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주조

1. 사형주조

사형주조는 원하는 모양의 제품을 얻기 위하여 모래(또는 주물사)를 사용하여 만든 소정의 공간(주형공간)에 용융 금속(또는 용탕)을 주입한 후 응고시켜 원하는 모양의 제품을 얻는 방법임

사형주조 일반공정

  • 주물설계
  • 모형/주형
  • 장입재
  • 용해 및 용탕처리
  • 용탕분석
  • 용탕이송/주입
  • 후처리
  • 사처리
  • 제품검사
*각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 제품 및 주조방안 설계를 최적화함으로써 양산성을 확보하고 가격경쟁력 및 품질 경쟁력을 확보할 수 있도록 설계 도면을 보면서 주물의 용도, 재질, 후처리, 수량 등을 확인함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 주물설계 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

제품 시장 및 기능 : 가장 적당한 주조공정을 선택할 필요가 있으며, 공정에 따라 제품의 형상 및 품질수준이 달라질 수 있음

제품 요구사양 : 주조품의 부위별 품질 수준을 확인하여 품질 수준을 차등관리 함

제품 형상 및 크기 : 제품의 형상 및 크기에 따라 주조 공정을 결정함

치수공차 : 도면의 규정을 우선 적용하고, 그렇지 않을 경우 KS B 0250에 따라 적용할 수 있음

분할면 및 기준면 : 분할면을 기준으로 빼기구배가 적용되므로 기준면의 평면도를 고려하여 분할면을 설계함

외형 및 내면 형상 : 외형의 형상은 주형에 의해 형성되며, 내면 형상은 중자를 이용해서 형성시키는 것이 일반적임

모듈러스 : 주물의 모듈러스는 응고시간을 예측하는 파라미터임

살두께 : 치수 공차에 준하여 관리함

가스빼기 : 주형 내 충진시 배압을 형성시키지 않도록 고립영역 또는 최종 충진부에 설치하여야 함

뺴기구배 : 조형 강도가 낮을수록 크게 설정하여야 함

주물수축 : 주물은 응고과정에서 액상 수축, 응고 수축, 고상 수축의 세 단계로 수축을 함

가공여유 : 가공 후 가공면에서 흑피가 발생하지 않도록 치수 공차와 동시에 고려하여야 함

탕구 및 탕구저 : 탕구는 원활한 주입을 위해서는 큰 것이 유리하나 회수율이 낮아지는 단점이 있음. 탕구저는 직경을 확대시켜 개재물 및 모래의 혼입을 최소화 하여야 함

탕도 : 탕구에서 유입된 용탕을 주입구까지 최대한 온도 손실 없이 이송하여야 함

주입구 : 주입구는 얇을수록 유리하나, 주입구가 얇을 경우 용탕 속도가 빨라져서 난류 및 침식을 발생시킬 수 있음

압탕 위치 및 형상 : 압탕은 급탕 영역에 하나씩 설치하되 급탕 영역보다 더 높은 위치를 확보하여야 함

압탕 크기 : 급탕영역을 설정하고 각 급탕 영역의 모듈러스를 계산한 다음 모듈러스가 12배 이상이 되도록 설계함

압탕목 : 너무 크면 압탕목과 제품에 걸쳐 수축 결함이 발생할 수 있으며, 너무 작을 경우 급탕 경로가 일찍 단절되어 제품 수축 결함을 발생시킴

냉금 : 냉금은 방향성 응고를 촉진시키는 유효한 수단으로서 외부에 냉금을 대거나 같은 재질의 것을 미리 삽입한 후 주입하는 방법도 있음

유동해석 : 충진 중의 온도분포, 속도분포, 난류 및 와류의 발생 등에 대한 정보를 획득함

응고해석 : 응고 과정, 열점 위치, 급탕 위치, 압탕목의 사이즈 및 위치에 대한 검증을 함

무압탕, 무탕도화 주조

고품질 신속 용해 및 용탕 처리 고도화

응고계수 이론 기반 주조방안 설계 고도화

주형/주형상장 고특성화 및 체결 강화

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공정설명 모형과 주형은 주조 공정에서 용탕이 주입될 빈 공간을 형성시키기 위한 요소로써, 모형을 통해 설계 방안을 구현하여야 하며, 주형 공간에 주입 및 응고되는 과정에서 주형은 적절한 강도와 gas 배출 능력을 확보하여야 설계 단계에서 구현한 치수정도 및 품질 수준을 달성할 수 있음

■모형 제작 : 주조계획이 수립되면 주형을 제작하기 위한 모형을 만듦, 모형에는 주물 외형을 만들기 위한 외형과 주물의 구멍 또는 중공 부분을 만들기 위한 내형인 중자형이 있음
■주형 제작 : 주형은 용융금속을 주입하여 응고시키는 내부공간이며 모형을 기준으로 만드는데 모래로 만든 모래주형과 금속으로 만든 금속주형이 있고 기타 특수한 것으로는 석고주형, 시멘트 주형 등이 있음. 이 중 모래주형이 가장 일반적인 것으로 생형(green sand mold)과 건조형(dry sand mold)이 있음
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 모형/주형 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

모형(원형)재료 : 모형은 목재 이외에 금속, 석고, 플라스틱, 고무 등이 사용되고 정밀주조법에서는 왁스가 사용됨

모형 제작 및 검사 : 용탕의 응고수축, 가공여유 또는 모형을 주물상에서 뽑아내기에 편리하도록 빼기구배를 적용해야 함

중자조형재료 : 내화성이 높아야 하므로 규사와 지르콘사를 이용하는 것이 유리함

주형조형재료 : 주물사로 만들어진 것이 가장 일반적이며 비철 금속에서는 금속 주형의 사용빈도가 높음

주물사 : 고온의 용탕에 견뎌야 하므로 내화도, 고온 강도, 통기도 및 반복사용 시 노화도가 낮아야 함

점결제 : 규사만으로 주형을 만들 수 없으므로 규사를 결합하기 위하여 무기점결제, 유기점결제를 사용함

주물사 배합장치 : 점결제와 첨가제가 충분히 혼련될 수 있도록 혼련 시간을 조절하며, 주물사 시험을 통하여 강도 통기도를 관리함

배합비율 : 생형의 경우 주형 강성을 조절하기 위해서는 수분의 관리가 중요함

주물사시험 : 수분, 통기도, 강도 등을 시험함

조형장치 : 충격을 이용하는 졸트식, 피스톤의 압력을 이용하는 스퀴즈식, 공기의 압력을 이용하는 샌드블로우식이 있음

도형제 : 충분한 내화도를 가져야 하며, 통기성이 낮고 가스 배출의 속도가 낮아야 함

필터 : Strainer, foam, sieve로 구분되며, 탕구계 설계에 따라서 적당한 규격을 사용함

주형상자(플라스크)설계 : 보유하고 있는 용해로, 주입레들, 모형의 Cavity Lay를 고려하여 주형상크기, 두께, 리브를 설계함

주형상자재질 : 금속판재를 절곡 및 용접하여 제작하거나, 합판 및 목재로 제작할 수 있음

주형상자제작(상형, 하형) : 제품의 상하형 Parting Line설계 후 제품의 가장 낮은 부분으로부터 충분히 용탕을 버틸 수 있는 두께로 주형상자의 두께를 설계함

합형 : 합형이 정확하게 이루어지지 않으면 상하형의 부정교합에 따른 불량이 발생함

주형 및 중자에 요구되는 특성

강도 : 형상 유지 및 내마모성이 필요하므로 강도가 요구됨

통기도 : 주형 내 공극을 통해 가열된 공기 및 gas를 배출시킬 수 있는 능력이 좋아야 함

열적 안정성 : 고온 용탕과 접촉면에서의 내구성이 좋아야 함

붕괴성 : 주조품의 수축에 저항하지 않고, 탈사가 원활해야 함

재생력 : 사용된 모래의 재활용 능력이 우수해야 함

구축사례 사업명 셀 중자 자동생산 장치 구축
사업내용 추진내용

셀중자 자동조형기와 국소배기장치를 함께 도입하여 셀중자 자동생산시스템 구축

자동조형 시스템을 제어 관리하는 PLC 컨트롤러, 벨트콘베어, 스크류 엘리베이터로 구성

세부내용

수작업으로 생산하는 300mm 이하 제품군에서 자동화를 통해 600mm 이하 제품까지 생산범위 확대

제품표면조도 정밀도 3/100mm 이하까지 정밀조형작업 가능

유해분진처리를 위한 국소배기장치를 통해 건식타입의 국부후드와 흡착식/습식집진 장치 구축

구축사진
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공정설명 장입재는 주조품의 용탕 성상 및 화학성분을 결정하는 요소이므로 주조품의 품질 수준과 요구되는 기계적 성질을 만족시키기 위해서 관리되어야 함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 장입재 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

고철 종류 및 성분 : 주철에 사용되는 고철은 고망간과 저망간 고철로 분류되며, 주조품의 화학 성분에 맞추어서 사용여부를 결정하여야 함

고철 형상 및 크기 : 가공고철과 분철이 있으며 용해로의 사이즈에 맞추어 장입하여야 함

고철 표면상태 : 녹 또는 기름은 질소 및 산소에 의한 불량을 야기할 수 있으므로 표면 청정도를 유지할 필요가 있음

선철 종류 및 성분 : 생산되는 주물품의 등급에 따라 적합한 선철을 선택함

회수철 크기 및 성분 : 유사성분의 회수철을 분리하여 투입하여야 하며, 장입량은 최대 40%이하로 관리함

회수철 표면상태 : 장입 전에 Shot blast 공정을 통해 표면 오염을 제거하는 것이 좋음

합금철 : 입고 시 수입 성적서를 통하여 성분을 확인하고, 장입계산 시 반드시 반영하여야 함

가탄제 : 탄소 함량 99%이상은 구상 흑연 주철용으로 주로 사용되고, 85%이상은 주로 회수철용으로 사용함

보관관리(수분, 녹 등) : 녹이 발생하였을 경우 shot blast를 통해 제거하고, 중자의 경우 장기 보관 시에는 110~120℃ 로에서 수분을 제거하는 것이 바람직함

전처리관리(절단, 표면청정화) : 절단 공정에서 절삭유 또는 연마 재료가 절단면에 잔류할 수 있으므로 세척 또는 shot blast공정을 통하여 청정도를 확보함

장입대차 : 장입은 마그네트 크레인이나, 컨베어, 장입대차를 이용하여 시행함

장입순서 : 용해 온도가 높을수록, 크기가 작을수록, 비중이 낮을수록 먼저 장입하여 로의 하부에 위치할 수 있도록 하여야 함

장입재 충진밀도 : 장입재 형상과 크기에 따른 배합비와 관련이 있음

용탕접촉 표면적 : 장입재의 크기에 반비례하기 때문에 장입재 크기 및 형상별로 데이터베이스화해서 관리 함

3M(Micro, Multi, Master) 고순도화

회수재 및 폐자재의 활용가치는 소재가 가진 순도에 비례하기 때문에 오염되고 폐기된 소재의 순도를 높이기 위한 복합 정련기술이 필수적임. 이를 위해 Micro bubble, Multi Flix, 복합 기능을 도입하여 Master alloy를 제작함

가스 혼합용 설비 고안 및 배합조건 정립

고순도 정련기술을 위한 설비제작 방안 및 공정

주조 소재의 고순도화를 위한 재질개선

유해 원소재(장입재) 재활용성 향상

장입재에 함유된 고함량 망간의 유해한 기능을 역으로 순기능화하여 건전고강도 고부가가차의 주철주물을 제조함

평형/비평형 공정반응 제어

고망간 조성 기반 합금설계 최적화

고망간 주철 소재 건전고강도화

용탕 성분 신속 보정 지능화

용탕의 신속한 성분 보정을 통해 용해공정을 신속히 완료하여, 아이들링 타임을 줄이고 용해에너지를 절감하며 용탕 및 제품 품질을 향상시킴

추가장입 자동계산 모듈 개발

추가장입재 자동 계량 및 자동 장입 설비 구축

스펙트로미터, 신속장입용 각 모듈 및 장치 간 연계 구축

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공정설명 ■용해 : 고체의 원료지금을 액체로 용융하여 소정의 재질이 될 수 있게 성분을 조절하거나 주형에 주입할 수 있는 온도로 높이는 작업임

