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쾌삭강

쾌삭강은 인, 황, 아연, 칼슘 등을 소량 첨가하여, 피절삭성을 향상시킨 강재로 기계구조용, 구조재 등에 사용된다. 보통 강재를 자동선반으로 자를 경우 피절삭성을 향상시키기 위하여 칩을 연속시키지 않는 역할을 하는 성분을 필요로 한다. 쾌삭강은 쾌삭성 원소인 황(S), 아연(Pb), 셀레늄(Se), 칼슘(Ca), 인(P), 비스무드(Bi) 등을 단독 또는 여러종을 조합, 첨가하여 강중에 유화물을 비롯해, 수조에 쾌삭성 개재물을 생성시켜 피절삭성을 향상 시킨 철강재를 말한다. 쾌삭강중 기계적 성질을 많이 요구하지 않고 쾌삭성만을 요구할시는 저탄소강 베이스에 S, S+P, S+Pb, S+Pb+P를 첨가한 쾌삭강이, 강도 및 쾌삭성을 요구시에는 S30C~S50C 혹은 합금강 베이스에 Pb 또는 S를 첨가한 쾌삭강이 사용된다. 이외에 스테인리스강에 S, Pb, Se 등을 첨가한 쾌삭강이 사용되기도 한다. S쾌삭강은 쾌삭성이 주체이고, 기계적 성질은 방향성이 있으며, 압연과 직각방향에서는 연성, 인성이 저하하며, 이것은 S 함량이 높을수록 현저하다. Pb쾌삭강은 Pb가 단체로 균일분포 함으로 전연성이 풍부하고, 기계적 성질의 이방성이 없으며 Pb용융점(327℃)보다 고온에서는 기계적 성질이 떨어진다. 또한 Pb쾌삭강은 베이스강과 동일하게 조질(소입, 소둔)처리 혹은 침탄 표면 경화하여 사용한다. 한편 최근에는 Pb의 환경공해 때문에 비스무드(Bi)로 대체하는 강종개발 및 쾌삭 스테인리스강(S쾌삭)에 캄슘 등을 첨가하여 쾌삭성을 향상시킨 강종개발이 진행되고 있다. 쾌삭강은 자동차 소형부품, 볼트, 너트, 스크류, 유니버셜 조인트 발전기 등에 사용한다.

코크스

점결성 석탄을 용기에 넣고 밀폐해서 1,000℃ 내외로 가열하면, 수분이나 휘발분이 가스가 되어 방출되고, 나중에 대부분의 탄소와 회분으로 이루어지는 코크스가 남는다. 이 조작을 석탄의 건류라고 한다. 코크스의 용도는 매우 다양해서 야금용, 화학 공업용 등 광범위한데, 그 중에서도 제철용이 단연 제일 많다. 용도별로 ① 용광로용 코크스 ② 주물용 코크스 ③ 비철금속제련용 코크스 ④ 가스화용 코크스(발생로용, 수성 가스용) ⑤ 카바이트용 코크스 ⑥ 일반용 코크스의 6종으로 분류하고, 회분의 함유량, 강도(드럼강도, 낙하강도), 유황, 휘발분, 인의 함유량 등에 의해 다시 품질적으로 구분하고 있다. 제철용 코크스로서 중요한 성질 및 평균치는, ① 회분이 적을것(10%) ② 드럼강도가 높을 것(15mm지수:92~93%) ③ 입도가 평균적이며 적당히 작을것(평균 입도 50~55mm) ④ 유황이 적을 것(0.5~0.6%) 등이다.

출선

casting이라고도 한다. 고로의 탕고임부의 출선구에서 용선을 꺼내는 것을 출선이라고 한다. 출선작업은 하루에 5~12회 하며, 대형 고로에서는 둘 내지 네 개의 출선구를 교대로 사용해 연속적으로 출선을 하는 것이 보통이다.

