KR101402581B1 - 개선된 연성 주철 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (ⅰ) Mg 이외에 Ⅱa족 금속의 유효량을 포함하는 초기화제를 이용하여 용융 철을 처리하는 단계와, (ⅱ) (ⅰ) 단계 후 소정 시간에 구상화제를 함유한 마그네슘을 이용하여 용융 철을 처리하는 단계와, (ⅲ) 공정 흑연 핵생성-유도 접종제를 이용하여 용융 철을 처리하는 단계와, (ⅳ) 용융 철을 주조하는 단계를 순차적으로 포함하는 연성 주철 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 처리된 철로부터 주조된 부품의 기계적 특성이 철 원료의 최초 산소 함량과 무관하도록 철 원료의 산소 함량의 가변성이 처리될 수 있도록 한다.

연성 주철, 용융 철, 초기화제, 흑연 핵생성 유도 접종제, 구상화제

Description

개선된 연성 주철 제조 방법{IMPROVED METHOD OF PRODUCING DUCTILE IRON}

본 발명은 연성 주철의 제조 방법에 관한 것이다.

철 주물에서 원하는 기계적 특성을 달성하기 위해서 용융 철은 정확한 조성을 가져야만 하고 응고시 정확한 흑연 형상을 유도하도록 적절한 핵을 함유해야 한다. 용융 철은 적절한 "흑연화 잠재력(graphitisation potential)"을 가져야 한다. 이는 주로 용융 철의 "탄소당량"에 의해 결정된다. 예컨대 소위 접종제의 첨가 제어에 의해 핵생성에 의한 흑연화 잠재력을 조절하는 것이 일반적인 실무이다. 접종제는 주로 흑연, 페로실리콘(ferrosilicon) 또는 규소화 칼슘에 기초하며, 페로실리콘이 가장 일반적으로 이용되고 있다.

구상흑연(SG) 주철 또는 노듈라(nodular) 주철로도 알려진 연성 주철은 흑연 석출이 상호 연결된 플레이크(flake) 형태가 아닌 분리된 노듈(nodule) 형태라는 점에서 회주철과 다르다. 흑연의 노듈 석출 촉진은 주조(그리고 접종)에 앞서 일반적으로 마그네슘인 소위 구상화제를 이용하여 용융 철을 처리함으로써 달성된다. 마그네슘은 순금속으로서 첨가되거나, 보다 일반적으로는 마그네슘 페로실리콘 또는 니켈 마그네슘과 같은 합금으로서 첨가될 수 있다. 그 밖의 재료는 철과 마그네슘의 입상 혼합물로부터 형성된 "노듈런트(NODULANT)"(상표명)와 같은 조개탄과, 마그네슘과 그 밖의 재료로 충전된 중공의 연질 강선을 포함한다. 일반적으로, 마그네슘 처리는 용융 철에 대략 0.04%의 마그네슘을 잔류시켜야 한다. 그러나 이런 마그네슘 첨가에는 많은 난관이 있다. 마그네슘은 용융 철에 비해 비교적 낮은 온도에서 비등함으로써 처리 온도에서 마그네슘의 높은 증기압으로 인해 격렬한 작용이 있게 되고, 이는 용융 철의 격렬한 교반을 일으키고 증기 형태의 마그네슘이 상당히 손실되도록 한다. 또한, 처리 동안, 산화물과 황화물이 용융 철에 형성되어 금속 표면에 광재를 형성한다. 이런 광재는 주조 전에 가능한 완전히 제거되어야 한다. 또한, 처리 후 용융 철에 잔류하는 마그네슘은 공기에 노출되는 금속 표면에서 계속 산화되어 마그네슘의 손실을 야기하여 흑연 편구체의 구조에 영향을 미칠 수 있으며, 형성된 광재는 주물에 해로운 개재물로서 작용할 수 있다. 황화물 및 산화물 형성시 그리고 대기로의 마그네슘 손실은 가변적이고 특수 회분(batch)을 위한 적절한 첨가 수준을 예측하기 어렵게 만들고 철이 100% 만큼 또는 그 이상 "과잉 투여(overdosed)"될 것을 요구하기도 한다(50% 이상의 마그네슘이 손실될 수 있음). 이런 요인들은 비용, 최종 주물의 기계적 특성 및 전체 품질의 조작 용이성 및 예측성 측면에서 명백히 불리하다.

