KR20120021431A - 주물사 제조방법과 그 장치 및 주물사 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생되는 사상(沙狀) 슬래그를 마광(摩鑛)공정 등을 통해 주물사로 제조하는 주물사 제조방법과 그 장치 및 주물사에 관한 것으로,
니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생된 사상(沙狀) 슬래그를 건조시키는 단계와; 상기 건조시킨 사상 슬래그를 상온으로 냉각시키는 단계와; 상기 상온으로 냉각시킨 사상 슬래그를 구상화(球狀化)작업하는 단계와; 상기 구상화된 제품을 입도 별로 분류하여 1차 제품을 생산하는 단계와; 상기 1차 제품화 단계에서 제품화되지 못한 사상 슬래그를 파쇄하는 단계와; 상기 파쇄작업된 사상 슬래그를 입도 별로 분류하여 2차 제품화하는 단계 및 로타리 드라이어(2); 로타리 쿨러(3); 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)(4); 리크레이머(Rotary MMR;미각기)(5); 라운드 스크린(Round Screen)(6); 파쇄기(Mill)(7)로 구성된 것에 특징이 있다.

Description

주물사 제조방법과 그 장치 및 주물사{MANUFACTURE METHOD AND APPARATUS FOR CASTING SAND}
본 발명은 주물사 제조방법과 그 장치 및 주물사에 관한 것으로, 보다 상세하게는 니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생되는 사상(沙狀) 슬래그를 마광(摩鑛)공정 등을 통해 주물사로 제조하는 주물사 제조방법과 그 장치 및 주물사에 관한 것이다.
일반적으로 주물이라 함은 용해된 금속을 주형에 넣고 응고시켜서 원하는 모양의 금속제품을 만드는 것으로, 주물의 경우 사용하는 금속에 따라 주철주물, 알루미늄합금주물, 구리합금주물 등으로 분류하거나 주형의 종류와 용해된 금속의 유입법에 따라 분류되는 것이 일반적이다.
그리고 주형의 재료는 주물사를 단단히 다져서 만드는 사형, 강 등의 금속에 조각해서 만드는 금형, 가열하면 단단해지는 합성수지의 입자에 모래를 혼합한 것을 미리 가열한 금속제의 모형 위에 떨어뜨려서 고화시켜 얇은 껍질 모양의 주형을 만드는 셀형(Shell mold) 등 여러 가지가 있으며, 각각 사형주물, 금형주물, 셀몰드 등으로 나누어진다.
이하 주물사와 관련하여 종래 기술들에 대하여 대표적으로 살펴보면 이하와 같다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-31507호에는 사형주물의 제작공정이 반자동으로 이루어지도록 함으로써 종래 주물의 수동제작에 따른 불편함 즉 수동에 의해 이루어지던 주형틀 뒤집기의 불편함을 해소함은 물론 주물의 치수 정밀도를 높이면서 주형틀로부터 분리된 주물사에 수분을 고르게 분포시켜 그 주물사의 재사용이 가능하도록 하여 주물제작의 편의성을 증진시킨 주물 제조장치가 게재되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-93152호에는 주물사로 주형을 만들어 용탕을 주입해 주물용 제품을 생산하는 공정에서 상기 제품을 취출하기 위하여 상기 주물사를 제거하는 주물사 파쇄장치에 있어서, 베이스에 수직으로 설치된 원통형의 슬라이딩부재와, 상기 슬라이딩부재에 승강 가능하게 설치된 프레임 주형의 주물사를 파쇄하는 파쇄기 등으로 이루어져 파쇄효과의 극대화로 주물사의 회수율을 증대시킬 수 있고 파쇄툴이 낱개의 조립식으로 구성되어 파쇄툴의 교체가 용이하게 교체 편의성을 증대시킬 수 있는 동시에 교체되는 파쇄툴이 경량이어서 