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선철
선철(銑鐵, pig iron)은 철광석에서 직접 제조되는 철의 일종으로서 철 속에 탄소 함유량이 1.7% 이상인 것으로 고로(高爐)·용광로에서 제철을 할 때 생기는 것이다.
무쇠라고도 한다. 고로(高爐)·용광로에서 제철을 할 때 생기는 것인데, 노 밑의 쇳물이 모이는 곳에 녹아서 괴어 있는 것을 출선구(出銑口)로 흘려 내보내어 쇳물목이라는 용기로 받는다. 이것은 그대로 제강공장으로 운반하여 굳어지기 전에 제강원료로 사용하는 경우와, 일단 주선기(鑄銑機)라고 하는 장치로 작게 구분한 덩어리, 즉 잉곳으로 하여 굳히고, 이것을 주철제품을 만드는 주물공장 또는 제강만 하는 공장에 보내어 다시 녹여서 사용하는 경우가 있다. 선철은 약 4%의 탄소 외에, 규소·망가니즈·인·황 등을 함유하고 있으며, 탄소 함유량이 높아 부서지거나 부러지기 쉽다. 녹는 점은 1,150℃~1,250℃로 순철보다 낮다.[1]
개요[편집]
선철이란 용광로에서 철광석을 녹여 만든, 탄소(C)가 다량 함유된 철을 말한다.
일반적으로 철강을 제조하기 위해서는 제선-제강-연주-압연공정을 거치는데 첫번째 단계인 제선공정은 철광석을 녹여 쇳물을 만드는 과정을 말한다.
철광석과 원료탄 등을 고로에 넣고 1천도 이상의 바람을 불어넣으면 철광석이 녹아 쇳물이 만들어진다.
여기서 만들어진 쇳물을 '용선'이라고 부르며 이것은 곧 액체상태의 '선철'을 의미한다.
제선공정을 통해 만들어진 용선에는 철성분 뿐만 아니라 불순물이 함께 섞여있는데 그 중 하나가 탄소성분이다.
탄소가 함유된 선철은 파괴에 대해 질긴 정도인 '인성'이나 외부에서 작용하는 힘에 의해 외형이 변하는 성질인 '가단성'이 약해, 주물제작은 가능하지만 인발∙압연 가공은 어렵다. 이에 따라 선철은 주로 하부 공정을 위한 원료로 사용된다.
탄소는 철강의 5원소(탄소, 규소, 망간, 인, 황) 중 하나로, 탄소가 얼마나 함유됐는가에 따라 순철, 강, 선철∙주철로 나뉜다.
순철에는 탄소가 약 0~0.3% 함유돼 있고 강의 탄소함유량은 약 0.03~1.5%, 선철과 주철의 탄소함유랑은 2.5~4.5% 정도다.
특히 선철은 탄소 외에도 규소(0.2~3.0%), 망간(0.5~2%), 인(0.02~0.5%), 황(0.01~0.1%)으로 구성되며 약 1천100~1천200℃에서 녹는 성질을 지녔다.
여기서 선철과 주철은 성분적으로 동일한데 주철은 주로 주조재료로 사용되고 선철은 불순물을 제거하고 탄소의 양을 변화시키거나 다른 원소를 합금해 순철, 주철, 강 등을 만드는 데 사용된다.
선철은 구체적으로 제조방법, 파면 등에 따라 분류할 수 있는데 먼저 제조방법에 따라서는 고로 선철, 전기로 선철, 목탄 선철로 나뉜다.
고로 선철은 '고로선', '보통 선철', '코크스 선철'이라고도 불리며 현재 생산되는 대부분의 선철이 바로 고로선철이다.
목탄 선철은 목탄을 연료로 한 용광로에서 만든 선철로 불순물이 적고, 보통의 코크스로 만든 선철보다 조직이 조밀하다.
또한 파면에 따라 3가지로 나뉘는데 파단면이 회색인 것은 회선철, 백색인 것은 백선철, 회선철과 백선철의 중간은 반선철이라고 한다. 회선철은 비교적 재질이 연한 반면 백선철은 재질이 매우 단단한 성질을 지녔다.
용도에 따라서는 크게 제강용 선철과 주물용 선철로 분류되는데, 주물용 선철은 다시 보통 주철, 고급 주철, 특수 주철, 가단 주철, 구상흑연 주철 등으로 나뉘기도 한다.[2]
어원[편집]
선철 주괴에 사용되는 거푸집의 전통적인 모양은 모래에서 형성된 가지 구조이며, 많은 개별 주괴가 중앙수로 또는 "달리기"에 직각으로 형성되어 있으며, 암탉이 돌봐 주는 돼지 한 마리와 유사하다. 쇠가 식고 굳으면 작은 솥(돼지)이 단순히 주자(모돈)에서 떨어져 나와 '선철'이라는 이름이 붙었다. 선철은 재용융을 목적으로 하기 때문에 솥의 크기가 고르지 않고 모래가 소량 포함되어 주조와 취급이 용이하다는 점에서 별 문제가 되지 않다.[3]
역사[편집]
선철은 산업혁명의 물결을 타고 석탄이 제철에 이용되기 시작한 1820년대부터 생산되었다.
