KR20030076589A - 탄소강 및 스테인레스강의 연속적인 전해 산세척 및디스케일링 방법 - Google Patents

탄소강 및 스테인레스강의 연속적인 전해 산세척 및디스케일링 방법 Download PDF

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KR20030076589A KR10-2003-7008160A KR20037008160A KR20030076589A KR 20030076589 A KR20030076589 A KR 20030076589A KR 20037008160 A KR20037008160 A KR 20037008160A KR 20030076589 A KR20030076589 A KR 20030076589A
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pickling
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수산나 라문도
알레산드로 듈셀티
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쎈트로 스비루뽀 마테리알리 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명은 전류가 직류 또는 교류이고 3 Hz 미만의 주파수를 갖고 있으며, 전해 전류 간접효과의 존재 하에서 탄소강 및 스테인레스강의 산세척및 디스케일링을 위하여 중성용액 내에서 연속적으로 전기분해하는 방법에 관한 것으로, 상기 애노드 처리시간 및 셀 전류가 수학식 It = c + kI에 따라 선택되며, 상기에서 I는 셀을 가로지르는 전류밀도; t는 애노드 처리시간; c는 직접적으로 산화물을 변화시키는 애노드 반응에 대하여 산출된 전하 밀도의 일정 부분; 그리고 k는 전하 밀도의 부분을 계산하기 위한 시간상수이며, 산소 형성에 관련된 간접적인 애노드 반응에 대하여 산출된 전류 밀도 I(kI)에 비례하고, 강/전해액 계면(탄소강), 그리고 스케일/전해액 계면(스테인레스강)에서의 결과적인 산성화에 비례함.

Description

탄소강 및 스테인레스강의 연속적인 전해 산세척 및 디스케일링 방법{CONTINUOUS ELECTROLYTIC PICKLING AND DESCALING OF CARBON STEEL AND STAINLESS STEEL}
산욕조에서 이루어지는 종래 공정들과 비교했을 때 중성 전해 산세척 및 디스케일링 공정의 이점들은 실질적으로 다음과 같다:
위험하지 않고, 해롭지 않으며 오염되지 않은 산세척 욕조의 채택; 잔류물에 대한 간단한 처리와 재생; 및 산세척된 물질의 상승된 표면의 질.
공지된 바와 같이, 열간압연 탄소강의 산화된 표면 위에서 일어날 수 있는주된 애노드 반응은 다음과 같이 도식화될 수 있다:
제 1반응(0)은 단지 낮은 전극 전위에서 일어날 수 있고, 그것은 산세척 반응으로서 한계가 된다. 그것은 소정의 역치값(I0)을 초과하는 현재 밀도값(I)에 대하여 실질적으로 무시할만하다.
따라서, I > I0경우, 산화물로 덮힌 강판의 표면 위에서는 제 2반응(1) 및 제 3반응(2)이 일어난다. 제 2반응(1)은 금속-스케일 인터페이스(metal-scale interface)를 산성화시키는 반면, 제 3반응(2)은 산화된 인터페이스의 존재로 인하여 스케일을 용해 가능한 화합물로 변화시킨다. 따라서, 이 두 가지 반응(1) 및 반응(2)은 중성 용액에서의 전해 산세척의 필수적 메커니즘을 구성한다.
제 4반응(3)에 따른 표면 스케일의 거의 완전한 용해에서, 기초를 이루는 금속의 애노드 산화는 모든 스케일이 표면으로부터 제거될 때 수동상태에서 그것의 균형적인 속도에 도달할 때까지 올라가기 시작한다. 따라서, 제 2반응(1)과 제 3반응(2)에 의해 정의된 전해 산세척 메커니즘하에서, 제 4반응(3)은 한계가 된다.
물론, 전기 회로를 제조하기 위하여, 적합한 보조 전극들이 사용된다. 이 전기 회로위에서 용액의 전기적 중성이 보존되는 것을 가능하게 하는 캐소드 반응이 일어난다.
중성 용액에서의 전해 산세척 공정동안, 상기에서 언급된 애노드 반응이 용해 제어 상태하에서 일어난다. 이것은 반응 비율이 경계층을 통한 반응 제품 및 반응물의 확산에 좌우된다는 것을 의미한다. 이것은 강판 표면위의 유체 역학에 의해 차례로 결정된다. 명백하게, 그것이 산화된 인터페이스를 떠난 수소 이온(H+)[제 2 반응(1)]의 흐름을 또한 증가시킴에 따라, 인터페이스에서 용액 거품의 증가는 스케일의 공격 속도에 대조적인 효과를 야기시킨다.
더욱이, 전극에서 얻은 물질의 양은 전해 회로를 통과하는 전하량에 비례한다는 것은 캐소드 증착 공정뿐만 아니라 애노드 용해에 관련된 전기 분해의 페러데이 법칙으로부터 공지되어 있다. 더욱 상세하게는, 소정의 물질량을 얻기 위하여 요구되는 전하량은 일정하다: 예를 들면, 임의의 1 물질의 1 등가량에 대한 1 페러데이는 즉, 96.500 쿨롱이 요구된다. 상기의 내용은 다음의 식으로 표현된다.
