더 이상 할아버지의 주조소가 아닙니다.

파운드리는 혁신적인 기술 및 작업장 안전을 채택하여 계속 진화합니다.

주물 공장은 금속을 녹여서 틀에 부어 특정한 모양으로 주조하는 산업 공장입니다. 프로세스 자체는 수세기 전입니다. 오늘날 모든 제조 제품의 약 90%가 자동차와 트럭이 가장 큰 시장인 구성 부품용 금속 주물에 의존합니다. 알루미늄, 철 및 강철은 주조 공장에서 처리되는 가장 일반적인 합금입니다.

파운드리의 역사

여러 세대에 걸쳐 인류는 자연에서 발견되는 원료를 활용하는 혁신적인 방법을 찾았습니다. 금속 작업은 고대부터 문명의 일부였습니다. 고고학자들은 숭배 대상에서 전쟁 도구 및 무기에 이르기까지 다양한 유물을 발견했습니다. 사실, 인류 역사의 시대는 금속 기술의 발전을 따라 명명되었습니다:구리 시대, 청동기 시대, 철기 시대. 역사가들이 발견한 가장 오래된 주조물은 기원전 3300년경 미라와 함께 묻힌 구리 도끼입니다.

주조소와 용광로는 메소포타미아와 이라크 및 시리아 지역에서 유래했습니다. 점토 주물과 뜨거운 화덕을 사용하여 구리, 금, 은을 녹이고 모양을 만들었습니다. 이 원시적인 주조 공장은 구리를 녹여서 더 복잡한 형태를 만들 수 있었지만, 주석이 도입되고 나서야 금속 가공이 크게 발전했습니다. 주석을 첨가하면 두 금속이 녹고 첫 번째 합금인 청동이 형성되는 온도가 낮아졌습니다.

수세기와 세대를 거치면서 다양한 금속 가공 및 주조 기술이 개발되고 사라졌으며, 문화 및 기술 환경을 지배하기 위해 다른 문명이 등장했습니다. 주조소에서 금속을 주조하는 과정이 처음 문서화된 것은 중세 시대입니다. Vannoccio Biringuccio(1480-1539)는 "주조 산업의 아버지"로 알려져 있으며, 이 기술을 바탕으로 주조 공장에 대한 최초의 매뉴얼을 저술했습니다.

최초의 공식 주조 공장은 1479년 모스크바에 세워진 "Canon Shop"으로 알려졌습니다. 유럽의 14세기와 15세기 금속 주조 산업은 청동과 철종, 대포, 대포알 생산으로 알려지게 되었습니다.

북미에서는 금속 주조 산업이 신대륙 정착민의 발전을 지원하면서 성장했습니다. 개발 중인 도시와 도시의 수요를 공급하기 위해 더 발전되고 강력한 도구, 말굽, 철로가 필요했습니다.

Saugus Iron Works는 미국 최초의 주조 공장으로 1642년에 유럽 철강 제조업체에 의해 시운전되었습니다. 매사추세츠주 린에 설립된 이곳은 미국 철강 산업의 발상지로 알려지게 되었습니다.

파운드리 기술의 발전

주조 공정은 제품의 품질과 생산 효율성을 개선하고 신기술을 활용하기 위해 지속적으로 발전하고 있습니다. 개발의 혁신은 업계 역사상 중요한 순간에 금속 주조에서 상당한 발전을 가능하게 했습니다.

로 개발

석탄에서 파운드리 연료로 코크스로의 이동은 Abraham Darby가 개척했습니다. 1709년 그의 혁신은 효율성과 비용면에서 상당한 개선을 가져왔고 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 큰 용광로를 건설할 수 있게 했습니다.

용광로

Cupola 용광로는 1720년 프랑스인 René-Antoine Ferchault de Réaumur에 의해 개발되었습니다. 돔 모양의 구조는 장입물을 공급하기 위한 개구부와 정지 후 로를 비우기 위해 바닥에 힌지 도어가 있습니다. 코크스 베드는 송풍구(공기가 공급되는 개구부) 위의 녹는 금속, 코크스 및 석회석 플럭스 장입물을 지원합니다. 한때 Cupola 용광로가 주조 공장 환경을 지배했지만 이제는 더 효율적인 전기 유도 및 전기 아크 용광로로 대부분 대체되었습니다.

