알루미늄 잉곳이란?

알루미늄 잉곳이란?

알루미늄은 은백색 금속으로 지각에서 산소와 규소 다음으로 세 번째로 중요한 원소입니다. 알루미늄의 밀도는 철의 34.61%, 구리의 30.33%에 불과하여 경금속이라고도 합니다. 알루미늄은 생산량과 소비량이 세계 철강 다음으로 많은 비철 금속입니다. 알루미늄은 가볍기 때문에 자동차, 기차, 지하철, 선박, 비행기, 로켓, 우주선 등 육·해·공기 운송 수단의 제조에 자주 사용되어 자체 무게를 줄이고 하중을 증가시킵니다. 우리 일상생활에서 사용되는 원자재는 알루미늄 잉곳이라고 합니다. 국가 표준(GB/T 1196-2008)에 따르면 "재용해용 알루미늄 잉곳"이라고 해야 하지만, 일반적으로는 "알루미늄 잉곳"이라고 부릅니다. 알루미늄 잉곳은 알루미나-크리올라이트를 이용한 전기 분해로 생산됩니다. 알루미늄 잉곳은 산업 분야에 적용되면 주조 알루미늄 합금과 변형 알루미늄 합금의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 주조 알루미늄 및 알루미늄 합금은 주조법으로 생산된 알루미늄 주물입니다. 변형 알루미늄 및 알루미늄 합금은 압력 가공법으로 생산된 가공 알루미늄 제품입니다. 판, 스트립, 포일, 튜브, 막대, 형재, 선재 및 단조품이 있습니다. 국가 표준에 따르면 "재용해 알루미늄 잉곳은 화학 성분에 따라 Al99.90, Al99.85, Al99.70, Al99.60, Al99.50, Al99.00, Al99.7E, Al99.6E의 8가지 등급으로 나뉩니다." (참고: Al 뒤의 숫자는 알루미늄 함량입니다.) 일부에서는 "A00" 알루미늄이라고 부르는데, 이는 실제로 순도 99.7%의 알루미늄이며, 런던 시장에서는 "표준 알루미늄"이라고 불립니다. 1950년대 우리나라의 기술 표준은 구소련에서 유래했습니다. "A00"은 소련 국가 표준에서 러시아 브랜드입니다. "A"는 러시아어 문자이며, 영어 "A"나 중국어 발음 기호의 "A"가 아닙니다. 국제 표준에 부합한다면 "표준 알루미늄"이라고 부르는 것이 더 정확합니다. 표준 알루미늄은 99.7%의 알루미늄을 함유한 알루미늄 잉곳으로, 런던 시장에 등록되어 있습니다.

알루미늄 잉곳은 어떻게 만들어지나요?
알루미늄 잉곳 주조 공정은 용융 알루미늄을 금형에 주입하여 냉각 후 주조 슬래브 형태로 꺼내는 과정입니다. 이 주입 공정은 제품 품질에 중요한 단계입니다. 주조 공정은 또한 액체 알루미늄을 고체 알루미늄으로 결정화하는 물리적 과정이기도 합니다.
알루미늄 주괴 주조 공정 흐름은 대략 다음과 같습니다.알루미늄 추출-슬래깅-픽업-원료-로적재-정련-주조-재용해용 알루미늄 주괴-완제품 검사-완제품 검사-알루미늄 출고-슬래깅 오프-픽업-원료-로적재-세척-주조-합금 주괴-주조합금 주괴-완제품 검사-완제품 검사-입고

일반적으로 사용되는 주조 방법은 연속 주조와 수직 반연속 주조로 나뉜다.

