KR20110086635A - 주형 재료 혼합물 및 알루미늄 주조용 피더 - Google Patents

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우도 스케르디
요셉 크로트
헤닝 레세
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에이에스케이 케미컬스 피딩 시스템스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 알루미늄 주조용 피더 제조를 위해, 적어도: - 내화성 베이스 주형 재료; - 결합재; - 주형 재료 혼합물과 관련하여 5 내지 18 중량%의 산화성 금속의 비율; - 산화성 금속의 완전한 산화를 위해 필요한 산화제의 양과 관련하여 10 내지 50 중량% 비율의 산화제; - 산화성 금속의 양과 관련하여 산화성 금속의 산화를 위한 15 내지 50 중량% 비율의 점화제를 포함하는 발열성 주형 재료 혼합물에 관한 것이다. 상기 발열성 주형 재료로 제조된 피더는 낮은 온도에서도 확실하게 점화되고, 적은 열을 발생시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 피더는 알루미늄 주조에 적합하다.

Description

주형 재료 혼합물 및 알루미늄 주조용 피더{MOLDING MATERIAL MIXTURE AND FEEDER FOR CASTING ALUMINUM}
본 발명은 알루미늄 주조용 피더(feeder)를 제조하기 위한 발열성 주형 재료 혼합물, 이 주형 재료 혼합물로부터 제조된 알루미늄 주조용 피더 및 이 피더의 알루미늄 주조를 위한 용도에 관한 것이다.
주물 공장에서 금속 주물을 제조할 때, 주조 주형의 주형 공동에 용융 금속(liquid metal)을 채워 넣는다. 경화시, 채워진 금속의 용량(volume)이 감소 된다. 따라서, 주물 경화시 부족한 용량을 균등하게 하고, 주물에 생기는 기공(shrink hole) 형성을 억제하기 위해 주조 주형에 정기적으로 소위 피더가 사용된다. 이러한 피더는 주물 및 위험한 주물 영역과 연결되어 있고, 일반적으로 주형 공동의 상부 및 측면에 배열되어 있다. 피더는 보상 공동(compensation cavity)을 포함하며, 이 보상 공동은 주조 주형의 주형 공동(mold cavity)과 연결되어 있고, 용융 금속을 수용한다. 나중에, 즉 금속이 주형 공동에서 경화되고 난 후에 주물의 부족한 용량을 보상 하기 위해 용융 금속이 다시 보상 공동으로부터 배출된다.
금속 주물 제조시, 일반적으로 주물의 형태의 경우 제조될 금속 주물에 대응하는 모델이 일차적으로 제조된다. 이 모델에 공급 요소 및 피더가 부착된다. 이어서, 이 모델은 주형 틀(molding box)에서 주물사(molding sand)로 감싸진다. 이 주물사가 응축 및 경화된다. 경화 이후에, 주조 주형이 주형 틀로부터 분리된다. 주조 주형은 주형 공동을 구비하며, 주조 주형이 다수의 섹션으로 구성될 경우, 제조될 금속 주물의 음형(negative shape)에 대응하는 주형 공동의 일부를 구비한다. 경우에 따라, 주조 주형이 조합되고 난 후에 주조 주형의 주형 공동으로 용융 금속이 채워진다. 또한, 피더의 보상 공동도 적어도 부분적으로 용융 금속으로 채워진다. 이러한 피더의 보상 량으로부터 유입된 피더 용량은 나중에 주물의 피딩(feeding)을 위해 사용된다. 유입된 용융 금속은 주형 공동 및 보상 공동으로부터 공기를 밀쳐낸다. 공기는 주조 주형에 제공된 구멍(opening), 또는 주조 주형의 다공성 단면, 예를 들어 피더의 벽을 통해 배출된다. 바람직하게는, 피더가 충분한 투과성을 가지므로, 한편으로는 용융 금속 유입시 공기가 피더로부터 밀쳐지고, 금속이 피더로 유입될 수 있으며, 다른 한편으로는 주조 주형의 주형 공동에서 금속의 냉각 및 경화시 용융 금속이 피더의 보상 공동으로부터 주조 주형의 주형 공동으로 역류 될 수 있고, 이때 피더의 보상 공동에 진공이 형성되지 않는다.
금속이 보상 공동으로부터 주형 공동으로 역류함으로써, 피더의 보상 공동에 포함된 금속이 주조 주형의 주형 공동에 있는 금속보다 늦게 경화되어야 한다. 이러한 금속의 경화는 용융 금속이 겪게 될 열 손실(heat loss)을 통해 확정된다. 보상 공동에 포함된 용융 금속이 주형 공동의 용융 금속보다 늦게 경화되도록 하기 위해, 보상 공동에 포함된 용융 금속은 주형 공동의 금속보다 열 손실이 적어야 한다.
열 손실은 우선 열이 방출될 수 있는 주형 본체의 표면과 주형 본체의 용량 비율에 의해 확정된다. 방출된 용융 금속의 용량은 큰 표면을 구비한 주형 본체에서 우선적으로 경화된다. 따라서, 피더의 보상 공동 및 사용된 피더 용량은 가능하면 콤팩트하게 형성된다.
또한, 열 손실은 용융 금속을 감싸고 있는 재료, 즉 주조 주형 및 피더 재료의 단열 효과를 통해 조절된다. 따라서, 피더는 바람직하게는 충분히 높은 단열 효과를 갖는 재료로 구성되기 때문에, 보상 공동에 있는 금속이 충분히 오랫동안 액상 형태로 존재할 수 있다. 이를 위해, 피더는 주조 주형의 재료보다 더 높은 단열 효과를 구비한 재료로 제조될 수 있으므로, 피더의 보상 공동에 포함된 용융 금속의 열 손실은 주조 주형의 주형 공동에 포함된 금속의 열 손실보다 적다. 재료는 예를 들어 알루미늄 규산염 중공 미세구(hollow microsphere)를 포함하는 내화성 재료일 수 있다. 중공 미세구의 밀폐된 가스로 인해 재료는 강력한 단열 효과를 갖는다. 피더의 보상 공동에 포함된 용융 금속의 열 손실을 감소시키기 위한 또 다른 가능성은 피더를 발열성 피더로 형성하는 것이다. 이를 위해, 피더는 내화성 재료 및 결합재와 함께 예를 들어 알루미늄 그릿(aluminum grit)과 같은 가연성 금속(combustible metal) 및 예를 들어 질산 나트륨과 같은 적합한 산화제를 함유하는 주형 재료 혼합물로부터 제조된다. 뜨거운 용융 금속과 접촉할 때, 혼합물이 점화되고, 금속 산화시 방출된 열이 보상 공동에 포함된 용융 금속으로 전달된다. 따라서, 발열성 피더의 경우, 보상 공동 및 피더 용량이 매우 적게 선택될 수 있다.
적합한 피더는 피딩 동안 피더가 빈 상태에서 흡입되지 않도록, 즉 피더 용량이 충분히 크도록 선택되어야 하므로, 피딩 공정이 끝날 무렵 충분한 용융 금속이 피딩을 위해 사용된다. 너무 적은 피더 용량은 원발성 기공(primary shrink hole)) 형성을 야기한다. 피더는 피더 용량의 용융 금속이 주조 주형의 주형 공동에 있는 금속보다 늦게 경화되도록 선택된다. 보상 공동에 있는 금속이 주형 공동에 있는 금속보다 일찍 경화된다면, 보상 공동으로부터 주형 공동으로 금속이 유입될 수 없으며, 주물이 더 이상 피딩될 수 없다. 이것은 소위 속발성 기공 (secondary shrink hole) 형성을 야기한다.
용융 금속의 경화는 주물의 계수(module) 및 피더 용량의 계수를 통해 근사치로 기재될 수 있다. 계수란, 방열 표면에 대한 용량의 비율로 이해할 수 있다. 상기 계수(M)로부터 경화 시간(T)은 T = K ·M2의 등가를 통해 추정될 수 있다. K는 사용된 주물 재료를 특징 짓는 상수이다. 1차 근사치에서 동일한 계수를 갖는 바디가 동일한 속도로 경화된다는 사실이 판명된다. 바디의 계수가 두 배로 될 경우, 경화 시간은 네 배로 증가 된다.
금속이 경화하는 동안 용융 금속은 피더의 보상 공동으로부터 주조 주형의 주형 공동으로 흡입된다. 이로 인해, 보상 용량에 남아 있는 용융 금속의 용량 및 표면이 감소하고, 이와 함께 용융 금속의 계수 또한 감소한다. 피더의 보상 공동에 있는 금속이 주조 주형의 주형 공동에 있는 금속보다 늦게 경화에 도달되도록 원한다면, 피딩 이후 피더에 남아 있는 피더 잔여물의 계수가 주물의 계수 및 피더로부터 피딩된 주물 영역의 계수보다 커야한다.
자연적인 피더, 즉 주조 주형에 단순한 기공으로 형성되어 있으며, 보상 공동의 벽이 주조 주형의 재료에 의해 형성된 피더의 경우, 피더의 추출력(extraction capability)은 약 15%이다. 본래 보상 공동으로 유입된 피더 용량의 15%는 주물의 피딩을 위해 사용된다. 따라서, 피더 용량은 주물의 용량 및 피더로부터 피딩된 주물 영역의 용량보다 더 클 수 있다.
단열 피더 사용시, 주어진 피더 용량의 경우 적은 열 유출(heat outflow) 때문에 계수가 증가하고, 주물에 의해 미리 정해진 계수의 경우 피더 용량은 감소 될 수 있다. 따라서, 자연적인 피더와 비교할 때 단열 피더의 경우 높은 추출력이 실시될 수 있다. 단열 피더의 추출력의 대부분은 본래 사용된 피더 용량의 약 25% 범위에서 선택된다.
