KR20070083504A - 금속 스트립의 세척 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 스트립(1)을 세척하기 위한 방법에 관한 것이다. 스트립의 세척을 개선하기 위해, 본 발명에 따라, 금속 스트립(1)은 우선적으로 세척 장치(3)의 제1 영역(2)에서 적어도 하나의 액체 분사를 이용한 제1 고압 세척 공정(4)을 거치고, 그리고 이에 이어서 상기 금속 스트립(1)을 세척 장치(3)의 제2 영역(5)에서 초음파 세척 공정(6)을 거치고, 이 초음파 세척 공정(6)에서 상기 금속 스트립(1)은 액체로 충전된 용기를 통과하여 안내된다. 그 외에도 본 발명은 금속 스트립을 세척하기 위한 장치에 관한 것이다.

금속 스트립, 세척 장치, 제1 고압 세척 공정, 초음파 세척 공정, 제2 고압 세척 공정, 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역

Description

금속 스트립의 세척 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR CLEANING A METAL STRIP}

본 발명은 금속 스트립을 세척하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 금속 스트립을 세척하기 위한 장치에 관한 것이다.

정련된 박판 제품에 대한 본질적인 요건은 후행하는 제조 공정에서의 우수한 가공성과 최종 제품의 장기 보존성이다. 이와 같은 특성은 기본적으로 금속 스트립의 표면상에 도포되는 기능층에 의해 결정된다. 기능층, 예컨대 아연 지지면과 강 스트립 표면 사이의 결합은 우선적으로 접경면에서의 점착력에 기초한다. 예컨대 금속 마모, 오일 혹은 에멀젼 잔류물과 같은 표면 불순물은 점착성을 감소시킨다. 이런 경우 기능층은 자체 과제를 충족할 수 없게 된다. 기능층은 오로지 불균일하게만 도포되거나 혹은 기계적 부하 하에서 다시 용이하게 분리된다.

특히 정련 공정에 들어가기 전에, 정련할 금속 스트립의 표면에서 간섭을 야기하는 점착성을 제거하기 위해, 스트립은 통상적으로 스트립 세척 장치 내에서 알칼리성 세척제와 집중적으로 접촉된다. 이와 관련하여 용융 아연 도금 라인에서 스트립 세척 공정은 적어도 조합된 여러 알칼리 세척 공정들과 최종의 물 세정 단계로 구성된다.

용융 아연 도금 시스템에서 혹은 어닐링 라인에서 아연 도금된 금속 스트립을 제조할 시에, 종종 정련 전에 세심하게 세척을 해야 하는 냉간 압연된 금속 스트립이 이용된다. 냉간 압연된 스트립은 압연 에멀젼과 압연 잔류물을 이용하는 압연 공정으로부터 부하를 받는다. 스트립의 측면당 약 500 mg/㎡ 정도로 쌓이는 불순물은 압연 에멀젼, 철 연마먼지 및 기타 오염물로 구성되고, 이러한 불순물은 전형적으로 발생한다. 이와 같은 부하를 받는 금속 스트립은, 추가로 표면을 정련하기 전에, 냉간 압연 공정으로부터 발생한 상기 잔류물이 제거되어야 한다.

종래 기술에 상기한 과제를 달성하기 위한 다양한 가능성들이 공지되어 있다. 대부분 다단계식 스트립 세척 방법이 실행된다. 이와 관련하여, 표면 불순물을 제거하기 위해 브러시를 이용하는 알칼리 분무 세척, 딥 포어 세척(deep pore cleansing)을 위한 전기 분해 세척, 그리고 최종적으로 브러시를 이용하는 다단계식 물 세정이 조합된 방법이 공지되었다. 세척제로서는 알칼리, 텐사이드 및 인산염을 바탕으로 한 수용액이 이용된다.

상기한 스트립 세척 구간의 제1 부분에서, 스트립은 요구되는 처리 온도로 가열되고, 고온의 알칼리 세척 용액을 통해 그 표면의 불순물이 제거된다. 분무 탈지 구간에서는, 스트립을 목표하는 온도 수준으로 가열하고, 거친 점착성 불순물을 분리하기 위해 스트립에 집중적으로 고온의 세정 매체가 분무된다. 분무 탈지 시에 금속 스트립은 수평 혹은 수직으로 안내될 수 있다.

브러시 탈지 장치의 경우, 스트립 표면상의 불순물은 회전하는 다수의 브러시에 의해 제거된다. 이때 브러시 장치는 통상적으로 2개 혹은 4개의 브러시 롤 유닛을 장착하고 있다. 브러시들은, 스트립 저면 및 상면을 세척하기 위해, 카운터 롤러들과 함께 오프셋되어 앞뒤로 연이어 배치되거나, 혹은 직접적으로 상호 간에 상하에 배치된다. 금속 스트립의 표면과 강모를 기계적으로 접촉시킴으로써, 무시하지 못할 정도의 브러시 마모가 발생한다. 각각의 작동 모드와 요구되는 품질에 따라, 브러시 롤러는 대개 매 3개월마다 교체하여야 하는데, 이는 무시하지 못할 정도의 비용을 야기한다.

