KR20150019946A - 수평 원심주조의 end cover용 조형제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 조형제 - Google Patents

수평 원심주조의 end cover용 조형제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 조형제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 조형제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수평 원심구조의 END COVER용 조형제 제조방법은, 각 원료들을 전자저울에서 계근 후 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1 단계; 바인더를 상기 혼합물에 투입하는 제2 단계; 상기 바인더가 투입된 상기 혼합물을 혼합용 믹서기에서 혼련하는 제3 단계;를 포함하여 구성되되, 상기 제1 단계에서 Al2O3 160~200 중량부, SiO2 200~240 중량부, TiO2 1~1.16 중량부, Fe2O3 2.2~2.32 중량부, CaO 0.06~0.08 중량부, K2O 0~0.004 중량부, Na2O 0~0.004 중량부, MgO 0~0.004 중량부, ZrO2 0~0.004 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하고 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 수평 원심주조의 END COVER용 조형제는 수명이 연장된 내열, 내식, 내화학성 및 경도 특성이 우수해지는 효과가 있다.

Description

수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 조형제{MANUFACTURIMNG METHOD OF MOLDING MATERIAL FOR END COVER OF HORIZONTAL CENTRIFUGAL CASTING AND MOLDING MATERIAL MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 열간 압연 Roll 생산 및 주조공장에서 사용되는 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 조형제에 관한 것으로 보다 상세하게는 조형제의 배합비율을 조절하여 END COVER의 수명을 연장하고 내화학성 및 경도 특성이 우수한 조형제에 관한 것이다.
수평 원심 주조의 END COVER용 조형제는 Al2O3, SiO2, TiO2, Fe2O3, K2O, Na2O, MgO, ZrO2 등이 성분으로 함유되어 있고, 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 제품은 일본의 NSHM사의 '라믹스'이다.
그러나, 종래의 수평 원심주조의 END COVER용 조형제는 그 사용 횟수가 약 5회 정도에 지나지 않아 경제적인 측면에서 바람직하지 못하다는 문제점이 지적되어왔다.
END COVER의 수명은 배합비율이 중요하게 작용하는 것으로 알려져 있지만 연구자들 간 이에 대한 일치된 결론에 도달하지 못하고 있다.
한국등록특허 제 10-2010-0119478 호 (2010.11.29)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조시 구성되는 배합비율을 조절하여 조형제의 수명을 연장하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법은, 혼합비율을 고려하여 각 원료의 사용량을 전자저울에서 계근하여 혼합물을 제조하는 제1 단계; 상기 혼합물에 바인더를 투입하는 제2 단계; 상기 혼합물을 혼합용 믹서기에 설정된 시간동안 혼련시키는 제3 단계; 를 포함한다.
또한, 상기 조형제 원료의 배합비율 조성은 Al2O3 160~200 중량부, SiO2 200~240 중량부, TiO2 1~1.16 중량부, Fe2O3 2.2~2.32 중량부 및 잔여내화물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제조시 혼합되는 바인더는 P2O5계를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 수평 원심주조의 END COVER용 조형제는 제조시 구성되는 배합비율에 의해 조형제의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 조형제를 이루는 화학성분 중에서 특히 Al2O3와 SiO2를 특정 범위내로 조절하여 Mullite(3Al2O3.·2SiO2) 배합비를 증대시켜서 내열, 내식, 내화학성 및 경도 특성이 우수한 조형제를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법의 제조방법을 보여주는 순서도.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수평 원심주조의 END COVER용 조형제의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 제1 단계(S110)에서는, 원료들을 전자저울에서 계근하여 혼합한다. 구체적으로, Al2O3 160~200 중량부, SiO2 200~240 중량부, TiO2 1~1.16 중량부, Fe2O3 2.2~2.32 중량부, CaO 0.06~0.08 중량부, K2O 0~0.004 중량부, Na2O 0~0.004 중량부, MgO 0~0.004 중량부, ZrO2 0~0.004 중량부의 비율로 혼합한다.
본 발명의 수평 원심주조 END COVER용 조형제의 배합 성분을 한정한 이유를 구체적으로 설명하자면 다음과 같다.
