KR101412165B1 - 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법 - Google Patents

주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101412165B1
KR101412165B1 KR1020137001223A KR20137001223A KR101412165B1 KR 101412165 B1 KR101412165 B1 KR 101412165B1 KR 1020137001223 A KR1020137001223 A KR 1020137001223A KR 20137001223 A KR20137001223 A KR 20137001223A KR 101412165 B1 KR101412165 B1 KR 101412165B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
inoculant
amount
iron
melt
casting process
Prior art date
Application number
KR1020137001223A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130043160A (ko
Inventor
마틴 벤네르스타인
토비아스 뵈르크린드
프레드릭 빌베르포르스
Original Assignee
스카니아 씨브이 악티에볼라그
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스카니아 씨브이 악티에볼라그 filed Critical 스카니아 씨브이 악티에볼라그
Publication of KR20130043160A publication Critical patent/KR20130043160A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101412165B1 publication Critical patent/KR101412165B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/04—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of melting point; of freezing point; of softening point
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals
    • G01N33/205—Metals in liquid state, e.g. molten metals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

특정 주조 공정에서 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법으로서, 분석 장비(5)에 연결된 열전대(3, 4)를 각각 구비하는 제1 샘플 홀더(1)와 제2 샘플 홀더(2)를 제공하는 단계와, 각 샘플 홀더(1, 2)에 소정 양의 용융 철을 채우고, 제1 샘플 홀더(1) 내에서의 철의 응고 중의 제1 냉각 곡선과 제2 샘플 홀더(2) 내에서의 철의 응고 중의 제2 냉각 곡선을 기록하는 단계를 포함하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법에 있어서, 샘플 홀더들 중 하나에는, 용융 철로 채우기 전에, 특정 주조 공정의 접종제 포화 수준을 나타내는 사전 결정 양의 접종제를 배치하고, 제1 냉각 곡선 상의 최저 공정 온도(TElow)와 제2 냉각 곡선 상의 최저 용융 온도(TElow)의 차이에 기초하여, 특정 주조 공정에서 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.

Description

주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING AMOUNTS OF INOCULANT TO BE ADDED TO A CAST-IRON MELT}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따라 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
주철은 트럭의 부품(component) 용도로 일반적으로 사용되는 건조 재료(construction material)이다. 주철은 예를 들면 엔진 블록, 실린더 헤드, 실린더 라이너, 주-베어링 캡(main-bearing cap) 및 스프링 장착부(spring mounting)에 사용된다.
대부분의 주조 제품은 미세조직의 변경 또는 제품 내의 결함 제거를 위한 후속 열처리 또는 소성 기계가공(plastic machining)을 거치지 않으므로, 제품의 특성은 주로 주조 단계에서 이미 결정된다. 따라서, 응고 조직, 즉 초정 상(primary phase)(오스테나이트) 및 공정 조직(eutectic structure)(오스테나이트 및 흑연)의 양과 출현은 주조 제품의 특성에 극히 중요하다. 이러한 상/조직의 양은 용탕으로부터의 샘플의 냉각 중에 기록되는 냉각 곡선에 기초한 이른바 열 분석에 의해 결정될 수 있다. 열 분석은 예를 들면 스웨덴 공개 특허 공보 제SE 516136호와 제SE 515026호 및 국제 공개 특허 공보 제WO 97/355184호에 기재되어 있다.
주철 내의 상과 조직을 검사하기 위하여 열 분석을 사용하는 공지의 방법은 용융 철의 액상선 온도(liquidus temperature), 즉 용탕이 응고하기 시작하는 온도에 기초한다. 측정된 액상선 온도가 미리 결정된 값과 얼마나 다른지에 따라서, 최종 주조 제품의 조직은 예를 들면 카본 첨가에 의해 변경될 수 있다.
그러나, 이러한 공지의 방법은 내부 조직이 어떻게 핵생성하거나 성장하는지에 대한 정확한 측정을 제공하지 못하고, 초정 상과 공정 상(eutectic phase)의 각각의 양의 대략적 예측만을 제공할 뿐이다.
또 다른 공지의 실시 방법은 접종제(inoculant)를 첨가함으로써 철의 내부 조직의 핵생성을 제어하는 것이지만, 공지의 방법으로는, 첨가되는 접종제의 양을 최적화하기가 곤란하다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 철의 내부 조직의 핵생성은 그 특성에, 특히 결함의 발생과 강도에 상당히 영향을 미친다. 마무리된 주조 제품의 최종 특성에 있어서는 공정 상의 조직이 특히 중요하다. 그러나, 이미 공지된 방법이 이러한 상의 조직의 유효한 평가를 제공하지 못한다는 사실은 강도 문제와 스크랩 발생(scrapping)을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 신뢰성 있게 결정하고 전술한 문제점을 해결하거나 적어도 최소한으로 감소시키는 방법을 개시하는 것이다.