전해 탈지는 금속 스트립의 표면상에 직접적으로 거품을 형성함으로써 윤곽에서 더욱 깊게 위치하는 불순물을 분리한다. 이는 스트립을 수직으로 혹은 수평으로 안내하면서 이루어진다. 거품 형성은 전극 쌍에 외부 전압을 인가함으로써 금속 스트립의 상부 및 그 하부에 야기된다. 탈지가 실행되는 용기를 전기적으로 절연하기 위해, 상기한 용기는 고무로 피복된 강 용기로서 고안된다. 중성선(neutral conductor) 방법에서는, 스트립 표면과 주변 전극 사이에 전기 분해 반응이 발생하고, 이 반응으로 산소 및 수소 거품이 형성된다. 수소 가스의 형성은 산수소 기체 폭발의 위험을 회피하기 위해 고비용의 안전 기술을 요구한다. 그러므로 처리 용기에는 항시 강제 환기를 위한 다량의 공기가 공급되어야 한다. 그에 따라 전해 탈지는 여러 단점과 결부된다.

그에 이어서, 다시 말해 전기 분해 처리 후에, 금속 스트립 표면은 세정 과정에서 브러시를 이용하여 처리되고, 그럼으로써 잔류하는 표면 덮개층이 분리된다. 이와 같은 브러시 장치는 대개 2개 혹은 4개의 브러시 롤러 유닛을 장착하고 있고, 브러시들은 카운터 롤러와 함께 오프셋되어 앞뒤로 연이어 배치되거나 혹은 직접적으로 상호 간에 상하에 배치된다. 이 경우에도 단점으로 기계적 마모가 확인되고, 그에 따라 브러시들은 대략 매 3개월마다 교체하여야 한다.

최종적으로, 세척 용액을 완전하게 씻어내기 위해, 금속 스트립의 표면은 다중 캐스케이드 싱크대에서 고온의 탈염수로 세정된다. 이 경우 스퀴즈 롤러 유닛들에 의해 분리되는 2개 내지 4개의 분무 세정 유닛이 앞뒤로 연이어 이용될 수 있다. 캐스케이드 모양의 세정액 안내는 물 소모량을 최소화한다. 스트립 세척을 종료한 후 스트립 에지 모래 분사(sand blast)와 스트립 건조기의 조합은, 액체의 혼입을 방지하기 위해, 전체 스트립 폭에 걸쳐 균일하고 완전한 스트립 표면 건조를 보장한다.

바람직한 조건 하에서, 스트립 세척 시스템에서 전술한 처리 방법을 이용할 경우 약 90%의 세척률이 달성되는데, 다시 말해 금속 스트립의 유입 불순물은 약 10%로 감소된다.

금속 스트립을 세척하기 위해, 종래 기술에 따라 또 다른 해결 방법들이 공지되어 있지만, 대부분 별도로 세척의 부분적 관점만을 대상으로 하고 있다.

EP 0 235 595 A2로부터는 통상적인 브러시 대신에 전기 분해에 이어서 고압 세척이 제공되는 스트립 세척 시스템이 개시된다. 이 경우, 전해 예비 탈지, 회전하는 브러시들을 이용한 기계적 세척, 혹은 고압 세척, 추가의 전해 탈지, 회전하는 브러시들을 이용한 추가의 기계적 세척 혹은 고압 세척, 그리고 최종의 세정이 제공된다. 이에 기술한 처리 방법은 전기 분해를 바탕으로 산수소 가스 폭발을 회피하기 위한 대규모 안전 장치들을 필요로 한다.

EP 0 601 991 B1로부터는 오로지 최대 60bar까지의 압력으로 제공되는 고압 액체 분사를 이용하는 금속 스트립 세척 장치가 공지되었다. 이로써 달성가능한 세척률은 항시 충분하지 않았다.

RU 2 191 641 C1으로부터는, 초음파 진동기가 금속 스트립의 표면에 가까이 배치되는 용기 내로 세척할 스트립이 안내되는 세척 장치가 개시되었다. 초음파에 의해 유도된 공동 현상이 스트립 표면으로부터 불순물을 분리시킨다. 전체적으로 기술한 세척 장치로 달성가능한 세척률은 모든 상황에서 충분하지 않다.

초음파는 US 47 88 992에 따른 해결 방법에서도 금속 스트립을 세척하기 위해 이용된다. 이 경우 스트립은 플레이트로서 구현되어 서로 다른 주파수로 진동하는 2개의 초음파 진동기 사이에서 수평으로 관통 안내된다. 그에 따른 배치로 세척할 스트립 주변에 초음파 근거리장(ultrasonic near-field)을 생성하고, 그에 따라 불순물이 분리된다.

JP 09171986 A1는 초음파 세척액을 세척할 스트립 상에 분무하는데 이용되는 분무 노즐을 개시하고 있다. 세척 효과를 개선하기 위해, 바로 노즐 전방 및 바로 그 후방에는 (초음파 세척액용 분무 노즐을 구비한 유닛으로서) 고압 세척 노즐이 위치된다.

