용융로의 종류와 특징 : 용선로, 직접 연소로, 도가니로, 전기아크로, 전기유도로

모든 주조공정에서는 금속이 용융상태가 되어 부어지거나 사출 되기 위해 가열되어야 한다. 가열과 용융은 용해로에서 이뤄지며, 이 절에서는 다양한 형태의 용융로와 용탕을 주형에 공급하는 주입도구에 대해 설명한다.

 

용융로

주물공장에서는 다음과 같은 다양한 형태의 용융로(furnace)가 사용된다. (1)용선로, (2)직접 연소로, (3)도가니로, (4)전기아크로, (5)전기유도로이다. 가장 적합한 노의 선택은 다음과 같은 인자에 의해 결정된다. 주조합금, 용융온도, 주입온도, 노의 용량, 투자비, 공정비용, 유지보수비용, 환경오염.

 

용선로

용선로(cupola)는 바닥 가까이에 배출구가 설치된 수직 원통형 노다. 용선로는 주철을 녹이는데만 사용된다. 주철을 위해 다른 노가 사용되기도 하지만 주철을 주 로 녹이는 것은 용선로다. 용선로의 일반적 구성과 동작특성은 그림과 같으며, 내부에 내열재가 들어간 커다란 강재 외벽으로 구성되어 있다. 용선로의 중간보다 약간 낮은 곳에 위치한 입구를 통해 철, 코크스, 용제(flux), 합금재료를 투입한다. 일반적으로 철은 선철, 스크랩(주물로부터 제거된 라이저, 탕도 주입탕구를 포함)의 혼합물이다. 코크스(cokes)는 노를 가열하는 연료인데, 코크스의 연소를 위해 아래 주입구를 통해 공기를 불어넣는다. 용제는 코크스 재와 기타 불순물과 반응해 슬래그(slag)를 형성하는 석회석과 같은 기초화합물이다. 슬래그는 용탕을 덮어 용선로 내부에서 용탕이 주위와 반응하는 것을 차단하고 열손실을 줄여준다. 혼합물이 가열되고 철이 용융되면 용탕이 주기적으로 배출된다.

 

직접 연소로

직접 연소로는 작은 화덕을 갖고 있으며, 그 안에 금속을 넣고 연소로 안에 위치한 버너로 가열한다. 연소로의 천장은 불꽃을 반사해 가열을 돕는다. 대표적인 연료는 천연가스이며, 연소물질은 굴뚝을 통해 연소로를 빠져나간다. 화덕의 아래에는 배출구가 있어 용탕을 배출한다. 직접 연소로는 일반적으로 구리기반 합금이나 알루미늄과 같은 비철금속의 용융에 사용된다.

 

도가니로

도가니로는 혼합연료를 연소시켜 직접 접촉하지 않고 금속을 용융시키는 방법이며 종종 간접 연소로라고도 불린다. 주물공장에서는 다음과 같이 3가지 형태의 도가니로가 사용된다. 들어올림형, 고정형, 기울임형이다. 모든 도가니로는 적절한 내화재(예를 들면 점토와 흑연의 혼합물) 또는 고온 합금강으로 만들어진 도가니를 사용한다. 들어올림형 도가니는 노의 한가운데 위치하며, 금속을 용융시키기 위해 충분히 가열된다. 기름, 가스  또는 분말 석탄이 대표적인 연료이며, 금속이 용융되면 도가니는 들어 올려져 용탕주입 용기로 이용된다. 

고정형, 기울임형 도가니로는 종종 냄비로라 불리며 가열로와 용탕 용기가 일체형으로 이뤄져 있다. 고정형 냄비로에서 노는 고정되어 있으며 용탕은 용기로부터 꺼내어진다. 기울임형 냄비로는 전체 구조물이 용탕 주입을 위해 기울어질 수 있다. 도가니로는 청동, 황동, 아연합금, 알루미늄 합금과 같이 비철계금속에 사용된다. 일반적으로 용량은 수백 kg 정도다.

 

전기아크로

전기아크로는 아크로 인해 발생하는 열로서 투입물을 용융시키며, 2개 또는 3개의 전극으로 다양한 형태를 만들 수 있다. 소모 전력은 매우 높으나 대용량으로 설계될 수 있고, 주로 강의 주조에 적용된다.

 

전기유도로

전기유도로는 코일을 통과하는 교반전류를 이용해 금속에 자장을 형성시키며, 유도전류로 금속을 급속히 가열, 용융시킨다. 주조공정에서 유도로의 특징을 나타냈다. 전자기적 힘은 용탕을 혼합시키는 역할을 한다. 또한 금속과 열 발생 요소와의 접촉이 없어서 용융이 일어나는 환경을 잘 조절할 수 있다. 이러한 이유로 용탕의 품질과 순도가 우수하며 거의 대부분의 주물에 사용될 수 있다. 강, 주철, 알루미늄 합금이 가장 보편적인 적용재료다.