KR101406473B1 - 기포 발생 방지형 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법 - Google Patents

기포 발생 방지형 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산세용액 채취영역과 산세용액 분석부사이에 설치되며, 산세용액을 일시저장토록 제공되는 저장용기본체 및 상기 저장용기본체와 연계되며, 산세용액의 기포 발생을 차단토록 제공되는 기포 발생 차단수단을 포함하는 산세용액 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 스테인레스강의 산세처리에 사용되는 산세용액 등에서 기포 발생을 차단하여 산세용액의 농도 등을 정밀하게 측정 가능한 효과가 있다.

Description

기포 발생 방지형 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법{Apparatus for processing acid cleaning liquid type of preventing bubble generation and method having the same}
본 발명은 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법에 관한 것으로, 구체적으로 산세용액의 기포 발생을 차단하여 산세용액의 농도 등의 분석을 정밀하게 하는 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법에 관한 것이다.
스테인레스강의 소둔 산세공정은 스테인레스강이 황산, 질산, 혼산 등이 담겨진 탱크내를 침적되어 지나가며 이뤄지게 된다. 이러한 스테인레스강의 소둔 산세공정은 스테인레스강의 종류에 따라 서로 다른 용액이 사용되는데, 우선 300계 스테인레스강의 경우에는 황산, 물, 혼산 탱크를 거치는 공정을 통해 스테인레스강의 표면에 형성된 산화 스케일을 제거하고, 다음 400계 스테인레스강의 경우에는 황산, 질산, 물 탱크를 거치면서 산화 스케일을 제거하며, 산세공정이 이뤄지게 된다.
이 중 300계 스테인레스강의 산세공정시에는 혼산 탱크가 사용되는데, 이는 불산, 질산, 철분 등이 물과 혼합되어 산세용액을 이루고 있다. 이러한 산세용액을 사용하여 스테인레스강 표면 산화스케일을 박리하게 된다.
여기서 산화스케일은 연속 소둔 공정의 열간 압연시 발생된 응력을 제거하고 스테인레스강에 기계적, 물리적 성질을 부여하기 위해 열처리를 하는 과정에서 스테인레스강의 표면에 발생된 것으로서, 소둔 산세공정은 이러한 산화스케일을 완전히 제거하여 양호한 스테인레스강의 표면 품질을 얻고 내식성을 부여하는데 목적이 있다.
그러나, 소둔 산세공정에서 산세용액에 의해 박리된 산화스케일이 슬러지로 변하여 산세용액을 혼탁하게 하거나, 산세용액 저장탱크에 누적되어 산세용액 공급라인을 막거나, 각종 밸브 및 배관을 막게 된다.
여기서, 도 1을 참고하면, 이러한 스테인레스강의 소둔 산세공정에서 사용되는 산세용액의 농도가 적정한지를 체크하기 위해 메인배관(2)에서 산세용액을 우회시켜 분석기(5)를 통해 산세용액 내에서 황산, 질산 등의 농도를 측정하고 배출탱크(7)로 배출하게 된다. 이는 제품의 품질에 큰 영향을 미치므로, 지속적인 모니터링이 필요하다.
그런데 스테인레스강의 표면처리를 한 후의 산세용액은 스테인레스강의 온도 또는 산세용액의 순환과정에서의 공정온도 등에 의해 그 온도가 상승하게 된다. 그리고 온도가 상승함에 따라 산세용액의 용해도는 낮아지게 되고, 이는 분석기(5) 내에서의 기포(B) 발생의 원인이 된다.
분석기(5) 내에서의 기포(B) 발생은 산세용액의 정밀한 농도 분석에 방해가 될 뿐만 아니라, 폐산처리의 시기를 정확히 판단할 수 없게 하여 아직 사용 가능한 산세용액을 불필요하게 폐산처리하여 비용을 증가시키거나 폐산처리해야 할 산세용액을 계속 사용하게 되어 스테인레스강의 표면품질 저하를 유발하기도 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 스테인레스강의 산세처리에 사용되는 산세용액에서 기포 발생을 차단하여 산세용액의 농도 등을 정밀하게 측정 가능토록 구성된 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법을 제공한다.
