[논문]제품생산 시 탈가스 장치를 이용한 품질향상에 관한 연구

강석주

doi:10.5762/kais.2014.15.8.4713

초록
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알루미늄과 알루미늄 합금 제품의 고급화로 완벽한 알루미늄 용탕의 탈 가스 처리가 요구되고 있다. 탈 가스 처리를 위한 기존의 방법을 보면, 알루미늄 용탕 파우더와 약품 공급기로 이젝선하는 방법과 가스 취입 관을 사용하여 아르곤가스와 질소 또는 염소가스를 투입하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나 이 방법들은 작업도 어렵고, 염소와 불화물질 유해가스가 대단히 많이 발생하여 공해문제를 유발하는 문제점이 있으며 효과도 일정하지 않고, 과도한 처리시간으로 작업능률이 낮아지는 문제점도 있다. 가장 치명적인 문제점은 알루미늄 용탕과 약품의 반응으로 인한 많은 양의 찌꺼기의 생성과 더불어 금속의 손실 및 내화재의 수명감소를 야기하는 것이다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 연구에서는 기존에 알루미늄 연속제조를 위해 6단계 공정을 거처야 생산이 가능했던 부분을 이번에 개발한 3가지 공정만으로도 생산이 가능하게 알루미늄 연속 주조의 용탕과 탈 가스 장치의 일체화에 통한 기술을 개발에 관한 연구이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Several methods that have been used to manage a degasing process in recent years, such as an injection method that uses aluminum molten metal powder and chemicals, and the input method that supplies argon and nitrogen, or chlorine gas using a gas blow-tube. On the other hand, these methods have some...

Several methods that have been used to manage a degasing process in recent years, such as an injection method that uses aluminum molten metal powder and chemicals, and the input method that supplies argon and nitrogen, or chlorine gas using a gas blow-tube. On the other hand, these methods have some problems, and it is a difficult process to handle pollution due to the production of considerable toxic gases, such as chlorine and fluoride gas, irregular effects, and lowering work efficiency due to the excessive processing time. The problems that are most fatal are the production of considerable sludge due to a reaction of aluminum molten metal with chemicals, loss of metals, and the decreasing life of refractory materials. To solve these problems, this study developed a technology that is related to continuous casting of molten aluminum metal and monolithic degasing apparatus.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

많은 문제점을 개선하기 위하여 본 연구에서는 알루미늄 연속 주조의 용탕과 탈 가스 장치의 일체화에 관한 기술을 개발하였다.

제안 방법

이미 유럽과 여러 나라와 일본에서는 질소나 아르곤가스를 거품 상태로 분사하여 알루미늄 용탕 중의 수소가스 제거와 비금속 작업 처리를 동시에 수행할 수 있는 장치를 독자적으로 개발하여 적용하고 있다[2]. 본 연구에서 개발한 탈 가스 장치는 기존의 방법을 개선하고 유럽과 일본에서 적용하는 방법을 배제하는 새로운 방법으로 아르곤 가스, 질소 가스를 사용하여 무연, 무취, 무해로 환경오염을 방지하였다. 개발한 방법은 사전에 약품 처리한 용탕을 사용하므로 가스 발생과 산화로 인한 제품 불량을 현저히 줄일 수 있었고, 발생되는 찌꺼기의 양도 기존 방법에 비하여 최대 60～80% 정도 줄여서 금속 손실을 최소화 할 수 있었다.
용해공정의 용탕 품질 평가를 객관적으로 하기 위하여 성분과 경도 품질 평가를 하였다. 시편 채취 장소는 울산에 소재한 R회사의 용해로를 선택하였다.
다음은 화학성분과 경도를 검사하기 위하여 2가지 종류의 시편을 채취하였다. 화학성분 검사를 위하여 A시편과 B시편을 각각 2.5(mm) 가공하고, 폴리싱을 한 다음 Table 1과 같이 화학 성분검사를 한다[3]. Table 1을 보면, 탈 가스를 한 A시편과 B시편의 화학 성분이 표준 화학 성분 범위에 들어가므로 양호하다는 것을 알 수 있다[6, 7].
이와 더불어 용탕에 포함된 불순물과 부유물을 처리한다. 회전하는 로터를 통하여 아르곤과 질소가스를 투입한다. 로터의 회전 속도와 위치제어 방법은 다음 Fig.