연속 주조

연속 주조는 혼합로 주조와 외주 주조로 나눌 수 있으며, 모두 연속 주조기를 사용합니다. 혼합로 주조는 용융 알루미늄을 혼합로에 주입하는 공정으로, 주로 재용해 및 합금 주조용 알루미늄 잉곳을 생산하는 데 사용됩니다. 외주 주조는 래들에서 주조기로 직접 주입하는 방식으로, 주조 장비가 생산 요건을 충족하지 못하거나 유입되는 원료의 품질이 너무 나빠서 직접 로에 주입할 수 없는 경우에 주로 사용됩니다. 외부 열원이 없기 때문에, 알루미늄 잉곳의 외관을 좋게 하기 위해 래들의 온도가 일정하게 유지되어야 하는데, 일반적으로 여름에는 690~740°C, 겨울에는 700~760°C입니다.

혼합로에서 주조하려면 먼저 재료를 혼합한 다음 혼합로에 붓고 균일하게 교반한 다음 정제를 위해 플럭스를 첨가해야 합니다.주조 합금 잉곳은 30분 이상 정화해야 하며, 정화 후 슬래그를 주조할 수 있습니다.주조 중 혼합로의 노심은 주조기의 두 번째 및 세 번째 주형과 정렬되어 액체 흐름이 바뀌고 주형이 변경될 때 어느 정도의 이동성을 확보할 수 있습니다.노심과 주조기는 런더로 연결됩니다.런더가 짧은 것이 알루미늄 산화를 줄이고 와류 및 튀는 현상을 방지할 수 있습니다.주조기가 48시간 이상 정지된 경우, 재가동하기 전에 주형을 4시간 동안 예열해야 합니다.용융 알루미늄은 런더를 통해 주형으로 유입되고, 용융 알루미늄 표면의 산화막은 삽으로 제거되는데, 이를 슬래깅이라고 합니다. 한 금형이 채워진 후, 런더는 다음 금형으로 이동하고, 주조기는 계속해서 전진합니다. 금형은 순차적으로 전진하고, 용융 알루미늄은 점차 식습니다. 주조기 중간에 도달하면 용융 알루미늄은 알루미늄 잉곳으로 응고되고, 프린터가 용융 번호를 표시합니다. 알루미늄 잉곳이 주조기 상단에 도달하면 완전히 알루미늄 잉곳으로 응고됩니다. 이때 금형이 뒤집히고 알루미늄 잉곳이 금형에서 배출되어 자동 잉곳 수용 트롤리로 떨어지고, 스태커가 자동으로 잉곳을 쌓고 묶어 완성된 알루미늄 잉곳이 됩니다. 주조기는 물을 분사하여 냉각하지만, 주조기가 완전히 한 바퀴 회전한 후에 물을 공급해야 합니다. 용융 알루미늄 1톤은 약 8~10톤의 물을 소모하며, 여름에는 표면 냉각을 위해 송풍기가 필요합니다. 잉곳은 평평한 주형 주조물이며, 용융 알루미늄의 응고 방향은 아래에서 위로 향하고, 상단 중앙 부분이 최종적으로 응고되어 홈 모양의 수축을 남깁니다. 알루미늄 잉곳의 각 부분의 응고 시간과 조건은 동일하지 않으므로 화학 조성도 다르지만, 전체적으로는 표준에 부합합니다.

재용해용 알루미늄 주괴의 일반적인 결함은 다음과 같습니다.

① 기공. 주된 원인은 주조 온도가 너무 높고, 용융 알루미늄에 가스가 더 많이 포함되어 있으며, 알루미늄 잉곳 표면에 기공(핀홀)이 많고, 표면이 검으며, 심한 경우 열균열이 발생하기 때문입니다.
② 슬래그 혼입. 주된 원인은 슬래그가 깨끗하지 않아 표면에 슬래그가 혼입되는 것이고, 두 번째는 용융 알루미늄의 온도가 너무 낮아 내부에 슬래그가 혼입되는 것입니다.
③ 잔물결 및 섬광. 주된 원인은 작동이 원활하지 않거나, 알루미늄 잉곳이 너무 크거나, 주조기가 원활하게 작동하지 않기 때문입니다.
④ 균열. 저온 ​​균열은 주로 주조 온도가 너무 낮아 알루미늄 잉곳의 결정이 치밀하지 않아 느슨해지거나 균열이 발생하여 발생합니다. 열 균열은 주조 온도가 높을 때 발생합니다.
⑤ 성분 분리. 주로 합금 주조 시 혼합 불균일로 인해 발생합니다.