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있는 등의 이점을 갖는 주물사 파쇄장치가 게재되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-88114호에는 Al2O3 및 SiO2를 주성분으로 하여 이루어지는 분말을 화염용융법에 의해 구상화함으로써 구형도가 높고 흡습율이 작은 주물사를 제조하고 나아가서는 강도가 우수하고 평활한 표면을 갖는 주형을 제조하는 구상 주물사 및 그 제조방법이 게재되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2000-31069호에는 주조공정에 사용된 사형(沙型)을 분쇄하여 모래표면에 부착된 점결재를 박리시켜 신사(新沙) 대용으로 재사용하기 위한 폐주물사 재생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건식 재생방법 중 모래입자간의 반경방향 마찰과 원주방향 마찰을 유도하여 표면부착물을 마멸시켜 재생하는 회전마찰식 폐주물사 재생장치로서 본 발명은 분쇄된 모래를 저장하는 호퍼; 상기 호퍼의 하부에 장착되어 호퍼로부터 공급된 모래에 원심력을 주어 반경방향 마찰을 일으키는 컵형 원통체, 상기 컵형 원통체의 중심부에 위치하여 공기의 흐름을 반경방향으로 흐르게 하여 컵형 원통체의 내부 모래가 원활히 순환되도록 하는 기계식 선풍기; 상기 컵형 원통체 주위를 감싸 원주방향 마찰을 일으키도록 유도하는 삿갓형 마찰발생체; 상기 컵형원통체를 회전시키는 수직형 전기모터; 상기 컵형 원통체, 삿갓형 마찰발생체 사이를 통과한 모래를 모아 반출시키는 배출슈트를 포함하여 구성된 회전마찰식 폐주물사 재생장치가 게재되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-1998-19918호에는 규사 등 내화물 입자를 골재로 하여 점결제로서 규산소오다 용액을 첨가한 주형재료에 경화제를 첨가하여 교반, 성형 및 급경화하여 주형의 강도를 증대시키는 자경성 주형 제조법에 관한 것으로, 경화제로서 2CaO?Al2O3? SiO2를 주성분으로 하되, 중량비로 CaO: 30~60%, SiO2: 10~35%, Al2O3: 10~20%, MnO: 5~20%로 조성되는 고로슬랙을 가공처리한 분말을 규산소오다용액에 대하여 10~80% 첨가한 고로슬랙을 원료로 하는 자경성 주형재료에 의한 주형 제조법이 기재되어 있다.
상기와 같이 주물사로는 종래부터 규사가 널리 사용되고 있으며 규사는 광산물이기 때문에 형태가 부정형이고 유동성이 부족하며 충진성이 나쁘다. 이 때문에 규사로 이루어지는 주형의 표면은 거칠고 따라서 주조품(주물)의 표면이 거칠어 후공정인 연마공정으로의 부하가 커진다. 또 규사의 구성 광물인 석영은 주조시의 열부하에 의해 크리스토발라이트 등으로 결정 변태되고 그때의 체적 변화에 의해 붕괴되기 때문에 규사는 주물사로서의 재생효율이 낮다. 이들 문제를 해결하는 수단으로서 구상 주물사(예를 들면, 일본 공개특허공보 평4-367349호)나 고규산질 구상 주물사 및 그 제조방법(일본 공개특허공보 평5-169184호)이 개시되어 있다. 이들은 원료조성물을 구형으로 조립한 후, 로터리킬른 등에서 소성하는 것이다.
이와 같이 규사는 우수한 내열성과 고경도를 가지고 있어 각종 주물용으로 널리 사용되지만 자원 고갈로 인하여 이를 대체할 수 있는 주물사의 개발이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 규사 자원의 부족문제를 해결하고 니켈광석의 제련, 선광 공정에서 발생하는 사상 슬래그를 트래프(Trough)식 마광기로 마광처리하여 주물사로 제조하는 기술이 일본공개특허공보 소62-183933호에 게재되어 있다.
