NK테크 브리핑 | NK테크(북한과학기술네트워크)

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북한의 금속공업 주체화 (1) - 황철 산소열법용광로 기술ETC



“자력자강의 열광을 쉬임없이 내뿜으며 주체철을 쏟아내던 황철의 산소열법용광로”라고 하며 지난 해 북한의 당 7차대회(2016.5)에서 특기할 성과중 하나로 말한 바 있다. 황해제철연합기업소(황철) 뿐만 아니라 김철(김책제철연합기업수) 등도 산소열법 용광로를 건설한 내용을 북한 매체는 전한다다. 주체철을 강조하는 북한은 자체의 풍부한 원료, 연료자원 그리고 기술에 의존하는 철강 생산 개발을 해 왔다.

북한은 철광석 자원이 풍부하여 원료 조달에 어려움은 없고, 기술 인력도 있어서 금속공업 자립화를 할 여건을 갖추고 있지만, 필수적인 다공질 고체연료인 코크스(cokes, 북한은 콕스라고 함.)는 전혀 채굴량이 없다. 그래서 해방 이듬해부터 코크스 대신 국내 연료 사용을 강조해 왔다. 특히 6.25 전쟁 직후인 50년대에 주택과 산업 시설 복구에 막대한 철강재가 요구되었지만 코크스 전량을 보장하던 소련과의 관계가 소원해지면서 연료 자원을 자체로 해결해야 하는 상황에 직면한 것이다. 더구나 1957년부터 시작된 5개년경제계획 승패는 철강생산에 달려있어 특단의 대책이 필요했다.

그래서 북한 당국은 코크스 대신 국내산 연료를 사용하는 제철법을 진지하게 논의하였다. 1차 7개년계획이 연장되던 1968년 4월에도 국내 연료에 의한 철 생산을 제철공업의 전략으로 제기하는 등 지속적인 노력을 강구했다. 그 결과 코크스를 사용하지 않는 실용적인 방법으로 입철 생산법을 도입하게 되었다. 이 공법은 분광과 무연탄, 석회석을 콩알 정도 덩이로 만들어 회전로에서 구워 선철 대용으로 사용했다. 사실 입철공법은 일제 강점기 시절에 미쓰비시(三菱)제철이 코크스 사용을 낮추기 위해 도입을 시도했던 공법이다. 청진제강소는 이 공법의 기술안정화를 실현하는데 근 20년이 걸려 1970년대에 도입하게 되었다. 그러나 이 공법은 제강공정에서 철 실수율이 낮아 1983년부터는 없앴다. 그 대신 입철공법과 비슷한 원료연료의 예비처리를 통해 얻어낸 삼화철공법을 도입하였다.

삼화철공법은 입철공법에 비해 실수율은 개선되었으나 전력소비가 많고 원료연료 예비처리와 건조 및 자력선별 과정을 거쳐야 한다. 경제성 측면에서는 입철공법과 크게 차이가 없다. 그래서 북한 당국은 1997년 세계적 추세에 맞게 철강생산에서 전력 대신 산소 사용 공법으로 전환을 모색하였다.

과학기술자들은 1950~60년대 입철제강법, 무연알탄에 의한 선철 생산, 1970~80년대 전기제철법에 의한 선철 생산, 삼화철에 의한 철 생산, 2000년대 산소열법에 의한 철 생산, 갈탄에 의한 철생산법 등 10여 가지의 공법을 해왔다. 북한이 가진 자원조건에서 가장 적합한 철생산 공법을 얻기 위해 근 60여년의 노력을 기울여 온 것이다. 그 노력 끝에 2002년 시험 생산을 시도한 산소열법용광로는 10여년의 시행착오를 겪은 후 2015년에 기술안정화가 실현되어 생산 정상화할 수 있게 되었다.

이처럼 기술개발이 느리고 더디게 발전한 철생산공법은 기본적으로 북한내 연료가 코크스의 기본성질을 대신할수 없기 때문이다. 일반적으로 코크스는 점결력이 강해 로 행정에서 연소될 때까지 본래의 성질이 유지되지만, 무연탄이나 갈탄은 1,100℃이상의 고온에 이르면 쉽게 부셔져 로 아래에서 불어넣은 바람이 통과하지 못해 로 안 폭발을 일으켜 제철연료 사용이 적합하지 못하다. 이러한 단점을 극복하기 위해 북한의 과학자들은 소규모 노 행정에 산소를 사용함으로써 효율성을 제고하는데 목표를 두었다.

현재 황해제철연합기업소의 산소열법용광로는 무연탄과 산소를 사용해 강철을 생산하는데, 공정은 노체, 보일러, 발전기, 제진, 산소송상 등 복잡한 여러 공정을 포함하고 있다. 철생산 방식은 로 위로 정광과 무연탄, 그리고 기타 배합 원료를 연속적으로 장입하고 아래로부터 산소를 투입해 철을 녹이는 원리이다. 

단점은 소규모 선철생산 구조라는 점이다. 다만, 전력과 양질의 산소, 배풍, 보일러, 제진 등 각각의 연속공정 조건이 만족시켜주면 노 가동을 높일수 있어 효율성이 좋다. 

산소열법용광로는 강철생산에서 전력소비가 낮고 원료연료의 국산화가 보장되어 원단위소비기준이 낮으며, 기존 공정에 비해 강질이 좋은 강철을 1.5배 생산한다.

글 : 강영실 / (협)북한과학기술연구센터 연구위원