샌드 캐스팅(sand casting)은 자동차 부품(엔진 블록, 실린더 헤드), 기계 부품(기어, 밸브), 파이프 피팅 제조에 있어 가장 널리 사용되는 공정 중 하나로, 총 캐스팅 생산량의 70% 이상을 차지합니다. 샌드 몰드(sand mold)의 품질은 캐스팅 부품의 표면 마감도, 치수 정확도, 내부 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 주조용 벤토나이트(bentonite) 분말, 특히 소듐 몬트모릴로나이트(sodium montmorillonite) 계열의 벤토나이트는 그린 샌드 몰드(green sand molds)에서 핵심 접착제 역할을 하는데, 이는 모래 입자들을 결합시켜 충분한 강도를 가진 샌드 몰드를 형성하면서도 캐스팅 후에 충분한 붕괴성을 유지하여 캐스팅 표면에서 모래를 쉽게 제거할 수 있도록 해줍니다. 벤토나이트 분말 속의 소듐 몬트모릴로나이트는 강한 수분 흡수력과 팽창 능력을 가지며, 실리카 모래와 물과 혼합되었을 때 모래 입자 표면에 점성 있는 필름을 형성하여 입자 간 강력한 결합력을 생성합니다.
그린 샌드 주조에서 모래 금형의 주요 성능 지표는 그린 압축 강도, 건식 압축 강도 및 붕괴성입니다. 그린 압축 강도(가열 전 모래 금형의 강도)는 용융 금속의 압력을 견디기 위해 0.15~0.3MPa이어야 하며, 건식 압축 강도(건조 후 강도)는 주조 중 모래 금형이 균열되지 않도록 0.8~1.5MPa이어야 합니다. 또한, 붕괴성(주조 후 모래 금형이 부서지는 능력)은 주조물 표면에 모래가 달라붙는 것을 방지하기 위해 우수해야 합니다. 주조용 벤토나이트 분말을 실리카 모래에 3~5% 혼합할 경우 모래 금형의 그린 압축 강도는 0.2~0.25MPa에 도달하고, 건식 압축 강도는 1.0~1.2MPa에 도달하여 중대형 주조 부품의 요구 조건을 충분히 만족시킬 수 있습니다.
후베이 자동차 주조 공장 사례에 대한 심층 분석을 통해 보다 상세한 내용을 파악할 수 있었다. 당사의 주조용 벤토나이트 분말을 사용하기 전 해당 공장은 저품질의 모래 주형으로 인해 상당한 생산 비효율을 겪고 있었다. 8%에 달하는 높은 불합격률은 비용 측면에서 손실이 클 뿐만 아니라 생산 일정에도 차질을 초래했다. 당사 제품을 도입한 이후 불합격률은 2%로 급감했을 뿐만 아니라 공장 전반에 걸쳐 긍정적인 파급 효과가 발생했다. 제품 검사 후 청소 시간이 기존의 40분에서 28분으로 단축되면서 노동 비용 절감은 물론 생산 효율성도 크게 향상되었다. 이러한 변화는 주로 당사 벤토나이트 분말이 갖춘 독특한 분자 구조 덕분이다. 이 제품에 함유된 몬모릴로나이트 나트륨은 넓게 확장된 격자 구조를 가지고 있어 우수한 수분 흡수 능력을 발휘한다. 용융 금속(1300~1500°C)의 고온 조건에서 이 구조는 제어된 분해 과정을 겪는다. 몬모릴로나이트 나트륨은 점진적으로 다공성 실리카로 분해되며, 주형 모래와 주조물 사이에 비부착성 층을 형성한다. 이러한 물리적 분리 메커니즘 덕분에 모래는 쉽게 제거되며 잔여물이 남지 않고 주조물 표면에 손상도 발생하지 않는다.
