소개: 철강이란 무엇입니까?
강철 건축, 자동차 제조, 항공우주 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 다재다능하고 내구성이 뛰어난 소재입니다. 야금학에서 강철은 철과 탄소의 합금을 말하며, 탄소 비율은 중량 기준으로 0.2%에서 2.1%입니다. 크롬, 망간, 니켈, 바나듐과 같은 다른 원소가 강철에 첨가되어 기계적, 화학적 특성을 향상시킵니다.
철강의 특성
강철의 특징에는 높은 인장 강도, 경도, 인성, 유연성 및 내식성이 포함됩니다. 다양한 양의 탄소 및 기타 합금을 첨가하면 강철의 결정립 크기와 같은 미세 구조에 큰 영향을 미치며 강철의 특성에도 영향을 미칩니다. 탄소는 강철을 더욱 견고하고 견고하게 만드는 반면, 다른 합금은 내식성과 기타 특성을 향상시킬 수 있습니다.
철강생산과정
철강 생산에는 철광석, 석탄, 석회석 등의 원료를 제련하고 정제하는 복잡한 공정이 수반됩니다. 첫 번째 단계는 용광로에서 철광석을 선철로 환원시키는 것입니다. 이에 반해 2단계는 베서머(Bessemer), 노로, 전기로 등 다양한 방법을 통해 선철을 제련하여 강철로 만드는 공정이다.
철강의 종류와 용도
강철에는 여러 가지 유형이 있으며 각각 고유한 특성과 용도를 가지고 있습니다. 예를 들어, 탄소강은 철과 탄소의 합금으로 강도와 내구성이 뛰어나 건설 및 제조 분야에 널리 사용됩니다. 반면, 스테인리스강은 철과 크롬의 합금으로 내식성이 매우 뛰어납니다. 식품 가공 산업 및 의료 장비 제조에 사용됩니다. 다양한 유형의 강철에는 공구강, 합금강, 내후성강이 포함되며 각각 특정 용도로 사용됩니다.
Steel의 독특하고 가치 있는 특징
철강은 수많은 산업에 필수적인 독특하고 가치 있는 소재입니다. 가장 중요한 장점 중 하나는 품질 저하 없이 재활용할 수 있다는 것입니다. 강철의 인성과 강도는 건물, 교량, 자동차와 같은 견고한 응용 분야에 이상적입니다. 강철의 지속 가능성, 다용성 및 경제성은 엔지니어링 및 제조에 귀중한 재료입니다. 구성, 공정, 용도 등 다양한 요소가 철강의 품질과 효율성을 결정합니다.
철강 생산
철강 원료
철강 생산의 원료에는 일반적으로 철광석, 석탄 또는 코크스, 석회석이 포함됩니다. 철광석은 철의 주요 공급원이며 전 세계적으로 매장되어 있습니다. 석탄에서 파생된 석탄이나 코크스는 연료로 사용되며 제련에 열을 제공합니다. 석회석은 철강 생산 중 불순물을 제거하고 화학 반응을 돕기 위해 플럭스로 첨가됩니다.
철광석 추출
철광석 추출에는 일반적으로 광산 현장에서 가공 공장까지 광석을 시추하고 폭파하고 운반하는 과정이 포함됩니다. 거기에서 광석은 작은 조각으로 분쇄되고 물과 혼합되어 슬러리를 만듭니다. 그런 다음 슬러리는 철이 풍부한 농축물과 폐기물로 물리적 또는 화학적으로 분리됩니다.
고철 재활용
고철을 재활용하는 것은 순수 광석의 필요성을 줄이고 에너지를 보존하므로 철강 생산의 중요한 구성 요소입니다. 고철을 녹여 새로운 철강제품으로 재가공합니다. 전기로와 같은 2차 제강 공정은 고철을 재활용하는 데 종종 사용됩니다.
용광로 공정
고로는 철과 강철을 생산하는 데 가장 일반적으로 사용되는 산업 공정입니다. 이는 코크스, 석탄 또는 천연 가스를 연소하여 용광로를 가열하는 고온 화염을 생성하는 것과 관련됩니다. 원료와 뜨거운 공기가 스토브에 추가되면 코크스와 반응하여 일산화탄소가 생성됩니다. 그러면 철광석이 철로 환원됩니다.
