주물사의 노화현상 및 재생처리법

가. 주물사의 노화현상

주물사는 반복 사용할수록 노화되어 간다. 주성분이 규사와 점토이므로 노화의 현상은 이 두가지 외에 금속산화물에 의한 노화이며 다음과 같다.

① 사립이 열로 인하여 붕괴되어 가늘게 되어가는 현상

② 점토가 점결력을 잃어가는 현상

③ 금속산화물의 혼입 등이다.

 

(1) 규사의 노화현상

규사는 온도에 따라서 수축과 팽창을 하며 주조작업에서는 매우 빨리 가열되기 때문에 입자에 균열을 일으킨다. 처음에는 투명한 것이라도 용탕과 접촉 및 용탕과 가까이 있는 것들은 유백색으로 변하는데 이것은 사립의 내부에 균열이 발생된 것을 뜻한다. 균열이 된 사립은 자연 시효와 조형할 때 다져주는 외력에 의하여 쉽게 분쇄되어 이러한 사립의 변화가 주물사의 노화를 가져오게 된다.

(2) 점토의 노화현상

주물사의 점결제로서 많이 쓰이는 것은 점토이며 점토의 점결력은 점토가 갖는 화합수와 관계가 크며, 보통 550~600℃에서 소실된다. 즉 주형의 용탕에 접촉된 부분의 화합수는 모두 소실되며 화합수를 잃은 점토, 즉 점결력을 잃은 점토는 주물사 중에서 단지 미분으로 존재하므로 좋지 않다.

주입회수가 많아지면 주물사는 타서 부서지고 또 사립의 노화와 점토의 노화에서 오는 미분이 증가되며 이러한 영향을 받아 통기성이 저하된다. 또 점토는 600℃ 이상 으로 건조되면 점결력을 잃게 되므로 대체로 600℃를 점토의 노화온도라고 한다.

(3)산화물의 혼입

주형에는 고온의 용탕이 주입되기 때문에 주형내의 모래 및 점토의 일부는 분해를 일으켜 유리규산을 생성시킨다. 이것이 주입금속의 산화에 의하여 생기는 FeO와 반응하여 저융점의 슬래그를 생성하고 가스를 발생시키므로 주물에 여러가지 기공이 생긴다. 또 녹는점이 낮은 주형사는 소결 및 소착을 일으켜 주물표면이 거칠어지므로 이들 산화물들은 혼입되지 않도록 주의해야 한다.

나. 주물사의 재생 처리법

주물사의 재생처리는 주물사의 사용회수가 많아짐에 따라 노화되어 그 질이 낮아지고 계속해서 주물사로서의 가치를 잃게 되므로 이것을 재생처리하여 그 질이 복원될 수 있도록 한다. 주물사의 처리는 국부처리와 전체처리가 있으며, 전체처리 방법에는 건식과 습식 처리 방법이 있다.

(1)국부처리

주입작업을 한 주형에서 주물 제품만을 꺼내면 주물제품에 가까운 주물사는 건조되어 제품에 불어나고 주형을 형성하고 있던 대부분의 주물사는 공장 바닥에 남게된다. 그러므로 주물제품에 가까이 있는 주물사 만을 처리하는 방법을 주물사의 국부처리라 한다.

(2) 전체처리법

주형에서 사용한 모래 전부에 대해서 처리한 것을 전체처리라 하며 보통 주물사의 처리방법으로는 전체처리 방법이 효과적이다.

①건식처리법 : 이방법에는 주물사를 건조하는데 가열장치가 필요하고 또 미분이 처리 공장내에 쌓여 위생상 좋지 않고 사립의 표면에 붙어있는 배합제 등을 제거할 수 없는 결점이 있으나 처리방법 및 장치가 간단하므로 널리 사용되고 있다. 처리방법은 분쇄기를 이용하여 파쇄한 후 주물사를 처리한다.

②습식 처리법 : 습식처리는 물을 사용하여 주물사를 입도별로 나누며 모래가 거칠수록 빨리 가라 앉기 때문에 적정 사립으로 분리할 수 있다. 수용성 점결제나 배합제를 함유한 주물사의 처리에 가장 좋은 방법으로 대개 원형을 띠고 있어 복용성이 양호다. 주물사의 습식처리는 건식처리에 비하여 미분이 매우 적다.

(3)가열처리법

주물사는 주형 표면에서는 높은 열에 접촉되거나 표면에서 떨어진 곳에서는 그렇지 않고 유기질 점결제와 유기질 배합제가 주물사중에 잔류하여 사립의 복용성을 방해할 때가 있다.이 때에는 주물사를 700~800℃로 가열하여 태워준다.

다. 주물사 처리공정과 설비

주물사를 반복하여 사용하면 점차 통기성과 점결성을 잃고 규사는 575℃ 정도에서 약 2%정도 팽창하므로 금이 생기고 쪼개지게 되므로 사용회수가 많아짐에 따라 미분이 많고 불순물이 혼입된다. 그러므로 묵은 모래를 처리하고 새로운 모래를 보충하여 주물사로서의 기능을 회복시켜 항상 일정한 성질의 주물사를 얻으려면 올바른 뱋바과 조정이 필요하다. 

(1)모래건조

주물사의 배합시 원료사는 건조과정을 거치지 않고도 사용할 수 있으나 여러가지 면에서 건조시켜 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 셀주형이나 CO2 주형과 같이 점결제에 수분을 필요로 하지 않는 경우 ,규사에 함유된 수분은 주형의 성질에 좋지 않으므로 자연사나 재생처리한 주물사의 경우라도 전체적으로 균일한 수분의 분배를 위해서는 일차로 건조한 후 혼련시에 적당량의 수분을 배합하여 사용하는 것이 바람직하다. 건조기는 직화형, 가로형 및 세로형 건조기가 가장 많이 사용되고 있다.

(2)냉각

건조된 모래나 주형 후 재생처리 공정을 거치지 않고 재사용되는 주물사의 온도는 상당히 높아 배합시 수분 조절이 어렵고 조형시에도 원형에 달라붙어 모형빼기 작업이 어려워진다. 이러한 것을 방지하기 위하여 건조된 모래나 재사용되는 주물사는 반드시 냉각시켜 사용하여야 하며 냉각설비로는 회전식, 교반식, 모래냉각기 등이 있다.

(3)체질

신사속에 들어있는 각종 불순물과, 고사에서는 미분 철편, 철분 등의 개재물을 제거하고 또 재생처리사의 덩어리 모래의 분쇄나 입도조정이 필요하다. 여기에 사용되는 설비는 회전식 스크린, 진동식 스크린, 파쇄식 스크린과 철분제거에 사용되는 자기분리기,집진설비 등이 있다.

(4)혼련

원료사,점결제, 첨가제 및 물 등을 섞는 작업과 원료사의 표면에 점결제가 고루 피복되도록 하는 작업을 뜻하는 것으로 주물사 처리작업 중의 중요한 공정으로 이 작업에 의해 주물사의 기계적 성질은 크게 변한다. 혼련에서는 잘 조제된 사립자가 가능한 파쇄되는 일이 없도록 주의 깊게 조작해야한다.