[랩큐멘터리] 1700도 극한에서 깨끗한 철이 탄생하기까지

포스텍 고청정 철강 연구실

 

철광석과 석탄을 용광로에서 녹이면 '용선'이라고 부르는 고온의 쇳물이 만들어 진다. 이 쇳물이 곧장 산업의 쌀이라 부르는 철강 제품이 되지는 않는다. 용선에는 유황과 인과 같은 다양한 불순물이 함유되어 있고, 제강 공장에서 이 불순물을 제거해서 깨끗한 쇳물인 '용강'을 만들어야 한다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고, 용강이 가진 불순물이 완벽히 제거되지는 않는다. 용강의 온도는 최대 1700도에 이르기 때문에, 용강과 접촉하는 모든 물질은 용강으로 녹아 들어 다시 불순물이 된다.

철강·에너지소재대학원 강윤배 교수가 이끄는 '고청정 철강 연구실'은 다양한 종류의 불순물을 제어하여 극한의 깨끗한 철을 만드는 기술을 연구하고 있다. 다양한 고온 화학 반응을 통해 불순물 제거를 꾀하며, 이를 모사한 고온 반응 실험과 열역학과 반응속도, 물성에 기반을 둔 이론 해석을 병행하고 있다.

포스텍 철강·에너지소재 대학원 강윤배 교수

철은 주기율표 상에 있는 여러 금속 중 다양한 다른 원소들을 녹여 내는 특별한 성질을 가진 금속이다. 이러한 성질이 극한의 깨끗한 철을 만드는데 장애 요소가 된다. 또한, 반응 특성과 고온 물성을 비롯하여, 저렴한 방법으로 깨끗한 철을 만들기 위해 다양한 복합 사고를 필요로 한다. 연구팀은 이런 어려운 조건이 도전 의식을 불러 왔다고 말한다.

연구팀은 현재 유황, 인, 산소등 불순물 제거 기술과 용강과 접촉하는 다양한 물질들과의 반응을 연구하고 있다. 연구를 통해 철의 재활용 시 문제가 되는 구리, 주석등의 불순물을 기화시켜 제거하는 과정을 세계 최초로 밝혔고, 이를 예측하는 모델도 함께 개발했다. 미래에 철광석이 고갈되거나, 탄소 중립 사회에서 요구되는 저탄소 철강 생산 기술의 개발에 도움이 될것으로 기대 된다. 이외에도 청정도의 요구가 높은 자동차용 강재의 생산 공정에 고질적 문제였던 용강 이송 시스템의 막힘 원인도 고온 실험과 이론 해석을 통해 밝혀내어 관련 분야 기술 개발에 기여하였다.

고청정 철강 연구실은 철강 관련 기초 학술 연구부터 생산 현장에 필요한 기술 개발까지 다양한 연구를 수행하고 있다.

강 교수 연구실은 올해로 24년째를 맞는다. 은퇴한 강 교수의 지도 교수가 1997년에 설립한 연구실을 이어 받아 현재까지 활발한 연구 활동과 고급 인력 배출에 매진하고 있다. 철강 기업 포스코와의 유대 관계도 지속해 오고 있으며, 다수의 졸업생이 철강 기술 연구소, 생산 현장 및 대학에서 중심 인력으로 활동하고 있다. 철강 관련 기초 학술 연구부터 생산 현장에 필요한 기술 개발까지 다양한 연구 폭을 보이고 있다.

강 교수 연구팀은 앞으로 환경과 가격 경쟁력 문제를 반영한 연구로 연구 내용을 확장해 나갈 계획이다. 이미 고철 재활용을 통한 저탄소 및 재활용 공정에 관심을 가지고 연구를 수행해 왔으며, 향후 저급 원료를 사용하지만 고품질의 철강 재료를 생산할 수 있는 기술 개발에 집중한다는 계획이다. 강 교수는 “새로운 물질의 합성이나 개발보다, 철강 재료의 생산에 아직 해결되지 못한 난제를 해결하고자 한다”고 말했다

포스텍 고청정 철강 연구실 보러가기 https://youtu.be/P56jDSZanew

※대학 연구실은 인류의 미래에 어떤 일들이 펼쳐질지 엿볼 수 있는 창문입니다. 인류 지식의 지평을 넓히는 연구부터 실제 인간의 삶을 편하게 하는 기술 개발까지 다양한 모험과 도전이 펼쳐지고 있습니다.  오늘도 연구실마다 교수와 연구원, 학생들이 머리를 맞대고 열정을 펼치고 있습니다.  연구자 한 명 한 명은 모두 하나하나의 학문입니다.  동아사이언스는 210개에 이르는 연구실을 보유한 포스텍과 함께 누구나 쉽게 연구를 이해할 수 있도록 2분 분량의 연구실 다큐멘터리, 랩큐멘터리를 매주 화요일과 목요일 소개합니다. 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]