[제선기능사 필기] 12년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

두랄루민은 Al-Cu 계 합금으로, 우수한 강도와 경량성이 필요한 항공기 재료로 사용된다. 단조경화 합금은 냉간 가공에 의해서만 경화되는 합금(예: 순알루미늄, Al-Mg 합금)을 지칭하는데, 두랄루민은 열처리(용체화·시효)에 의해 경화되는 석출경화형 합금이므로 단조경화 합금이 아니다.
용체화처리: 고온에서 Cu를 고용시킨 후 급냉하여 과포화 고용체를 만드는 핵심 열처리 공정이다.
상온시효처리(자연시효): 실온에서 시간 경과에 따라 강도가 증가하는 두랄루민의 특성이다.
알루미늄 합금: 두랄루민의 정의 그 자체다.

반도체 소자 제조에 쓰이는 대표적인 원소는 Si(규소)와 Ge(게르마늄)이다.

Y합금에 Ti과 Cu를 각각 약 0.2% 첨가해 내열성을 높인 합금이 코비탈륨이며, 열팽창이 작아 피스톤 재료로 사용된다.
라우탈은 Al-Cu-Si계 주물용 합금, 엘린바는 Fe-Ni계 불변강, 두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn계 시효경화형 합금으로 각각 조성과 용도가 다르다.

주형 벽면에서 중심 방향으로 가늘고 길게 성장한 결정을 주상 결정이라 한다.
용탕이 주형 표면에서부터 냉각되면서 열이 빠져나가는 방향을 따라 나란한 기둥 모양으로 자라기 때문이며, 단결정이나 다결정이라는 일반적 표현, 실재하지 않는 '크리스탈 결정'이라는 용어와는 다르다.

Al-Si 합금 용탕에 소량의 금속나트륨을 첨가해 조직을 미세화하고 공정점을 이동시키는 처리는 개량처리이다.
나트륨 같은 개량제는 공정 실리콘의 결정을 미세하고 둥글게 만들어 합금의 강도와 연신율을 높인다.
용체화처리는 합금원소를 고용시키기 위한 가열·급랭 열처리로 목적이 다르다.
접종처리·구상화처리는 주로 주철에서 흑연의 형태를 조정하는 처리로 대상 합금과 목적이 다르다.

아공석강은 약 0.025~0.8%C를 함유한 강으로, 공석점(0.8%C) 이하의 탄소 함유량을 갖는다.

크리프 저항성이 향상된다. 산화물 등 미세한 입자를 금속 기지에 균일하게 분산시키면 고온에서도 입자가 전위 이동을 가로막아 장시간 하중을 받아도 서서히 변형되는 크리프 현상에 강해진다.
이러한 산화물 분산강화 재료는 내식성이나 전기전도도, 상온 피로강도를 높이기 위한 것이 아니라 고온 장시간 사용 환경에서의 형상 안정성을 목표로 한다.

공구용 재료는 마모에 견디도록 내마멸성이 커야 하므로, 내마멸성이 작아야 한다는 설명은 요구 조건과 반대된다.
강인성이 크고 열처리·가공이 쉬우며 상온과 고온에서 경도가 높아야 한다는 나머지 조건은 모두 공구재료에 실제로 요구되는 성질이다.

황동(brass)은 구리와 아연을 주성분으로 하는 합금이다. 톰백(tomback)은 구리 88~92%, 아연 8~12%로 구성된 황동 합금으로, 색상이 붉은 금색을 띠며 장식용·악기용으로 사용된다. 질화강은 강철에 질소를 침탄시킨 표면 경화재료, 스텔라이트는 코발트·크롬·텅스텐 기반의 초경합금, 화이트 메탈은 주석·납·안티몬 기반의 합금으로 모두 황동과 무관하다.

강괴는 탈산 정도에 따라 킬드강, 세미킬드강, 캡드강, 림드강으로 분류되며, 쾌삭강은 절삭성을 높이기 위한 강종 분류로 강괴 종류에 해당하지 않는다.

