KR20190075655A - 열연강판 냉각용 조성물 및 이를 이용한 열연 강판의 냉각 방법 - Google Patents

열연강판 냉각용 조성물 및 이를 이용한 열연 강판의 냉각 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열연강판 냉각용 조성물 및 이를 이용한 열연 강판의 냉각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인산에스테르계 화합물 0.1 내지 3 중량%, C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물 6 내지 10중량%, EDTA 1 내지 5 중량% 및 잔부의 물을 포함하는, 열연강판 냉각용 조성물; 및 상기 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계를 포함하는 열연 강판의 냉각 방법에 관한 것이다.

Description

열연강판 냉각용 조성물 및 이를 이용한 열연 강판의 냉각 방법{cooling water for hot rolled steel sheet and method for cooling hot rolled steel sheet using the same}
본 발명은 열연 강판 냉각용 조성물 및 이를 이용한 열연 강판의 냉각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열연공정에서 코일형태로 권취된 열연강판이 보다 짧은 시간에 낮은 온도에 도달할 수 있도록 냉각수를 코일에 분사하거나 코일을 냉각수에 침적시키는 강제냉각 방법에 있어서, 강판의 스케일층에 녹(rust)이 발생하는 현상을 억제하기 위한 냉각용 조성물 및 이를 이용한 열연 강판의 냉각 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열연공정은 슬라브를 열간압연 하기에 적합한 온도로 가열하여 고객사 혹은 후공정에서 요구되는 폭 및 두께의 형상을 가진 코일로 만드는 공정을 말한다. 이러한 열연공정에는 가열, 조압연, 사상압연, 냉각 및 권취 과정이 있으며, 각 과정의 조업 조건에 따라 강판의 강도, 인성 및 석출물 등의 특성이 변하게 된다.
이러한 제조과정을 거친 열연코일의 표면에는 위스타이트(wustite), 마그네타이트(magnetite) 및 헤마타이트(hematite) 성분으로 구성된 스케일 층이 많게는 수십 마이크로미터(㎛) 두께까지 형성된다. 또한 열연코일은 권취 후에도 온도가 대략 600℃ 정도로 높기 때문에 후공정인 냉연공정에서 곧바로 조업이 불가능하며, 통상 공기 중에서 수일간 방치하여 충분히 냉각시키는 기간이 필요하다. 이로 인해 강판이 공기와 접촉하는 시간이 길어짐에 따라 산세에 지장을 초래하는 헤마타이트 조성의 스케일이 증가하게 되고, 제품의 납기가 지연되는 문제를 유발하게 된다.
이를 해결하기 위한 방법으로 권취된 열연코일에 물을 직접 분사하거나 물로 채워진 구조물에 열연코일을 직접 침적하는 방법으로 코일의 냉각 시간을 단축하는 강제냉각법을 적용하는 경우가 증가하고 있으며, 예를 들어 한국 등록특허10-0136161B1에서는 냉연강판용 열연코일 냉각장치 및 냉각방법을 개시한다.
그런데 이런 방법은 냉각과정에서 강판과 스케일층이 필연적으로 수분 및 공기와 접촉하기 때문에 강판의 스케일층에 심한 녹(rust)이 발생하게 된다. 이로 인해 코일이 풀리면서 조업을 하게 되는 산세 라인 및 산세 도유 라인 같은 후공정에서는 녹 분진이 심하게 발생하여 작업환경이 저하될 뿐 아니라 각종 부품이나 센서류의 오작동 현상이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 열연강판이 보다 짧은 시간에 낮은 온도에 도달할 수 있도록 냉각수를 적용하는 강제냉각 방법에 있어서, 강판의 스케일층에 녹(rust)이 발생하는 현상을 억제할 수 있는 냉각수가 제공되는 관련 분야에서 널리 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 한 측면은 열연강판의 스케일층에 녹(rust)이 발생하는 현상을 억제할 수 있는 열연강판 냉각용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 열연강판 냉각용 조성물을 이용한 열연 강판의 냉각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 인산에스테르계 화합물 0.1 내지 3 중량%, C3-10 사이클로알킬 아민계 화합물 6 내지 10중량%, EDTA 1 내지 5 중량% 및 잔부의 물을 포함하는, 열연강판 냉각용 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계를 포함하는, 열연 강판의 냉각 방법이 제공된다.
