우리 일상에서 자동차를 달리게 하고, 전기를 저장하며, 수천 도의 고열을 견디게 하는 기술의 바탕, 그 중심에는 언제나 ‘소재’*가 있습니다. 그렇다면, 이 중요한 소재를 누가 만들고 있을까요? 바로 포스코퓨처엠인데요! 배터리의 핵심 소재인 양극재와 음극재는 물론, 고온의 제철 공정을 가능케 하는 내화물까지. 포스코퓨처엠이 만든 다양한 소재들은 지금 이 순간에도 우리의 삶과 미래를 바꾸는 데 쓰이고 있죠. <뿌리를 찾아서>는 포스코퓨처엠이 만든 주요 소재들이 어떻게 우리 일상과 산업 속에 스며들었는지 그 발자취를 따라가 보는 이야기입니다. 세 번째 편에서는 산업 설비의 필수 소재이자 모든 산업의 바탕이 되는 ‘내화물’의 뿌리를 따라가 봅니다.
*소재 (素材) : 어떤 것을 만드는 데 바탕이 되는 재료

내화물은 ‘견딜 내(耐)’+‘불 화(火)’+‘물건 물(物)’이 조합된 한자어로, 이름 그대로 ‘불을 견디는 물질’이라는 뜻을 갖고 있습니다. 내화물을 뜻하는 영어 단어인 ‘Refactory Material/Refactoris’는 ‘굴복하지 않는’이라는 뜻의 라틴어 ‘레프락타리우스(Refractarius)’에서 유래했는데요. 일반적으로 쓰던 단어가 산업적 요구와 소재의 특성이 맞물려 기술 용어로 자리 잡은 것이죠.

내화물은 1000℃ 이상의 고온이나 화학적 작용에도 형태와 특성을 안정적으로 유지하는 내열 소재입니다. 용광로의 열을 견디고 고온의 금속과 접촉해도 구조가 유지돼, 철강·금속 제련, 시멘트 생산, 석유화학 등 대부분의 고온 산업에서 없어서는 안 될 필수 소재인데요.

내화물은 내화벽돌처럼 일정한 형태로 성형된 ‘정형 내화물’과 일정한 형태 없이 시공할 때 형태를 만드는 ‘부정형 내화물’의 물리적 분류로 구분할 수 있습니다. 정형 내화물은 주로 고온 공정을 이루는 고로의 바닥, 벽면, 천장 등에 쓰이며, 부정형 내화물은 분말이나 덩어리 형태로 이뤄져 있어 물이나 결합체와 혼합해 작업 환경에 따라 원하는 형태로 시공합니다. 그 외에도 산성 내화물, 중성 내화물, 염기성 내화물 등 화학적 분류로 나누어 설명하기도 하죠.

내화물의 시작을 알아보려면 시간과 문명을 거슬러 올라가야 합니다.

인류가 ‘내화물’이라는 소재를 알게 된 정확한 때는 알 수 없지만, 뜨거운 불에 상하지 않는 구덩이와 가마를 만들고, 고온에서도 깨지지 않는 토기를 구워낸 순간이 아니었을까요? 기원전 1500년 경, 수많은 유리 장식품이 만들어진 고대 이집트 시기를 떠올려보면 내화물은 아주 오래전부터 인류의 일상과 가까이 있었던 것 같습니다.

그렇다면 현대 내화물의 출발점으로 볼 수 있는 시기는 과연 언제일까요? 철을 활용하기 시작한 철기시대로 거슬러 올라갈 수도 있지만, 실질적인 시작은 19세기 산업혁명 시대라고 볼 수 있습니다.

기술과 산업 구조 전반에 엄청난 변화를 가져온 산업혁명 시기, 내화물은 고온 공정에 대한 수요 증가에 맞춰 본격적으로 발전했습니다. 이 시기에 철강, 세라믹, 시멘트 등 다양한 분야에서 내화물이 쓰이면서 내화물은 단순한 내화(耐火) 기능을 넘어 각 분야에 맞는 기능과 종류들로 세분화되고, 산업의 기반을 이루는 핵심 요소로 자리매김하게 되었죠.

