1, 2편에 이어 이번 3편에서는 철이 우리 곁에 오기까지의 여정을 알아보려고 해요. 바로 철, ‘Fe’의 입을 통해서 말이죠! 나비가 알을 깨고 나와 애벌레, 번데기를 거쳐 아름다운 모습이 되는 것처럼, 광산에 묻혀있던 철광석이 강철(Steel, 스틸)이 되어 우리 곁에 오기까지는 여러 험난한 과정을 거쳐야만 가능합니다. 지금부터 Fe의 여정을 함께 따라가 볼까요?

l 알을 깨고 나오다: 광산에 묻힌 철광석이 세상 밖으로

▲ 로이힐(Roy Hill) 광산

포스코 지구 반대편 서호주 로이힐(Roy Hill) 광산, 저는 이곳에서 태어났습니다. 광산에 묻혀있는 동안 매일같이 멋진 강철이 되는 꿈을 꿨어요. 튼튼한 자동차가 되는 꿈도 꾸고, 세련된 가전제품이 되는 꿈, 그리고 사람들이 따뜻한 차를 마실 수 있게 도와주는 스테인리스 텀블러가 되는 꿈도 꾸곤 했죠.

로이힐 광산은 총 23억 톤의 철광석이 매장되어있는 곳으로, 포스코가 2010년에 투자해 12.5%의 지분을 가지고 있대요. 이 광산에서는 연간 5,500만 톤의 철광석이 채굴되는데요. 규모를 보면 아시겠지만 제 형제들이 수도 없이 태어나는 곳이에요. 로이힐 광산 외에도 제 형제들은 캐나다, 브라질 등 세계 각국에서 채굴되고 있어요.

광산에서 바로 제철소로 보내지냐고요? 아니에요. 철광석을 항구로 보내기 전에 연구소로 이동해서 성분 검사를 1차로 받아요. 자석을 이용해 Fe 성분이 높은 광석이 분류되죠. 제가 들어있던 철광석은 검사를 통과해 자랑스럽게 항구로 보내졌어요.

항구에 모인 형제들과 저는 설레는 마음을 안고 원료선을 탔습니다. 15일을 항해한 끝에 드디어 포스코 원료부두에 도착한 순간을 잊지 못해요. 강철이 되고 싶다는 제 소망이 열매를 맺어 한 걸음 나아간 순간이었으니까요. 이렇게 저와 같이 부푼 꿈을 안고 포스코 부두로 모인 철광석의 양이 한 해에 포항, 광양을 통틀어 약 5,500만 톤이라고 해요.

배에서 내린 저는 포스코의 ‘원료야드’에 형제들과 함께 쌓였어요. 포항제철소의 원료야드는 22만 평, 광양제철소는 34만 평이나 된대요! 광활한 그곳에서, 저와 같은 철광석뿐만 아니라 처음 보는 친구들도 만났어요. 이름이 ‘석탄’이라고 하던데요. 나중에 용광로 앞에서 다시 만났을 땐 ‘코크스’로 변신해있더라고요. 석탄이라는 친구는 비산먼지 같은 걸 만들어 낼 수 있어서 ‘사일로’라는 친환경 저장 장치로 옮겨져 보관됐어요.

또 자세히 보니 야드에 모인 철광석 형제들은 덩치가 들쭉날쭉했어요. 그래서 저희는 또 한 번 분류되고, 크기를 균일화하는 작업을 거쳤어요. 살을 깎아내고 이리저리 굴러다니느라 좀 힘들었지만, 머지않아 용광로에 들어간다고 생각하니 흥분을 감출 수가 없었죠!

l 나비가 애벌레와 번데기의 과정을 거치듯: 철광석의 진화

아무것도 모르던 저는 원료부두만 지나면 용광로에 바로 들어가는 줄 알았어요. 그런데 그전에 하나의 관문을 더 거쳐야 하더라고요. 바로 ‘소결 공정’이에요. 또다시 여러 번의 전처리 과정을 거쳐, 뜨거운 오븐 속으로 들어갔어요. 그곳에서 구워지면서 저는 더 예쁘고 단단해졌죠. 1,300℃나 되는 곳이라 정말 뜨겁긴 했는데요, 용광로는 더 뜨겁다고 하니 꾹 참았어요. 저는 못생긴 돌멩이 ‘철광석’에서 어엿한 제철 원료 ‘소결광(Sinter)’이 되었습니다!

