KR20110047330A - 주물용 중자 재료 혼합물, 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 주물용 중자 - Google Patents

주물용 중자 재료 혼합물, 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 주물용 중자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주물용 중자 재료 혼합물에 관한 것으로서, 주물사와; 상기 주물사에 혼합되며, 물유리계 점결제 및 산화피막 억제제로 구성된 중자용 점결제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 성형된 주물용 중자에 관련된다.

Description

주물용 중자 재료 혼합물, 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 주물용 중자{CORE MATERIAL MIXTURE FOR CASTING, METHOD FOR MANUFACTURING CORE FOR CASTING AND CORE FOR CASTING USING THE SAME}
본 발명은 주물용 중자 재료 혼합물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 강도가 급격히 감소하는 것을 방지하고, 탈사성이 향상된 중자 재료 혼합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 주물용 중자에 관한 것이다.
일반적으로 주조 작업에 의하여 원관과 같이 구멍이 있는 주물을 만들 때, 상기 구멍에 해당하는 모양의 주형을 중자(core)라고 한다. 즉, 구멍이 있는(속이 빈) 주물의 주조 과정을 살펴보면, 중자가 금형 내에 배치된 후 금형에 주물의 용융액이 주입되며, 상기 주물이 경화되면 상기 금형으로부터 주물과 중자를 탈거한 후 상기 주물에서 중자를 제거하게 된다.
한편, 상기 중자의 제조방법은 주물사와 성형 점결제가 주형에 주입되고, 상기 성형 점결제가 경화되어 소정의 형상으로 성형된다. 상기 주물사는 일반적인 모래이며, 상기 성형 점결제는 무기 점결제와 유기 점결제 중 어느 하나가 사용된다. 상기 유기 점결제는 경화 속도가 빠른 장점이 있어 많이 사용되고 있으나, 주조시 유해가스와 응축물이 발생되어 주조 환경 및 주조틀의 수명에 악영향을 미치는 단점이 있다.
따라서, 무기 점결제를 사용하기 위한 연구가 진행되고 있는데, 그 중 물유리계 점결제에 대한 연구가 가장 활발하게 이루어지고 있다. 종래 물유리계 점결제는 유기 점결제에 비해 항절 강도가 약하고, 대기 중 방치 시간 경과에 따라 물유리 특유의 흡습성으로 인하여 결합력이 약해져 강도가 급격히 감소하는 문제점이 있었다.
한편, 종래 물유리계 점결제는 대략 540도 이상의 고온에서 유리화되는 특성으로 인하여 주조 후 탈사시 주조품의 표면에 주물사(모래)가 응착되어 후처리가 매우 힘든 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 강도가 급격히 감소하는 것을 방지할 수 있는 주물용 중자 재료 혼합물과 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 주물용 중자를 제공하는 것이다.
또한, 고온에 노출되었을 때 항절 강도가 급격히 감소하여 탈사성이 향상될 수 있는 주물용 중자 재료 혼합물과 주물용 중자 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 주물용 중자를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 주물용 중자 재료 혼합물에 따라, 주물사와; 상기 주물사에 혼합되며, 물유리계 점결제 및 산화피막 억제제로 구성된 중자용 점결제에 의해 달성된다.
그리고, 상기 목적은 본 발명의 주물용 중자 재료 혼합물에 따라, 주물사와; 상기 주물사에 혼합되는 물유리계 점결제 및 탈사용 첨가제에 의해 달성된다.
한편, 상기 다른 목적은 본 발명의 주물용 중자 제조방법에 따라, (a) 주물사, 물유리계 점결제와 산화피막 억제제로 구성된 중자용 점결제, 1 ~ 100㎚의 입자를 가진 콜로이달 실리카와 1 ~ 20㎛의 입자를 가진 미분말 실리카로 구성된 탈사용 첨가제를 혼련하는 과정; (b) 상기 (a) 과정에서 혼련된 혼합물을 중자 금형에 공급하는 과정; (c) 상기 중자 금형에 열을 공급하여 상기 중자용 점결제를 탈수시켜 중자를 성형하는 과정에 의해 달성된다.
또한, 상기 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 주물용 중자에 의해 달성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 대기 중 오랫동안 방치되더라도 항절 강도가 급격히 저하되는 일이 방지될 수 있다.
또한, 고온 노출 후에는 항절 강도가 급격히 감소하여 탈사성이 향상될 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 주물용 중자 재료 혼합물은 크게 주물사와, 물유리계 점결제 및 산화피막 억제제로 구성된 중자용 점결제와, 탈사를 향상시키기 위한 탈사용 첨가제가 혼합되어 이루어진다.
주물사(molding sand)는 모래를 일컫으며, 그 입자 크기는 AFS GFN(America Foundry Society Grain Fineness Number, 미주조학회 입자 크기 지수) 30 ~ 50 정도로 이루어져 있다.