수직 반연속 주조

수직 반연속 주조는 주로 알루미늄 와이어 잉곳, 슬래브 잉곳 및 다양한 이형 합금의 생산에 사용되며, 프로파일 가공에도 사용됩니다. 용융 알루미늄은 배칭 후 혼합로에 주입됩니다. 와이어의 특수한 요구 사항으로 인해, 주조 전에 용융 알루미늄에서 티타늄과 바나듐(와이어 잉곳)을 제거하기 위해 중간판 Al-B를 첨가해야 합니다. 슬래브에는 정련 처리를 위해 Al-Ti-B 합금(Ti5%B1%)을 첨가해야 합니다. 표면 조직을 미세하게 합니다. 고마그네슘 합금에 2# 정련제를 5% 첨가하고 균일하게 교반한 후 30분간 방치하여 스컴을 제거한 후 주조합니다. 주조 전에 주조기 섀시를 들어 올리고 압축 공기를 사용하여 섀시의 습기를 제거합니다. 그런 다음 베이스 플레이트를 결정기로 올리고 결정기 내벽에 윤활유 층을 바르고 워터 재킷에 냉각수를 넣고 건조하고 예열된 분배 플레이트, 자동 조절 플러그 및 세탁기를 제자리에 끼워 분배 플레이트의 각 포트가 결정기 중앙에 위치하도록 합니다.주조 시작 시 자동 조절 플러그를 손으로 눌러 노즐을 막고 혼합로의 퍼니스 눈을 잘라 알루미늄 액체가 세탁기를 통해 분배 플레이트로 흐르도록 합니다.알루미늄 액체가 분배 플레이트에서 2/5에 도달하면 자동 조절 플러그를 놓습니다.용융 알루미늄이 결정기로 흐르고 섀시에서 용융 알루미늄이 냉각되도록 플러그를 조절합니다.알루미늄 액체가 결정기에서 30mm 높이에 도달하면 섀시를 낮추고 냉각수를 보내기 시작합니다.자동 조절 플러그는 결정기로 알루미늄 액체의 균형 잡힌 흐름을 제어하고 결정기에서 알루미늄 액체의 높이를 변경하지 않습니다. 용탕 알루미늄 표면의 스컴과 산화막은 적절한 시기에 제거해야 합니다. 알루미늄 잉곳의 길이가 약 6m가 되면 노의 구멍을 막고 분배판을 제거한 후, 알루미늄 액이 완전히 응고되면 급수를 중단하고 워터 재킷을 제거한 후, 모노레일 크레인으로 주조 알루미늄 잉곳을 꺼내 필요한 크기에 맞춰 톱질 기계에 올려놓습니다. 톱질하여 다음 주조를 준비합니다. 주조 시, 혼합로 내 용탕 온도는 690~710°C, 분배판 내 용탕 온도는 685~690°C로 유지하며, 주조 속도는 190~210mm/min, 냉각수 압력은 0.147~0.196MPa로 유지합니다.

주조 속도는 정사각형 단면을 가진 선형 주괴에 비례합니다.
VD=K 여기서 V는 주조 속도(mm/min 또는 m/h)이고, D는 잉곳 단면의 측면 길이(mm 또는 m)이고, K는 상수 값(m2/h)이며 일반적으로 1.2～1.5입니다.

