KR100617704B1 - 냉연강판 제조공정에 있어서의 저온 복합탈지제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉연강판의 청정도를 유지하고 아울러 원단위 절감을 위해 저온에서 우수한 탈지력을 나타내는 냉연강판 제조용 저온복합 탈지제에 관한 것으로 그 구성성분은 올소 규산소다 60 ~ 70%, 트리폴리 인산소다 4 ~ 6%, 비이온 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 넌일페놀 에테르 12 ~ 14%, 유화제 및 분산제로 작용하는 폴리옥시에틸렌 라우리 에테르 1 ~ 2%, 침투제로서 올소 실리케이트 10 ~ 12%, 디포머 1 ~ 2% 및 기타 계면활성제로 구성되어 탈지능력이 향상되고 사용시 거품이 잘 발생되지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

냉연강판 제조공정에 있어서의 저온 복합탈지제 {Corporate Degreasing Agent in Low temperature in the Manufacturing process of Cold-Rolled Steel Sheet}

제 1 도는 알칼리용액에 각종 계면활성제 및 첨가제로 구성된 저온탈지제가 강판을 청정하게 해주는 탈지원리를 나타내는 설명도

제 2 도는 본 발명상의 알칼리 및 전해탈지설비의 일실시예로서의 공정설명도

제 3 도는 처리온도에 따른 탈지후 강판의 접촉각과의 상관 관계도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 - 강판스트립

2 - 알칼리탈지설비

3 - No.1 브러시

4 - 알칼리탈지조

5 - No.2 브러시

6 - 전해탈지조

7 - No.3 브러시

8 ~ 12 - 린스탱크

13 - 건조기

본 발명은 연속소둔라인 및 연속도금라인에서 강판의 표면을 청정하게 관리하는 탈지공정에 사용되는 냉연강판제조 공정상의 저온탈지제에 관한 것이다.

일반적으로 연속소둔라인 및 연속도금라인 등을 갖추고 있는 냉연공장에서는 압연공정 또는 그 전공정에서 묻은 압연유 또는 방청유 등과 같은 기름 및 이물질을 제거하기 위하여 소둔작업이나 도금작업 전에 강판표면을 탈지하게 된다.

그런데 탈지공정에 사용되는 탈지제의 주성분은 수산화나트륨 및 올소 규산소다이며 여기에 각종 계면활성제, 킬레이트제, 디포머 등으로 구성되어 있다.

현재 사용되고 있는 알칼리 탈지제의 경우 75 ~ 80℃에서 가장 양호한 탈지성능을 나타내지만 온도가 떨어지면서 그 성능은 급격히 저하된다. 그 이유로는 물의 온도가 증가할수록 표면장력이 낮아지며 물분자의 운동에너지가 증가하게 되고 또한 탈지액에 표면장력이 작은 것이 금속 표면 물질에 액체가 침투하기 쉬우므로 금속 표면에서의 탈지력은 표면장력이 낮을수록 증가한다. 따라서 주성분으로 알칼리를 사용하면서 낮은 온도에서도 표면장력을 낮출 수 있는 첨가제를 혼입함으로서 습기흡수성, 삼투, 유화, 분산작용을 촉진하여 탈지작용을 향상시켜야 한다.

그러나 또한 고온에서 탈지작업을 하는 경우 거품이 다량 발생하여 용액의 소모가 많을 뿐만 아니라 주변 작업장을 오염시키게 되고 고온을 유지하기 위해 다량의 에너지를 필요로 하게되어 원단위 상승의 요인이 되게도 한다. 특히 본 공정의 특성상 탈지용액 이동시 상하의 낙차가 커서 거품성이 열악한 탈지제를 사용하는 경우 작업이 이루어지지 않을 정도의 심각한 문제를 유발하게 된다.

본 발명에서는 상술한 연속소둔라인 및 연속도금라인에서 거품발생이 적고 통상 50℃ 이하에서 양호한 탈지능력을 발휘하는 우수한 탈지능력을 가진 저온 탈지제를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 상술한 목적을 달성하기 위해 그 구성성분은 올소 규산소다 60 ~ 70%, 트리폴리 인산소다 4 ~ 6%, 비이온 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 넌일페놀 에테르 12 ~ 14%, 유화제 및 분산제로 작용하는 폴리옥시에틸렌 라우리 에테르 1 ~ 2%, 침투제로서 올소 실리케이트 10 ~ 12%, 디포머 1 ~ 2% 및 기타 계면활성제로 구성되어 거품이 잘 발생되지 않으면서 50℃ 이하에서 탈지능력이 향상된 것을 특징으로 하는 저온탈지제를 제공하여 달성된다.

