KR20040093141A - 젤라틴 피복된 샌드 코어 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

캐스팅 방법에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법에 있어서, 샌드 입자를 단백질 및 물과 혼합하여 샌드 입자 표면에 단백질을 피복시킨다. 이어서, 단백질 피복된 샌드 입자를 건조시키고 패턴 주형 속으로 취입시켜 피복된 샌드 입자의 활성 냉각 없이 성형품을 형성한다. 이어서, 성형품에 스팀을 통과시켜 단백질을 수화, 용융시키고, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합을 형성시킨다. 최종적으로, 고온 건조한 공기를 성형품 속으로 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 단백질 결합을 경화시킨다. 이로써 용융된 금속을 캐스팅하는데 사용하기 위한 단백질 피복된 샌드 코어가 형성된다.

Description

젤라틴 피복된 샌드 코어 및 이의 제조방법{Gelatin coated sand core and method of making same}

용융된 금속을 캐스팅하기 위한 주형은 캐스팅의 내부 형태와 외부 형태를 한정하도록 함께 작용하는 몇개의 주형 부재를 포함한다. 이러한 주형 부재는 캐스팅의 내부 공동을 형성하여 성형하기 위한 코어 부재를 포함한다. 당해 코어 부재는 통상 샌드를 결합제와 혼합하는 단계, 금속 캐스팅을 제조하기 위해 샌드-결합제 혼합물을 목적하는 형태로 성형하기 위한 패턴을 함유하는 주형 속으로 결합제-샌드 혼합물을 도입하는 단계 및 패턴 주형 속의 결합제를 경화시킴으로써 결합제는 경화시키고 주형 형성 물질의 형상은 고정시키는 단계에 의해 제조된다.

젤라틴은 샌드용 결합제로서 사용되어 왔다. 젤라틴은 수용성이고 환경에 무해하며 다수의 샌드-결합제 시스템에 사용되는 합성 수지에 비해 저렴하기 때문에 바람직하다. 또한, 결합제를 열분해하기 위해 젤라틴 단백질 구조물의 결합을 파괴하는 데 소요되는 열이 합성 수지 결합제에 요구되는 열에 비해 적다. 결과적으로, 코어인 주형 부재의 경우, 젤라틴 결합제는 용융된 금속의 열로부터 용이하게 분해되며, 이로 인해, 흔들거나 두드리는 등의 추가의 가공을 최소한으로 하면서 코어 샌드가 캐스팅으로부터 용이하게 제거될 수 있다. 더욱이, 젤라틴이 수용성이기 때문에, 캐스팅으로부터 기계적으로 제거되지 않는 모든 샌드는 물로 용이하게 세척될 수 있다. 젤라틴의 가용성은 또한 다른 주형 부재를 제조하기 위해 샌드를 재생 및 재활용하도록 샌드로부터 결합제를 용이하게 세척할 수 있도록 하며, 이로 인해 각각의 주형에 새로운 샌드를 사용하는 비용이 절감된다.

젤라틴은 동물의 피부, 뼈, 가죽, 백색 결합 조직의 주요 단백질 성분인 콜라겐의 부분 가수분해에 의해 수득되는 단백질 물질로서, 본질적으로, 1차 글리신, 프롤린, 하이드록시프롤린, 알라닌 및 글루탐산을 포함하는 아미노산을 포함하는 폴리펩티드의 불균질 혼합물이다. 젤라틴은 축산업의 부산물로서 시판된다. "건조 상태의" 상업적 젤라틴은 사실상 약 9중량% 내지 약 12중량%의 물을 함유하며, 본질적으로 무미, 무취이고 비중이 약 1.3 내지 1.4인 취성 고체이다. 젤라틴의 분자량은 약 15,000으로부터 250,000을 초과하는 정도로 광범위하지만, 당해 분야의 숙련가에게 공지된 적합한 분별 기술에 의해 작은 분획으로 분리될 수 있다. 젤라틴은 "블룸(Bloom)" 등급 또는 넘버로서 공지된 카테고리로 분류된다. 블룸 등급 또는 넘버는 상이한 젤라틴으로부터 형성되는 겔의 강도를 등급매기는 시스템인 블룸 시험에 의해 측정된다. 블룸 등급/넘버가 높은 젤라틴은 블룸 등급/넘버가 낮은 젤라틴에 비해 평균 분자량이 더 높은 폴리펩티드를 주로 포함한다. 블룸 등급/넘버는 젤라틴으로부터 형성된 겔의 강도를 평가함으로써 측정된다. 통상,블룸 시험에서 사용되는 것과 동일한 젤라틴 샘플을 사용하여 블룸 등급/넘버 측정과 동시에 젤라틴 점도를 측정한다. 젤라틴의 점도는 일반적으로 블룸 등급/넘버와 상관관계에 있다. 환언하면, 블룸 등급/넘버가 증가하면, 점도도 증가한다.