이에 본 발명에서는 니켈광석의 제련, 선광에 따라 발생하는 사상 슬래그를 마광처리하여 주물사로 제조하고자 하는 것이다.
즉, 니켈광석의 제련공정중 니켈광석에 무연회 및 석회석을 배합하고 로타리킬른에서 정련한 후 분체와 선광을 행한 후에 배출되는 사상(沙狀) 슬래그는 주물사로서 적합한 SiO2(50%), MgO(35%), Fe, Al 등(15%)을 함유하고 있어 이에 본 발명에서는 니켈광석의 제련공정에서 발생되는 사상 슬래그를 보다 효율적이고 생산적인 방법으로 주물사로 제조하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은;
[청구항 1]에 기재된 발명에 따르면; 분쇄기, 여과기 등을 통과한 니켈광석을 로타리킬른에서 가열처리하여 수쇄후 분쇄기에서 분쇄하고 비중선광기와 자력선광기에서 니켈을 선별한 후 사상(沙狀) 슬래그를 얻는 단계와; 상기 공정에서 얻은 수분 8%내외를 사상 슬래그를 로타리 드라이어에서 150~160℃의 온도로 수분함유율 0.02%로 건조시키는 단계와; 상기 로타리 드라이어에서 건조시킨 사상 슬래그를 로타리 쿨러에서 상온으로 냉각시키는 단계와; 상기 리크레이머(Rotary MMR;미각기)에서 구상화(球狀化)작업하는 단계와; 상기 리크레이머에서 구상화작업을 마친 사상 슬래그를 라운드 스크린(Round Screen)에서 입도 별로 선별하여 1차 제품을 생산하는 단계와; 상기 1차 제품으로 제품화되지 못한 입도가 큰 나머지 사상 슬래그를 파쇄기(Mill)에서 파쇄작업하는 단계와; 상기 파쇄작업된 사상 슬래그를 라운드 스크린(Round Screen)에서 입도 별로 선별하여 2차 제품을 생산하는 단계로 이루어진 것을 특징이 있다.
[청구항 2]에 기재된 발명에 따르면; 제1항에 있어서, 상기 로타리 드라이어에서 건조시킨 사상 슬래그를 로타리 쿨러에서 상온으로 냉각시키는 단계 후 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)에서 입도가 파쇄작업이 곤란한 정도로 큰 사상 슬래그를 분류하고 파쇄작업이 가능한 입도의 사상 슬래그만을 선별하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
[청구항 3]에 기재된 발명에 따르면; 수분 8%내외의 사상 슬래그를 150~160℃에서 수분함유율 0.02%로 건조시키는 로타리 드라이어와; 상기 로타리 드라이어에서 건조시킨 사상 슬래그를 상온으로 냉각시키는 로타리 쿨러와; 파쇄작업이 곤란할 정도로 입도가 큰 사상 슬래그를 분류하고 파쇄작업이 가능한 입도의 사상 슬래그를 선별하는 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)과; 상기 선별된 사상 슬래그를 구상화(球狀化)작업하는 리크레이머(Rotary MMR;미각기)와; 상기 구상화작업을 마친 사상 슬래그를 입도 별로 선별하는 1차 제품을 생산하는 라운드 스크린(Round Screen)과; 상기 1차 제품화되지 못한 입도가 큰 나머지 사상 슬래그를 파쇄작업하는 파쇄기(Mill)로 이루어진 것에 특징이 있다.
[청구항 4]에 기재된 발명에 따르면; 제3항에 있어서, 상기 리크레이머는; 하우징) 내부에 상부 호퍼로부터 투입되는 사상 슬래그를 구상화작업하는 쉘프(Shelf)가 드럼상에 설치되고, 상기 드럼의 구동축은 구동모터에 연동되며 쉘프에는 사상 슬래그가 수용되는 분쇄실내에 원주방향으로 수개의 날개를 60°의 경사각으로 배치하여 구성한 것에 특징이 있다.