지렛대 원리에 따라 결정 A : 용액 = $\overline{m_2 b} : \overline{m_2 a}$ 가 되므로, 두 선분을 이 순서로 쓴 것이 옳다.
상태도에서 조성 m인 합금을 냉각하면 액상선 위의 m1에서 결정 A가 정출하기 시작하고, 더 내려가 m2에 이르면 수평선 a–b 위에서 고상과 액상이 공존한다. 이때 고상(결정 A)의 조성은 왼쪽 세로축 위의 a, 액상의 조성은 액상선과 만나는 b이다.
지렛대 원리는 각 상의 양이 반대쪽 팔의 길이에 비례한다는 것이므로, 결정 A의 양은 m2에서 b까지, 용액의 양은 m2에서 a까지의 길이에 비례한다.
비를 $\overline{m_2 a} : \overline{m_2 b}$ 로 쓰면 고상과 액상이 서로 뒤바뀐다.
m1은 응고가 시작되는 점, A'는 순금속 A가 녹는 점이어서 m2에서의 양적 관계와는 관계가 없다.

주석(Sn)은 독성이 낮고 표면이 은백색으로 탈색효과가 우수해 의약품·식품 포장용 튜브 제조에 많이 쓰인다.
비중도 약 7.3으로 문제에서 제시한 값과 일치하며, 아연·망간·백금은 이러한 용도로 일반적으로 사용되지 않는다.

엘렉트론은 Mg에 Al·Zn 등을 넣은 대표적인 Mg 합금이다. 실루민은 Al-Si계, 문쯔메탈은 6-4황동(Cu-Zn), 배빗메탈은 Sn계 베어링 합금이다.

슬립이 진행될수록 결정은 가공경화되어 변형이 오히려 어려워진다.
슬립면을 따라 전위가 이동하면서 서로 얽혀 전위 밀도가 높아지기 때문에, 변형이 쌓일수록 재료는 단단해지고 추가 변형에 필요한 힘도 커진다.
슬립은 원자 밀도가 가장 큰 격자면에서, 그리고 원자 밀도가 최대인 방향으로 잘 일어난다.
다결정에서는 결정립마다 슬립 방향이 달라 외력이 가해질 때 서로 간섭을 일으킨다.

구상흑연 주철품은 GCD 450과 같은 형식으로 표기한다.
GCD는 구상흑연이 기지에 고르게 분포된 덕타일 주철을 나타내는 기호이며, WMC·BMC·PMC는 구상흑연주철과는 다른 주철 계열의 기호이다.

도면의 척도를 “NS”로 표시하는 경우는 그림의 형태가 척도에 비례하지 않을 때이다.
NS는 Not to Scale의 약자로, 실제 치수와 도면상 형태의 비례가 맞지 않음을 알리는 표기다.

치수숫자와 함께 쓰는 보조기호는 지름 ø, 반지름 R, 정사각형 □ 등이며, Y는 이러한 치수 보조 기호로 쓰이지 않는다.

“GC 200”은 인장강도 200N/mm2 이상인 회주철품을 의미한다.
GC는 회주철(Gray Cast Iron)을 나타내는 기호이고, 뒤의 숫자는 최소 인장강도 값을 가리킨다.

제3각법은 투상도의 정면도·평면도·측면도를 배치하는 국제 표준 방식이다. 정면도, 평면도, 우측면도 또는 좌측면도의 3면도로 물체를 표현하는 것이 기본이며, 이를 통해 물체의 3차원 형태를 충분히 파악할 수 있다. 보기 2번은 간단한 물체도 필요시 3면도로 표현하므로 틀렸고, 3번은 정면도(주투상도)가 물체의 특징을 가장 잘 나타내야 하는데 평면도라고 했으므로 틀렸다. 4번은 대칭 물체일 때 한쪽 측면도만 그려 생략하는 것이 정상이므로 틀렸다.

