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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.

제진강판

냉장고, 세탁기 등 모터가 설치된 가전 제품 등이 처음 나왔을 때 사용은 편리하지만 소음으로 인해 불편을 겪을 때가 많았다. 그러나 최근에는 이 소음을 줄이고, 떨림을 없애기 위해 얇은 두 강판 사이에 다른 재료를 넣어 샌드위치 형태로 만든 강판이다.

전용선

원료수송에 투입되는 선박은 크게 전용선과 비전용선으로 나눌 수 있다. 「전용선」이란 선박의 소유권한과 운항관리를 선사가 보유하고 선박의 배선권한을 화주가 보유하는 형태이다. 그 대신 내용연한(통상 18년) 동안은 연속 만선운항과 적정 이윤을 포함한 운항원가를 화주가 보장해야만 한다. 이러한 전용선 운항은 △대량원료의 장기적이고도 안정적인 수송이 가능하며 △운항원가에 적정이윤이 포함된 적용운임률로 해운시황의 영향을 받지 않고 △제철원료 전용으로 특화가 가능하므로 선박 건조비가 저렴하며 △특정화물 특정항로로 수송할 수 있어 최적 선형을 선택할 수 있는 장점을 갖고 있다.

전로

전로는 1856년 베세머가 산성전로법을 발명하였고, 1877년 토마스가 염기성 전로법을 발명하여 발전하였다. 현재 가장 많이 사용하고 있는 순산소상취전로법은 1952년 오스트리아의 페스트사가 개발한 것인데 LD전로법이라고 한다. 이공정은 초음속의 순산소를 용선에 불어넣어 약 20분 이내에 급속히 정련시키는 방법으로 주로 선철과 소량의 고철을 사용한다.

전기로 제강법

제강로로서 전기로를 이용하며 보통, 스크랩을 주원료로 해서 강을 용제하는 방법. 종래 제강용 전기로로서는 여러 종류의 것이 연구 시험제작되고 있지만, 현재 실용화되어 있는 것은 에루식 직접아크식전기로와 고주파유도로의 두 종류이다. 특히 전자는 ① 고온이 쉽게 얻어지며 온도의 조절이 자유롭고 정확하다 ② 노 내 분위기를 산화성으로도 환원성으로도 할 수 있다 ③ 연료는 전력이므로 중유나 가스처럼 유황 등의 불순물이 용강 내로 들어가는 일이 없다 ④ 조업도 수시로 할 수 있다 ⑤ 건설비, 유지비가 싸다 ⑥ 탈인, 탈유황이 용이하다 ⑦ 고급강의 용제에 적합하다 등의 특징을 가지므로 널리 채용되고 있어서, 각종 스테인리스강, 구조용강, 공구강 등의 고급강 제조 분야를 거의 점유하고 있다. 전기로 제강법도 노 내벽에 댄 것의 종류에 따라 산성법과 염기성법으로 대별되는데 탈인, 탈유황이 용이한 후자가 채용되고 있다.

전기로

전기로는 전열을 이용하여 강을 제조하는 것으로 전기양도체인 전극에 전류를 통합함으로써 고철과의 사이에 발생하는 아크열에 의해 산화정련하는 아크로와, 도가니 주위에 감은 코일에 전류를 통합함으로써 유도전류에 의한 저항열로 유도로의 두가지 종류가 있다. 따라서 전기로는 제강시 막대한 전력이 소모되기 때문에 전기로 공장내에는 고전압 수전설비가 필요합니다. 한편 1980년대 후반부터는 직류전기로가 개발되어 `90년대부터 보급이 확산되었다. 직류전기로는 기존의 교류 전기로에 비해 전극의 소모량이 적고 소음발생과 가스배출이 적어 경제적인 면에나 환경적인 면에서 여러 가지 장점이 있다.

전기도금 윤활강판

산업이 급속하게 성장함에 따라 ＣＦＣ(Chloro Fluoro Carbon)물질을 함유한 세정제, 발포제, 냉매 등의 사용이 늘어나 오존층이 파괴되고, 이러한 결과가 지구환경 보호문제로 확산되자 87년 ９월 서방 선진국들은 ＣＦＣ물질의 생산 및 사용을 전면 금지하는 것 등을 내용으로 하는 몬트리올 의정서를 채택됐다. 이를 계기로 95년 이후부터 ＣＦＣ물질의 생산 및 사용은 완전 금지됐다. 철강분야에서는 장기간 보관할 때 발생하는 녹을 방지하고 프레스(Press) 가공성을 향상시키기 위한 보편적인 방법으로 윤활성분의 기름을 강재 표면에 도포하고 가공이 끝나면 기름성분을 제거하는 방식을 사용해 왔다. 그러나 이러한 탈지공정에 써 왔던 탈지액은 ＣＦＣ성분을 함유하고 있어 더 이상 사용할 수 없게 됐으며, 따라서 윤활유 제조업체들은 대체 윤활물질을 개발하기 위해 많은 투자를 하고 있고, 철강업체에서는 윤활유를 도포하지 않고도 가공성과 내식성을 높일 수 있는 신제품을 개발하기 위해 부단히 노력해 왔다. 이러한 요구에 대응하기 위해 포철은 전기아연도금강판에 크롬을 40㎎／㎡으로 화학처리하고, 오염을 방지할 수 있는 유기수지와 윤활 가공성을 부여하는 특수 왁스(Wax)를 혼합한 윤활수지를 롤 코팅(Roll Coating) 방식으로 극박 도포한 고기능 윤활피복강판을 개발했다. 이 제품은 고가공성이 요구되는 심가공용 모터 커버(Motor Cover)류, 가전부품용 등으로 사용되며, 기존 강판보다 뛰어난 가공성과 내식성, 내지문성을 자랑한다. 또한 수요가측에서는 프레스 가공시 윤활유 도포공정이 필요 없고 탈지공정을 생략할 수 있어 ＣＦＣ에 의한 지구환경 보호문제를 근본적으로 해결할 수 있으며, 공정 생략에 따른 인력과 원가절감 등의 효과를 기대할 수 있어 수요가 급속하게 증가할 것으로 전망된다.