Q = Itot* t = 상수
여기서, Q는 전하량이고(쿨롱, C), Itot는 인가된 전류(암페어, A), 그리고 t는 전해 시간이다(초, s).
이 식은 Itot또는 t의 임의 선택에 적용되고, 따라서, 동일한 효과는 대응하는 전해 시간에 대하여 전류 Itot의 여러 가지 다른 값들을 적용함으로써 이룰 수 있다.
공지된 바와 같이, 크롬 산화에 대한 고 민감성 때문에, 열적으로 처리된 스테인레스강의 표면 스케일은 크롬 산화물로 상당히 풍부하게 된다. 이것은 산 용액에서의 순차적인 산세척 처리동안 제거하기가 매우 어렵다.
보통, 생태학적 이유 때문에, 스테인레스강의 산세척에서 강무기산들의 혼합물 즉, NHO3/HF 용액 또는 더욱 최근에는 H2SO4/HF/H2O2용액이 사용된다. 그러나, 화학적 산세척 이전에, 스테인레스강 제조에 있어서 전 표면 스케일 제거 공정의 속도를 높이기 위하여 디스케일링 예비-처리가 수행된다.
디스케일링의 기능은 순차적인 스케일 제거를 촉진하기 위하여 스케일을 변형시키는 것이다. 열간압연 스테인레스강 스트립에 대한 스케일 컨디션닝 방법은 용융염 욕조(열화학 디스케일링) 또는 전해 처리를 주로 사용한다.
디스케일링을 위해 최근에 사용되는 열화학 공정의 타입은 크롬 산화물(또는 혼합된 크롬/철 산화물)을 용해 가능한 육가크롬 화합물로 전환시킬 수 있는 산화 용융염 욕조에 임머젼(immersion)을 제공한다.
전해 디-스케일링은 중성 전해질 뿐만 아니라 산 전해질에서 수행될 수 있는 일반적인 산업 공정이고, 음이온은 일반적으로 황산염 이온이다. 특히 인상적인 것은 중성 용액에서의 전해 디스케일링 공정이다. 사실, 이 디스케일링 타입은 스케일을 용해시키는 데에 효과적이고, 제거된 스케일은 잔여물을 처리할 필요 없이(예를 들면, 중화) 침전에 의해 용액으로부터 직접적으로 분리된다. 더욱이, 플랜트(plant)의 구성을 위하여, 부식에 대하여 특히 저항성이 있는 물질이 요구되지 않는다.
중성 용액에서의 전해 디스케일링을 이끄는 산화물 스케일 변환의 주된 애노드 반응은 다음과 같이 도식화될 수 있다:
전해 회로를 제조하기 위하여, 보조 전극이 사용된다. 이 전해 회로위에서 용액의 전기적 중성이 보존되는 것을 가능하게 하는 캐소드 반응이 일어난다.
상기에서 언급된 애노드 반응들은 모두 스케일/용액 인터페이스에서 산성화를 발생시킨다. 상기 산성화는 다음의 반응들에 따라 스케일을 더 용해시키는 것을 결정한다.
물론, 아철산염 스테인레스강(ferritic stainless steel)은 합금 금속으로서 니켈의 상당량을 함유할 수 없기 때문에, 반응(4)는 감마철 스테인레스강(austenitic stainless steel)에 적용된다.
철 및 니켈 산화물의 용해에 대한 부작용으로서, 많은 양의 Cr2O3이 애노드 변환에 대하여 이용가능하다.
따라서, 중성용액에서의 결과적 전해 디스케일링 메커니즘은 크롬의 애노드 산화, 및 철 산화물 및 니켈 산화물(존재할 때)의 용해를 결정하는 인터페이스 산성화를 포함한다.
다음과 같이 도식화된 반응에 따른 표면 스케일의 거의 완전한 용해에서, 기본을 이루는 금속의 애노드 산화가 수동 상태에서 그것의 동등한 속도에 도달할 때까지 증가하기 시작한다.
여기서, Me 는 Fe-Cr-Ni 합금을 나타내고, 단지 반응(1) 및 반응(5)가 일어나는 데, 반응(5)는 반응(1)에 비하여 더 느린 속도로 일어난다.
중성 용액내에서 전해 디-스케일링 공정 동안, 모든 전술한 반응들은 확산 제어하에서 실시된다. 이것은 상기 반응비가 경계층을 통해 반응물 및 반응 생성물의 확산에 의존함을 의미하며, 차례로 강판 표면(steel surface)상에서의 유체역학에 의해 결정된다. 분명히, 인터페이스에서 상기 용액의 기포증가는 산성화된 인터페이스를 떠나는 H+의 흐름도 증가시킬 수 있기 때문에, 스케일의 공격속도 측면에서 콘트라스팅 효과를 일으킬 수 있다(제1 반응).