열연코일의 강제냉각 시 냉각수로 물을 사용할 경우는 열연강판의 스케일층에 녹이 심하게 발생하나, 본 발명의 열연강판 냉각용 조성물을 이용하는 경우 열연강판의 스케일층에 녹 발생을 현저하게 억제하여 후공정의 작업환경을 개선시키는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 열연강판이 보다 짧은 시간에 낮은 온도에 도달할 수 있도록 냉각수를 코일에 분사하거나 코일을 냉각수에 침적시키는 강제냉각 방법에 있어서, 강판의 스케일층에 녹(rust)이 발생하는 현상을 억제할 수 있는 열연강판 냉각용 조성물이 제공된다.
본 발명의 열연강판 냉각용 조성물은 인산에스테르계 화합물 0.1 내지 3 중량%, C3-10사이클로알킬 아민계 화합물 6 내지 10중량%, EDTA 1 내지 5 중량% 및 잔부의 물을 포함하는 것이며, 바람직하게는 인산에스테르계 화합물 1 내지 3 중량%, C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물 7 내지 10중량%, EDTA 1.5 내지 5 중량% 및 잔부의 물을 포함하는 것이다.
본 발명의 열연강판 냉각용 조성물의 인산에스테르계 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 열연강판의 스케일층에 발생하는 녹을 억제하는 효과가 미미하고, 3 중량%를 초과하는 경우에는 함량 증가에 따른 효과가 포화되므로 공정경제상 바람직하지 않다.
본 발명의 열연강판 냉각용 조성물의 C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물이 6 중량% 미만인 경우에는 열연강판의 스케일층에 발생하는 녹을 억제하는 효과가 미미하고, 10 중량%를 초과할 경우에는 열연강판의 스케일층에 얼룩 형태로 흡착되어 후공정에서 산세를 행하여도 얼룩이 제거되지 않아서 표면 균일성을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 열연강판 냉각용 조성물의 EDTA가 1중량% 미만인 경우에는 열연강판의 스케일층에 발생하는 녹을 억제하는 효과가 미미하고, 5 중량%를 초과할 경우에는 첨가량이 과포화되어 용해되지 않은 성분들이 냉각수 순환 설비 등의 틈새 등을 중심으로 누적되기 시작해서 결국 순환 시스템에 장애를 유발하는 문제가 있다.
본 발명의 열연강판 냉각용 조성물에 있어서 상기 인산에스테르계 화합물은 비스페놀 A-비스(디페닐 포스페이트, 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트, 디메틸메틸 포스페이트, 테트라페닐 m-페닐렌 비스(포스페이트), 트리에틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상의 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 열연강판 냉각용 조성물에 있어서 상기 C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물은 하기 화학식(1)로 표현되는 사이클로헥실 아민계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있다.
(C6H11)xNyHzCnH2n + 1 ...화학식(1)
상기 식에서, x는 1 또는 2, y는 1 내지 4, z는 0 또는 1 내지 2의 정수, 그리고 n은 0 또는 1 내지 2의 정수이다.
보다 상세하게, 상기 사이클로알킬 아민계 화합물은 예를 들어 헥사메틸렌테트라아민, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, 메틸시클로헥실아민, 디메틸시클로헥실아민, 에틸시클로헥실아민 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 열연강판 냉각용 조성물의 pH는 7.5 내지 12의 범위인 것이 바람직하며, 상기 pH가 7.5 미만에서는 열연강판의 스케일층에 발생하는 녹을 억제하는 효과가 미미하고, pH가 12를 초과할 경우에는 스케일 성분 가운데 일부가 녹아내려 냉각수에 혼입됨으로써 냉각수의 안정성이 불안해지고 스케일층의 녹 발생을 억제하는 효과가 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상술한 본 발명의 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계를 포함하는 열연 강판의 냉각 방법이 제공된다. 예를 들어 열연공정에서 코일 형태로 권취된 열연강판이 보다 짧은 시간에 낮은 온도에 도달할 수 있도록 냉각수를 코일에 분사하거나 코일을 냉각수에 침적시키는 강제냉각 방법으로 구현될 수 있다.