소결광으로 진화한 저는, 세 번의 거름망을 통과해 드디어 용광로에 함께 들어갈 친구들을 로테이션 슈트(Rotation Chute) 앞에서 만났어요. 빙빙 돌면서 저희를 용광로 안으로 넣어줘서 로테이션 슈트라고 부른대요. 크기가 부적절해 거름망에서 걸러진 친구들은 앞선 소결 공정을 위한 원료로 재사용된다고 해요. 안타깝지만 같이 용광로에 들어가지는 못했어요.

용광로에 들어가서 쇳물이 되는 원료는 저 같은 소결광만 있는 건 아니에요. 광산에서부터 용광로에 들어가기 안성맞춤으로 태어난 ‘정립광(Sized Lump)’, 아주 작은 철광석으로 동글동글 귀엽게 만들어진 ‘펠렛(Pellet)’, 그리고 석회석 등의 부원료가 같이 들어가요. 그뿐만 아니라 우리가 녹을 수 있도록 도와주는 연료 친구, ‘코크스(Coke)’도 꼭 필요하죠.

긴장된 마음을 가라앉히려고 심호흡을 하는 사이 저는 어느새 용광로 안에 들어와 있었어요. 최대 2,300℃에 달하는 내부 온도 때문에 숨쉬기조차 힘들었죠. 저는 코크스와 번갈아 가며 층층이 쌓였어요. 시간이 흐를수록 점점 아래로 내려가더라고요. 아래를 향할수록 바닥에서 뜨거운 바람이 치솟는 게 느껴지고, 전 중간에서 공중부양을 하며 이러지도 저러지도 못하고 있었죠. 그사이 주변에서 코크스의 고함이 들렸습니다. “나 열풍 맞았다!”

용광로 아래에서 뿜어대는 1,200℃의 열풍을 맞은 코크스는 산화되었어요. 그리고 일산화탄소를 만들었어요. 일산화탄소는 저에게 붙어있던 산소를 떼갔고요. 이런 연쇄 화학 작용으로 인해 산소와 분리된 저는 드디어 순수한 철, ‘Fe’가 되었어요! 그렇게 쇳물이 되어 용광로의 바닥으로 떨어졌죠. 저와 형제들은 늠름하게 굉음을 내뿜으며 출선구를 통해 다시 용광로 밖으로 나왔습니다. 마치 아이가 태어나는 순간 큰 울음을 터트리는 것처럼요.

l 기다림의 시간, 성충이 되기까지: 그렇게 쇳물은 스틸이 된다

쇳물이 된 기쁨도 잠시, 단단한 강철이 되기 위한 긴 여정이 남아있었어요. 용광로에서 갓 나온 쇳물인 저는 ‘선철(pig iron)’이라고 불리는데요. 여기에는 아직 탄소, 인, 유황 같은 불순물이 포함되어 있어요. 나비 번데기가 겉으로 보기에 죽은 것처럼 보이지만, 번데기 속에서는 멋진 나비가 되기를 열심히 준비하잖아요? 그처럼 저도 멋진 강철, 즉 스틸이 되기 위해 제철소 안에서 여러 생산 공정을 거치게 돼요. 그 공정은 바로 ‘제강공정’과 ‘연주공정’, 그리고 ‘압연공정’입니다.

포스코의 포항제철소와 광양제철소는 ‘일관제철소’라고 불려요. 돌멩이였던 제가 완연한 철강재가 되기까지 일련의 과정이 하나의 제철소에서 모두 이뤄질 수 있기 때문이래요. 차례대로 간단히 설명해드릴게요.

Step 01. 제강공정 (쇳물에서 불순물을 제거해 강철로 만드는 공정)
강철이 되기 위해서는 저와 섞여 있는 불순물을 제거하고, 탄소의 비율을 조절해줘야 해요. 선철 단계의 저는 출선구에서 나와 토페도카에 실려 전로(converter)로 옮겨져요. 제철소에서는 이때의 저를 ‘용선(용광로에서 만들어진 선철)’이라고 불러요. 토페도카는 용선을 실어 나르는 특수차인데요. 차 한 대에 약 300톤의 용선이 실려서 전로로 향합니다. 전로에 들어갔더니, 저와 같은 용선뿐만 아니라 고철과 순수한 산소가 함께 들어오더라고요. 그곳에서 제 안에 있던 탄소는 산화되어 그 비율이 0.3%까지 낮아졌고 쓸모없는 불순물도 제거됐어요. 이 제강공정을 통해서 저는 철강재로 만들어지기에 최적의 상태인 깨끗한 쇳물, ‘용강(molten steel)’이 됩니다. 아직 완전한 제품은 아니지만, 어엿한 ‘강철(Steel)’이 된 거죠!