본 발명의 목적은,
- 분석 장비(5)에 연결된 열전 대(3, 4)를 각각 구비하는 제1 샘플 홀더(1)와 제2 샘플 홀더(2)를 제공하는 단계와,
- 각 샘플 홀더(1, 2)에 소정 양의 용융 철을 채우고, 제1 샘플 홀더(1) 내에서의 철의 응고 중의 제1 냉각 곡선과 제2 샘플 홀더(2) 내에서의 철의 응고 중의 제2 냉각 곡선을 기록하는 단계를 포함하는, 특정 주조 공정(specific casting process)에서 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법에 있어서,
용융 철로 채워지기 전에 샘플 홀더들 중 하나의 내에는, 특정 주조 공정에서의 접종제에 대한 포화 수준(saturation level)을 나타내는 사전 결정 양(predetermined amount)의 접종제가 배치되고, 특정 주조 공정에서 용탕에 첨가되는 접종제의 양은 제1 냉각 곡선에서의 최저 공정 온도(TElow)와 제2 냉각 곡선에서의 최저 공정 온도(TElow)의 차이에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 방법은 주조 공정의 정밀한 제어를 제공하여, 마무리 주조 제품의 품질에는 약간의 변동만이 존재하게 되고, 결과적으로 주조, 기계가공 및 조립 중에 스크랩이 감소하고 사고 위험이 감소한다는 점에서 절감이 이루어진다.
대안적 예에 따르면, 주조 공정을 위한 접종제의 사전 결정 양은 특정 주조 공정에서 다수의 주철 용탕 내에서의 접종제에 대한 포화 수준에 기초한 평균 값이다.
대안적 예에 따르면, 주조 공정을 위한 접종제의 사전 결정 양은 특정 주조 공정에서 다수의 주철 용탕 내에서의 접종제에 대한 포화 수준으로부터 선정된 값이다.
접종제가 실리콘을 함유하는 경우에, 실리콘이 공정 온도에 미치는 영향은 미리 결정된 관계에 기초하여 접종된 샘플로부터 계산되어 제거되는 것이 바람직하다.
특정 주조 공정에서 첨가되는 접종제의 양은, 필요에 따라서, 용탕의 과-접종(over-inoculation) 또는 불포화-접종(under-inoculation)이 되게 조정될 수도 있다.
본 방법은 바람직하게는 철의 라멜라 흑연 형태의 조직을 결정하는 것에 관한 것이다.
도 1은 Fe-C 상태도의 일부이다.
도 2는 주철 용탕의 냉각 형태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 방법에 따른 실험을 실시하기 위한 테스트 장치(test set-up)를 나타낸다.
도 4는 주철 용탕으로부터의 접종 샘플과 미접종 샘플 각각의 공정 온도들 사이의 차이를 나타내는 도면이다.
도입 설명으로서 본 발명의 이론적 배경을 설명하기로 한다.
용탕의 응고는 응집 원자들의 작은 고형 핵의 생성을 수반하며, 그 후에 이 핵 주위에서 용탕이 응고한다. 이러한 핵의 형성, 즉 핵 생성은 용탕 내의 전체 에너지에 의해 제어된다. 금속 용탕과 같은 시스템은 가능한 한 적은 양의 에너지를 가지려고 한다. 더욱 적은 에너지 양을 가진 물질이 고체 상태 또는 액체 상태인지는 온도에 의존한다. 용탕 내에서 고상의 형성은 원자들이 에너지-효율적 방식으로 배열된 체적의 형성을 수반한다. 동시에, 고상과 액상 사이에 표면이 형성된다. 표면 내의 원자들은 정상적으로는 차지하지 않는 위치로 압력을 받게 되고, 원자들이 그 위치로 도달하기 위해서는 에너지가 필요하다. 용탕이 고체로 응고할 때에, 응고 온도(TM) 아래에서 응고가 일어난다면, 단위 체적당 자유 에너지(Gv)가 감소하고 표면 에너지(
Figure 112013004586988-pct00001
)가 증가한다.
시스템의 전체 에너지 양의 변화는 식 ΔG = ΔGvV +
Figure 112013004586988-pct00002
A로 표현될 수 있는데, 여기서 ΔG는 에너지 전체 변화이고, V는 고체의 체적이고, A는 고체의 표면 면적이다.
핵생성에 의하여 시스템의 전체 에너지 양이 감소할 때에만, 즉 ΔG가 음이 될 때에만, 핵생성이 일어난다. 표면 에너지가 상 변화에 대항하기 때문에, 온도가 응고점(solidification point)을 지나더라도, 용탕은 액체를 유지하게 된다. 이를 용탕의 과냉각(supercooling)이라고 한다. 온도가 응고점 아래로 감소할수록, 상 변화의 구동력은 더욱 증가한다. 온도가 충분히 감소함으로써, 단위 체적당 에너지의 감소가 표면을 생성하기 위해 필요한 에너지의 양보다 커지게 되면, 핵생성이 일어난다. 균질한 용탕에 있어서, 이러한 과냉각은 수백 도에 이를 수도 있지만, 일반적으로는 그보다 상당히 작다. 핵생성이 일어나기 위하여 얼마만큼의 과냉각이 필요한지는 용탕 내에서 얼마나 용이하게 핵생성이 일어날 수 있는지에 대한 지표이며, 이는 용탕의 핵생성 포텐셜(nucleation potential)로 알려져 있기도 하다.
