KR890001637B1 - 주조용 주형(鑄型) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주조용 주형(鑄型)

제1도는 탕구계(湯口系)를 종래법으로 구축한 롤주형의 단면도.

제2도는 실시예 1에 사용한 본원 발명 롤주조용 주형의 단면도.

제3도는 역시 실시예 2의 본원 발명 롤주조용 주형의 단면도.

제4도는 실시예 3의 본원 발명 휠주조용 주형의 단면도.

제5도는 실시예 1에 의한 주조냉각후의 당구부 단면상리를 나타낸 사진.

제6a도는 비교예 1에 나타낸 종래의 도관의 탕구를 사용한 후의 용손상태를 나타낸 사진.

제6b도는 같은 내면을 나타낸 사진.

제7도는 비교예 2에 나타낸 보통강 강관을 사용했을때의 탕구의 단면을 나타낸 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수구(受口) 2, 12 : 탕구

2a : 탕구저부 2b : 탕도

2c : 둑 3, 3a : 주형본체

4,4a : 도관 5, 5a : 금속틀

6, 6a, 6b, 10, 17, 17a : 모래

7, 7a, 7b, 13, 13a : Al확산 피복 탕구 계관

8 : 강관

본원 발명은 신규의 탕구계관(湯口系管)을 갖는 주조용주형(鑄造用鑄型)에 관한 것이다.

주지하는 바와같이 주조용 주형은 사형(砂型), 금형(金型)등으로 조립되며, 대부분의 주형이 탕구계가 부속되어 이루어진다. 수구(受口)에 이어지는 탕구계는 일반적으로는 탕구,탕구저부, 탕도(湯導)및 둑(

)으로 구분되며, 탕구는 소정시간내에 주물의 전 중량분의 용탕(溶湯)이 통과하도록, 또한 탕구저부, 탕도 및 둑은 용탕의 유체저항에 의한 에너지 손실이 최소로 되도록 즉 용탕이 그 안을 빨리 그리고 조용하게 흐르도록 배려하여 설계된다. 그리고, 본원 발명에 있어서의 탕구 계관이란 상기 탕구. 탕구저부. 탕도 및 둑의 전부 또는 그 일부를 구성하는 관을 말한다.

그 때문에 종래부터 탕구계는 일반적으로, 소형주물에서는 모래로 조형하고 모래표면의 보호와 평활성(平滑性)을 확보하는 목적으로 도형재(塗型材)가 도포되어 있고, 중형, 대형주물에서는 길이 200-600mm정도의 도관(陶管)또는 샤모트(chamotte)관을 사용하여 연결하는 방식으로 조립되어 있다.

그러나, 이들 종래법에는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 주물의 품질면 및 주탕(注湯)시의 문제로서는 탕구벽. 탕구저부등에 있어서의 모래가 씻겨지거나 제6도에서 볼 수 있는 도관 또는 샤모트관의 용손(溶損)이 생기기 쉬우며, 이들은 주물제품 불량에 직결된다. 이들 불량요인을 회피하는 방법으로서 미리 주물에 여분의 두께를 붙여두어, 이부분에서 후공정인 기계가공으로 제거하는 방법도 있지만, 이것 역시 제품수율의 저하는 물론 공정수증가에서 오는 제품의 원가상승은 피할 수 없다. 또 이와같이 씻겨지거나 용손이 심할 경우는 탕이 새거나 탕도의 폐색을 야기하여, 이후의 주탕을 불가능하게 한다.

한편, 조형작업 및 공정수면에서 보면, 탕도. 둑을 주조방안상 이상적으로하는 위치에 부착하려고 해도, 도관 또는 샤모트관 방식에서는 연결하는 방식이라든가, 관의 길이 및 이음매의 형상에 지배되어서 자유도가 없고, 부착위치가 제한된다는 등의 문제가 있다. 또한 이들을 고정하기 위해서 및 주탕시의 용탕의 충돌 및 열충격, 또 용탕정압등에 의해 갈라지는 것을 방지하기 위해, 통상 강철제의 금속틀을 사용하여 관과 틀과의 사이의 간극을 결합제를 배합한 모래로 래밍(ramming)등에 의해 견고하게 굳히고 있지만, 이 래밍 작업시에 이음매에서 어긋남. 파손등이 발생하여 작업능률이 저하될 뿐만아니라, 탕이 새는 원인으로도 된다. 따라서 이 어긋남, 파손을 방지하고 조형공정수를 저감하기 위해 하나로 된 긴 관의 개발이 절실히 요구되어 왔지만, 제작상의 곤란성. 수송 취급중의 파손. 원가고 등의 문제가 있기때문에, 불과 600mm정도의 한정된 길이의 것 밖에 제공되고 있지 않은 것이 현상이다. 이것에 대해서 자유도가 있는 모래를 사용하면 조형상 숙련, 공정수를 요하는 것 외에 상술한 씻겨지는 것에 의한 위험이 증가한다. 이것을 개선하고자 상기 도관 또는 샤모트 관이 사용되기에 이르렀지만, 상술한 바와같은 새로운 문제가 생기고 있는 것이다.

본원 발명자들은 상술한 종래 기술이 갖는 여러 결점을 해결하는 신규의 주조용주형을 제공해서 여러가지 실험을 거듭했다. 다음에 실험결과에 의거하여 상술한다.

