KR101297504B1 - 금속분진을 이용한 중량 성형물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속분진을 이용한 중량 성형물 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쇼트분진, 플라즈마분진, 합금철분진 등의 비중이 무거운 철 또는 비철 금속분진을 혼합하여 중량 성형물의 재료로 만들고, 미세한 금속분말 또는 산화철분말을 중량 성형물 재료의 부피 증가가 없는 조건으로 최대한 혼입시켜 금속분진 재료로 제조하고 금속 분진 재료에 CSA(Calsume Sulfer Alumina)분말, 아스팔트, 피치, 타르, 아크릴수지 등의 접착제를 혼합하여 혼합물로 제조한 후 혼합물을 성형틀에 넣고 유압 압축기로 압축 성형시켜서 중량 성형물로 제조하는 방법.

쇼트분진, 플라즈마 분진, 합금철, CSA 분말, 아스팔트, 유압압축기, 무게 추

Description

금속분진을 이용한 중량 성형물 제조방법 {The method of manufacture for moulding weight used metal dust}

본 발명은 금속분진을 이용한 중량 성형물 제조방법에 관한 것으로서, 철 및 비철금속 분진이 혼재되어 재사용이 곤란한 금속분진이나 쇼트분진, 연마분진등과 같이 금속분진 내에 화학물질, 페인트, 유제가 혼입되어 재사용이 곤란한 금속분진 폐기물을 혼합하여 비중이 3.5 정도가 되는 재료로 조성하고 상기 재료에 미세 금속분말 또는 산화철분말을 상기 재료의 부피증가가 없는 조건으로 최대한 혼입하여 금속분진 재료로 제조하고 상기 금속 분진재료에 CSA 분말을 혼합한 후에 아스팔트, 타르, 피치, 아크릴 수지 등의 점착성 접착제를 혼합하여 혼합물로 제조하고 이 혼합물을 성형기에 넣고 50톤 이상의 유압 압착기로 압착 성형시켜 비중이 4.5 이상의 중량 성형물로 제조하여 무게추가 필요한 드럼세탁기나 지게차, 포크레인 등의 웨이트로 사용할 수 있도록 하는 금속분진을 이용한 중량 성형물 제조방법을 제시하는 것이다.

금속분진중 밀스케일 ,제강더스트 등 단일 금속분진은 대부분 당밀이나 벤토나이트, 시멘트 등의 유, 무기계 바인더를 이용하여 브라케트 하여 제철소나 제강 사 등에서 철광석을 제련하거나 철원으로 재사용 하지만 합금철분진이나 여러 종류의 금속이 혼재된 금속분진은 철 이외의 금속성분이 용광로에서 철 생산을 방해하기 때문에 재사용 할 수가 없어서 폐기물로 매립되고 있고, 쇼트분진, 연마분진 등은 분진 내에 페인트나 유류성분, 연마 액이 있어서 재사용하기가 곤란하여 역시 폐기물로 매립 처리 되고 있다.

한편 드럼세탁기에서는 드럼이 회전할 때 중심을 잡아 주기 위하여 드럼 양쪽에 무게추인 웨이트가 설치되는데 과거에는 이 웨이트를 시멘트 콘크리트로 제조하여 사용하였으나 최근에는 플라스틱으로 외부 케이싱을 제작 후에 웨이트의 비중이 4 이상이 되도록 무게가 무거운 고급 순 철가루나 고철 조각을 넣은 후에 시멘트 몰탈로 채움을 하여 제조하는데 이때 사용하는 순철이나 고철 조각에 기름이나 이물질이 묻어 있으면 이들 이물질이 시멘트 몰탈과 고철 사이에 경계면을 형성 시켜서 접착력이 약해서 제품의 불량 요인이 되어 사용하는 순 철가루나 고철에서 이물질을 제거 하는 공정이 필요하고 순 철가루나 고철은 비싸서 경제성이 많이 떨어지게 된다.

