KR20090129499A

KR20090129499A - 강판의 세정 방법 및 강판의 연속 세정 장치

Info

Publication number: KR20090129499A
Application number: KR1020097022787A
Authority: KR
Inventors: 겐이찌 우에무라; 다다시 사꼰; 에이이찌 구보야마; 다이스께 사와다
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-12-16
Also published as: TWI464303B; EP2143824B1; US20100095980A1; EP2143824A4; CN101675184A; BRPI0810796A2; US9476128B2; TW200902765A; RU2009144265A; CN101675184B; RU2429313C2; EP2143824A1; JPWO2008136537A1; WO2008136537A1; BRPI0810796B1; TW201414875A; KR101146853B1; JP5093232B2

Abstract

본 발명은, 주행하는 강판을 세정하는 방법이며, 주파수가 0.8㎒ 내지 3㎒인 초음파를 가한 세정액을, 샤워 방식 또는 커튼 플로우 방식에 의해, 강판 표면과 직각인 선에 대해 1 내지 80°주행 방향과는 역방향으로 경사시킨 각도로 강판 표면에 공급함으로써, 주행하는 강판의 세정에 메가 소닉 초음파를 적용할 수 있도록 하여, 세정 효과 및 세정 속도를 향상시키는 강판의 세정 방법 및 강판의 연속 세정 장치를 제공한다.

강판, 공동, 세정액, 초음파 발진기, 용접기

Description

강판의 세정 방법 및 강판의 연속 세정 장치{STEEL SHEET RINSING METHOD, AND STEEL SHEET CONTINUOUS RINSING APPARATUS}

본 발명은, 주행하는 강판을 세정하는 방법 및 강판의 연속 세정 장치에 관한 것이며, 또한 강판의 제조 공정에서 생성된 산화 스케일을 효율적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.

강판의 제조 공정에 있어서, 다양한 목적으로 강판 표면의 세정이 행해지고 있다. 예를 들어, 도금이나 도장 전의 강판의 세정, 열연 강판의 산세에 의한 산화 스케일 제거[탈(脫) 스케일] 등을 들 수 있다.

이러한 세정의 촉진이나 고효율화, 세정력의 향상 등은, 세정액의 설계에 의한 것이 크지만, 또한 세정시에 세정을 어시스트하는 방법 중 하나로서, 20 내지 100㎑의 초음파를 인가하는 방법이 있다(일본 특허 출원 공개 제2003-313688호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2000-256886호 공보, 일본 특허 출원 공개 평5-125573호 공보).

세정액 중에서 초음파를 인가하면, 강판 표면에서 캐비테이션 현상이 발생하여 세정 효과가 촉진된다. 즉, 초음파에 의해 세정액 내에서 국부적으로 압력이 저하되어 증기압보다도 낮아지고, 수증기의 발생이나 용해되어 있는 기체가 팽창하 여, 작은 기포나 공동(空洞)이 급속하게 형성되고 심하게 붕괴됨으로써, 세정의 화학 반응을 촉진하면서 충격력을 부여하여 세정 효과가 촉진되는 것이다. 따라서, 초음파의 인가는, 열연 강판의 탈 스케일 산세에도 유효하다(일본 특허 출원 공개 제2000-256886호 공보).

탈 스케일 산세에는, 황산, 염산, 질산 및 불산 등을 단독 혹은 수 종류를 혼합한 산세 용액이 이용되고 있다. 상기 산세 용액의 산세 속도를 증대시키기 위해, 산 농도의 증가 및 산세 온도의 상승 등이 도모되어 왔지만, 약제 및 에너지 비용의 증대, 산세 후 강재 표면의 표면 거칠어짐 등의 부정적인 면이 있으므로, 산세 속도 향상에는 한계가 있어, 초음파가 병용되고 있다.

그러나 강판의 제조 비용 저감이나 강판의 고품질화가 요망되어, 강판의 세정이나 탈 스케일에 관해서도 세정 효율의 가일층의 향상 및 강판의 표면의 청정성 향상이 필요하다.

한편, 반도체 제조나 전자 기기 제조 분야에서는, 일본 특허 출원 공개 평10-172948호 공보에 기재한 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 세정에서, 0.8㎒ 이상의 메가 소닉 초음파를 세정액에 인가하여 이물질 제거력을 향상시키는 것이 행해지고 있다. 일본 특허 출원 공개 평10-172948호 공보에서는, 세정조에 반도체 웨이퍼를 침지하고, 세정조의 저부로부터 메가 소닉 초음파를 인가하여 뱃치(batch) 세정하는 방식이다.

또한, 일본 특허 출원 공개 평8-44074호 공보에서는, 액정 디스플레이용 컬러 필터 제조 공정에서, 레지스트를 효율적으로 제거하는 방법으로서, 메가 소닉 초음파를 인가한 액 커튼상의 현상액을 노광 후의 레지스트 상에 공급하는 방법이 개시되어 있다.

20 내지 100㎑의 초음파(울트라 소닉 초음파)에 비해, 메가 소닉 초음파는 지향성이 높으므로 세정 대상물의 표면을 효율적으로 세정할 수 있는 동시에, 용액 분자를 활성하기 쉬워 반응 촉진 효과가 크다.

