KR101560034B1 - 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재 - Google Patents

Abstract

고온 과혹한 작업 환경중에서, 경량으로 취급이 간단하고, 제재제로서의 효과를 겸비하는 덕타일 주철의 제조시에 사용되는 흑연 구상화제의 커버재를 얻는다.
화산성 규산염 광물로서, SiO₂를 70∼75중량%, Al₂O₃을 12∼14중량%, K₂O를 3∼5중량%, Na₂O를 3∼4중량%, CaO를 0.7∼1.5중량%, Fe₂O₃을 1.2∼1.5중량%, MgO를 0.1∼0.2중량%, TiO₂를 0.05∼0.1중량%을 포함한 다공질의 입자로 한 것을 특징으로 한다.

Description

주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재 {COVER MATERIAL COVERING NODULARIZER IN GRAPHITE SPHEROIDIZING OF CAST IRON}

본 발명은, 덕타일(ductile) 주철(鑄鐵)의 제조시에 사용되는 흑연 구상화제의 커버재에 관한 것으로, 자세하게는 고온 과혹(過酷)한 작업 환경중에서, 경량으로 취급이 간단하고, 제재제(除滓劑)로서의 효과를 겸비하는 커버재에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 구상(球狀) 흑연 주철의 제조 기술은, 적정한 용탕(溶湯)을 얻기 위한 용해법, 탈황(脫硫)법, 흑연 구상화 처리법, 및 강고한 주형(鑄型)을 얻기 위한 조형(造型)법, 나아가서는 주탕(注湯)법 등을 바람직하게 조합하는 것에 의해 성립되어 있다.

용해법, 조형법 및 주탕법에 대해서는 보통 주철 주물에 대해서도 공통이며, 탈황법 및 흑연 구상화(球狀化) 처리방법이, 구상 흑연 주철을 제조하는 경우에 특유의 기술이다.

흑연 구상화 처리제로서는, 과거에는 주로 Ce로 이루어지는 REM, 혹은 Ca 등도 이용되었지만, 현재는 주로 Mg가 사용되고 있다.

또한, 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서, 흑연 구상화제의 급격한 반응을 제어하여, 안정된 구상화를 실현하기 위해, 레이들의 바닥부에 놓여진 구상화제인 Mg합금의 상부를 덮는 커버재가 이용되고 있다.

이 종류의 커버재로서는, Fe-Si합금, Fe합금 등을 채용할 수 있고, 커버재는, 흑연 구상화제를 덮고 있는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 펀치칩이나 못의 머리, 혹은 페로실리콘 등의 철이 주성분인 재료가 사용되고 있다.

일본공개특허공보 평성08-020812호 일본공개특허공보 2002-097509호 일본공개특허공보 2010-095752호

종래의 상기 커버재의 주성분은 비중이 무거운 철이기 때문에, 비중이 4.5∼7.8g/㎤로 커서, 취급이 간단하고 쉽다고는 말할 수 없다.

따라서, 고온 환경에서 단시간에 정확한 피복 작업이 요구되는 덕타일 주조(鑄造)에는, 난점이 있는 재료인 동시에, 작업 부하의 경감이 요구되고 있다.

또한, 이 종류의 커버재는 흑연 구상화제의 급격한 반응을 제어하여, 안정된 구상화를 실현하기 위해서, 구상화제와 용탕의 접촉면을 덮는 것이 목적이며, 단위무게당의 부피가 큰 것이나, 염가로 입수할 수 있는 커버재가 요구된다.

또한, 덕타일 주철의 용융 작업에는, 흑연 구상화와 동시에, 주철의 성분을 조정하기 위한 접종(接種)이 레이들 중에서 행하여진다.

그 때에는, 각각의 첨가물의 전량이 함침(含浸)되는 일은 없고, 일부분은 불순물의 슬러그로서 용융액(溶融液)에 부유(浮遊)하기 때문에, 이 부유물을 제거하지 않으면 불량 제품이 발생하는 문제점도 지적되고 있다.

