05년 1회차

청동의 합금 원소는 구리와 주석(Cu-Sn)이다.

구리에 주석을 넣으면 강도와 내마모성, 주조성이 좋아져 베어링·밸브·미술 주물 등에 두루 쓰인다.

• 구리에 아연을 넣은 Cu-Zn 합금은 청동이 아니라 황동이다.
• 구리에 납을 넣은 Cu-Pb 합금은 켈밋처럼 베어링용으로 쓰이는 별도의 구리 합금이다.

응고범위가 넓거나 성분 금속 간 비중 차가 클 때 주조 중 성분이 불균일하게 분포되는 현상을 편석이라 한다.

바나듐의 원소 기호는 V이다.

순철의 용융점은 약 1,538℃이다.

이는 순철이 고체에서 액체로 상태 변화를 일으키는 온도이며, 동소 변태 온도(약 912℃, 1,400℃)와는 구분되는 값이다.

탄소 2.11%의 γ고용체(오스테나이트)와 탄소 6.68%의 시멘타이트가 동시에 정출하는 공정조직은 레데뷰라이트이며, 주철에서 나타나는 대표적인 조직이다.

이 공정반응은 Fe-C 상태도에서 약 4.3%C·1148℃ 의 공정점에서 일어나고, 그 부근 조성으로 응고한 주철 조직에서 관찰된다.

• 펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 나타나는 공석조직이다.
• 오스테나이트와 α고용체는 각각 탄소가 고용된 단일 고용체 조직이어서 공정조직이 아니다.

고속도강은 C-W-Cr-V 계 합금으로, 고온에서도 경도를 유지하는 고속 절삭공구용 강이다.

텅스텐과 크롬, 바나듐이 탄화물을 형성해 내마모성과 적열경도를 높이며, 주석·아연·은·마그네슘 등은 고속도강의 합금 성분으로 쓰이지 않는다.

단조, 인발, 압출은 재료에 힘을 가해 영구변형을 일으키는 소성가공법이지만, 표면처리는 재료 표면의 성질을 바꾸는 공정으로 소성가공에 속하지 않는다.

아공석강은 탄소 함유량에 따른 강의 조직 분류일 뿐, 온도가 변해도 길이나 탄성이 거의 변하지 않는 불변강과는 무관하다.

플래티나이트, 인바, 엘린바는 모두 Fe-Ni계 합금으로 열팽창계수나 탄성률이 온도 변화에도 거의 일정하게 유지되는 불변강 계열에 속한다.

하중을 시편의 실제 단면적으로 나눈 값을 진응력이라 한다.

공칭응력이 처음 단면적을 기준으로 계산하는 값인 데 비해, 진응력은 하중이 걸리는 동안 변화하는 실제 단면적을 반영한 값이다.

금속간 화합물(intermetallic compound)의 특성을 판단하는 문항이다. 금속간 화합물은 경도가 높고 취약(brittle)한 특성을 가지며, 복잡한 결정구조를 보이고 변형이 어렵다는 특징이 있다. 1, 2, 3번은 모두 금속간 화합물의 올바른 설명이다. 4번의 "경도가 높고 전연성이 좋다"는 모순된 표현인데, 금속간 화합물은 경도는 높지만 취약하고 연성이 낮아서 전연성이 나쁜 특성을 보이기 때문에 이 설명은 옳지 않다.

탄소강의 표준조직은 A₃점 또는 Acm보다 30~50℃ 높은 온도에서 가열하여 오스테나이트화한 후 대기 중 냉각했을 때 나타나는 조직이며, 이는 탄소량에 따라 페라이트, 펄라이트, 오스테나이트 등의 조직 비율이 결정되므로 표준조직으로부터 탄소량을 추정할 수 있다는 것이 정확한 원리다. 보기 1, 2, 4는 모두 정확한 설명이고, 보기 3은 "표준조직에 의해 탄소량을 추정할 수 없다"고 부정하고 있어 사실에 모순된다. 표준조직은 오로지 탄소량 추정을 위해 규정된 기준조직이기 때문에 이 설명이 옳지 않다.