EP 0 578 824 B1로부터는, 세척할 스트립이 별도의 챔버에서 초음파 세척을 거칠 수 있도록 하기 위해, 상기한 스트립을 세척액으로 채워진 액체 용기로부터 배출시키는 방법이 개시되었다.

US 59 75 098에 따른 해결 방법은 마찬가지로 스트립의 초음파 세척을 제안 하고 있지만, 이 경우 초음파의 충돌 위치에 직접적으로 고압 세척 노즐로부터 세척제가 공급된다.

WO 02/18065 A2에 따라서도, 초음파 세척의 이용이 기술되었고, 그에 반해 US 64 88 993으로부터는 스트립용 세척 장치가 보다 상세하게 명시되지 않은 해결 방법이 제공되었다.

앞서 공지된 모든 해결 방법들은 다소 세척 방법 내지 세척 장치의 부분적 관점에만 관계한다. 비용 효율 및 세척 품질을 고려한 고출력 스트립 세척 시스템에 대한 요건은 전체적으로 기존의 방법 및 장치를 이용하여 충족될 수 있는 것보다 더욱 높다. 또한, 종종 생태학적 관점에 대한 기준이 충분히 고려되지 않고 있다. 왜냐하면 화학적 세척제의 사용은 환경 오염을 야기하고, 대응하는 법적 요건을 충족할 시에는 비용 집약적이 되기 때문이다.

다시 말해 앞서 공지된 세척 방법들은 바람직하지 못한 방법으로 투자 비용, 에너지 비용 및 운영 장비 비용과 관련할 뿐 아니라 세척 공정의 효율과 결부하여 결손을 야기한다.

그러므로 본 발명의 목적은 전술한 종류의 세척 방법 및 장치에 있어서, 기존의 단점을 회피하는 방식으로 상기한 세척 방법 및 장치를 개량하는 것에 있다. 다시 말해, 금속 스트립을 정련하기 전에, 더욱 경제적이고 효율적이며 그리고 더욱 환경 친화적인 금속 스트립 세척을 가능케 하는, 전체적으로 바람직한 스트립 세척 방법과 그에 해당하는 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 본 발명의 방법에 따라, 금속 스트립이 우선적으로 세척 장치의 제1 영역에서 적어도 하나의 액체 분사를 이용한 제1 고압 세척 공정을 거치고, 그리고 이에 이어서 금속 스트립은 세척 장치의 제2 영역에서 초음파 세척 공정을 거치고, 이 초음파 세척 공정에서 금속 스트립은 액체로 채워진 용기를 통과하여 안내됨으로써 달성된다.

다시 말해 본 발명은 스트립의 고압 세척과 뒤이은 초음파 세척을 조합한다. 이와 관련하여, 상기한 두 처리 단계의 순서는 개선된 세척 결과를 가져온다는 사실을 확인하였다. 이때, 제1 영역은 바람직하게는 제2 영역으로부터 공간상 이격되어 있다.

금속 스트립은 초음파 세척 공정에 이어서 세척 장치의 제3 영역에서 적어도 하나의 액체 분사를 이용한 제2 고압 세척 공정을 거칠 수 있다. 이와 관련하여, 제2 영역은 동일하게 제3 영역으로부터 공간상 이격되어 있다.

최적의 결과는, 제1 고압 세척 공정과 경우에 따라 제2 고압 세척 공정이, 세척할 금속 스트립의 폭을 충당하는 적어도 하나의 액체 분사의 기능에 의해 이루어지고, 이 액체 분사는 50bar와 200bar 사이의 압력, 바람직하게는 100bar와 120bar 사이의 압력으로 금속 스트립의 표면상에 공급됨으로써 달성된다.

금속 스트립은 고압 세척 공정들 중 적어도 하나의 고압 세척 공정에서 수직으로 안내될 수 있고/있거나 초음파 세척 공정에서 수직으로 안내될 수 있다.

바람직하게는 제1 고압 세척 공정과 경우에 따라 제2 고압 세척 공정에서 이용되는 액체가 적어도 60℃의 온도로 가열되고, 바림직하게는 80℃ 이상의 온도로 가열된다.

스트립으로부터 분리된 오염 입자를 결속시키고, 그에 따라, (세척제의 순환 시에) 상기한 오염 입자가 다시 스트립 표면에 도달하는 것을 방지하기 위해, 개선된 실시예에 따라, 제1 고압 세척 공정, 초음파 세척 공정 그리고 경우에 따라 제2 고압 세척 공정에서 사용되는 액체는 제거된 불순물을 결속시키기 위한 텐사이드 내지 세척 활성 물질을 함유한다.

또한, 제1 고압 세척 공정, 초음파 세척 공정 그리고 경우에 따라 제2 고압 세척 공정에서 이용되는 액체는, 텐사이드 및/또는 인산염을 함유한다. 또한 사용되는 액체는 알칼리성일 수 있다.

