KR100328057B1 - 크롬계스테인레스강용산세액의수명예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법에 관한 것이며; 그 목적은 크롬계 스테인레스강 코일을 연속 소둔산세할 때 질산과 불산용액으로 구성된 혼산용액의 수명을 용이하고 정확하고 그리고 신속하게 예측함에 있다.

본 발명은 상기 열연코일을 연속산세할 때 상기 혼산용액의 온도와 혼산중의 불산농도, 그리고 혼산용액중의 용존 금속량의 상관관계를 통해 현재 조업중인 혼산용액의 온도와 현재 혼산용중의 불산농도를 측정하므로써 혼산용액중의 임계 용존 금속량, 즉 슬러지의 발생량을 정확하고 신속히 예측하는 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법{A method for pridicting the life span of pickling acid solution for Cr containing stainless steel}

본 발명은 크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크롬계 스테인레스강 코일을 연속 소둔산세할 때 질산과 불산용액으로 구성된 혼산용액의 수명을 용이하고 정확하고 그리고 신속하게 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.

보통 크롬을 약 13~18% 함유한 페라이트계 스테인레스강과 마르텐사이트계 스테인레스강(이하, 단지 `크롬계 스테인레스강')은 열연코일을 열간 연속 소둔산세라인(hot annealing and pickling line)에서 소둔에 이어 산세가 연속적으로 실시된다. 크롬계 스테인레스 열연코일의 산세는 약 5%의 황산용액중에서 1차적으로 산세가 된 후, 약 5~20g/ℓ 농도의 불산과 약 100~160g/ℓ 농도의 질산으로 구성되어 있는 혼산용액에서 2차적으로 산세하므로써 연속 산세작업이 실시된다. 1차산세의 경우 열연코일의 스케일내의 균열부에 황산이 침투하여 스케일을 박리시키지만 2차산세의 경우 불산은 주로 강의 표면을 부식시키고 질산은 불산에 의한 강한 부식작용을 완화시켜 강 표면에 부동태 피막을 형성한다.

한편, 상기 혼산용액이 담겨있는 탱크는 보통 부피가 크고 작업이 연속적으로 이루어지기 때문에 산세작업을 중단시키지 않고 작업이 진행되는 도중에 산세액의 일부를 배출(drain)시킨 다음, 정화하여 용존 금속량을 줄이며 동시에 새로운 산을 소량 투입하여 산도의 저하를 방지한다. 이때, 연속산세 작업량이 많아지면 배출과 새로운 산의 투입을 충분히 해 주어도 결국 폐산처리할 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 폐산시점을 정확히 예측할 수 있는 방법이 매우 중요하다. 만일 폐산처리를 너무 빨리 하게 되면 고가의 공업용 산용액을 낭비하게 되어 원가부담이 커질뿐만아니라 환경적인 측면에서도 오염이 더 심해진다.

이러한 산세용액의 정확한 수명예측과 더불어 크롬계 스테인레스강의 산세에 관련된 기술이 다수 공지되어 있다. 예를 들면 일본 특개소 58-81979호에는 크롬계 스테인레스강의 산세방법이 제시되어 있으며, 일본 특개소 53-138928호에는 수명이 긴 스테인레스강용 산세용액이 제시되어 있고, 일본 특개평 8-1032395에는 피팅없이 스테인레스강을 효율적으로 산세하는 방법이, 그리고 일본 특개평 7-32481호에는 스테인레스강의 산세방법이 개시되어 있다. 그러나 상기 제안들은 모두 혼산용액의 수명과 관련된 예측이 제시하지 못하고 있다.

이에 본 발명은 크롬계 스테인레스강을 연속산세할 때 혼산용액의 온도와 농도 및 혼산용액중의 용존 금속량과의 상관관계를 이용하여 혼산용액의 수명을 정확하고신속하게 예측할 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 혼산용액중의 임계 용존 금속량과 불산농도와의 관계를 보이는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 황산조에 후속하여 불산과 질산으로 이루어진 혼산조를 구비한 스테인레스 연속 산세라인에서 크롬계 스테인레스강을 연속 산세하는 방법에 있어서,

먼저 불산함량과 온도를 변화시키면서 상기 스테인레스강을 침지하여 슬러지 발생직전의 임계 용존 금속량을 구하는 단계;

상기와 같은 반복 실험을 통해 얻은 다수개의 불산농도, 온도와 임계 용존 금속량 데이터를 그래프화하는 단계; 및

일정온도에서 현재 조업중인 스테인레스강을 산세하면서 혼산조의 용존 금속량을 일정 간격으로 측정하고, 측정된 용존 금속량이 임계 용존 금속량에 근접했을 때를 당해 혼산용액의 수명으로 결정하는 크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 소재는 크롬이 13~18% 함유된 스테인레스강이며, 또한 혼산용액은 질산과 불산을 함유한 혼산조를 대상으로 한다. 바람직하게는 상기 혼산용액은 불산의 농도가 5~20g/ℓ이고 질산의 농도가 100~160g/ℓ 인 혼산용액이다. 혼산용액중의 질산은 슬러지 발생에 거의 영향을 주지 않지만 불산의 경우 슬러지 발생에 큰 영향을 미친다. 산세용액의 수명을 저하시키는 혼산조의 슬러지는 임계 용존 금속량을 의미한다. 따라서, 본 발명에서는 먼저 불산함량과 산세용액의온도를 변화시키면서 크롬계 스테인레스강을 침지했을 때 슬러지 발생직전의 임계 용존 금속량을 구해야 한다. 그리고, 반복적인 실험을 통해 얻은 다수개의 불산농도, 온도와 임계 용존 금속량 데이터를 그래프화하면, 이들은 거의 선형적인 상관관계를 나타낸다.