또한, 상기 저온탈지제 원액은 강판의 탈지 작업시 증류수를 지용하여 2 ~ 4% 희석한 후 40 ~ 50℃(가급적 50℃미만의 온도)에서 사용하는 것을 특징으로 하는 저온탈지제를 이용한 강판 탈지방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명에 사용된 구성성분 및 역할을 살펴보면 주성분은 올소 규산소다(Sodium orthosilicate)로 60 ~ 70%정도 혼입되어 있다. 일반적으로 규산염이 탈지액 속에 있으면 알루미늄, 아연 또한 철이나 황동표면을 알칼리염에 의해서 침식당하는 것을 방지해 준다. 따라서 Al이나 Zn 탈지제에는 반드시 규산염이 들어간다. 공업용 규산소다는 Na₂O : SiO₂ 의 비율에 따라 분류되는데 그 중 탈지에 많이 사용되는 것이 올소 규산소다(2:1)와 메타규산소다(1:1)이다. 또한 본 발명에 적용된 공업용 올소 규산소다는 가성소다와 메타규산소다의 혼합물(40% 가성소다)이며, 예컨데 Na₂O : SiO₂ = 2 : 1 비율은 세탁이나 탈지에 특별히 좋은 역할을 한다.또한 올소 규산소다는 가성소다 다음으로 pH가 높고 산화, 침투, 정화력이 크며 현탁물질에 의한 청정력이 높으므로 단일수용액으로서도 세정제로서 사용되고 있다.

트리폴리인산소다(Sodium tripolyphosphate) 알칼리염 중에서 탈지에 중요한 역할을 하는 또다른 성분은 인산염이다. 이 인산염에는 (正)인산소다(Trisodium ortho-phosphate), 제 1인산소다(NaH₂PO₄ monosodium), 제 2인산소다(Na₂HPO₄ disodium), 피로인산소다(Tetrasodium pyrophosphate)와 트리폴리인산소다(Sodium tripolyphosphate) 등이 있다. 인산염은 규산염보다 덜하지만 계면활성제 역할을 한다. 이 중 제 1, 제 2 인산소다는 세정보다는 방청제의 역할을 하며, 제 3의 인산소다가 제일 많이 세정제로 사용된다. 제 3의 인산소다 등의 알칼리도는 약간의 이온화가 되는 인산의 생성으로 이루어진다.

인산소다는 일반적으로 사용되는 탈지제의 한 성분이다. 피로인산소다는 규 산염과 단순인산염과의 중간의 계면활성력을 가지고 있으며 규산염을 사용하면 부작용이 있을 때 피로인산소다를 대신 첨가할 때도 있다. 피로인산염은 특별히 광물성유의 제거에 유리하다.

인산염의 또 하나의 대단히 중요한 것은 다음 항에서와 같이 경수(센물)에 대한 역할이다. 좋은 탈지를 하고자하면 적절한 수질의 물을 필요로 하게 된다. 유기봉쇄제도 이와 같은 역할을 하며 알칼리 탈지제에 첨가되고 있다. 제 3 인산소다는 경수 속의 칼슘이나 마그네슘을 불용성인 인산염으로 만들어 해교시키면서 재흡착을 방지해주는 소극적인 효과가 있으나 다른 인산염들은 경수의 해를 적극적으로 방지해주고 있다. 즉 인산염(트리폴리나 피로인산소다 등)은 경수 중의 칼슘이나 마그네슘을 착화시켜서 탈지나 수세 때 전혀 해가 없도록 해주고 있다. 이런 경향은 더욱 중합된 인산일수록 더욱 효과가 있다.

인산염 중의 또다른 복합체로는 헥사메타인산소다와 테트라인산소다가 있다. 가장 많이 사용되는 것은 트리폴리인산소다(Na₅P₃O₁₀)이며 본 발명에서 상기의 성분을 적용하였다. 인산염은 칼슘이나 마그네슘이온이나 다른 중금속이온과 분자상을 이루며, 이들이 너무 강하게 결합되어 있기때문에 다른 것과는 전혀 반응하지 않게 된다. 각 봉쇄제는 일정량의 칼슘이나 마그네슘과 결합할 수 있으며 포화상태 이상일 때는 이들 이온이 비누와 결합하여 불용성의 비누가 되어 해를 끼치게 된다.