본 발명인 산세용액 처리 장치의 일 실시예에서는 산세용액 채취영역과 산세용액 분석부 사이에 설치되며, 산세용액을 일시저장토록 제공되는 저장용기본체; 및 상기 저장용기본체와 연계되며 상기 산세용액의 기포 발생을 차단토록 제공되는 기포 발생 차단수단을 포함하고, 상기 기포 발생 차단수단은, 상기 저장용기본체와 연결되며, 상기 저장용기본체의 내부를 가압하는 가압부를 포함할 수 있다.
삭제
일 실시예에서 상기 기포 발생 차단수단은 상기 저장용기본체와 상기 산세용액 분석부 사이에 설치되며, 상기 산세용액을 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 기포 발생 차단수단은 상기 저장용기본체 및 상기 산세용액 분석부를 감싸며 설치되고, 상기 저장용기본체 및 상기 산세용액 분석부가 외부와 열교환하는 것을 차단토록 제공되는 단열부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 기포 발생 차단수단은 상기 단열부재와 연결되며, 상기 단열부재의 내부에 냉각 분위기를 조성하여 상기 저장용기본체와 상기 산세용액 분석부의 온도를 하강시키는 제2 냉각부를 더 포함할 수 있다.
본 발명인 산세용액 처리 방법의 일 실시예에서는 산세용액을 일시저장하는 저장단계와, 일시저장된 상기 산세용액을 가압하고 냉각시켜 기포 발생을 차단하는 기포 발생 차단단계, 및 기포 발생이 차단된 상기 산세용액을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 기포 발생 차단단계는, 상기 산세용액의 주변부를 단열시키고 냉각 분위기를 조성하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명인 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법의 일 실시예는 가압부를 구비하여 산세용액이 일시 저장된 저장용기본체 내부를 가압함에 따라 산세용액의 용해도를 높여 기포 발생을 차단하는 효과가 있다.
또한, 저장용기본체와 산세용액 분석부 사이에 냉각부를 구비하여 산세용액이 저장용기본체에서 산세용액 분석부로 유동하는 중에 간접 열교환 방식으로 냉각되어 산세용액의 용해도를 높여 기포 발생을 차단시키는 효과가 있다.
그리고 저장용기본체와 산세용액 분석부 전체를 감싸는 단열부재와 제2 냉각부를 구비하여 외부와의 열교환이 차단된 상태에서 단열부재 내부에 냉각 분위기를 조성함으로써, 산세용액의 전체 이동경로 상에서 산세용액을 냉각시켜 용해도를 높이고, 이에 따라 기포 발생을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 산세용액 처리 장치에 관한 도이다.
도 2는 본 발명인 산세용액 처리 장치의 구성도이다.
도 3a는 산세용액 채취영역에서 산세용액을 채취한 후 저장용기본체에 일시 저장시 기포가 발생되는 상태가 도시된 도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 발명에서 산세용액의 용해도를 높여 기포 발생을 차단토록 산세용액을 가압 및 냉각시키는 상태가 도시된 도이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 스테인레스강의 산세처리에 사용되는 산세용액에서 기포 발생을 차단하여 산세용액의 농도 등을 정밀하게 측정 가능토록 하는 것을 기초로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명인 산세용액 처리 장치의 구성도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명인 산세용액 처리 장치(100)의 일 실시예의 구성은 산세용액 채취영역과 산세용액 분석부(10) 사이에 설치되며, 산세용액을 일시저장토록 제공되는 저장용기본체(20) 및 상기 저장용기본체(20)와 연계되며 산세용액의 기포 발생을 차단토록 제공되는 기포 발생 차단수단(30)을 포함할 수 있다.
우선 산세용액 채취영역은 산세용액이 저장된 저장탱크이거나 산세용액이 흐르는 메인배관(2)일 수 있다. 이하에서는 산세용액 채취영역은 산세용액이 흐르는 메인배관(2)으로 한정하여 설명하되, 다만 본 발명의 적용범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 산세용액 분석부(10)는 산세용액의 농도 등을 분석하는 역할을 하게 된다. 이때, 산세용액은 황산용액, 질산용액 또는 혼산용액일 수 있으며, 만약 혼산용액일 때에는 불산, 질산, 철분 등의 농도를 측정하게 된다.