■용탕처리
- 탈가스 : 용탕 속에 가스가 어느 정도 함유하고 있느냐에 따라서 주물의 품질이 크게 영향을 받으므로 흡수된 가스를 배출시키기 위해서 탈가스를 시행함
- 접종 : 주철 주물의 경우 용탕을 주형에 주입하기 전에 Si, Fe-Si, Ca-Si 등을 첨가하여, 재질을 개선함
- 구상화 처리 : 구상흑연주철(Ductile Cast Iron)을 얻기 위해 사용되는 첨가금속으로는 Mg, Mg계 합금, Ca계 합금, 희토류 합금 등이 실용화되고 있음
- 개량처리 : 고정합금의 용탕에 특수한 원소를 첨가하거나, 급랭시키면 공정 온도가 낮아지고 공정점의 조성이 이동하여 미세한 조직을 얻을 수 있고, 기계적 성질이 개선되는 효과를 나타냄
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

용해장치(유도용해로 등) : 도가니로, 아크전기로, 유도전기로, 큐폴라 등으로 분류됨

용해 에너지원(전기 등) : 용해장치에 따라 코크스, 중유, 가스, 전기, 유도전류 등을 사용함

용해로 용량 : 도가니로의 용해량 300kg 미만, 반사로 500~50,000kg, 아크 전기로 1~200ton, 유도전기로 200~20,000kg, 큐폴라 1~20ton임

용해로 내화제 : 용해작업 시 안전 문제가 직결되어 있으므로 정기적으로 점검하여 요구되는 두께 이상으로 항상 유지하여야 함

용해로 코일 : 용해로 코일에 흐르는 대전류에 따르는 누설자속으로 로틀 주위가 가열될 수 있으므로 유도전류가 흐르는 회로를 만들지 않도록 관리하여야 함

용해로 제어시스템 : 유도용해로 시스템의 컨트롤 판넬부의 전류 코일 가열, 직류 과부하, 냉각수 과열 등에 대한 경고 시스템을 수시로 확인하고 조치하여야 함

용해 속도 : 냉각된 로에서는 출력을 20%이내에서 20~30분 정도 천천히 승온하여 로의 열충격을 방지하고, 이후 80% 이내에서 용해될 때까지 출력을 조절하여 안전을 확보하고, 용해된 이후에는 출력을 0~100% 조절하여 용탕온도와 용탕량을 조절함

출탕 대기시간 : 용해로에서 완전 용해된 용탕은 즉각적으로 사용하는 것이 좋으나, 작업 여건상 대기가 필요한 경우라도 1시간 이내에 출탕을 하여야 함

용탕 성상 : CE meter 및 구화도 측정 장비를 이용하여 매 Charge별 용탕 특성을 파악해야 함

슬래그 양 : 슬래그를 최소화 할 수 있도록 함

슬래그 제거장치(수동, 자동) : 로의 상부로 부상한 비금속 산화물 등은 슬래그 응집제를 이용하여 응집시킨 후 제거하여야 함

슬래그 처리시간 : 슬래그 처리는 주입 직전에 시행하는 것이 최대의 효과가 있으며, 용탕의 온도 저하를 막을 수 있도록 10분 이내로 시행함

출탕 온도 : 일반적으로 1450~1550℃로 하며 1600℃를 넘지 않음

집진장치(용해로) : 용해되면서 발생하는 흄과 분진등을 집진하는 장비를 적정 용량으로 확보하여야 함

관리요소 : 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

구상화제의 종류, 성분, 입도크기, 투입량, 시기 등을 결정하여야 함

접종제 종류, 성분, 입도크기, 투입량, 투입횟수, 시기 등을 결정하여야 함

레이들 포켓 : 최대한 깊게 설계하여 대기와 구상제가 직접 접촉하는 것을 최소화해야 함

포켓 커버제 : 구상화제가 용탕과 직접 접촉하여 급격한 폭발이 발생하여 회수율이 낮아지지 않도록 레이들 포켓 설계에 적합한 커버제 사이즈를 결정함

집진장치(레이들) : 구화처리 및 접종 처리에서 발생하는 가스를 배출시키기 위한 장치로 덮개 타입으로 제작할 경우 구화 처리 회수율을 향상시킬 수 있음

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약 60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

철계주물 주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

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공정설명 출탈 전 용탕의 상태를 신속히 시험하여 용탕 성분, 응고상태, 칠의 깊이 등을 검사함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕분석 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

Chill test(냉금시험) : 쐐기형 시험법, 강재판 칠 시험법, 원통형 칠 시험이 있음

C. E. meter(탄소 당량분석시) : 열전대를 장치한 주형에서 주철 용탕을 열분석하여 초정 온도와 공정 온도를 알아낸 후에 이로부터 탄소 당량을 구하는 용탕 관리용 기기임

실시간 용탕 모니터링

용탕의 지문인 냉각곡선 분석에 기반한 실시간 응고 및 상변태 거동, 주조결함 등을 예측하여 주물제품의 고품질화 추구

양산 현장 적용 및 용탕 분석 공정 스마트화

용탕 분석 기반 용탕 용해 및 처리 공정 효율화

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공정설명 용탕을 주형에 부어 넣는 공정을 주입이라 함. 일반적으로 래들(ladle)로서 주형 속으로 주입하지만 원심주조법에서는 주형을 회전시켜 주입하며, 고압다이캐스팅 공법에서는 유압 또는 기압을 사용하여 주입함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

레이들 용량 및 형상 : 회사가 보유하고 있는 용해로의 규모에 따라 대부분 정해지며 용해로 용량보다 큰 레이들을 사용함

레이들 구조 : 레이들의 외부에 강판을 이용하여 형상을 만든 뒤 내부에서 내화벽돌을 적층하여 용탕의 열에 견딜 수 있도록 함

레이들 내화제 및 단열제 : 주입과정에서 레이들이 파손될 경우 누탕되어 인사 사고가 발생할 수 있으므로 내화제 및 단열제의 성능을 정확하게 파악하고 사용 목적에 맞게 사용해야 함

레이들 예열 : 용해로 출탕 시 상온으로 방치된 레이들은 급격한 온도차에 의한 열충격으로 파손될 수 있으므로 연속작업이 아닐 경우 예열을 통해 500℃이상으로 출탕하도록 함

용탕 이송 : 이동경로에 간섭물이 진입하지 않도록 함

제품별로 적합안 주입온도, 시간, 속도를 관리함

집진장치(이송대차 및 크레인, 호이스트, 모노레일 등 맞춤형) : 용탕 이송과정에서 온도 저하 및 이물질 삽입을 방지하고, 발생하는 가스가 작업장을 오염시키지 않도록 집진장치를 설치함

용탕 원거리 이송

용탕 원거리(1시간 이상)이송 중에도 용탕의 열손실을 최소화하면서 용탕의 청정도를 유지하고, sludge발생 최소화를 통한 수율 극대화가 가능한 용탕관리 시스템 구축

열손실을 최소화한 용해 에너지 효율 향상

용탕 청정도 유지

구축사례 사업명 대형 주강품 제조를 위한 고효율 래들(Laddle) 예열 공정 자동화
사업내용 추진내용

고효율 폐열회수/산소부화식 래들 예열 시스템 구축 및 실증

PLC 컨트롤 판넬을 통한 래들 예열시스템 제어 가능화

래들 예열공정의 LNG 사용량 절감 및 CO2 배출량 감소

래들 예열공정의 작업장내 대기 환경 개선 (NOx, CO배출량 감소)

균일한 래들 예열온도 확보로 주입온도 관리 가능화

폐열회수/산소부화식 래들 예열 시스템 실증

세부내용
(1) 폐열 회수/산소 부화식 래들 예열 시스템 구축

래들 예열용 산소부화식 LNG Burner를 포함한 기계, 전기, 계장, 연소배관의 설계, 제작 설치, 철거, 시운전, 성능보장

(2) 폐열 회수/산소 부화식 래들 예열 시스템 성능평가 및 실증

PLC 컨트롤 판넬을 통한 래들 예열시스템 제어 가능화

래들 예열공정의 LNG 사용량 절감 및 CO2 배출량 감소

래들 예열공정의 작업장내 대기 환경 개선 (NOx, CO배출량 감소)

균일한 래들 예열온도 확보로 주입온도 관리

폐열회수/산소부화식 래들 예열 시스템 작업 표준화

폐열회수/산소부화식 래들 예열 시스템 성능검증

폐열회수/산소부화식 래들 예열 시스템 전담인력 확보

애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

래들 예열기 초기 점화 부적합

래들 상부 커버 이격량 과다 및 개폐 속도 조절 부적합

연료가스 투입밸브 개폐 속도 문제

래들 예열 패턴별 래들 예열 표준 수립 난해

래들 예열 목표 온도 표준 수립 난해

래들 상부 커버 설계변경으로 인한 스토퍼 예열기 추가 설치

(2) 개선결과

제어 프로그램 개선을 통한 초기 연료가스 투입 유량 제어 실시

래들 상부커버 개폐용 유압 밸브 교체

제어 프로그램 개선을 통한 연료 가스 투입 유량 조절하여 연료가스 투입밸브 개폐속도 제어

래들 예열 패턴별 프로그램 설계 및 적용을 통한 가동 조건 표준 수립 및 자동화 운용

실제 주조품 표면 품질 및 용해/주입 작업간 특이사항 확인하여 래들 예열 온도 표준 수립

상부커버 밀폐구조로 설계변경

구축사진
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공정설명 주입한 용탕이 주형 내에서 냉각 응고되면 이것을 꺼내어 탕구, 압탕 등을 절단하고 표면을 청정하며, 주물에 따라서는 용접보수 및 열처리를 시행함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 후처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

냉각시간 : 냉각시간은 불량 및 생산성에 직결되는 것으로 표준화하여 관리하도록 함

탈형 온도 : 표준화된 탈형 온도를 주기적인 측정하고 관리함

탈형 장치(셰이크아웃머신 등) : 주기적인 점검을 통해 관리하고, 작업자의 안전을 고려해 분진 포집장치 및 산업폐기물에 대한 지침을 마련하고 관리함

탈사장치(쇼트블라스트 등) : 쇼트의 마모는 탈사 성능을 떨어뜨리기 때문에 주기적인 점검을 통해 교체하고, 작업자의 안전을 위해 주기적으로 분진 포집장치를 교환하여야 함

탈사 시간 : 제품의 크기 및 형상에 따른 표준탈사 시간을 설정하고 관리함

가공 부위 및 두께 : 제품의 도면에 맞게 가공 치구 등을 제조하여 엄격하게 관리함

치수보정 : 주조제품의 냉각 시 뒤틀림이 발생한 경우 보정이 가능한 치수 범위를 표준화 하고, 보정이 가능한 경우 보정장치 등을 제조하여 보정될 수 있도록 관리함

용접보수 : 표준작업 절차를 마련하여 관리함

응력제거 : 주조 후 잔류응력이 높을 것으로 예상되는 제품은 응력제거를 위한 열처리 지침을 마련하여 시행될 수 있도록 함

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공정설명 천연사는 재생이 불가능하기 때문에 묵은 모래를 제거하고, 합성사의 경우 재사용이 가능하기 때문에 원료사의 입도와 수분을 조정함. 수분을 제거해야 되는 기름모래형이나 CO2법에 이용되는 원료사는 미리 건조하고 분리한 다음 사용함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 사처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

