철강 제조 공정 상세 설명(제철 공정 용접관 열간압출 냉간필거 심레스 강관 냉간 인발)
제철 공정
- 제철 공정은 제선, 제강, 압연 3가지 공정으로 분류하여 제조합니다.
- 제선 : 철광석과 부원도(코크스/유연탄을 가열해서 만든) 고로(용광로)에 녹여 용선(쇳물, 선철)을 만드는 공정입니다.
- 제강 : 용선의 불순물을 제거하고 성분 조정을 통해 강종에 적합한 용강(쇳물)을 만들고 일정한 치수의 반제품인 슬래브, 빌렛, 블룸을 만드는 공정입니다.
- 압연 : 제강 공정에서 나온 반제품을 다양한 압연공정을 통해 철강 제품(냉연, 열연, 후판, 빌렛 등)을 만드는 공정입니다.
- 제철공정 : 고로 – 전로 – 정련로 – 연속주조 – 슬래브 – 사상압연 – 열연강판(코일)
용접관 제조 공정
- 파이프 제조공법에는 이음매(용접부)가 없는 심레스 강관(무계목 강관)과 판재를 길이 방향으로 말아 접촉부를 용접한 용접관이 있습니다.
- 용접관의 재료가 되는 판재(철판)는 포스코나 현대제철에서 열연코일(열간압연 코일)과 냉연코일(냉간압연 코일)이 있습니다.
- 용접관의 종류에는 ERW(전기저항 용접강관 : Eletric resistance welded), SAW(Submerged Arc welding)가 있으며, 용접관을 제조하는 공정을 조관이라 하며 제조사를 조관사라고 합니다.
- 대표 공정 : 열연코일 – 슬리팅 – 엣지밀링 – 밧드용접 – 포밍 – 용접 – 비드컷팅 – 노말라이징(용접부 열처리)
용접관 공정 설명
- 원재료 : 표스코나 현대제철의 공정을 통해 생산된 열연코일
- 슬리팅 : 용접과의 사이즈에 맞춰 길이 방향 절단
- 밧드용접 : 슬리팅을 완료한 철판(스켈프)를 용접으로 연결 후 길이가 긴 코일을 생산함
- 엣지 밀링 : 절단된 스켈프의 양면을 밀링 가공으로 다듬어 주는 공정
- 포밍 : 스켈프를 포밍롤에 파이프 모양으로 말아주는 공정
- 용접 : 포밍에서 말아진 파이프 접촉면을 전기저항으로 용접
- 비드커팅 : 용접부 비드를 깔끔하게 다듬어 주는 공정
- 용접부 열처리 : 노말라이징 열처리로 불균일한 용접부의 조직을 균일하게 하는 열처리 공정
- 수압시험 : 용접관의 결합여부 확인을 위해 물을 채워 압력을 가해 누수 확인
제강공정
전기로(철 스크랩을 전기로 녹여 쇳물을 만듬)
제철공정과 다르게 선철리 아닌 철스크랩(고철)을 전기로에 전극봉을에서 발생하는 고전류 아크열로 녹여 쇳물을 만들어 빌렛, 블룸 등의 반제품을 만드는 공법
- 정련로 : 전기로에서 나온 쇳물을 담아 아크열을 이용해 승온시켜 합금성분을 조정함
- 진공탈가스장치: 진공상태에서 쇳물 속의 수소, 질소, 산소 등의 가스와 불순물(비금속개제물)을 제거함
- VD : 쇳물을 담은 래들을 탱크 형태의 설비에 넣어 진공상태에 노출함
- RH : 래들 속에 있는 쇳물을 별도의 벳셀속으로 환류시켜 진공상태에 노출함
- 연속주조 : 쇳물을 연속적으로 주형을 통해 주조해서 반제품(블룸, 빌렛)을 제작
- 빌렛 : 소형 봉, 형강, 선재
- 블룸 : 중형 대형 봉강, 형강 빌렛, 스켈프 등 대형 반제품