따라서, 반도체 분야뿐만 아니라, 일본 특허 출원 공표 제2003-533591호 공보에서는, 압연 구리 막대의 세정에서도 500 내지 3000㎑의 초음파원을 사용한 탈 스케일 방법이 개시되어 있다.

상술한 바와 같이 메가 소닉 초음파는, 세정에 있어서 매우 효과적으로 세정력이 향상되므로, 강판의 세정에서 사용되어 온 울트라 소닉 초음파 대신에 메가 소닉 초음파를 적용하면, 보다 효과적으로 강판의 세정을 할 수 있어, 산세 속도를 향상시킬 수 있을 것이라 생각된다.

그러나 전술한 반도체 제조나 전자 기기 제조 분야와는 세정 대상물이 상이하고, 오염의 정도나 청정성의 레벨이 크게 상이하고, 및 세정 대상물의 이동 속도나 장치의 크기 등의 프로세스 조건도 크게 상이하기 때문에, 주행 중인 강판의 연속 세정에의 메가 소닉 초음파는 적용되어 있지 않은 것이 실태이다.

그 이유 중 하나는, 설비 보전성의 문제가 있기 때문이다. 즉, 일본 특허 출원 공개 평10-172948호 공보에 있는 바와 같은 메가 소닉 초음파 발신기를, 일본 특허 출원 공개 제2003-313688호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2000-256886호 공보, 일본 특허 출원 공개 평5-125573호 공보와 같은 울트라 소닉 초음파 발진기와 마찬가지로 강판의 세정 라인의 세정욕 중에 설치하면, 메가 소닉 초음파와 세정액에 의해 메가 소닉 초음파 발신기의 용기나 케이블의 부식이 심해, 장기 사용할 수 없다. 특히, 산세 라인에서는 상기 부식이 보다 현저해진다.

일본 특허 출원 공표 제2003-533591호 공보에서는, 압연 구리 막대의 세정에서 초음파를 사용하여 탈 스케일하는 방법이 개시되고, 초음파의 주파수를, 20 내지 100㎑, 100 내지 500㎑ 및 500 내지 3000㎑로 폭 넓게 사용할 수 있는 것이 기재되어 있다.

그러나 막대 형상의 압연재에서는 세정욕이 작아 초음파 발진기를 세정욕의 외부에 장착하는 것, 세정 대상물이 작기 때문에 세정욕 외부로부터 초음파를 인가해도 효과가 얻어지는 것 등의 이유에서 500 내지 3000㎑의 메가 소닉 초음파도 사용할 수 있다.

단, 상기 사용 방법에서도, 20 내지 500㎑에서는 문제없지만, 500 내지 3000㎑에서는 발신기와 접하고 있는 세정욕 용기 재료의 부식이 현저해, 현실적으로는 장기 사용에는 견딜 수 없다.

또한, 강판의 세정액 중에 초음파 발신기를 설치하지 않는 방법으로서는, 일본 특허 출원 공개 평8-44074호 공보에 기재된 사진 필름용 현상액을 강판 세정액으로 치환하여, 메가 소닉 초음파를 인가한 액 커튼상의 세정액을 강판 표면에 공급하는 방법을 생각할 수 있다.

그러나 일본 특허 출원 공개 평8-44074호 공보에서는 세정 대상물이 정지하고 있지만, 주행하고 있는 강판의 세정에서는 세정 대상물이 이동하고 있으므로 일본 특허 출원 공개 평8-44074호 공보와 같이 메가 소닉 초음파를 인가한 커튼상 세정액을 단순히 강판 표면에 공급해도 효과적인 세정이 행해지지 않는다고 하는 문제가 있다.

또한, 공급한 세정액이 강판의 주행에 의해 비산하여 초음파 발진기나 케이블 등의 부식을 촉진시키거나, 세정 환경이 악화된다고 하는 문제가 있다.

한편, 현행의 강판의 세정액으로서는, 염산, 황산 등이 사용되는 경우가 많아, 산화 스케일 제거시에 산세조 내에서 강판과 산의 반응에 의한 기포의 발생이 일어나고, 그 기포가 초음파의 전달을 저하시키므로, 산세조 내에서 주파수가 낮은, 이른바 울트라 소닉 초음파(20 내지 500㎑ 정도)를 이용한 경우, 초음파의 효과가 저하되는 것과 같은 문제가 있었다.

따라서, 강판의 제조 조건에 따라서는, 산화 스케일이 강고하게 부착되어 있는 경우에, 지금까지의 초음파 조사를 병용해도 탈 스케일이 불충분해질 뿐만 아니라, 세정액이 산성 용액인 경우, 기존의 산세조에 의한 세정 방법으로는, 한차례 제거된 산화 스케일이나 다른 성분으로 구성되어 있는 불용성 물질이 강판 표면에 재부착된다고 하는 문제도 있다.

