지식 습득

연성 주철의 미량 원소

구상화 공정에는 구상화 과정을 방해하는 미량 원소들이 존재합니다. 구상화 공정에서 이러한 원소의 질량 분율은 수 ppm 또는 수 ppm에 불과하지만, 구상화 효과에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 방해는 용탕 내 마그네슘 함량 및 냉각 속도와 밀접한 관련이 있으며, 다양한 방해 원소의 영향이 중첩됩니다.

 

일반적인 간섭 원소에는 Sb, Sn, Bi, Te, Pb, Ti, Se 및 As 등이 있습니다. 이러한 원소는 마그네슘의 소모 특성에 따라 분류할 수 있습니다. Te 및 Se는 마그네슘 소모형에 속하며 마그네슘과 결합하여 괴상 흑연, 과냉각 흑연 및 인편상 흑연의 형성을 촉진합니다. Sb, Sn, As 및 Ti는 입계 편석형에 속하며 입계에서 왜곡된 흑연을 형성하는 경향이 있습니다. 반면 Pb 및 Bi는 혼합형에 속하며 낮은 함량에서는 왜곡된 흑연을 형성하고 높은 함량에서는 과냉각 흑연 및 인편상 흑연의 형성을 촉진합니다.

 

이러한 미량 간섭 원소의 구상화 방지 효과를 억제하거나 허용 범위를 넓히기 위해 연성 주철에 희토류 원소를 첨가할 수 있습니다. 희토류 원소의 첨가량은 용선의 순도에 따라 조절해야 하며, 일반적으로 잔류 세륨 질량 분율이 0.03%에 도달하는 것이 적절합니다.

 

특히 납 원소를 언급할 가치가 있습니다. 액체 철에 납이 포함되어 있고 질량 분율이 0.01%에서 0.05% 사이인 경우, 85% 이상의 구형화율을 달성하려면 잔류 마그네슘의 질량 분율이 0.6%를 초과해야 하고, 잔류 세륨의 질량 분율 또한 0.05% 이상이어야 합니다.

 

다음으로, 이러한 미량 원소 중 뛰어난 것에 대해 살펴보겠습니다.

 

준금속 원소인 안티몬( Sb)은 독특한 물리적, 화학적 성질을 지니고 있습니다. 원소 기호는 Sb이고, 원자 번호는 51이며, 상대 원자 질량은 175에서 176 사이입니다. 상온에서 안티몬은 은백색의 결정성 고체로, 부서지기 쉽고 녹는점은 630°C로 비교적 낮으며, 끓는점은 1635°C에 달합니다. 또한, 안티몬은 비교적 안정적인 화학적 성질을 가지고 있어 상온에서는 산소와 반응하지 않지만 고온에서는 산소와 결합하여 삼산화안티몬(Sb³⁺)을 형성할 수 있습니다. 안티몬은 물과 일반적인 산 및 염기에는 녹지 않지만, 왕수와 뜨거운 진한 황산에는 용해됩니다.

 

물리적 특성

안티몬(Sb)은 독특한 물리적 특성을 가지고 있습니다. 은백색 결정질 고체로, 취성이 있고 용융성이 있습니다. 실온에서는 다른 금속에 비해 전기 및 열 전도도가 낮지만, 여전히 고유한 응용 가치를 가지고 있습니다. 특히, 안티몬은 고온에서 산소와 반응하여 삼산화 안티몬(Sb)을 형성할 수 있습니다. 이러한 특성 때문에 특정 응용 분야에서 특히 중요합니다.

 

화학적 성질

Sb는 비교적 안정적인 화학적 특성을 가지고 있지만, 특정 조건 하에서는 다양한 원소 및 화합물과 반응할 수 있습니다. Sb는 두 가지 유형의 할로겐화물을 형성할 수 있으며, 그중 삼할로겐화물과 오할로겐화물은 서로 다른 공간 배열을 갖습니다. 또한, 삼산화 Sb 및 오산화 Sb와 같은 Sb 산화물은 양쪽성을 나타내며 산과 반응하여 상응하는 Sb 염을 형성할 수 있습니다.

 

안티몬(Sb)은 회색 안티몬(Sb), 검은색 안티몬(Sb), 노란색 안티몬(Sb), 그리고 폭발성 안티몬(Sb)의 네 가지 동소체를 가지고 있습니다. 이러한 동소체들은 물리적, 화학적 특성에서 일정한 차이를 보이며, 이로 인해 안티몬은 다양한 응용 분야에서 다양한 특성을 나타냅니다.

 

존재와 준비

자연에서 안티몬(Sb)은 주로 황화물 광물인 스틸나이트(Stibnite)에 존재합니다. 산업적으로 안티몬을 제조하는 방법에는 배소(Roasting)와 고온 환원 공정이 있습니다. 이러한 방법을 통해 안티몬을 효율적으로 추출하고 다양한 분야에 응용할 수 있습니다.

 

어플리케이션

안티몬(Sb)과 그 화합물은 독특한 특성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 뛰어난 난연성, 내식성, 그리고 내부식성을 가지고 있습니다. 그러나 안티몬은 생명 유지에 필수적인 원소가 아니며, 생물에 특정 독성 및 발암 위험을 초래한다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 안티몬과 그 화합물을 사용할 때는 각별한 주의가 필요합니다.

 

연성 주철에서 안티몬(Sb) 의 역할

구상흑연주철 제조 시, 적정량의 Sb를 첨가하면 흑연구의 진원도를 크게 개선하고 그 수를 늘릴 수 있습니다. 이러한 효과는 특히 단면이 큰 구상흑연주철 제조에서 두드러집니다. 접종 처리 후 질량 기준으로 0.05%의 Sb를 첨가하면 매우 진원한 흑연구를 얻을 수 있으며, Sb를 첨가하지 않았을 때보다 흑연구의 수가 거의 두 배로 증가합니다. 이 발견은 구상흑연주철 제조에 대한 새로운 아이디어와 방법을 제시합니다.

Sb를 첨가하면 구상흑연주철 기지 내 펄라이트 함량이 증가할 수 있습니다. 일반적으로 Sb의 적정 첨가량은 질량 기준 0.06%에서 0.1% 사이로 조절됩니다. 대구경 구상흑연주철의 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 적정량의 Sb를 첨가하는 것 외에도 일정량의 희토류 원소를 첨가해야 합니다. 일반적인 구상흑연주철 생산에서는 잔류 희토류 함량을 일반적으로 질량 기준 0.1%에서 0.3%로 설정합니다.

 

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