KR20080079799A - 금속관의 전해연마 장치 및 방법 - Google Patents

금속관의 전해연마 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

금속관의 내부표면을 선택적으로 전해연마시킬 수 있는 전해연마 장치 및 방법이 개시된다. 상기 전해연마 장치는, 전해액을 유동시켜, 전해연마하고자 하는 금속관 내부로 공급하는 펌프; 상기 금속관의 일단과 상기 펌프를 연결하며, 상기 펌프에서 공급되는 전해액을 금속관 내부로 이송하는 전해액 공급관; 상기 금속관을 통과하여, 상기 금속관의 내부로부터 배출되는 전해액을 상기 펌프로 다시 공급하는 리턴배관; 및 상기 금속관에 (+)전류를 공급하고, 상기 금속관 내부에 설치된 음극에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관과 음극 사이에서 전해연마가 수행되도록 하는 전원공급부를 포함한다.
금속관, 내부 표면, 전해연마, 전해액

Description

금속관의 전해연마 장치 및 방법{Electro polishing apparatus and method for metal pipe}
도 1a 및 1b는 통상적인 전해연마 장치를 이용한 금속관의 내부 연마 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
본 발명은 금속관의 전해연마 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속관의 내부표면만을 선택적으로 전해연마시킬 수 있는 전해연마 장치 및 방법에 관한 것이다.
전해연마(Electro polishing)는, 전해액에 용해되는 금속 제품을 양 극(Anode)으로 사용하고, 전해액에 불용성인 금속을 음극(Cathode)으로 사용하여, 상기 양극과 음극 사이에 전압을 인가함으로서, 금속 제품의 표면에서 전기분해를 일으켜, 금속 제품의 표면을 연마하는 방법이다. 전해연마를 이용하여 금속 제품을 연마하기 위해서는, 전해조에 전해액(電解液)을 채우고, 연마하고자 하는 금속 제품을 양극으로 설치하고, 전해액에 용해하지 않는 음극을 설치한 다음, 상기 양극과 음극 사이에 직류 전원을 인가한다. 전해연마에 있어서, 금속 제품이 전해액에 쉽게 용해되지 않는 조건에서도, 전류를 인가하면, 금속 제품이 강제적으로 조금씩 용해된다. 전해연마가 진행되면, 양극으로부터 용해된 금속이온을 다량 함유한 고점도 액체층(점성층)이 양극을 둘러싼다. 금속이온으로 포화된 점성층에서는, 더 이상 금속이 용해되지 않고, 높은 양극 전위를 형성하므로, 산소와 활발히 결합하여, 산화물 피막을 형성한다. 이때, 용해된 금속이온은 금속 표면의 오목한 부분에 주로 축적되며, 오목한 부분에서는 금속이온의 이동과 확산이 적어, 전기가 잘 통하지 않으므로, 금속이 용해되지 않는다. 반면, 금속 표면의 볼록 부분에서는, 금속 이온층이 얇게 형성되므로, 전류가 집중되어, 금속 표면을 쉽게 용해시켜, 전체적으로 제품 표면이 평활하게 된다.
도 1a 및 1b는 통상적인 전해연마 장치를 이용한 금속관의 내부 연마 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 금속관(20)의 내부를 전해연마하기 위해서는, 수평 형태(도 1a 참조) 또는 수직 형태(도 1b 참조)의 전해조(10)에 전해액(12)을 채운 다음, 전해액(12)의 내부에 스테인리스 강관 등의 금속관(20)을 수평 또는 수직으로 위치시킨다. 다음으로, 금속관(20)의 내부에 수용될 수 있는 막대형상의 음극(22)을 금속관(20)의 내부 공간에 설치하고, 상기 음극(22)을 전원공급부(16)의 음극 단자에 연결하고, 상기 금속관(20)을 전원공급부(16)의 양극 단자에 연결한다. 이와 같이, 상기 음극(22)과 금속관(20) 사이에 직류 전원을 공급하면, 금속관(20)의 내부 표면이 전기분해되어, 스케일 등의 이물질과 금속관(20)의 표면에서 산화를 일으키는 철(Fe) 성분이 용해되어 제거되고, 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 성분이 농축됨으로서, 금속관(20)의 내부 표면이 평활하고 미려해진다. 금속관(20)의 표면에서 크롬(Cr) 성분이 농축되면, 단단하고 치밀한 부동태 피막을 형성하므로, 금속관(20) 표면의 내식성이 향상되고, 표면이 깨끗해지며, 결과적으로 금속관(20) 내부에서의 미생물 성장, 이물질 부착, 유체의 오염 등을 방지할 수 있다.
