KR20220058608A - 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들 - Google Patents

알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 개시한다. 상기 캐스팅 레이들은 내부에서 외부로 순차적으로 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층을 포함하고, 상기 제1 절연층은 제1 Al2O3 입자; 및 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자 및 제1 MgO 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 제1 산화물 입자;를 포함하되, 제1 Al2O3 입자는 중공 구형 구조이고, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 제1 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 80 내지 85 wt%이며, 상기 제1 절연층의 공극률은 55 내지 65%이고, 기공 크기는 0.8 내지 3.0 mm이며; 상기 제2 절연층은 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자 및 제2 MgO 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 산화물 입자를 포함하되, 상기 제2 절연층의 공극률은 60 내지 75%이고, 기공 크기는 2 내지 5 mm이다. 본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들은 제1 절연층 및 제2 절연층의 공극률과 기공 크기 설계를 통해 양호한 보온 효과를 보장한다.

Description

알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들
본 발명은 금속 재료 및 야금 분야에 속하는 것으로, 구체적으로는 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들(ladle)에 관한 것이다.
현재 에너지 재생, 자원 지속 가능성, 환경 보호 등 측면에서 매우 심각한 문제에 직면에 있는 바, 항공 우주, 중공업, 교통 운송 등 분야에서는 경량화를 통해 에너지 소비 및 환경 문제를 해결하고 있다. 알루미늄 합금은 주요 경량화 재료로서 자동차 배기가스 저감 및 에너지 절약에 매우 중요한 역할을 하는 동시에 전기 및 열 전도성, 내식성 및 주조 성능이 양호하여 엔지니어링 구조 재료에서 그 응용이 갈수록 확대되고 있다. 산업 발전으로 경량화된 알루미늄 합금 재료에 대한 수요가 갈수록 증가하고 있으며, 알루미늄 주조 합금은 전체 알루미늄 합금 제품의 최대 68.5%를 차지한다. 알루미늄 주조 합금은 성형 공정이 간단하고, 기기에 대한 요구가 낮으며, 알루미늄 합금은 유동성이 양호하여 다양한 형상의 알루미늄 합금 주물을 주조할 수 있다. 알루미늄 합금 주물의 제조 방법에는 주로 중력 주조, 저압 주조, 차압 주조, 고압 주조 등이 포함되는데, 이러한 주조 방법은 주로 제련을 통해 고체 금속을 액체 금속 알루미늄 용탕으로 변환시킨 후 특정 캐비티에 충전하여 최종적으로 필요한 주물을 형성한다. 고체 금속 알루미늄 잉곳은 용해된 후 주로 캐스팅 레이들을 통해 운반되므로 캐스팅 레이들의 성능은 알루미늄 합금 연구자들이 갈수록 많은 관심을 갖는 초점으로 되고 있다.
구체적으로, 고체 금속 알루미늄 잉곳을 용해로에서 알루미늄 용탕으로 제련한 후, 정적로에 도입하여 화학 성분을 조정하고, 보온 방치 후, 캐스팅 레이들에 도입하여 미세화, 개질, 탈기, 정련한 후 마지막으로 주조 공정으로 전달된다. 이 과정에서 현재 사용되는 대부분의 캐스팅 레이들은 가열이 불가능하고 보온 효과가 좋지 않아 캐스팅 레이들 내 알루미늄 용탕의 온도 감소폭이 매우 크다. 국내외 알루미늄 합금 용융액에 관한 연구 결과에 따르면, 알루미늄 합금 용융체의 점도는 700 내지 730℃ 이내의 온도 감소에 따라 증가하며, 알루미늄 용융체의 점도 증가는 탈기 과정에서 수소 기포 및 슬래그 개재물의 부유에 불리하고, 후속 주물의 품질에 큰 영향을 미친다. 따라서 알루미늄 용융체는 정적로 내에서 캐스팅 레이들에 도입된 후 미세화, 개질, 탈기, 정련 과정에서 온도 감소폭이 크면 주물 품질에 영향을 미치게 되므로 온도 감소폭이 너무 크지 말아야 한다. 이 밖에, 캐스팅 레이들의 보온 효과가 좋지 않아 알루미늄 용탕을 다시 운반할 때 천연가스로 베이킹을 수행해야 하므로 에너지 낭비 및 환경 오염을 초래한다. 따라서, 캐스팅 레이들의 보온 성능은 알루미늄 합금 연구자들이 갈수록 많은 관심을 갖는 초점으로 되고 있다.
마찬가지로, 국내외 연구 결과, 기존 캐스팅 레이들 내부에 알루미늄이 달라붙는 현상이 심각한 것으로 발견되었다. 캐스팅 레이들의 내벽재는 고온의 알루미늄 용탕과 장기간 접촉하여 산화 반응이 일어나고, 내벽재의 젖음각이 점차 작아져 결국 캐스팅 레이들의 내면에 알루미늄이 심하게 달라붙어 세척이 어렵고 캐스팅 레이들의 용량이 갈수록 작아지며, 알루미늄 용탕 내의 슬래그 개재물이 갈수록 많아져 알루미늄 용탕 품질이 더욱 악화된다.
현재, 캐스팅 레이들의 내벽재는 주로 복합 세라믹 타일인데, 알루미늄 용탕을 운반하는 과정에서 내벽재가 열 충격을 받게 되어 캐스팅 레이들의 내벽에 크랙이 발생하기 쉽고, 수많은 크랙의 발생과 확산은 결국 캐스팅 레이들의 폐기로 이어진다.
이에, 본 발명의 주요 목적은 제1 절연층 및 제2 절연층의 공극률과 기공 크기를 조정하여 결합 사용함으로써, 양호한 보온 효과를 보장하는 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 제공하는 것이다.
본 발명은 내부에서 외부로 순차적으로 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층을 포함하는 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들로서,
상기 제1 절연층은 제1 Al2O3 입자; 및 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자 및 제1 MgO 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 제1 산화물 입자;를 포함하되, 상기 제1 Al2O3 입자는 중공 구형 구조이고, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제1 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 80 내지 85 wt%이며, 상기 제1 절연층의 공극률은 55 내지 65%이고, 기공 크기는 0.8 내지 3.0 mm이며;
상기 제2 절연층은 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자 및 제2 MgO 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 산화물 입자를 포함하되, 상기 제2 절연층의 공극률은 60 내지 75%이고, 기공 크기는 2 내지 5 mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제1 절연층의 공극률은 55 내지 65%, 기공 크기는 0.8 내지 3.0 mm로 제어하고, 또한 상기 제2 절연층의 공극률은 60 내지 75%, 기공 크기는 2 내지 5 mm로 제어하며, 제1 절연층에는 주로 Al2O3 중공 구형 입자를 적용함으로써 본 발명에 따른 캐스팅 레이들의 보온 성능을 현저히 향상시킨다.