틈새와 죔새가 둘 다 생길 수 있으므로 중간 끼워 맞춤이다.
그림의 치수는 구멍 $\phi 15^{+0.008}_{0}$, 축 $\phi 15^{+0.006}_{+0.001}$ 이다. 즉 구멍은 15.000~15.008 mm, 축은 15.001~15.006 mm 안에서 만들어진다.
최대 틈새 = 구멍 최대 − 축 최소 = 15.008 − 15.001 = 0.007 mm, 최대 죔새 = 축 최대 − 구멍 최소 = 15.006 − 15.000 = 0.006 mm 이므로, 어느 쪽으로 만들어지느냐에 따라 헐거워지기도 하고 죄어지기도 해 한쪽으로 정해지지 않는다.
항상 틈새만 생기면 헐거운 끼워 맞춤이다.
항상 죔새만 생기면 억지 끼워 맞춤이다.
축 기준 끼워 맞춤은 끼워 맞춤의 종류가 아니라, 축의 치수를 기준으로 구멍 쪽을 조절하는 방식을 가리키는 말이다.

대상물의 좌표면이 투상면에 평행하게 놓이는 직각 투상법을 정투상법이라 한다.
사투상법은 투상선이 투상면에 경사지며, 등각·부등각 투상법은 좌표면이 투상면과 평행하지 않은 축측 투상법이다.

다줄나사의 리드는 나사산의 줄수와 피치의 곱으로 구해지므로 피치는 $4\ \mathrm{mm}$이다.
리드를 $L$, 줄수를 $n$, 피치를 $p$라 하면 $L = n \times p$이므로, $p = \dfrac{L}{n} = \dfrac{12\ \mathrm{mm}}{3} = 4\ \mathrm{mm}$가 된다.

구멍이 관통 구멍이라면 끝까지 뚫려 있으므로 깊이를 별도로 기입할 필요가 없는데, 원형으로 표시된 투상도에 깊이를 기입한다고 한 서술은 이 원칙에 어긋나 틀렸다.
치수를 계산 없이 바로 읽도록 기입하는 것, 가급적 주투상도에 치수를 모아 기입하는 것, 길이·자세·위치를 명확히 표시하는 것은 모두 치수기입의 올바른 기본 원칙이다.

계단의 단 경계가 세로 실선 2개로 3칸을 이루고, 앞쪽 바닥판의 홈이 바깥 윤곽을 파고든 평면도가 옳다.
그림의 물체는 화살표 쪽(앞)으로 낮은 바닥판이 튀어나와 있고, 그 뒤로 왼쪽에서 오른쪽으로 3단으로 높아지는 계단이 서 있다(가장 오른쪽 단이 벽처럼 가장 높다). 바닥판의 앞 가장자리 가운데에는 앞으로 트인 사각형 홈이 파여 있다.
위에서 내려다보면 3개의 단이 세로 실선 2개로 나뉘어 보이고, 계단부 앞면의 위 모서리가 가로 실선 하나로 그어진다.
가운데 가로선을 파선으로 그린 것은 잘못이다 — 위에서 실제로 보이는 모서리이므로 외형선(실선)이어야 한다.
홈을 닫힌 사각형으로 그린 것도 잘못이다 — 앞으로 트인 홈이므로 아래쪽 외형선이 끊기고 안으로 꺾여 들어가야 한다.

제도에서 문자의 크기를 나타내는 기준은 문자의 높이이다.
도면에 쓰는 문자는 높이(mm) 값으로 크기를 규정하며, 문자의 폭이나 굵기와는 별도로 관리한다.

도면을 철하기 위한 여백 d(철하는 쪽 윤곽선 폭)는 도면 크기에 관계없이 최소 25mm로 규정되어 있으므로 "도면을 철할 때 d의 최소 크기는 25mm"가 옳다.
도면 크기의 호칭은 A0: 도면 크기 a=594, b=841는 A1 용지 규격이므로 틀리다.
C의 최소 크기는 10mm: A1 용지의 윤곽선 여백 c(최소 테두리 폭)는 10mm가 아니라 10mm 기준은 A0~A3 공통이나 실제 표에서는 A1의 경우도 최소 10mm로 규정되지만, 철하지 않는 변의 최소 여백은 20mm 이상이 원칙이라 옳지 않다.
중심 마크와 윤곽선: 그림에는 중심 마크만 표시되어 있고 별도의 윤곽선 표시 설명은 해당 항목의 핵심이 아니므로 옳은 설명으로 보기 어렵다.