시액(Siak) 등의 미국 특허 제5,320,157호는, 철 화합물이 결합제에 혼입된 샌드 코어 부재용 개선된 젤라틴 결합제를 교시한다. 당해 철 화합물은 캐스팅 공정 동안 결합제의 열 분해를 증강시킴으로써, 캐스트 제품으로부터의 폐 샌드 제거를 간략화한다. 코어 주형을 형성하는 전형적인 방법이 기재되어 있다.

시액(Siak) 등의 미국 특허 제5,582,231호는, 젤라틴 피복된 샌드를 주형 속으로 취입하기 전에 젤라틴 피복된 샌드를 재수화시키거나 재수화시키지 않으면서 주변 온도 이하로 냉각시키는 단계를 필요로 한다. 당해 냉각 단계를 수행하면, 젤라틴 피복물은 수화되는 경우 겔이 되고, 샌드는 점착성이 적어질 것이다. 냉각 단계는, 통상 용융된 금속의 존재로 인해 주변온도가 높아지는 금속 주형 설비(metal foundry)에 고가의 냉각 시스템이 요구될 수 있다. 수화되는 경우, 피복된 샌드 온도는 주변온도보다 높고, 젤라틴 겔 피복 용융물과 샌드는 점착성이어서, 샌드의 유동을 방해한다. 그러나, 수화되고 피복된 샌드가 냉각되는 경우에도, 이러한 샌드는 건조 상태의 샌드 또는 심지어 페놀성 우레탄(냉각 박스) 수지로 피복된 샌드와 마찬가지로 유동하지 않는다.

시액 등의 또 다른 특허인 미국 특허 제5,749,409호에는, 젤라틴 피복된 샌드로부터 형성된 주형 설비 코어(foundry core)에 내화성 입자의 탑코트(topcoat)를 제공하는 방법이 기재되어 있다. 유기 방수층을 코어 표면에 도포한 다음, 내화성 입자가 수성 현탁액으로서 도포된다. 수성 현탁액 속의 물로 인해 코어가 취약해지지 않도록 방수층이 코어를 보호한다. 당해 코어는 미국 특허 제5,320,157호에서의 설명에 따라 형성된다.

살츠베르그(Salzberg)의 미국 특허 제2,145,317호는, 베이킹된 주형 설비 코어를 제조하기 위한 결합 물질로서의, 젤라틴 및 결정화 가능한 탄수화물과 같은 가용성 단백질계 물질의 혼합물의 용도를 교시한다. 코어 주형의 형성 방법은 일반적인 견지에서 논의되어 있다.

물을 사용해서 샌드 코어를 성형품으로부터 제거하는 방법은 무어(Moore) 등의 미국 특허 제5,262,100호에 교시되어 있다. 당해 특허는 젤라틴과 같은 단백질과 탄수화물을 포함하는 결합 물질을 기재한다. 코어 주형을 형성하는 일반적인 방법이 기재되어 있다.

앤더슨(Anderson) 등의 미국 특허 제5,580,400호에는, 젤라틴을 포함하는 유기 결합제에 의해 집합되어 있는 섬유 강화된 집합체로부터 형성된 팩킹 물질이 기재되어 있다. 성형품을 형성하는 다양한 방법이 기재되어 있다.

발명의 요약

캐스팅 공정에 사용하기 위한 성형품을 제조하는 바람직한 양태의 방법에서, 샌드 입자를 단백질 및 물과 혼합하여, 샌드 입자 표면에 단백질을 피복시킨다. 이어서, 단백질 피복된 샌드 입자를 건조시키고, 활성 냉각 없이 주형 속으로 취입한다. 이어서, 단백질 피복된 샌드 입자에 스팀을 통과시켜 단백질을 수화, 용융시키며, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품이 형성된다. 이후, 성형품에 고온 건조한 공기를 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 단백질 결합을 경화시킨다.

