KR101943874B1

KR101943874B1 - 풀 몰드용 도형재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101943874B1
Application number: KR1020160132722A
Authority: KR
Inventors: 남두호
Original assignee: 주식회사 산화
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2019-01-30
Also published as: KR20180040876A

Abstract

본 발명은 풀 몰드용 도형재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 내화제로 실리카샌드와 지르콘 분말 및 집진기를 사용하여 수득한 미세분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 풀 몰드용 도형재는 점성이 높아 도포성이 양호하고, 건조 속도가 빨라 자연건조가 가능하여, 건조 후에도 갈라지는 현상이 방지되는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명의 풀 몰드용 도형재는 미세기공이 우수하게 형성되어, 도형재가 용탕과 접촉하여 반응하면 발생하는 가스를 방출시키는 효과를 발휘한다.

Description

풀 몰드용 도형재 및 이의 제조방법 {Moldwash composition for full mold process and manufacturing thereof}

본 발명은 풀 몰드(full mold)용 도형재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 내화제로 실리카샌드(silica sand)와 지르콘 분말(zircon flour) 및 집진기를 사용하여 수득한 미세분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

주조공정은 크게 소모성 주형(Expendable mold)과 영구 주형(Permanent mold)으로 분류할 수 있다. 소모성 주형은 용탕의 고온을 견딜만한 내화성을 가지고 있는 모래나 석고, 세라믹 등으로 만들어지고, 주물이 응고된 후에는 주형을 깨고 주물을 꺼내야 한다.

전통적인 소모성 주형에는 사형주조(sand casting)가 있는데, 사형주조는 주물의 모양을 갖는 모형(pattern)을 이용하여 탕구계를 포함하는 주형(鑄型)을 만들어, 용탕을 주입하고, 냉각, 응고하여 모래주형을 부수고 주물을 꺼내는 공정으로 이루어진다. 주조시, 모형(Pattern)은 재료에 따라 목형, 금형, 수지형, 스티로폼형 등으로 구분이 되는데, 가장 흔히 사용되는 것은 목형으로 제작이 되는 것이나, 좀 더 오래 사용하고자 하는 목적을 둘 때에는 금형을, 표면조도나 치수의 정밀도를 높이기 위해서는 수지형을 사용하기도 한다.

또한, 간편한 제작을 위해서 스티로폼형으로 제작을 하기도 하는데, 이를 풀 몰드법(full mold process)이라 부른다. 이러한 방법은 모형으로 발포 폴리스티렌(스티로폼)을 사용하고, 주형 모래로 감싸서 굳히므로, 주형에 분할면이 생기지 않는 특징을 갖는다. 풀 몰드법에서는 용탕(쇳물)이 주형 내부로 들어가면서 스티로폼 모형의 거의 대부분과 치환되어 주물을 생성하고, 스티로폼은 연소하게 된다.

한편, 이러한 주조공정에는 모래를 용탕의 열로부터 보호하고, 동시에 주물의 표면을 매끄럽게 하기 위하여, 도형재(塗型材)를 주형의 표면에 도포 또는 분무하여 피막재(被膜材)로 사용한다.

도형재는 일반적으로 흑연, 실리콘 분말(silicon flour) 등의 내화재, 점결제, 부유제, 첨가제 및 용제를 포함하여 제조된다. 보통 첨가제로는 분산제, 계면활성제, 소포제, 방부제가 사용되고, 용제로는 물 또는 알코올 등이 사용된다.

주형이나 중자에 도형재를 사용하는 궁극적인 목적은 낮은 원가로 양질의 주물을 만들어 내기 위한 것으로, 주형에 주입되는 용탕(쇳물)과 주형 표면과의 직접적인 접촉을 피하고, 그 사이에 열적, 화학적으로 안전한 장벽을 형성하는 의의가 있다.

따라서, 우수한 도형재는 주형사립(모래입도) 간극에도 비교적 우수하게 침투하여 주형 표면을 매끈하게 하는 작용을 하는 동시에 주형 표면 위에 남아 있는 도형재가 주형과 충분히 결합해야 한다. 이뿐만 아니라, 우수한 도형재는 가열 후, 건조 상태에서 균열을 발생시키지 않아야 하며, 용탕과 접촉시 낮은 화학적 반응을 보여야 한다.

그 이유는 도형재가 용탕과 접촉하거나, 스티로폼과 용탕이 접촉하여 반응하면 가스를 발생시키는데, 이때 가스가 용이하게 방출되지 않으면, 그 힘에 의해 용탕이 생성하는 주물의 모형이 변형되기 때문이다. 따라서, 가스를 제거하기 위해 기공을 확보하는 것이 매우 중요하다.