Step 02. 연주공정 (액체 상태의 철이 고체가 되는 공정)
용강이 된 저는 주형(mold)에 들어가고 연속 주조기를 통과하면서 냉각, 응고돼 슬래브나 블룸, 빌릿 등의 중간 소재로 만들어져요. 쿠키를 만들 때 여러 가지 모양의 틀에 반죽을 부어서 구워내는 것과 비슷하다고 보면 돼요. 중간 소재 슬래브는 후판이나 열연, 블룸은 대형 봉이나 선재, 빌릿은 소형 봉이나 선재로 만들어져요.

Step 03. 압연공정 (철을 강판이나 선재로 만드는 공정)
연주공정에서 건너온 슬래브, 블룸, 빌릿은 회전하는 여러 개의 롤(Roll) 사이를 통과하면서 연속적인 힘을 받아요. 그 과정에서 저는 늘어지거나 얇게 만들어지죠. 저를 원하는 고객들이 주문한 두께와 길이로 모양새가 잡히게 돼요. 그래서 저는 최종적으로 선재가 될 수도 있고, 후판이 될 수도 있고, 코일이 될 수도 있어요.

압연이 잘 되고 나면 각종 검사를 거쳐 제가 고객에게 가기 적합한 품질을 갖추었는지도 확인해요. 제 고유 번호를 마킹해서 이름표도 달아주고요! 친구들과 함께 제품창고에서 제철소를 떠날 날을 기다리던 때도 기억나요. 어떤 친구는 배를 타고 미국으로 가기도 했고, 한 친구는 엄청 뚱뚱해서 특별히 제작된 트럭에 실려 울산의 바닷가로 가기도 했어요.

l 세상을 누비는 나비처럼, 곳곳에 함께하는 스틸

나비가 알을 깨고 나와 애벌레, 번데기를 거쳐야 아름다운 날갯짓을 할 수 있듯, 돌멩이였던 저는 소결광이 되고 용광로에 들어가 ‘Fe’로 분리되어 결국 멋진 스틸이 되었어요. 제가 꿈꿨던 대로 초고강도강이 되어 자동차에 쓰이기도 하고, 수소차 속 배터리에 쓰이기도 하고, 집안 곳곳 냉장고와 세탁기에도 쓰였어요. 넓은 바다를 건너는 다리가 되기도 하고요. 여러 곳에 적절하게 적용되어 사람들의 삶에 꼭 필요한 제품으로 재탄생 됐어요.

현대사회뿐만 아니에요. 아주 오래전 제 조상들은 산업혁명과 근대화 발전에도 중요한 역할을 했대요. 모두 알다시피 산업혁명은 ‘증기기관’을 통한 새로운 동력원을 얻으며 시작됐죠. 그와 동시에 18세기 제련법의 발전으로 철재 선로가 목재 선로를 대체하면서, 증기기관 발명과 맞물려 철도와 기관차는 산업 혁명을 이끄는 또 다른 축으로 부상했어요. 산업혁명 이후에도 저는 건축 자재, 기계, 선박, 자동차, 가전제품 등 여러 산업 중 안 쓰이는 곳이 없어서 ‘산업의 쌀’이라고도 불리고 있습니다. 저는 인류의 역사와 늘 함께 했다구요.

저는 평소에 여러분이 알아차리지 못하는 곳에서도 제 자리에서 역할을 다 하고 있다는 사실! 기타나 피아노의 아름다운 선율에도, 똑딱똑딱 돌아가는 시계에도, 자동차 타이어에도 제가 숨어 있다는 거, 알고 계셨나요?