따라서, 상기의 각 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 덕타일 주철의 흑연 구상화제의 커버재를, 화산성(火山性) 규산염 광물로서, SiO₂를 70∼75중량%, Al₂O₃을 12∼14중량%, K₂O를 3∼5중량%, Na₂O를 3∼4중량%, CaO를 0.7∼1.5중량%, Fe₂O₃을 1.2∼1.5중량%, MgO를 0.1∼0.2중량%, TiO₂를 0.05∼0.1중량%을 포함한 다공질의 입자로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2에 기재된 흑연 구상화제의 커버재의 발명은, 지름이 5mm 이하의 다공질의 입상체(粒狀體)로 형성되어 있고, 부피 비중이 0.5∼1.0g/㎤으로, 종래의 펀치칩이나 못의 머리 또는 페로실리콘 등의 철을 주성분으로 하는 커버재와 비교하면 큰 폭으로 경량이 되어, 취급이 쉽고 간단하게 되어 정확하게 흑연 구상화제를 덮을 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 청구항 3에 기재된 발명은, 흑연 구상화제에 밀착성이 좋아지도록, 레이들의 형상이나 용량에 따라서, 또한 용융 온도나 흑연 구상화제의 반응 시간을 감안하여, 지름이 5mm~10mm의 구상(球狀)으로, 또는 길이가 5㎜∼10㎜의 막대형상으로 성형되어, 목표로 하는 기계적 성질을 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

게다가, 청구항 4에 기재된 발명은, 커버재의 용융 온도가 1,100∼1,200℃이며, 용융되면 발포 팽창하여 탕면(湯面)에 부상(浮上)하여 부유하고, 불순물의 슬러그와 결합하는 작용을 가지는 화산성 규산염 광물의 다공질을 성형하여, 흑연 구상화제의 커버재를 얻는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 흑연 구상화제의 커버재는, 화산성 규산염 광물인 SiO₂를 70∼75중량%의 주성분으로 하는 다공질의 입자의 재료로서, 덕타일 주철의 흑연 구상화제의 커버재로서 제공할 수 있기 때문에, 염가로 큰 폭으로 경량화하여, 작업성의 향상을 실현하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명의 흑연 구상화제의 커버재는, 비중이 0.5∼1.0g/㎤이고 입자지름이 5㎜ 이하의 다공질의 입상체로 하고, 지름이 5mm~10mm의 구상(球狀)으로, 또는 길이가 5㎜∼10㎜의 막대형상으로 성형함으로써, 용탕과 흑연 구상화제의 차단을 확실히 행하여, 용탕의 온도나 충전량에 의해, 선택한 형상 및 외형으로 적정한 용융과 흑연 구상화의 반응시간을 설정하는 것이 가능해지는 효과를 가진다.

본 발명의 흑연 구상화제의 커버재는 1,100∼1,200℃에서 용융되어, 탕면에 부상하기 때문에, 탕면에 부유하고 있는 용융된 슬러그나 흑연 구상화제의 미함침물과 접합하여, 불순물을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.

탕면에 부유하는 용융된 슬러그나 흑연 구상화제의 불순물은, 덕타일 주조의 제품에 악영향을 미치기 때문에 제거하지 않으면 안되어, 제재제를 감량하는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 입자지름이 1.7㎜∼5.0㎜의 본 발명에 관한 커버재에 있어서의 용융 주철의 반응 후의 흑연 구상화 조직 사진이다.
도 2는 입자지름이 0.1㎜∼0.3㎜의 본 발명에 관한 커버재에 있어서의 용융 주철의 반응 후의 흑연 구상화 조직 사진이다.
도 3은 입자지름이 0.1㎜ 이하/ 0.1∼0.3㎜(1/1)의 본 발명에 관한 커버재에 있어서의 용융 주철의 반응 후의 흑연 구상화 조직 사진이다.
도 4는 펀치칩을 이용한 종래의 커버재에 있어서의 용융 주철의 반응 후의 흑연 구상화 조직 사진이다.

화산성 규산염 광물의 SiO₂가 70∼75중량%을 주성분으로 하는 다공질의 입자는, 커질수록 접착성이 작고, 입자지름이 0.3㎜∼5㎜의 경우의 성형, 혹은 지름이 5mm~10mm의 구상(球狀)으로, 또는 길이가 5㎜∼10㎜의 막대형상의 성형에는 바인더가 필요하다.

입도 분포에 의해 물유리 또는 벤토나이트를 3∼15중량% 이용하여, 전동(轉動) 또는 압출하고, 압축에 의한 조립(造粒)을 실시하여 흑연 구상화제의 커버재를 얻는다.

또한, 다공질의 입자가 0.3㎜ 이하이고, 0.1㎜ 이하의 입자가 50%를 넘는 입도 분포일 때에는, 수분을 10∼15중량%으로 하고, 바인더로서 압출 또는 압축에 의해 성형하는 것이 특히 유효하다.

덕타일 주철의 흑연 구상화제의 커버재로서 사용할 때에는, 수분을 1.0중량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 햇빛 또는 가열이나 송풍 등의 환경조건에 따라서는, 수분 조정을 하는 것이 더 바람직하다.

다음에, 상기 발명의 화산성 규산염 광물의 다공질의 입자에 의한 흑연 구상화제의 커버재 사용의 실시예에 대해 설명한다.