주철의 응고 패턴은 도 1에서와 같이 세로 축을 온도로 하고 가로 축을 중량 백분율의 카본 함량으로 하는 Fe-C 상태도에 의해 설명될 수 있다. 도 1은 주철과 관련이 있는 영역, 즉 5%까지의 카본 함량을 나타낸다. 도면 내의 선들은 여러 온도와 카본 함량에서 철이 가지는 여러 상들의 경계를 나타낸다. 도면은 액상선(liquidus line)(1)과 공정 온도(eutectic temperature)(2)를 나타내는 선에 특징이 있다. 이 두 선들은 주조 제품의 조직을 예측하는 데에 있어서 중요하다. 액상선 온도(liquidus temperature)에서,
Figure 112013004586988-pct00003
철이라고도 불리는 오스테나이트가 정출한다. 공정 온도에서, 카본이 잔류 용탕으로부터 또한 정출하기 시작한다. 카본은 흑연 형태로 정출하며, 흑연은 그 형상에 따라서 재료의 특성에 큰 영향을 미친다.
완전 용융 상태로부터 응고 상태로 냉각 중에, 용탕은 Fe-C 상태도에서 여러 상들을 거치게 된다. 도 2는 주철에 대한 응고 곡선을 도식적으로 나타낸다. 1200℃에서의 평탄부(plateau) "a"는 액상선 온도를 나타낸다. 이 시점에서, 용탕으로부터 오스테나이트가 형성되기 시작한다. 온도가 1150℃를 통과할 때에, 용탕의 최저 공정 온도(TElow)인 "b"에서 공정 응고(eutectic solidification)가 개시된다. 공정 응고는 용탕 내의 약간의 온도 상승에 의해 표현된다. 온도가 다시 안정적으로 감소(영역 "c")하게 되면, 전체 용탕은 고체 형태로 변화한다.
공정 정출이 개시되기 위하여 어느 정도의 과냉각이 필요한지가, 즉 TElow가 용탕의 핵생성 포텐셜의 유효한 지표인 것으로 밝혀졌다. 작은 과냉각은 양호한 핵생성 포텐셜을 의미한다. 공정 응고 중에 높은 핵생성 포텐셜을 달성하는 것이 중요하며, 그 이유는 응고 중에 흑연의 정출도 일으키기 때문이다. 응고 중의 흑연의 체적 증가는 오스테나이트의 체적 감소를 방해하므로, 주조 제품의 양호한 기계적 특성을 위하여 흑연의 정출도 필요하다.
핵생성 포텐셜은 접종제 형태로 핵생성 지점(nucleation point)을 부가함으로써 제어될 수 있다. 접종제 첨가는 공정 응고가 일어나는 온도를 상승시킨다. 다시 말하자면, 공정 응고가 개시되기 위하여 더 작은 용탕 과냉각이 필요하게 된다.
용탕에 첨가되는 접종제의 양을 최적화하는 것은 중요하다. 너무 적은 접종제 첨가는 불균일하고 불충분한 흑연 정출을 일으킬 수도 있고, 이로 인하여 카바이드가 형성되고 최악의 경우에 소위 백화 응고(white solidification)가 일어난다. 너무 많은 접종제 첨가는 생산 비용을 증가시키고, 예를 들면 흑연 팽창에 의하여 주조 제품의 조직 내에 결함이 발생할 수도 있다.
따라서, 전술한 바와 같이, 냉각 곡선에서의 공정 최소인 시점 "b"에서의 용탕의 핵생성 포텐셜을 결정하는 것이 바람직하다. 이는 공정 응고 중의 과냉각이 주조 제품의 최종 조직에 직접적인 관련이 있기 때문이다.
본 발명자들은 주철 용탕이 접종제로 포화될 수 있음을 측정에 의하여 밝혀내었다. 이는 접종제 첨가 중에 더욱 접종제를 첨가하더라도 공정 응고를 위한 온도가 소정 수준에서 증가를 중단한다는 것을 의미한다. 그 결과, 이러한 "포화 수준(saturation level)"은 용탕의 TElow에 대하여 절대적 한계인 최고 공정 온도를 나타내는데, 다시 말하자면, 실제로 용탕 내에서 달성될 수 있는 최소 과냉각을 나타낸다.
이하에서 더욱 상세히 기술되는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 이러한 관계는 주철 용탕 내에서 공정 온도가 실제로 얼마나 높아질 것인지에 관하여 일정한 수준을 제시하므로 중요하다. 따라서, 접종되지 않은 용탕 내에서의 핵생성 포텐셜은 안정적인 기준 값과 비교될 수 있다. 본 발명에 다른 방법을 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
<단계 1>
제1 단계로서, 주철 용탕이 제조되는데, 이는 초기 재료, 예를 들면 스크랩, 회수물(return), 선철(pig iron) 및 기계가공 폐기물을 용해함으로써 제조된다. 용탕의 조성과 온도가 관리되고 필요한 조정이 실시된다.