본 발명은 이러한 상황에 비춘 것이며, 주행하는 강판의 세정에 메가 소닉 초음파를 적용하여, 안정적으로 세정 효과 및 세정 속도의 향상을 가능하게 한 강판의 세정 방법 및 강판의 연속 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 메가 소닉 초음파를 적용하여, 강판의 제조 공정에서 생성된 산화 스케일을 효율적으로 제거할 수 있는 강판의 세정 방법 및 강판의 연속 세정 장치를 제공하는 것도 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 수단을 예의 검토한 결과, 메가 소닉 초음파를 가한 세정액을 특정한 각도로 주행하고 있는 강판의 표면에 조사하는 방법이, 초음파 발신기나 케이블 등의 부식을 피하고, 또한 세정력을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 주행하는 강판을 세정하는 방법이며, 주파수가 0.8㎒ 내지 3㎒인 초음파를 가한 세정액을, 강판 표면에 직각인 선에 대해 1 내지 80°주행 방향과는 역방향으로 경사시킨 각도로 강판 표면에 공급하는 것을 특징으로 하는 강판의 세정 방법.

(2) 상기 세정액의 강판 표면으로의 공급이, 샤워 방식 또는 커튼 플로우 방식인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 강판의 세정 방법.

(3) 상기 세정액이 산세 용액인 것을 특징으로 하는 (1) 및 (2)에 기재된 강판의 세정 방법.

(4) 상기 강판이 열연 강판이고, 상기 세정액이 산세 용액이고, 열연 강판의 산화 스케일을 제거하는 것을 특징으로 하는 (1) 및 (2)에 기재된 강판의 세정 방법.

(5) 언코일러(uncoiler), 세정액 공급부 및 권취기를 적어도 구비한 강판의 연속 세정 장치이며, 상기 세정액 공급부는 적어도 세정액의 입구와, 초음파가 가해진 세정액을 샤워 방식 또는 커튼 플로우식으로 강판 표면과 직각인 선에 대해 1 내지 80°주행 방향과는 역방향으로 경사시킨 각도로 강판 표면에 공급하는 세정액 출구를 구비한 세정액의 저류부와, 상기 저류부의 세정액에 0.8 내지 3㎒의 주파수의 초음파를 가하는 초음파 발진기부를 갖는 것을 특징으로 하는 강판의 연속 세정 장치.

(6) 상기 초음파의 발신기부에 건조 공기 또는 불활성 가스를 흘리는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 (5)에 기재된 강판의 연속 세정 장치.

도 1은 강판 표면에 수직으로 메가 소닉 초음파를 가한 세정액을 공급한 경우의 상황을 도시하는 모식도이다.

도 2는 강판 표면에 경사시켜 메가 소닉 초음파를 가한 세정액을 공급한 경우의 상황을 도시하는 모식도이다.

도 3은 메가 소닉 초음파를 가한 세정액의 공급부의 예를 도시하는 모식도이며, 도 3의 (a)는 상면도, 도 3의 (b)는 정면도, 도 3의 (c)는 측면도이다.

도 4는 메가 소닉 초음파를 가한 세정액의 공급부 내부 구조의 예를 도시하는 단면 모식도이다.

도 5는 메가 소닉 초음파를 가한 세정액을 수평으로 주행하는 강판에 공급하는 예를 도시하는 도면이다.

도 6은 메가 소닉 초음파를 가한 세정액을 수직으로 주행하는 강판에 공급하는 예를 도시하는 도면이다.

도 7은 세정부를 강판이 수평으로 주행하는 경우의 강판의 연속 세정 장치의 예를 도시하는 모식도이다.

도 8은 세정부를 강판이 수직으로 주행하는 경우의 강판의 연속 세정 장치의 예를 도시하는 모식도이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은, 주파수가 0.8㎒ 내지 3㎒인 초음파(메가 소닉 초음파)를 가한 세정액을, 샤워 방식 또는 커튼 플로우 방식으로, 세정액의 공급 각도를 강판 표면에 수직인 선에 대해, 주행 방향과는 반대로 1 내지 80°기울여 주행하고 있는 강판의 표면에 공급함(분사 방향은 강판의 주행 방향이 됨)으로써, 20 내지 100㎑의 초음파(울트라 소닉 초음파)를 적용한 세정에 비해, 효과적으로 강판의 표면을 세정할 수 있는 것을 발견하고, 탈 스케일에도 유효한 것도 발견하였다.

상기 세정 효과가 향상된 이유는, 다음과 같이 생각할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 일본 특허 출원 공개 평8-44074호 공보와 마찬가지로 세정물인 강판(4)에 수직으로 메가 소닉 초음파(1)를 가한 세정액을 공급해도, 메가 소닉 초음파는 울트라 소닉 초음파보다도 지향성(指向性)이 높으므로, 부착물이나 스케일(2)이 음(陰)으로 되어 부착물이나 스케일(2)과 강판 표면의 접착 계면(3)에 메가 소닉 초음파가 효과적으로 닿지 않기 때문에, 세정 효과가 향상되지 않는다.

그러나 도 2에 도시한 바와 같이, 메가 소닉 초음파의 조사 각도를 기울임으로써, 부착물이나 스케일(2)과 강판 표면의 접착 계면(3)에 메가 소닉 초음파(1)가 닿는 비율이 증가하여, 세정 효과가 향상될 것이라 생각된다.