상기한 바로서 종래 기술에서 공지된 점과 같이, 제1 고압 세척 공정 전에, 금속 스트립의 분무 탈지가 특히 침지 용기 혹은 분무 용기 내에서 실행될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 스트립의 분무 탈지는 매체를 이용하여, 특히 세척 매체를 이용하여 이루어질 수 있다. 이 세척 매체는 적어도 60℃의 온도, 바람직하게는 80℃ 이상의 온도를 갖는다. 제2 고압 세척 공정 후에, 최종적으로 스트립의 세정이, 특히 물을 이용한 캐스케이드 세정이 실행될 수 있다.

금속 스트립을 세척하기 위한 세척 장치는, 내부에 고압 세척 장치가 배치되어 있는 제1 영역과 금속 스트립의 이송 방향에서 후방에 배치되고 내부에는 초음파 세척 장치가 배치되어 있는 제2 영역을 구비하고, 초음파 세척 장치는, 내부가 액체로 채워질 수 있고 그 내부에는 초음파 방사 수단들이 배치되어 있는 용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

초음파 방사 수단들은 초음파 세척이 이루어지는 용기 내부의 각각의 하우징 내에서, 특히 특수강 하우징 내에서, 금속 스트립의 양측에 배치될 수 있다. 고압 세척 장치와 초음파 세척 장치는 바람직하게는 별도의 용기를 가지고, 이들 용기들을 통과하여 금속 스트립이 안내된다. 금속 스트립의 이송 방향에서 초음파 세척 장치 후방에 배치되는 제3 영역에는 제2 고압 세척 장치가 배치될 수 있다. 고압 세척 장치들은 스트립의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 고압 노즐바를 포함할 수 있다. 제3 영역 내 고압 세척 장치 역시 별도의 용기를 포함할 수 있고, 이 용기를 통과하여 금속 스트립이 안내된다.

금속 스트립의 이송 방향에서 제1 고압 세척 장치 전방에는 바람직하게는 금속 스트립을 분무 탈지하기 위한 수단이 배치된다. 또한, 바람직하게는 이송 방향에서 제2 고압 세척 장치 후방에 금속 스트립을 세정하기 위한 수단이 배치된다.

고압 세척 시에 포밍(foaming) 형성을 회피할 수 없기 때문에, 특히 바람직하게는 고압 세척 장치들은 액체의 필요한 고압을 생성하기 위해 피토 튜브 펌프(Pitot tube pump)를 포함한다.

상기한 펌프는 2개의 주요 구성요소로, 다시 말해 회전형 펌프 하우징과 내부에 고정되어 배치되는 피토 튜브(피토 정압관 압력 원리)로 구성된다. 공급할 액체는 공급측에 위치하는 슬라이드 링 실링(slide ring sealing)을 통해 로터 채널들을 걸쳐 회전하는 로터 하우징 내로 유입되고, 그 흐름 속도는 상승한다. 원심력은 액체를 로터 주변장치에 밀착시키고, 그럼으로써, 유입구에서의 흡인 작용과 로터 내의 가속화된 액체 링이 발생한다. 고정 피토 튜브 내로 액체가 유입될 시에, 운동 에너지는 위치 에너지로 변환되는데, 다시 말해 압력이 상승한다. 이와 같은 방식으로 분당 약 8,000회로 로터가 회전할 시에 200bar에까지 이르는 압력에 도달할 수 있다. 그런 다음 피토 튜브 내에서 일정 압력 하에 있는 액체는 유출구로, 다시 말해 펌프의 고압측으로 유출된다.

본 발명에 따른 특징들을 조합함으로써, 높은 세척 효율을 가지면서, 그럼에도 저렴한 작동 방법을 허용하는 세척 방법 및 세척 장치가 제공된다. 명칭 그대로 세척할 스트립과 기계적으로 접촉하는 브러시 시스템은 이용되지 않고, 그럼으로써 장치의 마모는 최소화된다.

본 발명은 다음에서 도면에 도시된 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 금속 스트립을 용융 아연 도금하기 전에 금속 스트립을 세척하기 위한 세척 장치를 도시한 개략도이다.

<도면부호의 설명>

1: 금속 스트립 2: 제1 영역

3: 세척 장치 4: 제1 고압 세척 장치

5: 제2 영역 6: 초음파 세척 장치

7: 제3 영역 8: 제2 고압 세척 장치

9: 용기 10: 초음파 방사 수단

11: 초음파 방사 수단 12: 하우징

13: 용기

14: 고압 노즐바(high-pressure nozzel bar)

15: 용기 16: 분무 탈지용 수단

17: 세정용 수단 18: S 롤러 테이블

19: S 롤러 테이블 20: 피토 튜브 펌프

F: 이송 방향

첨부한 도는 금속 스트립(1)을 세척하기 위한 세척 장치(3)를 도시하고 있다. 금속 스트립(1)은 세척 장치(3)의 (왼쪽에서부터) 이송 방향(F)으로 공급되고, 그런 다음 (오른쪽으로) 세척 장치(3)에서 다시 배출된다. 이때, 스트립(1)은 계속해서 사전 지정된 이송 속도로 세척 장치(3)를 통과한다. 실시예에 따른 세척 장치(3)는 냉간 압연된 스트립(1)을 위한 고출력 용융 아연 도금 라인 혹은 어닐링 라인용으로 제공되어 있다.