대형 주조 부품(무게가 10톤 이상인 해양 엔진 실린더 등)의 경우, 사형은 보다 높은 강도와 치수 안정성을 요구합니다. 이러한 응용 분야를 위해 우리는 고순도 주조용 벤토나이트 분말(몬모릴로나이트 함량 ≥90%)을 제공합니다. 사용량을 5~7%까지 증가시키면 사형의 건식 압축 강도가 1.5~1.8MPa에 도달할 수 있으며, 주조 부품의 치수 정확도를 ±0.5mm/m 이내로 유지할 수 있어 대형 기계 부품의 엄격한 허용차 범위 요건을 충족시킵니다.
주조 품질에 미치는 영향을 보다 잘 이해하기 위해 불순물의 역할을 고려해 보세요. 당사의 벤토나이트 분말은 낮은 재분함량(≤3%)과 낮은 모래함량(≤1%)을 가지고 있어 주조 과정에서 포함체(모래 주형 침식으로 인한 불순물) 생성을 줄일 수 있습니다. 이는 주조물의 기계적 특성을 향상시키는데, 예를 들어, 회주철 주조물의 인장강도가 10~15% 증가하여 250~300 MPa에 도달할 수 있습니다. 해양 엔진 실린더의 경우 이러한 향상된 기계적 특성은 고압 및 고온 작동 조건을 견디는 데 매우 중요합니다. 포함체 생성 감소는 또한 주조물의 피로 저항성을 개선하여 수명을 상당히 연장시킵니다.
당사의 주조용 벤토나이트 분말은 일반 등급과 고순도 등급의 두 가지 규격이 있습니다. 일반 등급은 몬모릴로나이트 함량이 80%~85%, 수분 함량이 10% 이하, 200메시(Mesh) 체 잔량이 0.5% 이하로, 소형 및 중형 주조 부품에 적합합니다. 고순도 등급은 몬모릴로나이트 함량이 90% 이상, 수분 함량이 8% 이하, 200메시 체 잔량이 0.2% 이하로, 대형 및 고정밀 주조 부품에 적합합니다. 두 등급 모두 국가 표준 GB/T 25135-2010 《주조용 벤토나이트》의 요구사항을 충족하며, 당사 실험실에서 습식 압축 강도, 건식 압축 강도 및 붕괴성을 검사합니다.
특수 모래 종류에 대한 표면 개질 서비스에는 첨단 화학 및 물리적 처리 방법을 적용하고 있습니다. 크롬산을 처리할 때는 벤톤석 분말과 모래 입자 간의 정전기 상호작용을 향상시키기 위해 양이온계 계면활성제 처리법을 사용합니다. 표면 화학 특성이 다른 지르콘사를 위해서는 실란 결합제 처리법을 적용합니다. 이러한 개질 기술은 과학적으로 입증된 방법이며 자체 내부 테스트를 통해 충분히 검증되었습니다. 당사의 연구개발팀은 주조 산업의 변화하는 요구사항에 대응하기 위해 이러한 공정을 지속적으로 모니터링하고 개선하고 있습니다.
공급 측면에서 당사는 연간 5만 톤 규모의 주조용 벤톤라이트 분말을 생산할 수 있는 대규모 생산 기지를 보유하고 있어 성수기 시즌에도 안정적인 공급이 가능합니다. 당사의 생산 기지는 최신 제조 설비가 갖춰져 있으며, 원자재 혼합에서 포장에 이르기까지 자동화 생산 라인을 통해 정밀하게 공정을 관리합니다. 이는 제품 품질의 일관성을 보장할 뿐만 아니라 생산 효율성도 향상시킵니다. 대량 고객을 위한 제품은 20~50톤/벌크백 포장을 사용하며, 이는 소형 백 포장 대비 포장 비용을 20% 절감할 수 있습니다. 제품 운송은 철도 또는 해상으로 이루어지며, 국내 고객 대상의 납기일은 3~5일, 국제 고객(동남아시아, 유럽 등) 대상의 납기일은 15~25일입니다. 국제 운송의 경우, 신뢰할 수 있는 물류 파트너와 긴밀히 협력하여 제품이 안전하고 정확하게 인도될 수 있도록 하고 있습니다. 또한, 실시간으로 주문 상태를 확인할 수 있는 포괄적인 물류 추적 서비스도 제공합니다.
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