용융 알루미늄에서 불순물을 제거하는 가장 신뢰할 수 있는 방법은 제어된 가스 제거와 고성능 여과를 결합하는 것입니다. 먼저 불활성 가스 회전식 탈기 장치 또는 진공 공정을 사용하여 용해된 수소와 가벼운 가스를 줄입니다. 그런 다음 세라믹 폼 필터 또는 금속 흐름 경로에 배치된 심층 여과를 사용하여 고체 개재물을 제거합니다. 이러한 단계를 올바른 파라미터와 함께 적용하면 주조 결함이 급격히 감소하고 수율이 상승합니다.
용융 청결이 중요한 이유
용융 알루미늄에는 용존 수소, 산화물 막, 슬래그, 산화물, 금속 간 파편, 세라믹 파편 및 부랑자 원소가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 이러한 오염 물질은 다공성, 기계적 특성 저하, 표면 마감 불량, 스크랩 증가의 원인이 됩니다. 가스 함량과 포함 부하를 제어하는 파운드리는 결함이 줄어들고 기계 가공성이 개선되며 다운스트림 성능이 향상됩니다. 주요 파운드리 장비 공급업체는 최상의 결과를 위해 가스 제거와 여과를 병행할 것을 권장합니다.
전체 프로세스에 대한 빠른 지도
- 충전 제어 및 사전 청소
- 총 오염 제거를 위한 플럭싱 또는 화학 처리
- 용존 수소 및 가벼운 가스 제거를 위한 탈기체화
- 비기체 포함물을 잡기 위한 필터링
- 재오염을 방지하는 금속 취급
- 품질 검사: 수소 측정, 비파괴 검사
충전 제어 및 용광로 관리
용융물 청결은 주조 전에 시작됩니다. 스크랩 품질을 관리하고, 공급 원료에서 페인트, 오일 또는 단열재를 제거하고, 용광로 탭핑을 깨끗하게 유지합니다. 적절한 플럭스 화학 및 온도 제어를 통해 슬래그 형성을 제어해야 합니다. 충전이 불량하면 다운스트림 장치로 완전히 제거할 수 없는 높은 내포물 부하가 발생합니다.
요금 처리를 위한 실용적인 체크리스트
- 들어오는 스크랩을 합금별로 분류하고 도장된 부품을 제거합니다.
- 심하게 오염된 조각은 예열하거나 사전 세척합니다.
- 산화물 형성을 제한하기 위해 용융 온도를 일정하게 유지합니다.
- 용융 정제 시 권장 플럭스 범위를 사용하세요.
- 쌓인 찌꺼기를 자주 제거하세요.
화학 정제 및 플럭스 처리
플럭스는 표면 산화물 및 비금속 오염 물질과 반응하여 제거 가능한 슬래그로 밀어냅니다. 플럭스 주입은 슬래깅과 수소 제거를 모두 위해 설계된 경우 가스 제거에도 도움이 될 수 있습니다. 플럭스 방식은 자본 비용이 낮고 작동이 간단하기 때문에 많은 파운드리에서 여전히 일반적입니다. 그러나 주조 전에 플럭스 잔류물을 제거하여 인클루전 캐리오버를 방지해야 합니다.
주요 단점: 플럭스는 표면 산화물을 잘 처리하지만 용존 수소에 대한 가스 제거를 대체할 수는 없습니다. 많은 최신 주조 사양에서 플럭스는 기계적 가스 제거 및 여과와 함께 사용됩니다.
가스 제거로 다공성을 유발하는 용존 가스 제거
용융 알루미늄에 용해된 수소는 금속이 응고될 때 기체 다공성을 유발합니다. 용해된 수소를 제거하는 것을 가스 제거라고 합니다. 여러 가지 접근 방식이 있습니다:
- 흑연 로터를 사용한 회전식 불활성 가스 탈기
- 다공성 플러그 또는 랜스를 통한 불활성 가스 퍼징
- 수소 제거를 위해 조정된 플럭스 주입
- 매우 낮은 수소 목표치를 위한 진공 탈기 시스템
로터리 시스템은 강력한 용융물 순환을 제공하면서 수소를 효율적으로 제거하기 때문에 여전히 널리 사용되고 있습니다. 여러 업계 참고 문헌에서 로터리 불활성 가스 제거를 수소 제거를 위한 최고의 방법으로 꼽고 있습니다.
