KR20020071897A - 분무에 의한 금속 표면 상 스케일 조건화를 위한 알카린조성물, 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다른 금속 바(bar)등의 다른 작업 시편, 또는 심지어 별개의 작업에서 산화물 또는 스케일을 제거하거나 조건화하는데 사용될 수 있지만, 한 가지 실시예에서, 금속 표면, 특히, 스텐레스 스틸 스트립 상에 스케일 또는 산화물을 제거하거나 조건화하는 수성 분무를 위한 조성물을 사용하는 조성물 및 장치 및 방법이 제공된다. 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이디록사이드등의 알칼리 금속 하이드록사이드의 기본 조성물, 또는 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이드록사이드등의 알칼리 금속 하이드록사이드의 혼합물을 갖는 수성 용액이 사용된다. 수성 용액은 염의 스케일제거 능력을 개선시키도록 특정 첨가제를 함유할 수 있다. 한 가지 실시예에서, 용액은 스텐레스 스틸의 스트립상에 스케일 또는 표면 산화물을 조건화하는데 사용된다. 스틸의 스트립은 비결정질 형태의 알칼리 금속 하이드록사이드의 용융점 및 레이덴프로스트(Leidenfrost) 효과가 일어나는 온도 사이의 온도에 있다. 하나 이상의 노즐은 용액을 분무하기 위해 제공되고 가열된 스트립은 스케일 또는 산화물을 갖는 스트립의 표면에 용액이 분무되는 노즐로 이동된다. 또한, 본 발명은 용액의 분무를 위한 장치 및 제어를 포함한다.

Description

분무에 의한 금속 표면 상 스케일 조건화를 위한 알카린 조성물, 장치 및 방법{ALKALINE COMPOSITION, APPARATUS AND METHOD FOR CONDITIONING SCALE ON A METAL SURFACE BY SPRAYING}

금속 스트립, 특히 스텐레스 스틸 스트립의 탈스케일은 종래에 많은 형태를 지녀왔다. 가장 단순한 기술은 황산, 하이드로클로린산, 하이드퓨린산, 질산, 또는 그들의 혼합물 등의 미네랄 산에서 스트립의 산수처리(pickling)에 관한 것이다. 이는 매우 경량의 스케일을 지닌 어떤 정도의 스텐레스 스틸과 작업하지만; 대부분의 경우에서, 산 피클보다 더 필요해진다. 그러한 경우에서, 다양한 조성물 및 기술들은 산수 처리 전에 스케일을 조건화하기 위해 발전되어 왔다. 스케일 조건화를 위한 일반적인 조성물은 알칼리 할라이드, 카보네이트, 및/또는 다른 산화제들과 같은 다양한 다른 첨가제들을 지닌 알칼리 금속 하이드록사이드 및 알칼리 금속 질화물의 혼합물을 포함한다. 종종 이것들은 탈스케일 또는 스케일 조건화 염으로 참고된다. 그러한 조성물을 사용하기 위한 통상적인 기술은 스트립이 산수처리 후에 이동을 통해 상승된 온도 즉, 800~1000℉의 포트에서 용해된 비결정질 상태에 있다. 이것이 많은 경우에 잘 작업되지만, 여러 예에서 특정 결함이 이 기술에 있다. 또한, 용해된 부식조는 유지하기 어려운 침수된 롤을 필요로 하며, 탈스케일된 스트립 표면의 융합을 일으킬 수 있다. 부가적으로, 스트립이 용해된 조성물의 포트로부터 빠져나오기 때문에, 용해된 조성물의 드래그-아웃(drag-out)의 문제가 있고, 그것은 특히 높은 스트립 속도에서 특정 양의 용해된 조성물을 이동시킨다. 게다가, 용해조의 조성물은 상승된 온도에서 장기간 안정성을 갖는 화합물로 제한된다.

탈스케일을 위한 다른 기술들은 1964년 3월 24일에 허여된 미국 특허 제3,126,301호 "Molten Salt Spray Process for Descaling Stainless Steel" 및 1993년 12월 28일에 허여된 미국 특허 제5,272,798호 "Method and Apparatus for Descaling Metal Strip"에 기술되어 있다. 이러한 특허들은 스케일이 산수처리된 후에 스케일을 조건화하기 위해 용해된 부식제-함유 조성물을 스틸의 이동 스트립으로 분무하기 위한 방법 및 구조를 기술한다. 이들은 용해된 물질의 포트를 사용하는 기술에 대한 여러 예에서 여러 이점들을 제공한다. 그러나, 그것들도 여러 예에서 결함을 갖고 있다. 그것들은 고온 노즐을 필요로하고, 조성물은 상승된 온도, 즉 800~1000℉에서 유지돼야만 한다.

따라서, 금속표면, 특히 스텐레스 스틸 스트립 등의 스케일을 조건화하기 위한 상대적으로 저가 저온의 효율적인 기술을 필요로 한다.

일반적으로, 본 발명은 금속 표면, 보다 상세하게 금속의 스트립 상의 산화물 또는 스케일의 조건화, 및 더 상세하게, 스텐레스 스틸 스트립 상의 산화물 표면 또는 스케일 조건화에 관한 것이다. 스텐레스 스틸은 항부식 및 항산화를 강화시키기 위해 약 10% 이상의 크로뮴을 함유하는 철합금이다. 또한, 어떤 스텐레스 스틸은 니켈, 몰리브덴, 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 카바이드 형성체 및 다른 원소들을 포함한다. 본 발명은 니켈이 주요 원소인 초합금, 티타늄 합금 및 코발트 합금을 포함하는 합금족에도 적용할 수 있다. 보다 특정 양태에서, 본 발명은 수성 분무 조건화에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스케일 조건화 영역을 도입하는 애닐링 라인의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 산수처리된 스텐레스 스틸 시트의 표면 사진이다.

도 3~5는 본 발명의 온도에서 처리 및 산수처리된 후에 레이덴프로스트 효과를 나타내는 스텐레스 스틸 시트 표면의 사진이다.

