KR19980020827A

KR19980020827A - 용융금속 여과용 세라믹필터의 제조방법

Info

Publication number: KR19980020827A
Application number: KR1019960039446A
Authority: KR
Inventors: 이영남
Original assignee: 이장우
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-06-25
Also published as: KR100216912B1

Abstract

종래 용융금속 여과용 세라믹 필터는 운송중이나 취급중 잔부스러기가 발생되어 주물의 품질에 심각한 문제를 발생시켜 주었으며, 함침처리시 흐름성도 좋지 않아 주형내 기포가 잔류하여 금속성형물에 악영향을 주었다. 특히 인산염계 바인더는 철과 결합되어 믹싱이 어렵고 재믹싱이 필요하여 원가가 높게 되었다.

본 발명은 탄화규소 30-60%, 뮬라이트 15-25%, 콜로이달실리케이트 20-25%, 점토분 4-8%, 첨가제 1-3%를 사용하므로써 흐름성이 적당하여 함침이 잘되며 소성 후 잔부스러기 발생이 없도록 하였다. 특히 함침시 압착을 폼높이 ½~¼로 하고, 소성이 350-450℃, 750-850℃, 950-1000℃, 1050-1150℃로 단계적으로 하므로써 강도가 높아 잔부스러기 발생율을 크게 낮추었다.

Description

용융금속 여과용 세라믹필터의 제조방법

본 발명은 용융금속을 여과하기 위한 다공성의 세라믹 폼 필터의 제조방법에 관하 것이다.

금속을 용융시켜 각종 제품을 주물 제조함에 있어서 고온의 금속 용융물에서 내부의 불순물을 제거하기 위한 방법으로 제공되는 것이 세라믹 폼 재질이다.

세라믹 폼 필터는 현재 일본의 브릿지스톤(Bridge stone), 유럽의 하이텍세라믹스(Hitch ceramic), 미국의 셀레(Selee), 독일의 드라카(Draka) 그리고 영국의 포세코(Foseco) 등이 제공되고 있다.

대한민국 특허 공고 90-771 호는 탄화규소 20-70 중량% 강산과 철이 반응하여 겔화가 진행되는 관계로 철분이 함유된 내화물원료를 사용할 수 없다는 문제가 있다. 즉, 내화물을 믹싱 후 겔화가 진행되므로 믹서 후 약 24시간 숙성 후 다시 믹싱하여 사용하여야 하므로 더욱 생산비가 높아지는 결과를 초래하여 공정의 번거로움은 물론 설비투자가 증대하는 것이다.

본 발명은 콜로이달실리케이트를 결합제로 사용하고 기타 성분들로서 탄화규소, 뮬라이트, 점토, 기타 첨가제를 사용하므로써 내구성이 강화되어 잔 부스러기의 생성이 없으며 흐름성이 양호한 새로운 세라믹 폼 필터의 제공에 목적이 있다.

본 발명은 중량기준으로 탄화규소 30-60%, 뮬라이트 15-25%, 콜로이달실리케이트 수혼합 20-25%, 점토분 4-8%, 첨가제 1-3%로 구성된 것을 제공하고 있다.

본 발명에서 콜로이달실리케이트는 물과 콜로이달실리케이트의 비율을 11:9(중량비)로 배합하는 것이 가장 적합하다.

이같은 종래 세라믹재 폼 필터의 공통점은 인산염을 결합제로 하여 제조하며 내화물이나 바인더들을 다르게 조성하여 제조하는 것이다. 그러나 인산염 계통의 결합제는 인산염의 특성상 내화물로 사용가능한 것이 한정되어 있으며 제작된 것도 경도나 강도가 약하여 잔부스러기 발생이 많아 용융금속을 주형에 주입할 때 이 잔부스러기가 혼입되어 제품불량의 원인이 되고 있다.

잔부스러기 발생의 문제를 해소하는 수단으로 생산된 세라믹 폼 필터를 고압의 공기로 사용 전에 불어내거나 흡입시켜 사용하고 있으며 이송중에 부서진 것은 다시 현장에서 고압공기로 불어내어 사용하는 것이다.

