제강 기술 종합 개요: 전로, 베세머, 산소전로 공법

제강(Steelmaking) 공정은 철광석이나 스크랩에서 강철을 제조하는 것입니다. 선철(Pig iron)은 정제된 철광석을 고로에서 숯, 석회석, 공기와 함께 생산해 모든 철금속의 기본 블록으로 잘 알려져 있습니다. 선철을 더 정제하고 일정량의 탄소를 첨가하면 강철을 얻을 수 있습니다. 이렇게 하면 금속의 결정 구조가 변해 강철이 됩니다. 이는 가장 잘 알려진 제강 공정입니다.

오늘 다양한 제강 공정 방법과 수행 방식을 알아보겠습니다.

다양한 제강 공정 방법

제강에는 다양한 방법이 있는데, 이 글에서는 세 가지 공정을 설명합니다.

이전 글에서 설명했듯 강철은 실리카, 인, 황 같은 불순물을 잃은 철에서 얻습니다. 이 불순물들은 강철에 심각한 약점을 일으키기 때문에 의도적으로 제거합니다. 유형은 다음과 같습니다:

전기로(Open-hearth furnace) 공정

제강 공정에서 철광석, 선철, 석회석을 전기로 상단으로 투입해 약 1,600°F(871°C)로 가열합니다. 가열 후 광석과 석회석이 철보다 가벼운 슬래그를 형성해 상단 표면에 뜹니다. 탄소 같은 불순물이 산화돼 철에서 슬래그로 빠져나갑니다. 이 모든 과정 후 탄소강이 생산됩니다.

아래 비디오로 전기로 제강 공정 알아보기:

베세머(Bessemer) 제강 공정

선철에서 강철을 생산하는 두 번째 공정은 베세머 공정입니다. 이 제강 공정도 베세머 컨버터에서 용융 선철에 공기를 불어넣어 선철의 불순물 산화를 포함합니다. 이때 산화열이 온도를 높여 철을 용융 상태로 유지합니다.

공기는 용융 선철과 반응해 불순물을 산화물로 만들고, 일산화탄소는 연소되며 다른 불순물은 슬래그를 형성합니다.

기본 산소 전로(Basic oxygen furnace) 공정

기본 산소 전로는 또 다른 제강 공정입니다. 제조 공정이 전기로보다 약 10배 빠릅니다. 고순도 산소를 용융 선철에 불어넣어 탄소, 실리콘, 망간, 인 수치를 낮춥니다. "플럭스(fluxes)"라는 화학 세정제 첨가로 황과 인 수치가 감소합니다.

강철에 합금 원소 첨가로 다양한 특성 생성. 예: 스테인리스강 생산 시 10~30% 크롬 첨가 → 녹에 높은 내성. 크롬-몰리브덴강 생산 시 크롬과 몰리브덴 첨가 → 매우 강하고 가벼운 강철.

아래 비디오로 기본 산소 전로 제강 공정 알아보기:

이상으로 세 가지 제강 공정을 논의했습니다. 이 글이 도움이 됐다면 다른 학생들과 공유해 주세요. 읽어주셔서 감사합니다!