본원 발명자들은 먼저 조형작업. 공정 수면의 여러문제를 해결할 목적으로, 종래의 도관 대신에 일본국실개소 48-67007호 공보 및 실공소 49-21205호 공보에 개시된 강관탕구에 의한 주탕 실험을 실시했다. 사용한 강관은 시판의 보통주 강관(STK 30) 50A(외경 60.5mm, 두께 2.3mm)이며, 용량은 덕타일주철 800Kg이다. 그리고 상기 실개소 48-67007호 공보의 제2도에는 용탕중량 200Kg에 대해서 강관두께 3.0mm의 기재가 있지만 본실험에 제공된 덕타일주철의 용탕 주입온도 1340℃에 대해서 실개소 48-67007호 공보에 게시된 것은 주강(鑄鋼)이며, 그 용탕온도는 약 200℃ 높은 것으로 추정되므로, 강관이 탕구로서 사용가능하다고 예상했기 때문이다.

그러나, 주탕시간은 불과 35초 였지만, 주물의 응고후 탕구부를 해체하여 조사했더니, 제7도와 같이 탕구강관은 전혀 원형을 찾아볼 수 없을 정도까지 용손되어, 탕구 주위의 모래에 다량의 탕차이가 있고 최소한 탕구로서는 불통(不通)인것이 판명되었다.

이 원인은 덕타일주철의 탄소농도가 강관의 약 15배로 높기 대문에, 용탕에서 탕구강관 소지(素地)중에 탄소가 확산되며, 즉 가탄(加炭)된 결과 강관은 저융점으로 되어, 이 가탄성형상과 주입류의 침식작용이 상승작용 했기 때문에 급속히 용손되기에 이른 것으로 판단된다.

다음에, 이 가탄현상을 방지하고자, Al₂O₃분말등의 내화물을 상기 강관내면에 피복해서 마찬가지로 실험했다.

본 피복처리는 일본국 특공소 34-7911호, 34-8808호 공보기재의 방법 및 시판의 주철용 도형재(塗型材)(상품명 세라몰드 55및 오타몰드)를 사용하여, 0.2-1.0mm정도의 두께로 실시했지만, 모두 용손이 관찰되었다. 이것은 주탕시의 열충격, 내화물 피복층과 강관 본체와의 현저한 열팽창율의 차 및 주입류의 침식작용 때문에 내화물 피복층이 박리하여, 강관표면이 노출되는 결과, 가타현상을 방지할 수 없었기 때문이라고 생각된다. 그리고 박리, 용손이 없는 실용에 견디는 내화물피복 강관제의 탕구등은 아직 시판품으로서 개발되어 있지 않다.

한편, 종래부터 철강의 내고온산화성을 개선하는 방법으로서, 그 표면에 Al 을 확산피복하는 처리법이 실시되고 있고, 이 Al 확산피복처리법은 예를들면 Al 분말을 주성분으로 한 알루미늄 삼투제를 충전한 철상자 등 금속제 비밀페용기(非密閉容器)내의 이 삼투제중에 처리되어야 할 철강재료를 매몰하여 행해진다.

이와같이 처리하면 그 철강재료에 알루미늄이 확산삼투해서 표면층에 Fe-Al 합금층으로 이루어진 알루미늄 확산피복층이 형성된다. 이층은 용탕에 접촉되거나, 고온 분위기에 노출되는 등 2차 가열하면 그 표면에 Al₂O₃이 형성괸다. 또 철강재료를 알루미늄의 침지법(浸漬法), 용사법(溶射法), 전기 도금법에 의해, 그 표면에 알루미늄 피복층을 형성시켜 다시 가열 처리함으로써, 표면에 Al₂O₃피막을 갖는 Fe-Al 합금층으로 이루어진 알루미늄 확산피복층이 형성된다.

본원 발명자들은 기초실험의 결과, Al 확산피복 처리하여 Fe-Al 합금층으로 이루어지는 알루미늄 확산피복이 생성된 철강재료, 또는 다시 2차 가열처리하여 표면에 Al₂O₃피막을 갖는 Fe-Al 합금층으로 이루어진 알루미늄 확산피복층이 생성된 철강재료나, Al침지법, Al 용사법, Al 전기도금법 등에 의한 처리로 얻어진 Al 피복층을 다시 2차가열 함으로서 그 표면에 Al₂O₃피막을 갖는 Fe-Al 합금층으로 이루어진 확산피복층이 생성된 철강재료가 종래의 도관, 샤모트관 대신에 씻겨지지 않는 것은 물론, 주탕중 용손이 없는 가장 적합한 탕구계관 재료이며, 이것을 구비하면 유효한 주조용 주형을 제공할 수 있다는 것이 발견된 것이다.

이리하여 본원 발명은 주형본체와 이 본체에 용탕을 주입하기 위한 금속제 탕구 계관을 갖는 주조용 주형에 있어서, 상기 탕구 계관은 최소한 용탕에 접하는 측의 표면에 알루미늄 확산피복층을 갖는 알루미늄 확산피복 강관인것을 특징으로 하는 주조용 주형을 제공하는 것이다.

