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제강
제강(製鋼, steel making, steel manufacture)은 철강을 제조하는 것을 말한다. 용광로에서 나온 선철에는 4% 가량의 탄소와 규소·인·망간 등의 불순물이 들어 있다. 이 선철은 단단하지만 부서지기 쉬워 주조용으로 쓰일 따름이다. 강철로 만들기 위해서는 선철 속의 탄소를 줄이고 불순물을 제거해야 한다. 용광로에서는 코크스에 의한 환원이 지나쳐서 철 속에는 탄소가 너무 많이 섞여 들었기 때문에, 이번에는 도리어 산화시킴으로써 탄소를 줄이는 한편, 불순물인 규소나 인 따위도 산화시켜 제거하여야 한다. 이를 제강이라고 부르는데, 대표적인 제강 방법으로는 평로(平爐)를 이용하는 경우와 전로(轉爐)를 쓰는 경우의 두 가지가 있다.
개요[편집]
제강은 철(鐵)로부터 강(鋼)을 만드는 공정을 말하며 직접 제강법과 간접제강법이 있다. 철광석으로부터 금속철(金屬鐵)을 만드는 경우에 환원제로 탄소(C)를 사용하지 않던가 또는 탄소를 사용해도 저온에서 환원을 행하여 탄소의 흡수를 적게하면 바로 강(鋼)조성의 철로 할 수 있다. 이것을 직접제강법(直接製鋼法)이라 한다. 직접제철법은 직접환원제철법이라 하며, 저온환원의 경우는 불순물의 환원혼입이 적고 양질의 철을 얻을 수 있으나 환원철은 고체 또는 반용융상이기 때문에 슬래그의 분리가 불충분하며 그 제거와 합금첨가 때문에 용융시켜 조정할 필요가 있다. 그러나 제강의 정련은 필요없으며 공정을 생략할 수 있다.
또 저온환원이기 때문에 설비는 소규모로 되지만 대량생산에는 미해결점도 많다. 탄소에 대신되는 환원제로서의 H2는 염가로 이용되는 기술이 아직 확립되어 있지 않다. 고로제철법(高爐製鐵法)과 같이 철광석을 탄소로 고온에서 환원하여 용융철로 취출(取出)하는 경우에는 생산성은 극히 좋으나 탄소 함유량이 높은 선철 조성의 철이 된다. 이 선철을 중간 생성물로하여 그중의 탄소를 제거하여 강을 만드는 2단방식이 간접제강법(間接製鋼法)이다.
간접제강법에서 선철로부터의 탈탄정련은 1,250˚C이하의 고체상태나 1,450˚C이하의 반용융상태의 것은 슬래그의 분리가 어렵고 강질도 균일성이 결여되며 또한 시간과 노력을 요하고, 양산에 부적합하기 때문에 기술적으로 고온을 얻기 어려운 시대에는 할 수 없는 방법이었으나 현재로서는 거의 용융정련으로 수행되고 있다.
그러나 품질상의 특성을 고려하는 특별한 경우에는 저온정련으로 행할때도 있다. 간접제강법은 용융탈탄 정련기술이 확립된 오늘날에 있어서는 생산성, 경제성 및 제품품질의 안정성으로보아 한층 우위에 있으며, 강은 거의 이 방법으로 제조되고 있다. 소규모이고 공정을 생략할 수 있는 이점이 있기 때문에 지역적으로 유리한 경우도 있어 그 개발연구는 계속되고 있다. 간접제강법은 상술한바와 같이 선철을 중간체로 한 제강법이나 넓은 의미로 강설(steel scrap) 또는 철설의 재용해정련도 포함시킨다.
평로제강[편집]
평로에 고철 부스러기·석회석·선철 등을 넣고, 축열실에서 예열된 공기와 가스 또는 중유를 뿜어 넣어 고온 화염의 방사열로써 녹인다. 이 가스의 방향을 보통 10분 간격으로 좌우로 번갈아 바꿈으로써 열이 유효하게 이용되도록 한다. 산소는 노 속의 열풍으로부터도 공급되지만 산화를 촉진시키기 위해서 다시 약간의 철광석을 넣는다. 이렇게 하면 탄소는 일산화탄소로서 제거되고 망간·인·규소도 각각 산화물로 되어 슬래그에 흡수된다. 이와 같은 공정으로 4∼5시간 동안 정련한 다음 이번에는 남아 있는 여분의 산소를 없애기 위하여 약간의 철－실리콘의 합금이나 알루미늄을 탈산제로서 첨가하여 거푸집에 부으면 응고하여 잉곳(ingot：鑄坤)으로 된다.
