KR20100076829A - 산세 용액의 산농도 연속 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산세 탱크의 산세 용액의 산농도와 철분 이온 농도를 보다 정확히 실시간으로 연속적으로 측정할 수 있는 산농도 연속 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 산농도 연속 측정 장치는, 산세 탱크로부터 산세 용액을 공급받아 상기 산세 용액의 전기 전도도를 측정하는 전기전도도 센서; 상기 산세 용액에서의 초음파 속도를 측정하는 초음파 센서; 상기 산세 용액의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및 기지의 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2)를 갖는 표준용액에 대한 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 상기 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2) 데이터의 회귀분석을 통해 얻어지는 σ, v, t와 C1간의 회귀식과, σ, v, t와 C2 간의 회귀식을 이용하여, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 농도 산출부를 포함한다.
산세 공정, 산세 용액
Description
본 발명은 강판의 산세공정 중 산세 탱크에 담겨진 산세용액의 산농도 및 철분이온 농도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 산세 탱크로부터 흐르는 산세 용액을 초음파 속도, 전기전도도 및 온도를 동시에 측정하여 산세 용액의 산농도와 철분 이온 농도를 연속적으로 측정하는 산 농도 연속 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
산세 과정은, 열연강판 또는 냉연강판 표면에 존재하는 산화 스케일을 염산이나 황산 또는 질산 등으로 된 산세 용액을 강판 표면에 분무시켜 스케일을 제거하는 과정으로서, 산 농도가 다른 여러 개의 산세 탱크에 의한 산세 처리를 거치면서 연속으로 산세를 수행한다. 연속 산세과정은 각각의 산세 탱크의 산 농도 및 철분 이온의 농도에 따라 강판 표면의 스케일 제거 효율이 크게 영향을 주게 된다. 따라서 연속 산세 설비의 각 산세 탱크의 산 농도를 연속적으로 측정할 수 있는 방법이 요구된다.
종래기술의 산 농도 측정 방법은 산농도를 수동으로 측정하여 화학분석실에서 중화 적정방법으로 농도를 측정하고 있으나 산용액 샘플링 작업, 중화적정을 하기 위한 희석작업등의 시간으로 단시간에 분석이 어렵고, 연속적 측정 또는 온라인 측정이 불가능하다는 단점을 가지고 있다. 또한 샘플링 작업을 하루에 4번 정도 진행하므로 실질적으로 산세공정에서 산탱크의 산농도를 제어하는 것은 곤란한 상황이다.
또한 일본특허공개공보 제2000-313978호에서는 연속산세라인에 액체밀도, 전기전도를 측정하여 산농도를 연산하는 방법을 이용하여 산농도를 연속적으로 측정하고 있으나, 산용액 내부의 철분 이온의 함량에 따라 액체의 밀도, 전기 전도도에 달라지므로 측정 오차가 크게 발생되며 밀도를 측정하기 위한 차압 측정장치는 수시로 막히는 현상으로 고장에 의한 오차가 발생되며 내구성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 강판 제조공정 중 산세용액의 산농도와 철분 이온을 동시에 측정함에 있어서, 산세 탱크의 산세 용액에 대해 초음파 속도, 온도, 전기전도도를 동시에 측정하여 연산을 통하여 산세 용액의 산농도와 철분이온을 보다 정확히 온라인으로 연속적으로 측정할 수 있는 산농도 연속 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 산농도 연속 측정 장치는, 산세 탱크로부터 산세 용액을 공급받아 상기 산세 용액의 전기 전도도를 측정하는 전기전도도 센서; 상기 산세 용액에서의 초음파 속도를 측정하는 초음파 센서; 상기 산세 용액의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및 기지의 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2)를 갖는 표준용액에 대한 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 상기 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2) 데이터의 회귀분석을 통해 얻어지는 σ, v, t와 C1간의 회귀식과, σ, v, t와 C2 간의 회귀식을 이용하여, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 농도 산출부를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 농도 산출부는, 하기의 수학식 1로 표시 되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 산농도(C1) 간의 회귀식을 이용하고, 하기의 수학식 2로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 철분 이온 농도(C2) 간의 회귀식을 이용하여, 상기 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부에 의해 측정된 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 값으로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
C1 = a1 + a2×σ + a3×σ2 + a4×t + a5×t2 + a6×t3 + a7×v + a8×v2 + a9×v3 + a10×t×v
a1 ~ a10은 표준용액(기지의 농도를 갖는 산용액)의 산농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수임.
