KR-102961989-B1 - Method for Manufacturing Waste Casting Sand Made by Dry Type

Abstract

폐주물사를 재생하여 자원순환을 실현하고, 재자원화에 따른 생산비용, 공정비용을 절감하여 경제적 이점을 제공할 뿐 아니라 균일한 입도를 기반으로 원래의 주물사(新沙)와 동등의 물성을 제공하는 건식 폐주물사의 재생방법이 개시되어 있다. 이 개시된 건식 폐주물사의 재생방법은 폐주물사를 수거하여 준비하는 제1단계; 상기 폐주물사를 분쇄하는 제2단계; 상기 분쇄된 폐주물사에서 불순물을 제거하여 원료를 획득하는 제3단계; 상기 원료를 분급하여 선별하는 제4단계; 및 상기 원료, 신사, 물, 유-무기 하이브리드 바인더, 소포제 및 내열첨가제를 포함한 슬러리를 분무건조로 코팅하여 재생 주물사를 얻는 제5단계를 포함한다.

Inventors

• 박주석
• 안종필

Assignees

• 한국세라믹기술원

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241015

Claims (12)

1. 폐주물사 재생방법에 있어서, 폐주물사를 수거하여 준비하는 제1단계; 상기 폐주물사를 분쇄하는 제2단계; 상기 분쇄된 폐주물사에서 불순물을 제거하여 원료를 획득하는 제3단계; 상기 원료를 분급하여 선별하는 제4단계; 및 상기 원료, 신사, 물, 유-무기 하이브리드 바인더, 소포제 및 내열첨가제를 포함한 슬러리를 분무건조로 코팅하여 재생 주물사를 얻는 제5단계를 포함하고, 상기 제4단계는, 상기 원료를 80 ~ 120초 동안 진동시켜 메쉬별 남아 있는 원료를 수급하여 선별하되, 상기 선별된 원료는 전체 wt%에 대하여 25mesh 이상 ~ 45mesh 미만 5 ~ 15wt%, 45mesh 이상 ~ 65mesh 미만 30 ~ 45wt%, 65mesh 이상 ~ 85mesh 미만 25 ~ 35wt%, 85mesh 이상 ~ 105mesh 미만 5 ~ 15wt% 및 105mesh 이상 ~ 135mesh 미만 5 ~ 15wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서, 상기 폐주물사는 건식법으로 제조된 주물사이고, 상기 주물사에 사용된 점결제는 유-무기 하이브리드 점결제인 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2단계는, 상기 폐주물사를 1 ~ 5mm로 조분쇄하는 제21단계; 및 상기 조분쇄된 폐주물사를 10 ~ 1000um로 미분쇄하는 제22단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는, 마찰 프레이트를 이용하여 폐주물사 입자 간의 마찰을 유도하여, 상기 폐주물사의 표면에 있는 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 제4단계가 완료된 후, 상기 선별된 원료를 세척하여 건조하는 제41단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제41단계는, 상기 선별된 원료에 0.1 ~ 0.3M KOH를 혼합한 교반물을 200 ~ 250rpm으로 5 ~ 15min 동안 교반하는 제411단계; 상기 교반된 교반물에서 원료를 분리한 다음 물을 이용하여 세척하는 제412단계; 및 상기 세척된 원료를 탈수한 후, 80 ~ 200℃, 6 ~ 24h 동안 건조하는 제413단계를 포함하며, 상기 세척은 1회 내지 3회 중 어느 하나 실시되는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 제413단계가 완료된 원료는 함수율이 1 ~ 3%인 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 제5단계는 상기 원료와 신사를 20 ~ 40wt% : 60 ~ 80wt%를 혼합한 혼합물을 제조하는 제51단계; 상기 혼합물에 물, 유-무기 하이브리드 바인더, 소포제 및 내열첨가제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 제52단계; 및 상기 슬러리를 분무건조로 코팅하는 재생 주물사를 얻는 제53단계를 포함하는 건식 폐주물사의 재생방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제52단계는, 상기 물, 상기 혼합물 및 상기 내열첨가제를 1 : 1 ~ 1.2 : 0.01 ~ 0.05 중량비로 혼합하여 제1혼합물을 제조한 제521 단계; 및 상기 유-무기 하이브리드 바인더 및 상기 소포제를 5 ~ 45 : 0.01 ~ 0.3 중량비로 혼합한 제2혼합물을 제조한 다음, 상기 제1혼합물과 상기 제2혼합물을 80 ~ 96wt : 4 ~ 20wt%로 혼합하여 슬러리를 제조하는 제522단계를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 제53단계는, 상기 분무건조로 코팅은 하기 (a) 내지 (d)의 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법. (a) 인렛 온도 120 ~ 200℃ (b) 아웃렛 온도 100 ~ 170℃ (c) 슬러리 투입량 1 ~ 5kg/h (d) 분무속도 8000 ~ 12000rpm
12. 제9항에 있어서, 상기 제53단계가 완료된 후, 상기 재생 주물사를 100 ~ 120℃, 12 ~ 24h 동안 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 폐주물사의 재생방법.

