7. 線



7.1 알루미늄선재의 제조방법



  알루미늄선재(wire rod)는 알루미늄 전선이나 각종 알루미늄선의 소재로 사용되는데 화학조성을 조정한 후 용탕에서 일반적으로 빌렛(Billet) 또는 와이어 바(wire bar)라고 하는 형상으로 주조하고 그것을 재가열해서 열간압출하는 방법이나 열간압연법에 의해 원하는 규격의 선재(압출로드 또는 와이어로드라고 한다)로 가공되어 왔다.



알루미늄선의 경우 비교적 융점이 낮고 또 가공도 용이하기 때문에 어느 정도 대량이며 또 비교적 가공성이 좋은 것은 빌렛을 만드는 공정을 생략하고 용탕에서 직접선재를 만드는 소위 선재연속주조압연법(CCR법 : Continuous Casting & Rolling법)이 1960년대에 이르러 실용화되고 그 후 각국에서 다퉈 도입되어 대단중화(大單重化)나 품질안정 및 에너지 절약, 인력감축의 효과를 올리고 있다.


일본에 있어서는 못, 퍼스너 등 광범위하게 사용되고 있는 구조용 부품에 쓰여지는 다품종 소량의 알루미늄합금 선재는 지금도 주로 압출법이나 열간압연법이 사용되고 있는데 최근 품질·원가 등의 엄격한 요구가 있는 알루미늄합금 선재에도 제조기술의 개량에 의해 연속주조압연법이 적용되기 시작하였다.


  압출법은 앞장에서 상술되어 있으며 알루미늄선재용으로는 여러가닥 동시 압출이나 압출된 선재의 코일감기 등 재래식 방법이 있는데 본장에서는 상세한 것은 생략한다.


또 80년대에 새로운 압출방법으로 용융공정을 거치지 않은 비평형 알루미늄합금분말에서의 제조법이나 영국원자력공사(UKAEA)가 개발한 컨폼기술을 알루미늄피복강 복합선의 선재 제조방법으로서 실용화한 것 등이 게재되어 있다.


  용탕에서 직접 흑연다이스 등을 사용해 알루미늄합금 주조선재를 제조하는 방법으로 유럽에서 개발된 WERTLI법 등이 있고 30mmφ 정도로 지름이 소형화되어 왔으며 내마모성 고Si-Al합금 등의 알루미늄합금선재의 제조에 적용되고 있는데 지면 사정상 할애되는 범위내에서 현재 주류를 이루고 있는 연속주조압연법을 중심으로 게재하고자 한다.



7.1.1 알루미늄선재의 연속주조압연법



  선재의 연속주조압연법은 이탈리아의 Ilario Proprezi씨의 발명에 의해 납같은 저융점금속선의 제조법으로서 개발되고, 그 후의 개량에 의해 알루미늄선에 적용되기 시작해 현재로서는 세계의 알루미늄선재의 주류 제조공정이 되기까지에 이르렀다.



본법은 그 후 알루미늄합금선재 용도를 중심으로 프랑스 Spidem사가 SPIDEM법으로 또 미국 Southwire사가 주가 되어 동선재 용도로 SCR법으로 실용화되어 지금에 이르고 있다.



7.1.2 프로페르찌(properzi)법

  1947년 이탈리아에서 등록된 프로페르찌법의 특허도면은 같은 해 설립한 Continuus사에 의해 제작된 최초의 머신이 1948년 국제 견본시에 전시되었다.



그 후 1949∼50년대에 최초의 알루미늄용 라인 몇대가 유럽의 회사에 도입된 것을 시작으로 60년대 이 방식의 라인이 각국에서 다수 도입되었고 일본에서도 이 시기에 처음 도입되었다. 특히 주조단면적이 커지면 알루미늄선재의 도전율이 향상되고 전기적 특성에 유해한 미량성분을 컨트롤해서 전선으로서의 규격을 충분히 만족시킬 수 있는 제품이 제조가능하다는 것이 판명된 뒤 급속하게 보급되어 왔다.



현재는 동선재제조에도 적용되어 세계에서 약 200대 정도 가동되고 있다. 전체라인구성은
프로페르찌 연속주조압연 시스템과 같고 무한길이의 주조바를 조조하는 주조기 부분과 그 주조바를 3방향롤에 의해 단면을 작게하는 다단압연기 부분과 일정한 크기로 압연된 선재를 감는 코일기가 라인형으로 설치되어 용탕에서 직접 알루미늄선재를 제조할 수 있다.



주조기에는 회전구동하는 주조휠(CASTING WHEEL), 인장휠(TENTION WHELL), 그 양휠을 덮는 강제 엔드리스벨트(ENDLESS BELT) 및 주조휠과 벨트의 극간을 조절하는 압력롤(PRESSURE WHEEL)로 이루어진다.



동합금 에서 주조된 주조휠의 단면형상은 외주면에 홈이 형성되어 있다. 그 홈부분과 벨트에 의해 주형이 형성되고 용탕은 그 가운데 턴디쉬(TUNDISH)나 스파우트(SPOUT)라 하는
용탕주입장치에 의해 주입된다.