도 1a에 도시된 수평 전해연마법을 사용하여, 6m 길이의 장척(長尺) 스테인리스 강관의 내부를 전해연마하는 경우에는, 전해조(10)의 깊이가 0.5m 이면 충분하고, 공장건물의 높이가 낮아도 되는 장점이 있으나, 전해연마시 음극(22)과 양극 금속관(20)에서 발생되는 반응가스(수소와 산소)가 금속관(20)의 내부 상부에 기포(14)의 형태로 부착된다. 상기 기포(14)는 금속관(20)의 표면과 전해액(12) 사이의 이온교환 작용을 방해하므로, 금속관(20) 내면의 상부에서는 전해연마가 거의 이루어지지 않는다. 따라서 금속관(20)을 180ㅀ 돌려서 다시 전해연마를 수행하여야 하므로, 전해연마의 생산성이 1/2 이하로 저하될 뿐만 아니라, 연마 품질이 균 일하지 않고, 생산원가가 증가한다. 또한, 도 1b에 도시된 수직 전해연마법을 사용하여, 6m 길이의 장척 스테인리스 강관을 전해연마하는 경우에는, 전해연마시 음극(22)과 양극 금속관(20)에서 발생되는 반응가스(수소와 산소)가 공기 중으로 쉽게 방출되므로, 전해연마 품질은 비교적 양호하지만, 전해조(10)의 높이가 최소한 6.3m 이상이어야 하며, 금속관(20)의 길이 6m 까지 포함하면, 12.5m 이상의 높이를 가지는 작업공간이 필요하다. 따라서, 이 경우, 공장 건물 높이가 매우 높아야 하고, 6m 길이의 금속관(20)을 전해조(10)에 넣고 빼는 작업이 어렵고 위험하므로, 전해연마의 생산성이 낮고, 대량생산에 적용하기 곤란한 단점이 있다.
또한, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 전해액(12)에 금속관(20)을 넣는 침적법을 사용하여, 유체를 운반하는 스테인리스 배관 등의 금속관(20) 내면을 전해연마하는 경우, 금속관(20)의 외부에 음극(22)이 설치되지는 않지만, 전해조(10) 내에서 전해액(12)이 미세하게 유동하므로, 금속관(20) 내부에 설치된 음극(22)의 영향을 받아, 금속관(20)의 말단부 외면도 미약하게 전해연마되어, 금속관(20)의 외관상태가 불균일해지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 유체와 직접 접촉하는 금속관의 내부만을 선택적으로 전해연마시킬 수 있는 전해연마 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 금속관의 내면을 수평으로 전해연마하는 경우에도, 반응가스에 의한 전해연마의 불균일성을 감소시키고, 미려한 연마 표면을 형성할 수 있는 전해연마 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전해연마의 생산성 및 작업 안전성을 향상시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 전해연마 설비의 높이를 감소시킬 수 있는 전해연마 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전해액을 유동시켜, 전해연마하고자 하는 금속관 내부로 공급하는 펌프; 상기 금속관의 일단과 상기 펌프를 연결하며, 상기 펌프에서 공급되는 전해액을 금속관 내부로 이송하는 전해액 공급관; 상기 금속관을 통과하여, 상기 금속관의 내부로부터 배출되는 전해액을 상기 펌프로 다시 공급하는 리턴배관; 및 상기 금속관에 (+)전류를 공급하고, 상기 금속관 내부에 설치된 음극에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관과 음극 사이에서 전해연마가 수행되도록 하는 전원공급부를 포함하는 전해연마 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 금속관의 내부에 음극을 위치시킨 상태에서, 금속관의 일단으로 전해액을 공급하고, 금속관의 다른 일단으로 전해액을 배출하여, 전해액을 순환시키는 단계; 상기 전해액이 순환하는 상태에서, 상기 금속관에 (+)전류를 공급하고, 상기 음극에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관과 음극 사이에서 전해연마가 수행되도록 하는 단계; 및 금속관 내부의 전해연마가 수행된 후, 금속관 및 음극에 공급되는 전원을 차단하고, 전해액을 배출하여, 내부 표면만이 전해연마된 금 속관을 수득하는 단계를 포함하는 금속관의 전해연마 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 금속관의 전해연마 장치를 더욱 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 장치의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해연마 장치는, 펌프(30), 전해액 공급관(32), 전해액 배출캡(40), 전해액 저장탱크(42), 리턴배관(44) 및 전원공급부(50)를 포함한다.