샌드 코어를 제조하는 바람직한 양태의 방법에서, 샌드 입자를 젤라틴 및 물과 혼합하면서 열을 공급하면, 열이 젤라틴을 용융시켜서 샌드 입자 표면에 젤라틴이 피복되고, 이와 같이 젤라틴 피복된 샌드 입자를 건조시킨다. 이와 같이 건조된, 젤라틴 피복된 샌드 입자를 활성 냉각 없이 주형 속으로 취입한 다음, 젤라틴 피복된 샌드 입자에 스팀을 통과시켜 젤라틴을 수화, 용융시킴으로써, 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성한다. 이어서, 성형품에 고온 건조한 공기를 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴 결합을 경화시킨다.

샌드 코어를 제조하는 또 다른 바람직한 양태의 방법에서, 샌드 입자를 젤라틴 및 물과 혼합하여 혼합물을 생성시킨다. 생성된 혼합물에 열을 공급하여, 샌드 입자 표면에 젤라틴을 피복시키고 수분을 제거함으로써 혼합물을 건조시킨다. 이어서, 건조된 혼합물을 제분함으로써 혼합물을 자유 유동성으로 만들고, 건조된 젤라틴 피복된 샌드 입자를 주형 속으로 취입한다. 젤라틴 피복된 샌드 입자에 스팀을 통과시켜 젤라틴을 수화, 용융시키며, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성한다. 이어서, 성형품에 고온 건조한 공기를 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴 결합을 경화시킨다.

샌드 코어를 제조하는 또 다른 바람직한 양태의 방법에서, 샌드 입자를 40℃를 초과하는 온도로 가열한 다음 젤라틴 및 물과 혼합하면, 가열된 샌드 입자가 젤라틴을 용융시킴으로써 샌드 입자가 젤라틴으로 피복된다. 이어서, 젤라틴 피복된 샌드 입자를 건조시키고 주형 속으로 취입시킨다. 젤라틴 피복된 샌드 입자에 스팀을 통과시켜 젤라틴을 수화, 용융시키며, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성한다. 이어서, 성형품에 고온 건조한 공기를 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴 결합을 경화시킨다.

샌드 코어를 제조하는 또 다른 바람직한 양태의 방법에서, 샌드 입자를 단백질 및 물과 혼합하여 샌드 입자 표면에 단백질을 피복시킨다. 이어서, 단백질 피복된 샌드 입자를 건조시키고 주형 속으로 취입시킨다. 이어서, 단백질이 피복된 샌드 입자를 주형 내에서 재수화시킴으로써, 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성한다. 이어서, 성형품에 고온 건조한 공기를 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 단백질 결합을 경화시킨다.

본 발명은 샌드 코어 및 샌드 코어의 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 샌드 코어를 제조하기 위한 선행 기술의 방법을 도시한 것이다.

도 2는 샌드 코어를 제조하기 위한 본 발명의 방법을 도시한 것이다.

도 3은 코어 주형 속의 젤라틴 피복된 샌드를 수화시키기 위한 스팀 사용을 평가하는 데 사용되는 장치 구성을 도시한 것이다.

도 1은 샌드 코어를 제조하기 위한 선행 기술의 방법을 도시한 것이다. 선행 기술은 일반적으로 샌드 입자를 젤라틴 수용액으로 약 80 내지 100℃에서 피복하고 피복된 입자를 대략 주변 온도(예 21 ±2℃)로 냉각시켜, 코어를 취입하기 전에 젤라틴의 겔화를 촉진시킨 다음, 겔 피복된 샌드를 컨디셔닝하여 피복물 중의 수분 함량을 70 내지 85중량%이 되도록 하는 방법을 도시한다. 당해 방법에서, 샌드를 코어 박스 속으로 취입하기 전에 샌드를 냉각시키는 것이 중요한데, 그 이유는 샌드가 가온되는 경우 젤라틴이 점착성이 되어 샌드가 코어 박스 속으로 용이하게 유동하지 않기 때문이다. 피복된 컨디셔닝된 샌드를 80 내지 120℃이거나 이러한 온도로 가열된 패턴 주형 속으로 취입하여, 젤라틴 겔의 용융과 샌드 입자 사이의 젤라틴 결합의 형성을 촉진시킨다. 다공성 성형 코어를 통해 고온 건조한 공기를 통과시킴으로써 젤라틴을 경화시켜 수분 함량을 15중량% 미만으로 감소시킨다. 젤라틴이 불완전하게 건조되지 않도록 하기 위해서는 취입 단계 동안의 온도 조절이 중요하다. 불완전 건조로 인해 피복된 샌드가 "점착성"이 되어 장치를 폐색시킬 수 있다.