대상 데이터

7을 보면 탈 가스 작업 전, 후 기공 차이가 많은것을 알 수 있다. 다음은 화학성분과 경도를 검사하기 위하여 2가지 종류의 시편을 채취하였다. 화학성분 검사를 위하여 A시편과 B시편을 각각 2.
용해공정의 용탕 품질 평가를 객관적으로 하기 위하여 성분과 경도 품질 평가를 하였다. 시편 채취 장소는 울산에 소재한 R회사의 용해로를 선택하였다. 시편을 채취할 때의 용탕 온도는 800(℃)이며 탈 가스 작업 전과 탈 가스 작업 후의 기공을 비교하면 다음 Fig.

성능/효과

본 연구에서 개발한 탈 가스 장치는 기존의 방법을 개선하고 유럽과 일본에서 적용하는 방법을 배제하는 새로운 방법으로 아르곤 가스, 질소 가스를 사용하여 무연, 무취, 무해로 환경오염을 방지하였다. 개발한 방법은 사전에 약품 처리한 용탕을 사용하므로 가스 발생과 산화로 인한 제품 불량을 현저히 줄일 수 있었고, 발생되는 찌꺼기의 양도 기존 방법에 비하여 최대 60～80% 정도 줄여서 금속 손실을 최소화 할 수 있었다. 또 기존의 약품 사용 방법과 비교할 때 용탕 처리 시간과 진정 시간이 단축되었고, 공해 발생이 전혀 없으므로 작업자의 건강 안전과 작업 환경 개선에 기여하게 되었다[3].
Table 1을 보면, 탈 가스를 한 A시편과 B시편의 화학 성분이 표준 화학 성분 범위에 들어가므로 양호하다는 것을 알 수 있다[6, 7]. 검사한 결과 본 연구에서 개발한 장치로 탈 가스를 한 A, B시편은 표준 경도에 비하여 월등하다는 판정을 받았다[6,7]. 기타 상세한 강도 데이터는 기업의 노하우에 해당한다.
이번에 개발한 공정은 3가지 공정만으로도 생산이 가능하게 되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비철금속 산업이 영역을 넓혀가고 있는 분야는?	비철금속 산업은 반도체, 우주항공, 고속수송기계 등으로 그 영역을 급격하게 넓혀가고 있고, 비철금속산업의 사용처의 확대에 따라 개선된 소재 생산 공정의 합리화가 절실하게 되었다[1]. 최근에는 알루미늄과 알루미늄 합금 제품의 고급화로 완벽한 알루미늄 용탕의 탈 가스 처리가 요구되고 있다.
	탈 가스 처리를 위한 기존의 방법은 어떤 것이 있는가?	최근에는 알루미늄과 알루미늄 합금 제품의 고급화로 완벽한 알루미늄 용탕의 탈 가스 처리가 요구되고 있다. 이러한 탈 가스 처리를 위한 기존의 방법을 보면, 알루미늄 용탕 파우더와 약품 공급기로 인젝선하는 방법과 가스 취입 관을 사용하여 아르곤가스와 질소 또는 염소가스를 투입하는 방법 등이 사용되고 있다[2]. 그러나 이 방법의 문제점은 정리 해 보면 상당히 많다.
	본 논문에서 새롭게 개발한 알루미늄 연속 제조 공정의 3단계는?	첫 번째 단계 : 원료 투입(인코드, 스크랩) 두 번째 단계 : 용해와 탈 가스 및 보온(650℃ ～ 680℃) 세 번째 단계 : 주조(casting)

참고문헌 (8)

The Korea Development Bank, KDB Industrial Reports, 2001.
Lee, J. H., "Utility Model License : A degasing device applied to continuous aluminum casting", Application Date: 2001.12.27, Application Number: 21-2001-0040317, Registration Date: 2002.07, Registration Number: 0283614
Introduction of heat treatments, Organization of the Japanese Heat Treatment/the Japanese Metal Heat Treatment Association, 1997.
New edition of the introduction and practice of heat transfers, DongHae University, Japan, 1984.
"Development of an integrated degasing system for aluminum molten metal in continuous casting", Changwon Polytechnic College, the final report of the project in developments of industrial technologies, 2003.
MZ CHEMICAL COMPOSITION OF ALLOYS, MEKHANICHESKIY ZAVOD Ltd, UKRAINE. 2007.
Lee, J. H., "Development of a monolithic apparatus for degasing aluminum continuous casting molten metal", A treatise in the Spring Congress in 2004 by KSMTE; The Korean Society of Machine Tool Engineers, 2004, pp. 115-120.
S. R. Ahuja, K. D. Hong, K. S. Hong, et al., "The Rapport Multimedia Conferencing System: A Software Overviews", Proc. of 2nd IEEE Conference on Computer Workstations, pp. 52-58, March, 1988. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/COMWOR.1988.4800

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