초내열합금

초내열합금이란 비교적 강도가 높고 고온내식성을 가진 고온 재료로 개발된 합금을 말하는데 대체로 철, 코발트, 니켈로 돼 있다. 보통 섭씨 1000도 이상의 고온과 고응력 하에서 오랜 시간 견디며 내식성을 겸비한 재료다. 가스 터빈과 제트 엔진이 등장하면서 개발되기 시작해 최근 에너지의 오꼭?이용과 절약, 그리고 고온에서 운전되는 기기와 장비의 종류가 차츰 많아지면서 관심이 높아지고 있다. 초내열합금은 모상의 기본 조성에 따라 철기, 니켈기, 코발트기로 분류되며 니켈기가 주류를 이루고 있다. 철기 합금은 섭씨 750도 이상에서는 강도가 낮아지고 니켈기나 코발트기 합금보다 특성이 약간 열세지만, 가격이 싸므로 비교적 저온에서 사용되는 디스크나 로터 등에 널리 쓰이고 있다. 미국에서는 생산되는 초내열합금의 약 80%가 제트 엔진용 부품으로 소비되고 있다. 이 밖에 증기 터빈, 자동차·선박용 엔진의 배기 밸브, 우주선, 석유화학 플랜트, 원자로 등에도 사용되고 있다.

철스크랩(고철)

고철은 우리가 일상 생활에서 가장 흔히 볼 수 있는 폐품이지만 철광석, 원료탄과 함께 철강재의 원료로 쓰이는 것 중 대표적인 것이다. 특히 고철은 전기로제강사에서 철근이나 형강(H형강)을 생산하는 데 필수원재료이며 제조원가에서 약 60%를 차지할 정도로 전기로제강사는 고철의 안정적인 확보가 매우 중요하다. 고철은 일정한 형상을 가진 물품이 아니고 형태 및 발생원에 따라 품질 등이 다양하며 국내 고철과 수입 고철로 크게 분류된다. 국내 고철은 고로에서 발생한 생철, 봉강 및 형강류 ·선박해체 등에서 발생한 중량고철, 생활용품이나 사무용집기 등에서 발생한 경량고철, 기계공장 철강공장 조선 및 자동차공장에서 발생하는 가공고철 등으로 나누어진다. 수입 고철은 상거래의 편의를 위해 미국 고철재활용사업협회에서 정한 규격을 따르고 있다. 국내에서는 1 HMS(Heavy Melting Scrap) 규격을 고철가격 결정 기준으로 하고 있으며 통상적으로 수입고철 시세는 1 HMS가격을 의미한다. 1 HMS 고철은 두께가 1/4인치 이상으로 전기로 차지박스 사이즈에 맞게 절단한 고철이다. 우리 나라의 고철 자급도는 1980년 이후 꾸준히 높아져 92년 약 74%로 최고치를 기록했으나 96년 이후 전기로제강사들의 설비 증설로 인한 조강생산능력 증대로 자급률이 낮아지기 시작하여 98년엔 최저치인 60%를 기록했다. 그러나 99년부터는 서서히 높아져 2001년에는 70%에 근접할 것으로 예상되며 고철의 완전 자급은 2015년 이후에나 가능할 것으로 보인다. 현재 우리 나라는 고철 수요량의 30%를 수입에 의존하고 있는 실정이다.

철도차량용 고강도 스테인레스강

탄소강을 중심으로 일부 스테인레스와 알루미늄 판재를 사용해 오던 종래의 철도차량은 부식을 방지하기 위해 도장을 하는 등 많은 노력과 비용이 소요됐으며, 차량 자체의 중량이 커서 고속화와 운전비용 절감에 큰 문제점이 있었다. 이에 따라 선진국들은 비용절감을 위해 차체 경량화연구를 시작했고, 그 결과 철도차량용고강도 스테인레스강(STS 301L)을 개발했다. 우리나라는 92년부터 이 강재를 수입해 적용했는데 포스코가 93년 STS301L강 개발을 완료하고 본격적인 공급을 개시했다. 오스테나이트계에 속하는 STS301L강은 니켈을 낮추고, 가공경화원소인 질소를 1천ppm이상 투입하며, 탄소를 0.03%이하로 낮춰 부식에 가장 취약한 용접부의 내식성을 확보함으로써 녹때문에 재도장하는 일이 없도록 설계한 강종이다. 전동차에 각 부위별로 적용되는 재질은 컴퓨터에 의한 구체설계에 의해 결정되며, 현재 전동차에 적용되는 종류는 표와 같다. STS301L강은 성분 밸런스 제어, 고질소강 조업 패턴 정립, 열간압연시 표면 결함 저감 기술이 필요하며, 제조공정은 통상 STS304와 유사하지만, 냉연공정에서 3~25% 정도로 경압연하는 공정이 추가된다.