여러분의 편안하고 안락한 삶을 위해 철은 오늘도 뜨겁게 달궈지기도 하고 차갑게 식혀지기도 하며 열심히 하루를 보내고 있습니다. 알에서 깬 애벌레가 아름다운 나비가 되듯이, 돌멩이였던 제가 이렇게 멋지게 세상을 누비고 있어요. 잠깐, 둘러보세요! 지금 여러분 바로 옆에도 제가 있지 않나요?

l 이제는 용광로도 ‘딥러닝’ 하는 시대

포스코가 스마트(Smart) 고로를 연구하기 시작한 것은 2016년으로 거슬러 올라갑니다. 때마침 그해에는 전 세계를 떠들썩하게 한 이세돌과 알파고(AlphaGo)의 바둑대결이 있었는데요. 최고의 인간 실력자와 컴퓨터 프로그램의 대결에서 결국 알파고가 이겨 큰 화제가 됐습니다.

이세돌 기사가 승리하지 못한 것은 아쉬웠지만, 오히려 우리나라에 인공지능이라는 개념과 경각심을 널리 퍼트린 계기가 되었습니다. 포스코가 인공지능 연구개발에 박차를 가하게 만든 이벤트이기도 했는데요. 이때부터 포스코는 국내 유수 대학과 함께 스마트 고로 개발에 착수했습니다.

스마트 고로의 핵심은 바로 ‘딥러닝(Deep Learning)’입니다. 딥러닝이란 사물이나 데이터를 군집화하거나 분류할 때 사용하는 기술입니다. 사람이 지능을 통해 사물을 구분하듯, 컴퓨터가 수많은 데이터 속에서 패턴을 발견해 데이터를 분류하고 예측할 수 있게 만들어주는 기술이죠. 예를 들어 수많은 개와 고양이의 사진 데이터를 컴퓨터에 입력시키면 컴퓨터가 이를 학습하고, 저장된 개 사진과 비슷한 사진이 입력되면 ‘이것은 개 사진입니다’라고 분류하는 겁니다. 기업들은 방대한 사진과 동영상, 음성 데이터를 정확하게 분류하기 위해 딥러닝을 활용하고 있습니다.

l 스마트 고로, 대체 그게 뭔데?!

쇳물을 생산하는 고로(용광로)는 높이 110m로, 40층 아파트를 훌쩍 뛰어넘는 대형 설비입니다. 그 안에는 최대 2300℃에 이르는 뜨거운 고체와 액체가 뒤섞여 있어 변화도 많고 예측하기도 어렵습니다. 게다가 24시간 연속으로 쇳물을 생산하기 때문에 그 속을 들여다 보기도 쉽지 않습니다.

하지만 포항제철소 2고로가 이러한 고정관념을 바꾸고 있습니다. 딥러닝을 활용해 노황(爐況, 고로 내부 컨디션)을 자동 제어하는 ‘스마트 고로’이기 때문입니다.

먼저 포스코는 노황을 결정짓는 변수를 5가지로 명확하게 정의하고, 노황 속 수만 종류의 비정형 데이터를 정형화하는 디지타이제이션(Digitization) 작업을 했습니다. 조업 경험에 의존해 비정형적으로 관리해 오던 주요 지표들을 실시간 측정하여 데이터화하는 것입니다. 고로가 딥러닝을 할 수 있도록 기반을 놓은 셈이죠.

디지타이제이션을 마치고 2017년부터 노황 예측 및 노황 자동제어 시스템을 구축하는 스마타이제이션(Smartization) 작업에 들어갔습니다. 디지타이제이션이 우리가 흔히 말하는 ‘기계 자동화’라면, 스마타이제이션은 자동화를 뛰어 넘어 미리 예측하고 변수를 제어해서 최적의 결과값을 산출하는 것을 말하는데요. 데이터 종류가 1,000여 가지에 이르는 만큼, 각 데이터에 맞는 알고리즘을 활용해 분석-예측-제어를 한답니다. 그 결과를 바탕으로 노황이 좋은지 나쁜지, 혹은 문제가 생길 것 같은지 파악하는 거죠.

다시 말해 스마트 고로는 ①실시간 측정된 데이터로 수많은 케이스들을 학습한 뒤 ②‘먹은 음식(연원료)’의 성분과 ‘자신의 컨디션(노황)’을 스스로 체크해서 ③조업 결과를 미리 예측하고 ④조업 조건을 선제적으로 자동제어하여 ⑤품질 편차가 적은 ‘최고의 산출물(쇳물)’을 결과값으로 뽑아내는 똑똑한 고로랍니다.

l 사람보다 더 스마트한 AI 시대의 용광로

스마트 고로에서 매일매일 생성되는 영상 이미지 용량은 수백 기가바이트(GB)에 이릅니다. 이렇게 수많은 학습자료를 활용해 스스로 학습하는 고로는 하루가 다르게 똘똘해지고 있습니다. 과연 그 효과는 어떨까요?

