주철은 어떻게 제조되나요?

주철은 높은 강도, 저렴한 비용, 가공 용이성으로 잘 알려진 인류 역사상 가장 중요한 금속 중 하나입니다. 건설, 기계, 자동차 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 하지만 대부분의 사람들에게 주철을 만드는 과정은 생소할 수도 있습니다. 그렇다면 주철은 원자재에서 우리가 일상생활에서 사용하는 제품으로 어떻게 이동할까요? 이 기사에서는 주철을 만드는 신비한 과정을 밝힐 것입니다.

주철이란 무엇입니까?

주철은 탄소 함량이 더 높은(일반적으로 2%~4%) 철-탄소 합금입니다. 탄소가 존재하는 형태에 따라 주철은 여러 유형으로 분류될 수 있습니다.

• 회주철: 탄소는 편상 흑연 형태로 존재하며 탁월한 감쇠 및 내마모성을 제공하며 엔진 블록 및 공작 기계 베드에 일반적으로 사용됩니다.
• 연성(구상) 주철: 탄소는 일반적으로 파이프 및 하중 지지 부품에 사용되는 더 높은 강도와 ​​인성을 제공하는 구상 흑연 형태로 존재합니다.
• 백주철: 탄소는 주로 탄화물 형태로 존재하며 경도는 높지만 부서지기 쉬우며 내마모성 부품에 자주 사용됩니다.
• 가단성 주철: 백주철을 열처리하면 탄소가 입상 흑연으로 변환되어 연성이 향상됩니다.

주철의 종류에 따라 특성과 용도가 다르지만 핵심 제조 공정은 모두 유사합니다.

주철을 만드는 과정

1.원료의 준비

주철 생산은 고품질 원료에서 시작됩니다.

• 철광석(Iron Ore): 철의 주요 공급원으로 종종 코크스와 함께 사용됩니다.
• 코크스: 용광로에 열을 제공하기 위해 환원제 및 연료로 사용되는 탄소가 풍부한 물질입니다.
• 플럭스(Flux): 일반적으로 철광석에서 불순물을 제거하는 데 사용되는 석회석입니다.
• 고철 및 회철: 탄소 함량을 조절하고 폐기물을 줄이는 데 도움이 됩니다.

2.고로 제철

고로는 주철이 처음 생산되는 곳입니다. 주요 역할은 철광석에서 용융된 철을 추출하는 것입니다.

• 철광석과 코크스가 용광로에 층층이 추가되고, 고온 반응으로 철광석의 산화철이 녹은 철로 환원됩니다.
• 플럭스와 반응하여 불순물을 함유하고 있는 슬래그를 분리합니다.
• 생성된 용융 철, 즉 선철은 탄소 함량이 높고 부서지기 쉬우며 주철의 모재를 형성합니다.

3.용해 및 조성조정

선철은 2차 용해를 거쳐 화학적 조성과 물리적 특성을 개선합니다.

• 장비: 전기로 또는 큐폴라로가 일반적으로 사용됩니다.
• 프로세스:
  필요에 따라 고철, 합금원소(니켈, 크롬, 망간 등), 탈황제가 첨가됩니다.
  녹는 온도와 시간을 세심하게 조절함으로써 주철의 성분이 균질화됩니다.

4.캐스팅

녹은 철을 미리 준비된 주형에 부어 주조 부품을 만듭니다. 금형 유형과 공정은 주물의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 사형 주조: 대부분의 주철 부품에 적합한 가장 일반적인 방법입니다.
• 금속 성형: 더 높은 정밀도와 표면 마감이 필요한 부품에 사용됩니다.
• 연속주조 또는 원심주조 : 주철관 등 특정 형상에 사용

5. 냉각 및 응고

주철의 냉각 및 응고 과정에 따라 최종 특성이 결정됩니다.

• 냉각 속도 제어: 급속 냉각은 백주철을 생성하고, 느린 냉각은 회주철 형성을 촉진합니다.
• 미세구조 최적화: 냉각 조건을 조정하여 주철 내 흑연의 모양과 분포를 제어할 수 있습니다.

6. 후가공 및 가공

냉각된 주물은 품질을 향상하고 용도에 적합하게 만들기 위해 추가 가공을 거칩니다.

• 청소: 모래 코어, 산화물 층 및 잔류 물질을 제거합니다.
• 가공: 부품은 설계 사양에 맞게 드릴링, 절단 및 정밀 가공됩니다.
• 열처리: 인성이나 경도와 같은 특정 특성을 향상시키기 위해 적용됩니다.

주철의 역사와 현대제조기술

주철의 사용은 고대 중국으로 거슬러 올라가며 기계화 생산을 위한 필수 재료로서 산업 혁명에서 중요한 역할을 했습니다. 오늘날 주철 제조 공정은 훨씬 더 정확하고 효율적이 되었습니다. 현대적인 발전에는 다음이 포함됩니다.

•  자동화된 생산 라인: 생산 효율성을 대폭 향상하고 사람의 개입을 줄입니다.
• 스마트 모니터링 시스템: 용융 금속 조성 및 온도를 실시간으로 감지하여 주조 품질을 보장합니다.
• 친환경 관행: 에너지 소비와 오염을 줄여 지속 가능한 개발을 지원합니다.

주철의 응용

주철은 여러 분야에서 대체할 수 없는 역할을 합니다.

• 건설 및 인프라: 배수관, 교량 구성 요소 및 기타 구조 부품에 사용됩니다.
• 기계 제조: 공작 기계 베드, 기어박스 하우징 등에 일반적으로 사용됩니다.
• 운송: 엔진 블록, 브레이크 디스크 및 기타 자동차 부품에서 발견됩니다.
• 가정용품: 프라이팬, 더치 오븐 등의 클래식 주철 조리기구.

주철 생산은 과학, 기술 및 경험을 결합한 공정이며 모든 단계가 성공에 매우 중요합니다. 원자재 선택부터 최종 제품 생산까지의 과정은 산업 기술의 발전을 반영합니다. 주철이 어떻게 만들어지는지 이해하면 역사적 및 현대적 제조 방식을 모두 엿볼 수 있습니다. 생산 공정이나 그 뒤에 숨은 과학적 원리가 궁금하다면 주철 생산의 예술과 과학을 탐구하는 것은 흥미로운 여행입니다!