본 발명에 따라, 다른 금속 바(bar)등의 다른 작업 시편, 또는 심지어 별개의 작업에서 산화물 또는 스케일을 제거하거나 조건화하는데 사용될 수 있지만, 한 가지 실시예에서, 금속 표면, 특히, 스텐레스 스틸 스트립 상에 스케일 또는 산화물을 제거하거나 조건화하는 수성 분무를 위한 조성물을 사용하는 조성물 및 장치 및 방법이 제공된다. 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이디록사이드등의 알칼리 금속 하이드록사이드의 기본 조성물, 또는 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이드록사이드등의 알칼리 금속 하이드록사이드의 혼합물을 갖는 수성 용액이 사용된다. 수성 용액은 염의 스케일제거 능력을 개선시키도록 특정 첨가제를 함유할 수 있다. 한 가지 실시예에서, 용액은 스텐레스 스틸의 스트립상에 스케일 또는 표면 산화물을 조건화하는데 사용된다. 스틸의 스트립은 비결정질 형태의 알칼리 금속 하이드록사이드의 용융점 및 레이덴프로스트(Leidenfrost) 효과가 일어나는 온도 사이의 온도에 있다. 하나 이상의 노즐은 용액을 분무하기 위해 제공되고 가열된 스트립은 스케일 또는 산화물을 갖는 스트립의 표면에 용액이 분무되는 노즐로 이동된다. 또한, 본 발명은 용액의 분무를 위한 장치 및 제어를 포함한다.

도면을 참고하여, 본 발명에 따른 스케일 조건화 및 산수처리 단위체를 도입한 애닐링 및 산수처리 라인의 구성도가 도 1에 나타난다. 스케일-조건화 단위체를 도입한 애닐링 및 산수처리 라인은 본 기술분야에서 알려져 있다고 생각된다. 그러나, 본 발명은 애닐링 및 산수처리 라인에 관련된 개선된 스케일 조건화 기술을 사용한다.

이 라인은 스틸의 코일이 애닐링 중 형성된 스케일을 제거하기 위해 애닐링 되고 산수처리되는, 스틸 코일(12)을 지지하고 풀도록 조건화된 언코일러(uncoiler)(10)을 갖는다. 언코일러(10)는 예비-가열 용광로(14) 및 애닐링 용광로(16)를 거쳐 지나가는 스틸 스트립(13)으로 코일(12)로부터 스틸을 푼다. 그 다음 스트립은 적어도 하나의 다양한 속도팬(20)을 포함하는 냉각 구역(18)로 들어간다. 다양한 냉각을 달성하는 다른 수단들은 유동 제어 댐퍼(damper), 환풍기 등(나타내지 않음)으로 사용될 수 있다. 팬(20)은 곧 기술되는 소정의 온도까지 스트립(13)을 냉각하는 것이다. 또한, 하나 이상의 팬(20)은 스틸의 스트립(13)을 냉각시키기 위해 사용될 수도 있다. 냉각 구역(18)으로부터 나타날 때 스트립(13)의온도는 적외선 온도 센서(22) 등의 온도-센서 장치로 측정된다.

냉각 구역(18)으로부터 스트립(13)은 스케일 조건화 구역(24)으로 들어간다. 이 구역에서, 스케일 조건화 용액은 스트립(13)의 상부 및 하부 표면으로 분무된다. 분무 용액 및 방법 뿐만 아니라 다른 변수들도 곧 기술된다. 스케일 조건화 구역(24)은 스트립(13)의 상위 표면에 분무하기 위한 (28)에서 나타난 것 중 하나인 상부 노즐 세트, 및 스트립(13)의 하위 표면에 분무하기 위한(30)에서 나타난 것 중 하나인 하부 노즐 세트를 포함하는 제 1 또는 초기 노즐 세트를 포함한다. (34)에서 나타난 것 중 하나인 상부 노즐을 포함하는 분무 노즐의 제 2 또는 백업 세트, 및 (36)에서 나타난 것 중 하나인 하부 노즐은 곧 기술되는 것처럼 필요하다면 보상 범위를 보장하도록 임의적으로 추가될 수 있다. (물론, 단지 하나의 노즐 세트만을 여러 예에서 필요로 할 수 있거나 둘 이상의 노즐 세트들이 스트립(13) 및 다른 요인에 속도 및 너비에 따라 여러 경우에서 필요할 수도 있다.) 노즐 (28), (30), (34) 및 (36)은 액체를 받아서 스틸의 스트립(13) 상에 매우 미세한 입자화된 방울들로 액체를 분무할 수 있는 타입이다. 노즐들은 스프레잉 시스템즈 코포레이션(Spraying Systems Co.)으로 공급되는 공기 입자화(Air Atomizing) 타입 VAU일 수 있다. 공기 입자화 노즐이 기술되는 반면, 고수압 노즐과 같은 적절한 입자화/작은 방울 크기를 제공하는 다른 분무 형성 기술도 효과적으로 사용될 수 있다. 정전기적 침전 등의 특별한 기술은 전이 효율성을 강화시키기 위해 사용될 수 있다. 점선으로 나타낸 린스 구역(38)은 분무 구역(24)에 인접하여 제공된다. 임의적으로, 이 린스는 스프레이 타입 또는 침지 타입일 수 있다. 침지 타입에서, 린스 수탱크에 잠긴 러버 침지 롤 아래에 스트립을 이동시켜 수행되고, 분무 타입에서는, 린스가 깨끗한 물과 함께 공급된 물분무 노즐의 배치를 지나는 스트립, 또는 분무 영역 아래에 자리한 수집통의 펌프로 수행된다. 임의적으로, 표면 분석기(42)는 조건화 부족을 검출하도록 스트립 표면을 모니터하는 노즐(28) 인근에 제공된다. 이 분석기(42)는 적외선 스캔 시스템 또는 다른 기계 비젼 시스템일 수 있다. 한 가지 적절한 적외선 시스템은 랜 인스트루먼츠 인터내셔날 인코포레이티드(Lan Instruments International Inc.)에 의해 상업적으로 입수 가능한 랜드스캔(Landscan)이다. 분석기는 인풋(input)을 기술될 라인 역동 수행 시스템으로 제공한다.

