“철든 쌀이 맛도 좋다! 포스코의 친환경 규산질 비료를 활용한 쌀로 만든 막걸리.
포스코와 사회적 기업인 광양주조공사와 함께 만든 프리미엄 막걸리”

▲ 포스코와 사회적 기업인 광양주조공사와 함께 만든 광양生막걸리 골드 프리미엄

코로나 팬데믹으로 동료들과 함께 잔을 기울일 수는 없는 상황, 아쉽지만 두 병을 싸 들고 퇴근해 ‘집술’을 시작했다. 격하게 흔들어 음미한 첫 느낌은 강하고 싱싱한 편. 서울에서 많이들 마시는 특유의 탄산 맛이 배제되어선 지 감기는 맛은 다소 떨어지는 듯 하나, 입안 이곳저곳을 에두르지 않고 감각에 직진하는 술맛이다. 전체적으로 깔끔하고, 정갈하며, 클래식한 느낌. (맛에 대한 취향이 다를 것이기 때문에 막걸리 맛에 대해서는 이 정도로 하고..)

한 잔이 두 잔 되고 두 잔이 석 잔이 되는 사이 막걸리 거품 방울은 유리잔 벽을 타고 뽀글거리고 의식 또한 뿌옇게 하늘거리는데, 문득 이 뽀얀 액체가 식탁 위에 오르기까지 원래의 낱알 원형이 겪었을 서사가 떠올랐다.

막걸리는 쌀로 빚는데, 대개 그 쌀이 어디에서 생산된 것인지를 알기는 어렵다. 기껏해야 국산이냐 수입산이냐의 구분이 있는 정도. 근데 이 막걸리는 전남 광양 진월면 특정 논에서 수확한 쌀로 만들어졌다. 원재료 쌀의 고향이 정확히 특정된 막걸리를 보는 것 자체가 진귀한 경험. 어떻게 이것이 가능하냐 묻는다면, 지난해 우리 포스코 광양제철소 임직원들이 직접 그 논에 비료를 뿌려 땅심을 한껏 북돋아 놓았고 이 막걸리가 바로 그 땅에서 열린 쌀로 탄생한 것이기 때문이다.

그럼 또 하나의 물음표가 생길 것이다. 포스코 직원이 왜 비료를 뿌렸을까. 그냥 비료가 아니라, 규산질 비료라는 점을 짚어야겠다. 규산질 비료는 용광로에서 쇳물을 뽑아내고 분리한 부산물(슬래그)을 급냉, 입상화하여 만든 것이다. 벼의 광합성 작용을 촉진시키고 줄기를 튼튼하게 하며 토양 개량을 도와 밥맛과 쌀 품질을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 현재 한국협화, 제철세라믹, 효석 등 8개사가 포항과 광양제철소에서 슬래그를 공급받아 규산질 비료를 생산, 판매하고 있다. 생산량의 80% 이상은 농협을 통해 농민들한테 무상 공급된다. 산업의 쌀을 만드는 용광로와 우리 식탁 위의 쌀을 키우는 농민들 사이에 연대가 생긴다.

용광로가 낳은 이 비료가 주는 의미가 하나 더 있다. 규산질 비료는 온실가스 배출을 감축하는 그린 카본(Green Carbon) 비료로도 역할을 하고  있단다. 논에서는 미생물의 유기물 분해에 따라 1헥타르 당 하루에 메탄(CH₄) 2.32kg이 방출되는데, 규산질 비료를 뿌려놓은 논에서는 슬래그에 미량 함유된 철이온 등이 전자수용체로 작용해 메탄 생성균의 활성을 저하시킨다. 결과적으로 일반 비료를 사용했을 때와 비교해 메탄 발생량을 15~20% 감소시킨다고 한다. 규산이 풍부한 이 착한 비료는 온실가스 감축에도 기여하고 있는 셈이니, 작은 일이지만 의미가 있다.

정리해 보자면, 산업의 쌀을 만드는 용광로에서 나온 부산물이 규산질 비료의 재료가 되고, 그 비료는 토지의 힘을 키워 벼의 생육과 쌀의 품질을 돕고, 그렇게 수확한 쌀은 맛 좋은 밥이 되거나 시원하게 목을 적셔주는 막걸리가 되고, 그리고 이 꼬리에 꼬리를 무는 과정에서 생태계는 친환경적으로 순환한다! 막걸리 한 병 놓고 이런 이야기를 하게 될 줄이야. 감히 ‘용광로의 마법’이라 부르고 싶다.

