고로 제철 기술의 진화: 고대부터 현대까지

최초 제철 기원은 인류 문명 미기록 역사 속에 감춰져 있습니다. 고대 철기구 사용 최초 증거는 이집트에서 피라미드 두 돌 사이 이음새에서 철 도구 발견으로 나옵니다. 많은 선사 시대 철기구 기원은 운석 철일 확률 높습니다. 운석 철은 5~26% 니켈(Ni) 함유, 제련 철은 Ni 미량만 함유하므로 운석 철로 만든 철기구는 제련 철 제품과 구별 가능.

4,000년 전 운석 철 발견. 하지만 채광 철광석에서 철 생산 시작까지 2,000년 더 걸렸습니다. 인도 최초 제련 철 발견 기원전 1800년. 철 제련은 히타이트 제국 신민 아르메니아 칼리베스(Calybes)에서 기원전 1500년경 이루어졌다고 전해집니다. 제국 붕괴 기원전 1200년경 여러 부족이 제철 지식 가지고 유럽과 아시아 전역 전파. 유럽과 서아시아 전역 철기 기술 지식은 궁극적으로 이 출처로 거슬러 올라감. 철기 시대는 철 제련 발견과 함께 시작.

철 제련 시작

구리 황화광석 환원과 마찬가지로 최초 산화철 환원도 우연이었을 것. 고대 야금학자들(당시 광부, 화학자, 기술자) 관찰력이 산화철 광석 직접 탄소(C) 환원으로 간이 로에서 철 생산 가능 깨닫게 함. 제련 공정 최초 기록 묘사는 기원전 1500년경 이집트 무덤 벽화에서 발견(Fig. 1). 단순 피트(구덩이)에 광석과 미상 연료 넣고 발로 작동하는 풀무(bellows)로 화력 강화. 이후 3,000년 동안 철 생산 기술 크게 변하지 않음: 산화물 탄소 환원으로 철 스펀지(iron sponge) 생산, 스펀지 두드려 철 제품 제작.

산화철 광석은 지구 많은 지역 분포. 이집트에서 철광석 환원 일어날 때쯤 다른 지역에서도 동시 진행. 인도, 중국, 아프리카, 말라야가 초기 제철 관행 개발 현장. 이 나라들 개발된 로는 모양과 크기 차이 있지만 기능적으로 동일했음 의미심장. 철 화학적 환원 용융 없이 일어나 결과 금속 상대적 순수하고 부드러워 단철(wrought iron) 불림. 망치로 유용한 형태 가공 가능. 창, 화살촉, 단검, 기타 도구 무기 이 단철로 제작.

약 2,000년간 기원후 1천년 말까지 '블루머리(bloomery)' 공정으로 소형 지역 화덕에서 철 생산. 고고학 조사로 구조 크기 불명이나 블루머리 로 현대 재현품 내부 치수 300mm 직경 × 1,000mm 높이. 블루머리 공정에서 화덕 만들고 숯과 철광석 여러 층 쌓아 둔덕 만듦. 이 둔덕 주위 점토와 벽돌 케이싱 쌓고 위쪽 배기 가스 구멍, 아래쪽 풀무 작동 공기 취입 구멍 남김. 숯 불붙이고 숯 다 탈 때까지 풀무 작동. 케이싱 부수고 공정 잘 진행되면 스펀지 철 덩어리와 슬래그 웅덩이. 뜨거운 스펀지 철 망치로 두드려 철 빌렛이나 철 제품 제작. 블루머리 공정 제련 중 반응: 숯불 일산화탄소(CO) 생성, 열로 늪 광석 수분 제거해 적철석(hematite) 생성. CO 적철석 환원해 산화제2철(wüstite) 생성. CO 다시 뷔스티트 환원해 원소 철 생성. 반응 완전 진행 안하고 평형 위치 도달해 결과 가스 CO와 이산화탄소(CO2) 혼합. 하지만 뷔스티트 모래와 반응해 철 올리빈(fayalite) 생성, 슬래그 주성분. 제련 공정 조건에서 파이알라이트 원소 철 환원 불가능해 데드엔드. 철 용점 약 1,540°C, 슬래그 용점 약 1,100°C. 온도 슬래그 녹일 정도 높으나 철 녹일 정도 아님. 공정 잘 작동했으나 남은 슬래그 여전히 철 다량 함유, 종종 60% 이상 FeO(산화제2철). 슬래그 두 종류: 늪광 드로스(dross) 다공성, 적철광서 치밀, 단단, 난융성.

제철 공정 발전

제련 구멍 돌과 진흙 라이닝, 나무와 가죽 풀무 사용으로 초기 제철 공정 개선(Fig 2). 중국 철 사용 기원전 600년경 출현, 기원전 403~222년 널리 보급. 중국 우수 제철 기술 개발, 주철 기구 발견 근거로 기원전 200년경 액체 철 생산. 중국과 인도 고대 문헌 철 제련 언급. 검, 도끼, 낫, 호미 등 유물. 기원후 310년 델리와 다르 인도 유명 철주 세울 충분 철 생산. 델리 단철주 높이 18m, 직경 410mm, 무게 17톤. 일본 전통 제철 '타타라(Tatara)' 17세기 기원후 완전히 개발. 북미, 남미, 호주 고대 거주민 철 제련 모름. 유럽인들 통해 이 나라들 철 제조 기술 전파.

지중해 철 제조 공정 유럽 북쪽 전파. 페니키아인, 켈트인, 로마인 철 제조 기술 전파 도움. 로마인 브리튼까지 전파한 철 제조 기술 중 초기 보울(bowl) 또는 샤프트(shaft) 로. 이 로는 언덕 옆 경사지 지어진 보울형 용기나 원통형 샤프트 2m 높이. 로 내 화재 부채질 공기 하단 근처 개구부로 공급, 개구부 풍향 방향 향함. 로 상단 개구부로 숯과 철광석 층층이 충전, 하단 개구부로 점화.

철 제련 구동 두 이론: 바닥 개구부 바람 불어들어 공기 공급 가열 공정 vs 위쪽 개방부 위 바람 불어 내부 전면 벽 따라 저압 구역 생성해 하단 개구부로 공기 빨아들임(Fig 2). 두 경우 모두 바람 의존해 연중 신뢰성 없음. 제품 다시 스펀지 철 덩어리, 하단 개구부로 꺼내 망치질 최종 형태 만듦.

또 다른 초기 제련로 벌집로(beehive furnace, Fig 2). 평지에 숯과 철광석 번갈아 층 쌓아 둔덕 만들고 두꺼운 점토 덮고 측면 하단 벽에 블로우파이프 연결 풀무 삽입. 숯 하단 층 점화, 풀무로 가압 공기 공급. 이 배치식 제련 끝날 때 점토 돔 붕괴. 스펀지 철 무너진 벌집로에서 파내 망치질. 생산량 작은 철덩어리, 제련로 매 생산마다 허물고 재건축.