- 압연 : 가열로 열간온도로 가열 후 조압연기에서 조압연(분괴압연)을 거쳐 원하는 치수로 사상 압연 후 최종 형상으로 제작
- 정정 : 교정 및 비파괴 검사를 하고 추가 2차 가공인 선삭으로 결함과 탈탄을 제거함
- 고로법과 전기로법 비교
고로(용적 5,250m^3 기준)
- 원료 : 철광석, 석회석
- 열원 : 코크스 + 열풍 1,538℃
- 방법 : 철광석과 코크스를 용광로 상부에 투입, 하부에서 고온의 열을 주입(코크스가 용해되면서 철의 환원 작용 발생)
- 건설비용 : 약 3조원
- 가동조건 : 화입을 하면 끌수 없음
- 조업간격 : 출선구 4개, 순차적으로 1일 약 10회 출선, 1택 3~4시간동안 약 1,500~2,000톤 출선
- 일조업량 : 1만~2만톤 용선 생산
전기로(100톤 기준)
- 원료 : 철스크랩(고철)
- 열원 : 전극봉에서 발생하는 고전류 아크
- 방법 : 스크랩 원료 장입 후 전극봉에 아크를 발생시켜 생가는 전기에너지로 스크랩을 녹이고 환원작용을 발생시킴
- 건설비용 : 약 1조원
- 가동조건 : 전기만 있으면 수시로 가동
- 조업간격 : 출강구 보통 1개구, 일일 다회 출강(1택에 약 1시간 소요), 1택 20분동안 약 100톤 출강
- 일일조업량 : 약 1~2천톤 용강 생산
- 제강공정(전기로법) + 열간압출
- 심레스파이프 공법 중 하나인 압출 공법은 제강 및 압연공정 완료 된 빌렛으로 열간압출 공법을 추가하여 만들어짐
- 특수강인 스텐인레스강, 니켈합금강 심레스 파이프를 만들 때 쓰임
열간압출
- 소정가공법 중 하나인 열간압출은 심레스강관을 제조하는 공법 중 하나입니다.
- 스테인레스강 및 니켈합금을 심레스 강관으로 제조할 때 적용합니다.
- 제강공정으로 생산된 라운드 빌렛을 절단하고 심레스 제조공정과 다르게 보링 공정을 통해 약간의 구명을 뚫고 프레스로 확관 후 고주파가열기에서 열간온도로 가열, 압출기에서 프레스로 밀어 금형을 연속으로 통과하면 원하는 사이즈와 두께를 얻을 수 있습니다.
냉간필거
- 압연공법을 이요해 파이프를 냉간상태에서 단면감소시켜 원하는 외경과 두께를 얻는 가공법입니다.
- 냉간인발과 같이 외경과 두께를 축소시키는 방법은 동일하나 냉간필거는 압축력을 이용하는 공법입니다.
- 중간에 홈이 나있는 압연롤러가 상/하로 위치하고 회전하면서 일정거리를 전.후 왕복 운동을 하면 중간에 맨드릴이회전하면서 밀어주면 롤이 소재를 조금씩 다지면서 외경은 축관되고 맨드릴에 의해 내경이 만들어 지면서 외경과 두께 치수가 결정됩니다.
심레스강관 공정
- 심레스강관은 용접부가 없는 강관으로 무계목강관 이라 하며, 용접부가 없어 품질적으로 우수합니다.
- 주요 공정으로 빌렛가열 – 천공압연(Piercing) – MPM(Multi stand pipe mill) – 재가열 – SRM(Stretch reducing maill) – 냉각 순서로 진행 합니다.
천공압연
- 심레스강관의 대표 제조방법으로 만네스만 천공압연법이 있습니다.
- 빌렛(환봉)을 약1,250℃로 가열한 후 항아리꼴 형상의 롤러를 상.하부에 위치하여 교차로 회전하는 롤 사이로 빌렛을 통과시키면 롤의 압축에 의해 외경이 줄어듭니다.
