KR100697502B1 - 자기 필터 장치 - Google Patents

Abstract

용기내의 유체 이동 방향에 대하여 거의 직교하는 방향으로 자력선이 발생하도록, 상기 용기를 끼고 영구 자석을 대향하여 설치한 자기 필터 장치에 있어서, 유체의 필터 통과 시간이 0.5초 이상, 1.5초 이내라는 규제하에서, 상기 영구 자석을 그 설치 간격[L(㎜)]이 영구 자석의 잔류 자속 밀도[B(T)]와 관련하여, 하기의 식

의 관계를 만족하도록 설치한다. 이로써, 페라이트 자석이나 네오디뮴 자석과 같은 범용성이 있는 영구 자석을 사용한 경우에, 최고의 필터 성능을 발휘하게 함으로써, 저비용하에서 장치의 소형화를 가능하게 한다.

Description

자기 필터 장치{MAGNETIC FILTER DEVICE}

본 발명은 강판의 냉간 압연시에 사용되는 압연유나, 냉간 압연후에 해당 압연유를 제거하기 위한 세정액 등의 각종 유체의 청정화 처리에 있어서, 상기 유체중에 혼재되어 있는 자성 입자를 연속하여 분리하기 위해 이용하는 자기 필터 장치에 관한 것이다.

강판의 냉간 압연시에 사용되는 압연유를 청정화하거나, 냉간 압연후의 강판의 표면에 잔존하는 압연유를 제거하기 위한 세정액을 청정화하는 경우에, 유체 중의 자성 입자를 제거하는 수단으로서 자기 필터 장치가 이용되고 있다.

종래의 대표적인 자기 필터 장치의 일례를 도 1a의 단면도 및 도 1b의 측면도를 이용하여 설명한다. 도면 중, 참조 부호(1)는 용기, 참조 부호(2)는 영구 자석, 참조 부호(3)는 필터체, 참조 부호(4)는 백 플레이트이며, 참조 부호(5)는 유체 도입구, 참조 부호(6)는 유체 배출구를 나타낸다.

통상, 강제 또는 SUS430 등의 페라이트계 스테인리스 강제의 금속 망 등으로 구성되는 강자성체가 자기 필터체(3)로서 용기(1)내에 설치되어 있다. 또한, 이 용기(1)의 외측에는 피처리액인 유체의 유동 방향과는 거의 직교하는 방향으로 자력선을 발생하도록, 영구 자석(2)이 용기(1)를 끼고 대향하여 설치되어 있다. 피처리액은 유체의 도입구(5)로부터 용기(1)내로 도입되어, 자기 필터체(3)를 통과한 후, 배출구(6)로부터 배출된다. 피처리액중에 혼재되어 있는 철분(鐵粉) 등의 자성 입자는 자기 필터체(3)를 통과하는 중에 영구 자석(2)에 의해 자화된 자기 필터체(3)에 의해 자기 흡착되어 피처리액중에서 분리된다.

이와 같은 자기 필터 장치에 의한 자성 입자의 포획 처리에 있어서, 필터체를 구성하는 세선 또는 금속 망으로부터의 흡인력(Fm)은 하기의 수학식 1로 표시된다.

여기서, χ: 입자의 자화율

V : 입자의 체적

H : 자기장의 강도

dH/dx : 자기장의 구배(자기장의 공간적 변화)

상기 수학식 1에 있어서, χ와 V는 자성 입자의 특성이기 때문에, 흡인력(Fm)을 크게 하여 필터 성능을 높이기 위해서는 자기장(H)을 크게 하거나, 자기 구배(dH/dx)를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 자기 구배(dH/dx)는 필터체를 구성하는 강자성체의 재질이나 형상에 의존하는 계수이며, 이 자기 구배(dH/dx)도 강자성체의 재질이나 형상이 결정된 후에는 자기장의 강도에 지배받기 때문에, 결 국 어떻게 해서든 필터내에서 강력한 자기장을 유지하는 것이 필터 성능, 즉 흡인력 향상에 가장 중요한 과제가 된다.