고온에서 저온 방향으로 열이 전달될 때 기공을 만나기 전 전달 과정은 고상에서의 열전도이다. 기공을 만난 후에는 2개의 열 전달 경로가 있는데, 그 중 하나의 열 전달 경로는 여전히 고상 전달을 통해 이루어지나 열 전달 방향이 변경되어 전체 열 전달 경로가 현저히 증가함으로써 열 전달 속도가 느려지며; 다른 열 전달 경로는 기공 내부의 기체를 통한 열 전달로, 주로 기공에서의 기체 열전도를 포함하는 바, 기체의 열전도율은 고체보다 훨씬 작기 때문에 기체를 통한 열전달 저항이 크며, 열 전달 속도가 크게 감소한다. 따라서, 본 발명의 캐스팅 레이들의 제1 절연층 및 제2 절연층의 공극률과 기공 크기가 상기 범위 내인 경우, 고상 및 기공 내의 열 전달 속도를 동시에 감소시킬 수 있어 보온 성능을 향상시킨다. 이 밖에, 기공 내 기체 유동이 열 손실을 가속화하기 때문에 기공 내 기체의 미세한 유동도 고려해야 한다. 기공 크기가 너무 크면 보온 효과가 감소할 뿐만 아니라 알루미늄 합금 용탕의 반복적인 열 충격으로 크랙이 쉽게 발생하여 내부 알루미나이징 현상이 나타난다. 상기 제1 절연층 및 제2 절연층의 공극률과 기공 크기를 합리적으로 설정함으로써 본 발명에 따른 캐스팅 레이들의 양호한 보온 효과를 구현한다.
이 밖에, Al2O3 중공 구형 입자는 고온 단열재로, 최대 사용 온도는 1800℃이고, Al2O3 중공 구형 입자로 제조된 제품은 기계적 강도가 높으며 부피 밀도가 낮다. 따라서 Al2O3 중공 구형 입자를 캐스팅 레이들의 제1 절연층의 주요 보온재로 사용하면 양호한 보온 단열 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 캐스팅 레이들의 질량을 감소시키고 보온재의 사용을 절약할 수 있다.
캐스팅 레이들은 다층 구조이고 각 층의 열팽창 계수가 다르기 때문에 열을 흡수한 후, 내부 라이닝 접촉층 및 제1 절연층의 팽창량은 크고, 외부 쉘층의 팽창량은 작다. 따라서 외부 쉘층과 내층 사이에 크랙이 발생할 수 있다. 상기 제2 절연층에서 공극률을 60 내지 75%, 기공 크기를 2 내지 5 mm로 설정함으로써, 양호한 보온 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 캐스팅 레이들 내부의 크랙이 확산되지 않도록 보장할 수 있다. 제2 절연층의 공극률과 기공 크기 설정으로 인해 크랙은 확산 과정에서 팁에 응력장이 형성되지만 크랙이 확산하여 제2 절연층과 접촉한 후, 크랙 팁의 응력은 제2 절연층의 기공을 통해 해제되어 크랙의 확산이 차단된다. 이 밖에, 내부 라이닝 접촉층이 고온 알루미늄 용탕과 접촉한 후, 내부 라이닝 접촉층 및 제1 절연층은 온도가 높고 팽창량이 크지만, 외부 쉘층은 온도가 낮은 반면 자체 재료 강성이 커 열 팽창량이 낮다. 따라서, 내층과 외부 쉘층 사이에 큰 응력이 발생하여 크랙이 크래킹되기 쉬우므로, 제2 절연층의 공극률과 기공 크기를 결합하여 상이한 가열로 인한 내층과 외부 쉘층의 상이한 팽창량을 보상하고 내부 응력을 해제함으로써 캐스팅 레이들의 사용 과정에서 외부 쉘층과 내층(즉, 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층 및 제2 절연층) 사이에서 크래킹되지 않도록 보장한다. 제2 절연층의 공극률과 기공 크기가 너무 크면 캐스팅 레이들의 보온 효과가 좋지 않고 크랙이 확산되기 쉬우며; 제2 절연층의 공극률과 기공 크기가 너무 작으면 내부 크랙 팁의 응력을 해제하는데 불리하다.
현재, 일반적인 캐스팅 레이들은 보온 효과가 좋지 않은 바, 캐스팅 레이들을 사용하여 알루미늄 합금 용탕을 운반하는 과정에서 캐스팅 레이들의 온도는 감소하고, 전체 알루미늄 합금 용탕을 모두 쏟아낸 후, 캐스팅 레이들의 온도가 너무 낮게 떨어지지 않도록 알루미늄 합금 용탕을 다시 도입하기 전에 베이커를 사용하여 베이킹해야 한다. 베이커를 사용하여 베이킹하는 과정에서 에너지로 천연가스를 사용해야 하므로 베이킹 과정은 에너지 낭비를 초래하고 근로자의 노동 강도를 높이며, 현장 작업 조건을 악화시키고 환경 오염을 초래한다. 본 발명 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들에 따르면, 캐스팅 레이들 내의 알루미늄 합금 용탕에 대한 양호한 보온 효과를 구현할 수 있다. 캐스팅 레이들이 알루미늄 합금 용탕을 운반하는 과정에서, 알루미늄 합금 용탕의 온도 감소폭이 작고, 이를 캐스팅 레이들에서 쏟을 때 알루미늄 합금 용탕의 온도가 높으므로 점도가 작아 캐스팅 레이들의 내벽에 쉽게 점착되지 않는다. 또한 본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들은 보온 효과가 양호하여 알루미늄 합금 용탕을 재차 운반시 베이킹할 필요가 없으므로 에너지를 절약하고 근로자의 노동 강도를 감소시키며 생산 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제1 Al2O3 입자의 구체 내경은 0.3 내지 0.8 μm이고, 구체 직경은 40 내지 80 μm이다. 여기서, Al2O3 중공 구형 입자는 임의의 적절한 시판 제품을 사용할 수 있고, 당업자가 당업계에 공지된 임의의 제조 방법을 사용하여 획득할 수도 있다. 상기 제1 Al2O3 입자의 구체 내경은 0.3 내지 0.8 μm이고, 구체 직경은 40 내지 80 μm이다. 즉, 직경이 40 내지 80 μm인 Al2O3 입자 내부에는 직경이 0.3 내지 0.8 μm인 기공이 분포되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 산화물 입자는 적어도 2종의 평균 입경을 갖되, 그 중 제1 평균 입경은 40 내지 60 μm이고, 제2 평균 입경은 5 내지 8 μm이며, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 제1 평균 입경을 갖는 제1 산화물 입자가 차지하는 비율은 8 내지 13 wt%이고; 제2 평균 입경을 갖는 제1 산화물 입자가 차지하는 비율은 3 내지 5 wt%이다.
해당 실시형태에서, 제1 산화물 입자는 적어도 2종의 상이한 평균 입경을 가지므로 제1 Al2O3 입자와 조합하여 상기에서 한정된 공극률과 기공 크기를 보다 편리하게 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상이한 평균 입경을 갖는 제1 산화물 입자는 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자 및 제1 MgO 입자 중 어느 하나이거나 임의의 2종의 조합이거나 셋 모두일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층은 제1 Al2O3 입자 및 2종 이상의 평균 입경을 갖는 제1 SiO2 입자로 구성될 수 있고, 제1 SiO2 입자는 제1 CaO 입자 또는 제1 MgO 입자로 대체될 수도 있음은 물론이며; 또는 상기 제1 절연층도 제1 Al2O3 입자, 제1 SiO2 입자 및 제1 CaO 입자로 구성될 수 있되, 제1 SiO2 입자 및 제1 CaO 입자는 각각 40 내지 60 μm 및 5 내지 8 μm의 평균 입경을 갖거나, 또는 제1 SiO2 입자 및 제1 CaO 입자는 모두 각각 2종의 평균 입경 즉 40 내지 60 μm 및 5 내지 8 μm를 갖는다. 물론, 제1 절연층에서 제1 산화물 입자의 조합 방식은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 절연층은 제1 Al2O3 입자, 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자, 제1 MgO 입자 및 제1 바인더로 구성되되, 상기 제1 Al2O3 입자의 구체 내경은 0.3 내지 0.8 μm이고, 구체 직경은 40 내지 80 μm이며, 상기 제1 SiO2 입자의 크기는 40 내지 60 μm이고, 상기 제1 CaO 입자의 크기는 5 내지 8 μm이며, 상기 제1 MgO 입자의 크기는 5 내지 8 μm이다.