이런 제철 공정 현대 시대 수백 년간 큰 개선 없이 사용. 8세기경 스페인 북동부 카탈루냐 산맥 작은 대장간이 제철 중요한 야금적 진보 중 하나 대표. 초기 카탈루냐 대장간(Fig 2) 석조 컵 '화덕(hearth)' 높이 약 910mm, 직경 760mm. 베이스 전면 위 짧은 거리에 노즐 '튜에르(tuyere)' 설치용 작은 개구부. 튜에르 노즐 풀무 연결 공기 공급. 화덕 튜에르 레벨까지 숯 덩어리 채움. 튜에르 위 철광석 놓고 숯 추가 층층이. 숯 불붙이고 풀무 공기 강제해 뜨거운 CO 광석 지나가며 철광석 환원해 뜨거운 덩어리 철 생성. '블룸(bloom)'이라 불리는 철 덩어리 최대 160kg, 집게로 화덕서 꺼내 석조 구조 파괴 안함. 이 철량 5시간 생성, 이전 기술 5시간 약 23kg만 생산. 카탈루냐 대장간 향후 200년 크기 커지며 프랑스, 벨기에, 잉글랜드, 독일 전파. 화덕 크기 1m 정방향 커지고 직사각형 석재 블록으로 제작. 튜에르 통과 공기량 '트롬페(trompe)'라 불리는 공기 흡입기 사용으로 증가. 물 트롬페 컬럼 낙하 시 공기 튜브로 흡입돼 박스 하단 배출. 이 장치 카탈루냐 대장간 도입 시 튜에르 블라스트 압력 0.10~0.14kg/㎠로 수동/족동 풀무보다 현저히 높음. 추가 블라스트 압력 제련 공정 가속 생산 증가.

10~14세기 카탈루냐 대장간 추가 진화. 수동/족동 풀무 수차 구동 풀무 대체돼 공기 블라스트 양과 압력 증가. 다음, 대장간 스택(stack) 폐열 회수 시도: 스택 높이 높이고 스택 상단에서 철광석과 숯 충전해 광석 예열. 이 로들 석조 스택 1.8~4.8m 높이. 수차 구동 풀무로 더 높은 블라스트 압력 강제 가능해 스택 높이와 원료 충전 높이 증가 가능.

슈투코펜 로(Stuckofen furnace, Fig 3) 최고 4.8m 스택뿐 아니라 스택 기하학 변화. 두 절단원뿔(truncated cone) 최대 직경서 연결된 형태. 두 튜에르 표준화(수차 두 풀무 구동, 하나 지속 압축해 블라스트 공급). 로 하단 슬래그 배출구이나 최종 제품인 약 318kg 철 블룸 꺼내려면 석조물 제거 필요. 슈투코펜 로 연간 100~150톤 생산, 카탈루냐 대장간 생산 능력 초과. 부산물로 액체 철 생산. 철광석 로 내 체류 시간 길어 화학 반응 더 거치고 고온 노출돼 철 더 많은 탄소 흡수해 용점 낮아짐. 블룸 로서 꺼낼 때 액체 철도 함께 나옴. 처음엔 망치질 가공 너무 취약해 해악으로 간주. 경우에 따라 로 재충전하거나 폐기물로 버림. 슈투코펜 로 현대 고로(Blast Furnace, BF) 선구자. '블라우오펜(Blauofen, 블로우 오븐)'으로 추가 개조돼 제철업자 재량에 따라 액체 철 또는 단조급 스펀지 철 생산 가능. 연료 충전량 10~15% 변경, 튜에르 위치 500mm 낮춰 로 깊숙이 밀어넣어 제품 변경. 16세기 이 로들 6.7m 높이, 일일 약 1.8톤 철 생산, 연료율 철 100kg당 숯 약 250kg. 로 수명 약 45일.

항상 액체 철 생산 다음 단계 '플루소펜(Flussofen, 플로우 오븐)'. 플루소펜 또는 최초 고로 개발 14세기 라인강 계곡과 인접 프랑스, 벨기에, 독일 지역. 전쟁 기술과 제철 기술 변화로 용융 철 대포 주조가 스펀지 철 검 단조보다 주력 산업. 1300년 기원후 철 제조사들 액체 철 생산해 총 주조 적극 모색. 알려진 고로 최초 신뢰 문서 1340년 벨기에 마르슈 레 담(Marche Les Dames) 고로 건설. 플루소펜 또는 고로 전파 상대적 느림. 유럽 대륙 국가들 원시 카탈루냐 대장간 철 블룸 생산에서 현대 고로 완전 개발 공로. 현대 고로 샤프트 로(shaft furnace)로 슈투코펜과 플루소펜에서 점진적 진화.

숯 고로 진화

유럽 대륙 개발 숯 고로(Fig 3) 곧 영국 전파, 다음 제철 기술 진화 발생. 1565년 잉글랜드 몬머스셔(Monmouthshire) 건설 고로 딘 숲(Forest of Dean) 주요 제철 중심지 된 최초 고로. 이 고로 4.6m 높이, 보시(bosh, 로 내부 최폭점) 1.8m에서 두 절단원뿔 만남. 1615년 300기 고로 평균 일일 약 2톤/로. 성장 속도 빨라 숯 생산 위해 토지 완전 삼림 벌채. 1600년대 법적 제한 남은 숲 보호, 많은 고로 폐쇄.

북미 최초 고로 1622년 버지니아 폴링 크릭(Falling Creek). 플랜트 노동자 전원 사망, 철공소 원주민 파괴로 가동 안됨. 북미 최초 성공 숯 고로 1645년 매사추세츠 소거스(Saugus). 이 고로 스택 6.4m 높이, 외벽 상승하며 내경사, 베이스 7.9m 정방향. 화강암 등 현지 석재 점토 모르타르 접합. 평지 위 지하 배수 시스템 굴착해 대형 수차 물로 인한 습기 방지. 고로 스택 대략 달걀형 내부, 최대 직경 보시 상단(top of bosh) 1.8m. 보시 하향 경사 광석, 플럭스, 숯 부담 지지. 보시 하단 아래 정방향 도가니(crucible) '헤스(hearth)' 사암 라이닝(Fig 3). 내화 라이닝과 외벽 사이 모래, 점토, 잡석으로 내벽, 팽창 수축 완충. 외벽 두 곳에 크고 깊은 아치. 작은 아치로 두 5.5m 풀무 노즈와 두 튜에르 통과 블라스트 고로 공급. 큰 아치 아래 헤스 작업 구역과 주조 바닥. 도가니/헤스 액체 철 저수조 역할. 헤스 베이스 460mm 정방향이나 전체 높이 1.1m 도달하며 530mm로 확대. 하단 돌출부 '포어헤스(forehearth)' 두 벽과 포어스톤(forestome) 또는 댐(dam) 구성. 위쪽 댐에서 물러나 석재 커튼월 '팀프(tymp)' 하단 가장자리 댐 탑보다 낮게. 팀프와 댐 사이 개구부로 운전자 철 국자 떠 주형 주조, 링거(ringer)라 불리는 철봉으로 튜에르 노즈 주변 들러붙은 슬래그나 벽 쌓인 슬래그 떼어냄. 마모 방지 위해 팀프와 댐 철판 씌움. 슬래그 제거 댐스톤 위 긁어내 시더 노치(cinder notch). 철 탭아웃 위해 포어헤스 측벽 한곳과 댐 한끝 사이 좁은 공간 '탭홀(tap hole)' 삽입된 점토 플러그 깨기 필요.

