창간 36주년기념 Special 세라믹스 현황과 미래 전망(1)

내화물 산업 현황 및 전망

류성수_한국세라믹기술원 수석연구원

1. 내화물 산업 현황 

1.1. 내화물의 정의

완고함을 의미하는 라틴어 ‘Refractarius’라는 용어에서 파생된 Refractory(내화물)의 의미는 극도로 높은 온도에서의 열 및 기계적 부하와 화학적 침식을 견딜 수 있는 내열성이 우수한 세라믹 재료를 말한다. 내화물은 가열과 냉각이 반복되는 급속한 온도변화에도 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도와 열적인 저항특성을 가지며, 용융금속, 유리, 스래그, 고온의 Gas 등에 대한 침식과 마모 저항성을 갖고 있다. 이러한 특성으로 인해 내화물은 철강, 시멘트, 에너지/화학, 비철, 세라믹, 유리산업등 고온의 생산 공정에 필수적으로 사용되고 있다. 

  내화물은 우수한 열적인 안정성을 갖고 있기 때문에 Kiln, 각종 요로, 보일러, 소각로, 그리고 제철 및 제강산업, 비철금속, 시멘트, 유리, 세라믹스, 화학산업 등에서 응용되고 있으며 이들의 설비는 매우 복잡해서 사용되어지는 내화물의 품질, 형태 및 형상도 여러 가지이다.

그림 1 . 내화물 사용 산업 분야별 점유율(2021년)[1]

  따라서, 내화물을 선정할 때에는 열설비의 종류, 사용조건, 사용연료, 운전조건 등을 충분히 조사하여 사용조건에 맞는 품질특성을 보유한 최적의 내화물 선정이 무엇보다 중요하다. 또한 구조적과 형상적인 측면에 있어서도 함께 검토가 이루어 져야하는 경우도 있으며 최근에는 유한요소법에 의한 열적, 기계적인 응력에 대한 사전 해석을 실시하여 내화물의 형상이나 구조를 결정하는 경우도 증가되고 있다.

1.2. 내화물의 분류 

종래의 내화물은 주원료로써 점토, 카오린, 보오크사이트, 실리카, 마그네사이트, 흑연 등의 천연재료를 사용해 왔지만, 사용 분야의 확대와 내화물의 기능이 진보됨에 따라 천연원료만으로는 질적, 양적 요구 수준을 만족시킬수 없게 됨에 따라 합성 뮬라이트, 고순도 알루미나와 스핀넬, 해수를 이용한 마그네시아와 고순도 용융마그네시아, 탄화규소, 질화규소와 같은 합성원료가 개발되면서 내화물의 품질도 고급화, 고기능화되기 시작했다.

  내화물은 제품 형태에 따른 물리적인 분류법과 화학조성에 따른 화학적 분류법으로 구분 할수 있으며 비록 pH로 구별되는 것은 아니지만 산성, 중성, 염기성으로 구분한다.

1.3. 우리나라 내화물 산업의 발전과정

우리나라가 해방이 된 1945년 경의 내화물 공업은 내화도와 압축강도 중심의 점토질 내화물만을 생산하였고 품질과 양적 모두 매우 미미한 상태였다. 그러나 인천중공업(현 현대제철 인천공장 전신)의 가동과 함께 1960년을 전후하여 기술의 진보와 품질의 향상이 다소 이루어졌고, 1964년경부터 Cement 공업이 급속이 발전됨과 동시에 내화물도 한 단계 높은 발전을 이루어 산, 중성, 염기성 내화물을 생산하게 되고 시설도 현대화하여 성형설비가 자동고압 프레스로 변화되고 소성로도 터널킬른(Tunnel Kiln)방식으로 근대화되었다.

  그 후 계속하여 설비를 현대화하고 품질을 향상시켜 급속히 성장하는 중화학공업의 뒷받침에 진력하였다. 1974년 포항제철 건설과 가동을 계기로 하여 우리나라 내화물 공업은 명실공히 선진화 길로 진입하여 제철소 건설 초창기 내화물 자재의 국산화율이 30~40%였던 것이 1985년경에는 95% 이상으로 향상되었다. 지속적으로 국외의 선진기술을 도입하고 자체연구소를 통한 제품개발에 힘써 1990년 후반부터는 98% 이상 국산화율에 성공하여 오늘에 이른 것이다. 이러한 발전과정을 종합 정리하면 아래와 같다. 