제시된 것 중 금속의 결정격자 기호에 속하지 않는 것은 LDN이다.

FCC(면심입방격자), BCC(체심입방격자), HCP(조밀육방격자)는 모두 실제 존재하는 금속 결정격자 명칭이지만, LDN은 결정격자를 나타내는 기호가 아니다.

세라믹(TiC)과 금속(Ni)을 결합하여 액상소결로 만든 고경도 재료는 서멧(cermet)이다. 서멧은 세라믹(ceramic)과 금속(metal)의 합성어로, 세라믹의 높은 경도와 내열성에 금속의 인성을 더해 절삭공구, 내마모 부품 등에 사용된다. 두랄루민은 Al 합금, 고속도강은 Fe 기반 공구강, 인바는 Fe-Ni 합금으로 각각 다른 용도의 재료이다.

퀴리점(Curie point)은 강자성 물질이 상자성으로 변환되는 임계 온도로, 원자 스핀의 배열 상태가 변하는 자기변태(magnetic transformation)에 해당한다. 이 온도 이상에서는 자기 모멘트의 열운동이 자기 정렬을 이기게 되어 강자성이 소멸하며, 순수 철의 경우 약 770°C이다.

• 동소변태점: 동소변태점(allotropic transformation point)은 결정구조 변화를 뜻하는 별개 개념이다.
• 결정격자·입방격자가 변하는 점: 결정격자 변화나 입방격자 변화는 퀴리점의 정의에 포함되지 않는다.

변압기, 발전기, 전동기 등 전기기기의 철심용 재료는 Fe-Si(철-규소) 합금이다. Fe-Si 합금은 규소 함유량을 조절하여 전기저항을 높이고 히스테리시스 손실과 와전류 손실을 감소시켜 자기특성을 개선한다. P-Mn은 인장강도와 연신율을 개선하는 강철계 재료이고, Cu-N과 Cr-S는 구리 및 크롬계 재료로 철심용도와 무관하다.

평면도는 직사각형을 가로선으로 반 나눈 뒤 앞쪽(아래) 절반에만 세로 능선이 그려진 그림이 옳다.

정면도는 직사각형 안에 좌·우 아래 모서리에서 위 중앙으로 올라가는 ∧ 모양 실선이 있고, 우측면도는 직사각형이 세로선 하나로 앞·뒤로 나뉘어 있다. 이는 뒤쪽 절반이 사각기둥, 앞쪽 절반이 삼각기둥인 물체를 뜻한다.

앞쪽 삼각기둥의 꼭대기 능선은 아무것에도 가리지 않으므로 정면도에서 실선 ∧로 보이고, 제3각법 평면도에서는 앞면이 아래쪽에 오므로 그 능선이 아래쪽 절반의 세로선으로 나타난다.

• 세로선을 위쪽 절반에 그린 그림 — 능선이 뒤에 있다는 뜻이 되어 정면도의 ∧가 파선이어야 한다.
• 가로선 하나만 있는 그림 — 삼각기둥의 능선이 빠져 있다.
• ∨ 모양을 그린 그림 — 평면도에는 경사면 능선이 직선 하나로만 나타난다.

제3각법에서 평면도는 정면도의 위에 배치된다.

치수는 물체의 형상을 가장 잘 나타내는 정면도에 집중하여 기입하되, 투상도와 투상도 사이의 공간에 기입하는 것이 원칙이다.

• 평면도나 측면도에 치수를 몰아 기입하지 않는다.
• 같은 치수를 중복해서 여러 번 기입하지 않는다.

단면임을 나타내기 위해 외형선이나 중심선에 경사지게 일정 간격으로 긋는 가는 실선을 해칭선이라 한다.

특수선·절단선·파단선은 각각 다른 용도로 쓰이는 선이다.

