KR100407408B1 - 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 수세구간에서 나타나는 산성 농도를 체크 하여 산성의 농도를 자동 조정하여 열연강판의 산세 후 발생하는 부식을 방지하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 제철소 열연공장의 산세공정과 코일링 공정 사이의 수세공정에서 발생하는 열연강판의 부식을 방지하는 방법에 있어서, 상기 열연공정의 라인의 스피드를 체크하여 일정속도 이하로 떨어지면 pH의 농도를 체크하여 검사하는 단계; 체크하여 검사한 pH의 값이 낮은 경우 수산화나트륨 저장부와 연결된 밸브를 오픈하여 수산화나트륨을 이용하여 수세용액의 pH값을 높여서 수세중 발생하는 부식 반응 속도를 감소시키는 단계; 다시 라인스피드를 체크하여 일정속도 이상으로 체크될 때까지 시퀀스를 동작시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지법 및 그 시스템을 요지로 한다.

Description

수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지방법 및 그 시스템{Method for preventing corrosion of hot rolled steel sheet and the system}

본 발명은 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 각 수세구간에서 나타나는 산성 농도를 체크 하여 산성의 농도를 자동 조정하여 열연강판의 산세 후 발생하는 부식을 방지하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소 열연공장의 산세공장에는 산세공정과 코일링 공정 사이에 수세공정이 있는데, 이를 통상 린싱 라인(Rinsing Line)이라 부른다. 그 공정의 역할은 산세 후 강판에 잔류하는 산세용액(통상 약 80℃의 염산용액)을 제거하여 강산에 의한 강판 부식을 억제해서 열연강판의 표면이 미려하게 유지되도록 해 준다.

제철소에서 일반적으로 사용되는 수세 구간의 형상은 도 1과 같다. 이 도면에서 보는 바와 같이, 강판(1)이 산세 탱크에서 나오자마자 수세 탱크 수조(101→201→301→401→501)의 링거롤(103~603)들 사이로 이동하며, 이때 중성의 물이 저장된 순수 탱크(500)로부터 스프레이 노즐(502)에 의해 강판(1)에 뿌려지며 수조(501)로 떨어진 물은 점점 불어나서 수조 사이(501과 401)에 있는 담을 넘어가 수조(501)에서 다른 수조(401)로 역류된다.

이와 같이 수세한 물은 계속 다른 수조(501→401→301→201→101)로 역류한다. 그리고 각 수세구역으로 유입된 강판(1)에는 각 스프레이 노즐(102~502)을 통하여 강판(1)의 상,하부에서 다량의 물이 뿌려져서 산세로 산화 피막이 제거된 나강판을 수세하게 된다. 이때 과다한 산의 유입을 억제하기 위하여 링거링 롤(103~603)을 거쳐서 강판(1) 표면을 짜주게 된다. 즉, 이 수세는 3-5단계로 나누어진 구간에서 실시되며(도 1의 경우에는 5단계), 각 구간에는 3-4개의 노즐이 강판 상하에 배치되어 약 60℃의 고압의 물로 수세를 실시하게 된다.이때 수세구간이 나누어지는 이유는 수세의 효율을 높이기 위한 것으로 도 1에서 보여주듯이 강판(1)이 수세구간을 벗어나는 마지막 수조(501) 구간에서 중성의 물이 강판(1)의 표면에 뿌려지며 이 물을 모아서 그 전 수조(401)의 구간에서 수세를 실시하며, 이와 같은 방법으로 수세는 실시된다. 따라서 도 1의 경우와 같은 시스템에서는 1번 수조(101)에서 가장 낮은 수소이온 농도를 나타내게 된다. 이러한 수세 방법은 매우 효율적이어서 일반 수세 공정에서는 표면이 미려한 강판(1)을 얻을 수 있다.