종래에는 이 필터 성능과 자기장의 관계에 대하여 충분한 연구가 이루어지지 않았기 때문에, 이따금 필터내의 자기장이 작아져 필터 성능이 열화하는 문제가 발생했다. 또한, 자석의 선정에 관해서도 어느 정도 강력한 자석을 사용하면 소정의 필터 성능을 얻을 수 있는지가 확실하지 않고, 필터의 형상 및 처리하는 유체의 유속 등과 자석의 강도의 관계가 분명하지 않았기 때문에, 소망하는 필터 성능을 얻을 수 없는 문제가 발생했다.

즉, 가령 강력한 자석을 사용했다고 해도, 설계·사양의 여하에 따라서는 반드시 양호한 결과를 얻을 수 있는 것은 아니었다.

또한, 강력한 자석을 사용하면, 그 나름의 효과를 기대할 수 있다고는 해도, 비용의 상승을 피할 수 없는 불리함도 있다.

발명의 요약

본 발명은 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 페라이트 자석이나 네오디뮴(neodymium) 자석과 같은 범용성이 있는 영구 자석을 이용한 경우에, 최고의 필터 성능을 발휘하도록 함으로써, 저비용하에서의 장치의 소형화를 가능하게 한 자기 필터 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 자기 필터 장치에서의 자기장의 강도와 필터 성능의 관계를 명확히 하는 것을 목적으로 하여, 필터 성능에 미치는 각종 인자의 영향에 대하여 조사해 왔지만, 이번에 각종 인자의 필터 성능에 미치는 영향을 밝히는 것에 성공 하고, 이에 근거하여 저가이며 고효율의 자기 필터 장치를 개발한 것이다.

즉, 본 발명은 유체의 도입구 및 배출구를 설치한 용기내에, 강자성체로 구성되는 필터체를 설치하고, 이 필터체를 자화시키는 영구 자석을, 용기내의 유체 이동 방향에 대하여 거의 직교하는 방향으로 자력선이 발생하도록, 용기를 끼고 대향하게 설치하여 이루어진 자기 필터 장치에 있어서, 유체의 필터 통과 시간이 0.5초 이상, 1.5초 이내라는 규제하에서, 상기 영구 자석을, 그 설치 간격[L(㎜)]이 영구 자석의 잔류 자속 밀도[B(T)]와 관련하여, 하기의 수학식 2

을 만족하는 조건하에서 설치한 것을 특징으로 하는 자기 필터 장치이다.

본 발명에 있어서, 필터체를 자화시키는 영구 자석으로는 잔류 자속 밀도가 0.4T 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

도 la는 종래의 대표적인 자기 필터 장치의 일례를 도시한 단면도,

도 1b는 종래의 대표적인 자기 필터 장치의 일례를 도시한 측면도,

도 2는 영구 자석의 잔류 자속 밀도[B(T)]와 자석간 거리(L)(mm)가 철분 제거율(η)에 미치는 영향을 나타낸 그래프,

도 3은 자석간 거리와 잔류 자속 밀도의 비(L/B)와 필터 설비비의 관계를 나타낸 그래프,

도 4는 양호한 철분 제거율을 얻을 수 있는 영구 자석의 잔류 자속 밀도(B)와 자석간 거리(L)의 관계를 나타낸 그래프,

도 5는 1 유닛당 필터 성능[철분 제거율(η)]과 필터 설비비의 관계를 나타낸 그래프,

도 6은 필터 길이(A)와 필터내 유체 유속(v)을 나타낸 도면,

도 7은 필터 통과 시간(t)과 철분 제거율(η)의 관계를 나타낸 그래프,

도 8은 필터 통과시간(t)과 필터 설비비의 관계를 나타낸 그래프,

도 9는 본 발명의 자기 필터 장치를 설치한 세정 설비의 모식도.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명의 해명 경위에 대하여 설명한다.

그런데, 필터 성능에 관한 제인자로서 하기의 항목을 고려할 수 있다.

