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철강업
철강업(鐵鋼業) 또는 철강산업(steel industry)은 철을 함유하고 있는 철광석, 철 스크랩 등을 녹여 철강을 만들고 불순물 제거, 열처리, 압연 과정을 거쳐 열연강판, 냉연강판, 후판, 철근, 강관 등 최종 철강 제품을 만들어 내는 산업이다. 일반적으로 한국표준산업분류(KSIC)에서 철강산업은 1차 철강산업(241)으로 분류되며 제철 및 제강업(2411), 철강 압연, 압출, 연신제품 제조업(2412), 철강관 제조업(2413), 표면처리 등의 기타 철강산업(2419)으로 세분한다.[1]
목차
개요[편집]
철강업은 철광석으로부터 주철 및 강철을 생산하거나 그것을 가공하여 제품을 생산하는 금속 공업이다. 철강 제품은 철광석을 녹여서 쇳물을 만드는 제선공정, 쇳물에서 불순물을 제거하여 강철을 만드는 제강공정, 쇳물을 반제품으로 만드는 연주공정과 반제품으로 다양한 철강, 제품을 생산, 가공하는 압연공정으로 진행된다. 용광로에서 뽑아낸 순수한 철은 사실 상당히 무르고 충격에 약한 편이다. 쇳물 상태에서는 틀안에 넣고 여러 모양을 만들기 좋고 또 수압 같은 압력에는 강해서 파이프 등을 만들어 쓰기는 좋지만 강한 충격을 받으면 깨지기 쉽다. 가마솥 뚜껑이 강한 충격을 받으면 깨지기 쉬운 것과 비슷하다. 강은 순수한 철에 일부 불순물을 첨가하여 단단하기 무르기 등의 성질을 조정한 철을 말한다. 첨가하는 불순물은 여러가지 이지만 5대 원소라고 해서 탄소, 규소, 망간, 인, 황이 있다. 각자 여러 역할이 있는 데 탄소가 많이 들어가면 단단해지지만 대신 충격에 약해지는 효과를 보인다. 그래서 탄소 함유량을 기준해서 철강의 등급(강종)을 분류하기도 한다.[2]
철(Fe)은 지구상에 매장량이 풍부하고 가공성이 우수하며 단단한 장점을 가지고 있어 인류 역사와 함께 하면서 가장 널리 사용되고 있는 금속이다. 철강산업은 이러한 철을 함유하고 있는 철광석, 철 스크랩 등을 녹여 쇳물을 만들고 불순물을 줄인 후 연주 및 압연과정을 거쳐 열연강판, 냉연강판, 후판, 철근, 강관 등 최종 철강제품을 만들어내는 산업이다. 생산된 철강제품은 자동차, 조선, 가전, 기계, 건설을 비롯한 전 산업에 기초소재로 공급되어 우리 생활에 없어서는 안 될 중요한 소재로 활용되고 있다. 철강산업은 대규모 장치산업으로서 자본집약적이며 소재 산업의 특성상 전후방 산업과의 연관효과가 매우 큰 특징을 가지고 있다. 철강산업에 포함되는 제품들은 품목별로 크게 봉형강류, 판재류, 강관류 및 주단강으로 구분되며 여기에서 다시 철근, 봉강, 형강, 선재, 중후판, 열연강판, 냉연강판, 도금강판, 강관, 주조, 단조 등으로 세분된다. 강종별로는 일반강과 특수강으로 구분된다.[3]
생산 과정[편집]
제선공정[편집]
제선공정은 쇳물을 만드는 기초공정으로 철광석과 원료탄(유연탄)을 고로에 넣은 후 원료탄이 타면서 발생하는 열로 철광석을 녹이는 과정이다. 이때 철광석이 녹아서 만들어지는 쇳물을 용선이라고 하고 이 용선에는 철 성분 외에 불순물이 포함되어 있는 상태이다. 제선공정을 위해서는 3가지 요소가 중요하다.
- 소결 : 철광석은 원산지에 따라 철분의 비중(품질)이 다르므로 소결 공장에서 고로에 투입 전에 철광석의 품질을 고르게 하고 가공하기 쉬운 덩어리 형태로 만드는 공정을 진행한다.
- 코크스 : 코크스는 원료탄을 노에 넣어 1,000~1,300도의 고온에 구운 것으로 숯으로 생각하면 이해하기 쉽다. 이 코크스는 철광석을 녹이는 열원인 동시에 철광석에서 철분을 분리시키는 환원제의 역할을 한다.
