KR100823619B1 - 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명인 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법은, 수세공정라인에 구비되어 있는 각각의 수조내 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 수세용액의 pH(수소이온화지수)가 4내지 6이 되도록 하는 단계와, 상기 pH 4내지 6의 수세용액에 질소를 분사하여 용존산소를 제거하는 단계와, 상기 단계 후 열연강판에 용존산소가 제거된 pH 4내지 6의 수세용액을 분사하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명을 수세공정에 채용하여 사용하게 되면, 열연강판의 부식을 방지하는 것은 물론, pH를 6이상으로 유지하기 위해 과다한 수산화나트륨을 첨가할 필요가 없어 펌프의 효율이 증대되며, 중성화에 따른 수세공정에서의 소모되는 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다

산세, 수세, 린싱라인(Rinsing Line), 백색도, 황색도, pH(수소이온화지수)

Description

질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법{The Method for Preventing Rinsing Rust of Hot Coil by Nitrogen Purge}

도 1은 종래의 제철소 열연라인에 설치되어 있는 수세시스템의 구성도,

도 2는 5개 수조를 가진 수세시스템에서 각 수조의 수소이온농도와 온도의 상관 그래프,

도 3은 본 발명인 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법에 따른 질소분사에 의한 수소이온농도와 백색도의 상관 그패프,

도 4는 본 발명인 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법에 따른 질소분사에 의한 수소이온농도와 황색도의 상관 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 열연강판 2 : 순수 탱크

3 : 분사노즐 4 : 링거링 롤

5 : 제5 수조 6 : 제4 수조

7 : 제3 수조 8 : 제2 수조

9 : 제1 수조

본 발명은 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철소의 열연강판에서 산세를 실시한 후에 수세를 하는 경우, 수세용액을 중성화시키고 수조에 질소를 분사하여 열연강판의 부식을 방지하는 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소 열연공장의 산세공장에는 산세공정과 코일링 공정 사이에는 수세공정이 있는데, 이를 통상 린싱라인(Rinsing Line)이라 부른다. 린싱라인에서 수세공정은 산세 후 열연강판에 잔류하는 산세용액(통상 약 80℃의 18%염산용액)을 제거하여 강산에 의한 강판 부식을 억제해서 열연강판의 표면이 미려하게 유지되도록 해 준다.

도 1은 제철소에서 종래 일반적으로 사용되는 수세구간의 시스템 구성을 도시하고 있으며, 도 2는 도 1의 각 수세구간에서 온도에 따른 수조내 용액의 수소이온화지수(pH) 상관 그래프이다. 도 1에 도시된 바와 같이 열연강판(1)이 산세 탱크에서 나오는 즉시 수세 탱크로 이동하며, 이때 과다한 산의 유입을 억제하기 위하여 링거링 롤(4)은 진입하는 열연강판(1)의 표면을 압착하여 짜주게 된다.

그리고 이렇게 수세구역으로 유입된 열연강판(1)의 상하부에는, 분사노즐(3)을 통하여 다량의 물을 분사하여, 이미 산세공정으로 산화 피막이 제거된 나강판을 수세하게 된다. 수세공정은 3 내지 5단계로 분리된 구간에서 각각 실시되는데(도 1의 경우 5단계), 각 구간에는 1 내지 4개의 분사노즐(3)이 열연강판(1) 상하에 배치되어 있으며, 약 60℃의 고압의 물로 수세를 실시하게 된다.

상기와 같이 도 1에서 수세구간이 나누어지는 이유는, 수세의 효율을 높이기 위한 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하면 열연강판(1)이 수세구간을 벗어나는 마지막 구간인 1구간의 제1 수조(도 1의 9)에서 중성의 물이 열연강판(1)의 표면에 뿌려지며, 이 물을 모아서 그 전 구간인 2구간의 제2 수조(도 1의 8)에 수세를 실시한다. 이러한 과정으로 각 구간에서 수세공정이 진행하게 되면, 1구간인 제1 수조(도 1의 9)에서 5구간인 제5 수조(도 1의 5)로 갈수록, 도 2에 도시된 바와 같이 수조내의 용액은 pH(수소이온화지수)가 감소되어 산성이 증가하게 된다.

상기의 수세방법은 표면이 미려한 열연강판(1)을 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에, 제철소 열연라인이 가동중지되는 경우에는 강판의 표면에 부식이 일어나는 문제점이 있게 된다.

즉, 제철소의 열연라인을 통과하는 강판의 속도는 이상이 발생하지 않는 경우에는 110∼135 mpm (통과시간 약 8초) 정도이지만, 기계적인 이유 또는 그 이외의 비정상적인 상황이 발생되어 모든 라인이 정지하거나 서행하는 경우가 발생되면, 강판의 진행속도가 약 10 mpm (통과시간 약 100초) 정도 또는 그 이하가 된다.