이것은 또한 캐소드 증착공정 뿐만 아니라 애노드 분해공정에 적합한, 전기분해의 페러데이의 법칙으로 알려져 있는데, 전극에서 얻어진(변화된) 물질의 양은 전해 회로(electrolytic circuit)를 통해 통과하는 전하의 양에 비례한다는 것이다. 좀 더 상세하게는, 주어진 양의 물질을 얻기(변화시키기) 위해 요구되는 전하의 양은 일정하다(예를 들어, 모든 물질의 1당량에 있어서 1 페러데이, 즉 96,500쿨롱(Coulomb)이 요구된다). 그러므로, 주어진 양의 물질의 전해 변화에 있어서, 연관된 전류밀도는 일정하다.
Q=Itot·t=상수
여기서, Q는 전하의 양(쿨롱, C), Itot는 적용된 전기전류(암페어, A)이며, t는 전기분해 시간(초, s)이다. 상응하는 전기분해 시간 t에 있어서 전류 Itot의 몇몇 다른 값을 적용하면서 동일한 결과가 얻어질 수 있도록, 상기 식은 Itot또는 t의 모든 선택에 적용된다.
중성용액내의 전해 산세척 또는 디-스케일링 공정에 있어서 전기분해의 전술한 전통적인 식은 잘못된 결과를 유도할 수 있다. 사실상, 주어진 양의 표면 스케일(스케일 산화물의 조성 및 구조가 일정하다고 가정) 및 주어진 공정 구조에 있어서, 1dm2의 산화된 강판 표면에 대해 원하는 산세척 또는 원하는 디-스케일링, 즉 스케일의 완벽한 변화를 얻기 위해, 40s 동안 적어도 15A(탄소강) 및 10s 동안 적어도 10A(스테인레스강) 애노드 처리가 적용되어야 함이 관찰될 수 있다. 현재, 이러한 동일한 물질을 처리(산세척/디-스케일)하기 위해 전류밀도 I(예를 들어, 상기 공정을 스피드업하기 위해 60A/dm2)의 또 다른 값을 적용하는 것이 요구되는 경우에, 새로운 처리 시간은 상기 전통적인 전기분해식에 의해 계산하면 무한대일 것이고, 가장 높은 전류밀도에서 작동할 때 효과적인 공정을 예상하기에는 최종값은 너무 짧다.
따라서, 전기분해의 전통적인 식에 의해 추론할 수 있는 정보는 중성 전기분해 공정의 셀에 적용되어야 하는 전하의 양을 계산하기에는 적합하지 않다는 것이다.
그러므로, 특정영역에서, 전류 흐름 간접 효과의 존재하에서, 관련된 디스케일링 라인 및 공정의 크기의 계산 뿐만 아니라, 애노드 처리 시간 및 셀 전류의 올바른 선택을 제공하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상기 요구를 달성하기 위한 것이고, 더욱 이후 명백히 설명되어질 잇점들을 제공하는 것이다.
사실, 본 발명의 목적은 전기분해 전류 흐름 간접 효과의 존재하에서, 탄소강 및 스테인레스강의 산세척 및 디-스케일링을 위한 중성용액내의 연속 전기분해방법을 제공하는데 있고, 상기 전류는 3Hz 미만의 주파수를 갖는 DC 또는 AC이며, 하기 식에 따라 애노드 처리 시간 및 셀 전류가 선택되는 것을 특징으로 한다.
It=c+kI
여기서,
- I는 셀을 가로지르는 전류밀도;
- t는 애노드 처리시간;
- c는 직접적으로 산화물을 변화시키는 애노드 반응에 대하여 산출된 전하 밀도의 일정한 부분(constant fraction); 그리고
- k는 상기 전하 밀도의 부분을 계산하기 위한 시간상수이며, 산소 형성에 관련된 간접 애노드 반응에 대하여 산출된 전류 밀도 I(kI)에 비례하고, 탄소강에 대한 강/전해액 계면, 그리고 스테인레스강에 대한 스케일/용액 계면에서의 결과적인 산성화에 비례한다.
상기 중성이며 염분을 함유한 용액은 바람직하게 쇼듐 설페이트(sodium sulfate)로 이루어지며, 이의 농도는 30 내지 100℃의 온도범위에서 0.5 내지 2.5M이다.
특히, DC 전해 요구 결과의 경우에, 최소 전하량 c가 200∼1250 C/d㎡(탄소강) 및 40∼200 C/d㎡(스테인레스강)일 때, 시간 상수 k는 2 내지 25초, 바람직하게는 탄소강에 있어서 2 내지 11초가 바람직하고 스테인레스강에 있어서는 2 내지 25초가 바람직함을 얻을 수 있음이 관찰되었다.
처리시간은 탄소강에 있어서는 7 내지 50초이고, 스테인레스강에 있어서는 2 내지 45초이다. 전류밀도는 10 내지 80 A/d㎡(탄소강) 및 5 내지 150 A/d㎡(스테인레스강)이다.
이론적인 관점에서, 보고되지 않았지만, 본 발명에 따른 예상치못한 결과는 전해 산세척의 메카니즘, 이것의 불균질 특성 및 개별 전해 산세척 반응상에서 전류의 다른 결과를 고려하면 설명될 것이다. 따라서, 전기화학 변화 반응의 속도는 셀에 적용된 총 전류의 증가와 관련하여 비례적으로 덜 증가하는 것이 발견되었다.
