현대 산업의 중심에서, 철강은 세 가지 주요 용광로 구성 중 하나를 사용하여 생산됩니다. 이 방법들은 통합된 고로 및 전로(BF-BOF) 경로, 전기로(EAF) 경로, 그리고 전기로에 투입되는 직접 환원철(DRI)을 포함하는 하이브리드 공정입니다. 각 경로는 원료 철광석이든 재활용된 철강 스크랩이든 주 투입 재료에 의해 정의됩니다.
세 가지 주요 제강 방법의 근본적인 차이점은 원자재에 있습니다. 전통적인 BF-BOF 공정은 철광석으로 새 철강을 만들고, EAF 공정은 기존 철강 스크랩을 재활용하며, DRI-EAF 공정은 EAF의 유연성을 갖춘 새 철강 생산을 위한 현대적인 방법을 제공합니다.
전통적인 강자: 고로 및 전로(BF-BOF)
이 통합된 2단계 공정은 천연 원자재로부터 대량의 철강을 생산하는 고전적인 방법입니다.
핵심 원리
BF-BOF 경로는 신규 철강 생산을 위해 설계되었습니다. 이 경로는 먼저 고로에서 철광석으로부터 철을 추출한 다음, 전로에서 그 철을 정련하여 철강으로 만듭니다.
1단계: 고로(BF)
이 공정은 철광석, 코크스(석탄에서 파생된 고탄소 연료), 석회석을 거대한 고로 상단에 투입하는 것으로 시작됩니다. 초고온의 공기가 하단으로 "분사"되어 코크스를 연소시키고, 용융된 철을 광석으로부터 분리하는 데 필요한 엄청난 열과 화학 반응을 일으킵니다.
2단계: 전로(BOF)
이 뜨거운 액체 철(종종 "핫 메탈" 또는 "선철"이라고 함)은 전로로 옮겨집니다. 용기 안으로 랜스가 내려져 고순도 산소를 주입하면, 과도한 탄소 및 기타 불순물을 태워 철을 강철로 정련하는 화학 반응이 시작됩니다.
현대의 재활용기: 전기로(EAF)
전기로는 재활용에 중점을 둔 근본적으로 다르고 더 현대적인 제강 접근 방식을 나타냅니다.
핵심 원리
EAF의 주요 기능은 엄청난 양의 전기 에너지를 사용하여 재활용된 철강 스크랩 및 기타 금속 투입물을 녹이는 것입니다. 이 방법은 원료 철광석과 코크스의 필요성을 완전히 우회합니다.
작동 방식
스크랩 철 더미가 용광로에 장입됩니다. 그런 다음 대형 흑연 전극이 내려지고, 전극과 스크랩 금속 사이에 강력한 아크가 발생합니다. 이 아크는 엄청난 열(수천 도에 이름)을 발생시켜 스크랩을 빠르게 녹여 액체 강철로 만듭니다.
주요 특징
철광석의 화학적 환원 과정을 피하기 때문에, EAF 공정은 BF-BOF 경로에 비해 직접적인 탄소 배출량이 현저히 낮습니다. 또한 더 유연하여 더 작은 생산 규모를 더 쉽게 시작하고 중단할 수 있습니다.
유연한 대안: 전기로(EAF)를 이용한 직접 환원철(DRI)
이 하이브리드 방법은 신규 철강 생산과 보다 효율적인 EAF 기술 사이의 격차를 해소하여, 더 작은 환경 발자국으로 새 철강을 생산할 수 있는 경로를 제공합니다.
핵심 원리
직접 환원은 철광석으로부터 녹이지 않고 고체 형태의 신규 철 제품을 만듭니다. DRI 또는 "스펀지 철"이라고 하는 이 물질은 전기로를 위한 고품질의 저불순물 원료 역할을 합니다.
EAF와의 연결
고체 DRI는 종종 기존 스크랩 철강과 함께 전기로에 연속적으로 투입됩니다. 그곳에서 녹아 정련되어 고품질 강철이 되며, BF-BOF 경로의 신규 재료 이점과 EAF의 효율성을 결합합니다.
중요성
DRI 공정은 일반적으로 코크스 대신 천연가스를 화학적 환원제로 사용합니다. 이는 신규 철강 생산을 석탄으로부터 분리하여, 특히 생산자들이 천연가스를 그린 수소로 대체하려고 함에 따라 업계의 탄소 배출량을 줄이기 위한 중요한 경로를 제공합니다.
상충 관계 이해하기
이 방법들 사이의 선택은 임의적이지 않으며, 경제성, 사용 가능한 원자재, 환경 목표에 의해 결정됩니다.
투입물이 공정을 결정한다
핵심적인 차이점은 간단합니다. 방대한 철광석 및 석탄 매장지에 접근할 수 있다면, BF-BOF 경로는 대량 생산을 위한 전통적인 선택입니다. 꾸준한 스크랩 공급이 있다면, EAF가 훨씬 더 효율적입니다.
환경적 측면
코크스에 의존하는 BF-BOF 공정은 탄소 집약도가 매우 높습니다. 점점 더 친환경적으로 변하는 전력망으로 구동되는 EAF 경로는 훨씬 낮은 CO2 발자국을 가진 철강 재활용의 지배적인 방법입니다. DRI-EAF 경로는 전통적인 고로를 대체하여 신규 철강 생산의 탈탄소화를 위한 중요한 기술입니다.
품질 및 제어
BF-BOF 공정은 알려진 투입물에서 시작하므로 최종 철강 화학에 대한 정밀한 제어를 제공합니다. EAF 강철의 품질은 재활용되는 스크랩의 품질에 따라 달라질 수 있으며, 이는 순수한 신규 DRI의 추가로 극복하는 데 도움이 되는 과제입니다.
목표에 맞는 올바른 선택하기
- 원자재로부터의 대규모 생산에 중점을 둔다면: 통합 고로 및 전로(BF-BOF) 경로는 확립된 대용량 방법입니다.
- 재활용 및 운영 유연성에 중점을 둔다면: 전기로(EAF)는 스크랩 철강 처리를 위한 가장 에너지 효율적이고 비용 효율적인 선택입니다.
- 더 낮은 탄소 배출량으로 신규 철강 생산에 중점을 둔다면: 직접 환원철(DRI) 대 EAF 경로는 전통적인 고로에 대한 주요 현대적 대안입니다.
이러한 근본적인 생산 경로를 이해하는 것은 철강의 경제성과 환경적 미래를 탐색하는 데 핵심입니다.
요약표:
| 용광로 유형 | 주요 투입 재료 | 핵심 특징 |
|---|---|---|
| 고로 및 BOF (BF-BOF) | 철광석 및 코크스 | 전통적인 대용량 신규 철강 생산 |
| 전기로 (EAF) | 재활용 철강 스크랩 | 유연성, 효율성, 낮은 탄소 발자국 |
| DRI와 EAF (DRI-EAF) | 직접 환원철 (광석에서 추출) | 저배출 신규 철강을 위한 하이브리드 공정 |
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