킬레이트제로 사용되는 EDTA(ethylene diamine tetracetate)는 이온 봉쇄제 중 가장 일반적으로 사용되는 것이며, 철이온에는 좀 완만하게 작용을 하기 때문에 EDTA 개량형이 사용되기도 한다. 철이온 봉쇄작용은 알칼리액에서 녹을 제거하는데 상당한 역할을 하게 된다. 중합된 인산염은 수세도를 향상시키는데 큰 효과가 있다.

폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에테르(Polyoxyethylene Nonylphenol Ether)는 비이온 계면활성제로서 유지의 가수분해와 가수분해로 생성된 유기산과 세정 조성물 간의 에스테르 교환 반응에서 촉매의 역할을 감당하는 동시에 금속표면에 흡착되어 있는 불순물들을 쉽게 탈착시켜 이들 불순물들이 세정제 내에서의 분산을 용이하게 하도록 한다.

일반적으로 탈지제에 사용되는 계면활성제는 세정력, 용해성, 안정성이 좋아야 한다. 기포성은 낮은 것이 좋다. 이러한 의미에서 아니온, 비니온, 양성의 계면 활성제가 사용되며 카티온형은 알칼리와 같이 사용할 수 없기 때문에 제외한다. 아니온형은 고급알코올 황산에스테르, 알코올 및 알킬페놀, 산화에틸렌(EO)부가체를 황산화 한 것 등이 사용되고 있는데, 이들은 기포력이 크다는 결점이 있다.

비이온형은 금속의 탈지에 있어서 세정력이 대단히 크므로 각종의 규산염과 병용해서 많이 사용하고 있다. 양성형은 가격이 비싸 비철금속용으로 주로 사용되고 있다. 또한 계면활성제에 따라 상온에서 탈지가 가능할 때도 있으며 비이온 계면활성제의 경우 운점(cloud point) 직전의 온도가 제일 탈지효과가 크다. 따라서 운점이 40도 부근인 상기의 계면활성제는 저온에 탈지성능을 유지할 수 있도록 해주며, 작업시 가장 문제점인 거품성을 개선시켜주는 장점을 가지고 있다.

폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene Lauryl ether)는 유화제 (W/O) 및 분산제로서 HLB 8-11이다.

여기서 HLB(Hydrophilic Lipophlic Balance)는 미국의 아틀라스 파우더(Atlas Powder) 회사 연구진에 의해 처음 도입된 개념으로써 계면활성제 분자 중에서 친유성인 부분과 친수성인 부분의 균형을 나타낸다. 그러므로 친유성 유화제는 HLB가 낮으며, 친수성 유화제는 HLB가 높게 나타난다. 이 HLB는 계면활성제를 선택할 때 매우 유용한 기준이 된다. 그러나 HLB는 계면활성제를 선정하는 하나의 방향제시가 되는 기준일 뿐 모든 계면활성제에 전반적으로 적용될 수 있는 기준은 아니다. 따라서 상기 성분은 친수성에 가까운 유화제로 판단된다.

도 1은 알칼리용액에 각종 계면활성제 및 첨가제로 구성된 저온탈지제가 강판으로부터 기름성분 및 이물질을 제거하여 청정한 상태로 만들어주는 탈지의 원리에 대한 개략적인 모식도이다. 저온탈지제에 포함된 계면활성제는 그림과 같이 알칼리용액의 습윤성을 좋게하여 비누화반응을 촉진시키고 탈지액의 표면장력을 저하시켜 침투, 유화, 분산작용을 진행시켜 양호한 탈지능력을 발휘하도록 한다.

또한 각종 첨가제에는 에멀젼 상태의 기름 성분을 용해도 이상으로 용해시키거나, 탈지과정에서 강판 표면의 산화변색을 방지하고, 금속이온의 산화봉쇄제 역할을 하기도 한다. 무엇보다 중요한 것은 계면활성제가 첨가됨에 따라 발생되는 거품의 양을 줄이기 위해 디포머를 사용하던가 특수한 계면활성제를 사용하여 거품발생을 최소화시켜 현장 적용시 작업성이 양호한 탈지제를 제공할 수 있다.