특히 바람직하게는, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제1 Al2O3 중공 구형 입자가 차지하는 비율은 80 내지 85 wt%이고, 상기 제1 SiO2 입자가 차지하는 비율은 8 내지 13 wt%이며, 상기 제1 CaO 입자가 차지하는 비율은 1 내지 2 wt%이고, 상기 제1 MgO 입자가 차지하는 비율은 2 내지 3 wt%이며, 상기 제1 바인더가 차지하는 비율은 2 내지 5 wt%이다. 상기 구현예에서, 상이한 산화물 입자는 소결 과정에서 상이한 작용을 발휘할 수 있으므로 특히 양호한 보온 효과를 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 절연층에서 각 보온재가 차지하는 비율 및 입자 크기를 조정함으로써 전체 상기 제1 절연층의 보온 효과를 향상시킨다. 첫째, 제1 Al2O3 입자, 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자 및 제1 MgO 입자를 예비 혼합하여 예비 혼합물을 얻고; 둘째, 예비 혼합물을 급속 혼합하되, 이때 상기 제1 바인더를 첨가하여 혼합시켜 프리폼을 얻으며; 마지막으로, 프리폼을 몰드의 캐비티 내부에 주입하여 졸트 래밍(jolt ramming)하고, 자연 경화 후 탈형하여 상기 제1 절연층을 얻을 수 있다. 예비 혼합 및 급속 혼합 과정은 모두 믹서로 혼합할 수 있는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 절연층의 프리폼을 자연 경화하는 시간은 72 h일 수 있다. 여기서, 제1 바인더는 물유리 또는 실리카 졸일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제2 Al2O3 입자의 크기는 60 내지 100 μm이고, 제2 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제2 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 40 내지 50 wt%이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제2 산화물 입자는 적어도 2종의 평균 입경을 갖되, 그 중 제3 평균 입경은 50 내지 65 μm이고, 제4 평균 입경은 5 내지 10 μm이며, 제2 절연층의 총 중량을 기준으로, 제3 평균 입경을 갖는 제2 산화물 입자가 차지하는 비율은 36 내지 46 wt%이고; 제4 평균 입경을 갖는 제2 산화물 입자가 차지하는 비율은 6 내지 10 wt%이다.
해당 실시형태에서, 제2 산화물 입자는 적어도 2종의 상이한 평균 입경을 가지므로 상기에서 한정된 공극률과 기공 크기를 보다 편리하게 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상이한 평균 입경을 갖는 제2 산화물 입자는 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자 및 제2 MgO 입자 중 어느 하나이거나 임의의 2종의 조합이거나 임의의 3종의 조합이거나 넷 모두일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 절연층은 2종 이상의 평균 입경을 갖는 제2 Al2O3 입자로 구성될 수 있고, 제2 Al2O3 입자는 제2 SiO2 입자 또는 제2 CaO 입자 또는 제2 MgO 입자로 대체될 수도 있음은 물론이며; 또는 상기 제2 절연층도 제2 SiO2 입자 및 제2 CaO 입자로 구성될 수 있되, 제2 SiO2 입자 및 제2 CaO 입자는 각각 50 내지 65 μm 및 5 내지 10 μm의 평균 입경을 갖거나, 또는 제2 SiO2 입자 및 제2 CaO 입자는 모두 각각 2종의 평균 입경 즉 50 내지 65 μm 및 5 내지 10 μm를 갖는다. 물론, 제2 절연층에서 제2 산화물 입자의 조합 방식은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 절연층은 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자, 제2 MgO 입자 및 제2 바인더로 구성되되, 상기 제2 절연층에서 상기 제2 Al2O3 입자의 크기는 60 내지 100 μm이고, 상기 제2 SiO2 입자의 크기는 50 내지 65 μm이며, 상기 제2 CaO 입자의 크기는 5 내지 10 μm이고, 상기 제2 MgO 입자의 크기는 5 내지 10 μm이다.
특히 바람직하게는, 제2 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제2 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 40 내지 50 wt%이고, 제2 SiO2 입자가 차지하는 비율은 36 내지 46 wt%이며, 상기 제2 CaO 입자가 차지하는 비율은 3 내지 5 wt%이고, 상기 제2 MgO 입자가 차지하는 비율은 3 내지 5 wt%이며, 상기 제2 바인더가 차지하는 비율은 4 내지 8 wt%이다. 상기 구현예에서, 상이한 산화물 입자는 소결 과정에서 상이한 작용을 발휘할 수 있으므로 특히 양호한 보온 효과를 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 절연층의 제조 공정은 다음과 같다. 첫째, 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자 및 제2 MgO 입자를 예비 혼합하여 예비 혼합물을 얻고; 둘째, 예비 혼합물을 급속 혼합하되, 이때 상기 제2 바인더를 첨가하여 혼합시켜 프리폼을 얻으며; 마지막으로, 프리폼을 몰드의 캐비티 내부에 주입하여 졸트 래밍하고, 자연 경화 후 탈형하여 상기 제2 절연층을 얻을 수 있다. 예비 혼합 및 급속 혼합 과정은 모두 믹서로 혼합할 수 있는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 절연층의 프리폼을 자연 경화하는 시간은 12 h일 수 있다. 여기서, 상기 제2 바인더는 물유리 또는 실리카 졸일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 내부 라이닝 접촉층의 총 중량을 기준으로, 상기 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 88 내지 93 wt%이다. 구체적으로, ZrO2와 알루미늄 합금 용탕 사이의 젖음각은 180°에 근접하고, 젖음각이 180°인 경우에는 젖음이 전혀 없는 것을 의미하므로, ZrO2를 주성분으로 하는 내부 라이닝 접촉층은 알루미늄 합금 용탕에 젖지 않는다.