용광로에서 제철 및 철강 제조
용광로 공정에는 여러 단계가 포함되며 각 단계에서 특정 화합물이 형성됩니다. 여기에는 철광석을 철로 환원하는 작업, 슬래그 생성, 불순물 제거 작업이 포함됩니다. 각 단계에서 화학 반응이 일어나 철, 강철, 슬래그와 같은 다양한 제품이 생성됩니다.
직접환원철 생산
직접환원철(DRI)은 철강 생산을 위한 고품질 철 제품을 만드는 데 사용되는 공정입니다. 철광석을 천연가스나 수소 등의 환원가스를 이용해 고온에서 환원시키는 공정이다. 생성된 철 제품은 강철을 생산하는 데 사용됩니다.
철을 강철로 전환
철이 생산되면 탄소와 기타 원소를 첨가하여 강철로 전환해야 합니다. 이러한 전환을 위해 Bessemer 공정, 기본 산소 공정 및 전기 아크로 공정을 포함한 여러 산업 공정이 사용됩니다.
베서머 프로세스
베서머 공정(Bessemer Process)은 쇳물에 공기를 불어넣어 쇳물을 강철로 만드는 공정이다. 공기 중의 산소는 탄소, 규소 등 철의 불순물과 반응하여 열을 발생시키고 슬래그를 형성합니다. 공정은 상대적으로 빠르며 고품질의 강철을 사용합니다.
기본 산소 과정
기본 산소 공정(BOF)은 산소를 사용하여 용철을 강철로 변환하는 또 다른 제강 공정입니다. 이 공정에는 용철이 담긴 용기에 순수한 산소를 주입하는 과정이 포함되며, 이는 불순물과 반응하여 슬래그를 형성합니다. 이 공정에서는 고품질 강철을 생산하고 고강도 구조용 강철을 만듭니다.
전기로 공정
전기로 공정은 고온과 전기 아크를 사용하여 철과 고철을 강철로 녹입니다. 이 공정은 다목적이며 순수 재료와 재활용 재료를 모두 포함하여 다양한 투입물을 사용할 수 있습니다. 고품질의 강철을 생산하며 특수강 및 합금 제조에 널리 사용됩니다.
철강 제조 공정
이미지 출처 : https://www.newsteelconstruction.com/wp/an-introduction-to-steelmaking/
철강 제조는 원자재를 고품질 철강 제품으로 변환하는 과정을 포함합니다. 이 공정에는 일반적으로 원하는 특성과 특성을 갖춘 철강 생산을 보장하기 위해 신중하게 설계된 여러 단계가 포함됩니다. 이러한 단계는 연속 주조, 열간 압연, 냉간 압연, 어닐링, 마감 공정, 스케일 제거, 코팅 및 아연 도금, 야금 강화입니다. 각 단계에는 목적과 중요성은 물론 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 중요한 변수가 있습니다.
연속 주조
연속주조는 별도의 잉곳이 필요 없는 일정한 공정을 통해 고품질의 철강 제품을 생산합니다. 쇳물을 틀에 지속적으로 붓고 냉각, 응고시켜 원하는 형상으로 만드는 공정입니다. 이 공정을 통해 수축, 기공 등의 불량이 발생하는 것을 방지하여 고품질의 제품을 생산할 수 있습니다. 금형 재료, 냉각 속도, 주입 온도 등의 변수가 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
열간압연
열간 압연은 일반적으로 재결정 온도보다 높은 온도에서 금속을 가열하고 압연하는 공정입니다. 이 공정은 금속을 원하는 두께, 크기 및 형태로 성형하는 데 도움이 됩니다. 열간 압연 중에 금속은 높은 압력과 온도에 노출되어 표면 균열, 개재물 및 기타 결함이 발생할 수 있습니다. 따라서 고품질의 철강제품을 생산하기 위해서는 온도, 불안, 속도의 조절이 매우 중요합니다.
냉간 압연
냉간 압연은 일반적으로 열간 압연 후에 철강 제품을 성형하고 정제하는 데 사용되는 공정입니다. 이 공정에는 강철을 실온에서 이동시키는 과정이 포함되며, 이는 강도, 경도 및 표면 마감을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 냉간 압연은 또한 강철의 두께를 줄이는 데 도움이 되므로 다양한 용도에 더 적합합니다. 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 필수 변수로는 압연속도, 압하량, 윤활유 등이 있습니다.