더불어, 마그네슘은 실제로 탄화물 촉진제이고, 따라서 마그네슘 처리 후 요구되는 접종제의 수준은 비교적 높다. 일반적으로 고철은 경제적 이유로 인해 공정의 초기 단계로 반환되기 때문에, 철에 존재하는 (접종제와 구상화제 첨가물에서 기원하는) 규소 함량의 경우 오랜 기간에 걸쳐 증가함으로써 사용될 수 있는 고철의 비율을 제한하는 경향이 있다(공정의 최종 단계에 요구되는 규소의 수준은 주물 의 명세 사항에 의해 사전 결정된다).

마그네슘 첨가에 수반되는 문제들을 완화하기 위한 시도가 있다. 예컨대, 호세코(Foseco) 사는 마그네슘 구상화제의 첨가와 바륨 합금의 첨가를 조합했다(예컨대, 상표명 "이노큘린(INOCULIN) 390"으로 판매되고 60~67 Si, 7~11 Ba, 0.8~1.5 Al, 0.4~1.7 Ca 및 잔여 Fe의 조성(중량%)을 갖는 것). 이하 제시되는 모든 조성을 달리 지시하지 않는 한 중량%로 제시한다. 이런 합금의 사용은 위에서 언급한 문제 중 일부를 완화할 수 있지만 신뢰성과 예측성을 갖지 못한다.

본 발명의 목적은 종래 공정에 연계된 하나 이상의 문제를 제거하거나 완화한 개선된 연성 주철 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면,

(ⅰ) Mg 이외에 Ⅱa족 금속의 유효량을 포함하는 초기화제를 이용하여 용융 철을 처리하는 단계와,

(ⅱ) (ⅰ) 단계 후 소정 시간에 구상화제를 함유한 마그네슘을 이용하여 용융 철을 처리하는 단계와,

(ⅲ) 공정 흑연 핵생성-유도 접종제를 이용하여 용융 철을 처리하는 단계와,

(ⅳ) 용융 철을 주조하는 단계를

순차적으로 포함하는 연성 주철 제조 방법이 제공된다.

본 발명은 구상화제 첨가에 앞서 개시화제를 이용한 용융 철의 전처리가 놀랍고도 의미있는 수많은 장점을 가져온다는 발견에 기초한 것이다.

바람직하게는, (ⅰ) 단계에서 사용되는 초기화제의 Ⅱa족 금속은 Ba, Sr 또는 Ca이고 가장 바람직하게는 Ba이다.

바람직하게는, (ⅰ) 단계의 초기화제는 페로실리콘 합금이다. 보다 바람직하게는, 페로실리콘 합금은 중량%로

40-55Si, 5-15M이고,

보다 바람직하게는

46-50Si, 7-11M로서

여기서 M은 Ⅱa족 금속(가장 바람직하게는 Ba)이며, 잔량은 Fe와 존재할 수 있는 불가피한 불순물들이다.

합금은 Al, Ca, Mn 및 Zr, 예컨대 독립적으로 0~2.5 Al, 바람직하게는 0~1.5 Al, 0~2 Ca, 0~3 Mn 및 0~1.5 Zr 중 하나 이상에서 선택된 소량의 다른 합금 원소들을 함유할 수 있다. 존재할 경우, 이런 원소들의 최소 수준은 바람직하게는 0.5 Al, 1 Ca, 2 Mn 및 0.5 Zr이다.

매우 바람직한 합금 원소는 33.7~41.3 Fe, 46~50 Si, 7~11 Ba, 0.01~1 Al, 1.2~1.8 Ca, 0.01~2.5 Mn, 0.01~1 Zr이다.

(ⅱ) 단계에서 사용되는 Mg 함유 접종제는 Mg 금속(예컨대, 주괴 또는 코어드 와이어(ingot or cored wire)), MgFeSi 합금(바람직하게는 3~20% Mg), Ni-Mg 합금(바람직하게는 5~15% Mg) 또는 Mg-Fe 조개탄(바람직하게는 5~15% Mg)일 수 있다.

(ⅱ) 단계의 처리는 (ⅰ) 단계 후 약 1분 내지 10분 사이에 편리하게 수행될 수 있다. 실무적인 이유로 해서, 30초는 절대적 최소값이며, (ⅰ) 단계 후 적어도 2분이 특히 편리하다. 가장 편리하게는, (ⅱ) 단계는 (ⅰ) 단계 후 약 4분동안 수행된다.