회전식 불활성 가스 탈기 작동 방식
로터가 장착된 중공 회전 샤프트가 건조 불활성 가스를 용융물에 주입합니다. 로터는 가스를 미세한 기포로 분산시킵니다. 각 기포는 용해된 수소를 모으는 동시에 활발한 금속 순환을 촉진합니다. 기포는 가스와 가벼운 내포물을 운반하면서 표면으로 상승합니다. 적절한 로터 속도, 가스 흐름 및 침지 깊이에 따라 성능이 결정됩니다.
조정할 주요 매개 변수
- 가스 유형 및 순도: 대부분의 합금의 경우 아르곤 또는 질소.
- 용융물 kg당 가스 유량.
- 로터 디자인 및 회전 속도.
- 몰입 시간.
- 용융 온도와 청결도.
진공 가스 제거
중요한 항공우주 및 고강도 자동차 합금의 경우 진공 보조 가스 제거를 통해 수소를 매우 낮은 ppm 범위로 줄일 수 있습니다. 진공 시스템은 기포의 성장과 배출을 가속화하여 종종 노천 방식에 비해 탁월한 제어 기능을 제공합니다. 진공 옵션은 일반적으로 더 많은 자본과 세심한 유지보수가 필요합니다.
여과 - 고체 포함물 잡기
가스 제거 후에도 액체 금속에는 산화물, 세라믹 파편, 모래, 슬래그 입자 및 금속 간 결절과 같은 비기체 포함물이 여전히 남아 있습니다. 여과는 이러한 입자를 물리적으로 제거하고 더 깨끗한 금속을 금형 또는 다운스트림 공정으로 전달합니다.
널리 사용되는 두 가지 필터링 카테고리:
- 세라믹 폼 필터 는 높은 내포물 포집 효율로 깊은 층, 관통 두께 여과를 제공합니다. 또한 난류를 감소시키는 층류를 촉진합니다.
- 심층 세분화 여과 내화 과립을 챔버에 포장하여 금속이 입자를 가두는 구불구불한 경로를 통해 흐르도록 합니다. 최근 업계에서는 무거운 내포물 하중을 위한 딥 베드 효과를 강조하고 있습니다.
세라믹 폼 필터의 장점
- 내부 표면적이 넓어 심층 여과가 가능합니다.
- 필터는 표면이 아닌 볼륨 내부의 포함물을 가둡니다.
- 다양한 합금에 대해 등급별 다공성으로 제공됩니다.
- 음료 캔 재고 및 항공 우주 합금을 포함한 프리미엄 애플리케이션에서 입증되었습니다.
표 1: 일반적인 가스 제거 및 여과 방법 비교
| 방법 | 주요 기능 | 강점 | 제한 사항 |
|---|---|---|---|
| 회전식 불활성 가스 탈기 | 용존 수소 및 가벼운 이물질을 제거합니다. | 빠르고 견고하며 생산 라인에 적합 | 건식 가스, 로터 마모, 흑연 부품 필요 |
| 불활성 가스 퍼징(랜스/다공성 플러그) | 수소 제거, 간단한 설정 | 낮은 자본 투자, 간편한 | 가스 분산이 덜 균일하고 느림 |
| 진공 가스 제거 | 매우 낮은 수소 달성 | 최상의 최종 가스 수준 | 더 높은 비용, 밀폐형 시스템 필요 |
| 세라믹 폼 필터 | 고체 포함물 제거 | 높은 캡처 효율, 층류 흐름 | 올바른 크기와 장착이 필요합니다. |
| 딥 베드 필터링 | 무거운 포함물 제거 | 고함량 용융물에 적합 | 더 큰 설치 공간, 신중한 내화물 선택 |
가스 제거와 여과 결합
한 단계 세척으로 부분적인 이득을 얻을 수 있습니다. 최상의 결과는 따르기 전에 흐름 경로에서 탈기 및 여과를 결합할 때 얻을 수 있습니다. 현대식 캐스 하우스의 일반적인 구성입니다:
- 플럭스로 정제하고 탈지하여 녹입니다.