도 2는 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품을 제조하는 바람직한 양태의 방법을 도시한 것이다. 일반적으로, 본 발명은 코어 박스 속으로 취입되는 건조 상태의 젤라틴 피복된 샌드 입자를 사용하고, 젤라틴을 스팀으로 코어 박스를 통해 수화시킨 다음, 젤라틴을 건조 공기 퍼지로 건조시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴을 경화시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 양태는 본원에 참조 인용되는 시액(Siak) 등의 미국 특허 제5,582,231호에 기재된 유형의 젤라틴을 사용한다. 또한, 당해 분야에 공지된 기타 젤라틴 또는 단백질 결합제가 이러한방법에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 본 발명은 피복된 샌드의 활성 냉각을 필요로 하지 않으며, 피복된 샌드가 건조 상태의 샌드와 유사한 우수한 유동 특성을 갖는다. 젤라틴 피복된 샌드의 유동 특성은 상업적인 주형 설비에서 사용되는 자동 코어 장치에서 샌드를 정확하게 작동시키는 데 있어서 중요하다. 샌드는 코어를 취입하기 위한 제조방법에서 코어 장치 상부의 호퍼로부터 샌드 매가진 속으로 용이하게 유동해야 한다. 이어서, 샌드는 또한 고압 공기를 사용하여 코어의 취입 동안 코어 박스 속으로 균일하게 유동해야 한다.

바람직한 양태에서, 제1 샌드 입자가 젤라틴으로 피복되고 젤라틴이 건조될 때까지 제1 샌드 입자, 물 및 젤라틴을 열 공급원이 구비된 분쇄기 속에서 혼합시킨다. 젤라틴은 샌드 중량의 약 0.5 내지 2.0%로 사용된다. 젤라틴 대 물의 비는, 약 40℃인 젤라틴의 융점보다 높은 온도로 가열되는 경우 점도가 충분이 낮은 젤라틴 용액이 형성되어 이들 용액이 샌드 입자 둘레에 유동하여 샌드 입자를 피복할 수 있을 정도로 충분해야 한다. 젤라틴 대 물의 비는 약 1:1 내지 1:5이어야 하며, 최적의 젤라틴 대 물의 비는 1:2 내지 1:3이다. 이 지점에서 과량의 물이 존재하면 건조 공정을 수행하면서 이를 제거하는데 더 많은 에너지가 소요된다. 이러한 물은 젤라틴을 용융시키는 데 필요한 정도보다 혼합물에 과량의 열을 공급함으로써 혼합하면서 젤라틴 피복된 샌드로부터 건조될 수 있다. 실제로, 이는 약 60 내지 120℃의 온도를 사용함을 의미하고, 혼합물의 최적의 온도는 약 80 내지 90℃이다. 열 공급원은 가열된 분쇄기(muller)이거나 분쇄기 속에서 물 및 젤라틴과 함께 혼합되기 전에 가열된 샌드일 수 있다. 본 발명이 분쇄기를 사용하기는하지만, 젤라틴, 샌드 및 물을 적정한 시간 동안 균질하게 혼합하는 임의 유형의 혼합기를 사용할 수 있는 것으로 인정된다. 혼합 단계 동안 열을 사용하여, 젤라틴을 용융시켜 샌드 입자를 피복시키고, 과량의 열은 젤라틴 피복된 샌드 입자로부터의 수분을 건조시킨다. 젤라틴은 당해 젤라틴의 중량 기준으로 15% 미만의 수분을 함유하도록 건조시켜야 한다. 혼합기 속의 혼합물은 간편하게 건조되는데, 그 이유는 혼합기가 피복된 샌드를 주형 속으로의 전달 및 취입이 용이한 자유 유동 물질로 파쇄하기 때문이다. 건조 상태의 젤라틴 피복된 샌드 입자는 분쇄기로부터 회수될 때 약 65 내지 95℃이다. 그러나, 젤라틴 피복된 샌드 입자는 젤라틴을 건조하기 전에 혼합물로부터 제거되고, 공기 건조되거나 보다 고온에서 오븐 속에서 건조될 수 있다. 이어서, 건조 상태의 피복된 샌드는 주형속으로 취입되도록 제분되어 자유 유동성이 될 필요가 있을 수 있다. 역시, 당해 젤라틴은, 젤라틴 중량을 기준으로 하여, 15% 미만의 수분을 함유하도록 건조되어야 한다.