·자석 강도

·자석간 거리

·필터체의 재질과 형상

·유체 속도

·필터체의 길이

·유체의 성상

여기서, 필터 성능에 관한 제인자의 실험에 있어서, 필터체로는 가장 일반적 으로 사용되고 있는 페라이트계 스테인리스 강 SUS430제의 금속 망(1O메쉬, 필라멘트 : 1.O㎜φ)을 용기내에 충만시키는 것으로 하고, 또한 유체로는 냉간 압연 강판의 세정 처리에 일반적으로 사용되는 알칼리 세정액을 이용했다. 이 알칼리 세정액은 통상 재사용되는 것으로, 필터 통과전의 입구측 철분 농도로는 60mass ppm 내지 l00mass ppm 정도의 것을 사용했다.

또한, 필터 성능에 대해서는,

여기서, F : 입구측 철분 농도

E : 출구측 철분 농도

로 평가했다.

여기에, 철분 제거율(η)이 60% 이상이면 필터 성능은 양호하다고 할 수 있다. 이에 대하여, 철분 제거율(η)이 60% 미만이면 후술하는 바와 같이, 유체의 청정도를 확보하기 위해 순환 유량이 증대하여, 결국 필터 설비가 커지기 때문에 이득이 없다.

또한, 필터 성능의 확인에 있어서, 철분 제거율(η)의 측정은 필터를 역세정(back washing)한 후에, 10분 내지 20분 경과하여 안정되게 필터링이 실행되고 있을 때에 시험을 채취하여 측정했다.

또한, 영구 자석에 대해서는 잔류 자속 밀도(B)의 크기가 0.2T 내지 0.6T 정도의 통상 사용되는 페라이트 자석 혹은 네오디뮴 자석을 이용했다.

또한, 도 1a에 도시한 영구 자석의 자석간 거리(L)는 자기 필터 장치에 있어서 기대되는 성능을 얻는 데 매우 중요한 값인 것에 착안하여, 이 자석간 거리(L)를 35㎜에서 200㎜까지 변화시켜 철분 제거율(η)을 측정했다.

도 2에서는 사용한 영구 자석의 잔류 자속 밀도[B(T)]와 자석간 거리 (L)(mm)가 철분 제거율(η)에 미치는 영향에 대하여 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 유체의 필터 통과 시간은 1.0초로 했다.

도 2에서 명확한 바와 같이, 영구 자석의 잔류 자속 밀도[B(T)]와 자석간 거리[L(mm)]가 하기의 수학식 4

의 관계를 만족하는 경우에, 높은 필터 성능이 안정되게 얻어진다는 것이 판명되었다.

다음에, 자석간 거리(L)를 작게 하는 경우에 대해서도 검토했지만, L이 B×100보다도 작아지면, 철분 제거율(η)은 안정되어 높은 값을 유지할 수 있지만, 필터 단면적이 너무 작아지기 때문에 순환 유량을 확보하기 위해서 다수의 필터 유닛이 필요해지며, 그 결과 설비가 복잡해지고 보수도 번잡해지는 이외에, 설비비의 현저한 증대를 초래한다는 것이 판명되었다.

도 3에서는 실제 압연후의 강판의 알칼리 세정 설비에 있어서, 강판을 세정하는 세정액의 양을 약 20㎥, 순환 유량을 0.2㎥/분으로 하고, L/B를 여러가지로 변화시킨 경우에서의 필터의 설비비에 대하여 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 도 3에는 L/B=150인 경우의 설비비를 1.0으로 하여, 설비비를 상대 비교했다.

도 3에서 명확한 바와 같이, L/B가 작아지면 필터의 철분 제거 성능은 향상하지만, 순환 유량을 확보하기 위해 필터의 유닛수를 증대시킬 필요가 있기 때문에 설비비는 상승한다. 특히 L/B가 100 미만으로 되면, 설비비의 급격한 증대를 초래한다.

따라서, 본 발명에서는 도 4에 도시한 바와 같이 영구 자석의 잔류 자속 밀도(B)와 자석간 거리(L)에 대하여, 하기의 수학식 2

[수학식 2]

의 관계를 만족시키는 것으로 한 것이다.

또한, 상기 실험에서는 유체의 필터 입구측에서의 철분 농도를 60 mass ppm 내지 100 mass ppm 정도로 했지만, 통상 필터는 정상적으로 순환 사용되기 때문에, 순환되는 유체의 청정도에 대해서는 철분 농도 : 30 mass ppm 이하를 목표로 하는 것이 많다.