사회수 및 집진장치(사회수라인, 사분쇄라인, 사재생라인) : 냉각기를 통하여 인공사를 냉각시킨 후 회수함

사분쇄(선별 가공) : 인공사의 입도를 균일하게 조절하기 위해 덩어리를 분쇄함

사재생장치(건식재생, 습식재생, 소성재생) : 원료를 균일하게 혼련하기 위해 점결제, 물, 보조재 등을 배합한 후 혼사기를 이용하여 조정함

천연 주물사 대체 및 재사용

사형주조공장에서 발생되는 폐기물들은 분진, 가스, 악취 등 환경을 오염시키고 공해 문제를 일으키는 대표적인 유해물질의 발생원임

인공주물사의 개발과 인공주물사 재생처리 원천기술 확보 및 설비개발이 필요함

고기능 친환경 인공주물사 제조공정 개발

인공주물사 입도/형상 제어 공정 개발

인공주물사용 재생 설비 개선

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공정설명 후처리가 끝난 제품은 필요한 검사를 한 다음 출하함
- 외관검사(육안검사, 표면 거칠기 검사), 화학 성분 검사, 비파괴검사, 치수검사 등
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 제품검사 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

치수 : 최종적인 치수 검사는 가공 공정 후 시행하여야 하며, 설계 치수와 다를 경우 각 단계별 치수 검사 결과를 참조하여 시정하여야 함

외형 : 육안 또는 확대경을 이용하여 검사할 수 있으며, 도면 또는 품질 계획서 지침에 따라야 함

내면 : 일반적으로 파괴 검사를 시행하므로 샘플링을 통해 부위를 절단한 뒤 현미경 분석 등을 시행함

내부(비파괴) : 샘플링 검사가 불가능하거나 전수검사가 필요한 경우 내부의 결함 여부를 비파괴 시험법을 통하여 시행함

조직 : 재료 특성에 맞게 부식하여 광학현미경 또는 전자현미경을 사용하여 관촬함

특성 : 시편을 별도로 제작하거나 제품의 일부분을 시편으로 채취하여 기계적 성질을 시험함

결함 : 도면 및 검사 지침에 따라 검사한 결과가 불량의 범주 내/외인지 판정함

1. 저압주조

저압주조는 보온로에 저압(최대 0.5kg/㎠)의 압축공기를 가압하여, 용탕을 유도관(Stalk)를 통하여 금형 내부로 밀어 올려서 충전시킨 후에, 응고시 가압을 통하여 우수한 기계적 성질의 제품을 생산하는 공법임

저압주조 일반공정

  • 주물설계
  • 장입재
  • 용해 및 용탕처리
  • 용탕이송/주입
  • 검사 및 후가공
*각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 해당 제품의 주요 기능부위 및 요구 spec.을 검토, 제품의 두께 편차, 곡률, 빼기구배 등을 검토하여 생산에 문제가 없도록 설계 변경 진행, 저압주조 설비 크기와 제품 크기를 고려하여 Cavitiy의 수, stalk의 수 등을 검토, 주조방안 설계가 용이한 금형 분할면 선정하고, 내부 복잡형상이나 언더컷이 존재할 경우 중자설계도 같이 진행, Stalk의 위치/개수/가압조건 검토, 금형의 냉각채널 설계(공냉채널 및 수냉채널), 상기의 금형설계 및 작업조건은 주조해석을 통한 검증 및 최적화 진행
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 주물설계 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

제품 시장 및 기능 : 가장 적당한 주조공정을 선택할 필요가 있으며, 공정에 따라 제품의 형상 및 품질수준이 달라질 수 있음

제품 요구사양 : 주조품의 부위별 품질 수준을 확인하여 품질 수준을 차등관리 함

제품 형상 및 크기 : 제품의 형상 및 크기에 따라 주조 공정을 결정함

치수공차 : 도면의 규정을 우선 적용함

분할면 및 기준면 : 분할면을 기준으로 빼기구배가 적용되므로 기준면의 평면도를 고려하여 분할면을 설계함

외형 및 내면 형상 : 탕도와 압탕 등이 불필요하며, 탕구와 주입구가 같음

모듈러스 : 주물의 모듈러스는 응고시간을 예측하는 파라미터임

살두께 : 치수 공차에 준하여 관리함

언더컷 : 금형의 언더컷이 발생하지 않도록 분할면을 설정하고, 부득이한 경우 슬라이드 코어를 설계하거나 제품 형상을 변경함

뺴기구배 : 조형 강도가 낮을수록 크게 설정하여야 함

주물수축 : 주물은 응고과정에서 액상 수축, 응고 수축, 고상 수축의 세 단계로 수축을 함

가공여유 : 가공 후 가공면에서 흑피가 발생하지 않도록 치수 공차와 동시에 고려하여야 함

주입컵, 탕도, 주입구 : 용탕의 와류를 최소화하고 균일한 주입이 되도록 주입컵/탕도/주입구의 형상, 위치 및 크기를 결정함

압탕 위치, 크기 및 형상 : 계산된 모듈러스를 토대로 수축이 발생하지 않도록 압탕의 종류, 위치 및 형상을 설계함

유동해석 : 용탕 주입시에 와류가 발생하지 않고 국부적으로 온도가 저하되지 않는 균일한 주입여부를 판단하고 개선함

응고해석 : 응고 시에 고립된 액상 지역을 파악하여 수축 발생 여부를 판단하고 개선

무압탕, 무탕도화 주조

고품질 신속 용해 및 용탕 처리 고도화

응고계수 이론 기반 주조방안 설계 고도화

주형/주형상장 고특성화 및 체결 강화

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공정설명 장입재는 주조품의 용탕 성상 및 화학성분을 결정하는 요소이므로 주조품의 품질 수준과 요구되는 기계적 성질을 만족시키기 위해서 조사가 필요함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 장입재 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

장입재 종류 및 성분 : 저압주조에 적합한 장입제를 사용해야함(알루미늄 합금, Al-Si계 합금 등 사용)

장입재 형상 및 크기 : 용해도와 관련이 있으며, 장입재의 충진 밀도를 고려하여 원하는 조성을 맞출 수 있도록 관리되어야 함

장입재 표면상태 및 보관관리 : 주물의 주재료 및 부재료는 관리 시 수분을 없애야 하며, 녹이 발생하였을 경우 shot blasting을 통해 제거해야 함

전처리관리(절단, 표면청정화) : 절단 공정에서 절삭유 또는 연마 재료가 절단면에 잔류할 수 있으므로 세척 또는 shot blast공정을 통하여 청정도를 확보함

장입대차 : 장입은 마그네트 크레인이나, 컨베어, 장입대차를 이용하여 시행함

장입순서 : 용해 온도가 높을수록, 크기가 작을수록, 비중이 낮을수록 먼저 장입하여 로의 하부에 위치할 수 있도록 하여야 함

용탕접촉 표면적 : 장입재의 크기에 반비례하기 때문에 장입재 크기 및 형상별로 데이터베이스화해서 관리 함

3M(Micro, Multi, Master) 고순도화

회수재 및 폐자재의 활용가치는 소재가 가진 순도에 비례하기 때문에 오염되고 폐기된 소재의 순도를 높이기 위한 복합 정련기술이 필수적임. 이를 위해 Micro bubble, Multi Flix, 복합 기능을 도입하여 Master alloy를 제작함

가스 혼합용 설비 고안 및 배합조건 정립

고순도 정련기술을 위한 설비제작 방안 및 공정

주조 소재의 고순도화를 위한 재질개선

유해 원소재(장입재) 재활용성 향상

장입재에 함유된 고함량 망간의 유해한 기능을 역으로 순기능화하여 건전고강도 고부가가차의 주철주물을 제조함

평형/비평형 공정반응 제어

고망간 조성 기반 합금설계 최적화

고망간 주철 소재 건전고강도화

용탕 성분 신속 보정 지능화

용탕의 신속한 성분 보정을 통해 용해공정을 신속히 완료하여, 아이들링 타임을 줄이고 용해에너지를 절감하며 용탕 및 제품 품질을 향상시킴

추가장입 자동계산 모듈 개발

추가장입재 자동 계량 및 자동 장입 설비 구축

스펙트로미터, 신속장입용 각 모듈 및 장치 간 연계 구축

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공정설명 저압주조는 주로 아공정 알루미늄 합금에 많이 적용되며, 대형 용해로에서 용탕을 용해한 후에 Sr 등에 의한 개량화 처리가 필수적임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 및 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

용해로 온도 : 투입되는 장입재의 종류에 따라 적합한 용해로 온도를 설정하여 관리함

출탕 온도 :용해로 래들 및 주입까지의 온도저하를 감안하여 출탕온도를 설정

용해로 청소 주기 : 용해시 발생된 드로스 및 용탕과 내화물과 반응에 의한 석출물 등 로 내벽에 침적 및 고착되므로 주기적인 청소가 필요함

용탕 성분 : 성분분석기를 통하여 해당 합금의 조성 Spec에 부합 여부를 고려함

용탕 청정도(합금성분, 수소농도, Density index) : 불순물 및 공기의 유입을 막고 산화반응을 억제하여 청정도를 향상시킴

탈가스 레벨 : 적절한 탈가스 조건(펌프용량, 질소가스량, 탈가스 후 진정시간 등)을 설정함

집진장치(레이들) : 구화처리 및 접종 처리에서 발생하는 가스를 배출시키기 위한 장치로 덮개 타입으로 제작할 경우 구화 처리 회수율을 향상시킬 수 있음

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약 60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

철계주물 주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

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공정설명 밀폐된 보온로의 용탕 상부에 공기 혹은 불활성 가스에 의해 가압하여 중력 반대 방향으로 용탕을 공급, 금형을 충전 완료 후 가압력을 가하여주고, 스토크와 금형이 연결되는 부위의 응고가 시작될 시점에 가압력을 해제하여 미 응고된 부분은 보온로로 회수되도록 한 후에 주조 완료시킴
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

가압력 : stalk의 길이 및 제품 형상에 따른 가압력 조건을 설정

가압 Sequence/충전시간/Stalk 길이 : 최고 가압 설정이 용이하고 재현성 확보가 중요함

보온로 온도 : 온도의 제어가 용이해야 함

탕구 크기 : 충전 시 온도저하가 없어야 하며, 충전완료 후 증압을 가할 때 충분한 급탕이 가능한 크기의 탕구설계가 필요함

냉각채널 형상 : 제품 후육부의 수축을 제거할 수 있도록 냉각 채널의 형상 및 위치를 설정함

냉각수 On/Off 시간 : 지향성 응고가 가능하도록 냉각수의 on/off 시간을 설정함

금형온도 : 제품의 미성형이 발생하지 않고 지향성 응고가 이루어지도록 금형의 각 부위별 온도를 설정함

금형 개폐 시간 : 응고가 완료된 후에 금형이 개폐될 수 있도록 조건을 설정함

주입구 필터 : Stalk를 통하여 제품으로 용탕 공급 시 개재물을 제거할 수 있도록 필터의 위치를 설정함

용탕 원거리 이송

용탕 원거리(1시간 이상)이송 중에도 용탕의 열손실을 최소화하면서 용탕의 청정도를 유지하고, sludge발생 최소화를 통한 수율 극대화가 가능한 용탕관리 시스템 구축

열손실을 최소화한 용해 에너지 효율 향상

용탕 청정도 유지

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공정설명 제품의 품질을 확인하여 주조공정으로 제품을 생산할 때 종종 발생할 수 있는 주조결함, 치수불량 등의 문제점을 확인하고 수정함. 저압주조 후공정은 탕구 제거, 열처리, shot blaster, 기계가공, 표면처리 등의 공정이 있음, 검사공정으로는 제품의 용도에 따라 X-Ray, leak검사, 표면검사 등이 있음
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 검사 및 후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