전술한 바와 같이, 이러한 사실의 실제적 중요성은 일반적으로 전기분해 과정에서 전류 흐름의 간접적 효과(이러한 경우, 계면의 산성화)가 수반되지 않기 때문에 중성 용액에서의 전기분해 과정이 출력되는 전기 전하량의 상수에 따라 조절되지 않을 수 있다는 점이다. 애노드 처리 시간 및 셀 전류의 선택은 적용 전류가 증가하는 경우 또한 전기 전하량이 증가함을 고려하여 수행되어야 한다.
중성 전기분해 과정을 지배하는 조건은 또한 관련된 산세척 라인의 디자인에따라 결정되어 스트립의 다양한 유속에서 기능적으로 수행되도록 한다.
애노드 산화처리 시간은 라인 속도(v) 및 진행되는 스트립에 애노드 편극을 부여하는 전극의 총 길이에 의존한다. 따라서, 중성 용액내의 전기분해 과정시 출력되는 전기 전하량을 기술하는 식은 다음과 같다:
I = c/(L/v - k)
따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 스트립의 폭 및 유속, 및 애노드 전극의 총길이를 설정하여 전술한 방법에 따라 선택된, 관련된 연속 중성 전기분해 처리 라인의 길이, 출력되는 전류를 정의하는 것을 특징으로 하는 전술한 전기분해 방법을 사용하는데 있다.
강 스트립의 전기분해 처리는 통상적으로 파워 전원의 반대 극에 연결되는 일련의 전극을 구성하는 셀에서 수행되어 디스케일된(descaled) 스트립 상에 캐소드 및 애노드의 편극 순서를 교대로 결정한다. 상기 디스케일링 과정은 단지 캐소드 편극을 요구하며, 부가적인 캐소드 단계는 이후의 간접 연결된 파워 전원이 없는 스트립상에서 직접적으로 발생되는 전기화학 반응을 갖는 이점을 갖기 때문에 고비용의 전류 운반 롤은 적용되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 스트립 상의 애노드 편극을 발생시키는 전극의 총길이(L)는 개별적인 전극 단위의 단일 길이들(La)의 합으로써 주어진다.
상기 셀은 플랜트(plant) 특성에 따라 수직 또는 수평으로 배치될 수 있다.
또한, 본원에서 기술되는 중성 전기분해 처리식은 처리에 대해서 불활성인전기분해 시간(k)이 존재함을 나타낸다. 이는 강 스트립용 중성 용액내에서 전기분해 처리를 위한 플랜트의 디자인에서 총 애노드 처리 시간(t)이 k 보다 커야 함을 설명한다:
t = L/v > k
실제 적용에서, 상기 전기분해 디스케일링 공정은 다음과 같은 애노드 및 캐소드의 전류 펄스의 순서로 분류되며:
L = n * La
(여기서, La는 개별적인 애노드 전류 펄스의 길이이고 n은 전류 펄스의 수이다), 각각의 애노드 전류 펄스의 주파수는 다음과 같다:
f = v/La<1/2* n/k
여기서, 인자1/2은 총 처리 시간을 고려하기 위해 도입된다(따라서 대칭 캐소드 전류 펄스를 유추함).
kmin= 2s 이고 nmax= 12,
fmax< 3 hz가 얻어진다.
중성 용액에서 전기분해 산세척용 주파수 임계값은 처리를 위한 반응 메카니즘과 상응하며, 이는 산화물의 분해를 촉진시키기 위하여 전기화된 계면의 산성화를 포함한다. 예를 들어, 미리결정된 공업적 조건(일정한 후-롤링 냉각 모드)하에서 핫-롤 탄소강 스트립을 적용함으로써, 얻어진 스케일은 전-산세척 스케일-단선(scale-breaking) 기계적 처리에 의존하는 최소의 전하량 c를 전기분해적으로 산세척하기 위해 요구되는, 거의 일정한 조성 및 모폴로지를 나타낸다.
본 발명에 따른 중성 용액에서의 전기분해 방법은 하기 식에 따른 c' 및 k' 값에 적합하도록 선택된 총 처리 시간 및 적용 전류로 3Hz 미만의 주파수를 갖는 AC 전류를 통해 수행될 수 있다:
I.t = c' + k' Xt
여기까지 본 발명의 개요를 설명하였다. 이하, 실시예 및 첨부되는 도면에 이어 본 발명의 목적, 특징, 이점 및 적용 모드를 설명하기 위한 구체예가 기술될 것이다.
본 발명은 중성 용액(pH 6.0-8.0)에서의 전해 공정에 의하여 열간압연 강 스트립(hot-rolled carbon steel strip)을 연속적으로 산세척하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 열간압연(hot-rolling) 및 가열냉각(annealing)을 포함하는 열처리 효과에 의해 형성된 표면 산소를 제거하기 위하여 스테인레스 강 스트립을 연속적으로 디스케일링하는 분야에 관한 것이다.
