KR100487646B1 - 금속띠판의전해산세척방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 띠판과 전극들 사이에서 전기적 도전 접촉 없이, 전류가 간접적으로 띠판으로 통해서 유도되는, 스테인레스 강 띠판의 전해 산 세척 공정에 관한 것이다. 띠판은 공정을 통하여 수직으로 진행되고, 전해액은 띠판과 전극들 사이에 공급되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 공정을 실행하는 장치에 관한 것이다.

Description

금속 띠판의 전해 산 세척 방법 및 장치{PROCESS AND A DEVICE FOR ELECTROLYTIC PICKLING OF METALLIC STRIP}
본 발명은, 띠판(帶板)이 공정을 통하여 수직으로 진행되고, 즉, 양극들 및 음극들이 수직으로 장착되어 있고, 전해 액이 띠판과 전극들 사이로 공급되는 것을 특징으로 한다. 전해 셀은 전극들의 수직 배열 때문에 공간-절약(space-saving)이 된다. 필요한 공간은, 종래의 장치가 필요로 하는 8m와 비교되는 약 2m이다. 더욱, 띠판은, 새그(sag)가 없기 때문에, 양호하게 안내된다.
또한, 본 발명의 바람직한 개선 형태는, 양극과 음극 사이의 간극이 띠판의 치수에 적합하도록 변경되는 것을 특징으로 한다. 이는, 여러 치수의 띠판에 대하여 최저 전압에서 최대 전류량이 성취된다는 것을 보장한다. 만약 양극과 음극이 서로에 대해서 근접하여 장착되는 경우 직류의 흐름이 존재한다. 다른 한편으로, 이 같은 거리가 커질수록, 띠판에서의 전압 강하가 증가한다. 실질적으로, 이러한 전압 강하는 띠판의 단면과 연관이 있다. 따라서, 각 띠판 치수에 대한 최적의 거리가 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 전극들과 띠판 사이의 간극으로 공급되는 전해액 양이 조절되는 것을 특징으로 한다. 이 같은 방식으로, 띠판은 전극들 사이의 중심에 수력학적으로 정확히 안정화된다. 따라서, 전극들과 띠판 사이의 간극은 최소치로 줄어들 수 있다.
본 발명의 바람직한 변형 형태는, 온도, 전해 액의 농도 및 부하 밀도(단위 면적 당 쿨롱)가 산 세척되는 띠판에 적합하도록 명확하게 설정되는 것을 특징으로 한다. 그렇게 함으로써, 산 세척 조건은 각 띠판 치수, 장치 속도, 처리 시간, 스케일의 형태 등에 대해서 최적치로 설정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 전극들과 띠판 사이의 간극이 변경되는 것을 특징으로 한다. 그렇게 함으로써, 간극은 띠판의 기복에 쉽게 적응될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 개선 형태는, 띠판의 기복이 측정되고, 띠판과 전극 사이의 어떠한 접촉도 피할 수 있도록 전극들의 띠판으로부터의 거리가 증가하는 것을 특징으로 한다. 이는, 단락을 일으킬 수 있는 띠판과 전극들 사이의 접촉 위험을 제거한다.
또한, 본 발명은, 금속 띠판(帶板), 특히, 스테인레스 강 띠판, 그리고 티타늄, 알루미늄 또는 니켈로 이루어진 띠판을 전해 산 세척(電解 酸 洗滌)하기 위한 장치에 관한 것으로, 띠판과 전극들 사이의 전기적 도전 접촉(導電 接觸) 없이, 전류가 간접적으로 띠판을 통해서 유도된다. 띠판은 공정을 통하여 수직으로 진행되고, 전극들과 띠판 사이에 전해액이 공급되는 수직 간극이 존재하는 것을 특징으로 한다. 전해 셀은 수직 배열 때문에 공간 절약(space-saving)이 된다. 필요한 공간은 종래의 장치에 대해서 필요로 하는 8m와 비교되는 약 2m이다. 더욱, 띠판은 새그(sag)가 없기 때문에, 양호하게 안내된다.
또한, 본 발명의 바람직한 개선 형태는, 띠판의 진행 방향으로 양극들과 음극들이 상쇄(offset) 배열로 놓여 있는 것, 즉 띠판은 상호간에 대향되어 장착되어 있는 두 개의 양극들 사이 또는 상호 대향되어 장착되어 있는 두 개의 음극들 사이를 진행하는 것을 특징으로 한다. 이는 띠판에서의 균일한 전류의 흐름을 야기하여서, 균일한 산 세척을 이룬다.