현재, 캐스팅 레이들의 내부 라이닝 접촉층의 재료는 주로 복합 세라믹 타일인데, 이는 사용 과정에서 고온 알루미늄 합금 용탕과의 장기간 상호 작용으로 인해 알루미늄 합금 용탕과의 접촉면에서 산화 반응을 일으키기 쉽다. 이로 인해 내부 라이닝 접촉층과 알루미늄 합금 용탕 사이의 젖음각이 작아지고, 최종적으로 알루미늄 슬래그가 내부 라이닝층 표면에 점착되어 큰 슬래그 노듈(slag nodule)을 형성하게 되어 캐스팅 레이들의 용량이 작아지고, 알루미늄 합금 용탕에 슬래그가 개재될 확률을 증가시켜 알루미늄 합금 용탕의 품질에 매우 불리하다. 또한 캐스팅 레이들 내벽의 알루미늄 슬래그를 청소해야 하므로 근로자의 노동 강도가 더욱 증가되고 생산 효율성이 감소된다. 본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들에 따르면, 내부 라이닝 접촉층의 주성분인 ZrO2는 알루미늄 합금 용탕에 거의 젖지 않으므로, 캐스팅 레이들의 내벽에 산화물이 점착되지 않도록 최대한 보장하고, 캐스팅 레이들의 내벽에서 알루미늄 슬래그의 생성 및 점착을 방지함으로써 알루미늄 합금 용탕의 순도를 보장한다. 동시에 근로자의 노동 강도를 경감시키고 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
이 밖에, ZrO2는 융점이 약 2680℃이며, 고온 화학적 성질이 안정되고, 내열 충격 성능이 양호하며, 내산화성이 강하고, 내열충격성이 강하며, 고온 환경에서 휘발되지 않고, 독성 및 유해 물질을 생성하지 않으므로 캐스팅 레이들의 내부 라이닝 접촉층으로 사용되어 알루미늄 합금 용탕과 직접 접촉하기에 적합하다. 현재, 캐스팅 레이들의 내부 라이닝 접촉층의 재료는 주로 복합 세라믹 타일인데, 이는 사용 과정에서 열 충격을 받게 되어 접촉층 내부에 크랙이 발생하기 쉽고, 수많은 크랙의 발생과 확산은 결국 캐스팅 레이들의 폐기로 이어진다. 반면 본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들에 따르면, 내부 라이닝 접촉층의 주성분은 ZrO2인 바, 이는 내열 충격 성능이 강하고 크랙이 쉽게 발생하지 않는다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 내부 라이닝 접촉층의 공극률은 3 내지 7%이고, 기공 크기는 10 내지 15 μm이다.
구체적으로, 상기 내부 라이닝 접촉층은 공극률이 작고 기공 크기가 작아 내부 라이닝 접촉층의 강도를 충분히 보장할 수 있고, 고온 알루미늄 합금 용탕의 지속적인 충격에서 내부 라이닝 접촉층의 견고성을 보장할 수 있으며, ZrO2의 보온 작용이 크게 발휘된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 내부 라이닝 접촉층은 ZrO2 입자, 제3 Al2O3 입자, 제3 SiO2 입자 및 제3 바인더로 구성되되, 상기 내부 라이닝 접촉층에서 상기 ZrO2 입자의 크기는 10 내지 30 μm이고, 상기 제3 Al2O3 입자의 크기는 40 내지 80 μm이며, 상기 제3 SiO2 입자의 크기는 40 내지 60 μm이다.
바람직하게는, 상기 제3 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 4 내지 10 wt%이고, 상기 제3 SiO2 입자가 차지하는 비율은 1 내지 3 wt%이며, 상기 제3 바인더가 차지하는 비율은 1 내지 2 wt%이다.
구체적으로, 상기 내부 라이닝 접촉층에서, ZrO2 입자의 비율이 높으면 알루미늄 합금 용탕에 젖지 않도록 보장할 수 있어 알루미늄 비점착 효과를 달성하고; 상기 제3 Al2O3 입자 및 상기 제3 SiO2 입자는 충전재로 사용되어 내부 라이닝 접촉층의 강도 및 견고성을 보장한다.
구체적으로, 첫째, ZrO2 입자, 제3 Al2O3 입자 및 제3 SiO2 입자를 예비 혼합하여 예비 혼합물을 얻고; 둘째, 예비 혼합물을 급속 혼합하되, 이때 상기 제3 바인더를 첨가하여 혼합시켜 프리폼을 얻으며; 마지막으로, 프리폼을 몰드의 캐비티 내부에 주입하여 졸트 래밍하고, 자연 경화 후 탈형하여 상기 내부 라이닝 접촉층을 얻을 수 있다. 예비 혼합 및 급속 혼합 과정은 모두 믹서로 혼합할 수 있는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 내부 라이닝 접촉층의 프리폼을 자연 경화하는 시간은 84 h일 수 있다. 여기서, 제3 바인더는 인산이수소 알루미늄일 수 있는데, 이는 상기 제3 바인더가 내부 라이닝 접촉층에 사용되므로 알루미늄 합금 용탕과 직접 접촉하는 점을 고려할 때 내고온 및 강한 점착력을 갖는 성질이 필요하기 때문이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 외부 쉘층은 스틸로 제조된 외부 쉘일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들은 내부에서 외부로 순차적으로 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층을 포함한다. 여기서, 상기 내부 라이닝 접촉층은 주로 알루미늄 합금 용탕과 직접 접촉하므로, 높은 융점, 내고온성, 내열 충격성, 열 내식성, 고온 산화 저항성, 슬래그의 알루미늄 비점착성, 비휘발성, 무공해 등의 요구 사항을 충족해야 하고; 상기 제1 절연층은 양호한 보온 효과를 가져야 하며; 상기 제2 절연층은 주로 보온재의 충전층으로, 제1 절연층과 외부 쉘층 사이의 전이 영역에 위치하고; 상기 외부 쉘층은 주로 지지, 보호 역할을 하며, 장입물의 공극률이 높고 기공 크기가 크며 외력 충격 저항성이 낮으므로 외부 쉘층을 적용하여 보호해야 한다.
본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들의 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층을 제조한 후 조립해야 하는데, 그 방법은 다음과 같다. 제조된 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층을 조합한 후 베이킹한다. 첫째, 180℃로 급속 가열한 후, 보온 처리하고; 둘째, 850℃로 급속 가열한 후, 다시 보온 처리하며; 마지막으로, 1100℃로 급속 가열한 후, 보온 처리하여 얻을 수 있다. 저온 단계(실온 내지 180℃)에서 가열 속도는 60℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하며; 중온 단계(180℃ 내지 850℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 48 h 동안 보온하며; 고온 단계(850℃ 내지 1100℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하는 것으로 예를 들어 설명한다.
본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들의 구조에서 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층에 사용되는 보온재는 모두 일반적인 내화재로, 이러한 내화재는 생산 공정이 성숙되고 안정적이여서 캐스팅 레이들의 생산 비용을 제어하는데 유리하다.
본 발명의 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들의 경우, 캐스팅 레이들에서 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층의 공극률이 높고 기공 크기가 크다. 따라서 열이 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층에서 전달될 때 열은 상이한 고체-기체 계면을 통과해야 하므로 대부분의 열이 공극 내의 기체에 남아 있어 열의 낮은 확산을 달성하고, 양호한 보온 효과를 보장하며, 알루미늄 합금 용탕을 재차 운반할 때 천연가스로 베이킹할 필요가 없고, 동시에 에너지 소비 감소, 비용 절감 및 환경 보호의 목적을 달성한다. 동시에, 캐스팅 레이들에서 상기 제2 절연층은 고비율 Al2O3 입자 및 SiO2 입자로 구성되도록 설계함으로써, 상기 내부 라이닝 접촉층과 상기 제1 절연층의 열팽창 및 냉수축 치수 변화량을 보상하여 열 충격으로 인해 발생하는 크랙을 감소시킨다. 이 밖에, 상기 캐스팅 레이들의 내부 라이닝 접촉층은 고비율 ZrO2를 구비하고, ZrO2와 알루미늄 합금 용탕 사이의 젖음각은 180°에 근접하여 알루미늄 합금 용탕에 젖지 않으므로 캐스팅 레이들 내벽에서 알루미늄 비점착 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 캐스팅 레이들의 구조 모식도이다.