도 1은 초기 스케일 PT1및 PT2에 대해서 시간에 따른 스케일 분 P(t/)PT으로서 스케일의 패턴을 나타낸 도면이다. 상기 패턴은 디스케일링 공정시의 질량 손실 실험에서 얻어진 평균 디케일링 식을 적분하여 얻었다.
도 2는 c = 70C/dm2인 경우에 관련된 것으로 위에서부터 각각 1, 2, 3 및 4초를 나타내며, 파라미터 k를 가지며, 점근선 I = 0A/dm2및 t=k초이다.
롤-유도 으깸(약 2.5%의 늘임)에 의해 기계적으로 전-처리된 핫-롤 스케일을 갖는 통상적인 저-탄소강이 본 발명에 따른 중성 용액내의 연속 전기분해 산세척방법에 적용되었다. 이러한 형태의 스케일에서, c는 490C/dm2이고, k는 3.7s이다. 또한, 발생되는 스케일 변화 반응에서, I0= 10A/dm2인 전류 밀도 I>I0가 적용되어야 한다.
1.5m 폭의 스트립에 대한 연속 중성 전기분해 산세척 라인에 대해서, 롤 시작 및 롤 말단에서 정류상태에서 90m/분간 작업하여 총 애노드 전극 길이(L) 및 산세척 플랜트의 길이가 본 발명에 따른 중성 전기분해 산세척 식에 따라 셀내에 적용된 전류와 관련하여 설정된다.
상기 나타낸 식에서, 애노드 전극 길이(L)의 함수로 적용된 전기분해 산세척 셀에 적용되는 라인 속도(v) 변화를 표 1의 컬럼 3에 나타내었다; 컬럼 4에 전기 전하 밀도(Q), 컬럼 5에 상기 애노드 전극 표면의 전류 밀도를 곱하여 계산한 출력된 총 전류(Itot)를 나타내었다. 애노드 전극 길이가 감소하는 경우 90m/분의 정류 상태 속도에서 전기분해 산세척에 대해서 출력되는 전기 전하 밀도(Q)가 증가함이 분명하다. 이와 유사하게, 적용된 총 전류(Itot)가 증가한다.
v, (m/분)라인 스피드 L, (m)애노드 길이 I, (A/dm2)I=490(L/v-3,7) Q, (C/dm2)Q=I*t Itot(kA)Itot=I*S Itot,0(kA)
90 32 28 593 267 221
90 28 33 611 275 221
90 24 40 637 287 221
90 20 51 678 305 221
90 16 70 750 338 221
20 16 11 531 53 49
20 8 24 579 58 49
컬럼 6에서, 전기분해 법칙에 따라 계산된 전류 Itot 0(Itot 0=I0*S=490v/L*S)를 나타내었다. 본 발명의 방법을 고려하지 않는 경우, 동일한 파워 전원의 전류, 라인 스피드 수치는 플랜트 길이의 감소에서 완전한 산세척을 수행하기에 부족함을 알 수 있다.
또한, 표 1에서 저-속(20m/분)의 작업은 I>I0가 충족되지 않는, 16m를 초과하지 않는 총 애노드 길이를 적용함을 의미한다. 이는 셀에 장착된 애노드의 총 길이에 관계없이 전극 및 파워-전원을 섹션으로 분할함으로써 달성된다.
실시예 2
인-라인 피닝(peening)을 통해 물리적으로 전처리된 열간-압연 스케일을 갖는 자기 사용용 실리콘(3% Si) 강에 대해 본 발명에 따른 연속 중성 전해 산세척(pickling) 방법을 수행하였다. 피닝 기계의 구성성분은 라인 속도에 반비례하므로 피닝 기계는 스케일의 부분적 제거를 야기하기 때문에, 상기 물질에 대하여 v=20m/분일 때 c1=525C/d㎡, v=40m/분 일때 c2=C/d㎡이고; 두 경우에서, k=3.1s이며; 또한, 발생된 스케일 변환 반응에 대해, 전류 밀도 I >15A/d㎡를 적용해야 한다.
1.2m 너비 스트립에 대한 연속 중성 전해 산세척 동안, 40 내지 60m/분에서 작동, 총 애노드의 전극 길이(L), 및 산세척 플랜트의 길이는 본 발명에 따른 연속 중성 전해 산세척에 관한 방정식에 따라서 셀에 적용된 전류를 고려하여 정한다.
상기 방정식에 따르면, 애노드의 전극 길이(L) 및 라인 스피드(v)의 함수에 따른 전해 산세척 셀에 적용된 전류 밀도(I)와 다른 관련 값을 표 2에 나타내었다.
v,(m/분)라인 스피드 L, (m)애노드 길이 I, (A/d㎡)I=c/(L/v-3.1) Q, (C/d㎡)Q=I*t Itot(kA)Itot=I*S Itot o, (kA)
20 12 16 574 46 42
20 10 20 586 47 42
20 8 25 603 48 42
20 6 35 634 51 42
20 4 59 708 57 42
40 24 21 744 119 109
40 20 25 758 121 109
40 16 33 781 125 109
40 14 38 798 128 109
40 12 46 821 131 109
40 10 57 857 137 109
40 8 76 917 147 109
따라서, 애노드의 전극 길이가 감소하면 속도는 동일하며, 전해 산세척에 대해 산출된 전하 밀도(Q)는 증가함을 확인하였다. 이와 같이, 적용된 총 전류(Itot)는 증가하였다. 20m/분의 속도에서 전류밀도가 너무 낮아지지 않도록(I<I0), 실제 애노드 길이는 12m를 초과하지 않아야 한다. 상기 물질에 대한 산세척 플랜트는 10 내지 14m의 애노드의 전극 길이에 알맞게 규격화되어야한다.
