KR20150131087A - 표면 입자를 구비하는 접종제 - Google Patents

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KR20150131087A
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토마스 마르가리아
오렐리 페이
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페로빵
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Abstract

본 발명은 액체 주철을 처리하기 위한 입자상 접종제에 관한 것으로서, 상기 접종제는, 한편으로, 상기 액체 주철 내에서 가용성인 재료로 제조된 담지 입자 및, 다른 한편으로, 흑연의 발아 및 성장을 촉진시키는 재료로 제조되는, 그리고 상기 담지 입자의 표면에 불연속적으로 배치 및 분포되는 표면 입자를 포함하고, 상기 표면 입자는 그 직경(d50)이 상기 담지 입자의 직경(d50)의 1/10 이하인 입도 분포를 갖는다.

Description

표면 입자를 구비하는 접종제{INOCULANT WITH SURFACE PARTICLES}
본 발명은 주철을 처리하기 위한 접종제 생성물 및 상기 접종제를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
주철은 주지의 철-탄소 합금이고, 기계 부품의 제조를 위해 널리 사용된다. 주철은 1135°C 내지 1350°C의 온도에서 액체 상태로 합금 성분들을 혼합하고, 주형 내에서 주조하고, 얻어진 합금을 냉각시킴으로써 얻어진다.
탄소는 냉각 중에 수 개의 파라미터에 따라 상이한 물리화학적 구조를 도입할 수 있다.
탄소가 철과 결합되어 철 탄화물(Fe3C)(시멘타이트라고도 함)을 형성하는 경우, 얻어지는 주철은 백주철이라고 부른다. 백주철은 일부의 용도를 위해 바람직하지 않은 경성 및 취성을 가지는 것이 특징이다.
탄소가 흑연의 형태로 출현하는 경우, 얻어지는 주철은 회주철이라고 부른다. 회주철은 더 연질이고 가공될 수 있다.
그러므로 우수한 기계적 특성을 갖는 주철 부품을 얻기 위해, 가능한 많은 탄소를 흑연의 형태로 포함하는 주철 구조를 얻고, 합금을 경화 및 취화시키는 이러한 철 탄화물의 형성을 가능한 많이 제한하는 것이 필요하다.
그럼에도 불구하고, 탄소는 임의의 특정한 처리를 하지 않으면 철과 결합하여 철 탄화물을 형성하는 경향이 있다.
따라서, 탄소의 관련 파라미터를 수정하여 원하는 구조를 얻기 위해 액체 상태에서 주철을 처리하는 것이 필요하다.
이러한 목적을 위해, 액체 주철은, 주철이 주형 내에서 냉각될 때, 철 탄화물보다는 흑연의 출현을 촉진시키는 흑연화 화합물을 주철 내에 도입하는 것을 목표로 하는 접종 처리를 받는다.
일반적으로, 접종제 화합물은 주철의 응고 중에 흑연의 형성을 촉진하는 원소이다. 예를 들면 탄소, 규소, 칼슘, 알루미늄 등.
물론, 접종제는 다른 기능을 만족시키도록 설계될 수도 있고, 이러한 목적을 위해 특정한 효과를 갖는 다른 화합물을 포함할 수 있다.
특히, 요구되는 특성에 따라, 형성되는 흑연은 구상, 버미큘라 또는 층상인 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게 이들 흑연 형태 중 하나는 특정의 화합물에 의한 주철의 특정한 처리에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 예를 들면, 구상 흑연의 형성은 흑연이 성장하여 둥근 입자(구상정)을 형성할 수 있도록 충분한 양의 마그네슘을 주철에 제공하는 것을 주요 목적으로 하는 구상화제(nodularizer) 처리라고 불리는 처리에 의해 촉진될 수 있다.
예를 들면, 이러한 구상화제 화합물은 접종제 합금 내에 포함될 수 있다.
또한, 탈황 생성물, 또는 최초의 조성에 따라 미세 수축공과 같이 냉각 중에 나타날 가능성이 있는 주철의 일부의 결함을 구체적으로 처리할 수 있는 생성물의 첨가를 언급할 수 있다. 특히, 이것은 란타넘 및 희토류 원소로 이루어질 수 있다.
이러한 처리는 한번에 수행되거나 주철의 제조 중에 상이한 순간에 여러 차례 수행될 수 있다. 특히, 주조 중에 주형 내에서 주철의 주조 전에 레이들 내에 접종제를 첨가(레이들 접종)하거나, 주조 제트(jet) 내에 접종제를 첨가(후 접종)하는 것이 공지되어 있다.
전통적으로 대부분의 접종제는 접종제의 목표로 하는 조성에 따라 화학적 성질이 조절된 FeSi65 유형 또는 FeSi75 유형의 페로규소 합금으로부터 제조된다. 이 조절은 첨가될 원소에 따라 노 내에서 또는 레이들 내에서 가능하고, 통상적으로 낮은 효율을 갖는다. 이것은 또한 다수의 합금의 혼합물로 이루어질 수 있다.