그리고 상기 저장용기본체(20)는 상기 메인배관(2)과 바이패스배관(82)으로 연결된다. 상기 바이패스배관(82)상에는 바이패스밸브(81)가 장착되어 있어 산세용액의 채취량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 저장용기본체(20)는 상기 산세용액 분석부(10)와 산세용액 공급배관(84)으로 연결되고, 상기 저장용기본체(20)의 내부에 일시 저장된 산세용액을 상기 산세용액 분석부(10)로 공급하게 된다. 이때 상기 산세용액 공급배관(84) 상에는 제1 유량제어밸브(83)가 장착되어 상기 산세용액 분석부(10)의 상류측으로 흐르는 산세용액의 유량을 조절할 수 있다.
그리고 상기 산세용액 분석부(10)의 하류측은 산세용액 배출배관(86)으로 산세용액 배출부(87)와 연결되며, 상기 저장용기본체(20)에서 공급받은 산세용액의 농도 등의 분석을 마치면, 상기 산세용액 배출부(87)로 분석에 사용된 산세용액을 배출하게 된다. 상기 산세용액 배출배관(86) 상에도 제2 유량제어밸브(85)가 장착되어, 산세용액의 농도 등의 분석 중에는 닫혀 있다가 분석을 마치면 열려 산세용액이 배출되도록 함으로써, 산세용액의 배출 여부를 결정하게 된다.
한편, 산세용액은 스테인레스강의 표면처리 후 스테인레스강의 온도 또는 산세용액의 순환과정에서의 공정온도 등에 의해 그 온도가 상승하게 되는데, 이때 채취된 산세용액은 상기 산세용액 분석부(10)에서 기포를 발생시키게 되고, 이는 상기 산세용액 분석부(10)에서의 정밀한 농도 등의 분석을 방해하게 된다.
따라서, 상기 기포 발생 차단수단(30)은 상기 저장용기본체(20)와 연계되며 상기 산세용액 분석부(10)에서 산세용액의 기포 발생을 차단하는 역할을 하게 된다.
우선 상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 저장용기본체(20)와 연결되며, 상기 저장용기본체(20)의 내부를 가압하여 산세용액의 기포 발생을 차단토록 제공되는 가압부(40)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가압부(40)는 상기 저장용기본체(20)의 상단에 연결되며, 상기 저장용기본체(20)로 공기를 공급하여 상기 저장용기본체(20)에 채워진 산세용액에 공압을 가하는 공기공급부일 수 있다. 즉, 상기 가압부(40)는 공기 저장탱크(41)와, 상기 공기 저장탱크(41)와 상기 저장용기본체(20)의 상단과 연결되는 공기공급배관(43), 및 상기 공기공급배관(43) 상에 설치되며 상기 저장용기본체(20)에 공급되는 공기량을 제어하는 제3 유량제어밸브(45)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가압부(40)를 통해 상기 저장용기본체(20)에 채워진 산세용액에 공압을 가하게 되면, 상기 저장용기본체(20)의 내부압력이 상승하게 되어 산세용액의 용해도는 증가하게 되고, 이에 따라 산세용액의 증발로 인한 기포 발생은 낮아지게 된다.
상기 가압부(40)는 상기 저장용기본체(20)에 저장된 산세용액을 상기 산세용액 분석부(10)로 밀어주어 유도하는 역할도 하게 되며, 이때 상기 산세용액 분석부(10)의 하류측에 연결된 산세용액 배출배관(86)에는 산세용액의 농도 등의 분석 중 상기 산세용액 분석부(10)의 내부 압력이 일정하게 유지되도록 오리피스(90)가 장착될 수 있다.
다음으로, 상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10) 사이에 설치되며, 산세용액을 냉각시켜 기포 발생을 차단토록 제공되는 냉각부(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 냉각부(50)는 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)를 연결하는 상기 산세용액 공급배관(84)과 연계되며 설치될 수 있다. 즉, 상기 냉각부(50)는 상기 산세용액 공급배관(84) 상에 장착되는 열교환기(55)와, 상기 열교환기(55)와 연결되며 냉각수를 냉각시키고 다시 상기 열교환기(55)로 공급토록 제공되는 냉각탑(51)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 저장용기본체(20)에서 상기 산세용액 분석부(10)로 상기 산세용액 공급배관(84)을 타고 유동하는 산세용액은 상기 열교환기(55)에서 냉각수와 간접 열교환 방식으로 열을 빼앗기게 되므로, 상기 산세용액 분석부(10)로의 이동 완료시에는 이미 냉각되어 있어 산세용액의 용해도가 상승하여 기포 발생이 낮아지게 된다.
