금속 용해 및 붓기

주조로에서 금형으로

주조소는 극적입니다. 열로 빛나는 거대한 용광로는 금속 덩어리를 흐르는 불 같은 액체로 변형시킵니다. 준비가 되면 내용물을 스파크 소나기 속에서 기다리고 있는 국자에 붓습니다. 작업자는 온도와 재료의 위험으로부터 보호하면서 열 차폐 뒤의 주형으로 용광로에서 금속의 흐름을 안내합니다. 주조 공장은 일상적인 물건을 만드는 특별한 과정을 통해 디자인이 현실이 되는 곳입니다. 다양한 합금에 필요한 온도를 생성하고 유지하는 혁신은 야금학의 발전 중 일부입니다. 금속을 녹이고 붓는 작업은 역사책의 한 장면처럼 보이지만 가장 흥미로운 과학이 일어나고 있는 곳입니다.

주조 금속의 제조는 금속을 액체 상태로 만들기에 충분히 뜨거워질 수 있는 용광로에 의존합니다. 인류 역사상 최초의 광석 제련은 납과 주석이었습니다. 이 부드러운 금속은 화덕의 열에 녹일 수 있습니다. 더 강한 금속을 만들기 위해 야금술사들은 나무 불꽃 이상의 무언가가 필요했습니다.

고열과 인간의 발전

청동기 시대는 구리의 강도에 의존했습니다. 구리는 모닥불보다 최소 200°C 더 뜨거운 도자기 가마에서 우연히 처음 제련되었을 수 있습니다. 그 당시의 기록이 부족하여 확신하기 어렵습니다. 청동기 시대에는 가마와 같은 용광로를 사용하여 다양한 온도에서 녹은 암석에서 다양한 원소 성분을 추출했으며, 구리는 좋은 황동과 청동을 만들기 위한 최고의 상이었습니다.

철기 이전에 인간이 철을 사용했다는 증거가 있습니다. 그러나 이 아이템들은 말 그대로 하늘에서 떨어진 가공된 철로 만들어졌습니다. 운석은 지상의 철에 비해 비교적 순수한 형태입니다. 그것은 가열되어 발견 된대로 작동 할 수 있습니다. 그러나 진정한 철기 시대는 사람들이 광석에서 유용한 철을 추출하는 방법을 알아냈을 때 시작되었으며, 이를 위해서는 용융이 부드럽고 찹쌀과 같거나 거의 액체 또는 액체 상태가 되어야 합니다. 이러한 발전은 서로 다른 시기에 세계의 다른 지역에 왔지만, 블루머리 용광로의 발명과 철 야금에 대한 지식의 느린 구축을 수반했습니다. 블루머리 용광로는 금속을 용융 상태로 만드는 대신 철이 순도에 도달할 수 있을 만큼 충분히 뜨거워지지만 철 화학의 느린 발견을 도왔습니다. 철을 녹이는 것은 한 가지입니다. 사용할 수 있는 강한 금속을 만들기 위해서는 탄소의 적절한 추가가 필요하며, 블루머리 용광로는 탄소 연료에 의존했습니다. 용광로가 철을 녹일 만큼 뜨거워지면 야금학자도 산화물 형성을 방지하여 최종 금속을 정제하는 데 사용되는 첨가제인 플럭스에 대한 이해를 발전시켜야 했습니다.

용광로와 화학의 혁신적인 결합으로 인한 발전은 인류 역사를 통해 계속되었습니다. 야금술의 발전은 이름에 근거하여 청동기와 철기 시대를 분명히 알렸습니다. 산업 혁명은 우리를 철강 시대로 접어들었습니다. 내연 기관, 철도 및 현대식 건축 방식은 Bessemer 공정이라는 중요한 발전 없이는 불가능할 것입니다. 이 공정은 용강을 통해 산소를 기포로 만들어 더 높은 온도와 더 빠른 생산 시간을 허용하여 고품질 철강의 대량 생산을 가능하게 합니다.

용해 vs. 제련

제련은 채굴된 광석에서 금속 원소를 제거하는 과정입니다. 대부분의 금속은 암석의 정맥이나 다른 원소의 일부로 발견됩니다. 제련은 추출의 첫 번째 단계입니다. 용융은 금속 합금 또는 순수 금속으로 수행되는 작업입니다. 스크랩이 녹고 광석이 제련됩니다. 선철은 철광석을 제련하여 만든 거친 철괴입니다.

용광로

가압 가스가 주입되는 매우 높은 용광로인 고로는 제련에 사용됩니다. 고로는 주로 선철과 같은 중간 합금의 잉곳을 생산합니다. 이 잉곳은 제조와 관련된 주조 공장으로 배송됩니다.