그동안에는 작업자가 고로 하부에서 2시간마다 노열(爐熱)을 수동으로 측정해야 했지만, 이제는 고로 하부에 설치된 센서가 쇳물의 온도를 실시간 측정하고, 1시간 뒤의 노내 열 수준을 예측해 용선 온도를 자동제어합니다. 또한 풍구에 설치된 카메라로 촬영한 수천 장의 이미지를 활용해 정합성이 높은 알고리즘이 노내 상태를 평가하고, 철광석과 코크스 장입 액션을 자동제어합니다. 한편, 사람에게 ‘암’과도 같은 존재인 부착물은 어떻게 판별할까요? 노체 온도계들을 통해 수집한 온도 이미지를 분석하여 부착물 형상을 그리고, 이를 통해 장입 모드를 자동제어할 수 있습니다.

본 기술은 현재 포항 2고로에 적용되어 일일 용선 생산량을 240톤 증대시켰습니다. 매일 240톤이면 1년 365일 동안 8만 5천 톤을 추가 생산하는 셈인데요. 이는 승용차를 연간 약 8만 5천 대 더 생산할 수 있는 양입니다. 환원제비(용선 1톤 생산에 필요한 연료량)가 줄어드는 것은 당연한 일이고요.

인공지능에 의해 노황을 자동제어하여 고로가 ‘탈’이 나지 않도록 노황 안정화를 구현한 것 또한 무엇보다 중요한 성과입니다.

포스코는 약 3년에 걸쳐 딥러닝을 활용한 고로 부위별 자동제어시스템 개발을 마치고, 현재 이를 한 단계 업그레이드한 통합 시스템을 개발하고 있습니다. 향후에는 2고로(내용적 2,550㎥)보다 사이즈가 더 큰 3~4고로(각 5,600㎥)에도 적용시켜 성과 창출을 가속화할 계획입니다.

스마트 고로, 잘 이해하셨나요? 어려운 내용이지만, 요점은 이겁니다. 인공지능과 함께 진화하는 세계 최초의 ‘생각하는 고로’가 포스코에 존재한다는 것. 앞으로 더 많은 데이터가 축적될수록 고품질 고효율 쇳물 생산이 가능해질 것입니다. 글로벌 제철소 운영의 스마타이제이션, 포스코가 이정표가 되어 이끌어 갑니다.

아시다시피 용광로는 쇳물을 생산하는 대형 설비입니다. 높이가 110m나 되어서, 고로(高爐)라고도 부르죠. 용광로가 잉태해낸 쇳물은 이후 제강, 압연 등 후공정을 거쳐 우리 일상을 채워주는 다양한 철강 제품이 됩니다. 그런데, 용광로가 뜨거운 쇳물을 만든다는 단순한 사실 외에 용광로에 대해 얼마나 잘 알고 계시나요? 제철소로 견학을 가보신 분들이라도 거인처럼 솟아있는 철제 구조물을 기억하실 테지요. 용광로 안을 들어가 볼 수는 없으니까요.

그래서 포스코 뉴스룸이 준비했습니다. 용광로에 대한 궁금증과 오해를 모두 풀어보는, 용광로 해부학! 용광로의 내부구조는 어떠한지, 그 안에서는 무슨 일이 일어나는지, 어떤 기술들이 사용되는지, 그리고 환경에 미치는 요인들까지 쉽고 정확하게 짚어드립니다.

l 땅! 불! 바람! 세 가지 힘을 하나로 모으면?

“땅! 불! 바람! 세 가지 힘을 하나로 모으면?” 용광로에서 쇳물이 탄생합니다! 무슨 뜻이냐고요? 쇳물을 만들기 위한 기본 요소 3가지가 바로 땅, 불, 바람이라는 건데요. 쇳물 만들기의 기본 과정을 먼저 볼까요?