수직 반연속 주조는 순차적인 결정화 방법입니다. 용융 알루미늄이 주조 구멍에 들어간 후, 바닥판과 주형 내벽에서 결정화가 시작됩니다. 중앙과 측면의 냉각 조건이 다르기 때문에 결정화는 낮은 중간과 높은 주변부 형태를 형성합니다. 섀시는 일정한 속도로 하강합니다. 동시에 상부에는 액체 알루미늄이 연속적으로 주입되어 고체 알루미늄과 액체 알루미늄 사이에 반고체 영역이 형성됩니다. 액체 알루미늄은 응축될 때 수축하고 결정화기 내벽에 윤활유 층이 있기 때문에 섀시가 하강하면서 응고된 알루미늄이 결정화기에서 빠져나옵니다. 결정화기 하부에는 원형의 냉각수 구멍이 있으며, 냉각수는 빠져나갈 때까지 분사될 수 있습니다. 알루미늄 잉곳의 표면은 전체 와이어 잉곳이 주조될 때까지 2차 냉각됩니다.

순차적 결정화는 비교적 만족스러운 응고 조건을 확립할 수 있으며, 이는 결정립 크기, 기계적 성질 및 전기 전도도에 유리합니다. 비교 잉곳의 높이 방향 기계적 성질에는 차이가 없으며, 편석도 적고, 냉각 속도가 빠르며, 매우 미세한 결정 구조를 얻을 수 있습니다.

알루미늄 와이어 잉곳의 표면은 평평하고 매끄러워야 하며, 슬래그, 균열, 기공 등이 없어야 합니다. 표면 균열의 길이는 1.5mm를 초과해서는 안 되며, 표면의 슬래그 및 주름의 깊이는 2mm를 초과해서는 안 됩니다. 또한, 단면에는 균열, 기공, 슬래그 개재물이 없어야 합니다. 1mm 미만의 슬래그 개재물은 5개 이하이어야 합니다.

알루미늄 와이어 잉곳의 주요 결함은 다음과 같습니다.

① 균열. 용탕 알루미늄의 온도가 너무 높고, 속도가 너무 빠르며, 잔류 응력이 증가하기 때문입니다. 용탕 알루미늄의 규소 함량이 0.8%를 초과하면 알루미늄과 규소의 용융물이 형성되고, 이후 일정량의 유리 규소가 생성되어 금속의 열 균열 특성이 증가합니다. 또는 냉각수의 양이 부족합니다. 금형 표면이 거칠거나 윤활제를 사용하지 않으면 잉곳의 표면과 모서리에도 균열이 발생합니다.

② 슬래그 개재. 알루미늄 와이어 잉곳 표면의 슬래그 개재는 용융 알루미늄의 변동, 용융 알루미늄 표면 산화막의 파열, 그리고 표면의 스컴이 잉곳 측면으로 유입되는 것에 의해 발생합니다. 때로는 윤활유가 슬래그를 유입시키기도 합니다. 내부 슬래그 개재는 용융 알루미늄의 낮은 온도, 높은 점도, 슬래그가 시간이 지나도 부유하지 못하는 상태, 또는 주조 중 용융 알루미늄 수위의 잦은 변화로 인해 발생합니다.

③저온 구획. 저온 장벽의 형성은 주로 주형 내 용탕 알루미늄 수위의 과도한 변동, 낮은 주조 온도, 지나치게 느린 주조 속도, 또는 주조기의 진동 및 고르지 않은 낙하로 인해 발생합니다.

④ 기공. 여기서 말하는 기공은 직경 1mm 미만의 작은 기공을 말합니다. 이는 주조 온도가 너무 높고 응축 속도가 너무 빨라 알루미늄 액에 포함된 기체가 제때 빠져나가지 못하고, 응고 후 작은 기포가 모여 잉곳에 기공을 형성하기 때문입니다.

⑤ 표면이 거칠다. 결정화기 내벽이 매끄럽지 않아 윤활 효과가 좋지 않고, 심한 경우 결정 표면에 알루미늄 종양이 형성된다. 또는 철과 실리콘의 비율이 너무 높아 냉각 불균일로 편석 현상이 발생한다.

⑥알루미늄 누출 및 재분석. 주된 원인은 작동 불량이며, 심각한 경우 결절을 유발할 수도 있습니다.