Description

건식 폐주물사의 재생방법{Method for Manufacturing Waste Casting Sand Made by Dry Type} 본 발명은 건식 폐주물사의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 건식으로 제조된 폐주물사를 물리적 또는 화학적으로 재생하여 자원순환을 실현함과 동시에 원래의 주물사와 비교하여 동등의 물성이 발휘될 수 있는 건식 폐주물사의 재생방법에 관한 것이다. 사형 주조(sand casting)는 원하는 형상을 만들기 위해 원사를 사용하여 만든 주형 몰드에 용융 금속을 주입한 후, 응고시켜 원하는 모양을 만드는 공정이다. 이 때 중형 몰드를 이루는 원사를 주물사라 한다. 한편, 천연 주물사는 고갈로 인하여 장기적인 수급이 어려울 것으로 예상될 뿐만 아니라 중국 및 베트남 등에서의 규사 수출금지 조치로 인해 가격이 급등할 것으로 예상되므로, 대체 주물사 개발이 필요한 실정이다. 또한 주조 공장에서는 폐주물사를 비롯해서 분진, 슬래그, 폐내화물, 쇼트사 등의 폐기물을 많이 발생시킨다. 이러한 폐기물의 매립처리에 대한 점진적인 법규제 강화로 인한 매립비용 증가 문제도 주물사 자원 구입 비용 상승 문제와 맞물려, 제조원가 증가의 원인이 되고 있다. 따라서 대체 주물사로서 폐주물사를 재생하여 재활용하는 방안이 꾸준히 요구되고 있다 현재 폐주물사의 재생은 주물사의 표면에 붙어 있는 점결제를 제거하여 원래의 물성을 갖는 주물사로 만드는 것으로, 물리적, 화학적 재생방법 등이 있다. 이러한 물리적 또는 화학적으로 재생된 재생 주물사를 사용하는 경우, 기공 또는 크랙이 발생하거나 탈형작업시 소착현상 등이 일어날 수 있다. 이러한 원인은 재생 주물사의 불균일한 입도와 불안정한 물성으로 기인한 것인데, 이는 주물사 표면에 부착되어 있는 점결제를 충분히 제거하지 못한데 원인이 있다. 따라서 폐주물사의 표면에 부착된 점결제를 제거하여, 원사와 적절한 배합으로 원래의 주물사와 동등한 물성을 갖는 재생 주물사 제조방법이 필요한 실정이다. 또한 현재 습식으로 제조된 폐주물사에 대한 재생방법에 대한 연구는 활발이 진행된 반면, 건식으로 제조된 폐주물사를 활용한 재생방법은 미흡한 실정이므로 기술 개발이 요구되고 있다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 폐주물사의 재생공정을 나타낸다. 도 2는 도 1의 세척 및 건조하는 제조공정을 나타낸다. 도 3은 도 1의 재생 주물사 획득하는 제조공정을 나타낸다. 도 4는 도 3의 슬러리 제조하는 제조공정을 나타낸다. 본 명세서에 기재되는 모든 용어는 본 발명의 기능을 고려하여 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당해 기술분야의 통상의 기술자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라 질 수 있다. 또한 본 발명에서 발명자가 임의의 용어를 특정한 경우, 발명의 설명부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 발명의 설명에 기재된 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건식 폐주물사의 재생방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. [폐주물사의 재생방법] 본 발명은 건식 폐주물사의 재생방법을 제공한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건식 