우선 철을 제조할 수 있는 광물인 ‘철광석’을 땅으로부터 가져옵니다. 철광석에도 다양한 종류가 따르는데(적철광, 자철광, 갈철광), 평균 약 60%의 철분(Fe)을 함유하고 있습니다. 철광석은 바로 용광로로 투입되는 것이 아니라, 이른바 ‘소결공정’을 거치는데요. 이를 통해 철광석의 들쭉날쭉한 성분을 균일화하고, 용광로에 넣기 좋은 크기로 만듭니다. 이렇게 정돈된 철광석을 ‘소결광’이라고 합니다. 소결광 이외에도 일부는 광산에서 채굴할 때부터 넣기 좋은 크기로 생산된 ‘정립광’과 극미분의 철광석을 동글동글하게 소성시켜 만든 ‘펠렛’까지 총 3가지 원료를 용광로에서 함께 사용합니다. 석회석 등 ‘부원료’도 살짝 들어갑니다.

<용광로 연·원료의 구성>

이제 원료를 녹여 우리에게 필요한 철 성분만 뽑아내야 하는데요. 원료에 열을 제공하는 역할은 ‘코크스’와 ‘미분탄’이 합니다. 코크스는 석탄을 1000℃ 내외로 가열하여 만드는 고체 연료입니다. 이는 용광로 안에서 원료를 녹이는 열원의 역할을 함과 동시에 철광석 중의 산소를 분리시키는 환원제의 역할을 합니다. 미분탄은 석탄을 0.125mm 이하의 크기로 파쇄한 연료인데요. 코크스 대비 원가가 저렴해서 경제적인 조업에 도움을 줍니다.

물론 연·원료를 덩그러니 고로에 넣어둔다고 해서 쇳물이 저절로 만들어지지는 않습니다. 코크스가 연소되며 원료를 녹일 열을 만들어낼 수 있도록 약 1200℃의 바람, 즉 ‘열풍’을 용광로 안으로 불어넣어야 합니다. 그럼 어떤 일이 벌어질까요? 놀랍게도 층층이 쌓인 연·원료가 부분적으로 최대 2300℃에 달하는 뜨거운 용광로 안에서 공중부양을 합니다!

말로만 들어서는 감이 잘 안 오신다고요? 이렇게 용광로를 반으로 탁! 잘라서 보여드릴게요.

용광로 내부의 흐름을 살펴보면 이렇습니다. 용광로의 꼭대기에 설치된 장입 설비를 통해 연·원료들이 투입됩니다. 투입된 원료들을 로테이션 슈트(Rotation Chute)가 회전하면서 내부에 골고루 분포합니다. 연·원료는 계산된 위치에 정확히 쌓입니다. 연료와 원료는 번갈아 가며 약 40~50층을 이룹니다.

반대편 아래에서는 1200℃의 열풍이 연·원료들에 열을 가합니다. 약 4.0bar의 힘으로 쏘아대는 열풍 때문에 연·원료들은 용광로 안에서 공중부양을 하게 되죠. 자연히 고온 상태에서 연료인 코크스가 원료를 용해하는 화학작용이 일어납니다. 용광로는 하나의 큰 ‘화학반응 공장’인 셈입니다. 용광로 안에서 이뤄지는 화학반응들은 대표적으로 아래와 같습니다.

• • 코크스 연소 : Coke(Carbon)와 O₂를 고온에서 산화시켜 CO Gas를 생성 (C + O₂ ⇒ CO)
  • 철광석 환원 : CO Gas가 철광석으로부터 산소를 분리시켜 순수한 Fe를 생성
  • (3Fe₂O₃ + CO ⇒ 2Fe₃O₄ + CO₂,   FeO + CO ⇒ Fe + CO₂)

이 과정에서 쇳물, 슬래그, 부생가스들이 복합적으로 발생해 섞여있다가, 가스는 용광로의 위쪽으로 올라가고 쇳물과 슬래그는 바닥으로 떨어지게 됩니다. 가스는 집진기에서 먼지가 제거된 후에 다시 동력원으로 변환되고, 슬래그와 쇳물은 분리되어 각각 수재 처리 시설과 제강공정으로 넘겨집니다. 원료가 투입되어 쇳물로 배출되기까지는 약 6시간 30분이 걸립니다.

l 부산물은 어떻게? 당연히 ‘재활용’

용광로 내에서 생성되는 부생가스들은 용광로 상단에 설치된 파이프를 통해 배출됩니다. 일산화탄소, 이산화탄소, 질소가 주를 이루는데요. 쇳물 1톤당 가스 발생량은 약 1,600입방 미터 정도입니다. 가스들은 1·2차 집진기를 통해 먼지를 제거하고 깨끗한 가스로 만들어져 제철소 각 설비 가동을 위한 전력을 생산하는데 사용됩니다. 포스코는 제철소 내 사용전력 중 73%를 자체 생산하고 있습니다.