바람직하게는, (ⅰ) 단계에서 첨가되는 초기화제의 양은 (용융 철 중량에 따라) 적어도 0.035%의 Ⅱa족 금속을 전달하도록 계산된다. 과잉 투여와 관련된 특별한 문제가 없지만, 0.04%(예컨대 10% Ba 함유 초기화제 0.4%)가 대부분의 용도에 충분할 것이다.

일반적으로, 연성 주철에서 Si의 수준은 약 2.2~2.8%로 최적화된다. 이 보다 낮은 수준에서, 페라이트의 비율은 저감되고 과도한 수준의 탄화물이 형성된다. 본 방법은 규소의 수준을 약 10 내지 15%만큼 저감할 수 있도록 한다. 이는 주철에 대한 규소 합금의 사용과 첨가 비용을 저감할 뿐 아니라, 유리하게는 주물의 기계적 특성인 주철의 내충격성도 증가된다.

바람직하게는, Mg 함유 구상화제의 함량은 용융 철에 잔류하는 Mg가 약 0.03%(즉 0.025 내지 0.035%)가 되도록 계산되는데, 이는 다시 말해 일반적인 방법에 비해 약 25%가 저감된 것이다.

(ⅲ) 단계의 접종제의 특수한 특성은 중요하지 않으며, 예컨대 (바람직하게는) 페로실리콘 또는 규소화 칼슘에 기초한 접종제와 같이 연성 주철에 적절한 어떤 공지된 접종제라도 사용될 수 있다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 연성 주철 제조에 사용하기 위한 초기화제가 제공되며, 상기 초기화제는 중량%로:

40-55Si, 5-15M의 조성을 갖는 페로실리콘 합금이며, 여기서 M은 Mg 이외의 Ⅱa족 금속, 바람직하게는 Ba이며, 잔량은 주로 철이며 선택적으로 소량(총 10 wt% 이하)의 Al, Ca, Mn 및/또는 Zr과 불가피한 불순물들이다.

기술분야의 당업자라면 기초 용융 철의 산소 함량은 그 온도(가스 흡수율), 보유 시간, 조형 라인의 상자 중량 및 속도에 관련됨을 알 수 있을 것이다. 일반적으로, 저속의 주조 공정은 낮은 수준의 산소(예컨대 40 ppm 미만)를 함유하고 고속의 주조 공정은 높은 수준의 산소(예컨대 80 ppm 초과)를 함유한다. 산소 함량은 마그네슘이 존재하는 산소와 결합해서 MgO를 형성하고 잔량의 자유 마그네슘만이 흑연 편구체의 구상화를 촉진하기 때문에 구상화를 위해 필요한 마그네슘의 양과 직접 관련된다. 산소의 함량은 가변적(그리고 사실상 미지)이기 때문에, 철에 정확한 양의 마그네슘을 투여하는 것은 불가능하다. 산소 수준이 낮은 경우, 자유 마그네슘의 함량은 과도하게 된다. 이는 탄화물(경질 상) 형성을 촉진하고 가스 결함과 수축을 증가시키는 결과를 가져온다. 한편, 산소 수준이 높은 경우에는 MgO의 함량이 과도하게 되어 비원형 흑연 편구체와 슬래그 개재물과 표면 결함을 형성하게 된다.

따라서, 초기화제의 목적은 산소 활성도를 "재설정(resetting)" 또는 비활성화시킴으로서 가변적인 산소 수준을 보상하는 것이다. 차후 마그네슘 첨가시 MgO의 형성에 마그네슘이 소모되지 않기 때문에, 필요한 수준의 Mg 첨가량이 훨씬 정확히 계산될 수 있다. 필요한 Mg 함량은 종래에 사용되는 것보다 필연적으로 낮아지기 때문에, 반응의 격렬도도 저하됨으로써 과잉 투여의 요구를 최소화한다. 어느 경우에든, 본 발명의 주된 장점은 Mg 첨가 수준을 결정하는 나머지 매개변수들이 일정하거나 예측될 수 있거나 측정될 수 있다는 점이다.