도가니 프로세스

18세기 영국에서 Benjamin Huntsman은 도가니 프로세스 개발의 배후에 있는 기업가였습니다. 이것은 강철이 주조 후 균일한 제품을 얻기 위해 완전히 녹을 수 있는 최초의 공정이었습니다.

전기로

상업용 전기 공급의 도입은 전기로의 발명에 기여했습니다. 흑연 전극은 전기 아크를 생성하고 철을 녹이기 위한 에너지원으로 전류를 공급합니다. 최초의 전기로는 1900년 프랑스의 Paul Héroult에 의해 만들어졌습니다. 1907년 미국에 상업 공장이 설립되었습니다. 이 용광로는 낮은 생산 속도에서 더 경제적이며 간헐적으로 작동할 수 있어 금속 주조 공장에 더 많은 유연성을 제공합니다.

전기 유도로

전기 유도로는 코일을 통해 흐르는 고전력 교류를 사용하여 금속에 와전류를 유도하여 열을 발생시키며 오늘날 생산 주조 공장에서 가장 흔히 볼 수 있습니다.

캐스팅 개발

고대에는 금속 주조가 점토 주형으로 이루어졌습니다. 위대한 아시리아 왕 중 하나인 스나케리브는 청동과 구리를 진흙 주형으로 주조하는 기술을 완성했다고 주장합니다. 시간이 지남에 따라 기술 발전은 주조 공정을 모래 주조에서 전자기 기술로 변화시켰습니다.

모래 주물

15세기 후반과 16세기 초반 주조공인 Vannochio Birringucio는 모든 형태의 주조 및 관련 작업에 관한 책을 저술했습니다. 이 책은 주조 기술의 다음 주요 단계인 모래 주조의 사용에 대해 설명합니다. 처음에는 모래가 결합제로 점토와 혼합되어 주조 중에 주형이 모양을 유지하지만 시간이 지남에 따라 새로운 유형의 모래와 결합제가 개발되었습니다.

녹색 모래는 오늘날 사용되는 가장 일반적인 재료 중 하나입니다. 역사적으로 녹색 모래는 규사, 벤토나이트 점토, 물 및 해탄으로 구성되었습니다. 그러나 바다 석탄은 오늘날 더 이상 일반적으로 사용되지 않으며 다른 재료로 대체되었습니다. 녹색 모래 주조가 일반적으로 사용되는 동안 "노 베이크", 화학 경화 또는 냉간 경화 공정이 오늘날의 주조 공장에서 주류가 되고 있습니다.

다이 캐스팅

다이캐스팅과 인베스트먼트 몰딩은 주조 마감의 품질과 생산 비용을 개선하기 위해 새로 사용 가능한 재료를 사용하는 현대적인 기술입니다. 다이캐스팅은 용융 금속을 고압으로 금형 캐비티에 밀어 넣는 것이 특징입니다. 주조되는 금속의 유형에 따라 고온 또는 저온 챔버 기계가 사용됩니다. 다이캐스팅은 우수한 표면 조도와 치수 일관성을 제공하는 것으로 알려져 있습니다.

연속 캐스팅

아마도 주조 공정의 가장 중요한 발전은 연속 주조 기계의 도입일 것입니다. 용융 금속을 주형에 붓고 천천히 빼내어 연속적인 길이의 응고된 금속을 만듭니다. 이 탄소강 주조 방법의 주요 장점은 일부 다운스트림 처리 단계가 필요 없다는 것입니다. 이러한 반제품은 압연을 통해 보다 쉽게 ​​완제품으로 변형될 수 있습니다.