<단계 2>
제2 단계로서, 열 분석 시험 장치가 제공된다. 시험 장치(도 3 참조)는 2개의 샘플 컵(1, 2), 예를 들면 모래 컵(sand cup)을 포함하며, 각 컵에는 열전대(3, 4)가 각각 제공된다. 열전대는 열 분석 소프트웨어가 작동되는 한 세트의 분석 장비(5)에 연결된다. 특정 주조 공정의 접종제 포화 수준을 나타내는 사전 결정 양의 접종제가 하나의 샘플 컵 내에 배치된다.
접종제 포화 수준, 즉 접종제가 포화되도록 주철 용탕에 첨가되어야 하는 접종제의 양은 용탕 제조 중의 공정 조건에 따라 변화한다. 이러한 조건은 예를 들면 초기 재료(스크랩)의 조성과 공정 장비의 설정을 포함한다.
그러나, 주철 제품을 제조하기 위한 산업 공정인 소위 주조 공정에 있어서는, 가능한 한 공정 조건을 일정하게 유지하기 위하여, 즉 특정 범위 내로 유지하기 위하여 노력하고 있다. 특정 구성품, 예를 들면 엔진 블록의 제조에 있어서는, 규정된 한계 내에서 유지된 조성을 가진 스크랩을 사용하고, 그리고/또는 소정 구성품을 제조하기 위하여 항상 동일한 주조 설비를 사용하기 위하여 항상 노력하고 있다. 이는 여러 주조 작업의 결과가 가능한 한 일정할 수 있도록 하기 위함이다.
따라서, 주입된 용탕이 포화 수준에 도달하는 것을 보장하기 위하여 하나의 샘플 컵에 첨가되는 접종제의 양은 특정 주조 공정에 대한 대표 값으로서 미리 결정될 수 있다. 대표 값은 그 후에 주조 공정에서 새로운 주철 용탕이 제조될 때마다 사용될 수 있다.
이 대표 값은 예를 들면 소정 유형의 엔진 블록을 주조하기 위한 공정과 같은 특정 주조 공정의 다수의 용탕에 대하여 결정된 접종제 포화 수준의 평균 값일 수 있다. 대표 값은 특정 주조 공정의 다수의 용탕에 대하여 결정된 다수의 여러 접종제 포화 수준으로부터 선정된 값일 수도 있다. 예를 들면, 대표 값은 중앙 값(median value) 또는 최대 값이거나 최소 값일 수 있다. 특정 주조 공정에 대한 포화 수준의 대표 값은 그 후에 예를 들면 컴퓨터 내의 비휘발성 메모리에 저장될 수 있고, 특정 주조 공정이 실시될 때마다 그로부터 검색되고 사용될 수 있다.
다수의 여러 주철 용탕에 대한 접종제 포화 값을 결정하고 그 후에 이 포화 값들을 선형 관계로 적합화하는 것도 가능하다.
개별적 주철 용탕이 포화되는 데에 필요한 접종제 양을 결정하는 방법은 다음과 같다. 용탕으로부터 채취한 2개의 샘플에 대하여 공정 온도(TElow)가 동시에 결정된다. 하나의 샘플은 접종 처리되어 있지 않고, 다른 하나에는 접종제가 첨가되어 있다. 포화 수준 결정을 위하여, 용탕으로부터의 샘플이 2개의 동일한 테스트 컵 각각에 동시에 주입된 후에, 샘플의 응고 중에 기록된 냉각 곡선으로부터 각 샘플에 대하여 TElow가 결정된다. 그 후에 접종된 샘플의 TElow와 접종되지 않은 샘플의 TElow의 차이로부터 접종 샘플의 핵생성 포텐셜이 결정된다. 이 과정이 여러 번 반복되며, 하나의 샘플은 이전 배치(batch)보다 매회 점차 많은 접종제로 접종된다. 반복된 샘플의 핵생성 포텐셜을 비교함으로써, 접종제 양의 증가에 따라 핵생성 포텐셜의 증가가 중단되는 수준을 확인하는 것이 가능하다. 이 수준이 각각의 용탕의 접종제 포화 수준이다. 전술한 바와 같이, 포화 수준은, 특정 주조 공정에 대하여 평균 포화 수준이 결정될 수 있는지 또는 대표 값이 선정될 수 있는지에 기초하여, 다수의 용탕에 대하여 결정된다.
이후에 더욱 상세히 논의될 도 4는, 소정 주철 용탕에 0.2 중량% 초과의 접종제가 첨가될 때에, 공정 온도(TElow)가 증가하는 것이 어떻게 중단되는지를 나타낸다.