철근

철근은 콘크리트 안에 묻어서 콘크리트를 보강하기 위해 쓰이는 건축 및 토목용의 자재로 주택, 아파트, 도로, 항만, 공공시설물 등의 건설에 널리 사용되는 철강재이다. 철근은 흔히 일반 철근과 고장력 철근으로 크게 구분할 수 있으며 규격 표시방법은 지름이 10㎜일 경우 D10으로 표시한다. 일반적으로 쓰이는 철근의 지름은 10, 13, 16, 19, 22, 25, 29, 32, 36, 38㎜ 등이고 길이는 9m가 표준이다. 또한 철근은 표면의 요철에 의해 콘크리트와 철근의 부착성을 높이고 콘크리트에서 균열이 생기는 것을 분산시켜 건축물의 강도를 높게 하는 특징이 있다. 이와 같이 철근은 콘크리트와 떨어질 수 없는 상호보완적인 관계다. 철근 콘크리트의 역사는 1850년 프랑스인 랑보가 철망을 넣은 콘크리트판을 개발함으로써 시작돼 1867년 프랑스 정원사가 철선으로 보강된 콘크리트 화분으로 특허를 따내 기초를 확립했다. 그 뒤 미국, 독일 등 선진국에서 활발한 연구가 시작돼 교량, 공장건물 등을 콘크리트 구조로 건설하면서 널리 보급되는 계기를 만들었으며 현대에는 건축 및 토목 분야에서 보편적으로 쓰이는 자재가 됐다. 우리 나라에서는 산업 근대화와 맥락을 같이 하면서 철근에 대한 기술 및 보급이 이루어져 왔다. 지난 87년 완공된 서울에서 대전까지 총 연장 146㎞의 중부고속도로 건설당시 약 9만 7000여 톤의 철근이 사용됐으며 2001년 완공한 총 353㎞인 서해안고속도로 건설에는 약 67만톤의 철근이 소요되었다. 또한 우리가 살고 있는 아파트를 지을 때에도 철근이 많이 소요되는데 20평 아파트 1가구를 짓는 데에는 약 12 톤의 철근이 소요된다. 한편 공공 공사 분야별로는 도로건설에 약 50%, 주택건설에 25% 등 대부분이 사용되고 나머지는 철도, 지하철 건설 등에 소요되고 있다.

철광석

철광석은 통상 30～70％의 철분(Fe)을 함유한 광석을 의미한다。 지구상에 고루 펴져 있는 것으로 확인된 철광석은 현재까지 발견된 양만으로도 ３백년 이상을 쓸 수 있다고 한다. 그러나 60％ 이상의 철분을 함유한 고품위 철광석은 호주、 브라질、 인도、 남아프리카공화국 등 일부지역에만 편재해 있으며、 점진적으로 고갈되고 있다. 철광석은 입도와 가공여부에 따라 괴광、 분광、 펠릿으로 나누어진다. 괴광과 펠릿은 소결공정이 없이 직접 장입할 수 있어 고로에서 수요가 증가하고 있으며、 전기로에서도 직접환원(Direct Reduction)용 원료로 수요가 증가하고 있어 귀추가 주목되는 광종이다. 세계 연간 생산량은 10억톤 수준이며 그중 ３～４억톤이 교역되고 있다.

철강축적량

철강의 재활용 주기는 제품마다 차이는 있지만 모든 철스크랩들은 다시 철강공장으로 되돌아 오게된다. 우리가 즐겨 마시는 음료캔의 경우는 보통 몇주만 되면 새로운 철강원료가 될 수 있으며, 자동차에 사용된 강재는 10~15년, 빌딩이나 교량에 사용된 강재는 약 100년 이내에 재활용 될 수 있다. 우리는 과거부터 현재까지 철강재를 사용함에 따라 축적된 철강재의 총량을 철강축적량라고 한다.