또한 지게차, 포크레인 등의 중장비도 무게의 중심을 잡기 위하여 장비의 후단에 웨이트를 부착하는데 이것 역시 웨이트의 비중이 4.5 이상이 요구되어 웨이트 제작시에 드럼 세탁기에서의 웨이트 제조와 같은 단점이 그대로 남아 있고, 특히 중장비의 웨이트 제조에는 철판으로 웨이트용 케이싱을 만든 후에 고철조각과 순 철가루를 외부에서 시멘트 몰탈과 혼합한 후 케이싱에 충진 시켜 제조하기 때문에 더욱더 고급 재료를 사용해야 하는 공정이어서 경제성이 많이 떨어져서 최근 고철 값이 많이 상승하면서 웨이트 제조업체에서 웨이트의 제조를 중단하고 있는 실정이다.

일반적으로 중량 성형물을 제조할 때 단순히 무거운 철 분진을 본드와 같은 유기 접착제로 접착시켜서 제조하는 것을 생각하지만 이러한 방식은 사용하는 재료의 입자가 크면 입자 사이의 공극율이 커져서 중량 성형물의 비중이 적어지게 되면서 성형 강도가 낮기 때문에 운반 도중에 파손되는 불량율이 높아지는 단점이 있고, 이를 해결하기 위하여 미세 금속분진을 사용하려면 대부분 수집되는 금속분진이 상품 제조 과정인 연마, 표면처리, 절단 ,용접 등의 과정에서 발생하여 입자가 큰 금속 분진이 많이 발생되므로 미세분진을 얻기 위하여 선별 과정을 거쳐야하는 등 공정이 복잡해지는 단점이 있다.

금속분진은 고온에서 용융하거나 소결하면 자체의 결합력이 강해지고 입자 사이의 공극율이 줄어들어 높은 비중의 성형물로 제조할 수 있지만 이들을 용융하거나 소결하는데 따른 높은 열에너지 사용 비용이 너무나 커서 중량 성형물로 제조하기에는 비경제적인 단점이 있다 .

또한 금속분진을 밀스케일을 성형하는 방식으로 당밀이나 전분과 같은 유기계 접착제와 시멘트, 벤토나이트등과 같은 무기계 접착제를 혼합하여 브라케트기로 성형 할 수가 있으나 이러한 방식은 당밀이나 전분, 벤토나이트 등의 비중이 낯은 접착제를 접착제의 접착 특성상 7내지 10％정도를 사용하여야 하므로 성형된 중량 성형물의 전체 비중을 떨어뜨림과 동시에 브라케트기의 성형 압축 압력이 200에서 1,000kg/cm2 정도가 되어 성형물 자체의 금속 분진 입자의 공극율이 커서 중량 성 형물의 비중이 크게 높아지지 않는 단점이 있다

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은,

혼합 금속분진에 미세 금속분말 또는 산화철분말을 혼합하여 금속분진 재료로 조성하고 금속분진 재료에 CSA 분말을 혼합한 후 타르, 피치, 아스팔트 아크릴 수지 등의 유화 접착제를 혼합하여 혼합물을 만든 후에 혼합물을 성형틀에 넣고 유압 압축기로 성형틀을 압축하여 중량 성형물을 제조함으로써 입도가 미세 금속분진 또는 산화철분진이 금속 분진 입자 사이의 공간을 메워주고 CSA 분말이 재료에 포함된 수분과 반응 하여 밋세 금속분진 또는 산화철분진 입자와 함께 에트링자이트(Etrringxite) 반응을 일으켜서 미세 금속분진 또는 산화철분진이 금속 분진 입자에 단단히 부착되면서 CSA분말의 구성성분인 칼슘성분이 아스팔트, 피치, 타르, 아크릴 수지 성분과 결합하여 고화되어 강한 강도 발현과 더불어 성형물 내부의 기름이나 페인트 성분과 같은 이물질의 외부 용출을 억제하고 중량 성형물의 보관 및 운송과정에서 외부의 수분이 중량 성형물 내부로 침투하는 것을 방지하여 수분침투로 인한 중량 성형물의 강도 약화를 방지해 주어 장기간 고강도를 유지시킬 수 있게 되는 등 여러 가지 유용한 조건을 동시에 만족시키는 기술을 제공하고 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위하여

