철강, 철은 우리 주변에 정말 많이 쓰인다. 시계, 스마트폰, 자동차 등 철이 들어가지 않는 제품을 찾는 게 더 쉽다. 그만큼 철은 구조적으로 튼튼하고 내구성이 좋은 재료이다. 하지만 자연상태에서는 이러한 철(Iron)은 존재하지 않는다. 왜냐하면 철은 공기 중에 산소와 쉽게 반응하기 때문이다.
철이 산소와 반응한 결과가 바로 녹(stain, rust)이다. 녹은 철의 산화물로 일반적으로 자연상태에서 철은 산화철(Fe2O3)이 철광석 형태로 존재한다. 이러한 철광석을 매우 높은 온도로 가열하여 철의 높은 끓는점을 이용해 순도 높은 철을 분리하여 우리가 사용하는 철제 제품의 원료가 되는 것이다.
철광석에서 철을 추출하여 선철을 만드는 과정
선철(銑鐵): 철광석에서 직접 제조되는 철의 일종으로서 철 속에 탄소 함유량이 1.7% 이상인 것
선철은 탄소의 함유량이 많은 철을 말한다. 철기시대에는 선철을 바로 검, 농기구 등을 만드는 데 사용되었으나 선철은 강도가 약해 쉽게 부러지고 파손된다. (상대적으로 약하다는 거지 사람이 부수기에는 단단하다) 그래서 제강 과정을 거쳐 보다 순도 높은 철로 만드는 과정이 추가된 것이다. 요즘에는 제철 과정만 거치는 경우는 거의 없으며 거의 다 제강 과정이라 보면 된다.
광양, 포항 제철소에서 바로 이 작업을 거치며 우리가 고속도로에서 볼 수 있는 강판코일이 바로 철광석으로 부터 얻어진 철강이다.
선철에서 불순물을 제거하여 보다 순도 높은 철을 만드는 과정
일반인이 보아서는 제강과 제철의 차이를 쉽게 구분하기는 어렵다. 쉽게 말해서 순도 높은 철을 만드는 과정을 제강이라고 보면 된다.
처음부터 탄소 함유량이 적은 철강을 만들기가 비용이 많이들기 때문에 우선은 철의 순도를 높인 후에(제철) 추가적으로
제강은 크게 전로제강, 평로제강으로 나뉜다. 금속에 대해 잘 알지 못하지만, 중요한 건 철광석을 환원시켜 순수한 철로 만든다는 것이다. 제강은 철의 순도를 더욱 높이는 과정이다.
마무리하며
최근에는 여러 종류의 합금이 개발되고 있다. 망간을 추가하면 초저온에서 버틸 수 있는 철강이 되고 크롬, 니켈 등을 첨가하면 스테인리스(stainless)라 흔히 부르는 부식을 방지할 수 있는 철강이 된다. 결국 중요한 건 철(Fe, Iron)의 비율이 가장 높고 다른 원소는 소량 첨가되지만 그럼에도 철의 성질이 크게 바뀐다는 점이다.어떤 금속 제품을 만들기 위해 가장 기본이 되는 공정이 바로 제철, 제강이라 알고 가면 되겠다.
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