린스 구역에 이어, 스트립은 통상적인 트랙킹(tracking) 및 브라이들(bridle) 롤(44)의 세트로 가이드된다. 이러한 롤(44)의 세트는 트랙에 스트립을 유지하고 스트립에서 적절한 장력을 유지한다.

일반적으로, 스틸의 스트립(13)은 산수처리 영역으로 간다. 일반적으로, 산수처리는 산 분무가 사용됨에도 불구하고 하나 이상의 산 탱크를 포함한다. 다중 산수처리는 (48), (50) 및 (52)에 예시된 바와 같이 스텐레스 스틸의 여러 단계로 필요할 수 있다. 린스 탱크 (49), (51) 및 (53)은 각각 산수처리 탱크 (48), (50) 및 (52)에 이어 제공된다. 일반적으로, 탱크(48)은 술폰산을 포함하고, 탱크 (50) 및 (52)는 질산 및 하이드로퓨린산의 혼합물 또는 질산을 포함한다. 이것들의 하나 이상이 스틸의 조성물, 산화물의 두께, 및 본 기술분야에서 알려진 다른 많은 요인들을 포함하는 요인에 좌우하여 어떠한 주어진 스텐레스 스틸 스트립(13)에도 사용될 수 있다. 게다가, 다른 산 및 산의 혼합물이 사용되는데, 본 기술분야에도 잘 알려져 있다.

산수처리 및 린스로부터 스트립(13)의 발생에 이어, 스트립은 리코일러(54)에 재감긴다. 이 부분에서, 모든 스케일 조건화 및 산수처리는 완성된다.

노즐 (28), (30), (34) 및 (36)에 의해 스트립(13)에 분무된 액상 스케일 조건화용액이 각각, 온도 센서 (57), (59) 및 (61)을 갖는 하나 이상의 액상 제품 조정 용기(56), (58), 및 (60)로부터 공급된다. 여러 용기들의 이유는 소정의 조성물을 제공하기 위해 한 라인으로 혼합될 수 있는 염기 용액에 다른 등급의 스틸 및/또는 저장 첨가제에 있어서 필요하거나 바람직한 다른 용액들을 저장하는 것이다. 용기 (56), (58), 및 (60)은 그들 각각의 저장 용기로부터 액체를 펌프하기 위해 유출 펌프 (62), (64) 및 (66)와 함께 제공된다. 펌프 (62), (64), 및 (66)의 유출 쪽에서 제어기 (68), (70) 및 (72)로 각각 흐른다.(미터링-타입의 다양한 유동 펌프 (62), (64), 및 (66)을 사용하고 유동 미터가 바람직함에도 불구하고 유동 제어기의 필요를 제거하여 단일 단위체에서 미터링 및 유동 통제 성능을 배합하는 것은 가능하다고 여겨진다.) 유동 조건화기 (68), (70), 및 (72)로부터, 액체는 두 개 이상의 저장 용기 (56), (58), 및 (60)으로부터 전달된 제품의 완전한 혼합을 확실하게 하도록 인-라인 혼합기 (76)를 포함하는 노즐 공급 라인(74)로 전달된다. 라인 (80), (82), (84), 및 (86)은 각각 노즐 (28), (30), (34) 및 (36)에 스트립(13)에 분무되는 액상 생산물을 공급하고, 유동을 각각 분무 노즐 (28), (30), (34) 및 (36)으로 모니터 및 조건화하기 위해, 유동 센서 (87), (88), (89),(90) 및 미터링 밸브 (92), (94), (96), (98)은 각각 라인 (80), (82), (84) 및 (86)에 제공된다.

복합 저장 용기의 또 다른 방법은 용액에 첨가제가 있지 않도록 농축된 공급원료를 담은 하나의 용기, 및 첨가제를 함유한 두 번째 용기를 사용하는 것이다. 제 1 용기는 제 1 노즐의 배치에 원료를 공급하고 제 2 용기는 제 2 노즐의 하향스트림 배치에 원료를 공급한다. 이는 용해성 한계, 이온-교환, 침전, 또 예를 들어, 노즐 막힘, 필터 블라인딩 등 다른 농축된 용액의 인-라인 혼합의 결과들로 인해 인-라인 혼합이 실현가능하고 바람직하지 않게 사용된다.

시스템 제어는 애닐링 라인을 수행하기 위해 작업 라인 시스템 인풋, 및 아웃풋 라인 변형(114)을 받는 라인 역동 작업 시스템(112)을 포함한다. 라인 역동 작업 시스템(112)로부터 제어 변형 아웃풋으로 받는 스케일 조건화 공정 제어 시스템(120)도 제공된다.

상세하게 라인의 작업을 설명하기 전에, 본 발명의 방법 기술이 주어진다. 본 발명의 한 가지 실시예에 따라, 알칼리 금속 하이드록사이드를 포함하는 수성 용액은 용액에서 실질적으로 비결정질 형태의 물질의 용융점 이상 및 레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도 이하에서 일어나는 스트립을 지닌, 스텐레스 스틸 또는 다른 금속의 스트립 상에 방울의 형태로 분무된다. 여기서 사용된 것처럼, 용어 "스트립상에 레이덴프로스트 효과"는 스트립의 얼룩지거나 반점의 표면 외관인데, 비완전 스케일 조건화의 패치, 또는 스팟을 드러낸다. 이는 스트립이 분무된 용액의 레이덴프로스트 온도 또는 레이덴프로스트 포인트로서 알려진 온도 이상에 있다면 화학물질의 수용액에 레이덴프로스트 효과 때문이라고 생각된다. 스트립이 분무된 용액의 레이덴프로스트 온도 이상에 있을 때, 분무된 액체의 얇은 필름은 방울들이 스트립의 표면에 접촉하고 액체의 증기로 금속 표면에 화합물질들이 침착하는 것으로부터 예방하기 위해, 금속 표면 및 방울들 사이에 증기 상 차단제로 전환된다. 레이덴프로스트 효과는 잘 알려져 있고 많은 공보에 설명되어 있다. 두 개의 그러한 공보는 "Disk Model of the Dynamic Leidenfrost Phenomenon"(미국 물리학회의 DFD96 회의의 마틴 레인(Martin Rein)) 및 "Miracle Mongers and Their Methods"(E.P. Dutton으로 1920년에 발표된 헤리 하우디니(Harry Houdini)의 122~124 페이지)이다.