비중이 3.5 이상인 혼합 금속분진 1kg 에 혼합 금속분진의 부피 증가가 없는 조건으로 미세 금속분말 또는 산화철분말을 100내지 500g 을 혼입시켜 금속분진 재료로 조성하는 단계와;

상기 금속분진 재료 1kg 에 CSA 분말을 20내지100g 을 넣고 아스팔트, 피치, 타르, 아크릴 수지를 각각 또는 둘 이상 혼합한 혼합액을 30내지 100g 을 넣은 후에 혼합기로 잘 혼합하여 혼합물로 제조하는 단계와;

상기 혼합물을 일정 형태의 성형틀에 넣고 50톤 이상의 유압 압축기로 성형틀을 압착시켜서 금속 분진을 이용한 중량 성형물로 제조하는 것이다.

이렇게 제조된 중량 성형물은 자연 상태에서 7일 이상 건조시킨 후에 웨이트 재료로 사용할 수가 있으며 사용용도를 넓히기 위해서는 성형물의 규격을 적게 성형시키는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은

페기물로 폐기 되는 폐 금속분진을 이용하여 중량 성형물로 제조하여 웨이트 재료로 사용함에 따라 웨이트 제조물의 경제성을 높이고 폐기물 매립장의 수명을 연장시켜 친환경성을 부여하는 기술을 제공하는 효과가 있다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

8mm 채로 쳐서 채를 통과한 철 슬러지 분진과 쇼트 분진을 중량비로 약 2:1 비율로 혼합한 혼합 금속분진의 비중이 3.5 이상이 되도록 제조하였다.

상기 혼합 금속분진에 부피의 증가는 없도록 미세 금속분말과 산화철분말을 혼합한 미세 금속분말이 금속 분진 입자 사이의 공극에 침투 되도록 최대한 혼입하여 비중이 3.9가 되는 금속분진 재료로 준비하였다.

[실시 예 1]

상기에서 준비한 금속분진 재료를 각각 무게가 500g씩 되도록 시료 5개를 준비하고 각각의 시료에 CSA 분말을 10g, 20g, 30g, 40g, 50g을 첨가하여 잘 혼합하여 1차 혼합물로 제조한 후 각각의 1차 혼합물에 유화아스팔트 액을 15g 씩 투입하여 혼합기로 혼합 후 50톤 유압압축기 하부의 성형틀에 넣고 유압 압축 성형하여 금속분진을 이용한 중량 성형물을 제조하였다.

[실시 예 2]

상기 [실시 예 1]에서 제조한 각각의 1차 혼합물에 유화아스팔트 액을 25g 씩 투입하고 [실시 예 1]과 같은 방법으로 금속분진을 이용한 중량 성형물을 제조하였다.

[실시 예 3]

상기 [실시 예 1]에서 제조한 각각의 1차 혼합물에 유화아스팔트 액을 35g 씩 투입하고 [실시 예 1]과 같은 방법으로 금속분진을 이용한 중량 성형물을 제조하였다.

[실시 예 4]

상기 [실시 예 1]에서 제조한 각각의 1차 혼합물에 유화아스팔트 액을 50g 씩 투입하고 [실시 예 1]과 같은 방법으로 금속분진을 이용한 중량 성형물을 제조하였다.

상기 각각의 실시 예에서 제조한 각각의 금속분진을 이용한 성형물을 7일간 자연 건조 후에 각각의 시료의 비중을 측정한 결과는 다음과 같다

상기 실험 결과를 보면 본 발명의 금속분진을 이용한 중량 성형물 제조방법에서 CSA 분말의 함량이 높을수록 중량 성형물의 비중이 많이 낮아지고 유화아스팔트 사용량에 따라서는 비중이 큰 차이가 없슴을 보여 주는데 이것은 CSA 분말은 고체분말이고 유화아스팔트는 유화된 액체이기 때문에 건조되면 유화물이 증발되어 버리는 것으로 판단된다.