[수학식 2]
C2 = b1 + b2×σ + b3×σ2 + b4×t + b5×t2 + b6×t3 + b7×v + b8×v2 + b9×v3 + b10×t×v
b1 ~ b10은 표준용액(기지의 농도를 갖는 산용액)의 철분 이온 농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되 는 상수임.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 산농도 연속 측정 장치는, 상기 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부 전단에 배치되어 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 내부 슬러리를 제거하기 위한 자기 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 초음파 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부 전단에 배치되어 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 온도를 일정하게 하기 위한 온도 조절 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 초음파 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부 전단에 배치되어 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액 내의 침전물을 침전시키기 위한 침전조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 산농도 연속 측정 방법은, 산세 탱크로부터 산세 용액을 공급받아 상기 산세 용액의 전기 전도도를 측정하는 단계; 상기 산세 용액에서의 초음파 속도를 측정하는 단계; 상기 산세 용액의 온도를 측정하는 단계; 및 기지의 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2)를 갖는 표준용액에 대한 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 상기 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2) 데이터의 회귀분석을 통해 얻어지는 σ, v, t와 C1간의 회귀식과, σ, v 및 t와 C2 간 의 회귀식을 이용하여, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 농도 산출 단계에서, 하기의 수학식 1로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 산농도(C1) 간의 회귀식을 이용하고, 하기의 수학식 2로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 철분 이온 농도(C2) 간의 회귀식을 이용하여, 상기 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부에 의해 측정된 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 값으로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
C1 = a1 + a2×σ + a3×σ2 + a4×t + a5×t2 + a6×t3 + a7×v + a8×v2 + a9×v3 + a10×t×v
a1 ~ a10은 표준용액(기지의 농도를 갖는 산용액)의 산농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수임.
[수학식 2]
C2 = b1 + b2×σ + b3×σ2 + b4×t + b5×t2 + b6×t3 + b7×v + b8×v2 + b9× v3 + b10×t×v
b1 ~ b10은 표준용액(기지의 농도를 갖는 산용액)의 철분 이온 농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수임.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 산농도 연속 측정 방법은, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하기 전에 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 내부 슬러리를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하기 전에, 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 온도를 일정하게 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하기 전에, 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액 내의 침전물을 침전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열연강판, 냉연강판 등의 강판 소재에 대한 산세 공정에 서 산세 용액의 산농도와 철분 이온 농도를 실시간으로 연속하여 측정할 수 있으며, 이를 통해 산농도 및 철분 이온 농도 제어가 용이하게 된다. 따라서, 산세 품질 및 조업 안정화에 기여하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 산농도 연속 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 산세 과정은 예를 들어 열연강판(2)이 산세 라인으로 들어오면 산세용액 탱크(1)에서 공급된 산성의 산세용액이 파이프(4)를 통해 흘러가서 산세용액 분사 노즐(3)에 의해 열연강판(2) 표면 상으로 분사되어 열연강판(2)에 스케일을 연속적으로 제거하게 된다.
도 1을 참조하면, 산세 용액을 공급하는 파이프(4)에서 지관을 따서 일부 산세용액을 산농도 연속 측정 장치(10)로 이송시킨다. 산농도 연속 측정 장치(10)는, 산세 탱크(1)로부터 지관을 통해 산세 용액을 공급받아 산세용액의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 센서(8), 산세용액에서의 초음파 속도를 측정하는 초음파 센서(9), 산세 용액의 온도를 측정하는 온도 센서 또는 온도계와 같은 온도 측정부(11)를 포함한다. 또한 산농도 연속 측정 장치(10)는 전기전도도 센서(8), 초음파 센서(9) 및 온도 측정부(11)에서 측정된 산세용액의 전기전도도, 초음파 속도, 온도 측정치로부터 산세용액의 산농도와 철분 이온 농도를 산출하는 농도 산출부(13)를 구비한다.