Ⅱa족 초기화제 및 마그네슘 구상화제의 순차적 사용은 특히 효과적이다. 경험에 따르면, 마그네슘은 흑연 노듈이 요구되는 편구체 형상으로 성장하도록 유도하기 위한 최적의 재료이다. 그러나, Mg는 다른 특성에 있어서 이상적인 것과는 거리가 있는데, 즉 마그네슘은 해당 족의 다른 원소들보다 더 격렬히 반응하고 그 산화물은 덜 안정적이고 높은 소멸 경향을 보이고 대량의 "점성" 규화 슬래그를 형성함으로서 최종 주물에 결함을 촉진하고 흑연 노듈의 초기 형성시 핵생성이 특히 양호하지 않다. Ca에서 Sr과 Ba까지 해당 족을 따라 내려가면, 반응 격렬도는 저감되고 산화물 안정성은 증가하고 소멸 경향성은 저감되고 핵생성력은 증가한다. 또한, 슬래그는 규화물보다 산화물이 되는 경향이 있고 주철에서 분리하기가 보다 용이하다.

주철 내부의 산소가 Mg에 의해 소모되든지 또는 초기화제(바람직하게는 Ba)에 의해 소모되든지, 그 수준은 아직 알려지지 않았으며, 따라서 여전히 과잉 투여가 요구된다. 그러나, 초기화제의 Ⅱa족 금속은 Mg보다 탄화물 형성을 덜 촉진하고 슬래그 조작이 보다 용이하게 생성되기 때문에, 초기화제를 과잉 투여한 결과는 Mg의 과잉 투여에 비해 거의 불리하지 않다.

비록 모든 Ⅱa족 금속이 용탕을 탈산시킨다는 점에 있어서 유익하지만, Ba의 사용이 특히 유리하다. 초기화제가 과잉 사용되는 경우, 비교적 소량의 핵이 서로 응집됨으로써 그 표면적을 증가시키고 부유 기구가 지배함으로써, 잉여 초기화제는 슬래그로서 제거된다(즉 잔량 Mg에 있는 자유 Mg의 함량이 변할 수 있는 Mg와 달리, 초기화제는 주조 성분으로서 가변적이지 않다). 즉 본 발명은 그 자체가 주조 성분의 가변성으로 나타나는 야금학적 변수(산소 수준)를 공정의 매개변수이자 주조 성분과 완전히 별개인 공정 변수(산소계 슬래그)로 전환하는 방식으로서 이해될 수 있다. 주계열표에서 바륨 상부의 원소는 보다 경량이고 보다 신속히 부유하기 때문에 보다 신속히 사라지는 경향성을 갖게 될 것이다. Ba 아래의 원소(즉 Ce)는 노/레이들의 바닥으로 가라 앉는 경향을 보일 것이다. 한편, BaO는 용융 철과 거의 동일한 밀도를 가지며, 따라서 핵생성 과정에서 균일성을 최대화하고 획득할 기회는 오직 Ba를 이용하여 구현된다.

도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위해 설치된 주조소의 개략도이다.

도2는 종래 기술의 시편과 비교하여 본 발명에 따라 제조된 주철 시편의 광학 현미경 그림이다.

도3 내지 도9는 주조 실험에서 얻은 주조 시편 각각에 대한 노듈수, % 페라이트, 경도, 잔량 Mg %, 핀홀 촉진제 %, 황 % 및 규소 %를 본 발명에 따른 공정과 종래의 Mg 처리를 비교하여 도시한 그래프이다.

도면 번역

[도 1]

melting/holding stage: 용융/보유 단계

Initialising stage: 초기화 단계

Mg treatment stage: Mg 처리 단계

[도 2]

Reference: 참조

[도 3]

Nodule count: 노듈수

Reference: 참조

Test: 시험

[도 4]

Ferrite: 페라이트

Reference: 참조

Test: 시험

[도 5]

Hardness: 경도

Reference: 참조

Test: 시험

[도 6]

Residual Mg: 잔량 Mg

Reference: 참조

Test: 시험

[도 7]

Pinhole Promoters % (Al+Ti+Residual Mg): 핀홀 촉진제% (Al+Ti+잔량 Mg)

Reference: 참조

Test: 시험

[도 8]

Sulphur %: 황 %

Reference: 참조

Test: 시험

[도 9]

Silicon %: 규소 %

Reference: 참조

Test: 시험

이하, 첨부도면을 참조로 본 발명의 실시예들을 설명한다.

