KR101271791B1 - 오존 마이크로 버블을 이용한 강판 표면 청정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 강판의 표면청정방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강판의 압연 후에 강판 상에 부착된 압연유 또는 녹 등을 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해 강판 표면의 이물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있으며, 표면 청정용액으로 인한 환경에 대한 부담을 줄일 수 있다.

냉간 압연, 압연유, 알칼리 전해 탈지 공정, 오존 마이크로 버블

Description

오존 마이크로 버블을 이용한 강판 표면 청정방법{METHOD FOR CLEANING METAL SHEET BY USING OZONE MICRO-BUBLE}

본 발명은 강판의 표면청정방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강판의 압연 후에 강판 상에 부착된 압연유 또는 녹 등을 제거하는 방법에 관한 것이다.

통상 압연유가 사용된 압연 코일을 그대로 소둔할 경우, 강판 표면에 잔류한 압연유가 불완전 연소되어 탄화물이나 고무상 물질의 오염물을 강판 표면에 남겨 강판 표면의 미관을 손상시킬 뿐 아니라, 이후의 도금공정에서도 문제를 발생시킨다. 이와 같이, 강판 표면에 이물질이 잔존하는 경우에는 후속 공정에 문제를 일으키므로, 강판 표면상의 이물질을 제거할 필요가 있다.

통상 표면 청정공정의 대표적인 예로는 강판의 압연 후 스트립 표면에 부착된 압연유, 기계유, 철분, 기타 오염물질을 물리적, 화학적 방법으로 제거하기 위해 세정하는 공정으로서, 용제, 알칼리, 계면활성제 등을 사용하는 화학적 세정방법과 침적, 브러쉬, 스프레이, 전해 초음파 등을 이용하는 물리적 세정방법이 있다.

냉간 압연 후에 철판에 부착된 압연유를 제거하기 위해서 일반적으로 알칼리 전해 탈지 방법이 널리 사용되고 있다. 상기 알칼리 전해 탈지 방법은 화학적 탈지법으로서의 알칼리 탈지와 물리적 탈지 방법인 전해탈지가 동시에 또는 순차적으로 수행된다.

알칼리를 이용한 탈지는 비누화 작용, 유화 작용, 침투 작용, 및 분산 작용으로 이루어지는데, 유지와 알칼리 용액이 반응하여 지방산(비누 성분)과 글리세롤이 형성되며, 이때 생긴 비누는 계면활성제로서의 역할을 하여 스트립(strip) 표면에 부착된 압연유를 분리하는데 작용한다. 또한 알칼리 용액은 유지 속에 침투하여 기름 분자를 파괴하고, 유지를 미립화시켜 분리하는 역할을 동시에 수행한다.

전해 클리닝 탱크에서는 그리드(grid)를 통해 전도성 및 알칼리 용액에서 내구성이 좋은 금속에 양극 및 음극의 전압을 걸어 전류를 흘려줌으로써 발생하는 수소 및 산소 가스를 이용하여 철판 표면으로부터 압연유 등을 분리하여 탈지를 행한다.

그러나 이러한 알칼리 전해 탈지 방법은 탈지 불량에 따른 미소 덴트(dent)를 발생시키고, 또 설비가 오염됨으로 인한 표면 결함을 유발하여 고급 제품을 생산하는데 어려움을 제공한다. 또한 전해 탈지 탱크에서는 그리드(grid)에 고 전류를 인가하게 되는데, 절연이 불량하게 되는 경우에는 설비를 부식시킬 위험이 따르고, 이로 인한 수리에 비용을 발생시킨다.

또한 다수의 브러쉬 롤(brush roll)을 사용함으로써 브러쉬 롤의 마모에 따른 교체 및 수리에 추가적인 비용을 발생시키며, 무엇보다 탈지제를 사용함으로써 환경에 부담을 주는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 강판의 청정 공정, 특히, 강판의 압연 후 압연유를 제거하는 탈지 공정에 있어서, 탈지 용액에 오존 마이크로 버블을 발생시켜 스트립 표면에 부착된 압연유를 제거하도록 하여 강판 표면에 대한 세정 효과를 향상시키는데 그 목적이 있다.

