최소한의 어닐링 시간을 반드시 준수해야

어닐링 공정 도중에 진공로의 내부는 특정 구역 온도에 도달할 때까지 가열됩니다. 그 후 이 온도에서 최소한의 어닐링 시간 동안 특정 온도로 제품이 가열되어 어닐링될 수 있도록 얼마간의 시간 동안 이 구역 온도가 유지됩니다. 그 후 제품은 다시 냉각됩니다.

실무에서는 이 최소 어닐링 시간을 정밀하게 지키는 것이 중요합니다. 제품의 온도 변화는 진공로의 부하에 크게 좌우되며, 온도 변화는 소재의 열관성 때문에 구역 온도를 정확히 따르지는 않기 때문입니다. 게다가 열처리되는 물체의 온도(최고 섭씨 1,800도)를 직접 측정하기란 극도로 어렵습니다. 적절한 부하 열전대는 비싸고 섬세하며 설치하기도 어려우면서 온도 예측용 소프트웨어 모델은 매우 복잡하기 때문입니다. 이런 이유로 실무에서는 안전하게 진행하기 위해 어닐링 공정 시간을 더 길게 잡는 경향이 있습니다. 이 과정이 너무 짧아 소재가 충분히 어닐링되지 않으면 어닐링이 균등하게 되지 않아 소재의 속성에 부정적인 영향을 끼칩니다. 이 과정이 너무 길다면 시간과 에너지가 낭비됩니다.

바로 이런 어닐링 공정을 최적화하기 위해 Plansee에서는 AIT 오스트리아 기술 연구소와 함께 ThermoTec이라는 프로젝트를 런칭했습니다. AIT의 프로젝트 매니저인 Martin Niederer 씨는 “이 프로젝트에서 우리는 소재와 공정에 대한 Plansee의 전문 역량과 복잡하고 어려운 공정 제어에 관한 우리의 지식을 결합하였습니다.”라고 설명하였습니다. 복잡한 측정, 분석, 모델링을 통해 이제 부하량에 상관없이 원하는 최소한의 어닐링 시간을 안정적으로 설정할 수 있는 알고리즘이 개발되었습니다.

일관성있는 품질을 유지하면서 에너지와 시간 대폭 절약

이 알고리즘은 진공로에서 일 년 간 230여 번의 어닐링 작업을 진행하면서 공정의 진행 시간을 평균 20퍼센트 단축할 수 있음을 드러내어 실험적으로 입증되었습니다. 감축된 에너지 소비량과 CO₂ 배출량은 15가구의 소비량 및 배출량에 해당합니다.

함께 진행된 소재 테스트에서는 제품의 품질이 변함없이 높은 수준을 유지한 것으로 나타났습니다. 게다가 이 최적화 작업을 통해 총 공정 시간이 거의 12퍼센트나 줄어들어 진공로를 더욱 효율적으로 이용할 수 있었습니다. 복합 동적 시스템 역량팀의 책임자인 Tobias Glück 씨는 “이 프로세스는 최소한의 어닐링 시간을 정밀하게 지켜 그 결과 에너지와 가열 비용을 절약할 수 있게 해주고 높은 품질을 일관성있게 유지하면서 산출량을 개선할 수 있도록 합니다.”,라고 말하였습니다.

새로운 공정 실제 이용

이 프로세스는 현재 Plansee의 생산 작업에 이용되고 있으며 생산 부문에서 에너지 수요 절감에 기여하고 있습니다. “이 새로운 알고리즘은 기존 진공로 제어 시스템에 통합할 수 있기 때문에 다른 진공로에도 쉽게 적용이 가능합니다. 우리는 앞으로 수개월 간 이 작업을 계속 진행할 예정입니다.”라고 Plansee의 프로젝트 매니저인 Bernhard Mayr-Schmölzer가 보고하였습니다.