도 2는 본 발명에 따라 처리 후에 레이덴프로스트 효과를 나타내지 않는 타입 (304) 스텐레스 스틸 샘플의 표면의 사진으로, 처리는 곧 설명된다; 도 3~5는 본 발명 및 산수처리의 범위 외에 스케일 조건화(도 5는 가장 않좋음) 후에 다양한 정도에 레이덴프로스트 효과를 나타내는 타입(304) 스텐레스 스틸 샘플의 표면 사진들이다. 도 3~5에 관하여, 스케일 조건화가 완전한 영역, 즉 흰색 또는 회색 영역 뿐만 아니라 흑색 영역인 불완전한 스케일 조건화가 있는 영역이 있음을 알아야한다. 이는 어떤 방울들은 어두운 스팟이 나타나는 레이덴프로스트 효과를 나타내고 어떤 용액의 방울들은 레이덴프로스트 효과를 경험하지 않거나 극복하지 않아서, 흰색 또는 밝은 영역의 스케일 조건화에 효과적이다. 따라서, 여기서 사용된, 용어"레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도 이하"는 본 발명에 따른 스케일 조건화 및 연속 산수처리 후에 어두운 스팟의 형태로 분명하지 않은 스케일이 존재하는 온도를 참고로 한다. 도 2에 나타난 바와 같은 표면은 레이덴프로스트 효과가 존재하지 않은 온도의 예이고, 도 3~5는 레이덴프로스트 효과가 존재하는 온도의 예들이다.

도 2~5의 예 뿐만 아니라 다른 샘플들은 하기와 같이 제조되고 처리된다: 샘플들은 0.025 인치 게이지 타입 304 스텐레스 스틸의 4 x 6 인치 판넬이다. 각각의 샘플들은 공기 중에서 약 1950℉가지 가열되고 테스트 설비에서 제거되고 고정된다. 샘플들은 접촉 써모커플(thermocouple)에 의해 측정되는 예측된 온도로 냉각된다. 샘플들은 수성 알칼리 하이드록사이드-함유 용액으로 분무되고 물로 세정된 다음 산수처리된다. 하기의 표 1은 다른 샘플들 및 탈스케일 결과에 있어서 사용된 변형을 위한 수치들을 나타낸다.

온도→↓농도	400℉	450℉	500℉	550℉	600℉	650℉	700℉	750℉	800℉
12.5중량%	P/N	G/M	G/S	-	-	-	-	-	-
23.5중량%	P/N	E/L	E/L	G/S	-	-	-	-	-
35중량%	P/N	E/N	E/N	E/L	E/M	G/S	-	-	-
47중량%	P/N	E/N	E/N	E/N	E/L	G/L	G/M	G/S	-
60중량%	P/N	G/N	E/N	-	-	-	G/N	G/L	G/S

서열 키 첫번째 글자=조건화 / 두번재 글자=관찰된레이덴프로스트 효과의 정도

E= 아주 우수 N=레이덴프로스트 효과 없음

G= 우수 L=약간 있음

F= 나쁘지 않음 M=중간 정도

P= 나쁨 S=심함

주의: 모든 테스트는 100fpm 전이율에서 수행됨

모든 테스트는 304 스텐레스 스틸, 0.025 인치 게이지로 수행됨

모든 테스트는 동일한 고형물을 침착시키도록 조건화된 유동율로 수행됨

12.5중량%@117mls/분 유동율

23.5중량%@60mls/분 유동율

35중량%@40mls/분 유동율

47중량%@30mls/분 유동율

60중량%@23mls/분 유동율

물 세정 후 드웰 시간은 10초

모든 샘플들은 분무 조건화 및 물 세정 후에 산수처리된다:

1) 10부피%의 술폰산@10초 동안 160℉

2) 8% 질산 + 1.5하이드로퓨린산@10 동안 130℉

모든 테스트 동안 공급원료는 소듐 하이드록사이드/포타슘 하이드록사이드 공정혼합.

상기 표 1에서, 수성 알칼리 하이드록사이드-함유 용액은 단지 몇 초의 접촉 시간에 용액, 즉 약 450℉ 이상의 공정 혼합 NaOH/KOH 염의 경우에 조성물의 용융점 이상 및 레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도 이하에서 스텐레스 스틸 샘플상에 분무된다면, 스틸 표면의 적절한 상태를 야기한다.