요즘 유행이 ‘부캐’라고 하던데, 오늘은 ‘산업의 쌀’을 만드는 본업 외에 ‘진짜 쌀’을 더 맛나게 하고 생태계의 친환경적 순환을 만드는 용광로의 부캐를 발견했다. 끝으로 서사가 가득한 막걸리를 마실 수 있게 해주신 모든 관계자분들께 감사의 인사를 올린다.

주1) 위에서 언급한 광양 生막걸리는 시중에서는 구할 수 없는 기획 상품이다. 포스코는 올 12월, 광양 진월면에서 재배한 쌀을 수매해 지역 양조 전문업체 광양주조공사와 함께 막걸리 1만 3,000병을 빚었고, 관련 농가와 지역민, 지역기관과 함께 나눴다.
주2) 포스코는 포항과 광양의 제철소를 통해 올해 기준 약 28만 톤의 용광로 슬래그를 규산질 비료 재료로 제공했다.
주3) 규산질 비료를 활용해 재배한 쌀에 관하여 전문기관의 분석결과가 있다. 주요 내용은 아래와 같다.

규산질 비료로 재배한 쌀, ‘맛·품질’ 모두 잡았다

l 경상대학교 김필주 교수팀과 경남농업기술원 공동 분석
l 규산질 비료 미시비(未施肥) 쌀 대비 밥맛 10.8% 좋았고 수확량 7.4% 늘어

포스코 철강 부산물로 만든 규산질 비료로 재배한 쌀이 수확량은 물론 맛도 품질도 우수하다는 것이 과학적으로 검증됐다.

경상대학교 농업생명과학대학 김필주 교수팀과 경남농업기술원의 공동연구에 따르면 규산질 슬래그 비료를 뿌려 재배한 벼가 그렇지 않은 벼 대비 생산성과 밥맛, 쌀 품질 특성 등 쌀에 대한 모든 평가 지표에서 월등한 것으로 드러났다. 이번 분석시험은 사천, 순천, 대전 3개 재배지역에서 다른 조건은 모두 동일한 상황에서 규산질비료 처리와 미처리로 구분해 진행했다.

‘규산질 슬래그 비료’는 용광로에서 쇳물을 뽑아내고 분리한 슬래그를 급냉, 분쇄 후 입상화하여 만든 것으로 벼의 광합성을 촉진시키고 줄기를 튼튼하게 하는 가용성규산 약 25~30%, 토양개량을 돕는 알칼리분 약 40~48%로 구성되어 토양의 지력 증진으로 밥맛과 쌀 품질을 향상시킨다.

연구팀의 분석 결과에 따르면 규산질 슬래그 비료를 시비(施肥)한 지역의 쌀은 미시비 지역 대비 밥맛이 10.8% 개선된 것으로 드러났다. 이는 밥맛을 떨어뜨리는 단백질과 아밀로스의 함량이 낮아졌기 때문이다. 일반적으로 단백질과 아밀로스 함유율이 낮을수록 쌀밥은 부드럽고 끈기가 강하고 맛 평가가 높아진다. 또한 벼의 생산성 지표인 이삭수와 등숙률(벼 이삭이 잘 익은 정도)이 모두 우수해 쌀 수확량도 7.4% 개선됐는데, 이는 논 1마지기(200평) 당 24kg 증산이 가능함을 의미한다. 이와 함께 양곡관리법에서 정한 우수등급의 쌀 조건은 낟알이 투명하고 윤기가 있으며 완전립의 비율이 높아야 하는데, 피해립(싸라기와 분상질 등)의 비율은 감소하고 상대적으로 완전립의 비율이 높아져 상품 가치도 한층 높아졌다.

▲ 규산질비료 재배 쌀의 품질 및 효과 분석결과 (출처: 경상대, 경남농업기술원(’20.12))

이에 더해 규산질 비료는 온실가스 배출을 감축하는 그린 카본(Green Carbon) 비료로도 그 가치를 인정받고 있다. 논에서는 미생물의 유기물 분해에 따라 1헥타르 당 하루에 메탄(CH₄) 2.32kg(기본배출계수)이 방출되는데, 규산질 비료를 시비한 논에서는 슬래그에 미량 함유된 철이온 등이 전자수용체로 작용해 메탄생성균의 활성을 저하시켜 메탄 발생이 15~20%가량 감소하기 때문이다. 메탄(CH₄)의 지구온난화지수는 이산화탄소(CO₂)의 21배에 달한다. 규산질 비료는 우리나라 농축산 분야에서 축산 장내발효, 분뇨처리보다도 많은 온실가스를 배출하는 벼 재배 논의 메탄을 저감시켜 국가 온실가스 감축에도 기여하고 있다.