본원 발명에 대해서 상세히 설명하면 분원 발명에서는 각종 강관의 금속관의 최소한 용탕에 접하는 측, 즉 내면측에 Fe-Al 합금층을 갖는 알루미늄 확산피복층을 설치하거나, 또는 각종 강관의 금속관의 최소한 용탕에 접하는 축에 Al₂O₃피막과 Fe-Al 합금층을 갖는 알루미늄 확산피복층을 설치하거나, 또는 각종 강관의 금속관의 최소한 용탕에 접하는 내면에 먼저 Al 피복층을 배설하고, 2차가열에 의해 Al₂O₃피막과 Fe-Al 합금층을 갖는 알루미늄 확산피복층을 배설하는 것이다.

이들 알루미늄 확산피복층은 내면뿐만 아니라 동시에 용탕에 접하지 않는 외면측에 걸리는 피막이나 층을 설치할 경우도 당연히 포함된다.

이러한 Al 확산피복처리에 의한 Fe-Al 합금층만을 갖는 알루미늄 확산피복층의 금속제 탕구계관은 용탕에 접할때의 고온 가열 또는 처리후의 2차가열 처리에 의해, 또는 피복층의 산화성 환원성 분위기에 의한 2차 가열 처리에 의해 그 표면에 엷지만 치밀한 Al₂O₃피막이 생성되며, 이것이 용탕과의 친숙성 즉 습윤성을 나쁘게하고, 그것 때문에 용탕과 직접 용착하지 않게 되며, 따라서 그 침식으로부터 금속제 탕구 계관을 보호하는 작용을 하는 것이다.

그리고 2차가열 처리시는 표면의 Fe-Al 합금층 중의 Fe 보다 Al 이 먼저 선택적으로 산화되어 Al₂O₃피막단이 얻어진다. 이 외표면의 엷지만 치밀한 Al₂O₃피막이 산소 원자의 침입을 저지하여 철강의 산화를 방지한다고 하는것이다.

이 Fe-Al 합금층으로 이루어진 Al 확산피복층의 생성 방법중 일반적으로 칼로라이징(calorizing)이라고 불리우는 Al 확산피복 처리법에서는 통상 분말상의 삼투제를 가지고 철상자등의 금속제 비밀폐용기 중에 처리되어야 할 금속관을 매몰하고, 850-1050℃의 온도로 10-25시간 유지함으로써 행해진다. 삼투제로서는 예를들면 Al 농도가 낮은 Fe-Al합금분말과의 혼합물 또는 Al분말과 Al₂O₃분말과의 혼합물에 염화암모늄등의 소량의 삼투촉진제를 가한 것이 사용된다.

그리고 상기 Al 확산피복 처리시의 삼투제중의 Al 농도, 온도, 시간등의 조건을 조절함으로써, Fe-Al 합금층 중의 가장 외부의 Al 농도를 15-35중량%, 바람직하게는 28-32 중량%, 두께를 0.1-1.0mm, 바람직하게는 0.3-0.8mm의 범위로 되도록 한다. Fe-Al 합금층중의 Al 농도는 가장 외부에서 안쪽으로 이르는 것에 따라 직선적으로 저하된다. 또한 처리후 2차가열하여 Al₂O₃피막을 생성할 경우, 가열조건의 조절에 의해서 0.5-100μ, 바람직하게는 1-30μ의 두께의 Al₂O₃피막이 생성된다.

그리고 상기 Al 확산피복 처리법으로 얻어진 Fe-Al 합금층으로 이루어진 알루미늄확산 피복층은 삼투제 또는 처리조건에 의해서 Fe-Al 합금층과 그 표면에 Al₂O₃피막이 동시에 생성될 경우도 있다.

또 하나의 본원 발명에 있어서의 알루미늄 확산피복층을 형성하는 방법으로서 Al 침지법, Al용사법, Al 전기도금법등의 어느 방법이 사용된다. 이들 방법을 간단히 설명한다.

1) 침지법

700-800℃ 의 온도로 유지된 용융 알루미늄 조(槽)의 표면에 융제(融劑)를 띄우고, 그안에 처리되어야 할 강관을 담근다. 그때, 강관 표면부의 철과 알루미늄이 반응해서 표면부내부에 Fe-Al 합금층이 발달하고, 외표면에 알루미늄층이 형성된 Al 피복층이 생성된다.

2)용사법

금속 용사기(溶射機)를 사용하여, 선(線) 또는 분말 형태의 Al을 가스 또는 전호(電弧)에 의해 용융시키고, 압축공기로서 분무화하여 철강질의 피처리물에 분사하여 그 표면에 Al 피복층을 형성하는 방법으로 메타리콘법이라고도 불리운다. 이 경우의 Al 피복층의 두께는 대략 0.1-0.6mm이며, 그 대부분은 Al 층이지만, 철강소재의 Fe 와 Al 이 반응하여 엷은 Fe-Al 합금층도 내측에 형성되어 있다.

3)전기도금법

Al 및 알칼리금속의 염화물을 주체로하는 융해염의 혼합욕을 사용하거나 Al 브로마이드의 도금욕을 사용하여 강관등의 피처리물의 표면에 전기도금하는 것이며, 광택이 있는 순수 Al 전착피복층이 얻어진다.

이와같은 방법에 의해 금속관의 표면에 Al피복층이 형성되지만, 그 처리법에 의해서 도는 표면의 AL 층과 Fe-Al 합금층으로 이루어진 Al 피복층 또는 Al층만으로 이루어진 Al 피복층이 얻어진다.