발열성 피더는, 주어진 용량에서 보통 현저하게 높은 계수를 구비하며, 그 이유는 보상 공동에 포함된 용융 금속의 열 손실이 피더의 발열로 인해 대부분 보상되기 때문이다. 발열성 피더의 경우, 본래 사용된 피더 용량의 약 65%의 매우 높은 추출력이 실시될 수 있다.
EP 0 888 199 B1에 발열성 특성 또는 단열 특성을 구비할 수 있고, 콜드박스방법(cold-box-method)으로 획득될 수 있는 피더가 공지되어 있다. 이를 위해, 피더 혼합물이 피더 주형에 채워진다. 피더 혼합물은 산화금속 및 산화제 또는 단열 내화성 재료 또는 이러한 재료의 혼합물 및 화학 반응을 하는 콜드박스 결합제의 효율적인 결합량을 포함한다. 피더 혼합물은 비경화된 피더(unhardened feeder)로 성형 되며, 비경화된 피더는 수증기 형태의 경화 촉매와 접촉하게 된다. 이어서, 경화된 피더는 주조 주형으로부터 분리될 수 있다. 단열 내화성 재료로서 중공형 알루미늄 규산염 마이크로 스피어(hollow microsphere of aluminum silicate)가 사용될 수 있다. 알루미늄 규산염으로부터 이러한 마이크로 스피어를 사용함으로써 피더는 낮은 열 전도율을 획득하고, 이와 함께 매우 탁월한 단열 효과를 획득한다. 또한, 피더는 매우 적은 중량을 가지므로, 한편으로는 용이하게 조작 및 운반될 수 있고, 다른 한편으로는, 예를 들어 모델이 기울게 되더라도 쉽게 모델로부터 떨어지지 않는다.
EP 0 913 215 B1은 피더와 주조 주형을 위한 충전 요소(charging element) 및 공급 요소(supply element)의 제조 방법을 공지하고 있다. 이를 위해, 38% 미만의 산화 알루미늄 함량을 갖는 중공형 알루미늄 규산염 마이크로 스피어, 콜드박스 경화를 위한 결합제 및 필요에 따라 섬유 형태로 존재하지 않는 충전제(filler)를 포함하는 화합물이 주형 틀로 블로윙(blowing)됨으로써 비경화된 주형 제품으로 성형 된다. 이러한 비경화된 주형 제품은 적합한 촉매와 접촉하게 되며, 주형 제품이 경화된다. 이어서, 경화된 주형 제품은 주형 틀로부터 분리될 수 있다. 또한 이러한 방법으로 획득된 피더는 탁월한 단열 효과 및 적은 중량을 갖는다.
WO 00/73236 A2는 발열성 피더 화합물을 공지하고 있으며, 피더 화합물은 알루미늄 및 마그네슘, 산화제, SiO2를 함유하고 있는 충전제 및 결합제로서 알칼리 규산염을 포함하고 있다. 또한 피더 화합물은 적어도 약 0.5 m2 / g의 특수 표면과 약 0.5 내지 8㎛의 중간 입자 지름 (D50)를 갖는 약 2.5 내지 20 중량%의 반응성 산화 알루미늄을 포함한다. 피더 화합물은 불소를 함유하고 있는 용융제(fluxing agent)을 포함하지 않는다. 피더를 제조하기 위한 이러한 피더 화합물의 사용으로 인해 소위 "중공 연소(hollow combustion)"가 현저하게 억제될 수 있으며, 중공 연소는 대부분 알칼리 화합물을 갖는 SiO2를 함유하는 충전제로 인해 비롯된다.
금속 주조시 주물에서 기공 형성을 억제하기 위해, 발열성 피더는 뜨거운 용융 금속과 접촉할 때 확실하게 점화되고, 컨트롤 되며, 균일하게 연소 되어야한다. 이것은 발전된 주철 주조 또는 강철 주조용 피더의 경우 특히 중요하다. 주철 주조 및 강철 주조의 경우 온도는 약 1300 내지 1600℃ 범위이므로, 피더를 점화하기 위해 용융 금속은 충분히 뜨거운 상태이다. 또한, 뜨거운 용융 금속과 접촉시 피더가 확실하게 점화되고, 산화가 충분히 진행되도록 피더 제조를 위한 주형 재료 혼합물에 산화성 금속 및 산화제의 충분한 양이 첨가될 수 있으므로, 피더의 보상 공동에 포함된 금속이 액상 단계에 머물게 되는 온도에 도달하게 된다. 또한, 이러한 피더는 피더가 제조되는 재료의 중량과 관련하여 20 내지 33 중량%의 산화성 금속 및 5 내지 25 중량%의 산화제를 포함한다.
알루미늄 주조의 경우, 산업적 규모에 적합하게 사용될 수 있는 발열성 피더가 아직까지 제조되지 않은 상태이다. 알루미늄을 약 600 내지 800℃ 범위의 온도에서 주형에 붓는다. 발전한 주철 주조 및 강철 주조용 상기 발열성 피더를 알루미늄 주조를 위해 사용한다면, 액상 알루미늄의 낮은 온도 때문에 발열성 피더가 점화되지 않거나, 또는 점화가 이루어진다고 하더라도 발열성 피더는 매우 높은 열을 발생시킨다. 알루미늄이 끓기 시작하고, 주물에 가스 오유물 생성 및 구조적 결함이 발생할 위험이 있다. 그러나, 산화 반응과 열 발생을 약화시키기 위해, 피더 제조를 위한 주형 재료 혼합물에서 산화성 금속 및 산화제의 양이 감소 될 경우, 피더가 더 이상 확실하게 점화되지 않고, 성공적인 점화 이후에도 균일하고 확실하게 연소 되지 않으므로, 액상 상태에서 보상 공동에 함유된 알루미늄을 획득하기 위해 충분한 양의 열이 재생 가능하게 제공되지 않는다.
따라서, 지금까지 산업적으로 실시된 알루미늄 주조의 경우 단지 자연적인 피더, 즉 발열성 특성을 구비하지 않고, 단지 보상 용기에서 알루미늄의 경화가 단열 효과로 인해 지연되는 피더가 사용된다. 기공 형성을 확실하게 피더의 보상 용량으로 이동시키고, 충분한 양의 액상 알루미늄이 주조 주형의 주형 공동으로 역류할 수 있도록 하기 위해, 매우 큰 피더가 실시되어야 한다. 주조시, 피더의 보상 공동에 포함된 액상 알루미늄이 보상 공동의 벽으로부터 보상 공동의 중심 방향으로 천천히 경화된다. 액상 알루미늄이 보상 공동으로부터 추가로 주조 주형의 주형 공동으로 흐름으로써 기공이 형성되는 위치는 컨트롤하기가 매우 어렵다. 최악의 경우, 기공은 보상 공동과 주형 공동 사이에 근접해서 형성되므로, 이로 인해 주물이 쓸모없게 된다.
피더에 배열된 보상 공동의 큰 용량으로 인해 주조시, 매우 많은 양의 액상 알루미늄이 주조 주형으로 유입되어야 한다. 따라서, 주조 이후에 많은 양의 알루미늄이 피더의 보상 공동에 남아 있게 된다. 최악의 경우, 피더 잔여물의 용량이 주물의 용량보다 많을 수 있다. 주조시, 액상 알루미늄의 상당 양은 피더의 보상 공동을 채우기 위해 사용된다. 따라서, 주조 주형 및 피더를 분리하고 난 후 상대적으로 많은 피더 잔여물이 주물에 남아 있게 되며, 피더 잔여물을 제거하고 나서 새로 사용하기 위해 다시 용해되어야 한다. 이를 위해, 상대적으로 높은 에너지 양을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 피더 제조를 위한 주형 재료 혼합물을 제공하는 것이며, 주형 재료 혼합물로부터 특히 알루미늄 주조시 주물의 확실한 피딩을 가능하게 하는 피더가 제조될 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 알루미늄 주조용 피더를 제조하기 위한 주형 재료 혼합물을 통해 해결된다. 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물의 바람직한 실시 형태들은 종속항에 기개되엉 있다.
산화성 금속의 산화 및 산화제 양의 불균등한 감소를 위해 점화제 양의 첨가 및 신중한 조절을 통해 피더의 점화 이후에 산화성 금속의 산화 및 이와 함께 열 발생이 낮은 수준으로 컨트롤 될 수 있을 정도로 산화성 금속의 양이 감소 될 수 있음에도 불구 하고 컨트롤된 피더의 점화 및 컨트롤된 연소가 실시된다는 놀라운 사실이 확인되었다. 이로 인해, 피더는 최대 온도에 도달하는데, 이 온도는 1250℃ 미만, 바람직하게는 1150℃ 미만, 특히 바람직하게는 1050℃ 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 온도의 경우, 알루미늄이 비등점 이상으로 가열되고, 이와 함께 주물에서 가스 오유물 및 구조적 결함이 발생하는 것을 걱정할 필요가 없다. 피더 내부의 온도는 예를 들어 열 전대(thermocouple)를 통해 결정될 수 있으며, 열 전대는 피더의 보상 공동 중앙에 배열되어 있다. 피더가 공기 중에서 점화될 경우, 주조 주형에 통합된, 즉 모래에 의해 감싸진 피더와 비교해 볼 때 온도가 약간 높다. 본 발명의 발명자는 이것은 개선된 공기 유입 때문인 것으로 추정하고 있다. 공기 중에서 연소할 때 적합한 온도는 주조 주형에 통합된 피더보다 약 50 내지 100℃ 정도 높다. 또한 공기 중에서 연소할 때 적합한 최대 온도는 정해진 범위에서 유지된다.
금속의 산화는 첨가된 산화제의 아화학량론적 양(sub-stoichiometric amount)으로 인해 버닝(burning)이라기보다는 글로우잉(glowing)에 유사하다. 그러나, 피더가 재생산될 수 있도록 점화될 수 있고, 피더의 산화는 균등하게 피더의 본체를 통해 진행되며, 이때 산화가 조기에 소멸 되거나, 개별 국부적 최대 온도가 피더 본체 내에서 형성되지도 않는다.