- 고로 : 고로는 준공 이후 오랜 시간 조업이 가능하고 고로에 소결 공장에서 만들어진 철광석과 코크스 공장에서 만들어진 코크스를 투입하면 철 성분이 녹아 만들어진 용선이 고로의 하부로 가라앉게 된다. 이때 용선을 선철이라고도 한다.
제강공정[편집]
제강공정은 앞서 제선공정에서 만들어진 선철(용선)이나 고철을 정련하여 강철로 만드는 공정을 말한다. 쇳물에서 불순물을 제거해서 강철로 만드는 공정으로 전로에서 불순물을 제거한 쇳물인 용강이 만들어진다.
- 제강로 : 제강로는 전로나 전기로를 사용한다. 전로는 선철(용선)을 원료로 하고 전로에 고철과 용선을 넣은 후 고압의 산소를 주입하여 용강을 만든다. 전기로는 주로 고철을 사용하고 별도의 제선공정이 필요 없고 규모가 작기 때문에 미니밀이라고 부른다. 한국의 철강업체는 포스코, 현대제철을 제외하고는 대부분 전기로를 사용한다. 제강로에서 만들어진 최초의 강철을 조강이라고 하며 철강산업에서는 주로 조강 생산량으로 생산 규모를 비교한다.
- 불순물 처리 : 제선공정과 제강공정에서는 다양한 종류의 가스와 찌꺼기가 발생한다. 가스는 모두 회수하여 청정설비를 통해 먼지 제거 후 발전소나 다른 공장으로 보내져 재생에너지로 활용한다. 쇳물 찌꺼기는 시멘트, 비료, 단열제, 부지매립, 도로포장 등에 사용한다.
연주공정[편집]
연주공정은 액체상태의 철이 고체가 되는 공정을 말한다. 액체상태인 용강이 연주(연속주조기)를 통해 냉강, 응고되어 중간소재(반제품)인 슬래브, 블룸, 빌릿으로 만들어진다.
- 슬래브 : 두꺼운 널판지 모양의 판재류로 가공된 것이다.
- 블룸/빌릿 : 각목 모양인 조강류로 가공된 것이다.
압연공정[편집]
압연공정은 철을 강판이나 선재로 만드는 공정이다. 반제품(슬래브, 블룸, 빌릿)을 가공하여 최종제품으로 만드는 방법에는 주조, 단조, 압연이 있다.
- 주조는 주형에 쇳물을 부어 일정한 모양으로 찍어내는 방법으로 가마솥이나 엔진을 만들 때 사용하는 방법이다.
- 단조는 대장간에서 쇠를 달구어 두드리는 방법을 의미한다.
- 압연은 반제품 덩어리를 회전하는 압연기 사이로 통과시켜 얇게 만드는 방법으로 압연이 제일 널리 쓰이는 방법이다.
압연[편집]
압연은 열연(열간압연)과 냉연(냉간압연)으로 나눈다. 냉연제품은 열연을 거친 후 이루어지기 때문에 냉연제품의 조직이 더욱 치밀하고 압연과정을 통한 최종제품은 조강류와 판재류로 분류한다.
- 조강류는 가늘고 긴 형상의 제품으로 주로 열연제품에 해당된다. 조강류에는 형강, 봉강, 철근, 선재, 궤조 등이 있고 포스코가 집중 생산하는 선재이다.
- 판재류는 넓고 납작한 형상을 가진 강판 제품을 말한다. 판재류는 후판, 열연강판, 냉연강판, 전기강판, 표면처리강판 등이 있다.[4]
제품[편집]
조강류[편집]
조강류는 가늘고 긴 형상의 제품으로 가공법상 대체로 열연제품에 해당된다. 형강, 봉강, 철근, 선재, 궤조가 있다.
- 형강은 건축구조물, 철골, 철탑 등에 사용된다.
- 봉강은 볼트와 너트를 비롯한 각종 부품을 만드는데 사용된다.
- 철근은 건축과 토목용으로 사용된다.
- 선재는 각종 철선과 기계구조용 부품에 사용된다.
- 궤조는 철도, 크레인, 엘리베이터 등에 사용된다.