세척 장치(3)는 본질적으로 이송 방향(F)으로 연속되는 3개의 영역을, 다시 말해 제1 영역(2), 제2 영역(5), 그리고 제3 영역(7)을 포함한다. 제1 영역(2)에는 제1 고압 세척 장치(4)가 배치되고, 제2 영역(5)에는 초음파 세척 장치(6)가, 그리고 제3 영역(7)에는 제2 고압 세척 장치(8)가 배치된다.

제1 영역(2) 전방에는 종래 기술에 충분히 공지된 바와 같은 분무 탈지용 수단(16)이 위치한다. 제3 영역(7)에 연결되어서는 마찬가지로 앞서 공지된 바와 같은 세정용 수단(17)이 제공된다.

분무 탈지용 수단(16) 내에서는, 스트립(1)이 (침지 탱크인 경우) 고온의 세 척 매체 내에 침지됨으로써, 혹은 (분무 탱크인 경우) 고온의 세척 매체로 분무됨으로써 가열되고, 그로부터 약간의 점착성을 갖는 표면 불순물이 제거된다.

금속 스트립(1)은 2개의 S 롤러 테이블(18 및 19)을 이용하여 고온 상태로 유지된다.

본질적으로 모든 세척 장치(3)는 브러시를 포함하지 않고 있다. 다시 말해, (종래 기술에서 공지되고 통상적인 바와 같은) 회전 세척 브러시는 이용되지 않는다. 스트립(1)의 완전한 세척은 오로지 도에 도시한 수단에 의해서만 이루어진다. 브러시의 강모와 스트립(1) 사이의 기계적 접촉은 그에 상응하는 높은 마모를 초래하고, 이는 다시금 높은 운영 비용을 야기한다. 이러한 점은 본 발명에 따라 회피된다.

본 발명은 또 다른 본질적인 관점에 따라, 종래 기술에서 널리 공지되어 있는 바와 같은 전해 탈지 수단이 동일하게 회피된다. 전해 탈지 공정은 처리 용기의 고비용 구성을 요구한다. 추가로 공정에서 산소 및 수소 가스의 생성은 안전 위험을 내포하고 있다. 본 발명에 따라 전기 화학 반응을 배제함으로써, 장치의 구성은 본질적으로 간소화된다. 본 발명에 따라 가스가 생성되지 않는 공정은 용기 배기를 위한 특별한 요건에 따르지 않고, 안전 기술상 비임계 상태를 유지한다.

제1 고압 세척 장치(4)는, 스트립(1)의 양측에 고압 노즐바들(14)이 배치되어 있는 별도의 용기(13)를 포함한다. 실시예에 따라, 상기한 고압 노즐바(14)는 수직으로 하부 방향으로 하강하고 수직으로 상부 방향으로 상승하는 스트립(1) 분기를 위해 총 4개가 제공된다.

고압 세척 공정은 표면 활성 공정(세척 매체 내 텐사이드)을 통한 표면의 세척과 액체 분사를 통한 기계적 분리를 결부시킨다. 고온의 세척액은 스트립 표면에 고속으로 충돌한다. 느슨한 표면 덮개층이 세정 제거된다. 더욱 안정된 층들은 충돌하는 액체의 운동 에너지에 의해 느슨해지고 마찬가지로 세정 제거된다. 첨가된 스트립 세척제 내의 지방질 성분은 세척 공정을 부분적으로 보조한다. 텐사이드의 본질적인 기능은 액체 내 제거된 불순물을 결속시키는 것에 있다. 제거된 덮개층은 액상 내부에서 결속되고, 재차 스트립 표면과 접촉하지 않는다. 이와 같은 방법으로, 오일 성분 재고착 내지 재오염은 회피된다. 텐사이드 성분 없이도, 제거된 불순물의 오일 성분은 자체 극미한 밀도 및 무극성 구조를 바탕으로 액체 상에서 부유 되고, 경우에 따라 스트립 표면과 다시 접착할 시에도 다시금 그로부터 분리될 수도 있다.

