KR20020006821A - 강판의 스케일을 효율적으로 제거하는 방법 - Google Patents

Abstract

산세액을 사용하여 강판의 스케일을 제거하는 공정에 있어서, 가열수단에 의해 강판을 가열하는 단계; 가열된 강판을 산세액 중에 침적시키는 단계로 이루어지는 방법을 통해 강판의 스케일을 제거함으로써, 강판의 스케일 제거가 더욱 신속하게 이루어지며, 이로 인해 생산성이 향상될 수 있다.

Description

강판의 스케일을 효율적으로 제거하는 방법{Method for removal of scale from steel plate}

본 발명은 강판을 제조하는 공정중에서 강판 표면에 형성되는 스케일(scale)을 산으로 부식시켜 제거하는 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산세 전 강판을 가열함으로써 스케일의 제거 효율을 극대화하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 강판은 산화성 분위기, 즉 대기 중에서 압연, 열처리 및 냉각되기 때문에 표면 산화물인 스케일이 생성되며, 이러한 스케일은 강판 표면이 접하는 산소농도에 따라 우스타이트(Wustite FeO), 마그네타이트(Magnetite Fe₃O₄), 헤마타이트(Hematite Fe₂O₃)의 3층으로 존재하게 된다. 소지 금속인 Fe와 접한 곳에는 우스타이트, 외측에는 헤마타이트, 그 중간층으로 마그네타이트가 형성되어 3층 구조를 지니게 되며, 산화 및/또는 냉각시의 온도에 따라 각 층의 두께도 조금씩 달라진다. 따라서 열연 강판의 스케일 조성에 따라 산세에 필요한 시간도 현저한 차이를 보이게 된다.

산화물중에서 우스타이트(FeO)는 산에 대한 용해속도가 가장 크며 마그네타이트(Fe₃O₄), 헤마타이트(Fe₂O₃)의 순으로 용해속도가 줄어든다. 파단 강도는 각각 마그네타이트(Fe₃O₄) 4Kg/㎜², 헤마타이트(Fe₂O₃) 1Kg/㎜², 우스타이트(FeO) 0.1Kg/㎜²이며, 따라서 상온에서의 우스타이트(FeO)는 과냉각 잔류 응력이 내재하기 때문에 파괴되기 쉽다. 즉 역학적인 측면에서 보면 우스타이트(FeO)가 존재할 때 균열이 발생하기 쉽다.

스케일의 두께는 강판을 제조할 당시의 사상 압연 온도(마지막 압연온도), 권취온도 및 강종의 화학성분 등에 의해 영향을 받는다. 즉 사상 압연 온도와 권취 온도가 높으면 헤마타이트(Fe₂O₃) 및 마그네타이트(Fe₃O₄)를 많이 함유하는 두꺼운 층의 스케일이 형성되며, 화학 성분 중 탄소가 많으면 얇은 층의 스케일이 형성된다. 강판의 폭 방향에 따른 스케일의 형성 경향을 살펴보면, 모서리부분은 가운데 부분보다 대기와의 접촉면적이 커서 두꺼운 스케일이 형성된다.

이러한 스케일을 제거하기 위하여 염산이나 황산 용액을 사용하며, 이들 용액을 사용하여 스케일을 제거하는 공정은 담그기(dipping)형태, 피상(shallow)형태, 교류(turbulence)형태로 하여 크게 3가지로 구분된다.

담그기(dipping)형태의 공정은 산세액이 들어 있는 산세 탱크에 강판을 투하하여 산세하는 공정으로, 1970년대 말까지는 저장 탱크와 산세 탱크가 분리되지 않은 간단한 설계의 탱크가 사용되어 왔다. 현재는 저장 탱크와 산세 탱크를 분리하여 사용하고 있으며, 또한 이 산세 탱크를 4∼8개의 탱크로 구별하여 한쪽 초기 탱크에서는 신산이 공급되고 마지막 탱크에서는 폐산이 회수될 수 있도록 하고 있다.