이와같이 하여 얻어진 Al 피복층을 갖는 금속관을 산화성 부위기 도는 환원성 분위기에서 900-1050℃의 온도로 1-24시간 가열처리하면, Al 피복층은 Fe-Al 합금층과 Al₂O₃피막으로 이루어진 알루미늄 확산피복층으로 변화된다. 즉 표면에 엷지 치밀한 Al₂O₃피막이 생성되며, 다시 그것에 연속해서 내측에 Fe-Al 합금층이 동시에 생성된다. 그리고 이 가열처리시의 온도나 시간등의 조건을 조절함으로써 Fe-Al 합금층의 가장 외부의 Al농도를 15-35중량%, 바람직하게는 28-32 중량%, 두께는 0.1-1.0mm, 바람직하게는 0.3-0.8mm의 범위로 한다. 또 Al₂O₃피막은 0.5-100μ, 바람직하게는 1-30μ 범위의 두께로 한다.

이와같이 해서 용탕에 접하는 표면에 생성한 Al₂O₃피막은 용탕과의 친숙성 즉 숩윤성이 나쁘며, 그 때문에 용탕과 접해도 직접 융착하지 않게되고, 따라서 그 침식으로부터 금속관을 보호하는 작용을 한다. 제5도는 실시예 1의 탕구 하부를 절단해서 나타낸 사진 이지만, 표면에 Al₂O₃피막을 생성한 탕구관과 탕구에서 응고한 금속과의 사이에 분명히 간극을 나타내는 흑선을 볼수 있다. 이 간극의 존재에 의해 상술한 친숙성 내지 습윤성의 나쁜점이 명료하며, 따라서 금속관은 용탕에 의한 침식으로부터 효과적으로 보호된다.

이 Al₂O₃는 철강증에서 불순물로서 그대로의 형태로 존재하는 것에서 명백한 것처럼, 용탕과는 화합물을 만들지 않으므로 그 2050℃라고하는 고융점을 유지하며, 주입류(注入流)의 침식작용에도 잘 견딜수 있다.

그리고 이 표면의 Al₂O₃피막은 치밀하며 산소원자의 침입 또는 그것보다도 훨씬 원자반경이 큰 금속원자의 침입을 저지하는 동시에 약간 큰 탄소원자의 침입도 허용하지 않기 때문에 용탕중의 탄소에 의한 가탄현상을 방지할 수 있다. 또한 Al₂O₃피막과 연속해서 안쪽에 배설된 Fe-Al 합금층도 상기한 바와 같은 가열 처리시에 그 합금층의 부분에 원래부터 있었던 탄소원자는 Fe-Al 합금층에 고용(固溶)되지 않고, 그것과 금속 관소 지와 사이에 탄소의 농축영역을 형성하는 것 뿐이며, 따라서 표면의 Al₂O₃피막과 함께 그 내부의 Fe-Al 합금층의 존재도 상기 가탄현상의 저지에 크게 기여한다.

더구나 용탕에 접하는 Al₂O₃피막과 그것에 연속된 Fe-Al 합금층과의 사이, 그리고 Fe-Al 합금층과 금속관소 지와의 사이의 금속학적 고착은 견고하며, 주입류의 침식, 마모작용에 잘견디는 외에, 주탕시의 열충격 및 각층의 열팽창율의 차이에 의한 자괴작용(自塊作用)이 생길 염려가 없고, 보호작용을 충분히다 할 수 잇다.

금속관에 형성하는 Fe-Al 합금층의 가장 외부, 즉 Al₂O₃피막과 접하는 측의 Al 농도는 중요하며, 그것이 15중량% 보다 적을 경우는 그 위에 치밀한 Al₂O₃피막이 생성되지 않고, 용손되므로 바람직하지 못하고, 또 그 Al 농도가 35중량% 이상일 경우는 이 합금층이 단단하고 취약하게 되어 용탕의 열충격에 견딜 수 없어서 용손되므로 바람직하지 못하다. 또 Fe-Al 합금층의 두께가 0.1mm 보다 엷은 경우는 실용상 부적당하며, 1.0mm 보다 두꺼운 경우는 단단하고 취약해지므로 강도가 저하하여 탕구 계관으로서 바람직하지 못하다. 따라서 상술한 바와같이 Fe-Al합금속의 가장 외부의 Al 농도는 15-35중량%, 두께는 0.1-1.0mm의 범위로 유지하도록 하는것이 필요하다.

본원 발명에 있어서의 금속관으로서는 각종 강관중 특히 탄소강, 합금강, 스테인레스강, 내열강으로 만들어지는 강관이 바람직하게 사용된다. 탄소강으로서는 예를들면 일본공업 규격(JIS)에서 STK 30,41 등으로 표시되는 일반구조용 탄소강강관, STPT 38,42 등으로 표시되는 고온 배관용 탄소강 강관, SPHT 1등으로 표시되는 재료의 강제전선관등이 바람직하며, 합금강강관으로서는 마찬가지로 JIS 에서 STPA 12,22 등의 배관용 합금강 강관, STKS 1,2 등의 구조용 합금강 강관등이 사용된다. 또 스테인레스강 강관으로서는 예를들면 SUS 304등의 배관용 스테인레스강 강관, STKS 5,6 등의 구조용 스테인레스강 강관이 바람직하며, 또 JIS에서 SCH 11,12등의 내열강주강품(耐熱鋼鑄鋼品)에서 파이프형태로 만들어진 강관을 사용할 수도 있다. 그리고 본원 발명에 사용되는 금속관의 단면형상은 원형에 한정되는 것은 아니며 타원형등 임의로 선정된다.