최종 제품에 영향을 미치는 여러 변형들이 있다. 예를 들어, 수용액에서 조성물의 농도는 약 15~65중량%여야 한다. 약 15% 이하의 조성물에서, 많은 양의 물을 증발시키는데 필요한 에너지는 고온 스트립-특히 더 얇은 게이지 물질에서 사용할만한 대부분의 적당한 열을 소비하고, 침전된 염의 필요한 용해를 달성하고 스케일 조건화 반응을 수행하기 위해 잔류열을 제거한다. 약 65% 이상에서는, 매우 농축된 용액의 제조, 운송, 저장 및 배송의 어려움들이 생긴다. 저장 탱크의 가열 및 절연, 파이핑의 정밀한 열 추적, 유체 유동 경로의 재순환 등은 용액에서의 화학물질을 유지하고 침전 및 결정화를 방지하기 위해 필요한 상승된 온도로 인해 모두 사용되어야 한다. 부가적으로, 발생하는 부수적인 부식 문제들로 인해 고합금 물질이 탱크저장, 파이핑 및 노즐을 위해 사용되어야 한다. 또한, 상승된 저장 온도를 유지하기 위한 보충 에너지 사용은 바람직하기 않다. 용액에서 염의 농도가 증가함에 따라, 레이덴프로스트 효과를 일으키지 않고 사용될 수 있는 상위 온도가 약 700℉까지 증가한다. 그러나, 40% 이상의 고형물에서, 첨가를 포함하는 것이 보다 어려워진다. 바람직한 농도는 약 15~50중량%; 보다 바람직한 농도는 약 35~45중량%; 및 가장 바람직하게 약 40중량%이다.

조건화의 메카니즘은 통상적인 용융 산화조와 비교되는데, 금속 산화물은 잔여물이 산수처리에 의해 보다 쉽게 제거되는 반면에 염 및 연속적인 물 세정에서 부분적으로 용해된, 보다 산화 상태로 변환된다. 본 발명의 조건화는 분무된 용액이 금속 스트립과의 접촉으로 가열되고 물은 증발되며 염은 스트립에서의 잔류 열로 용해되고 수 초안에 스트립 표면상에서 산화물과 쉽게 반응한다. 수용액이 어떠한 산화제를 함유하지 않을 수 있음에도 불구하고, 염 필름은 표면 산화물에 산화 효과를 갖고 그들을 바람직한 고 산화 상태로 전환시킨다. 이는 명백히 수성 분무에 의한 대기 산소의 흡착 및/또는 용융 염 필름을 통한 대기 산소의 분산으로 인해 발생한다.

바람직한 실시예에서, 염은 산화 반응을 촉매화하는, 과망간산염과 같은 작은 양의 산화제 또는 화합물을 포함한다.

금속 표면에 염을 조건화하는 적용 방법은 독특하고 상기 기술된 기대하지 않던 이익을 제공한다. 게다가, 중요한 이익은 표면 주위 물질의 덩어리가 대기 산소 분산을 방지하기 때문에 통상적인 비결정질 용융 염조에서 효율적으로 사용될 수 없는 조성물을 사용하는 능력이다. 용액은 일반적인 비결정질 용융 염조 온도에서 불안정할 수 있는 첨가제들을 사용할 수도 있다. 게다가, 본 발명은 적용된 염에서 반응 생성물의 존재를 제거하여 금속 표면에서의 염의 화학성분의 완전한 제어를 가능하게 한다. 마침내, 소비되는 염의 양은 적절한 양으로 조건화될 수 있다. 침지 시스템에서, 염 소비는 대부분 용융조로부터 제거됨에 따라 금속의 표면에 접착하는 염의 양으로 기술된다.

여러 경우에서, 다른 금속이 처리될 때 다른 염 화학성분을 사용하는 것이 바람직하다. 이것이 용융 염조에서 다량의 물질로 인해 침지 시스템에서 비실용적인 반면에 순간 발명에 빠르고 효율적으로 수용될 수 있다.

본 발명에 따르는 탈스케일에 영향을 주기 위해 사용될 수 있는 여러 다른 조성물들이 있다. 바람직한 염기성 조성물은 소듐 하이드록사이드(NaOH) 및 포타슘하이드록사이드(KOH)의 공정 혼합이다(42%의 소듐 하이드록사이드 및 58%의 포타슘 하이드록사이드). 이는 낮은 용융 조성물(338℉)이고 용액의 물이 증발될 때, 스케일 조건화를 수행하는데 효율적이다. 다른 물질들은 용액 또는 조성물의 특성들을 수정하기 위해 용액에 첨가될 수 있다.

하기의 표 2는 염기 용액과 비교한 이익 효과, 불이익 효과, 또는 (중간) 효과 없음을 갖는 특정 첨가제들을 제공한다.

다양한 화합물 및 첨가제들의 스케일 조건화 효과

테스트된 화합물	염기 탈스케일에 첨가제로서 사용될 때 성능	단독 탈스케일 화합물로서 사용될 때 성능
	불이익	중간	이익	비효율	효율
아세테이트, 소듐	vvv			.	.
알루미네이트, 소듐	vv			.	.
비설페이트, 소듐	.	.	.	v
카보네이트, 소듐	.	.	.	v
카보네이트, 포타슘			v	v
클로레이트, 포타슘			v	.	.
클로라이드, 소듐	v			.	.
클로라이드, 포타슘		v		.	.
플루오라이드, 포타슘	vvv			.	.
포름에이트, 소듐	vv			v
글루코네이트, 소듐	vvv			.	.
메타보레이트, 포타슘		v		.	.
메타실리케이트, 소듐	.	.	.	v
몰리브데이트, 소듐	v			.	.
니트레이트, 소듐			v	v
니트라이트, 소듐	v			v
퍼보레이트, 소듐		v		.	.
퍼클로레이트, 포타슘		v		.	.
과망간산염, 소듐*			vvv	.	.
과망간산염, 포타슘*			vvv	.	.
포스페이트,소듐산 파이로	.	.	.	v
포스페이트, 모노 소듐	.	.	.	v	.
포스페이트, 디 소듐	.	.	.	.	.
포스페이트, 트리소듐	v			.	.
슈크로즈	vvv			.	.
설페이트, 소듐	vv			.	.
설파이트, 소듐	v			.	.
테트라보레이트, 소듐	vv			.	.
티오시아네이트, 포타슘	vv			.	.
티오설페이트, 소듐	vv			.	.
텅스테이트, 소듐		v		.	.
바나데이트, 소듐		v		.	.