도 3에, 본 발명의 메가 소닉 초음파를 가한 세정액의 공급부(13)의 일례를 도시한다. 또한, 도 4에 상기 공급부의 내부 구조의 일례를 도시한다. 입구(6)로부터 세정액이 들어가, 메가 소닉 초음파의 발진기(9)에 의해 세정액(11)에 메가 소닉 초음파를 가하고, 출구(8)로부터 메가 소닉 초음파를 가한 세정액(12)이 나가, 강판의 표면에 공급된다.

또한, 초음파 발진기부는 메가 소닉 초음파 발신기(9)와 이것을 수납하는 수납부와 공동(10)을 갖고 있고, 후술하는 바와 같이, 바람직하게는 초음파 발진기부에는 그 공동부에 건조 공기 또는 불활성 가스를 공급, 배출하는 가스류의 출입구(7)와, 전기를 공급하는 케이블(5)이 설치된다.

도 5에, 본 발명의 메가 소닉 초음파를 가한 세정액(12)을 수평으로 주행하는 강판(14)에 공급하는 예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 상기 세정액의 공급 각도를 강판 표면에 수직인 선에 대해, 강판의 주행 방향과는 역방향으로 1 내지 80°기울인다. 이 각도를 θ라 한다.

또한, 수직으로 주행하는 강판(14)에 있어서는, 도 6과 같이 메가 소닉 초음파를 가한 세정액(12)을 공급한다. 도 6은 강판의 양면에 공급하는 예이지만, 한쪽 면만의 공급도 가능하다. 상기 세정액의 공급 각도(θ)는, 상기와 마찬가지로 강판 표면에 수직인 선에 대해 1 내지 80°주행 방향과는 역방향으로 기울인다.

상기 각도(θ)가 1°미만에서는, 전술한 바와 같이 부착물이나 스케일과 강판 표면의 접착 계면에 메가 소닉 초음파가 도달하기 어려워져, 충분한 세정 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 전술한 이유에 의해 세정액에 의한 발신기 등의 부식 이 일어나기 쉽다.

한편, 각도(θ)가 80°를 넘으면 세정액의 비산은 피할 수 있지만, 강판 표면으로 효과적으로 초음파 진동이 조사되지 않아(초음파 조사 밀도가 지나치게 낮아짐), 충분한 세정 효과가 얻어지지 않는다.

상기 각도(θ)는 고정이라도 좋고, 상기 각도 범위 내 혹은 상기 각도 범위 밖을 포함하여 가변시켜도 좋다. 바람직한 각도 범위로서는, 10°내지 80°의 범위가 경제적, 효율적, 실용적으로 바람직하다.

이와 같이 세정액의 공급 각도를 주행 방향과 역방향으로 기울임으로써, 강판에 대한 세정액의 강판 주행 방향 상대 속도가 저하되므로, 세정액의 비산이 저감된다.

또한, 비산해도 초음파 발진기나 케이블 등과는 반대 방향(강판 주행 방향)으로 비산하기 때문에, 이들 장치에 직접 닿지 않으므로, 초음파 발진기나 케이블 등의 부식을 억제할 수 있어, 설비 보전성이 현저하게 높아진다.

또한, 강판 표면에 충돌한 세정액은, 그대로 강판 표면 상을 강판 주행 방향으로 흐르기 때문에, 박리된 부착물이나 스케일이 체류하는 일 없이, 그대로 강판 주행 방향으로 배출된다.

종래와 같이, 강판에 대향하도록 세정액을 분사한 경우, 일단 박리된 부착물 등은 세정액의 기세로 바로 배출되지 않으므로, 고지향성으로 강력한 메가 소닉 초음파의 작용에 의해, 다시 강재 표면에 압입해 버릴 가능성이 있다.

따라서, 본 발명에 의해 부착물 등의 세정 성능을 높일 수 있다.

세정액의 공급량은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 강판 단위 면적당 0.3L/㎡ 내지 200L/㎡이다. 0.3L/㎡ 미만에서는, 초음파가 전달되지 않는 등의 문제가 발생하여, 충분한 세정 효과를 발휘할 수 없는 경우가 있다.

한편, 200L/㎡를 넘으면 세정 효과가 높아지지만, 다량의 세정액이 필요해지므로 경제적이지 않은 경우가 있다. 세정액의 공급량은, 더욱 바람직하게는 1L/㎡ 내지 100L/㎡이다. 예를 들어, 100m/min의 속도로 주행 중인 강판에 1m 폭으로 세정액을 공급하고, 세정액의 공급량을 1L/㎡로 한 경우는, 세정액의 토출량은 100L/min이 된다.

도 5 및 도 6에서는, 메가 소닉 초음파를 가한 세정액의 공급이 한쪽 면 혹은 양면에서 1단이지만, 강판의 주행 방향으로 공급부를 복수로 하여 다단으로 공급해도 좋다.

