국내 유일 타이타늄(Ti) 리사이클링 취급
플라즈마 아크 멜팅 장비 도입으로 효율성↑

타이타늄은 군사용 항공기에서 가장 높은 비율로 적용되어 왔으며 민간 항공 운송 분야에서 폭발적으로 수요가 증가하고 있다.

항공용 타이타늄 소재의 경우 항공, 국방 및 일반 산업 등의 용도로 전체 시장 중 90%를 차지한다. 특히 항공기용으로는 전체 시장에서 49%의 비중을 가진다.

항공 시장은 주로 미국 및 러시아 위주로 기술과 시장이 주도된다. 항공용 타이타늄 소재 생산국인 러시아와 스펀지 타이타늄 생산국인 우크라이나가 전쟁을 진행 중이기 때문에 타이타늄 원료 가격 급등 및 타이타늄 소재 공급 체인에 대한 우려가 공존하고 있다.

현재 타이타늄은 미국, 중국, 일본을 제외한 대부분의 국가들이 타이타늄 전신재를 수입하고 있다. 우리나라는 세계 5위 수입국으로 국내 타이타늄합금 전신재 제조 기반에 취약하다.

최근 산업연구원과 한국재료연구원이 실시한 국내 국방핵심소재 자립화 및 공급망 강화 실태조사에 따르면 2022년 기준 타이타늄 합금 99.8%가 해외에서 조달되고 있다.

이처럼 타이타늄 국산화의 필요성이 커지고 있는 상황에서 기자는 국내에서 유일하게 타이타늄을 리사이클링하는 동아특수금속을 만나봤다.

동아특수금속은 2006년 8월에 설립해 국방, 우주, 항공, 화학, 의료 등 고부가가치 산업 전반에 발생되는 타이타늄, 니켈 등 특수금속 스크랩을 전문적으로 리사이클링해 국방, 우주, 항공, 의료 등 4차산업에 필요한 소재를 국산화한다. 희소금속 스크랩은 국내에서 리사이클링되지 못하고 해외로 수출되는 경우가 대부분이었지만 동아특수금속이 2016년 상반기부터 관련 기술을 개발해 국내외 리사이클링 소재를 공급하고 있다. 희소금속 선진국가인 미국, 일본, 유럽 등 글로벌 16여개국에 제품을 판매하고 있다.

타이타늄은 복잡다형상 성질을 가지고 있어 주로 타이타늄 스펀지 형태로 사용된다. 타이타늄 스펀지 제조사는 일본, 중국, 러시아, 우크라이나, 카자흐스탄으로 제한되어 있어 구매가 어려우며 생산할 때 환경 오염 이슈가 매우 커 ESG 경영을 방해하는 요소로 작용한다. 관계자에 따르면 타이타늄 광석에서 타이타늄을 추출할 때 나오는 이산화탄소는 철의 4.63배로 리사이클링 타이타늄으로 대체할 경우 95% 저감 효과를 얻는다.

동아특수금속은 타이타늄 스크랩을 코블 머신에 넣어 타이타늄 대체품인 타이타늄 코블(cobble)을 생산한다. 고객의 요구에 부응하기 위해 타이타늄 코블을 압축한 브리켓 형태로도 만들 수 있다. 타이타늄 코블을 압축한 브리켓은 퍽(puck)이라고도 지칭하며 관계자는 퍽 형태로 사용하면 무게 측정에 용이하다고 밝혔다.

코블을 생산한 후 ▲용해 ▲잉곳 생산 ▲단조 ▲봉·선재 생산 과정을 거친다. 동아특수금속 함안 공장에서는 코블,용해, 잉곳 생산을 하며 봉재 및 선재 생산은 경산 공장에서 진행된다.

함안 공장 외부에는 열교환기 스크랩을 찾아볼 수 있다. 열교환기 스크랩은 화학 및 조선 산업에서 주로 발생하며 타이타늄 스펀지 대체품인 코블로 탈바꿈하게 된다.