그러나, 또한 이 경우에서는, 전해의 일반적인 법칙에 따른 전해 산세척 플랜트의 디자인은 전력 공급기를 간과하게 된다.
실시예 3
본 발명에 따른 방법은 실시예 1(c=490C/d㎡, k=3.7s 및 I0=10A/d㎡를 갖는 스케일)과 같은 물리적 스케일 제거 전처리와 함께 일반적인 열간-압연 강의 스케일 제거에 적용하였다.
총 애노드의 전극 길이 L=24m(스트립 너비=1.5m)를 포함하는 산세척 라인은 60 내지 120m/분 범위의 속도에서 작동될 수 있어야 한다. 표 3에 의하면, 애노드의 전극 길이(L) 및 라인 스피드(v) 함수에 따른 전해 산세척 셀에 적용된 전류 밀도(I)를 나타낸다. 표 3에서는 또한 다른 관련 값을 나타내었다.
v, (m/분)라인 스피드 L, (m)음극 길이 I, (A/d㎡)I=490/(L/v-2.1) Q, (C/d㎡)Q=I*t Itot(kA)Itot=I*S Itot o, (kA)
60 24 24 579 174 147
70 24 29 597 209 172
80 24 34 617 247 196
90 24 40 637 287 221
100 24 46 659 330 245
110 24 52 683 376 270
120 24 59 706 425 294
분명하게, 본 발명에 개시된 내용과 관련이 없으나, 전력 공급기의 전류 용적은 라인 속도 증가에 따라 스케일을 제거하는데 충분하지 않다.
실시예 4
본 발명에 따른 방법은 실시예 1(c=490C/d㎡, k=3.7s 및 I0=10A/d㎡를 갖는 스케일)과 같은 물리적 스케일제거 전처리와 함께 일반적인 열간-압연 강에 적용하였다.
스케일 제거 플랜트는 각각이 총 길이 L=24m(스트립 너비=1.5m)에 대하여 단일한 애노드 길이 La=2m를 갖는 12 셀로 이루어졌다. 두 개의 다른 진행 조절 로직: 각각의 전력 공급기로부터 전력 사용을 최대화(즉, 라인 속도에 비례하는 셀 수의사용)한 경우(표 4a) 및 모든 셀의 일정한 사용(즉, 라인 속도 비례하는 전류 밀도 사용)의 경우(표 4b)에 따라 전자는 40 내지 120m/분의 속도에서 작동될 수 있어야 한다. 하기 표 4a 및 4b에 결과를 나타내었다.
v, (m/분)라인 속도 셀의 수n I, (A/d㎡)[I=490/(L/v-3)] Q, (C/d㎡)[Q=I*t] Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
40 4 59 708 142 98
60 6 59 708 213 147
80 8 59 708 283 196
100 10 59 708 354 245
120 12 59 708 425 294
v, (m/분)라인 속도 셀의 수n I, (A/d㎡)[I=490/(L/v-3)] Q, (C/d㎡)[Q=I*t] Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
40 12 15 546 109 98
60 12 24 579 174 147
80 12 34 617 247 196
100 12 46 659 330 245
120 12 59 708 425 294
본 발명에 따른 연속 중성 전해 산세척 방정식은 작동이 사용된 셀 수를 최대화하여 수행될 때 보다 낮은 총 산세척 전류가 요구되므로 두개의 진행 조절 로직이 동일하지 않음을 증명한다.
전해의 일반적인 식은 두 개의 조절 로직 사이의 차이점을 납득시키지 못할 뿐만 아니라, 산세척에 대한 전류 요구를 간과한다.
실시예 5
총 애노드의 전극 길이 L=4m 및 스트립 너비=1.25m로 작동되고, 스테인레스강 스트립의 다양한 두께에 대해 열 순환 항상성을 만족시키기 위해 20 내지 70m/분의 다양한 처리 속도가 가능한 냉간-압연 스테인레스강 스트립에 대한 결합 산세척 어닐링 라인에 삽입된 중성 전해 디스케일링 플랜트가 고려되었다.
디스케일링 방정식에 따르면, 다양한 라인 속도(v)에서 전해 산세척 셀에 적용된 직렬 전류 밀도(I)를 표 5의 2번 컬럼에 나타내었고; 3번 컬럼에서는 전하 밀도(Q), 및 컬럼 4는 산출된 총 전류(Itot), 애노드의 전극 면에 대한 전류 밀도를 곱하여 계산하여 나타내었다.