이 복잡한 석조 공사 외 고로 건설에 목재와 가죽 작업 포함. 고로 상단과 인접 블러프 사이 충전 브리지(charging bridge)라 불리는 중량 목재 구조물. 원자재 블러프 비축장에서 손수레로 충전 브리지 건너 고로 상단으로. 고로 상단 세 면 목재 윈드스크린(wind screen) 설치로 연료 충전 운전자 안전한 피난처 제공(충전 구멍 연기, 불꽃, 간혹 화염 방출). 고로 지면 레벨 스택 두 면 목재 린토 구조물 '주조장(casting house)' 감쌈. 이 구조물 트렌치와 주형 주조 구역, 풀무 커버. 두 풀무 캠샤프트 연결 오버슈트 수차로 왕복 구동. 풀무 캠 메인 샤프트로 수축, 카운터웨이트(주머니 돌 채움) 이동 빔 연장부로 주조장 지붕 구멍 통해 팽창. 고로 톤당 철광석 3톤, 플럭스 스톤 2톤, 숯 2.6톤 소비. 탭홀 하루 두 번 열려 주당 약 450kg 액체 철 제거. 액체 철 단일 트렌치로 끌어내거나 모래 주형 떠 가정용품(냄비, 프라이팬, 난로 판 등) 생산.

위 숯 제철 1700년대 100년간 약간만 변화. 고로 스택 크기 증가, 송풍 설비 개선. 1700년대 대표적 숯 고로 9.1m 높이, 보시 직경 2.4m 증가. 고로 크기 증가는 더 높은 블라스트 압력 결과 송풍 설비 개선 통해서만 가능. 블라스트 시스템 최초 개선 나무 송풍통(wooden blowing tubs) 발명. 정방향 또는 원형, 외부 강철 후프로 묶인 나무 통 비슷. 편심 크랭크 수차에 왕복 피스톤 로드와 양쪽 송풍통. 통 내 피스톤 가죽 씰링으로 밀봉. 한 피스톤 상승해 한 통 공기 압축 시 다른 피스톤 다른 통 하강. 각 통 상단 출구 파이프 공통 믹싱 박스 연결, 항상 가압 상태. 믹싱 박스 압축 공기 에어 덕트 또는 블라스트 메인 통해 로 튜에르로 공급. 대표적 송풍통 1.8m 직경, 1.8m 높이, 0.14kg/㎠ 블라스트 압력 생산. 나무 송풍통 개념 1760년 잉글랜드 존 스미턴(John Smeaton) 한 단계 발전. 나무 통 주철 통으로 전환, 최초 수차 구동 후 1769년 증기기관 구동. 증기 구동 송풍기 최초 고로 1769년 스코틀랜드 건설. 증기 구동 송풍기 발명 고블라스트 압력 상승, 광물 연료(코크스, 석탄) 추가 사용 가능. 1700년대 이 개선들로 고로 생산 1600년대 일일 1톤에서 1700년대 말 일일 3~5톤 증가. 광물 연료 사용과 더불어 유럽 숯 고로 급감, 북미 서부 이주로 방대한 목재 가용해 숯 철 용량 증가.

1800년대 숯 철 생산 정점 후 쇠퇴. 1800년대 중반 펜실베이니아와 미시간 어퍼 페닌슐라 고품질 철광석 발견, 울창한 처녀림. 이 지역 건설 숯 고로 최대 최고 장비. 스택 높이 13.7m, 보시 직경 2.9m. 튜에르 2개에서 3개로 증가, 로 세 면 각 1개, 탭홀 네 번째 면. 송풍 설비 보통 수평 송풍 실린더, 대표적 직경 1,270mm, 스트로크 1.5m. 엘리베이터형 플랫폼 호이스트 충전 브리지 대체, 모든 철광석과 플럭스 표준 차지 일부로 계량. 숯 여전히 대형 손수레 부피로 충전. 철 쉘 플레이트 서서히 석조 스택 대체, 천연 석재 라이닝 알루미나 벽돌로 업그레이드.

이 숯 고로 주요 기술 개선 중 하나 충전 설비. 원래 원료 개방형 스택 터널 헤드 통해 투입. 고로 운전원 개방형 상단 고로 두 단점 인식: 첫째 인화성 가스 스택 배출 보일러 연소용 포집 불가, 둘째 원료 분포 운전 비효율 유발. 1832년 독일 최초 가스 포집 시도 힌지 달린 뚜껑 충전 구멍 덮개 설치, 원료 손수레 덤핑 때만 개방(Fig 4). 로 측면 상단 스택에도 개구부 설치, 다운코머(down comer)라 불리는 파이프 장착해 고로 가스 지면 레벨 이송 보조 설비 연소.

원료 충전 고로 비효율 원인 더 복잡한 해결책 필요, 여러 단계 진화. 이 비효율 원인 높은 연료율로 설명: 미세 물질 충전 구멍 중심 투입 시 힙 중심 잔류, 조대 입자 로 벽면 굴러내림. 결과 고로 주변부 높은 투과성, 다수 가스와 열 벽면 상승. 고로 중심부 물질 보시 구역 미준비 상태 도달, 동시에 벽면 과도 가스 흐름 라이닝 마모 가속. 부담 분포 문제 최초 해결 시도 '컵 앤 콘(cup and cone)' 충전 장치 도입(Fig 4). 로 상단 충전 구멍 공급 역원뿔형 주철 깔때기 고정. 콘 직경 약 50% 목 직경. 콘 내부 주철 컵 풀크럼 빔 반대측 카운터웨이트에 현수. 컵 윈치로 카운터웨이트 연결해 수동 상승. 이 장치 가스 포집 성공했으나 여전히 다량 조대 입자 벽면 굴러감. 컵 앤 콘 장비 다음 개조: 로 내부에 주철 절단원뿔 매달기(Fig 4). 원료 피크 벽면 근처 이동해 조대 입자 중심도 굴러 중심부 투과성과 가스 흐름 개선.

충전 진화 다음 단계 컵 앤 콘 완전 제거: 아래로 열린 역원뿔 매달기(Fig 4). 최초 벨타입(Bell-type) 고로 상단. 이 벨 벽면 피크 밀어내 주변부 가스 흐름 감소 중심부 가스 흐름 증가 성공적이나 벨 하강마다 고로 가스 누출. 해법: 벨과 충전 구멍 뚜껑 둘 다. 손수레 원료 덤핑 때 뚜껑 열려 있으나 벨 닫혀 가스 고로 내 유지. 뚜껑 닫고 벨 덤핑, 가스 고로 내 유지 동시에 적절한 부담 분포 산출. 결과 고로 내부 물리 화학 반응 효율 개선, 연료 소요량 감소, 생산성 증가, 내화 라이닝 마모 감소.