가열 냉각
어닐링은 강철을 특정 온도로 가열한 다음 천천히 냉각하여 유연성, 인성 및 균일성 증가와 같은 원하는 특성을 얻는 열처리 공정입니다. 이 공정은 강철의 경도와 취성을 줄여 모양을 만들고 작업하기 쉽게 만듭니다. 가열 온도, 냉각 속도, 유지 시간과 같은 변수는 어닐링된 강의 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
마무리 공정
마무리 공정은 철강 제품의 품질과 외관을 향상시키기 위해 사용되는 다양한 표면 처리 기술을 말합니다. 이러한 공정에는 연마, 연삭, 절단 및 코팅이 포함됩니다. 마무리 방법은 철강 제품의 표면 결함을 제거하고 표면 마감을 개선하며 내식성을 높이는 것을 목표로 합니다. 마무리 공정의 결과에 영향을 미칠 수 있는 변수에는 사용된 표면 처리 기술 유형, 장비 및 연마재의 품질, 작업자의 전문 지식 등이 있습니다.
석회질 제거
디스케일링(Descaling)은 철강제품 표면의 산화물과 스케일을 제거한 후 추가 가공을 하는 필수 공정이다. 이 공정에는 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 불순물을 제거하기 위해 화학물질과 기계적 방법을 사용하는 과정이 포함됩니다. 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 변수에는 사용된 석회질 제거 방법 유형, 화학 물질의 농도, 공정 기간 등이 있습니다.
코팅 및 아연 도금
코팅 및 아연 도금은 철강 제품을 부식과 녹으로부터 보호하는 데 사용되는 공정입니다. 이 방법에는 철강 제품 표면에 아연 층이나 기타 코팅을 적용하는 작업이 포함됩니다. 코팅 및 아연 도금은 특히 열악한 환경에 노출될 때 철강 제품의 내구성과 수명을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 코팅제품이나 아연도금제품의 품질에 영향을 미칠 수 있는 변수로는 코팅재료의 품질, 두께, 도포공정 등이 있습니다.
야금학적 향상
야금학적 강화란 철강 제품의 특성을 수정하고 개선하는 데 사용되는 다양한 방법을 말합니다. 이러한 방법에는 합금화, 담금질, 템퍼링 및 열처리가 포함됩니다. 야금학적 개선은 경도, 인성 및 내식성 증가와 같은 원하는 특성을 달성하는 것을 목표로 합니다. 강화강 제품의 품질에 영향을 미치는 변수로는 합금 원소의 종류와 양, 열처리 공정, 냉각 속도 등이 있습니다. 전반적으로 철강 제조 공정은 복잡하며 각 단계는 필수 표준을 충족하는 고품질 철강 제품의 생산을 보장하는 데 중요합니다. 야금학자는 원하는 결과를 얻기 위해 프로세스를 깊이 이해하고 변수를 제어하는 데 능숙해야 합니다.
철강제품 및 용도
다양한 철강제품
철강 제품은 다양한 산업 분야의 요구 사항에 맞춰 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 시장에서 가장 일반적인 철강 제품은 구조용, 평판 압연 및 관형 강철입니다.
구조용 강철
구조용 철강은 건설 산업에서 일반적으로 사용되는 철강 제품입니다. 구조용 강철 제품은 건물과 구조물을 지지하고 프레임하는 데 널리 사용됩니다. 구조용 철강 제품에는 보, 기둥, 채널 및 앵글철이 포함됩니다.
편평한 압연 강철
평판압연강판은 얇고 편평한 철강제품의 일종입니다. 평판 압연 철강 제품은 자동차 산업에서 차체, 가전제품, 가구를 만드는 데 일반적으로 사용됩니다. 평판 압연 철강 제품에는 시트, 스트립 및 플레이트가 포함됩니다.
관형 제품
관형 제품은 내부가 비어 있고 튜브 모양의 철강 제품 유형입니다. 관형 제품은 건설 산업에서 물, 석유 및 가스 운송용 파이프라인을 만드는 데 일반적으로 사용됩니다. 관형 제품에는 파이프, 튜브 및 중공 구조 섹션이 포함됩니다.
주요 철강 적용 분야
건설 산업, 자동차 산업, 중장비 산업은 철강 제품에 크게 의존하는 주요 분야입니다. 철강 제품은 이러한 산업 분야의 다양한 응용 분야에 걸쳐 사용되며 각 산업의 주요 이점과 응용 분야에 대해 간략하게 자세히 설명합니다.