이상의 문제외에 세라믹 폼 필터는 (10PPI를 기준으로 할 때) 용융금속을 통과시키면 흐름 저항력이 커서(기준속도의 3.75배 이하로 된다) 용융금속의 주입속도가 느려져 주입시 발생되는 주형 내부의 기체가 주형 외부로 밀려나가지 못하므로 잔류되어 제품 불량발생요인이 되는 것이다. 또한 염 계통의 결합제는 수지발포체에 함침시킨 다음 400-1100℃의 온도로 단계적 소성처리하여 주는 세라믹 폼 필터의 제공에 관한 것이다.

본 발명에서 사용하는 탄화규소는 30%보다 적게 사용시 믹싱이 어려우며 소성 후 원하는 강도를 나타내지 못하며, 60%보다 많게 사용시 슬러리 상태에서 함침이 불량하다. 가장 바람직하게는 50-55%이다.

본 발명의 뮬라이트는 15%보다 적게 사용하는 경우 타 고가성분이 많이 배합되어 경제성이 낮아지며 25%보다 많이 배합하면 가볍고 부유성이 좋아지나 경도가 저하된다.

본 발명의 콜로이달실리케이트는 20%보다 적게 사용시 소설 후 결합력이 약화되며 25%보다 많이 첨가시 미끄러워져서 성분간 배합이 어렵게 된다.

본 발명의 점토분은 3%보다 적게 사용하면 접착성이 떨어지고 내화도가 낮게 되며, 8%보다 많이 사용시 배합시 너무 반죽이 되게 되어 믹싱이 어렵게 되는 것이다.

본 발명에서 사용하는 기타 첨가제는 배합시 발생되는 거품을 제거하는 소포제, 침전방지제 극미실리카셀, 텔물렌(유화제) 등으로서 소포제는 0.1-1.0%에 잔량의 윤활제 등을 배합한다.

본 발명의 조성비에 의거한 세라믹 폼의 제조 공정을 설명한다.

1. 슬러리 제조

중량을 기준으로 탄화규소 30-60%, 뮬라이트 15-25중량%, 콜로이달실리케이트 수혼합물 20-25%, 점토분 4-8%, 첨가제 1-3%를 혼합하여 골고루 혼련시킨다. 혼련의 수준은 보메 130 내지 135 이하일 때까지 충분히 혼련한다. 혼련의 수준이 보메 135를 넘는 경우 너무 되게 되어 함침에 지장이 있으며 130보다 낮게 되면 함침이 하부로 흘러버리는 문제가 있다.

2. 함침처리

폼성형체를 간격을 갖고 배치된 롤러 사이에 통과시키면서 상부에서 슬러리를 천천히 부어주면서 2차, 3차 등의 연속된 롤러 사이를 통과하면서 함침된 슬러리들이 기공의 내벽과 골격에 고르게 분산도포되는 것이다. 롤러 압축은 통상 5회 정도가 알맞으나 필요에 따라 6-10회까지도 가능하다. 이때에 롤러의 압착은 폼성형체의 높이 약 ½~¼ 수준으로 압착되도록 하여 적어도 2회 이상 슬러리 투입과 압착을 실시하여 준다. 육안 검사로 내부기공에 골고루 함침되지 아니한 것은 재순환 시켜준다.

3. 건조처리

함침이 완료된 것은 약 200℃의 온도로 적어도 10-15분간 건조처리하여 점착성이 없어지게 한다.

4. 소성처리

건조가 완료된 것을 소성로에 옮긴 다음 일차로 350-450℃의 온도로 25-35분간 가열하고, 이어서 750-850℃로 승온시켜 25-35분간 가열처리시켜 폼성형체의 일차연소를 유도한다. 이어서 950-1000℃로 승온시켜 35-45분간 가열하면 폼성형체가 완전연소하고 슬러리의 일부가 소결되기 시작한다. 다시 1050-1150℃로 승온시켜 1시간 내지 1시간 30분간 소결시켜 주어 슬러리의 소성을 완료하여 목적한 세라믹 폼 필터를 얻는다. 단 냉각은 200℃까지는 로에서 서서히 냉각시키며 200℃ 이하로 되었을 때 실외로 꺼내어 최종 냉각한다.