고로 생산량 설계 개선으로 증가하며 액체 제품(철, 슬래그) 제거 이슈화. 숯 고로 생산량 기간 1톤에서 일일 25톤 증가. 높은 톤수 탭홀 앞 단일 트렌치 하루 두 번 주조로 처리 불가. 주조장 건물 크기 약 12m 폭 21m 길이 증가. 주조장 철 주조 구역과 슬래그 제거 구역 분리. 철 제거 측 큰 트렌치 '트로프(trough)' 고로 앞에서 모래 채워진 주조장 바닥 향해 하향 경사. 두 러너 시스템 분기. 각 시스템 메인 러너 주조장 길이 따라 평행. 러너 내리막 경사 정기적 간격 댐 형성. 각 댐 앞 직각 '새우(sow)' 작은 러너 모래 형성. 새우에서 수많은 '피그(pig)' 공동. 새끼 돼지 줄 빠는 모습 닮아 명명. 축축한 모래 D자형 나무 틀 밀어 여러 평행 새우와 피그 열 생산. 주조 중 각 새우와 피그 액체 철 채워지면 메인 러너 모래 댐 막대기로 걷어내 용융 금속 내리막 다음 새우와 피그 베드 흐름. 두 완전 시스템으로 고로 더 자주 주조. 한 쪽 액체 철 채워지는 동안 다른 쪽 피그 제거 베드 재정비.

주조장 다른 측 슬래그 제거용. 슬래그 댐 앞 지속 흘러 슬래그 러너 통해 슬래그 피트. 고로 앞 슬래그 댐 두 절반 분할 각 절반 별도 슬래그 러너와 슬래그 피트 공급. 슬래그 피트 모래 큰 함몰 바닥 능선. 능선 고체화 슬래그 제거 시 파단점 역할. 일부 주조장 지브형(jib type) 목재 크레인 큰 슬래그 조각 들어올림용. 주조장 운전원 슬래그 층 너무 두꺼워지면 액체 슬래그 중심 막대 꽂음. 슬래그 막대 주위 식으면 로프/체인 감아 크레인으로 큰 슬래그 조각 들어올림. 슬래그 제거도 두 완전 시스템으로 한 쪽 사용 중 다른 쪽 청소 준비.

'주조(casting)' 어원 액체 철 '주조장 밖으로 던져진다(cast out)' 인식서 유래 이해. 주조 조작 두 부분. 첫째, 고로 내 액체 슬래그 형성 시 액체 철 위 떠 있다 슬래그 레벨 충분히 높아 팀프와 댐 사이 흘러 슬래그 러너와 피트 도달. 둘째, 로 헤스(hearth) 액체 철 제거. 블라스트 차단 후 뾰족 막대 탭홀에 대고 슬레지해머로 박아 시작. 액체 철 트로프 흘러 각 연속 새우와 피그로. 액체 철 흐름 멈추면 탭홀 축축한 모래-내화점토 또는 모래-석탄 혼합물로 수동 플러깅. 블라스트 로 복귀.

주조 후 주조장 운전원 피그 베드 고체화 철 제거. 피그 충분히 식으면 출하. 이 사이클 하루 6회 반복, 주조당 4~6톤 생산. 생산 선철 여러 등급 분류. 숯 철 저황값 강한 회주철 생산, 1800년대 확장 철도 레일과 레일카 휠 제작용.

숯 고로 1800년대 말 중단, 생산비 광물 기반 제철 관행 경쟁 감당 불가.

광물 연료 기반 제철

숯 제철 유지 필수 처녀림 고갈로 대체 연료원 모색 필요. 대체 연료 역청탄(bituminous coal), 무연탄(anthracite coal), 코크스(coke), 이탄(peat) 형태. 코크스와 무연탄 제철 개발 병행 공존하며 1700~1800년대 숯 생산과 공존. 역청탄과 이탄 사용 제한적, 주요 제철 연료 안됨. 광물 연료 제철 사용 영국 시작, 숯 생산 삼림 벌채 최초 발생지.

1708년 아브라함 다비(Abraham Darby) 슈롭셔(Shropshire) 소형 숯 고로 임대, 1709년 코크스 생산. 1709~1718년 이 로에서 코크스 숯과 증가 비율 혼합, 1718년 100% 코크스 사용. 1750년까지 정기 코크스 사용 3기 고로 다비 가문 소유. 코크스 사용 1750~1771년 기간 확산, 총 27기 고로 철 생산 코크스 사용. 코크스 사용 철 생산 증가: 숯보다 강해 더 많은 원료 무게 지지해 고로 크기 증가 가능. 코크스 고로 투과성 개선 더 많은 풍량 통과 가능. 더 큰 압축 공기량 증기기관과 송풍 실린더 제공.

유럽 대륙 코크스 사용 느린 확산. 코크스 사용: 1785년 프랑스 르 크뤼소(Le Creusot), 1796년 실레지아 게비츠(Gewitz), 1826년 벨기에 세랑(Seraing), 1849년 독일 뮐하임(Mülheim), 1871년 러시아 도네츠(Donete), 1880년 스페인 빌바오(Bilbao). 북미 1835년 펜실베이니아 헌팅턴(Huntington) 최초 100% 코크스 연료 사용. 하지만 1797년부터 미국 고로 코크스 타 연료 혼합 사용.

코크스와 무연탄 효율적 철 생산 가속: 증기 구동 송풍 설비뿐 아니라 고로 불어넣는 공기 예열 발명도 기여. 19세기 초 냉각 블라스트가 선철 양과 질 개선 믿음: 겨울철 고로 생산량 많아 낮은 블라스트 온도 이유라 잘못 결론. 하지만 고로 겨울 성능 개선은 공기 습도 낮아 주어진 풍량으로 더 많은 연료 연소 지원 탓.

1828년 제임스 닐슨(James Neilson) 튜에르 예열 공기 블라스트 공급 발명 특허. 가열 장비 단순 단철 박스 1.2m×0.9m×0.6m. 외부 가열. 이 박스 최대 블라스트 온도 93°C, 튜에르당 1개 필요. 1832년 닐슨 플랜지 결합 30m 연속 길이, 22.3㎡ 가열면적 더 큰 오븐 개선. 고체 연료 연소 이 오븐 140°C 열풍 생산. 이 발명 후 핫 블라스트 오븐 지속 개조 개선, 1831년 딕슨(Dixon) U자관 더 높은 오븐 개발 315°C 열풍 공급. 1840년 영국 선철 약 55% 열풍으로 생산.

열풍 온도 상승에 따라 연료 필요량 감소, 고로 생산량 증가. 하지만 열풍 설비 많은 유지보수 필요. 벽돌 오븐 내 지지된 주철관 서로 다른 팽창 특성 여러 파열관 발생. 다른 이슈: 냉각 블라스트용 전달 설비(단단한 튜에르, 파이프 사이 가죽 조인트) 고온 견딤 불가. 초기 열풍 시스템 또 다른 이슈 고체 연료 오븐 가열 비용 증가. 이 이슈들 추가 열풍 설비 개선 도움. 첫째, 가열용 고체 연료 고로 가스로 대체. 초기 원시 열교환형 열풍 설비 고로 상단 건설, 폐열로 주철관 통과 콜드 블라스트 예열. 이후 고로 상부 가스 열풍 오븐 이송 연소 열 발생. 이 유형 열풍 오븐 수직 파이프 여러 열 복잡. 주철관 파열 문제 파이프 제거 내화물 사용으로 해결. 이 방법 위해 고로당 2~4기 스토브 설치. 한 스토브 고로 가스 연소 가열 중 다른 스토브 열 방출해 콜드 블라스트 가열. 1854년 캠브리아 아이언 웍스(Cambria Iron Works) 미국 최초 재생식 스토브 사용 플랜트. 스토브 철 쉘, 내부 내화 라이닝, 블라스트 다중 통로 내화물 포함. 대표적 이 설계 스토브 186~232㎡ 가열면적. 1857년 카우퍼(Cowper)와 휘트웰(Whitwell) 생산 대표적. 1875년 건설 휘트웰 스토브 직경 6.7m, 높이 9.1m, 총 열표면적 8,546㎡. 육각 내화 체커(hexagonal refractory checker), 주철 체커 지지대, 반타원 연소실 최초 사용 가스 체커 분배 개선. 이 스토브 454~566°C 열풍 고로 공급. 이 스토브 설계 기본 동일 현재까지 마이너 내화물 타입, 체커 형상, 스토브 크기 수정만 유지.

