알루미늄 탈기 시스템은 고품질 알루미늄 합금 생산에 필수적이며, 순도와 구조적 무결성을 보장합니다. 그리고 용융 알루미늄 가스 제거 장치 알루미늄 제조에서 알루미늄 제품의 결함을 유발할 수 있는 용존 가스(주로 수소)를 제거하는 데 사용되는 필수 장비입니다. 이 시스템은 자동차, 항공우주, 건설 등 다양한 산업에서 최종 제품의 강도, 내구성 및 전반적인 성능에 직접적으로 기여합니다. 용융 알루미늄 탈기 장치와 같은 고급 탈기 기술을 구현하면 알루미늄 합금의 품질과 일관성이 크게 향상되어 고성능 애플리케이션에 적합합니다.

알루미늄 가스 제거란 무엇인가요?

알루미늄 탈기란 용융 알루미늄에서 수소 및 기타 용존 가스를 제거하는 공정입니다. 이러한 가스는 용융 공정 중 또는 오염의 결과로 유입될 수 있습니다.

수소는 용융 알루미늄에서 가장 흔한 오염 물질로, 최종 제품의 가스 다공성 및 기타 결함을 방지하기 위해 수소를 제거하는 것이 필수적입니다.

용융 알루미늄 가스 제거 장치는 어떻게 작동하나요?

용융 알루미늄 탈기 장치는 기계적 교반, 진공 탈기, 특수 플럭스 또는 탈기제 사용 등 다양한 방법을 사용하여 가스를 제거합니다.

이 장비는 일반적으로 탈기 챔버, 가스 주입 시스템, 알루미늄에서 오염 물질을 제거하도록 설계된 여과 시스템으로 구성됩니다.

온라인 가스 제거 장치의 매개 변수:

최대 탈기 유량 MT/H	15 MT/H	35 MT/H	65 MT/H
디가스 박스 표준	1 룸 1 로터  （1B1R）	방 2개 로터 2개（2B2R）	방 3개 로터 3개（3B3R）
디가스 박스 구조	배수구 1개 및 슬래그 제거 배출구 1개	2개의 배수구 및 1개의 슬래그 제거 배출구	3개의 배수구 1개의 슬래그 제거 배출구
리프팅 시스템	게양 유형	로터 기계식 리프팅	커버 유압 리프팅

작동 회로도:

 

알루미늄 주물에 가스 제거가 중요한 이유

액체 알루미늄의 수소는 용융물에 용해된 후 응고되는 동안 기공을 형성합니다. 이러한 기공은 인장 강도와 내피로성을 감소시키는 동시에 스크랩과 재작업을 증가시킵니다. 비금속 개재물, 산화막, 드로스 및 혼입된 슬래그도 응력 집중 및 표면 결함을 유발합니다. 효과적인 가스 제거는 가스 다공성과 개재물 수를 모두 줄여 기계적 특성, 표면 마감 및 기계 가공성을 개선합니다. 금형 충진 전에 적절한 여과와 결합하면 가스 제거는 예측 가능한 주조 성능과 높은 수율을 지원합니다.

기본 사항: 수소 용해성 및 다공성 형성

• 수소 용해도 는 용융 상태에서는 증가하지만 응고 시 급격히 감소하여 용해된 수소가 기포가 되어 핵을 형성하게 됩니다.

• 기본 메커니즘 다공성 형성의 경우 냉각 중 핵 형성 부위로 수소가 확산되며, 종종 난류 주입과 부적절한 가스 제거로 인해 악화됩니다.

• 측정 지표 일반적으로 사용되는 수소 함량은 ppm(백만 분의 1) 단위이며 밀도 지수 및 감압 테스트(RPT) 결과와 같은 관련 지표가 있습니다. 용융 수소를 목표 ppm 이하로 관리하는 것은 합금, 주조 형상 및 다운스트림 요구 사항에 따라 달라집니다.