제조 주조 공장에서는 합금과 첨가제를 사용하여 용융하여 다른 유형의 용해로에서 특정 등급의 주물을 만듭니다.

주물 용해로 유형

전통적으로 용광로와 도가니 용광로는 주조용 금속을 단조하는 가장 일반적인 방법이었습니다. 현대에는 전기로와 유도로가 일반적입니다.

도가니 용광로

도가니로는 금속로의 가장 기본적인 형태입니다. 도가니는 매우 높은 온도를 견딜 수 있는 재료로 만들어진 용기로, 종종 세라믹 또는 기타 내화 재료로 만들어집니다. 냄비가 불 속에 앉는 것처럼 열원에 놓입니다. 도가니는 금속 및 첨가제로 채워지거나 충전됩니다. 현대 시대에도 도가니 용광로는 보석 제작자, 뒷마당 애호가, 일부 비철 주조 공장 및 매우 작은 배치 작업을 수행하는 주조 공장에서 여전히 사용하고 있습니다. 도가니는 보석상에서와 같이 토치로 금속을 녹이는 아주 작은 컵부터 50lbs의 재료가 들어 있는 큰 용기까지 다양합니다. 더 큰 도가니는 종종 가마와 같은 용광로 안에 들어가며, 부어 올리기 위해 들어 올리거나 상단에서 재료를 퍼낼 수 있습니다.

큐폴라 용광로

큐폴라 용광로는 길고 굴뚝과 같으며 석탄 코크스 및 기타 첨가제로 채워져 있습니다. 용광로 내부의 연료에 불을 붙이고 용광로가 충분히 뜨거워지면 돼지와 고철을 직접 투입한다. 코크스와 첨가제 주변의 철을 녹이는 과정은 탄소 및 기타 요소를 추가하고 다양한 등급의 철과 강철을 생산합니다. 전기 아크 및 유도 방법이 필요한 열을 생성하는 데 더 효율적이기 때문에 큐폴라 용광로는 더 이상 일반적으로 생산에 사용되지 않습니다. 그러나 Da Shu Hua의 비디오에서처럼 전통적으로 용광로를 계속 작동시키는 곳이 있습니다. 중국의 주조 공장에서 쇳물을 벽에 던져 새해를 맞이하는 극적인 불꽃을 만들어내는 장면입니다.

전기 아크로

(EAF)는 1800년대 후반에 사용되었습니다. 전극은 용광로 내부의 금속을 통해 전류를 흐르게 하므로 한번에 많은 양을 녹일 때 외부 열을 가하는 것보다 효과적입니다. 철강 생산에 사용되는 대형 EAF는 최대 400톤을 수용할 수 있습니다. 이 강철의 "충전물"은 종종 슬래브 및 빔과 같은 중철, 자동차 및 기타 재활용품의 파쇄된 스크랩, 제련소의 선철 주괴로 만들어집니다.

탱크가 채워진 후 전극이 금속에 배치되고 전기 아크가 전극 사이를 통과합니다. 금속이 녹기 시작하면 전극이 혼합물 속으로 더 멀리 밀려나거나 떨어져서 더 큰 호를 생성할 수 있습니다. 공정을 가속화하기 위해 열과 산소가 추가될 수 있습니다. 용융 금속이 형성되기 시작하면 금속 위에 생성된 슬래그가 EAF의 지붕 및 기타 구성 요소를 보호하는 담요 역할을 하므로 전압을 높일 수 있습니다.

모든 것이 녹으면 용광로 전체가 기울어져 액체 금속이 아래의 국자로 배출됩니다. 때로는 국자 자체가 부어지기 전에 금속을 뜨겁게 유지하는 작업을 수행하는 더 작은 EAF 용광로가 될 수 있습니다.

유도로

전기 아크가 아닌 자기장으로 작업하십시오. 코일형 구리로 만들어진 강력한 전자석으로 둘러싸인 도가니에 금속이 충전됩니다. 유도로가 켜지면 코일은 교류를 도입하여 빠르게 역전되는 자기장을 생성합니다. 금속이 녹으면서 전자석은 액체 내에서 재료를 스스로 휘젓는 소용돌이를 생성합니다. 유도로의 열은 철 자체에 있는 분자의 여기에 의해 생성됩니다. 즉, 도가니에 들어가는 것이 무엇이든 정확히 나옵니다. 시스템에 산소나 기타 가스가 추가되지 않습니다. 이는 용융 중 제어할 변수가 적다는 것을 의미하지만 유도로를 사용하여 철강을 정제할 수 없음을 의미하기도 합니다. 들어가는 것은 나옵니다. EAF로와 마찬가지로 유도로는 종종 아래의 국자로 기울어져 배출됩니다.