(실시예 1)

흑연 도가니 15번(2.5L)용의 고주파 용해로에서, 전체량이 6,000g이고, 주철과 복귀재, 가탄제(加炭劑) 및 접종제(接種劑)와 구상(球狀)(LCS4)을 샌드위치법 흑연 구상화용 레이들에 동일한 조건으로 출탕(出湯)하여, 본 발명에 관한 커버재를 포함하는 수 종류의 흑연 구상화제의 커버재를 이용하여, 구상화 반응을 행한 덕타일 주철의 조성 성분을 분석, 비교한 결과는 표 1과 같다.

덕타일 주철의 조성 성분은 JIS 규격으로 지정되어 있고, 본 발명에 관한 커버재를 사용한 것은 규격을 충족시키고 있음과 동시에, 펀치칩을 사용한 것과 비교하여도 손색이 없는 것이다.

[표 1]

(실시예 2)

실시예 1에서, 용융하여 수 종류의 흑연 구상화제의 커버재로 작성한, 테스트 피스의 기계적 성질을 비교하여, 덕타일 주철로서의 JIS규격과 대조하여 표 2에 나타내었다.

그 결과, 본 발명에 관한 커버재를 사용한 것은 규격을 충족시키고 있음과 동시에, 펀치칩을 사용한 것과 비교하여도 손색이 없는 것이다.

[표 2]

(실시예 3)

실시예 1에서, 용융하여 수 종류의 흑연 구상화제의 커버재를 사용하여 행한 구상화율을 5%의 나이탈 부식액으로 처리를 하여, 배율 100×0.8배 상당으로 시야 범위(폭) 0.98㎜로 비교를 한 결과는 표 3과 같았다.

구상화율의 확인방법으로서, JIS에 있어서, 배율 100배로 하고, 5시야(視野)에 관한 형상분류를 참고도에 기초하여 행한 흑연 구상화율의 산출방법이 있고, 현재는 금속 현미경과 해석 소프트웨어에 의하여 판별하고 있다.

또한, 도 1 내지 도 5는, 도면의 간단한 설명의 항목에서 기술한 각 커버재를 사용한 용융 주철의 반응후의 흑연 구상화의 실체를 확인하는 조직사진의 일례이다.

그 결과, 본 발명에 관한 커버재를 사용한 것은, 펀치칩을 사용한 것과 비교하여 동등하거나 그 이상의 흑연 구상화율이었다.

[표 3]

이상과 같이, 본 발명에 관한 커버재를 주철의 흑연 구상화처리에 사용한 결과는 표 1 내지 표 3과 같이, JIS 규격에 적합한 것, 종래의 펀치칩과 같은 정도의 작용효과를 가지는 것과 동시에, 펀치칩에 비하여, 경량으로 이루어지고, 취급이 용이하게 되는 특별한 효과를 가지고, 더욱이 용융하여 탕면에 부상하여 불순물을 제거하는 제재제를 감량하는 효과도 얻을 수 있는 것이었다.

Claims (5)

1. 화산성 규산염 광물로서, SiO₂를 70∼75중량%, Al₂O₃을 12∼14중량%, K₂O를 3∼5중량%, Na₂O를 3∼4중량%, CaO를 0.7∼1.5중량%, Fe₂O₃을 1.2∼1.5중량%, MgO를 0.1∼0.2중량%, TiO₂를 0.05∼0.1중량%을 포함한 다공질의 입자로 한 것을 특징으로 하는 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재.
2. 제 1 항에 있어서, 비중 0.5∼1.0g/㎤이고, 지름이 5㎜ 이하의 다공질의 입상체(粒狀體)인 것을 특징으로 하는 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 지름이 5mm~10mm의 구상(球狀)으로, 또는 길이가 5㎜∼10㎜의 막대형상으로 성형되어, 주철의 용탕과 접하면 용융되어 탕면으로 부상(浮上)하여, 하부에 설치되는 흑연 구상화제의 반응을 촉진시키는 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 용융 온도가 1,100∼1,200℃이고, 용융되어 탕면으로 부상하여, 부유(浮遊)하고 있는 불순물을 포함한 슬러그와 결합하여 제재제(除滓劑)로서의 작용을 가지는 것을 특징으로 하는 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재.
5. 제 3 항에 있어서, 용융 온도가 1,100∼1,200℃이고, 용융되어 탕면으로 부상하여, 부유하고 있는 불순물을 포함한 슬러그와 결합하여 제재제로서의 작용을 가지는 것을 특징으로 하는 주철의 흑연 구상화 처리시에 있어서의 구상화제의 상부를 덮는 커버재.

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