주물사 중의 Dead clay 와 Spent coaldust의 관리
주물사 중의 Dead clay 와 Spent coaldust의 관리
1. dead clay와 spent coaldust란 무엇인가?
용탕이 생형주형(生型鑄型, greensand mold)의 표면과 접촉을 하게 되면 주형 표면 및 주형 표면 근처에 있는 모래 중에 존재하는 점토(粘土, clay)와 석탄분(石炭粉, coaldust)은 높은 열에 의해서 영향을 받는다.
점토분이 고열(高熱)을 받게되면 결합수(結合水, combined water)를 잃게 되어 점결력을 잃으며 일단 이러한 상태로 된 점토분은 수분을 첨가하더라도 다시 점결력이 회복되지 않는다. 이런 점토분을 dead clay라 한다.
또한 석탄분도 석탄분 중에 포함되어 있는 휘발분(揮發分, volatile matter)을 잃어버리게 된다. 휘발분을 잃어버린 석탄분은 미려한 주물표면을 갖는 주조품을 생산하는데 별 효과가 없다. 이러한 상태로 변한 석탄분을 spent coaldust라 한다.
주조품이 두꺼울수록 열에 의하여 영향을 받는 주형표면의 깊이는 더 커지며 따라서 dead clay와 spent coaldust의 발생량도 더 증가한다.
2. 주물사 성질에 어떠한 영향을 미치나?
주물사 중에 dead clay와 spent coaldust가 많이 축적되면, 만족스러운 주물사의 조건을 유지하기 위하여 수분이 추가로 첨가되어야 할 것이다. 따라서 생형강도(生型强度, green strength)는 증가할 것이고 인성(靭性, shatter index)은 감소할 것이다. 또한, 주물사의 통기도(通氣度, permeability)도 감소한다.
dead clay와 spent coaldust 양의 증가에 따른 주물사 특성의 변화를 다음 그림에 나타낸다.
주물사 중에 dead clay와 spent coaldust 량이 위험한 수준에 도달하면 형발(型拔, stripping, lifts)의 어려움 등이 따른다.
주물사 중에 dead clay와 spent coaldust의 축적을 방지하기 위하여 규칙적으로 주물사에 신사(新砂, new sand)의 첨가, 고사(古砂, old sand)의 제거를 행하여야 한다. 매회 첨가되어야만 하는 신사의 무게는 주형에 주입된 총 용탕 무게의 10-15%이어야 한다.
합성사(合成砂, synthetic sand)를 사용하고 있는 경우에는 필요한 양의 점토분이 신사에 첨가되어야만 하고, 자연사(自然砂, natural sand)를 사용하고 있는 경우에는 단지 석탄분만 첨가하면 된다. 중자(中子, core)를 분쇄한 모래도 주물사에 첨가하는 신사의 양으로 계산하여야만 한다.
탈사과정 중 주조품으로부터 떨어진, 타버린 모래(burnt sand) 즉, 고사는 제거되어야만 하고 이 고사의 양이 신사가 첨가될 수 있는 양이다.
3. 주물사 중의 dead clay와 spent 함량은 어떻게 측정하나?
주물사 중의 dead clay 함량을 정확하게 측정하는 것은 실용적이 못되고 dead clay 함량은 spent coaldust 량과 밀접한 관계가 있기 때문에 spent coaldust 함량을 측정함으로써 dead clay 와 spent coaldust 총량의 지표로 삼을 수 있다.
주물사 시료에 대한 작열감량(灼熱減量, ignition loss), 휘발분량 및 점토분량을 알고 있다면 spent coaldust의 함량은 정확하게 계산될 수 있다. 이것들은 110℃에서 건조시킨 시료에서 얻어져야 한다.
1) 작열감량측정
저울에 달은 시료(20g 이상)를 자제도가니(silica crucible)에 넣고 925℃±10℃에서 항량(恒量)이 될 때까지 (2시간 이상) 작열한 다음 식혀서 무게를 달아 감량을 얻는다.
2) 휘발분 측정
시료 5g을 밀폐된 도가니나 불활성 분위기 (예: 1ℓ/min 의 유속을 갖는 질소 가스분위기)에서 925℃±10℃에서 7분동안 유지시킨 다음 식혀서 무게를 달아 휘발분량을 얻는다.
3) 점토분 측정
시료 50g을 칭량(秤量)하여 암모니아와 같은 용액(ammoniacal solution)에 넣고 조심스럽게 끓인 다음 syphon 방법에 의하여 점토분을 측정한다.
* spent coaldust 함량은 다음과 같은 방법으로 계산한다.
(1) 점토분 속의 결합수를 점토분 양의 10%로 한다.
(2) 휘발분 양에서 결합수의 양(%)를 뺀다
(3) 이 값을 3으로 곱한다( 이는 석탄분의 1/3정도가 휘발분이라는 것을 의미한다) 이 결과치가 시료 중의 활성석탄분(活性石炭粉, active coaldust )량이다.
(4) 작열감량에서 결합수, 활성석탄분을 뺀 것이 spent coaldust 양이다.
예 : 시료 중에 점토분 10.0%, 작열감량 10.6%, 휘발분 2.9%이라면 결합수는 1.0% (점토분의 10%)이다.
․활성석탄분 = 3 (휘발분-결합수)
= 3 (2.9 - 1.0)
= 5.7%
․spent coaldust = (작열감량 - 결합수 - 활성석탄분)
= (10.6 - 1.0 - 5.7)
= 3.9%
4. 주물사 중의 dead clay와 spent coaldust의 허용범위
측정된 spent coaldust 함량을 dead clay와 spent coaldust 총량의 지표로 삼는다.
1) 1.0% 이하 ----------------- 만족스러운 상태이다.
2) 1.0% - 2.0% --------------- spent coaldust, 생형강도 및 인성 등을 규칙적으로 측정하여 도표로 기록해야 한다.
3) 2.0% 이상 ------------------ 즉시 신사의 첨가량을 증가시켜야만 한다.
