용융 온도의 영향은 독립적으로 존재하지 않으며, 용융물의 최종 품질을 결정하기 위해 단열 시간과 함께 작용합니다. 고온 체류 시간을 무시하고 최대 온도만 제어하는 것으로는 안정적인 용융 품질을 달성할 수 없습니다.
용융 품질에 대한 단열 시간의 이중 효과
용융 공정에서 단열의 핵심 기능은 용융물의 균일한 온도, 합금 원소의 충분한 확산, 개재물 및 기포가 부유하고 분리될 충분한 시간을 보장하는 것입니다. 합리적인 온도 및 시간 범위 내에서 단열 시간을 적절히 연장하는 것은 부품의 균일성과 용융물의 청결도를 향상시키는 데 유익합니다.
하지만 단열 시간이 길수록 좋은 것은 아닙니다. 단열 시간이 임계값을 초과하면 용융물의 품질이 계속 저하됩니다. 한편으로는 장시간 단열하면 산화 반응이 계속되어 산화 개재물이 축적되고 알루미늄 손실이 증가합니다. 다른 한편으로는 용융물이 용광로 가스와 장시간 접촉하면 수소 함량이 계속 증가하며, 특히 습한 환경에서는 더욱 그렇습니다. 단열 후 2시간이 지나면 수소 함량이 단열 종료 시점에 비해 30% 이상 증가할 수 있습니다. 또한, 장시간 고온 단열은 합금 원소의 지속적인 연소 및 휘발을 유발하여 조성 편차를 초래할 수 있습니다.
대부분의 알루미늄 합금의 경우, 정련 후 최적의 정적 단열 시간은 15-30분입니다. 10분 미만이면 슬래그와 기포가 충분히 부유하지 않고, 40분을 초과하면 용융물의 품질이 저하되기 시작하여 "오래 서 있을수록 결함이 더 많아지는" 비정상적인 현상이 발생합니다.
2. 온도와 단열 시간 간의 조정된 일치 원리
온도와 단열 시간의 조정된 제어의 핵심 원리는 고온에서는 짧게 머무르고 저온에서는 오래 단열하는 것입니다. 두 가지를 합리적으로 일치시킴으로써 고온의 부정적인 영향을 최소화하면서 균일한 조성과 원활한 생산을 보장합니다.
첫째, 고온 단계에서의 체류 시간을 엄격하게 제어합니다. 용융 단계의 효율성을 높이기 위해 온도를 범위의 상한선 근처로 설정할 수 있습니다. 그러나 용광로 재료가 완전히 용융되고 조성 조정이 완료된 후에는 즉시 정련 온도로 냉각하여 용융물이 고온 구역에 체류하는 총 시간을 줄여야 합니다. 용융 완료 후 고온에서 장시간 대기하는 것은 엄격히 금지되며, 이는 많은 작업장에서 높은 알루미늄 손실과 과도한 수소 함량의 핵심 이유입니다.
둘째, 중저온 범위에서 단열을 적절히 연장할 수 있습니다. 용융 온도가 공정 범위의 하한선으로 제어되고 산화 및 수소 흡수율이 낮을 때, 교반 후의 정적 시간을 적절히 연장하여 슬래그와 기포가 완전히 부유하도록 할 수 있으며, 이는 실제로 용융물의 품질을 향상시키는 데 유익합니다. 예를 들어, 5계열 합금을 710°C에서 30분 동안 방치하면 740°C에서 10분 동안 방치했을 때보다 용융물의 청결도가 훨씬 높습니다.
셋째, 총 열 노출 시간을 제어합니다. "온도 x 시간"의 누적 효과, 즉 총 열 노출은 용융물의 품질에 영향을 미칩니다. 단기 고온 충격이 빠르게 냉각되면 그 해악은 장기간의 중온 단열보다 적을 수 있습니다. 따라서 생산 일정은 용광로 내 용융물의 대기 시간을 최대한 최소화하고, "용융되는 즉시 정련 및 주조" 목표를 달성하며, 전체 공정의 총 시간을 단축해야 합니다.
3. 전체 용융 공정에 걸친 분할 온도 제어
정밀한 온도-시간 조정 제어를 달성하기 위해 전체 용융 공정을 여러 단계로 나누고 차별화된 온도 및 시간 제어를 구현해야 합니다.
3.1 용융 단계
장입이 완료된 후 온도가 상승하기 시작하며, 용광로 재료를 빠르게 용융시키고 고체 금속의 고온 산화 시간을 단축하는 것을 목표로 합니다. 온도는 용융 온도 범위의 상한선으로 제어되며, 용광로 재료가 70%~80% 용융되었을 때 첫 번째 교반을 수행하여 국부적인 고온 구역을 파괴하고 용광로 바닥 용융물의 과열을 방지합니다. 총 용융 시간은 용광로 용량에 따라 제어됩니다. 10톤 용융 용광로는 일반적으로 2-3시간 이내로 제어하여 장시간 가열을 방지합니다.
3.2 조성 조정 단계
용광로 충전물이 완전히 용융된 후 즉시 조성 조정 온도(일반적으로 용융 온도보다 10-20°C 낮음)로 냉각하고, 시료를 채취하여 분광 분석을 수행한 후 결과를 바탕으로 합금 원소를 첨가합니다. 첨가 시 균일하게 교반한 후 5-10분간 보온하여 성분이 균일해지면 다시 시료를 채취하여 확인합니다. 새로 첨가된 합금 원소의 상당한 연소를 방지하기 위해 이 단계에서는 고온이 엄격히 금지됩니다.
3.3 정련 단계
해당 합금의 정련 온도로 조정하고, 온도 변동은 ±10°C 이내로 제어하며, 공정에서 요구하는 시간에 따라 엄격하게 정련합니다. 정련 직후 즉시 냉각하여 용융물의 온도를 주조 온도 범위로 낮추고 고온 유지 없이 진행합니다.
3.4 정적 주조 단계
상온에서 15-30분간 유지하며, 이 동안에는 용융물과 공기 간의 접촉을 줄이기 위해 빈번한 교반과 덮개 열림을 엄격히 금지합니다. 침강 후에는 장시간 단열 대기로 인한 품질 저하를 피하기 위해 가능한 한 빨리 주조로 이송합니다.
또한, 용광로 열전대을 정기적으로 보정하고 용융물의 실제 온도를 감지하여 열전대 편차로 인한 "정상 표시 온도이지만 실제 용융 과열"의 숨겨진 문제를 피해야 합니다. 동시에 용광로 본체의 균일한 가열을 보장하고 평균 온도보다 훨씬 높은 국부 영역 온도로 인한 숨겨진 과열을 방지해야 합니다.