1차 검사 : 외부 기포 여부, 내부 수축, 내/외부 크랙 여부

열처리 : 열처리 온도, 열처리 시간 등을 표준화

가공 : 치수 정확도를 확보하여야 하며, 표준화된 매뉴얼에 따라 검사 및 후가공을 시행함

2차 검사(필요시) : 가공 및 보수 후 필요시 1차와 같은 검사를 실시함

표면처리 : 표면세척, 도색 도료와의 접착력, 산화 방지, Coloring, 광택을 위해 실시함

3차 검사 : 표면외관, 치수 정확성, 도색면 내구성 등을 위한 검사 실시

구축사례 사업명 다관절 로봇을 이용한 주철관 연마 자동화
사업내용 추진내용

내면 에폭시 도장용 주철직관의 소켓부의 내면 연마 자동화 장비 설치

2. 다이캐스팅

다이캐스팅은 고압을 이용하여 용탕을 고속으로 금형내에 충전시킨 후, 급속히 냉각하여 제품을 응고시키는 주조 공법으로 대량 생산이 가능한 공법임

다이캐스팅 일반공정

  • 주물설계
  • 용해 및 용탕처리
  • 용탕이송/주입
  • 검사 및 후가공
*각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 해당 제품의 주요 기능부위 및 요구 spec.을 검토, 제품의 두께 편차, 곡률, 빼기구배 등을 검토하여 생산에 문제가 없도록 설계 변경 진행, 저압주조 설비 크기와 제품 크기를 고려하여 Cavitiy의 수, stalk의 수 등을 검토, 주조방안 설계가 용이한 금형 분할면 선정하고, 내부 복잡형상이나 언더컷이 존재할 경우 중자설계도 같이 진행, Stalk의 위치/개수/가압조건 검토, 금형의 냉각채널 설계(공냉채널 및 수냉채널), 상기의 금형설계 및 작업조건은 주조해석을 통한 검증 및 최적화 진행
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 주물설계 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

제품 시장 및 기능 : 가장 적당한 주조공정을 선택할 필요가 있으며, 공정에 따라 제품의 형상 및 품질수준이 달라질 수 있음

제품 요구사양 : 주조품의 부위별 품질 수준을 확인하여 품질 수준을 차등관리 함

제품 형상 및 크기 : 제품의 형상 및 크기에 따라 주조 공정을 결정함

치수공차 : 도면의 규정을 우선 적용함

분할면 및 기준면 : 분할면을 기준으로 빼기구배가 적용되므로 기준면의 평면도를 고려하여 분할면을 설계함

외형 및 내면 형상 : 탕도와 압탕 등이 불필요하며, 탕구와 주입구가 같음

모듈러스 : 주물의 모듈러스는 응고시간을 예측하는 파라미터임

살두께 : 치수 공차에 준하여 관리함

언더컷 : 금형의 언더컷이 발생하지 않도록 분할면을 설정하고, 부득이한 경우 슬라이드 코어를 설계하거나 제품 형상을 변경함

뺴기구배 : 조형 강도가 낮을수록 크게 설정하여야 함

주물수축 : 주물은 응고과정에서 액상 수축, 응고 수축, 고상 수축의 세 단계로 수축을 함

가공여유 : 가공 후 가공면에서 흑피가 발생하지 않도록 치수 공차와 동시에 고려하여야 함

주입컵, 탕도, 주입구 : 용탕의 와류를 최소화하고 균일한 주입이 되도록 주입컵/탕도/주입구의 형상, 위치 및 크기를 결정함

압탕 위치, 크기 및 형상 : 계산된 모듈러스를 토대로 수축이 발생하지 않도록 압탕의 종류, 위치 및 형상을 설계함

유동해석 : 용탕 주입시에 와류가 발생하지 않고 국부적으로 온도가 저하되지 않는 균일한 주입여부를 판단하고 개선함

응고해석 : 응고 시에 고립된 액상 지역을 파악하여 수축 발생 여부를 판단하고 개선

무압탕, 무탕도화 주조

고품질 신속 용해 및 용탕 처리 고도화

응고계수 이론 기반 주조방안 설계 고도화

주형/주형상장 고특성화 및 체결 강화

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공정설명 설비의 톤수 및 생산량에 따라 적절한 방식의 용해로 선택(턴테이블식 용해/보온로, 반사로, 침적식 용해/보온로, 급속용해로 등)
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 및 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

용해로 온도 : 투입되는 장입재의 종류에 따라 적합한 용해로 온도를 설정하여 관리함

출탕 온도 :용해로 래들 및 주입까지의 온도저하를 감안하여 출탕온도를 설정

용해로 청소 주기 : 용해시 발생된 드로스 및 용탕과 내화물과 반응에 의한 석출물 등 로 내벽에 침적 및 고착되므로 주기적인 청소가 필요함

용탕 성분 : 성분분석기를 통하여 해당 합금의 조성 Spec에 부합 여부를 고려함

용탕 청정도(합금성분, 수소농도, Density index) : 불순물 및 공기의 유입을 막고 산화반응을 억제하여 청정도를 향상시킴

탈가스 조건 : 적절한 탈가스 조건(펌프용량, 질소가스량, 탈가스 후 진정시간 등)을 설정함

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

구축사례 사업명 고산화,고융점 금속 콜드챔버 다이캐스팅용 자동 융해,급탕 시스템 개발
사업내용 추진내용

자동용해시스템 구축

자동 급탕시스템과 자동 원재료 투입시스템 구축

이를 통한 용해, 급탕 공정의 자동화 시스템 구축

세부내용

자동 용해 및 산화방지 시스템

자동 급탕 시스템

자동 원재료 투입 시스템

인서트 투입 및 주조품 취출 보조 시스템

인서트 전처리 보조 시스템

구축사진
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공정설명 용해된 용탕은 보온로로 이송 후 슬리브를 통하여 주입후에 응고과 완료되면 금형에서 제품을 취출함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

금형 준비 : 금형에 이형제가 도포될 수 있도록 200℃로 금형온도를 설정하고, 이형제의 도포량도 설정함

금형닫기 : 주조압력보다 높은 형체결력으로 설정

용탕 슬리브 주입 : 주입속도, 용탕 주입량 설정

용탕 가압 및 충전 : 가압속도, 가압력, 다단가압모드 설정

가압 유지 : 가압 완료후에 내부 기포 및 수축을 제거하기 위해 증압을 가한 후에 가압을 유지함

금형열기 : 응고 완료 후에 금형 열기

제품 취출 : 취출 후 100% 충전여부, 크랙여부, 표면결함 여부 등을 육안으로 검사함

용탕 원거리 이송

용탕 원거리(1시간 이상)이송 중에도 용탕의 열손실을 최소화하면서 용탕의 청정도를 유지하고, sludge발생 최소화를 통한 수율 극대화가 가능한 용탕관리 시스템 구축

열손실을 최소화한 용해 에너지 효율 향상

용탕 청정도 유지

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공정설명 다이캐스팅 후공정은 트리밍 및 버제거, 변형교정, 열처리, 기계가공, 표면처리 등의 공정이 있음
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 검사 및 후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

1차 검사 : 외부 기포 여부, 내부 수축, 내/외부 크랙 여부

열처리 : 열처리 온도, 열처리 시간 등을 표준화

가공 : 3차원 측정 등을 통하여 가공 후의 제품의 치수 정확도를 확인하고, 표면을 깨끗이 하기 위해 그라인딩/폴리싱 등을 실시함

2차 검사(필요시) : 가공 및 보수 후 필요시 1차와 같은 검사를 실시함

표면처리 : 표면세척, 도색 도료와의 접착력, 산화 방지, Coloring, 광택을 위해 실시함

3차 검사 : 표면외관, 치수 정확성, 도색면 내구성 등을 위한 검사 실시

구축사례 사업명 형상중자 적용의 알루미늄 다이캐스팅 공정 자동화
사업내용 ■ 추진내용

형상중자 삽입·탈거 가능한 다이캐스팅 공정 자동화 라인 구축

형상중자 삽입/탈거 공정의 자동화 설비 구축

제품 취출/스프레이 로봇 구축

트리밍/형상중자 탈거 전용 프레스 구축 및 자동화

세부내용

기 보유하고 있는 다이캐스팅 설비(UBE-1250ton)의 공정 자동화 구축

기존의 수작업 공정 중 6가지 공정의 자동화

형상중자 공급, 삽입/취출, 트리밍/탈거, 컨베이어 구축

공정 자동화를 통한 생산성 향상 및 인건비 절감

로봇 및 프레스를 이용한 공정 자동화로 안전사고 위험요인 제거

애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

형상중자와 알루미늄 합금의 고착으로 인한 형상중자 탈거 불가

형상중자 삽입 위치 및 밀착 불량

(2) 개선결과

중자 탈거 프레스 티칭 재수정, 유압실린더 용량 및 스트로크 증대, 형상중자 구배 각 증대

로봇 티칭 재수정, 금형 내 형상중자 삽입부 형상 공차 확대, 금형 위치결정핀에 냉각 추가 적용

구축사진

3. 금형주조

금형주조는 금형에 용탕을 충전시에 가압하지 않고, 중력에 의해 용탕을 충전시키는 방법임

금형주조 일반공정

  • 주물설계
  • 장입재
  • 용해 및 용탕처리
  • 용탕이송/주입
  • 검사 및 후가공
*각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 가급적 언더컷이 없도록 파팅라인을 설정하고, 코어가 필요한 경우 금속 코어를 설치할 수 있는 위치로 제품을 배치, 미성형이나 탕경이 발생하지 않도록 얇은 리브는 가급적 제거, 소착이 발생하지 않도록 적당한 뺴기구배를 설계, 압탕 방향으로 지향성 응고가 발생하도록 주조방안을 설계, 얇은 부위는 게이트에게 멀리 배치하고, 두꺼운 부위는 게이트 근처로 배치, 용탕의 원활한 충전 및 기포 배출을 위하여 적절한 위치에 벤트 설치 필요
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 주물설계 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

제품 시장 및 기능 : 가장 적당한 주조공정을 선택할 필요가 있으며, 공정에 따라 제품의 형상 및 품질수준이 달라질 수 있음

제품 요구사양 : 주조품의 부위별 품질 수준을 확인하여 품질 수준을 차등관리 함

제품 형상 및 크기 : 제품의 형상 및 크기에 따라 주조 공정을 결정함

치수공차 : 도면의 규정을 우선 적용함

분할면 및 기준면 : 분할면을 기준으로 빼기구배가 적용되므로 기준면의 평면도를 고려하여 분할면을 설계함

외형 및 내면 형상 : 탕도와 압탕 등이 불필요하며, 탕구와 주입구가 같음

모듈러스 : 주물의 모듈러스는 응고시간을 예측하는 파라미터임

살두께 : 치수 공차에 준하여 관리함

언더컷 : 금형의 언더컷이 발생하지 않도록 분할면을 설정하고, 부득이한 경우 슬라이드 코어를 설계하거나 제품 형상을 변경함

뺴기구배 : 조형 강도가 낮을수록 크게 설정하여야 함

주물수축 : 주물은 응고과정에서 액상 수축, 응고 수축, 고상 수축의 세 단계로 수축을 함

가공여유 : 가공 후 가공면에서 흑피가 발생하지 않도록 치수 공차와 동시에 고려하여야 함

주입컵, 탕도, 주입구 : 용탕의 와류를 최소화하고 균일한 주입이 되도록 주입컵/탕도/주입구의 형상, 위치 및 크기를 결정함

압탕 위치, 크기 및 형상 : 계산된 모듈러스를 토대로 수축이 발생하지 않도록 압탕의 종류, 위치 및 형상을 설계함

압탕목 : 제품의 크기를 고려해 압탕목의 크기를 결정하고 데이터베이스화해서 관리함

냉금 : 국부적으로 빠른 응고를 야기해 조직 미세화와 수축 결함을 방지함

고품질 신속 용해 및 용탕 처리 고도화

응고계수 이론 기반 주조방안 설계 고도화

주형/주형상장 고특성화 및 체결 강화

구축사례 사업명 수전금구용 황동합금 금형주조 자동화 설비 구축
사업내용 추진내용
- 수전 금구용 황동합금 주물품 제조를 위한 금형주조 자동화 설비 구축
세부내용