휠이나 벨트의 외주부에는 냉각수가 스프레이에 의해 주입되고 있으며 주형내의 용탕은 주조기의 회전과 동시에 이동해 차례로 응고해 간다. 반가량 돌면 완전하게 응고해서 무한길이의 주조바로 주조기에서 이탈한다.


  압연기는 세 개의 롤을 120도마다 배치해서 그 롤 끝에 홈을 넣어 세 개의 홈에 의해 주조바의 단면을 작게하는 소위 3방향롤 압연법을 채용해 이 압연스텐드를 프로페르찌 연속주조압연 시스템과 같이 번갈아 120도씩 기울여 15내지 17스텐드 연속해서 배치함으로써 라인길이 약 10미터 사이에서 단면형상이 약 60mm각의 주조바를 10mmΦ의 알루미늄선재로 즉시 열간가공할 수 있는 방법이다.



또 최근은 전선 등에 사용되는 비교적 알루미늄순도가 높은 EC등급이나 순알루미늄계 선재 이외에 3003, 4043, 5056, 6063, 7075 등의 알루미늄합금선재에도 프로페르찌법이 적용될 수 있도록 기술이 개발되고 있으며 제조공정에서의 균열을 방지하기 위해 3방롤 압연스탠드의 전단에 조압연(組壓延)으로 2방향롤에 의한 압연기를 90도씩 기울여 여러 단 설치한 HV탠덤압연라인 및 압연온도를 조절하는 바히터(bar heater)나 편석층을 절삭제거하는 열간면삭기를 장착한 라인이 사용되고 있다.


  연속해서 압연된 선재는 통상 2∼4톤 정도의 일정중량으로 감아 뽑아낸 뒤 다음 가공공정으로 보내진다. 감을 때 주조압연공정을 정지시키지 않기 위해 복수코일장치를 설치해 일정중량으로 압연선재를 라인에서 절단하는 방식이 행해진다. 릴에 컴팩트하게 감는 방식과 바닥이나 바스켓 위에 느슨하게 감는 코일방식 이 두가지가 있는데 수송이나 핸드링의 용이성 면에서 전자의 컴팩트코일 방식이 주류를 이루고 있다.



7.1.3 기타 방법

7.1.3.1 프랑스 SECIM(SPIDEM)법

  프로페르찌법은 기본으로 1960년 프랑스의 SPIDEM사에서 주조기로 3휠 내지 4휠(주조휠은 한 개이며 그외의 것은 장력부여 등) 압연기로 개별 DC모터 구동의 2방향롤 노트위스트(no-twist) 연속다단압연기를 장비한 알루미늄선재 연속주조압연기를 장착한 라인의 공정을 제조업체명을 따라 SPIDEM법이라 하고, 뒤에 Cegedur-Pechiney사와 Secim사가 공동으로 주체가 되어 알루미늄합금용으로 개량해서 Cegedur-Pechiney-Secim법(줄여서 SECIM법)이라 하고 각국에서 CONTINUUS사의 대항기종으로 도입되었다.



이 설비는 압연기가 통상 2방롤이며 개별적으로 DC모터로 구동되고 있으며 1패스당 가공도를 임의로 변동할 수 있기 때문에 알루미늄합금 등 가공성이 나쁜 재료도 가공도를 조절할 수 있는 이점이 있으므로 전선용도 이외의 알루미늄합금선재도 생산할 수 있는 라인으로 각사에서 도입되고 있다. 현재는 CLECIM사로 되어 있지만 세계에서 50대 정도의 라인이 도입되고 있다.



7.1.3.2 SCR법



  프로페르찌 초기설비를 도입한 미국 SOUTH-WIRE사는 1969년 동선재용의 개량을 실시해 주조휠의 벨트를 거는 방식에 그 특징을 가지는 1휠식 주조기와 논트위스트 다단2방롤인 MORGAN사제 압연기를 조합시킨 선재 연속주조 압연라인을 개발했다.



본 공정은 그 후 동서재 제조방법으로 세계 각국에서 도입되었고, 현재 다시 두 개의 엔드리스벨트와 한쌍의 캐터필러(caterpillar)와 조합한 트윈벨트식 주조기와 논트위스트 다단2방롤 선재압연기를 조합시켜 개발된 콘티로드공정이나 동용(銅用) 프로페르찌밀 및 용탕에서 직접 선재를 제조하는 미국 GE사가 개발한 DIP FORM법, 핀란드의 OUTOKUMP사 오토쿰프법 등과 경합해 동선재 제조방법의 주류를 이루고 있다.



알루미늄선재에서의 SCR법은 대형용에는 동용 라인구성과 같고 소형용은 PROPERZI와 같은데 SOUTHWIRE사가 자사에서 사용되고 있는 것과 함께 세계에서 20내외의 도입실적이 있다.



7.1.3.3 기타

  상기 이외에도 원리적으로는 프로페르찌법과 같이 무한길이의 주조바를 연속적으로 주조할 수 있는 연속주조기와 열간선재 압연기를 설치해 독립라인으로 하는 연속주조압연설비를 보유하며 알루미늄선재를 제조하고 있는 제조업자도 볼 수 있으며 특히 각종 알루미늄합금선재에 적합한 연구를 각사에서 주력하고 있는데 대부분은 프로페르찌를 모방한 것이다.





(남선알미늄 알루미늄기술편람 발췌)