철강산업의 특성과 제조공정

철강산업의 특성과 제조공정

철강산업의 특성과 제조공정

철은 어떻게 인류문명과 우리 생활에 이렇게 큰 영향을 미치는 걸까요? 철의 가장 큰 특징은 우선 모든 산업의 핵심소재가 된다는 점입니다. 2014년을 기준으로, 전 세계적으로 16억 5천만 톤의 철강이 소비되었습니다. 주요 소재의 세계 전체 소비량을 보면, 철강은 시멘트에 이어 가장 많이 사용되는 소재입니다. 흔히 사용하는 플라스틱과 알루미늄보다도 월등하게 많은 양을 사용하고 있는 거죠.

가장 경제적인 소재

철의 또 다른 특징은 가장 경제적인 소재라는 점입니다. 철강산업에서 주요 생산되는 열연코일은 1톤 당 60만 원 정도입니다. 생수 가격을 1. 5리터에 천 원 정도로 봤을 때, 1톤이면 100만 원이죠. 이렇게 보면 철강은 물보다도 싼 소재입니다. 철은 비강도(specific strength) 값도 적습니다. 비강도는 재료의 강도를 비중량으로 나눈 값인데요. 이 비강도 값이 작을수록 가볍고 튼튼한 재료라고 보시면 됩니다. 철강의 비강도는 4. 4, 알루미늄 합금은 21. 2, 플라스틱은 11. 3, 목재는 5. 0입니다. 또 다른 특성은 사용되는 분야가 아주 다양하다는 것인데요. 철이 단순히 싸기 때문에 많이 쓰이는 것은 아닙니다. 뛰어난 기계적 특성과 가공성, 내식성 등으로, 다양한 산업분야에서 적용할 수 있는 소재이기 때문입니다. 흔히 '바늘에서 선박까지'라는 말이 있습니다. 이 캐치프레이즈에서 철강산업의 광대한 사용 범위를 설명할 수 있습니다. 다른 소재에 비해서 재활용성이 뛰어나다는 것도 철이 가지는 특성 중 하나입니다. 소재별로 리사이클링 강도를 살펴보면, 철의 리사이클링 강도는 0. 84로 알루미늄, 구리, 티타늄에 비해 월등히 높습니다. 다양한 Eco Steel을 통해서도 자원과 에너지 절감에 기여하고 있기도 합니다.

철강 제조공정: 제품은 어떻게 만들어질까?

그렇다면 철강은 어떤 과정을 거쳐서 만들어지는 걸까요? 그 과정을 살펴보겠습니다. 철강을 만드는 방식에는 두 가지가 있습니다. 고로방식이라고 부르는 '일관제철공정'과 전기로 방식의 '전기로 제강공정'입니다. 고로방식은 흔히 용광로라고 부르는 고로(Blast Furnace)에 철광석과 석회석 그리고 코크스 등을 넣어 열풍을 불어넣은 다음에, 철광석을 녹여서 쇳물을 만드는 방식입니다. 20세기 이후에는 기술의 발달로 고로의 높이가 급격하게 높아져서, 현재는 바닥에서 제일 높은 설비까지의 높이가 무려 100ｍ이상인 고로도 있습니다. 전기로 방식은 전기로의 전열을 이용하여 강(Steel)을 제조하는 방식입니다. 고로에서 쓰는 철광석이나 코크스가 아니라, 철 스크랩을 재활용해서 쇳물을 만드는 것입니다. There are two types of electric furnaces. One is the electric arc furnace. 전극에 전류를 통과시켜서 고철 사이에서 발생하는 아크열로 산화 정련하는 아크로와, 도가니에 감은 코일에 전류를 통과시켜서 유도전류에 의한 저항 열을 이용하는 유도로가 있습니다. 전기로는 가동할 때 막대한 전력이 소모되기 때문에, 전기로 공장 내에는 고전압 수전설비가 필요합니다. 최근에는 전기를 값싸게 생산할 수 있는 발전설비가 개발되면서 발달 속도가 빨라지고 있습니다. 고로방식과 전기로 방식 외에, 최근에 새롭게 개발된 '파이넥스 방식(Fine Ore Reduction Smelting)'에 대해 말씀드리겠습니다. 파이넥스 방식은 고로 제선 법의 문제점을 보완하기 위해 개발된 차세대 제철법인데요. 고로방식에서 철광석을 녹여서 쇳물을 만들려면, 철광석에 결합된 산소를 제거하는 일명 '환원 반응'을 반드시 거쳐야 하기 때문에 코크스라는 공정이 반드시 필요합니다. 그런데 파이넥스 방식은 석탄을 코크스로 만들지 않고도 환원 반응을 일으킬 수 있기 때문에 코크스 공정 자체가 필요 없습니다. 또 철광석을 가공하지 않고 그대로 사용할 수 있기 때문에 소결광 과정도 생략할 수 있죠. 이처럼 파이넥스 방식은 환경오염 물질 배출도 상대적으로 적어서 최근에 각광받고 있는 신기술입니다.