- 로터리 탈기기가 유지로 또는 이송 래들로 내려갑니다.
- 가스 제거 후 금속은 세라믹 폼 필터 또는 딥 베드 필터를 통해 금형 또는 다운스트림 스테이션으로 흐릅니다.
이 순서는 탈기체 거품이 필터에 새로운 이물질을 유입하는 것을 방지하고 거품이 여과 지점 위로 빠져나가는 것을 보장합니다. 업계 공급업체는 품질이 중요한 생산을 위해 이 통합 순서를 강조합니다.
용융물 청결도 측정
품질 관리에는 반드시 측정이 포함되어야 합니다. 일반적인 테스트:
- 수소 함량 열 추출 또는 감압 테스트를 사용합니다.
- 필터링 가능성 테스트 표준화된 필터를 통해 유량을 측정합니다.
- 샘플 금속 분석 및 광학 현미경 검사 를 사용하여 포함을 계산합니다.
- X-레이 또는 초음파 NDT 를 주조물에 부착하여 다공성을 감지합니다.
프로세스 매개변수와 연계된 정기적인 샘플링은 통계적 제어를 구축하여 결함을 줄입니다.
표 2: 일반적인 결함, 근본 원인 및 수정 조치
| 결함 | 가능한 근본 원인 | 시정 조치 |
|---|---|---|
| 가스 다공성 | 높은 용존 수소 | 탈기, 건식 가스, 진공 탈기 |
| 표면의 내포물 | 여과 불량 또는 전하 오염이 심한 경우 | 세라믹 폼 필터 설치/업그레이드, 사전 청소 충전 |
| 슬래그 내포물 | 플럭싱 불량 또는 불완전한 스키밍 | 플럭스 화학 조정, 스키밍 개선 |
| 콜드 셧다운 및 오실행 | 내포물로 인한 낮은 유동성 | 여과 개선, 따르는 온도 약간 높이기 |
| 크레이터 또는 수축 | 피더 영역에 갇힌 가스 또는 내포물 | 가스 제거 개선, 게이팅 수정 |
여과 매체 옵션 및 선택
올바른 필터를 선택하는 것은 합금, 용융 온도, 내포물 크기 분포 및 생산 속도에 따라 달라집니다.
세라믹 폼 필터
- 인치당 기공 수 또는 다공성 등급에 따라 등급이 매겨집니다.
- 중요한 항공우주 또는 캔 재고를 위해 더 미세한 다공성을 선택하세요.
- 열 충격을 방지하기 위해 필터를 예열하세요.
- 필터 지지대와 프레임을 사용하여 바이패스를 방지하세요.
딥 베드 포장 필터
- 챔버 내 내화성 과립으로 제작되었습니다.
- 파운드리에서 트램프 오염이 심하거나 포함 개수가 많은 경우에 가장 적합합니다.
- 설계는 균일한 흐름을 보장하고 채널링을 방지해야 합니다.
메쉬 스크린 및 천
- 저렴하고 거친 파편에 유용합니다.
- 작은 내포물이나 프리미엄 표면 품질을 생성하는 데는 효과적이지 않습니다.