접종제 포화 수준은, 동일 조건 하에서 동일한 2개의 별개 테스트 컵 내에서 2회의 동시 측정을 포함하는 반복 실험에 의해 결정된다. 이는, 테스트 컵 내에서 주철의 응고 중에 냉각 곡선이 기록되는 열 분석에 있어서, 용탕의 핵생성 포텐셜과 상충하는 여러 인자에 의하여 곡선이 영향을 받기 때문이다. 다음은 이러한 인자들의 예이다.
- 테스트 컵 재료
- 열전대 위치와 배치의 변화
- 벽, 환기 등에 의한 통풍(air draught)의 변화
- 컵 내의 용탕의 양
- 용탕의 화학 조성
- 컵에 주입될 때의 용탕의 온도
전술한 왜곡 인자(distorting factor)들은 예를 들면 냉각 곡선을 위 또는 옆으로 이동시킴으로써 측정 결과에 영향을 미치며, 그에 따라 공정 온도를 부정확한 수준에 놓이게 한다.
그러나, 동일 조건으로 2개의 테스트 컵에서 실시한 측정 중에 오차가 발생하면, 결과들 모두는 동일한 오차에 의해 영향을 받는다. 이 왜곡 인자는 각 샘플의 공정 온도(TElow)를 서로 감산함으로써 제거될 수 있다.
결과에 영향을 미치는 다른 인자는 접종제의 실리콘 함량이다. 접종제는 일반적으로 예를 들면 FeSi 형태로 실리콘을 함유한다. 실리콘은 접종 시험편 내의 용탕의 화학 조성을 변화시킨다. 공정 응고가 개시되는 온도는 용탕의 화학 조성에 기초하므로, 실리콘이 첨가되면, 접종 샘플에서의 공정 온도는 증가한다. 이 왜곡 인자를 또한 배제하기 위하여, 공정 온도에 미치는 실리콘의 영향은 접종 샘플로부터 감산된다.
공정 온도에 미치는 실리콘의 영향에 대한 관계를 도출하는 것도 가능하다. 이는 상태도의 검토 및 선형 적합화(linear adaptation)에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 적절한 연산 프로그램 예를 들면 써모캘크(ThermoCalc)에 의해서도 관계를 도출할 수 있다. 이 관계는 공정 온도에 미치는 실리콘의 영향을 연산하여 분리하는 데에 사용될 수 있다.
접종제는 실리콘과 합금화되지 않고, 상태도에서 평형 선(equilibrium line)에 영향을 미치는 다른 물질, 즉 공정 온도에 영향을 미치는 다른 물질과 합금화될 수도 있다. 이러한 물질이 공정 온도에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 관계를 얻고, 이 관계를 사용하여 접종 샘플에서의 공정 온도를 보상하는 것도 가능하다.
<단계 3>
제3 단계로서, 테스트 컵은 용탕으로 채워지고, 샘플의 응고 중에 냉각 곡선이 기록된다. 2개의 냉각 곡선으로부터 각 샘플에 대한 최저 공정 온도(TElow)가 결정된다. 그 후에 접종 샘플의 최저 공정 온도로부터 미접종 샘플의 최저 공정 온도가 감산된다.
본 발명에 따르면, 온도가 미접종 샘플의 공정 온도로부터 감산되기 전에, 접종 샘플의 공정 온도에 미치는 접종제의 실리콘 함량의 영향이 제거된다.
<단계 4>
제4 단계로서, ℃ 단위로 계산된 차이는, 최종 주조 제품이 소망 조직을 가지는 것을 보장하기 위하여, 어느 정도의 접종제가 용탕에 첨가되어야 하는지를 결정하기 위한 기준으로서 사용된다. 얻어진 ℃ 단위의 차이, 즉 용탕의 핵생성 포텐셜은, 공정 온도가 실제로 도달 가능한 공정 온도로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지의 척도로 작용한다. 얻어진 ℃ 단위의 차이는 주조 제품의 최종 조직과 관련이 있을 수 있다.
온도 차이, 첨가되는 접종제의 양 및 주조 제품의 최종 조직 사이의 관계는 실험적으로 결정될 수 있다. 이는 상당 기간에 걸쳐서 여러 용탕을 제조하고 본 발명에 따른 방법에 의해 첨가되는 접종제의 양을 결정하고 주조 제품의 조직을 관찰함으로써 결정될 수 있다. 제조된 각 용탕에 대하여, 온도 차이의 도수(the number of degrees)와 첨가되는 접종제의 양 사이의 관계는 주조 제품의 최종 조직과 충분히 양호한 대응이 존재할 때까지 조정된다.
소정 제품에 대하여 용탕에 첨가되는 접종제의 양이 과-접종 또는 불포화 접종되는 것이 바람직하다면, 그와 같이 관리하는 것도 가능하다.