도 2는 비교예의 일반적인 캐스팅 레이들 내벽에 슬래그가 점착된 실제 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 캐스팅 레이들 내벽에 슬래그가 점착된 실제 사진이다.
이하, 본 발명의 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에서의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 설명한다. 설명된 실시형태는 본 발명의 전부가 아닌 일부 실시형태임은 자명한 것이다. 본 발명의 실시형태에 기반하여 당업자가 창의적인 노력 없이 획득한 다른 모든 실시형태는 본 발명의 보호 범위에 속한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 예를 참조하여 아래에서 추가로 설명된다. 본 발명의 다양한 양태의 장점은 아래의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 첨부된 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 부재를 나타낸다. 예시도에서 각 부재의 모양과 크기는 예시를 위한 것이며 실제 모양, 크기 및 절대 위치를 나타내는 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명은 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캐스팅 레이들은 내부에서 외부로 순차적으로 내부 라이닝 접촉층(1), 제1 절연층(2), 제2 절연층(3) 및 외부 쉘층(4)을 포함한다.
상기 내부 라이닝 접촉층(1)의 두께는 70 내지 110 mm일 수 있고, 내부 라이닝 접촉층(1)의 두께가 75 mm 또는 90 mm일 수 있는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 절연층(2)의 두께는 40 내지 60 mm일 수 있고, 제1 절연층(2)의 두께가 47 mm 또는 50 mm일 수 있는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 상기 제2 절연층(3)의 두께는 20 내지 40 mm일 수 있고, 제2 절연층의 두께가 25 mm 또는 35 mm일 수 있는 것으로 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 상기 외부 쉘층(4)의 두께는 25 내지 35 mm일 수 있고, 외부 쉘층의 두께가 30 mm일 수 있는 것으로 예를 들어 설명할 수 있다.
구체적인 실시형태에 따르면, 상기 내부 라이닝 접촉층은 ZrO2 입자, Al2O3 입자 및 SiO2 입자를 포함하고; 상기 제1 절연층은 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 포함하며; 상기 제2 절연층은 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 포함하고; 상기 외부 쉘층은 스틸로 제조된 외부 쉘이다. 여기서, 각 성분이 차지하는 비율은 모두 중량부를 기준으로 한다.
실시예 1:
내부 라이닝 접촉층의 구성 재료는 ZrO2 입자, Al2O3 입자, SiO2 입자 및 바인더인 인산이수소 알루미늄이고, 여기서, 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 88 wt%이며, Al2O3 입자가 차지하는 비율은 10 wt%이고, SiO2 입자가 차지하는 비율은 1 wt%이며, 인산이수소 알루미늄이 차지하는 비율은 1 wt%이다. ZrO2 입자의 크기는 10 μm이고, Al2O3 입자의 크기는 40 μm이며, SiO2 입자의 크기는 40 μm이다. 전체 내부 라이닝 접촉층은 내화도가 1650℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 3%이며, 기공 크기는 10 μm이다.
상기에서 정의된 내부 라이닝 접촉층 재료인 ZrO2 입자, Al2O3 입자 및 SiO2 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 500 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 인산이수소 알루미늄을 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 680 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 84 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 내부 라이닝 접촉층을 얻었다.
제1 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 물유리이고, 여기서, 제1 절연층에서 중공 Al2O3 구체가 차지하는 비율은 80 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 13 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 1.5 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 2.5 wt%이고, 물유리가 차지하는 비율은 3 wt%이다. Al2O3 입자는 중공 구형 구조이고, 구체 내경은 0.3 μm이며, 구체 직경 크기는 40 μm이고, SiO2 입자의 크기는 40 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 5 μm이다. 전체 제1 절연층의 내화도는 1560℃ 이상이고, 여기서 공극률은 55%이며, 기공 크기는 0.8 mm이다.
상기에서 정의된 제1 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 400 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 물유리를 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 480 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 72 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 제1 절연층을 얻었다.
제2 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 실리카 졸이고, 여기서, 제2 절연층에서 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 40 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 46 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 5 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 5 wt%이고, 실리카 졸이 차지하는 비율은 4 wt%이다. Al2O3 입자의 크기는 60 μm이고, SiO2 입자의 크기는 50 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 5 μm이다. 전체 제2 절연층의 내화도는 1100℃ 이상이고, 여기서 공극률은 60%이며, 기공 크기는 2 mm이다.
상기에서 정의된 제2 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 혼합하되, 믹서의 회전 속도를 300 rpm으로 하고, 교반 과정에서 바인더로 실리카 졸을 첨가하여 혼합물을 얻은 후, 얻어진 혼합물을 몰드 캐비티 내부에 주입하고, 다음 12 h 동안 자연 경화하였으며, 마지막으로 탈형하여 제2 절연층을 얻었다.
상기에서 제조된 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 스틸로 제조된 외부 쉘층을 조합한 후 가열하고 베이킹을 수행하되, 저온 단계(실온180℃)에서 가열 속도는 60℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하였으며; 중온 단계(180℃ 내지 850℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 48 h 동안 보온하였으며; 고온 단계(850℃ 내지 1100℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하여 최종적으로 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 얻었다.
실시예 2:
내부 라이닝 접촉층의 구성 재료는 ZrO2 입자, Al2O3 입자, SiO2 입자 및 바인더인 인산이수소 알루미늄이고, 여기서, 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 90 wt%이며, Al2O3 입자가 차지하는 비율은 5 wt%이고, SiO2 입자가 차지하는 비율은 3 wt%이며, 인산이수소 알루미늄이 차지하는 비율은 2 wt%이다. ZrO2 입자의 크기는 20 μm이고, Al2O3 입자의 크기는 60 μm이며, SiO2 입자의 크기는 50 μm이다. 전체 내부 라이닝 접촉층은 내화도가 1650℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 5%이고, 기공 크기는 12 μm이다.
상기에서 정의된 내부 라이닝 접촉층 재료인 ZrO2 입자, Al2O3 입자 및 SiO2 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 500 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 인산이수소 알루미늄을 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 680 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 84 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 내부 라이닝 접촉층을 얻었다.
제1 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 물유리이고, 여기서, 제1 절연층에서 중공 Al2O3 구체가 차지하는 비율은 83 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 8 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 1.0 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 3.0 wt%이고, 물유리가 차지하는 비율은 5 wt%이다. Al2O3은 중공 구형 구조이고, 구체 내경은 0.5 μm이며, 구체 직경 크기는 60 μm이고, SiO2 입자의 크기는 50 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 6 μm이다. 전체 제1 절연층의 내화도는 1560℃ 이상이고, 여기서 공극률은 60%이며, 기공 크기는 2.5 mm이다.
상기에서 정의된 제1 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 400 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 물유리를 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 480 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 72 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 제1 절연층을 얻었다.
제2 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 실리카 졸이고, 여기서, 제2 절연층에서 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 48 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 38 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 4 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 4 wt%이고, 실리카 졸이 차지하는 비율은 6 wt%이다. Al2O3 입자의 크기는 80 μm이고, SiO2 입자의 크기는 60 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 8 μm이다. 전체 제2 절연층의 내화도는 1100℃ 이상이고, 여기서 공극률은 70%이고, 기공 크기는 3 mm이다.
상기에서 정의된 제2 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 혼합하되, 믹서의 회전 속도를 300 rpm으로 하고, 교반 과정에서 바인더로 실리카 졸을 첨가하여 혼합물을 얻은 후, 얻어진 혼합물을 몰드 캐비티 내부에 주입하고, 다음 12 h 동안 자연 경화하였으며, 마지막으로 탈형하여 제2 절연층을 얻었다.