본원 발명에 의한 금속제 탕구계관은 후술하는 바와같은 롤이나 주강휠 등의 주조주형에 적용학할 수 있을 뿐만 아니라 조괴용(造塊用) 탕구 계관으로서도 양호하게 적용할 수 있다.

상기와 같이 본원 발명에 의한 금속제 탕구 계관을 사용한 주조용 주형은 용탕주입시 용탕류의 가탄현상을 저지하여 금속관의 용손 또는 열충격에 의한 파손 등을 방지할 수 있을 뿐만아니라, 도관이나 샤모트 관과 같이 수송 도중이나 세트시, 사용시에 있어서도 파손되지 않으며, 모태등의 개재물에 의한 불량주물의 발생을 방지할 수 있다. 이 밖에 조형작업면에서의 자유도도 증가되며, 긴것을 하나로 만드는 것도 가능하고, 이을 필요가 없으며 세트는 매우 용이하므로, 조형공정의 감소, 주물모래의 유효한 이용, 사용하는 재료의 재이용 등에 의한 제조원가의 저감등 작업성, 경제성이 뛰어난 효과를 지닌다.

다음에 본원 발명을 도면에 의거하여 종래의 것과 비교하면서 더욱상세하게 설명한다.

제1도는 종래의 도관을 사용한 롤주조용 주형의 예이다. 수구(1)에서 주입된 용탕은 탕구(2), 탕구저부(2a), 탕도(2b), 및 둑(2c)을 경유하여 주형본체부(3),(3a)에 도입된다. 여기서 탕구(2) 및 탕구 저부(2a)는 곧은 도관(4)을 8개와 J자형도관(4a)을 이어서 만들어지지만, 이들은 통상 살이 두껍고 중량이 있는 금속틀(5)(5a)안에 수납되어, 관과 틀 사이의 중간부는 결합체를 배합한 모래(통상 이사(裏砂)라 함)(6)가 래밍에 의해 굳혀지지만, 이 래밍시에 이음매에서의 도관의 어긋남, 파손등이 발생하기 쉬우며, 또 래밍 및 취급의 편의상 금속틀의 긴것을 하나로 할 수 없어서, 공정수를 요한다.

탕도(2b) 및 둑(2c)부분은 이것을 도관으로 만든다고 하면 래밍시에 파손될 염려가 있다는 것, 주조 방안상 이부분의 형상은 특히 중요하지만, 도관을 가공이 곤란하고 자유도가 작다는것, 해체시에 모래(6a)안에 파편이 혼입하여 모래의 품질이 저하되는 것 등 때문에 모래(6a)로 조형하여 도형재가 도포되지만, 그래도 씻겨나가는 일이 발생하기 쉽다.

제2도에 본원 발명의 사상과 특징을 나타낸는 실시예 1의 롤주조용 주형을 나타낸다. 도면에 있어서 탕구계관은 탕구(2)를 구성하는 긴 물건 하나로 직관의 Al확산피복 탕구계관(7)과 탕구저부(2a), 탕도(2b), 둑(2c)을 일체로 구성하는 J자형의 Al 확산피복 탕구계관(7a)으로 이루어지며, 상기 Al 확산피복 탕구계관(7)은 경량의 보강용 강관(8)에 의해 외측에서 보강되며, 한편 J자형의 Al 확산피복 탕구계관(7a)은 모래(6b)안에 매설된다. 따라서 이 경우 본원 발명의 탕구(2)는 제1도에 있어서의 종래의 살이 두껍고 중량이 있는 금속틀을 사용하지 않고 경량의 보강용 강관(8)을 사용하여 이루어진 뿐만아니라, Al 확산피복 탕구계관(7)을 에워싸고 고정하는 이사(裏砂)를 전혀 사용하지 않아도 된다.

즉 상술한 바와같이 Al 확산피복 탕구계관으로 이루어진 직관상의 탕구 계관(7)은 열충격에 의한 파손, 침식에 의한 용손의 염려가 없으므로, 통상 이것에 대비하는 이사나살이 두껍고 중량이 있는 금속틀을 사용할 필요는 없다. 그러나 용탕의 고열을 받아서 탕구계관(7) 고온으로되며, 강도의 저하에 의해서 변형의 염려가 있으므로, 이것을 보강하는 데 충분한 강관(8)등의 약간의 보강제를 요하는 일 있다. 이경우, 탕구계관(7)과 강관(8)과의 사이에 해체시 양자를 분리할 수 있을 정도의 간극(9)을 형성한 구조로 하면 강관(8)의 반복 사용이 가능해진다. 그리고 도면에는 나타나 있지 않지만 필요에 따라서 탕구상부 및 하부에 관(7)과 (8)사이에 간극편을 설치해도 좋다.

물론 소형주물로 주탕시간이 짧은 것 또는 탕구 길이가 짧을 경우는 보강용 강관(8)을 생략하여 탕구(2)를 구성하는 것도 가능해지며, 이경우 더욱 합리화되는 것이다.