이에 본 발명의 발명자는 수용성이면서도 건조성이 빨라 자연건조가 가능한 동시에 도포성이 양호하여 건조 후에도 갈라지는 현상이 방지되며, 우수하게 미세기공이 형성되어 가스 방출이 우수한 도형재를 제조하고자 하였다.

대한민국 등록특허 제10-0630866호(등록일자: 2006. 09. 26)에는, 금형면 바로 위에 도포되는 도형기재, 인산염계의 점결제 및 희석제를 포함하는 기초 도형재; 및 주조 작업마다, 상기 기초 도형재위에 도포되는 수용성 작업도형재를 포함하고, 상기 인산염계의 점결제는 인산 및 질산알루미늄으로 이루어지는 복합도형재에 관해 기재되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-0398705호(등록일자: 2003.09.04)에는, 순도가 98% 이상인 알루미나가 주성분인 샤모트분말 혹은 α-크리스토발라이트(cristobalite)와 쿼츠(quartz, SiO2)의 혼합분말로 이루어진 도형기재(基材)와 인산염계의 점결제(粘結材)와, 질산아연 혹은 질산알루미늄의 첨가재(添加材) 및 희석재(稀釋材)인 증류수로 구성되어 있는 도형재에 관해 기재되어 있다.

본 발명은 수용성이면서도 건조성이 빨라 자연건조가 가능한 동시에 도포성이 양호하여 건조 후에도 갈라지는 현상이 방지되며, 우수하게 미세기공이 형성되어 가스 방출이 우수한 풀 몰드용 도형재를 개발하여 제공하고자 한다.

본 발명은 점결제, 내화제, 미세분말, 옥수수가루, 분산제, 부유제 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재를 제공한다. 상기 성분들을 포함할 경우, 점결제와 옥수수 가루로 인해 점성이 높아 도포성이 우수하고, 건조 속도가 빨라 자연건조가 가능하며, 건조 후에 갈라지는 현상이 방지되는 효과를 발휘한다.

또한, 상기 미세분말로 인해 미세기공이 우수하게 형성되어, 도형재가 용탕과 반응하거나, 스티로폼과 용탕이 반응하여 발생하는 가스를 방출시키는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 풀 몰드용 도형재는, 바람직하게 점결제 10~20중량%, 내화제 40~50중량%, 미세분말 1~10중량%, 옥수수가루 5~15중량%, 분산제 1~5중량%, 부유제 1~5중량% 및 물 15~25중량%를 포함하는 것이 좋다. 상기 범위를 만족할 경우, 도포성과 미세기공 형성 효과가 우수하다.

한편, 본 발명의 풀 몰드용 도형재에 있어서, 상기 내화제는 바람직하게 실리카샌드(silica sand)와 지르콘 분말(zircon flour)이 1 : 0.2~1의 무게비로 혼합되어 있는 것이 좋다. 값비싼 지르콘 분말 대신 실리카 샌드를 혼합하여 사용함으로 인해 제조비용을 감축할 수 있다.

한편, 본 발명의 풀 몰드용 도형재에 있어서, 상기 미세분말은 바람직하게 주조공장(foundry)의 집진기에서 회수되는, 이형제 5~10중량%, 흑연 5~10중량%, 벤토나이트 1~7중량%, 미세립 도포성 미립자 40~50중량%, 지르콘 10~15중량%, 실리카샌드 20~30중량%를 포함하는 것이 좋다.

한편, 본 발명의 풀 몰드용 도형재에 있어서, 상기 미세립 도포성 미립자는 주조공장에서 회수되는 이형제, 흑연, 벤토나이트, 지르콘, 실리카샌드 중 선택되는 하나이상의 성분이 미세립의 작은 크기로 모여있는 고체입자 덩어리를 의미할 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 점결제(binder)는 점성을 주어 잘 엉겨 붙도록 하는 물질로, 당업계에서 통상적으로 통용되는 모든 점결제 중 하나 이상일 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 분산제(dispersing agent)는 미소 입자의 응집을 방지하기 위해 가하는 물질로, 일예로 계면활성제, 펩타이저, 고분자 물질이 있으나, 본 발명에서는 당업계에서 통상적으로 통용되는 모든 분산제 중 하나 이상일 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 부유제는 부상 분리의 작용 효과를 높이기 위해 사용하는 약제를 말하며, 기포제, 포수제(捕收劑), 응집제로 나뉘어 질 수 있다. 본 발명에서 부유제는 당업계에서 통상적으로 통용되는 모든 부유제 중 하나 이상일 수 있다.

