KR100467721B1

KR100467721B1 - 냉연강판의 산세처리장치

Info

Publication number: KR100467721B1
Application number: KR10-2000-0080875A
Authority: KR
Inventors: 유홍종; 권희완
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2005-01-24
Also published as: KR20020051278A

Abstract

본 발명은 도금처리하기 전에 시행되는 냉연강판의 산세처리장치에 관한 것으로서, 황산침적 산세탱크에 수용된 황산용액에 인히비터가 첨가되어, 황산침적 산세 및 전해산세에 의해 산세처리되는 냉연강판의 거칠고 불균일한 표면에 대해 국부적인 산세부식을 억제하고, 산세후 냉연강판 표면의 백색도가 향상되도록 된 냉연강판의 산세처리장치에 관한 것이다.

Description

냉연강판의 산세처리장치{Apparatus for pickling the cold rolled steel}

본 발명은 냉연강판의 산세처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황산침적 산세탱크에 수용된 황산용액에 산세후 제품 표면의 백색도를 향상시키기 위한 냉연강판의 산세처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열간압연 작업시 강판 표면 상에는 산화제이철(Fe₂O₃), 산화제삼철(Fe₃O₄) 및 산화제일철(FeO)이 순차적으로 적층되어 있는 산화물층의 표면스케일이 형성된다. 상기 산화제일철(FeO)은 전체 산화물층에서 약 95%를 점유하게 된다.

표면스케일은 열간압연 작업시 발생하는 결함으로서, 표면스케일이 완전히 제거되지 않은 강판을 전기도금하여 내지문제품을 생산하게 되면, 강판 표면에 미세한 스케일 자국형태가 잔존하여 내지문제품의 품질을 저하시키고, 스케일 자국 형태가 심한 경우에는 불규칙한 침상형태로 잔존하여 표면품질불량에 의한 등급외 제품으로 분류된다.

따라서, 표면스케일을 제거하기 위하여, 전기아연 도금공정에서 강판을 도금처리하기 전에 황산과 염산을 사용하여 산세작업을 수행하였다. 이때, 황산(H₂SO₄)을 사용하는 산세처리 작업에서는 황산농도가 5∼20%로 유지된 조건 하에서 하기 반응식에 의해 표면스케일을 제거하였다.

Fe + H₂SO₄------→ FeSO₄+ H₂,

FeO + H₂SO₄------→ FeSO₄+ H₂O,

Fe₃O₄+ 4H₂------→ 3Fe + 4H₂O,

Fe₂O₃+ 3H₂------→ 2Fe + 3H₂O.

이러한 황산산세의 경우에는 스케일 브레이커 등의 물리적인 힘을 활용하여스케일 내의 균열을 증가시켜서 산세능력을 증대시키기도 한다.

또한, 황산대비 50% 정도의 산세효과가 강력한 염산(HCℓ)을 사용하는 경우에는 하기 반응식에 의해 표면스케일을 제거하였다.

Fe₂O₃+ 4HCℓ------→3FeCℓ₂+ 2H₂O + 1/2 O₂,

Fe₃O₄+ 6HCℓ------→3FeCℓ₂+ 3H₂O + 1/2 O₂,

FeO + 2HCℓ ------→FeCℓ₂+ H₂O,

Fe+ 2HCℓ ------→ FeCℓ₂+ H₂.

염산 산세의 경우에는 스머트(SMUT) 생성이 적고, 황산 산세에 비해 표면이 미려하고, 산세중에 형성되는 염화철은 황산철에 비해 가용성이고, 온도를 상승시키면 그 용해도가 증가하게 된다. 즉, 용해도가 증가할수록 표면스케일이 제거되는 산세효과가 향상된다.

황산철의 경우도 65℃ 까지는 황산철의 용해도가 증가하여 산세효과가 향상되어 표면스케일 제거효과가 증대된다.