고압 세척을 위해 필요한 사용되는 액체의 압력은 피토 튜브 펌프(20)를 통해 생성된다. 세척 매체는 흡입 스터브를 통해 펌프 챔버 내로 유입된다. 통상적인 원심 펌프와 반대로, 상기한 펌프에서 펌프 챔버는 로터이다. 세척 매체는 회전하는 펌프 챔버 내에서 매우 높은 회전 속도에 도달한다. 회전하는 액체 몸체 내부에는 위치 고정된 피토 튜브가 위치한다. 이러한 튜브 내부에서 매체의 운동 회전 에너지는 위치 압력 에너지로 변환된다. 매체의 높은 회전 속도에 의해, 배출 스터브에는 액체 압력이 형성되는데, 이 액체 압력은 완벽하게 100bar에 도달하고, 그 값을 초과할 수도 있다. 고압 세척 공정의 비용 효율적인 사용은 세척 매체의 순환 안내를 요구하고, 그에 따라 펌프(20)에 의한 (세척제의 액상과 그에 포 함된 가스 혹은 포밍 거품으로 구성되는) 다상 액체의 반복되는 순환을 요구한다. 매체 내 포밍 형성은 텐사이드를 함유하는 알칼리 세척제의 사용 시에 완전하게 배제될 수 없다. 원심 펌프 혹은 피스톤 펌프에서는 이미 매체 내 극미한 가스 성분이 펌프 챔버 내에 캐비테이션 손상(cavitation damage)을 초래하고, 그에 따라 거의 짧은 사용 시간 후 펌프의 고장을 야기한다. 제안한 피토 튜브 펌프는 이송 매체 내 공기 내지 포밍(10 부피 백분율보다 작은 가스 성분)에 대한 상대적으로 큰 불감성을 특징으로 한다. 가스 성분은 압력 분포를 바탕으로 액체 몸체의 내부에서 중심에 수집되고, 그 중심에서는 가스 성분이 압력 비율이 변화더라도 외부에 위치 고정된 피토 튜브와 접촉할 수 없다. 펌프 챔버 내부에서, 빠르게 회전하는 액체 링이 자체 회전 중심에 가스 거품을 포함하면서 형성된다. 슬라이드 링 실링의 추가의 외부 세정은 매체 내 입자에 의한 마모를 감소시킨다.

제2 영역(5)에는 초음파 세척 장치(6)가 배치되는데, 더욱 정확하게 말하면 별도의 용기(9) 내부에 배치된다. 이 경우에도 또한, 스트립(1)은 제1 분기에서 수직으로 하부 방향을 향해 안내되고, 제2 분기에서는 수직으로 상부 방향을 향해 안내된다. 스트립(1)의 양측에는 (더욱 정확하게는 스트립의 양 분기에는) 다수의 초음파 방사 수단(10 및 11)이 배치되고, 이들 초음파 방사 수단들은 용기(9)의 벽들과 연결된 특수강 하우징(12) 내에 장착된다.

초음파 세척 공정은 표면 활성 공정(스트립 세척 매체 내 함유된 텐사이드)에 의한 표면의 세척을 내파하는(imploding) 기포의 운동 에너지의 기계적 분리와 결부시킨다. 초음파 진동은 매체 챔버 내에 국소적 압력 변동을 초래한다. 압력 이 용해된 가스의 가스 압력 내지 액체의 증기압 이하로 강하하는 영역에서는, 극히 작은 공동 기포가 형성된다. 기포의 형성을 야기한 인공적 조건들은 오로지 단기간에만 존재하기 때문에, 기포는 매우 빠르게 다시 내파된다. 그럼으로써 야기되어, 특히 스트립 표면상에서 기포의 내파에 의해 액체 내로 유도되는 압력파는 스트립 표면상의 불순물의 분리를 야기한다. 느슨한 표면 덮개층이 분리된다. 더욱 안정된 층들은 압력파에 의해 느슨해지고, 마찬가지로 세정 분리된다. 첨가된 스트립 세척제 내 텐사이드 성분은 앞서 기술한 고압 세척 공정에서와 같이 세척 공정을 보조한다.

초음파를 이용한 세척의 큰 장점은, 높은 품질 및 재현성 이외에도 재료의 기계적 세척 및 비접촉식 세척을 동시에 달성할 수 있는 점에 있다. 그러므로 각각의 세척 요건에 따라, 공격적인 화학약품과 높은 온도는 배제될 수 있다. 물로 초음파 세척 시에 보조하는 화학 첨가제(세척제)는 백분율로 극히 극미한 정도로 첨가되고, 그리고 선택 시에 존재하는 불순물에 대해, 필요한 초음파 출력과 작동 주파수의 레이아웃과 유사한 중요성을 갖는다. 그에 따라 각각의 사용 및 적용 영역에 따라, 초음파 세척 공정은 고품질의 균일한 세척 결과를 제공하는데, 이는 어떠한 다른 세척 방법에 의해서는 달성될 수 없다.

사용된 초음파 진동 기술은 특별한 액조 유지보수를 요구하지 않는다. 초음파 방사 수단들(10, 11)은 언급한 바와 같이 특수강 하우징(12)에 의해 캡슐화되어 있다. 하우징 소재는 액조 매체에 부합하게 선택할 수 있다. 용기(9)는 음파를 스트립 표면상에 전달하기에 충분히 매체를 가용할 수 있도록 침지 탱크로서 고안 된다. 침지 탱크에서는, 형성된 기포를 스트립 표면으로부터 즉시 제거하지 않고 음파의 확산을 억제할 수 있도록, 오로지 적합한 흐름 속도만을 조정하기만 하면 된다.

제3 영역(7)에는, 마찬가지로 별도의 용기(15)를 포함하는 제2 고압 세척 장치(8)가 배치된다. 상기한 용기 내에서는, (제1 고압 세척 장치(4)에 상응하게) 고압 노즐바들(14)이 스트립(1)의 양측에 배치된다.