영구 금형

21세기에는 전자기 기술의 도입으로 주조 공정이 한 단계 더 도약했습니다. 유도 코일은 전자기장을 생성하는 교류로 수냉식 금형 주위에 감겨 있습니다.

이러한 전자기장은 냉각 금속을 통과하여 용융 금속에 와전류를 형성하여 두 가지 긍정적인 결과를 초래합니다.

• 냉각 금속과 금형 표면 사이의 접촉이 "부드러우며" 마감 품질이 향상됩니다. 표준 수냉식 주조에서는 금형과의 "단단한" 접촉으로 인해 거친 미세 구조의 두꺼운 스킨이 형성됩니다. 이 스킨은 롤링 전에 밀링 처리되므로 제품이 크게 낭비되고 비용이 증가합니다.
• 입계 편석이 감소하여 금속의 균질성이 크게 향상되었습니다.

품질 개발

Henry Bessemer 경은 ​​전로의 발명으로 절정에 달한 용강에서 탄소와 과잉 산소를 제거하는 새로운 기술 뒤에 있는 혁신가였습니다. Bessemer는 용융 금속을 통해 산소를 불어넣으면 재료의 탄소 및 실리콘과 반응하여 불순물을 제거하지만 쉽게 붓기 위해 재료를 가열한다는 것을 발견했습니다.

컨버터는 이제 정밀한 탄소 함량 비율을 설정하고 요구되는 특정 제품 특성에 대해 합금 및 기타 첨가제를 추가하여 정밀한 품질 관리에 사용됩니다. 전기로에서 산소는 수조에 주입되어 탄소와 기타 많은 요소와 불순물을 "태워"버릴 수 있습니다. 이렇게 하면 초기 수조가 가능한 한 깨끗해지고 주조 공장에서 용융물을 완벽한 함량으로 합금할 수 있습니다. 유도 용융에서 주조 공장은 인피드 또는 용융 스크랩에서 생성된 수조로만 시작할 수 있습니다. 스크랩의 화학적 함량은 주조 공장이 처음에 사용하는 수조의 화학적 성질과 일치해야 합니다.

측정 및 제어 개발

생산 방법의 발전과 함께 제조가 아직 진행 중일 때 용융 금속의 실험실 테스트 방법에 진전이 있었습니다. 변환기에서 샘플을 추출하고 분광계 또는 X선 형광 분석을 사용하여 분석할 수 있습니다. 화학 성분에 대한 이 실시간 피드백은 제조업체가 붓기 전에 조정할 수 있는 기회를 제공하여 재작업으로 인한 귀중한 시간과 자원을 절약할 수 있습니다.

숙련된 작업자는 육안으로 주조 제품의 표면 결함 및 잠재적 결함을 찾아낼 수 있지만 비파괴 검사 방법의 개선으로 고객은 제품 무결성에 대한 보안을 강화할 수 있습니다.

• Dye Penetrant 및 Fluorescent Powder는 침투성 오일에 현탁되어 완성된 주물의 표면에 적용할 수 있습니다. 표면 균열 및 흠집은 현상액을 바르거나 자외선이 있는 곳에서 즉시 볼 수 있습니다.
• 방사선 검사는 내부 구멍, 균열 또는 개재물을 식별하는 가장 효과적인 방법입니다. 깁스는 엑스선관의 방사선에 노출되고 방사선 필름에 생성된 이미지는 캐스트의 밀도 변화를 나타냅니다. 이 방법의 장점은 엑스레이가 영구적인 기록 역할을 하여 품질 및 안전 관리를 위한 수명 주기 동안 제품과 함께할 수 있다는 것입니다.
• 액상 염료 침투 검사(LPI)는 육안으로 보기 힘든 철 및 비철 주조 모두에서 미세한 균열, 기공 또는 기타 표면 결함을 찾을 수 있습니다. LPI는 주물 표면에 유색 염료 오일 용액을 사용하여 표면 결함을 찾아냅니다. 특수 개발자가 적용되면 결함이 명확하게 표시됩니다.
• 자기 입자 검사(MPI)는 철 금속의 표면 불연속 위치를 식별하는 데 도움이 됩니다. 또한 자화력이 표면에서 누설 필드를 생성하기에 충분한 경우 표면 아래 결함을 나타낼 수도 있습니다. 이 시험에서는 강자성체에 자속을 유도한다. 경로의 갑작스러운 불연속성은 국부적인 자속 누설 필드를 초래합니다. 미세하게 쪼개진 강자성 물질 입자를 근처로 가져오면 누설 필드에 대한 낮은 자기 저항 경로를 제공하고 대략적으로 유효 경계의 윤곽을 나타내는 위치를 취합니다. 검사 대상 주물은 자화되고 표면은 자성 가루로 덮여 있습니다. 저속 기류는 과도한 분말을 날려 버리고 나머지 분말 입자에 의해 결함이 윤곽을 드러냅니다. 분말은 자화 전류가 흐르는 동안(연속 방식) 또는 전류가 차단된 후(잔류 방식) 적용될 수 있습니다. 등유와 유사한 경질 석유 증류액에 건조하거나 현탁하여 사용할 수 있습니다.