냉간압연후 소둔한 원판소재인 냉연강판은 녹 (rust) 발생을 방지하기 위해서 표면에 방청유를 도포한다. 전기아연 도금공정에서는 가성소다 즉 알카리용액으로 침적 또는 스프레이 분사하여 선행공정에서 도포한 방청유를 탈지하고 더불어 표면에 부착되어 있는 이물질을 제거하여 청정한 상태로 만들어 준다. 즉, 전기아연 도금 작업전에 원판소재의 이물질 또는 미세 스케일층을 완전하게 제거해야지만 표면이 미려한 도금제품을 생산할 수 있다.

따라서, 도 1을 참조하면, 알카리 침적 탈지 탱크(1)에서 가성소다 3 ∼ 10% 농도 조건과 70 ∼ 90 ℃ 온도 조건에서 냉연강판을 탈지하여 표면을 청정화시킨다. 그리고, 탈지된 냉연강판은 표면에 잔류하는 알카리 용액을 제거하기 위해서 스퀴징롤(12, 13)로 짜주고, 순수를 사용하여 세척해 준다.

이때, 더욱 효과적으로 알카리 성분을 제거하기 위해서 냉연 강판의 양면을 상하부 브러쉬롤(17)로 닦아 주어 잔류 알카리 성분이 없도록 처리한다. 탈지 처리된 냉연 강판에는 미세한 스케일층이 잔존하는 데, 이 스케일층을 제거하기 위해 냉연강판은 황산 침적 산세 탱크(2)로 들어가게 된다.

이 탱크(2)에서는 5 ∼ 20% 농도조건과 40℃ 이하의 상온조건의 황산용액을 사용하여 표면에 잔존하는 미세한 스케일을 산세처리한다. 스퀴징롤(14, 15)을 사용하여 황산성분을 제거한다. 이때, 소재원판인 냉연강판의 표면에 미세한 스케일이 많고 적음에 따라 산세 제거차이가 유발되고 전기아연도금후 도금층 미세조직에 영향을 주어 표면에 스케일 자국형태로 선형 결함을 유발시킨다.

산세처리후, 냉연강판은 황산 산세린스 탱크(3)로 인입되어 산세처리된 냉연 강판은 강판 표면에 잔존하는 황산성분은 다시 완전제거 된다. 소재원판은 스퀴징롤(16)로 표면의 수분을 짜주고 열풍건조구역(19)을 통과하면서 최종적으로 청정한 상태로 되고 이후 도금작업이 진행된다.

종래의 산세기술로는 표면품질이 비교적 엄격하지 않은 일반재 수준에서 생산이 가능하지만 아주 엄격한 내지문 전기아연 도금제품 생산시는 미세한 스케일 자국조차도 허용하지 않으므로 더욱 강화된 산세처리가 요구된다.

본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 표면품질 기준이 아주 엄격한 내지문 전기아연 도금강판을 생산할 수 있도록 황산침적 산세처리 및 전해산세처리되면서 인히비터가 첨가됨으로 인해, 냉연강판의 스케일이 세밀하게 제거되고 국부적인 산세부식이 억제되면서 백색도가 향상되도록 된 냉연강판의 산세처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 황산침적 산세처리설비를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 인히비터가 첨가된 황산용액을 수용한 황산침적 산세탱크가 개략적으로 도시된 내부 구성도.

도 3은 도 2의 황산침적 산세탱크에서의 냉연강판이 산세처리되는 상태도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

21 : 황산 침적 산세 탱크

25, 26 : 전극

28 : 정류기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 도금처리하기 전에 표면의 스케일을 제거하기 위한 냉연강판이 통과되는 황산침적 산세탱크에는 산세처리를 위해 수용된 5∼20% 농도의 황산용액과, 직류전원이 통전되면서 냉연강판의 양면에 각각 대항되어 설치된 전극이 구비되어 이루어진 냉연강판의 산세처리장치에 있어서, 상기 황산용액에는 Pyrrole계 화합물 및 Imidazole 화합물 중 1종 또는 2종 이상의 화합물이 1∼10g/L 농도로 첨가되는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.도 2는 본 발명에 따른 인히비터가 첨가된 황산용액을 수용한 황산침적 산세탱크가 개략적으로 도시된 내부 구성도이고, 도 3은 도 2의 황산침적 산세탱크에서의 냉연강판이 산세처리되는 상태도이다.