다양한 실무 실험에서, 고압 및 초음파 기술을 조합한 후 그 효율을 실험하였다. 실행된 조사에 따르면, 기술적으로 오염된 강 스트립들이 고압 및 초음파 세척 공정을 통해 양호한 결과로써 세척될 수 있는 점이 확인되었다. 고압 세척 공정은 우수한 거친 입자 세척을 보장한다. 고압 물 분사의 운동 에너지는 표면 덮개층 상에 작용하고, 덮개층은 제거된다. 스트립(1) 표면의 윤곽에서 더욱 깊게 위치하는 불순물은 초음파 세척 공정을 통해 분리되고 제거된다. 초음파 진동에 의해 여기되어 스트립 표면상에 발생하는 극미한 기포의 형성 및 내파는 점착성 잔류 덮개층을 분리한다.

또한, 바람직하게는 기존의 시스템들이 경우에 따라 본원의 세척 장치(3)에 재설치될 수도 있다. 브러시 탈지 장치 및 브러시 싱크대는 각각의 고압 노즐바 쌍에 의해 대체된다. 전해 탈지 구간은 전극 시스템을 대응하는 초음파 시스템으로 교체함으로써 초음파 세척 구간이 된다.

브러시 탈지 장치는 고압 노즐쌍에 의해 교체된다. 이때 고압 노즐쌍은 분무 탈지부의 말단에 혹은 바로 그 후방에 위치한다. 이러한 점에서, 강 스트립은 이용되는 세척 매체의 최적의 작용을 보조하고, 포밍 형성을 최소화할 수 있도록, 이미 요구되는 온도로 가열된다. 고압 물 분사는 매체 내의 세척 활성 물질과 상호 작용하면서 스트립 표면상에 존재하는 불순물을 제거할 수 있다. 이러한 제거는 비접촉 방식으로 물 분사의 높은 운동 에너지를 바탕으로 이루어지고, 그에 따라 매우 긴 기간에 걸쳐 실제로 마모가 발생하지 않는다.

전기 분해 세척 공정을 초음파 세척 공정으로 대체하는 점은 스트립 세척 장치의 설계를 분명하게 간소화한다. 초음파 세척 공정을 위한 용기의 구조는 (전기 분해에서 필요한 것과 같은) 절연 고무 피복이 없는 순수 강 용기로서 고안된다. 외부 전압 공급장치를 갖는 전극 시스템은 요구되지 않는다. 초음파 세척 공정은 전기 분해 세척과 반대로 전해 가스를 유리시키지 않는다. 그러므로 고비용의 안전 장치도 요구되지 않는다. 오히려 처리 용기는 간단한 배기 장치에 연결된다.

브러시 싱크대는 제3 영역(7)에서 제2 고압 노즐쌍(고압 노즐바(14))에 의해 교체된다. 고압 노즐쌍은 연결되는 캐스케이드 싱크대(17)의 시작부에 혹은 제1 계단부 바로 전방에 위치한다. 이러한 점에서, 강 스트립(1)의 표면상에는 초음파 세척 공정에서 분리된 불순물로 이루어진 막이 위치한다. 이와 관련하여 상기한 불순물은 제3 영역(7)에서 고압 세척 공정에 의해 매체 내의 세척 활성 물질과의 상호 작용으로 제거될 수 있다. 이러한 제거는 비접촉 방식으로 물 분사의 높은 운동 에너지를 바탕으로 이루어지고, 그에 따라 광범위하게 마모가 발생하지 않는다.

기계적 브러시 세척 공정의 용도로서 고압 세척 기술을 사용함으로써, 공지 된 세척 장치의 소모품으로서 정기적으로 교환해야 하는 교환용 브러시에 대한 비용은 배제된다. 전기 분해 세척 공정의 대체로서의 초음파 세척 공정은 원하는 세척 결과를 달성하는데 더욱 적은 에너지를 소모한다. 공정 기술의 콤팩트한 구조는 스트립 처리 라인에서 공간을 절감하는 고출력 세척 장치를 구성 및 설치하는데 새로운 기회를 보장한다.

또한, 제안한 세척 방법을 이용한 스트립 세척의 증가한 효율을 바탕으로 화학 세제에 대한 분명한 절감을 달성할 수 있음을 확인하였다. 세척제 내에 함유되는 환경을 오염시키는 성분(텐사이드, 인산염 등)은 절감될 수 있다. 폐수의 정화는 적은 비용과 에너지로 실행할 수 있다.

스트립 안내는 세척 장치(3)의 개별 영역들에서 수평 혹은 수직으로 교호적으로 이루어질 수 있다.

기본적으로, 자체로 교체될 수 있는 제안한 장치 부재들에 추가로, 종래 기술에 공지된 바와 같은 부재들, 다시 말해 예컨대 분무 세척 수단, 브러시 세척 수단 및 전기 분해 세척 수단들도 제공될 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 단점을 해결하기 위해 안출된 세척 방법 및 세척 장치에 관한 것으로, 이 세척 방법 및 세척 장치를 개량함으로써, 금속 스트립을 정련하기 전에 더욱 경제적이고 효율적이고, 그리고 더욱 환경 친화적으로 금속 스트립을 세척할 수 있다.