본 발명에 따른 전해연마 장치에 사용되는 펌프(30)는, 전해액을 유동시켜, 전해연마하고자 하는 금속관(20) 내부로 전해액을 공급하는 역할을 하는 것으로서, 통상의 유체 이송용 펌프가 본 발명에 사용될 수 있으며, 사용되는 전해액의 특성을 고려하면, 내산성을 가지는 펌프(30)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 전해액 공급관(32)은, 상기 금속관(20)의 일단과 펌프(30)를 연결하며, 상기 펌프(30)에서 공급되는 전해액을 금속관(20) 내부로 이송하는 이송통로의 역할을 한다. 상기 전해액 공급관(32)은, 하나의 펌프(30)를 이용하여 다수의 금속관(20) 내부로 동시에 전해액을 공급할 수 있도록, 하나의 유입구와 다수의, 예를 들면 2 내지 5개의 유출구를 가지는 분기관의 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 전해액 공급관(32)에는 전해액의 공급 유량을 조절할 수 있도록 유량조절 밸브(34)가 장착되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전해액 공급관(32)의 유출구쪽 말단에는 금속관(20)이 끼워지는 플렉시블(flexible) 고무관(36)이 장착되어 있을 수 있으며, 상기 전해액 공급관(32) 및/또는 고무관(36)의 내부에는, 금속관(20) 내부에 위치하는 음극(22)과 금속관(20)의 내부 표면과의 간격을 유지하기 위한 비전도성 스페이서(38, spacer)가 장착되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전해액 배출캡(40)은, 상기 금속관(20)의 다른 일단에 끼워져 설치되며, 금속관(20)의 내부로부터 배출되는 전해액의 배출(배출방향, 배출량 등)을 조절하며, 전해액이 금속관(20)의 말단까지 가득 채워지도록 하기 위한 것으로서, 필요에 따라 사용된다. 상기 전해액 배출캡(40)이 없는 경우에는, 금속관의(20) 말단 상부에는 전해액이 접촉하지 않아, 균일한 전해연마가 이루어지지 않을 우려가 있다. 상기 전해액 배출캡(40)은 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 합성수지로 이루어질 수 있으며, 상기 전해액 배출캡(40)의 내부에는, 금속관(20) 내부에 위치하는 음극(22)과 금속관(20)의 내부 표면과의 간격을 유지하기 위한 스페이서(38, spacer)가 장착되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라, 상기 스페이서(38)는 고무관(36) 및/또는 전해액 배출캡(40)에 설치되는 대신, 상기 음극(22)의 주위에 장착되어, 금속관(20) 내부에 끼워질 수도 있다. 상기 전해액 저장탱크(42)는 상기 금속관(20)에서 배출된 전해액을 일시적으로 수용하는 기능을 하며, 상기 금속관(20) 내부에서의 전해연마에 의해 발생한 반응 가스를 배출할 수 있도록, 개방된 구조를 가지는 것이 바람직하다. 상기 전해액 저장탱크(42) 역시 필요에 따라 사용될 수 있다. 상기 리턴배관(44)은, 상기 금속관(20)을 통과하여, 상기 금속관(20)의 내부로부터 배출되는 전해액, 예를 들면, 상기 전해액 저장탱크(42)에 모인 전해액을, 펌프(30)를 경유하여 다시 금속관(20) 내부로 공급하기 위한 전해액 피드백(feedback, 되돌림)용 배관이다.
상기 전원공급부(50)는, 상기 금속관(20)에 (+)전류를 공급하고, 상기 금속관(20) 내부에 설치된 음극(22)에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관(20)과 음극(22) 사이에서 전해연마가 수행되도록 하기 위한 것이다. 상기 전원공급부(50)의 (+)단자는, 상기 금속관(20)의 외부를 밴드(band)식으로 감싸는 밴드식 전류공급 단자인 것이 바람직하고, 전해연마되는 금속관(20)이 다수개인 경우, 상기 밴드식 전류공급 단자를 직렬로 연결함으로서, 다수의 금속관(20)에 (+)전류를 공급할 수 있다. 또한, 상기 전원공급부(50)의 (-)단자는, 상기 금속관(20)의 내부에 위치한 음극(22)의 말단에 전기적으로 연결된다. 도 2에 있어서, 미설명 도면부호 52는 금속관(20)을 지지하는 거치대로서 필요에 따라 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전해연마 장치에 사용될 수 있는 금속관(20)으로는, 전해연마가 가능한 재질의 금속관을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 스테인레스 금속관, 알루미늄 금속관, 티타늄 금속관 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속관(20)은 내, 외부가 분리된 다양한 구조, 예를 들면, 원기둥, 사각기둥, 삼각기둥 등의 형태를 가질 수 있으며, 상기 전해액으로는, H2SO4, H3PO3 수용액 등의 통상의 전해액을 제한 없이 사용할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 3을 참조하여, 본 발명에 따른 전해연마 방법을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 금속관(20)의 전해연마를 위하여, 먼저, 금속관(20)의 내부에 음극(22)을 위치시킨 상태에서, 금속관(20)의 양단에 상기 전해액 공급관(32) 및 전해액 배출캡(40)을 장착한다(단계 S 10). 