본 발명에 따르면, 황산 침적 산세 탱크(21) 내에 전극(25, 26)을 설치하고 정류기(28)를 통해 일정한 직류전류를 흘려준다. 탱크(21) 내에는 상온 40℃ 온도조건, 5 ∼ 20% 농도조건의 황산용액을 공급하여 강판표면의 스케일층을 제거한다.

정류기(28)를 10 ∼15A/d㎡ 전류밀도의 직류전류를 전극(25, 26)에 통전하게 되면, 황산 용액과 냉연강판의 반응으로 음극(25)과 마주보는 강판표면은 양극으로 대전되고, 양극으로 대전된 강판표면에서는 산소가스가 발생한다. 양극측(26)과 마주보는 강판표면은 음극으로 대전되고, 음극으로 대전된 강판 표면은 수소가스가 발생된다. 미설명된 도면 부호 22는 냉연강판이고, 23은 황산산세 용액이며, 24는 황산산세탱크 씽크롤이고, 27은 절연판이며, 30은 황산산세 린스탱크이다.

이때, 황산용액의 화학적 반응에 의해 황산침적 산세효과 외에 추가적으로 전해반응으로 강판 표면에서 형성되는 발생가스의 체적팽창력에 의한 산세효과가 증대되어 미세한 스케일 자국까지도 완벽하게 제거된다.

따라서, 표면 품질이 엄격하게 요구되는 내지문 제품의 품질을 안정적으로 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 전해산세장치에서 황산용액 농도는 5 ∼ 20% 가 적정하다. 5% 미만의 황산 농도 조건에서는 완전한 스케일 제거가 어려워 도금제품 표면품질에 필요한 표면 청정성 확보가 곤란하며, 20% 이상에서는 급격한 산세반응으로 표면이 조잡하게 된다.

한편, 전해산세를 결정하는 전류밀도는 5A/dm²이하일 때 전해산세의 효과가 떨어져서 산세가 불충분하고, 20A/dm²이상일 때 과도한 산세 반응에 의해 오히려 표면품질이 거칠어진다.

황산 용액의 온도를 올리면 65℃까지는 황산철의 용해도가 증가하므로, 산세효과는 증가하지만, 온도변화시 황산철의 용해도 차이에 따라 산세능력이 변화하거나 또는 황산 연기(fume)가 다량으로 배출되므로, 황산 용액의 온도는 일정한 온도, 즉 상온으로 유지하는 것이 관리상 유리하다.

또한, 냉연강판의 전해산세처리시 산세효과가 증대되어 국부적인 산세 능력의 차이로 산세후 거칠고 불균일한 표면이 문제가 되므로 국부적인 산세부식을 억제하고 백색도를 향상시키기 위해서 첨가제로 인히비터(Inhibitor)를 사용한다.

상기 인히비터의 조성은 다음의 화학식을 갖는 피롤(Pyrrole)계 화합물 [CaHbNcOd](여기에서, a : 4-7, b : 7-14, c : 1-3, d : 0-2)이다. 특히, 피롤계 화합물중에서 N-methylpyrrole [C₅H₇N] 물질을 투입하고, 그 농도 조건은 첨가량 1~10g/L 범위에서 사용한다.

따라서, 상기 화합물을 기존의 황산 용액에 첨가함으로써 냉연강판의 국부적인 산세부식을 억제하는 효과를 낼 수 있다. 즉, 전해산세후, 표면이 거칠어지는 피팅(Pitting) 또는 에칭(Etching) 등 과산세 현상이 방지 된다.

또한 이미다졸(Imidazole) [C3H4N2] 화합물을 투입하고 그 농도조건은 첨가량 1 ~ 10g/L로서 적용한다. 이는 산세강판 표면의 국부적인 부식을 방지하는 효과가 있을 뿐만 아니라 산세후 제품 표면의 백색도를 향상시키는 효과가 있다.

상기 화합물을 2종 이상 혼합하여 첨가할 경우 첨가제의 총 배합량은 1 ~ 10g/L의 농도 조건으로서 황산용액에 혼합하여 사용한다.