회선 속도v, m/min I, A/dm2I=70/(L/v-3) Q, C/dm2Q=I·t Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
20 8 93 8 6
30 14 112 14 8
40 23 140 24 12
50 39 187 38 14
60 70 280 70 18
70 163 560 164 20
칼럼 5에, 전해의 일반 공식에 의해 계산된 전류를 나타내었다. 명백히, 본 발명에 따라 인지된 것을 무시했을 때, 전력 공급의 전류 세기는 회선 속도 증가에서 스케일 제거를 보장하기에 명확히 불충분했다.
실시예 6
실시예 5의 회선 속도(20∼70 m/min)의 동일한 범위 내에서 작동하고, 총 길이가 L=5.12 m(스트립 폭 = 1.25 m)인 긴 전기적 길이를 갖는 중성 전해질 스케일 제거 장치는 고려된다. 본 발명에 따른 스케일 제거 방정식으로 계산된 상기 장치의 작동 파라미터를 표 6에 나타내었다.
이를 실시예 5와 비교했을 때, 전해 공식은 회선 속도의 증가에서 총 전류의 동일한 패턴을 유지했다. 실제로, 본 발명에 따른 스케일 제거 방정식은 앞의 경우에 대해서, 동일한 속도에서 보다 적은 전류를 요구함을 나타낸다.
회선 속도v, m/min I, A/dm2I=70/(L/v-3) Q, C/dm2Q=I·t Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
20 6 88 8 6
30 10 99 12 8
40 15 115 20 12
50 22 137 28 14
60 33 169 42 18
70 50 221 64 20
그러나, 이러한 경우에서도, 알려진 전해 공식에 따른 설계는 전력 공급을 적게 했다.
실시예 7
60 내지 120 m/min의 처리 속도를 변경할 수 있는, 총 애노드 길이(anodic electrode length) L=8m(스트립 폭=1.25m)으로 작동하는 중성 전해질 스케일 제거 장치가 심사되었다. 본 발명에 따른 스케일 제거 방정식에 의해 계산된, 상기 장치의 작동 파라미터를 표 7에 나타내었다.
회선 속도v, m/min I, A/dm2I=70/(L/v-3) Q, C/dm2Q=I·t Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
60 14 112 28 18
70 18 124 36 20
80 23 140 46 24
90 30 160 60 26
100 39 187 78 30
110 51 224 102 32
120 70 280 140 36
이 경우에도 전해의 일반 공식에 따른 전력 공급의 전류 세기는 다른 작동 회선 속도의 부족으로 명확히 잘못됨을 확인한다.
실시예 8
각 전해조의 애노드 길이가 총 L=8m(스트립 폭=1.25m)에 대해 La=2m인, 4개의 전해조로 이루어진 중성 전해질 스케일 제거 장치가 심사된다.
회선 속도의 작용으로써 전류의 분포는 실시예 7에 이미 나타내었다. 지금은, 상기 장치가 단지 3개의 전해조(예를들어, 실패 등의 작업 이유)로 작동될 수 있다고 가정했을 때, 따라서 L=6m인, 적용되어질 스케일 제거 전류를 표 8에 나타내었다.
회선 속도v, m/min I, A/dm2I=70/(L/v-3) Q, C/dm2Q=I·t Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
50 17 120 26 14
60 23 140 36 18
70 33 168 50 20
80 47 210 70 24
90 70 280 106 26
100 117 420 176 30
속도 증가에서 세 개의 전해조로 작동시킬 때, 총 전류의 나머지 요구는 계속되며, 이러한 사실은 전해의 일반 공식으로서 예측할 수 없었던 것이다.
실시예 9
실시예 9는 하나의 애노드 길이(anodic electrode length)이 La=1m 및 L=6m(스트립 폭 1.25 m)인 6개의 전해조로 이루어지고, 하나의 경우에 있어서(표 9a 참조) 각 전력 공급으로부터 전력의 사용을 극대화시키는 조절 논리로 작동하고(즉, 회선 속도에 비례하는 전해조 수의 사용), 다른 경우에 있어서(표 9b 참조) 모든 전해조의 일정한 사용으로(즉, 회선 속도에 비례한 전류 밀도의 사용) 작동하는 중성 전해질 스케일 제거 장치의 경우이다.
회선 속도v, m/min 셀 수n I, A/dm2I=70/(L/v-3) Q, C/dm2Q=I·t Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
10 1 23.0 138 5.7 2.9
20 2 23.0 138 11.5 5.9
30 3 23.0 138 17.2 8.7
40 4 23.0 138 23.0 11.7
50 5 23.0 138 28.7 14.7
60 6 23.0 138 34.5 17.5
회선 속도v, m/min 셀 수n I, A/dm2I=70/(L/v-3) Q, C/dm2Q=I·t Itot(kA)[Itot=I*S] Itot o, (kA)
10 6 2.1 76 3.1 2.9
20 6 4.7 85 7.0 5.9
30 6 7.7 92 11.5 8.7
40 6 11.7 106 17.2 11.7
50 6 17.0 123 25.5 14.7
60 6 23.0 138 34.5 17.5
상기 두 처리의 조절 논리는 동일하지 않다. 사용된 전해조의 수가 극대화되어 작동이 수행될 때, 총 스케일 제거 전류는 모두 더 적게 요구된다. 게다가 이러한 경우, 전해의 일반적인 방정식에 의해 적은 스케일 제거 전류는 연속된다.