소재 전문 기업으로서 세계적인 경쟁력을 갖춘 포스코퓨처엠이 ‘내화물 생산’에서 시작했다는 사실을 알고 계셨나요?

포스코퓨처엠은 포스코그룹에서도 가장 역사가 오래된 기업으로, 1963년 염기성 내화물 생산기업인 ‘삼화화성(주)’을 전신으로 해, 내화물 제조에서 시공까지 일관 체제를 갖춘 전문 기업인데요.

염기성 내화물의 제조 원료인 마그네시아 클린커, 정형 내화물, 부정형 내화물, 기능성 내화물과 내화물 엔지니어링까지 산업 설비에 필수적인 내화물을 공급하며 우리나라 산업의 근간을 지탱하고 있습니다.

최근 포스코퓨처엠은 철강 산업의 공통적인 과제인 탄소 배출 저감에 대응하기 위한 차세대 내화물 연구에 박차를 가하고 있는데요. 특히 탈탄소 철강 설비에 알맞은 특성을 가지면서 높은 재활용성을 갖추는 것에 초점을 두고 개발을 진행하고 있습니다.

구체적으로 고철(스크랩) 투입을 높여 탄소 배출량을 저감하는 ‘상저취전로’*와 같은 대형 전기로에 대응할 수 있는 내화물을 개발하고 있는데요. 특히 상저취전로는 탄소중립 산업 핵심기술개발 국책과제로 선정되어 2028년 상용화를 목표로 포스코퓨처엠의 내화물 R&D 역량을 결집해 수행하고 있답니다.

*상저취전로 : 철강 제조 공정의 대형 전로(전기로)의 한 종류로, 저탄소·고효율 조업을 위해 개발된 설비

이뿐만 아니라 포스코퓨처엠은 AI 기술 기반 스마트 공장을 구현해 사업 경쟁력과 리얼밸류를 강화해 나가고 있으며, 이를 바탕으로 글로벌 소재 파트너십을 확장할 계획입니다.

수천 번의 가열과 냉각으로 이어지는 거친 사이클을 견디는 내화물 덕분에 지금 이 순간에도 모든 산업이 멈추지 않고 다음 단계로 달려갈 수 있습니다.

포스코퓨처엠의 내화물은 대한민국 산업의 성장과 함께 호흡해 왔습니다. 50년이 넘는 시간 동안 산업의 안전과 품질을 지켜온 포스코퓨처엠의 내화물은 앞으로도 산업 기초 소재로써 뿌리와 미래를 지켜나가겠습니다.

※ 이 콘텐츠는 포스코퓨처엠 스토리 기사를 토대로 제작되었습니다.

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

굴뚝 모양의 용광로 내부 온도는 약 1500℃. 용광로에 관한 이야기는 그동안 여러 번 소개해드렸었죠. 아마 오늘 질문은 용광로 해부학 콘텐츠(링크)를 열심히 본 친구가 아닐까 추측되는데요~

‘용광로는 과연 얼마나 뜨거울까?’ 도저히 상상하기도 어렵습니다. 그렇다면 이 용광로는 그렇게 뜨거운 불과 쇳물에 닿아 있으면서 어떻게 녹지 않을 수 있는 걸까요? 오늘 포스코 뉴스룸에서 그 해답을 알려드릴게요!

l 미션, 뜨거운 쇳물을 담아라! 해답은 내화물(耐火物)

자자, 먼저 온도 이야기를 잠깐 해보겠습니다. 얼음은 0℃ 이상에서 녹아 물이 되지만, 철의 원료인 철광석은 1535℃가 되어야 쇳물로 바뀝니다. 아주아주 뜨겁기 때문에 용광로 안에 가두어서 녹여야 해요.