대상물의 일부를 파단하거나 떼어낸 경계를 표시할 때는 가는 실선(파단선)을 사용한다.
굵은 실선은 외형선, 가는 파선은 숨은선, 굵은 1점 쇄선은 특수 지정선에 쓰이는 선으로 각각 용도가 다르다.

열풍로 축열실의 내화벽돌은 축열과 방열을 반복하므로 열전도율이 좋아야 열을 빠르게 저장·방출할 수 있다.
비열이 낮으면 열을 적게 저장하고, 비중이 지나치게 낮거나 가공율이 과도하게 높으면 강도와 내구성이 떨어지므로 이러한 조건들은 옳지 않다.

노정가스의 유속을 낮추고 흐름 방향을 바꾸어 크기가 큰 연진을 분리·제거하는 설비는 제진기(Dust Catcher)이다.
백필터·전기집진기·벤츄리스크러버는 제진기를 거친 가스에 남은 미세 분진을 추가로 제거하는 후단 설비이다.

직접환원반응은 고체 탄소(C)가 직접 산화철을 환원시키는 반응으로, FeO + C ⇄ Fe + CO가 이에 해당한다.
나머지 반응들은 모두 CO 가스가 산화철을 환원시키는 간접환원반응이다.

고로 열수지에서 용선 현열은 노 밖으로 빠져나가는 출열 항목에 해당한다.
열풍 현열과 코크스의 발열량은 노 안으로 공급되는 입열 항목이다.

고정탄소(%)는 100%에서 수분·회분·휘발분의 합을 뺀 값으로 구한다.
수분·회분·휘발분을 곱하거나 더하는 식은 공업분석의 성분 관계와 맞지 않으며, 네 성분의 비율 합이 100%가 되어야 한다는 원리에서 뺄셈식만 성립한다.

상승 가스에 의해 장입물이 가열되어 부착 수분을 잃고 마르는 층은 예열층이다.
노정에서 가장 가까운 층으로, 이후 아래로 내려가면서 환원층·가탄층·용해층을 차례로 거치며 반응이 진행된다.

고로 안에서 코크스는 연소되어 열원이 되고, 철광석을 환원시키는 환원제 역할을 하며, 덩어리 상태를 유지해 노 안의 통기성을 확보하는 세 가지가 핵심 역할이다.
탈황은 코크스가 직접 담당하는 역할이 아니다.

코크스량 대비 광석 장입량을 늘리면 상대적으로 코크스비가 낮아져 노 안의 온도가 오히려 낮아지므로 Si 환원이 억제된다.
SiO2 투입량을 늘리거나 염기도를 낮추고 로상 온도를 높이는 조치는 모두 Si를 환원시켜 선철 중 Si 함량을 높이는 방향으로 작용한다.

고로 풍구에서 들어온 압풍에 의해 풍구 앞에 만들어지는 공간을 레이스 웨이라 한다.
이 공간에서 코크스가 연소하며 노 안으로 열과 환원가스를 공급하는 핵심 반응이 일어난다.
행잉은 장입물이 내려가지 않고 걸리는 현상, 슬로핑·플루딩은 각각 노 안 가스·용융물의 이상 거동을 가리키는 용어로 풍구 앞 공간과는 다른 개념이다.

적철광(赤鐵鑛)은 고로 원료로 가장 광범위하게 사용되는 철광석이며, Fe₂O₃를 주성분으로 한다. Fe₃O₄(자철광)는 자성이 강해 선별에 유리하지만 산업적으로는 적철광이 더 풍부하고 널리 채굴되며, Fe₃O₄·H₂O(갈철광)와 2Fe₂O₃·3H₂O(갈철광의 다른 형태)는 함수 화합물로서 고로 투입 전에 건조·로스팅 공정을 거쳐야 하므로 원료로서 직접 사용도가 낮다. 따라서 고로 원료로 가장 많이 사용되는 것은 무수 산화철인 Fe₂O₃이다.