점화제의 사용으로 인해 산화성 금속이 활성화된다. 산화성 금속 표면에 형성된 얇은 산화 층을 통해 부동화(passivate) 된다. 점화제로 인해 예를 들어 산화 층이 적어도 부분적으로 에칭(etching)될 수 있고, 파괴될 수 있으므로, 밝은 금속(bright metal)이 표면에 노출된다. 밝은 금속은 매우 쉽게 산화될 수 있으므로, 산화성 금속의 산화가 시작되고 피더가 점화된다. 그러나, 점화제로서 금속 주조의 조건에서 매우 쉽게 점화되고, 열이 발산되는 재료가 사용될 수 있으며, 열로 인해 산화성 금속이 다시 점화될 수 있다. 점화제는 우선 자체로 점화되고, 이로 인해 산화성 금속의 산화가 시작된다.
알루미늄 주조에 적합한, 즉 상대적으로 낮은 온도 레벨에서 균일한 열이 생성됨으로써 피더의 보상 공동에 있는 알루미늄이 오랫동안 액상 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 알루미늄이 주형 공동에서 경화되는 동안 알루미늄이 피더의 보상 공동으로부터 주조 주형의 주형 공동으로 역류 될 수 있다. 이로 인해 알루미늄 경화시 기공이 형성되고, 보상 공동과 주형 공동을 연결하기 위해 떨어져 있는 위치에서 컨트롤 되므로, 주조 결함이 확실히 감소 될 수 있다. 산화의 발열 및 여기서 생겨난 보상 공동의 알루미늄을 액상 상태에서 유지하기 위한 가능성으로 인해 지금까지의 자연적 피더와 비교해 볼 때 피더 및 보상 공동이 현저하게 감소 될 수 있다. 따라서, 주조 이후에 주물에 남아 있는 피더의 잔여물이 일반적으로 적으며, 피더 잔여물의 융해를 위해 재사용시 필요한 에너지 양이 지금까지의 종래의 방법에 비해 적게 소요된다.
따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 주조용 피더 제조를 위한 발열성 주형 재료 혼합물은 적어도 다음과 같은 것을 포함한다:
- 내화성 베이스 주형 재료;
- 결합재;
- 주형 재료 혼합물에 대하여 5 내지 18 중량%의 산화성 금속;
- 상기 산화성 금속의 완전한 산화를 위해 필요한 산화제의 양에 대하여 10 내지 50 중량%의 산화제;
- 상기 산화성 금속의 양에 대하여 1 내지 50 중량%의 산화성 금속의 산화를 위한 점화제.
피더 제조를 위해 공지된 것과 같은 재료가 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물의 제조를 위해 사용된다. 그러나, 상기 재료는 특별히 정해진 비율에서 사용되므로, 산화 및 열 발생이 조절되고 매우 낮은 레벨로 지속적으로 유지될 수 있다.
우선, 주형 재료 혼합물은 내화성 베이스 주형 재료를 포함한다. 내화성 베이스 주형 재료는 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물로 제조된 피더가 점화 이후에 도달하는 온도보다 현저하게 높은 융점을 갖는다. 바람직하게는 내화성 베이스 주형 재료의 융점은 피더의 최대 온도보다 적어도 200℃, 바람직하게는 500℃ 높다. 바람직하게는 내화성 베이스 주형 재료는 적어도 1300℃, 특히 바람직하게는 적어도 1500℃이다. 실시 형태에 따라, 3000℃ 미만, 또 다른 실시 형태에 따라 2700℃ 미만의 내화성 베이스 주형 재료가 사용된다. 적합한 내화성 베이스 주형 재료 혼합물은 예를 들어, 석영, 알루미늄 나트륨 또는 산화 지르콘 모래이다. 또한, 합성으로 제조된 충전제가 사용될 수 있으며, 예컨대 멀라이트(Al2SiO5)가 있다. 내화성 베이스 주형 재료 혼합물의 선택에는 자체로 제한이 없다. 내화성 베이스 주형 재료는 충분한 입자 크기를 가지므로, 주형 재료 혼합물로부터 제조된 피더는 주조 공정 동안 휘발성 화합물의 유출을 가능하게 하기 위해 충분히 높은 투과성을 구비한다. 바람직하게는 내화성 베이스 주형 재료의 적어도 70 중량%, 특히 바람직하게는 적어도 80 중량%는 입자 크기 > 100㎛이다. 내화성 베이스 주형 재료의 평균 입자 크기 D50은 바람직하게는 100 내지 350㎛이다. 입자 크기는 예를 들어 체분석(sieving analysis)을 통해 확정될 수 있다.
주형 재료 혼합물의 내화성 재료의 비율은 바람직하게는 10 내지 75 중량%, 바람직하게는 40 내지 70 중량% 범위에서 선택된다.
또한, 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물은 결합재를 포함하며, 내화성 베이스 주형 재료의 입자 간의 견고한 점착이 실시됨으로써 성형 이후에 주형 재료 혼합물이 결합재와 함께 견고해 질 수 있다. 결합재의 양은 주형 재료 혼합물로 제조된 피더의 충분한 주형의 안정성을 보장하도록 하기 위해 충분히 높게 선택된다. 또한, 피더 제조시 일반적인 모든 결합재가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 주형 재료 혼합물에 유기 결합재 뿐 아니라, 무기 결합제가 사용될 수 있으며, 결합재의 경화는 저온 방식 또는 고운 방식으로 실시될 수 있다. 저온 방식이란, 일반적으로 실온에서 주형 재료 혼합물의 가열 없이 실시되는 방법을 말한다. 이때, 경화는 대부분 화학 반응을 통해 실시되며, 화학 반응은 예를 들어 가스 형태의 촉매가 경화될 주형 재료 혼합물을 통과하거나, 또는 액상 촉매가 상기 주형 재료 혼합물에 첨가됨으로써 유발될 수 있다. 고온 방식이란, 예를 들어 결합재에 함유된 용매를 제거하기 위해, 또는 화학 반응을 개시하기 위해 성형 이후에 주형 재료 혼합물이 충분히 높은 온도로 가열되는 것을 말하며, 이로 인해 결합재는 가교 결합(cross-linking)에 의해 경화된다.
콜드-박스-결합재, 즉 촉매의 첨가를 통한 저온 방식으로 경화되는 결합재 사용시, 결합재는 바람직하게는 아민을 통해 활성화되는 페놀-우레탄-수지, SO2을 통해 활성화되는 에폭시-아크릴-수지, CO2 또는 메틸포메이트를 통해 활성화되는 알칼리성 페놀 수지 계열 및 CO2를 통해 활성화되는 물유리로부터 선택된다. 콜드-박스-결합재는 당업자에게 자체로 공지되어 있다. 결합재 시스템은 예를 들어 US 3,409,579 또는 US 4,526,219에 기재되어 있다. 또한 다른 결합재, 예를 들어 덱스트린, 폐아황산염(sulfite waste lye) 또는 솔트 결합재(salt binder)가 사용될 수도 있다.
폴리우레탄 계열의 결합제는 일반적으로 2개의 성분으로 구성되며, 첫 번째 성분은 페놀수지를 포함하고, 두 번째 성분은 폴리이소시아네이트를 포함한다. 두 성분은 내화성 베이스 주형 재료와 혼합되며, 주형 재료 혼합물은 래밍(ramming), 블로잉(blowing), 슈팅(shooting) 또는 다른 방법을 통해 주형으로 옮겨져 농축되고, 이어서 경화된다. 촉매가 주형 재료 혼합물로 유입되는 방법에 따라, "폴리우레탄 비소성 방식" 및 "폴리우레탄 콜드-박스-방식"이 서로 구분된다.
폴리우레탄 비소성 방식의 경우, 주형 재료 혼합물이 주형으로 옮겨져 경화되기 전에, 주형 재료 혼합물로 액상 촉매, 일반적으로 액상 3차 아민이 유입된다. 주형 재료 혼합물을 제조하기 위해, 페놀 수지, 폴리이소시아네이트 및 경화 촉매가 내화성 베이스 주형 재료와 혼합된다. 또한, 예를 들어 내화성 베이스 주형 재료가 우선 결합제 성분으로 코팅되고, 이어서 다른 성분이 첨가되는 방식으로 진행하는 것도 가능하다. 경화 촉매는 상기 성분 중 하나에 첨가된다. 준비 완료된 주형 재료 혼합물은 충분히 긴 가공 시간을 가져야 하므로, 주형 재료 혼합물은 충분히 긴 시간 동안 유연하게 성형 되고, 피더로 가공될 수 있다. 중합 작용은 이에 대응하여 천천히 진행되어야 하므로, 주형 재료 혼합물의 경화가 공급 용기 또는 공급 파이프에서 미리 발생하지 않는다. 다른 한편으로, 주조 주형의 제조시 충분히 높은 처리량을 달성하기 위해서는 경화가 너무 천천히 진행되어서는 안 된다. 가공 시간은 예를 들어 주형 재료 혼합물의 경화를 느리게 하는 지연제를 첨가함으로써 영향을 받을 수 있다. 적합한 지연제는 예를 들어 인산염화물이다.
폴리우레탄-콜드-박스-방식의 경우, 주형 재료, 폴리올 성분, 폴리이소시아네이트 성분 및 경우에 따라 첨가제로 제조된 주형 재료 혼합물은 우선 촉매 없이 주형으로 옮겨진다. 이어서, 피더로 성형된 주형 재료 혼합물을 통해 가스 형태의 3차 아민이 유입되며, 아민은 필요할 경우 불활성 담체 가스와 혼합될 수 있다. 가스 형태의 촉매와 접촉시 결합재는 매우 빨리 경화되므로, 피더 제조시 높은 처리량이 달성된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물에 무기 결합재가 사용된다.