그러나 제철소의 열연 라인이 항상 정상가동 되지는 않는다. 기계적인 이유 혹은 그 외의 비정상적인 상황이 발생하면 모든 라인이 정지하거나 서행하는 경우가 있다. 즉 라인을 통과하는 강판(1)의 속도는 평소 110∼135 mpm(통과시간 약 8초) 정도 이나 예외적인 경우에는 약 10 mpm(통과시간 약 100초) 정도 혹은 그 이하가 되며 이때 부식이 발생하게 된다. 부식이 발생하는 이유는 수세용액이 이미 수세를 통해 많이 산성화되어서 인데(도 2), 이 용액에 단기간 노출하게 되면 표면의 백색도 등에 영향을 미치는 부식에 크게 영향을 받지 않아 육안으로 식별할 수 없지만, 노출시간이 길어지면 그 영향이 가시적으로 나타나기 때문이다.즉, 도 2에서 보여주고 있듯이 수세용액은 pH 값이 1.5-4정도로 산성을 띄게 된다. 그런데 산세 구간과 같이 강산성(pH 값 1 이하)의 경우에는 부식이 발생하는 대신 철이 녹아 나게 되며 이것이 산세의 원리이다. 그러나 수세용액과 유사한 pH 구간에서는 아래와 같은 반응이 일어나며 강판의 표면에 부식이 발생한다.

Fe + 2H⁺-> Fe⁺²+ H₂

Fe⁺²+ 4OH^--> 2Fe(OH)₂

2Fe(OH)₂+ H₂O + 1/2O₂-> 2Fe(OH)₃(부식)

이러한 부식 현상은 용액의 pH 값이 4이하에서 특히 많이 발생하게 되는데 그 원인은 철의 부식하는데 필요한 음극 반응인 수소발생 반응이 pH 값 4이하에서 열역학적으로 안정화되기 때문이다.

열연강판의 수세라인에서 발생하는 부식에 의한 불량은 품질 저하로 연결되어 톤 당 가격 손실이 커서 시급한 대책이 마련되어야 한다.

본 발명은 종래 수세 기술의 문제점인 라인속도가 감소할 때 발생하는 열연강판의 부식을 방지하기 위한 수세용액의 중성화를 통한 열연강판의 부식 발생 방지방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 제철소 열연라인에 설치되어 있는 수세시스템의 개략도.

도 2는 5개 수조의 수세시스템에서 각 수조의 수소이온농도를 나타내는 도면.

도 3은 수산화 나트륨 공급 라인 개략도.

도 4는 수산화나트륨 공급 시퀀스 순서도.

도 5는 열연강판 침적시 시간에 따른 표면 형상 변화를 나타낸 도면.

도 6은 수세용액 중성화에 따른 백색도 변화를 나타낸 도면.

도 7은 수세용액 중성화에 따른 황색도 변화를 나타낸 도면.

* 도면의 간단한 설명 *

1. 열연강판 500. 순수 탱크

101. 1번 수조 201. 2번 수조

301. 3번 수조 401. 4번 수조

501. 5번 수조 102~502. 스프레이 노즐

103~603. 링거 롤

204~404. 농도 체크 센서

205~405. 자동 개폐 밸브

600. 수산화 나트륨 탱크 700. 제어반(computer)