공차 기호 H7에서 H는 구멍의 기준 위치(상한편차 0), 7은 IT 공차등급을 나타낸다. 기준치수 ø50은 명시되어 있고, 구멍 기호 H로 구멍의 종류가 결정되며, 7로 공차등급이 명확하다. 그러나 끼워맞춤의 종류(간섭끼움, 클리어런스 끼움, 이행 끼움)를 판정하려면 축의 공차 기호도 함께 알아야 하는데, 구멍의 치수 정보만으로는 축과의 조합 관계를 알 수 없으므로 끼워맞춤의 종류를 결정할 수 없다.

테이퍼는 (D-d)/L로 계산한다. 큰 지름 30, 작은 지름 20, 길이 50이므로 $(30-20)/50 = 10/50 = 1/5$이 된다.

치수 숫자와 함께 쓰는 기호 중 C는 45° 모따기를 나타내며, 구의 지름을 나타내는 기호가 아니다.

• ø는 지름을 나타내는 기호로 옳다.
• R은 반지름을 나타내는 기호로 옳다.
• t는 두께를 나타내는 기호로 옳다.

나사를 간략하게 그릴 때 눈에 보이는 나사산은 굵은 실선으로 긋는다. 수나사에서는 바깥지름, 암나사에서는 안지름이 여기에 해당한다.

반면 나사의 골에 해당하는 선은 가는 실선으로 그려 산과 구분한다.

도면명칭은 표제란에 기재되는 항목이며, 부품란에는 부품번호·재질·수량 등이 기재된다.

외형선은 물체의 보이는 형상을 나타내는 굵은 실선으로, 제도에 쓰이는 선 중 가장 굵게 그린다.

치수보조선, 피치선, 파단선은 모두 외형선보다 가늘게 그리는 선이다.

KS 부문 기호에서 KS A는 기본(통칙) 부문이다. 전기·전자는 KS C이므로 'KS A - 전자'가 틀린 연결이다. KS B는 기계, KS D는 금속이다.

고속도 공구강을 나타내는 재료 기호는 SKH이다.

고로용 내화벽돌은 내화도가 높고 치수가 정확하며 침식·마멸에 강해야 하지만, 비중이 높아야 한다는 것은 요구되는 조건이 아니다.

고로 조업 말기에 TiO₂가 많은 원료의 장입을 늘리는 주된 목적은 노저(노 바닥) 보호이다.

TiO₂가 노 하부에서 환원되어 생기는 단단한 탄화·질화티타늄 성분이 내화물 표면에 보호층을 형성해 침식을 줄여 주며, 이는 취련 작업이나 용선 유동성, 샤프트각과는 직접 관련이 없다.

고로의 고압조업은 고로 내 압력을 높여 가스 흐름과 반응 효율을 개선하는 조업 방식이다. 고[S] 함유량 증가는 고압조업의 효과가 아니며, 오히려 고압에 의해 환원이 촉진되고 노내 온도가 상승하면서 황의 제거가 더 잘 이루어져 용선의 [S] 함유량이 오히려 낮아진다. 반면 출선량 증대(가스 투과성 향상으로 처리량 증가), 연료비 저하(코크스 소비량 감소), 노황의 안정(압력 증가로 노 구조 안정화)은 모두 고압조업의 실제 효과다.

제시된 것 중 염기성 플럭스는 돌로마이트이다.

돌로마이트는 CaO·MgO를 주성분으로 하는 염기성 물질로, 슬래그의 염기도를 높여 탈황 등 정련 반응을 돕는 데 쓰인다.

• 규석은 SiO₂가 주성분인 대표적인 산성 재료다.
• 샤모트는 점토를 소성한 알루미나-실리카질 내화 원료이고, 탄화규소는 중성으로 분류되는 내화 재료여서 어느 쪽도 염기성 플럭스가 아니다.

용광로 철피의 적열 상태를 확인할 때는 온도계 측정, 물의 비등 확인, 조명을 끈 뒤 철피 색깔 관찰 등의 방법을 쓰며, 신체를 접촉해 온기를 확인하는 것은 화상 위험이 있어 옳은 점검 방법이 아니다.