샌드가 가열된 분쇄기 속에서 피복되고 젤라틴이 건조된 후, 주형 속으로 피복된 샌드 입자를 취입시키기 전에 선행 기술에서 요구되는 바와 같은 피복된 샌드 입자의 활성 냉각이 전혀 요구되지 않는다. 시스템의 크기에 따라, 피복된 샌드 입자의 일부 냉각은 피복된 샌드가 분쇄기로부터 주형으로 전달되는 동안 이루어질 수 있지만, 피복된 샌드 입자의 활성 냉각은 당해 방법에서 요구되지 않는 단계이다. 본 발명은 피복 단계로부터 회수한 건조 상태의 피복된 샌드 입자를 패턴 주형 속으로 직접 취입합으로써 성형 전의 활성 냉각 및 컨디셔닝 단계를 생략한다. 피복된 샌드 입자가 주형 속으로 취입되는 온도는 물의 비점보다 낮기만 하다면 중요하지 않다. 건조 상태의 자유 유동성 피복된 샌드 입자는 패턴 주형 속으로 취입되는 경우 패턴 주형 쪽에 함께 응집되거나 점착되지 않으며, 이는 샌드 입자 속의 갭이 패턴 주형 속에 형성되지 않기 때문에 균질한 주형을 생성시키는 데 도움이 된다.

중심 단면적이 1in²인 표준 형태를 갖는 "아령형(dog bone)" 시험 코어 주형을 사용하는 바람직한 양태에서, 약 100g의 건조 상태의 피복된 실리카 샌드 입자를 21 내지 66℃의 바람직한 온도에서 주형 속으로 취입한다. 본 발명에서 사용되는 "아령형" 시험 코어 주형은 본원에 참조로 인용되는 문헌[참조: Mold & Core Test Handbook, 3^rdEdition by American Foundry Society, Des Plaines, Illinois, Copyright 2001]에서의 절차 AFS 3301-00-S에 제시되고 기술된 치수를 갖는다. 3 내지 4psi에서의 저압 스팀이 약 20초 동안 약 105℃에서 코어 주형을 통과하여 젤라틴을 수화시키고, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴의 결합을 촉진시킨다. 요구되는 스팀의 양은 충분한 수분을 제공하기에 충분하므로, 샌드를 피복하고 있는 젤라틴이 수화, 용융되고 샌드 입자 사이에서 유동하여 샌드 입자 사이에 접속부를 형성한다. 사용된 스팀의 양을 정량화하는 것이 어렵기는 하지만, 스팀의 중량은 사용된 젤라틴의 중량의 약 1 내지 2배인 것으로 추정된다. 주형과 피복된 샌드의 온도는, 물이 샌드 위에서 응축되어 젤라틴을 용융시키는 온도이어야 하며, 통상 이 온도는 100℃ 미만이어야 한다.

최종적으로, 고온 건조한 공기는 약 150초 동안 코어 주형을 통과하여 젤라틴을 경화시킨다. 건조 공기의 온도 범위는 매우 광범위하며, 대략 주위 온도 내지 300℃, 바람직하게는 100 내지 150℃의 범위이다. 건조 공기는 주형 속의 샌드로부터 수분을 제거한다. 주형과 샌드의 열은 수분을 궁극적으로 증발시키기에 충분한 에너지를 공급하여, 젤라틴이, 젤라틴의 중량을 기준으로 하여, 약 15중량% 미만의 수분을 함유하고, 샌드 코어가 주형으로부터 제거된 후 원래의 형상을 유지하도록 경질이 된다. 단지 가열된 공기를 사용함으로써 건조 공정을 촉진시키며, 이로써 코어를 제조하는 데 소요되는 시간이 단축되므로 바람직하다. 스팀과 건조 공기가 주형을 통과하는 데 소요되는 시간은 주형의 크기, 주형 속에 존재하는 샌드의 양, 주형의 온도, 건조 공기의 온도 및 사용된 스팀의 양에 따라 가변적임을 이해해야 한다.