중자 제조 공정 버(burr) 제거 공정 자동화 및 컨베이어 이동 라인 구축

활동 금형 주조 공정의 로봇 및 로터리 주조기를 통한 주입 자동화

구축사진
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공정설명 장입재는 주조품의 용탕 성상 및 화학성분을 결정하는 요소이므로 주조품의 품질 수준과 요구되는 기계적 성질을 만족시키기 위해서 조사가 필요함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 장입재 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

합금 조성관리 : 성분분석기를 통하여 합금 Spec에 부합 여부를 검사 후 합금처리를 실시함

이형제, 탈가스제 등 부자재 관리가 필요함

3M(Micro, Multi, Master) 고순도화

회수재 및 폐자재의 활용가치는 소재가 가진 순도에 비례하기 때문에 오염되고 폐기된 소재의 순도를 높이기 위한 복합 정련기술이 필수적임. 이를 위해 Micro bubble, Multi Flix, 복합 기능을 도입하여 Master alloy를 제작함

가스 혼합용 설비 고안 및 배합조건 정립

고순도 정련기술을 위한 설비제작 방안 및 공정

주조 소재의 고순도화를 위한 재질개선

유해 원소재(장입재) 재활용성 향상

장입재에 함유된 고함량 망간의 유해한 기능을 역으로 순기능화하여 건전고강도 고부가가차의 주철주물을 제조함

평형/비평형 공정반응 제어

고망간 조성 기반 합금설계 최적화

고망간 주철 소재 건전고강도화

용탕 성분 신속 보정 지능화

용탕의 신속한 성분 보정을 통해 용해공정을 신속히 완료하여, 아이들링 타임을 줄이고 용해에너지를 절감하며 용탕 및 제품 품질을 향상시킴

추가장입 자동계산 모듈 개발

추가장입재 자동 계량 및 자동 장입 설비 구축

스펙트로미터, 신속장입용 각 모듈 및 장치 간 연계 구축

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공정설명 ■ 탈가스 : 용탕속에 가스가 어느정도 함유하고 있느냐에 따라서 주물의 품질이 크게 영향을 받음, 특히 우기에는 용탕 중의 가스 량이 현저히 증가하므로 흡수된 가스를 배출시키기 위해서 탈가스를 행하여야 함
■ 접종 : 주철 주물의 경우 용탕을 주형에 주입하기 전에 Si, Fe-Si, Ca-Si등을 첨가하여, 재질을 개선함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 및 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

용해로 온도 : 투입되는 장입재의 종류에 따라 적합한 용해로 온도를 설정하여 관리함

용탕처리 : 수소가스 함유량을 최소화하기 위하여 적절한 탈가스 조건(펌프용량, 질소가스량, 탈가스 후 진정시간 등)을 설정함

개량 및 미세화 처리 : Si의 공정조직을 Sr 등을 첨가하여 개량화 처리하고, 입자크기 미세화를 위하여 Ti 등을 첨가하여 조절함

개재물 필터링 : 용탕내의 개재물을 제거하기 위한 필터링 처리

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약 60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

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공정설명 용탕의 응고를 방지하고, 금형 표면을 열충격/소착 감소를 위하여 금형 표면의 코팅이 필요함
적절한 금형온도 유지 필요 (금형온도가 너무 높으면 플래쉬가 발생하고 제품 취출시에 크랙이 발생, 금형온도가 너무 낮으면 탕경, 미성형, 급탕 부족에 의한 수축 등이 발생)
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

금형관리 : 미성형이 발생하지 않도록 금형 온도를 관리하고, 제품 취출이 용이하도록 이형제를 도포함

용탕 주입 관리 : 와류, 미성형 및 소착 등이 발생하지 않도록 용탕량, 주입 및 냉각 속도를 제어함

용탕 원거리 이송

용탕 원거리(1시간 이상)이송 중에도 용탕의 열손실을 최소화하면서 용탕의 청정도를 유지하고, sludge발생 최소화를 통한 수율 극대화가 가능한 용탕관리 시스템 구축

열손실을 최소화한 용해 에너지 효율 향상

용탕 청정도 유지

구축사례 사업명 X,Y축 서보제어 황동 금형 주조공정 자동화
사업내용 추진내용

서보모터 X,Y축 정밀 제어 중력주조기 제작

세부내용

6축 로봇을 이용한 주입작업

서보장착 정밀제어 주조기 제작

금형온도 제어

용탕 수위 측정

로봇과 주조기 제어반 제작

구축사진
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공정설명 중력금형주조 후공정은 탕구제거, 열처리, shot blaster, 기계가공, 표면처리 등의 공정이 있음, 검사공정으로는 제품의 용도에 따라 X-ray, leak 검사, 표면검사 등이 있음
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 검사 및 후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

1차 검사 : 외부 기포 여부, 내부 수축, 내/외부 크랙 여부

열처리 : 열처리 온도, 열처리 시간 등을 표준화

가공 : 치수 정확도를 확보하여야 하며, 표준화된 매뉴얼에 따라 검사 및 후가공을 시행함

2차 검사(필요시) : 가공 및 보수 후 필요시 1차와 같은 검사를 실시함

표면처리 : 표면세척, 도색 도료와의 접착력, 산화 방지, Coloring, 광택을 위해 실시함

3차 검사 : 표면외관, 치수 정확성, 도색면 내구성 등을 위한 검사 실시

1. 원심주조

원심주조란 임의의 한 축을 중심으로 하여 주형을 회전시키면서 용융 금속을 주입시켜 용융 금속에 작용하는 원심력을 이용하여 주조하는 방법으로서 주물 내외의 원심력 차에 따라 불순물을 분리시키며 특히, 외부주에 양질의 주물을 얻는 주조 방법임

원심주조 일반공정

  • 주물설계
  • 모형/주형
  • 장입재
  • 용해 및 용탕처리
  • 용탕이송/주입
  • 검사 및 후가공
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 제품의 형상, 크기, 주물수축을 반영한 치수공차, 가공여부 등을 고려해 건전한 제품의 주조를 위한 압탕방안 및 탕구방안 등 기본적인 주조방안 설계공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 주물설계 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

제품 시장 및 기능 : 가장 적당한 주조공정을 선택할 필요가 있으며, 공정에 따라 제품의 형상 및 품질수준이 달라질 수 있음

제품 요구사양 : 주조품의 부위별 품질 수준을 확인하여 품질 수준을 차등관리 함

제품 형상 및 크기 : 제품의 형상 및 크기에 따라 주조 공정을 결정함

치수공차 : 도면의 규정을 우선 적용함

분할면 및 기준면 : 분할면을 기준으로 빼기구배가 적용되므로 기준면의 평면도를 고려하여 분할면을 설계함

외형 및 내면 형상 : 제품의 외형 및 내면 조도는 주형 및 중자의 조도에 대부분 비례하기 때문에 최종 제품의 가공 및 용도를 고려하여 체계적으로 관리함

모듈러스 : 압탕이 필요한 경우 압탕의 모듈러스는 주물의 12배 이상으로 관리하고, 압탕목의 모듈러스는 최소한 주물의 11배로 관리함

살두께 : 주물의 살두께 변화가 급격한 부분은 균열 등의 결함 발생 가능성이 높기 때문에 피하는 것이 좋으며, 소재/부품별로 데이터베이스화해서 관리함

가스빼기 : 제품의 형상, 크기, 용탕 주입압력과 원심력 등을 고려해 필요한 경우 설치함

뺴기구배 : 목형을 주형으로부터 뽑아내기 쉽도록 1~3% 정도의 구배를 갖도록 설계함

주물수축 : 각 소재별로 응고 수축량을 데이터베이스화하고 원형 제조에 반영하여 관리함

가공여유 : 주조 후 열처리 및 후가공을 고려해 주물의 표면을 매끄럽게 만들 필요가 있을 경우, 원형의 크기에 여유를 두고 설계에 반영함

탕구계(탕구 및 탕구저, 탕도, 주입구 등) : 탕구계의 기본적인 역할은 용탕을 제품으로 부드럽고 균일하게 공급하도록 함

압탕 위치 및 형상 : 건전한 주물이 만들어 질 수 있도록 제품의 형상과 크기를 고려해 적절한 곳에 적절한 크기의 압탕을 설치함

압탕 크기 : 제품의 형상과 크기에 따라 압탕 크기가 결정되고, 너무 큰 압탕은 국부적으로 냉각속도를 지연시켜 제품의 특성을 저하시킬 수 없음

압탕목 : 너무 크면 압탕목과 제품에 걸쳐 수축 결함이 발생할 수 있으며, 너무 작을 경우 급탕 경로가 일찍 단절되어 제품 수축 결함을 발생시킴

냉금 : 냉금은 국부적으로 빠른 응고를 야기해 조직 미세화와 수축 결함을 방지하는 것을 목적으로 각각의 목적에 맞게 크기 및 재질별로 준비하여 사용함

유동해석 및 응고해석 : 유동 및 응고해석은 설정된 주조방안의 적정성을 판단하는 중요한 역할을 함

무압탕, 무탕도화 주조

고품질 신속 용해 및 용탕 처리 고도화

응고계수 이론 기반 주조방안 설계 고도화

주형/주형상장 고특성화 및 체결 강화

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공정설명 주조제품을 만들기 위한 모형(원형)재료를 선정하고 제조한 후 주형 조형장치를 통해 원하는 조성의 조형재료와 점결제를 섞어 주형을 제조하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 모형/주형관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

모형(원형)재료 : 주물의 형상, 요구품질, 제작수량 등에 따라 적절한 재료를 선택해야 함

모형 제작 및 검사 : 제품의 형상에 따라 원심렬의 이용방법이 다르므로 적절한 원심 주조 모형을 설계해야 하며, 완성된 모형은 반드시 주물의 제작 도면에 의해 검사해야함

주형조형재료 : Fe, Na, K, Ca 등과 같은 불순물의 함량이 최소로 유지되도록 하고, 경도의 불균형이 없도록 조형해야 함

점결제 : 건조온도가 중요하므로 점결제의 효과를 잃지 않을 정도의 온도까지 올렸다가 방치하며, 점결제의 건조가 불충분하면 수분이나 가스에 의한 불량이 발생함

조형장치 : 금형을 조형기에 부착하여 금형상의 흠 및 부착품의 여부를 검토함

주형소성 : 주형에 일정이상의 강도를 부여하는 단계로 각각의 주형 제조방법에 따라 소성 절차를 표준화하여 관리하여야 함

주형시험(통기도, 강도 등) : 주형의 통기도는 제품의 기공 생성과 밀접한 관련이 있으므로 일정수준의 통기도 및 강도를 갖도록 주기적인 시험이 필요함

구축사례 사업명 알루미늄 주조금형의 지능형 도형제 분사 자동화
사업내용 추진내용

지능형 도형제 자동 분사 원심주조 LINE을 세계 최초로 구축하여 생산성 향상 및 친환경적인 생산 LINE 구축

세부내용

도형제 자동분사 로봇시스템과 원심주조기 구축

자동 교반 탱크를 통한 도형제 교반 실시

도형제의 농도 관리가 가능하며, charge별 농도에 대한 유의차 줄임

배율 표준을 준수하면서 침전물이 발생하지 않은 상태에서 노즐을 통해 로봇시스템이 금형에 자동분사를 하여 일정한 두께의 도형 진행

로봇시스템이 도형제를 분사함으로써 작업자가 좁은 틈으로 분사하여 안전사고가 발생하는 부분을 제거하였으며, 유해물질을 직접 피부에 닳지 않도록 함으로써 작업 환경 개선

애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

금형 합형에 대한 센서 필요

현 금형에 대한 도형제 도포 시스템 고정

주탕 및 취출 자동화 미 실시

(2) 개선결과

가공설비 에어착좌 개념을 도입하여 원심주조시 용탕이 비산되는 것을 방지

추가로 비산 방지 안전카바 설치(작업자 안전 강화)

관리자 로봇 교육으로 인한 시스템 변동 가능하게 조치

풋 스위치 설치로 인한 반자동 시스템 구축

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공정설명 수분이나 기름이 묻는 장입재는 폭발할 위험이 있으므로 미리 건조 및 탈지처리관정을 거쳐 준비하고, 장입재 충진밀도 등을 고려해 종류, 형상, 크기별로 관리하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 장입재 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