바람직한 실시 형태에 따라, 발열성 주형 재료 혼합물에서 물유리가 결합재로 사용된다. 결합재로서 물유리의 사용은 피더 연소시 유기 결합재를 사용할 때보다 적은 연기가 발생하는 장점을 갖는다. 이로 인해, 주조시 발생하는 유해한 화합물의 오염 및 악취가 감소한다. 결합재로서 이미 주조 산업용 주형 재료 혼합물에서 사용된 기존의 물유리가 물유리로서 사용될 수 있다. 물유리는 용해된 나트륨 실리케이트 및 칼륨 실리케이트를 포함하고, 유리 형태의 칼륨 실리케이트 및 나트륨 실리케이트가 물에 용해됨으로써 제조될 수 있다. 물유리는 바람직하게는 2.0 내지 3.5 범위에서 M2O/SiO2의 비율을 갖고, M는 나트륨 및/또는 칼륨을 나타낸다. 물유리는 바람직하게는 20 내지 50 중량% 범위에서 고체 비율을 갖는다. 또한, 피더 제조를 위해 고체 물유리가 사용될 수도 있다. 피더 제조를 위한 성형 화합물의 비율을 위해 물유리의 고체 비율이 개별적으로 고려될 수 있다.
건조된 상태, 즉 결합재를 희석시키기 위한 용매를 고려하지 않은 상태에서 계산된 결합재 비율은 건조된 주형 재료 혼합물과 관련하여 바람직하게는 5 내지 50 중량%, 특히 바람직하게는 8 내지 40 중량%, 특히 더 바람직하게는 10 내지 20 중량% 범위에서 선택된다.
또 다른 성분으로서 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물은 산화성 금속을 포함한다. 또한 여기서도 이미 지금까지 발열성 피더 제조를 위해 사용된 자체로 모든 산화성 금속이 사용될 수 있다. 금속은 산화제와 반응할 때보다 충분한 반응성을 구비해야 하므로, 액상 알루미늄과 접촉시 피더가 확실하게 점화될 수 있다.
본 발명에 따라, 주형 재료 혼합물에 대한 산화성 금속의 비율은 상대적으로 적게 함유되므로, 주철 주물 및 강철 주물용 피더와 비교할 때 단지 상대적으로 적은 열이 발생하고, 주형 재료 혼합물로 제조된 피더는 단지 바람직하게는 1250℃ 미만의 온도에 이를 때까지 가열된다. 주형 재료 혼합물에 대한 산화성 금속의 비율은 주형 재료 혼합물의 중량과 관련하여 단지 5 내지 18 중량%, 바람직하게는 8 내지 15 중량%, 특히 바람직하게는 9 내지 14 중량%이다. 이것은 주철 주조 및 강철 주조용 피더와 비교할 때, 매우 낮은 수치이다. 주철 주조 및 강철 주조용 피더는 산화성 금속의 함량을 20 내지 33 중량% 범위에서 갖는다. 백분율 기재는 예를 들어 결합재의 용매를 통해 주형 재료 혼합물로 유입된 용매의 비율을 포함하지 않은 주형 재료 혼합물과 관련된 것이다.
또한, 주형 재료 혼합물은 산화제를 함유하며, 산화제로 인해 피더의 점화 이후에 산화성 금속이 산화된다. 산화제로서 예를 들어 산화철 및/또는 질산 나트륨 또는 질산 칼륨과 같은 알칼리 질산염이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 주형 재료 혼합물에서 강한 아화학량론적 양에 따른 산화제가 사용된다. 이로 인해, 산화성 금속의 산화가 매우 느리게 진행되며, 그 이유는 완전한 산화를 진행시키기 위해 추가로 공기 중의 산소가 산화성 금속으로 전달되어야 하기 때문이다. 산화성 금속을 완전하게 산화시키기 위한 것과 관련된 산화제의 양과 관련하여 산화제의 비율은 10 내지 50 중량%, 바람직하게는 15 내지 35 중량%, 특히 바람직하게는 20 내지 30 중량% 범위에서 선택된다.
주형 재료 혼합물의 중량과 관련하여, 비율은 사용된 산화제에 의해 좌우된다. 바람직하게는 주형 재료 혼합물에 대한 산화제의 비율은 3 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 18 중량%, 특히 바람직하게는 7 내지 15 중량% 범위에서 선택된다.
또한, 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물은 산화성 금속의 산화를 위한 점화제를 포함한다. 본 발명에 따른 발전 된 주형 재료 혼합물 있어서, 본 발명의 발명자는 산화성 금속의 입자가 얇은 산화 층을 통해 부동화 되었다는 생각에 기반을 두고 있다. 점화제로서 부동화(passivation)를 극복할 수 있는 모든 재료가 적합하며, 부동화는 산화성 금속이 상기 금속의 표면에 형성된 산화 층을 통해 실시된다. 점화제는 부동화된 산화 층의 파괴에 영향을 주므로, 밝은 산화성 금속이 노출된다. 이를 위해, 점화제는 얇은 산화 층과 반응하며, 이것은 예를 들어 환원되거나, 또는 산화성 금속의 지속적인 부동화에 영향을 주지 않고, 산화제를 위해 더 잘 투과될 수 있는 화합물로 전환된다. 점화제로 인해, 산화성 금속에 존재하는 부동화 층이 식각(etching) 될 수 있다. 점화제는 산화성 금속, 예를 들어 알루미늄의 부동화 층과 반응하는 브롬 또는 요드와 같은 할로겐일 수 있다. 점화제는 산화성 금속보다 더 용이하게 산화될 수 있는 재료일 수도 있고, 산화시 충분히 높은 열 발생을 보여주므로, 산화성 금속은 적어도 단면적으로 용융되고, 이로 인해 부동화 층이 손상될 수 있다.
사용된 산화성 금속의 양과 관련하여, 점화제는 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 25 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 30 내지 35 중량% 비율에서 사용된다.
주형 재료 혼합물의 중량과 관련하여, 점화제의 비율은 바람직하게는 1 중량% 초과, 바람직하게는 2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 3 중량% 초과이며, 또 다른 실시 형태에 따라, 4 중량% 초과 범위에서 선택된다. 산화성 금속을 활성화하기 위해, 실시 형태에 따라 점화제의 비율이 15 중량% 미만, 바람직하게는 12 중량% 미만, 특히 바람직하게는 9 중량% 미만의 범위에서 선택될 경우 충분하다.
본 발명에 따른 주형 재료 혼합물의 특별한 성분을 통해 피더가 제조될 수 있으며, 피더는 점화 이후에 바람직하게는 1250℃ 미만, 특히 바람직하게는 1150℃ 미만의 최대 온도를 갖는 온도 분포를 재생할 수 있으며, 연소가 균일하고 컨트롤된 상태로 진행된다. 다른 한편, 연소시 피더는 바람직하게는 600℃ 초과, 특히 바람직하게는 700℃ 초과의 온도에 도달하므로, 알루미늄이 배열된 주조 주형의 주형 공동에서 경화될 때까지 피더 기공에 있는 알루미늄이 액상 상태로 유지된다. 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물로 제조된 피더의 보상 공동에 함유된 알루미늄은 확실하게 액상 상태로 유지되므로, 주물의 피딩이 컨트롤 및 재생 가능한 조건에서 실시된다. 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물로부터 피더가 제조될 수 있으며, 피더는 주어진 피더 용량의 경우 자연적 피더 또는 단열 피더 보다 높은 비율을 구비하며, 미리 정해진 비율의 경우 적은 피더 용량을 구비한다.
첫 번째 실시 형태에 따라, 산화성 금속의 산화를 위한 점화제는 에칭제(etching agent)이며, 에칭제는 산화성 금속의 부동화 표면을 에칭할 수 있다. 에칭제란, 산화성 금속, 일반적으로 산화막의 부동화 층과 반응할 수 있는 화합물로 이해할 수 있으므로, 부동화 층이 파괴되고, 산화성 금속의 반응력 및 점화력이 증가 된다.
바람직하게는 점화제로서 불소를 함유한 용융제가 사용된다. 불소를 함유한 용융제의 비율은 나트륨헥사플로로알루민산염으로 계산된다.
이미 발열성 피더 제조에서 사용된 불소를 함유한 모든 용융제가 자체로 사용될 수 있다. 불소를 함유한 적합한 용융제는 예를 들어 나트륨헥사플로로알루민산염, 칼륨헥사플로로알루민산염, 나트륨플로로 및 칼륨플로로가 있다. 불소를 함유한 용융제의 높은 비율로 인해 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물의 낮은 점화 온도 및 균일한 연소가 달성된다.
두 번째 실시 형태에 따라, 점화제로서 마그네슘이 사용된다. 마그네슘 메탈이 상대적으로 용이하게 점화될 수 있고, 산화시 높은 열을 발생시킨다.
발열성 주형 재료 혼합물에 대한 마그네슘의 비율은 주형 재료 혼합물과 관련하여 바람직하게는 적어도 3 중량%, 특히 바람직하게는 5 중량%이다. 마그네슘의 비율이 너무 낮을 경우, 혼합물의 가연성에 적은 영향을 준다. 마그네슘 메탈은 자체로 임의의 형태로 사용될 수 있다. 바람직하게는 마그네슘은 미세한 그릿(fine grit)의 형태로 사용되며, 그 이유는 상기 그릿이 매우 균일하게 주형 재료 혼합물에 분포될 수 있기 때문이다.