나아가, 탈지효과를 향상시킴으로써 탈지제의 과도한 사용을 줄여 환경에 대한 부담을 줄이고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 발명의 목적을 달성하기 위해,

제1 구현예로서, 강판 표면에 부착된 이물질을 제거하는 표면청정 공정에 있어서, 표면 청정 용액 중에 강판 적용시 오존 마이크로 버블을 투입하여 강판 표면의 이물질을 제거하는 표면청정 방법,

제2 구현예로서, 상기 표면청정 방법은 강판의 냉간 압연 후 압연유를 제거하는 알칼리 전해탈지 공정인 것을 특징으로 하는 표면청정방법,

제3 구현예로서, 상기 알칼리 전해탈지 공정은 알칼리 탈지 공정, 전해 탈지 공정 및 린스 공정 포함하며, 상기 알칼리 탈지 공정, 전해 탈지 공정 및 린스 공정 중 적어도 하나의 공정에 상기 오존 마이크로 버블을 투입하는 것을 특징으로 하는 표면청정방법,

제4 구현예로서, 상기 오존 마이크로 버블을 전해 클리닝 탱크에 투입하고, 일정한 시간 주기로 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 표면청정방법,

제5 구현예로서, 0.1초 내지 10초 간격으로 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 표면청정방법,

제6 구현예로서, 상기 전압은 20 내지 40V의 범위에서 변경되는 것을 특징으로 하는 표면청정방법, 및

제7 구현예로서, 상기 오존 마이크로 버블은 산소를 오존발생기에 공급하여 오존을 생성하고, 상기 생성된 오존을 마이크로 버블 발생기에 공급하여 마이크로 버블화한 것임을 특징으로 하는 표면청정방법을 제공한다.

본 발명에 의해 강판의 냉간 압연 후 소재에 부착된 압연유를 효과적으로 제거할 수 있고, 또한 린스 공정에 압연유의 잔류물을 강판 표면으로부터 효과적으로 제거할 수 있어 탈지 능력 향상을 도모할 수 있다.

또한, 탈지효과를 향상시킴으로써 탈지제의 과도한 사용을 줄여 환경에 대한 부담을 줄이고자 한다.

나아가, 알칼리 전해 탈지 공정의 설비 유지에 소요되는 비용을 절감할 수 있음은 물론, 탈지 성능 향상으로 인해 궁극적으로 도금성 향상의 효과를 도모할 수 있다.

본 발명은 강판의 청정공정에서 강판에 존재하는 압연유, 녹 등을 제거함에 있어서, 용액 중에 오존 마이크로 버블을 발생시킴으로써 탈지 효과를 향상시키고 자 하는 발명이다.

이와 같은 오존 마이크로 버블은 강판의 청정을 위해 적용되는 용액(이하, '청정 용액'이라 한다.) 중에 공급된다. 상기 청정 용액으로는, 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 금속표면에 부착되어 있는 유지류를 제거하는 공정, 금속 표면에 생긴 산화층을 제거하여 새로운 금속면을 노출시키기 위한 공정 등에서 적용되는 용액을 들 수 있다. 상기 강판의 압연 공정 후 강판 표면에 존재하는 압연유를 제거하기 위한 탈지 공정의 구체적 예로서는, 유기용제를 이용한 탈지, 계면활성제를 이용한 탈지, 산이나 알칼리 용액을 이용한 탈지, 전해탈지, 유화탈지 또는 인산염 용액을 이용한 탈지 등을 들 수 있다.

본 발명은 이와 같은 청정 용액에 오존 마이크로 버블을 적용하여 용액 내에 공급된 오존 마이크로 버블의 파열시 발생되는 충격파를 이용하여 강판상에 존재하는 압연유와 같은 유기물을 분해하는데 활용함으로써 강판 표면의 청정 효과를 현저히 개선할 수 있다.

본 발명에 있어서, 오존 마이크로 버블이라 함은 통상 직경 50㎛ 이하의 직경을 갖는 미세기포를 말하며, 예를 들면, 10-50㎛ 범위의 직경을 갖는 기포를 들 수 있다.

알칼리 전해 탈지공정에 본 발명을 적용한 예를 도면과 함께 더욱 구체적으로 설명한다.