- 빌렛이 회전하며 이동하는 방향의 끝단부터 내부에는 금속이 늘어나는 인장력이 작용해 중심부에 구멍이 생기는 동시에 반대편에서 총알 모양의 금형인 플러그가 밀어주면서 구멍(천공)이 뚫려 파이프가 만들어지는 강관을 심레스 강관이라고 합니다.
MPM(Multi stand pipe mill)
- MPM공정은 맨드릴 압연 이라고도 하며 천공(피어싱)된 파이프를 가열된 상태에서 맨드릴을 삽입 후 여러개의 롤스탠드를 통과하면서 외경 크기가 줄어듬과 동시에 두께가 얇아지면서 두께 치수가 결정됩니다.
SRM(Stretch Reducing Mill)
- 압연된 파이프를 재가열한 후 롤 스탠드가 많은 압연기에 맨드릴 없이 연속으로 통과하면서 외경을 감소시켜 최종 외경 치수가 만들어 집니다.
심레스 제조공정
- 빌렛 – 빌렛 절단 – 빌렛 가열 – 피어싱 – MPM압연 – 튜브 절단 – 냉각대 – SRM압연 – 재가열 – 온라인검사 – 열처리 – 교정 – ECT – UT – 제품 절단
냉간인발
- 심레스 파이프나 ERW모관 또는 환봉을 냉간상태에서 잡아당겨 금형(다이슨)을 연속으로 통과시키는 공법입니다.
- 단면을 감소 시켜 요구하는 치수와 강도로 파이프 또는 형상재를 제조하는 공정입니다.
인발 제조공정
- 심레스 모관/ERW조관 – 구부 – 전처리 – 인발 – 응력제거소둔 – 롤교정 – 절단 – UT – 검사 및 포장
냉간인발 공정 설명
- 구부 : 금형(다이스)을 통과 시켜 캐리지로 잡아당길 수 있도록 끝단에 스웨이징으로 축관하는 공정
- 전처리 : 원자재의 녹이나 열처리로 인한 산화스케일을 부식 시키는 목적으로 황산에 산세 후 윤활이 되도록 피막을 코팅하여 최종 본더 루베 또는 수용성 루베 등으로 도포하여 냉간인발시 마찰력을 줄여주도록 하는 공정
- 냉간인발 : 전처리로 도포된 원자재를 금형에 위치시켜 캐리지가 구부를 잡아 당기면서 금형을 통과하여 인발 생산
- 열처리(응력제거소둔) : 인발 후 응력이 발생하여 가열에 의해 응력을 제거하고 요구하는 강도(기계적특성)을 얻기 위한 공정
- 교정 : 열처리에 의해 휨이 발생된 파이프를 여러개의 회전하는 롤을 통과시켜 인위적으로 치수 변화없이 진직도를 확보하는 공정
- 절단 : 요구 길이에 맞춰 구부와 끝단 절단
- 비파괴검사 : 와전류(ECT), 초음파(UT)에 의해 제품의 표면과 내부 결함을 찾는 공정
- 검사 : 치수 및 외관 등을 계측기와 육안으로 검사
- 방청 : 녹이 발생하지 않도록 방청유를 표면에 도포
- 포장 : 고객 요구 사항에 맞춰 제품 포장
인발을 하는 이유
- 제강, 압연, 조관 제조사는 대량생산 체제를 갖추고 있어 금형 교체가 오래걸리고 가격이 높아 다품종 소량 생산 고객이 요구하는 정밀 치수와 기계적 성질을 맞추기가 어렵습니다.
- 하지만 인발제조사 경우 원소재를 구매하여 요구하는 치수정밀도, 기계적 성질, 표면조도, 형상에 맞춰 생산이 가능하고 금형교체 시간과 비용이 상대적으로 적게 들어 갑니다.
추가 다양한 정보는 아래 링크에서 확인할 수 있습니다.
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