 관통하는 핀결합구(31)가 절개 형성되어, 반력판(40)의 몰드(30)내 결합시 취출핀(41)이 핀결합구(31)에 수납되는 구조를 가진다.Further, the
이와 같은 구조의 몰드(30)를 통하여 도 1의 중앙부에서와 같이 원료입상체(10)의 압축성형체(15)가 성형되는데, 일단 몰드(30)에 반력판(40)이 결합된 상태에서 몰드(30)의 요입부에 원료입상체(10)를 투입하고, 몰드(30)의 요입부에 가압판(50)을 결합하여 고압으로 가압한 후, 가압판(50)을 철수하고 취출핀(41)을 밀어올림으로써 도 3에서와 같이 제조 계획 잉곳(16)의 형상과 동일한 형상의 압축성형체(15)를 완성할 수 있다.Through the
이 상태에서의 압축성형체(15)는 원료입상체(10)의 입자간 고압 밀착 내지 전술한 바인더를 통한 점착으로 조직 구조가 유지되는 바, 형태가 붕괴되지 않을 뿐 사실상 실질적인 전단강도를 기대할 수 없으므로, 이후 소결을 통한 원료입상체(10) 입자간 융접을 통하여 소기의 강도를 달성하게 된다.In this state, the compression molded
소결(燒結)은 금속 입자를 융점 이하로 가열하여 입자간 융접을 유도하는 것으로, 통상 고도의 경도가 요구되는 공구의 제조 등에 적용되며 다양한 첨가물이 첨가됨은 물론 가열중 다양한 분위기가스가 주입되는 등 복잡한 공정이 소요되나, 본 발명에서는 고도의 강도 또는 정밀도가 요구되지 않을 뿐 아니라, 압축성형체(15)의 심부(深部)에 이르는 긴밀한 소결 융접상태가 요구되지도 않으므로, 도 1에서와 같이, 제조 효율을 확보하기 위하여 압축성형체(15)를 연속식소결로(60)에 투입함으로써 잉곳(16)의 연속적인 제조가 가능하도록 한다.Sintering is to induce fusion between particles by heating metal particles below melting point, and is usually applied to the manufacture of tools requiring high hardness, and various additives are added and various atmosphere gases are injected during heating. Although a process is required, not only high strength or precision is required in the present invention, but also a close sintered fusion welding state leading to the deep part of the compression molded
압축성형체(15)가 연속식소결로(60)를 통과하면서 소결후 냉각, 경화되어 잉곳(16)이 완성되며, 완성된 잉곳(16)은 원료 금속의 완전 용융을 통한 주조를 거치지 않고도 소기의 규격 및 중량이 유지될 수 있을 뿐 아니라, 기본적인 성형과정 전반이 상온에서의 냉간 분체 가공을 통하여 이루어지므로 작업 편의성 및 효율을 획기적으로 개선할 수 있게 된다.As the compression molded
한편, 도 4는 압축성형체(15)로 가공되는 금속 입상체의 입도분포(粒度分布)를 인위적으로 조정함으로써 일층 치밀한 조직을 형성할 수 있도록 한 것으로, 그 구체적인 과정을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, Figure 4 is to artificially adjust the particle size distribution (금속 度 分布) of the metal granules to be processed by the compression molded
우선, 전술한 바와 같이, 금속제 원료입상체(10)내 불순물을 제거하는 단계가 일단 수행되며, 이후 원료입상체(10) 중 일부를 분쇄기(22)에 투입하여 세립입상체(11)로 분쇄한다.First, as described above, the step of removing impurities in the metal raw material
원료입상체(10)의 세립입상체(11)로의 분쇄는 원료입상체(10) 전량에 대하여 수행되는 것이 아니라, 일부를 분할하여 수행되는데, 도 4에 도시된 바와 같이 강구(鋼球)가 장입된 볼밀(ball mill) 등의 분쇄기(22)를 통하여, 조립입상체(組粒粒狀體)인 원료입상체(10)를 미세한 입경(粒徑)의 세립입상체(細粒粒狀體)(11)로 분쇄하게 된다.The grinding of the raw
이렇듯 분쇄된 세립입상체(11)와 상기 불순물이 제거된 원료입상체(10)는 함께 혼합기(21)에 투입되어 교반됨으로써 균일하게 혼합되고, 이후 몰드(30)에 투입시 도 4의 하단 원내 확대부에서와 같이, 원료입상체(10)의 공극에 세립입상체(11)가 결합되면서 일층 치밀한 조직을 형성하게 된다.As such, the
몰드(30)의 요입부에 투입된 원료입상체(10) 및 세립입상체(11) 혼합물은 가압 성형된 후 취출되어 압축성형체(15)를 형성하게 되고, 이후 압축성형체(15)는 연속식소결로(60)에 투입되어 소결 및 냉각, 경화됨으로써 잉곳(16)이 완성된다.
