[논문]구상흑연주철의 인몰드 용탕처리용 무점결제 브리켓의 제조 및 특성

발육; 신제식; 문병문

[국내논문] 구상흑연주철의 인몰드 용탕처리용 무점결제 브리켓의 제조 및 특성
Manufacturing and Characteristics of Binderless Briquette for In -Mold Melt Treatment of Ductile iron 원문보기

한국주조공학회지 = Journal of Korea Foundry Society, v.29 no.5, 2009년, pp.192 - 197

발육 , 신제식 (한국생산기술연구원 생산기반기술본부 주조기술연구부) , 문병문 (한국생산기술연구원 생산기반기술본부 주조기술연구부)

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The manufacturing and application characteristics of binderless briquette for in-mold melt treatment of ductile cast iron were investigated. The porosity of briquette was decreased with increased magnesium content. The dissolution rate was increased with the latter in the range of 5~10%. The fluxing...

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문제 정의

다양한 조성의 용탕처리제 브리켓에 대하여 성형압력과 밀도(기공도)의 상호관계에 대하여 조사하였다.

제안 방법

따라서 이러한 점결제 없이 브리켓 성형을 하면 보다 우수한 품질의 주철을 생산할 수 있게 된다. 본 연구에서는 점결제를 사용하지 않고 브리켓을 제조하였으며 각 조성에 따른 성형압력을 달리하여 브리켓의 기공도와 밀도 그리고 용해시의 분해시간 등을 검토하였다.
브리켓의 성형을 위하여 구성분말을 분말혼합기에서 약 30분간 혼련한 후 혼합분말 15 g을 STD11 재질의 가로, 세로 각각 50 그리고 높이 100 mm의 금형에 넣고 Fig. 1과 같은 유압식 프레스를 사용하여 분말성형압력을 200~600 MPa범위에서 100 MPa 간격으로 변화시켜 상온에서 5분간 압축성형 하여 Fig. 2와 같은 압축성형체를 얻었다. 기공율은 내화벽돌의 기공율 측정방법인 한국의 KSL3114와 동일한 방법으로 측정하였으며 브리켓의 취급 시 내구성을 알아보기 위해 단축압축 강도를 측정하였다.
얻은 브리켓의 분해시간(dissolution time)은 1450℃로 유지된 250 kg용량의 선철용탕 레들에서 용탕 면 아래 30 cm지점에까지 플런져를 이용하여 압축성형 된 브리켓을 찔러 넣고 브리켓의 용탕과의 반응으로 인한 불꽃 및 기포반응이 진정되는 시간까지로 유지하여 측정하였다. 브리켓 제조 시 사용된 기본조성합금(Base Metal Alloy)의 화학조성은 아래 Table 1에서 보이는 바와 같다.
브리켓의 성형에 영향을 미치는 마그네슘 함유량 연구를 위하여 0~10%까지 마그네슘 함량을 변화시켰다. 마그네슘 함량을 그 이상으로 증가시키는 것은 용해 중 분해된 마그네슘의 과다한 산화반응(pyroeffect)의 발생 때문에 불합리하다.
조성의 용탕처리제는 성형압력(200~600 MPa)에서 충분히 짧은 분해시간(12~14 sec)을 갖고 있다. 한편, 해당조성의 브리켓이 취급하는데 필요한 충분한 강도를 발현 하는 것이 중요하므로 압축성형압력에 따른 브리켓의 강도를 측정하였다. Fig.

이론/모형

2와 같은 압축성형체를 얻었다. 기공율은 내화벽돌의 기공율 측정방법인 한국의 KSL3114와 동일한 방법으로 측정하였으며 브리켓의 취급 시 내구성을 알아보기 위해 단축압축 강도를 측정하였다.