고로 선철을 파면으로 분류할 때는 백선철·반선철·회선철로 나누며, '은선철'이라는 구분은 쓰이지 않는다.
파면의 색과 조직에 따라 백선은 시멘타이트 위주, 회선은 흑연이 많이 나타나는 조직으로 구분된다.

고로에서 용선을 빼내는 곳은 노 하부 노상 옆면에 뚫는 출선구이다. 개공기로 출선구를 뚫어 용선과 슬래그를 흘려보내고, 출선이 끝나면 머드건으로 다시 막는다.
밸리부(노복)는 고로 몸통에서 지름이 가장 큰 부분을 가리킨다.
열풍구는 열풍로에서 보낸 고온의 바람을 노 안으로 불어넣는 구멍이다.
장입 기준선은 노정에서 원료를 채우는 높이의 기준이 되는 선이다.

스키머는 출선 시 용선과 슬래그를 분리하는 역할을 한다.
용선이나 슬래그를 레이들·슬래그피트로 보내는 것은 러너(탕도) 등 다른 설비가 담당하는 기능이다.

철분 93%인 선철 1톤에는 순철이 930kg 들어 있어야 하므로, 필요한 광석량은 이 철분량을 광석 품위로 나누어 구한다.
따라서 $\dfrac{1000 \times 0.93}{0.47} \approx 1979\ \mathrm{kg}$의 광석이 필요하다.

정상 조업 중 노정가스 성분에서 가장 적은 비율을 차지하는 것은 H2이다.
노정가스는 대체로 질소가 가장 많고 CO·CO2가 그 뒤를 이으며, 수소는 코크스·수분에서 소량 생성되는 데 그쳐 함유량이 가장 낮다.

선철 중 인 함량을 줄이려면 노상온도를 낮추는 조업이 필요하다.
염기도를 낮추는 것은 오히려 인 제거에 불리한 방향이다.
속도가 느린 조업은 반응 시간이 늘어나 인 환원이 촉진되는 쪽으로 작용한다.
인 함유량이 많은 장입물을 쓰면 당연히 선철 중 인 함량이 늘어난다.

고로에 장입되는 원료는 철광석·코크스·석회석이며, 보크사이트는 고로 장입물에 포함되지 않는다.
보크사이트는 알루미늄 제련에 쓰이는 광석으로, 제선 공정에서 철분을 얻거나 슬래그를 조정하는 데 쓰이는 물질이 아니다.

공기 중 산소 농도가 낮아지면 연소 반응이 둔화되어 연소가 어려워진다.
산소 농도가 낮아지면 폭발범위는 오히려 좁아지고 화염온도는 낮아지며, 점화에 필요한 에너지는 커진다.

생펠렛을 조립하려면 분입자 간에 적정한 수분이 있어야 하므로, 수분이 없어야 한다는 설명은 틀린 조건이다.
원료가 충분히 미세해야 한다는 조건은 옳다.
원료분이 균일하게 가습되는 혼련법이어야 한다는 조건도 옳다.
균등하게 조립되도록 전동법을 쓰는 것도 옳은 조건이다.

저광조에서 배출되는 소결원료의 벨트 속도를 자동으로 가감해 목표량만큼 정량으로 절출하는 장치를 정량절출장치(Constant Feed Weigher)라 한다.
Belt Feeder와 Table Feeder는 원료를 단순히 이송·공급하는 장치이고, Vibrating Feeder는 진동으로 원료를 흘려보내는 장치로, 무게를 재며 정량을 맞추는 기능은 이 장치들의 핵심 기능이 아니다.

소결조업 용어 FFS(Flame Front Speed)는 화염진행속도를 의미한다.

괴상법 중 단광법에 해당하지 않는 것은 크루프법이다.
다이스법·프레스법·플런저법은 모두 분광석을 압축 성형해 덩어리로 만드는 단광법의 종류인 반면, 크루프법은 회전로를 이용한 직접환원법으로 분류되어 단광법과는 성격이 다르다.