중자용 점결제는 점성을 주어 잘 엉겨붙도록 하는 물질로서, 물유리계 점결제와 산화피막 억제제로 구성된다. 또한, 중자용 점결제는 소비톨(sorbitol), 설탕 등의 단당류, 다당류 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하는 것이 좋다.
여기서, 중자용 점결제는 주물사의 중량에 비해 1 ~ 5wt%로 구성된다.
물유리계 점결제는 8 ~ 15wt%인 Na2O와 27 ~ 34wt%인 SiO2으로 구성되며, SiO2 : Na2O = 2.4 ~ 3.5로 구성되는 것이 좋은데, 그 이유는 이 조성비에서 최적의 항절 강도가 발현되기 때문이다.
산화피막 억제제는 물유리계 점결제의 특유의 흡습성으로 인한 가역반응에 의해 결합력이 상실되는 것을 최대한 방지하기 위한 것으로서, 물유리계 점결제의 가사 시간을 늘려 항절 강도가 급격히 감소하는 일을 줄일 수 있다.
이 때, 산화피막 억제제는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 발삼 수지(balsam resin), 아연 올리에이트(zinc oleate), 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진다. 또한, 산화피막 억제제는 0.1 ~ 0.5wt% 함유된 것이 좋은데, 이 함량을 벗어나는 경우 항절 강도가 급격히 감소하므로 상기 범위로 한정되는 것이 바람직하다.
여기서, 산화피막 억제제의 효과에 대하여 도 1에서 비교하여 보면, 산화피막 억제제가 첨가되지 않은 중자용 점결제를 사용하여 제조된 중자의 경우에는 대기 중 방치시간이 경과함에 따라 항절 강도가 급격히 감소한 반면((a) 선), 산화피막 억제제가 첨가된 중자용 점결제를 사용하여 제조된 중자의 경우에는 96시간이 경과하여도 60kg/㎠ 이상의 항절 강도를 유지하고 있음을 알 수 있다((b) 선).
이와 같이, 본 발명에 따른 주물용 중자 재료 혼합물을 사용하여 제조된 중자의 항절 강도는, 도 2에 도시된 바와 같이, 60kg/㎠ 이상으로 나타나 종래 물유리계 점결제를 사용하여 제조된 중자의 항절 강도에 비해 현저히 높고, 유기 점결 제를 사용하여 제조된 중자와 거의 비슷한 결과를 얻었다. 따라서, 본 발명에 따르면, 유기 점결제를 사용하지 않더라도 높은 항절 강도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 중자용 점결제는 소비톨(sorbitol), 설탕 등의 단당류, 다당류 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하여, 700도 이상의 고온 노출 후에 결합력을 붕괴시켜 항절 강도가 급격히 감소하여 쉽게 부서짐으로써 탈사가 유리하다.
일예로 소비톨의 효과에 대해 도 3에서 비교하여 보면, 소비톨이 첨가되지 않은 중자용 점결제(산화피막 억제제는 첨가)를 사용하여 제조된 중자의 경우에는 고온 노출 후에도 항절 강도가 15kg/㎠ 이상 유지되고 있는 반면, 소비톨이 첨가된 중자용 점결제(산화피막 억제제는 첨가)를 사용하여 제조된 중자의 경우에는 고온 노출 후 항절 강도가 5kg/㎠ 이하로 급격히 감소하였음을 알 수 있다.
또한, 중자 재료 혼합물에는 탈사를 향상시키기 위한 탈사용 첨가제가 더 포함되는 것이 좋다.
탈사용 첨가제는 콜로이달 실리카와 미분말 실리카와 수분으로 구성되며, 이 때 콜로이달 실리카와 미분말 실리카의 혼합 함량은 40 ~ 60%이고 나머지 함량이 수분을 이룬다.
이 때, 콜로이달 실리카 및 미분발 실리카는 비결정질 구형을 이루며, PH 7 ~ PH 13의 범위이다.
또한, 콜로이달 실리카의 입자는 1 ~ 100㎚이고, 미분말 실리카의 입자는 1 ~ 20㎛로 이루어지며, 미분말 실리카에 대한 콜로이달 실리카의 체적비는 0.8 ~ 1.2인 것이 좋다.
이하, 상기 주물용 중자 재료 혼합물을 사용하여 중자를 제조하는 방법에 대하여 아래에서 간략히 설명하겠다.
먼저, 혼련기에 주물사, 중자용 점결제, 탈사용 첨가제를 넣어 혼련한다. 이 때, 중자용 점결제는 물유리계 점결제와 산화피막 억제제로 구성되어 있어, 물유리의 흡습성으로 인해 항절 강도가 감소하는 일이 산화피막 억제제에 의해 방지되게 된다. 또한, 탈사용 첨가제가 첨가됨에 따라 추후 제조된 중자가 주물품으로부터 용이하게 탈사될 수 있게 된다.
그 후, 상기 과정에서 혼련된 혼합물을 중자 금형에 공급한 후, 중자 금형에 열을 공급하여 중자용 점결제를 탈수시킴으로써 중자의 성형이 완성된다.
이와 같이, 상기 과정에 의해 제조된 중자는 대기 중 오랫동안 방치되더라도 항절 강도가 급격히 저하되는 일이 방지될 뿐만 아니라, 고온 노출 후에는 항절 강도가 급격히 감소하여 탈사성이 향상될 수 있다.
도 1은 산화피막 억제제가 첨가되지 않은 주물용 중자 재료 혼합물을 사용하여 제조된 종래의 중자와, 산화피막 억제제가 첨가된 주물용 중자 재료 혼합물을 사용하여 제조된 본 발명의 중자의 대기 중 방치 시간에 따른 항절 강도를 비교하기 위한 그래프.
도 2는 종래 무기 물유리계 점결제 및 유기 점결제와 본 발명에 따른 중자용 점결제의 각 항절 강도를 비교하기 위한 그래프.
도 3은 소비톨이 첨가되지 않은 주물용 중자 재료 혼합물을 사용하여 제조된 중자와, 소비톨이 첨가된 주물용 중자 재료 혼합물을 사용하여 제조된 중자의 대기 중 방치 시간에 따른 항절 강도를 비교하기 위한 그래프.