먼저 순수 Al2O3의 용융온도는 2000±50℃이고, 내열, 내식, 내화학성 및 경도특성이 우수한 물질이다. Al2O3 함량 45% 이상인 SiO2-Al2O3계의 경우 내화 점토질 벽돌이 감당하기 어려운 염기성이나 산성작업에서도 잘 견디는 특성을 나타낸다. 따라서 이와 같은 조건을 만족시키는 범위로서 Al2O3를 160~200 중량부로 구성된다. Al2O3 의 중량부가 160 미만일 경우 또는 200 초과일 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
순수 SiO2(quartz)의 용융온도는 1700℃이하이며, 비중이 적다. 이것은 주로 사암질 규암(sandy quartz), 규사암, 석영편암 등으로부터 제조된다. 주로 산성내화물(규석(산)질 또는 반규석(산)질 내화물, 내화점토질 내화물, 샤모트질 내화물 등; 주로 SiO2-Al2O3계) 또는 중성내화물(고알루미나질 내화물; Mullite(3Al2O3·2SiO2) 등을 포함한 SiO2 함량 45% 이상인 SiO2-Al2O3계)의 주성분으로 사용된다. 내화도와 열간 강도를 높이기 위해 SiO2를 200~240 중량부로 구성된다. SiO2의 중량부가 200 미만일 경우 또는 240을 초과일 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
순수 TiO2의 용융온도는 1843℃이하이며, TiO2·Al2O3 복합 산화물 내화물(사용 가능온도 최고 1650℃, 저열팽창성 0.08-0.05%)의 주성분이고 이것은 Mullite 내화물 중에 소량 함유되어 있는 성분이다. 따라서 TiO2함량을 1 중량부~1.16 중량부의 범위로 유지하는 것이 바람직하며 중량부가 1 미만일 경우 또는 1.16을 초과일 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
Fe2O3는 내화물 천연원료에 함께 섞여서 존재하는 협잡성분의 하나로 고온 강도와 내식성을 저하시키는 부정적 효과를 유발하는 것으로 알려져 있으므로 Fe2O3는 2.2 중량부 ~2.32 중량부의 범위로 유지하는 것이 바람직하며 중량부가 2.2 미만일 경우 또는 2.32를 초과일 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
CaO는 소결층의 통기성을 개선시키는 역할을 한다. CaO의 비율은 0.06~0.08 중량부를 유지하는 것이 바람직하며 중량부가 0.06 미만일 경우 또는 0.08을 초과일 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
K2O는 350℃ 이상의 온도에서 분해되는 특성을 나타내기 때문에 일반적으로 사용되고 있는 내화물의 주성분에 포함되어 있지 않으나, 고온에서 휘발하는 특성을 이용하여 내화물 제조 과정에서 결정화나 고상반응을 촉진시킬 목적으로 사용하는 광화제(mineralizer)로 활용될 가능성이 있다. K2O함량은 0.004중량부 이하로 유지하는 것이 바람직하며 0.004 중량부를 초과할 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
Na2O는 부정형 내화물에 사용되는 결합제 중의 하나인 규산소오다(Na2O·nSiO2)에 함유된 성분이다. 상변태 특성을 가지는 내화물의 경우, 고온형의 변태 결정구조 속에 침입하여 저온형 변태로의 전이를 억제하기 위하여 첨가되는 성분(B, Li, Na, Al 등)인 안정화제로 사용 가능하다. 따라서 Na2O함량은 0.004 중량부이하로 유지하는 것이 바람직하며 0.004 중량부를 초과할 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
순수 MgO의 용융온도는 2850℃이하이며, 염기성 내화물(마그네시아질 내화물, 크롬·마그네시아계 내화물, 돌로마이트질 내화물)의 주성분이다. 특히 내화도가 높고 각종 용융 금속 및 광재에 강한 내식성을 나타내어서 제강로용 노재로 사용된다. 주로 천연 마그네사이트(MgCO3) 또는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로부터 제조된다. 따라서 MgO함량은 0.004 중량부이하로 유지하는 것이 바람직하며 0.004 중량부를 초과할 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
순수 Zirconia(ZrO2)의 용융온도는 2715℃이하이며 이 성분은 지르코니아질(ZrO2) 내화물의 주성분으로 Baddeleyite(ZrO2) 또는 Zircon(ZrSiO4)로부터 제조된다. 특히 지르코니아질 내화물은 열전도율이 작고, 융용금속에 습윤(wetting)이 적을 뿐만 아니라 열간 강도가 큰 특성을 나타낸다. 이 성분은 단사정(monoclinic), 정방정(tetragonal), 입방정(cubic)으로 상전이를 나타낸다. 특히, 단사정-정방정 간 상전이 과정에서 3-4% 정도의 체적변화로 인한 균열이 발생하기 때문에 CaO, MgO로 안정화시킨 입방정계 안정화 지르코니아가 사용된다. 따라서 ZrO2함량은 0.004 중량부이하로 유지하는 것이 바람직하며 0.004 중량부를 초과할 경우 END COVER용 조형제의 수명을 단축시킬 수 있다.
상기 실시예에 따른 수평원심 주조의 END COVER용 조형제의 혼합비율(wt%)에 따른 수명을 비교하기 위해서 하기에 표 1을 첨부하였다.
구분 번호 Al2O3 SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO K2O Na2O MgO ZrO2 사용 횟수
종래 1 8.61 89.03 0.27 1.58 0.37 0.06 0.06 - 0.01 5