분류번호: v 약간

vv 뚜렷한

vvv 매우 뚜렷한

. 침전, 저 용해성, 비화합성 또는 다른 물리적/화학적

문제로 인해 테스트되지 않음

*표는 알카린 염기 탈스케일 형성에 부가될 때 알카린 마그네이트를 형성한다.

소듐 또는 포타슘 양이온아 첨가제 또는 단독 탈스케일 화합물에 존재하는 반면, 탈스케일 효과는 초기에 특정 음이온 존재에 좌우된다. 따라서, 조성물은 용해성 및 화합성등의 다른 요인 들이 동일하다면, 다른 것들과 함께 한 개의 양이온으로 효율적으로 수행된다. 예를 들어, 표 2는 효율적인 소듐 니트레이트를 나타내어; 포타슘 니트레이트는 대조적인 결과를 제공하지만, 염기 조성물에 훨씬 덜 용해적이다. 여러 경우에서, 테스트되는 첨가제 및 화합물의 양이온은 유용성으로 기록된다.

표 2에 열거된 화합물 도는 첨가제들은 도 2~5 및 표 1의 샘플들로 상기에 기술된 바와 같이 제조되고 처리된 0.027 게이지의 4"x6"판넬의 타입 316 스텐레스 스틸 상에 테스트된다. 단독 탈스케일제로 평가되는 화합물들은 고 용해성 화합물에 있어서 최대 농도 40중량%까지, 포화된 수용액으로써 테스트된다. 일반적으로, 첨가제로 평가되는 화합물들은 소듐 하이드록사이드.포타슘 하이드록사이드 공정 혼합물, 즉 총 40%의 고형의 12.5%인 혼합물의 35중량%를 함유하는 용액의 5중량%에서 제형된다. 여러 경우에서, 첨가제들은 참조 연구들로부터 알려져 있고 물 또는 부식성 알칼리 용액에 매우 제한된 용해성을 갖는 초기 테스트로부터 결정되는데, 첨가제는 단지 1%의 고형물 함량으로 도입된다. 이것은 예를 들어, 포타슘 클로레이트, 포타슘 퍼클로레이트 및 포타슘 과망간산염을 지닌 경우이다. 따라서, 이러한 첨가제들은 약 1%의 효율적인 양으로 첨가될 수 있다. 또한, 먼저 혼합시키거나 밤새 그냥 놔둘 때에, 제형된 비율에서 불완전하게 용해되도록 제공되는 어떤첨가제들, 예를 들어, 소듐 클로라이드, 소듐 니트레이트 및 소듐 설페이트는 테스트를 위한 맑은 액체의 여과 또는 따라내기를 필요로 한다. 소듐 포스페이트는 아마도 큰 수화물 결정으로 인해, 고형화된 제형으로서, 탈스케일 능력을 위해 테스트되지 않음을 주의하자.

단독 탈스케일제로서 사용되는 화합물의 성능은 첨가제로서 효율적인 것들을 포함하는, 테스트된 어떠한 화합물과 원래 진청색 산화물 스케일 상에 효과가 없거나 실질적으로 없는 것으로 명백하게 판단하기가 쉽다. 조건화의 비효율성은 원 스케일이 비변형된 형태로 존재한 후에, 도 2~5 및 표 1의 샘플에 있어서 상기 기술된 바와 같이 니트릴에 하이드로퓨린산을 더하여 술퍼린 산에서 연속적인 산수처리에 의해 확인된다.

첨가제들의 성능은 선택된 테스트 조건 하에서 우수한 탈스케일 행동을 나타내는 NaOH/KOH 공정혼합의 40% 용액의 효과와 비교하여 결정된다(즉, 500℉ 판넬 온도, 35mL/분의 유동율 및 100f.p.m. 전송율로 분무함)

평가 기준은 예를 들어, 색, 불투명도 및 균일성에 대해 조건화된 산화물의 외관; 린스, 와이핑, 또는 연속 산수처리에 의한 조건화된 산화물의 제거 용이성 및 예를 들어, 색, 밝기, 균일성 및 잔류 산화물로부터 자율성에 대해 탈스케일된 금속 표면의 최종 외관을 포함한다. 표 2에 열거된 바와 같이, 첨가제들의 불이익 또는 이익 효과의 양적 할당에 특정 주 요소가 있도록 하기 위해 이러한 여러 기준들은 정도 및 방향에 있어서 각각 개별적으로 다양할 수 있다. 물론, 중간 등급은 40%의 NaOH/KOH 공정 용액의 성능으로부터 인식할만한 차이가 없음을 나타낸다.

일반적으로, 여러 불리한 효과를 나타내는 첨가제들은 소듐 글루코네이트와 함께 발생함에 따라 완전하게, 또는 소듐 아세테이트 및 슈크로즈와 함께 발생함에 따라 거의 완전하게 탈스케일을 저지한다. 이러한 세 가지 물질이 원래 유기물질이기 때문에, 그것들은 스케일의 적절한 산화 및 조건화를 예방하는 환원 작용을 발휘할 수 있다. 포타슘 플루오라이드는 산수처리 후에 점적으로 에칭된 금속 표면을 야기하는 독특한 얼룩 조건화된 산화물을 야기하기 위해 매우 해롭다고 생각된다. 남아있는 해로운 첨가제들은 조건화 효과의 더 많거나 적은 비-균일성 또는 억제를 나타낸다. 보다 명확한 예들에서, 이는 산수처리후에 금속 상에 남아있는 약간의 스케일을 야기한다. 보다 무난한 예에서, 그러한 잔여 스케일은 판넬의 약간 더 차가운 가장자리에 제한되고, 바람직하지 않은 효율적인 온도 범위의 좁혀짐을 제안한다.