각 용탕에 대한 특정 주조 공정의 포화 수준에 해당하는 접종제의 양을 각 용탕에 정밀하게 첨가하는 것은 불가능하다는 점에 유의하여야 한다. 이는 주조 공정의 포화 수준에 대한 대표 값을 중심으로 각 용탕의 포화 수준이 시간 경과에 따라 분산(spread)되기 때문이다. 예를 들면, 분산은 규정된 한계 내에서의 각 용탕의 조성 변동에 기인할 수 있다. 이는 각 개별 용탕에 대한 접종제의 포화 수준이 주조 공정에 대한 포화 수준과 다르다는 것을 의미한다. 주조 공정에 대한 포화 수준에 의해 표현되는 양으로 정밀하게 각 용탕에 접종제를 첨가하면, 과-접종 또는 불포화 접종이 일어날 수 있다. 전술한 바와 같이, 과-접종 및 불포화 접종은 비용과 재료 특성과 관련하여 여러 단점을 가진다.
<단계 5>
제5 단계로서, 목표 양의 접종제가 용탕에 첨가된 후에, 적절한 주조 몰드 내에 용탕이 주입된다.
하나의 용탕만이 제조되고 접종제 포화 수준에 대한 사전 결정 값이 존재하지 않는 경우가 물론 있을 수도 있다. 이 경우에, 포화 수준은 전술한 바와 같은 2개의 테스트 컵으로 반복되는 실험에 의해 결정된다. 결정된 접종제의 양이 용탕에 첨가된 후에, 용탕이 주조를 위하여 사용된다.
<실시예에 대한 설명>
구체적인 예를 참조하여 본 발명을 이하에서 설명한다.
제조업체 ABB에서 제작한 중-주파 노(medium-frequency furnace) 내에, 라멜라 흑연을 함유하는 회주철(grey iron) 유형의 10톤 용탕이 준비되었다.
제1 단계로서, 용탕이 접종제로 포화되기 위해 필요한 접종제의 양이 결정되었다. 이 목적으로 1 내지 4의 번호가 부여된 4개의 테스트 배치가 준비되었다. 각 배치에 대한 샘플 채취 장비(도 3 참조)는 열전대(3, 4)가 각각 제공된 모래 컵 형태의 2개의 샘플 홀더(1, 2)를 포함하였다.
모래 컵과 열전대의 사양은 다음과 같았다.
- 컵 재료: 규사(silica sand)로 제조된 65g 셸-몰드(shell-moulded) 모래 컵.
- 3.5% 페놀 수지, 산화철 및 스테아린계(stearin-based) 윤활제로 코팅된 모래.
- 열전대: 고순도 석영 글라스 튜브로 절연된 NiCr-NiAl 합금
- 도 3과 같은 열전대 위치. 측정 중에 컵의 평균 용적은 4.86cm3이었다.(스폿(spot) 중량 350g과 밀도 7.22g/cm3에 기초).
각 열전대는, 제조업체 노바캐스트(Novacast)의 제품인 ATAS 평가 소프트웨어를 실행시키기 위하여 사용되는 프로세서를 구비한 컴퓨터를 포함하는 분석 장비의 별도의 채널에 연결되었다.
테스트 컵 내에 수용되는 용탕의 평균 중량이 계산되었고, 스트론튬을 함유하는 FeSi의 합금인 수퍼시드(Superseed) 유형의 접종제(6)가 배치 2 내지 배치 4의 테스트 컵(2) 내에 배치되었다. 접종제의 양은 테스트 컵에 수용된 용탕의 양에 대하여 주철의 중량%로 계산되었다. 첨가된 접종제의 양은 표 1에 나타나 있다. 배치 1의 모든 테스트 컵에는 접종제가 배치되지 않았다.
테스트 컵은 그 후에 각각 동일한 양의 용탕으로 채워졌고, 샘플의 응고 중에 냉각 곡선이 기록되고 평가 프로그램 내에서 분석되었다.
그 후에 평가 프로그램에 의하여 각 냉각 곡선에 대한 최저 공정 온도(TElow)가 결정되었다. 이를 TElow "측정"이라고 칭하기로 한다. 접종제가 실리콘을 함유하였으므로, 공정 온도에 미치는 실리콘의 영향을 3개의 접종 샘플 각각으로부터 제거하였다. 이와 같이 교정된 샘플을 TElow "교정"이라고 칭하기로 한다. 표 1은 각 배치에서의 샘플 1과 샘플 2에 대한 공정 온도 TElow "측정"과, 실리콘에 대한 보상 후에 접종 샘플에 대한 공정 온도 TElow "교정"을 나타낸다.
각 접종 샘플의 공정 온도 TElow "측정"은 각각의 미접종 샘플에 대한 공정 온도로부터 감산되었다. 그 결과를 ΔTElow "측정"이라고 칭하기로 한다. 접종 샘플의 공정 온도를 실리콘 함량에 대해 교정한 후에, 미접종 샘플의 공정 온도로부터 감산하였다. 그 결과를 ΔTElow "교정"이라고 칭하기로 한다. 이 값들은 표 1에 나타나 있다.