주조 알루미늄 실리콘(Al-Si) 합금의 응용
알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금은 일반적으로 Si의 질량 분율이 4%~22%입니다. Al-Si 합금은 우수한 유동성, 우수한 기밀성, 낮은 수축률, 낮은 열경화성 등 주조 특성이 우수합니다. 개질 및 열처리 후 기계적 성질, 물리적 성질, 내식성, 중간 정도의 가공 특성을 가지며, 가장 다재다능하고 다양한 용도로 사용되는 주조 알루미늄 합금입니다. 가장 일반적으로 사용되는 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

(1) ZL101(A) 합금 ZL101 합금은 기밀성, 유동성, 내열균열성이 우수하고, 기계적 성질, 용접성, 내식성이 적당하며, 조성이 간단하고 주조가 용이하여 다양한 주조법에 적합합니다. ZL101 합금은 항공기 부품, 계기, 계기 하우징, 엔진 부품, 자동차 및 선박 부품, 실린더 블록, 펌프 본체, 브레이크 드럼, 전기 부품 등 중간 정도의 하중을 받는 복잡한 부품에 사용되어 왔습니다. 또한, ZL101 합금을 기반으로 불순물 함량을 엄격하게 관리하고, 주조 기술을 개선하여 기계적 성질이 더 높은 ZL101A 합금을 개발했습니다. 다양한 쉘 부품, 항공기 펌프 본체, 자동차 기어박스, 연료유, 박스 엘보, 항공기 부속품 등 하중 지지 부품의 주조에 사용되고 있습니다.

(2) ZL102 합금 ZL102 합금은 열균열 저항성이 우수하고 기밀성이 우수하며 유동성이 우수하지만, 열처리로 강화할 수 없고 인장 강도가 낮습니다. 크고 얇은 두께의 복잡한 부품 주조에 적합합니다. 다이캐스팅에 적합합니다. 이 합금은 주로 다양한 악기 케이스, 자동차 케이스, 치과 장비, 피스톤 등과 같이 복잡한 형상의 저하중 얇은 두께 주물을 견디는 데 사용됩니다.

(3) ZL104 합금 ZL104 합금은 기밀성, 유동성, 내열균열성이 우수하고 강도, 내식성, 용접성, 절삭성이 우수하지만 내열 강도가 낮고 미세 기공 생성이 용이하여 주조 공정이 복잡합니다. 따라서 변속기 케이스, 실린더 블록, 실린더 헤드 밸브, 벨트 휠, 커버 플레이트, 공구함 등 항공기, 선박, 자동차 부품과 같이 고하중을 견디는 대형 사형 주물 제작에 주로 사용됩니다.

(4) ZL105 합금 ZL105 합금은 높은 기계적 성질, 만족스러운 주조 성능 및 용접 성능을 가지고 있으며, ZL104 합금보다 절삭 성능과 내열 강도가 우수하지만, 가소성과 내식성이 낮습니다. 다양한 주조 방법에 적합합니다. 이 합금은 주로 항공기, 엔진 사형, 변속기 케이싱, 실린더 블록, 유압 펌프 하우징, 계기 부품 등 고하중을 받는 금형 주조 부품과 베어링 지지대 및 기타 기계 부품 생산에 사용됩니다.

주조 알루미늄 아연(Al-Zn) 합금의 적용

Al-Zn 합금의 경우, Al에 대한 Zn의 높은 용해도로 인해 질량 분율이 10% 이상인 Zn을 Al에 첨가하면 합금의 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 합금은 자연 시효 경향이 강하고 열처리 없이도 높은 강도를 얻을 수 있지만, 내식성이 낮고 밀도가 높으며 주조 시 고온 균열이 쉽게 발생한다는 단점이 있습니다. 따라서 이 합금은 주로 다이캐스팅 기기 하우징 부품 제조에 사용됩니다.