이들의 용광로는 형산강을 사이에 두고 ‘해도동’이라는 동네를 마주보고 있다. 제철소와 가장 가까운 이웃동네다. 그런데 그저 물리적인 거리만 가까운게 아니란다. 제선부에게 해도동은 ‘자매마을’로 불리는 곳이다. 각종 봉사활동은 물론이고, 이곳 아이들을 응원하는 장학회도 운영하고 있다. 장학회는 31년 전 직원들이 삼삼오오 모여 자발적으로 시작한 일인데, 지금에 와서는 그 수가 10개까지 늘어났다고. 현재 10개 장학회에서 총 18명의 학생들에 마음을 전하고 있다. 꺼지지 않는 용광로처럼, 꺼지지 않은 온정이 이 긴 시간 이어져온거다.

포스코 뉴스룸이 포항제철소 제선부에서 가장 오래된 두 장학회의 키다리 아저씨들을 만나 따뜻한 이야기를 나눠봤다.

l 한 울타리 한 가족을 위해, ‘한울장학회’

한울장학회는 1989년 결성되어 31년간 활동을 이어오고 있다. 회원들은 모두 1제선공장 직원 34명. 장학회를 이끌고 있는 조남홍 차장이 이야기를 들려줬다.

Q 한울장학회, 어떻게 만들어졌나요?
A 처음엔 포항시와 영일군 지역 내 소년소녀 가장과 결손가정, 학비를 마련하기 어려운 학생들이 있다는 소식을 듣고 소소하게 시작한 일입니다. 1989년 12월 결성했으니, 운영한지 30년이 넘었네요. ‘한’은 ‘큰’, ‘울’은 ‘우리’라는 뜻으로 ‘우리의 이웃은 모두 한 울타리 안에 있는 한 가족이다’라는 뜻을 담아 한울이라고 이름을 지었어요. 우리가 매일 마주 보는 해도동과 한 울타리를 만들어보자, 그런 거였죠. 지역과 떼려야 뗄 수 없는 포스코 직원이니만큼, 지역사회와 함께 성장하자는 의지가 담긴 장학회입니다.

Q 특별히 ‘학생’들을 후원하는 이유가 있나요?
A 무엇보다 학창시절을 건강하게 잘 나는 게 중요하니까요. 어린 꿈나무들에게 작은 희망이라도 주고 싶었어요. 이렇게 도움을 받으면 이들도 앞으로 성장해서 남을 돕고자 하는 마음을 갖지 않을까 하는 생각도 해요. 그럼 더 나아가 사회도 더욱 건강해지지 않을까요?

▲ 1991년 촬영한 장학금 전달식과 2016년, 2020년의 전달식의 모습. 세월은 흘렀지만 한울장학회의 나눔 활동은 변함없이 이어지고 있다.

Q 개인적으로 기억에 남는 학생이 있다면 소개해주세요.
A 대부분의 학생들이 기억에 남는데요. 음.. 한 친구만 꼽자면, 아버지는 지병으로 어머니는 교통사고로 돌아가시고 일용직 근로를 하시는 외할머니와 생활하고 있는 학생들 집을 방문한 적이 있어요. 12살 여자 쌍둥이와 10살 남동생 한 명이었는데, 그 어린 학생들을 보면서 안타까움을 느꼈던 기억이 나네요. 이 3명의 학생들에게는 중학교와 고등학교까지 학비를 지원했습니다. 세 명 모두 실업계 고등학교로 진학했고요. 졸업 후에는 S기업에 취업도 하고, 남동생은 군대 간다고 연락도 왔더라고요. 작지만 우리가 도움을 준 학생들이 장성하여 사회 구성원으로 어엿하게 살아가는 모습을 보며 기쁘고 감사한 마음이 들었습니다.
아이들이 가끔 편지도 보내주면 작은 나눔 속에 큰 기쁨을 느끼는데요. 아래 편지는 꽤 오래전, 1993년 6월에 받은 편지입니다. 글솜씨가 참 대단한 친구였어요. 졸업 후 직장생활하면서 반려자를 만나 결혼했으니 지금쯤 아이들이 20살은 되지 않았을까 합니다.