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 제철소 열연공장의 산세공정과 코일링 공정 사이의 수세공정에서 발생하는 열연강판의 부식을 방지하는 방법에 있어서, 상기 열연공정의 라인의 스피드를 체크하여 일정속도 이하로 떨어지면 pH의 농도를 체크하여 검사하는 단계; 체크하여 검사한 pH의 값이 낮은 경우 수산화나트륨 저장부와 연결된 밸브를 오픈하여 수산화나트륨을 이용하여 수세용액의 pH값을 높여서 수세중 발생하는 부식 반응 속도를 감소시키는 단계; 다시 라인스피드를 체크하여 일정속도 이상으로 체크될 때까지 시퀀스를 동작시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수세용액의 중성화를 통한 열연강판의 부식 발생 방지방법을 제공한다.이러한 본 발명에서 상기 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 값이 6이상이 되도록 조절된 수세 용액을 이용하여 수세를 실시하거나, 상기 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 값이 2.5-3.5가 되도록 조절된 수세 용액을 이용하여 수세를 실시하는 것이 바람직하다.또한, 본 발명은 산세탱크에서 나온 강판이 링거롤들 사이로 이동하여 통과하는 수세탱크수조와, 저장된 탱크에서 중성의 물을 분무하는 노즐과, 상기 뿌려진 물이 떨어져 저장되며 이동되는 복수개의 수조로 이루어진 제철소 열연공장의 산세공정과 코일링 공정 사이의 수세공정에서 발생하는 열연강판의 부식을 방지하는 시스템에 있어서, 상기 복수개의 수조의 하부에 설치된 수조용 농도 체크센서; 상기 수조의 상부에서 수산화나트륨 저장부로부터 수산화나트륨을 수조에 떨어뜨려 중성화시키기 위한 자동 개폐 밸브; 상기 농도 체크센서에 의하여 측정된 pH값이 2.5이하가 되거나 3.5~5.0이 되면 상기 자동 개폐 밸브의 개폐를 조절하기 위한 제어반;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수세용액의 중성화를 통한 열연강판의 부식 발생 방지 시스템을 제공한다.

본 발명의 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 전술한 각 수조 중 pH값이 문제가 되는 세 수조(201~401)하부에 농도 체크센서(204~404)를 설치하고, 수조(201~401) 상부에는 자동 개폐 밸브(205~405)를 설치하며, 각 밸브로 수산화 나트륨이 이동하는 라인과 연결된 수산화나트륨 탱크(600)가 설치되며, 센서(204~404)의 신호를 확인하여 밸브(205~405)를 제어하는 제어반(computer)(700)으로 구성 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 강판의 부식속도가 pH 값에 크게 의존한다는 점에 착안을 하여 부식속도를 늦추는 방법을 창안한 것으로, 제철소 열연공장 산세라인의 수세 공정에서 수산화나트륨(NaOH)을 사용하여 수세 용액의 pH 값을 높여서(중성화 시켜서) 수세에서 발생하는 부식 반응 속도를 감소시켜 부식을 억제하는 것에 관한 것이다. 즉 염산의 농도가 높은 수세 용액에 수산화나트륨을 첨가하여 물과 소금을 발생시키며 pH 값을 높여 부식속도를 낮추는 것이다.

상기의 작용을 위한 제어의 순서는 도 4와 같다.

우선 라인의 스피드를 계속해서 체크 하여 일정 속도 이상이면 계속 체크인으로 리턴하고 스피드가 일정 속도 이하로 떨어지면 PH의 농도와 라인 스피드를 계속 체크하는 것이다. 이후 PH의 농도를 일정 수준으로 밸브(205~405)의 개폐를 이용하여 유지하며, 이와 함께 계속 라인 스피드를 체크하여 일정 속도 이상으로 체크될 때까지 시퀀스를 동작시키다가 일정 속도 이상이 되면 스타트 지점으로 돌아가 다시 처음의 상태에서 시퀀스를 시작하게 하는 것이다.

다음은 본 발명의 내용을 검증한 실시예를 설명한다.

실시예 1

도 5는 열연 강판이 pH 값이 4 인 수세 용액에 침적되어 있을 때 시간 경과에 따른 부식 발생 정도를 보여주고 있다. 부식은 침적 10초에서 30 초 정도까지는 그리 큰 변화가 없으나 70초 이후에는 부식 생성물이 표면에 나타나고 있음을 확연히 알 수 있었다. 열연강판을 10초에서 30초 침적하는 경우에는 수세 공정에서 라인 속도가 분당 약 100m에서 30m 정도로 감소하는 경우로 이 경우에는 수세를 실시하여도 육안으로 확연하게 구분할 수 있는 부식이 발생하지 않는다. 그러나 열연강판을 70초 정도 침적 시키면 이때 열연 강판의 선속도가 분당 약 15m 이하이며 표면에 심한 부식이 발생해서 부식생성물을 확연히 구분할 수 있었다.

