<생활 속 철이야기> 원가 낮추고 품질 높이는 합금철
<생활 속 철이야기> 원가 낮추고 품질 높이는 합금철
  • 방정환
  • 승인 2016.10.24 10:15
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철강 제조비용 낮추고 용융점 낮아 품질 향상 도와

철강제품을 생산하려면 철광석ㆍ석탄(원료탄) 등 연원료뿐만 아니라 다양한 성분의 비철금속도 필요하다. 크게 두 가지 목적에서 비철금속을 사용하는데 하나는 쇳물 상태에서 필요 이상의 산소(O₂)와 황(S) 성분을 제거하기 위해 다른 원소를 첨가해서 쇳물의 성분 조정을 하는 것이고, 다른 하나는 스테인리스강이나 전기강판처럼 특별한 용도ㆍ목적의 철강 제품을 생산하기 위해 제품의 성질이 잘 발현될 수 있도록 합금원소를 첨가하는 것이다.

  이런 목적으로 철강제련 공정에서 사용하는 것이 바로 합금철(Ferro alloy)이다. 따라서 합금철의 철강제조에 필수적으로 사용되는 부원료이다.

  여기서 합금철은 철을 포함한 두 가지 이상의 원소가 섞여 이뤄진 금속을 일컬으며 그 종류는 섞여 있는 금속원소와 몇 종이 섞여 있는지에 따라 매우 다양하다. 일반적으로는 철 이외에 하나 또는 두 가지의 금속원소가 결합되어 있는 합금철이 많이 이용되는 편이다.

  철강생산 공정에서 합금원소를 순금속 대신 합금철로 사용하는 이유는 경제적인 요인과 야금학적 요인으로 설명할 수 있다.

  먼저 경제적인 요인으로는 원가를 낮출 수 있다는 점이다. 예를 들어 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn) 및 니켈(Ni )등이 주원료로 사용되는 스테인리스강의 경우 쇳물에 필요한 성분만큼 순금속 형태의 크로뮴, 망가니즈, 니켈 등을 직접 투입할 수 있으나 각 합금원소의 순금속은 가격이 매우 높다.

  합금철의 철과 합금원소의 원소별 성분 비율을 알고 있다면 필요한 합금원소의 양을 계산해 공정에 투입하면 되므로 최종 철강제품의 성분을 맞추는 데 아무런 문제가 없다. 모든 금속은 순도가 높을수록 정련 공정이 추가되어 제조비용이 증가하기 때문이다. 이는 24K 순금의 가격이 14K 혹은 18K 금보다 비싼 원리와 같다.

  그 다음 야금학적 측면에서 합금철의 녹는점이 순금속보다 낮다는 점이다. 금속은 일반적으로 순도가 높을 때보다 불순물이 첨가되면 녹는점이 내려가는데 이러한 합금철의 낮은 녹는점은 쇳물에서 잘 녹아 균일하게 분포되기 때문에 철강제품의 품질에도 도움이 된다.

  대표적인 합금철은 페로망가니즈(Fe-Mn), 페로실리콘(Fe-Si), 페로크로뮼(Fe-Cr), 페로실리콘크로뮴(Fe-Si-Cr) 및 페로니켈(Fe-Ni) 등이 있으며 생산은 고로와 전기로 두 가지 방법으로 가능한데 2000년대 들어서 전기로 공정에 의한 생산이 절대적 비율을 차지하고 있다.

  페로실리콘의 경우, 중국이 전 세계 생산의 70%를 담당하는데 제조비용의 60%가 전기료다. 따라서 중국의 전력수급정책에 따라 세계 페로실리콘 가격이 들썩거리며 가격 변동폭이 큰 편이다. 몇 년 전 철강경기 활황 시기에는 가격이 매우 높게 형성되었었고 북경올림픽 기간 전후로는 환경 문제로 생산이 중지되어 수급에 애로를 겪기도 하였다. 

포스코경영연구소 이종민 수석연구원



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