또한, 각 단에 있어서, 세정액의 종류를 바꾸는 것도 가능하다. 예를 들어, 1 내지 n단째를 산세 용액으로 하고, 그 후의 최종 단 (n+1), n+1 내지 n+2단, 또는 n+1 내지 n+3단을 린스 용액으로 할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 초음파의 주파수는, 0.8㎒ 내지 3㎒이다. 상기 주파수대에서는, 울트라 소닉 초음파와는 달리, 세정액 중의 분자나 이온의 회합을 해제하여, 각각의 분자나 이온의 운동을 보다 활발하게 할 수 있다.

그 결과, 강판 표면의 오염물의 분해나 강하게 부착된 이물질과 강판 표면과의 계면에 강하게 작용하여, 세정 효과가 향상된다.

탈 스케일에 대해서도 효과적이며, 다음과 같이 생각할 수 있다. 제조 공정 의 분위기, 열처리 온도, 강재에 포함되는 첨가 원소 및 불순물에 의해 변화되지만, 크게 구별하면 산화 스케일에는 3종류가 있다.

구체적으로는 FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄이고, 강재 표면에는 산화 스케일의 주성분이며 또한 산세 용액으로의 용해 속도가 느린 마그네타이트(Fe₃O₄), 산세 용액으로의 용해 속도가 매우 느린 헤마타이트(Fe₂O₃)가 존재하고 있다.

본 발명의 0.8㎒ 내지 3㎒의 주파수의 메가 소닉 초음파를 이용함으로써, 산화 스케일에의 산세 용액 중의 용해할 수 있는 성분을 활성화하여, 효율적으로 산화 스케일과 반응시킬 수 있다.

또한, 상기 초음파를 이용함으로써, 피세정물 혹은 피에칭물에 음압(音壓)에 의해, 국부적으로 압력을 가하는 것이 가능해진다. 이에 의해 피세정물, 피에칭물을 기계적으로 파괴하는 것도 가능하고, 그 결과 산화 스케일의 용해 속도가 향상된다.

초음파의 주파수는, 0.8㎒ 미만에서는 상기 세정이나 탈 스케일에 의해 종래 이상의 충분한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 3㎒를 넘으면 피세정물에 손상을 부여하여, 평활한 표면이 얻어지지 않게 된다. 초음파의 주파수로서는 0.8 내지 1.5㎒의 주파수가 보다 바람직하다.

본 발명의 메가 소닉 초음파의 인가는, 연속이라도 좋고, 간헐이라도 좋다. 또한, 본 발명의 범위의 주파수 내에서 복수의 주파수의 초음파를 조합하여 사용해도 좋다. 또한, 종래의 울트라 소닉 초음파와 본 발명의 메가 소닉 초음파를 병용 해도 좋다.

본 발명의 세정액은, 강판의 세정에 사용되는 종래의 세정액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 산성 용액, 알칼리성 용액, 또는 중성 용액 등의 세정액이 있다. 산성 용액은, 산세 용액으로서, 염산 용액, 황산 용액, 불산 용액(불화수소산) 혹은 이들 용액의 질산, 아세트산, 포름산 등이 포함되는 용액이다.

산세 용액은, 일반적인 강판의 세정에 사용되는 것 외에, 열연 강판의 산화 스케일의 제거에 사용된다. 알칼리성 용액은, 예를 들어 가성 소다(NaOH)나 가성 칼륨(KOH) 등을 포함하는 용액이며, 강판의 탈지 등의 세정에 사용된다.

또한, 중성 용액은, 예를 들어 상기 산 세정이나 알칼리 세정 후의 린스로서 사용된다. 세정액의 온도는, 특별히 한정되지 않지만, 세정 효율이나 온도 관리 등의 이유에서 상온으로부터 80℃인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 세정부에 있어서의 강판 주행 속도는, 300m/min 이하가 바람직하다. 300m/min을 넘으면, 단위 시간당 초음파 조사 시간이 짧아져, 충분한 세정 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 상기 주행 속도는, 특히 바람직하게는 20m/min 내지 100m/min이다. 20m/min 미만에서는 생산 효율이 저하되는 경우가 있다.

통판(通板) 속도가 느린 경우(50m/min 이하)는 액 표면의 흐름을 가속하는 효과도 있으므로, 각도(θ)를 1 내지 29°로 하면 바람직하다. 한편, 통판 속도가 빠른 경우(200m/min 이상)는 각도(θ)를 46 내지 70°로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에서는, 강판의 종류에 상관없이, 박판으로부터 후판까지, 또한 5㎛로부터 800㎛의 스테인리스 박의 세정에도 유효하다. 특히 종래 산화 스케 일을 제거하기 힘든 강판종인 Ti, Nb, Si가 첨가된 강판에 있어서도 유효하다.

메가 소닉 초음파의 출력으로서는, 큰 쪽이 효과적이지만, 설비적인 부가 등이 있으므로, 강판의 제조 공정에 맞추어 설계하는 것이 가능하다. 거대한 설비를 제작함으로써 대응하는 것도 가능하지만, 복수의 초음파를 병렬로 설치함으로써도 동일한 효과를 발휘할 수 있다.