주철 부품의 접종 효과는 또한 그것의 두께에 의존한다는 것에 유의해야 한다.
더 신속하게 냉각되는 두께가 얇은 영역에서 탄화물 형성의 위험이 더 높다는 것을 알 것이다.
반대로, 두께가 더 두꺼운 영역에서 냉각은 더 느려지고, 흑연의 형성을 촉진할 것이다. 그럼에도 불구하고, 두께가 두꺼운 부품에서 냉각이 지나치게 느려질 수 있고, 형성된 흑연은 부품의 중심의 근처에서 구상화(nodularity)를 상실할 수 있다.
그 결과, 두께가 상이한 영역을 갖는 부품은 영역마다 상이한 물리화학적 구조를 가질 수 있고, 이것은 바람직하지 않다.
따라서, 흑연의 변성의 우려 및 탄화물의 형성을 제한함으로써 두께가 상이한 주철 부품을 접종할 수 있고, 부품의 하나의 영역으로부터 다른 영역까지 야금학적 구조의 우수한 균일성을 보장할 수 있는 접종제가 필요하다.
더욱이, 접종제는 하나의 배취로부터 다른 배취까지 변화될 수 있는 주철의 기본 조성(특히, 최초의 탄소, 규소 및 황 비율 등)에 대해 극히 낮은 감수성을 갖는 것이 또한 바람직하다.
또한, 이와 같은 접종제는 공지된 생성물보다 높은 추가 비율을 필요로 하지 않는 것이 바람직하고, 이것은 이들 생성물과 유사한 주철 내에서 우수한 용해 특성을 유지하고, 생성물보다 실질적으로 많은 드로스(dross) 및 슬래그를 생성하지 않는다는 것은 말할 것도 없다.
이를 위해, 본 발명은 액체상 주철을 처리하기 위한 이러한 제약의 전부 또는 일부에 부합하는 새로운 접종제 생성물을 제안하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 위해, 본 발명은 액체 주철을 처리하기 위한 입자상 접종제를 제공하고, 상기 접종제는, 한편으로, 상기 액체 주철 내에서 가용성인 재료로 제조된 담지(support) 입자 및, 다른 한편으로, 흑연의 발아 및 성장을 촉진시키는 재료로 제조되는, 그리고 상기 담지 입자의 표면에 불연속적으로 배치 및 분포되는 표면 입자를 포함하고, 상기 표면 입자는 그 직경(d50)이 상기 담지 입자의 직경(d50)의 1/10 이하인 입도 분포를 갖는다.
이와 같이 배치된 표면 입자는 불연속 코팅을 형성하고, 한편으로 담지 입자는 여전히 주철과 접촉하는 영역을 갖는다.
표면 입자는 임의의 적절한 기법, 예를 들면, 접종제가 결합된 경우 담지 입자가 액체 주철에 접근하는 것이 유지되는 것을 조건으로 하는 그라프팅(grafting), 접착(bonding), 코팅에 의해 담지 입자의 표면에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 표면 입자는 담지 입자의 것보다 작은 입도 분포를 갖는다. 실제로, 이와 같은 구성, 즉 상이한 입도 분포와 같은 상이한 특질의 표면 입자로 부분적으로 코팅된 일련의 담지 입자는 전술한 문제에 대처하는 용해 및 접종 프로파일을 제공한다는 것이 뜻밖에 관찰되었다. 또한 담지 입자와 표면 입자 사이의 특징의 차이는 각각의 입자의 구성 재료로 표현될 수 있다.
특히, 이와 같은 물리화학적 구조는 두께가 두꺼운 부품의 중심에서 흑연의 변성을 강하게 제한한다는 것이 관찰되었다. 또한 이와 같은 구조는 특히 두께가 상이한 영역을 갖는 부품의 경우에 접종 균일성을 상당히 향상시킬 수 있다.
더욱이, 노 내의 합금화로 이루어지는 종래의 제조 기법에 비해, 접종제 효과가 합금의 화학 조성의 조절에 의해서 제공되지 않고, 표면 상에 배치된 담지 입자/입자 세트에 의해 제공되므로 첨가된 원소의 결합 효율이 상당히 개선된다.
제 1 실시형태에 따르면, 담지 입자는 불충분한 접종제 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명에 의해 이러한 수단으로 도핑될 수 있는 불충분한 또는 보통인 접종제 생성물을 사용하는 것이 가능하다.
제 2 실시형태에 따르면, 담지 입자는 담지 입자 및 표면 입자의 세트가 작용하는 것과 상이한 조성 또는 상태를 위한 접종 특성을 갖는다.
유리하게, 담지 입자는 규소로 제조되고, 규소의 비율은 변화될 수 있고, 담지 입자의 질량에 대해 100 질량%에 이를 수 있다.
보완적으로 또는 대안적으로, 담지 입자는 탄소로 제조될 수 있고, 탄소의 비율은 변화될 수 있고, 담지 입자의 질량에 대해 100 질량%에 이를 수 있다. 적절한 경우, 탄소는 흑연의 형태를 가질 수 있다. 이것은 규소와 결합되는 경우, 예를 들면, 규소 탄화물의 형태를 가질 수 있다.