[청구항 5]에 기재된 발명에 따르면; 제1항의 방법으로 제조된 주물사에 특징이 있다.
본 발명은 니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생되는 사상 슬래그를 주물사로 재활용함으로써 자원재활용과 함께 규사의 자원 부족문제를 해결할 수 있으며,
니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생되는 사상 슬래그를 보다 효율적이고 생산적인 방법으로 주물사로 제조, 재활용할 수 있게 되어 이로부터 상당한 경제적 이익을 기대할 수 있는 등의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전체 공정을 보인 공정도이다.
도 2는 본 발명중 리크레이머의 구성도이다.
도 3은 도 2의 일요부 발췌 구성도이다.
본 발명은 니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생되는 사상 슬래그를 주물사로 제조하기 위한 것으로 본 발명에 의한 주물사 제조과정에 대하여 살펴보면 이하와 같다.
니켈광석의 제련, 선광 과정에서 발생된 사상 슬래그는 저장창고에 수거하여 로타리 드라이어로 이송시켜 건조시킨다.
상기 로타리 드라이어에서 건조시킨 사상 슬래그는 로타리 쿨러에서 냉각한 후 파쇄작업이 곤란한 정도로 입도(粒度)가 큰 사상 슬래그를 분류하고 파쇄작업이 가능한 입도의 사상 슬래그만을 선별하여 리크레이머(Rotary MMR;미각기)로 이송하여 미각작업한다.
상기에서 선별한 사상 슬래그는 그 입자가 부정형으로 유동성이 부족하여 충전성이 좋지 않으므로 주물사로서 적합한 형상을 갖도록 리크레이머에서 구상화(球狀化)작업한다.
그리고 상기 리크레이머에서 구상화작업을 마친 사상 슬래그는 스크린에서 입도 별로 1차 분류하여 1차 제품을 생산한다.
상기 1차 분류과정에서 분류된 사상 슬래그는 다시 파쇄기(Mill)로 이송하여 파쇄한 후 스크린에서 입도별로 분류하여 2차 제품을 생산한다.
이하 본 발명의 실시내용을 구체적으로 살펴보면 이하와 같다.
도 1은 본 발명의 전체 공정도, 도 2는 본 발명중 리크레이머의 구성도이다.
분쇄기, 여과기 등을 통과한 니켈광석을 로타리킬른 등에서 가열처리하여 수쇄(水碎)후 다시 분쇄기에서 분쇄하고 비중선광기와 자력선광기에서 니켈을 선별한 후 사상(沙狀) 슬래그를 원료로 사용한다.
상기 규소니켈광의 로타리킬른법 등에 따라 얻은 슬래그는 전기로, 용광로 등을 사용하는 것과 달리 반용융 상태에서 완전히 글라스화하지 않으므로 수쇄(水碎) 에 의해 주물사로 상당한 입도분포를 갖는 사상 슬래그를 얻을 수 있다.
상기 공정에서 얻은 슬래그(수분 8%내외를 함유)는 저장창고(1)에서 로타리 드라이어(2)로 이송하여 150~160℃에서 수분함유율 0.02%로 건조시킨다.
상기 로타리 드라이어(2)에서 건조시킨 사상 슬래그는 로타리 쿨러(3)에서 상온으로 냉각시키고 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)(4)에서 선별한다.
상기 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)(4)에서는 파쇄작업이 곤란할 정도로 입도가 큰 사상 슬래그를 분류하고 파쇄작업이 가능한 입도의 사상 슬래그만을 선별한다.
상기 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)(4)에서 선별된 사상 슬래그는 이후 제품화를 위한 구상화 및 선별작업을 위해 저장창고(9)로 이송하고, 상기 저장창고(9)에서 리크레이머(Rotary MMR;미각기)(5)로 이송하여 구상화작업을 한다.