본 발명의 세정액의 분사 방식은 특별히 상관없지만, 샤워 방식 또는 커튼 플로우 방식이 일반적이다. 샤워 방식은, 직경이 약 10㎜ 내지 수 10 ㎜ 정도의 크기의 구멍 직경을 갖고, 그 구멍 부분으로부터 세정액을 분사하는 타입의 방식을 의미한다.

또한, 커튼 플로우 방식은, 약 수 ㎜ 내지 수 ㎝의 폭을 갖는 슬릿을 갖고, 그 부분으로부터 세정액이 띠 형상으로 분사하는 방식을 의미한다.

본 발명의 강판의 연속 세정 장치는, 적어도 언코일러(15), 세정부(19) 및 권취기(24)를 구비하고 있고, 상기 세정부가 0.8㎒ 내지 3㎒의 주파수인 초음파를 가한 세정액을 샤워 방식 또는 커튼 플로우 방식으로 강판의 표면에 공급하는 것이며, 상기 세정액의 공급 각도를 강판 표면과 직각인 선에 대해 1 내지 80°로 주행 방향과는 반대로 기울이고 있다.

상기 강판의 연속 세정 장치에, 입구측 루퍼(17), 출구측 루퍼(22), 전단기(shear), 용접기(16), 텐션 레벨러(18), 도유기(23 ; 塗油機), 세정액 수용 용기(20) 등을 더 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 세정부가, 산세 또는 알칼리 세정인 경우는, 그 후에 린스조(21)를 구비할 수도 있다. 나아가서는, 산세조 또 는 알칼리 세정조와 병용할 수도 있다.

도 7과 도 8에, 본 발명의 강판의 연속 세정 장치의 예를 도시한다. 도 7은 강판이 수평으로 주행하는 경우의 세정 장치예이며, 강판의 양면을 세정하기 위해 세정부(메가 소닉 초음파를 가한 세정액의 공급부)(19)를 2군데에 설치하고 있다.

도 8은 강판이 수직으로 주행하는 경우의 세정 장치예이며, 강판의 양면을 세정하기 위해 양면으로부터 메가 소닉 초음파를 가한 세정액을 공급할 수 있도록 되어 있다. 양 장치예의 린스는, 린스조(21)로 하고 있지만, 세정부(19)와 마찬가지로 하여 린스 용액을 공급하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 세정부(19)의 상세를 도시한 도 4의 메가 소닉 초음파의 발진기가 수납된 공동부(10)에, 건조 공기, 또는 질소, 아르곤, 헬륨, 혹은 탄산 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 좋다. 상기 가스를 흘림으로써, 세정액 미스트나 HCl 기체 등의 부식물의 진입을 억제할 수 있어, 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 전혀 제한되는 것이 아니다.

(제1 실시예)

세정하는 강재는, 스테인리스 강판을 이용하였다. 이물질 제거 평가를 실시하기 위해, 강판 표면에 니혼 고오세이 고무(JSR)제의 폴리스티렌 라텍스(PSL) 표준 입자(0.1㎛, 0.35㎛, 0.5㎛, 1㎛, 2㎛)를 도포하고, 건조시켜 모의 입자가 부착된 강판으로 하였다. 이들 강판을 이용하여, 부착 입자의 제거 평가를 실시하였다.

도 3 및 도 4에 도시한 초음파를 가할 수 있는 세정액의 공급부를 사용하여, 도 5에 도시한 바와 같이 세정액을, 80m/min의 속도로 주행하는 강판의 표면에 공급하여, 각종 액 세정액으로 초음파 주파수와 도 5의 공급 각도(θ)를 변화시킨 각 조건에서의 세정 효과를 조사하였다.

상기 세정액은, 1m 폭의 샤워 방식으로 공급하고, 토출량을 100L/min으로, 세정액 공급량을 1.25L/㎡로 하였다. 표 1에, 초음파의 주파수, 세정액의 공급 각도(θ) 및 세정 효과를 나타내고 있다. 단, 표 1의 실시예 1-28 내지 30은, 커튼 플로우 방식으로 상기와 동일 조건에서 행하였다.

세정 용액은, 산세 용액, 알칼리 세정 용액 및 린스액을 각각 사용하였다. 산세 용액은, 다음과 같이 조제하였다.

HCl계는 5질량％의 HCl 수용액으로 하고, FeCl₂와 FeCl₃을 각각 0.1질량％ 첨가하였다. H₂SO₄계는 5질량％ H₂SO₄ 수용액으로 하고, FeCl₂와 FeCl₃을 각각 0.1질량％ 첨가하였다.

알칼리 세정 용액은 전형적인 알칼리인, NaOH계(가성 소다)로 하고, 1wt％의 Na0H 수용액에서, Fe 이온을 0.1질량％ 공존시켰다. 린스액은 상기 산이나 알칼리를 첨가하고 있지 않은 순수(純水)를 사용하였다.

또한, 산세 용액의 경우, 액의 온도는 60℃로부터 90℃가 되도록 가온, 유지하고, 알칼리 세정 용액과 린스액은 상온 내지 40℃의 사이에서 유지하여 실시하였다.

