<생활 속 철 이야기> 전극봉
<생활 속 철 이야기> 전극봉
  • 방정환
  • 승인 2017.02.23 18:30
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  현재 철강제품을 생산하는 제조법은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 하나는 자연상태의 철광석을 환원제이자 열원인 석탄과 반응하게 하여 쇳물을 얻는 고로법(용광로법)이며, 다른 하나는 한번 이상 철강제품으로 만들어졌다가 회수된 철스크랩을 다시 전기로에서 녹여 원하는 철강제품을 제조하는 전기로법이다.

  탄소막대에 전류를 흐르게 하고 아크(Arc)를 발생시켜 그 열로 철을 녹이는 실험은 1879년부터 시작되었고 이러한 원리를 이용해 다양한 전기로 조업 방법이 개발되다가 1964년 UHP(Ultra High Power) 방식이 개발되면서 전기로 조업의 생산성은 획기적으로 상승하였다.

  전기로에서 철스크랩을 용해하는 전극봉도 주성분은 탄소다. 전극봉은 연필심과 같은 구조와 성질을 가진다. 즉, 6개의 탄소 원자가 6각형의 고리 모양으로 연결된 것이 층층이 쌓여있는 구조다.

  하지만 연필심과 같은 일반 흑연은 층과 층 사이에 전류가 잘 통하지 않기 때문에 전극봉은 이들 층간 배열을 길이 방향으로 직선화 시킨 구조로 만들어 전류를 잘 흐르도록 제조한다.

  전극봉의 제조방법은 다음과 같다. 석탄을 가열하여 녹이면 석탄 입자끼리 다시 뭉쳐져 높은 강도의 덩어리가 만들어지는데 이것이 용광로의 원료로도 사용하는 코크스이다. 이 코크스를 2,500°C 이상에서 재처리하면 인조 흑연이 만들어지며 이것으로 전극봉을 만든다.

  인조 흑연의 특성은 고밀도, 고강도의 초미립자 구조로 전극의 소모가 적고 기계 가공성이 좋은 장점이 있다. 일반적으로 원재료부터 가공하여 흑연화 과정을 거쳐 전극봉으로 제품이 탄생하기까지는 12~16주 정도 소요된다.

  전기로의 원리는 우리가 흔히 보는 용접작업의 원리와 같다. 용접봉과 용접재료에 전극단자를 연결하고 용접봉을 재료에 붙였다 때면 섬광과 함께 고열이 발생하면서 용접작업이 이루어진다.

  전기로의 전극봉 끝부분에서 튀어나온 전자가 전극봉과 스크랩 사이에서 전류가 흐를 수 있는 플라즈마 상태를 만들고 전극봉과 스크랩 사이에 전류가 흐르기 시작하면 전극봉에서는 더 많은 열전자가 방출되고 서로 충돌을 일으키는데, 이러한 충돌에 의해 발생된 에너지는 철스크랩을 녹일 수 있을 만큼 온도를 높이게 된다.

  일반적인 전기로 조업에서는 3상 교류를 사용하기 때문에 전극봉을 3개 사용한다. 하지만 전기적인 특성만 보면 교류(AC)보다 직류(DC)가 안정적이다. 그럼에도 교류를 사용하는 이유는 전압을 바꾸는 변압이 용이하기 때문이다. 하지만 1990년대 이후에는 일반강을 생산하는 업체 중심으로 전극봉이 1개만 있는 DC전기로를 사용하기도 한다. 


포스코경영연구원 이종민 수석연구원
 



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