▲ 27년 전, 1993년 한울장학회 장학생이 장학회로 보내온 감사편지(이후 생략). 꽤나 오래된 편지지만, 그 안의 온정은 식지 않고 그대로 느껴지는 듯하다.

l 용광로의 온기로 따뜻한 기운을 전하는 ‘양지회’

흔히 음지와 양지라는 말을 많이 한다. 양지회는 양지처럼 따뜻한 기운을 뜻하는 이름. 장학생들이 제선부의 용광로처럼 뜨거운 지혜를 겸비한 이들로 성장하길 바라는 마음을 담아 2제선공장 직원들이 꾸린 장학회다. 장학회 회장 김정학 계장을 만나봤다.

Q 양지회는 올해로 딱 30년을 맞았네요. 직원들 간 ‘무언의 약속’ 같은 활동이라고요.
A 네 현재 57명의 직원들이 함께 하고 있어요. 2명의 학생에게 매달 10만 원씩 장학금을 지급하고 있죠. 많은 돈은 아니지만, 학생들에게 조금이나마 보탬이 될 수 있다는 생각에 모두 이 나눔 활동을 좋아하고 있습니다.

Q 후원하는 학생들을 직접 만나보기도 하셨나요?
A 아쉽지만 직접 만나지는 않아요. 만나고픈 마음은 간절하지만요. 감수성이 예민한 친구들이 혹여나 불편해할까 싶어, 사회복지사분들을 통해 마음을 전하고 근황도 듣고 있습니다. 직원 중에는 장학금을 후원하는 학생과 비슷한 연령대의 자녀가 있는 경우도 많아요. 그래서 좀 더 부모의 마음으로 동참할 수 있는 것 같아요. 현재 저희가 지원하는 학생이 초등학교 6학년, 고등학교 3학년 학생인데요. 저도 사실 우리 집 아이가 비슷한 또래라 그런지 조금 더 신경 써서 활동하게 되더라고요.

Q 오랜 시간 활동을 이어오다 보니 특별한 인연도 생겼다고요.
A 저희 직원들은 장학회뿐 아니라 회사 안팎에서 각자 봉사단에 가입해 지역사회에 도움을 드리려고 노력하고 있어요. 양지회 회원 중에 이승희 사원이라고 있는데, 포항제철소 행복아동지킴이 봉사단에서 1:1 멘토링을 하고 있거든요. 여자아이 한 명을 멘토링 하면서 자주 만나 밥도 먹고 이야기도 나누고 공부 지도도 해주는 활동인데, 알고 보니 이 아이 오빠가 저희 장학회에서 후원 중인 친구인 거예요. 할아버지와 세 식구가 살고 있는 가정인데, 한 가정의 남매를 저희가 동시에 만나고 있었다니 조금 놀랐죠. 좋은 마음이 여기저기로 뻗다 보니 한 가정에서도 만나는구나. 그런 생각이 들더라고요.

▲ 이승희 사원이 행복아동지킴이 봉사단에서 인연을 맺은 멘티 학생과 찍은 사진들. 이승희 사원의 표정에서 행복이 느껴진다. 멘티 학생의 오빠도 제선부 양지회에서 후원 중.

Q 앞으로 양지회는 어떻게 운영될까요?
A 제철소에서는 지역의 노후된 가정이나 시설을 찾아가서 도배, 장판, 방충망 등을 고쳐주는 봉사활동도 하는데요. 그런 봉사와 연계해서 장학회 학생들에게 실생활 면에서도 도움을 주면 좋겠습니다. 앞으로 장학 금액이 더 많이 모이면 신규 장학생을 추가로 선발해서 더 많은 학생에게 혜택 주고 싶네요. 양지장학회에서 전달하는 금액이 큰 액수는 아니지만, 수혜 학생들이 바르고 훌륭한 학생으로 자라는 데 보탬이 되었으면 하는 것이 저희의 바람입니다.

포항 제선부 장학회는 포스코의 대표 기부 사업인 ‘포스코1%나눔재단’과는 별도로 운영되는 자발적 기부 모임이다. 31년간 장학회를 통해 포스코와 인연을 맺은 학생이 300여 명이라고. 따져보면 회사의 기부 프로그램보다도 훨씬 먼저 시작된 일이다. 포스코의 경영이념 ‘기업시민’, 그 원천이 어디인지 어렵게 찾을 필요가 없겠다.