열풍 사용 위해 필요 다른 설비 개선: 튜에르와 튜에르 스톡 설계. 냉각 고로용 단단한 주철/주동 튜에르 수냉식 튜에르로 대체: 중공 원뿔형 주물 내부 물 순환. 송풍기에서 튜에르 파이프, 냉각 고로 가죽 조인트, 금속-금속 시트(metal-to-metal seat)로 재설계. 열풍 온도 상승에 따라 블라스트 메인과 튜에르 스톡 내부 내화 라이닝 필요, 전체 크기 증가 수반.

열풍 사용 코크스와 무연탄 로 모두 적용. 신형 송풍기 블라스트 압력 증가로 무연탄 숯 혼합 충전 고로 생산성 개선 발견. 1886년(원문 1986 오타 추정) 동프랑스 냉각 고로 무연탄 최초 시도. 점화 무연탄 작은 조각 부서져 블라스트 고로 진입 차단 실패. 코크스 제철과 무연탄 제철 진화 1800년대 미국 병행. 1826년 펜실베이니아 소형 고로 독점 무연탄 운영 건설. 이 관행 그곳뿐 아니라 미국 다른 곳도 실패. 1833년 프레더릭 가이센하이너(Dr. Frederick Geissenhainer) 열풍 무연탄 제련 실험 성공. 1836년 펜실베이니아 밸리 퍼니스(Valley furnace) 100% 무연탄, 1837년 조지 크레인(George Crane) 남웨일스 고로 하나서 주당 36톤 무연탄 철 생산. 데이비드 토마스(David Thomas) 고로 무연탄 사용 가장 성공적 제철업자. 1838년 미국 와 1840년 카타소퀴아 고로(Catasauqua furnace) 건설(Fig 6). 로 베이스 10.7m 정방향, 보시 3.6m, 높이 13.7m. 석탄 연소 열풍 스토브 315°C 블라스트 가열. 이 고로 주당 50톤 양호 주물 철 성공 생산해 무연탄 연료 고로 건설 모델. 1856년 미국 121기 무연탄 고로 가동.

다른 연료도 고로 제철 시도. 이탄, 역청탄. 이탄 고로 숯 고로 비슷 보통 6.7m 초과 안함. 이탄 물리적 약해 이탄 매장지 근처 위치, 제철 진화 주요 역할 못함. 역청탄 열풍 도입 전 숯 보충용 사용. 1830년대 스코틀랜드 열풍 고로 스플린트 탄(splint coal) 사용. 1856년 펜실베이니아 6기, 오하이오 13기 역청탄 사용. 역청탄 제철 시대 1895년 본질적 종료. 고로 대형화 고블라스트 압력 사용 시 석탄 잘게 부서져 주요 세력 안됨. 코크스 최강 최다 가용 연료로 100% 코크스 고로 진화 지속. 초기 저강도 코크스 탓 좌절. 1840년대 벌집 오븐(beehive oven) 사용으로 코크스 품질 개선. 1867년 잉글랜드 노턴(Norton) '몬스터(Monster)' 고로 건설. 코크스 고로 25.9m 높이, 보시 7.6m, 유효 체적 735㎥. 미국 1884년 피츠버그 인근 에트나 퍼니스(Etna furnace) 대형 코크스 고로 예. 21.3m 높이, 보시 직경 6.1m, 헤스 직경 3.4m, 7개 7인치(178mm) 튜에르, 3기 휘트웰 스토브, 직경 2.1m 송풍 실린더 3기. 이 고로 1881년 115톤/일, 1882년 161톤/일, 1883년 182톤/일 생산. 이 시기 코크스 고로 설계 동시대 무연탄 고로와 매우 유사(Fig 6).

코크스 고로 추가 진화

100% 코크스 고로 진화 1872~1913년 주요 개선. 여러 기술 개선: 더 강력한 송풍기, 더 높은 열풍 온도, 더 큰 고로, 더 나은 충전 설비, 개선된 원료 준비, 깨끗한 고로 가스 생산 중심 하드 드라이빙(hard-driving) 고로 관행.

송풍 설비 설계와 용량 하드 드라이빙 고로 고생산 주요 단계. 송풍 실린더 대형 증기 왕복 송풍기(steam reciprocating blowing engine) 대체, 현저히 더 높은 블라스트 압력으로 더 큰 블라스트 에어 유량 공급. 이 송풍기 워킹 빔(walking beam), 증기 응축형. 증기 실린더 피스톤 로드 갤러우즈 빔(gallows beam) 연결, 크랭크로 대형 대구경 플라이휠(flywheel) 연결. 송풍 실린더 피스톤 로드 갤러우즈 빔 타단 연결, 증기 실린더 각 스트로크 대응 송풍 실린더 스트로크 제공. 플라이휠 증기 실린더 리턴 스트로크 모멘텀 제공. 수직 위치 송풍 실린더 양단 콜드 블라스트 파이프 장착 양방향 스트로크 공기 압축. 이 방식 압축 공기 콜드 블라스트 파이프 떠나 콜드 블라스트 메인 진입 핫 블라스트 스토브 연결. 이 송풍기 이전 정상 블라스트 유량 210㎥/분, 블라스트 압력 0.28kg/㎠. 이 송풍기 456㎥/분, 0.64kg/㎠ 블라스트 압력 생산. 1910년 터보 블로워(turbo-blower) 최종 주요 송풍기 개선 단계 구현. 최초 터보 블로워 뉴저지 엠파이어 스틸(Empire Steel Co.) 고로 설치, 636㎥/분 에어 블라스트 공급 가능. 이 터보 블로워 현대 터보 블로워 직계 조상, 최대 7,500㎥/분 블라스트 유량, 4.00kg/㎠ 블라스트 압력 공급 가능.

고생산성 고로 다른 주요 개선: 충전 용량 증가. 1870년대 고로 수차 구동 엘리베이터 장비. 1883년 최초 스킵 호이스트(skip hoist) 설치. 스킵 20세기 더 크고 빨라짐, 버킷과 차륜 장착 차 모두 존재. 1960년대 초 일부 스킵 충전 시스템 대형 컨베이어 벨트 대체.