마그네슘 메탈은 순수한 형태로 사용될 수 있다. 그러나, 마그네슘은 합금의 형태, 예를 들어 산화성 금속, 예컨대 알루미늄-마그네슘-합금의 형태로 사용하는 것도 가능하다. 마그네슘이 합금에 정교하게 분포됨으로써, 합금의 점화 온도가 내려갈 수 있으므로, 액상 알루미늄이 피더의 보상 공동으로 유입될 때 주형 재료 혼합물 및 주형 재료 혼합물로 제조된 피더의 컨트롤된 점화가 달성된다. 합금에 대한 마그네슘의 비율은 바람직하게는 30 중량% 초과, 특히 바람직하게는 40 중량% 초과, 특히 더 바람직하게는 50 내지 80 중량% 초과 범위에서 선택된다.
본 발명에 따른 주형 재료 혼합물에 사용된 산화성 금속은 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘과 규소 계열 및 상기 계열의 합금으로부터 선택된다. 전술한 금속 및 합금은 각각 사용될 수 있거나, 또는 혼합물로서 사용될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 산화성 금속뿐 아니라 점화제가 마그네슘을 통해 형성될 수 있다. 그러나, 마그네슘이 예컨대 알루미늄보다 얻기가 더 어렵기 때문에, 바람직하게는 알루미늄이 산화성 금속으로 선택된다. 마그네슘은 바람직하게는 점화제로서 사용되고, 산화성 금속으로 사용되는 것은 바람직하지 않다.
산화성 금속은 바람직하게는 발열성 주형 재료 혼합물에 균일하게 분포되기 때문에, 점화 이후에 피더의 균일한 가열이 실시될 수 있다. 따라서, 산화성 금속은 바람직하게는 분말 형태 또는 정교한 과립형 및 그릿의 형태로 주형 재료 혼합물에 삽입될 수 있다. 물론, 산화성 금속은 정교하게 분포된 형태로 존재해서는 안 되며, 그렇지 않을 경우 금속 입자가 너무 큰 반응성을 획득할 수 있고, 산화성 금속의 산화가 너무 빨리 진행된다. 바람직하게는 산화성 금속의 입자 크기는 0.05㎛ 초과, 특히 바람직하게는 0.1㎛ 초과 범위에서 선택된다. 다른 한편, 입자 크기는 바람직하게는 너무 큰 것이 선택되어서는 안 되며, 그 이유는 주조 공정이 진행되는 동안 피더의 균일한 열 발생이 더 이상 보장되지 않기 때문이다. 바람직하게는 산화성 금속의 입자 크기는 1mm 미만, 특히 바람직하게는 0.8mm 미만, 특히 더 바람직하게는 0.5mm 미만의 범위에서 선택된다. 산화성 금속의 입자 크기는 종래의 방법, 예를 들어 체 분석을 통해 확정될 수 있다.
점화제로서 마그네슘이 사용될 경우, 마그네슘 그릿의 입자 크기는 전술한 산화성 금속과 마찬가지의 범위에서 선택된다.
피더 및 보상 공동에 포함된 액상 알루미늄의 열 손실을 가능하면 적게 유지하기 위해, 피더는 바람직하게는 주형 재료 혼합물이 단열 효과를 갖도록 실시된다. 이를 위해, 실시 형태에 따라 내화성 베이스 주형 재료는 적어도 부분적으로 단열 내화성 재료에 의해 형성되도록 제공된다. 단열 내화성 재료란, 내화성 베이스 주형 재료로 이해할 수 있으며, 내화성 베이스 주형 재료는 규사보다 더 안 좋은 열 전도율을 갖는다. 적합한 단열 내화성 재료는 예를 들어, 부석, 기공 유리구(hollow glass sphere), 샤포트, 경구(light sphere), 운모, 점토, 개방-셀 세라믹 및 비교가능한 재료가 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물에는 적은 열 전도율을 갖는 단열 내화성 재료가 사용된다. 바람직하게는 단열 내화성 재료의 열 전도율은 0.04 - 0.25 W/mK, 바람직하게는 0.07 내지 0.2 W/mK이다. 열 전도율은 종래의 장치, 예를 들어 ASTM-C-1113에 따라 T(R) 방식에 입각한 TCT 426 열 전도율 검사 장치를 통해 결정된다.
본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물의 내화성 베이스 주형 재료는 바람직하게는 적어도 단열 내화성 재료의 비율을 포함하며, 단열 내화성 재료는 중공 공동을 구비하고, 중공 공동에 밀폐된 가스를 통해 강력하게 단열 된다. 실시 형태에 따라, 단열 내화성 재료로서 발열성 주형 재료 혼합물은 내화성 중공 미세구의 비율을 포함한다. 중공 미세구는 지속적인 외부 커버(outer envelope)를 구비하고, 상기 커버는 가스가 채워진 중공 공동을 감싸고 있다. 커버는 바람직하게는 알루미늄 규산염으로 구성되어 있다. 중공 미세구는 바람직하게는 3mm 미만, 특히 바람직하게는 1mm 미만의 지름을 갖는다. 중공 미세구의 벽 두께는 바람직하게는 중공 미세구 지름의 5 내지 20%를 차지한다. 중공 미세구는 예를 들어 산업 플랜트의 연소 배기 가스에서 분리된 비산재(fly ash)로부터 획득될 수 있다. 알루미늄 규산염 중공 미세구의 화합물은 또 다른 영역 내에서 달라질 수 있다. 바람직하게는 알루미늄 비율은 Al2O3로 계산되고, 중공 미세구의 중량과 관련하여 20 내지 75%, 바람직하게는 25 내지 40%이다. 내화성 베이스 주형 재료에 대한 중공 미세구의 비율은 30% 초과, 바람직하게는 40% 초과, 특히 바람직하게는 60 내지 95% 범위, 특히 더 바람직하게는 65 내지 90 중량% 범위에서 선택된다. 또한, 0 내지 25%의 알루미늄 함량을 갖는 유리 중공체(hollow glas ball)가 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 형태에 따라, 단열 내화성 재료로서 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물은 적어도 개방-셀 구조를 갖는 다공성 내화성 재료를 부분적으로 포함한다. 개방-셀 구조로 인해 피더는 매우 우수한 가스 투과성을 획득하게 되므로, 액상 알루미늄 유입시 보상 공동에 있는 공기가 억제됨이 없이 유출될 수 있고, 피딩시 액상 알루미늄이 보상 공동으로부터 유출될 경우, 액상 알루미늄이 다시 보상 공동으로 억제됨이 없이 역류 될 수 있다.
지속적으로 개방된 기공 구조를 갖는 다공성 내화성 재료란, 스펀지 형태의 구조를 갖는 내화성 재료로 이해할 수 있으며, 스펀지 형태의 구조는 입자의 전체 용량을 통해 확대된다. 개방-셀 구조는 예를 들어 입자의 샘플 이미지에서, 경우에 따라 현미경을 확대하여 확인될 수 있다. 전술한 중공 미세구의 경우 개별 "기공(pore)"이 가스 밀봉된 커버에 의해 감싸져 있고, 따라서 중공 미세구와 주변부 간의 가스 교환이 불가능한 반면, 개방-셀 다공성 내화성 재료는 개별 기공과 주변부의 가스 교환을 가능하게 하는 통로(passage)에 의해 관통된다. 개방-셀 기공 재료의 전체 용량에 대한 기공의 비율은 바람직하게는 매우 높다. 바람직하게는 다공성 내화성 재료는 다공성 내화성 재료의 전체 용량과 관련하여 적어도 50%, 특히 바람직하게는 적어도 60%, 특히 더 바람직하게는 적어도 65%의 기공 용량을 갖는다. 기공 용량은 예를 들어 수은 침투(mercury intrusion)를 통해 확정될 수 있다.
적합한 다공성 내화성 재료는 예를 들어, 부석, 석면 슬레이트, 펄라이트, 질석, 보일러 모래, 발포 용암, 다공성 유리 중공체 또는 가스 콘크리트 및 전술한 것의 혼합물이 있다.
실시 형태에 따라, 개방-셀 구조를 갖는 본 발명의 발열성 주형 재료 혼합물에 포함된 다공성 내화성 재료는 바람직하게는 0.5 g/ml 미만, 특히 바람직하게는 0.4 g/ml 미만, 특히 더 바람직하게는 0.05 내지 0.4 g/ml 미만의 밀도를 갖는다. 여기서 밀도란, 벌크 밀도(bulk density)로 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물로 제조된 피더는 단열 내화성 재료를 포함하고, 바람직하게는 적은 중량을 갖는다. 피더는 예를 들어 모델에 고정될 수 있고, 상기 모델 및 형태가 방향 전환되더라도 적은 중량 때문에 탈거(fall off)되지 않는다.
내화성 베이스 주형 재료는 단열 내화성 재료에 의해 완전히 또는 부분적으로 형성될 수 있다. 또한, 비용 문제 때문에 바람직하게는 단열 내화성 재료와 적은 단열 효과를 갖는 또 다른 내화성 베이스 주형 재료의 혼합물이 사용된다. 단열 내화성 베이스 주형 재료의 범례는 거의 언급되지 않았다. 단열 내화성 재료와 혼합될 수 있는 적합한 내화성 베이스 주형 재료의 예는 규사이다. 바람직하게는 내화성 베이스 주형 재료에 대한 단열 내화성 재료의 비율은 20 중량% 초과, 특히 바람직하게는 30 중량% 초과, 특히 더 바람직하게는 40 중량% 초과에서 선택된다. 내화성 베이스 주형 재료에 대한 단열 내화성 재료의 비율이 바람직하게는 80 중량% 미만, 특히 바람직하게는 70 중량% 미만, 특히 더 바람직하게는 60 중량% 미만에서 선택될 경우, 충분한 단열 효과가 달성된다.
본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물은 바람직하게는 적어도 150, 바람직하게는 200 초과, 특히 더 바람직하게는 300 초과의 가스 투과성 비율 갖는다. 가스 투과성은 주형 본체 또는 주물 모래의 투과성을 위한 종래의 주조 공장에서 일반적인 파라미터(parameter)이다. 가스 투과성은 특정한 형태를 구비한 시험체(test body), 즉 Georg Fischer AG, Schaffhausen, Schweiz 회사의 장치로 결정된다. 가스 투과성의 결정은 실시 예에 기재되어 있다.