한편, 본 발명은 물에 실리카샌드(silica sand)와 지르콘 분말(zircon flour)을 1 : 0.2~1의 무게비로 넣고 저으면서, 옥수수가루를 추가로 혼합하여 내화제에 점성을 부여하는 단계 (a); 분산제 및 부유제 넣고, 저으면서 혼합하여 상기 내화제를 부유시키는 단계 (b); 및 점결제와, '이형제, 흑연, 벤토나이트, 미세립 도포성 미립자, 지르콘, 실리카샌드 중 선택되는 어느 하나 이상의 미세분말'을 넣어 혼합하는 단계 (c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재의 제조방법를 제공한다.

상기 성분들을 포함할 경우, 값비싼 지르콘 분말 대신 실리카 샌드를 혼합하여 사용함으로 인해 제조비용을 감축할 수 있고, 점결제와 옥수수 가루로 인해 점성이 높아 도포성이 우수할 수 있다.

또한, 본 발명의 풀 몰드용 도형재의 제조방법에 의해 제조된 도형재는 건조 속도가 빨라 자연건조가 가능하며, 건조 후에 갈라지는 현상이 방지되는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 풀 몰드용 도형재의 제조방법은, 미세분말의 사용으로 인해 미세기공이 우수하게 형성되어, 도형재가 용탕과 반응하거나, 스티로폼과 용탕이 반응하여 발생하는 가스를 방출시키는 효과를 발휘한다.

한편, 본 발명의 풀 몰드용 도형재의 제조방법에 있어서, 상기 미세립 도포성 미립자는 주조공장에서 회수되는 이형제, 흑연, 벤토나이트, 지르콘, 실리카샌드 중 선택되는 하나이상의 성분이 미세립의 작은 크기로 모여있는 고체입자 덩어리를 의미할 수 있다.

본 발명의 풀 몰드용 도형재는 점성이 높아 도포성이 양호하고, 건조 속도가 빨라 자연건조가 가능하여, 건조 후에도 갈라지는 현상이 방지되는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 풀 몰드용 도형재는 미세기공이 우수하게 형성되어, 가스를 우수하게 방출시키는 효과를 발휘한다.

이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.

[ 실시예 1 : 폴 몰드용 도형재의 제조]

본 실시예에서는 점결제, 내화제, 미세분말, 옥수수가루, 분산제, 부유제 및 물을 하기 표 1의 함량으로 혼합하여 폴 몰드용 도형재를 제조하고자 하였다.

이때, 미세분말은 주조공장(foundry)의 집진기에서 회수되는, 이형제 7 g, 흑연 8 g, 벤토나이트 4 g, 미세립 도포성 미립자 45 g, 지르콘 13 g, 실리카샌드 24 g의 혼합물을 준비하였다.

물 19 g에 실리카샌드(silica sand) 27 g과, 지르콘 분말(zircon flour) 18 g을 넣고 저으면서, 옥수수가루 10 g을 추가로 혼합하였다. 혼합시에는 교반기가 계속적으로 작동하도록 하였다.

그 후, 분산제로 실리카 분산제를 넣고, 부유제로는 해수 무기염류(즉, 고운 갯뻘 흙 부유제)를 넣고 저으면서 혼합하여 상기 내화제로 사용되는 실리카샌드와 지르콘 분말을 부유시켰으며, 점결제로 옥수수가루(알파콘)과 집진기에서 회수되는 초 미세립자 및 상기에서 준비한 미세분말 5 g을 넣어 최종적으로, 풀 몰드용 도형재를 제조하였다.

성분명	함량(중량%)
실리카샌드	27
지르콘 분말	18
미세분말 (이형제, 흑연, 벤토나이트, 미세립 도포성 미립자, 지르콘, 실리카샌드의 혼합물)	5
옥수수가루	10
분산제	3
부유제	3
점결제	15
물	to 100
합계	100

[ 비교예 1 내지 3: 미세분말 또는 옥수수가루가 함유되지 않은 폴 몰드용 도형재의 제조]

본 비교예에서는 점결제, 내화제, 미세분말, 옥수수가루, 분산제, 부유제 및 물을 하기 표 2의 함량에 따라 혼합하였으며, 그 제조방법은 상기 실시예 1의 방법에 따라 제조하였다.