보다 상세하게, 상기 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계는 침적및 스프레이로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법에 의해 수행될 수 있으나, 이러한 방식은 특히 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계는 1시간 내지 10 시간 동안 수행될 수 있으며, 예를 들어 2시간 내지 6시간 동안 수행될 수 있는 것으로, 열연강판이 충분히 냉각될 수 있는 시간이라면 특히 제한되는 것은 아니다.
나아가, 상기 열연 강판에 적용된 열연강판 냉각용 조성물 중 적어도 일부를 0 초과 내지 20 ℃ 이하의 온도로 냉각시켜 열연 강판에 재적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같이 냉각용 조성물의 온도를 제어하는 경우 냉각 효과가 향상될 수 있다.
본 발명에 의한 열연 강판의 냉각 방법은 특히 산세 공정 전에 수행되는 것이 바람직하며, 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용한 후 건조시키는 공정을 수행할 수 있다. 이때, 건조 공정을 수행하는 방식은 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 대기 중 상온에서 수일간, 예를 들어 1일 내지 5일 동안 자연 건조에 의해 수행될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 물을 이용하여 열연강판을 강제 냉각하는 과정에 있어서 강판의 스케일층에 발생하는 녹을 현저히 억제시켜 후공정에서 녹 분진의 발생을 저감시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 다양한 조성의 열연강판 냉각용 조성물을 이용한 강제냉각 실험
강제냉각 실험에 사용된 열연코일은 광양제철소 2열연 공장에서 제조된 열연강판을 사용하였으며, 상기 열연강판으로는 보다 상세하게 권취온도 670℃, 두께 3.0mm, 폭 1590mm, 중량 25톤, 재질 JS-SPGC급인 코일을 사용하였다. 다양한 조성의 열연강판 냉각용 조성물을 40m3가 들어있는 구조물에 담아 침적 냉각용 냉각수를 마련하였고, 상기 열연코일 두 개씩을 동시에 침적시켜 완전히 잠기도록 한 다음 5시간 동한 유지하였다.
이 과정에서 냉각 효과를 높이기 위해 상기 냉각수는 3m3/min 만큼 탱크에서 빠져 나와 20℃ 이하로 냉각된 후 다시 탱크로 되돌아 가는 순환 설비를 사용하였다. 이렇게 강제냉각 과정을 거친 열연코일을 대기 중에 3일간 방치한 다음 녹 발생율을 평가하였다.
본 실험에서 사용한 상기 열연코일 침적 냉각용 냉각수의 조성은 하기 표 1과 같으며, 표 1의 다양한 조건으로 각 조성물의 농도를 변화시키면서 실험하였다.
이때, 각 냉각수에 따른 상기 녹 발생율은 코일 외권부의 스케일층에서 발생한 녹을 대상으로 다음과 같은 기준으로 육안으로 평가하였다.
○: 녹 발생율 10% 이하
Δ: 녹 발생율 11~30%
X: 녹 발생율 30% 초과
상기의 조건과 평가 방법을 사용하여 본 발명의 열연코일 침적 냉각용 냉각수의 조성물에 대한 첨가 농도와 pH 영향을 함께 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다. 이때, pH는 가성소다를 첨가하여 조절하였다.