장입재 종류 및 성분 : 장입재는 종류 및 성분별로 분류하여 정리되어야 하며, 항상 청정한 상태로 관리되어야 함

장입재 형상 및 크기 : 장입재의 충진 밀도를 고려하여 원하는 조성을 맞출 수 있도록 관리되어야 함

전처리관리(절단, 표면청정화) : 절단 공정에서 절삭유 또는 연마 재료가 절단면에 잔류할 수 있으므로 세척 또는 shot blast공정을 통하여 청정도를 확보함

장입대차 : 장입은 마그네트 크레인이나, 컨베어, 장입대차를 이용하여 시행함

장입순서 : 용해 온도가 높을수록, 크기가 작을수록, 비중이 낮을수록 먼저 장입하여 로의 하부에 위치할 수 있도록 하여야 함

장입재 충진밀도 : 장입재 형상 및 크기에 따른 배합비와 관련이 있으며, 동일 소재라도 충진밀도를 높일 수 있도록 크기를 달리하여 관리함

용탕접촉 표면적 : 장입재의 크기에 반비례하기 때문에 장입재 크기 및 형상별로 데이터베이스화해서 관리 함

3M(Micro, Multi, Master) 고순도화

회수재 및 폐자재의 활용가치는 소재가 가진 순도에 비례하기 때문에 오염되고 폐기된 소재의 순도를 높이기 위한 복합 정련기술이 필수적임. 이를 위해 Micro bubble, Multi Flix, 복합 기능을 도입하여 Master alloy를 제작함

가스 혼합용 설비 고안 및 배합조건 정립

고순도 정련기술을 위한 설비제작 방안 및 공정

주조 소재의 고순도화를 위한 재질개선

유해 원소재(장입재) 재활용성 향상

장입재에 함유된 고함량 망간의 유해한 기능을 역으로 순기능화하여 건전고강도 고부가가차의 주철주물을 제조함

평형/비평형 공정반응 제어

고망간 조성 기반 합금설계 최적화

고망간 주철 소재 건전고강도화

용탕 성분 신속 보정 지능화

용탕의 신속한 성분 보정을 통해 용해공정을 신속히 완료하여, 아이들링 타임을 줄이고 용해에너지를 절감하며 용탕 및 제품 품질을 향상시킴

추가장입 자동계산 모듈 개발

추가장입재 자동 계량 및 자동 장입 설비 구축

스펙트로미터, 신속장입용 각 모듈 및 장치 간 연계 구축

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공정설명 용탕의 산화 방지 및 불순물 원소 제거를 위한 슬래그 처리와 주입 전 시험편을 채취, 성분 분석을 통해 추가 장입 등 원하는 조성 제어를 위한 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 및 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

원재료 수량 : 검사기준서에 따라 원부자재의 품질상태를 검사하고, 일정수준의 원재료가 유지되도록 관리함

용해로 온도 : 투입되는 장입재의 종류에 따라 적합한 용해로 온도를 설정하여 관리함

용탕주입시간 : 주형 내에서의 유동 및 용탕 압력에 영향을 주기 때문에 동일 제품 생산의 경우 항상 일정한 주입시간을 가질 수 있도록 관리함

용해로 청소 주기 : 용해시 발생된 드로스 및 용탕과 내화물과 반응에 의한 석출물 등 로 내벽에 침적 및 고착되므로 주기적인 청소가 필요함

용탕 성분 : 성분분석기를 통하여 해당 합금의 조성 Spec에 부합 여부를 고려함

용탕 청정도(합금성분, 수소농도, Density index) : 불순물 및 공기의 유입을 막고 산화반응을 억제하여 청정도를 향상시킴

탈가스 레벨 : 적절한 탈가스 조건(펌프용량, 질소가스량, 탈가스 후 진정시간 등)을 설정함

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

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공정설명 용탕 이송/주입 공정은 원심 주조에서 가장 중요한 공정 중 하나로 용탕주입 시 일정한 주입속도를 우ㅠ지하고 스랠그 유입을 방지할 수 있도록 주의가 요구됨
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

원심력 : 주형을 용탕에 주입하면 용탕에 원심력이 작용하여 주형벽을 반으로 갈라놓으려는 응력이 주형벽내에 발생하므로 회전속도, 주형 또는 응고층이 받는 압력, 원심력/원심압을 고려해야 함

가압속도 : 생산 제품별로 용탕의 주입 조건에 따라 최적값을 데이터베이스화해서 관리함

가압 Sequence : 제품의 형상 및 크기, 두께, 내경, 수직축 또는 수평축과의 각도에 따라 표준화하여 관리함

충전시간 : 용탕의 유동 및 응고 등에 영향을 주고 최종 제품의 품질에 영향을 주기 때문에 제품별로 표준화하여 관리함

충전높이 : 용탕의 비산을 고려해 최적화한 충전높이를 사용하고, 동일한 제품의 경우 일정한 충전높이로 주입될 수 있도록 관리함

주형 예열온도 : 제품의 두께에 따라 미충진 등의 결함으로 나타날 수 있음

주형 개폐 시간 : 주형의 개폐시간이 너무 빠를 경우 열응력에 따른 제품의 뒤틀림이 발생할 수 있기 때문에 제품별로 표준화하여 관리함

탕구 크기 : 충전시간과 함께 용탕이 주입되는 속도를 결정하기 때문에 유동/응고 해석을 통해 최적화된 탕구 크기를 사용할 수 있도록 함

냉각수 온도 : 주조 공정 내내 일정온도 범위에 있을 수 있도록 관리함

냉각수 On/Off 시간 : 제품의 품질 및 주형의 내구성에 영향을 주기 때문에 생산 제품별로 표준화하여 관리함

용탕 원거리 이송

용탕 원거리(1시간 이상)이송 중에도 용탕의 열손실을 최소화하면서 용탕의 청정도를 유지하고, sludge발생 최소화를 통한 수율 극대화가 가능한 용탕관리 시스템 구축

열손실을 최소화한 용해 에너지 효율 향상

용탕 청정도 유지

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공정설명 검사 및 후가공 공정은 원심주조의 마지막 공정으로 주형에서 취출된 원심주조제품의 불필요한 부분을 제거하고 주조 시 발생된 결함이나 치수 정밀도 등을 검사하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 검사 및 후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

1차 검사 : 외부 기포 여부, 내부 수축, 내/외부 크랙 여부

열처리 : 열처리 온도, 열처리 시간 등을 표준화

가공 : 치수 정확도를 확보하여야 하며, 표준화된 매뉴얼에 따라 검사 및 후가공을 시행함

2차 검사(필요시) : 가공 및 보수 후 필요시 1차와 같은 검사를 실시함

표면처리 : 표면세척, 도색 도료와의 접착력, 산화 방지, Coloring, 광택을 위해 실시함

3차 검사 : 표면외관, 치수 정확성, 도색면 내구성 등을 위한 검사 실시

2. 연속주조

연속주조란 용융금속에서 직접 압연에 들어가는 반제품 상태의 빌렛(billet), 블룸(bloom), 슬라브(slab), 스트립(strip), 봉재 등을 연속적으로 주조하는 방법임

연속주조 일반공정

  • 장입재
  • 용해 및 용탕처리
  • 연속주조
  • 후처리 및 가공
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 장입재는 품질 검사 후 종류 및 성분에 따라 청정한 상태로 보관해야 함. 용해에 사용될 scrap은 성분을 미리 검사 후 주괴의 품질을 고려해 원소재와의 배합 비율을 결정하고, 미리 건조/탈지시켜 사용될 수 있도록 관리함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 장입재 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

수량 : 검사기준서에 따라 장입재의 품질상태를 검사하고, 일정 수준의 장입재 재고가 유지되도록 관리함

보관장소(옥외, 옥내) : 가능한 옥내에서 보관될 수 있도록 하며, 특히 물기가 없는 건조한 장소에 보관되어야 함

보관상태(수분 및 온도) : 주물의 주재료 및 부재료는 관리 시 수분을 없애야 하며, 녹이 발생하였을 경우 shot blasting을 통해 제거해야 함

scrap 성분 및 사용비율 : 요구된 품질 수준(성분)을 만족하기 위한 범위 내에서의 스크랩 사용비율을 최대치로 형성할 수 있도록 표준화하여 관리함

3M(Micro, Multi, Master) 고순도화

회수재 및 폐자재의 활용가치는 소재가 가진 순도에 비례하기 때문에 오염되고 폐기된 소재의 순도를 높이기 위한 복합 정련기술이 필수적임. 이를 위해 Micro bubble, Multi Flix, 복합 기능을 도입하여 Master alloy를 제작함

가스 혼합용 설비 고안 및 배합조건 정립

고순도 정련기술을 위한 설비제작 방안 및 공정

주조 소재의 고순도화를 위한 재질개선

유해 원소재(장입재) 재활용성 향상

장입재에 함유된 고함량 망간의 유해한 기능을 역으로 순기능화하여 건전고강도 고부가가차의 주철주물을 제조함

평형/비평형 공정반응 제어

고망간 조성 기반 합금설계 최적화

고망간 주철 소재 건전고강도화

용탕 성분 신속 보정 지능화

용탕의 신속한 성분 보정을 통해 용해공정을 신속히 완료하여, 아이들링 타임을 줄이고 용해에너지를 절감하며 용탕 및 제품 품질을 향상시킴

추가장입 자동계산 모듈 개발

추가장입재 자동 계량 및 자동 장입 설비 구축

스펙트로미터, 신속장입용 각 모듈 및 장치 간 연계 구축

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공정설명 계산된 장입재 배합비에 따라 장입재를 용해하고 개량화 처리 혹은 결정립미세화제 처리가 필요한 경우, 각 처리 온도 및 첨가량 등을 결정하는 공정으로 원하는 주괴 생산에 적합한 용해 온도 및 추탕온도 관리, 작업장 온도 및 습도 유지를 통해 고품질 주괴가 생산될 수 있도록 함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 및 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

성분 : 출탕 전에 검사를 진행하고, 동일한 재질의 제품 생산 시 추가 장입 등을 통해 항상 일정한 조성을 갖도록 관리함

작업장 온도 및 습도 : 항상 일정한 수준으로 유지될 수 있도록 주기적으로 점검함

용해온도 및 용해시간 : 용해 속도는 냉각된 로에서는 출력을 20%이내에서 20~30분 정도 천천히 승온하여 로의 열충격을 방지하고, 이후 80% 이내에서 용해될 때까지 출력을 조절하여 안전을 확보하고, 용해된 이후에는 출력을 0~100% 조절하여 용탕온도와 용탕량을 조절함

출탕온도 : 용탕 주입 전까지의 온도저하를 감안하여 출탕온도를 설정함. 일반적으로 1450~1550℃로 하며 1600℃를 넘지 않음

vortex 형성 : 주형 디자인 시 vortex 형성에 따른 용탕의 이상 유동이 발생하기 않도록 주형 디자인 설계를 통해 관리함

수소농도 : 특히 알루미늄 합금에서 제품의 기공 형성에 직접적인 영향을 주기 때문에 일정 수준 이하의 수소농도를 유지할 수 있도록 탈가스 처리에 대한 표준을 관리함

진정시간 : 탈가스 처리 후 용탕은 안정화를 위해 진정시간이 필요함

개량화처리 온도 : 표준처리 온도를 설정하고, 주기적인 검사를 통해 일정한 온도가 유지될 수 있도록 관리함

개량화처리제 첨가량 : 개량화철리제 종류에 따라 최적화된 값을 표준화하여 관리함

미세화제 처리 온도 및 첨가량 : 사용되는 미세화제 종류별로 표준화하여 관리함

fading 여부 : 제품 생산 전에 미리 고온 유지시간 별 fading 여부를 조사하여 제품 생산에 사용될 수 있도록 관리함

필터 PPI : 사전에 최적화된 PPI값을 조사한 후 생산에 활용될 수 있도록 관리함

개재물량 및 종류 : 크기 및 형태에 따라 표준화하여 조사/관리하고, 주기적인 조사를 통해 생성원인을 파악하고 관리함

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

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공정설명 용탕을 주형에 주입하여 연속적으로 주괴를 생산하는 공정으로 용탕 주입 전 필수적으로 주형과 수냉 Cu 자켓, 냉각수, 인출 장치에 대한 점검이 이루어져야 하며, 각 주괴별로 균질한 미세조직을 얻을 수 있도록 인출속도 조절이 필요함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 연속주조 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