피상(shallow)형태의 공정은 산세 탱크 내에 마찰블럭(friction block)을 만들고 강판이 이에 따라 움직이면, 강판과 마찰블럭 사이에서 산세 액의 와류를 발생시켜 산세 효율을 약간 높인 공정이다.

교류(turbulence)형태의 공정은 이동하고 있는 강판의 위, 아래 및 측면에 일정 간격으로 놓여 있는 노즐을 통해 산세 액을 강제 분사시켜 강판을 산세하고, 분사된 산세액은 산세 탱크에 다시 회수되는 공정이다. 이 경우 노즐에 의한 분사 압력 때문에, 다른 산세 형태에 비하여 뛰어난 산세 효율을 갖게 된다.

이러한 세 가지 연속 산세 공정에서는, 산세 효율을 증대시키기 위하여 산세 전의 강판에 전처리를 하게 된다. 전처리 과정에서는 기계적인 방법으로 강판의 스케일을 제거 내지 균열을 생성시켜 산세 시에 산세 효율을 증가시키게 된다. 그 첫번째 방법으로는 텐션롤(tension roll)이나 스케일 브레이커(scale breaker)로 강판의 반복 굽힘을 통해, 강판 표면의 스케일에 균열(crack)을 생성시키는 것이고, 두 번째 방법은 숏 블러스트(shot blast)로 강판에 강구를 분사시켜 강판 스케일의 균열 생성 및 제거를 돕는 방법이다. 첫 번째 방법은 큰 효과가 별로 없으며 두 번째 방법은 강판에 자국이 남는 경우가 종종 있어서 강판의 외관을 해친다.

본 발명은 앞에서 언급한 세가지의 연속 산세 공정에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강판을 산세 용액에 침적하기 직전 강판을 전기 저항 가열 또는 유도 가열 방식 등의 가열 장치로 연속적으로 가열한 후 산세 용액에 침적시킴으로써 표면의 스케일을 탈락시키거나 균열을 형성시켜 강판의 산세 시 스케일의 제거가 빠르게 이루어지는, 강판의 스케일을 효율적으로 제거하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산세액을 사용하여 강판의 스케일을 제거하는 공정에 있어서, 가열수단에 의해 상기 강판을 가열하는 단계; 가열된 상기 강판을 산세액 중에 침적시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일을 제거하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 강판의 스케일을 제거하는 방법은 뜨거운 강판이 산세 액 중에 침적되면서 형성되는 열충격을 이용하는 것이다. 즉 가열장치를 통과하여 뜨거워진 강판이 산세 액 중에 침적되면 갑작스런 온도변화로 인하여 열충격이 형성되며, 형성된 열충격은 강판 표면의 스케일과 소지금속인 철 사이에 열이력차를 유발시킨다. 따라서 강판 표면의 스케일이 탈락되거나 균열이 형성되며, 이러한 상태의 강판을 산세 액에 침적시키면 스케일의 제거가 빠르고 효율적으로 이루어지게 되는 것이다.

본 발명에 따른 강판의 예열 온도범위는 200∼450℃가 바람직하다. 강판의 예열 온도가 200℃ 미만일 경우에는 강판 예열에 따른 강판의 산세 효율 증가가 거의 나타나지 않고, 강판의 예열 온도가 450℃ 이상일 경우에는 예열된 강판이 산세 용액에 침적될 때 급격한 온도 하강으로 인해 강판이 굽어지는 등의 형상 불량문제가 발생하게 된다.