라인이 정상적인 경우에는 수세공정을 통하여 수조내의 용액이 많이 산성화된 상태에서도(도 2참조), 열연강판이 분사되는 수세용액에 단시간만 노출하게 되므로 표면의 백색도 등에 영향을 미치는 부식이 크게 영향을 받지 않아 육안으로 식별할 수 없지만, 반면에 라인의 이상으로 노출시간이 길어지게 되면, 그 영향이 가시적으로 나타나 표면이 미려한 열연강판을 생산할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

산세 구간과 같이 강산성의 경우에는 산세의 원리에 따라 부식이 발생하는 대신 철이 녹아나게 되지만, 도 2에 도시된 바와 같이 수세용액의 pH값이 1.5 내지 3정도로 산성을 띄게 되면 다음과 같은 반응이 일어나 열연강판(1)의 표면에 부식이 발생하게 된다.

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 철이 부식하는데 필요한 음극반응인 수소발생 반응이 pH가 4이하에서 열역학적으로 안정화되기 때문이다.

강판의 부식속도가 pH 값에 크게 의존한다는 점을 이용하여 열연강판의 부식속도를 늦추는 방법에 대한 기술은 개발되어 있는데, 이 기술은 제철소 열연공장 산세라인의 수세공정에서 수산화나트륨(NaOH)을 사용하여 수세용액의 pH를 높여서 즉, 중성화 시켜, 수세에서 발생하는 부식 반응 속도를 감소시키므로써, 열연강판의 부식을 억제시키는 것에 관한 것이다.

그런데 이러한 종래의 방법에서는, 논리적으로는 수소이온농도 4 이상에서는 백색도가 현저히 좋아져 녹발생 문제가 해결되어야 하나, pH 4 ~ 6구간에서는 수세용액에 질소를 분사하지 않은 경우, 매우 심한 녹이 발생하게 되어 여전히 열연강판의 부식이 개선되지 않는 문제점이 있었다. 이러한 현상이 발생하는 이유는, 수세용액의 중성화과정에서 발생하는 소금의 영향으로 추정된다. 즉, pH 4 ~ 6인 약산용액에 녹을 발생시키는 소금물(HCl+NaOH = H₂O+NaCl)이 혼입되어 부식을 가속화시키는 것으로 추정된다.

이러한 현상을 방지하기 위해서는 pH를 6 이상으로 유지하여야 하는데, 이 러한 조건을 만족시키기 위해서는 과다한 수산화나트륨이 첨가되어야 한다. 그런데 빠르게 순환하는 수세용액에, 과다한 수산화나트륨의 첨가는 염분 농도를 높이며, 그에 따라 수세용액에 포말 등이 형성되어, 분사노즐을 통하여 수세용액을 열연강판에 분사시키는 펌프의 효율이 심각하게 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 열연 라인 속도 감소시 수세용액의 pH가 4내지 6 구간에서도 과다한 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 증가시키지도 않고서도, 각 구간의 수조에 분사되는 질소를 이용하여 수세용액에 존재하는 용존 산소의 감소에 따른 양극 반응의 둔화로, 열연강판 부식을 방지하는 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명인 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법은, 제철소 열연공장의 수세공정에서 열연강판이 부식되는 것을 방지하는 방법에 있어서,

적어도,

상기 수세공정라인에 구비되어 있는 각각의 수조내 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 수세용액의 pH(수소이온화지수)가 4내지 6이 되도록 하는 단계와;

상기 pH 4내지 6의 수세용액에 질소를 분사하여 용존산소를 제거하는 단계와;

그 후에, 열연강판의 부식을 방지하기 위하여 상기 열연강판에 용존산소가 제거된 pH 4내지 6의 수세용액을 분사하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 질소분사를 이용한 열연강판 부식방지 방법에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

<실시예 1>

표 1은 저탄소강을 100초 침지하였을 때 질소분사의 효과를 pH에 따라 보여주고 있다. 수조에는 수세용액내의 용존산소를 효율적으로 제거하기 위해 내산성의 포말 형성용 다공질 실리카 노즐을 연결설치하여 질소를 분사하였고, 테스트 후 백색도의 측정은 ASTM E313-1973에 준하여 측정하였다.

백색도의 경우 60℃ 수세용액 pH 1.5에서는 질소분사를 하지 않은 경우는 백색도가 41.84로 측정되었고 질소를 분사한 경우에도 백색도는 43.55로 측정되어 질소분사의 영향이 확연하게 나타나지 않는 것을 알 수 있었다.

이러한 현상이 발생한 원인은 낮은 pH에서는 질소를 분사하여 용액내에 산소를 제거하더라도, 음극반응의 주체인 수소이온이 너무 많아서 음극반응에 별 영향을 주지 못하기 때문이다.