<용광로 부생가스 처리 프로세스>

용광로 내부에서 만들어지는 또 다른 재활용원이 있습니다. 철광석에는 철의 산화물뿐만 아니라 불필요한 성분도 포함되어 있죠. 대표적인 것이 ‘실리카(이산화규소)’인데요. 이 성분을 철광석에서 분리하기 위해 소결광을 제조할 때 ‘석회석’을 부원료로 투입해 성분을 맞춥니다. 그 후 용광로 내부에서는 원료가 용해되는 과정 중 석회석이 실리카와 결합해 바닥으로 떨어집니다. 이 혼합물은 쇳물보다 비중이 낮아 쇳물 위에 층을 형성해 흐르게 되는데요. 이 혼합물이 바로 제선 부산물인 ‘슬래그’입니다.

슬래그는 어디로 갈까요? 포스코의 슬래그는 100% 비료나 시멘트 등으로 재활용됩니다. 고로 슬래그는 규산이 풍부해 벼농사 비료로 매우 훌륭합니다. 2018년 한 해 동안 농업 비료로 쓰인 포스코 슬래그는 39만 톤입니다. 또한 포스코그룹은 슬래그 비율을 높여 강도는 높이고 이산화탄소 발생은 최대 60%까지 줄이는 고성능 친환경 시멘트 POSMENT(포스멘트)를 개발했습니다. 작년에 시멘트로 재활용된 포스코 슬래그 1,069만 톤은 사회적 온실가스 839만 톤 저감에 기여했습니다.

l 용광로는 재래식? 알고 보면 고도 기술의 집약체

용광로는 오랜 역사를 가진 설비이기 때문에 자칫 ‘재래식 기술’로 연상되기 쉽죠. 하지만 이안에는 세밀한 고도의 기술이 집약되어 있습니다. 포스코가 출원한 고로 및 제선 관련 기술 특허만 2,000건이 넘고, 이 중 권리를 등록받은 특허가 약 790건입니다.

원료들을 어떻게 용광로 안으로 떨어뜨리느냐, 그것부터 기술입니다. 소결광과 코크스를 어떤 순서로, 어떤 크기부터, 얼마만큼, 어디에 장입할 것인지 치밀한 계산이 필요합니다. 이를 바탕으로 로테이션 슈트의 각도와 회전수를 조절하여 연·원료를 용광로 내부에 골고루 안착시킵니다.

또한 고온의 바람을 40개 이상의 구멍을 통해 일정하게 불어넣어야 합니다. 생산성을 높이기 위해서 이 열풍에는 순수한 산소를 적정하게 첨가하기도 합니다. 이 열풍을 위한 열풍로 설비가 따로 있는데요. 열풍로의 주요 에너지원은, 용광로와 코크스 공정에서 나온 부생가스입니다. 100% 재활용하는 거죠. 이러한 친환경 기술 역시 포스코의 경쟁력입니다.

고체, 액체, 기체가 혼합된 용광로 내부는 변화가 많아 예측이 어렵습니다. 그래서 과거 용광로는 철강인들에게 ‘속을 알 수 없는 자식’과 같았죠. 한창 말을 잘 듣다가, 어떤 때는 알 수 없는 탈을 내기도 하고요. 기계라기보다는 하나의 생명체로써 용광로를 다뤘습니다. 그런데 그 속을 들여다볼 수 없으니 참으로 답답했을 겁니다.

이를 두고 제철소에서는 ‘노황 관리’라고 하는데요. 용광로의 조업이 원활하게 이루어질 때를 “노황이 좋다.”라고 합니다. 포스코는 46년간 쌓아온 고로 기술력을 기반으로 현재는 노황을 정확히 판단하는 시스템을 보유하고 있습니다. 노체의 온도, 압력, 쇳물이 만들어지는 상태 등 노황 전반을 실시간 Data를 통해 모니터링할 수 있죠. 24시간 불을 끌 수 없는 연속조업의 특수성을 가진 용광로에게 있어 안정적인 노황을 유지하는 것은 제철소 전반의 경제성과 안정성에 직결되는 중요한 기술입니다.

l 용광로 점검·정비가 대기에 미치는 영향에 대하여

한편, 최근 용광로 정비 시에 배출되는 분진과 가스가 대기 오염에 큰 영향을 미친다는 우려의 목소리가 들려오고 있습니다. 정말일까요? 그 속 사정은 이렇습니다.