내부로 들어가면 금속을 용해하는 플라즈마 아크 멜팅 장비(Plasma Arc Melting, PAM)가 있다. 플라즈마 아크 멜팅 장비는 고출력 플라즈마 아크 토치를 이용해 정제하며 타이타늄, 바나듐, 몰리브덴, 지르코늄 등 고윰점 금속을 용해할 수 있다. 녹이는 패턴을 기술이전 받아 금속별로 맞춤 용해가 가능하다.

플리즈마로 용해된 용융 금속은 화학적 조성을 균일하게 하고 지속적으로 잉곳을 생산하기 위해 유도 스컬 용해(ISM)로로 전달된다. 플라즈마 아크 장비는 위드드로우(Withdrawal) 방식으로 잉곳을 생산한다. 위드드로우 방식은 잉곳을 아래 방향으로 인출한다. 또한 구리 냉도가니에 의한 오염이 없고 맞춤형 화학적 조성으로 합금화할 수 있다. 해당 방식은 상황 및 소재 등 커스터마이징이 간편하다. 이외에도 플라즈마 아크 토치를 이용해 용해하기 때문에 모합금을 만드는데 용이하다. 관계자는 다른 방식을 사용할 경우 모합금 잉곳을 생산할 때 하루에서 이틀이 소요되지만 플라즈마 아크 멜팅 장비는 하루만에 생산할 수 있어 작업의 효율성이 크다고 설명했다. 유도 스컬 용해에 의한 완벽한 균질화, 연속적인 인출과 구리 냉도가니에 의한 오염이 없어 고품질의 잉곳이 생산 가능하다.

또한 동아특수금속에는 정밀 주조품과 3D프린팅용 봉재를 만들 때 사용하는 유도 스컬 용해(Induction Skull Melting, ISM) 장비도 존재한다. 주로 타이타늄 및 니켈 등 합금류가 사용된다.

공장에서는 제강용 원료로 사용되는 페로티타늄도 볼 수 있다. 페로티타늄은 철강 생산에서 탈산 및 탈가스화 원료, 3D 프린팅용 분말 재료, 플럭스 코어드 와이어 및 특수강 제조용 분말, 페인트,바니시, 래커 등에 쓰인다. 페로티타늄 합금은 초고장력 자동차 강판, IF강(Interstitial Free Steel) 등 고급강 제조에 필요하다. 동아특수금속은 다양한 타이타늄 스크랩을 활용한 Low-N,O의 페로티타늄 제조기술을 개발해 고품위 페로티타늄을 사용자 요구에 맞추어 생산하고 있다.

페로티타늄은 반진공 용해로를 통해 생산된다. 타이타늄 70%, 철 30%로 구성되며 타이타늄 스크랩과 철스크랩이 배합비에 맞춰 투입된다.

한편, 동아특수금속은 리사이클링을 통해 생산된 주물용 타이타늄 소재로 해외시장을 공략하고 국내 시장에 진입하기 위해 노력하고 있다.

동아특수금속은 2016년부터 포스코 등의 기업에 리사이클링된 타이타늄 소재를 공급했지만 코로나로 인한 철강산업 침체, 가격문제 등으로 공급을 중단하고 최근까지 미국, 유럽 등의 해외시장 공략에 주력해왔다. 회사 관계자는 해외에서 품질을 인정받았기 때문에 더 고도화된 산업들에서 사용될 수 있을 것이라 판단하고 국내에서 수입되고 있는 소재를 당사의 제품으로 대체하겠다고 전했다.

장재이 동아특수금속 부사장은 “현재 국내에서 티타늄 베이스의 합금기술을 보유한 기업들이 소재를 찾고 있다”며 “저가 중국산 스펀지와의 가격은 차이가 날 수 있겠지만 품질에 대한 AS와 피드백면에서 더 우수하기에 결국 당사의 소재를 쓰게 될 것”이라고 설명했다.