이점이 되는 첨가제들은 황산만으로 산수처리 후에 밝고 깨끗한 금속 표면을 생산하는 밝은 색의 거의 투명한 녹색 계열의 금색으로 조건화된 산화물에 의해 초기에 증명된 바와 같이 균일하게 더 얇은 스케일을 야기한다. 비교로써, 40%의 NaOH/KOH 공정 용액은 완전하게 깨끗하고 금속 표면을 생산하도록 황산 및 질산 산수처리를 둘 다 필요로 하는 흐릿하고 훨씬 더 두꺼우며 갈색으로 조건화된 산화물을 생산한다. 이러한 이익 효과는 소듐 또는 포타슘 과망간산염으로 가장 명백해진다.

도 1로 다시 돌아가서, 본 발명에 따르는 스케일 조건화 시스템의 작업은 하기와 같다:

예비가열 용광로(14) 및 애닐링 용광로(16)의 온도 및 스트립(13)의 속도는 라인 역동 작업 시스템(112)에 의해 제어된다. 라인의 작업자는 본 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 통상적인 방법으로 애닐링된 스틸의 특정 코일에 있어서 애닐링 스케줄을 결정하는 라인 역동 작업 시스템(112)로 스트립 물질, 스트립 게이지, 스트립 너비, 및 다른 특정 공정 정보 등의 다양함들을 집어 넣는다. 이는 주어진 온도 및 속도에서 애닐링 용광로(16) 및 냉각기(18)로부터 나온 스틸 스트립(13)을 야기한다. 또한, 라인 역동 작업 시스템(112)은 게이지, 너비, 및 재료 등의 다양한 정보를 스케일 조건화 공정 제어부(120)에 입력한다. 코일 시작 시간도 라인 역동 작업 시스템(112)으로부터 스케일 조건화 공정 제어부(120)로 입력된다. 온도 감지 장치(22) 및 표면 분석기(42)도 스케일 조건화 공정 제어부(120)에 인풋을 제공한다. 스케일 조건화 공정 제어부(120)로의 다른 인풋들은: 저장 탱크 레벨 센서(나타나지 않음); 유동 제어기 (68), (70), 및 (72); 개별적인 노즐 유동 센서 (87), (88), (89), 및 (90); 저장 탱크 온도 센서 (57), (59) 및 (61)을 포함한다.

스케일 조건화 공정 제어부(120)은 스케일 조건화 기능의 모든 양태를 조건화하도록 아웃풋을 제공한다. 이러한 양태들은 스트립의 바람직한 온도가 스케일 조건화 구역(24)(적어도 450℉이여야 하는)으로 들어가기 때문에 이 온도를 달성하기 위해 팬(20)의 제어 또는 다른 냉각 제어 장치를 포함하고, 스케일 조건화 용액이 전달되는 곳에서부터 용기 또는 용기 (56), (58), 및 (60) 구역 및 각각 용기(56), (58), 및 (60)으로부터의 전송율의 제어, 및 미터링 밸브 (92), (94), (96) 및 (98)을 통해 노즐 (28), (30), (34) 및 (36)의 제어를 포함한다. 각각의용기 (56), (58) 및 (60)으로부터 용액의 유동은 각각의 유동 모니터 (68), (70) 및 (72)로 모니터된다. 따라서, 용기 (56), (58) 및 (60)으로 부터 용액의 유동은 분리적으로 모니터되거나 제어될 수 있다. 이는 용기 (56), (58) 및 (60)이 여러 방법으로 사용될 수 있게 한다. 이러한 용기 (56), (58), 및 (60)가 사용될 수 있는 한 가지 방법은 각각의 용기, 및 선택된 적절한 용기 (56), (58), 및 (60)의 다른 용액 또는 농도의 용액을 저장하는 것이다. 용기 (56), (58) 및 (60)이 사용될 수 있는 또 다른 방법은 분무되는 최종 용액의 다양한 성분을 저장하는 것으로; 예를 들어, 용기 (56)은 공정 혼합 소듐/포타슘 하이드록사이드의 용액을 포함할 수 있고, 용기 (58)은 바람직하다면 첨가된 성분들을 제공하도록 혼합기 (76)에서 선택적으로 혼합될 수 있는 포타슘 과망간산염의 용액을 포함할 수 있으며, 용기 (60)는 바람직한 용액 농도를 제공하도록 혼합기 (76)에서도 혼합될 수 있는 물을 포함할 수 있다. 이것들은 용기 (56), (58) 및 (60)이 어떻게 사용될 수 있는지의 몇 가지 예들이다. 물론, 단일 농도의 단일 용액만이 사용된다면, 단지 하나의 용기 (56)가 제공될 필요가 있고, 물론, 세 개의 용기 (56), (58) 및 (60) 이상 제공될 수 있다.

스케일 조건화 공정 제어부(120)는 스트립의 표면 상에 스케일의 환경에 영향을 주는 용광로에서의 시간과 같은 조성물, 게이지, 너비, 스트립 속도 및 다른 관련 요인에 기초한, 각각의 타입의 스틸을 위해 용액을 분무하는데 필요한 변수들이 저장된 컴퓨터(나타나지 않음)를 포함한다. 라인 역동 작업 시스템(112)로부터 아웃풋에서 스케일 조건화 공정 제어부(120)로 인풋까지, 이미 저장된 이러한 변수들과 더불어, 스케일 조건화 공정 제어부(120)는 비결정질 염이 용융되는 온도 이상 이지만 레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도 이하로 스트립을 냉각시키도록 팬(20)의 속도, 적절한 분무 모양을 달성하는데 사용되도록 노즐 (28), (30) 및 (34), 필요하다면 (36)의 선택, 프로그램화된 용액 조성물 및 농도를 달성하기위해 용기 또는 용기 (56), (58) 및 (60)의 선택, 및 필요하다면 새로운 타입의 스트립이 냉각 구역 (18) 및 분무 구역 (24)로 들어가는 시간을 조건화한다. 이는 탱크 (48), (50) 및/또는 (52)에서 선택된 산수처리 후에 스케일 조건화의 평탄한 작업을 가능하게 한다. 표면 분석기(42)는 지속적으로 스트립의 상태를 모니터한다. 표면 상태가 예측된 변수 외로 나가면, 컴퓨터는 표면 상태를 다시 필요한 변수로 가져가기 위해 어떠한 변수들을 조건화하여 프로그램된다.

