인하대 산학협력단, 구리합금 연속주조에 전자기 기술 접목…상용화 중요성 제시

한국동기술연구조합이 주관하는 제48회 동 및 동합금 기술 강연회에서 인하대학교 산학협력단 박준표 박사는 ‘구리합금 연속주조에 활용되는 전자기 공정’을 주제로 발표를 진행했다.

금속 주조 공정의 품질 향상과 생산성 증대를 위한 전자기 기술의 기본 원리와 적용 현황과 연구 성과를 종합적으로 소개했다.

박 박사는 전자기 공정의 핵심 원리로 앙페르의 오른손 법칙과 플레밍의 법칙을 언급하며 교류 전류 인가 시 발생하는 표피효과(skin effect)가 금속 용탕의 표면 전류 분포를 제어하는 주요 메커니즘임을 설명했다. 그는 “전자기장은 용탕 유동과 응고 경계를 동시에 제어할 수 있는 기술로 품질과 생산성을 모두 높일 수 있다”고 강조했다.

철강 분야에서는 이미 전자기 공정이 슬래그 검출(Slag Detector), 전자기 제동장치(EMBR), 전자기 교반(EMS) 등으로 널리 활용되고 있다. 박 박사는 주요 철강사 사례를 통해 슬래그 유출 90% 감소, 생산수율 1% 향상, 내화물 수명 연장 등 구체적 성과를 제시했다.

이어 RIST(포항산업과학연구원)에서 수행한 전자기 주조 연구 결과를 공유했다. RIST는 슬릿 몰드를 이용한 전자기 주조 기술을 통해 빌렛 표면 품질과 주조 속도를 향상시키는 데 성공했으며, 알루미늄 및 마그네슘 합금에도 해당 기술을 적용했다. 특히 알루미늄 EMC 공정에서는 표면 품질 향상과 주조 속도 증가(158→230 mm/min), 내부 균질화와 균열 감소 효과가 확인됐다. 마그네슘 합금의 경우에도 150mm 직경 빌렛 주조 시 표면 결함이 크게 개선되었으며 상업용 주조기 설계 단계까지 발전했다.

또한, RIST는 전자기 유도 기술을 알루미늄 칩 용해로에도 적용해 용해 효율을 85%에서 91%로 높이고 온도 편차를 줄여 에너지 소비를 약 15% 절감하는 성과를 거뒀다.

박 박사는 전자기 기술의 구리합금 적용 사례도 중점적으로 다뤘다. Sn-P 청동 스트립 수평연주에서는 TMF(Traveling Magnetic Field)를 도입해 주석 편석과 수축 결함을 줄이고 스트립 중심부와 측면부 온도 차를 제어해 몰드 수명을 약 두 배로 늘렸다. 이로써 실수율이 67.9%에서 73.2%로 향상됐다.

이어 Cu-Steel 적층 복합재 제조에서는 전자기 유도 가열을 이용해 강판 예열과 구리 용융을 동시에 제어, 계면 결합 강도와 내마모성을 확보했다. 해당 복합재는 철도, 자동차, 감속기, 금형 가이드 등 고강도·고전도 특성이 요구되는 부품에 활용 가능성이 높다.

마지막으로 박 박사는 고강도·고전도 동합금 연속주조 기술 개발의 필요성을 제시하며 “전자기 공정은 유동 제어와 온도 균일화 측면에서 가장 효율적인 해법”이라며 “철강 분야의 선행 경험을 기반으로 구리 및 비철금속 산업에서도 국가 차원의 기술 경쟁력 확보가 필요하다”고 강조했다.

그는 중국이 이미 다목적 전자기 주조 센터를 운영하며 기술 상용화를 추진하고 있음을 언급하며 “우리나라 또한 정부 주도의 연구개발과 산업 연계를 통해 전자기 공정 기술의 상용화와 글로벌 경쟁력 강화를 추진해야 한다”고 전하며 마무리했다.