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철야금 열역학의 신공정 응용

전문가 제언: ○ 제강에서 산소에 의한 탈탄반응과 용철/용융슬래그 간 반응은 1600℃이상의 고온에다 강한 교반상태에서 일어나므로 제강반응은 거의 평형상태를 유지하면서 진행한다. 또 평형상태의 계산에 필요한 반응정수, 용철 및 슬래그 성분의 활동도 등에 관한 열역학 자료는 충분히 확립되어 있으므로 조업과정의 성분변화나 최종성분은 열역학 계산으로 예측이 가능하여 제강조업의 설계와 평가에 유용하게 이용되고 있다.

○ C, Mn, Si, P, S, N 등을 함유하는 다성분계 용철에서 용질성분의 활동도는 Wagner가 도출한 공존성분간의 상호작용계수(εi(j))를 고려하여 계산이 가능하다. 용질농도가 희박용액을 초과하는 경우에는 Darken의 2승 형식 모델을 적용할 수 있으나 적용농도의 범위에는 한계가 있다. 원문에서는 2승 형식에 Redlich-Kister형 다항식을 이용한 새로운 용액모델을 Fe-Ni합금의 Al탈산 해석에 적용한 결과를 소개하고 있다. 이 모델에 나오는 많은 다항식 계수(oΩi-j, 1Ωi-j)의 물리적 의미는 모호하지만 고농도 용질의 활동도를 계산할 수 있는 점은 의미가 크다.

○ 빈광(poor ore)과 저품위 석탄의 이용기술로서 페로코크스(ferro cokes)의 제조 기술은 이미 개발되어 고로조업에서 코크스 소요량의 약 30%를 페로코크스로 대체하면 10%의 에너지 절감효과가 가능한 것으로 보고되고 있다. 또 분철광석(Fe2O3)의 환원으로 제조한 Fe3C와 환원철은 전기로 제강에서 Cu, Sn의 축적이 심각한 스크랩 대체용으로 유용성이 기대된다. 동제련의 슬래그나 폐윤활유로부터 Mo를 회수하는 기술은 산업폐기물의 유효이용 면에서 바람직하다. 이들 신기술의 가능성을 예측하고 실현시키는 데에도 야금열역학의 응용이 필요하다.

○ 국내에서도 철야금 열역학은 제선, 제강공정의 조업설계와 평가에 활용되고 있으며 재결정, 석출, 상변태 등을 예측하는 야금학적 모델도 압연강재의 재질예측에 활용되고 있다. 학계와 연구계에서는 제1원리 열역학 계산에 의한 나노재료의 설계와 특성평가도 연구되고 있다. 과거에는 기술이 선행하고 열역학은 이론적 뒷받침에 주로 이용되었으나 현재는 신공정이나 신재료의 설계에 열역학적 검토가 선행하여 신기술 개발의 효율성을 높이고 있다.

저자: Mitsutaka Hino
자료유형: 학술정보