전로제강[편집]
전로제강은 1855년에 베서머가 발명한 방법이다. 이는 속에 공기를 뿜어 넣어서 선철 속의 불순물을 10∼15분 동안에 산화 정련하는 방법으로, 평로법에 앞서서 강철을 대량생산하는 길을 열어놓은 유명한 제강방법이다. 이 방법은 1877년에 토머스에 의해서 불순물인 인을 제거할 수 있도록 개량되어, 유럽에서는 한때 널리 이용되었으나, 같은 무렵에 발전하기 시작한 평로에 비해서 강철의 품질이 약간 떨어진다는 결점 때문에 세계적으로는 평로방법이 제강의 주류가되었고 전로는 별로 발전하지 못했다. 그러다가 베서머의 전로 발명 후 90년이 지난 1946년에 노의 형태는 비슷하지만 밑으로부터가 아니라 용선의 위로부터 순수한 산소를 고압·고속으로 분사하여 정련하는 산소분사식 전로가 발명되었다. 이 방법을 처음으로 고안하여 사용한 곳이 오스트리아의 린츠(Linz) 공장과 도나비츠(Donawitz) 공장인 데서 유래하여 LD전로라고도 부른다. LD전로는 주둥이가 큰 병과 같은 모양으로 되어 있다. 이 노를 수평으로 기울여서 용선을 넣고 석회와 고철 부스러기를 첨가한 다음 바로 세운다. 여기에 산소관을 넣어 고속으로 산소를 분사한다. 그러면 선철 속의 불순물은 급속도로 산화되고 탄소도 줄어들어 40분 정도면 정련이 끝난다. 순수한 산소를 사용하는 이 LD전로는 평로보다도 질이 더 좋은 강철이 생산되고, 평로에 비해서 생산 능률도 훨씬 향상시킬 수가 있으므로 1950년대부터는 세계적으로 제강 방법의 새 주류를 이루게 되었다.
직접제강법[편집]
용광로에 의한 선철 제조와 평로·전로에 의한 제강에서는 앞에서 설명하였듯이, 광석의 산화철이 지나치게 환원됨으로 탄소의 함유량이 너무 많아져, 선철을 다시 산화시켜야 강철로 만들 수 있게 되는 이중의 비용이 든다. 여기에서 처음부터 광석을 꼭 알맞을 정도로 환원시킴으로써 직접 강철을 만들 수는 없을까 하는 의문이 생긴다. 오늘날 이 문제를 해결하기 위해 여러 가지 방법이 연구되고 있다.
전기로 제강법[편집]
전기를 열원으로 하는 노로서 주로 제강 특수강의 용해에 사용된다. 조작이 용이하고 온도조절이 정확 하기에 편리한 제강법이다. 금속의 산화 손실이 적고 정확한 성분의 용탕을 얻을 수 있고 전력비가 많이 들고 전극봉에서 불순물 개입된다.
반사로[편집]
연소실과 용해실이 별도로 설치되고 천정과 벽을 가열하여 반산되는 열로 금속을 용해한다. 용해 온도가 낮은 구리, 황동, 청동 등 비철금속을 용해한다.
도가니로[편집]
도가니에 제강 원료를 넣고 간접적으로 가열하여 용해하는 제강법이다. 유도전류, 가스 등이 사용되고 순도 높은 재료를 얻을 수 있다. 주로 비철 주물, 귀금속 합금 등에 사용된다.
기타 의미[편집]
제강(製綱, closing) 와이어로프의 꼬임 공정중의 하나로, 여러가닥의 선을 꼬아서 만든 스트랜딩(stranding)와이어를 다시 여러가닥 모아서 최종 규격으로 꼬는 작업을 말한다. 제강에서는 포밍(forming)작업과정을 거침으로써 균일하고 잘꼬인 와이어로프를 만드는데 주의를 요한다.
참고자료[편집]
- 〈제강〉, 《위키백과》
- 〈제강〉, 《철강용어사전》
- 공학나라(기계공학), 〈제강(Steel manufacture)의 종류 및 특징〉, 《티스토리》, 2021-05-23
같이 보기[편집]
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