질소 산화물(NOx) 제거기술

석유·석탄·천연가스 등의 화석연료는 인류에게 큰 혜택을 주었지만, 이의 사용으로 인한 환경오염 또한 큰 문제점으로 지적됐다. 이러한 화석연료의 사용시 발생하는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)은 산성비의 주된 원인으로 알려져 있다. 특히 질소산화물은 대기중의 수증기와 반응하여 산성비를 유소와의 광화학반응에 의해 오존을 형성해 광화학 스모그를 일으키기도 한다. 이러한 질소산화물의 발생은 발전소 등의 고정원에서 나오는 연소가스와 자동차와 같은 이동원에서의 배기가스가 주된 원인으로 알려져 있다. 질소산화물의 발생은 연소조건을 변화시키거나 연소장치의 구조변화 등을 통해 어느정도 저감시키는 것이 가능하나 날로 강화되는 환경기준을 만족시키기 위해서는 사후처리에 의해 제거해야 한다. 자동차의 배기가스에 의한 오염을 저감시키는 방법으로는 삼원 촉매장치를 사용해 질소산화물 뿐만 아니라 일산화탄소와 탄화수소를 함께 제거하는 방법이 있는데, 우리나라에서도 87년부터 가솔린차량에 촉매장치의 부착을 의무화하고 있다. 발전소와 같은 고정원에서 발생하는 질소산화물을 제거하기 위해 개발된 여러 기술중에는 SCR(Selective Catayic Reduction, 선택적 촉매환원법) 기술이 경제적, 기술적으로 가장 장래가 유망하고 현재도 많은 연구가 진행되고 있다. 이 방법은 매기가스에 암모니아와 같은 환원제를 주입하여 촉매상에서 질소산화물과 선택적으로 반응시킴으로써 질소산화물을 무해한 질소와 물로 환원시키는 기술이다. 이러한 SCR기술의 핵심은 질소산화물 제거에 활성이 높은 촉매의 개발과 다량의 배기가스를 큰 압력차 없이 처리할 수 있는 반응기 형태의 개발이다. 현재 일본, 독일 등 선진국엔서는 이미 오래전에 SCR기술을 개발해 자국내에 설치하고 있을 뿐만 아니라 외국에 기술을 수출하고 있다. 우리나라에도 최근 도시쓰레기 소각로나 산업체 등에 SCR장치가 설치되고 있으나 모두 외국기술을 들여온 것이다. 국내에서는 SCR기술은 국내(구룡포)에서 생산되는 천연 제올라이트를 이용한 촉매를 사용하고 있어 촉매 수급을 원활히 하고 비용을 절감할 수 있는 장점이 있으며, 저압력차 반응기인 하니콤(Honeycomb)형 촉매반응기를 개발함으로써 분매반응기를 개발함으로써 분진이 많은 배기가스 조건에도 사용할 수 있다. 실제 현장의 배기가스를 이용한 파일럿 플랜트 연구에 의하면 반응조건에 따라 90%이상까지 질소산화물을 제거할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

직접환원철

직접환원제철법은 철광석을 고체상태에서 환원가스(CO, H)를 이용해서 환원하여 철원을 제조하는 기술로, 생산된 직접환원철은 불순물의 적어 고급 고철의 대용으로 사용한다. 직접환원철은 DRI(Direct Reduction Iron), HBI(Hot Briquetted Iron), Iron Carbide의 세가지로 나눈다. DRI는 천연가스를 변성하여 환원가스화 하거나 석탄을 직접 투입하여 철광석을 환원하여 얻어진 것이다. 그러나 DRI는 수분과 반응하여 산화하기 쉬운 형태를 띠고 있어 보관이나 운반이 용이하지 못하다. 따라서 이를 열간상태에서 단광처리하여 산화를 방지한도록 한 것이 HBI이다. Iron Carbide는 순수한 철이 아니고 탄화철 형태로 재산화가 되지 않는 특징을 갖고 있으며, 탄소가 제강공장에서 에너지원으로 활용될 수 있는 특징이 있다. 직접환원철은 고철이 부족하고 천연가스가 풍부한 지역에서 철원공급을 위해 사용된 특수한 것이었다. 그러나 세계적으로 미니밀 방식의 전기로 설비증설과 함께 판재류로 제품생산 영역이 확대되면서 고급고철의 안정적 확보가 과제로 떠올랐다. 이에따라 직접환원철이 이를 해결할 수 있는 철원으로 부각되면서 최근 활발한 기술개발이 이루어지고 있다. 실제 직접환원공법은 이미 `70년대 초반에 몇가지 공법이 상업화 되었으나 그후 도태과정을 거쳐 현재 MIDREX, HYL법 등이 활용되고 있는 실정이다. 향후 직접환원철 설비는 고급 고철의 대체용으로 꾸준한 증가세를 유지할 전망이다. 고철가격에 따라 생산량이 변동되는 보완적인 관계를 유지할 것으로 보인다.