건축 산업
건설 산업은 철강 제품의 가장 큰 소비자 중 하나이며 건물 및 구조물 건설에 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 교량, 초고층 빌딩, 터널, 경기장 등 대규모 시설물을 건설하려면 구조용 철강 제품이 필수적입니다. 철강제품은 구조지지대, 계단, 난간, 철근 등 다양한 용도로 사용됩니다.
자동차 산업
자동차 산업은 차체 패널, 프레임, 섀시 등 다양한 용도로 사용되는 철강 제품의 또 다른 대규모 소비자입니다. 평판압연강판 제품은 가볍고 강도가 높아 차체 제작에 많이 사용됩니다. 철강 제품은 엔진 및 변속기 부품 제작에도 사용됩니다.
중장비 및 장비
크레인, 불도저, 굴착기와 같은 중장비는 내구성과 강도를 위해 철강 제품에 크게 의존합니다. 철강 제품은 기어, 차축, 운전실, 프레임에 필수적입니다. 철강 제품의 높은 강도와 내구성은 이 업계의 표준인 무거운 하중과 까다로운 환경을 처리하는 데 이상적입니다.
환경 영향 및 지속 가능성
산업 공정은 환경에 큰 영향을 미치므로 환경 영향과 지속 가능성에 대한 고려가 필요합니다. 생태학적 영향이란 대기, 토지, 수질 오염, 생물다양성 손실, 생태계 파괴 등 인간 활동이 환경에 미치는 영향을 말합니다. 반면 지속가능성은 미래 세대의 필요를 충족할 수 있는 능력을 손상시키지 않으면서 현 세대의 필요를 충족시키기 위해 천연자원을 책임감 있게 사용하는 것을 의미합니다.
철강 생산의 탄소 배출
철강 생산은 대기에 열을 가두어 기후 변화를 일으키는 유해한 온실가스인 탄소 배출의 주요 원인 중 하나입니다. 철강 생산에서 탄소 배출의 주요 원인은 용광로 및 제철소에 전력을 공급하기 위해 코일 및 천연 가스와 같은 화석 연료를 사용하는 것입니다. 강철 1톤은 약 2톤의 이산화탄소를 발생시켜 전 세계 탄소 배출에 크게 기여합니다.
배출 감소를 위한 기술 발전
철강 생산으로 인한 탄소 배출의 유해한 영향을 완화하기 위해 여러 가지 기술 발전이 개발되었습니다. 그러한 개선 사항 중 하나는 전기 아크로(EAF)를 사용하여 고철을 재활용하여 석탄 기반 생산의 필요성을 줄이는 것입니다. 탄소 포집 및 저장 기술(CCS)은 제철소에서 배출되는 탄소를 포집하여 지하에 저장할 수도 있습니다. 그러나 이러한 기술은 구현 비용이 많이 들고 철강 생산에 필요한 에너지를 증가시켜 비용 효율성이 떨어지는 잠재적인 단점이 있습니다.
철강 제조의 지속 가능성 측정
철강 제조의 지속 가능한 관행과 조치는 환경에 미치는 영향을 최소화하고 장기적인 지속 가능성을 보장하는 데 중요합니다. 그러한 단계 중 하나는 풍력 및 태양광과 같은 재생 가능 에너지원을 채택하는 것입니다. 또한, 순수 철광석이 아닌 재활용 고철을 원료로 사용하면 탄소 배출을 줄이고 천연 자원을 보존하며 에너지를 절약할 수 있습니다. 또 다른 중요한 조치는 생산 과정에서 재료 낭비를 줄이고 재활용을 촉진하는 것입니다. 효과적인 폐기물 관리 시스템은 폐기물을 줄이고 생산 비용을 절감하여 보다 지속 가능한 철강 산업으로 이어지는 데 도움이 됩니다.
철강 제조 공정 요약
철강 제조는 여러 단계를 포함하는 복잡한 프로세스를 따릅니다. 첫 번째 단계에서는 철광석, 석탄, 석회석 등의 원료를 추출한 후 기능성 상태로 가공합니다. 다음 단계에서는 원료를 고온으로 가열하여 화학 반응을 일으켜 액체 선철로 변환하는 제련이 필요합니다. 이 선철은 더 가열하고 탄소 및 기타 합금을 첨가하여 다양한 유형의 강철을 형성함으로써 정제됩니다. 마지막 단계에는 강철을 성형하고 냉각하여 여러 강철 제품을 만들기 위한 추가 가공이 포함됩니다.