더 유리하게, 담지 입자는 담지 입자의 질량에 대해 적어도 40 질량%의 규소를 포함한다.
바람직하게, 담지 입자는 합금, 특히 철합금으로 제조된다.
유리하게, 담지 입자는 담지 입자의 질량에 대해 각각의 첨가 원소에 대해 특히 0.2 내지 5 질량%의 알루미늄 또는 칼슘과 같은 적어도 하나의 첨가 원소를 특히 합금화된 형태로 포함한다.
더 유리하게, 담지 입자는 담지 입자의 질량에 대해 특히 0.5 내지 6 질량%의 양으로 수축공을 처리하기 위한 적어도 하나의 첨가 원소를 특히 합금화된 형태로 포함한다.
바람직하게, 표면 입자의 비율은 접종제의 질량에 대해 1 내지 8 질량%, 바람직하게는 1 내지 5 질량%이다.
유리하게, 표면 입자는 특히 일단의 입자 내에서 담지 입자의 표면에 실질적으로 균일하게 분포된다.
바람직하게, 주철이 도입될 때까지 표면 입자는 담지 입자의 표면의 80 내지 90 %를 점유한다.
유리하게, 표면 입자는 알루미늄, 비스무스 및 망가니즈와 같은 금속 원소, 규화물, 특히 철 규화물, 희토류 규화물 및 칼슘 규화물, 알루미늄 산화물, 칼슘 산화물, 규소 산화물 또는 바륨 산화물과 같은 산화물, 금속 황화물, 특히 철 황화물, 칼슘 황화물 및 희토류 황화물, 황산염 특히 바륨 황산염 및 카본 블랙 중에서 별개로 또는 혼합물로서 선택된다.
본 발명은 본 발명의 접종제를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법의 제 1 단계에 따르면, 한편으로, 0.2 내지 7 mm의 범위의 입도 분포를 갖는, 액체 주철 내에서 가용성인 재료로 제조된 담지 입자가, 다른 한편으로, 상기 담지 입자의 직경(d50)의 1/10 이하의 직경(d50)의 입도 분포를 갖는 표면 입자가 제공되고, 다음에 제 2 단계에서 담지 입자 상에 표면 입자가 침적된다. 이 단계는 당업자에게 주지된 임의의 기법에 의해 구현될 수 있다.
입도 분포는 0.2 내지 7 mm이므로, 주철 접종제의 분야 내에서 전통적인 입도 분포가 포함된다. 즉 입도 분포는 0.2-0.5 mm, 0.4-2 mm 및 2-7 mm이다.
본 발명의 하나의 변형례에서, 표면 입자의 침적은 감입(inlaying)에 의해 기계적으로 실시된다. 이러한 목적을 위해, 담지 입자와 표면 입자는 불연속 분포에 따라 담지 입자의 표면에 표면 입자를 감입시킴으로써 침적물을 얻기 위해, 고속으로, 예를 들면 1000 내지 1500 rpm의 범위의 속도로 건식 혼합된다.
본 발명의 다른 변형례에서, 제 1 단계에서, 용매 내의 결합제가 더 제공되고, 담지 입자, 표면 입자 및 결합제가 함께 혼합되고, 다음에 용매는, 예를 들면, 증발에 의해 결합제로부터 제거된다. 더 상세히 설명되는 바와 같이, 담지 입자, 표면 입자 및 결합제는 동시에 첨가되거나 임의의 순서로 연속적으로 첨가될 수 있다. 예를 들면, 결합제 용액 내에 사전에 표면 입자를 혼합하고, 그 후 이것에 담지 입자를 첨가할 수 있다.
적절한 결합제는 유기 결합제 및 폴리머 결합제 중에서, 특히 폴리비닐 알코올(PVA), 카복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 시멘트 중에서 선택되는 것이 유리하다.
본 발명의 바람직한 방법은 알루미늄 및 칼슘을 포유하는 FeSi 재료로 제조된 담지 입자 및/또는 알루미늄, 비스무스, 규화물 특히 철 규화물, 희토류 규화물 및 칼슘 규화물, 알루미늄 산화물, 칼슘 산화물, 규소 산화물 또는 바륨 산화물과 같은 산화물, 금속 황화물 특히 철 황화물, 칼슘 황화물 및 희토류 황화물, 황산염 특히 바륨 황산염 및 카본 블랙 중에서 선택되는 재료로 제조되는 표면 입자를 사용하는 것을 이루어진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 상세한 설명 및 구현형태의 실시예를 읽음으로써 더 깊이 이해될 것이다.
도 1은 주사형 전자 현미경으로 본 담지 입자(흑색) 및 담지 입자의 표면에 고정되어 전체 세트에 높은 접종 능력을 부여하는 표면 입자(백색)를 포함하는 본 발명에 따른 입자상 접종제 배취의 전체도이고,
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 접종 입자의 확대도이다.