도 1은 기존의 알칼리 전해 탈지 공정에 오존 마이크로 버블을 적용하는 방법에 대한 개략적 공정도를 나타내는 것으로서, 알칼리 클리닝 탱크(1), 브러쉬 롤 러(2), 전해 클리닝 탱크(3) 및 린스 탱크(4)를 포함하는 기존의 알칼리 전해 탈지 공정에서 개략적으로 도시한 도면이며, 각 탱크에 본 발명의 오존 마이크로 버블을 공급하는 장치를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 탱크에 오존을 공급하는 오존 발생기를 구비하며, 오존 발생기에서 발생된 오존을 마이크로 버블화하여 알칼리 클리닝 탱크, 전해 클리닝 탱크 및 린스 탱크에 오존 마이크로 버블을 공급하는 마이크로 버블 발생기를 구비할 수 있다. 나아가, 공기를 유입하여 이로부터 상기 오존 발생기에 산소를 공급하는 산소 발생기를 구비할 수 있다.

이와 같은 오존 마이크로 버블은 강판 표면상의 압연유 제거의 효과를 향상시키기 위해 알칼리 클리닝 탱크(1) 또는 전해 클리닝 탱크(3)에 적용할 수 있으며, 두 공정 모두에 적용될 수도 있다. 또한, 린스 공정에 마이크로 버블을 공급하여 강판의 표면상에 부착된 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있다.

따라서, 오존 마이크로 버블을 공급하는 장치를 각 탱크별로 개별적으로 배치하여 오존 마이크로 버블을 공급할 수 있으며, 또는 통합된 하나 또는 복수의 오존 마이크로 버블 발생 장치로부터 오존 마이크로 버블을 발생시켜 원하는 공정에 공급할 수 있다.

각 공정별에서 본 발명의 오존 마이크로 버블을 공급하여 압연유를 제거하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 오존 마이크로 버블을 통상의 알칼리 전해 탈지 공정 중 화학적 탈지를 수행하는 알칼리 클리닝 탱크에 공급하여 강판의 표면을 청정화할 수 있다.

상기 알칼리 클리닝 탱크 안에 오존 마이크로 버블을 투입하는 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 투입된 오존 마이크로 버블은 액체 탱크 안에서 파열되면서 충격파를 형성하여 강판 상에 존재하는 압연유 분자를 파괴하고, 강판 표면으로부터의 분리를 가속화시킨다.

또한, 투입된 오존은 물과 반응하여 OH 라디칼(Hydroxyl Radical)을 형성하는데, 이러한 OH 라디칼은 강력한 압연유 분해 능력을 제공하여 압연유의 분리를 더욱 상승시켜 세정 효과를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 오존 마이크로 버블을 알칼리 전해 탈지 공정 중의 전해 클리닝 탱크에 공급할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 투입된 오존 마이크로 버블은 마이너스 전위를 띄는데, 플러스 전위를 띠고 있는 금속 표면(anode)에 형성된 전기장의 영향으로 오존 마이크로 버블의 움직임이 가속화되며 더욱 높은 에너지를 얻어 활발하게 움직이게 된다. 이와 같이 고 에너지를 얻은 마이크로 버블은, 버블 파열 시 그 파급 효과가 더욱 증대하게 되어 압연유의 붕괴를 가속화시킨다. 또한 마이크로 버블의 붕괴시 OH 라디칼이 형성되어, 강판 상의 탈지 효과를 더욱 높일 수 있다.

나아가,　전해 클리닝 탱크에 마이크로 버블을 투입한 경우에는 금속 표면의 전압을 일정한 시간 간격으로 변경하면, 강판의 양면의 압연유를 더욱 균일하고 효 과적으로 제거할 수 있다. 전해 클리닝 탱크에는 전해 탈지를 위해 통상 20-40V 범위 내의 전압이 가해지는데, 본 발명의 오존 마이크로 버블을 투입하는 경우에는 상기 범위 내에서 전압을 변경시키는 것이 바람직하다. 나아가, 전압을 변경하는 주기는 라인속도 등에 따라 조건을 달리할 수 있으나, 0.1초 내지 10초 간격으로 변경할 수 있다.