그런데 그 뜨거운 쇳물을 가두어 놓으려고 하니, 너무 뜨거워 사용할 수 있는 재료가 많지 않았습니다. 다행히 우리의 영리한 선조들은 불을 만드는 방법을 터득할 때, 그 불이 대부분의 것을 태우거나 녹이더라도 돌과 모래는 태우지 못한다는 것을 발견했어요. 모래나 돌을 쌓아서 불을 가두어 놓고 불이 번지지 않도록 한 것이죠. 그렇게 도자기와 그릇 등을 만들 때나, 청동을 주조하고 칼을 만들 때도 돌과 모래를 활용했다고 합니다.

▲ 불이 모래를 태우거나 녹이지 못하는 원리를 활용한 도자기 가마

이처럼 불에 타지 않는 모래와 돌을 섞어 만든 재료를 내화물(耐火物)이라고 합니다. 내화물이 뭐냐고요? 낯선 용어일 수도 있는데, 실내화에 쓰이는 그런 용어는 아니고요~^^; 내화물이란 견딜 내(耐), 불 화(火), 물건 물(物)의 한자어인데요. ‘높은 온도에서 견디는 물질’이라는 뜻이랍니다. 여기서의 높은 온도는 1580℃ 이상을 말해요. 쇳물이 만들어진 용광로 안의 온도는 약 1500℃, 내화물이 견디는 온도는 1580℃이니 용광로가 녹지 않는 거랍니다.

l 심화학습!! 내화물에 대해 알아봅시다

내화물은 형상, 화학적 성질, 열처리 방식에 따라 종류를 나눌 수 있어요. 크게는 벽돌처럼 만들어 사용하는 정형내화물, 포대에 담아 시멘트처럼 사용하는 부정형내화물로 구분합니다. 용광로에는 정형내화물을 사용해요.

그렇다면 이러한 내화물은 무엇으로 만들어졌는지 좀 더 자세히 살펴볼까요? 과거 초창기 내화물은 주원료로 점토, 카오린, 보크사이트, 실리카, 마그네사이트, 흑연 등의 천연 원료를 사용했어요. 그러다 점차 내화물의 사용 분야가 넓어지고, 기능이 발달하면서 천연원료만으로는 질적, 양적 요구 수준을 만족할 수 없게 되었다고 해요.

뮬라이트, 고순도 알루미나, 스피넬, 해수를 이용한 마그네시아, 탄화규소, 질화규소와 같이 합성원료를 만드는 기술이 개발되면서 마침내!! 내화물의 고급화, 고기능화가 시작되었답니다.

▲ 벽돌처럼 만들어 사용하는 정형내화물. 내화물의 기술이 개발되면서 이처럼 다양한 모양의 내화물을 만드는 것이 가능해졌어요!

내화물은 사용하는 환경에 따른 다양한 특성이 요구되는데요. 간단히 살펴보자면, 용광로가 있는 제선 공정에서는 고강도, 내마모성, 저열전도성, 내가스성 등이 필요하고, 쇳물을 깨끗하게 정련하는 제강 공정에는 내열충격성, 내침식성, 저열팽창성 등이 필요하답니다. 내화물은 하나의 특성을 높이면 다른 특성이 낮아지는 관계를 가지고 있어요. 내화물은 이러한 관계 속에서 사용 환경에 따른 적절한 특성 합의점을 찾아서 사용한답니다.

l 그럼 내화물은 절대 닳지 않는 걸까?

그렇다면 이쯤에서 ‘용광로를 만드는 내화물은 불에도 녹지 않고 거뜬하니까 닳지도 않는 걸까?’라는 궁금증이 생긴 친구들도 있을 텐데요. 1500℃ 이상의 쇳물과 닿고, 필요에 따라 1800℃까지 온도를 올려 쇳물을 정련하는 공정을 거치기 때문에 내화물의 손상을 완전히 막을 수는 없답니다. 이는 내화물의 사용 기간이 길어질수록 손상량이 증가하는 관계를 가지기 때문이랍니다.

▲ 용광로는 이렇게 생겼어요!