중량고철

중량고철은 가로 500㎜, 세로 1000㎜, 높이 3~100㎜ 규격의 고철이다. 봉·형강류, 기계구조물, 파이프류 등의 소재로 이뤄진 고철과 절개된 가스통, 볼트·너트, 차량부품, 주물고철 등이 포함된다.

주철

주철은 주물용 선철 및 고철을 전기로나 유도로에서 용해하여 주형에 주입하여 만든다. 주철은 보통 다른 철에 비하여 녹는 온도가 낮고, 용융상태에서 유동성이 좋기 때문에 주물로 만들기 쉽다. 보통 주철의 탄소함유량은 2.1~6.7% 이지만 실제로는 3.2~3.8% 정도의 것이 많이 사용된다. 주철은 충격에 약하기 때문에 잘 부스러지는 단점이 있으나, 내마모성이 우수하고 내압측성 양호하며, 절삭성이 좋고 저렴하여 기계용 재료로 많이 쓰인다. 주철은 일반적으로 보통 파단면의 색깔에 따라 회주철과 백주철로 나눈다. 탄소량이 많거나 냉각속도가 느리면 흑연이 많이 생겨서 파단면이 회색을 띠게 되는 것이 회주철이고, 탄소량이 적거나 내각속도가 빠르면 흑연의 생성이 억제되어 파단면이 힌색을 띄는 것이 백주철이다. 주철은 성질에 따라 보통주철, 인장강도를 개선한 고급주철, 주철에 니켈, 크롬 등의 원소를 첨가하여 강도를 높이고, 내식성, 내열성을 향상시킨 합금주철, 특별한 주조 처리 및 열처리 등으로 제조되는 특수주철이 있다. 또한 특수주철에는 주철을 열처리함으로써 그 산화작용에 의하여 두드려 얇게 할 수 있는 가단성을 준 가단주철과, 흑연을 구상으로 만들어 점성이 크고 강력한 성질을 갖게 한 구상흑연 주철이 있다. 주철은 복잡한 형상을 쉽게 제작할 수 있고, 내식성이 우수할 뿐만 아니라 가격이 저렴하여 주철관을 비롯하여 내연기관 실린더, 피스톤, 펌프, 농기구 부품 등에 널리 사용되고 있다.

주강품

주강품은 전기로 및 유도로에서 생산된 용강을 일정 형상을 갖춘 주형에 주입하여 소형 형상으로 만든 제품이다. 주강품을 만들때에는 재질을 좋게 하기 위하여 충분히 정련된 용강을 적정온도에서 주입해야 하며, 응고시의 수축을 방지하기 위해 압탕을 설치하고, 가스배출을 쉽게 하는 등의 주조기술이 필요하다. 또한 기계가공을 용이하게 하기 위하여 내부응력의 제거를 위해 적당한 온도로 가열한 후 천천히 냉각시켜 재질을 연화하는 것이 보통이다. 한편 최근에는 주강품을 만들 때 기계가공법이 필요하지 않는 정밀주조법이 채택되어 자동차 부품 등의 제조에 많이 사용되고 있다. 주강품은 공장기계, 산업기계, 자동차 및 중장비 부품, 선박부품, 밸브류, 석유화학, 건축 구조물 등에 사용된다.

조질압연

강판, 특히 냉연강판은 냉간 가공에 의해 인성이 감소하고 강도가 증대되는 성질이 있어, 사용에 적합하도록 재질을 조정하여 인성을 늘릴 필요가 있다. 이를 위해 강판을 어닐링해서 내부 응력을 제거한 후, 결정립자를 세밀하게 하기 위해서 행해지는 가벼운 냉간압연을 조질압연이라고 한다.