비철금속/ 차세대 환경친화형 비철 소재에 관한 현황 보고(V3)
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차세대 환경 친화형 비철 소재에 관한 현황 보고 (VIII)
-마그네슘합금의 Recycling 및 마그네슘 Wheel제품 대량생산 위한 선결요건-

정 홍 규(부산대학교 ERC/NSDM 전임연구원)/강 충 길(부산대학교 기계공학부 교수)

A Status Report on Next-Generation Environment-Friendly Nonferrous Materials (VIII)
-Recycling of Magnesium Alloys and Mass Production of Mg Wheel Components-


Hong-Kyu Jung(Researcher of Engineering Research Center for Net Shape and Die Manufacturing (ERC/NSDM), School of Mechanical Engineering, Pusan National University)
Chung-Gil Kang(Faculty Member of School of Mechanical Engineering, Pusan National University)

ABSTRACT: The automotive industries made a voluntary commitment to decrease fuel consumption by 25 % in comparison with 1990 levels by 2005. Simultaneously, this will essentially decrease CO2 emissions and conserve finite oil reserves. The specific demands of the automotive industry with regard to the development of tailored alloys and process optimization technology as well as acquisition of engineering and design data were not best served by the magnesium industry. So, in this article, the research strategies at Volkswagen and Toyota are presented in terms of the recycling of magnesium scrap and the mass production of automotive wheel components.
Keywords: Automotive industry, Fuel consumption, Magnesium industry, Mass production, Recycling of magnesium scrap, Research strategies at Volkswagen and Toyota.

1. 서 론

일본 Toyota 자동차 및 독일 Volks Wagen 자동차는 지속 가능한 산업 발전 (Sustainable industrial development) 전략 중에서 재활용 활동을 강화하기 위해 2015년까지의 장기 목표를 설정한 Recycle vision을 채택하고, Vision의 목표는 지속 가능한 재활용 지향 산업을 창출하기 위한 7가지의 세부 계획을 포함하고 있다. 자동차 폐차 잔재의 물질 및 열 회수를 위해, ARS (Automobile shredder residue) Recycling & Recovery pilot plant를 건설하고 기동에 들어갔으며, 2002년 7월부터 시행하고 있는 폐차 재활용법에 대응하기 위한 시스템 개발에 착수하였다. 따라서 본 저자는 차세대 환경 친화형 비철 소재에 관한 현황 보고 (VIII)에서는 일본 Toyota 자동차 및 독일 Volks Wagen 자동차에서의 마그네슘 합금의 Recycling vision과 활동 사례 및 마그네슘 Wheel 제품의 대량 생산을 위한 선결 요건에 관하여 소개하고자 한다.

2. Hot chamber 및 Cold chamber의 특징

(1) Hot chamber의 특징
Compact한 제품에 적합하다.
Shot speed가 저속이며, Al, Zn으로 공정이 제한되어 있다.
Hot chamber M/C의 핵심 부품인 구스넥 (Gooseneck)의 평균 수명은 플렌지 속도 및 압력에 따라서 다양해진다.

(2) Cold chamber의 특징
스위스 Buehler 사에서 적극적으로 추천하는 시스템으로 용해로에서 용탕을 슬리브에 자동 급탕하기 위해서 전자 펌프, 가스 압에 의한 이송 등 5가지 방법이 사용되고 있으며 각 공급 장치는 장단점을 가지고 있다.
Shot speed가 고속이며, Al, Mg, Cu, Zn 등에 응용 가능하여 공정이 유연성을 가진다.
유지 보수비가 적게 들고, 짧은 Cycle time으로 인하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

3. 마그네슘 합금의 Scrap 재생 처리 능력

(1) Seat frame (Back frame and cushion frame)의 경우 총 중량의 40 % 정도의 Scrap이 발생한다.
(2) Instrument panel의 경우 총 중량의 46 % 정도의 Scrap이 발생한다.
(3) Cowl cross bar의 경우 총 중량의 42 % 정도의Scrap이 발생한다.
(4) 국내에는 경남 의령에 있는 (주) 승우 금속과 강원도 원주에 있는 (주) HMK 등이 마그네슘 Scrap을 재생 처리하고 있으며, 마그네슘 Scrap은 95 % 이상 재생처리 후 사용 가능하다.

4. Toyota 자동차와 Volks Wagen 자동차의 Recycling vision 및 활동사례

도요타 자동차는 2003년 환경 및 사회 보고서를 발간하여 환경 분야에서 지속 가능한 체계적인 발전을 위한 기업의 사회적인 책임을 강조하고 있다.