① 1945~1960 : 내화물공업의 태동기로써 점토질 연와 중심으로 생산되었으며, 내화물제조공장이 전국에 7~8개에 불과하였다.

② 1961~1970 : 제1~2차 경제개발 5개년 계획기간으로 내화물공업의 본격적 창립기라 할 수 있다. 성장을 위한 준비기간으로 내화물조합이 설립되고 조합 회원사가 15개사에 이르렀으며 산성, 중성, 염기성 연와를 생산하였다.

③ 1971~1980 : 제3차 5개년 개발기간이며 포항제철의 설립과 함께 각종 중화학공업이 급신장하는 시기로서 내화물공업은 품질의 안정과 개선 그리고 신제품을 개발하여 수입대체에 열중하는 시기였다(조합원수 40개사).

④ 1981~1990 : 수입개방에 대비하여 품질의 고급화와 특수내화물의 국산생산을 하지 않으면 안되게 되었고 수출시장 개척에 나서게 되는 시기로서 내화물의 품종과품질의 수준은 이미 국제화 수준이 되었다(조합원수 60개사).

⑤ 1991~2000 : 국제경쟁시대에 돌입되어 국내외에서 자유경쟁을 하게 되면서 내화물공업은 가격경쟁(원가경쟁) 체제가 되어 설비의 합리화와 기업내부의 구조조정이 필수요건으로 등장하게 된 것이다. 품질과 가격면에서 이겨내기 위해 최고품질

의 제품을 가장 염가에 제공하는 방안을 찾아야 하고 더 나아가 고부가가치의 제품을 개발하고 첨단제품을 생산하여 적극 대응하는 시기였다.

⑥ 2001~2010 : 포항제철 외에도 현대제철의 건설과 준공으로 국내 내화물 시장의 여건은 좋아졌으나 내화물사 간의 국제, 국내경쟁이 심화된 가운데 기술의 평준화가 이루어지고 있어 새로운 제품의 개발이 필요한 전환의 시기이다.

⑦ 2011~2020 : 중국철강업이 년평균 10%의 급성장에 힘입어 세계시장의 46~50%를 차지하면서, 내화물업계 또한 중국 중심으로 시장이 형성되었다. 국내 내화물 업체들은 원자재 수입 다변화에 관심을 가지게 되었다. 또한, 각 업체별로 내화물 소재의 물성향상에 대한 연구개발에 적극적으로 수행하는 시기이다. 

⑧ 2021~현재 : 코로나 19 이후 내화물 산업은 정체기에 접어들면서 국내 내화물업계는 4차산업 시대에 맞는 고객 맞춤형의 기술로 진화되고 있으며, CO2 배출 감소, 친환경 내지는 재활용 중심의 기술혁신을 위해 노력하는 시기이다. 

  상기와 같이 국내의 내화물 산업은 철강 등 국가 기간 산업과 함께 성장해 왔다. 그러나, 최근 수년간 성장은 정체되어 있으며, 지속적인 흡수, 합병 등을 통해 글로벌 원료 생산 및 제품 생산 기지 및 고객을 확보하고 있는 RHIM사, 연주기능성 내화물에 특화된 경쟁력을 가지고 있는 Vesuvius, 자국내 견고한 시장을 기반으로 해외로 진출하고 있는 일본의 구로사키하리마와 시나가와 그리고 원료와 저렴한 제조 원가 등을 바탕으로 성장하고 있는 중국 내화물사에 비해 경쟁력이 부족한 것이 현실이다. 

그림 2. 친환경 에코바인더(일본 D사)와 페놀레진 바인더의 온도별 분해가스 비교[2] 

그림 3. 국내외 철강업계에서의 폐내화물 재활용 비율과 주요 국가별 재활용 특허 출원 수[3]

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