도 5에서는 실제 압연후의 강판의 알칼리 세정 설비에 있어서, 강판을 세정하는 세정액의 양 : 약 20㎥, 필터 입구측의 평균 철분 농도 : 약 150 mass ppm의 알칼리 세정액의 경로에 순환 유량 : 0.2㎥/분의 필터를 설치하여, 알칼리 세정액의 철분 농도를 약 20ppm로 유지하기로 한 경우의 1 유닛당 필터 성능[철분 제거율(η)]과 필터의 설비비의 관계에 대하여 조사한 결과를 나타낸다.

또한, 도 5에서는 철분 제거율(η)=70%인 경우의 설비비를 1.0으로 하여 설 비비를 상대 비교했다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 1 유닛당 필터의 철분 제거율(η)이 60% 미만이면, 세정액을 소정의 청정도로 유지하기 위해 필요한 필터가 대규모화되어, 설비비의 증대를 초래한다. 따라서, 필터의 철분 제거율(η)은 60% 이상으로 하는 것이 설비 효율면에서도 이득이다.

다음에, 필터를 통과하는 처리액의 유량, 유속 및 통과 시간에 대하여 조사했다. 처리액의 유속에 관해서는 100㎜/초에서 300㎜/초까지 변화시켰다. 또한, 필터 통과 길이에 관해서는 50㎜, 100㎜, 150㎜, 200㎜의 4종류로 철분 제거율(η)을 측정했다. 도 6에 필터 길이(A)와 필터내 유체 유속(v)을 나타내지만, 여기서 필터 통과 시간(t)은,

t : 유체가 필터를 통과하는 시간(초)

A : 필터 길이(㎜)

v : 필터내 유체 유속(㎜/초)

으로 표시된다.

상기 조사에 의하면, 필터 성능, 즉 철분 제거율(η)은 필터의 통과 시간으로 정리할 수 있다는 것이 판명되었다.

도 7에 필터 통과 시간(t)과 철분 제거율(η)의 관계에 대하여 조사한 결과를 정리하여 나타낸다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 어느 경우도 필터 통과 시간(t)이 0.5초 미만이면 철분 제거율(η)이 급격히 저하하여, 필터 성능이 대폭 저하한다는 것이 판명되었다. 또한, 필터 통과 시간(t)이 1.5초를 초과해도, 철분 제거율(η)의 대폭적인 향상은 인정되지 않았다.

다음에, 도 8에서는 실제 압연후의 강판의 알칼리 세정 설비에 있어서, 강판을 세정하는 세정액의 양 : 약 20㎥, 필터 입구측의 평균 철분 농도 : 약 150 mass ppm의 알칼리 세정액의 경로에, 순환 유량 : 0.2㎥/분, 통과 시간 : 1.0초일 때에 철분 제거율(η)이 70%로 되는 필터를 설치하여, 알칼리 세정액의 철분 농도를 약 20 mass ppm으로 유지하도록 한 경우의, 필터 통과 시간(t)과 필터 설비비의 관계에 대하여 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 상기 도 8에서는 필터 통과 시간 t=1.0초인 경우의 설비비를 1.0으로 하여 설비비를 상대 비교했다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 필터 통과 시간(t)이 1.5초를 초과하면 영구 자석의 잔류 자속 밀도는 조금 작아도, 또한 자석간 거리가 조금 넓은 경우에도 필요한 철분 제거율은 확보할 수 있지만, 세정액의 청정도를 유지하기 위해 필요한 필터가 결국은 대규모화되기 때문에, 설비비는 증대한다는 것이 판명되었다. 따라서, 필터 통과 시간(t)은 1.5초 이내로 하는 것이 설비 효율로 보아도 이득이다.

상기 도 7 및 도 8에 나타낸 결과에서, 필터 성능 및 설비비를 고려한 효율적인 필터 통과 시간(t)은 0.5초 내지 1.5초 사이인 것이 판명되었다.

그래서, 본 발명에서는 유체의 필터 통과 시간을 0.5초 이상 1.5초 이내로 제한한 것이다.

(실시예)

도 9에 도시하는 실제 세정 설비에 있어서, 본 발명의 자기 필터 장치를 이용하여 세정액의 청정화 처리를 실행했다.