구 분 냉각수 조성, 중량% 녹발생율(%) 기타
트리에틸 포스페이트 헥사메틸렌테트라아민 EDTA pH
비교예 1 0.05 7 1.5 8.5 X -
발명예 1 0.1 7 1.5 8.5 Δ -
발명예 2 1 7 1.5 8.5 ○ -
발명예 3 3 7 1.5 8.5 ○ -
비교예 2 1 4 1.5 8.5 X -
발명예 4 1 6 1.5 8.5 Δ -
발명예 5 1 10 1.5 8.5 ○ -
비교예 3 1 12 1.5 8.5 ○ 얼룩 발생
비교예 4 1 7 0.5 8.5 X -
발명예 6 1 7 1 8.5 Δ -
발명예 7 1 7 5 8.5 ○ -
비교예 5 1 7 7 8.5 ○ 작업성 저하
비교예 6 1 7 1.5 7 X -
발명예 8 1 7 1.5 7.5 Δ -
발명예 9 1 7 1.5 12 ○ -
비교예 7 1 7 1.5 12.5 X 작업성 저하
비교예 8 0 0 0 7 X -
상기 표 1에 있어서, 비교예 3은 녹 발생율은 높지 않았으나 얼룩이 발생하였고, 한편, 비교예 5 및 7은 냉각수의 안정성이 불안하여 작업성이 현저하게 저하되는 문제가 발생하였는데, 특히 비교예 5는 용해도 이상으로 첨가되어 용액안정성이 저하되었고, 비교예 7은 냉각수 조성물과 스케일 성분이 반응하여 냉각수가 심하게 혼탁해지는 문제가 있었다.
상기 표 1을 통해서 알 수 있듯이, 열연코일 침적 냉각용 냉각수의 조성물은 인산에스테르계 화합물 0.1 내지 3중량%, 사이클로헥실아민계 화합물이 6 내지 10중량%, EDTA 1 내지 5중량% 및 나머지가 물로 구성되고, pH를 7.5 내지 12 범위로 제한 하는 경우 녹 발생율은 30% 이하로 제한할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 상기 발명예에서 명시된 본 발명의 조성물 대신 다른 조성물을 사용하는 경우, 예를 들어 사이클로알킬아민계가 아닌 일반 알킬아민계와 같은 조성물을 사용한 경우는 녹 발생을 억제하는 효과가 부족할 뿐아니라, 후공정인 산세 과정에서 산 용액에 의한 소지철의 침식을 보호하는 효과도 부족하여 본 발명의 조성물에서 제외하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (10)

  1. 인산에스테르계 화합물 0.1 내지 3 중량%, C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물 6 내지 10중량%, EDTA 1 내지 5 중량% 및 잔부의 물을 포함하는, 열연강판 냉각용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열연강판 냉각용 조성물은 인산에스테르계 화합물 1 내지 3 중량%, C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물 7 내지 10중량%, EDTA 1.5 내지 5 중량% 및 잔부의 물을 포함하는, 열연강판 냉각용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인산에스테르계 화합물은 비스페놀 A-비스(디페닐 포스페이트, 트리아릴 포스페이트 이소프로필레이트, 디메틸메틸 포스페이트, 테트라페닐 m-페닐렌 비스(포스페이트), 트리에틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1 종 이상의 화합물인, 열연강판 냉각용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 C3- 10사이클로알킬 아민계 화합물은 하기 화학식(1)로 표현되는 사이클로헥실 아민계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물인, 열연강판 냉각용 조성물.

    (C6H11)xNyHzCnH2n + 1 ...화학식(1)

    (상기 식에서, x는 1 또는 2, y는 1 내지 4, z는 0 또는 1 내지 2의 정수, 그리고 n은 0 또는 1 내지 2의 정수이다.)
  5. 제1항에 있어서, 상기 사이클로알킬 아민계 화합물은 헥사메틸렌테트라아민, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, 메틸시클로헥실아민, 디메틸시클로헥실아민 및 에틸시클로헥실아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인, 열연강판 냉각용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열연강판 냉각용 조성물의 pH는 7.5 내지 12의 범위인, 열연강판 냉각용 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계를 포함하는, 열연 강판의 냉각 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계는 침적 또는 스프레이로 수행되는, 열연 강판의 냉각 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 열연강판 냉각용 조성물을 열연 강판에 적용하는 단계는 1시간 내지 10 시간 동안 수행되는, 열연 강판의 냉각 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 열연 강판에 적용된 열연강판 냉각용 조성물 중 적어도 일부를 0 초과 내지 20 ℃ 이하의 온도로 냉각시켜 열연 강판에 재적용하는 단계를 추가로 포함하는, 열연 강판의 냉각 방법.
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