다음으로, 상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)를 감싸며 설치되고, 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)가 외부와 열교환하는 것을 차단토록 제공되는 단열부재(60)를 더 포함할 수 있다.
상기 단열부재(60)에 의해 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)가 외부와 열교환하는 것이 차단되면, 특히 제철공장에서는 공정상의 고온 등으로 인한 영향을 받지 않게 되므로, 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)에서 산세용액의 기포 발생을 보다 용이하게 통제할 수 있게 된다.
즉, 외부 온도로부터의 영향을 적게 받으므로, 전술한 바와 같이 상기 저장용기본체(20)에 채워진 산세용액에 공압을 가하거나 상기 산세용액 공급배관(84) 상에 흐르는 산세용액을 냉각수로 냉각시켜, 기포 발생을 차단하는 것이 보다 효율적이게 된다.
여기서, 단열효과를 높이기 위해 상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 단열부재(60)와 연결되며, 상기 단열부재(60)의 내부에 냉각 분위기를 조성하여 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)의 온도를 하강시켜 산세용액의 기포 발생을 차단토록 제공되는 제2 냉각부(70)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2 냉각부(70)는 상기 단열부재(60)의 내부에 찬 공기 등의 냉각유체를 공급하여 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)에 냉각 분위기를 조성하여, 전체적으로 산세용액의 순환과정에서의 기포 발생을 낮출 수 있다.
상기와 같이 기포 발생 차단수단(30)은 산세용액을 가압하거나 산세용액을 냉각함으로써, 산세용액의 용해도를 높여 기포 발생을 차단토록 하는 것이다.
여기서, 미설명부호 C는 본 발명인 산세용액 처리 장치(100)의 작동을 제어하는 제어기를 표시한다.
본 발명의 일 실시예의 구성은 상기와 같으며, 이하에서는 작동방법을 설명하도록 한다.
도 3a는 산세용액 채취영역에서 산세용액을 채취한 후 저장용기본체에 일시 저장시 기포가 발생되는 상태가 도시된 도이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 발명에서 산세용액의 용해도를 높여 기포 발생을 차단토록 산세용액을 가압 및 냉각시키는 상태가 도시된 도이다.
도 3a 및 도 3b를 참고하면, 본 발명인 산세용액 처리 방법의 일 실시예의 구성은 산세용액을 일시저장하는 저장단계와 일시저장된 산세용액의 기포 발생을 차단하는 기포 발생 차단단계 및 기포 발생이 차단된 산세용액을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
우선 작업자는 산세용액이 흐르는 메인배관(2)에 연결된 상기 바이패스배관(82)을 통해 산세용액이 우회될 수 있도록 상기 바이패스밸브(81)를 개방한다. 상기 바이패스배관(82)이 개방되면, 산세용액은 상기 저장용기본체(20)에 서서히 채워지게 된다. 이때 산세용액은 고온을 형성하고, 이로 인해 산세용액의 용해도가 낮아져 기포가 발생되게 된다.
작업자는 산세용액의 기포 발생을 차단하기 위해 상기 저장용기본체(20)와 연결되어 있는 상기 가압부(40)를 작동시키게 된다. 상기 제3 유량제어밸브(45)가 개방되어 상기 공기 저장탱크(41)로부터 공기가 상기 공기공급배관(43)을 통해 상기 저장용기본체(20)로 유입되게 된다.
상기 저장용기본체(20)로 유입된 공기는 상기 저장용기본체(20)에 채워져 있는 산세용액에 공압을 가하게 된다. 이에 따라 산세용액의 용해도는 상기 저장용기본체(20)의 내부 압력 증가에 따라 높아지게 되고 산세용액에서 기포 발생 현상은 저감되게 된다. 즉 상기 기포 발생 차단단계는 상기 저장용기본체(20)에 일시저장된 산세용액을 가압하여 산세용액의 기포 발생을 차단하는 가압단계를 포함한다.