상기 선별된 사상 슬래그는 그 입자가 부정형으로 유동성이 부족한 등 주물사로서 적합하지 않으므로 리크레이머(5)에서 구상화(球狀化)작업한다.
상기 선별되어 리크레이머(5)에서 구상화작업을 마친 사상 슬래그는 라운드 스크린(Round Screen)(6)에서 아래 표 1과 같이 입도(호수)별로 선별하여 1차 제품을 생산하고 제품화되지 못한 입도가 큰 나머지 사상 슬래그는 파쇄기(Mill)(7)에서 파쇄작업한다.
구분
 입도분포?mesh?% 입도지수
14 20 28 35 48 65 100 150 200 270 PAN AFS GFN
4호 0.3 16.8 64.4 17.8 0.6 0.2 tr 20.2 32.9
5호 0.4 0.4 2.0 46.0 41.2 7.8 1.6 0.4 0.2 tr 36.5 57.6
6호 tr 1.6 15.2 37.8 31.4 11.8 1.6 0.4 0.2 62.9 111.2
7호 tr 4.4 35.2 30.8 20.2 9.3 149.9 276.2
상기 과정에서 사상 슬래그를 구상화(球狀化)하는 리크레이머(Rotary MMR;미각기)(5)의 작업은 주물사의 강도에 영향을 주는 것으로 이하 리크레이머(5)의 구성 등에 대하여 살펴보면 이하와 같다.
리크레이머(5)는 하우징(51) 내부에 상부 호퍼(52)로부터 투입되는 사상 슬래그를 잘게 부수어 분쇄함으로써 구상화시키는 쉘프(Shelf)(53)가 드럼(54)상에 설치된다.
그리고 쉘프(53)가 설치된 드럼(54)은 구동축(55)이 구동모터(56)에 연동되어 회전구동됨으로써 상부 호퍼(52)로부터 투입된 사상 슬래그를 분쇄하여 구상화작업하게 된다.
상기 쉘프(53)는 호퍼(52)로부터 투입되는 사상 슬래그가 수용되는 분쇄실(531)이 형성되고 분쇄실(531) 내에는 원주방향에 수개의 날개(532,532')가 형성된다. 상기 날개(532,532')는 도시한 예와 같이 원주방향에 4개를 등각으로 배치하여 구성하고 60°의 경사각(α)으로 구성한다.
상기한 쉘프(53)의 날개(532,532')는 회전력으로 분쇄실(531)내 사상 슬래그 입자를 고르게 교반함과 아울러 입자간이 강한 마찰력으로 마찰시켜 사상 슬래그를 분쇄, 구상화한다.
상기 구상화작업이 이루어진 사상슬래그는 드럼(54) 하부의 배출구(57)를 통해 배출되어 라운드 스크린(Round Screen)(6)로 이송된다.
상기 리크레이머(5)에서 구상화작업을 마친 사상 슬래그는 라운드 스크린(Round Screen)(6)에서 입도 별로 선별하여 1차 제품을 생산, 제품창고(8)로 이송하고, 상기 과정에서 제품화되지 못한 사상 슬래그는 파쇄기(7)에서 파쇄작업한 후 다시 라운드 스크린(6)에서 1차 제품화 과정에서와 같이 입도 별로 선별하여 2차 제품을 생산한다.
상기한 과정을 통해 제조된 본 발명의 주물사는 단독으로 또는 규사 등 그 밖의 공지된 주물사나 내화성 골재와 혼합하여 점토, 물유리, 실리카졸 등의 무기질 바인더, 또는 페놀수지, 폴리페놀수지 등의 유기질 바인더와 혼합되어 원하는 주조용 주형을 사용하여 공지된 방법에 따라 조형될 수 있다.