수소 제거 효율에 영향을 미치는 주요 제어 변수에는 용융 온도, 가스 유형 및 유량, 로터 속도 및 형상, 탈기 시간, 사이클당 처리되는 용융량 등이 있습니다.

가스 제거 방법: 비교 개요

현대 캐스트 하우스에서 사용되는 주요 산업적 접근 방식은 아래 표에 요약되어 있습니다.

표 1: 일반적인 가스 제거 방법 비교

참고 문헌과 실험실 연구에 따르면 회전식 가스 제거는 많은 산업용 주조 작업에서 처리량과 수소 제거 사이에 유리한 균형을 제공합니다. 진공 시스템은 가장 낮은 수소를 공급하지만 톤당 비용이 훨씬 높습니다.

용융 알루미늄 회전식 탈기 장치의 작동 원리

회전식 탈기 장치에는 일반적으로 흑연 로터를 용융물로 내리는 드라이브 및 붐, 임펠러 포켓이 설계된 로터 헤드, 유량 제어 기능이 있는 건조 불활성 가스 공급(아르곤 또는 질소), 자동 리프트 및 회전 제어, 로터 속도, 가스 흐름 및 처리 시간을 프로그래밍할 수 있는 제어 패널이 포함됩니다. 로터가 회전하면서 용융물 전체에 걸쳐 가스의 흐름을 미세한 기포로 분해합니다. 수소는 액체에서 기포 표면으로 이동한 다음 기포가 용융 표면을 향해 상승합니다. 개재물과 산화물은 기포에 부착되거나 슬래그 층으로 이동하는 경향이 있으며, 스키밍을 통해 제거됩니다.

중요한 실용적인 포인트:

• 오염 물질이 유입되지 않도록 건조한 무급유 가스를 사용하세요.

• 처리된 용융 용적에 맞게 로터 침수 깊이와 회전 속도를 최적화합니다.

• 가능한 경우 샘플링 또는 인라인 센서를 통해 수소 함량을 모니터링하세요.

많은 작업에서 로터 처리와 제어된 플럭싱을 결합하면 최종 여과 및 금형 충진 전에 가장 깨끗한 용융물을 생산할 수 있습니다.

플럭스 가스 제거: 화학 및 처리

알루미늄 탈기용 플럭스 조성물에는 일반적으로 염화물과 불화물이 염 매트릭스에 포함됩니다. 이러한 물질은 산화막을 파괴하고 비금속 내포물의 유착을 촉진하며 드로스의 부유를 돕습니다. 플럭스는 종종 정제 또는 과립 형태로 적용됩니다. 일부 플럭스 성분은 부식성이 있거나 연기를 발생시킬 수 있으므로 작업자는 엄격한 취급 및 PPE 규칙을 준수해야 합니다.

모범 사례:

• 합금 제품군을 위한 인증된 플럭스 배합을 사용하세요.

• 플럭스가 올바르게 흐르고 오염 물질과 접촉할 수 있도록 권장 온도 범위에서 플럭스를 도포하세요.

• 현지 규정에 따라 플럭스 잔여물을 제거하고 사용한 플럭스와 드로스를 산업 폐기물로 관리하세요.

플럭스는 강력한 내포물 세정 성능을 제공하지만 대량 생산 라인에서 수소 제거에만 의존해서는 안 됩니다.

여과 시너지: 세라믹 폼 필터 및 인라인 여과

가스 제거는 용존 가스를 줄이고, 여과는 비금속 이물질을 제거하며 금형 충전 중 층류를 돕습니다. 세라믹 폼 필터는 다공성 구조로 입자를 포집하는 동시에 흐름을 더욱 제어할 수 있기 때문에 알루미늄 캐스처의 업계 표준으로 사용되고 있습니다.

표 2: 일반적인 세라믹 폼 필터 특성

필터를 탈기 장치의 바로 하류에 배치하여 주입 전에 탈기된 깨끗한 금속이 여과를 통과하도록 합니다. 여과를 통해 금형 또는 금형의 내포물 부하를 줄이고 표면 드로스의 재유입을 방지할 수 있습니다.