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

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

여러분은 용광로가 어떻게 생겼는지 본 적이 있나요? 아마 교과서 속 사진이나 TV 화면에서 얼핏 본 적이 있을 거예요. 그런데 아마 실제로 본 경험은 많지 않을 텐데요. 아래 사진과 같이 용광로에서 쇳물이 쏟아져 나오는 장면은 익숙하실 거에요.

사진 속의 포스코맨은 용광로에서 쇳물이 잘 쏟아져 나올 수 있도록 출선구(쇳물이 나오는 출구) 주변을 정리하고 있는 모습입니다. 1,500℃가 넘는 쇳물 앞에서도 두려워하지 않고 이런 작업을 할 수 있다는 것은 포스코인들이 가지고 있는 용광로에 대한 열정이 있기 때문이라고 할 수 있어요.

철광석은 용광로에서 녹아 쇳물이 됩니다. 이 쇳물은 다음 공정에서 불순물을 걸러낸 뒤 큼지막한 직육면체 형태로 만들어지고, 각기 다른 공장들로 보내져 다양한 철강제품으로 탄생하게 됩니다. 이를 일관제철 공정이라고 표현하는데요. 쇳물부터 최종 철강 제품이 나올 때까지 쉴 새 없이 흘러가기 때문이라고 생각하면 쉬워요. 용광로나 제철소 전체가 모두 24시간 365일 멈추지 않고 돌아가는 시스템인 겁니다.

용광로에 불이 꺼지면 용광로 자체가 거대한 철 덩어리로 굳어져 버려 부수고 새로 지어야 합니다. 최소 5,000억 원~1조 원 가까운 돈을 들여야 하고 다시 만드는데도 수개월 이상이 소요되죠. 용광로만의 문제로 끝나지 않는다는 것도 문제예요. 제철소는 쉴 새 없이 흘러가는 공정이라고 말씀드렸죠? 용광로 이후 쇳물을 사용하는 공장들이 모두 마비되어버리기 때문에 용광로가 멈춘다는 것은 결국, 제철소가 문을 닫는다는 얘기가 됩니다.

그래서 포스코인들에게 있어 용광로는 ‘신성한 숭배’의 대상과도 같다고 할 수 있어요. ’73년 포항제철소 1고로에 처음 불을 지필 때 태양열을 채화해 불씨를 만들었단 걸 알고 계실까요? 포스코 역사록에는 ‘성화 봉송주자들이 차례 차례 ‘하늘의 불씨’를 넘겨받았다’라고 가슴 뭉클하게 적혀 있어요.

▲ 인간에게 불을 준 프로메테우스를 기리기 위한 성스러운 의식으로 올림픽 성화를 채화하는 모습. 동그라미 안의 사진은 당시 박태준 사장이 포스코 최초의 용광로에 불을 지피기 위해 태양열을 채화하는 모습(‘73.6.7)

하늘이 내린 소중한 불씨를 담아 우리나라에 첫 쇳물을 생산해냈기 때문인지 몰라도, 포스코인들에게 용광로는 반드시 수호해야 할 숭고한 대상으로 자리 잡게 되었어요. 그런데 이 사명감은 고대 페르시아 시대의 종교인 조로아스터교가 제례의식에 사용하기 위한 불을 소중히 다루고, 구석시대인들이 어렵게 지핀 불씨를 보존하기 위해 필사적이었던 것만큼이나 깊고 무거운 것이에요. 하늘의 불씨가 만들어낸 쇳물이 대한민국 제조업 발전의 초석을 이루었고, 우리나라 경제 발전의 모든 곳에 살아 숨 쉬게 되었으니까요.

유럽, 미국, 일본에서는 용광로가 꺼진 제철소들이 여럿 있어요. 어떻게 되었을까요? 위에서도 설명했듯이 용광로만 꺼진 것이 아니고 그에 딸린 다른 공장들을 돌릴 수 없어 결국 제철소가 폐쇄되었죠. 제철소 폐쇄는 지역 경제의 몰락을 가져왔고, 이는 한 나라 전체의 경기 악화라는 아픈 결과를 낳았죠.

즉, 용광로에 불이 꺼진다는 것은 단순히 다시 지으면 된다는 의미로만 바라봐서는 안 될 큰 문제예요. 용광로에 불이 꺼지면 제철소 전체에 불이 꺼집니다. 포스코는 포항제철소에 4개, 광양제철소에 5개의 용광로를 운영하고 있는데 용광로가 꺼지면 지역 경제도 몰락의 길을 걷게 될 것이고, 우리나라 산업과 경제에 큰 악영향을 미칠 수도 있다는 것을 알아야 해요. 그 파급 효과가 어마어마한 거죠.