상기에서 제조된 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 스틸로 제조된 외부 쉘층을 조합한 후 가열하고 베이킹을 수행하되, 저온 단계(실온 내지 180℃)에서 가열 속도는 60℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하였으며; 중온 단계(180℃ 내지 850℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 48 h 동안 보온하였으며; 고온 단계(850℃ 내지 1100℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하여 최종적으로 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 얻었다.
실시예 3:
내부 라이닝 접촉층의 구성 재료는 ZrO2 입자, Al2O3 입자, SiO2 입자 및 바인더인 인산이수소 알루미늄이고, 여기서, 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 93 wt%이며, Al2O3 입자가 차지하는 비율은 4 wt%이고, SiO2 입자가 차지하는 비율은 1.5 wt%이며, 인산이수소 알루미늄이 차지하는 비율은 1.5 wt%이다. ZrO2 입자의 크기는 30 μm이고, Al2O3 입자의 크기는 80 μm이며, SiO2 입자의 크기는 60μm이다. 전체 내부 라이닝 접촉층은 내화도가 1650℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 7%이고, 기공 크기는 15 μm이다.
상기에서 정의된 내부 라이닝 접촉층 재료인 ZrO2 입자, Al2O3 입자 및 SiO2 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 500 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 인산이수소 알루미늄을 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 680 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 84 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 내부 라이닝 접촉층을 얻었다.
제1 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 물유리이고, 여기서, 제1 절연층에서 중공 Al2O3 구체가 차지하는 비율은 85 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 9 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 2.0 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 2.0 wt%이고, 물유리가 차지하는 비율은 2 wt%이다. Al2O3은 중공 구형 구조이고, 구체 내경은 0.8 μm이며, 구체 직경 크기는 80 μm이고, SiO2 입자의 크기는 60μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 8 μm이다. 전체 제1 절연층의 내화도는 1560℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 65%이며, 기공 크기는 3.0 mm이다.
상기에서 정의된 제1 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 400 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 물유리를 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 480 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 72 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 제1 절연층을 얻었다.
제2 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 실리카 졸이고, 여기서, 제2 절연층에서 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 50 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 36 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 3 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 3 wt%이고, 실리카 졸이 차지하는 비율은 8 wt%이다. Al2O3 입자의 크기는 100 μm이며, SiO2 입자의 크기는 65 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 10 μm이다. 전체 제2 절연층의 내화도는 1100℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 75%이며, 기공 크기는 5 mm이다.
상기에서 정의된 제2 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 혼합하되, 믹서의 회전 속도를 300 rpm으로 하고, 교반 과정에서 바인더로 실리카 졸을 첨가하여 혼합물을 얻은 후, 얻어진 혼합물을 몰드 캐비티 내부에 주입하고, 다음 12 h 동안 자연 경화하였으며, 마지막으로 탈형하여 제2 절연층을 얻었다.
상기에서 제조된 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 스틸로 제조된 외부 쉘층을 조합한 후 가열하고 베이킹을 수행하되, 저온 단계(실온 내지 180℃)에서 가열 속도는 60℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하였으며; 중온 단계(180℃ 내지 850℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 48 h 동안 보온하였으며; 고온 단계(850℃ 내지 1100℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하여 최종적으로 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 얻었다.
비교예 1: 일반적인 캐스팅 레이들
일반적인 캐스팅 레이들은 내부에서 외부로 순차적으로 복합 세라믹 타일, 무거운 코크스 오븐 장입물층, 절연층, 보온 면층 및 용광로 쉘로 이루어진다. 여기서, 복합 세라믹 타일은 TiO2 및 Al2O3을 1450℃에서 소결하여 형성하고, 주성분은 생성된 Al2TiO5이며; 무거운 코크스 오븐 장입물은 주로 Al2O3이고; 절연층은 20 mm의 내화 섬유판이며; 보온 면층은 3 내지 5 mm의 보온면이고; 용광로 쉘은 스틸로 제조된 외부 쉘이다.
비교예 2:
내부 라이닝 접촉층의 구성 재료는 ZrO2 입자, Al2O3 입자, SiO2 입자 및 바인더인 인산이수소 알루미늄이고, 여기서, 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 95 wt%이며, Al2O3 입자가 차지하는 비율은 2 wt%이고, SiO2 입자가 차지하는 비율은 0.5 wt%이며, 인산이수소 알루미늄이 차지하는 비율은 1.0 wt%이다. ZrO2 입자의 크기는 8 μm이고, Al2O3 입자의 크기는 30 μm이며, SiO2 입자의 크기는 30 μm이다. 전체 내부 라이닝 접촉층은 내화도가 1650℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 2%이며, 기공 크기는 8 μm이다.
상기에서 정의된 내부 라이닝 접촉층 재료인 ZrO2 입자, Al2O3 입자 및 SiO2 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 500 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 인산이수소 알루미늄을 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 680 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 84 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 내부 라이닝 접촉층을 얻었다.
제1 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 물유리이고, 여기서, 제1 절연층에서 중공 Al2O3 구체가 차지하는 비율은 90 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 6.0 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 0.5 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 1.0 wt%이고, 물유리가 차지하는 비율은 1.5 wt%이다. Al2O3은 중공 구형 구조이고, 구체 내경은 0.2 μm이며, 구체 직경 크기는 30 μm이고, SiO2 입자의 크기는 35 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 4 μm이다. 전체 제1 절연층의 내화도는 1560℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 50%이며, 기공 크기는 0.6 mm이다.
상기에서 정의된 제1 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 400 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 물유리를 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 480 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 72 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 제1 절연층을 얻었다.
제2 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 실리카 졸이고, 여기서, 제2 절연층에서 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 56 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 20 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 7 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 7 wt%이고, 실리카 졸이 차지하는 비율은 10 wt%이다. Al2O3 입자의 크기는 40 μm이고, SiO2 입자의 크기는 45 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 3 μm이다. 전체 제2 절연층의 내화도는 1100℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 50%이며, 기공 크기는 1.5 mm이다.
상기에서 정의된 제2 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 혼합하되, 믹서의 회전 속도를 300 rpm으로 하고, 교반 과정에서 바인더로 실리카 졸을 첨가하여 혼합물을 얻은 후, 얻어진 혼합물을 몰드 캐비티 내부에 주입하고, 다음 12 h 동안 자연 경화하였으며, 마지막으로 탈형하여 제2 절연층을 얻었다.
상기에서 제조된 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 스틸로 제조된 외부 쉘층을 조합한 후 가열하고 베이킹을 수행하되, 저온 단계(실온 내지 180℃)에서 가열 속도는 60℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하였으며; 중온 단계(180℃ 내지 850℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 48 h 동안 보온하였으며; 고온 단계(850℃ 내지 1100℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하여 최종적으로 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 얻었다.
비교예 3:
내부 라이닝 접촉층의 구성 재료는 ZrO2 입자, Al2O3 입자, SiO2 입자 및 바인더인 인산이수소 알루미늄이고, 여기서, 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 80 wt%이며, Al2O3 입자가 차지하는 비율은 12 wt%이고, SiO2 입자가 차지하는 비율은 4 wt%이며, 인산이수소 알루미늄이 차지하는 비율은 4 wt%이다. ZrO2 입자의 크기는 35 μm이고, Al2O3 입자의 크기는 90 μm이며, SiO2 입자의 크기는 70 μm이다. 전체 내부 라이닝 접촉층은 내화도가 1650℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 9%이며, 기공 크기는 20 μm이다.