성분명	비교예 1(중량%)	비교예 2(중량%)	비교예 3(중량%)
실리카샌드	27	27	27
지르콘 분말	18	18	18
미세분말	-	5	-
옥수수가루	10	-	-
분산제	3	3	3
부유제	3	3	3
점결제	15	15	15
물	to 100	to 100	to 100
합계	100	100	100

[ 실험예 1: 폴 몰드용 도형재를 사용한 주물의 제조]

본 실험예에서는 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴 몰드용 도형재를 사용하여 주물을 제조하고, 이의 특성을 비교하고자 하였다.

스티로폼 모형의 제작은 조형의 전반적인 과정에서 일정한 치수를 얻을 수 있도록 발포 폴리에틸렌(polyethylene)의 수축을 최소로 하여 절삭가공을 하였으며, 상기 실시예 1 또는 비교예 1 내지 3에서 수득한 도형재를 모형의 표면에 고르게 도포하여 침투할 수 있게 하였다.

그 후, 도형재를 건조시켜 모형과 충분한 결합력을 갖도록 하였다.

도형재가 건조된 스티로폼 모형을 주물사(鑄物砂)로 감싸서 움직임이 없도록 고정하였다. 그 후, 용탕(쇳물)을 흘려주어, 주물을 제조하였다.

그 결과, 본 발명의 실시예 1을 사용한 경우, 모형에 도형재가 고르게 도포되고 건조 후에도 갈라지는 현상이 발생하지 않았다. 또한, 제조된 주물의 표면이 매끄럽고, 가스로 인해 찌그러진 부분을 발견하지 못한 것으로 나타났다.

그러나, 비교예 1을 사용한 경우, 모형에 발림성은 좋으나, 제조된 주물의 표면이 찌그러져 있고, 매끄럽지 못한 것으로 확인되었고, 비교예 2를 사용한 경우, 모형에 고르게 도포되지 못하였다.

비교예 3을 사용한 경우에는 점성이 낮아 고르게 도포되지 못하였을 뿐만 아니라, 제조된 주물의 표면이 매끄럽지 못하고 찌그러져 있는 것으로 나타났다.

내화제로 값비싼 지르콘 분말 대신 실리카 샌드를 혼합하여 사용함으로 인해 도형재의 제조원가를 감축할 수 있으며, 우수한 발림성을 위해 사용한 옥수수가루도 낮은 비용으로 구매할 수 있어, 산업상 사용이 용이하다.

또한, 본 발명의 도형재는 수용성이므로, 종래의 도형재보다 안전하고, 환경친화적이다.

Claims

점결제; 내화제; '이형제, 흑연, 벤토나이트, 미세립 도포성 미립자, 지르콘, 실리카샌드 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 미세분말'; 옥수수가루; 분산제; 부유제 및 물을 포함하며,
상기 미세분말은,
주조공장(foundry)의 집진기에서 회수되는 것으로, 이형제 5~10중량%, 흑연 5~10중량%, 벤토나이트 1~7중량%, 미세립 도포성 미립자 40~50중량%, 지르콘 10~15중량%, 실리카샌드 20~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재.
제1항에 있어서,
상기 풀 몰드용 도형재는,
점결제 10~20중량%; 내화제 40~50중량%; 주조공장(foundry)의 집진기에서 회수되는 것으로, 이형제 5~10중량%, 흑연 5~10중량%, 벤토나이트 1~7중량%, 미세립 도포성 미립자 40~50중량%, 지르콘 10~15중량%, 실리카샌드 20~30중량%를 포함하는 미세분말 1~10중량%'; 옥수수가루 5~15중량%; 분산제 1~5중량%; 부유제 1~5중량% 및 물 15~25중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재.
제2항에 있어서,
상기 내화제는,
실리카샌드(silica sand)와 지르콘 분말(zircon flour)이 1 : 0.2~1의 무게비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 풀 몰드용 도형재.
삭제
물에 실리카샌드(silica sand)와 지르콘 분말(zircon flour)을 혼합하고 저으면서, 옥수수가루를 추가로 혼합하여 내화제에 점성을 부여하는 단계 (a);
분산제 및 부유제 넣고, 저으면서 혼합하여 상기 내화제를 부유시키는 단계 (b); 및
점결제와, '이형제, 흑연, 벤토나이트, 미세립 도포성 미립자, 지르콘, 실리카샌드 중 선택되는 어느 하나 이상의 미세분말'을 넣어 혼합하는 단계 (c);를 포함하며,
상기 미세분말은,
주조공장(foundry)의 집진기에서 회수되는 것으로, 이형제 5~10중량%, 흑연 5~10중량%, 벤토나이트 1~7중량%, 미세립 도포성 미립자 40~50중량%, 지르콘 10~15중량%, 실리카샌드 20~30중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀 몰드(full mold)용 도형재의 제조방법.