판재류[편집]
판재류는 넓고 납작한 형상을 가진 강판 제품이다. 후판, 열연강판, 냉연강판, 전기강판, 표면처리강판 등이 있다.
- 후판은 두께 6mm 이상의 두꺼운 강판으로 선박, 보일러, 저장용 탱크, 교량 등에 사용된다.
- 열연강판은 두루마리 형태의 열연코일과 두께가 얇은 철판인 열연박판이 있다. 열연코일은 대부분 주로 전기강판이나 냉연강판으로 만들어진다.
- 전기강판은 제강공정에서 규소를 별도로 첨가한 강철 소재로 전기기기, 변압기, 모터 등에 사용된다.
- 냉연강판은 열연코일을 화학적으로 처리하여 표면의 녹을 제거한 후 압연한 것으로 자동차, 철재가구, 건축자재, 가전제품 등에 사용된다. 냉연강판도 열연강판과 마찬가지로 냉연코일과 냉연박판이 있다.
- 냉연코일의 일부는 표면처리강판으로 만들어진다. 표면처리강판은 강판의 포면에 별도의 금속을 입힌 도금강판이다. 표면처리강판은 석도강판과 아연도금강판이 있다. 석도강판은 음료 및 식료 캔 소재로 사용되고 아연도금강판은 건축, 자동차, 가전제품, 주방용품 등에 쓰인다.
강관류[편집]
강관류는 튜브처럼 생겼으며 넓게 보아 판재류에 속한다. 강관류에는 용접 강관, 무계목 강관 등이 있다.
- 용접 강관은 강판을 말아서 용접한 것으로 수도관, 가스관, 송유관 등에 사용된다.
- 무계목 강관은 고압가스, 석유 시추 등의 특수용도에 쓰인다.
특수강[편집]
철강제품은 가공법과 형상 외에 성분에 따라 분류하기도 한다. 성분에 따라 보통강(탄소강)과 특수강(합금강)으로 나뉩니다. 특수강은 제강공정부터 보통강과 다른 공정을 통과한다. 스테인레스강(STS)의 경우 전기로가 사용되고 별도의 정련로를 거친다.
- 보통강은 합금원소를 함유하지 않은 일반 철강 제품으로 탄소 함유량에 따라 고탄소강, 중탄소강, 저탄소강으로 구분된다.
- 특수강은 보통강에 니켈, 크롬 등을 추가하여 특수한 성질을 부여한 것으로 첨가 원소의 합계에 따라 저합금강(첨가원소 5% 이하)과 고합금강(첨가원소 10%이상)으로 구분한다.[5]
미래 발전[편집]
한국 철강업은 50여 년 만에 세계 6위의 철강 강국으로 부상함으로써 세계에서 유례를 찾아볼 수 없을 정도로 급속하게 발전해 왔다. 하지만 미래에도 지금과 같은 위상을 유지하며 생존, 번영할 수 있을지는 미지수다. 글로벌 공급 과잉, 보호무역주의 강화 등 대내외적 여건으로 성장한계에 직면해 있는 탓이다. 하지만 위기는 또 다른 기회가 될 수 있다. 국내 철강업은 한국전쟁과 제1, 2차 석유파동, IMF 외환위기와 글로벌 금융위기까지 수차례 난관을 도약의 발판으로 삼았다.
철강업계는 위기 타파의 수단 가운데 하나로 스마트팩토리에 주목하고 있다. 인공지능(AI), 딥러닝, 빅데이터 등 4차 산업혁명 기술을 통해 노후 설비의 가치를 높이고 생산성을 향상시킬 수 있다는 판단에서다. 인건비 절감으로 인한 가격 경쟁력 향상, 불량률 감소로 인한 품질 제고, 개발주기 단축 등 효과도 기대되는 효과다. 철강업은 가장 전통적인 자본집약산업으로 기계장치로 대부분 기술들이 구현된다. 이에 따라 최신 설비를 얼마나 많이 갖췄느냐가 생산성을 결정하는 핵심요소다. 설비 투자 시기를 놓치거나 갱신투자를 소홀히 할 경우 빠른 속도로 경쟁력을 잃을 수 있어 스마트팩토리 도입이 속도를 내고 있다. 특히 2019년 다보스포럼으로부터 국내 유일의 등대공장으로 선정된 포스코는 인공지능(AI)을 통해 전통 제조 기업에서 4차 산업혁명 선도 기업으로 변화를 꾀하고 있다.