즉 본원 발명의 주조용 주형은 탕구의 구축에는 반드시 이사를 사용한다고 하는 상식을 뒤엎고 당업자의 이상을 실현한 것이다.

이결과, 종래법에서 문제가 되었던 도관의 파손, 용손.모래가 씻겨나가는 것에 기인하는 불량 주물의 발생을 방지할 수 있는 동시에 하나의 긴 것으로 된 물건의 채용과 이사, 살이 두껍고 중량이 있는 금속틀의 폐지는 조형작업의 간략화 즉 조형공정수의 대폭저감을 가져온다.

또 Al 확산피복 탕구 계관은 용이하게 절단할 수 있으며, 가스버너등으로 가열하는 것으로 굽힘가공도 또 용접조립을 할 수 있다는 등 조형작업시의 자유도도 향상되므로, 방안상 이상적인 위치에 탕도 등을 설치할 수 있다.

또한, 사용후 재료는 종래의 도관 또는 샤모트관과 같이 폐쇄의 필요도 없이 그대로 주강으로 싸여진 탕구 계관과 함께 철원(鐵源)으로서 재이용할 수 있으므로, 공정수 절약자원절약으로 되는 외에 파쇄조각의 주물모래에 대한 혼입이 없어지므로, 모래의 품질이 열화되는 피해도 없다는 등 여러가지 이점을 갖는 것이다.

이상 일례를 들어 본원 발명의 구성 및 작용효과를 설명했지만, 다른 실시 양태로서 실시예 2및 3의 주조용 주형방안을 각기 제3도, 제4도에 나타낸다.

제3도는 비교적 대형롤을 주조할 경우의 본원 발명의 다른 적용예이며, 이 경우는 Al 확산피복하여 이루어지는 탕구계관(7)과 보강용 강관(8) 사이에 결합제를 포함하지 않은 모래(10)를 충전하여 탕구 계관(7)의 고온에 있어서의 강도부족을 보충한다. 여기서는 탕구계는 직관형탕구 계관(7), J자형 탕구계관(7a), 탕도 부분탕구계관(7b)로 구성된다. 도면에 있어서, 지지체(11) 및(11a)는 J자형 탕구계관(7a)과 직관형 탕구계관(7) 및 직관형 탕구계관 (7)과 수구(1)의 각기 접속용 내화물 성형품으로 보강용 강관(8)과 직관형 탕구계관 (7)의 간극편을 겸한다. 이렇게 함으로써 모래(10)는 결합제로 고화할 필요가 없고, 사질을 문제로 할 필요도 없으므로, 폐사(廢砂)등을 상부에서 부어넣은 것만으로 보강역할을 할 수 있는 것이며, 이것에 의해서 종래의 살이 두껍고 중량이 있는 금속틀을 조립하면서 래밍에 의해 모래를 굳히는 번잡한 작업이 생략되며, 중량물 운반, 취급의 공정수를 감하는 등, 주형성형원자가 현저하게 저감되는 것이다.

이렇게 하여 본원 발명과 같이 탕구계관으로서 Al 확산피복 탕구계관을 사용할 때는 통상은 제2도의 경우와 같이 이사를 전혀 사용할 필요는 없지만, 본원 발명은 이사를 사용하지 않을 경우에 한정되는 것이 아니라 제3도와 같이 이것을 사용할 경우도 그 범위내에 포함된다. 그러나 본원 발명에서는 이사를 사용할 경우에도 상술한 바와같이 결합체를 포함하지 않으며, 사질에 구애를 받을 필요가 없으므로 종래의 경우보다 우수하다는 것에는 변함이 없다.

제4도는 본원발명에 의한 주강휠의 주조용 주형의 예이다. 도면에 있어서 상부형틀(15)에는 Al 확산피복해서 이루어진 직관형 탕구계관(13)을 하부형틀에는 역시 J자형 탕구계관(13a)을 모래(17),(17a)중에 매몰하여 탕구계관(12),(12a)을 형성했다. 그리고 (14)는 휠본체이다.

이것에 의해 종래의 샤모트관, 사형에 의한 탕구계에 볼 수 있었던 조형시의 파손 및 해체시의 파편에 의한 모래오염이라고 하는 문제가 해소 되는 것이다.

이상 주로 탕구에 Al 확산피복 탕구계관을 사용한 본원 발명의 주형에 대해서 기술했지만, 주물의 형상이 복잡하며, 이상적인 탕도등을 형성하고자 하면 주물 모래의 강도만으로는 씻겨나가 실용에 견딜 수 없는 경우가 생긴다. 이와같은 가혹한 조건이 부과되는 부분에 한해서, Al 확산피복해서 이루어진 임의형상의 강제를 사용함으로써, 모래가 씻겨나가는 것이 완전히 방지된 이상적인 탕도등을 갖는 주형을 얻을 수 있다.

이상 본원 발명 주조용주형을 도면에 의거하여 설명했으며, 다음에 그 실시예를 나타낸다.

[실시예 1]

제2도에 나타낸 압연용롤 주조주형 방안에 의해서 주철롤을 주조했다. 주조 제조건을 다음에 나타낸다.