이어서, 젤라틴 피복된 샌드 코어를 방출시키고 사용할 준비를 한다. 본 발명은 냉각 단계를 제거함으로써 에너지를 절감하고 주형 속으로의 샌드의 취입 전에 컨디셔닝 단계를 제거함으로써 공정 효율을 개선시킨다. 또한, 상업적인 코어 취입 설비에서 샌드 성형 매가진과 취입판을 활성 냉각시킬 필요를 없앤다. 또한, 본 발명은 가열된 코어 박스와 접촉하는 튜브에 의해 야기되는 취입 튜브 속의 젤라틴 피복된 샌드를 건조시키고 경화시키는 단계를 없앤다.

위에서 논의한 바와 같이, 젤라틴 피복된 샌드로부터 샌드 코어를 제조하는 데 사용되는 표준 방법은 샌드를 실온 이하의 온도로 냉각시킨 다음, 2 내지 3%의 냉수(1%로 추정되는 젤라틴 피막을 갖는 샘플 중량을 기준으로 한 양)를 첨가하여 젤라틴을 수화시킨다. 당해 혼합물을 가열된 코어 주형 속으로 취입시키고, 짧은체류 시간이 경과한 후, 고온 공기를 코어를 통해 취입하여 젤라틴을 건조시키고 샌드 코어를 경화시킨다. 수화된 샌드 온도가 젤라틴 피복물의 융점보다 낮은 것이 중요하다. 젤라틴이 코어를 취입하기 전에 용융하기 시작하는 경우, 샌드는 점착성이 되어, 주형 속으로 균질하게 취입되지 못할 것이다. 수화된 샌드가 냉각 상태를 유지하기 위한 이러한 요건은, 기계 및 주변 온도가 융점이 약 25 내지 30℃인 젤라틴의 융점보다 종종 높을 수 있는 주형 설비에서의 실제적인 실시예 있어서 요구된다. 주형 설비 주변에서 수화된 샌드를 냉각시킬 필요가 없도록, 건조 상태의 피복된 샌드를 주형 속으로 취입하고 주형에 스팀을 통과시킨 다음, 고온 공기로 건조시키는 시험을 설정한다.

초기 시험에서, 실리카 샌드의 한 유형인 표준 55gfn[입자 굵기 넘버(grain fineness number), 샌드의 평균 입자 크기의 척도]의 레이크 샌드 4086g을 사용하였다. 1999년 2월 말 테크니샌드(Technisand)에서 1% GMBOND^TM젤라틴으로 피복된 샌드를 실온 피복된 샌드로서 사용하였다. 가열 상태의 피복된 샌드를 제조하기 위해, 샌드를 약 105℃로 가열하고, 약 41g의 1% GMBOND^TM젤라틴을 갖는 전기 가열된 분쇄기 속에 넣었다. 이어서, 물 82g을 분쇄기에 가하고, 샌드가 건조되어 자유 유동성이 될 때까지 샌드를 혼합하였다. 건조된 샌드를 분쇄기로부터 직접 취하여 약 55℃에서 아령형 코어를 제조하였다. 도 3은 코어 주형 속으로 취입되기 전에 젤라틴 피복된 샌드를 수화시키기 보다는 코어 주형 속에서 젤라틴 피복된 샌드를 수화시키기 위한 스팀의 용도를 평가하는 데 사용되는 장치 구성을 도시한 것이다.

초기 시험에서, 중심 단면적이 1in²이고 표준 형상을 갖는 실리카 샌드 약 100g을 함유하고 파단력이 200psi 이상으로 강도가 우수하며 상술한 바와 같은 치수를 갖는 "아령형" 코어을 다음 방법에 따라 제조하였다: 우선, 주변 온도 또는 약 55℃에서 건조 상태의 피복된 샌드를 피복 직후 약 100℃에서 아령형 코어 주형속으로 취입하였다. 스팀을 건조 공기 유입구를 사용하여 20초 동안 주형에 통과시켰다. 스팀을 3 내지 4psi에서 사용하면 약 104 내지 106℃일 것이다. 이어서, 고온 건조한 공기를 50psi에서 약 200℃에서 150초 동안 공기 유입구를 사용하여 주형에 통과시켰는데, 이때 150초는 통상의 아령형 코어 과정에서 사용되는 시간이기는 하지만, 이보다 짧은 시간이 사용될 수도 있다. 파단 강도가 우수하기는 하지만, 표면 가공이 표준 아령형 코어에서만큼 충분히 우수하지는 않다. 이는 스팀용 공기 유입구를 사용하고/하거나 스팀 라인에서 소량의 응축물을 갖기 때문일 수 있다.