전기도금 내지문 강판

이제 우리생활에 떼어 놓고 생각할 수 없을 정도로 밀접하게 자리잡은 가전기기, 컴퓨터, 사무용기기 등은 한시가 다르게 고기능화 하고 있다. 그에 따라 소비자들도 이들 제품을 고를 때 내부 부품까지도 표면이 깨끗하고 미려한 색상을 선호하는 추세에 있다. 종전에는 내부 부품에 일반 냉연강판을 사용해 왔으나, 오랫동안 사용하면 녹이 생기는 등의 단점이 있어 최근 들어서는 표면이 미려하고 내식성 강한 전기도금강판을 선호하고 있다. 전기도금 강판도 부품이 완성, 조립되기까지 여러 사람을 거치면서 강판(부품) 표면에 지문이 묻으면、 그 부분의 외관이 나빠질 뿐 아니라, 쉽게 녹이 생기는 단점이 있다. 이런 단점을 보완하기 위해 사람의 지문이 강판에 묻어나지 않는 내지문강판이 개발됐다. 내지문강판은 전기아연도금강판에 특수 크롬을 코팅해 기존강판보다 내식성을 더욱 향상시키고, 그 위에 손자국이 나타나지 않는 내지문수지를 코팅한다. 내지문수지는 윤활성을 띠고 있기 때문에 가공성을 향상시키며, 실리카(Silica) 성분의 특성으로 도장성도 개선하는 효과가 있다.

전기도금

전기도금 공정은 전류를 이용해 금속을 코팅하는 공정이다. 즉 도금하려는 금속(강판)을 음극으로 설정해 도금액에 넣고 전류를 통하면, 도금액 중의 금속 이온이 음극면으로 이동해 석출되는 전기 화학적 반응을 말한다. 포스코의 전기도금 공정은 고속·고전류밀도 조업과 편면 및 양면도금이 가능한 카로젤(Carosel)타입의 도금설비를 채택하고 있으며, 전력 소모가 적은 클로라이드(Chloride)계 전해액을 사용하고 있다. 냉간압연 강판을 주요 소재로 사용하는 전기도금 공정은 소재의 표면오염을 제거하기 위한 전해탈지 처리와 표면산화층을 제거하기 위해 산세 처리를 하는 전처리 설비, 전류 통전에 의해 도금이 이루어지는 중앙 설비, 내식성과 도장성을 향상시키기 위해 인산염과 크롬산염을 코팅하는 후처리 설비 등으로 구성돼 있다. 현재 포스코에서 생산되고 있는 제품으로는 도장성이 우수해 주로 가전기기에 사용되는 아연-철 합금도금강판 및 아연-니켈 합금도금강판, 내가솔린성이 뛰어나 자동차 연료탱크에 사용되는 납-주석 합금도금강판 등이 있다. 최근에는 아연-철 합금도금강판상에 철-망간을 한번 더 도금해 내식성을 배가시킨 철-망간 이층도금강판과, 국제 환경규제에 대응하기 위해 프레스유 없이도 가공할 수 있는 윤활피복강판 등 신제품 제조기술을 개발해 경쟁력을 한층 높여가고 있다.

전기강판

전기강판은 철의 자화가 일어나기 쉬운 방향으로 결정배열을 조정하고 규소를 첨가해 철손의 감소를 억제한 철강재료로 다른 철강재료에 비해 전자기적 특성을 우수하게 한 연질 자성재료이다. 전기강판은 구조용강이나 공구용, 외판용으로 쓰이는 다른 금속재료와 달리 모터나 변압기 같은 전기기기의 철심재료로 사용돼 이들 전기기기의 효율을 높여 주는 역할을 한다. 전기강판은 강판이 가지는 고유특성에 따라 크게 방향성(grain oriented) 전기강판과 무방향성(non-oriented) 전기강판으로 분류된다. 방향성 전기강판은 특수한 제조공정을 거쳐 결정을 한쪽 방향(압연방향)으로 배열시켜 자기적 특성을 대폭 향상시킨 것이다. 이 방향성 전기강판은 압연방향의 자기적 특성은 우수하나 압연방향 이외의 자기적 특성은 상대적으로 떨어져 압연방향의 특성을 최대한 살릴 수 있는 각종 변압기나, 자기증폭기 등과 같은 정지기기의 철심 재료로 주로 사용된다. 대형 회전기기에 사용되는 경우도 있다. 무방향성 전기강판은 결정이 방향성을 띠지 않고 자유로운 배열구조를 가진 제품으로, 모든 방향에 대한 자기적 특성이 거의 일정하기 때문에 발전기나 전동기와 같은 회전기기의 철심 재료로 사용된다. 전원변압기나 안정기, 소형 정지형 기기에도 사용되고 있다. 전기강판은 열손실 값인 철손이 낮아야 하며, 재료에 대한 자력선 통과의 용이성 정도를 나타내는 투자율이 높아야 하고, 각 층 사이의 절연성이 좋아야 하는 등의 전기적 특성을 가져야 한다. 이 외에 일반적인 강판과 마찬가지로 적은 두께 편차, 좋은 형상, 양호한 용접성, 적당한 기계적 특성도 필요하다.