본 발명의 구상 주물사 및 그 주물사의 공지된 주물사의 혼합물로 이루어지는 주물사는 주강, 주철, 알루미늄, 구리 및 이들 합금 등의 주형 용도에 바람직하게 사용될 수 있고 금속, 플라스틱 등에 대한 충전재로도 사용할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시내용을 설명하기 위하여 첨부한 도면에 사용된 부호에 대하여 살펴보면 이하와 같다.
1: 저장창고(Sand Storage) 2: 로타리 드라이어(Rotary Dryer)
3: 로타리 쿨러(Rotary Cooler) 4: 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)
5: 리크레이머(Rotary MMR;미각기) 6: 라운드 스크린(Round Screen)
7: 파쇄기(Mill) 8: 제품 창고(Product Storage)
9: 저장 창고

Claims (5)

  1. 분쇄기, 여과기 등을 통과한 니켈광석을 로타리킬른에서 가열처리하여 수쇄후 분쇄기에서 분쇄하고 비중선광기와 자력선광기에서 니켈을 선별한 후 사상(沙狀) 슬래그를 얻는 단계와;
    상기 공정에서 얻은 수분 8%내외를 사상 슬래그를 로타리 드라이어에서 150~160℃의 온도로 수분함유율 0.02%로 건조시키는 단계와;
    상기 로타리 드라이어에서 건조시킨 사상 슬래그를 로타리 쿨러에서 상온으로 냉각시키는 단계와;
    상기 리크레이머(Rotary MMR;미각기)에서 구상화(球狀化)작업하는 단계와;
    상기 리크레이머에서 구상화작업을 마친 사상 슬래그를 라운드 스크린(Round Screen)에서 입도 별로 선별하여 1차 제품을 생산하는 단계와;
    상기 1차 제품으로 제품화되지 못한 입도가 큰 나머지 사상 슬래그를 파쇄기(Mill)에서 파쇄작업하는 단계와;
    상기 파쇄작업된 사상 슬래그를 라운드 스크린(Round Screen)에서 입도 별로 선별하여 2차 제품을 생산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 주물사 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로타리 드라이어에서 건조시킨 사상 슬래그를 로타리 쿨러에서 상온으로 냉각시키는 단계 후 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)에서 입도가 파쇄작업이 곤란한 정도로 큰 사상 슬래그를 분류하고 파쇄작업이 가능한 입도의 사상 슬래그만을 선별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물사 제조방법.
  3. 수분 8%내외의 사상 슬래그를 150~160℃에서 수분함유율 0.02%로 건조시키는 로타리 드라이어(2)와;
    상기 로타리 드라이어(2)에서 건조시킨 사상 슬래그를 상온으로 냉각시키는 로타리 쿨러(3)와;
    파쇄작업이 곤란할 정도로 입도가 큰 사상 슬래그를 분류하고 파쇄작업이 가능한 입도의 사상 슬래그를 선별하는 바이브레이팅 스크린(Vibrating Screen)(4)과;
    상기 선별된 사상 슬래그를 구상화(球狀化)작업하는 리크레이머(Rotary MMR;미각기)(5)와;
    상기 구상화작업을 마친 사상 슬래그를 입도 별로 선별하는 1차 제품을 생산하는 라운드 스크린(Round Screen)(6)과;
    상기 1차 제품화되지 못한 입도가 큰 나머지 사상 슬래그를 파쇄작업하는 파쇄기(Mill)(7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 주물사 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리크레이머(5)는; 하우징(51) 내부에 상부 호퍼(52)로부터 투입되는 사상 슬래그를 구상화작업하는 쉘프(Shelf)(53)가 드럼(54)상에 설치되고, 상기 드럼(54)의 구동축(55)은 구동모터(56)에 연동되며 쉘프(53)에는 사상 슬래그가 수용되는 분쇄실(531)내에 원주방향으로 수개의 날개(532,532')를 60°의 경사각(α)으로 배치하여 구성한 것을 특징으로 하는 주물사 제조장치.
  5. 제 1 항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 주물사.
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