이러한 저온탈지제를 사용하여 표면을 세척한 후 그에 따른 적절한 평가가 이루어져야 하며 다양한 평가방법이 알려져 있다. 그 중 본 발명에서는 정량적인 값이 나오고 간편히 측정할 수 있는 접촉각을 통해 탈지력을 평가하였다. 도 1에 나타나 있듯이 표면에 기름성분이 제거되지 않는 경우, 수세한 후 물방울이 강판 표면에 접촉이 되지않아 접촉각이 커지며 기름성분이 완전히 제거되면 물과 강판의 접촉각이 작아지므로 이 원리를 이용하면 평가가 가능하다.

이들 이외의 평가방법으로는 육안에 의한 수막성, 탈지전후 무게감량법, 표면의 탄소측정법 등 다수의 방법이 있지만 객관성 및 간편성에 있어 본 발명에 사용된 접촉각 측정법이 가장 양호한 측정방법으로 판단된다.

도 2는 본 발명품을 적용할 알칼리 및 전해탈지설비의 일실시예로서의 공정설명도이며 표 1에 구성에 대한 특징을 나타내었다. 냉연강판 스트립(1)은 스프레이 방식의 알칼리 탈지설비(2)를 통과하면서 표면의 기름성분을 유화시키고, #1브러시(3)를 통과하면서 스트립 표면상의 유막을 기계적으로 박리시킨다. 이러한 과정을 알칼리탈지조(4), #2브러시(5)에서 반복하여 더욱 청정도를 높인다. 다음으로 표면에 잔류한 미세한 이물질을 제거하기 위해 전해탈지조(6)에서 최종적으로 전해탈지를 행하며 앞공정과 동일하게 #3브러시(7)를 행한다. 린스탱크(8) ~ (12)에서는 #1 ~ #5 린스공정으로 스프레이 수세를 통해 표면을 청정하게 한 다음 건조기(13)에 의해 표면의 물기를 제거한다.

표 1은 현재 수행되고 있는 탈지공정의 구성과 특징을 일례로 나타낸 것이다. 표 1에 나타난 종래 작업공정의 특징으로는 70 ~ 80℃ 사이의 온도에서 탈지 작업을 하고 있으며 그에 따른 에너지 비용, 즉 LNG 소요비용이 과도하게 소요되고 고온으로 인한 작업성이 열악한 단점이 있다. 따라서 본 발명에서와 같이 상기 저 온탈지제를 개발하여 40 ~ 50℃에서 작업을 할 경우 년간 에너지 절감을 비용으로 환산한다면 40% 이상의 에너지가 절감되는 것이 확실시되고, 작업성 또한 개선되는 장점이 있다.

도 3은 상기 본 발명상의 저온탈지제 및 비교재를 통해 온도에 따른 탈지 후 강판의 접촉각을 나타낸 결과이다. 본 발명재의 경우 40℃ 이상의 온도에서 접촉각 30도 이하의 안정된 탈지력을 나타낸 반면 비교재는 최소 50℃ 이상되어야 양호한 탈지력을 나타냄을 알 수 있다.

[표 1] 종래의 탈지 작업조건

[실시예]

상기 성분으로 구성된 저온복합탈지제를 탈지제 자체 성능인 거품성, 유해성분 및 강판의 세정능력을 평가하기 위한 탈지력 시험에 투입하였다.

두께 0.6 ~ 0.8㎜의 일반 저탄소 냉연강판을 사용하여 전후처리 시뮬레이터 및 전해탈지 시뮬레이터를 이용하여 알칼리 탈지 및 전해탈지를 행한 후 접촉각 측정을 통해 탈지력을 평가하였다. 이에 앞서 거품성 측정기를 이용한 거품성 및 성분분석을 통해 유해성분 함유여부를 판단하였다.

상기의 실시예로부터 평가된 주요결과와 그 효과에 대하여 이하에 설명한다.

(실시예 1)

저온탈지제를 구성하고 있는 각종 계면활성제 및 기타 첨가제의 성분을 적절히 조정하여 최적의 탈지성능을 나타내도록 설계하였다. 본 발명의 저온탈지제 구성성분 중 올소 규산소다 60 ~ 70％, 트리폴리 인산소다 4 ~ 6％, 비이온 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에테르 12 ~ 14％, 유화제 및 분산제로 작용하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 1 ~ 2％, 침투제로서 올소 실리케이트 10 ~ 12％, 디포머 1 ~ 2％ 등을 상기 각 성분의 범위에서 변화시켜 탈지력 및 거품성을 측정한 결과, 통상의 거품성 시험기에 의한 거품낙하시험시 잔류거품의 높이측정치가 0인 양호한 거품성을 나타내고, 환경 유해성분인 Si및 Cl성분이 10ppm 이하로 나오는 등 환경오염, 기타 유해 성분을 포함하지 않은 양호한 저온탈지제를 얻을 수 있었다.