접종제 포화 양의 결정에 의한 결과
테스트
배치		 접종제
중량%		 미접종 TElow 접종 TElow
"측정"		 접종 TElow
"교정"		 ΔTElow
"측정"		 ΔTElow
"교정"
1 0 1138.24 1138.04 1138.04 -0.2 -0.2
2 0.1 1135.975 1139.725 1138.975 3.75 3
3 0.2 1132.425 1139.075 1137.575 6.65 5.15
4 0.4 1132.075 1139.95 1136.95 7.875 4.875
도 4는 각 배치에 대한 ΔTElow "측정"과 ΔTElow "교정"을 나타낸다.
도면으로부터 공정 온도에 미치는 실리콘의 영향에 대하여 샘플들이 교정되었을 때에, 접종제 함량이 0.2 중량%를 초과하면, 접종 및 미접종 샘플들의 공정 온도의 차이는 증가하는 것이 중단된다는 점을 알 수 있다. 따라서, 이 함량은 용탕의 접종제 포화 수준을 나타낸다. 도 4 내의 도면은, 실리콘의 영향에 대하여 샘플들이 보상되지 않았을 때에, 접종제 함량 증가에 따라 공정 온도의 차이가 계속 증가한다는 것을 또한 나타낸다. 따라서, 접종제 포화 수준이 결정될 수 없다.

Claims (10)

  1. 특정 주조 공정에서 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법으로서,
    - 분석 장비(5)에 연결된 열전대(3, 4)를 각각 구비하는 제1 샘플 홀더(1)와 제2 샘플 홀더(2)를 제공하는 단계와,
    - 각 샘플 홀더(1, 2)에 소정 양의 용융 철을 채우고, 제1 샘플 홀더(1) 내에서의 철의 응고 중의 제1 냉각 곡선과 제2 샘플 홀더(2) 내에서의 철의 응고 중의 제2 냉각 곡선을 기록하는 단계를 포함하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법에 있어서,
    샘플 홀더들 중 하나에는, 용융 철로 채우기 전에, 특정 주조 공정에서의 접종제에 대한 포화 수준을 나타내는 사전 결정 양의 접종제를 배치하고, 제1 냉각 곡선 상의 최저 공정 온도(TElow)와 제2 냉각 곡선 상의 최저 공정 온도(TElow)의 차이에 기초하여, 특정 주조 공정에서 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    주조 공정을 위한 접종제의 사전 결정 양은 특정 주조 공정에서 다수의 용탕의 접종제 포화 수준에 기초한 평균 값인 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    주조 공정을 위한 접종제의 사전 결정 양은 특정 주조 공정에서 다수의 용탕의 접종제 포화 수준으로부터 선정된 값인 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    접종제는 실리콘을 함유하며,
    실리콘과 공정 온도 사이에 미리 결정된 관계에 기초하여, 공정 온도(TElow)에 미치는 실리콘의 영향을 계산하여 제거하는 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    특정 주조 공정에서 용탕에 첨가되는 접종제의 양은 용탕의 과-접종 또는 불포화 접종이 되게 조정되는 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    철은 라멜라 흑연 유형인 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    특정 주조 공정에서 용탕에 첨가되는 접종제의 양은 용탕의 과-접종 또는 불포화 접종이 되게 조정되는 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    철은 라멜라 흑연 유형인 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    철은 라멜라 흑연 유형인 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    철은 라멜라 흑연 유형인 것을 특징으로 하는, 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법.
KR1020137001223A 2010-06-16 2011-06-14 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법 KR101412165B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1050616A SE534912C2 (sv) 2010-06-16 2010-06-16 Metod för att bestämma mängd ympmedel som skall tillsättas en gjutjärnssmälta
SE1050616-0 2010-06-16
PCT/SE2011/050732 WO2011159234A1 (en) 2010-06-16 2011-06-14 Method for determining amounts of inoculant to be added to a cast-iron melt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130043160A KR20130043160A (ko) 2013-04-29
KR101412165B1 true KR101412165B1 (ko) 2014-06-25

Family

ID=45348430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137001223A KR101412165B1 (ko) 2010-06-16 2011-06-14 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2583089A4 (ko)
KR (1) KR101412165B1 (ko)
CN (1) CN102985811B (ko)
BR (1) BR112012030956A2 (ko)
RU (1) RU2528569C2 (ko)
SE (1) SE534912C2 (ko)
WO (1) WO2011159234A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111800611B (zh) * 2020-07-02 2021-12-31 上海新研工业设备股份有限公司 在线随流孕育机检测装置和检测方法及应用
CN113088802B (zh) * 2021-04-02 2022-04-15 广西玉柴机器股份有限公司 一种低缩孔倾向的蠕墨铸铁生产方法及蠕墨铸铁

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000500072A (ja) 1995-11-16 2000-01-11 シンターカスト エービー 前処理溶融金属鋳物の製造方法
JP2000508061A (ja) 1996-03-18 2000-06-27 シンターカスト エービー 鋳物鋳鉄の製造方法