표 3: 여과 매체 빠른 선택
| 미디어 | 최상의 대상 | 최대 용융 온도 | 일반적인 캡처 크기 |
|---|---|---|---|
| 세라믹 폼 필터 | 고품질 주조 | 재료에 따라 섭씨 800~760도 | 수십 미크론 단위까지 |
| 딥 베드 필터링 | 무거운 인클루전 부하 | 사용되는 내화물에 따라 다르며, 종종 높음 | 넓은 범위, 거칠고 미세한 것 모두에 적합 |
| 우븐 메쉬 | 거친 이물질 방지 | 높음 | >100미크론 이상 |
장비 유지 관리 및 운영 팁
장비 상태는 성능에 큰 영향을 미칩니다. 요점:
- 성능이 저하되기 전에 그라파이트 로터를 교체하거나 수리하세요.
- 가스 공급 순도를 유지합니다. 퍼지 가스의 수분이나 산소는 가스 제거를 방해합니다.
- 세라믹 필터를 예열하고 열 충격을 피하세요.
- 필터 하우징에 바이패스 및 누출이 있는지 검사합니다.
- 수소 측정 기기를 정기적으로 보정하세요.
업계 연구에 따르면 로터 마모와 가스 수분은 가스 제거 결과의 큰 변동성을 유발합니다.
ADtech 제품 적합성: 당사 장비의 지원 방법
ADtech는 현대식 저장고를 위해 설계된 가스 제거 기계, 심층 여과 시스템 및 세라믹 폼 필터 플레이트를 제조합니다. ADtech 솔루션은 낮은 수소 수준, 높은 포함물 포집, 지속적인 생산 호환성을 제공하도록 조정되었습니다.
에이디텍 로터리 디가서 주요 특징
- 최적화된 로터 형상을 통한 효율적인 기포 분산.
- 빠른 교체가 가능한 그라파이트 로터 인서트로 가동 중단 시간을 줄입니다.
- 가스 흐름과 로터 속도를 통합 제어합니다.
ADtech 심층 여과 시스템
- 모듈식 팩 베드 설계로 확장성이 용이합니다.
- 합금 화학 및 온도에 맞게 엔지니어링된 내화물 혼합물입니다.
- 균일한 속도와 최소한의 채널링을 제공하는 흐름 제어.
ADtech 세라믹 필터 플레이트
- 다양한 합금을 위한 다양한 다공성 등급.
- 누수 없는 마운팅을 위한 정밀 절단.
- 열충격에 강한 제형으로 수명이 길어집니다.
(사용자가 필요에 따라 장비를 선택할 수 있도록 아래에 ADtech 선택 체크리스트가 포함되어 있습니다.)
표 4: ADtech 제품 빠른 사양(예시 모델)
| 제품 | 일반적인 용량 범위 | 주요 기능 | 이상적인 사용 사례 |
|---|---|---|---|
| AD-RG 시리즈 로터리 디개서 | 200kg ~ 3000kg | 가변 속도, 흑연 로터, 가스 제어 | 낮은 수소가 필요한 대용량 파운드리 |
| AD-DBF 딥 베드 유닛 | 시간당 500kg~10,000kg | 모듈형 카트리지, 내화성 베드 | 심한 오염이 녹아내립니다. |
| AD-CFF 세라믹 필터 플레이트 | 다양한 크기 | 다양한 다공성 등급 | 금형 전 최종 여과 |
프로세스 레시피 및 매개변수 창
다음은 입증된 시작점입니다. 각 파운드리는 실험과 측정을 통해 파라미터를 조정해야 합니다.
로터리 가스 제거 시작 레시피
- 가스 유형: 중요 합금의 경우 아르곤, 많은 합금에 허용되는 질소.
- 가스 흐름: 로터 및 용융물 크기에 따라 용융물 킬로그램당 분당 0.5~3리터.
- 로터 속도: 제조업체 차트를 따르세요. 너무 느리면 기포 분해가 감소합니다. 너무 빠르면 로터 마모가 증가합니다.
- 일반적인 처리 시간: 일반 주조의 경우 1~5분. 고사양의 경우 더 오래 걸릴 수 있습니다.
필터 크기 조정 규칙
- 속도를 낮게 유지하면서 압력 강하를 제한하려면 필터 개방 영역을 선택하세요.