부가적으로, 지관에서 흐르는 산세용액은 상기 각 센서 및 측정부(8, 9, 11)에서 측정되기 전에 슬러리를 제거하기 위해 자기 필터(5)를 사용하여 걸러줄 수 있다. 또한 자기 필터(5)를 거친 후 산세용액의 온도를 일정하게 만들기 위해 온도 조절장치(6)가 더 설치될 수 있다. 일정한 온도의 산세 용액은 필터겸 침전조(7)로 보내서 산세 용액 내의 침전물을 2차로 침전시킬 수 있다. 그리고 나서, 전기전도도 센서(8), 초음파 센서(9) 및 온도 측정부(11)에서 산세용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하여 산세용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치를 얻는다. 이 측정치 데이터는 농도 산출부(13)로 보내어지고, 농도 산출부(13)는 수신된 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 회귀분석에 의한 회귀식을 적용하여 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출한다.
산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 방법은, 먼저, 기지의 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2)를 갖는 산세 용액(표준 용액)의 온도(t)에 따른 초음파 속 도(v) 및 전기전도도(σ)의 측정 데이터들을 수집하여 데이터베이스를 구축하고, 회귀분석을 통해 온도(t) 및 초음파 속도(v)에 관한 3차식인 아래의 수학식 1 및 2와 같이 표현되는 σ, v, t와 C1간의 회귀식과, σ, v, t와 C2 간의 회귀식을 얻는다. 상기 센서 및 측정부(8, 9, 11)의 전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 아래의 회귀식을 이용하여(즉, 측정치를 아래의 회귀식에 대입) 산세용액의 산농도와 철분 이온 농도를 측정하게 된다.
위 수학식 1 및 2에 있어서, a1 ~ a10은 표준용액(회귀분석을 위해 사용되는 산세용액으로서 그 농도가 이미 기지됨)의 산농도와 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수이고, b1 ~ b10은 표준 용액의 철분 이온 농도와 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수이다.
상술한 산농도 연속 측정 장치 및 산농도 연속 측정 방법을 사용하여, 염산 질산, 황산 등의 여러 종류의 산의 산농도 및 철분 이온 농도를 실기간으로 연속하여 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산농도 연속 측정 장치 및 방법을 사용하여 실시간으로 측정한 산세용액의 산농도 측정치(세로축)와, 분석실에서 샘플링하여 정밀하게 측정한 실제 산농도(가로축)를 보여주는 그래프이다. 도 2에서 산농도(염산 농도)는 160 ~ 190 g/l 영역에서 선형적인 관계를 보이고 있으며, 측정 정밀도는 ±5 g/l로서 정밀도가 우수한 측정치를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산농도 연속 측정 장치 및 방법을 사용하여 실기간으로 측정한 산세용액의 철분 이온 농도 측정치(세로축)와, 분석실에서 샘플링하여 정밀하게 측정한 실제 철분 이온 농도(가로축)를 보여주는 그래프이다. 도 3에서 철분 이온 농도는 15 ~ 40 g/l 영역에서 측정 정밀도는 ±2 g/l 정도로 철분이온 측정이 가능하다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 산농도 연속 측정 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 측정된 산세용액의 산농도 측정치를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 측정된 산세용액의 철분 이온 농도 측정치를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 산세 탱크 2: 열연강판
3: 산세 용액 분사 노즐 4: 산세 용액 공급 파이프
5: 자기 필터 6: 온도 조절장치
7: 필터겸 침전조 8: 전기전도도 센서
9: 초음파 센서 10: 산농도 연속 측정 장치
11: 온도 측정부 13: 농도 산출부
Claims (10)
- 산세 탱크로부터 산세 용액을 공급받아 상기 산세 용액의 전기 전도도를 측정하는 전기전도도 센서;상기 산세 용액에서의 초음파 속도를 측정하는 초음파 센서;상기 산세 용액의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및기지의 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2)를 갖는 표준용액에 대한 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 상기 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2) 데이터의 회귀분석을 통해 얻어지는 σ, v, t와 C1간의 회귀식과, σ, v 및 t와 C2 간의 회귀식을 이용하여, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 농도 산출부;를 포함하는 산농도 연속 측정 장치.