상기에서 정의된 내부 라이닝 접촉층 재료인 ZrO2 입자, Al2O3 입자 및 SiO2 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 500 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 인산이수소 알루미늄을 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 680 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 84 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 내부 라이닝 접촉층을 얻었다.
제1 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 물유리이고, 여기서, 제1 절연층에서 중공 Al2O3 구체가 차지하는 비율은 68 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 15 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 4.0 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 5.0 wt%이고, 물유리가 차지하는 비율은 8 wt%이다. Al2O3은 중공 구형 구조이고, 구체 내경은 1.0 μm이며, 구체 직경 크기는 100 μm이고, SiO2 입자의 크기는 75 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 12 μm이다. 전체 제1 절연층의 내화도는 1560℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 70%이며, 기공 크기는 5.0 mm이다.
상기에서 정의된 제1 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 예비 혼합하고, 믹서의 회전 속도를 400 rpm으로 하여 예비 혼합물을 얻으며, 둘째, 얻어진 예비 혼합물을 급속 혼합하고, 급속 혼합 단계에서 바인더로 물유리를 첨가해야 하며, 믹서의 회전 속도를 480 rpm으로 하여 프리폼을 얻은 후, 얻어진 프리폼을 몰드 캐비티 내부에 주입하고 졸트 래밍한 후 72 h 동안 자연 경화하고, 마지막으로 탈형하여 제1 절연층을 얻었다.
제2 절연층의 구성 재료는 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자, MgO 입자 및 바인더인 실리카 졸이고, 여기서, 제2 절연층에서 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 30 wt%이며, SiO2 입자가 차지하는 비율은 63 wt%이고, CaO 입자가 차지하는 비율은 2 wt%이며, MgO 입자가 차지하는 비율은 2 wt%이고, 실리카 졸이 차지하는 비율은 3%이다. Al2O3 입자의 크기는 120 μm이고, SiO2 입자의 크기는 80 μm이며, CaO, MgO는 모두 입상이고 입자 크기는 15 μm이다. 전체 제2 절연층의 내화도는 1100℃ 이상이어야 하고, 여기서 공극률은 80%이며, 기공 크기는 7 mm이다.
상기에서 정의된 제2 절연층 재료인 Al2O3 입자, SiO2 입자, CaO 입자 및 MgO 입자를 믹서로 혼합하되, 믹서의 회전 속도를 300 rpm으로 하고, 교반 과정에서 바인더로 실리카 졸을 첨가하여 혼합물을 얻은 후, 얻어진 혼합물을 몰드 캐비티 내부에 주입하고, 다음 12 h 동안 자연 경화하였으며, 마지막으로 탈형하여 제2 절연층을 얻었다.
상기에서 제조된 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 스틸로 제조된 외부 쉘층을 조합한 후 가열하고 베이킹을 수행하되, 저온 단계(실온 내지 180℃)에서 가열 속도는 60℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하였으며; 중온 단계(180℃ 내지 850℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 48 h 동안 보온하였으며; 고온 단계(850℃ 내지 1100℃)에서 가열 속도는 100℃/h이고, 온도 도달 후 36 h 동안 보온하여 최종적으로 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들을 얻었다.
캐스팅 레이들의 보온 효과를 시험하기 위한 보온 성능 시험:
각각 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3의 캐스팅 레이들 내에 동일한 양의 알루미늄 합금 용탕을 넣고 알루미늄 합금 용탕의 초기 온도를 측정하고, 이어서 각각 1, 3, 5, 7, 9, 15, 20 min에 알루미늄 합금 용탕의 온도를 재측정하여 표 1에 기록하였다. 20 min 이내에 캐스팅 레이들 내의 알루미늄 합금 용탕에 대한 탈기 정련 과정을 수행한 후 다이캐스팅기에 공급된다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 2, 3에서 알루미늄 합금 용탕의 초기 온도는 각각 735℃, 738℃, 736℃이고, 20 min 후, 온도는 각각 731℃, 734℃, 732℃로 감소하였으며, 온도 감소 속도는 약 0.2℃/min이었다. 비교예 1에서, 일반적인 캐스팅 레이들 내 알루미늄 합금 용탕의 초기 온도는 735℃이고, 20 min 후, 온도는 705℃로 감소하였으며, 온도 감소 속도는 1.5℃/min이었다. 이는 일반적인 캐스팅 레이들과 비교하여 본 발명의 캐스팅 레이들은 보온재 형상, 크기, 차지하는 비율, 공극률 등의 파라미터 설계를 통해 양호한 보온 효과를 달성할 수 있음을 의미할 수 있다. 비교예 2에서, 캐스팅 레이들의 제1, 제2 절연층의 공극률과 기공 크기는 모두 본 발명의 캐스팅 레이들보다 작고, 온도 감소 속도는 1.55℃/min이며; 비교예 3에서, 캐스팅 레이들의 제1, 제2 절연층 공극률과 기공 크기는 모두 본 발명의 캐스팅 레이들보다 크고, 온도 감소 속도는 1.65℃/min이다. 나아가, 본 발명에서는 캐스팅 레이들의 제1, 제2 절연층의 공극률과 기공 크기를 합리적으로 조정함으로써 양호한 보온 효과를 구현한다.
캐스팅 레이들 내 알루미늄 합금 용탕의 온도 통계표
비교 데이터 초기 온도
(℃)		 제1 min
(℃)		 제3 min
(℃)		 제5 min
(℃)		 제7 min
(℃)		 제9 min
(℃)		 제15 min
(℃)		 제20 min
(℃)
실시예 1 735 734 734 734 733 733 732 731
실시예 2 738 738 737 737 736 735 735 734
실시예 3 736 735 735 734 734 733 733 732
비교예 1 735 733 730 727 724 720 715 705
비교예 2 735 733 729 727 723 720 714 704
비교예 3 736 734 729 728 724 721 715 703
캐스팅 레이들의 베이킹 시 천연가스 손실 통계표
비교 데이터 베이킹 빈도
(레이들/회)		 베이킹 시간
(min/레이들)		 알루미늄 레이들 생성 수
(레이들)		 천연가스 사용량
(m3/일)		 천연가스 비용
(위안(Yuan)/일)
실시예 1 베이킹이 필요 없음 베이킹이 필요 없음 160 0 0
실시예 2 베이킹이 필요 없음 베이킹이 필요 없음 160 0 0
실시예 3 베이킹이 필요 없음 베이킹이 필요 없음 160 0 0
비교예 1 1 5 160 480 960
비교예 2 1 5 160 480 960
비교예 3 1 5 160 480 960
표 2는 작업장 현장에서 빈 캐스팅 레이들을 베이킹할 때 천연가스의 소비 상황 통계표이다. 표 2로부터 비교예 1, 2, 3의 캐스팅 레이들은 보온 효과가 좋지 않고, 캐스팅 레이들의 내부 온도 감소폭이 크며, 빈 레이들은 반환된 후 베이킹을 수행해야 하는 반면, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3은 베이킹 과정이 필요 없으므로 공장 비용을 절감하고 근로자의 노동 강도를 감소시키며 에너지를 절약하는 동시에 환경을 보호하고, 작업자가 화상을 입을 안전 위험을 제거할 수 있음을 보아낼 수 있다. 캐스팅 레이들 내 알루미늄 합금 용탕의 슬래그 함량을 검출하기 위한 K-몰드 검출:
K-몰드 검출 방법은 "중화인민공화국 비철금속 산업 표준”을 참조하며 표준 번호는 YS/T1004-2014 용융 상태 알루미늄 및 알루미늄 합금이다.