그러나 음극반응의 주체가 산소환원으로 바뀌는 pH가 4이상인 pH 5에서는, 용존산소의 제거는 큰 영향을 주었다. 이 경우 질소를 분사하면 즉, 용존 산소를 제거한 경우에는 60 ℃의 수세용액 pH 5에서 백색도가 질소분사를 하지 않는 경우의 35.12에서 54.30으로 현저하게 향상되는 것을 알 수 있었다.

이때 백색도 약 54는 초기 시편의 상태와 거의 동일한 상태로서 전혀 부식이 진행하지 않았음을 알 수 있었다.

[표 1]pH 및 질소 분사에 따른 백색도 및 황색도 변화

목적	pH		침지시간 (초)	질소분사	온도 (℃)	백색도	황색도
	초기	중성화
무처리	1.5	-	100	×	60	41.84	3.45
중성화	1.5	5	100	×	60	35.12	7.65
질소분사	1.5	-	100	Ο	60	43.55	3.37
중성화 + 질소분사	1.5	5	100	Ο	60	54.30	0.53

<실시예 2>

도 3은 산성의 수세용액(pH 1.5)에 수산화나트륨을 첨가하여 수세용액을 중화시킨 후 시편을 100초 침적하였을 때 질소분사에 따른 열연강판의 pH와 백색도의 상관관계를 도시하고 있다. 백색도의 측정은 ASTM E313-1973에 준하여 측정하였다. 용액온도 60℃를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.

pH 1.5내지 3구간에서는 100초 침지시 백색도가 40 이하로 심하게 부식되는 것을 알 수 있었다. 이때는 질소를 분사하여도 그 효과가 없음을 그래프를 통하여 알 수 있다.

그러나 pH 4내지 6구간에서는 확연한 질소 분사효과를 보여주고 있다. 질소를 분사하면 백색도가 시편의 초기 수준인 53내지 55수준을 유지하는 반면, 질소 분사를 실시하지 않으면 백색도는 40 이하로 심한 부식을 겪는 것을 알 수 있다.

한편 pH가 6 이상이 되면 용액에 수소이온농도가 떨어져 부식이 잘 발생하지 않고 있음을 알 수 있다.

상기의 측정결과는 수세용액의 온도가 40℃ 인 경우에도 전체적인 질소분사와 백색도의 관계는 유사하게 발견되었다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이 시편을 100초 침적하였을 때 황색도에서도 질소분사의 효과가 확연히 나타나고 있음을 알 수 있었다. 도 4는 수산화나트륨을 첨가하여 수세용액을 중화시키면서 질소분사와 황색도의 상관관계를 나타내는 것으로, 황색도의 측정은 역시 ASTM E313-1973에 준하여 측정하였다.

도시된 바와 같이 용액온도 60℃를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.

pH 1.5내지 3구간에서는 100초 침지시 황색도가 3 이상로 심하게 부식되는 것을 알 수 있었다. 이때는 질소를 분사하여도 그 효과가 미약함을 알 수 있다.

그러나 pH 4내지 6구간에서는 확연한 질소 분사효과를 보여주고 있다. 질소를 분사하면 황색도가 시편의 초기 수준인 1 이하 수준을 유지하는 반면 질소 분사를 실시하지 않으면 황색도는 4 이상으로 심한 부식을 겪는 것을 알 수 있다.

한편 pH가 6 이상이 되면 용액에 수소이온농도가 떨어져 부식이 잘 발생하지 않고 있음을 알 수 있다. 이러한 현상은 40℃에서도 발견되었다.

상기와 같이 작용하는 본 발명은 열연강판의 수세공정에서 강판에 분사되는 수세용액이 pH를 4내지 6으로 유지되는 경우 수세용액에 질소를 분사하면 용존산소가 제거되어 열연강판의 부식이 방지되므로 pH를 6이상으로 유지하기 위해 과다한 수산화나트륨이 첨가되지 않게 되어 펌프의 효율을 높이고, 중성화에 따른 수세공정에서의 소모되는 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 제철소 열연공장의 수세공정에서 열연강판 부식방지 방법에 있어서,

   적어도,

   상기 수세공정라인에 구비되어 있는 각각의 수조내 수세용액에 수산화나트륨을 첨가하여 수세용액의 pH(수소이온화지수)가 4내지 6이 되도록 하는 단계와;

   상기 pH 4내지 6의 수세용액에 질소를 분사하여 용존산소를 제거하는 단계와;

   그 후에, 열연강판의 부식을 방지하기 위하여 상기 열연강판에 용존산소가 제거된 pH 4내지 6의 수세용액을 분사하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열연강판 부식방지 방법.

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