로 충전 용량 개선: 자동 코크스 충전 시스템, 스톡하우스 스케일 카(scale car), 투벨 탑(two bell top), 회전 분배기(rotating distributor, Fig 6). 자동 스톡라인 측정 1901년 데이비드 베이커(David Baker) 발명. 1903년 J.E. 존슨(JE Johnson) 상부 가스 온도 측정과 분석 시작.

1850년 고로 크기 증가로 고로 상단 폐쇄 가능. 단일 벨과 호퍼 배열로 고로 충전, 고로 상단 밀폐 밀봉. 단일 벨 호퍼 시스템 벨 열릴 때마다 대량 가스 누출. 곧 첫 번째 위 두 번째 벨 호퍼 추가, 두 벨 사이 가스 밀폐 공간 제공해 작은 벨 열릴 때 고로 가스 누출 방지. 상단 벨 호퍼 하단 것만큼 크지 않아도 됨: 여러 차지 상단 벨 통해 하단 벨 퇴적, 하단 벨 열리기 전 상단 벨 닫힘.

부담 분포 개선 시도 1990년대 초 맥키 회전 탑(McKee rotating top). 각 스킵 물질 소형 벨 충전 후 소형 벨 호퍼 60°, 180°, 240°, 300°, 0° 회전. 스킵 브리지 바로 아래 원료 피크 방지해 고른 가스 분포와 라이닝 마모. 부담 분포 개선 다음 시도 1960년대 말 독일. 고로 목(throat) 가동 패널(movable panel) 설치, 광석이나 코크스 위해 다른 각도 설정. 이 가동 아머(movable armour) 다수 고로 설치.

투벨 시스템 전 세계 고로 유일한 충전 시스템 계속되다 S.A. 폴 우르트(Paul Wurth) 룩셈부르크 벨레스 탑(Bell Less Top, BLT) 충전 시스템 개발, 1972년 BLT 충전 시스템 최초 성공적 산업 적용. 이 장비 기밀 물질 호퍼 사용 회전 원료 공급 슈트(chute) 호퍼 방출 시 고로 내 다수 각도 설정 가능. 결과 각 물질 부담 표면 어디든 거의 무제한 배치 가능, 운전자 최대 연료 효율 달성.

BLT 충전 시스템 투벨 충전 시스템 대체: 고로 운전자 다수 이점 제공. 2003년 지멘스 VAI 짐벌(Gimbal) 충전 개념 도입.

고로 지속 개선 생산 증가 방향 다른 시도: BF 가스 정제 개선. 튜에르 블라스트 유량 압력 증가로 고로 상부 이탈 가스 속도량 증가. 더 많은 플루 분진 폐가스 운반, 미제거 시 스토브 체커 막혀 이후 고로 블라스트 유량 제한. 가스 정제 최초 단계 1880년대 더스트 캐처 도입. 1892년 연질 철광석 도입으로 건식 더스트 캐처 불충분. 1909년 앰브로즈 N. 딜(Ambrose N. Diehl) 습식 가스 정제 시스템 도입. 9기 고압 스프레이 타워와 4기 로터리 와셔(rotary washer) 세트. 1914~1924년 다중 분사 뱅크와 배플(baffle) 갖춘 여러 타입 타워 와셔 여러 고로 시험. 가스 분해기(gas disintegrator) 고속 회전 드럼 포함 1907년 시험. 1929년 미국 스틸 사우스 웍스(South Works) 정전기집진기(electrostatic precipitator) 성공적 사용. 오늘 타워형 가스 와셔, 벤투리 스크러버, 미스트 제거기 조합 가장 일반적 가스 정제 설비.

최신 습식 가스 정제 설비 환형 갭 스크러버(annular gap scrubber): 가스 정제와 상부 압력 제어 동시. 이 모든 가스 정제 개선 최종 결과: 스토브 체커 벽돌 구멍 직경 감소, 스토브 크기 증가(먼지 막힘 사실상 제거). 결과적 스토브 가열면적 증가로 현대 스토브 최대 1,270°C 열풍 공급 가능. 현대 가스 정제 설비 허용 상부 압력 제어로 고로 상부 압력 2.3kg/㎠까지. 높은 상부 압력 가스 밀도 증가, 가스 속도 감소, 고로 내 가스 체류 시간 증가, 가스-고체 반응 개선, 환원 가스 이용률 향상, 연료율 저감.

최근 신설 재건 고로, 특히 중국에서 백필터 건식 BF 가스 정제 광범위 적용. 건식 가스 정제 스크러버와 벤투리관 이용 습식 정제 대비 여러 이점.

1870년대 후반 이후 고생산률 추구 고로 크기 구성 변화 강제. 1870년대 고로 22.9m 높이. 1880년 고로 크기 24.7m 높이, 보시 6.1m, 헤스 3.4m. 120톤/일 생산, 코크스율 1,574kg/톤. 10년 후 1890년 스택 28.0m, 보시 6.7m 고로 건설. 325톤/일 생산. 또 10년 후 1901년 앞선 고로 비슷 스택 보시 치수이나 헤스 직경 4.4m 증가. 463톤/일 생산, 코크스율 1,113kg/톤. 이 크기 증가 미묘한 변화: 보시/스택 벤드 라인 낮아짐, 보시 각도 가파름. 이 변화 해로움: 이 보시 각도 고로 부담 하강 불량, 슬립(slipping) 발생. 이 문제 제거 위해 이 크기 고로 헤스 직경 1927년 6.7m까지 증가. 큰 헤스 고로 880톤/일 생산, 코크스율 922kg/톤. 최초 1,000톤/일 고로 1929년 가동. 헤스 직경 7.6m 장비. 1955년 그레이트 레이크스(Great Lakes) A 고로 세계 최대 헤스 9.2m, 24개 튜에르. 다음 고로 크기 도약 1960년대 일본 노후 제철소 재건 시. 오늘 헤스 직경 15m, 40개 튜에르, 4~5개 탭홀 고로 유럽 아시아 일반적.

더 큰 고로, 더 높은 열풍 온도, 증가 드라이빙 레이트와 함께 더 나은 고로 내화 라이닝과 냉각 시스템 필요. 1880년대 알루미나 약 40%, 실리카 46% 고내화도 내화점토 벽돌 일반적. 하지만 1886년부터 독일 고로 C 내화물 사용.

내화 기술 상대적 미지수 시기, 라이닝 냉각 방법이 마모 문제 해답. 1880년경 보시 주변 파이프 코일(pipe coil) 또는 벽돌 내장 냉각 플레이트(cooling plate)로 로 라이닝 유지 동시 개발 노력. 줄리안 케네디(Julian Kennedy) 약 1890년 설치 청동 보시 플레이트(bronze bosh plate) 최초 사용 추정. 헤스 재킷(hearth jacket) 수냉 초기 참고 1882년 고로. 이 시기 헤스 측벽과 보시 냉각 관심, 스택 냉각 불필요 느낌.

프리츠 W 루어만(Fritz W Lurman) 당대 유명한 고로 전문가 1892년 '소위 내화물 사용 여부 불문, 고로 벽 유지 최선 수단은 냉각수' 의견. 냉각수 순환 쿨러 고로 쉘과 내화 라이닝 사이 고로 상부 설치해 열복사 보호. 일부 고로 헤스 인접 쉘 부분과 로 바닥 외부 물 분사 추가 냉각.