실시 형태에 따라, 부석은 개방-셀 구조를 갖는 다공성 내화성 재료로서 사용된다. 부석은 자연 발생적인 텍타이트(tektite)이며, 일반적으로 식별 불가능한 결정체의 비정질 구조를 지닌다. 부석은 약 0.3 g/cm3에 이르는 특히 적은 중량을 갖는다. 부석은 약 85%에 이르는 매우 높은 기공 용량을 갖는다. 부석은 높은 투과성 때문에 매우 높은 가스 투과성을 갖는다.
바람직하게는 적합한 입자 크기의 분말로 되어 있는 자연 발생적인 재료가 부석으로 사용된다. 분말 형태의 부석의 입자 크기는 바람직하게는 1.5mm 미만, 특히 바람직하게는 1mm 미만이다. 상기 입자 크기는 예를 들어 체 거름 또는 공기 선별(air classification)을 통해 조절될 수 있다.
또 다른 적합한 단열 내화성 재료는 다공성 유리 중공체이다. 다공성 유리 중공체의 입자 크기는 바람직하게는 0.1 내지 1mm이다. 벌크 밀도는 바람직하게는 200 내지 500 kg/m3이다.
내화성 베이스 주형 재료와 함께, 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물은 실시 형태에 따라 반응성 산화 알루미늄의 비율을 함유할 수 있다. 상기 반응성 산화 알루미늄은 바람직하게는 다음과 같은 특성을 갖는다:
Al2O3 > 90%
OH-계열의 함량 < 5%
특수 표면(BET) 1 내지 10 m2/g
중간 입자 지름(D50) 0.5 내지15㎛
주형 재료 혼합물을 위해 반응성 산화알루미늄을 첨가함으로써 주형 재료 혼합물로 제조된 피더의 강도가 향상될 수 있다.
반응성 산화알루미늄은 발열성 주형 재료 혼합물의 중량과 관련하여 바람직하게는 2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 5 중량% 초과의 비율로 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물에 함유되어 있다.
내화성 베이스 주형 재료가 부분적으로 단열 내화성 재료로부터 형성된다면, 발열성 주형 재료 혼합물은 상대적으로 적은 SiO2-비율을 갖는다. 바람직하게는, 내화성 충전제는 60 중량% 미만, 특히 바람직하게는 50 중량% 미만, 특히 더 바람직하게는 40 중량% 미만의 SiO2-비율을 갖는다. SiO2의 낮은 비율로 인해 유리화(vitrification)의 위험이 억제되고, 이로 인해 주조 결함이 억제될 수 있다. 실시 형태에 따라, 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물은 혼합 성분으로서 SiO2, 즉 규사를 포함하지 않는다. 주형 재료 혼합물에 포함된 SiO2-비율은 바람직하게는 알루미늄 규산염의 접착된 형태로 존재한다.
특히 바람직하게는, 내화성 충전제는 적어도 부분적으로 샤모트로 형성되어 있다. 샤모트란, 많이 구운(두 배로 구운) 점토로 이해할 수 있으며, 점토는 약 1500℃에 이를 때까지 형상 유지성(shape retention)을 갖는다. 비정질 비율과 함께 샤모트는 결정질 단계의 멀라이트(3Al2O3 . 2SiO2) 및 크리스토발라이트(SiO2)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 샤모트의 입자 크기는 1.5mm 미만, 특히 바람직하게는 1mm 미만의 분말 형태로 되어 있다. 샤모트를 통해 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물로 제조된 피더는 매우 높은 온도 저항성 및 강도를 획득한다.
바람직하게는, 내화성 충전제에 대한 샤모트의 비율은 높은 수치에서 선택된다. 바람직하게는, 내화성 충전제의 중량과 관련하여 샤모트의 비율은 적어도 50 중량%, 특히 바람직하게는 적어도 60 중량%, 특히 더 바람직하게는 적어도 70 중량%이다. 특히 바람직한 실시 형태에서 내화성 충전제는 일반적으로 샤모트로부터만 형성된다. 샤모트는 바람직하게는 분말 형태로 발열성 주형 재료 혼합물에 포함되어 있다. 입자 크기는 바람직하게는 1.5mm 미만, 특히 바람직하게는 1mm 미만이다.
바람직하게는, 샤모트는 산화 알루미늄에 대해 높은 비율을 갖는다. 바람직하게는 샤모트는 적어도 30 중량%, 특히 바람직하게는 적어도 35 중량% 및 특히 더 바람직하게는 적어도 40 중량%의 산화 알루미늄을 포함한다. 바람직하게는, 산화 알루미늄은 알루미늄나트륨의 형태로 존재한다.
내화성 충전제의 비율은 발열성 주형 재료 혼합물의 중량과 관련하여 바람직하게는 5 내지 60 중량%, 특히 바람직하게는 8 내지 50 중량%이다. 내화성 충전제의 비율은 부석 및 반응성 산화 알루미늄의 비율을 포함하지 않는다.
전술한 성분과 함께, 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물은 도 다른 성분을 종래의 양에서 포함할 수 있다. 예를 들어, 목분(wood flour)과 같은 유기재가 포함될 수 있다. 바람직하게는 유기재는 예를 들어 물유리 같은 액상 성분을 흡수하지 않는 형태로 존재한다. 발열성 주형 재료 혼합물을 제조할 때, 목분은 예를 들어 물유리와 같은 적합한 재료로 밀봉될 수 있으므로, 미세한 구멍이 폐쇄된다. 유기재가 존재함으로써, 보상 공동의 벽과 최초 접촉시 액상 알루미늄이 계속해서 냉각된다.
목분과 같은 유기재가 발열성 주형 재료 혼합물에 포함되어 있을 경우, 이것은 발열성 주형 재료 혼합물과 관련하여 바람직하게는 5 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 8 내지 12 중량%의 비율에 포함되어 있다.
전술한 발열성 주형 재료 혼합물로부터 제조된 피더는 특히 알루미늄 주조를 위한 것이며, 그 이유는 점화 이후에 상대적으로 적은 열이 발생하고, 따라서 피더의 보상 공동에 배열된 액상 알루미늄이 고온으로 가열되지 않으므로, 알루미늄의 보일링(boiling) 현상이 억제된다. 이로 인해 주물에 있는 가스 오유물 및 주물의 결정 구조 장애가 효과적으로 억제된다.
따라서, 본 발명은 알루미늄 주조를 위한 피더에 관한 것이며, 전술한 것처럼 발열성 주형 재료 혼합물로 제조된다. 피더는 연소시 1250℃ 미만, 바람직하게는 1150℃ 미만, 특히 더 바람직하게는 1050℃ 미만의 온도에 도달한다. 피더의 보상 공동에 함유된 알루미늄을 충분한 시간 동안 액상 형태로 유지하기 위해, 피더는 연소시 바람직하게는 600℃ 초과, 특히 바람직하게는 700℃ 초과 온도에 도달한다.
본 발명에 따른 알루미늄 주조용 발열성 피더는 보상 공동 및 보상 공동을 감싸고 있는 피더 벽을 포함하며, 피더 벽은 적어도 아래와 같은 재료로 구성된다:
- 내화성 베이스 주형 재료;
- 결합재;
- 상기 피더 벽의 중량에 대하여 5 내지 18 중량%의 산화성 금속;
- 상기 산화성 금속의 완전한 산화를 위해 필요한 산화제의 양에 대하여 10 내지 50 중량%의 산화제;
- 상기 산화성 금속의 양에 대하여 15 내지 50 중량%의 산화성 금속의 산화를 위한 점화제.
본 발명에 따른 알루미늄 주조용 발열성 피더는 자체로 공지된 피더의 모든 형태로 추정할 수 있다. 여기서 사용된 "피더" 개념은 예를 들어 피더 슬리브, 즉 양측이 개방되어 있는 원통형 파이프, 캡스(caps), 즉 한쪽이 폐쇄되어 있는 원통형 파이프 및 지역적 의미에서 피더를 포함한다. 피더는 주조 주형에 삽입될 수 있거나, 또는 주조 주형으로 성형 될 수 있다. 본 발명의 의미에서 피더란, 보상 공동을 감싸고 있는 피더 벽을 포함한 주형 본체로 이해할 수 있으며, 보상 공동은 한쪽 면 또는 양쪽 면으로 개방될 수도 있다. 보상 공동은 금속 주조 동안에 용융 금속을 수용하고, 주물이 경화하는 동안 상기 용융 금속을 적어도 부분적으로 다시 배출한다. 피더 잔여물이란, 경화된 금속으로 이해할 수 있으며, 상기 금속은 주조 공정 이후에 피더의 보상 공동에 잔류하여 경화되고, 주물과 함께 결합 된다.
피더의 개별 성분 및 바람직한 실시 형태는 이미 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물에서 설명되었다. 따라서, 발명의 상세한 설명의 대응하는 부분과 관련된다.
본 발명에 따른 알루미늄 주조용 발열성 피더는 금속 주조, 예를 들어 주철 주물 및 강철 주물을 위해 공지된 자체로 임의의 모든 형태로 추정할 수 있다. 피더는 하나 또는 다수로 실시될 수 있으며, 전체 피더 또는 피더의 단지 일부만 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물로 제조된 것일 수 있다. 피더는 발열성 주형 재료 혼합물로 제조된 피더 헤드를 포함하며, 이동 가능한 슬리브가 피더 헤드에 삽입될 수 있고, 상기 슬리브는 피더 헤드에 포함된 보상 공동과 주조 주형의 주형 공동 사이를 연결한다. 피더는 하나의 형태로 형성될 수 있으므로, 직접 모델에 배치할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 피더가 삽입되는 스프링 심축(spring mandrel)용 용기(receptacle)를 제공하는 것도 가능하다.