자성 입자 검사

MPI(Magnetic Particle Inspection)는 자속을 사용하여 표면 결함을 확인하는 일종의 비파괴 검사입니다. 작업자가 오일 및 가스 용접에 대한 비파괴 테스트를 수행하는 모습을 지켜보십시오.

• 초음파 검사(UT)는 주물에 전달되는 고주파 음향 에너지를 사용하여 소리를 통해 내부 결함을 식별합니다. UT는 주물의 단면적 조사를 허용하므로 체적 검사 방법으로 간주됩니다. 고주파 음향 에너지는 반대쪽 표면, 계면 또는 결함에 닿을 때까지 주물을 통해 이동합니다. 인터페이스 또는 결함은 수신 장치에 수집되어 분석가가 볼 수 있도록 표시되는 에너지의 일부를 반영합니다. 에너지 편향 패턴은 내부 결함의 위치와 크기뿐만 아니라 연성 철의 벽 두께와 결절 수를 나타낼 수 있습니다. UT는 결과의 정확한 해석을 위해 지식과 경험이 필요하므로 검사 비용이 추가됩니다.

안전 개발

주조소에서 일하는 것은 위험한 직업입니다. 작업자에 대한 잠재적인 위해를 제거하기 위해 제어해야 하는 수많은 화학적, 기계적 및 온도 위험이 있습니다.

근로자의 안전을 향상시킨 핵심 분야 중 하나는 산업의 기계화입니다.

이전에는 국자를 사람이 처리하고 집어 들고 주조장 주변으로 이동했습니다. 그런 다음 작동자가 용융 금속 용기 옆에 서 있지 않고 멀리서 국자를 작동하고 제어할 수 있도록 기어식 국자가 도입되었습니다. 국자를 붓기 위한 위치로 들어올리기 위해 크레인이 도입되었지만 생산 환경의 소음과 시야 제약으로 인해 크레인 운전자는 여전히 사고를 일으키기 쉽습니다. 프로세스 크레인은 레이들이 리프트가 있는 사전 설정된 트랙에서 작동하는 최신 개발품으로, 정상 작동 조건에서 작업자가 움직이는 레이들 경로에 있을 가능성을 제거합니다.

파운드리의 미래

미래 기술 동향

효율성은 파운드리의 기술 발전을 주도하는 주된 동기입니다. 지속 가능한 제조와 관련된 비용 절감에 대한 강조로 인해 에너지 소비를 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. 파운드리의 적은 노동력도 부상의 가능성을 줄이고 생산을 최적화할 것입니다.

자동화의 개선과 응고 시뮬레이션 소프트웨어와 같은 컴퓨터 시뮬레이션으로의 이동은 노동에 대한 파운드리 산업의 의존도를 줄이고 정확성과 효율성을 향상시킬 것입니다. 컴퓨터 지원 프로세스 시뮬레이션은 이제 충분히 성숙한 프로세스 모델을 제공합니다. 이를 통해 파운드리 엔지니어는 실제 세계에 대비하여 가상 세계를 사용할 수 있으므로 시험 반복 횟수를 최소화할 수 있습니다.