고로의 수명은 노의 설계·구성, 내화재료의 품질, 축로 기술, 물리적·화학적 변화 등 여러 요인에 의해 결정되는데, 보기 2번은 "원료 사정과 노의 조업상태는 상관없다"고 명시함으로써 이들이 수명에 영향을 주지 않는다고 주장한다. 그러나 실제로는 원료의 품질, 장입 조건, 통풍 상태, 온도 관리 등 조업상태가 노의 내화물 손상과 수명에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 보기 2번이 고로의 수명을 지배하는 요인으로 옳지 못한 것이다.

유안(황산암모늄)을 제조하는 방법 중 건식법은 반응열을 이용하여 건조하는 방식이다. 암모니아와 황산의 중화반응에서 발생하는 반응열로 수분을 증발시켜 별도의 건조 장치 없이 제품을 건조한다. 습식법은 물에 용해시킨 후 결정화하는 방식이고, 석고 사용법과 아황산가스를 이용하는 방법은 특수한 불순물 제거나 특성 개선을 위한 방법들이므로 순수하게 반응열 건조의 특징을 갖지 않는다.

석탄의 자연 산화(자연발화)는 발열 반응으로 온도 상승(1번), 점결력 저하(2번), 그리고 충분한 열 축적 시 발화(3번)를 초래한다. 반면 석탄이 산화하면서 방출되는 열과 산소 접근으로 인해 휘발분은 감소한다. 휘발분이 증가하려면 가열에 의한 열분해가 필요한데, 대기 중 자연 산화 과정에서는 휘발분이 소실되므로 정답은 4번이다.

장입물 분포를 제어하는 설비는 무우벨 아머(Muffle Armor, 또는 Mul Armor)로, 고로(blast furnace) 내에서 장입물(광석, 코크스 등)이 노 중앙부에 균등하게 분포되도록 안내하는 장치다. 수평 사운드는 노 내 온도 측정, 가스 샘플러는 노 가스 성분 분석, 노정 살수장치는 노정 온도 냉각이 각각의 용도이므로 장입물 분포 제어와는 무관하다.

소결광은 기공이 많은 다공질이라 환원가스가 잘 스며들어 피환원성이 가장 좋다. 펠릿은 소결광보다 치밀하고, 생광석과 특히 치밀한 자철광은 피환원성이 떨어진다.

노벽이 얇아져 가스나 용해물이 새어 나올 때는 냉각판 삽입, 바람구멍 지름 조절, 외부 냉각수 살포 등으로 즉시 조치해야 하며, 보수하지 않고 방치하는 것은 옳은 조치가 아니다.

고로조업의 송풍 원단위는 Nm³/T-P 단위로 나타낸다.

이는 선철 1톤을 만드는 데 사용한 표준상태 부피의 바람 양을 뜻하며, 나머지 단위 조합은 송풍량과 생산량의 관계를 나타내는 원단위 표기와 맞지 않는다.

천인율은 근로자 1,000명당 재해자 수를 나타내는 지표로, (재해자수÷평균근로자수)×1,000으로 구한다.

분자와 분모를 바꾸거나 1,000 대신 100을 곱하는 식은 각각 다른 의미의 지표가 되어 천인율의 정의와 맞지 않는다.

광석을 용융 온도 이하에서 가열하여 CO₂, H₂O 등의 휘발성 물질을 제거하는 조작은 하소(calcining)이다. 하소는 탄산염 광석(예: CaCO₃)에서 CO₂를 제거하거나 수화광석에서 결정수를 제거하는 전처리 공정으로, 광석을 완전히 녹이지 않는 온도에서 수행된다.

• 배소(roasting): 산화 또는 유황 제거를 목적으로 더 높은 온도에서 행해진다.
• 소결(sintering): 분말을 응집시키는 공정이다.
• 선광(dressing): 물리적 선별이므로 구분된다.

열풍로에서 만들어진 열풍은 풍구(tuyere)를 통해 고로 안으로 취입된다.