롤보디부주방(鑄放)치수 : 직경 500mm, 길이 1600mm

주입용탕량 : 310Kg

용탕화학성분(%) :

C Si Mn P

3.27 0.91 0.55 0.075

S Ni Cr Mo Fe

0.024 2.60 0.98 0.11 나머지

주입온도 : 1350℃, 주입시간 : 2분 30초, Al 확산피복 탕구 계관 : 외경 60.5mm, 두께 : 2.3mm 외측강관 : 외경 76.3mm, 두께 4.5mm

그리고, Al 확산피복처리는 Al 분말을 주성분으로 하여, 삼투촉진제 등을 포함하는 삼투제와의 보통강강관(STK 30)을 철상자에 넣어, 1000℃의 가열로 중에서 시간 유지하여 행하였다.

주조냉각후 주형을 해체하여 탕구부등을 절단조사한 결과, 제5도에 나타낸 바와같이 모든 부분이 건전하며, 용손, 탕의 누설 등을 전혀 볼 수 없었다.

본원 발명 주조주형을 적용한 것에 의해서 종래와 같은 모래등의 개재물이 끼어들지 않는 것을 물론, 조형공정수 등에 의한 비용은 종래법의 약 1/3로 감소했다.

[비교예 1]

제1도의 종래의 롤주조용 주형에 있어서, 도관(내경 65mm, 두께 15mm, 길이 595mm)(4)을 이어서 탕구부를 구성한 주형에 본 실시예 1과 동일성분 및 온도의 용탕을 주입하고, 주조 냉각후 주형을 해체한다음의 탕구(2)의 외관은 사진제6a도와 같다. 도관의 용탕주입중에 있어서의 파손과 탕이 누설되는 일은 없으나 도면의 좌상측이 박리되어 있고, 도관의 일부는 내면이 용손되어 도면에서 희게 보이는 바와같이 탕구금속에 부착되어 있다. 또한 제6b도는 탕구금속에 부착된 도관을 벗겨, 도관의 내표면의 상황을 나타내는 것이지만, 검은 얼룩형태로 보이듯이 용손되어 있는 것을 알수 있다. 이들 제6도의 상황에서 도관(4)은 용손되는 동시에 주형해체시는 용이하게 파손되어 파편이 주물 모래 중에 혼입되기 쉬운 것은 명백하다.

[비교예 2]

다음에 제1도의 주형에 있어서 탕구부를 도관(4) 대신에 Al 확산피복되어 있지 않은 길이가 긴 보통가강관 STK 30(외경 60.5mm, 두께 2.3mm)을 사용하여 후술하는 제 3도와 유사한 형상의 주형으로 하고, 본 실시예 1과 동일성분 용탕을 동일조건으로 주입하여, 주조 냉각후 주형을 해체한 다음의 탕구의 단면 형상은 제 7도에 나타낸 사진과 같다. 심부(深部)의 주철롤재의 외주에는 상기 제 5도에서 기술한 바와 같은 강관은 전혀 찾아볼 수 없으며 용손되어 있다. 그리고 외주에는 당초 강관의 외주에 충전되어 있던 모래안에 주철롤재 용탕이 삼투해 모래의 결합층을 볼 수 있다.

[실시예 2]

다음의 주조 제조건에 의해 비교적 대형의 압연용 아다마이트롤을 제3도의 본원 발명 주조용 주형을 사용하여 주조한 예를 나타낸다. 이롤도 종래는 제 1도에서 나타낸 바와같이 탕구계관을 도관(4),(4a)과 모래(6a)에 의해서 구축한 주형을 사용하고 있었지만, 본 실시예에서는 금속제 탕구 계관으로서 Al 확산피복 탕구계관(7),(7a),(7b)을 사용하여 구성해서 주조했다.

주조조건

롤보디부 주방치수 : 직경 478mm, 길이 1400mm,

주탕 용탕량 : 3500Kg

용탕화학성분(중량%)

C Si Mn P

1.72 0.68 0.80 0.019

S Ni Cr Mo Fe

0.008 0.68 1.06 0.21 나머지

주입온도 : 1440℃, 주입시간 : 2분 20초, 처리완료의 금속 제탕구계관, 외경 63.5mm, 두께 : 3.2mm

그리고, Fe-Al 합금층 형성의 피복처리는 Al 21중량%의 Fe-Al 합금분말에 Al 50%를 포함하는 Fe-Al 분말에 소량의 삼투축진제를 포함하는 Al 농도 26중량%의 삼투제중에 합금강 강관(STPA 24)을 매몰한 철상자를 980℃로 16시간 유지하여 처리했다. 금속제 탕구계관의 용탕에 접하는 면의 Fe-Al 합금층의 Al 농도는 20중량%, Fe-Al 합금층의 두께는 0.3mm 였다. 이것을 꺼내서 다른 노에서 1000℃로 1시간 가열하여 Al₂O₃피막을 생성하였지만 검경(檢鏡)의 결과 Al₂O₃피막의 두께는 1μ였다.

주조냉각후, 주형을 해체하여 조사한 결과 처리가 끝난 탕구계관의 손상은 전혀 찾아볼 수 없으며, 주조롤도 건전했다. 또 해체시에, 도관의 파편의 혼입에 의한 주물모래의 품질열화가 없으므로, 모래는 유요하게 재생사용할 수 있는 외에 조형공정수등에 의한 종래의 약

로 되었다.