프로세스 제어: 주요 매개변수 및 모니터링

안정적인 가스 제거는 5가지 파라미터 그룹의 반복 가능한 제어에 달려 있습니다:

1. 가스 유형 및 순도
   최대 수소 제거가 필요한 경우 고순도 건식 아르곤을 사용하고, 덜 까다로운 합금의 경우 질소를 사용할 수 있습니다. 가스 수분을 백만분의 1로 제어해야 합니다.

2. 로터 형상 및 속도
   로터 설계에 따라 기포 크기 분포가 결정됩니다. 기포가 작을수록 단위 부피당 접촉 면적이 증가하여 수소 전달이 빨라집니다.

3. 처리 시간 및 용융 회전율
   대부분의 용융물이 적절한 기포 접촉을 경험할 수 있도록 탈기 영역 내에서 용융물의 체류 시간을 목표합니다.

4. 용융 온도
   과도한 온도는 수소 용해도를 높이고 저온은 점도를 높이고 기포 상승을 늦추므로 합금 권장 범위 내에서 온도를 유지하세요.

5. 샘플링 및 검증
   감압 테스트 또는 액체 내 수소 센서를 사용하여 주입하기 전에 수소 레벨이 사양 내에 있는지 확인합니다.

작업자는 반복성을 지원하기 위해 각 합금 및 주조 라인에 대한 파라미터 설정값을 문서화해야 합니다.

가스 제거 장치를 선택할 때 고려해야 할 일반적인 기술 사양

표 3: 기술 사양서 예시(참조 구성)

장치의 크기를 조정하려면 래들 용량과 원하는 사이클 시간을 일치시켜야 합니다. 연속 라인의 경우 최대 처리량 이상의 모델을 선택합니다.

유지보수 및 부품 수명 주기

일반적인 착용 아이템:

• 흑연 로터 본체 및 임펠러, 일반적인 교체 주기는 업무 주기에 따라 다르지만 사용량이 많은 매장에서는 계절에 따라 교체할 계획입니다.

• 씰, 베어링 및 가스 피팅의 누출 및 오염 여부를 주기적으로 점검합니다.

• 제어 구성 요소 및 센서, 가능하면 여분의 PLC 모듈을 보관하여 가동 중단 시간을 줄이세요.

유지 관리 팁:

• 유지보수 시 교체할 수 있도록 여분의 로터를 보관하세요.

• 건식 가스 여과 및 오일 프리 컴프레서를 사용하여 로터와 가스 라인을 보호하세요.

• 가동 시간과 야금 결과를 기록하여 추세에 따른 부품 교체를 예측하세요.

로터 수명을 늘리려면 코팅 로터 옵션이나 합금 화학 물질이 마모를 가속화하는 부식 방지 복합 로터를 고려하세요.

안전, 환경 및 규제 고려 사항

• 연기 관리: 플럭싱 및 표면 스키밍은 미립자 및 가스 배출을 발생시키므로 국소 배기 환기 및 흄 스크러빙이 필요한 경우가 많습니다.

• 폐기물 처리: 사용한 플럭스, 드로스 및 오염된 필터는 현지 폐기물 규정에 따라 처리하거나 재활용해야 합니다. 일부 플럭스 성분에는 염화물이 포함되어 있으므로 부식 및 환경 위험을 적절히 관리하세요.

• 가스 안전: 아르곤과 질소는 질식성 가스입니다. 가스 저장소 및 장치 작동 구역 근처에 산소 센서와 적절한 환기 장치를 설치하세요.

• 운영자 PPE: 플럭스 작업에 필요한 경우 내열 장갑, 안면 보호대 및 호흡기 보호구를 착용합니다.

허용되는 배출 수준과 유해 폐기물 규정은 항상 현지 규정을 참조하세요.

측정 및 품질 보증 프로토콜

일반적인 플랜트 내 테스트 및 측정:

• 감압 테스트(RPT): 용융 시료가 진공 상태에서 고형화되어 다공성을 드러내며, 처리 전후의 용융 품질을 비교하는 데 널리 사용됩니다.