알루미늄 주조에 사용된 지금까지의 피더와 반대로, 본 발명에 따른 발열성 피더는 일반적으로 작은 것이 실시될 수 있다. 피더의 내부에 있는 보상 공동은 상대적으로 작은 것이 실시될 수 있으며, 그 이유는 보상 공동에 유입된 알루미늄의 양이 주조시 피더의 발열 특성으로 인해 액상 상태로 유지되기 때문이다.
본 발명에 따른 피더는 자체로 모든 크기 및 모든 벽 두께를 갖는 피더가 실시될 수 있다. 따라서, 실시된 치수가 실시 예로서 아래와 같이 설명된다.
보상 공동의 용량은 제조될 주물 및 알루미늄을 경화하는 동안 주물에서 발생하는 수축률에 따라 선택된다. 실시 형태에 따라 2000 cm3 미만, 또 다른 실시 형태에 따라 1500 cm3 미만, 또 다른 실시 형태에 따라 500 cm3 미만의 보상 공동의 용량이 선택된다. 또한, 보상 공동의 용량이 2000 cm3 초과인 보상 공동을 구비한 피더를 제공하는 것도 가능하다. 실시 형태에 따라, 100 cm3 초과의 보상 공동의 용량이 선택된다.
피더의 벽 두께 및 외부 용량은 알루미늄 주조를 위한 종래의 피더의 경우보다 적은 용량에서 선택될 수 있다.
실시 형태에 따라, 피더의 외부 용량, 즉 피더 헤드를 여러 번에 걸쳐 실시할 경우 피더의 외벽으로 인해 한정되는 용량은 3000 cm3 미만, 또 다른 실시 형태에 따라 2500 cm3 미만, 또 다른 실시 형태에 따라 1000 cm3 미만이다. 그러나, 3000 cm3 초과의 외부 용량을 갖는 본 발명에 따른 피더가 제공될 수 있다. 실시 형태에 따라, 피더의 외부 용량은 250 cm3 초과에서 선택된다.
본 발명에 따른 피더의 최대 벽 두께는 실시 형태에 따라 15 cm 미만, 또 다른 실시 형태에 따라 8 cm, 또 다른 실시 형태에 따라 4 cm 미만이다. 그러나, 최대 벽 두께가 15 cm 초과인 본 발명에 따른 피더를 제공하는 것도 가능하다. 실시 형태에 따라, 0.5 cm 초과, 또 다른 실시 형태에 따라 1 cm 초과인 벽 두께가 선택된다. 최대 벽 두께는 보상 공동을 감싸고 있는 피더 벽의 가장 깊은 위치에 대응하며, 각각 외벽과 내벽 사이의 가장 짧은 간격이 측정된다.
피더 크기 및 치수의 선택은 주물의 영향을 많이 받는다. 그러나, 당업자는 전문 지식에 근거하여, 필요할 경우 선경험을 결부시켜 적합한 치수의 피더를 선택할 수 있다.
자연적인 피더, 즉 규사처럼 단지 종래의 내화성 베이스 주형 재료로 제조된 피더와 비교할 때, 주물의 피딩을 위해 피더의 보상 공동에 수용되는 알루미늄의 양은 80%까지 감소 될 수 있다.
본 발명에 따른 피더는 자체로 종래의 방법에 따라 제조된다. 우선, 전술한 발열성 주형 재료 혼합물이 제조된다. 이러한 발열성 주형 재료 혼합물은 예를 들어 발열성 주형 재료 혼합물이 압축 공기에 의해 코어 슈팅 장치(core shooter)에서 적합한 형태로 슈팅됨으로써, 블랭크(blank)에 주입된다. 바람직한 내화성 베이스 주형 재료 및 또 발열성 주형 재료 혼합물의 또 다른 성분은 본 발명에 따른 발열성 주형 재료 혼합물의 상세한 설명과 관련하여 이미 설명되었다. 적합한 결합재도 마찬가지로 발열성 주형 재료 혼합물의 상세한 설명에서 이미 설명되었다. 특히 바람직하게는 상기 결합재로서 물유리가 사용된다.
피더 제조시 결합재로서 물유리가 사용될 경우, 발열성 주형 재료 혼합물의 경화는 종래의 방법으로 실시된다. 경화는 피더의 블랭크를 통한 이산화탄소의 운반으로 실시되며, 경화는 바람직하게는 실온에서 실시된다. 그러나, 피더의 블랭크를 예를 들어 120 내지 200℃ 온도로 가열하는 것도 가능하다. 경화를 가속시키기 위해, 피더의 블랭크를 통해 뜨거운 공기가 운반될 수 있다. 불어 넣은 공기의 온도는 바람직하게는 100℃ 내지 180℃, 특히 바람직하게는 120℃ 내지 150℃이다. 첫 번째 경화 이후에 피더는 예를 들어 오븐 또는 마이크로파를 갖는 방사를 통해 건조될 수 있다.
또 다른 결합재, 예를 들어 유기 결합재가 사용될 경우, 발열성 주형 재료 혼합물의 경화는 피더의 성형 이후에 마찬가지로 통용되는 방법을 통해 실시된다. 콜드-박스-결합재의 사용시, 예를 들어 가스 형태의 3차 아민은 피더로 성형 된 발열성 주형 재료 혼합물을 통해 종래의 방법으로 운반될 수 있다.
경화 이후에 피더는 몰딩 장치로부터 분리될 수 있다. 경화는 완전하게 실시되거나, 또는 부분적으로 실시되므로, 분리 이후에 예를 들어 열 작용을 통한 추가 경화가 실시된다.
본 발명에 따른 피더는 알루미늄 주조에 적합하다. 따라서, 본 발명은 알루미늄 주조를 위한 전술한 피더의 사용에 관한 것이다. 피더는 종래의 방법으로 주조 주형에 부착 및 주조 주형에 삽입된다. 주조 주형 제조 이후에, 알루미늄 주조는 종래의 방법으로 실시된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 발열성 피더는, 우선 주형 공동을 구비한 주조 주형이 제공되도록 하는 방법에서 단지 알루미늄 주조를 위해 사용된다. 주조 주형은 전술한 것처럼 보상 공동을 포함하는 하나 이상의 피더를 포함한다.
이어서, 액상 알루미늄이 주조 주형으로 채워지므로, 적어도 주조 주형의 주형 공동 및 피더의 피더 용량은 액상 알루미늄으로 채워진다. 피더 용량은 피더의 보상 공동의 최대 용량에 대응하고, 피딩 초반에 보상 공동에 제공된 알루미늄의 양에 대응한다. 대부분, 피더 용량은 보상 공동 용량미만, 즉 바람직하게는 95% 미만, 특히 바람직하게는 90% 미만으로 선택된다. 바람직하게는, 보상 공동의 용량의 50%가 피더 용량으로 이용된다.
피더의 보상 공동으로 유입된 액상 알루미늄을 통해 피더가 점화된다.
액상 알루미늄이 경화되도록 두며, 알루미늄은 우선 주조 주형의 주형 공동에서 경화된다. 또한, 경화시 발생한 수축을 보상하기 위해 피더의 보상 공동으로부터 주조 주형의 주형 공동으로 액상 알루미늄이 흡입된다.
피더의 발열성 특성 때문에 피더는 높은 비율을 갖고, 보상 공동의 용량은 상대적으로 낮게 선택되며, 피딩을 위해 피더 용량의 높은 비율이 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 피더를 사용할 때, 주물을 피딩하기 위해 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 30%, 특히 바람직하게는 적어도 40%, 특히 더 바람직하게는 적어도 50%의 피더 용량이 이용되며, 대응하는 액상 알루미늄의 양이 피더의 보상 공동으로부터 주조 주형의 주형 공동으로 운반된다. 대개는 보상 공동의 전체 용량이 피딩을 위해 이용될 수 없으므로, 피더의 잔여물이 주물에 남아 있게 된다. 실시 형태에 따라, 피더 용량의 90% 미만이 피딩을 위해 이용된다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 피더의 종단면도;
도 2는 본 발명에 따른 피더의 다른 실시예의 종단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 피더의 종단면도이다. 이 피더(1)는 파이프 형태이다. 피더 벽(2)은 내화성 주형 재료 혼합물로 구성되는데, 이 내화성 주형 재료 혼합물은 산화성 금속의 매우 낮은 함량과, 산화성 금속의 양에 비교하여 아화학량론적으로 선택된 산화제의 함량, 및 비교적 높은 불소 함유 용융제의 함량을 특징으로 한다. 피더 벽(2)은 한쪽 면이 보상 개구(4)를 통해 주변 방향으로 개방된 보상 공동(3)을 둘러싼다. 상기 보상 개구(4)는 주조 주형(도시되어 있지 않음)의 주형 공동을 연결시킨다. 상기 보상 개구(4)의 반대쪽에 배열된 단부에 환기구(5)가 있다. 도시된 피더의 실시예에서 보상 개구(4)의 지름은 환기구(5)의 지름보다 크며, 따라서 피더는 원추 형태를 갖는다. 그러나, 보상 개구(4)와 환기구(5)가 동일한 지름으로 형성되는 것도 가능하며, 이 경우 피더는 파이프 형태를 갖는다. 이러한 피더의 내부 지름은 예컨대 8 cm이고, 벽 두께는 3 cm, 높이는 15 cm 일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 피더의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 피더(6)는 피더 벽(7)에 의해 둘러싸인 보상 공동(3)을 포함하며, 보상 공동(3)은 액상 알루미늄의 열 손실을 감소시키기 위해 위쪽으로 폐쇄되어 있다. 이 피더(6)는 두 부분으로 구성되며, 피더 바닥(8)과 피더 뚜껑(9)을 포함한다. 피더 바닥(8) 및 피더 뚜껑(9)은 함께 피더 벽을 형성하고, 피더 벽은 보상 공동(3)을 둘러싸고 있다. 피더 뚜껑(9)의 중심부에는 스프링 심축(11)의 끝 부분을 수용하는 리세스(10)가 제공된다. 피더 바닥(8)에는 보상 개구(4)가 제공되며, 이 보상 개구를 통해 보상 공동(3)과 주조 주형(도시되지 않음)의 주형 공동의 연결이 형성된다. 피더 바닥(8)과 피더 뚜껑(9)은 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물로 제조되며, 이 주형 재료 혼합물은 산화성 금속의 낮은 함량, 금속의 완전한 산화를 위해 필요한 양과 비교하여 아화학량론적으로 사용된 산화제 및 불소 함유 용융제의 높은 함량을 특징으로 한다. 도 2에 도시된 피더의 지름은 가장 넓은 곳이 약 15 cm이다. 높이는 약 20 cm이다. 피더 뚜껑(9)의 벽 두께는 약 2 cm이다.