[제조실시예 1]

탄화규소 50kg, 뮬라이트 20kg, 콜로이달실리케이트 20kg, 점토분 6.5kg, 소포제 1kg, 유화제 잔량을 혼합시켜 보메 135까지 혼련한다. 우레탄 폼 성형체를 롤러에 통과시키면서 슬러리를 부어주고 ½로 일차 압착 후 다시 슬러리를 붓고 ⅓ 정도로 이차 압착하는 과정을 반복하여 5회 이상 반복하여 폼성형체 내부로 고르게 슬러리들이 부착고정되게 하였다. 200-210℃를 유지하면서 15분간 건조시켜 준 다음, 400℃로 30분간, 800℃로 30분간, 950℃로 30분간, 1100℃로 1시간 10분 가열처리한 다음 도내에서 200℃까지 자체냉각토록 한 다음 반출하였다.

상기한 제품은 각 단위체 가로×세로×높이가 9×4.5×1.5(cm)의 제품을 높이 50cm에서 10회 낙하시킨 결과의 잔부스러기 발생율을 전체 중량의 %로 측정한 결과 평균 1.181%이었다.

[제조실시예 2]

탄화규소 40kg, 뮬라이트 25kg, 콜로이달실리케이트 25kg을 배합한 것 외에는 동일한 방법으로 소성한 제품을 낙하실험한 결과 평균 1.193%의 부스러기 발생율을 나타내었다.

[제조실시예 3]

상기한 실시예 1과 동일하게 구성하되 콜로이달실리케이트를 5:15(물:콜로이달실리케이트)로 배합하였으나 슬러리 믹서시 보메가 138로 높아져 함침이 잘되지 못하는 단점이 있었다.

[제조실시예 4]

상기 제조실시예 3과 동일하게 구성하되 물 15kg, 콜로이달실리케이트 5kg으로 한 경우 너무 흘러내려 함침시 기공표면에 부착되지 못하여 역시 함침이 되지 못하였다.

[비교실시예 1]

탄화규소 17kg, 뮬라이트 60kg, 콜로이달실리케이트 20kg, 점토 7kg, 첨가제 1kg을 배합하여 제조한 경우 보메 145로 함침작업이 불가능하였다.

[비교실시예 2]

탄화규소 60kg, 뮬라이트 10kg, 콜로이달실리케이트 22kg, 점토 7kg, 첨가제 1kg을 배합시 평균부스러기 발생율이 1.913%이었다.

[비교실시예 3]

탄화규소 40kg, 뮬라이트 30kg, 콜로이달실리케이트 22kg, 점토 7kg, 첨가제 1kg 사용시 슬러리 흐름성이 낮아 함침이 되기는 하나 부분적 불침투영역이 발생하였다.

[비교실시예 4]

탄화규소 65kg, 뮬라이트 10kg, 콜로이달실리케이트 20kg, 점토 9kg, 첨가제 1kg을 사용한 경우 점성이 낮아지며 함침시 부착이 안되고 흘러내려 제품의 중간 중간에 공간이 크게 형성되었다.

Claims

폼성형체에 세라믹재 슬러리를 함침처리하여 고온소성시켜 제조되는 용융금속여과용 세라믹 필터의 제조방법에 있어서, 탄화규소 30-60%, 뮬라이트 15-25%, 콜로이달실리케이트 수혼합물 20-25중량%, 점토분 4-8%, 첨가제 1-3%를 혼합하여 보메 100-135로 혼련하는 슬러리 제조공정,

상기한 슬러리를 서서히 부어주되 롤러로 되는 사이를 폼성형체가 통과하도록 하면서 폼성형체의 높이 약 ½~¼ 수준으로 압착되도록 하면서 함침처리하는 공정,

함침이 된 것을 약 200℃의 온도로 10-15분간 건조처리하는 공정,

건조가 완료된 것을 소성로에 옮긴 다음 350-450℃로 25-35분간, 750-850℃로 25-35분간, 950-1000℃로 35-45분간, 1050-1150℃로 1시간 내지 1시간 30분간 소성 처리하여 200℃로 냉각되면 반출하는 소성공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융금속 여과용 세라믹 필터 제조방법.
제 1 항에 있어서,

물과 콜로이달실리케이트의 비율이 11:9(중량비)인 것을 특징으로 하는 용융금속 여과용 세라믹 필터 제조방법.