우리가 잘 느끼진 못하지만, 우리 몸의 ‘심장’이 24시간 365일 힘차게 박동하며 온몸에 피를 순환시켜 숨 쉬게 해주는 것과 같이, 포스코의 용광로는 24시간 365일 쇳물을 쏟아내며 대한민국의 경제를 살아 숨 쉬게 해주고 있다고 생각하시면 될 것 같아요.

▲ 24시간 365일 묵묵히 쇳물을 다루고 있는 포스코맨의 모습

포스코의 용광로들은 Big Data와 AI 등 첨단기술 기반으로 운영되고 있어, 우리나라 최초로 세계경제포럼(WEF)에서  ‘등대공장’으로 지정되기도 했는데, 오늘날과 같은 첨단 시대에도 포스코인들의 용광로에 대한 ‘성스러운 의식’은 여전히 살아있답니다.

소박하고 귀여운 질문에 너무 무거운 답변을 드려서 죄송한 마음이에요. 하지만, 포스코 뉴스룸 운영팀들도 포스코인으로서 쇳물이 가지고 있는 의미가 정말 무겁고 큰 사명감이라고 느껴져 자세하게 설명드리게 되었어요. 그럼, 다음 시간에도 흥미로운 철 이야기를 가지고 찾아올게요~

* 도움말 주신 분: 포스코 포항제철소 제선부 기술개발섹션 이종복 리더, 박준석 사원

<Summer Steel School> 시간이 돌아왔습니다. 다들 방학 알차게 보내고 있나요?

지난 1교시에 예고한 대로 오늘은 과학 수업을 할 건데요. 과학에 흥미를 잃거나 관심이 없는 과포자(과학 포기자) 학생들을 위해 목정완 과학커뮤니케이터가 일일 선생님이 되어 철이 어떻게 만들어지는지 쉽게 설명해주실 거예요. 자, 어떤 내용이 기다리고 있을지 기대되죠? 목정완 선생님의 이야기를 지금부터 들어볼까요?

여러분 안녕하세요! 과학을 쉽고 재미있게 전달하는 과학커뮤니케이터 목정완입니다.
<Summer Steel School>을 통해 여러분과 만나게 되어 반갑습니다.
오늘은 우리 주변에 많은 철이 과연 어떻게 만들어지는지 과학적으로 재미있게 파헤쳐보려고 해요.
자, 그럼 시작해볼까요?

[알아보기] 철, 무엇으로 어떻게 만들어질까?

여러분이 앉아있는 의자, 주머니에 들어 있는 스마트폰 등, 사실 철(Fe)이 들어있지 않은 물건을 찾는 것이 훨씬 어려울 거예요. 심지어 철은 지금 이 순간에도 우리 몸에 돌고 있는 혈액 안에서 산소를 운반하고 저장하는 역할도 하고 있답니다. 우리 원소주기율표를 한번 볼까요?

▲ 고등학교 화학1 (미래엔) p.84, 85

고등학교 화학1 교과서(미래엔)의 주기율표를 볼게요. 철은 주기율표에서 26번째에 있는 원자번호 26번의 원소로, 기호로는 ‘Fe’라고 표기해요. 라틴어로 철을 ‘ferrum(페럼)’이라 하는데 원소기호 ‘Fe’는 바로 여기서 나왔습니다. 우리가 살고 있는 지구의 무게를 재면 약 35%를 철이 차지하고 있다고 하는데요, 지구의 중심인 핵 역시 녹아있는 철로 이루어져 있습니다.

이렇듯 우리가 사는 지구를 구성하는 중요한 원소인 철은 우리가 일상 생활에서 사용하는 금속의 95% 이상을 차지하고 있기도 해서 없어서는 안되는 필수 원소 중에 하나입니다. 우리가 매 순간 사용하고 있는 철! 처음부터 이 모습은 아니었겠죠? 그 기원을 찾아 오르고 올라가다 보면 밑의 사진과 같이 투박한 모습의 ‘철광석’까지 다다르게 됩니다. 우리가 항상 봐오던 매끈한 철과는 많이 다르게 생겼죠?