본 발명의 바람직한 형태는, 양극들의 표면 또는 양극 전체가 바람직하기로는 납 또는 납 합금, 이리듐 산화물 또는 흑연으로 제조되어 있는 것을 특징으로 한다. 그러한 재료로 만들어진 양극들은 전해 음이온에 의한 양극성 어텍(anodic attack) 면내에서의 화학적 불활성화(不活性化)를 야기한다. 바람직하게, 납은 황산 이온(SO4 2-)과 함께 사용되고, 이리듐 산화물은 황산 이온 및/또는 염화 이온(Cl-)과 함께 사용된다. 또한, 흑연은 다른 음이온 또는 그의 혼합물과 함께 사용된다.
본 발명의 바람직한 변형 형태는, 전해액 공급을 위한 제어 장치가 제공되고, 띠판과 전극들 사이의 각 액체 통로에 대하여 별도의 제어 장치가 제공되는 것을 특징으로 한다. 이 같은 배열로, 한편으로는 흐름은 띠판 폭에 적합하도록 형성 될 수 있고, 다양한 폭의 띠판에 대하여 최적 수준으로 설정될 수 있다. 띠판을 수력학적으로 안내함으로써, 띠판은 전극들 사이로 조심스럽게 안내될 수 있다. 종래의 장치는, 일반적으로, 각 셀에 적합한 2개의 정류기, 즉 띠판의 하측부에 하나와 띠판의 상측부에 하나를 필요로 한다. 본 발명에 의한 셀에 있어서, 하나의 정류기는 하나 또는 수 개의 셀들에 대하여 설치될 수 있다. 공급되는 전해액의 양을 조절함으로써 가능한 수력학적 띠판 안내에 의하여, 예를 들면 띠판의 상측부가 하측부보다 더 많은 양의 스케일을 가지고 있을 경우, 상측부는 전극들에 더 가깝게 밀릴 수 있어서 더욱 강력하게 산 세척된다.
본 발명의 바람직한 형태는, 양극들과 음극들 사이의 간극을 설정하고 조절하기 위한 장치가 제공되어 있는 장치를 특징으로 한다. 양극과 음극 사이의 조절 가능한 간극은 전류의 흐름을 조절하여, 결과적으로 에너지 비용을 절감한다.
또한, 본 발명의 바람직한 형태는, 띠판과 전극 사이의 간극을 설정하기 위한 장치가 제공되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 같은 장치에 의해서, 간극은 띠판의 기복에 손쉽게 적응될 수 있다.
본 발명의 적절한 변형 형태는, 띠판 기복을 검출하기 위한 장치가 전극들에 대한 설정 장치에 연결되어 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
냉간 압연된 스테인레스 강 띠판을 산 세척하는 종래의 장치에서는, 일명 "중성 전해액" 공정이 사용되었다. 여기에서, 전압은 띠판에 간접적으로 유도된다. 이는, 전도체 롤러와 띠판 사이에 접촉점들이 없다는 것을 의미한다. 이 같은 공정의 다른 특징은, 양극들 및 음극들은 전해액으로 완전히 덮여서 수평으로 장착된다는 점, 즉 셀은 침지형으로 수평으로 배열된다는 점이다. 더욱, 띠판의 전해 아연 도금(亞鉛 鍍金) 공정은 오스트리아 특허 번호 AT-PS 373 922에 공지되어 있다. 이 같은 공정에서, 전극들은 수직으로 장착되어 있다. 전해액은 양극들과 띠판 사이의 간극으로 공급된다. 전압은 직접적으로 띠판으로 유도되고, 음극들은 도전 롤러의 형태를 취하고 있다.
더욱이, 높은 전류 밀도에서의 스텐인레스 강 띠판의 산 세척은 미국 특허 번호 US 4363709에 공지되어 있다. 상기 특허는, 40-60A/d㎡의 전류 밀도를 개시하고 있으나, 대규모 설비에 있어서 적당한 전압 범위(40 볼트보다 적은) 내에서 실현될 수 있는 장비에 대해서는 제시하는 바가 없다.
본 발명은, 띠판과 전극들 사이의 전기적 도전 접촉(導電 接觸)없이, 전류가 간접적으로 띠판을 통해서 유도되는, 금속 띠판(帶板), 특히 스테인레스 강 띠판, 그리고 티타늄, 알루미늄 또는 니켈로 이루어진 띠판의 전해 산 세척(電解 酸 洗滌) 방법 및 장치에 관한 것이다.
시험 장치(pilot plant)는 공정을 시험하기 위하여 세워졌다. 상기 장치 설비는, 60m/min에 달하는 속도로 처리 장치를 통해서 띠판을 당길 수 있는 하나의 디코일러(decoiler)(a) 및 리코일러(recoiler)(b)를 포함하고 있었다. 처리 장치는 도유된 띠판을 세척하기 위한 화학적 탈지 장치(c) 및 전해 셀(d)을 포함하고 있다. 상기 셀은 4개의 정류기(e)에 연결되어 있다. 각각의 정류기는 3000A/32V의 최대 정격(定格)을 가지고 있다. 전극들의 배열은 단 하나의 양극(f) 및 음극(g) 쌍이 하나의 정류기에 연결될 수 있도록 선택되어 있다. 전극들 사이의 간극은 수동으로 조정되어 있다.