도1을 참조하면, 본 발명의 방법을 실행하기 위한 개략적 장치 배열이 도시되어 있다. 철 원료가 노(2)에서 용융되어 보유로(4)(A 경로)로 이송된다. 그후, 철 용탕은 초기화제가 사전 투여된 제1(초기화) 레이들(6)로 주입된다. 바륨 산화물의 형성을 촉진하기 위해 적절한 온도를 유지하는 것이 중요하며, 정확한 설정에 따라, 이는 (제1 레이들(6)에서의 보유 시간을 확보하기 위해) 제1 레이들(6)에 대한 온도 제어가 없는 보유로(4)를 "과열"시킴으로써 또는 가열된 제1 레이들(6)을 이용함으로서 달성될 수 있다. 그후, 초기화된 철은 구상화제(nodulariser)가 사 전 투여된 제2 레이들(8)로 주입된다(대안으로, 구상화제는 예컨대 플런저법에 의해 또는 코드 와이어로서 초기화된 철에 첨가될 수 있다). 그후, 금속은 접종 및 주입 등과 관련하여 종래 방식으로 처리될 수 있다.

B 경로에서, 사실상 동일한 공정이 GF 컨버터 레이들(10)과 같은 단일 용기에서 수행된다. 본질적으로, GF 컨버터 레이들은 90도의 각도로 경사 가능하고 내화제로 라이닝된 대형 용기이다. 컨버터(10)가 철 용탕의 투입량을 수용하도록 배열될 때, 초기화제(12)는 컨버터의 바닥에 투여되고 구상화제(14)는 소위 살라만더(Salamander) 판(16)에 의해 컨버터 레이들(10)의 측벽과 지붕 사이에 형성된 포켓에 보유됨으로써, 이 위치에서 구상화제는 투입 철 용탕 상부에 유지된다. 초기화가 실행된 후, 컨버터는 90도로 기울어짐으로써 구상화제는 이제 경사진 위치에서 컨버터 레이들의 바닥과 측벽 사이에 있게 된다. 용융 철은 포켓을 관통하고 구상화가 실행된다.

주조 시험 1: 연성 주철관 제조 사례 연구

상당량의 연성 주철이 예컨대 본관수 또는 폐수 시스템을 위한 도관의 제조를 위해 제조된다. 연성 주철관은 (회)주철의 모든 장점을 제공하지만 보다 강하고 보다 내구성이 있고 유연하다. 소정 내측 보어를 위해, 연성 주철관은 동량 주철에 비해 더 얇고 가볍고 결과적으로 보다 저렴하게 제조될 수 있다.

기존 공정

주조소는 50%가 선철로 판매되고 50%가 도관 플랜트에 사용되는 하루 700톤의 철 원료를 생산하는 고로를 갖는다. 도관 제조에 사용되는 선철은 10% 고철(5% CRCA 저Mn강 및 5% Mn강)로 보충된다. 도관 플랜트는 표준 회전형 영구 도관 주형을 이용하여 작동한다. 선철 내의 규소 함량은 GF 컨버터로 이송하기 전에 보유로에서 FeSi75(0.15%)를 이용하여 조절된다. 구상화제 처리는 0.12 중량%의 Mg 첨가 속도로 순수 Mg를 이용하여 수행된다. 최종 스트림 접종은 (Fe를 제외한) 조성이 Si 60~65, Ca 1~1.5, Al 1~1.6, Mn 3~5, Zr 2.5~4.5, Ba 2.5~4.5인 지르코바-에프(ZIRCOBAR-F)(상표명)(0.15%)를 이용하여 수행되고 0.35% 주형 분말(이노파이프 이04/16(INOPIPE E04/16(상표명)), 조성은 (Fe를 제외하고) Si 57~63, Ca 13~16, Al 0.5~1.2, Ba 0.1~0.5, Mg 0.1~0.4)도 도관 형성 동안 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 변경된 공정

상술한 공정은 Mg 처리에 앞서 4분에 이노큘린(INOCULIN) 390(60~67 Si, 7~11 Ba, 0.8~ 1.5 Al, 0.4~1.7 Ca, 잔량 Fe 및 미량의 불순물)이 0.4 중량%의 속도로 적용되는 처리의 초기 단계를 포함하도록 변경되었다. 주철에서의 흑연 석출을 연구하기 위해 생성된 도관의 단면 부위들에 대한 야금학적 연구를 수행했다. 공정의 추가적인 변경은 초기화 후 마그네슘 처리의 수준을 순차적으로 저감함으로서 수행되었다. 도2에는 그 결과가 도시되어 있는데, 본 도면은 도관 외면(OD)에서 중심을 지나 도관 내면(ID)까지 다양한 9 mm 도관의 단면들을 도시한다. 주철의 Mn 함량은 0.45%으로서, Mn 함량의 의의는 아래에서 설명한다.