일상생활에서 철강의 중요성
철강은 우리 일상생활에서 다양한 용도로 활용될 수 있는 놀라운 특성을 지닌 필수 산업 소재입니다. 건설, 토목공학, 인프라 프로젝트부터 제조, 자동차, 항공우주, 국방 분야에 이르기까지 철강은 중요한 역할을 합니다. 빔, 파이프, 전선, 후판 등의 철강 제품은 일상생활에 널리 퍼져 있으며, 철강의 사용은 우리 세계에서 없어서는 안될 필수품이 되었습니다.
철강 생산 통계에 따르면 철강은 세계 최대 산업 중 하나로, 중국이 생산을 주도하고 일본, 인도, 미국이 그 뒤를 따릅니다. 2021년에만 세계는 18억 미터톤 이상의 조강을 생산했습니다. 글로벌 철강제조산업은 고용기회 제공과 수출을 통한 수익창출을 통해 경제에 크게 기여하고 있습니다. 업계의 긍정적인 영향은 선진국과 개발도상국의 일자리 창출부터 생활 개선에 이르기까지 전 세계적으로 느껴집니다.
앞으로 철강제조산업은 다양한 분야에 걸쳐 철강제품에 대한 수요가 증가함에 따라 더욱 성장할 것으로 예상됩니다. 기술, 자동화 및 지속 가능한 관행의 발전은 업계의 생산성을 향상하고 환경에 미치는 영향을 줄이며 더 나은 품질의 제품을 제공할 수 있는 혁신을 주도하고 있습니다. 세계가 보다 지속 가능하고 배출이 적은 미래로 나아가면서 철강 제조업체는 업계의 관련성을 유지하기 위해 혁신적인 관행을 채택하는 데 열중하고 있습니다. 결론적으로, 철강 생산은 계속해서 진화하여 새로운 형태와 형태를 취하며 항상 사회에서 중요한 역할을 수행할 것입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q. 제철소란 무엇인가요?
A: 제철소 또는 철강 공장이라고도 알려진 제철소는 철광석, 고철 등의 원자재를 철강 제품으로 변환하는 산업 시설입니다.
Q: 합금이란 무엇인가요?
A: 합금은 두 개 이상의 금속 또는 금속과 기타 요소를 결합하여 원하는 특성을 가진 재료를 만듭니다. 예를 들어 강철은 철과 탄소의 합금입니다.
Q: 강철은 어떻게 만들어지나요?
A: 강철은 1차 제강이라는 공정을 통해 만들어집니다. 여기에는 원철을 용광로에서 액체 철로 변환한 다음 이를 추가로 정제하여 불순물을 제거하고 원하는 합금 원소를 추가하는 작업이 포함됩니다.
Q: 주철이란 무엇입니까?
A: 주철은 강철에 비해 탄소 함량이 높은 철의 한 종류입니다. 조리기구 및 파이프 생산에 일반적으로 사용됩니다.
Q: 철강제조란 무엇인가요?
A: 철강 제조업에서는 철광석, 고철 등의 원자재를 다양한 철강 제품으로 변환합니다. 이 과정에는 철 생산, 제강, 정제 등 여러 단계가 포함됩니다.
Q: 철스크랩이란 무엇인가요?
A: 철스크랩이란 폐기되거나 재활용된 철재를 말하며, 새로운 철강을 생산할 때 원료로 사용할 수 있습니다.
Q: EAF란 무엇입니까?
A: EAF(전기 아크로)는 제강에 사용되는 용광로입니다. 전기를 사용하여 열을 발생시키고 고철을 녹여 용강으로 변환하는 것입니다.
Q: 제강에서 산소의 역할은 무엇인가요?
A: 산소는 제강 과정에서 용탕에서 탄소, 황, 인 등의 불순물을 제거하는 데 사용됩니다. 이 과정을 탈탄소화라고 합니다.
Q: 세계철강협회란 무엇인가요?
A: 세계철강협회는 세계 철강산업을 대표하는 국제무역협회입니다. 지속 가능한 철강 생산을 촉진하고 업계에 대한 데이터와 통찰력을 제공합니다.
Q: 강철의 탄소 함량은 얼마입니까?
A: 강철의 탄소 함량은 최종 제품의 원하는 특성에 따라 달라질 수 있습니다. 일반적으로 강철의 탄소 함량은 0.2%에서 2.1% 범위입니다.