포스코는 AI를 도입한 도금 공정과 빅데이터를 활용한 스마트 고로를 운영 중이다. 이에 따라 용융아연도금공정(CGL)에 AI를 도입하여 수동으로 조업할 때 최대 7g에 이르렀던 m²당 도금량 편차를 0.5g까지 줄이는 효과를 얻었다. 또한 기존에는 숙련공이 2시간마다 고로 하부에서 수동으로 노열을 점검하고 육안으로 색을 식별해 내부 온도를 예측했지만 스마트 고로 도입 이후 센서가 쇳물 온도를 실시간으로 측정하고 1시간 뒤의 온도를 예측해 자동제어가 가능해졌다. 스마트 고로를 통해 용선 1t당 연료 투입량이 4kg 감소했고 고로 일일 생산량도 240t 늘었다. 연간 중형 승용차 8만 5000대를 생산하는데 사용할 수 있는 양이다. 포스코는 2016년부터 2019년까지 스마트팩토리 구축으로 2500억 원이 넘는 원가절감을 했다. 포스코는 약 3년에 걸쳐 딥러닝을 활용한 고로 부위별 자동제어시스템 개발을 마치고 이를 한 단계 업그레이드한 통합 시스템을 개발 중에 있다. 향후 사이즈가 큰 3, 4고로(각 5600㎥)에도 적용시켜 성과 창출을 가속화한다는 계획이다.
현대제철 또한 IT융합 제철소 구현을 추진 중이다. 특히 자동차용 강재에 특화된 제철소를 표방하고 있는 자동차강판 개발 및 생산에 AI기술을 적극 접목하고 있다. 현대제철에 따르면 딥러닝 방식으로 최적의 금속 배합 비율을 찾아낸 다상복합조직(AMP)강재는 강판의 강도 및 가공성이 이전 대비 약 40% 향상됐다. 불량 강판을 식별하는 자동 판독시스템도 설계부터 생산에 이르기까지 AI기술을 통해 '시험-오류-수정' 반복을 최소화하고 99%의 정확도를 보이고 있다. 최근에는 기존 스마트팩토리에서 더 나아가 제조 부문을 비롯해 시스템 등 전 부문에 걸친 매니지먼트 구현이 가능한 스마트 엔터프라이즈를 구축하고 있다. 이를 위해 2020년 초 프로세스와 시스템, 인프라 부문의 스마트 매니지먼트를 실행하는 프로세스혁신 태스크포스팀(TFT)을 사장 직속 조직으로 전진 배치하기도 했다. 현대제철은 향후 2025년까지 스마트 팩토리 고도화와 스마트 매니지먼트 융합을 통해 스마트 엔터프라이즈 시스템을 완성한다는 방침이다.[6]
각주[편집]
- ↑ 〈철강업〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 한나 아빠, 〈(철강산업이란 1) 철강의 의미와 생산공정 이해〉, 《네이버 블로그》, 2018-03-28
- ↑ 〈철강산업의 개요〉, 《한국철강협회》
- ↑ Tolany, 〈1.1 철강업에 대한 이해 - 철강제품 생산과정〉, 《네이버 블로그》, 2016-09-12
- ↑ Tolany, 〈1.2 철강업에 대한 이해 - 철강 제품에 대하여〉, 《네이버 블로그》, 2016-09-12
- ↑ 이가영 기자, 〈(한국철강, 위기 넘어 기회로) 철강업, 미래 성장엔진을 위한 조건〉, 《이코노믹리뷰》, 2020-05-03
참고자료[편집]
- 〈철강업〉, 《네이버 지식백과》
- 〈철강산업의 개요〉, 《한국철강협회》
- 한나 아빠, 〈(철강산업이란 1) 철강의 의미와 생산공정 이해〉, 《네이버 블로그》, 2018-03-28
- Tolany, 〈1.1 철강업에 대한 이해 - 철강제품 생산과정〉, 《네이버 블로그》, 2016-09-12
- Tolany, 〈1.2 철강업에 대한 이해 - 철강 제품에 대하여〉, 《네이버 블로그》, 2016-09-12
- 이가영 기자, 〈(한국철강, 위기 넘어 기회로) 철강업, 미래 성장엔진을 위한 조건〉, 《이코노믹리뷰》, 2020-05-03
같이 보기[편집]
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