일반적인 주조 Al-Zn 합금의 특성과 용도는 다음과 같습니다.

(1) ZL401 합금 ZL401 합금은 중간 정도의 주조 성능을 가지고 있으며, 수축공과 열간 균열 경향이 작고, 용접성과 절삭성이 우수하며, 주조 상태에서는 강도가 높지만, 가소성이 낮고 밀도가 높으며 내식성이 좋지 않습니다. ZL401 합금은 주로 각종 압력 주조 부품에 사용되며, 가공 온도는 200°C를 넘지 않아 자동차 및 항공기 부품의 구조와 형상이 복잡합니다.

(2) ZL402합금 ZL402합금은 주조성능이 중간정도이고 유동성이 양호하며, 기밀성이 적당하고, 열균열 저항성이 우수하고, 절삭성능이 양호하며, 주조상태에서 기계적 성질과 충격인성이 높으나 밀도가 높고, 제련공정이 복잡하여 주로 농업장비, 공작기계, 선박주조물, 무선기기, 산소조절기, 회전바퀴, 공기압축기 피스톤 등에 사용된다.
주조 알루미늄 마그네슘(Al-Mg) 합금의 응용

Al-Mg 합금에서 Mg의 질량 분율은 4%~11%입니다. 이 합금은 낮은 밀도, 높은 기계적 성질, 우수한 내식성, 우수한 절삭 성능, 그리고 밝고 아름다운 표면을 가지고 있습니다. 그러나 이 합금은 복잡한 제련 및 주조 공정으로 인해 내식성 합금으로 사용될 뿐만 아니라 장식용 합금으로도 사용됩니다. 일반적인 주조 Al-Mg 합금의 특성과 용도는 다음과 같습니다.

(1) ZL301 합금 ZL301 합금은 고강도, 우수한 연신율, 우수한 절삭 성능, 우수한 용접성을 가지며, 양극 산화 처리가 가능하고 진동에 강합니다. 단점은 미세하게 헐거워지는 경향이 있고 주조가 어렵다는 것입니다. ZL301 합금은 고하중, 150°C 이하의 작동 온도, 대기 및 해수에서 작동하는 프레임, 지지대, 막대 및 부속품과 같은 높은 내식성을 가진 부품을 제조하는 데 사용됩니다.

(2) ZL303 합금 ZL303 합금은 내식성, 용접성, 절삭성이 우수하고 연마가 용이하며, 주조 성능이 양호하지만 기계적 성질이 낮고 열처리로 강화할 수 없으며 수축공이 발생하기 쉽습니다. 다이캐스팅에 널리 사용됩니다. 이 합금은 주로 부식 작용이 있는 중하중 부품이나 저온 환경에서 200°C 이하의 작동 온도를 갖는 부품에 사용되며, 선박 부품 및 기계 외판과 같은 부품에 사용됩니다.

(3) ZL305 합금 ZL305 합금은 Al-Mg 합금을 기반으로 Zn을 주원료로 첨가하여 자연 시효를 제어하고, 강도와 내응력 부식성을 향상시키며, 우수한 종합 기계적 성질을 가지며, 합금의 산화, 기공 및 기공 결함을 감소시킵니다. 이 합금은 주로 고하중, 100°C 이하의 작동 온도, 그리고 선박 부품과 같이 대기 또는 해수에서 작동하는 고부식성 부품에 사용됩니다.
알루미늄 잉곳 지식 소개
재용해용 알루미늄 잉곳-15kg, 20kg (≤99.80%Al):
T형 알루미늄 잉곳--500kg, 1000kg (≤99.80%Al):
고순도 알루미늄 잉곳-10kg, 15kg(99.90%～99.999% Al);
알루미늄 합금 잉곳 - 10kg, 15kg (Al--Si, Al--Cu, Al--Mg);
판 주괴--500～1000kg (판 제작용);
원형 스핀들-30～60kg(와이어 드로잉용).

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참고 출처: 인터넷
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