상술된 바와 같이, 황산침적 산세탱크(21) 내의 양극과 음극에 통전시킴으로써 강판 표면에는 반대 전극으로 대전되고, 이에 따라 강판 표면에서는, 하기 반응식과 같이, 산소 또는 수소가스가 발생한다.

양극(Anode) : 4H⁺+ 4e^-→H₂↑

음극(Cathode) : 4OH^-→O₂↑+ 4e + 2H₂O

본 발명에 따른 전해산세를 사용하지 않은 일반재의 경우에는 전원을 차단하여 종래의 황산 침적 산세방법을 이용할 수 있으므로, 제품 생산 종류및 스케일 자국 잔존 여부에 따라 선택적인 조업이 가능하다.

실시예를 통하여 작업 조건의 범위에 대해서 적정성에 대해 설명하였다.

[실시예]

열간압연후 냉연공정에서 냉간압연을 실시하고 소둔한 냉연강판은 전기도금공정에서 소재원판으로 사용되며, 전해산세 조건의 적정 범위를 찾기 위해 신규 개발한 전해산세방법을 적용하여 조건별로 전해 산세를 실시하고 다시 전기아연도금을 실시하여 표면 미세스케일 잔존여부를 확인하였다. 그 결과는 하기 [표 1]에 나타내었다.

[표 1]

구분	황산농도(%wt/vol)	전해산세조건	표면스케일	비고
구분	황산농도(%wt/vol)	온도(℃)	표면스케일	비고	전류밀도(A/dm²)
1234567891011121314151617181920	35102030351020303510203035102030	30〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃	55555101010101015151515152020202020	XOOO△△◎◎◎△O◎◎◎△△O△XX	20초전해산세
12345	35102030	30〃〃〃〃	-----	X△OOO	20초침적산세

◎ : 아주우수, O : 우수, △ : 보통, X : 열세.

상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 전해산세장치에서의 황산용액 농도는 5 ∼ 20% wt/vol, 통전하는 전류밀도는 10A/dm²∼ 15A/dm², 온도조건은 상온 즉 40 ℃ 이하가 적정하였다. 또한, 냉연강판의 전해 산세시 산세효과의 증대로 발생하는 국부적인 산세편차를 줄이기 위해 Pyrrole계 화합물 및 Imidazole 화합물을 1종 또는 그 이상으로 1 ~ 10 g/L 농도로 황산용액에 첨가하는 적정 작업 범위를 설정하였다. 하기 [표 2]에는 첨가제의 적정범위및 투입효과를 나타낸다.

[표 2]

구분	황산농도(%wt/vol)	전류밀도(A/dm²)	Pyrrole계(g/L)	Imidazole 계(g/L)	산세후표면
1234	10201020	10101515	5510-	55-10	1(아주우수)111
1234	10201020	10101515	----	----	2(우수)222

따라서 본 발명은 전기도금공장에서 수요가로부터 표면품질 요구가 까다로운 제품 특히 내지문 제품등을 생산할 때 냉연강판에 잔존하는 미세한 스케일 자국이 전처리 산세처리에서 산세능력이 취약하거나 스케일 자국이 심할 경우 전기도금후에도 제품 표면에 잔존하여 품질 편차가 발생하고, 스케일 결함으로 인한 등급외 제품이 발생하는 표면 품질 문제를 해결한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 냉연강판의 국부적인 산세부식을 억제하고, 전해산세후, 표면이 거칠어지는 피팅(Pitting) 또는 에칭(Etching) 등의 과산세 현상이 방지되며, 산세후 제품 표면의 백색도를 향상시키는 효과가 있다

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims

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도금처리하기 전에 표면의 스케일을 제거하기 위한 냉연강판이 통과되는 황산침적 산세탱크에는 산세처리를 위해 수용된 5∼20% 농도의 황산용액과, 직류전원이 통전되면서 냉연강판의 양면에 각각 대항되어 설치된 전극이 구비되어 이루어진 냉연강판의 산세처리장치에 있어서,

상기 황산용액에는 Pyrrole계 화합물 및 Imidazole 화합물 중 1종 또는 2종 이상의 화합물이 1∼10g/L 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 냉연강판의 산세처리장치.
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