• 수소 적정: 용융물 내 수소의 실험실 가스 분석(ppm).

• 육안 및 엑스레이 검사: 완성된 주물의 다공성 및 내포물 분포를 확인하기 위한 용도로 사용됩니다.

• 프로세스 중 샘플링: 가스 제거 후 및 주입 전에 대표적인 용융 샘플을 추출합니다.

유효한 QA 계획에는 탈기 전/후 측정, 수소 농도 관리 차트, 고객 사양과 연계된 허용 기준이 포함됩니다.

일반적인 문제 해결 및 수정 조치

표 4: 문제 해결 체크리스트

편차를 기록하여 제어 한계와 레시피 매개변수를 세분화하세요.

경제적 고려 사항 및 투자 수익률

모델링할 비용 항목:

• 가스 제거 장치, 설치, 가스 처리 및 여과 하드웨어에 대한 자본 지출.

• 운영 비용: 불활성 가스 사용량, 전력 소모량, 로터 마모 부품, 플럭스 소비 및 폐기, 인건비.

• 비용 절감: 불량품 감소, 재작업 주기 단축, 고객 수용도 향상, 생산성 향상, 인증된 품질에 대한 잠재적 프리미엄 가격 책정.

표 5: ROI 스냅샷 예시

정확한 ROI를 계산하려면 금속 가치와 기존 스크랩 비율에 대한 현장별 입력이 필요합니다.

통합 및 설치 팁

• 재오염을 최소화하기 위해 용광로/래들 이송과 주입 스테이션 사이에 탈기 장치를 배치합니다.

• 가스 배관에 건식 라인과 오일 프리 컴프레서를 사용해야 합니다. 사용 지점 가스 여과 및 적절한 압력 조절기를 포함하세요.

• 오버헤드 리프팅 및 여유 공간으로 로터 유지보수를 위한 공간을 확보하세요.

• 추적성을 위해 각 처리 주기를 기록하기 위해 데이터 수집 및 SPC 시스템과의 통합을 고려하세요.

새로운 기술 및 연구 방향

로터 설계 최적화와 대체 가스 제거 모드에 대한 업계의 연구는 계속되고 있습니다. 최근 연구에서는 로터 형상이 더 높은 전단 또는 최적화된 임펠러 모양을 통해 매우 작은 버블 크기를 생성하여 버블 표면적을 늘리고 수소 확산 속도를 높이는 정제 개선이 강조되고 있습니다. 초음파 및 하이브리드 진공 로터 시스템은 특수 주조 환경에서 많은 플럭스를 사용하지 않고도 수소 함량을 더욱 낮추기 위해 시험 중에 있습니다.

제품 차별화: 공급업체에서 살펴봐야 할 사항

가스 제거 시스템을 비교할 때 평가합니다:

• 로터 기술 및 재료 옵션.

• 레시피 저장 및 추적성을 위한 데이터 출력 기능을 갖춘 제어 시스템.

• 기존 래들 및 필터링과의 통합 기능.

• 판매 후 지원, 예비 부품 리드 타임, 현지 서비스 엔지니어의 가용성.

• 안전 및 규정 준수 문서.

고품질 공급업체는 특정 로터 및 가스 설정에 대한 처리 시간 대비 수소 감소 성능 곡선을 제공하여 확실한 사이징을 가능하게 합니다.

자주 묻는 질문

1. 회전식 탈기 장치로 알루미늄에 대해 어느 정도의 수소 감소를 달성할 수 있습니까?
   일반적인 상용 로터리 시스템은 수소를 주조 허용에 적합한 목표 범위로 줄일 수 있지만, 정확한 ppm은 합금 및 공정 제어에 따라 달라집니다. 최종 승인을 위해서는 RPT 또는 수소 적정을 통한 검증을 권장합니다.

