이 화면은 이 네 종목 이야기입니다● 시세 불러오는 중

기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.

포스코홀딩스포항·광양에 고로를 돌린다. 위 화면의 코크스 칸과 CO₂ 칸을 그대로 안고 사는 쪽. 아르셀로미탈중국 밖 최대급. 유럽·미주에서 같은 고로를 돌린다. 일본제철일본 최대 고로. 2025년 US스틸을 인수했다.

Nucor미국 최대 철강인데 고로가 없다. 고철을 전기로에 녹인다 — 철광석을 환원하지 않으니 위 계산의 코크스 칸 자체가 없다.

같은 철, 다른 화학입니다 — 앞의 셋은 이 판이 계산하는 철 1톤당 CO₂ 1.59톤을 짊어지고, 마지막 하나는 그 반응을 아예 하지 않습니다. 대신 고철이 있어야 하고, 고철로는 못 만드는 강종이 있습니다. 주가가 이 기술 때문이라고는 말하지 않습니다.

Navier·Stokes raceway · 화학은 원자량으로 계산

철을 만드는 건 불이 아니라 가스다

고로 바닥 양옆의 풍구로 1,200°C 열풍이 들어와 코크스를 태웁니다 — 그 불이 아래의 유체 시뮬레이션입니다. 그런데 광석에서 산소를 뜯어 철을 만드는 건 불꽃이 아니라 거기서 생긴 일산화탄소 가스입니다. 가스가 30m 탑을 거슬러 오르며 광석을 환원하고, 쇳물이 바닥에 고입니다. 그리고 이 불은 한 번 붙이면 10년 넘게 끄지 못합니다.

노 안쪽 드래그 = 가스 흐름 젓기

조업 데스크

철광석 장입

열풍 (송풍)

쇳물 (선철)

코크스 소모

CO₂ (하루)

철 1톤당 CO₂

탄소 · 화학 최소

탄소 · 실제

광석 철분 62%★ · 코크스비 500kg/t★(탄소분 87%★) · 환원 최소 탄소는 Fe₂O₃+3CO→2Fe+3CO₂ 를 원자량으로 계산한 322kg/t. 실제와의 차이가 열을 내는 몫이다.

풀고 있는 방정식

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 간접환원 — 이 페이지의 제목이 여기서 나온다. 광석에서 산소를 뜯어가는 건 불꽃이 아니라 일산화탄소 가스다. 불은 그 가스를 만들고 온도를 대는 역할이다.

철 비율 = 2·Fe / (2·Fe + 3·O) = 111.7 / 159.7 = 69.9% 순수한 산화철이어도 무게의 30%는 산소다. 실제 광석은 여기에 맥석까지 섞여 철분이 62%★ 남짓 — 배로 실어오는 것의 3분의 1 이상이 결국 버려질 것들이다.

최소 탄소 = 3·C / 2·Fe = 36.03 / 111.7 = 322 kg/t vs 실제 435 kg/t 화학식이 요구하는 탄소는 322kg뿐이다. 실제로 435kg★을 넣는 이유는 2,300°C를 만들어야 하기 때문 — 차이 113kg이 순수하게 열의 몫이다. 이 페이지가 말하는 "탄소의 두 가지 일"이 이 뺄셈이다.

CO₂ = 탄소 × 44/12 = 435 × 3.667 = 1.59 t / 철 1t 탄소 12g이 타면 CO₂ 44g. 공표 범위(1.5~2.2t)와 맞는다. 세계 조강 생산이 연 19억 톤급이니, 이 한 줄이 제철이 세계 배출 상위권인 이유 전부다.