좌표 측정기(CMM)는 기계 가공 산업의 작업 현장에 새로운 차원의 정밀 측정을 제공합니다. 구멍, 슬롯, 용접 부품 및 변형 검사를 신속하게 수행하여 주기 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 스캔한 데이터는 손쉬운 해석을 위해 그래픽 보고서의 촉각 결과와 결합됩니다. CMM은 생산성을 높이고 실용적인 통찰력을 제공하는 원동력입니다.

미래 시장 동향

파운드리 시장은 지난 10년 동안 주요 대기업으로 통합되면서 지배되었습니다. 규모의 경제는 이러한 추세의 핵심 동인이며 가까운 미래에도 계속될 것입니다. 더 작고 덜 효율적인 운영은 시장의 경쟁력으로 인해 계속 폐쇄될 것입니다.

미래의 환경 및 안전 동향

금속 재활용은 지속 가능한 개발의 성공 사례 중 하나이지만 금속 주조 공정과 관련된 다른 제품의 지속 가능한 사용을 개발할 필요가 남아 있습니다. 슬래그와 사용된 곰팡이 모래를 사용하는 새로운 방법은 폐기물 처리에 대한 지속적인 규제 개선을 따라잡기 위해 계속 식별되고 탐구될 것입니다.

로봇 기술의 급속한 발전은 위험한 상황에 대한 인간의 노출을 줄일 수 있는 기회의 문을 열었습니다. 산업 환경을 위한 로봇 기술의 혁신가들은 완전히 자동화되고 작업장에서 사람의 개입이 필요하지 않은 로봇 작업 셀을 개발하고 있습니다.

파운드리와 그들의 지속적인 발전

금속 주조는 고대부터 인간 사회의 일부였으며 그 사용과 발전은 나날이 발전하고 있습니다.

오늘날 주조 금속 제품은 다양한 방식으로 우리의 삶에 영향을 미칩니다. 자동차 부품, 주방용품, 도구 및 기타 많은 일상 용품은 모두 주조 공장의 제조 공정의 결과입니다.

수세기 동안 기술은 주물 금속 제품의 일관성과 품질 관리를 개선하는 동시에 작업자의 산업 안전을 개선하고 효율성을 높여 비용을 절감하는 극적인 발전을 이루었습니다. 파운드리의 역사를 연구하면 이 산업을 발전시키는 데 각자 역할을 해온 뛰어난 기업가, 엔지니어, 혁신가 및 문제 해결사를 알 수 있습니다.

글로벌 시장의 경제적 압박은 혁신, 일관성 및 효율성을 보상하는 환경을 계속해서 만들고 있습니다. 향후 수십 년은 빅 데이터 및 로봇의 사용과 같은 흥미로운 신기술과 합병 및 업그레이드를 통한 새로운 비즈니스 모델을 생산할 것입니다. 지속 가능한 제조를 향한 글로벌 트렌드는 업계의 환경 및 안전 개선을 지속적으로 주도할 것이며 이는 근로자와 지역 사회 모두에게 혜택을 줄 것입니다.

참조

• 산업용 금속 주물. "금속 주조의 역사"
• 무료 사전. "파운드리 산업"
• 와우파카 주조소. "금속 주조 역사"
• 미국 국립 공원 관리국. “소거스 제철소 국립 사적지”
• 브리태니커 백과사전. "큐폴라 용광로"
• 미국 시리아 연구 재단. "고대 세계에서 발명의 맥락"
• 일본 철강 연구소. "지난 100년 동안의 제강 기술"
• 미국 주조 협회. "우리 세계의 주물"
• 금속 기술. "금속 주조의 역사"
• AMAG. "EMC 기술은 품질과 비용 효율성을 높입니다."
• 티피. 주물. "파운드리 산업:간략한 역사 및 정의"