다음 상기 가압부(40)는 상기 저장용기본체(20)에 저장된 산세용액을 상기 산세용액 분석부(10) 방향으로 유도하는 역할을 하기도 한다. 이때에는 상기 바이패스밸브(81)는 닫히게 되고, 상기 제1 유량제어밸브(83)가 개방되면서 산세용액은 상기 산세용액 공급배관(84)을 통해 상기 산세용액 분석부(10)에 유입되게 된다.
상기 산세용액 공급배관(84)을 통과하면서 산세용액은 냉각단계를 거치게 된다. 즉 상기 산세용액 공급배관(84)에는 상기 열교환기(55)가 장착되어 있으며, 산세용액은 상기 산세용액 공급배관(84)을 통과하다가 상기 열교환기(55)에서 냉각수와 간접 열교환을 통해 냉각되게 된다. 이때 산세용액은 온도가 하강하게 되고, 이에 따라 산세용액의 용해도는 증가하여 기포 발생이 저감되게 된다.
여기서 상기 기포 발생 차단단계는, 산세용액의 주변부를 단열시키고 냉각 분위기를 조성하여 산세용액의 기포 발생을 차단하는 제2 냉각단계를 더 포함할 수 있다.
즉 상기 저장용기본체(20) 및 상기 산세용액 분석부(10)는 상기 단열부재(60)에 의해 감싸여 있어 외부와의 열교환이 차단된 상태에서, 상기 단열부재(60)와 연결된 상기 제2 냉각부(70)에서 상기 단열부재(60)의 내부로 찬 공기 등의 냉각유체를 공급하게 된다.
이때, 상기 저장용기본체(20) 및 상기 산세용액 분석부(10)를 포함하여 산세용액의 순환경로의 대부분이 냉각 분위기에 노출되게 되므로, 전체적인 순환과정에서 산세용액의 온도는 하강하게 된다. 이에 따라 산세용액의 용해도는 보다 더 상승하게 되며, 기포 발생 현상은 저감되게 된다.
이제 기포 발생이 차단된 산세용액은 상기 산세용액 분석부(10)에서 농도 등의 분석을 마치고 나서, 상기 제2 유량제어밸브(85)의 개방에 따라 상기 산세용액 배출배관(86)을 타고 상기 산세용액 배출부(87)로 배출되게 된다.
본 발명은 상기와 같은 구성 및 작동방법을 통해 스테인레스강의 산세처리에 사용되는 산세용액 등에서 기포 발생을 차단하여 산세용액의 농도 등을 정밀하게 측정 가능하게 하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
이상의 사항은 산세용액 처리 장치 및 이를 이용한 산세용액 처리 방법의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10...산세용액 분석부 20...저장용기본체
30...기포 발생 차단수단 40...가압부
50...냉각부 60...단열부재
70...제2 냉각부 90...오리피스

Claims (7)

  1. 산세용액 채취영역과 산세용액 분석부(10) 사이에 설치되며, 산세용액을 일시저장토록 제공되는 저장용기본체(20); 및
    상기 저장용기본체(20)와 연계되며 상기 산세용액의 기포 발생을 차단토록 제공되는 기포 발생 차단수단(30)
    을 포함하고,
    상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 저장용기본체(20)와 연결되며 상기 저장용기본체(20)의 내부를 가압하는 가압부(40)를 포함하는 산세용액 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10) 사이에 설치되며 상기 산세용액을 냉각시키는 냉각부(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세용액 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)를 감싸며 설치되고 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)가 외부와 열교환하는 것을 차단토록 제공되는 단열부재(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세용액 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기포 발생 차단수단(30)은, 상기 단열부재(60)와 연결되며 상기 단열부재(60)의 내부에 냉각 분위기를 조성하여 상기 저장용기본체(20)와 상기 산세용액 분석부(10)의 온도를 하강시키는 제2 냉각부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세용액 처리 장치.
  6. 산세용액을 일시저장하는 저장단계;
    일시저장된 상기 산세용액을 가압하고 냉각시켜 기포 발생을 차단하는 기포 발생 차단단계; 및
    기포 발생이 차단된 상기 산세용액을 분석하는 단계;
    를 포함하는 산세용액 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기포 발생 차단단계는, 상기 산세용액의 주변부를 단열시키고 냉각 분위기를 조성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세용액 처리 방법.
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