캐스팅 레이들 내 알루미늄 합금 용탕의 슬래그 개재물의 K-몰드 검출 결과 통계표
K-몰드 샘플링 제1회 제2회 제3회 제4회 제5회 평균값
실시예 1 0 0 0.1 0.1 0 0.04
실시예 2 0 0.1 0.1 0 0 0.04
실시예 3 0 0 0 0.1 0.1 0.04
비교예 1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 0.12
비교예 2 0 0 0.1 0 0.1 0.04
비교예 3 0.1 0 0 0.1 0 0.04
표 3은 캐스팅 레이들 내 알루미늄 합금 용탕의 순도에 대한 K-몰드 검출 및 분석 결과로서, 작업장 실제 생산 과정에서는 일반적으로 K-몰드로 알루미늄 용탕의 슬래그 개재물을 빠르게 분석한다. 표 3으로부터, 비교예 1의 일반적인 캐스팅 레이들은 레이들벽에 심각하게 슬래그가 걸려있고, 알루미늄 용탕 내부에는 슬래그 개재물이 존재하며, K-몰드 검출 평균값은 0.12인 반면, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 비교예 2 및 비교예 3은 레이들벽에 알루미늄 슬래그가 점착되지 않고, 레이들 내 알루미늄 용탕의 K-몰드 검출 평균값은 0.04임을 보아낼 수 있다. 따라서 본 발명은 알루미늄 비점착, 알루미늄 합금 용탕 품질을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 비교예 1은 일반적인 캐스팅 레이들로, 내벽에 점착된 알루미늄 슬래그의 수가 많은 반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 캐스팅 레이들은 내벽에 점착된 알루미늄 슬래그의 수가 도 2보다 현저히 적다. 이로부터 본 발명의 캐스팅 레이들은 확실히 알루미늄 비점착, 알루미늄 합금 용탕 품질을 향상시키는 효과를 달성할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 설명은 본 발명의 바람직한 실시형태일 뿐, 본 발명의 특허 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 발명 구상하에 본 발명의 명세서 및 첨부된 도면의 내용에 의해 이루어지거나 다른 관련 기술 분야에 직접/간접적으로 적용된 등가의 구조적 변형은 모두 본 발명의 특허 보호 범위 내에 포함된다.
1:내부 라이닝 접촉층; 2:제1 절연층; 3:제2 절연층; 4:외부 쉘층

Claims (10)

  1. 내부에서 외부로 순차적으로 내부 라이닝 접촉층, 제1 절연층, 제2 절연층 및 외부 쉘층을 포함하는 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들(ladle)로서,
    상기 제1 절연층은 제1 Al2O3 입자; 및 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자 및 제1 MgO 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 제1 산화물 입자;를 포함하되, 상기 제1 Al2O3 입자는 중공 구형 구조이고, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제1 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 80 내지 85 wt%이며, 상기 제1 절연층의 공극률은 55 내지 65%이고, 기공 크기는 0.8 내지 3.0 mm이며;
    상기 제2 절연층은 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자 및 제2 MgO 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 제2 산화물 입자를 포함하되, 상기 제2 절연층의 공극률은 60 내지 75%이고, 기공 크기는 2 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 Al2O3 입자의 구체 내경은 0.3 내지 0.8 μm이고, 구체 직경은 40 내지 80 μm인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산화물 입자는 적어도 2종의 평균 입경을 갖되, 그 중 제1 평균 입경은 40 내지 60 μm이고, 제2 평균 입경은 5 내지 8 μm이며, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 제1 평균 입경을 갖는 제1 산화물 입자가 차지하는 비율은 8 내지 13 wt%이고; 제2 평균 입경을 갖는 제1 산화물 입자가 차지하는 비율은 3 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 제1 Al2O3 입자, 제1 SiO2 입자, 제1 CaO 입자, 제1 MgO 입자 및 제1 바인더로 구성되되, 상기 제1 SiO2 입자의 크기는 40 내지 60 μm이고, 상기 제1 CaO 입자의 크기는 5 내지 8 μm이며, 상기 제1 MgO 입자의 크기는 5 내지 8 μm이고;
    바람직하게는, 제1 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제1 SiO2 입자가 차지하는 비율은 8 내지 13 wt%이고, 상기 제1 CaO 입자가 차지하는 비율은 1 내지 2 wt%이며, 상기 제1 MgO 입자가 차지하는 비율은 2 내지 3 wt%이고, 상기 제1 바인더가 차지하는 비율은 2 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 Al2O3 입자의 크기는 60 내지 100 μm이고, 제2 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제2 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 40 내지 50 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 산화물 입자는 적어도 2종의 평균 입경을 갖되, 그 중 제3 평균 입경은 50 내지 65 μm이고, 제4 평균 입경은 5 내지 10 μm이며, 제2 절연층의 총 중량을 기준으로, 제3 평균 입경을 갖는 제2 산화물 입자가 차지하는 비율은 36 내지 46 wt%이고; 제4 평균 입경을 갖는 제2 산화물 입자가 차지하는 비율은 6 내지 10 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 절연층은 제2 Al2O3 입자, 제2 SiO2 입자, 제2 CaO 입자, 제2 MgO 입자 및 제2 바인더로 구성되되, 상기 제2 Al2O3 입자의 크기는 60 내지 100 μm이고, 상기 제2 SiO2 입자의 크기는 50 내지 65 μm이며, 상기 제2 CaO 입자의 크기는 5 내지 10 μm이고, 상기 제2 MgO 입자의 크기는 5 내지 10 μm이며;
    바람직하게는, 제2 절연층의 총 중량을 기준으로, 상기 제2 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 40 내지 50 wt%이고, 제2 SiO2 입자가 차지하는 비율은 36 내지 46 wt%이며, 상기 제2 CaO 입자가 차지하는 비율은 3 내지 5 wt%이고, 상기 제1 MgO 입자가 차지하는 비율은 3 내지 5 wt%이며, 상기 제2 바인더가 차지하는 비율은 4 내지 8 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 라이닝 접촉층의 총 중량을 기준으로, 상기 내부 라이닝 접촉층에서 ZrO2 입자가 차지하는 비율은 88 내지 93 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부 라이닝 접촉층의 공극률은 3 내지 7%이고, 기공 크기는 10 내지 15 μm인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 라이닝 접촉층에서 상기 ZrO2 입자의 크기는 10 내지 30 μm이고, 제3 Al2O3 입자의 크기는 40 내지 80 μm이며, 제3 SiO2 입자의 크기는 40 내지 60 μm이고;
    바람직하게는, 상기 내부 라이닝 접촉층의 총 중량을 기준으로, 상기 제3 Al2O3 입자가 차지하는 비율은 4 내지 10 wt%이며, 상기 제3 SiO2 입자가 차지하는 비율은 1 내지 3 wt%이고, 제3 바인더가 차지하는 비율은 1 내지 2 wt%인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금 주조용 캐스팅 레이들.
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