고로에서 만들어지는 주물선은 규소(Si) 함유량이 높은 것이 특징으로, 주물선의 성질과 가장 관련이 깊은 원소는 Si이다.

축열실은 고로 자체가 아니라 열풍로에 속한 설비이다.

샤프트·노복·보시는 고로 본체를 이루는 구조 부위이지만, 축열실은 열풍을 만들기 위해 별도로 설치된 열풍로 내부의 벽돌 축열 구조물이다.

풍구, 장입종(벨·벨리스 계통의 장입장치), 스키머는 모두 고로 자체에 딸린 설비이다.

소화탑은 코크스를 급랭시키는 코크스로 부속설비로, 고로의 부속설비로 보기 어렵다.

소결기의 급광장치에는 호퍼, 드럼 피더, 셔틀 컨베이어 등이 있으며, 스크린은 입도를 선별하는 장치로 급광장치에 해당하지 않는다.

고로 안에서는 철광석이 환원되어야 하므로, 괴상화 원료가 노 안에서 산화가 잘 되어야 한다는 조건은 제련의 목적과 맞지 않아 틀렸다.

다공질 구조를 유지한 채 오랫동안 보관해도 풍화되지 않고, 열팽창·수축에 파괴되지 않으며, 모양이 구상에 가까운 것은 실제로 괴상화 원료에 요구되는 조건들이다.

소결공장의 점화로(ignition furnace)는 소결광을 고온으로 점화하기 위해 고온의 연소가스를 필요로 하므로, C.O.G(코크스 오프 가스), B.F.G(고로 가스), 혼합가스 등 가연성 기체 연료를 사용한다. Coal(석탄)은 고체 연료로서 점화로의 연료로 직접 사용되지 않으며, 대신 코크스 제조나 고로 운영 등 다른 공정의 원료로 사용되므로 정답이다.

소결광에서 철 규산염(철 실리케이트, Fe₂SiO₄ 등)이 많아지면 강도는 커지고 환원성은 저하한다. 철 규산염은 소결광의 기질을 강화하여 강도를 증가시키지만, 규산염 광물은 환원 난이도가 높고 산소 흡수력이 크므로 환원성을 악화시킨다. 따라서 철 규산염 증가는 기계적 강도 향상이라는 이점이 있으나 제철공정에서 환원제 소비 증가 및 환원 효율 저하를 초래한다.

소결공정의 믹서는 분말 및 첨가제를 균일하게 혼합하는 장비로, 그 주요 역할은 혼합(4번), 수분 첨가(1번), 조립(3번)이다. 혼합 중에 적절한 수분을 첨가하여 분말들이 서로 응집할 수 있도록 하고, 이를 통해 작은 입자들이 뭉쳐 조립(granule)을 형성한다. 반면 장입(2번)은 혼합이 완료된 분말 혼합물을 소결로에 넣는 공정 단계로, 믹서의 역할이 아니라 그 이후 공정에 해당한다.

소결 원료 중 입도가 6mm 이하인 소결광을 반광이라 하며, 소결원료로 재배합되어 다시 사용된다.

스케일은 압연 등에서 생기는 산화철 부산물, 연진은 미세 분진, 황산소광은 황산 제조 부산물인 소광으로 각각 발생 공정과 성상이 반광과 다르다.

팰릿(pellet)은 미분 철광석을 사전에 조립·소성하여 만든 완성된 중간 제품으로서, 이미 응축된 형태이므로 소결용 원료가 아니라 제철 고로의 직접 투입 원료이다.

소결용 원료는 미분(분말 형태)의 철광석 또는 철 함유 폐기물을 대상으로 하며, 이들을 고온에서 응축·결합시켜 소결광을 만든다.

• 고로 더스트: 고로에서 배출되는 미분 철산화물로서 소결 원료로 재활용된다.
• 스케일: 열연·냉연 과정에서 발생하는 산화철 박편으로 소결 원료에 포함된다.
• 사하분광: 사하분광(또는 사철광분)은 미분 철광석의 일종으로 소결 원료로 사용된다.