고로는 한번 불을 지피면 15년에서 20년 동안 계속 쇳물을 생산합니다. 1,500℃의 쇳물을 다루는 고로는 고온의 대형 압력용기나 마찬가지인데요. 오랜 기간 동안 안전하게 고로를 운용하는 것 또한 제철소의 경쟁력 중 하나입니다. 무엇보다 현장 작업자의 안전을 위해 주기적인 정비와 점검은 필수입니다. 때문에 제철소는 용광로를 1.5~2개월에 한 번꼴로 정비합니다. 이를 제철소에는 ‘휴풍’이라 부르는데요. 그 이유는 앞서 보여드렸던 용광로에 바람을 불어넣는 작업을 멈추기 때문입니다.

그런데 이때 위험이 발생합니다. 휴풍시 용광로의 내부 압력이 대기 압력과 비슷해지는 경우가 생기는데요. 그럴 경우 외부 공기가 용광로 안으로 유입되어 내부 가스와 만나 폭발할 가능성이 있습니다. 이를 예방하기 위해 용광로 내부에 수증기와 질소를 주입하고 내부 압력을 대기 압력보다 높게 유지하여 외부 공기 유입을 차단합니다. 이때 주입된 수증기와 잔류가스의 안전한 배출을 위해 안전밸브인 ‘블리더(bleeder)’를 개방합니다.

이 정비 방법은 지난 100년 동안 전 세계의 철강사들이 따르고 있는 방법입니다. 독일, 일본 등 다른 나라에서도 동일한 방식으로 용광로를 정비하고 있죠. 다만, 휴풍 직후 블리더를 개방할 때 용광로 내부의 잔류가스가 5분 정도 배출됩니다. 그 외에 배출되는 것은 대부분 수증기입니다. 5분 동안 나오는 가스의 양은 2,000cc의 자동차가 하루 8시간씩 10여 일 동안 운행할 때 배출하는 양과 비슷합니다.

포스코는 올해 초 4개월에 걸쳐 포항제철소의 용광로 휴풍이 대기에 어떤 영향을 미치는지 조사해봤습니다. 휴풍시 제철소 인근 지역과 멀리 떨어진 지역의 국가 대기환경측정망 데이터를 비교해본 건데요. 미세먼지, 일산화탄소, 황산화물, 질산화물 등 주요 오염물질의 양이 용광로가 정상 가동할 때와 휴풍했을 때 차이를 보이지 않았습니다. 정말 휴풍이 대기오염의 원인이라면, 용광로 휴풍과 함께 제철소 주변 지역의 대기질이 급속히 나빠지지 않았을까요?

l 용광로에는 대한민국의 현대사가 녹아 있다

“포항 1고로에서 대한민국 철강 신화의 서막이 올랐다. 1고로 탄생은 조선·자동차·가전이 일어나는 계기가 됐다. 1고로는 불가능을 가능으로 바꾼 한국인의 ‘하면 된다’ 정신의 상징물이다.”

2011년 한 언론매체는 우리나라의 경제발전에 결정적 기여를 한 유무형의 경제적·산업적 유산을 ‘대한민국 경제국보’로 선정하였는데, 이때 포항 1고로를 ‘대한민국 경제국보 1호’로 선정하며 남긴 말입니다. (이 매체가 뽑은 경제국보 2호가 현대자동차의 포니, 3호가 삼성전자의 64KD램이었습니다.)

한국전쟁 이후 세계에서 가장 피폐한 나라 중의 하나였던 이 땅에서 용광로는 기적 같은 경제발전을 꿈꿀 수 있는 희망이자, 든든한 버팀목이 되었던 것이죠.

포항 1고로는 46년 전 그 역사를 간직한 채 지금도 묵묵히 쇳물을 만들어내고 있습니다. 산고를 이기고 첫 쇳물을 내보냈을 때 우리가 가졌던 벅찬 감정은 이제 남아있지 않을 수 있지만, 용광로는 변함없이 우리의 오늘과 내일을 만들어가고 있죠.

포스코 뉴스룸과 함께한 용광로 해부학, 어떠셨나요? 용광로에 대한 궁금증과 오해가 조금은 풀리셨나요? 우리 곁에 더 오래 함께 하며 미래를 열어갈 용광로를 앞으로도 지켜봐 주세요!