몰드유닛 : 주조품 품질에 직접적인 영향을 주고, 용탕 파열로 인한 안전에 유의가 필요하므로 사전에 Check List를 만들어 주기적으로 결함을 관리해야 함

주조온도 : 주조 온도를 제어하는 것은 주편의 표면균열과 개재물을 감소시킴

오일 및 가스 토출량 : 주조제품 표면 품질과 관련이 있으므로 표준화하여 관리함

냉각수량 : 주형 내 주조 시작/완료 온도를 결정하는 요소로 표준화/자동화를 통해 관리함

인출속도 : 제품의 표면품질과도 연관되어 있으며, 냉각수량과의 조합에 의해 최적의 품질을 갖는 제품이 주조될 수 있도록 체계적으로 관리하여야 함

구축사례 사업명 기본의 보온로를 이용하는 상향식 연속주조 장치 구축
사업내용 추진내용

기존의 수평연속주조라인에 첨단화 설비 접목시켜 상향식 연속주조장치 구축

세부내용

보온로에서 Melting과 Holding이 동시에 가능하도록 설계해 Graphite Crucible과 Die Casting의 산화 방지

PLC 컨트롤 시스템을 도입해 자동제어 및 관리

구축사진
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공정설명 후처리 및 가공은 연속주조의 마지막 공정으로 원하는 길이로 주괴를 절단하고, 표면 및 내부 균열 등의 결함에 대한 검사 및 조사 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 후처리 및 가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

승온시간 : 열처리가 필요한 연속주조품의 경우 절단 후 열처리가 수행되며, 표준화된 승온시간을 관리함

유지온도 및 시간 : 열처리가 필요한 연속주조품의 경우 열처리 유지온도 및 시간은 각각의 열처리 조건과 제품의 두께 및 크기에 맞게 표준화하여 균일한 품질을 유지할 수 있도록 함

냉각방법 및 시간 : 열처리가 필요한 연속주조품의 경우 냉각방법 및 시간은 각각의 열처리 조건에 따라 표준화하여 관리함

표면검사 : 제품의 표면처리가 필요한 경우 표면세척, 도색 도료와의 접착력, 산화 방지, Coloring, 광택을 위해 실시함

내부검사(크랙) : 표면외관, 치수 정확성, 도색면 내구성 등을 위한 검사 실시

구축사례 사업명 알루미늄 부품 연속 주단조 자동화 LINE 구축
사업내용 추진내용

세계 최초 비냉각 방식의 연속 주단조 LINE 구축

세부내용

용해는 보유 설비를 이용하여 알루미늄을 용융

보유 설비인 GBF 설비를 이용하여 용융 알루미늄에 대한 탈가스 처리

주조기 내 용탕 주입을 주탕 로봇을 활용하여 자동 주입 (주탕로봇 도입)

주조기 내의 제품을 취출 하자마자 곧바로 유압절단기를 이용하여 압탕 제거 (유압절단기 도입)

압탕이 제거된 제품을 곧바로 보온로에서 일정 온도(약 400도)로 유지 (보온로 도입)

제품이 적정 온도가 된 것을 확인 후, 단조프레스 로봇을 이용하여 단조기에 자동투입 후 단조 공정 진행. 단조 완료 후 동일하게 단조프레스 로봇이 자동취출 (투입 및 취출 로봇 도입)

단조공정에서 발생하는 BURR 또는 FLASH 트리밍 처리

트리밍 된 제품에 대해 컨베이어 이송장치를 통하여 자동이송 (컨베이어 이송장치 도입)

애로사항 및 해결방안
(1) 애로사항

규격화된 라인이 아닌 100% 개발라인이기 때문에 개발간 추가 투자비용 발생

주조후 단조공정으로 제품 낱개로 공급되는 방식이었으나, 한 가지 아이템에 한정됨

(2) 개선결과

자체 추가 투자

신규아이템 추가 수주건과 관련하여 여러 가지 아이템을 범용으로 양산하기 위한 LAYOUT 변경

구축사진

3. 정밀주조

정밀주조는 1회 소모성 패턴(모형)과 1회 소모성 주형을 사용하여 가공이 어려운 정교한 형태의 금속부품을 높은 치수 정밀도로 제조할 수 있는 특수주조 기술의 한 방법임

정밀주조 일반공정

  • 주물설계
  • 모형/주형
  • 장입재
  • 용해 및 용탕처리
  • 용탕이송/주입
  • 후처리
  • 검사 및 후가공
* 각각의 공정을 클릭하시면 보다 상세한 정보를 확인해 보실 수 있습니다.
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공정설명 제품의 크기 및 형상에 따라 수축을 고려해 주물을 설계하는 공정으로 정밀주조에서는 탕도 및 게이트가 압탕 역할까지 수행하는 경우가 많기 때문에 이를 고려해 탕구방안 등 주조 방안을 선정하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 주물설계 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

제품 시장 및 기능 : 가장 적당한 주조공정을 선택할 필요가 있으며, 공정에 따라 제품의 형상 및 품질수준이 달라질 수 있음

제품 요구사양 : 주조품의 부위별 품질 수준을 확인하여 품질 수준을 차등관리 함

제품 형상 및 크기 : 제품의 형상 및 크기에 따라 주조 공정을 결정함

치수공차 : 도면의 규정을 우선 적용하고, 그렇지 않을 경우 KS B 0250에 따라 적용할 수 있음

분할면 및 기준면 : 분할면을 기준으로 빼기구배가 적용되므로 기준면의 평면도를 고려하여 분할면을 설계함

외형 및 내면 형상 : 외형의 형상은 주형에 의해 형성되며, 내면 형상은 중자를 이용해서 형성시키는 것이 일반적임

모듈러스 : 주물의 모듈러스는 응고시간을 예측하는 파라미터임

살두께 : 치수 공차에 준하여 관리함

가스빼기 : 제품의 형상과 크기를 고려하고, 용탕 주입압력과 원심력 등을 고려해 필요한 경우 가스빼기 구멍을 설치함

뺴기구배 : 조형 강도가 낮을수록 크게 설정하여야 함

주물수축 : 각 소재별로 응고 수축량을 데이터베이스화하고 모형 제조에 반영하여 실제제품의 치수 불량을 줄일 수 있도록 관리함

탕구계(탕구, 탕구저, 탕도, 주입구 등) : 탕구계의 기본적인 역할은 용탕을 제품으로 부드럽고 균일하게 공급할 수 있도록 와류 발생을 억제하고, 주형 침식으로 인한 불순물 혼입을 억제할 수 있도록 관리함

압탕 위치 및 형상 : 응고해석 결과를 통해 예측된 결함 발생 예상 영역에 설치하는 것이 바람직함

압탕 크기 : 결함을 제어할 수 있는 최소 크기의 압탕을 설치할 수 있도록 생산 제품 별로 최적화시켜 관리함

압탕목 : 너무 크면 압탕목과 제품에 걸쳐 수축 결함이 발생할 수 있으며, 너무 작을 경우 급탕 경로가 일찍 단절되어 제품 수축 결함을 발생시킴

냉금 : 국부적으로 빠른 응고를 야기해 조직 미세화와 수축 결함을 방지함

유동해석 및 응고해석 : 설정된 주조방안의 적정성을 판단하는 중요한 역할을 하므로 전담인력을 배치하고 육성할 필요가 있음

무압탕, 무탕도화 주조

고품질 신속 용해 및 용탕 처리 고도화

응고계수 이론 기반 주조방안 설계 고도화

주형/주형상장 고특성화 및 체결 강화

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공정설명 정밀주조에서는 모형소재로 왁스를 주로 사용하고 있으며 왁스수축을 고려해 왁스금형을 제작하고 사출에 의한 왁스 모형제작, 모형 Tree 제작 및 주형을 제작하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 모형/주형관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

모형(원형)재료 : 모형재료는 주로 왁스가 사용되고, 항온/항습 및 청정도를 유지하고 관리함

모형 제작 및 검사 : 왁스는 온도 상승에 따라서 점도가 감소하고 팽창하므로 온도, 성형, 조립, 보전은 항온(상온 22~25℃) 상태에서 모형제작을 실행해야 함

Tree(cluster) 제작 : 모형Tree는 용탕이 주입되는 탕도의 역할을 하기 때문에 균일한 제품을 얻기 위해서는 항상 동일한 Tree가 제조될 수 있도록 관리해야 함

주형조형재료 : Fe, Na, K, Ca 등과 같은 불순물의 함량이 최소로 유지되도록 함

점결제 : 무기질 및 유기질 점결제로 크게 구분하며 환경규제 강화와 안전에 대한 가이드라인에 따라 관리해야 함

조형장치 : 생산성과 연관되어 있으므로 항상 원활한 조형이 이루어질 수 있도록 철저하게 관리함

모형제거 : 주로 오토클레이브를 사용하여 이루어지며, 모형의 팽창을 최소화하여 제거될 수 있도록 압력 및 온도를 표준화하여 관리함

주형소성 : 주형에 일정이상의 강도를 부여하는 단계로 각각의 주형 제조방법에 따라 소성 절차를 표준화하여 관리하여야 함

주형시험(통기도, 강도 등) : 주형의 통기도는 제품의 기공 생성과 밀접한 관련이 있으므로 일정수준의 통기도 및 강도를 갖도록 주기적인 시험이 필요함

중자재료 : 품질과 관련이 있으므로 중자재료는 항온/항습을 유지하며 주기적으로 점검함

중자시험(통기도, 강도 등) : 중자의 통기도는 제품의 기공 생성과 밀접한 관련이 있으므로 일정수준의 통기도 및 강도를 갖도록 주기적인 시험이 필요함

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공정설명 정밀주조에서는 모형소재로 왁스를 주로 사용하고 있으며 왁스수축을 고려해 왁스금형을 제작하고 사출에 의한 왁스 모형제작, 모형 Tree 제작 및 주형을 제작하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 장입재 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

장입재 종류 및 성분 : 장입재는 종류 및 성분별로 분류하여 정리되어야 하며, 항상 청정한 상태로 관리되어야 함

장입재 형상 및 크기 : 장입재의 충진 밀도를 고려하여 원하는 조성을 맞출 수 있도록 관리되어야 함

전처리관리(절단, 표면청정화) : 절단 공정에서 절삭유 또는 연마 재료가 절단면에 잔류할 수 있으므로 세척 또는 shot blast공정을 통하여 청정도를 확보함

장입대차 : 장입은 마그네트 크레인이나, 컨베어, 장입대차를 이용하여 시행함

장입순서 : 용해 온도가 높을수록, 크기가 작을수록, 비중이 낮을수록 먼저 장입하여 로의 하부에 위치할 수 있도록 하여야 함

장입재 충진밀도 : 장입재 형상 및 크기에 따른 배합비와 관련이 있으며, 동일 소재라도 충진밀도를 높일 수 있도록 크기를 달리하여 관리함

용탕접촉 표면적 : 장입재의 크기에 반비례하기 때문에 장입재 크기 및 형상별로 데이터베이스화해서 관리 함

3M(Micro, Multi, Master) 고순도화

회수재 및 폐자재의 활용가치는 소재가 가진 순도에 비례하기 때문에 오염되고 폐기된 소재의 순도를 높이기 위한 복합 정련기술이 필수적임. 이를 위해 Micro bubble, Multi Flix, 복합 기능을 도입하여 Master alloy를 제작함