성능/효과

Table 5에서는 다양한 철분말과 기본합금 분말 배합비를 가진 브리켓 조성을 보여주고 있다. 4 종 분말로 제조한 용탕처리제 브리켓의 철분말과 기본합금 분말 배합비 변화가 브리켓의 기공도에 미치는 영향은 2 종 분말에 비하여 상대적으로 매우 작으며 다만 압력에 크게 의존하는 것으로 나타났다. 이는 다양한 입도분포에 기인한 것으로 생각된다.
브리켓의 마그네슘함량이 증가할수록 브리켓의 분해시간은 급격히 증가하게 되는데 이는 마그네슘과 용탕과의 급격한 반응으로 인한 마그네슘의 급격한 증발소모로 인해 브리켓의 온도가 빠른 시간 안에 떨어지는 효과에 의한 것으로 사료된다. 결과적으로 브리켓 분해시간의 최소치는 마그네슘 함량이 브리켓에 가장 적을 때 나타남을 알 수 있다. 그러나 마그네슘이 전혀 들어있지 않은 경우에는 그림에서 보는 바와 같이 브리켓의 기공도와 열전도율의 상호작용 최적화로 다른 경향을 보이고 있다.
이상의 연구에서 가장 최적화된 용탕처리제의 조성은 10%Mg-5%CaF₂-35%BMA-50%Fe인 것으로 나타났다. 조성의 용탕처리제는 성형압력(200~600 MPa)에서 충분히 짧은 분해시간(12~14 sec)을 갖고 있다.
1) 브리켓의 마그네슘 함유량이 증가하면 기공도는 줄어들며 마그네슘 함량이 4~10%범위에서 마그네슘함량이 증가할수록 분해시간은 증가하였다.
2) 5%인 CaF₂ 플럭스를 첨가하였을 때 그 효과가 가장 좋았다.
3) 최적화된 용탕처리제의 조성은 10%Mg-5%CaF₂-35%BMA-50%Fe인 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	브리켓 제조 시 분말성형방법을 사용할 때 장점은?	브리켓 형상으로 제조하는 방법에는 적정 용탕처리제의 용해제조 방법과 분말성형방법이 있다. 분말 야금학적 방법으로 브리켓을 제조하는 방법은 합금용해방법에 비해 원재료의 회수율이 높고 제조공정에 드는 전력 소모가 적으므로 보다 더 경제적인 방법이라 할 수 있겠다.
	브리켓 형상으로 제조하는 방법은?	브리켓 형상으로 제조하는 방법에는 적정 용탕처리제의 용해제조 방법과 분말성형방법이 있다. 분말 야금학적 방법으로 브리켓을 제조하는 방법은 합금용해방법에 비해 원재료의 회수율이 높고 제조공정에 드는 전력 소모가 적으므로 보다 더 경제적인 방법이라 할 수 있겠다.
	인몰드 용탕처리법은 어떤 경우에 사용되는가?	인몰드 용탕처리법은 주입시간이 길거나 이에 따른 용탕의 온도저하가 큰 경우에 사용되는 방법 중 가장 경제적이며 효과가 있는 방법 중에 하나이다. 그러나 이 기술은 적합한 탕도나 주입구의 설계에 주의가 요구되며 주철용탕과 접종제의 상호작용에 의한 반응물이 생성되지 않도록 하거나 설혹 반응물들이 생성되더라도 이들이 성형 공간에 침입하는 것을 억제하고 주입공정 중에 충분히 반응을 마칠 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.

참고문헌 (11)

Yoshida Toshiki : Foundry Engineering, Vol. 68 (1996) 858-864
Yoshida Toshiki : Foundry Engineering, Vol. 69 (1997) 491-498
S. B. Kwon, H. W. Kwon, W. S. Nam : Korea Founder Journal, Vol. 25 No.2 (2005), 102-108
Kowate Toshinori : Foundry Engineering, Vol. 71 (1999) 233-238
Japan Casting Association : Research Report, Vol. 63 (1993) 118-124
A. Bedolla : AFS Trans, Vol. 105 (1997), 714-722
R. B. Gundlach : AFS Trans, Vol. 105 (1997), 219-228
Y. S. Lerner : Modern Casting, Vol. 89 (June 1999), 37-40
M. I. Onsoien : AFS Trans, Vol. 105 (1997), 147-152
Loper, Jr. : US PATENT 07081150, (2006)
Margaria; Thomas J. : US PATENT 06613119, (2003)

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