이러한 시험으로부터, 최적의 설정이 결정된다. 최적의 코어 주형 온도는 약 100℃이고, 취입 공기는 100psi에서 실온이다. 스팀은 3psi이고, 코어 박스는 응축물이 코어 박스 내부에 축적되지 않도록 개방 배수시키기 위한 퍼지를 함유한다. 스팀은 코어 박스를 통해 연속적으로 유동하여, 코어 박스 내부에 물이 조금도 축적되지 않도록 하는 것이 중요하다. 샌드 유입구는 개구 위의 카드로 차단되고, 건조 공기가 주형을 통해 유동하면서 가압 샌드 매거진에 의해 닫혀져 있다. 최적의 건조 공기 압력은 50psi이고, 온도는 200℃이며, 체류 시간은 15초이고, 건조 시간은 150초이다. 결과는 하기 표 1에 나타나 있다. 이러한 설정은 파단강도가 우수하고 표면 경도가 적정한 아령형 코어를 제조하기에 최적인 것으로 밝혀졌다.

	대조용 방법	70℃ 샌드	130℃ 샌드
첨가된 수분	3%	없음	없음
스팀 압력스팀 시간	없음	3psi20초	3psi20초
체류 시간	45초	15초	15초
건조 공기온도시간가압	149℃120초100psi	200℃150초50psi	200℃150초50psi
파단력	273psi	226psi	283psi
스크래치 경도초기1차 턴2차 턴	898782	766848	675735

다소 만족스럽지 못한 결과가 다양한 시험 설정에서 수득된다. 표준 수화 샌드 아령형 코어 공정에서 사용된 주형이 149℃인 경우, 파단강도는 양호하나, 표면은 매우 푸석푸석하다. 이는, 샌드가 주형 표면에서 지나치게 고온이어서 스팀이 젤라틴을 수화, 결합시키지 못하기 때문인 것으로 추측된다. 주형이 70℃인 경우, 아령형 코어가 오븐에서 건조될 때까지 파단강도가 허용가능하지 않은 것으로 보인다. 샌드 유입구가 커버되지는 않았지만 가압 샌드 매거진에 의해 닫혀진 호일 판에서 사용된다면, 건조 공기가 도입되는 경우, 샌드의 일부가 고형화되기 전에 상부로 날라갈 수 있다. 샌드 유입구가 차단되면, 공기는 아령형 코어 주형의 상부 코너의 배기구로부터 배출될 수 있다. 건조 공기 압력을 100 내지 50psi로 낮추면 샌드가 날라가 버리거나 아령형 코어의 바닥에서 2개의 공기 유입구에 구멍이 생기는 경향을 감소시키는 데 도움이 된다. 표준 공기 온도가 149℃인 경우, 아령형 코어는 150초에서 완전히 건조되지는 않지만, 이 온도를 200℃로 올리면 아령형 코어가 건조하는 것으로 보인다. 스팀 압력을 증가시키면 공기 유입구에 고멍이 형성된다. 스팀 시간이 20초를 초과하는 경우 과량의 수분이 첨가되는 것으로 보인다. 아령형 코어 주형 배기구의 외부로 약 10초 동안 스팀이 방출되는 것이 보이며, 20초의 스팀 퍼지가 보다 단시간의 스팀 퍼지에 비해 훨씬 일관성있는 결과를 제공하는 것으로 보인다. 추측컨대, 주형 양편에 유입구가 배치되면, 특히 스팀 건조 공기 유입구가 배치된 쪽에 상기한 바와 같은 최적의 설정을 사용하여, 아령형 코어의 표면 경도를 개선시킬 수 있을 것이다.

상기 명세서, 실시예 및 데이타로 본 발명의 조성물의 제조 및 용도가 완전히 설명되었다. 본 발명의 다수의 양태가 본 발명의 요지 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 이후 첨부되는 청구의 범위를 기준으로 한다.

Claims (20)

1. 샌드 입자를 단백질 및 물과 혼합하여 샌드 입자 표면에 단백질을 피복시키는 단계(a),

   단백질 피복된 샌드 입자를 건조시키는 단계(b),

   건조 상태의 단백질 피복된 샌드 입자를 활성 냉각 없이 주형 속으로 취입시키는 단계(c),

   단백질 피복된 샌드 입자에 스팀을 통과시켜 단백질을 수화, 용융시키고, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성하는 단계(d) 및