소둔된 냉간 압연 스테인레스 강 띠판의 코일은 이같은 장치 배열로 처리되었다.
재료: AISI 304
두께: 0.5mm
폭 : 320mm
코일 무게: 1000kg
약 50m/min의 일정한 장치 속도에서 정류기의 출력이 증가되었다. 6000A(4×1500A)의 전기 입력에서, 띠판은 스케일이 완전히 없어졌다. 8000A의 전기 입력에서, 띠판 표면은 향상된 광도를 나타내었다. 약 200A/dm2의 전류 밀도에서, 셀 내의 전해질의 과열 및 여러 군데에서의 띠판의 과열 또는 부적절한 가스 제거와 같은 문제는 없었다. 또한, 시험의 분석에서, 전기 입력의 균일성은 결정되었다. 이것은 밝기 및 색상을 측정함으로써 결정되었다. 상기 시험에 의하면, 변화가 초기 물질의 경우보다 크지는 않았다. 또한, 더 많은 스케일이 있는 띠판 가장자리도 완전하게 스케일이 제거되었다.
도 1은 종래의 기술에 의한 산 세척 탱크(1)를 도시하고 있다. 금속 띠판(2)은, 예를 들면, 음극(4)들과 양극(5)들 사이에 있는 황산 나트륨(Na2SO4)과 같은 전해액(3)을 통해서 안내된다. 전극들과 띠판 사이에 있는 간극은 일반적으로 약 70mm 내지 150mm 사이에 있고, 띠판은, 통상 어느 정도 휘어지게 되는 현상(새그, sag)을 나타내나, 예를 들면 장치의 중앙에 지지 롤러들을 삽입함으로써 새그를 감소시킬 수 있다. 펌프(7)는 파이프(6)를 통해서 산 세척 탱크(1)내로 전해액(3)을 공급하고, 파이프(8)를 통해서 배출되어 저장 탱크(9) 내로 흐르고, 그 다음, 전해액(3)이 재순환된다.
도 2는 60m/min에 이르는 속도로 처리 장치를 통해서 띠판을 당기는 것을 가능하게 하는 디코일러(11) 및 리코일러(18)를 구비하고 있는 장치를 도시하고 있다. 상기 처리 장치는 도유된 띠판을 세척하기 위한 화학적 탈지 장치(12) 및 전해 셀(13)을 포함하고 있다. 셀은 4 정류기에 연결되어 있다. 각각의 정류기는 3000A/32V의 최대 정격을 가지고 있다. 전극(15,16)의 배열은, 단지 하나의 양극(15) 및 음극(16) 한쌍이 하나의 정류기에 연결될 수 있도록 선택되어 있다. 여기에서, 띠판(2)은 롤러(14,14')들 상에서 굴절된다.
도 3은 본 발명에 의한 전해 셀을 도시하고 있다. 스테인레스 강 등의 금속 띠판(2)은 전극(15, 16)들 사이에 있는 간극 내로 공급된다. 하나의 양극(15) 및 하나의 음극(16)의 각 쌍은 하나의 정류기(19)에 연결되어 있다. 전극들, 예를 들면, 음극(16)은 20으로 표시된 방향으로 이동될 수 있어서, 양극(15, 16)과의 간극이 조절 가능하다. 이것은 전력의 최적 사용을 허여 한다. 펌프(7)는, 파이프(6)를 통해서, 이 같은 목적을 위해서 장착된 파이프(21, 21', 21'' 및 21''')로 전해액을 이송한 다음, 전해액(3)을 전극(15, 16)들과 띠판(2)사이의 간극(24, 24', 24'', 24''') 내로 공급한다. 공급되는 전해액의 양은 조절 장치(22, 22', 22'', 22''')에 의해 요구되어지는 조건들에 따라 조절될 수 있다. 전극들 사이를 통과한 후, 전해액(3)은 전해 셀(13)의 하부에 모인 다음, 펌프(7)로 다시 공급된다.
본 발명에 따른 셀은 종래의 셀보다 높은 성능을 가지고 있다. 동일한 전기 에너지의 입력으로, 전압 강하가 더 작기 때문에 띠판을 통해서 더 많은 전류가 유도될 수 있다. 그러나, 동시에, 본 발명에 따른 셀의 흐름 메커니즘은 매우 높은 질량 및 열 전달 계수를 얻을 수 있도록 설계되어 있다. 이는, 띠판 운동뿐만 아니라 전극들과 띠판 사이의 적은 간극에 의해 야기되는 높은 난류로부터 생기고, 반응 영역으로부터의 용해 금속과 열이 매우 효과적으로 제거된다.