▲ Photo © Richard Webb

이 철광석을 바로 쓰기에는 모양도 투박하고, 무엇보다도 철 이외의 불순물들이 너무 많이 들어있기 때문에 그대로 사용할 수 없는데요. 여기서 용광로가 등장하게 됩니다! 우리가 교과서나 TV 등을 통해서 많이 접했던 빨간 쇳물을 만들어내는 것이 바로 용광로예요. 겉에서 볼 때는 그냥 뜨겁게 열을 가해서 쇠를 녹여내는 것 같지만 안을 들여다보면 정교한 장치들이 숨겨져 있어요.

▲ 고등학교 통합과학 (미래엔) p.176

고등학교 통합과학(미래엔) 교과서를 살펴볼까요? 철광석은 용광로에 바로 들어가는 것이 아니라, 용광로에 넣기 좋게 다듬는 과정을 거쳐요. 다듬어진 철광석과 연료로 사용될 코크스는 용광로 안으로 들어가서 차곡차곡 쌓이는데요. 마치 샌드위치를 만들 때처럼 한 겹 한 겹 번갈아 가며 쌓여 무려 ‘40~50층’까지 이룬다는 사실! 이렇게 철광석과 코크스를 잘 쌓이는 사이 용광로 아래에서 아주 강한 열풍을 불어 넣어요.

그런데 이 열풍에 들어 있는 산소(O₂)가 코크스(C)와 반응을 하면서 다시 한번 열을 방출하게 되는데요. 이 과정을 통해서 용광로 내부 온도는 마그마보다도 훨씬 뜨거워져요. 최대 2,300℃ 까지도 올라가게 된답니다.

▲ 고등학교 화학1 (미래엔) p.180

고등학교 화학1(미래엔) 시간에 배우는 것처럼, 철광석은 자연상태에서 철이 산소와 결합해 있는 산화철(Fe₂O₃)의 형태가 되고, 이 산화철이 산소와 코크스의 반응물인 일산화탄소(CO)와 만나면서 산소를 떼어내고 순수한 철(Fe) 상태가 됩니다. 이렇게 순수해진 철은 녹아서 용광로 밑으로 떨어지게 되는데, 요 녀석들이 바로 우리가 많이 봐온 시뻘건 쇳물이에요.

그런데 용광로는 이렇게 세밀하고 다양한 과정들이 동시에 일어나는 장소이기 때문에, 주기적으로 점검을 해줘야 해요. 그러기 위해서는 용광로에 뜨거운 열풍을 넣어주던 것을 잠시 쉬는 과정(휴풍)이 필요합니다. 휴풍을 하게 되면, 늘 바람이 계속 들어오기 때문에 높아졌던 용광로 내부의 압력이 낮아지는 상황이 생기게 됩니다.

용광로의 윗부분에는 철광석, 코크스 등이 반응하면서 생기는 다양한 가스들이 있게 되는데, 내부 압력이 낮아지면 용광로 밖에서 안으로 공기가 유입될 가능성이 커져요. 그러면 자칫 폭발이 일어날 수 있게 되기 때문에 수증기 등을 넣어서 압력을 높게 유지하게 됩니다. 그런 과정에서 일정한 압력을 유지하기 위해 블리더(bleeder)라는 밸브를 열어서 5분가량 내부 가스들을 내보내기도 하는데요. 이때 배출되는 기체의 양은 사실상 미미해서 자동차 십여 대가 하루 운행하는 정도라고 하니, 용광로 근로자분들의 안전을 생각한다면 꼭 필요한 과정이라고 할 수 있겠죠?

[심화학습] 일상 속의 철

그렇다면 용광로에서 만들어진 철이 곧바로 우리의 일상생활에 쓰이게 되는 걸까요? 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 철사나 철근, 포크는 다 철로 만들어졌는데, 모양도 색깔도 그리고 강한 정도도 서로 다르지 않나요? 철광석에서 쇳물로 재탄생한 후, 철이 우리 손에 들어오기 전까지 뭔가 특별한 일들이 벌어지는 것이 분명합니다. 제가 직접 그 비밀을 파헤쳐 볼게요!

보통 ‘철’이라고 하면 순수한 철(Fe)을 떠올리게 되는데요. 사실 100% 순수한 철은 만들기도 굉장히 어려울 뿐 아니라, 다양한 용도로 사용되기가 어렵습니다. 순수한 철은 우리가 일반적으로 생각하는 철에 비해서 훨씬 물러서 위의 그림처럼 옆으로 밀거나 하는 힘에 약하거든요. 그래서 철 원자들 사이사이에 탄소를 넣어서 단단하게 만들거나 또 다른 금속들을 섞어서 합금을 만들어 사용하곤 합니다.