평가 방법으로서는, 강판의 표면에 10000럭스 정도의 강한 광(집광등이라 칭함)을 조사하여, 입자의 상태를 스케치하고, 세정 후, 집광등 조사 조건하에서 잔류 입자의 스케치를 실시하였다. 그 제거율을 산출하여, 표면의 입자의 제거율을 평가하였다.

표 1의 세정 효과는, 어떠한 경우도 초음파를 조사하지 않는 시료를 준비하고, 표 1의 각종 조건하에서 제거율의 평가를 행한 시료와의 비교에 의해 판정하였다. 제거의 향상 비율이 30％ 미만인 경우를 ×, 30％ 이상 40％ 미만인 경우를 △, 40％ 이상 60％ 미만을 ○, 60％ 이상을 ◎라 표기하였다. 모의 입자 제거 후의 시료의 일부에 관하여, 제거 부분을 광학 현미경이나 주사형 전자 현미경으로 잔류 입자의 상태를 관찰하여 확인하였다. 그 결과, 0.2㎛ 이상의 입자는 관찰되지 않았다.

※1 : 마이너스 표시의 각도는, 강판 주행 방향으로의 경사를 나타낸다.

실시예 1-1 내지 1-18에 나타내고 있는 바와 같이, 산성 및 알칼리성의 세정 용액에서, 0.8 내지 3㎒의 주파수의 초음파 진동을 가한 세정액을, 공급 각도(θ)가 1 내지 80°로 공급함으로써 높은 세정 효과를 나타냈다.

실시예 1-19 내지 1-20에 나타내고 있는 바와 같이 린스액에서도, 충분한 세정 효과가 얻어졌다. 실시예 1-28 내지 1-30에 나타내고 있는 바와 같이, 커튼 플로우 방식에서도 각각 충분한 세정 효과가 얻어졌다.

한편, 비교예 1-21 내지 1-22의 초음파 주파수가 낮은 경우는, 충분한 세정 효과가 얻어지지 않았다. 비교예 1-27의 초음파 주파수가 지나치게 높으면, 폴리스티렌 라텍스 입자를 완전히 제거할 수 있지만, 기재 스테인리스 강판의 표면의 에칭이 심해져 평탄한 표면이 얻어지지 않았다.

비교예 1-25의 초음파 진동을 가한 세정액을, 강판에 대해 수직(θ = 0°)으로 공급하면 충분한 세정 효과가 얻어지지 않는 동시에, 세정액의 비산 액적이 세정액 공급부(초음파 발진기)에 부착되었다.

비교예 1-26의 초음파 진동을 가한 세정액의 공급 각도(θ)가 지나치게 크면, 충분한 세정 효과가 얻어지지 않았다.

비교예 1-31에, 세정액 공급부를 강판 주행 방향측으로 경사시킨 결과를 나타낸다. 세정 효과가 악화될 뿐만 아니라, 발신기나 케이블 등으로의 세정액의 부착이 있어, 부식이 진행되고 있는 것이 확인되었다.

(제2 실시예)

강재로서, 산화 스케일 용해 속도가 느린 열연판을 선택하여 이용하였다. 강재는, C:0.002, Si:0.006, Mn:0.13, S:0.01, Nb:0.02, Ti:0.02wt％로, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판이다.

도 3 및 도 4에 도시한 초음파를 가할 수 있는 세정액의 공급부를 사용하여, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 세정액을 5 내지 310m/min의 속도로 주행하는 강판의 표면에 공급하여, 초음파 주파수와 도 6의 공급 각도(θ)를 표 2의 범위에서 변화시켜 탈 스케일 효과를 조사하였다. 상기 세정액은 1m 폭의 샤워 방식으로 공급하고, 토출량 및 세정액 공급량은 표 2에 나타낸 바와 같이 행하였다.

상기 세정액은 샤워 방식으로 공급하였다. 산세 용액으로서, HCl계와 H₂SO₄계를 사용하였다. HCl계는 8질량％의 HCl 수용액이며, FeCl₂와 FeCl₃을 각각 0.2질량％ 첨가하였다. H₂SO₄계는 10질량％ H₂SO₄수용액이며, FeCl₂와 FeCl₃을 각각 0.2질량％ 첨가하였다. 세정액의 온도는 70℃(±10℃)가 되도록 가온하였다.

평가 방법으로서는, 미리 강판의 질량을 측정하여, 표 2의 조건에서 소정의 세정 처리를 행하고, 그 후, 린스, 건조를 행하고, 다시 질량 측정을 행하여, 에칭량을 산출하였다.

평가는, 표면의 스케일의 용해 속도로부터 판별하였다. 어떠한 경우도 표 2에 있어서 초음파를 조사하지 않는 시료를 각각 준비하고, 표 2의 각종 조건하에서 각각 평가를 행한 시료와의 비교에 의해 판정하였다. 상기 용해 속도의 향상 비율이, 10％ 미만인 경우를 ×, 10％ 이상, 20％ 미만인 경우를 △, 20％ 이상, 30％ 미만을 ○, 30％ 이상을 ◎라 표기하고, 세정 효과를 판단하였다.