본 발명에 따른 접종제는 다음의 방법으로 제조될 수 있다.
1 질량%의 알루미늄 및 1.5 질량%의 칼슘을 포함하고, 0.4 내지 2 mm의 입도 분포를 갖는 약 500 kg의 FeSi 합금이 유동층 반응기 내에 도입된다. FeSi 합금은 공기 분사에 의해 유동화된다.
유동화의 최소 속도는 전통적인 방식으로 결정되고, 다음에 공기의 유동 속도는 실질적으로 일정하게 그리고 이 최소 속도보다 빠르게 유지된다.
반응기 내부의 온도는 약 100°C까지 승온된다. 이 온도는 후속하여 분사되는 물을 제거할 수 있게 한다.
이러한 합금의 입자는 담지 입자를 형성하고, 이 담지 입자의 표면에는 접종제 입자가 고정된다.
본 실시예에서, 표면 입자는 칼슘 규화물(CaSi) 및 금속 알루미늄 입자로 이루어지고, 양자 모두는 400 마이크로미터 미만의 입도 분포를 갖는다.
5 질량%의 이들 표면 입자, 즉 약 25 킬로그램의 CaSi 및 Al 입자의 혼합물이 사용된다.
고정될 표면 입자는 담지 입자 상에 고정될 수 있도록 사전에 수용액 중의 결합제와 혼합되고, 다음에 100°C의 온도에서 약 30분 동안 반응기 내에 분사된다.
일단 입자와 결합제의 혼합물이 완전히 분사되면, 표면 입자, 담지 입자 및 결합제 세트는 유동화되고 도입된 물이 완전히 증발될 때까지 가열된다. 물의 증발은 임의의 일반적인 방법에 의해, 특히 반응기로부터 배출되는 공기의 습도를 측정함으로써 제어될 수 있다.
그 후, 본 발명의 접종제는 회수되어, 코팅의 효과를 평가하기 위해 특성평가된다. 특히, 이 특성평가는 주사형 전자 현미경으로 모니터링함으로써 실시될 수 있다.
사용된 결합제는 예를 들면, 폴리비닐 알코올(PVA), 카복시메틸 셀룰로오스(CMC) 및 폴리비닐피롤리돈(PVP) 등의 결합제 유형과 같은 유기 유형 또는 폴리머 유형일 수 있다. 물론, 이 리스트에 한정되지 않는다.
물론, 결합제를 희석시키기 위해 사용되는 물의 양은 물 내에 결합제의 용해도에 의존하고, 이에 상응하여 적합되어야 한다.
특히 소듐 실리케이트 유형의 광물 결합제, 뿐만 아니라 시멘트 또는 석회 유형의 수경성(hydraulic) 결합제의 사용을 고려하는 것도 가능하다.
물론, 사용된 결합제의 특질은 사용된 담지 재료 및 접종제 재료에 의존할 수 있다.
후에 본 발명에 따른 접종제의 최종 성능을 손상시킬 수 있는 상당한 과잉량을 사용하지 않고도 가능한 최적으로 표면 입자의 거의 완전한 고정을 허용하도록 사용된 결합제의 양이 계산된다.
물론, 이러한 결합제의 사용된 양은 그것의 접착 능력에 의존하고, 또한 이에 상응하여 적합되어야 한다. 특히, 시험 및 시각적 점검, 특히 주사형 전자 현미경을 사용하여 진행할 수 있다. 전형적으로, 사용된 결합제의 양은 입자(담지 입자 및 표면 입자)의 총질량에 대해 0.001 내지 1 질량%일 수 있다.
본 발명에 따른 접종제 제조의 다른 가능한 실시예에 따르면, 1 질량%의 Al 및 1.5 질량%의 Ca을 포함하고, 0.2 내지 0.5 mm의 입도 분포를 갖는 약 500 kg의 FeSi70이 유동층 반응기 내에 도입된다. FeSi 합금은 공기 분사에 의해 유동화된다. 반응기 내부의 온도는 100°C까지 승온된다. 이들 입자는 담지 입자를 구성한다. PVP 및 물로 현탁액이 제조된다. 양자 모두 200 μm 미만의 입도 분포를 갖는 비스무스(Bi) 및 페로실리코-희토류(FeSiRE) 합금을 포함하는 8 %의 표면 입자가 물 + PVP 용액에 첨가되고, 다음에 현탁액의 상태로 둔다. 그 후, 이 현탁액은 100°C의 온도에서 약 40 분 동안 반응기 내에 10 질량%의 양으로 분사된다. 혼합물이 완전히 분사된 경우, 반응기 내부의 온도는 생성물이 완전히 건조될 때까지 100°C에 유지된다.