유도로는 매우 일반적이며 고품질 입력이 제공될 때 작동이 간단합니다. 일반 모델은 한 번 충전할 때마다 65톤의 강철을 생산할 수 있습니다.

주조장 바닥의 모든 용광로는 치명적인 적인 증기에 직면해 있습니다. 물은 소량이라도 튀거나 폭발을 일으킬 수 있으므로 모든 스크랩 및 합금철과 생산에 사용되는 모든 도구는 사용 전에 건조해야 합니다. 고철에는 물이나 증기가 갇힐 수 있는 폐쇄된 영역이 없어야 합니다. 주조 공장 작업자가 사용하는 도구라도 결로나 습기가 없어야 합니다. 많은 주조 공장에는 주조 용광로에 닿기 전에 스크랩과 도구가 완전히 건조되도록 건조 오븐이 있습니다.

주물 국자

금속이 녹은 후에는 금형에 넣어야 합니다. 소규모 주물 공장에서는 이 모든 것이 한 단계에서 발생할 수 있습니다. 기울이거나 들어 올리는 도가니는 용광로에서 모래로 금속을 가져올 수 있습니다. 그러나 용광로가 많은 양의 금속을 담을 때는 비실용적입니다. 일반적으로 철제 제조에서 국자는 주 용광로에서 용융물의 더 작은 부분을 이송합니다.

이러한 시스템에서 국자는 금속을 금형으로 직접 가져올 수 있습니다. 그러나 이송 국자는 액체를 저장 탱크 또는 2차 용광로로 가져갈 수 있습니다. 처리 국자는 제빵사가 다른 조리법의 기초로 사용하기 위해 기본 반죽을 분리하는 것처럼 용융물을 부분으로 나누는 데 사용되는 또 다른 사용 가능한 유형입니다. 예를 들어, 액체 주철은 처리 국자에 작용제를 추가하여 그 안에 있는 탄소를 박편이 아닌 구형으로 만들어 연성 철이라고 하는 가단성 금속을 생성할 수 있습니다.

국자는 매우 작고 주조 공장 작업자가 들어 올릴 수 있거나 많은 양의 금속을 담을 수 있고 기계적 지원이 필요할 수 있습니다. 가장 큰 국자는 국자차나 오버헤드 크레인 또는 트랙 시스템으로 주조 공장을 통과합니다.

모든 종류의 국자는 붓는 동안 작업자를 튀김, 화염 또는 스파크로부터 보호하도록 설계되었습니다. 일부 국자는 상단 립 또는 주입구 위에 부어지며 기울어져야 합니다. 이러한 국자는 주조 공장 작업자가 붓는 속도를 신중하게 제어할 수 있도록 하는 기어가 있는 경우가 많습니다. 다른 국자는 양동이 바닥에 주입구가 있고 플러그를 제거하고 교체하여 주입을 제어합니다.

합금 혼합

금속 합금은 각 유형의 백분율과 제조 단계를 지정하는 공식에 의해 표준화된 원소의 혼합물로 만들어집니다. 주조 공장의 용해로 및 처리 국자는 이러한 합금 유형이 주조용으로 만들어지는 곳입니다.

주조 공장은 종종 철을 함유한 철 합금이나 귀금속, 구리 기반 또는 알루미늄 기반 합금과 같은 특정 비철 합금을 전문으로 합니다.

철 합금은 철과 강으로 분류됩니다. 주철 합금에는 규소를 포함하는 회주철과 구형 탄소 유형을 갖는 연성 철이 포함됩니다. 주강의 등급은 혼합물에 포함된 탄소 및 기타 첨가제의 비율로 정의됩니다. 스테인리스 스틸은 크롬이 포함된 강철로 부동태화를 통해 녹을 방지합니다.

비철 합금에는 다른 모든 금속이 포함되므로 비철 주조 공장에서 더 많은 전문화가 진행되는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 아연을 전문으로 하는 곳도 있고 알루미늄을 전문으로 하는 곳도 있습니다. 다른 것들은 주로 황동 및 청동과 같은 구리 기반 합금으로 작업합니다. 그러나 크로스오버가 있습니다. 예를 들어, 특정 주조 공장이 청동과 알루미늄을 모두 사용한다면 각각의 특정 등급을 전문으로 취급할 것입니다.

주조 공장에서 어떤 합금을 사용하든, 용융 금속을 만들고 공극으로 주조하여 모양을 만드는 전제는 동일합니다. 금속이 금형에 들어가는 순간 아이디어가 현실이 됩니다.

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