일반적으로 종래의 기술(도 1 참조)에 개시된 침지형 셀에 대한 본 발명에 의한 셀의 주된 장점은 띠판의 양호한 안내 및 더 높은 질량 및 열 전달인데, 이는 더 양호한 산 세척 성능을 가져온다. 종래의 셀에 있는 정류기들은 11000A(2×5500)의 정격을 가지고 있다. 전극들과 띠판(약 50mm - 150mm)사이의 간극에 따라서, 전압 강하는 25 내지 40V 사이에 있다. 본 발명에 의한 셀는 약 17V에서 띠판에 50000A를 전달할 수 있다.
본 발명은 기술된 형태에 한정되는 것은 아니다. 다른 한편으로, 적절한 성극(成極) 또는 화학 처리를 촉진하기 위한 더 짧은 양극들 및 더 긴 음극들과 같은, 전극 배선 및 배열의 모든 알려진 변형예는, 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
도 1은 중성 전해액을 사용하는 종래의 산 세척 장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 의한 공정에 적합한 장치를 도시하고 있다.
도 3은 도 2의 장치의 전해 셀을 도시하고 있다.

Claims (23)

  1. 금속 띠판(帶板), 특히 스테인레스 강 띠판, 그리고 티타늄, 알루미늄 또는 니켈로 이루어진 띠판의 전해 산 세척(電解 酸 洗滌) 방법으로서, 상기 띠판과 전극들 사이의 전기적 도전 접촉(導電 接觸)없이 전류가 간접적으로 상기 띠판을 통해서 유도되고, 상기 띠판은 수직으로 진행되고 상기 띠판과 상기 전극들 사이로 전해액이 공급되는 전해 산 세척 방법에 있어서,
    상기 띠판 상방에 양극과 음극이 직접 교호되어 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    양극들과 음극들 사이의 거리는 띠판의 치수에 적합하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전극들과 띠판 사이의 간극 내로 공급되는 전해액의 양은 조절되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    온도는 산 세척되는 띠판에 적합하도록 명확하게 설정되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    전해 액의 온도는 20℃와 85℃사이의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전해 액의 농도는 산 세척되는 띠판에 적합하도록 명확하게 설정되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    전해액 내의 황산나트륨(Na2SO4)의 농도는 100g/1과 350g/l 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    부하 밀도(단위 면적 당 쿨롱)는 산 세척되는 띠판에 적합하도록 명확하게 설정되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    부하 밀도들은 20A/dm2과 250A/dm2 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전극들과 띠판 사이의 간극은 변경되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    띠판 기복이 측정되고, 전극들은 띠판과 전극 사이에서의 어떠한 접촉도 피할 수 있도록 띠판으로부터의 거리가 증가되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  12. 금속 띠판(帶板), 특히 스테인레스 강 띠판, 그리고 티나늄, 알루미늄 또는 니켈로 이루어진 띠판의 전해 산 세척(電解 酸 洗滌) 장치로서, 상기 띠판과 전극들 사이의 전기적 도전 접촉(導電 接觸)없이 전류가 간접적으로 상기 띠판을 통해서 유도되고, 상기 띠판은 수직으로 진행되고 상기 띠판과 상기 전극들 사이에 전해액이 공급되는 간극이 제공되어 있는 전해 산 세척 장치에 있어서,
    상기 띠판 상방에 양극과 음극이 직접 교호되어 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    양극들과 음극들은 서로 상쇄 배열 상태로 놓여 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    양극 표면 또는 음극 전체는 납 또는 납 합금 또는 이리듐 산화물 또는 흑연으로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    전해액 공급을 위한 제어 장치가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    띠판과 전극 사이의 각 액체 통로에 대하여 별도의 제어 장치가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    양극들과 음극들 사이의 간극을 설정하고 조절하기 위한 장치가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    띠판과 전극 사이의 간극을 설정하기 위한 장치가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    띠판 기복을 검출하기 위한 장치가 전극들에 대한 설정 장치에 연결되어 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  20. 제 12 항 내지 제 13 항에 있어서,
    전극들과 띠판은 5mm 내지 15mm의 거리로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 장치.
  21. 제 5 항에 있어서,
    전해 액의 온도는 20℃와 70℃ 사이의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  22. 제 7 항에 있어서,
    전해액 내의 황산나트륨(Na2So4)의 농도는 100g/1과 150g/1 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
  23. 제 9 항에 있어서,
    부하 밀도는, 납 양극들에 대해서는 20A/dm2과 130A/dm2 사이의 범위이고, 이리듐 양극들에 대해서는 20A/dm2 과 180A/dm2 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 전해 산 세척 방법.
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