노 안에서 벌어지는 일 · 5단계

STEP 1

풍구가 옆에서 분다

불을 아래에서 밀어올리는 게 아니라 바닥 양옆에서 안쪽으로 1,200°C★ 열풍을 넣는다. 그래서 화면의 불덩이가 둘이고, 가운데서 만나 오른다.

u[풍구 왼쪽] += 세기     // 안쪽으로
u[풍구 오른쪽] −= 세기

STEP 2

가스가 탑을 거슬러 오른다

뜨거운 가스는 부력으로 뜬다. 나비에·스토크스를 세로로 긴 격자(96×192)에서 풀어 30m 탑을 오르는 흐름을 만든다.

v −= 부력 * T
압력투영 → 가스가 뭉치지 않게

STEP 3

내려오는 장입물이 열을 먹는다

★이 페이지에서 가장 중요한 한 줄. 이게 없으면 노가 위아래 같은 온도가 되어 버린다. 위로 갈수록 흡열을 크게 주면 바닥 2,300°C → 노정 200°C 사다리가 만들어진다.

흡열 = 계수 * (1 − y/용융선)
T −= 냉각*T² + 흡열*T

STEP 4

장입물이 내려오고 녹는다

광석과 코크스 층이 번갈아 내려오다 60% 지점에서 페이드되어 사라진다 — 녹는 것이다. 바닥 가운데의 검은 기둥은 데드맨(코크스 기둥)이고, 풍구 불이 그 가장자리를 태워 들어간다.

층.y += 하강속도
if (y > 용융선) 투명도 ↓

STEP 5

쇳물이 고이고, 주기적으로 뽑는다

바닥에 쇳물이 차오르다 14초마다 출선한다 — 수위가 실제로 내려가고 불꽃이 튄다. 위에 뜨는 슬래그 띠도 같이 그린다.

수위 += 생산속도 * dt
if (주기 > 14초) 출선 시작

RENDER

온도를 색으로

흑체 색램프 — 어두운 빨강에서 주황, 노랑, 백열까지. 불 그림은 없고 계산된 온도장이 곧 그림이다. 구역 온도 라벨은 실측 고로의 공표 구간이다.

r = min(1, T*2.6)
g = T**1.7 * 1.8 ;  b = T**3.2 * 1.4

두 제철법 나란히 — 같은 화학, 환원제만 다름

고로 · 탄소로 뜯는다

환원에 필요한 몫과 열을 내는 몫이 함께 CO₂가 된다.

수소환원 · 수소로 뜯는다

나오는 건 물이다.

두 칸은 완전히 같은 화학입니다 — 산화철에서 산소를 떼어내는 일. 다른 건 산소를 무엇에 붙여서 가져가느냐 하나입니다. 탄소에 붙이면 CO₂가 되고, 수소에 붙이면 물이 됩니다. 필요한 수소량은 지어낸 값이 아니라 Fe₂O₃+3H₂→2Fe+3H₂O 를 원자량으로 계산한 것이고, 전력은 전해조 효율 55kWh/kg★을 곱한 추정입니다. 이 방식이 진짜 답이 되려면 그 전기가 무엇으로 만들어졌는지가 함께 답해져야 합니다.

탑 하나가 화학 사다리다

층층이 쌓는다

광석과 코크스를 번갈아 장입한다. 섞지 않는 이유는 가스 길 때문 — 코크스 층이 숨구멍이 되어 가스가 탑 전체를 거슬러 오를 수 있다.

풍구의 불

바닥 양옆에서 1,200°C★ 열풍이 코크스를 태운다. C+O₂→CO₂, 곧바로 CO₂+C→2CO. 불의 진짜 산물은 열과 일산화탄소다.

가스가 철을 만든다

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. 광석의 산소를 뜯어가는 건 올라가는 CO 가스다. 불꽃이 광석에 닿는 게 아니다 — 그래서 간접환원이라 부른다.

탄소의 두 가지 일

환원에 필요한 화학 최소는 철 1톤당 탄소 322kg(원자량 계산). 실제는 ~435kg을 쓴다. 차이 113kg이 2,300°C를 만드는 연료의 몫이다.

10년 동안 못 끈다

고로를 식히면 안의 쇳물과 장입물이 굳어서 노가 죽는다. 그래서 한 번 불붙이면 10~20년을 쉬지 않고 돌린다. 철 1톤당 CO₂ ~1.6톤이 멈추지 않는 이유이기도 하다.