본 발명에 따른 접종제 제조의 또 다른 가능한 실시예에 따르면, 질량%의 Al 및 1.5 질량%의 Ca을 포함하고, 2 내지 7 mm의 입도 분포를 갖는 약 1000 kg의 FeSi70 및 300 μm 미만의 입도 분포를 갖는 약 50 kg의 알루미늄 분말이 유동층 반응기 내에 도입된다. 모든 입자는 감손(depleted) 공기의 분사에 의해 유동화된다. 반응기 내부의 온도는 100°C까지 승온된다. 현탁액은 PVP 및 물로 실시된다. 그 후, 이 현탁액은 100°C의 온도에서 약 40 분 동안 반응기 내에 10 질량%의 양으로 분사된다. 혼합물이 완전히 분사된 경우, 반응기 내부의 온도는 생성물이 완전히 건조될 때까지 100°C에 유지된다.
물론, 이 방법의 구현 형태가 유동층 반응기의 사용에 제한되지 않고, 다른 코팅 기법이 사용될 수도 있다. 특히, 다음의 방법이 언급될 수 있다.
제 1 방법은, 예를 들면, 약 1000 내지 1500 rpm의 고속 혼합기를 사용하는 것이다.
이 혼합 속도에 의해 FeSi(담지 입자)보다 큰 입자 내에 미세한 표면 입자의 기계적 감입이 허용된다. 이와 같은 기계적 감입은 결합제의 사용을 필요로 하지 않으므로 냉간 건조 코팅이라 불린다. 주로 FeSi2 ,4 상 및 Si 상을 포함하는 FeSi75 유형의 담지 입자에는 표면 입자가 직접적으로 감입될 수 있다.
제 2 방법은 고전단(high-shear) 혼합기를 사용하는 것이다.
이 경우, 혼합은 결합제(전술한 실시예)의 존재 하에서 혼합기-조립기(granulator) 유형의 혼합기 내에서 비교적 고속(예를 들면, 50 내지 500 rpm)으로 수행된다. 혼합 후, 결합제로부터 물을 제거하기 위해 건조 단계가 실시된다.
혼합기는 건조 수단을 구비할 수 있다. 특히, 이것은 버너 매니폴드, 예를 들면, 유도에 의해 혼합기의 외부를 가열하는 가스 버너 매니폴드; 특히 혼합기의 벽을 둘러싸는, 예를 들면, 실리카로 제조된 가열 벨트; 또는 물을 제거하기 위해 80 내지 150°C의 온도로 혼합기의 내부의 분말의 온도를 승온시킬 수 있는 임의의 또 다른 시스템으로 이루어질 수 있다.
드럼 또는 조립기 유형의 사용되는 혼합 시스템은 상기 혼합기 내부의 분말의 이동을 가능하여 효과적인 교반 및 확실한 접착의 균일성을 얻을 수 있어야 한다.
이러한 목적을 위해, 혼합기는 그 벽 상에 교반 핀(fin)을 구비할 수 있고, 또는 혼합기-조립기는 하나 또는 2 개의 축선에 따라 중심에 위치하거나 편심되는 회전 시스템을 구비할 수 있다.
본 발명의 방법은 배취에 의해 연속적 또는 불연속적으로 동등하게 수행될 수 있다.
담지 입자 및 표면 입자는 그 구현 중에 함께 또는 별개로 첨가될 수 있다.
이들 입자가 함께 첨가되는 경우, 이들 입자는 접착을 보장하기 위한 결합제를 첨가하기 전에 유리하게 사전에 혼합될 수 있다.
이들 입자가 별개로 첨가되는 경우, 담지 입자가 표면 입자를 첨가하기 전에 먼저 바람직하게는 연속적인 방식으로 도입되는 것이 바람직하고, 결합제도 또한 연속적인 방식으로 도입되는 것이 바람직하다.
비록 본 발명이 FeSi계 담지 입자를 이용하여 설명되었으나, 주조 산업에서 일반적으로 사용되는 다른 재료, 특히 SiC 또는 흑연 유형의 담지 입자를 사용할 수도 있다는 것에 주의해야 한다. 만일 그렇다면, 필요한 것은 제조 실시예를 이들 재료로 치환하는 것이다.
주철 욕에 관하여 본 발명에 따른 접종제를 이용하여 달성된 결과가 시험되었다.
제조 방법과 마찬가지로, 담지 입자가 FeSi 유형인 본 발명에 따른 접종제를 이용한 가장 일반적인 사용의 경우를 위한 실시예가 제공된다.
이것은 규소 탄화물 또는 흑연과 같은 다른 유형의 담지 입자를 포함하는 본 발명에 따른 접종제의 사용을 막는 것은 결코 아니지만, 이들 재료는 주조 산업에서 자주 사용되지는 않는다.
실시예 1: 종래 기술(참조)에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 0.8 질량%의 알루미늄 및 0.7 질량%의 칼슘을 포함하는 FeSi75 유형의 접종제 합금을 이용하여 0.3 중량%의 비율로 처리되었다.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주철 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.32 %(약산식 Ceq = %C + 1/3(%Si + %P)에 따라 계산됨, 여기서 %C, %Si 및 %P는 주철의 탄소, 규소 및 인의 함량이다)이다.