도2의 제1 열("참조")은 열은 표준 공정을 수행한 결과를 도시한다. 흑연 노듈들(회색점)이 선명히 보였으며 중심부에 170/㎟의 빈도로 존재했다. 초기화 처리(제2 열 "S1")는 흑연 노듈들을 크게 증가시켰다(550/㎟). 다음 네 개의 패널은 "참조"에 대해 Mg를 10%("S5"), 20%("S7"), 30%("S9") 및 35%("S10")만큼 저감한 효과를 보여준다. 마그네슘의 수준이 저감됨에 따라, 노듈의 수도 감소했다(S5-500/㎟, S7-470/㎟, S9-400/㎟, S10-260/㎟). 이들 값 모두는 참조 처리의 값보다 높다. 단지 S10 샘플(Mg 저감 35%)에서만 흑연은 도관의 내면을 향해 노듈이 아닌 플레이크로 석출되기 시작했다.

도2의 최종 패널("S11")은 비교적 높은 Mn 함량(0.72%)를 갖는 철에 Mg 첨가량을 30% 저감한 초기화 처리의 효과를 도시한다. Mn은 탄화물 촉진제이고 지금까지의 경험에 따르면 도관 플랜트가 표준 처리를 이용하여 조작할 수 있는 최대 Mn 함량은 0.5%였다. S11 샘플은 뛰어난 흑연 구상화를 보여주며 이제 보다 높은 Mn 함량이 도관 플랜트에서 처리 가능함을 보여준다. 이로써 주조소는 보다 저렴한 Mn강 고철을 사용할 수 있게 된다. 또한, 비록 도관 제조 공정에 직접 관련되지 않지만, 철의 보다 높은 Mn 함량이 이런 주조소에서 생산되는 선철의 가치를 증가시킨다.

본 방법의 다른 장점은 Mg(강한 탄화물 촉진제)이 보다 적게 존재하기 때문에 접종제의 사용을 크게 저감시킨다는 점이다. 이는 비용을 저감할 뿐 아니라 철에 첨가되는 규소의 함량도 저감한다. 이는 다시 보다 높은 비율의 고철이 노로 복귀될 수 있도록 한다. 또한, 보유로 내로의 FeSi 첨가가 완전히 생략될 수 있을 것으로 기대되는데, 이는 탄화를 촉진하는 Mg가 적게 존재하여 철에 보다 낮은 보상 수준의 Si가 허용될 수 있기 때문이다.

상기 시험에 기초하면, Mg의 수준을 참조에서 28%만큼 저감하는 것은 충분히 허용될 것이고 최종 스트림 접종제 및 주형 분말 사용은 20%만큼 저감될 수 있을 것으로 기대된다.

Mg와, 사용되는 Mg 합금 내의 Al 및 Ti 불순물은 물과 반응하여 산화물과 핀홀 형성의 원인인 수소 가스를 생성한다. 철에 포획된 Mg 슬래그는 압력을 받을 때 누수를 일으킬 수 있는 취약 영역을 도관에 도입한다. Mg 투입량을 저감시키면 생성되는 Mg 슬래그의 양을 저감시키고 이는 다시 철에 포획되는 슬래그의 양을 저감시킨다. 따라서, 상기 공정의 채택이 핀홀 형성 비율과 누수를 50% 만큼 저감시킬 것으로 기대된다. 계산에 따르면, 이런 주조소는 도관 생성시 본 발명의 방법을 채택함으로서 이윤 마진을 약 50%만큼 증가시킬 수 있다.

본 발명의 공정은 두께가 보다 얇은 도관을 보다 효율적으로 생산할 수 있도록 한다. 두께가 얇은 도관은 더 신속히 냉각되어 철의 형상에 영향을 줄 뿐 아니라 철에 존재하는 결함은 누출을 일으키기 쉽다는 것을 알 수 있을 것이다.

주조 시험 2: 연성 주철 주물

기존 공정("참조")

아크로에서 철을 용융시킨 다음 보유로로 이송했다. GF 컨버터에서 Mg 처 리(FeSi44~48Mg6)(0.9%)에 앞서 FeSi75를 첨가했다. 또한, 세륨 정제(0.1%)를 첨가하여 용탕을 탈산시켰다. 각각의 레이들에 대해서 일련의 주형을 주입했으며, 도면에서 "A"는 주입된 제1 주형을 나타내고 "Z"는 주입된 최종 주형을 나타낸다. 각각의 주형은 "1"과 "2"의 번호가 매겨진 두 개의 동일한 주물(중간 두께 단면 자동차 부품)을 생산했다. 최종 스트림 접종은 이놀래이트 40(INOLATE 40)(상표명)(70~75 Si, 1.0~2.0 Ca, 0.7~1.4 Al, 0.8~1.3 Bi, 0.4~0.7 희토류, 잔량 Fe 및 미량의 불순물)(0.03%)를 이용하여 수행되었다.

