1. 개요
파이넥스 공법. 파이넥스 공정이라고도 한다. 한국의 포스코에서 오스트리아의 푀스트알피네(Voestalpine) 사와 협력하여 개발해낸 제철공법이다.2. 상세
기존의 용광로를 사용하는 제철공법, 즉 코렉스 공법에는 한국에서는 나지 않는 유연탄을 원료로 만드는 코크스를 필요로 하며, 그 구조적 문제 때문에 분광, 즉 가루 형태의 철광석을 사용하지 못하는 문제점이 있었다. 더불어 역청탄을 코크스로 만드는데 추가적인 시설을 필요로 하며, 이 과정에서 많은 유해물질과 이산화탄소를 발생시키는 문제 또한 존재했다. 유럽 등지에서는 아직도 유연탄과 괴형태의 철광석이 충분히 생산되고 있지만, 이마저도 한계에 달하고 있어서 대안이 시급했다. 그 대안 중 하나로 제시된 것이 파이넥스 공법이다.3. 구조와 원리
일단, 파이넥스 공법에서 핵심시설은 철광석에서 산소를 떼어내는 다단식의 '유동환원로', 여기서 만들어진 환원철을 석탄을 태워 녹이는 '용융가스화로'[1]가 있으며 대략적 과정은 다음과 같다.분광은 유동환원로에 투입되고 석탄은 용융로에 투입된다. 용융로에서 석탄을 태워 발생하는 환원력이 강력한 일산화탄소, 수소 가스들을 유동환원로에 통과시키면 가루 상태의 직접환원철(DRI; Direct Reduced Iron)이 생성된다. 환원철은 가루 상태이고 환원성 가스들이 분사되고 있기 때문에 액체와 같은 유동성이 있으므로 이송이 용이하다. 가루 상태의 환원철은 열간 상태에서 압축기(compactor)에 의해 압축되어 덩어리 상태의 환원철(HBI; Hot Briquetted Iron)로 만들어진다. 이 덩어리 상태의 환원철이 성형탄과 함께 용융로에 투입되며, 용융로에서는 순산소를 넣어서 성형탄을 태워서 발생하는 열로 환원철을 녹여 쇳물을 생산함과 동시에 전술한 바와 같이 유동환원로에 사용될 환원성 가스를 생산한다. 한다.
이상의 과정에서 알 수 있듯이, 파이넥스 공법은 실질적으로는 기존에 직접환원철(DRI)을 생산하는 데 사용되던 FINMET 공정의 다단 유동환원로와, 기존에 지멘스 VAI에서 개발한 용광로 노형인 코렉스(COREX[2])의 용융가스화로(melter-gasifier)를 결합한 것이다.[3] 이는 이름(FINmet + corEX)에서도 유추된다.
이미 한국에는 파이넥스 공법으로 만들어진 제철공장이 3기 돌아가고 있으며 추가적인 도입을 고려하고 있다. 더불어 한국과 비슷한 문제를 겪고 있는 베트남에서 도입을 시도하고 있으며, 중국에서도 도입을 고려하고 있다.
4. 장점
파이넥스는 용광로에서 '용융' 작업과 함께 처리하던 '환원'작업을 '유동환원로'로 따로 떼어 낸데다, 가루 상태로 환원된 철을 중간에 한번 덩어리(HBI)로 성형하는 과정을 거치기 때문에 일반 철광석보다 20% 이상 가격이 저렴한 분광을 사용가능하고, 용융로는 철을 녹이는 기능을 주로 하기 때문에 장입물을 높이 쌓을 필요가 없어 강도가 높은 코크스 대신 저렴한 일반탄도 사용가능하다는 장점이 있고, 유해물질이 많이 발생하는 유연탄을 쪄내 코크스로 만드는 공정을 거치지 않기 때문에 기존 공법에 비해 환경오염이 적으며 코크스 제조 시설을 지을 필요가 없어서 초기 자본도 더 적게 들어 경제성이 높다. 또한 파이넥스 제철법은 고로 제철법에서 코크스 소성과정에서 발생하던 에너지 소비 및 탄소 배출을 줄일 수 있어서, "탄소에 의한 철의 환원과 용융"이라는 공통된 작동원리를 가짐에도 불구하고 고로에 비해 탄소배출량이 적다.파이넥스는 유동환원로를 통해 직접환원철을 얻을 수 있으므로, 유동환원로에 들어가는 환원성 기체를 블루수소나 그린수소로 대체하고, 용융가스화로를 전기로로 대체하면 탄소를 배출하지 않는 제철법으로 개조 가능하다. 포스코는 이 기술을 Hyrex라고 이름 붙여 연구하고 있으며 차세대 친환경 제철법으로 홍보하고 있다.
5. 단점
파이넥스 공법에도 여전히 여러가지 단점이 존재한다. 우선 기존의 용광로에 비해 파이넥스 공법으로 뽑아낸 쇳물에는 불순물이 더 많아 품질이 떨어진다. 한편 성형탄은 그 특성상 코크스에 비해 강도가 약해서 조업 변동의 폭이 용광로 방식보다 크다. 따라서, 현 장점을 유지하면서 조업 변동을 줄이고 불순물을 저감하는 것이 남은 과제이다.[1] melter-gasifier. 환원철의 용융뿐만 아니라 석탄의 가스화까지 담당한다.[2] 고로의 대안공정으로 지멘스 VAI가 개발한 노형으로, 포스코 포항제철소에도 시험용 플랜트 1기가 건설된 적이 있으나 문제점에 비해 장점이 크지 않아 실용화에는 이르지 못했다. 구 한보철강도 혁신적인 친환경 공정이라며 코렉스 설비를 당진제철소에 도입했으나 한보 사태로 조업에 이르지 못했고, 해당 설비는 결국 철거되었다.[3] 참고: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096988-6.00037-7 "Treatise on Process Metallurgy" p.1691