그리고 본 발명의 오존 마이크로 버블은 린스 탱크에 공급될 수도 있다. 핫 워터 린스(hot water rinse) 탱크에 오존 마이크로 버블을 투입함으로써 상기 버블 파열시 발생하는 충격파의 작용으로 강판상에 잔류하는 압연유 등의 오염 물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

상기와 같이 오존 마이크로 버블을 강판의 표면청정 공정에 적용함으로써 종래의 통상적인 표면 청정방법에 비하여 우수한 청정효과를 얻을 수 있으며, 나아가 종래 표면 청정을 위해 사용되던 용액의 농도를 보다 낮추더라도 적어도 종래와 유사하거나 보다 우수한 청정 효과를 얻을 수 있어, 세정액의 사용으로 인한 환경에의 부담을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

실시예 1

NaOH 순환 탱크를 통해 순환하는 60℃ NaOH 용액(50g/l NaOH) 내의 유기물을 필터를 통해 제거하고, 상기 순환 NaOH 용액에 오존 마이크로 버블을 공급하여 알칼리 클리닝 탱크에 공급하였다. 냉간 압연한 강판을 상기 알칼리 클리닝 탱크에서 20초간 알칼리 탈지 공정을 행하였다. 그 후, 강판을 NaOH 용액이 저장된 전해 클리닝 탱크로 이송하였다. 전해 클리닝 탱크에서 25V의 전압을 1초간 가하여 전해 탈지를 수행하고, 이어서 상기 강판을 50℃의 물이 저장된 린스 탱크로 이송하여 표면에 존재하는 탈지용액을 완전히 제거하고 열풍으로 건조하였다.

상기 알칼리 클리닝 탱크에 공급된 오존 마이크로 버블은 오존 농도 0, 16 및 32g/Hr에 대하여 각각 행하였다. 탈지 향상의 척도의 하나인 강판의 백색도를 테스트하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 오존 투입량이 0g/Hr일 때와 비교하여 16g/Hr일 때는 약 1.7%, 32g/Hr일 때는 약 2.8g/Hr의 백색도를 나타내어, 오존 투입량이 증가할수록 탈지성능이 향상됨을 보였다. 이는 상기 알칼리 클리닝 탱크에 공급된 오존 마이크로 버블이 파열되고, 상기 파열에 의해 형성된 충격파에 의해 강판 상에 존재하는 압연유 분자를 파괴하며, 알칼리 탈지 용액에 의한 압연유가 강판 표면으로부터 분리되는 것을 가속시킨 결과로 판단된다.

이상과 같이, 본 발명을 알칼리 전해 탈지 공정에서 적용되는 것을 중심으로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 알칼리 전해 탈지공정은 물론, 본 발명에 있어서 모순되는 것이 아니라면 강판의 압연 후에 강판상에 존재하는 압연유를 제거하는 탈지공정에 적용될 수 있음은 물론, 강판의 표면 청정을 위한 공정에 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 알칼리 전해 탈지 공정에 본 발명의 오존 마이크로 버블을 적용하는 공정을 나타내는 개략적 도면이다.

도 2는 마이크로 버블 생성 및 투입 과정을 개략적으로 나타내는 요약도 이다.

도 3은 알칼리 클리닝 탱크에서 마이크로 버블에 의해 압연유를 제거하는 개념을 나타내는 도면이다.

도 4는 전해 클리닝 탱크에서 마이크로 버블에 의해 압연유를 제거하는 개념을 나타내는 도면이다.

도 5는 실시예 1에 따라 알칼리 클리닝 탱크에 투입한 오존 마이크로 버블의 농도에 따른 백색도 향상의 결과를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 알칼리 클리닝 탱크(Alkali Cleaning Tank)

2: 브러쉬 롤 세정

3: 전해 클리닝 탱크(Electrolytic Cleaning Tank)

4: 린스 탱크(Hot Water Rinsing Tank)

5: 마이크로 버블 발생 장치

6: 마이크로 버블

Claims (7)

1. 강판 표면에 부착된 이물질을 제거하는 표면청정 방법으로서

   알칼리 탈지 공정, 전해 탈지 공정 및 린스 공정을 포함하며

   상기 전해탈지 공정은 전해 클리닝 탱크에 오존 마이크로 버블을 투입하고, 0.1초 내지 10초 간격으로 강판 표면에 전압을 변경하여 인가하되, 상기 전압은 20 내지 40V의 범위에서 변경되는 것인 표면청정방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 표면청정 방법은 강판의 냉간 압연 후 압연유를 제거하는 알칼리 전해탈지 공정인 것을 특징으로 하는 표면청정방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 알칼리 탈지 공정 및 린스 공정 중 적어도 하나의 공정에 상기 오존 마이크로 버블을 투입하는 것을 특징으로 하는 표면청정방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존 마이크로 버블은 산소를 오존발생기에 공급하여 오존을 생성하고, 상기 생성된 오존을 마이크로 버블 발생기에 공급하여 마이크로 버블화한 것임을 특징으로 하는 표면청정방법.

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