가스 혼합용 설비 고안 및 배합조건 정립

고순도 정련기술을 위한 설비제작 방안 및 공정

주조 소재의 고순도화를 위한 재질개선

유해 원소재(장입재) 재활용성 향상

장입재에 함유된 고함량 망간의 유해한 기능을 역으로 순기능화하여 건전고강도 고부가가차의 주철주물을 제조함

평형/비평형 공정반응 제어

고망간 조성 기반 합금설계 최적화

고망간 주철 소재 건전고강도화

용탕 성분 신속 보정 지능화

용탕의 신속한 성분 보정을 통해 용해공정을 신속히 완료하여, 아이들링 타임을 줄이고 용해에너지를 절감하며 용탕 및 제품 품질을 향상시킴

추가장입 자동계산 모듈 개발

추가장입재 자동 계량 및 자동 장입 설비 구축

스펙트로미터, 신속장입용 각 모듈 및 장치 간 연계 구축

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공정설명 용해로를 사용하여 준비된 원재료를 녹이는 공정으로 일반 주강, 스테인리스강, 코발트계 내열합금 등은 주로 고주파 유도로를 통해 대기 중에서 용해하며, 니켈기 합금 중 Al 및 Ti 등 산소와의 친화성이 높은 합금원소를 다량 포함하는 합금의 경우 진공유도용해 공정이 사용됨
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용해 및 용탕처리 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

원재료 수량 : 검사기준서에 따라 원부자재의 품질상태를 검사하고, 일정수준의 원재료가 유지되도록 관리함

용해로 온도 : 투입되는 장입재의 종류에 따라 적합한 용해로 온도를 설정하여 관리함

출탕 온도 : 합금 종류별로 적절한 주입온도를 확보할 수 있는 출탕온도를 설정해야 함

용탕주입시간 : 주형 내에서의 유동 및 용탕 압력에 영향을 주기 때문에 동일 제품 생산의 경우 항상 일정한 주입시간을 가질 수 있도록 관리함

용해로 청소 주기 : 용해시 발생된 드로스 및 용탕과 내화물과 반응에 의한 석출물 등 로 내벽에 침적 및 고착되므로 주기적인 청소가 필요함

용탕 성분 : 성분분석기를 통하여 해당 합금의 조성 Spec에 부합 여부를 고려함

용탕 청정도(합금성분, 수소농도, Density Index, 산화물농도) : 불순물 및 공기의 유입을 막고 산화반응을 억제하여 청정도를 향상시킴

탈가스 레벨 : 적절한 탈가스 조건(펌프용량, 질소가스량, 탈가스 후 진정시간 등)을 설정함

급속 용해 시스템 : 대용량 급속 용해기술 보급화와 용탕 유지 및 조정기술을 시스템화

주조품 제조에 관련된 에너지의 약60% 이상 용해와 관련이 있음

고온에서 용탕을 유지하는 과정에 열 손실(용해 열효율 40~80%) 뿐만 아니라 용융금속의 산화 등으로 인해 용탕의 품질이 저하하고 용탕 자체가 손실되는 문제도 발생하고 있음

단시간에 고효율(용해 열효율 90%이상)로 청정한 용탕을 얻을 수 있는 용해 기술이 개발이 필요함

고집적 에너지를 이용하여 1사이클 주조공정에 필요한 양만큼만 용해하여 주조하는 1쇼트(single shot) 급속용해 주조기술 개발 중

전자빔, 적외선, 플라즈마 등 고집적 에너지를 이용한 용해기술 연구 중

저에너지 신속 고효율 용해

장입재 고충진화 및 장입/용해 공정 최적화

용해 구간별 전력 분석 기반 원단위 저감

용해로 운용 및 현장 운영 최적화

무기물 점결제

주조공정에서 발생되는 폐기물을 해결하기 위한 근본적인 원천기술

국내/외 대부분의 주물업체에서 사용하고 있는 주물사에는 Phenol Resin, Urea Resin을 주재료로 하는 유기바인더(Resin Sand)를 사용하고 있음

유기바인더는 주조 시 다량의 CO2, VOCs(Volatile Organic Compounds), 악취 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 폐주물사의 재사용을 위해 600℃ 이상의 고온 처리가 요구되어 사재생율은 5%에도 미치지 못함

무기물 점결제(Inorganic binder) 적용을 통한 유해가스 발생 저감

유해물질 저감 이동식 국부집진설비 개발 및 실용화

이동식 고성능 집진 장치의 초소형 및 고성능화 설계

현장 맞춤형 후드, 덕트 설계 최적화

현장 작업성, 편의성, 내구성, 안정성 확보 및 고도화

열 회수 및 이용

용해의 효율화는 전원장치의 발달로 상당한 수준이지만, 주물 냉각과정에서 폐열회수는 미미한 수준임

용해/주조 공정에서는 많은 양의 잔류열이 발생되지만, 열 발생과 열 수요 간의 시간 gap이 너무 커서 이를 활용하는 이 제한적임

용해공정에서 발생하는 열을 타 산업이나 주변 사회에 공급하는 방안과 축열 시스템을 이용하여 저장한 다음 수영장 등 필요한 곳으로 이동, 공급할 수 있음

용해열의 고효율화, 응고, 냉각과정에서의 열 회수

스마트 레이들

주조공장 내 단순 도구인 레이들(in-house용)을 스마트화하여 용탕출탕, 이송, 주입 등의 과정에서 현장 실시간으로 온도, 중량, 처리 상황 등을 스마트하게 모니터링함

용탕 스마트 모니터링 관리 제어

용탕 열손실 최소화 및 에너지 절감

집진모듈 연계 및 공장 청정화

구축사례 사업명 진공용해를 적용하는 주조공정 라인의 스마트화 시스템 구축
사업내용 추진내용

특수합금 소재 생산 목적으로 진공용해 주조설비 VIM(Vacuum Induction Melting), VAR(Vacuum Arc Remelting) 생산 공저에 대한 실적관리와 품질관리 가능한 스마트 시스템 구축

세부내용
1) 비효율적 업무 개선

실적 집계 및 분석 소요시간 개선

각종 보고서, 성적서 등의 문서작성 시간 개선

데이터베이스 구축을 통한 중복작성 및 관리문제 해결

품질, 납기, 단가 등의 문제발생 시 즉각 조치 가능

2) 생산정보의 명확화

업무 현황 파악 및 적시 정보 제공을 통한 의사결정 오류 및 계획수립 지연 방지

원재료 및 제공품 재고관리 및 불량률 감소와 납기지연 위험 예측

정확한 제조원장 확보

3) 주조 파라미터 관리 및 품질관리 시스템 개선

주조 파라미터별 제품 품질에 대한 민감도 분석과 불량 발생시 개선점 확인

선제적 불량 발생 대응 및 사내·외주 품질관리를 위한 주조 파라미터 표준 확보

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공정설명 용해로에서 용융된 용탕을 이송하여 주입하는 공정으로 용탕의 주입온도 및 주입속도 등은 제품의 충전, 응고 및 결함 생성에 영향을 주기 때문에 균일한 제품 생산을 위해 주입 온도 및 속도, 충전 높이 등을 일정하게 유지해야 함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

주입온도 : 용탕의 주입온도는 제품의 결함 생성 및 미세조직 크기에 영향을 줄 수 있기 때문에 표준화 및 주기적인 조사가 필요함

주입속도 : 생산 제품별로 용탕의 주입 조건에 따라 최적값을 데이터베이스화해서 관리함

가압 Sequence : 제품의 형상 및 크기, 두께에 따라 표준화하여 관리함

충전시간 : 용탕의 유동 및 응고 등에 영향을 주고 최종 제품의 품질에 영향을 주기 때문에 제품별로 표준화하여 관리함

충전높이 : 용탕의 비산을 고려해 최적화한 충전높이를 사용하고, 동일한 제품의 경우 일정한 충전높이로 주입될 수 있도록 관리함

주형 예열온도 : 제품의 두께에 따라 미충진 등의 결함으로 나타날 수 있음

주형 개폐 시간 : 주형의 개폐시간이 너무 빠를 경우 열응력에 따른 제품의 뒤틀림이 발생할 수 있기 때문에 제품별로 표준화하여 관리함

탕구 크기 : 충전시간과 함께 용탕이 주입되는 속도를 결정하기 때문에 유동/응고 해석을 통해 최적화된 탕구 크기를 사용할 수 있도록 함

냉각수 온도 : 주조 공정 내내 일정온도 범위에 있을 수 있도록 관리함

냉각수 On/Off 시간 : 제품의 품질 및 주형의 내구성에 영향을 주기 때문에 생산 제품별로 표준화하여 관리함

용탕 원거리 이송

용탕 원거리(1시간 이상)이송 중에도 용탕의 열손실을 최소화하면서 용탕의 청정도를 유지하고, sludge발생 최소화를 통한 수율 극대화가 가능한 용탕관리 시스템 구축

열손실을 최소화한 용해 에너지 효율 향상

용탕 청정도 유지

구축사례 사업명 정밀주조 용탕주입 자동화 설비 구축
사업내용 추진내용

소성로에 세라믹 몰드 잠입, 반출, 거치, 용해로 이동, 용해주입 공정 자동화

소성로에 세라믹 몰드를 반출해 거치하는 과정에 로봇 도입

소성로와 용해로 간 이동에 대차 레일 시스템 도입

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공정설명 세이크아웃머신 등 탈형 장치로 주형을 제거한 후 절단기로 주입구 및 게이트 부분을 제거하는 공정임
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 용탕 이송/주입 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

냉각시간 : 냉각시간이 너무 작을 경우 제품 내 열응력 발생으로 치수불량 등의 결함이 발생할 수 있고, 너무 크면 생산성이 저하되므로 생산제품별로 최적화하여 표준으로 관리함

탈형 온도 : 작업자의 안전과 제품크기를 고려하여 각 생산제품별로 최적화하여 표준으로 관리함

탈형 장치(셰이크아웃머신 등) : 작업자의 안전을 고려해 분진포집장치 및 산업폐기물에 대한 지침을 마련하고 관리함

탈사장치(쇼트블라스트 등) : 소트의 마모는 탈사성능을 저하시키므로 주기적인 점검을 통해 교체하고, 작업자의 안전을 위해 주기적으로 분집포집장치를 교체함

탈사시간 : 제품의 크기 및 형상에 따라 달라지기 때문에 각 생산제품별로 최적화하여 표준으로 관리함

가공 부위 및 두께 : 제품의 도면에 맞게 가공 치구 등을 제조하여 엄격하게 관리함

치수보정 : 주조제품의 냉각 시 주형 구속 및 열응력에 따른 뒤틀림 등이 발생한 경우 보정이 가능한 치수범위를 표준화하고, 보정이 가능한 경우 보정장치 등을 제조해 보정될 수 있도록 관리함

용접보수 : 용접을 통한 보수작업이 필요한 경우 가열 및 급냉으로 인한 품질저하를 막기 위해 표준 작업절차를 마련함

응력제거 : 주조 후 잔류응력이 높은 것으로 예상되는 제품은 응력제거를 위한 열처리 지침을 마련하여 진행함

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공정설명 검사공정은 정밀주조 핵심공정의 마지막 공정으로 후처리가 완료된 주조품은 치수검사와 형광 침투탐상, 초음파 탐상, 방사선 투과 시험 등 결함검사를 수행함
설비 구축시 고려사항 관리요소 : 검사 및 후가공 관리요소에 부합하는 설비 구축을 고려해야 함

1차 검사 : 외부 기포 여부, 내부 수축, 내/외부 크랙 여부

열처리 : 열처리 온도, 열처리 시간 등을 표준화

가공 : 표준화된 매뉴얼에 따라 검사 및 후가공을 시행하고, 블라스터를 이용하여 주조품 표면을 깨끗이 함

2차 검사(필요시) : 가공 및 보수 후 필요시 1차와 같은 검사를 실시함

표면처리 : 표면세척, 도색 도료와의 접착력, 산화 방지, Coloring, 광택을 위해 실시함

3차 검사 : 표면외관, 치수 정확성, 도색면 내구성 등을 위한 검사 실시