강판의 가열 방법으로는 전기저항 가열 방법과 유도 가열 방식이 있으며, 순간적인 급속 가열을 위한 고주파 유도 가열 방식이 보다 바람직하다. 고주파 유도 가열이라 함은 전자기 유도 작용을 이용한 것으로써, 영구자석 대신 코일에 교류전류를 흘려 교번 자속이 발생토록 함으로써 강판에 유도전류가 흐를 수 있도록 한 것이다. 강판에 발생한 유도전류는 와전류손에 의하여 주울 열을 발생시키고, 이때발생된 열에 의해 강판이 가열된다. 이러한 가열방식을 유도가열이라 한다. 이 경우 와전류는 코일에 근접한 물체 부분에 집중 유도되고, 또 발생된 유도전류는 물체 표면 주위에서는 강하게 흐르려고 하나 물체의 내부로는 약하게 흐르려 하는 특성이 있다. 이러한 원리를 이용하여 연속적으로 한방향으로 움직이는 강판을 고주파 내로 통과시키면 강판 표면의 온도가 순간적으로 상승되고, 스케일 제거를 위하여 산세 용액에 침적되면, 용액 내에서 강판이 급냉되면서 발생한 열충격으로 스케일이 탈락되거나 균열이 무수하게 발생되는 것이다.

한편, 가열된 강판을 산세 용액에 침적시키면 증기(fume)가 다량 발생하게 되는데, 이러한 증기가 대기 중으로 발산되면 생산 설비를 침식시키고 인체에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로, 증기가 밖으로 유출되지 않도록 산세 탱크 덮개 아랫부분이 산세 용액의 수위보다 낮게 위치하도록 하여 증기가 발생할 수 있는 산세 용액의 표면적을 줄여야 한다. 또한 일단 발생된 증기는 덮개의 끝 부분에 워터실링(water sealing)방법 등을 통하여 밖으로 유출되지 않게 해야 한다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 구체화하나 본 발명이 이에 한정된 것은 아니다.

50㎜×50㎜ 크기의 열연 강판으로 본 발명에 따른 스케일 제거 효율을 측정하였다. 산세 효율은 시각적인 관찰과 산세 완료에 소요된 시간으로 측정하였다.

실시예 1

열연강판의 온도를 50℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 2

열연강판의 온도를 75℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 3

열연강판의 온도를 125℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 4

열연강판의 온도를 200℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 5

열연강판의 온도를 250℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 6

열연강판의 온도를 300℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 7

열연강판의 온도를 350℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 8

열연강판의 온도를 400℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 9

열연강판의 온도를 450℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 80±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 10

열연강판의 온도를 250℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 25±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

실시예 11

열연강판의 온도를 250℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 50±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

비교예 1

열연강판의 온도를 25℃로 하고 산세 용액(18% HCl)의 온도는 25±5℃로 하여 산세 시험을 실시하였다.

강판의 온도와 산세 용액 온도에 따른 평가 결과

	강판온도(℃)	산세용액 온도(18% HCl)	산세완료시간(sec)
실시예	1	50	80±5	19
	2	75	80±5	17
	3	125	80±5	11
	4	200	80±5	8
	5	250	80±5	6
	6	300	80±5	5
	7	350	80±5	5
	8	400	80±5	4
	9	450	80±5	4
	10	250	25±5	15
	11	250	50±5	10
비교예	1	25	80±5	20

[표1]의 평가 결과에 나타났듯이 강판을 200∼450℃로 가열하여 산세하였을때 산세 완료 시간이 많이 단축되는 것을 알 수 있다..

본 발명에 따라, 강판을 스케일 제거 용액에 침적하기 직전 강판을 전기 저항 가열 또는 유도 가열 방식 등의 가열 장치로 연속적으로 가열한 후 산세 용액에 침적시킴으로써 강판의 스케일 제거가 더욱 신속하게 이루어지며, 이로 인해 생산성이 향상될 수 있다.

Claims (2)

1. 산세액을 사용하여 강판의 스케일을 제거하는 공정에 있어서, 가열수단에 의해 상기 강판을 가열하는 단계; 가열된 상기 강판을 산세액 중에 침적시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강판의 스케일을 제거하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 강판을 가열하는 단계에서의 강판의 온도는 200∼450℃임을 특징으로 하는 강판의 스케일을 제거하는 방법.