도 9에 도시한 것에 있어서, 압연후의 강판(7)은 통상 덩크 탱크(dunk-tank)로 불리는 임시 세정 탱크(8)를 통과한 후, 제 1 브러쉬 스크러버(brush scrubber)(9)로 브러싱된 후, 클리닝 탱크(10)에서 주 세정된다.

덩크 탱크(8)와 클리닝 탱크(10)에는 각각 순환 탱크(11, 12)가 설치되어 있고, 알칼리 세정액을 주체로 하는 세정액이 펌프(13, 14)에 의해 순환 사용되고 있다.

본 발명의 자기 필터 장치(15, 16)에는 순환 탱크(11, 12)의 세정액이 펌프(17, 18)에 의해 도입되고, 세정 과정에서 강판으로부터 제거된 철분을 흡착 제거하고 있다.

여기에, 클리닝 탱크 순환 탱크용 자기 필터 장치(16)의 사양, 세정액의 필터 통과 시간 및 입구측 철분 농도를 표 1에 나타낸다.

또한, 표 1에는 상기 조건으로 세정액의 청정화 처리를 행한 후의 세정액의 출구측 철분 농도 및 철분 제거율(ｎ)에 대하여 조사한 결과를 병기한다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 필터 장치를 이용하여 처리한 경우에는, 철분 제거 비율(η)은 모두 60% 이상으로, 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 덩크 탱크 순환 탱크용 자기 필터 장치(15)를 본 발명의 자기 필터 장 치로서 정화 처리하는 경우에 대해서도 조사한 바, 양호한 결과가 얻어지는 것이 확인되었다.

No	영구 자석의 잔류 자속 밀도 (T)	자석간 거리 L (㎜)	필터 길이 A (㎜)	필터 통과 시간 t(초)	세정액 입구측 철분 농도 (mass ppm)	세정액 출구측 철분 농도 (mass ppm)	철분 제거율 η(%)
1	0.6	150	200	1.5	80	20	75
2	0.6	150	100	1.0	70	22	69
3	0.6	150	50	0.5	76	30	61
4	0.6	90	200	1.5	74	11	85
5	0.6	90	100	1.0	68	15	78
6	0.6	90	50	0.5	91	27	70
7	0.4	90	150	1.5	95	23	76
8	0.4	90	150	1.0	66	20	70
9	0.4	90	150	0.5	73	27	63
10	0.4	50	150	1.5	87	12	86
11	0.4	50	150	1.0	88	16	82
12	0.4	50	150	0.5	76	19	75

(발명의 효과)

본 발명에 따르면, 범용성의 영구 자석을 이용하여 유체의 청정화 처리를 행하는 경우에, 최고의 필터 성능을 발휘할 수 있고, 그 결과 저비용으로 장치의 소형화를 달성할 수 있다.

또한, 종래 세정후의 연속 소둔 과정에서 화로내의 롤 표면에 강판 표면의 잔류 철분이 부착되어 롤 마크라는 요철 결함이 종종 발생하고, 이로써 0.2% 내지 0.5% 정도의 제품 수율이 어쩔 수 없이 저하되었지만, 본 발명의 자기 필터 장치를 세정 처리에 사용함으로써, 철분을 강력하고 또한 안정되게 제거하는 것이 가능해져, 그 결과 이 결함을 근절하는 것에 성공했다.

Claims (1)

1. 유체의 도입구 및 배출구를 설치한 용기내에, 강자성체로 구성되는 필터체를 설치하고, 이 필터체를 자화시키는 영구 자석을, 용기내의 유체 이동 방향에 대하여 거의 직교하는 방향으로 자력선이 발생하도록, 용기를 끼고 대향하여 설치하여 이루어진 자기 필터 장치에 있어서,

   유체의 필터 통과 시간이 0.5초 이상, 1.5초 이내라는 규제하에서, 상기 영구 자석을, 그 설치 간격[L(㎜)]이 영구 자석의 잔류 자속 밀도[B(T)]와 관련하여, 하기의 수학식

   

   을 만족하는 조건하에서 설치한 것을 특징으로 하는

   자기 필터 장치.

Images