[재료공학] 철강제조 공정 종류 (제선, 제강, 주조, 압연)

1. 제선공정 

고로에 철광석을 넣고 코크스를 태워서 철광석중의 산소를 제거하고 용해시켜 선철로 만드는 공정이지만 철광석을 사전 처리하는 소결이나 코크스를 만드는 과정도 포함하여 넓은 의미의 제선이라 합니다.

공기가 코크스를 태우면서 일산화탄소(CO)가 발생하여 철광석이 환원되고 코크스로 직접 철광석중의 산소를 빼앗아 환원작용을 하고용. 환원된 철은 탄소를 흡수하여 선철이 되어 노바닥에 고인다고 합니다.

 

고로(高爐)는 문자 그대로 높이 우뚝 솟은 고대한 노(爐)를 말하여 제철소의 상징입니다. 본체는 길쭉한 원통형으로 바깥쪽은 두터운 철판으로 되어 있고 안쪽은 내화벽돌로 두껍게 쌓여 있습니다. 노의 높이는 40~50m 정도이며, 부속설비까지 포함하면 100m를 넘습니다.

 

또한 고로는 그 자체가 거대한 설비와 방대한 원료를 소비하므로 원료를 받아들이기 위한 항만설비나 하역설비 등도 완비되어 있지 않으면 안된다고 합니다. 우리나라에는 이러한 시설과 입지를 갖추고 있는 고로업체로서는 POSCO와 현대제철이 있죠.

 

2. 제강공정

고로에서 생산된 쇳물(용선)은 탄소(C) 함유량이 많고 인(P), 유황(S)과 같은 불순물이 포함되어 있어 부스러지기 쉽습니다. 이러한 쇳물을 강인한 강(鋼)으로 만들려면 탄소의 양을 줄이고 불순물을 제거하는 과정이 필요한데 이러한 과정이 제강공정에서 이루어진다고 합니다. 제강공정은 용선예비처리, 전로제강, 2차 정련이라는 세 가지 과정으로 구분할 수 있습니다.

 

첫째, 용선예비처리는 쇳물에 포함된 불순물 인과 유황 성분을 제거하는 공정입니다. 둘째, 전로제강공정은 전로에 쇳물을 부은 후 고압, 고순도의 산소를 불어넣어 탄소를 태우고 불순물을 없애는 공정으로서 철강의 기본적인 품질을 결정하는 공정입니다. 마지막으로 2차정련은 최종제품 내부품질(성분, 재질 등) 요구조건에 맞게 제어하는 공정입니다.

 

연속주조 공정

연속주조법은 제강공정을 거친 쇳물(용강)을 주형(Mold)에 주입하여 일정한 모양을 만들고 연속주조기를 통과하면서 냉각, 응고시켜 연속적으로 슬래브나 블룸, 빌릿 등을 제조하는 방법입니다.

 

3. 압연공정 

강에는 연성과 전성이 있으므로 힘을 가하면 상온에서도 길게 늘리거나 얇게 넓힐 수가 있으며 빨갛게 되도록 가열하면 상온에서 보다 더욱 쉽게 형태를 바꿀 수 있다. 이와 같은 특성을 이용하여 사용목적에 맞도록 편리한 모양으로 가공 변형한 것이 강재(鋼材)이다. 강괴를 1차 가공하여 필요한 강재로 제조하는 방법에는 압연, 단조, 주조 등 크게 3가지 방법이 있다.

 

① 압연(Rolling)

강괴 또는 강편과 같은 소재를 회전하는 2개의 롤(Roll) 사이에 끼우고 롤의 간격을 점차 좁히면서 연속적인 힘을 가하여 늘리거나 얇게 성형하는 소성가공이다.

 

마치 밀가루 반죽을 방망이로 미는 것과 같은 원리이며 이 방법으로 만들어진 제품을 압연강재라 한다. 단조, 압출, 인발 등의 가공에 비해 비교적 단순한 형상의 제품을 능률적으로 만들 수 있는 매우 우수한 방법이다.

 

② 단조(Forging) 

강괴를 강력한 프레스(Press)기계로 누르거나 또는 해머(Hammer)로 때려서 원하는 형상으로 만드는 것으로 그 제품을 단조품 또는 자유 단조품이라 하며 재질이 치밀하고 단단하다. 단조의 목적은 형을 만드는 것, 성장한 결정입자를 파괴해서 인성을 부여하는 것으로 재료의 낭비를 없애고 양질의 기계적 성질을 만들어 내기 위한 것이다.

 

③ 주조(Casting) 

용강을 각종 주형에 주입하여 원하는 형상으로 만든 제품을 주강품이라고 하며, 압연으로 제조할 수 없는 복잡한 형상의 기계부품과 같은 것을 만드는데 적합하다. 그러나 제품의 기계적 성질이나 신뢰성 면에서 다소 뒤 떨어진다.

 

이상의 세가지 방법으로 만들어진 제품을 모두 강재라 하며, 그 중 압연강재의 생산량이 압도적으로 많기 때문에 일반적으로 강재라 하면 압연강재를 지칭하는 경우가 많다. 이 외에도 압출, 인발등의 가공방법도 있다.