이후, 일정온도에서 현재 조업중인 스테인레스강을 산세하면서 혼산조의 용존 금속량을 일정 간격으로 측정하고, 측정된 용존 금속량이 임계 용존 금속량에 근접했을 때의 시간을 알면 그 시간을 통해 상기 혼산용액의 수명을 결정할 수 있다. 즉, 현재 조업중인 혼산용액중의 용존 금속량이 임계 용존 금속량에 이르는 임계시간(tc)을 알면 상기 혼산용액의 수명이 결정될 수 있다.

보다 구체적인 수단으로서, 일정온도에서 현재 조업 시점(to)에서의 혼산조의 용존 금속량(Xp)과 현재 조업시점으로부터 일정 시간(t) 경과후 혼산조의 용존 금속량(Xt)을 측정하면 임의의 혼산용액중의 임계 용존 금속량(Xc)에 이르는 임계시간(tc)은 수학식1과 같이 정할 수 있다.

좀더 여유있는 조업조건을 위해서는 상기 혼산용액의 수명은 현재 혼산용액의 임계시간(tc)의 90~95% 되는 시점에 이르렀을 때로 정하는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

혼산용액의 온도를 30~55℃ 범위로 하고 혼산용액중의 불산농도를 5~35g/ℓ의 범위로 변화시켜 가면서 420J2 스테인레스 열연코일을 산세하였다. 산세반응후 산분석기인 Scanacon SA 30(스웨덴 Avesta사 제품)을 사용하여 혼산용액중에 슬러지가 발생하기 시작하는 바로 그 시점에서 혼산용액중의 임계 용존 금속량을 정밀 측정하였다. 도1에 그 측정된 임계 용존 금속량과 혼산용액중의 불산함량과의 관계를 용액의 온도에 따라 나타내었다. 도1의 곡선 상부는 슬러지가 발생되어 침전이 생기는 영역이며 곡선 아래는 용존 금속이 존재하는 영역을 의미한다.

도1에 도시된 바와 같이, 혼산용액의 온도가 40℃ 이고 불산농도가 25g/ℓ일 때 임계 용존 금속량은 36g/ℓ임을 알 수 있다. 따라서, 동일한 혼산용액 조건하에서 산세조업을 실시했을 때 만일 현재시점에서 혼산용액중의 용존 금속량이 30g/ℓ이고, 연속산세도중 10분후의 혼산용액중의 용존금속량이 31.5g/ℓ로 측정되었다면 도1의 상관관계로부터 임계 용존 금속량은 36g/ℓ이므로

{(36-30/(31.5-30)}X~10분~=~40분

이 임계 용존 금속량이 된다. 즉, 40분후 슬러지 발생이 예측되므로 10분이 경과된 시점에서는 약 25분 정도 더 조업이 가능하다는 결론을 내릴 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 코일을 연속산세할 때 상기 혼산용액의 온도와 혼산중의 불산농도, 그리고 혼산용액중의 용존 금속량 가운데 혼산용액의 온도와 현재 혼산용중의 불산농도를 알면 혼산용액중의 임계 용존 금속량, 즉 슬러지의 발생량을 정확하고 신속히 예측할 수 있으며, 이러한 본 발명의 예측방법은현재 사용하고 있는 산세액의 수명의 정확하고 신속한 예측이 가능해짐에 따라 가장 경제적인 산세작업을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 황산조에 후속하여 불산과 질산의 혼산용액이 함유된 혼산조를 구비한 스테인레스 연속 산세라인에서 크롬이 13~18% 함유된 스테인레스강을 연속 산세하는 방법에 있어서,

   먼저 불산함량과 온도를 변화시키면서 상기 스테인레스강을 침지하여 슬러지 발생직전의 임계 용존 금속량(Xc)을 구하는 단계;

   상기와 같은 반복 실험을 통해 얻은 불산농도, 온도와 임계 용존 금속량 데이터를 그래프화하는 단계; 및

   일정온도에서 현재 조업중인 스테인레스강을 산세하면서 불산농도 5~20g/ℓ, 질산농도 100~160g/ℓ의 혼산용액이 함유된 혼산조의 용존 금속량을 일정 간격으로 측정하고, 측정된 용존 금속량이 상기 임계 용존 금속량에 근접했을 때를 당해 혼산용액의 수명으로 결정하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼산용액의 수명을 결정단계에서 현재 조업중인 혼산용액중의 용존 금속량이 임계 용존 금속량에 이르는 임계시간(tc)은, 일정온도에서 현재 조업 시점(to)에서의 혼산조의 용존 금속량(Xp)과 현재 조업시점으로부터 일정 시간(t) 경과후 혼산조의 용존 금속량(Xt)을 측정하여 수학식1

   tc = (Xc-Xp)·(t-to)/(Xt-Xp)

   으로 계산하여 상기 임계시간을 당해 혼산용액의 수명으로 결정함을 특징으로 하는 크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 혼산용액의 수명은 현재 혼산용액의 임계시간(tc)의 90~95% 되는 시점에 이르렀을 때로 정함을 특징으로 하는 크롬계 스테인레스강용 산세액의 수명 예측방법.

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