Claims (18)

  1. 주물사와;
    상기 주물사에 혼합되며, 물유리계 점결제 및 산화피막 억제제로 구성된 중자용 점결제를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화피막 억제제는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 발삼 수지(balsam resin), 아연 올리에이트(zinc oleate), 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 산화피막 억제제는 0.1 ~ 0.5wt% 함유된 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    탈사를 향상시키기 위한 탈사용 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 탈사용 첨가제는 콜로이달 실리카와 미분말 실리카와 수분으로 구성된 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카와 상기 미분말 실리카의 혼합 함량은 40 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카의 입자는 1 ~ 100㎚이고, 상기 미분말 실리카의 입자는 1 ~ 20㎛인 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 미분말 실리카에 대한 상기 콜리이달 실리카의 체적비는 0.8 ~ 1.2인 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 중자용 점결제는 소비톨(sorbitol), 설탕 등의 단당류, 다당류 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 중자용 점결제는 상기 주물사의 중량에 비해 1 ~ 5wt%인 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 물유리계 점결제는 8 ~ 15wt%인 Na2O와 27 ~ 34wt%인 SiO2으로 구성되며, SiO2 : Na2O = 2.4 ~ 3.5인 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  12. 주물사와;
    상기 주물사에 혼합되는 물유리계 점결제 및 탈사용 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 탈사용 첨가제는 콜로이달 실리카와 미분말 실리카와 수분으로 구성되며, 상기 콜로이달 실리카와 상기 미분말 실리카의 혼합 함량은 40 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 중자용 점결제는 소비톨(sorbitol), 설탕 등의 단당류, 다당류 중 적어 도 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 재료 혼합물.
  15. (a) 주물사, 물유리계 점결제와 산화피막 억제제로 구성된 중자용 점결제, 1 ~ 100㎚의 입자를 가진 콜로이달 실리카와 1 ~ 20㎛의 입자를 가진 미분말 실리카로 구성된 탈사용 첨가제를 혼련하는 과정;
    (b) 상기 (a) 과정에서 혼련된 혼합물을 중자 금형에 공급하는 과정;
    (c) 상기 중자 금형에 열을 공급하여 상기 중자용 점결제를 탈수시켜 중자를 성형하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 산화피막 억제제는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 발삼 수지(balsam resin), 아연 올리에이트(zinc oleate), 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하며, 0.1 ∼ 0.5wt% 함유된 것을 특징으로 하는 주물용 중자 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 중자용 점결제는 소비톨(sorbitol), 설탕 등의 단당류, 다당류 중 적어도 어느 하나 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물용 중자 제조방법.
  18. 청구항 15의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 주물용 중자.
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