Fig. 1 Strategies for Toyota recycle vision

Fig. 1은 일본 Toyota 자동차의 지속 가능한 산업 발전 (Sustainable industrial development) 전략 중에서 재활용 활동을 강화하기 위한 Recycle vision 및 지속 가능한 재활용 지향 산업을 창출하기 위한 7가지의 세부 계획을 나타내고 있다.
Fig. 2(Automobile shredder residue (ASR) recycling and recovery pilot plant established by Toyota Motor Co. and Toyota Metal Co.)는 도요타 자동차와 도요타 금속에 의해 공동 설립된 ASR recycling 및 Recovery pilot plant를 나타내고 있다.
Fig. 2에서 알 수 있듯이, ASR을 600 로 가열하여 기화시켜 연소하고 불연성 물질은 1,600 이상에서 Slag로 전환시켜 효율적으로 재활용 및 에너지를 회수하고 있다. Table 1. Supply of recycled components at Toyota Motor
Table 1은 도요타 자동차에서의 신제품과 동등한 성능을 보장하는 재생 부품의 공급 실적을 나타내고 있다.


Fig. 3 Research strategies on magnesium alloys at Volks Wagen

Fig. 3은 독일 Volks Wagen에서의 마그네슘 합금에 관한 연구 전략을 도식적으로 나타낸 것이다.
Volks Wagen에서 "First magnesium age" 때는 AS 41과 AZ 81 합금을 이용하여 Air-cooled engine과 Gear box를 생산함으로써 20 Kg의 경량화를 달성하였으며, "Second magnesium age" 때는 많은 기술적, 경제적 및 환경적인 요소를 고려하여 마그네슘 Cast housing을 개발하였다.
또한, 마그네슘 합금에 관한 차세대 R & D 전략으로서 다양한 합금 설계 기술 및 마그네슘 판재의 중요성을 강조하고 있다.

5. 마그네슘 합금 자동차 Wheel 부품의 대량 생산을 위한 선결요건

알루미늄 합금 자동차 Wheel은 외국의 경우 80여 년 전에 처음 양산되기 시작하였으며, 우리 나라에서는 서울 올림픽을 계기로 본격적으로 양산되기 시작하였다.
마그네슘 합금 자동차 Wheel은 5 Kg 이하의 중량으로 알루미늄 합금 자동차 Wheel에 비해 30 % 이상의 경량화를 달성할 수 있고, 진동 감쇠능 및 충격 흡수 능력에서도 알루미늄 제품보다 탁월하여 1994년 파리 다카르 랠리에 출전했던 스포티지 차량에도 마그네슘 합금 Wheel이 장착되었으며, 최근에는 스웨덴의 Saab 자동차의 양산 차종에까지 적용되고 있는 실정이다.
그러나 마그네슘 합금 Wheel이 대중화되기 위해서는 마그네슘 합금 소재의 가격이 더 저렴해져야 가격 경쟁력이 생기며 알루미늄 합금 Wheel의 경우처럼 마그네슘 합금 고유의 광택성을 살리기 위한 컬러 아노다이징 (착색 표면처리) 기술이 개발되어야 할 것으로 사료된다.

6. 결 론

본 저자는 차세대 환경 친화형 비철 소재에 관한 현황 보고 (VIII)에서는 일본 Toyota 자동차 및 독일 Volks Wagen 자동차에서의 마그네슘 합금의 Recycling vision과 활동 사례 및 마그네슘 Wheel 제품의 대량 생산을 위한 선결 요건에 관하여 소개하였다.
도요타는 2005년부터 Eco-VAS (Eco-Vehicle Assessment System)를 도입하여 전체 개발 공정에서 차량의 환경적 영향에 대한 체계적인 평가를 도입할 예정이다.
국내 자동차 관련 R & D 분야에 종사하는 모든 기술자 및 연구원들이 통합 환경 경영 체제 (Consolidated environmental management system)의 확대, 환경 회계 보급 확대를 위한 중장기적인 전략 및 체계적인 평가 방법을 도입해야 할 것으로 사료된다.

본 원고에 대한 문의는 저자: 정 홍 규/ E-mail: hongkyuj@hanmail.net

Acknowledgments

The authors are indebted to the ERC/NSDM, CANSMC (RRC), KITECH, KNCPC, KIMM, KOSEF, KISTI, KISTEP, ITEP, MOST (Ministry of Science and Technology), MOCIE (Ministry of Commerce, Industry and Energy) and OPM (Office of the Prime Minister) for their useful comments and invaluable aids.

References

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