고로 냉각 시스템 기능: 고로 쉘 냉각 과열과 후속 번스루(burn-through) 방지. 냉각 시스템 고로 내 발생 초과 열 제거, 그렇지 않으면 쉘 부하. 냉각 시스템 쉘과 라이닝 온도 상승 방지. 고로 쉘 냉각 다양한 방법 존재. 초기 냉각 박스(cooling box) 다양한 크기, 수, 설계로 고로 열 냉각 매체 전달 외부 냉각(분무 냉각, 이중 쉘) 병행. 주철 냉각 스테이브(cast iron cooling stave) 고로 1900년대 중반부터 운전. 주철 스테이브 냉각 최초 소련 발견, 인도와 일본 초기 전파. 1970년대 주철 냉각 스테이브 세계적 수용. 이 주철 스테이브 쿨러 도입 후 고로 냉각 개발 가속, 오늘 현대 대형 고성능 고로 극한 응력 조건 맞춤 내부 냉각용 다양한 쿨러 사용 가능.

더 높은 충전율로 고로 목(throat) 마모 가속. 1872년 고로 목 벽돌공사 철/강철 아머(armour) 내장. 이후 스톡라인 구역 다양한 타입 아머 사용.

벽돌 제조 기술 중요 발전 1900년대 발생. 1917년 최초 기계 제조 벽돌 도입, 밀도와 강도 증가. 1935년 진공 압축 벽돌 벽돌 품질 추가 개선. 1939년 알루미나 60%까지 초내화 알루미나 벽돌(super-duty alumina brick) 최초 출시. 1930년대 독일 고로 헤스 탄소 블록(carbon block) 사용. 오늘 알루미나, 탄소, 탄화규소 내화물 다양한 종류 고로 라이닝용 사용 가능. 고로 냉각과 라이닝 개선으로 대표적 캠페인 수명 1880년대 2년에서 1990년대 10년 이상 증가. 오늘 고로 캠페인 수명 20년까지 추가 증가.

고로 생산 증가 강제 변화 또 다른 영역: 주조 조작. 구식 팀프와 댐 개방형 로 전면 더 이상 충분치 않음. 1867년 루어만 전면(Lurman front) 특허 팀프와 댐 제거. 수냉 주철 패널, 철 제거용 별도 개구부(여전히 탭홀), 슬래그 제거용 별도 개구부(사이더 노치/cinder notch). 1880년대 이 설계 탭홀에서 슬래그 노치 90° 회전 변경. 탭홀 패널과 슬래그 노치 패널 모두 수냉. 두 액체 탭핑 포인트 분리해 높은 생산률 필요 증가 주조 횟수 설정 공간 확보. 탭홀 앞 구역 피그 베드 완전 사용, 슬래그 피트 로 측면 이동(Fig 5). 정상 운전 슬래그 노치 액체 슬래그 레벨 튜에르 접근 시 막대개 개방. 슬래그 피트나 특수 슬래그 카 플러시. 슬래그 노치 바람 불어 나오면 수동 스토퍼로 닫음. 철 탭 사이 슬래그 탭아웃으로 헤스 액체 철 가용 부피 증가, 더 큰 주조 톤수 결과. 1880년대 철 주조 공정 이전 작업 크게 안변했으나 피그 베드 더 커짐, 1909년 슬래그 스키머 설치 트로프 따라 흐르는 철 위 떠다니는 슬래그 스키밍.

1896년 EA 우엘링 발명 주철 주조기(Pig Casting Machine) 설치로 주조장 피그 베드 완전 제거. 이후 개방형 벽돌 라이닝 레들 도입. 이 레들 약 10~100톤 용선 운반, 고로와 주조장 지상 위 높여 레들 주조장 바닥 아래 놓이게. 피그 베드 제거됐으나 트로프와 러너 남아 레들용 주입구 추가. 1915년 최초 어뢰형 레들 사용. 철도 탑재 레들 90톤 운반, 1925년 150톤 증가. 오늘 철 레들 설계 유사하나 400톤까지 용량 사용 가능. 개방형 레들 철도차 탑재 여전히 사용.

1890년 이전 탭홀 막대와 슬레지해머 개방. 1890년 최초 공압 암석 드릴(pneumatic rock drill) 사용. 탭홀 수동 풍오프(wind off) 상태 플러깅 1914년 H.A. 버그(HA Berg) 원격 제어 머드건(mud gun) 개발 풍온(wind on) 상태 점토 플러그 밀어넣기까지. 1906년 최초 산소 랜싱(lancing) 탭홀 스컬(skull) 용해용. 현대 고로 원격 제어 탭홀 드릴, 유압 머드건, 주조장 슬래그 과립화 유닛, 무제한 철 레들 공급용 철 틸팅 스파우트(tilting spout) 포함 진화. 고로 크기 따라 1~4개 탭홀, 2~6개 슬래그 피트. 주조장 병목 제거 1929년 최초 1,000톤/일 운전, 1990년대 12,000톤/일 생산 수준 도달.

1800년대 말부터 급속 진화 병행 개선 라인: 철광석 준비. 제철용 철광석 적철석(red hematite), 거울적철석(specular hematite), 자철석(magnetite), 갈철석(limonite), 화석광(fossil ore), 늪광(bog ore), 탄산염광(carbonate) 등 여러 지질 형태. 이 광석 금속 철 함량 늪광 약 30% 일부 적철석 72% 범위. 모든 철광석 지구 타 화합물 혼합 제련 공정 바람직하지 않음. 1700년대 철광석 숯과 노천 피트나 밀폐 가마서 로스팅(roasting) 또는 칼시닝(calcining). 로스팅/칼시닝 목적 휘발성 성분(물, 탄산, 역청질 물질) 모두 해방, 광석 연화 균열로 환원 가스 투과성 향상. 1800년대 철광석 스크리닝(screening) 도입 로 내 가스 투과성 개선 위해 더 정밀 크기 분류. 초기 수동 스크리닝 장비, 1870년대 증기 구동 광석 세척기 1~2드럼 구멍/슬롯 천공 미세 물질 세척수와 배출, 최종 크기 분류 세척 광석 드럼 내부서 손수레나 비축장으로 배출.

철 생산 증가 많은 지역 순수 철광석 고갈 저품위 광석 채광 필요. 바람직하지 않은 불순물 함유 저품위 광석 철 비율 높이는 농축 방법 필요. 1880년 토마스 에디슨(Thomas A. Edison) 전자기 분리기(electromagnetic separator) 특허. 미시간 시범 플랜트 1889년 893톤 자성 정광 생산.

타코나이트 정광 펠렛화 파일럿 플랜트 1948년 건설. 1956년 두 상업 규모 타코나이트 채광 가공 운영 펠릿 생산. 최초 스트레이트 그레이트 펠렛 머신(straight grate pellet machine) 1956년, 최초 그레이트-킬른 펠렛 머신(grate-kiln pellet machine) 1960년 가동. 펠렛화 기술 미국서 전 세계 전파. 펠렛화 최신 개발: 펠렛 원료 석회석, 돌로마이트, 올리빈 투입 야금 특성 개선, BF 생산성과 연료율 개선.