주철의 잔류 마그네슘은 400/1000이다.
그 후, 주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조되었다.
6 mm의 두께로 처리된 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 매트릭스의 구조: 55 %의 펄라이트, 15 %의 페라이트, 30 %의 시멘타이트
- 노듈의 수/mm²: 270
- VI 유형의 흑연: 57 %
- 평균 구상화: 85 %
- 평균 직경: 16.2 마이크론
실시예 2: 본 발명에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 다음의 조성을 갖는 본 발명에 따른 접종제를 이용하여 0.3 질량%의 비율로 처리되었다.
- 담지 입자의 합금: 0.8 질량%의 알루미늄 및 0.7 질량%의 칼슘을 포함하는 FeSi75,
- 표면 입자: 50 마이크론 미만의 크기를 갖는 1.5 질량%의 CaSi 입자 및 50 마이크론 미만의 크기를 갖는 1.5 질량%의 금속 알루미늄 입자
- 결합제: 10 질량%의 PVP의 수용액,
- 표면 입자의 접착 침적은 100°C에서 유동화에 의해 실시됨.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주철 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.32 %이다.
주철의 잔류 마그네슘은 400/1000이다.
그 후, 주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조되었다.
6 mm의 두께로 처리된 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 매트릭스의 구조: 45 %의 펄라이트, 50 %의 페라이트, 5 %의 시멘타이트
- 노듈의 수/mm²: 540
- VI 유형의 흑연: 59 %
- 평균 구상화: 92 %
- 평균 직경: 18.7 μm
실시예 3: 본 발명에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 다음과 같이 구성된 생성물을 이용하여 0.3 질량%으로 처리되었다.
- 담지 합금: Al = 0.8 질량% 및 Ca = 0.7 질량%을 포함하는 FeSi75,
- 표면 입자: 100 μm 미만의 크기를 갖는 2.5 질량%의 비스무스(Bi) 및 100 μm 미만의 크기를 갖는 2.5 질량%의 페로실리코-희토류(FeSiRE) 합금의 입자,
- 결합제: 10 질량%의 PVP의 수용액,
- 표면 입자의 접착 침적은 100°C에서 유동화에 의해 실시됨.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주철 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.32 %이다. 잔류 마그네슘은 420/1000이다.
주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조된다.
6 mm의 두께에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 매트릭스의 구조: 50 %의 펄라이트, 50 %의 페라이트, 0 %의 시멘타이트
- 노듈의 수/mm²: 570
- VI 유형의 흑연: 62 %
- 평균 구상화: 92 %
- 평균 직경: 17.8 μm
실시예 4: 종래 기술에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 1.2 질량%의 알루미늄, 1.5 질량%의 칼슘 및 1.5 질량%의 지르코늄을 포함하는 전통적인 방식으로 합성된 FeSi75 유형의 접종제를 이용하여 0.3 질량%의 비율로 처리되었다.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주철 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.32 %이다.
주철의 잔류 마그네슘은 400/1000이다.
그 후, 주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조되었다.
6 mm의 두께로 처리된 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 매트릭스의 구조: 45 %의 펄라이트, 50 %의 페라이트, 5 %의 시멘타이트
- 노듈의 수/mm²: 505
- VI 유형의 흑연: 59 %
- 평균 구상화: 87 %
- 평균 직경: 18.9 마이크론
따라서, 본 발명에 따라 구조를 갖는 접종제에 비해, 실질적으로 동일한 결과를 얻기 위해, 접종 성분의 양을 상당히 증가시키는 것과 지르코늄을 도입시키는 것이 필요하다.
실시예 5: 종래 기술에 따른 접종제
층상 흑연 주철 욕이 Al = 1.0 중량% 및 Ca = 1.5 중량%를 갖는 FeSi75계 생성물을 이용하여 0.3 중량%로 처리되었다.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주철 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.3 %이다.
주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조된다.
6 mm의 두께에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 공정 셀의 수/mm²: 0.2
- 시멘타이트: 40%
실시예 6: 본 발명에 따른 접종제
층상 흑연 주철 욕이 다음과 같이 구성된 생성물을 이용하여 0.3 질량%으로 처리되었다.
- 담지 합금: Al = 1.0 질량% 및 Ca = 1.5 질량%를 포함하는 FeSi75.
- 표면 입자: 100μm 미만의 크기를 갖는 5 질량%의 바륨 황산염(BaSO4) 입자,
- 결합제: 5 질량%의 시멘트 수용액,
- 표면 입자의 접착 침적은 100°C에서 유동화에 의해 실시됨.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주조 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.3 %이다.
주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조된다.
6 mm의 두께에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 공정 셀의 수/mm²: 2
- 시멘타이트 없음
실시예 7: 종래 기술에 따른 접종제
층상 흑연 주철 욕이 Al = 1.0 질량%, Ca = 1.5 질량% 및 Zr = 1.5 질량%을 포함하는 FeSi75계 생성물을 이용하여 0.3 질량%로 처리되었다.