실시예 2

도 6은 산성의 수세 용액(pH 값 1.5, 2, 3, 4)에 수산화나트륨을 첨가하여 수세 용액을 중화 시킨 후 시편을 100초 침적하였을 때 최종 pH 값에 따른 열연강판의 백색도를 보여주고 있다. 백색도의 측정은 ASTM E313-1973에 준하여 측정하였다. pH 값이 3 부근 및 6 이상에서는 초기 pH 값과 관계없이 백색도가 40 이상으로 부식 발생이 심각한 문제를 발생시키지 않음을 알 수 있었다.

한편 이러한 결과는 도 7에서 보여주는 것과 같이 시편을 100초 침적하였을때 황색도에서도 확연히 나타나고 있음을 알 수 있었다. 황색도의 측정은 ASTM E313-1973에 준하여 측정하였다. pH 값이 3 부근 및 6 이상에서는 초기 pH 값과 관계없이 황색도가 6 이하로 부식 발생이 심각한 문제를 발생시키지 않음을 알 수 있었다.

한편 pH 값이 2 이하 및 4-6구간에서는 부식이 매우 심하게 발생하였는데 이 부분의 백색도 및 황색도는 모두 심한 부식 발생을 나타내고 있었다. 그러나 pH 값이 3부근에서는 부식 발생이 오히려 감소하는 경향을 보여주고 있었다. 이 경우에는 수세용액에 의한 부식보다는 산세효과가 나타남을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 통하여 라인 속도 감소시의 수세 공정에서 강판의 부식을 방지하므로 제품의 품질 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 제철소 열연공장의 산세공정과 코일링 공정 사이의 수세공정에서 발생하는 열연강판의 부식을 방지하는 방법에 있어서,

   상기 열연공정의 라인의 스피드를 체크하여 일정속도 이하로 떨어지면 pH의 농도를 체크하여 검사하는 단계;

   체크하여 검사한 pH의 값이 낮은 경우 수산화나트륨 저장부와 연결된 밸브를 오픈하여 수산화나트륨을 이용하여 수세용액의 pH값을 높여서 수세중 발생하는 부식 반응 속도를 감소시키는 단계;

   다시 라인스피드를 체크하여 일정속도 이상으로 체크될 때까지 시퀀스를 동작시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 값이 6이상이 되도록 조절된 수세 용액을 이용하여 수세를 실시하는 것을 특징으로 하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 값이 2.5-3.5가 되도록 조절된 수세 용액을 이용하여 수세를 실시하는 것을 특징으로 하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지방법.
4. 산세탱크에서 나온 강판이 링거롤들 사이로 이동하여 통과하는 수세탱크수조와, 저장된 탱크에서 중성의 물을 분무하는 노즐과, 상기 뿌려진 물이 떨어져 저장되며 이동되는 복수개의 수조로 이루어진 제철소 열연공장의 산세공정과 코일링 공정 사이의 수세공정에서 발생하는 열연강판의 부식을 방지하는 시스템에 있어서,

   상기 복수개의 수조의 하부에 설치된 수조용 농도 체크센서;

   상기 수조의 상부에서 수산화나트륨 저장부로부터 수산화나트륨을 수조에 떨어뜨려 중성화시키기 위한 자동 개폐 밸브;

   상기 농도 체크센서에 의하여 측정된 pH값이 2.5이하가 되거나 3.5~5.0이 되면 상기 자동 개폐 밸브의 개폐를 조절하기 위한 제어반;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수세용액 중성화를 이용한 열연강판의 부식 발생 방지 시스템.