The mixture of the
10 : 원료입상체
11 : 세립입상체
15 : 압축성형체
16 : 잉곳
21 : 혼합기
22 : 분쇄기
30 : 몰드
31 : 핀결합구
40 : 반력판
41 : 취출핀
50 : 가압판
60 : 연속식소결로10: raw material grain
11: fine granular body
15:
16: Ingots
21: Mixer
22: grinder
30: Mold
31: pin coupler
40: reaction plate
41: blowout pin
50: pressure plate
60: continuous sintering furnace
Claims (2)
금속제 원료입상체(10)내 불순물을 제거하고 균일하게 혼합하는 단계와;
내부에 제조 계획 잉곳(16)의 형상으로 요입부(凹入部)가 형성된 몰드(30)에 원료입상체(10)를 투입하고 가압하여 압축성형체(15)를 형성하는 단계와;
압축성형체(15)를 연속식소결로(60)에 투입하여 소결을 통한 원료입상체(10) 입자간 융접을 실시한 후 냉각하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 소결식 잉곳 제조방법.
In a method for manufacturing a metal ingot (16)
Removing impurities in the metallic raw material granules 10 and mixing them uniformly;
Inserting and pressing the raw material granular material 10 into a mold 30 having a recessed portion formed in the shape of a manufacturing plan ingot 16 therein to form a compressed molded product 15;
Method for producing a sintered ingot, characterized in that the compression molding (15) to the continuous sintering furnace (60) to perform the fusion between the raw material granules (10) particles through sintering and to cool.
금속제 원료입상체(10)내 불순물을 제거하는 단계와;
원료입상체(10) 중 일부를 분쇄기(22)에 투입하여 세립입상체(11)로 분쇄하는 단계와;
상기 불순물이 제거된 원료입상체(10)와 상기 세립입상체(11)를 혼합하는 단계와;
내부에 제조 계획 잉곳(16)의 형상으로 요입부(凹入部)가 형성된 몰드(30)에 원료입상체(10) 및 세립입상체(11)의 혼합물을 투입하고 가압하여 압축성형체(15)를 형성하는 단계와;
압축성형체(15)를 연속식소결로(60)에 투입하여 소결을 통한 원료입상체(10) 입자간 융접을 실시한 후 냉각하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 소결식 잉곳 제조방법.In a method for manufacturing a metal ingot (16)
Removing impurities in the metallic raw material granules (10);
Injecting a part of the raw material granular material (10) into the grinder (22) to grind the fine granular material (11);
Mixing the granular material (10) and the fine granular material (11) from which the impurities are removed;
The compression molded body 15 is pressurized by putting a mixture of the raw material granular body 10 and the fine grain granular body 11 into a mold 30 having a recessed portion formed in the shape of a manufacturing plan ingot 16 therein. Forming;
Method for producing a sintered ingot, characterized in that the compression molding (15) to the continuous sintering furnace (60) to perform the fusion between the raw material granules (10) particles through sintering and to cool.
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