처리는 주형을 충만시키기 전에 주철 레이들 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.3 %이다.
주철은 BCIRA 유형의 주형 내에서 주조된다.
6 mm의 두께에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 공정 셀의 수/mm²: 1.5
- 시멘타이트: 5%
실시예 8: 상이한 두께를 갖는 부품 - 본 발명에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 다음과 같이 구성된 생성물을 이용하여 0.3 질량%으로 처리되었다.
- 담지 합금: with Al = 1.0 질량% 및 Ca = 1.0 질량%를 포함하는 FeSi75,
- 표면 입자: 알루미늄 분말(크기 <75μm) 및 CaSi(크기 <75μm)의 혼합물 5 %,
- 결합제: 2 질량%의 PVP의 수용액,
- 표면 입자의 접착 침적은 100°C에서 유동화에 의해 실시됨.
처리는 주형을 충만시킬 때 제트에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.32 %이다.
그 후, 주철은 상이한 두께(4 mm 및 25 mm)를 갖는 부품을 제조하기 위해 주형 내에서 주조된다.
주조된 부품의 4 mm 두께의 부분에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 노듈의 수/mm²: 502
- 평균 직경: 17 μm
- VI 유형의 흑연: 85 %
- 구상화: 98 %
- 시멘타이트: 0 %
- 페라이트: 48 %
- 펄라이트: 52 %
주조된 부품의 25 mm 두께의 부분에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 노듈의 수/mm²: 250
- 평균 직경: 23 μm
- VI 유형의 흑연: 87 %
- 구상화: 98.5 %
- 시멘타이트: 0 %
- 페라이트: 50 %
- 펄라이트: 50 %
실시예 9: 상이한 두께를 갖는 부품 -종래 기술에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 1.0 %의 Al, 1.0 %의 Ca 및 1.5 질량%의 Zr을 포함하고, 전통적 방식으로 얻어진 FeSi75 합금을 이용하여 0.3 질량%로 처리되었다.
처리는 주형을 충만시킬 때 제트에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.31 %이다.
그 후, 주철은 상이한 두께(4 mm 및 25 mm)를 갖는 부품을 제조하기 위해 주형 내에서 주조된다.
주조된 부품의 4 mm 두께의 부분에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 노듈의 수/mm²: 350
- 평균 직경: 19 μm
- VI 유형의 흑연: 70 %
- 구상화: 95 %
- 시멘타이트: 30 %
- 페라이트: 40 %
- 펄라이트: 30 %
주조된 부품의 25 mm 두께의 부분에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 노듈의 수/mm²: 150
- 평균 직경: 25 μm
- VI 유형의 흑연: 73 %
- 구상화: 95.5 %
- 시멘타이트: 0 %
- 페라이트: 50 %
- 펄라이트: 50 %
따라서, 본 발명에 따른 접종제를 이용하면 상이한 두께를 갖는 부품의 상이한 부분을 효과적으로 접종할 수 있으나, 종래 기술에 따라 제조된 접종제를 이용하면 달성하기가 어려울 수 있다.
실시예 10: 큰 두께의 부품 -본 발명에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 다음과 같이 구성된 생성물을 이용하여 0.3 질량%으로 처리되었다.
- 담지 합금: Al = 1.0 질량% 및 ca = 1.0 질량%을 포함하는 FeSi75,
- 표면 입자: 알루미늄 분말(크기 <75μm) 및 CaSi(크기 <75μm)의 혼합물 5 %,
- 결합제: 10 질량%의 시멘트 수용액,
- 표면 입자의 접착 침적은 100°C에서 유동화에 의해 실시됨.
처리는 주형을 충만시키는 중에 주조 욕 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.33 %이다.
그 후, 주철은 큰 두께의 부품(170 mm)을 제조하기 위해 주형 내에서 주조된다.
170 mm 두께의 주조된 부품의 중심에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 노듈의 수/mm²: 160
- VI 유형의 흑연: 65 %
- 평균 직경: 25 μm
- 구상화: 99.2 %
- 시멘타이트: 0 %
- 페라이트: 50 %
- 펄라이트: 50 %
실시예 11: 큰 두께의 부품 - 종래 기술에 따른 접종제
구상 흑연 주철 욕이 1.0 %의 Bi 및 0.6 %의 희토류 원소를 포함하고, 전통적 방식으로 얻어진 FeSi75 합금을 이용하여 0.3 질량%로 처리되었다.
처리는 주형을 충만시키는 중에 주조 욕 내에 접종제를 첨가함으로써 수행된다.
주철의 당량 탄소(Ceq)의 양은 4.31 %이다.
그 후, 주철은 큰 두께(170 mm)의 부품을 제조하기 위해 주형 내에서 주조된다.
주조된 부품의 170 mm 두께의 중심에서 주철은 다음의 특징을 갖는다.