- 세라믹 폼 필터를 통과하는 일반적인 금속 속도는 다공성 및 합금에 따라 초당 6~20cm입니다.
- 금속과 접촉하기 전에 필터를 용융 온도에 가깝게 예열하세요.
참고: 이 범위는 시작점입니다. 수소 함량과 포함 개수를 측정하여 최종 설정을 조정합니다.
고급 기술 및 혁신
현대의 캐스 하우스는 더 엄격한 사양을 달성하기 위해 여러 기술을 조합하여 사용합니다.
- 진공과 불활성 가스 탈기 결합 극한의 수소 제어를 위해.
- 활성 산소 제어 특정 불순물에 대해 특수한 플럭스를 사용합니다.
- 인라인 센서 수소 또는 산소를 실시간으로 모니터링하고 공정 제어에 데이터를 제공하는 센서입니다.
- 자동 필터 교체 시스템 를 사용하여 인적 오류와 노출을 줄입니다.
연구 문헌과 공급업체 자료는 기술 조합이 최상의 일관된 결과를 제공한다는 사실을 확인시켜 줍니다.
안전 및 환경 고려 사항
용융 금속, 플럭스, 염소 함유 가스, 뜨거운 세라믹 부품을 다루는 작업은 엄격한 안전 관리가 필요합니다.
- 가스 제거 중 작업자를 위한 차폐막을 제공하세요.
- 염화물 기반 가스나 부식성 부산물이 발생할 수 있는 경우 스크러버를 사용하세요.
- 사용한 플럭스와 필터 잔여물은 현지 규정에 따라 폐기하세요.
- 사용한 흑연은 부서지기 쉬우므로 흑연 로터를 안전하게 교체하세요.
염소 또는 염화물 함유 혼합 가스를 가스 혼합물에 사용하는 경우, 배기 가스를 주의해서 취급하고 환경 규정을 준수하세요. 연구에 따르면 염소 함유 가스 혼합물은 마그네슘 및 기타 합금 원소와 반응할 수 있으므로 해당 공정에 적합한 경우에만 사용해야 합니다.
비용 대비 이익 스냅샷
가스 제거와 여과에 투자하면 스크랩 감소, 1차 통과 수율 향상, 가공 재작업 감소, 보증 위험 감소 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 투자 회수 시간은 생산 규모와 스크랩 비용에 따라 달라집니다. 주요 파운드리 공급업체는 결함 감소를 기반으로 ROI를 추정하는 계산기를 제공합니다.
실용적인 빠른 문제 해결
- 가스 제거 후에도 수소 수치가 높은 경우가스 수분, 로터 마모, 가스 유량 계측을 확인합니다.
- 포함물이 필터를 통과한 경우필터 장착, 기공 크기를 확인하고 바이패스 경로를 확인합니다.
- 다공성이 무작위로 나타나는 경우업스트림과 다운스트림에서 수소를 샘플링하고 래들 또는 이송 라인의 재오염 여부를 확인합니다.
- 필터가 조기에 막히는 경우초기 부하를 줄이기 위해 더 거친 다공성 또는 업스트림 스키밍을 고려합니다.
사례 연구
한 중견 주조 공장은 2019년에 로터리 탈기 장치와 세라믹 폼 필터를 설치했습니다. 설치 전에는 다공성으로 인한 스크랩 비율이 6%였습니다. 로터 속도, 가스 흐름 및 필터 다공성을 조정한 후 스크랩은 1.2%로 감소했습니다. 주조 불량품이 줄어들고 가공 불량률이 감소하여 통합 시스템의 투자 회수가 18개월 이내에 이루어졌습니다.
자주 묻는 질문
- Q: 용융 알루미늄에서 수소가 발생하는 원인은 무엇인가요?
A: 수소는 충전된 수분, 주변 습도, 젖은 플럭스 또는 오염된 스크랩에서 액체 알루미늄으로 용해됩니다. 건식 가스를 제어하고, 플럭스를 건조하게 보관하고, 스크랩을 예열하여 수소 픽업을 줄이세요. - 질문: 수소를 가장 적게 배출하는 탈기 방법은 무엇인가요?