(비교예 1)

본 발명예에 구성되어 있는 올소실리케이트를 첨가하지 않은 탈지제를 비교예로 시험한 결과, 40℃에서 접촉각이 120도를 상회하였으며 탈지가 되지 않은 결과를 나타내었다. 그러나 50℃ 이상에서는 양호한 탈지력을 발휘하였으며, 거품 또한 거의 발생하지 않았다.

(비교예 2)

본 발명예에 구성되어 있는 폴리옥시에틸렌 라우리 에테르 및 올소실리케이트를 첨가하지 않은 탈지제를 비교예로 시험한 결과, 40℃에서 접촉각이 120도를 상회하였으며 탈지가 되지 않은 결과를 나타내었다. 50℃에서도 접촉각이 40도 이상을 나타내었으며 이것은 본 발명의 완전한 탈지여부 기준인 접촉각 30도 이하를 만족하지 못하는 결과로 나타났다.

(비교예 3)

본 발명예에 구성되어 있는 계면활성제 및 첨가제를 빼고 주 원소인 올소 규산소다와 트리폴리 인산소다만을 가지고 탈지력을 시험한 결과, 저온에서는 탈지 성능을 발휘하지 못하였으며 70℃ 이상의 고온에서 탈지상태가 양호한 것으로 나타났다. 디포머를 첨가하지 않은 경우 거품성이 저하되며 탈지시 다량의 거품이 발생하였다.

[표 2]

* 구성성분 a) 트리폴리 인산소다 4 ~ 6%,

b) 폴리옥시에틸렌 넌일페놀 에테르 12 ~ 14%,

c) 폴리옥시에틸렌 라우리 에테르 1 ~ 2%,

d) 올소 실리케이트 10 ~ 12%

e) 디포머 1 ~ 2%

* 주성분 : 올소 규산소다 60 ~ 70%

표 2는 본 발명예와 비교예 상의 구성 성분에 따른 탈지제 성능을 평가한 것이다.

표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 위 발명예 1 ~ 4, 비교예 1 ~ 3 중 본 발명상의 규정된 각 구성성분 범위를 벗어날 경우, 탈지력, 탈지성능, 즉 거품성, 폐수처리성(환경성), 코스트 등에 영향을 주게 되는 것을 주로 접촉각을 통해 알 수 있다.

탈지력은 주로 접촉각에 의해 정량적으로 평가되며, 표 2의 탈지온도는 저온의 개념으로 나타낸 것이다. 본 발명상의 탈지제적용 목표 온도는 40℃이다. 그러나 탈지력만으로 탈지제 성능을 모두 평가할 수 없으므로, 본 발명에서는 탈지성능, 거품성, 접촉각, 코스트 등을 모두 고려하여 특허청구범위 제 1항 기재와 같은 구성성분 범위를 정하였다.

상술한 바와 같이 본 발명으로 구성된 저온탈지제는 전술한 접촉각 30도 이하로 되고 40 ~ 50℃(가급적 50℃미만)저온에서 양호한 탈지력을 나타내며 작업성에 가장 큰 문제를 유발하는 거품성 또한 우수한 것으로 나타났다. 따라서 본 발명을 통해 종래의 70 ~ 80℃ 정도의 온도에서 사용되는 탈지제를 40 ~ 50℃ 사이로 낮출 수 있게 되므로써 그에 따른 LNG비용을 절감하고 거품발생이 줄어들어 환경친화적인, 아울러 저비용의 탈지제를 제공할 수 있었다.

Claims (2)

1. 구성성분이 올소 규산소다 60 ~ 70％, 트리폴리 인산소다 4 ~ 6％, 비이온 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에테르(Polyoxyethylene Nonylphenol Ether) 12 ~ 14％, 유화제 및 분산제로 작용하는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(Polyoxyethylene Lauryl ether) 1 ~ 2％, 침투제로서 올소 실리케이트 10 ~ 12％, 디포머 1 ~ 2％ 및 기타 계면활성제로 구성되어 50℃미만 저온에서 적용가능하도록 한 것을 특징으로 하는 저온복합탈지제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 성분으로 구성된 탈지제로서 거품성 시험기에 의한 거품낙하시험기의 잔류거품의 측정 높이가 0인 양호한 거품성을 나타내므로써 Si 및 Cl성분이 10ppm 이하인 저온복합탈지제.

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