   고온 건조한 공기를 성형품 속으로 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 단백질 결합을 경화시키는 단계(e)를 포함하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 단백질이 젤라틴 형태임을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 젤라틴이 샌드 중량의 약 0.5 내지 2.0중량%의 양으로 사용됨을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 젤라틴 대 물의 비가 약 1:1 내지 1:5임을 특징으로 하는,캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
5. 제2항에 있어서, 젤라틴 대 물의 비가 약 1:2 내지 1:3임을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 건조 단계가 열을 사용하여 수행됨을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 열이 약 60 내지 120℃임을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 혼합 및 건조 단계가 동시에 수행됨을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 스팀을 성형품 속으로 약 3 내지 4psi에서 약 20초 동안 통과시킴을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 고온 건조한 공기를 성형품 속으로 약 150초 동안 통과시킴을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 고온 건조한 공기가 대략 주변 온도 내지 300℃임을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 고온 건조한 공기가 약 100 내지 150℃임을 특징으로 하는, 캐스팅 공정에서 사용하기 위한 성형품의 제조방법.
13. 샌드 입자를 젤라틴 및 물과 혼합하면서 열을 공급하여, 열이 젤라틴을 용융시킴으로써 샌드 입자 표면에 젤라틴을 피복시킨 다음, 젤라틴 피복된 샌드 입자를 건조시키는 단계(a),

    건조 상태의 젤라틴 피복된 샌드 입자를 활성 냉각 없이 주형 속으로 취입시키는 단계(b),

    젤라틴 피복된 샌드 입자 속으로 스팀을 통과시켜 젤라틴을 수화, 용융시키고, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성하는 단계(c) 및

    고온 건조한 공기를 성형품 속으로 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴 결합을 경화시키는 단계(d)를 포함하는, 샌드 코어의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 열이 약 60 내지 120℃임을 특징으로 하는, 샌드 코어의 제조방법.
15. 샌드 입자를 젤라틴 및 물과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계(a),

    혼합물에 열을 공급하여 샌드 입자 표면에 젤라틴을 피복시킨 다음, 물을 건조시켜 혼합물을 건조시키는 단계(b),

    혼합물을 제분하여 혼합물을 자유 유동성으로 만드는 단계(c),

    건조 상태의 젤라틴 피복된 샌드 입자를 주형 속으로 취입시키는 단계(d),

    젤라틴 피복된 샌드 입자 속으로 스팀을 통과시켜 젤라틴을 수화, 용융시키고, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성하는 단계(e) 및

    고온 건조한 공기를 성형품 속으로 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴 결합을 경화시키는 단계(f)를 포함하는, 샌드 코어의 제조방법.
16. 제15항에 있어서, 혼합물이 오븐 속에서 가열, 건조됨을 특징으로 하는, 샌드 코어의 제조방법.
17. 샌드 입자를 40℃를 초과하는 온도로 가열하는 단계(a),

    가열된 샌드 입자를 젤라틴 및 물과 혼합하여, 가열된 샌드 입자가 젤라틴을 용융시킴으로써 샌드 입자 표면에 젤라틴을 피복시키는 단계(b),

    젤라틴 피복된 샌드 입자를 건조시키는 단계(c),

    건조 상태의 젤라틴 피복된 샌드 입자를 주형 속으로 취입시키는 단계(d),

    젤라틴 피복된 샌드 입자 속으로 스팀을 통과시켜 젤라틴을 수화, 용융시키고, 이로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성하는 단계(e) 및

    고온 건조한 공기를 성형품 속으로 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 젤라틴 결합을 경화시키는 단계(f)를 포함하는, 샌드 코어의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 혼합 단계와 건조 단계가 동시에 수행됨을 특징으로 하는, 샌드 코어의 제조방법.
19. 샌드 입자를 단백질 및 물과 혼합하여 샌드 입자 표면에 단백질을 피복시키는 단계(a),

    단백질 피복된 샌드 입자를 건조시키는 단계(b),

    건조 상태의 단백질 피복된 샌드 입자를 주형 속으로 취입시키는 단계(c),

    단백질 피복된 샌드 입자를 주형 속에서 재수화시킴으로써 인접한 샌드 입자들 사이에 결합이 형성되어 성형품을 형성하는 단계(d) 및

    고온 건조한 공기를 성형품 속으로 통과시켜 인접한 샌드 입자들 사이의 단백질 결합을 경화시키는 단계(e)를 포함하는, 샌드 코어의 제조방법.
20. 제19항에 있어서, 단백질이 젤라틴 형태임을 특징으로 하는, 샌드 코어의 제조방법.