이때, 상기 전해액 공급관(32) 및 전해액 배출캡(40) 내부의 스페이서(38)에 의하여 금속관(20)과 음극(22)이 직접 접촉하지 않도록 한다. 다음으로, 펌프(30)를 가동하여, 펌프(30), 전해액 공급관(32), 금속관(20)의 내부, 전해액 배출캡(40), 전해액 저장탱크(42), 및 리턴배관(44)을 순환하도록 전해액을 유동시킨다. 즉, 금속관(20)의 일단으로 전해액을 공급하고, 금속관(20)의 다른 일단으로 전해액을 배출하여, 전해액을 순환시킨다(단계 S 12). 이와 같이, 전해액이 순환하는 상태에서, 상기 금속관(20)에 (+)전류를 공급하고, 상기 금속관(20) 내부에 설치된 음극(22)에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관(20)과 음극(22) 사이에서 전해연마가 수행되도록 한다(단계 S 14). 금속관(20) 내부의 전해연마가 수행되면, 금속관(20) 및 음극(22)에 공급되는 전원을 차단하고, 펌프(30)를 조절하여, 전해액의 순환을 정지시키고 전해액을 배출한 다음, 금속관(20)의 양단에 장착된 전해액 공급관(32) 및 전해액 배출캡(40)을 분리하여, 내부 표면만이 전해연마된 금속관(20)을 수득한다(단계 S 16).
또한, 필요에 따라, 본 발명의 전해연마 장치를 두 개 이상 병렬로 배치하 면, 하나의 장치에서 전해연마가 진행되는 동안, 다른 장치에서는 금속관을 장착함으로서, 전해연마의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 전해연마되는 금속관을 전해조 내에 침적시키지 않고, 전해액을 금속관 내부로 유동(Circulation)시키면서, 전해연마를 수행함으로서, 금속관 내부에서만 선택적으로 전해연마가 수행될 뿐 만 아니라, 전해연마시 발생된 다량의 반응 가스를 전해액과 함께 금속관 밖으로 배출시킴으로서, 전해연마의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전해연마 장치 및 방법은, 유체와 직접 접촉하는 금속관의 내부만을 선택적으로 전해연마시키고, 반응가스에 의한 전해연마의 불균일성을 감소시켜, 미려한 연마 표면을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 전해연마의 생산성 및 작업 안전성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해연마 장치 및 방법의 경우, 별도의 전해조가 불필요할 뿐만 아니라, 전해연마 진행 상황의 확인이 용이하고, 전해액 사용량이나 폐수 발생량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 전해액을 유동시켜, 전해연마하고자 하는 금속관 내부로 공급하는 펌프;
    상기 금속관의 일단과 상기 펌프를 연결하며, 상기 펌프에서 공급되는 전해액을 금속관 내부로 이송하는 전해액 공급관;
    상기 금속관을 통과하여, 상기 금속관의 내부로부터 배출되는 전해액을 상기 펌프로 다시 공급하는 리턴배관; 및
    상기 금속관에 (+)전류를 공급하고, 상기 금속관 내부에 설치된 음극에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관과 음극 사이에서 전해연마가 수행되도록 하는 전원공급부를 포함하는 전해연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속관의 다른 일단에 끼워져 설치되며, 상기 금속관의 내부로부터 배출되는 전해액의 배출을 조절하는 전해액 배출캡; 및 상기 금속관에서 배출된 전해액을 일시적으로 수용하는 전해액 저장탱크를 더욱 포함하는 전해연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전해액 저장탱크는, 상기 금속관 내부에서의 전해연마에 의해 발생한 반응 가스를 배출할 수 있도록, 개방된 구조를 가지는 것인 전해연마 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전해액 공급관에는 전해액의 공급 유량을 조절할 수 있도록 유량조절 밸브가 장착되어 있는 것인 전해연마 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속관 내부와 상기 음극 사이의 간격은 스페이서에 의하여 유지되는 것인 전해연마 장치.
  6. 금속관의 내부에 음극을 위치시킨 상태에서, 금속관의 일단으로 전해액을 공급하고, 금속관의 다른 일단으로 전해액을 배출하여, 전해액을 순환시키는 단계;
    상기 전해액이 순환하는 상태에서, 상기 금속관에 (+)전류를 공급하고, 상기 음극에 (-)전류를 공급하여, 상기 금속관과 음극 사이에서 전해연마가 수행되도록 하는 단계; 및
    금속관 내부의 전해연마가 수행된 후, 금속관 및 음극에 공급되는 전원을 차단하고, 전해액을 배출하여, 내부 표면만이 전해연마된 금속관을 수득하는 단계를 포함하는 금속관의 전해연마 방법.
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