표 2에 결과를 나타낸다.

본 발명의 실시예 No.2-1 내지 2-25의 초음파 주파수가 0.8 내지 3㎒의 범위이고, 세정액의 공급 각도(θ)가 1 내지 80에 있어서는 산세 속도가 커지고, 그 결과 세정 효과가 커졌다.

또한, 산세 후의 강재의 표면 품질이 손상되는 상황은 확인되지 않았다. 특히, 세정액의 공급량이 0.3L/㎡ 이상에서 세정 효과가 보다 커졌다.

또한, 초음파를 공급한 세정액을 2단으로 공급하면 세정 효과는 높아, 보다 효율적으로 되었다.

이에 대해, 비교예 No.2-26 내지 2-28의 초음파 주파수가 낮은 경우는, 산화 스케일의 용해 속도가 느려, 여기저기에, 산화 스케일을 완전히 제거할 수 없거나, 얼룩이 발생하거나 하였다.

비교예 1-31의 초음파 주파수가 지나치게 높으면, 산화 스케일을 완전히 제거할 수 있지만, 기재의 스테인리스 강판의 표면의 에칭이 심해져 평탄한 표면이 얻어지지 않았다.

또한, 비교예 No.2-29의 초음파 진동을 가한 세정액을, 강판에 대해 수직(θ = 0°)으로 공급하면 충분한 세정 효과가 얻어지지 않는 동시에, 세정액의 비산 액적이 세정액 공급부(초음파 발진기)에 부착되었다.

비교예 2-30의 초음파 진동을 가한 세정액의 공급 각도(θ)가 지나치게 크면, 충분한 세정 효과가 얻어지지 않았다.

비교예 2-32에, 세정액 공급부를 강판 주행 방향측으로 경사시킨 결과를 나타낸다. 세정 효과가 악화될 뿐만 아니라, 발신기나 케이블 등으로의 세정액의 부착이 있어, 부식이 진행되고 있는 것이 확인되었다.

(제3 실시예)

실시예 2-11과 동일한 방법으로, 초음파 발진기가 수납된 공동부[도 4의 공동부(10)], 건조 공기, 또는 질소를 흘려 100시간의 연속 산세를 행하였다. 그 후, 상기 공동부 내에 존재하는 염소, 혹은 부식 정도를 조사하였다. 세정 효과의 평가 방법은, 제2 실시예와 동일하다.

표 3에 그 결과를 나타낸다. 실시예 No.3-1 및 3-2에 나타내고 있는 바와 같이, 발신기부에 건조 공기나 질소를 흘림으로써, 염소 등의 부식물의 진입을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 강판의 세정 방법 및 강판의 연속 세정 장치에 따르면, 강판의 연속 세정에 메가 소닉 초음파를 적용해도, 장치의 부식을 억제할 수 있으므로 설비 보전성을 높일 수 있고, 또한 강판의 세정 효과 및 세정 속도를 향상시켜 세정 효율을 개선할 수 있는 동시에, 세정 후의 강판 표면의 청정성도 우수하다고 하는 현저한 작용 효과를 발휘한다. 또한, 열연 강판의 산화 스케일 제거에도 유효하고, 탈 스케일의 효율이 향상되고, 또한 탈 스케일 흔적이 없는 청정한 표면을 형성할 수 있다고 하는 매우 현저한 작용 효과를 발휘한다.

따라서, 본 발명은 철강 산업에 있어서 매우 이용 가능성이 높은 것이다.

Claims

주행하는 강판을 세정하는 방법이며, 주파수가 0.8㎒ 내지 3㎒인 초음파를 가한 세정액을, 강판 표면에 직각인 선에 대해 1 내지 80°주행 방향과는 역방향으로 경사시킨 각도로 강판 표면에 공급하는 것을 특징으로 하는, 강판의 세정 방법.
제1항에 있어서, 상기 세정액의 강판 표면으로의 공급이, 샤워 방식 또는 커튼 플로우 방식인 것을 특징으로 하는, 강판의 세정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세정액이 산세 용액인 것을 특징으로 하는, 강판의 세정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판이 열연 강판이고, 상기 세정액이 산세 용액이고, 열연 강판의 산화 스케일을 제거하는 것을 특징으로 하는, 강판의 세정 방법.
언코일러, 세정액 공급부 및 권취기를 적어도 구비한 강판의 연속 세정 장치이며, 상기 세정액 공급부는 적어도 세정액의 입구와, 초음파가 가해진 세정액을 샤워 방식 또는 커튼 플로우식으로 강판 표면과 직각인 선에 대해 1 내지 80°주행 방향과는 역방향으로 경사시킨 각도로 강판 표면에 공급하는 세정액 출구를 구비한 세정액의 저류부와, 상기 저류부의 세정액에 0.8 내지 3㎒의 주파수의 초음파를 가하는 초음파 발진기부를 갖는 것을 특징으로 하는, 강판의 연속 세정 장치.
제5항에 있어서, 상기 초음파의 발신기부에 건조 공기 또는 불활성 가스를 흘리는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는, 강판의 연속 세정 장치.