본 발명 1 43.2 55.9 0.29 0.58 0.02 - - - - 10
2 43.9 55.2 0.29 0.58 0.02 - - - - 10
3 45 54.1 0.29 0.58 0.02 - - - - 10
4 46 53.1 0.29 0.58 0.02 - - - - 10
5 46.5 52.6 0.29 0.58 0.02 - - - - 10
6 46.9 52.2 0.29 0.58 0.02 - - - - 10
7 47 52.1 0.29 0.58 0.02 0.001 0.001 0.001 0.001 10
8 47.4 51.7 0.29 0.58 0.02 0.001 0.001 0.001 0.001 10
9 48.1 51 0.29 0.58 0.02 0.001 0.001 0.001 0.001 10
10 48.6 50.5 0.29 0.58 0.02 0.001 0.001 0.001 0.001 10
11 49 50 0.29 0.58 0.02 0.001 0.001 0.001 0.001 10
표 1에서 알 수 있듯이 조형제의 구성성분을 조절함으로써 END COVER용 조형제의 사용횟수를 향상시킬 수 있다.
제2 단계(S20)에서는, 바인더를 상기 혼합물에 투입한다. 구체적으로 상기 혼합물을 P2O5계의 바인더에 투입한다. 상기 실시예에 따른 조형방안을 표 2에 나타내었다.
구 분 바인더 조형두께 자연건조 건조로
종래 벤토나이트계 200mm 24Hr
(수분투입)		 380/6Hr
본 발명 P2O5계 200mm - 380/6Hr
표 2에서 알 수 있듯이 P2O5계의 바인더를 사용할 경우 자연건조의 필요성이 없어지고 조형두께 및 건조로에서의 건조조건은 종래와 동일한 작업이 가능함으로 작업이 보다 효율적이게 된다.
제3 단계(S30)에서는, 상기 혼합물을 혼합용 믹서기에서 시간을 설정하여 혼련한다. 구체적으로 10분 내지 30분동안 혼련한다. 상기 실시예에 따른 수평원심 주조의 END COVER용 조형제의 혼련시간에 대한 비중 및 조형강도를 표 3에 나타내었다.
1 2 3 4 5 6 7 8
믹싱시간
(Min)		 1 4 6 8 10 12 14 16
비중
(75kg/cm2)		 2.3 2.3 2.35 2.35 2.40 2.41 2.40 2.41
조형강도
(Kgf/cm2)		 25 26.5 27 28 29 29 29
상기 표 3에서 알 수 있듯이 혼련시간은 최소 10분이상으로 설정하는 것이 좋다. 혼련시간이 10분 미만일 경우에는 비중 및 조형 강도 등의 조건이 만족되어지지 않으며 30분을 초과할 경우에는 작업의 효율성이 떨어진다.
상기 실시예에 따른 수평원심 주조의 END COVER용 조형제의 특성을 비교하기 위해서 하기와 같이 물리적 실험을 수행하였으며, 그 결과는 표 4와 같다.
구 분 건조강도(Kgf/cm2) 조형강도(Kgf/cm2)
종래 82 25
본 발명 320 29
상기의 표 4에서와 같이 종래 수평원심 주조의 END COVER용 건조강도 82Kgf/cm2이고 조형강도는 25Kgf/cm2를 나타내고 있다. 그러나 본 발명 수평 원심 주조의 END COVER용 조형제는 건조강도가 320Kgf/cm2이고 조형강도는 29Kgf/cm2를 나타내어 본 발명의 수평원심 주조의 END COVER용 조형제가 보다 향상된 압축강도를 나타냄을 보여주고 있음을 알 수 있다.
상기 실시예에 따른 수평원심 주조의 END COVER용 조형제의 특성을 비교하기 위해서 하기와 같이 물리적 실험을 수행하였으며, 그 결과는 표 5과 같다.
구분 통기도(Cm/mm) 열전도율(1000)Cal/skcm 건조상태 항압력(Kg/cm2) 내화온도(℃)
종래 960 1.288 82 1650
본 발명 980 0.780 320 1700
상기의 표 5에서와 같이 종래의 수평 원심주조의 END COVER용 조형제의 내화온도, 통기도, 열전도율 및 건조 상태와 비교하여 본 발명의 내화온도, 통기도, 열전도율 및 건조 상태 등을 고려하여 볼 때 본 발명의 수평 원심주조의 END COVER용 조형제가 향상된 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S10. 원료들을 전자저울에서 계근하여 혼합하는 제1 단계
S20. 바인더를 상기 혼합물에 투입하는 제2 단계
S30. 상기 혼합물을 혼합용 믹서기에서 혼련하는 제3 단계

Claims (4)

  1. 각 원료들을 전자저울에서 계근 후 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1 단계;
    상기 혼합물에 바인더를 투입하는 제2 단계;
    상기 바인더가 투입된 상기 혼합물을 혼합용 믹서기에서 혼련하는 제3 단계;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 제1 단계에서 혼합물은 Al2O3 160~200 중량부, SiO2 200~240 중량부, TiO2 1~1.16 중량부, Fe2O3 2.2~2.32 중량부 및 잔여내화물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 잔여내화물은 CaO 0.06~0.08 중량부, K2O 0~0.004 중량부, Na2O 0~0.004 중량부, MgO 0~0.004 중량부, ZrO2 0~0.004 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 상기 바인더는 P2O5계의 바인더를 사용하는 것을 특징으로 하는 수평 원심주조의 END COVER용 조형제 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의한 제조방법을 이용하여 제조된 수평 원심구조의 END COVER용 조형제.
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