A: 진공 보조 탈기 및 회전식 불활성 가스는 종종 가장 낮은 수소를 제공합니다. 로터리 시스템은 대부분의 파운드리 요구사항에 대해 매우 우수한 감소 효과를 제공합니다. - Q: 플럭싱만으로 수소를 제거할 수 있나요?
A: 플럭싱은 산화물과 표면 오염 물질을 제거하고 일부 수소 제거에 도움이 될 수 있지만 낮은 수소 수준이 필요한 경우 기계적 또는 진공 가스 제거를 대체할 수는 없습니다. - Q: 필터 다공성은 어떻게 선택해야 하나요?
A: 합금 감도 및 내포물 크기 목표에 따라 다공성을 선택합니다. 프리미엄 합금의 경우 더 미세한 다공성, 무거운 드로스 하중의 경우 더 거친 다공성. 금속 분석과 연계된 시험 실행을 통해 최상의 선택을 제공합니다. - Q: 가스 제거는 얼마나 오래 실행해야 하나요?
A: 처리 시간은 용융물 크기, 로터 설계 및 목표 수소 수준에 따라 달라집니다. 일반적인 시작 지점은 배치당 1분에서 몇 분까지이며, 그 후 측정에 따라 조정합니다. - Q: 세라믹 폼 필터가 금속 화학을 변화시키나요?
A: 적절하게 제조된 세라믹 폼 필터는 일반적인 알루미늄 합금에 대해 불활성입니다. 이 필터는 벌크 화학을 변경하지 않고 내포물을 포집합니다. - Q: 심층 여과는 언제 선택해야 하나요?
A: 충전 재료에 큰 이물질 부하가 발생하거나 작업장에서 트램프 오염으로 어려움을 겪는 경우 딥 베드 여과를 사용합니다. 딥 베드 필터는 단순한 메쉬 또는 스크린 시스템보다 무거운 하중을 더 잘 처리합니다. - Q: ADtech 장비를 기존 라인에 통합할 수 있나요?
A: 예. ADtech 시스템은 모듈식이며 용광로 이송, 래들 설정 및 인라인 주입을 위해 구성할 수 있습니다. 현장 조사 및 통합 계획에 대해서는 ADtech 기술 담당자에게 문의하세요. - Q: 그라파이트 로터는 얼마나 자주 교체해야 하나요?
A: 로터 수명은 사용량과 합금 화학에 따라 달라집니다. 마모나 불균형이 있는지 검사하고 성능이 떨어지거나 제조업체에서 교체를 권장하는 경우 교체하세요. - Q: 어떤 측정으로 개선이 입증되나요?
A: 수소 ppm 테스트, 금속학적 개재물 수, 주물의 X-레이 검사 및 생산 스크랩 통계를 통해 공정 개선을 입증할 수 있습니다.
구현을 위한 요약 체크리스트
- 들어오는 요금을 감사하고 오염원을 제거합니다.
- 수소 목표에 맞는 가스 제거 방법을 선택하세요.
- 용융 속도와 합금에 맞는 크기의 필터를 설치하세요.
- 필터를 올바르게 예열하고 장착합니다.
- 일상적인 샘플링 및 기기 보정을 구현하세요.
- 운영자를 교육하고 표준 운영 절차를 문서화하세요.
프로세스 검증 및 공급업체 선정에 대한 최종 참고 사항
측정된 수소 및 포함 데이터를 사용하여 시스템 변경 사항을 검증하세요. 애플리케이션 엔지니어링, 예비 부품 및 현지 서비스를 제공하는 공급업체를 선택하세요. ADtech는 공정 지원, 예비 로터 키트, 필터 크기 조정 지원, 가동 중단 시간을 최소화하면서 설치하는 딥 베드 설계를 제공합니다. 올바른 장비, 모니터링 및 유지보수를 결합하면 내구성 있는 품질 향상을 얻을 수 있습니다.