고대 유럽과 중동에서는 연철을 제련하고 생산하는 것이 알려졌지만, 직접 환원에 의해 괴철로에서 생산되었다. 슬래그에 분산된 선철의 작은 프릴은 모든 철로에서 생산되지만, 용광로에서 철이 액체로 상전이 되는 것은 피할 수 있는 현상이었다: 이 구상체들은 가단성이 없어서 한 조각으로 망치질할 수 없고, 선철을 강철로 탈탄하는 것은 중세 기술을 사용하는 매우 지루한 과정이었기 때문에 중세 이전의 유럽에서는 슬래그와 함께 프릴이 폐기되었다.
중국인들은 후에 주 왕조 (기원전 256년에 끝났음)에 선철을 만들고 있었다. 스웨덴의 라피탄과 같은 용광로는 12세기로 거슬러 올라갈 수 있고, 일부는 13세기로 거슬러 올라가며, 현재 독일 웨스트팔리아의 일부인 마르크 현에 있다. 이러한 북유럽의 발전이 중국의 발전에서 비롯된 것인지는 아직 밝혀지지 않았다. 바그너는 실크로드를 따라 중국과의 페르시아 접촉, 바이킹과 페르시아의 접촉을 통해 가능한 연결고리를 상정했지만, 바이킹과 라피탄 사이에는 시간적인 차이가 있다.[3]
철의 종류[편집]
철의 종류는 크게 3가지로 나뉘게 된다. 철 속에 들어있는 탄소 함유량을 기준으로 크게 순철(Armco), 선철(Pig Iron), 강(Steel)으로 구분한다. 철은 탄소가 적게 들어 있을수록 부드럽고 잘 늘어나는 성질을 가지며, 탄소가 많으면 경도가 높아지고, 강해지기 때문에 부서지거나 부러지기 쉽다.
- 순철 (Armco)-전기용 재료나 실험용
순철은 탄소 함량이 0.035% 이하이고, 불순물(규소, 망간, 인, 유황 등)이 거의 없는 순도 99.9% 이상의 철이다. 순철을 만드는 과정은 아주 복잡하고 까다로운데 철에 들어있는 불순물을 완전히 제거하기가 어렵기 때문이다. 천연적으로는 유성이 지구에 도달한 운석의 형태로 존재한다고 한다. 불순물이 거의 없는 순철은 재질이 너무 연해서 그 용도가 한정되어 기계구조용에는 거의 쓰이지 않고 전기용 재료나 철강의 성질을 알아보는 실험용 등으로 주로 사용된다.
- 선철 (Pig Iron)-주물용
일반적으로 철이라 부르는 것으로 선철은 탄소 함량이 1.7% 이상 들어있는 제품으로 무쇠 혹은 주철로 불린다. 선철은 철광석을 원료로 만들어지며 코크스가 철광석의 제련과정 중 열원으로 사용되기 때문에 많은 탄소가 포함된다. 일반적으로 사용하는 선철은 3.5%~4.5%의 탄소를 함유하고 있다. 따라서 전성과 연성이 거의 없어 그대로는 가공할 수 없다는 단점이 있다. 선철은 용융점이 1,150℃~1,250℃로 비교적 낮고 용해하기 쉬워 각종 주물을 만드는 원료로 사용되고 있다.
- 강 (Steel)-산업현장에서 사용 多
강은 선철을 재정련하여 탄소 함량을 0.035%~1.7% 수준으로 낮춘 것이다. 강은 충격에 강하고, 연성이 있어 자동차, 조선, 기계, 가전제품, 공업용 소재 등 산업 현장에서 가장 많이 사용된다. 주로 탄소 함량이 0.04%~0.6% 정도인 것이 많이 쓰인다. 한편 강은 탄소강과 특수강으로 나눠진다.
탄소강은 강에 다른 금속 원소가 많이 포함되지 않고 주로 탄소만 함유된 것이며 보통강이라고도 한다. 합금강은 니켈, 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴 등의 특수한 금속 원소가 포함된 강이며 특수강이라고도 한다.[4]
각주[편집]
- ↑ 〈선철〉, 《두산백과》,
- ↑ 문은혜 기자, 〈쉽게 배우는 철강용어 선철(Pig Iron)〉, 《산업경제》, 2013-05-05
- ↑ 3.0 3.1 〈선철〉, 《위키백과》,
- ↑ Lina, 〈철의 종류 | 순철(Armco), 선철 (Pig Iron), 강 (Steel)에 대하여〉, 《네이버 블로그》, 2020-09-01
참고자료[편집]
- 〈선철〉, 《두산백과》
- 〈선철〉, 《위키백과》
- Lina, 〈철의 종류 | 순철(Armco), 선철 (Pig Iron), 강 (Steel)에 대하여〉, 《네이버 블로그》, 2020-09-01
- 문은혜 기자, 〈쉽게 배우는 철강용어 선철(Pig Iron)〉, 《산업경제》, 2013-05-05
같이 보기[편집]