본 발명에 따른 변경된 공정

참조 공정에 기초하여 일련의 시험을 수행했다. 시험 1에서, Mg 처리에 앞서 4분에 이노큘린(INOCULIN) 390(60~67 Si, 7~11 Ba, 0.8~ 1.5 Al, 0.4~1.7 Ca, 잔량 Fe 및 미량의 불순물)을 이용하여 초기화를 수행했다. 시험 2 내지 5에서, Mg 구상화제를 대략 11%(시험 2), 15%(시험 3), 19%(시험 4) 및 26%(시험 5)만큼씩 단계적으로 감소시켰다.

아래의 표 1에는 공정 관련 매개변수가 기재되어 있다.

표 1: 주조소 시험 2에서의 공정 매개변수

시편	레이들 투입량	접종 FeSi75	초기화 INOCULIN 390		Mg 처리 FeSiMg
	Wt(kg)	Wt(kg)	Wt(kg)	% 첨가	Wt(kg)	% 첨가	% 절약
참조 시편	650	2	0	0.00	6.0	0.92	0.0
시험1	660	0	2.6	0.39	6.0	0.91	0.0
시험2	670	0	2.6	0.39	5.4	0.81	-11.3
시험3	660	0	2.6	0.39	5.1	0.77	-15.0
시험4	650	0	2.6	0.40	4.8	0.74	-18.8
시험5	670	0	2.6	0.39	4.5	0.67	-26.1

도3 내지 도9에는 결과가 그래프로서 도시되어 있다. 주조 단면의 야금학적 특성을 측정했으며 최종 주형을 주입한 후 각 레이들에서 취한 냉경 시편의 야금학적 조성을 측정했다.

도3을 참조하면, Mg 수준의 저감이 노듈수에 부정적 충격을 주지 않음을 알 수 있다. 동시에, 주물에서 페라이트의 함량이 현저히 증가(도4)하고 이에 대응하여 경도(도5)는 감소한다. 이는 특히 참조 시편과 동일한 기계적 특성이 요구되는 경우 그 자체로 반드시 바람직한 것은 아니다. 그러나, 페라이트의 고유 증가는 초기 투입량에서 탄화물 형성을 촉진시키는 합금 원소(예컨대 Mn)를 보다 많이 사용할 수 있도록 한다(이런 합금 원소는 개선된 특성을 위해 특별한 선택된 것들이거나 투입량에서 단지 불순물로 존재하는 것들일 수 있다). 기대했던 바와 같이, 잔량 Mg의 수준은 저하되고(도6) 핀홀 촉진제(Al+Ti+Mg)의 수도 저감된다(도7). 도8은 Mg 수준이 저감됨에 따라 주물에서 S의 수준이 증가되는 것을 도시한다. 이는, 산소와 마찬가지로 황이 초기화 처리시 바륨과 결합해서 구상화 처리 동안 마그네슘과의 결합에 이용할 수 없기 때문이다. MgS와 달리, BaS는 금속 밖으로 슬래그로서 제거되지 않고 철에 잔류한다. 높은 수준의 황은 가공 특성을 향상시킨다. 도9로부터 저감된 Si의 수준에 불구하고 위에서 상술한 모든 장점이 얻어짐을 알 수 있다.

또한, 요구되는 주형-내 접종제를 저감할 있고 적어도 참조 공정에 상당하는 기계적 특성을 갖는 주물을 보다 저렴하고 보다 일정하게 생산할 수 있을 것으로 낙관적으로 기대된다.