[실시예 3]

다음의 주조제조건에 의해 비교적대형의 압연용 아다마이트롤을 제3도의 본원 발명의 금속제 탕구계관을 사용하여 주조용 주형으로 주조한 예를 나타낸다. 이 롤도 종래는 제 1도에 나타낸 것과 같이 탕구계관을 도관(4),(4a)과 모래(6a)에 의해서 구축한 주형을 사용하고 있었지만, 본 실시예에서는 알루미늄 확산피복 탕구 계관(7),(7a),(7b)을 사용하여 구성해서 주조했다.

주조조건

롤보디부 주방치수 : 직경 527mm, 길이 1600mm

주탕 용탕량 : 4, 100Kg

용탕화학성분(중량%)

C Si Mn P

1.69 0.71 0.82 0.020

S Ni Cr Mo Fe

0.007 0.70 1.03 0.22 나머지

주입온도 : 1440℃, 주입시간 : 2분 44초, 처리완료의 금속제 탕구계관 : 외경 63.5mm, 두께 : 3.2mm 그리고 Al 피복층의 형성은 침지법, 즉 730℃의 Al 침지조에 합금강 강관(STPA 24)을 5분간 담그어 처리하여 행해졌다. 이것을 1000℃로 10시간 가열한 결과 얻어진 Fe-Al 합금층의 가장 외부의 Al 농도는 34중량%, 두께는 0.50mm 이며, 그 위면에 형성된 Al₂O₃피막의 두께는 5μ였다.

주조냉각후, 주형을 해체하여 조사한 결과, Al 확산피복 탕구계관의 손상은 전혀 볼 수 없으며, 주형롤도 건전했다. 또 해체시에 도관의 파편의 혼입에 의한 주물모래의 품질열화가 없으므로, 모래는 유효하게 재생사용할 수 있는 외에, 조형공정수등에 의한 비용은 종래의 약 1/2로 되었다.

[실시예 4]

제4도에 나타낸 본원 발명의 금속제 탕구계관을 사용한 주조주형에 적용해서 주강휠을 주조한 예를 다음에 나타낸다. 주조 제조건은 다음과 같다.

휠 외륜주방치수 : 외경 850mm, 폭 200mm, 두께 70mm

주입용탕량 : 492Kg

용탕화학성부(중량%)

C Si Mn P

0.19 0.48 1.04 0.023

S Ni Cr Mo Fe

0.015 0.13 0.06 0.05 나머지

주입온도 : 1550℃, 주입시간 : 38초, 처리완료 탕구계관 : 외경 48.6mm, 두께 2.3mm 그리고 Fe-Al 합금층 형성의 피복처리는 Al 26중량%의 Fe-Al 합금분말에 Al 50%를 포함하는 Fe-Al 합금분말과 소량의 삼투촉진제를 포함하는 Al 농도 31중량%의 삼투제중에 보통간 강관(STK 41)을 매몰한 철상자를 1050℃로 20시간 유지하여 처리했다. 금속제 탕구계관의 용탕에 접하는 면의 Fe-Al 합금층의 Al 농도는 26중량%, Fe-Al 합금층의 두께는 0.82mm 였다. Fe-Al 합금층의 표면의 Al₂O₃피막을 검경한 결과 0.3μ의 두께였다.

주조냉각후 조사하였더니 휠본체, 확산피복 처리완료의 탕구 계관이 모두 건전했으며, Al₂O₃피막은 13μ라는 것이 확인되어 본원 발명의 금속제 탕구계관은 주강용 주조주형에도 적용할 수 있음이 명백해졌다.

[실시예 5]

제4도에 나타낸 본원 발명의 금속제 탕구계관을 사용하여 주조용 주형방안에 적용하여 주강휠을 주조한 예를 다음에 나타낸다. 주조제조건은 다음과 같다.

휠외륜주방치수 : 외경 800mm, 폭 200mm, 두께 80mm

주입용탕량 : 466Kg

용탕화학성부(중량%)

C Si Mn P

0.18 0.49 1.02 0.022

S Ni Cr Mo Fe

0.014 0.12 0.05 0.06 나머지

주입온도 : 1550℃, 주입시간 : 35초, 처리완료 탕구계관 : 외경 48.6mm, 두께 2.3mm그리고 Al 피복층의 형성은 용사법, 즉 금속용사기를 사용하여 보통강 강판(STK 41)을 미리 샌드브라스트(sand blast)에 의해 산화물을 제거한 다음, Al을 용사해서 행해졌다. 그후 1000℃에서 17시간 가열한 결과 얻어진 Fe-Al 합금층의 가장외부의 Al농도는 25%, 두께는 0.79mm이며, 그 위면에 형상된 Al₂O₃피막의 두께는 8μ여다. 주조 냉각후 조사했더니, 휠본체, 처리가 끝난 탕구는 모두 건전했으며, 본원 발명의 금속제 탕구계관은 주강용 주조주형에 적용할 수 있음이 명백해졌다.

Claims (1)

1. 주형본체와, 이 본체에 용탕을 주입하기 위한 금속제 탕구계관(湯口系管)을 갖는 주조용 주형에 있어서, 상기 탕구 계관은 최소한 용탕에 접하는 쪽에 알루미늄확산 피복을 갖는 알루미늄 확산 피복 강관이며, 상기 알루미늄 확산피복은 표면의 Al₂O₃층에 연속된 Fe-Al 합금층과의 2층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조용 주형.

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