- 노듈의 수/mm²: 155
- 평균 직경: 22 μm
- VI 유형의 흑연: 50 %
- 구상화: 85 %
- 시멘타이트: 0 %
- 페라이트: 52 %
- 펄라이트: 48 %
따라서, 본 발명에 따른 접종제를 이용하면 흑연의 우수한 구상화를 유지하면서 큰 두께의 부품을 효과적으로 접종할 수 있다.
비록 본 발명이 특정한 실시형태를 이용하여 설명되었으나, 본 발명은 이것에 제한되지 않고, 설명된 수단의 본 발명의 범위 내에 속하는 모든 기술적 등가 및 이들의 조합을 포함한다는 것은 말할 것도 없다.

Claims (17)

  1. 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제로서, 상기 접종제는, 한편으로, 상기 액체 주철 내에서 가용성인 재료로 제조된 담지(support) 입자 및, 다른 한편으로, 흑연의 발아 및 성장을 촉진시키는 재료로 제조되는, 그리고 상기 담지 입자의 표면에 불연속적으로 배치 및 분포되는 표면 입자를 포함하고, 상기 표면 입자는 그 직경(d50)이 상기 담지 입자의 직경(d50)의 1/10 이하인 입도 분포를 갖는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 흑연 형태의 탄소와 철의 결합을 촉진시키는 재료로 제조되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 규소 및/또는 탄소계 재료로 제조되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 상기 입자의 질량에 대해 적어도 40 질량%의 규소를 포함하는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 철합금으로 제조되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 상기 담지 입자의 질량에 대해 알루미늄 또는 칼슘과 같은 적어도 하나의 첨가 원소를 특히 각각 0.2 내지 5 질량% 만큼 특히 합금화된 형태로 포함하는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 상기 담지 입자의 질량에 대해 특히 0.5 내지 6 질량%의 양으로 수축공을 처리하기 위한 적어도 하나의 첨가 원소를 특히 합금화된 형태로 포함하는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 입자의 비율은 상기 접종제의 질량에 대해 1 내지 8 질량%인, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주철이 도입될 때까지, 상기 표면 입자는 상기 담지 입자의 표면의 80 내지 90 %를 점유하는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 입자는 알루미늄, 비스무스 및 망가니즈와 같은 금속 원소, 규화물, 특히 철 규화물, 희토류 규화물 및 칼슘 규화물, 알루미늄 산화물, 칼슘 산화물, 규소 산화물 또는 바륨 산화물과 같은 산화물, 금속 황화물, 특히 철 황화물, 칼슘 황화물 및 희토류 황화물, 황산염 특히 바륨 황산염 및 카본 블랙 중에서 별개로 또는 혼합물로서 선택되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 입자는 상기 담지 입자의 표면 내에 감입(inlaying)되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 입자는 상기 담지 입자의 표면에 결합제에 의해 결합되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 주철을 처리하기 위한 접종제를 제조하기 위한 방법으로서,
    한편으로, 0.2 내지 7 mm의 범위의 입도 분포를 갖는, 액체 주철 내에서 가용성인 재료로 제조된 담지 입자를, 다른 한편으로, 상기 담지 입자의 직경(d50)의 1/10 이하의 직경(d50)의 입도 분포를 갖는 표면 입자를 제공하는 단계,
    불연속 분포에 따라 상기 담지 입자의 표면에 상기 표면 입자를 감입시킴으로써 침적물을 얻기 위해, 고속으로, 예를 들면 1000 내지 1500 rpm의 범위의 속도로 상기 담지 입자와 상기 표면 입자를 건식 혼합하는 단계를 포함하는, 주철을 처리하기 위한 접종제를 제조하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 접종제를 제조하기 위한 방법으로서,
    액체 주철 내에 0.2 내지 7 mm의 범위의 입도 분포를 갖는 담지 입자, 상기 담지 입자의 직경(d50)의 1/10 이하의 직경(d50)의 입도 분포를 갖는 표면 입자, 및 용매 내의 결합제를 제공하는 단계,
    상기 담지 입자, 상기 표면 입자 및 상기 결합제를 혼합하는 단계, 및
    예를 들면, 증발에 의해 상기 결합제로부터 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는, 주철을 처리하기 위한 접종제를 제조하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합제는 유기 결합제 및 폴리머 결합제 중에서, 특히 폴리비닐 알코올(PVA), 카복시메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 시멘트 중에서 선택되는, 주철을 처리하기 위한 접종제를 제조하기 위한 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 담지 입자는 알루미늄 및 칼슘을 포함하는 FeSi 재료로 제조되는, 액체 주철을 처리하기 위한 분말화된 입자상 접종제.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 입자는 알루미늄, 비스무스, 규화물 특히 철 규화물, 희토류 규화물 및 칼슘 규화물, 알루미늄 산화물, 칼슘 산화물, 규소 산화물 또는 바륨 산화물과 같은 산화물, 금속 황화물 특히 철 황화물, 칼슘 황화물 및 희토류 황화물, 황산염 특히 바륨 황산염 및 카본 블랙 중에서 선택되는 재료로 제조되는, 주철을 처리하기 위한 접종제를 제조하기 위한 방법.
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