전술한 방법에 대해, 당업자는 그 이상이면서 부수적인 요구를 만족시키기 위해, 첨부된 청구항에 의해 한정된 바와 같이, 본 발명의 보호 범위 내에서 몇몇의 수정 및 변형을 이룰 수 있다.

Claims (10)

  1. 전류가 직류 또는 교류이고 3 Hz 미만의 주파수를 갖고 있으며, 애노드 처리시간 및 셀 전류가 하기의 식에 따라 선택되는 것을 특징으로 하며, 전해 전류 간접효과(electrolysis current flow indirect effect)의 존재 하에서 탄소강 및 스테인레스강의 산세(pickling) 및 디스케일링(descaling)을 위하여 중성용액 내에서 연속적으로 전해하는 방법:
    수학식
    It = c + kI
    상기 식에서,
    I는 셀을 가로지르는 전류밀도;
    t는 애노드 처리시간;
    c는 직접적으로 산화물을 변화시키는 애노드 반응에 대하여 산출된 전하 밀도의 일정한 부분(constant fraction); 그리고
    k는 상기 전하 밀도의 부분을 계산하기 위한 시간상수이며, 산소 형성에 관련된 간접 애노드 반응에 대하여 산출된 전류 밀도 I(kI)에 비례하고, 탄소강에 대한 강/전해액 계면, 그리고 스테인레스강에 대한 스케일/용액 계면에서의 결과적인 산성화에 비례함.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중성용액은 30∼100℃의 온도 및 0.5∼2.5 M의 농도를갖는 소디움 설페이트로 바람직하게 구성되는 것을 특징으로 하는, 전류가 직류 또는 교류이고 3 Hz 미만의 주파수를 갖고 있으며, 전해 전류 간접효과의 존재 하에서 중성용액 내에서 연속적으로 전기분해하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 7∼50초의 애노드 처리시간 및 10∼80 A/d㎡의 전류 밀도에 대하여, 상기 전하량 c가 200∼1250 C/d㎡이고, 상기 시간 상수 k가 2∼11초인 것을 특징으로 하는, 직류 전해 전류 간접효과의 존재 하에서 탄소강의 산세척을 위하여 중성용액 내에서 연속적으로 전기분해하는 방법.
  4. 산세척될 스트립의 폭 및 산세척될 스트립 속도의 설정시, 총 애노드 길이 및 이에 따라 관련된 연속 중성 전해 산세척라인의 길이는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 선택되는, 산출된 전류에 따라 정하여지는 것을 특징으로 하는, 전류가 직류 또는 교류이고 3 Hz 미만의 주파수를 갖고 있으며, 전해 전류 간접효과의 존재 하에서 산세를 위하여 중성용액 내에서 연속적으로 전해하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
  5. 제4항에 있어서, 라인 속도에 비례하는 수의 셀의 사용 및 최대 가용 전력의 사용을 제공하는 공정 제어 로직이 채택된 것을 특징으로 하는 용도.
  6. 제4항에 있어서, 모든 셀의 일정한(constant) 사용 및 상기 라인 속도에 비례하는 전류 밀도의 사용을 제공하는 공정 제어 로직이 채택된 것을 특징으로 하는 용도.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2∼45초의 애노드 처리시간 및 5∼150 A/d㎡의 전류밀도에 대하여, 상기 전하량 c가 40∼200 C/d㎡이고, 상기 시간 상수 k가 2∼25초인 것을 특징으로 하는, 직류 전해 전류 간접효과의 존재 하에서 스테인레스강의 디스케일링을 위하여 중성용액 내에서 연속적으로 전기분해하는 방법.
  8. 디스케일링될 스트립의 폭 및 속도의 설정시, 총 애노드 길이 및 이에 따라 관련된 연속 중성 전해 디스케일링 라인의 길이는 제1항, 제2항 또는 제7항의 방법에 따라 선택되는, 산출된 전류에 따라 정하여지는 것을 특징으로 하는, 전류가 직류 또는 교류이고 3 Hz 미만의 주파수를 갖고 있으며, 전해 전류 간접효과의 존재 하에서 중성용액 내에서 스테인레스강을 연속적으로 전해 디스케일링하기 위한 제1항, 제2항 또는 제7항에 따른 방법의 용도.
  9. 제8항에 있어서, 라인 속도에 비례하는 수의 셀의 사용 및 최대 가용 전력의 사용을 제공하는 공정 제어 로직이 채택된 것을 특징으로 하는 용도.
  10. 제9항에 있어서, 모든 셀의 일정한(constant) 사용 및 상기 라인 속도에 비례하는 전류 밀도의 사용을 제공하는 공정 제어 로직이 채택된 것을 특징으로 하는용도.
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