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강철의 기적적인 변신: 고대에 강철은 어떻게 만들어졌을까?
현대 사회에 없어서는 안 될 재료인 강철은 수천 년 전에 인간에 의해 발견되고 단조되었습니다. 그러나 고대의 철강 생산 공정은 오늘날의 철강 산업과 전혀 다른 기술과 개념을 사용하여 완전히 달랐습니다. 그 탄생 과정은 셀 수 없이 많은 혁신과 발전으로 가득 차 있어 우리를 궁금하게 만듭니다. 고대인들은 어떻게 간단한 도구와 기술을 가지고 자연스럽게 이 위대한 대의를 창조했을까요?
철강의 기본구성
강철은 주로 철과 탄소로 구성되어 있습니다. 강철에 비해 주철은 단단하고 부서지기 쉬운 재료로 작업하기 어렵습니다. 강철은 주철보다 가단성이 있고 모양을 만들고 사용하기가 더 쉽습니다. 철만으로는 강한 압력을 견딜 만큼 강하지 않지만, 적절한 양의 탄소(보통 1% 미만)는 강철의 강도와 기타 중요한 특성을 제공할 수 있습니다. 강철을 생산하려면 탄소 외에도 질소, 규소, 인, 황 등의 불순물을 제거해야 하고, 다양한 종류의 강철을 생산하려면 망간, 니켈, 크롬 등의 합금 원소를 첨가해야 합니다.
철강의 초기 역사
이미 고대부터 중국, 인도, 로마 등지에서는 제철 기술이 점차 발전하기 시작했습니다. 강철을 만드는 최초의 방법 중 하나는 철 덩어리를 반복적으로 단조하여 불순물을 제거하는 방법인 '화염 단조'였습니다.
중국의 철강기술
11세기 중국에서는 베서머 공정과 유사한 시스템이 등장했는데, 이는 철강을 부분적으로 탈탄소화하려는 세계 최초의 시도였습니다. 이 기술은 송나라 관료인 신궈(Shen Kuo)가 허베이(河北) 지방을 여행하면서 현지의 야금 기술을 목격한 후 기술한 것입니다.
유럽의 철강 발전
15세기 유럽에서는 베서머 공정과 환기 원리를 공유하는 제련 공정이 개발되기 시작했습니다. 이후 21세기 철강 생산 방식은 현대적인 공정이 형성될 때까지 계속해서 발전해 나갔습니다.
현대 철강 생산 공정
현대 철강 생산은 1차, 2차, 3차의 세 단계로 구성됩니다. 각 단계에서 선택할 수 있는 다양한 기술이 있습니다.
1차 공정: 염기성 산소강 생산
기본 산소강 생산 공정에서는 탄소가 풍부한 선철을 녹여 강철로 전환합니다. 용선에 산소를 불어넣으면 탄소의 일부가 산화되어 제거됩니다. 이 프로세스는 1948년 Robert Durrer가 개발했으며 Bessemer 변환기의 향상된 버전입니다. 이 기술은 철강 생산의 효율성을 크게 향상시켰습니다.
2차 공정: 철강 후가공
이 단계에서 철강 제조업체는 철강의 화학적 조성을 더욱 제어하고 고품질 철강을 만들기 위해 다른 요소를 추가하거나 제거합니다.
3단계 공정: 주조 및 성형
이 과정에서는 용융된 금속을 강철판, 코일 또는 기타 원하는 형태로 주조합니다.
탄소 배출 문제
2021년 추정에 따르면 철강 생산은 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 11%를 차지하며 생산된 철강 1톤당 약 1.8톤의 이산화탄소를 배출합니다.
미래의 도전과 기회
환경에 대한 인식이 높아짐에 따라 철강 산업에서는 상당한 배출 감소 조치를 모색하고 있습니다. 신재생에너지 활용부터 공정기술 향상까지 많은 기업들이 '그린스틸' 개발을 위해 노력하고 있다. 이는 또한 우리의 생각을 촉발시켰습니다. 이러한 변화 과정에서 증가하는 철강 수요를 충족할 뿐만 아니라 지구를 보호할 수 있는 균형점을 찾을 수 있을까요?
