제철(iron manufacture, 製鐵)은 철광석을 제련하여 철을 뽑아내는 방법으로 주로 선철을 만들 때까지의 공정을 이른다. 철광석을 석회석, 코크스와 함께 용광로에 넣고 열풍으로 용융시켜 비중차에 의해서 철분을 분리하고 평로나 전로를 써서 탄소나 불순물을 제거하여 강을 만든다.[1][2]
개요
제철은 철광석 또는 토철, 사철에서 철을 추출하여 각종 철재를 만드는 공정을 말한다. 철기 문화는 동서고금을 막론하고 민족의 융성과 밀접한 관계를 가지고 있다. 철기는 생활 도구에서 무기류에 이르기까지 문화적인 중요성이 높았다. 특히 삼국이 각축을 벌였던 고대에는 철의 생산이 곧 국가의 힘과 직결되는 중요한 사항이었던 만큼 각국은 철의 생산에 많은 인력을 투입하였으며 제철공정에 다양한 기술들이 접목 되었고 그 결과 고대 원 삼국시대에는 효율적인 제철 기술을 개발하고자 하였고 상품의 용도와 성격에 맞춰 다양하고 복잡한 공정들을 만들어냈다.
제철이라는 것은 야금의 한 분야이고 철광석 또는 사철로부터 철을 추출하고 정련해서 각종 용도와 성격에 맞게 철의 조직을 필요한 형태로 만드는 기술을 말한다. 이러한 제철기술은 고대부터 시작해서 현대에 이르기까지 매우 중요한 분야이며 이와 같은 야금의 기초가 되는 학문을 야금학 또는 금속공학이라고 하며 제철, 야금 기술을 주체로 하는 공업을 금속공업이라고 한다. 금속 공업은 현대에 이르러서도 우리나라에서 중요 산업 중 하나이며 특히 그 가운데서 철강공업은 매우 큰 생산량을 보유하고 있다. 국립중원재단문화연구원에 따르면 우리나라의 철강 생산량은 전 세계 생산량의 10%를 차지하고 있다고 한다.[3]
제철 과정
제철작업의 시작은 철광석(혹은 토철, 사철)을 채취하는 채광 작업부터 시작된다. 제철에 주로 쓰이는 철광석은 황철석(Pyrite, FeS2), 자철석(Magnetite, Fe3O4), 적철석(Hematite, Fe2O3), 갈철석(Limonite, FeO(OH) · nH2O) 등이 있으며 한반도에서는 주로 자철석과 적철석이 사용되었다. 사철(砂鐵)은 해안이나 강변 등에서 주로 채취되는데 자철광이 주성분을 이루고 있으며 그 밖에는 적철광, 갈철광, 티타늄 철석(Ilmenite, FeTiO3) 혼합되어 있다. 채광된 철광석들은 철 성분이 높은 광석을 선별하는 과정인 선광(選鑛, Mineral dressing)작업이 이루어졌던 것으로 보인다. 제련에 앞서 광석을 선광하면 운송 노동력의 절감, 제련 공정에서의 금속 손실 감소, 총 제련비 감소 등의 여러 가지 이점이 있다. 그다음 공정으로는 배소(焙燒, Roasting)작업에 들어간다. 배소는 광석이 용해되지 않는 정도의 고온으로 철광석 표면에 화학반응을 일으켜 환원이 잘 이루어질 수 있도록 하고 광석 표면에 균열을 일으켜 파쇄하기 용이하게 하는 공정이다. 철광석이 쉽게 파쇄되면 제련로까지 운반이 용이해져 전반적인 생산의 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다. 이후 제련 공정을 거치게 되는데 이는 철광석을 노 내에서 철광석을 목탄을 매개로 환원시켜 철을 얻는 과정이다. 이 과정에서 철광석에 있는 맥석 등의 불순물들이 노 밖으로 배출되는데 이를 철재(鐵滓, 슬래그, Slag)라고 한다.
제련 과정에서 탄소량과 온도 등 노 내의 분위기에 따라 탄소량이 높은 선철과 탄소량이 낮은 괴련철이 생산되는데 중간 단계인 반환원괴가 생산되기도 한다. 형성된 철괴는 다음 단계로 정련 공정에 들어가는데 괴련철은 정련 단야를 통해 철괴에 남아있는 불순물들을 반복하여 제거하게 된다. 이후 정련된 소재는 단련 단야 공정에서 반복 단련 후 성형 단조를 통해서야 단조 철기로 만들어지게 된다. 이 과정에서 침탄(浸炭)이 이루어지게 되는데 이 과정을 통해 소재가 개선되고 추가적으로 강화 열처리를 통해 표면을 강화시키기도 하였다. 한편 선철은 탄소 함유량 3~5%정도로 높은 철로 다음 공정인 용해 정련 과정을 거치게 된다. 용해는 제련 과정에서 생성된 환원괴를 융해시켜 액체화 시키는 작업으로 이 과정에서 만들어지는 쇳물을 용범에 부어 주조 철기를 생산하게 된다. 주조 철기는 주로 단조 철기에 비해 기형이 복잡한 철기들을 제작하는데 이용되었다. 추가적인 열처리를 통해 주조 철기에서 부족한 연성을 증가시키게 되는데 그 종류로는 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering), 풀림(Annealing), 불림(Normalizing) 등이 있다.[4]
역사
방법
코크스 제철법
각주
참고자료
- 〈제철〉, 《위키백과》
- 〈제철〉, 《나무위키》
- 〈제철〉, 《네이버 지식백과》
같이 보기
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