분석 방법:
특수 표면의 측정:
BET-표면은 DIN 66131에 따른 Mikromeritics, Typ ASAP 2010 회사의 자동 질소 기공 측정기(nitrogen porosimeter)에 의해 측정된다.
기공 용량:
기공 용량은 DIN 66133에 따른 수은 기공 측정기에 의해 측정된다.
평균 입자 지름(d50):
평균 입자 지름은 제조 지침에 따라 Malvern Instruments GmbH (Herrenberg, DE) 회사의 입도 분석(S)으로 레이저 회절을 통해 측정된다.
원소 분석:
이 분석은 재료의 완전 분해에 기초한다. 고체가 용해되고 난 후에 개별 성분은 예컨대 ICP와 같은 종래의 특수 분석 방법을 사용하여 분석되고 수량화된다.
벌크 밀도의 측정:
분말 형태의 다공성 내화성 재료는 미리 획득된 1000 ml의 실린더 글라스에 채워지고, 이 실린더 글라스는 1000 ml 표시에서 끊긴다. 주입추(pouring cone)를 닦고, 실린더의 외부에 부착된 재료를 제거한 후에, 실린더를 다시 잰다. 중량 증가는 밀도에 대응한다.
가스 투과성 측정:
a) 시험체 제조:
약 0.3 mm의 평균 입자로 조절된 약 100g의 다공성 내화성 재료를 시험하기 위해 혼합기에서 약 2분 동안 20g의 물유리(고체 함량 약 30%, 약 2.5의 SiO2/Na2O 비율)와 혼합된다. 이 혼합물은 내부 지름 50 mm인 슬리브에 채워진다. 이 슬리브는 Georg-Fischer 램(ram)에 삽입된다. 이 혼합물은 상기 램에 세 번 충격을 가함으로써 압축된다. 압축된 성형물을 갖는 슬리브는 램으로부터 제거되고, 슬리브의 개방 단부로부터 각각 약 3 초 동안 성형물로 이산화탄소가 블로잉됨으로써 성형물이 경화된다. 경화된 시험체는 슬리브로부터 밀어낼 수 있다. 시험체가 밀려나온 후, 시험체의 높이가 측정된다. 높이는 50 mm이다. 시험체가 원하는 높이가 아니라며, 성형물의 적합한 양으로 또 다른 시험체가 제조되어야 한다. 이어서, 시험체는 180℃의 오븐에서 일정 중량(constant weight)에 이를 때까지 건조된다.
b) 가스 투과성 시험
가스 투과성 시험은 Georg Fischer Aktiengesellschaft(8201 Schaffhausen, 스위스) 회사의 PDU 타입의 투과성 시험 장치로 실시된다.
(a)로 기재된 바와 같이 제조된 시험체는 상기 장치의 정밀도-시험체관으로 삽입되고, 시험체와 시험체관 사이의 틈이 밀봉된다. 시험체관은 시험 장치로 삽입되고, 가스 투과성 비율(Gd)이 정해진다. 가스 투과성(Gd)은 1분 동안 1cm의 물기둥 과압시 1 cm2의 횡단면을 갖는 큐브 또는 실린더를 통해 몇 cm3의 공기가 관통하는지를 나타낸다. 가스 투과성은 아래와 같이 계산된다:
Gd = (Q . h) / (F . p . t)
d: 가스 투과성 비율;
Q: 관류된 공기 용량(2000 cm3);
h: 시험체의 높이;
F: 시험체의 횡단면 표면(19.63 cm3);
p: 물 기둥 cm의 압력;
t: 1분에 2000 cm3 공기의 관류 시간.
p와 t는 다음과 같이 결정된다; 모든 기타 수치는 시험 장치를 통해 확정된 상수(constant)이다. 예 1:
다음 성분의 주형 재료 혼합물로부터 파이프 형태의 피더가 제조된다:
피더 제조를 위한 성분
성분 사용량
알루미늄 그릿(Aluminum grit) 15 중량%
나트륨헥사플로로알루민산염
(Sodium hexafluoroaluminate)		 7 중량%
질산 나트륨 (Sodium nitrate) 13 중량%
규사 (Quartz sand) 50 중량%
물유리 (Water glass)** 15 중량%
** : 고체함량: 50 중량%, 비율 2.2
주형 재료 혼합물은 실온에서 성형물로 슈팅되고, 90초 동안 이산화탄소를 통과하면서 경화된다. 이어서, 피더 블랭크가 5시간 동안 180℃의 오븐에서 건조된다. 150 mm의 길이, 59 mm의 외부 지름 및 40 mm의 내부 지름을 갖는 파이프 형태의 피더가 얻어진다.
상기 피더 가운데 하나는 짧은 시간 동안 뜨거운 플레이트에 놓아둠으로써 하단 단부에서 점화된다. 점화에 이어서, 피더는 클레이 슬라브(clay slab)에 놓인다. 산화 프런트는 아래에서 위쪽으로 피더를 통해 균일하게 이동한다. 산화 프런트가 피더를 통해 이동되고 난 후, 보상 공동의 내부 온도는 약 1150℃로 측정되었다.
피더가 각각 주조 주형에 장착되고, 알루미늄 주물이 제조된다. 알루미늄 주물로서 15 cm의 에지 길이를 갖는 큐브가 제조되었다. 주물의 냉각후 주조 주형이 제거되고, 피더의 잔여물이 제거된다. 균열 부분은 그라인딩을 통해 추가 가공된다. 주물은 뢴트겐(X-ray) 촬영된다. 이때, 주물에 기공이 확인되지 않았다. 나아가, 주물의 송입 지점(infeed point)이 현미경을 이용하여 점검되었다. 결정질 결함 또는 주조의 오유물은 확인되지 않았다.

Claims (15)

  1. 알루미늄 주조용 피더 제조를 위한 발열성 주형 재료 혼합물로서,
    - 내화성 베이스 주형 재료;
    - 결합재;
    - 주형 재료 혼합물에 대하여 5 내지 18 중량%의 산화성 금속;
    - 상기 산화성 금속의 완전한 산화를 위해 필요한 산화제의 양에 대하여 10 내지 50 중량%의 산화제;
    - 상기 산화성 금속의 양에 대하여 15 내지 50 중량%의 산화성 금속의 산화를 위한 점화제;를 포함하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화성 금속의 산화를 위한 점화제는 불소를 함유한 용융제인 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화성 금속의 산화를 위한 점화제는 마그네슘 메탈인 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화성 금속은 알루미늄, 마그네슘, 규소 및 그 합금들의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 마그네슘은 적어도 부분적으로 합금의 형태, 바람직하게는 알루미늄 합금의 형태로 함유되는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화성 금속의 입자 크기는 0.05㎛를 초과하는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화성 베이스 주형 재료는 적어도 부분적으로 단열 내화성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단열 내화성 재료는 0.5 kg/l 미만의 벌크 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 단열 내화성 재료는 부석, 발포 용암, 질석, 알루미늄 규산염-중공 미세구 및 다공성 유리 중공체의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화성 베이스 주형 재료에서 상기 단열 내화성 재료의 비율은 20 중량%를 초과하는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합재의 비율은, 고체로서 계산하여 주형 재료 혼합물에 대하여 5 내지 50 중량% 사이에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형 재료 혼합물은 가연성 유기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열성 주형 재료 혼합물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 발열성 주형 재료 혼합물로부터 제조되는 알루미늄 주조용 발열성 피더로서, 연소시 1250℃ 미만의 온도에 도달하며, 보상 공동 및 보상 공동을 둘러싸는 피더 벽을 포함하며, 상기 피더 벽은:
    - 내화성 베이스 주형 재료;
    - 결합재;
    - 상기 피더의 중량에 대하여 5 내지 18 중량%의 산화성 금속;
    - 상기 산화성 금속의 완전한 산화를 위해 필요한 산화제의 양에 대하여 10 내지 50 중량%의 산화제;
    - 상기 산화성 금속의 양에 대하여 1 내지 50 중량%의 산화성 금속의 산화를 위한 점화제;를 포함하는 알루미늄 주조용 발열성 피더.
  14. 제13항 또는 제14항에 따른 발열성 피더를 알루미늄 주조를 위해 사용하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    - 주형 공동을 갖는 주조 주형이 제공되며, 상기 주조 주형은 제13항에 따른 보상 공동을 갖는 하나 이상의 피더를 포함하며,
    - 액상 알루미늄이 상기 주조 주형으로 유입되며, 상기 피더의 보상 공동은 상기 액상 알루미늄의 피더 용량으로 채워지며;
    - 상기 액상 알루미늄이 경화되도록 두고, 상기 액상 알루미늄은 상기 보상 공동으로부터 상기 주형 공동으로 흡입되며,
    - 상기 보상 공동으로부터 상기 주형 공동으로 흡입된 알루미늄 양은 상기 피더 용량의 적어도 25%에 대응하는 것을 특징으로 하는 사용 방법.
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