폐주물사의 재생공정을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 건식 폐주물사의 재생방법은 폐주물사를 수거하여 준비하는 제1단계; 상기 폐주물사를 분쇄하는 제2단계; 상기 분쇄된 폐주물사에서 불순물을 제거하여 원료를 획득하는 제3단계; 상기 원료를 분급하여 선별하는 제4단계; 및 상기 원료, 신사, 물, 유-무기 하이브리드 바인더, 소포제 및 내열첨가제를 포함한 슬러리를 분무건조로 코팅하여 재생 주물사를 얻는 제5단계를 포함한다. [1] 제1단계(폐주물사 준비) 제1단계는 폐주물사를 수거하여 준비하는 단계이다. 상기 폐주물사를 수거한 후 이물질이나 다른 비모래를 분리하여 폐주물사를 준비할 수 있다. 사형 주조(sand casting)는 원하는 형상을 만들기 위해 원사를 사용하여 만든 주형 몰드에 용융 금속을 주입한 후, 응고시켜 원하는 모양을 만드는 공정이다. 이 때 중형 몰드를 이루는 원사를 주물사라 하고, 주조 공정에서는 폐주물사를 비롯해서 분진, 슬래그, 폐내화물, 쇼트사 등의 폐기물이 많이 발생할 수 있다. 또한 폐주물사는 건식법으로 제조된 주물사를 사용하여 만든 주형에서 나온 폐기물일 수 있다. 상기 주물사에 사용된 점결제는 무기점결제, 유기점결제, 유-무기 하이브리드 점결제일 수 있으나, 바람직하게는 유-무기 하이브리드 점결제일 수 있다. 따라서 주조 공정에서 발생한 폐주물사를 수거한 후, 이물질이나 다른 비모래 물질을 분리 장치에 의해 분리하여 준비할 수 있다. 상기 분리장치는 자기 분리기나 스크린 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 따라서 상기 분리장치는 당해 기술분야의 공지된 통상의 장치를 선택할 수 있다. [2] 제2단계(폐주물사 분쇄) 제2단계는 폐주물사를 분쇄하는 단계이다. 상기 분쇄하는 단계는 균일한 입도를 갖는 폐주물사를 재생하기 위한 것으로, 상기 폐주물사를 1 ~ 5mm로 조분쇄하는 제21단계; 및 상기 조분쇄된 폐주물사를 10 ~ 1000um로 미분쇄하는 제22단계를 포함하여 진행될 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 상기 제21단계는 조분쇄 단계이다. 상기 조분쇄는 입도가 큰 폐주물사를 더 작은 크기로 만드는 과정으로, 폐주물사의 입자가 지나치게 크거나 응집된 상태일 때, 이를 해체하고 균일하게 할 수 있다. 이렇게 조분쇄된 폐주물사는 후속 분쇄단계에서 더 효율적인 작업을 보장할 수 있다. 따라서 상기 조분쇄는 조 크러셔(Jaw Crusher), 자이로터리 크러셔(Gyratory Crusher), 롤 크러셔(Roll Crusher) 등을 이용하여 폐주물사를 1 ~ 5mm로 분쇄할 수 있다. 따라서 상기 조분쇄된 폐주물사의 크기가 1mm 미만이면 후속 처리단계에서 입도 조절의 어려움을 야기할 수 있다. 또한 조분쇄된 폐주물사의 크기가 5mm 초과이면 이 또한 후속 처리단계에서 추가적인 분쇄가 필요할 수도 있으며, 입도가 균일하지 않아 제품의 품질이 저하될 수 있다. 상기 제22단계는 미분쇄 단계이다. 상기 미분쇄는 조분쇄된 폐주물사를 미세 크기로 만드는 과정으로, 폐주물사의 입도를 조절하여 최종 재생 주물사의 품질을 더욱 높일 수 있다. 이렇게 미분쇄된 폐주물사는 균일한 품질을 갖는 재생 주물사를 제조하게 할 수 있다. 따라서 상기 미분쇄는 조분쇄된 폐주물사를 펄버라이저(Pulverizer), 해머 밀(Hammer Mill), 볼 밀(Ball Mill), 제트 밀(Jet Mill) 등을 이용하여 10 ~ 1000um로 분쇄할 수 있다. 따라서 상기 미분쇄된 폐주물사의 크기가 10um 미만이면 본 발명인 재생 주물사 제조시 입자가 불균일하게 분포되거나 응집되어 품질을 저하시킬 수 있으며, 분진 등의 발생으로 작업환경에 악영향을 줄 수 있다. 또한 미분쇄된 폐주물사의 크기가 1000um 초과이면 추가 분쇄작업이 필요할 수 있으며, 불균일한 분포로 본 발명인 재생 주물사의 품질을 저하시킬 수 있다. [3] 제3단계(원료 획득) 제3단계는 원료를 획득하는 단계이다. 상기 원료는 조분쇄 및 미분쇄를 거친 폐주물사 표면에 부착되어 있는 불순물을 제거하여 획득될 수 있다. 상기 불순물은 점결제를 포함하므로, 상기 점결제를 제거하여 원래의 주물사(신사) 입자로 만드는 것이 폐주물사의 재생이다. 재생방법은 폐주물사를 재활용하여 다시 사용할 수 있도록 표면의 불순물을 제거하는 과정으로, 점결제가 유기계점결제인지 무기계점결제인지에 따라 다르며, 건식법(물리적 재생), 습식법(화학적 재생), 소성법 등이 있다. 본 발명에서는 일실시예인 물리적 재생으로 마찰 프레이트를 이용하여 폐주물사 입자 간의 마찰을 유도하여, 상기 폐주물사 표면에 부착되어 있는 불순물을 제거할 수 있다. 또한 상기 마찰 프레이트 대신 회전 드럼(Rotary Drum)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서 물리적 재생방법으로 불순물이 제거된 폐주물사가 원료이다. 또한 상기 원료는 하기의 처리 단계를 거쳐 원래의 주물사(新沙)와 동등의 물성을 갖는 재생 주물사가 될 수 있다. [4] 제4단계(원료 분급 및 선별) 제4단계는 원료를 분급하여 선별하는 단계이다. 상기 원료를 분급 및 선별하는 단계는 재생 주물사의 재사용 효율을 높이기 위해, 입자의 크기에 따라 분류할 수 있다. 또한 상기 원료의 분급 및 선별은 전단계에서 폐주물사로부터 완전히 제거되지 않은 불순물을 분리하여 최종 재생 주물사의 품질을 확보할 수 있다. 상기 원료를 80 ~ 120초 동안 진동시켜 메쉬별 남아 있는 원료를 수급하여 선별할 수 있다. 따라서 상기 원료를 수급 및 선별하기 위해 진동 스크린(Vibrating Screen)을 사용할 수 있다. 상기 진동 스크린은 다양한 크기의 메쉬(mesh)로 구성된 스크린으로, 고주파 진동을 통해 원료를 입자 크기별로 분리할 수 있다. 상기 선별된 원료는 전체 wt%에 대하여 25mesh 이상 ~ 45mesh 미만 5 ~ 15wt%, 45mesh 이상 ~ 65mesh 미만 30 ~ 45wt%, 65mesh 이상 ~ 85mesh 미만 25 ~ 35wt%, 85mesh 이상 ~ 105mesh 미만 5 ~ 15wt% 및 105mesh 이상 ~ 135mesh 미만 5 ~ 15wt%를 포함할 수 있다. 따라서 상기 선별된 원료를 메쉬별 분류함으로써, 불필요한 입자를 제거하여 균일한 입도를 갖는 원료를 제공함으로써, 본 발명인 재생 주물사를 기존 생산공정에서 신사와 적정량을 혼합하여 사용할 수 있어, 폐기물 저감 등 환경적 효과와 폐주물사 재활용, 폐기물 처리 비용 감소로 인한 경제적 효과를 기대할 수 있다. 상기 선별된 원료는 하기 제5단계로 진행되어 재생 주물사를 제조하거나 또는 불순물이 남아 있는 경우 화학적 재생을 위해 제41단계로 진행될 수 있다. [4-1] 제41단계(교반, 세척 및 건조) 도 2는 도 1의 세척 및 건조하는 제조공정을 나타낸다. 도 1 "I 도 2를 참조하면, 제41단계는 선별된 원료를 교반, 세척 및 건조하는 단계