국립금오공대, ㈜포스코 기술연구원과 기술협력 통해 ‘인조흑연전극봉 시제품 사용성 테스트 성공’

국립금오공대 신소재연구소, ‘인조흑연 전극봉 국산화 제조기술’ 확보

지역탄소소재 전문기업 ㈜카보랩, 금성테크㈜와의 협업 성과

국립금오공과대학교(총장 곽호상) 신소재연구소가 ㈜포스코 기술연구원, 그리고 탄소소재 전문기업인 ㈜카보랩, 금성테크㈜와의 협업을 통해 ‘인조흑연전극봉 시제품의 사용성 테스트’에 성공했다.

국립금오공대 신소재연구소(소장 노재승, 신소재공학부 교수)는 ㈜카보랩(대표 김우석) 및 금성테크㈜(대표 김태정)와 지난 2022년 1월 LINC 3.0 산학공동연구 업무협약을 맺고, 탄소․흑연 분야에 대한 기술이전과 공동연구를 통해 인조흑연 제조용 압출장비(1,000ton급)를 국내 최초로 자체 제작한 이후 인조흑연 전극봉의 사업화를 공동 추진해 왔다.

㈜포스코 기술연구원은 현재 탄소중립 실현을 위한 수소환원제철(HyREX) 기술을 개발 중이다. 이 기술은 수소를 이용해 유동환원로에서 환원철을 제조한 후, 전기용융로에서 인조흑연 전극봉을 이용하여 전기아크를 발생시켜 쇳물을 제조하게 되는데, 여기에 사용되는 전극봉의 안정적인 사용이 전기용융로 조업의 성패를 좌우하는 핵심기술이다. 전기용융로에 사용되는 전극봉은 현재 전량 수입에 의존하고 있으며, 해외 메이저 제조사들에 의해 시장이 독과점 되어있는 품목이다. 이에 국내 공급과 관련한 이슈가 자주 발생되고 있어 안정적인 수급이 필요한 소재다.

따라서, ㈜포스코 기술연구원은 전기용융로용 전극봉의 안정적인 국내 수급을 목표로 국내 인조흑연전극봉과 관련한 연구기관 및 기업을 발굴하기 시작하였고, 국내 대학 가운데 유일하게 인조흑연 전문연구소를 갖고 있는 국립금오공과대학교와 지역 내 탄소소재 전문기업인 ㈜카보랩 및 금성테크와㈜의 협업을 통해 순수 국내기술이 적용된 인조흑연전극봉 개발에 착수했다.

본격적인 기술개발은 2022년 11월 ㈜포스코 기술연구원에서 지원하는 테크노파트너십 프로그램을 통해 시작됐다. ㈜포스코 기술연구원은 ㈜카보랩과 금성테크㈜에 수소환원제철용 전극봉의 성능 구현을 위한 전극봉의 핵심요구 물성 등에 대한 기술지원을 실시했다. 이후 신소재연구소를 포함한 4개 기관은 포스코형 수소환원제철용 전극봉의 성능목표치를 설정한 후 집중적으로 개발에 돌입했다.

약 1년여 간의 개발 기간 동안 신소재연구소는 원천기술 제공을, ㈜카보랩은 다양한 원료의 배합기술 및 탄화/함침 열처리 기술을, 금성테크㈜는 전극봉의 형태로 성형하는 압출성형조건을 확보하기 위한 수십 차례의 시행착오를 통해 최적의 성형조건을 확보했다. 기술 마지막 단계인 인조흑연 제조의 핵심기술인 흑연화 열처리(2800℃)와 물성에 대한 평가는 신소재연구소에서 수행하여 국내 최초로 인조흑연전극봉 시제품(Φ100 x 500mm) 제조에 성공했다.

㈜포스코 기술연구원은 제조에 성공한 인조흑연전극봉을 지난해 12월 20일 DC전기로를 활용한 사용성 테스트를 진행하여, 기존 선진사 인조흑연전극봉 제품 대비 안정적인 조업과 우수한 내산화성을 확인할 수 있었다. 특히 이번 수소환원철 용해 시험에 사용된 전극봉은 원소재, 생산설비, 원천기술 및 상업화기술 등 모든 부분에서 순수 국산으로 성공했다는 점이 핵심이고, 이는 향후 인조흑연 국산화 및 국가 차원의 시장협상력을 확보하는 첫발을 내디뎠다는 점에서 그 의미가 매우 크다.

이번 성과에서는 포스코 그룹의 협력 또한 기술개발 가속화에 힘을 실어주었다. 특히 국내 유일의 침상코크스 생산기업인 ㈜포스코MC머티리얼즈는 전극봉용 코크스 원료를 선뜻 공급해주었고, 포항산업과학연구원 재료공정연구소(산업소재, 탄소소재연구그룹)에서는 DC전기로의 시험의 전폭적인 지원을 통해 전극봉 시제품의 사용성 테스트에 큰 도움을 주었다.

탄소 및 흑연 융합소재 전문연구기관인 국립금오공대 신소재연구소는 지난 2018년 선정된 교육부의 ‘이공분야 대학중점연구소 지원사업(`18~`27년)’을 수행하며 국내 인조흑연 국산화 원천기술 연구개발을 선도하고 있다. 또한 산업통상자원부의 ‘고부가가치인조흑연소재기술개발’, ‘탄소소재자립화기술개발’, ‘탄소융복합소재부품실증사업’등 다양한 응용기술개발 연구를 수행하고 있다. 이러한 기초 및 응용기술 연구 경험을 바탕으로 이번 인조흑연전극봉 시제품 제조 기간을 단축할 수 있었다. 또한 포스코MC머티리얼즈와 체결한 업무협약을 바탕으로, 인조흑연 원료의 품질향상을 위한 산학공동연구를 진행하여 원료-중간재-제품의 밸류체인 구축에도 기여하고 있다.

국립금오공대 노재승 신소재연구소장은 이번 사용성 테스트 성공을 통해 “직경 100㎜의 흑연전극봉 개발에 성공한 것 자체로도 큰 의미가 있지만, 앞으로 300, 600을 넘어 800㎜ 개발까지 성공해 세계시장에서 경쟁할 수 있도록 노력하겠다.”며, “무엇보다 이번 성공은 기업을 비롯해 교육부와 산업통상자원부, 그리고 경상북도와 구미시 등 지지체의 장기적이고 지속적인 지원을 통해 쌓은 연구 경험이 있었기에 가능한 것으로 관련 기관 관계자들에게 진심으로 감사드린다.”고 말했다.