주조 시험 3: 대형 연성 주철 주물

기존 공정("참조")

유도로에

강 45%

선철 15%

반품 40%

SiC 6 Kg/t

C 3.5 Kg/t

Cu 2 Kg/t

을 투입하고 투입물을 용융시켰다. 세 개의 제1 레이들(1100 Kg)이 참조용으로 사용되었으며(대표적인 데이터가 단일 레이들에 대해서만 주어짐) 네 번째 레이들은 본 발명을 위한 것이다. 레이들에 Mg 처리(FeSi44-48Mg6)(1.5%)에 앞서 FeSi75(0.4%)를 첨가했다. 최종 스트림 접종은 이놀래이트 190(INOLATE 190)(상표명)(62~69 Si, 0.6~1.9 Ca, 0.5~1.3 Al, 2.8~4.5 Mn, 3~5 Zr, <0.6 희토류, 잔량 Fe 및 미량의 불순물)(0.08%)를 이용하여 수행되었다. 주형에서 접종은 점알로이(GERMALLOY) 인서트(SKW에서 공급, 대략적인 조성은 Si 65, Ca 1.5, Al 4, 잔량 Fe)(0.1%)를 사용했다. 이렇게 얻어진 주물의 야금학적 특성과 기계적 특성을 판단했다.

본 발명에 따른 변경된 공정

주입에 앞서, 0.45% 이노셋(INOSET)(상표명)(48 Si, 9.4 Ba, 2.4 Al, 1.4 Ca, 1.6 Mn, 2.4 Zr, 잔량 Fe 및 미량의 불순물)을 노에 첨가했다. INOSET 투여후 4분에, 전처리된 투입물(1400 Kg)을 FeSi75 첨가없이 FeSi44-48Mg6(1.2%)을 함유한 레이들에 주입했다. 최종 스트림 접종은 주형에 GERMALLOY 인서트를 사용하지 않고 INOLATE 190(0.13%)를 사용하여 수행되었다.

두 방법 사이에는 야금학적 또는 기계적 특성(인장강도, 항복강도, 파단 연신율%)에 있어 재료적 차이가 없었다. 그러나, 본 발명의 공정에서 보다 적은 양의 Mg를 사용하는 것은 (상술한 이유로 인해) 최종 Si 함량을 저감시킴으로써 기계적 특성을 개선한다.

공정들의 효율성은 Mg 회수율(총 Mg 첨가량에 대한 주물의 잔류 Mg의 비율로 정의)을 판단함으로서 비교될 수 있다. 참조 공정은 46.6%의 Mg 회수율을 갖고 본 발명의 공정은 61.1%의 Mg 회수율을 갖는다.

본 발명의 공정은 보다 일정하고 효율적인 Mg 처리를 이용하여 거의 동등한 재료적 모재와 기계적 특성을 갖는 주물을 생산할 수 있도록 한다.

Claims (16)

1. (ⅰ) 바륨을 포함하는 페로실리콘 합금인 초기화제로 용융 철을 처리하여 용융 철의 산소 활성을 비활성화시키는 단계;

   (ⅱ) (ⅰ) 단계 후 1 내지 10분 사이에 마그네슘 함유 구상화제를 이용하여 용융 철을 처리하는 단계;

   (ⅲ) 공정 흑연 핵생성-유도 접종제를 이용하여 용융 철을 처리하는 단계; 및

   (ⅳ) 용융 철을 주조하는 단계;를 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 주철 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 페로실리콘 합금은 중량%로

   46-50Si, 7-11Ba이며,

   잔량은 Fe와 존재할 수 있는 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 연성 주철 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, (ⅱ) 단계에서 사용되는 Mg 함유 구상화제는 Mg 금속, MgFeSi 합금, Ni-Mg 합금, 또는 Mg-Fe 조개탄인 것을 특징으로 하는 연성 주철 제조 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, (ⅰ) 단계에서 첨가되는 초기화제의 양은 용융 철의 중량으로 적어도 0.035%의 바륨을 전달하도록 계산되는 것을 특징으로 하는 연성 주철 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, Mg 함유 구상화제의 양은 용융 철에 잔류하는 Mg가 0.025 내지 0.035%가 되도록 계산되는 것을 특징으로 하는 연성 주철 제조 방법.
7. 제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 연성 주철 제조 방법에 초기화제로서 사용되는 합금으로서, 상기 합금은 중량%로:

   40-55Si, 5-15Ba

   의 조성을 갖는 페로실리콘 합금이며,

   잔량은 철이며 선택적으로 소량(총 10 wt% 이하)의 Al, Ca, Mn 및 Zr 중 하나 이상과 불가피한 불순물들인 것을 특징으로 하는 합금.
8. 제7항에 있어서, 46-50Si와 7-11Ba를 갖는 것을 특징으로 하는 합금.
9. 제8항에 있어서, 존재시 다음의 양:

   0.5-2.5Al;

   1-2Ca;

   0.5-2.5Zr으로

   Al, Ca 및 Zr 중 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 합금.
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