여러 금속을 철과 함께 섞으면 본래 철이 지니지 못했던 여러 특성이 새롭게 생기기도 하는데요. 그렇다면 우리는 철과 어떤 성분을 섞어 합금을 만들어 사용하고 있을까요?

▲ 중학교 과학3 (동아출판) p.78(왼) / p.277(오)

합금의 대표적인 예가 스테인리스강이에요. 스테인리스강은 철(Fe)에 니켈(Ni)이나 크롬(Cr)을 섞어서 만들어요. 중학교 3학년 과학 시간에 배우는 것처럼 철이 가지고 있는 단점 중 하나가 쉽게 녹이 슨다는 것인데요. 이 단점을 보완하기 위해서 철에 니켈이나 크롬을 섞으면 바깥쪽 표면에 보호막(산화막)이 생겨서 내부로 녹이 침투하지 않도록 막아주게 된답니다.

스테인리스강처럼 보호막이 없으면 철은 녹이 슬 수밖에 없는데요. 철은 녹이 슬어도 원래의 품질과 특성 그대로 100% 다시 태어날 수 있어요. 그래서 철은 세계에서 가장 많이 재활용되는 친환경소재랍니다. (‘포스코는 에코 드라이버’ 카드뉴스 보기)

<교과서 밖 이야기> 더 단단한 철 만들기!

중세 시대가 배경인 영화나 드라마에서 대장장이가 쇠를 두들기는 장면, 본 적 있죠? 그런데 그건 왜 하는 걸까요? 새로운 금속을 섞어서 합금을 만드는 것 같지도 않은데 말이에요. 사실 합금을 만드는 것 말고도 철이 가진 특성을 바꿔줄 수 있는 방법이 있는데요! 여러분이 영화에서 봤던 담금질도 그중 하나입니다.

▲ 왼쪽은 눈의 결정, 오른쪽은 철의 결정이에요. 쇳물에서 쇠로 굳어지는 과정에서 눈에 보이지 않는 수많은 결정이 생긴답니다.

물이 얼어붙는 것을 상상해볼까요? 물은 왼쪽 사진처럼 아름다운 결정을 만들면서 얼곤 합니다. 온도 그리고 습도에 따라서 결정의 모양과 크기는 다 달라져요. 철의 경우도 비슷합니다. 쇳물에서 쇠로 굳어지는 과정에서 눈에 보이지 않는 수많은 결정이 생기게 되는데요. 이 결정의 모양에 따라서 철의 성질이 달라집니다. 오른쪽 사진처럼 동글동글한 모습의 철은 상대적으로 강하지가 않은데요. 이 철이 높은 강도를 갖게 하기 위해서 쇠망치로 두들기며 담금질을 하는 거예요.

포스코 제철소에서는 망치 대신 큰 롤러들을 이용해서 강한 힘으로 균일하게 철을 밀어주어서 더 높은 품질의 철강 제품들을 만들어내게 됩니다. 이 과정을 압연과정이라고 해요.

자, 지금까지 저와 함께 우리가 매일 사용하는 철이 어떻게 만들어지는지에 대해서 쭉 알아보았어요. 철이 내 곁에 오기까지 이렇게 많은 과정들을 겪고 들어 왔다니 왠지 짠한 마음이 들기도 하는데요. 철은 한 곁에서 묵묵히 애써주는 철에게 고마운 마음을 가져보는 것은 어떨까요?

오늘 준비한 수업은 여기까지입니다. 조만간 저 목정완 과학커뮤니케이터가 새롭고 더욱 재미있는 콘텐츠들로 포스코 뉴스룸에 다시 찾아 올게요. 그럼, 다음에 또 만나요!

목정완 선생님과 함께한 <Summer Steel School> 2교시, 재미 있었나요? 과학 교과서에 나온 내용을 살펴보며 철에 대해 배우는 알찬 시간이었던 것 같은데요! 다음에 이어질 3교시에는 1교시, 2교시에 살펴봤던 내용을 실제로 체험할 수 있는 곳을 소개해드리려고 합니다. 여러분의 즐거운 여름방학을 위해 앞으로도 <Summer Steel School>은 쭉 이어질 테니, 많은 기대 부탁드려요~!

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!