철광석'agglomération(응집) 펠렛화와 별도 경로 1900년대 초 소결(sintering) 공정. 소결 공정 비철 산업 배치 공정으로 19세기 말 기원. 1950년대 대부분 소결 염기도(basicity ratio) 1.0 미만. 하지만 이후 15년 염기도 1.0 초과 염기성 소결 플럭스 선소성원 고로 투입 연료율 절감 실현.

지난 100년 철 제조 최종 기술 개선 중 하나: 튜에르 레벨 주입제(tuyere level injectant). 주입제 최초 기록 1871년 모건 숯 고로 칠드 헤스(chilled hearth). 블라스트 튜에르 진입 못해 살라만더(salamander) 위 로 벽 구멍 뚫고 대형 튜에르 설치. 코크스 오일(top of furnace 파이프 통해) 압력 튜에르 강제 주입. 6일 7배럴 오일 후 살라만더 녹고 고로 정상 운전. 1900년대 10년 벨기에 소형 고로 산소 주입 초기 테스트. 최초 대규모 산소 풍부화 블라스트 1951년 사용. 순수 산소 주입 이점: 연료 연소 능력 증가로 고로 생산 증가, 탄화수소 튜에르 주입제 더 많이 사용 가능. 탄화수소 주입제 진화 1940~50년대. 1944년 윌리엄 L. 포그(William L. Pogue) 석탄 주입 특허 출원. 1953년 천연가스 주입 구현. 1960년대 초 1959년 실험 고로 테스트 상당 코크스 절감 입증 후 다수 제철사 오일과 타르 랜스 주입 개발. 1967년 다수 고로 연료(주로 분탄) 주입 사용. 오늘 많은 고로 연료 주입제 연료율 40~45% 사용. 최종 튜에르 주입제 연료 주입과 병행 진화: 수분 주입. 역사적 열풍 온도 제한: 과도 고온 연소 구역 부담 하강 불량. 수분 주입 코크스 공기 단독보다 빠르게 소비, CO와 H2 풍부하고 덜 조밀한 가스 생성. 이 요인들 가스-고체 간 열전달률, 로 스택 부담 환원율 개선, 원활 운전 고로 결과.

수분 주입, 연료 주입, 산소 주입 조합으로 열풍 온도 증가와 이 튜에르 레벨 변수 모두 활용 현대 고로 생산성 추가 향상 연료율 저감.

고로 제철 과학으로서 진화

역사적 제철 기술보다 예술(art) 가까움. 초기 제철 생산자 이전 세대 다년 훈련 통해 기술 습득. 많은 제철 관행 개선 본능이나 순수 운 기반. 하지만 19세기 중반 과학 제련 개발 스며듦.

독일 카를 신츠(Charles Schinz) 고로 내 화학 물리 현상 초기 연구자 중 하나, 고로 조업 정량적 물질/에너지 밸런스 시도했으나 정확한 열역학 데이터 부족 심각 제약. 열용량과 생성열 결정 실험실 실험 수행, 철광석 환원성 최초 결정한 듯. 고로 상이한 존(zone) 정의, 각 존 주요 화학 반응 기술. 연구 결과 1868년 출판.

1800년대 말 로드 로시안 벨(Sir Lothian Bell) 여러 오늘날 인정 원칙 postulata. 1872년 고로 제철 최초 교과서 인정 책 출판. 1884년 슬래그 성분 기능과 용융 온도 영향 최초 문서화. 고로 슬래그 복잡 구조, 양호 유동 특성과 탈황 능력 결과 슬래그 조성 범위 존재 관찰. 가장 중요 기여 화학 반응 이해. CO와 CO2 중요성 인식, Fe-O-C 시스템 평형 정의 최초 시작. 추가 철광석 예열과 사전 환원, 이 반응 발생 로 스택 중요성 논의. 고로 조업 탄소, 산소, 질소 밸런스 작성, 충전 탄소 일부 스택 CO2 '용액 손실(solution loss)' 반응 소비 보임.

벨 동시대인 프랑스 야금학 교수 M.L. 그뤼네르(ML Gruner) 벨 고로 열수지 결정 방법 여러 고로 조업 비교 확장. 고로 최소 연료율 용액 손실 제거 시 달성 믿음.

J.E. 존슨 주니어(JE Johnson, Jr.) 미국 과학자 최초 고로 공정 탐구, 1900년대 초 고로 설계 조업 두 권 책 출판. 열역학 제1, 2법칙 제철 적용, 열풍 온도 연료율 영향 설명. 임계 고로 온도 존재, 위 최소 열량 필요 가정. 이 최소 열량 '헤스 히트(hearth heat)' 명명. 1913년 출판 책 고로 내 화학 반응과 등온선(isotherm) 다이어그램 제시. 임계 온도와 헤스 히트 개념 적용 고로 공정 합리적 예측 가능 확신 운전자들 갖게.

1920~1930년대 고로 내 고체 가스 흐름 P.H. 로이스터(PH Royster), S.P. 키니(SP Kinney), C.C. 퍼나스(CC Furnas), T.L. 조셉(TL Joseph) 명명 그룹 광범위 연구. 고로 내 물리 화학 현상 관심, 이해 위해 운전 고로 시료 채취 프로빙(probing) 필요 느낌. 소형 실험 고로 시작 상업 고로 확산. 연구 결과: 가스 고체 흐름 고로 내 임의 수평면 균일 아님, 고로 스택 가스-고체 접촉 개선 철 제조 공정 효율 현저 증가 가능. 퍼나스와 조셉 지속 연구 원료 크기 환원성 가스-고체 반응 임계 결정. 이 중요 연구 부담 분포 이해, 환원성과 투과성 영향 미치는 철광석 크기 최적화 이끌어.

1962년 R. 스티븐슨(R. Stephenson) 용액 손실 역할 설명. 이전 CO2와 탄소 반응 CO 생성 연료 낭비 생각. 스티븐슨 철산화물 환원 간접 환원과 직접 환원 조합, 간접 환원 뒤 용액 손실 직접 환원 지적. 이 고려로 용액 함수 함수 두 환원 경로 모든 조합 탄소율 결정, '탄소-직접 환원 다이어그램(carbon-direct reduction diagram)' 플롯 가능. 1960~70년대 초 이 고로 이론 최적 적용 일본 실행. 현재 일본 개선 대형 고자동화 고로 형태 타 지역 전파.

철 제련 기술 이론과 실천 지난 4,000년 긴 여정. 1300년대 대장간 스펀지 철에서 고로 액체 철 전환 제철 기술 발전 첫 주요 단계. 1800년대 중반 냉각 블라스트 숯 고로에서 열풍 코크스 고로 전환 제철 현대 시대 진입. 철 제조 반응 더 나은 이해와 개선 설비 진화 1880~1900년대 중심 하드 드라이빙 로 조업. 마침내 제련 과학적 응용 혁명, 더 정교한 설비 설치, 전자 제어 시스템 출현으로 고로 제철 현재 상태 가속: 약 12,000톤/일 고로 운전, 연료율 460kg/톤 미만 시연.