배합원료에 수분을 첨가하는 이유가 아닌 것은 배가스 온도를 상승시키기 위해서이다.
수분 첨가는 소결층 내 온도 구배 개선, 미분원료의 응집을 통한 통기성 향상, 더스트의 비산 방지를 목적으로 하며, 배가스 온도를 높이는 것은 그 목적이 아니다.

소결 배합에서 CaO를 늘리면 자용성 성분이 강화되어 소결반응이 촉진되고 생산율이 증가한다.
CaO는 오히려 제품 강도를 높이는 방향으로 작용하며, Al2O3는 결정수를 늘리기보다 슬래그양을 늘려 코크스 사용량을 증가시키는 쪽으로 작용하므로 나머지 서술들은 실제와 반대된다.

자용성 소결광 사용의 이점에 대한 설명 중 틀린 것은 페이얼라이트 함유량이 커서 피환원성이 크다는 부분이다.
자용성(고염기도) 소결광은 오히려 페이얼라이트 생성이 억제되고 칼슘페라이트가 많이 만들어져 피환원성이 좋아지며, 그 결과 코크스비 저하와 출선량 증대, 노황 안정 같은 이점을 얻는다.

용융결합은 고온에서 소결이 진행될 때 원료 중의 슬래그(맥석) 성분이 녹아(용융) 입자 사이를 채우고, 식으면서 입자들을 단단하게 결합시키는 방식을 말한다.
입자 자체가 녹는 것이 아니라 슬래그 성분이 녹는 것이며, 저온에서 표면 확산으로 결합하는 방식은 용융결합이 아닌 고상 확산결합에 해당해 서로 구분된다.

소결광의 낙하 강도 지수(SI)는 시료를 2m 높이에서 4회 떨어뜨린 뒤, 입도 +10mm로 남은 시료 무게가 시험 전 무게에서 차지하는 비율(백분율)로 나타낸다.
이 비율이 높을수록 낙하 충격에 잘 부서지지 않는, 강도가 우수한 소결광임을 의미한다.

야드에 쌓인 원료를 필요한 시점에 공장으로 불출하는 장비는 리크레이머이다.
스텍커가 원료를 야드에 쌓는 장비라면, 리크레이머는 반대로 쌓인 원료를 퍼내어 다음 공정으로 보내는 장비다.

고로 슬래그의 염기도에 큰 영향을 주는 소결광의 염기도는 CaO/SiO2로 나타낸다.
염기도는 슬래그를 이루는 염기성 산화물(CaO)과 산성 산화물(SiO2)의 비율로 정의되는 지표다.

결정수와 CO2를 제거할 목적으로 금속 원소와 산소의 반응이 거의 일어나지 않는 온도에서 처리하는 공정은 하소(calcination)이다.
배소는 산화 등의 화학반응을 동반하는 열처리이고, 부유선광법과 비중선광법은 입도·비중 차이를 이용한 물리적 선별 방법으로 결정수 제거와는 관련이 없다.

소결 장입층의 통기도 지수 $n$은 가스 흐름이 층류에 가까울수록 $n=1$, 완전 난류에 가까울수록 $n=0.5$에 근접하는데, 실제 소결조업에서 가장 양호한 통기 상태를 나타내는 $n$의 평균값은 0.6 정도로 알려져 있다. 이 값을 기준으로 장입층의 입도 분포와 통기성을 관리하여 소결 생산성을 높인다.

Wind Box는 소결기 하부에서 공기를 흡인하는 통풍 장치로, 원료를 공급하는 급광장치에는 해당하지 않는다.
Drum feeder, Cut gate, Shuttle Conveyor는 원료를 공급·분배하는 급광 관련 장치이다.

상부광은 화격자 보호와 소결광 분리에 관여할 뿐, 소결원료를 저부로 배출하는 기능과는 무관하다.
그레이트바의 막힘을 막고 용융물의 부착을 방지하며 배광부에서 소결광이 잘 떨어지도록 돕는 것이 상부광의 실제 기능이다.