우리나라는 국토 크기가 작고 내화물의 원료 매장량이 적기 때문에 내화물 원료 중 일부를 중국 등을 통해 수입하고 있어요. 전세계 원료 가격이 증가함에 따라 내화물 가격도 증가한답니다. 포스코는 이러한 문제를 해결하기 위해 그룹사인 ㈜포스코케미칼을 통해 이런 고급 내화물들을 개발함으로써 알맞는 제품을 적기에 공급 받고 있다는 사실! 오늘의 STEEL Talk 코너를 함께 살펴본 친구들 중 철강 박사님이 탄생하여 그 획기적인 기술의 주인공이 될 수도 있겠죠? 그럼 다음 스틸톡에서 만나요~^^

* 도움말 주신 분: 포스코 공정엔지니어링연구소 제강연구그룹 이영주 책임연구원

포스코켐텍이 세계 최대의 내화물 기업 RHI Magnesita(알에이치아이 마그네시타, 이하 RHIM)와 전략적 제휴를 맺고 본격적인 사업 확대에 나선다.

내화물의 원료 확보, 기술, 마케팅 전 영역에서의 포괄적인 협력을 통해 사업 경쟁력을 강화하고 글로벌 시장 진출을 확대하는 전략으로 풀이된다.

포스코켐텍은 11월 14일 수요일 16시, 서울 포스코센터에서 스테판 보가스(Stefan Borgas) RHIM 회장과 김원희 포스코켐텍 대표이사가 참석한 가운데 양사간 내화물 사업 분야에서의 전략적 파트너십과 포괄적 협력관계 구축을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다.

▲ 스테판 보가스 RHIM 회장(좌측)과 김원희 포스코켐텍 대표이사가 MOU를 체결하고 기념사진을 촬영하고 있다.

이번 MOU를 통해 양사는 먼저 내화물 주원료인 마그네사이트와 흑연의 안정적 확보를 위한 해외 광산 지분투자 등 광물자원 공동 개발을 추진하기로 했다. 또한 기술과 마케팅 분야에서도 포스코켐텍의 내화물 축조 기술과 RHIM이 보유한 솔루션을 접목해 아시아, 중동, 아프리카 등 신시장 공동 진출에도 협력하기로 했다. 이와 함께 내화물 사업 외의 탄소소재 사업 분야에서도 RHIM의 글로벌 네트워크를 활용한 판매 확대 등의 사업 제휴 방안도 모색한다.

RHIM은 1908년 오스트리아 비엔나에서 설립된 세계 최대의 내화물 회사다. 전 세계 35개의 생산 기지와 13개의 원료 광산을 보유해 년 3백만톤 이상의 내화물을 생산하고 있다. 또한 전 세계 180개 국에 다양한 내화물 제품과 솔루션을 공급하고 있을 정도로 글로벌 네트워크를 갖춘 기업이다.

이날 협약식에서 RHIM 스테판 보가스 회장은 “최고의 철강회사 포스코에 내화물을 공급해 온 포스코켐텍과 협력하게 된 것은 고무적인 일”이라며 “양사가 새로운 글로벌 시장을 함께 개척해 나가고, 실질적인 성과물을 지속적으로 창출해낼 수 있도록 관계를 더욱 발전시켜 나가기를 기대한다”고 말했다.

포스코켐텍 김원희 대표는 “이번 협력은 포스코 양 제철소의 조업 안정성을 높이고 철강 사업 고도화에 도움이 되는 만큼 포스코 그룹 차원에서도 매우 중요한 일”이라며, “향후 RHIM의 글로벌 네트워크를 활용해 본원 사업인 내화물 분야의 경쟁력을 높이고 탄소소재 분야까지 협력을 넓혀 나갈 계획”이라고 밝혔다.

한편, 포스코켐텍은 내화물 사업에서 토탈 솔루션(Total Solution) 체제 구축을 통해 포스코 그룹의 철강 경쟁력 제고에 기여하고, 더 나아가 사업 경쟁력 강화와 적극적인 시장 개척을 통해 글로벌 내화물 시장을 선도해 나간다는 계획이다.