Claims (22)

1. 금속 스트립(1)을 세척하기 위한 세척 방법에 있어서, 금속 스트립(1)은 우선적으로 세척 장치(3)의 제1 영역(2)에서 적어도 하나의 액체 분사를 이용한 제1 고압 세척 공정(4)을 거치고, 그리고 이에 이어서 상기 금속 스트립(1)은 세척 장치(3)의 제2 영역(5)에서 초음파 세척 공정(6)을 거치고, 이 초음파 세척 공정에서 상기 금속 스트립(1)은 액체로 채워진 용기를 통과하여 안내되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 영역(2)은 제2 영역(5)으로부터 공간상 이격되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 스트립(1)은 초음파 세척 공정(6)에 이어서 상기 세척 장치(3)의 제3 영역(7)에서 적어도 하나의 액체 분사를 이용한 제2 고압 세척 공정(8)을 거치는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 영역(5)은 제3 영역(7)으로부터 공간상 이격되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 고압 세척 공정(4)과 경 우에 따라 제2 고압 세척 공정(8)은 세척할 금속 스트립(1)의 폭을 충당하는 적어도 하나의 액체 분사의 기능을 통해 이루어지고, 상기한 액체 분사는 50bar와 200bar 사이의 압력으로, 바람직하게는 100bar와 120bar 사이의 압력으로 상기 금속 스트립(1)의 표면상에 공급되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립(1)은 고압 세척 공정들(4, 8) 중 적어도 하나의 고압 세척 공정에서 수직으로 안내되고/되거나 초음파 세척 공정(6)에서 수직으로 안내되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 고압 세척 공정(4)과 경우에 따라 제2 고압 세척 공정(8)에서 이용되는 액체는 적어도 60℃의 온도로 가열되고, 바람직하게는 80℃ 이상의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 고압 세척 공정(4), 초음파 세척 공정(6), 그리고 경우에 따라 제2 고압 세척 공정(8)에서 이용되는 액체는 제거된 불순물을 결속시키기 위한 텐사이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 고압 세척 공정(4), 초음파 세척 공정(6), 그리고 경우에 따라 제2 고압 세척 공정(8)에서 이용되는 액체 는 텐사이드 및/또는 인산염을 함유하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 고압 세척 공정(4), 초음파 세척 공정(6), 그리고 경우에 따라 제2 고압 세척 공정(8)에서 이용되는 액체는 알칼리성인 것을 특징으로 하는 세척 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 고압 세척 공정(4)에 앞서, 상기 금속 스트립(1)의 분무 탈지가, 특히 침지 용기 혹은 분무 용기 내에서 실행되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 금속 스트립(1)의 분무 탈지는, 적어도 60℃의 온도, 바람직하게는 80℃ 이상의 온도를 갖는 매체, 특히 세척 매체를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
13. 제 3 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 고압 세척 공정(4) 후에, 상기 금속 스트립(1)의 세정이, 특히 물을 이용한 캐스케이드 세정이 실행되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
14. 금속 스트립(1)을 세척하기 위한 세척 장치(3)에 있어서, 내부에 고압 세척 장치(4)가 배치되어 있는 제1 영역(2)과 금속 스트립(1)의 이송 방향(F)에서 후방 에 배치되고, 내부에 초음파 세척 장치(6)가 배치되어 있는 제2 영역(5)이 제공되어 있고, 상기 초음파 세척 장치(6)는 액체로 채워질 수 있는 용기(9)를 포함하고, 이 용기(9) 내부에는 초음파 방사 수단들(10, 11)이 배치되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 초음파 방사 수단들(10, 11)은 용기(9) 내부의 각각의 하우징(12) 내에서, 특히 특수강 하우징 내에서 상기 금속 스트립(1)의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 고압 세척 장치(4)와 상기 초음파 세척 장치(6)는 별도의 용기(13, 9)를 포함하고, 이들 용기들을 통과하여 상기 금속 스트립(1)이 안내되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립(1)의 이송 방향(F)에서 상기 초음파 세척 장치(6) 후방에 배치되는 제3 영역(7)에 제2 고압 세척 장치(8)가 배치되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 세척 장치들(4, 8)은 스트립(1)의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 고압 노즐바(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 제3 영역(7) 내에 제공되는 상기 고압 세척 장치(8)는 별도의 용기(15)를 포함하고, 이 용기를 통과하여 상기 금속 스트립(1)이 안내되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립(1)의 이송 방향(F)에서 제1 고압 세척 장치(4) 전방에 상기 금속 스트립(1)을 분무 탈지하기 위한 수단(16)이 배치되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 이송 방향(F)에서 상기 제2 고압 세척 장치(8) 후방에 상기 금속 스트립(1)을 세정하기 위한 수단(17)이 배치되는 것을 특징으로 하는 세척 장치.
22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 세척 장치들(4, 8)은 액체의 고압을 생성하기 위해 피토 튜브 펌프(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세척 장치.

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