실물은 이렇게 생겼다

위 화면은 제가 계산해서 그린 단면입니다. 아래는 사람이 실제로 노 앞에, 그리고 노 안에 들어가서 찍은 사진입니다 — 라이선스가 확인되는 것만 가져왔습니다.

가동 중인 고로 바닥을 둘러싼 풍구 열 — 가운데 하나는 빠져 있어 구멍이 드러나 있다

① 풍구는 한 개가 아니라 노를 빙 둘러 있다

위 단면에서 불덩이가 둘로 보이는 건 노를 반으로 잘라 봤기 때문입니다. 실제로는 사진처럼 노 둘레를 따라 죽 늘어서 있습니다. 곡선을 따라 멀어지는 게 보입니다.

가운데 하나는 빼놓은 상태라 둥근 구멍이 그대로 드러나 있습니다. 저 구멍으로 열풍이 들어갑니다 — 위 열풍(송풍) 손잡이가 미는 게 이겁니다. 위쪽에서 내려오는 굵은 관들이 바람을 각 구멍에 나눠주는 배관이고요.

사진 Mohanrajnp · CC BY-SA 3.0 · 위키미디어 커먼즈

노 안쪽에서 본 풍구 — 내화벽돌 벽을 뚫고 원뿔 모양 노즐이 튀어나와 있다

② 같은 구멍을 노 안에서 본 것

벽돌 벽을 뚫고 튀어나온 원뿔이 풍구입니다. 둘레에 시커멓게 발라 굳은 건 새지 말라고 채워 넣은 것이고, 벽 전체가 내화벽돌입니다.

이 사진이 왜 귀하냐면 — 노가 돌 때는 여기 못 들어갑니다. 위 단계 3에서 계산하는 대로 바닥이 2,300°C입니다. 노를 세우고 식힌 동안에만 찍을 수 있습니다. 저 구멍으로 1,200°C★ 바람이 들어가 코크스를 태우고, 기본값에서 그 코크스가 하루 3,348 t입니다.

사진 Blast furnace chip worker · CC BY-SA 3.0 · 위키미디어 커먼즈

불이 꺼진 고로의 바닥 — 위로 열풍을 돌리는 고리 배관, 가운데에 출선구, 바닥에는 벽돌 부스러기

③ 불이 꺼지면 이렇게 된다

미국 슬로스-셰필드 제철소를 기록용으로 찍은 사진입니다. 위를 가로지르는 굵은 관이 열풍을 모든 풍구에 나눠주는 고리이고, 가운데 볼트로 빙 둘러 물린 둥근 구멍이 쇳물이 나오던 자리입니다. 위 단계 5에서 14초마다 터지던 그 출선구입니다.

지금은 아무것도 안 나옵니다. 바닥에 벽돌 부스러기만 쌓여 있고 배관은 끊겨 있습니다. 위에서 “10년 동안 못 끈다”고 쓴 게 이 뜻입니다 — 한 번 식히면 안에서 쇳물과 장입물이 굳어 노가 죽고, 그 뒤엔 사진처럼 남습니다.

사진 Jack E. Boucher · 미국 역사적 엔지니어링 기록(HAER) · 퍼블릭 도메인 · 위키미디어 커먼즈

통 안을 잘라서 본다

고로는 위에서 넣고 아래로 빼는 통입니다. 철광석과 코크스를 켜켜이 쌓아 넣고, 아래에서 뜨거운 바람을 불어 넣습니다. 아래 단면이 그 층과 흐름입니다.

고로 단면끌어서 회전 · 휠로 확대 · 손 떼면 다시 돈다

철광석·코크스 층연소대녹은 쇳물불어 넣는 바람
위에서 내려오는 것과 아래에서 올라가는 것이 중간에서 만납니다 — 그래서 한 번 불을 붙이면 끄지 못합니다. 식으면 안에서 굳어 통째로 버려야 합니다.

내려가는 알갱이와 올라가는 가스가 서로 지나칩니다. 이 통을 세우고 끄지 않는 이유가 그것입니다 — 위 판의 10년이라는 수명은 한 번도 안 식힌 채의 10년입니다.

층 두께와 비례는 구조를 보이기 위한 것이고 실제 도면이 아닙니다.