염기도는 CaO를 SiO₂로 나눈 값이므로 1.65이다.

그림에 주어진 조성은 CaO 9.9 %, FeO 6.5 %, SiO₂ 6.0 %이다.

공식: $\text{염기도}=\dfrac{\mathrm{CaO}}{\mathrm{SiO_2}}$
대입: $\dfrac{9.9}{6.0}$
결과: $1.65$

FeO 6.5 %는 염기도 계산에 넣지 않는 값이다. 이 값을 분자나 분모에 끼워 넣으면 다른 수치가 나오므로 주의한다.

확산형 소결광은 저온에서 확산결합으로 만들어져 산화도가 크고 기공률이 좋아 환원성이 우수하다. 그러나 용융형 소결광에 비해 강도가 약한 것이 단점이다.

소결 작업에서 최대팽윤 수분은 부피 비중이 최소가 되는 수분 백분율을 의미한다. 소결 전 성형체에 수분이 함유되어 있을 때, 수분 함량이 증가하면서 성형체는 팽윤하여 부피가 증가하고 부피 비중(밀도)은 감소하다가, 최적 수분량에서 부피 비중이 최소값에 도달한다. 이 지점이 최대팽윤 수분이며, 이 수분 함량에서 소결 전 성형체의 강도와 소성이 가장 양호하여 소결 품질이 우수하다.

미분 원료의 배합비를 적게 하는 것은 미분(미세 입자)을 줄여 입자 크기를 크게 하므로, 오히려 소결 반응성을 낮추고 처리량을 증가시키는 증산 조치에 해당한다.

소결 감산(감산 조치)은 소결광의 생산량을 줄이기 위해 취하는 조작들이다.

• 주 배풍기의 댐퍼를 닫으면 통풍량이 감소하여 소결 속도가 느려진다.
• 장입층후(소재층 높이)를 높이면 소결 시간이 길어져 처리량이 감소한다.
• 압 장입으로 장입밀도를 높이면 통풍 저항이 증가하여 소결 진행이 느려진다.

소결용 코크스를 다른 원료보다 잘게 쓰는 조업상 이유는 적절한 열분포를 얻기 위해서다.

코크스 입자를 세립화하면 배합원료 전체에 고르게 분산되어, 소결층 안에서 연소열이 한쪽에 몰리지 않고 균일하게 퍼진다.

드와이트·로이드(D-L) 소결기는 연속식 벨트형 구조로 가동부가 많아 고장과 누풍이 잦은 결점이 있으나, 작업이 간편하고 소인원으로 대량 생산이 가능하다.

포트 소결기, 그리나발트 소결기, AIB식 소결기는 배치(회분)식 성격이 강해 대량 연속생산에는 상대적으로 불리하다.

로황이 불안정하여 고온 송풍이 불가능하다는 설명은 오류로, 소결광 사용이 오히려 로황(爐況)을 안정시켜 고온 송풍을 가능하게 하는 장점이다. 많은 양의 소결광 사용은 로 내 통기성 개선과 반응성 향상으로 고온 송풍 조건을 만족시키므로, "많이 사용하면 불안정하여 불가능하다"는 역방향의 표현이 잘못되었다.

석회 소결광은 석회석과 광석을 미리 혼합·소결하여 용광로에 장입하는 것이다.

• 가스의 환원성과 보유열량: 효율적으로 이용한다.
• 균일한 혼합: 로 내 반응을 촉진한다.
• 연료소비량: 연료소비량을 감소시킨다.

펠레타이징의 소성 경화에 쓰이는 수직형 소성로는 위에서부터 건조대 → 가열대 → 균열대 → 냉각대 순서로 층이 구성된다.

원료가 노 상부로 투입되어 먼저 수분을 날리는 건조를 거치고, 이어서 온도를 올리는 가열, 소성 온도를 고르게 유지하는 균열을 지난 뒤, 마지막으로 냉각되어 노 하부로 배출되는 흐름이다.