2. 아르곤과 질소 중 어떤 불활성 가스를 사용해야 하나요?
   아르곤은 일반적으로 제거 효율이 높고 민감한 합금에서 질화물 형성을 방지합니다. 질소는 덜 중요한 애플리케이션이나 비용 제약이 있는 경우에 사용할 수 있습니다.

3. 그라파이트 로터는 얼마나 자주 교체해야 하나요?
   교체 주기는 작동 시간, 합금 마모도, 로터 설계에 따라 달라집니다. 많은 파운드리에서는 계절별 일정에 따라 또는 지정된 가동 시간 후에 로터 검사 또는 교체를 계획합니다.

4. 플럭스가 가스 제거 장치를 완전히 대체할 수 있나요?
   플럭싱은 내포물 제거에 도움이 되고 표면 세척에 도움이 되지만 많은 정밀 주조에 필요한 낮은 수소 수준에 안정적으로 도달할 수 없으며, 플럭스는 탈기체와 함께 사용할 때 가장 효과적입니다.

5. 세라믹 폼 필터는 탈기 장치와 관련하여 어디에 설치해야 하나요?
   탈기 장치의 하류와 금형 바로 앞에 필터를 설치하여 포함 하중을 줄이고 캐비티로의 층류를 보장합니다.

6. 진공 가스 제거는 추가 비용을 지불할 가치가 있나요?
   수소를 최저 수준으로 최소화해야 하는 항공우주, 의료 또는 고성능 합금의 경우 진공 가스 제거가 정당화될 수 있습니다. 많은 산업용 주물의 경우 회전식 가스 제거가 더 나은 비용 이점을 제공합니다.

7. 프로덕션에서 가스 제거 성능을 확인하려면 어떻게 해야 하나요?
   감압 테스트와 주기적인 수소 적정을 사용합니다. 제어 차트를 유지 관리하여 추세를 모니터링하고 프로세스 편차를 감지합니다.

8. 가스 제거 효과를 떨어뜨리는 일반적인 작업자 실수에는 어떤 것이 있나요?
   습하거나 오염된 가스 사용, 피크 부하에 대비한 장치 크기 미달, 교대 근무 간 일관되지 않은 레시피는 모두 성능을 저하시킵니다. 레시피 잠금 및 정기적인 교육을 실시하세요.

9. 초음파 시스템을 기존 라인에 개조할 수 있나요?
   초음파 기술은 아직 본격적인 파운드리에는 틈새 시장이며 맞춤형 통합이 필요할 수 있습니다. 리트로핏 투자 전에 공정 조건에서 시험해 보는 것이 좋습니다.

10. 공급업체는 어떤 문서를 제공해야 하나요?
    성능 곡선, 합금별 권장 레시피 설정, 예비 부품 목록, 플럭스 안전 데이터 시트, 시운전 지원 세부 정보는 구매 결정에 필수적인 요소입니다.

케이스: 한 중견 파운드리는 수동 플럭스만 사용하는 방식을 로터리 디가서 및 세라믹 필터 조합으로 대체했습니다. 12개월 동안 다공성 관련 불량률이 약 1% 포인트 감소하고 가공 스크랩이 감소하여 투자 회수 기간이 18개월 미만으로 단축되었습니다.

패키징, 커미셔닝 및 교육 제공 체크리스트

유닛 요청을 조달할 때

• 고객 합금에 대한 현장 승인 테스트.

• 완전한 운영자 교육 매뉴얼 및 실습 세션.

• 예비 로터 및 소모품 키트.

• 유지 관리 일정 및 원격 진단 기능.

• SPC 및 추적성을 위한 데이터 내보내기 기능.

최신 용융 알루미늄 탈기 장치를 도입하면 용존 수소 및 비금속 개재물이 측정 가능하게 감소하여 주조 수율, 기계적 성능 및 다운스트림 공정 효율이 개선되며, 중대형 주조 하우스의 경우 이 장비는 일반적으로 정확한 크기와 제어된 공정 파라미터로 작동하는 경우 완제품 일관성을 높이는 동시에 스크랩률과 재작업이 감소합니다.