JP2003514993A (ja) 1999-11-23 2003-04-22 シンター カスト エービー 新規な鋳鉄合金および鋳鉄製品
JP2006520854A (ja) 2003-03-19 2006-09-14 ボルボ ラストバグナー アーベー エンジンシリンダブロックおよびシリンダヘッド用ねずみ鋳鉄

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1109642A1 (ru) * 1982-12-21 1984-08-23 Всесоюзный заочный машиностроительный институт Способ контрол жидкого металла
SE466059B (sv) * 1990-02-26 1991-12-09 Sintercast Ltd Foerfarande foer kontroll och justering av primaer kaernbildningsfoermaaga hos jaernsmaeltor
JP2510947B2 (ja) * 1993-10-15 1996-06-26 有限会社日本サブランスプローブエンジニアリング 鋳鉄の溶湯中における球状化剤またはｃｖ化剤の有無および片状黒鉛鋳鉄のチル化傾向を判別する方法とそれに使用する試料採取容器
JP2750832B2 (ja) * 1995-05-16 1998-05-13 株式会社木村鋳造所 鋳鉄の溶湯の性状を判定する方法
BR9713843A (pt) * 1996-12-04 2000-02-29 Sintercast Ab Processos para prognosticar a microestrutura em que uma determinada corrida de ferro fundido se modificará, e para produzir um fundido de ferro grafìtico compacto (cgi), e aparelho para o uso nos mesmos
SE516136C2 (sv) * 1998-12-18 2001-11-19 Sintercast Ab Process, anordning och datorprogram för bestämning av mängd tillsatsmedel för gjutjärnssmälta

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000500072A (ja) 1995-11-16 2000-01-11 シンターカスト エービー 前処理溶融金属鋳物の製造方法
JP2000508061A (ja) 1996-03-18 2000-06-27 シンターカスト エービー 鋳物鋳鉄の製造方法
JP2003514993A (ja) 1999-11-23 2003-04-22 シンター カスト エービー 新規な鋳鉄合金および鋳鉄製品
JP2006520854A (ja) 2003-03-19 2006-09-14 ボルボ ラストバグナー アーベー エンジンシリンダブロックおよびシリンダヘッド用ねずみ鋳鉄

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013101763A (ru) 2014-07-27
RU2528569C2 (ru) 2014-09-20
CN102985811A (zh) 2013-03-20
SE1050616A1 (sv) 2011-12-17
WO2011159234A1 (en) 2011-12-22
KR20130043160A (ko) 2013-04-29
BR112012030956A2 (pt) 2016-11-01
EP2583089A4 (en) 2016-11-23
SE534912C2 (sv) 2012-02-14
EP2583089A1 (en) 2013-04-24
CN102985811B (zh) 2014-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104894466B (zh) 高强度高弹性模量低应力灰铸铁的制造方法
Shi et al. Effect of SiO 2 on the crystallization behaviors and in-mold performance of CaF 2-CaO-Al 2 O 3 slags for drawing-ingot-type electroslag remelting
CN104066854B (zh) 生产球墨铸铁的方法和由该球墨铸铁获得的球墨铸铁构件
CN110253005B (zh) 一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统
EP2518174B1 (en) Cgi cast iron and a production method for the same
KR101412165B1 (ko) 주철 용탕에 첨가되는 접종제의 양을 결정하는 방법
JPH08313464A (ja) 鋳鉄の溶湯の性状を判定する方法
CN102712036B (zh) 钢的连续铸造用铸模粉末
EP1870182B1 (en) Process for the casting of molten alloy
KR20140116326A (ko) 가공성이 우수한 고강도 편상 흑연 주철 및 그 제조방법
CN109536755B (zh) 一种铝合金熔体含气量智能控制系统
Xu et al. Effects of MgO content and CaO/Al2O3 ratio on surface tension of calcium aluminate refining slag
JP7437024B2 (ja) 金属成型品の製造方法
JPS5825844A (ja) 鋳鉄エンジンブロツク及びその同効物の製造方法
JP3140799B2 (ja) 出鋼温度の管理方法
Petrus et al. The Importance of TDA Thermal Analysis in an Automated Metallurgical Process
KR102033641B1 (ko) 몰드 플럭스 및 주조방법
EP2796582B1 (en) Method for manufacturing high strength flake graphite cast iron, flake graphite cast iron manufactured by the method, and engine body comprising the cast iron for internal combustion engine
Fraś et al. The transition from gray to white cast iron during solidification: Part II. Experimental verification
KR20170075288A (ko) 제강연주공정의 용강 온도 모니터링 방법
TWI792485B (zh) 鋼之連續鑄造方法
CN110938727A (zh) 一种转炉留渣量的称重方法
TWI827485B (zh) 用於預測分鋼槽內鋼液溫度的方法
KR102490809B1 (ko) 저더 저감용 브레이크 디스크 및 그 제조방법
KR101412922B1 (ko) 용강 및 내화물의 반응성 평가방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant