5.5.1 Water jacket 제작을 위한 혼련 폐사의 습식 재생
혼련 폐사와 1차-3차 재생사의 성분 분석은 Table 5-2에 나타내었다. 혼련 폐사의 Na2O와 K2O 성분은 각각 1.36%, 1.01%로 나타났으며, 1차 재생사의 Na2O와 K2O 성분은 각각 0.03%, 0.10%로 나타나 바인더 대부분이 제거되었다. 2차와 3차 혼련 재생사의 Na2O 성분은 모두 0.04%로 나타나 혼련 폐사는 수산화칼륨과 물 2회 재생을 통해 대부분 바인더가 제거되었다.
혼련사 재사용 과정에서 발생한 재생사의 입도는 Fig. 5-4에 나타내었다. 1차 재생사는 원사 와 동일한 입도 분포를 나타냈으나, 2차와 3차 재생사는 모두 AFS 51의 입도 분포를 나타냈 다. 1차 재생사는 #50, #70 체에 남은 모래의 양이 각각 24.20 g, 27.90 g이었으나, 2차 재생사 는 #50 체에 남은 모래의 양이 30.04 g로 가장 많았고 #70 체에 남은 모래의 양은 26.89 g로 나타나 입자가 전반적으로 커졌다. 3차 재생사는 #50 체에 남은 모래의 양은 28.98 g로 나타나 2차 재생사와 유사한 입도 분포를 나타내었다. 혼련 폐사는 재사용하는 과정에서 입도가 커지 는 경향을 나타내었으며, 2차와 3차 재생사의 입도 분포는 유사하였다.
혼련 재생사의 강도는 Fig. 5-5에 나타내었으며, 1차 재생사는 원사와 유사하게 나타났으나, 50분 강도는 166 N/㎠로 원사의 강도 (143 N/㎠)보다 높았다. 2차 재생사는 50분 강도와 110 분 강도가 원사보다 높게 나타나 각각 158 N/㎠, 97 N/㎠이었다. 3차 재생사는 1분과 10분 강 도는 각각 79 N/㎠, 119 N/㎠로 원사보다 낮았으나, 50분, 110분, 230분 강도는 원사와 유사하 였다.
unit : %
SiO2 Al2O3 Na2O K2O SO3
New sand 98.23 1.07 0.02 0.09 0.01
Mixing Sand 94.56 1.80 1.36 1.10 0.28
1st Regenerated mixing sand 98.87 0.45 0.03 0.10 -
2nd Regenerated mixing sand 98.71 0.54 0.04 0.16 0.02
3rd Regenerated mixing sand 98.52 0.62 0.04 0.15 0.02 Table 5-2 Chemical compositions of mixing sand and regenerated mixing sands
Fig. 5-4. Particle size distributions of regenerated mixing sands.
Fig. 5-5. Flexural strengths of regenerated mixing sands.
5.5.2 Water jacket을 제작한 중자 폐사의 습식 재생
중자 재생사의 성분 분석 결과는 Table 5-3에 나타내었다. 중자 폐사의 Na2O 함량은 1.32%
로 나타났으나, 3차 재사용 과정에서 Na2O 함량은 원사와 유사한 0.03%-0.06%이었다. 혼련 폐 사의 3회 재사용 결과와 유사하게 중자 폐사도 3회 재사용하더라도 바인더 성분이 누적되지 않고 깨끗하게 제거되는 것을 확인하였다.
중자 재생사의 입도 분포는 Fig. 5-6에 나타내었으며, 혼련 재생사의 입도 분포 곡선와 유사 한 경향을 나타내었다. 2차 재생사부터 입도 분포가 오른쪽으로 이동하여 입자가 조금 커졌다.
2차 재생사는 #50 체에 남은 모래의 양이 29.32 g로 1차 재생사 (24.20 g)보다 증가하였다. 반 면 #70 체에 남은 모래의 양은 28.06 g로 1차 재생사 (27.90 g)와 원사 (27.73 g)와 큰 차이가 없었다. 3차 재생사는 2차 재생사의 거의 동일한 입도 분포를 나타내었으며, 이는 혼련 재생사 의 경향과 같았다.
중자 재생사의 강도는 2회 재사용부터 강도가 떨어지기 시작해 3회 재사용 시에는 50분 강도 가 104 N/㎠로 나타나 중자를 생산하기엔 부적합하였다 (Fig. 5-7). 중자로 사용하기 위한 최 소한의 강도는 중자를 뽑고 나서 금형에서 취출할 때 100 N/㎠ 이상이어야 된다. 그러나 3회 재사용 시 1분 강도는 69 N/㎠로 나타나 충분한 취출 강도를 확보하지 못했다. 재사용 과정에 서 계속해서 첨가제를 사용하였기 때문에 누적된 첨가제의 영향으로 강도가 낮아진 것으로 판 단된다.
unit : %
SiO2 Al2O3 Na2O K2O SO3
New sand 98.23 1.07 0.02 0.09 0.01
Molding Sand 94.63 1.85 1.32 1.10 0.25
1st Regenerated molding sand 98.87 0.45 0.03 0.10 -
2nd Regenerated molding sand 98.35 0.77 0.06 0.20 0.02
3rd Regenerated molding sand 98.25 0.85 0.06 0.18 0.02 Table 5-3 Chemical compositions of molding sand and regenerated molding sands
Fig. 5-6. Particle size distributions of regenerated molding sands.
Fig. 5-7. Flexural strengths of regenerated molding sands.
5.5.3 PORT를 제작한 80사의 습식 재생
PORT는 제품의 조도가 중요하기 때문에 입자가 고운 AFS 80사를 사용하고 있으며, 재생사 의 성분 분석 결과를 Table 5-4에 나타내었다. W/J 제작을 위해 AFS 55사(바인더 3%, 첨가 제 1%)를 사용한 혼련 폐사와 중자 폐사의 Na2O 성분은 각각 1.36%, 1.32%이었으나, 바인더 4%를 사용한 80사의 Na2O 성분은 1.47%로 높았다. AFS 55사를 사용한 혼련 폐사와 중자 폐 사의 재생한 결과와 동일하게 80사 재생사의 Na2O 성분은 0.03%-0.04%로 나타나, 사용된 바 인더가 대부분 제거되었다. 또한 폐사의 K2O 성분은 0.96%이었으나, 재생사는 0.06%-0.09%로 바인더 대부분이 제거되었다.
80사의 재사용 과정에서 발생한 입도 변화는 Fig. 5-8에 나타내었다. 80사의 입도는 원사가 AFS 66으로 나타나 성적서에 나타난 AFS 80과는 입도의 차이가 컸다. 하지만 AFS 66사를 사용하더라도 PORT의 조도에는 큰 문제가 없었다. 그러나 재생사의 입도는 모두 AFS 62로 나타났다.
80사의 재사용 과정에서 강도 변화는 Fig. 5-9에 나타내었다. 원사의 강도를 측정하진 못했 지만, 1차 재생사의 50분 강도는 358 N/㎠이었고 2차 재생사의 50분 강도는 344 N/㎠이었다.
그러나 3차 재생사의 50분 강도는 320 N/㎠로 낮아져 재사용 횟수가 증가함에 따라 강도 값이 조금씩 낮아졌다. 80사는 강도보다는 입도 분포가 중요하기 때문에 재사용 과정에서 강도가 낮 아지는 것은 큰 문제가 되지 않을 것으로 판단된다.
unit : %
SiO2 Al2O3 Na2O K2O SO3
New sand 98.23 1.07 0.02 0.09 0.01
Molding Sand 96.52 0.12 1.47 0.96 0.13
1st Regenerated molding sand 99.18 0.28 0.03 0.09 0.02
2nd Regenerated molding sand 99.25 0.23 0.03 0.06 0.02
3rd Regenerated molding sand 99.23 0.21 0.04 0.06 0.02 Table 5-4 Chemical compositions of regenerated molding sands (AFS 80)
Fig. 5-8. Particle size distributions of regenerated molding sands (AFS 80).
Fig. 5-9. Flexural strengths of regenerated molding sands (AFS 80).