[실시 예 5]

상기 [실시 예 1] 내지[실시 예 4]에서 제조한 시료를 각각 비중 측정 후 높 이 3m에서 낙하 시켰더니 [실시 예 1] 의 시료는 전부 파손 되었으며 [실시 예 2]의 시료는 전부 크랙이 생겼고 [실시 예 3] 및 [실시 예 4]의 시료는 파손 되거나 손상되지 않아서 금속 분진을 이용한 중량 성형물의 후기강도는 유화아스팔트 사용량에 따라 결정되는 것이 밝혀졌다.

[실시 예 6]

상기에서 준비한 금속분말 재료로 [실시 예 3]과 같은 방법으로 혼합물을 제조한 후 유압자키를 이용하여 성형틀에 상기 혼합물을 투입한 후 압축 성형시켜 금속분진을 이용한 중량 성형물로 제조한 후 7일 자연 건조 후에 비중을 측정하였더니 시료의 크기가 500mmØ *500mmH 로 무게가 398g 으로 비중이 4.06 이 나와서 비중을 높이려면 유압압축기로 압축 성형 하여야 한다는 결론을 얻었다.

금속분진을 이용한 중량물 성형 방법으로 성형한 중량 성형물은 금속 분진을 소결 또는 용융하여 입자간의 밀도를 높여 중량물을 만들어 사용하거나, 비싼 고철을 이용하여 웨이트를 제조하는 것 보다 단순한 방법으로 압축 성형하여 비중을 높인 금속분진을 이용한 중량 성형물로 제조 할 수가 있고 폐기물을 이용할 수 있어서 친 환경적이고 경제성이 있는 제조방법을 모색한 것으로 본다.

도 1은 본 발명에 따른 다양한 금속분진 사진

도 2는 본 발명에 따른 미세 금속 분말 사진

도 3은 본 발명에 따라 사용되는 산화철분말 사진

도 4는 본 발명에 따른 유압성형기 사진

도 5은 본 발명에 따라 제조된 중량 성형물 시료 사진

도 6은 본 발명에 따른 유압 자키형 수동 성형물 제조기 사진

Claims (3)

1. 금속분진을 이용한 중량 성형물의 제조방법에 있어서,

   금속분진들을 비중이 3.5 이상이 되도록 혼합 후에 부피 증가가 없는 조건으로 미세 금속분말, 산화철분말을 각각 또는 혼합한 혼합 미세 금속분말을 혼입시켜 금속분진 재료로 제조하는 단계와;

   상기 금속분진 재료에 CSA분말을 혼합한 후 아스팔트, 피치, 타르, 아크릴 수지를 각각 또는 둘 이상 혼합한 혼합액을 혼합하여 혼합물을 조성하는 단계로서, 상기 금속분진 재료에 CSA 분말을 금속 분진 재료 중량비로 2내지 10％ 중량비로 첨가하고, 아스팔트, 피치 ,타르 ,아크릴 수지를 각각 또는 둘 이상의 혼합한 혼합액을 금속분진 재료 중량비로 7 내지 10％ 중량비로 첨가한 후 혼합하여 혼합물을 조성하는 단계와;

   상기 혼합물을 성형틀에 넣고 50톤 이상의 유압 압축기로 압축 성형시켜 중량 성형물로 제조 하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 중량 성형물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속분진 재료로 제조하는 단계에서,

   상기 미세 금속분말, 산화철 분말을 각각 또는 혼합한 혼합 미세 금속분말을 상기 금속분진들에 대하여 10 내지 50％ 중량비로 혼입시켜 금속분진 재료로 제조하는 것을 특징으로 하는 금속분진을 이용한 중량 성형물의 제조방법.
3. 삭제

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