작업에서, 백업 분무 노즐 (34) 및 (36)은: 1) 개별적인 노즐 유동미터 (87) 및 (88)은 어떠한 노즐에 감소된 유동 또는 유동이 없음을 나타낼 때, 또는 임의적으로 2) 표면 분석기(42)가 스트립 표면의 어떠한 부분 상에 스케일 조건화의 부족을 찾았을 때만 수행된다. 초기 검출 시스템은 여분의 체크포인트로서 임의의 표면 분석기(42)를 지닌, 개별적인 노즐 유동미터 (87) 및 (88)일 수 있다. 개별적인 노즐 유동미터 (89) 및 (90)은 백업 노즐 분무의 개별적인 노즐 (34) 및 (36)으로의 유동을 모니터한다. 어떠한 노즐에 나타난 유동의 부족은 라인 역동 작업 시스템(112)에 그러한 상태의 선언 및 대화를 지닌 경고 상태를 야기한다.

본 발명이 실시예의 설명으로 예시되고, 이러한 실시예들이 상세하게 기술되는 반면에, 그것의 첨부된 청구항들의 범위를 그런 상세함으로 제한하지 않는다.따라서, 광범위한 양태에서 본 발명은 특정 서술, 대표적인 장치 또는 예시되거나 기술된 예들로 제한되지 않는다. 따라서, 출발은 출원인의 일반적인 발명 개념의 정신 또는 범위로부터 유리됨 없이 상세하게 만들어 질 수 있다.

Claims (28)

1. 금속 물질 표면상 스케일을 조건화하기 위한 시스템에 있어서,

   수성 부식 용액의 방울들을 분무하는데 적합한 적어도 하나의 노즐;

   적어도 하나의 상기 노즐과 연통하는 상기 수성 부식 용액을 수용하기 위한 적어도 하나의 저장기;

   적어도 하나의 노즐과 관련하여 금속 물질을 이동시키도록 위치된 구동 메카니즘;

   금속 물질이 적어도 하나의 노즐을 통과하기 전에 상기 금속 물질의 표면의 온도를 감지하도록 위치된 온도-감지 장치;

   상기 온도-감지 장치에 인접한 냉각 메카니즘; 및

   상기 금속 물질의 표면의 감지된 온도에 응답하여 상기 냉각 메카니즘을 제어하는 제어 메카니즘

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 노즐 및 상기 제어 메카니즘과 연통하는 적어도 하나의 유체용 제 2 저장기가 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 저장기, 및 상기 제어 메카니즘과 연통하는, 용액의 방울들을 분무하기에 적합한 적어도 하나의 제 2 노즐이 있는 것을 특징으로 하는시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 제어 메카니즘은 개별적인 저장기에서 상기 노즐로 각각 유동을 제어하는 유동 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 물질은 금속 스트립인 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스트립의 각 사이드에 배치된 적어도 하나의 노즐이 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 산수처리 스테이션이 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 제어는 수용액에 함유된 조성물의 용융점 이상 및 레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도 이하로 금속 물질의 표면을 냉각시키는 냉각 장치를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 노즐에 인접한 표면 범위 분석기가 특징적인 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 물질의 속도를 감지하도록 속도 감지 장치가 있고, 상기 제어 장치는 금속 물질의 감지된 속도에 대해 상기 수성 부식 용액의 유동을 다양하게 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 금속 물질의 표면상의 스케일을 처리하는 방법에 있어서,

    a) 스케일을 지닌 금속 물질을 제공하는 단계;

    b) 알칼리 금속 하이드록사이드 또는 알칼리 금속 하이드록사이드의 혼합물로 구성된 수용액을 제공하는 단계;

    c) 조건화가 일어나는 비결정질 형태로 알칼리 금속 하이드록사이드 또는 하이드록사이드들의 용융점 이상 및 레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도 이하로 금속 물질의 표면 온도를 제어하는 단계; 및

    d) 상기 용액을 금속 물질의 표면에 분무하는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 용액은 소듐 하이드록사이드 또는 포타슘 하이드록사이드 또는 그들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 금속은 상기 용액으로 분무한 후에 산수처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 용액의 농도는 약 15~65고형물중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 11 항에 있어서, 용액 농도는 약 35~45고형물중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 11 항에 있어서, 용액의 농도는 약 40고형물중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 11 항에 있어서, 금속 물질의 표면 온도는 적어도 약 450℉이고 약 700℉를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 14 항에 있어서, 금속 물질의 표면 온도는 적어도 약 450℉이고 약 600℉를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 11 항에 있어서, 금속은 스텐레스 스틸 스트립인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 11 항에 있어서, 용액은 알칼리 금속 카보네이트, 알칼리 금속 클로레이트, 알칼리 금속 니트레이트, 알칼리 금속 과망간산염, 및 그들의 혼합물 그룹으로부터 선택된 첨가제를 효과적인 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 첨가제는 알칼리 금속 과망간산염인 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 12 항에 있어서, 수용액은 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이드록사이드의 공정 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이드록사이드의 혼합물로 구성된 수용액은 약 15~65고형물중량%가 있는 것을 특징으로 하는 수용액.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 수용액은 약 35~45고형물중량%가 있는 것을 특징으로 하는 용액.
25. 제 23 항에 있어서, 약 40고형물중량%가 있는 것을 특징으로 하는 용액.
26. 제 23 항에 있어서, 소듐 하이드록사이드 및 포타슘 하이드록사이드의 혼합물은 공정 혼합물인 것을 특징으로 하는 용액
27. 제 23 항에 있어서, 알칼리 금속 과망간산염의 약 1고형물중량%까지를 효과적인 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 용액.
28. 제 27 항에 있어서, 알칼리 금속 과망간산염은 포타슘 과망간산염인 것을 특징으로 하는 용액.