- 제1항에 있어서,상기 농도 산출부는, 하기의 수학식 1로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 산농도(C1) 간의 회귀식을 이용하고, 하기의 수학식 2로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 철분 이온 농도(C2) 간의 회귀식을 이용하여, 상기 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부에 의해 측정된 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 값으로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 장치.[수학식 1]C1 = a1 + a2×σ + a3×σ2 + a4×t + a5×t2 + a6×t3 + a7×v + a8×v2 + a9×v3 + a10×t×v[수학식 2]C2 = b1 + b2×σ + b3×σ2 + b4×t + b5×t2 + b6×t3 + b7×v + b8×v2 + b9×v3 + b10×t×v상기 수학식 1에서 a1 ~ a10은 표준용액의 산농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수이고, 상기 수학식 2에서 b1 ~ b10은 표준용액의 철분 이온 농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수임.
- 제1항에 있어서,상기 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부 전단에 배치되어 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 내부 슬러리를 제거하기 위한 자기 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 장치.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부 전단에 배치되어 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 온도를 일정하게 하기 위한 온도 조절 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 장치.
- 제1 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 초음파 전기전도도 센서, 초음파 센서 및 온도 측정부 전단에 배치되어 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액 내의 침전물을 침전시키기 위한 침전조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 장치.
- 산세 탱크로부터 산세 용액을 공급받아 상기 산세 용액의 전기 전도도를 측정하는 단계;상기 산세 용액에서의 초음파 속도를 측정하는 단계;상기 산세 용액의 온도를 측정하는 단계; 및기지의 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2)를 갖는 표준용액에 대한 전기전도 도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 상기 산농도(C1) 및 철분 이온 농도(C2) 데이터의 회귀분석을 통해 얻어지는 σ, v, t와 C1간의 회귀식과, σ, v 및 t와 C2 간의 회귀식을 이용하여, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 단계를 포함하는 산농도 연속 측정 방법.
- 제6항에 있어서,상기 산농도 및 철분 이온 농도 산출 단계에서, 하기의 수학식 1로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 산농도(C1) 간의 회귀식을 이용하고, 하기의 수학식 2로 표시되는 전기전도도(σ), 초음파 속도(v) 및 온도(t)와, 철분 이온 농도(C2) 간의 회귀식을 이용하여, 상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도 측정치로부터, 상기 산세 용액의 산농도 및 철분 이온 농도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 방법.[수학식 1]C1 = a1 + a2×σ + a3×σ2 + a4×t + a5×t2 + a6×t3 + a7×v + a8×v2 + a9×v3 + a10×t×v[수학식 2]C2 = b1 + b2×σ + b3×σ2 + b4×t + b5×t2 + b6×t3 + b7×v + b8×v2 + b9×v3 + b10×t×v상기 수학식 1에서 a1 ~ a10은 표준용액의 산농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수이고, 상기 수학식 2에서 b1 ~ b10은 표준용액의 철분 이온 농도와 상기 표준용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도값 데이터의 회귀분석에 의해 결정되는 상수임.
- 제6항에 있어서,상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하기 전에 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 내부 슬러리를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 방법.
- 제6항에 있어서,상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하기 전에, 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액의 온도를 일정하게 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 방법.
- 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 산세 용액의 전기전도도, 초음파 속도 및 온도를 측정하기 전에, 상기 산세 탱크로부터 공급받은 산세 용액 내의 침전물을 침전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산농도 연속 측정 방법.
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