KR960005831B1

KR960005831B1 - Zn-Ni도금시 굴절롤상의 금속스러지 발생 억제방법 및 이에 사용되는 세척장치

Info

Publication number: KR960005831B1
Application number: KR1019930031668A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 손진군; 조은형
Original assignee: 포항종합제철주식회사; 김종진; 재단법인산업과학기술연구소; 신창식
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1996-05-01
Also published as: KR950018674A

Abstract

내용 없음.

Description

Zn-Ni도금시 굴절롤상의 금속스러지 발생 억제방법 및 이에 사용되는 세척장치

제 1 도는 금속스러지가 발생한 굴절롤을 나타내는 개략도.

제 2 도는 굴절롤상의 금속스러지 발생상태를 나타내는 도면.

제 3 도는 Zn-Ni 도금강판 제조설비의 개략 평면도.

제 4 도는 본 발명의 방법에 사용되는 세척장치의 일예에 관한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 금속성 스러지 B : 강판 통과부위

C : 도금액내 금속 1 : 전도롤

2 : 굴절롤 3 : 세척용기

4 : 도금조 5 : 양극

6 : 스프레이 7 : 강판

8 : 압착롤 9 : 연마블록

10 : 세척액 주입구 11 : 세척용기 세척액 배출구

12 : 스프레이 세척액 배출구 13 : 스프레이 장치

14 : 고무패드

본 발명은 Zn-Ni 도금시 굴절롤상의 금속스러지 발생억제 방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 Zn-Ni등의 도금강판을 제조하는 래디얼셀(raial cell)형의 도금공정에서 조업중 굴절롤상에 생성되는 Ni계 금속스러지의 발생을 억제하는 방법에 관한 것이다.

통상 Zn-Ni 도금작업시 굴절롤(Deflector roll)(2) 표면에는 제 1 도에 나타낸 바와 같이 강판이 통과하는 자리(B)에 롤과 강판 사이에서 Ni계 금속스러지(A)가 형성된다. 이와 같은 Ni계 금속스러지는 경도가 매우 높기 때문에 도금작업시, 강판표면에 전사되어 홈(Dent)이라는 결함이 발생하게 된다. 또한 제 3 도에 나타낸 바와 같은 래디얼셀(radial cello)형의 도금작업시 고속도금을 하기 위해서는 롤의 회전속도를 높여야 하는데 이때 강판(7)과 전도롤(1)의 압착력이 저하하게 되면 순간적인 통전불량으로 아아크 스포트라는 결합을 유발하게 된다. 따라서 아아크 스포트를 줄이기 위해서는 롤과 강판의 밀착성을 확보하여야만 하며 이에 따라 굴절롤(2)과 강판(7)사이에는 강한 마찰이 이루어진다. 이때 롤 위에 형성된 Ni계 금속 스러지는 강판위에 흠결함을 발생시킨다. 따라서 아아크 스포트 발생방지를 위하여 압하력(line tension)을 크게하면 홈 결함 발생률이 높아지는 결과를 초래한다. 즉, 굴절룰위에 형성되는 금속스러지는 홈(Dent), 아이크 스포트(arc spot) 등 전기도금의 가장 중요한 두가지 결함의 직간접적인 원인으로 작용한다. 따라서 조업중에 이와 같은 스러지 발생을 억제하는 것이 필요한다.

한편, Zn-Ni 작업을 종료하게 되면 순수 Zn 도금작업으로 조업변경이 이루어지는데 이때 굴절롤 표면에 생성된 금속스러지는 조업변경시에 반드시 제거가 되어야만 한다. Zn 도금시에는 도금층의 표면경도가 낮기 때문에 굴절롤 위에 형성된 Ni계 금속스러지는 흠결함이 직접적인 원인이 되기 때문이다. 따라서 종래에는 조업변경 시기에 롤 위에 생성되는 스러지를 제거하는 작업으로 인하여 막대한 노동력과 작업변경 시간지체, 롤 손상등 여러가지 문제를 일으켰다.

이같은 조업변경시에 롤 상에 생성된 스러지 제거하는 방법은 본 발명자의 한국 특허출원 93-23753에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 굴절롤에 발생하는 Ni계 금속스러지를 원칙적으로 생성되지 않도록 하는 금속슬러지 발생 억제방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면 Zn 및 Zn-Ni 도금을 하는 래디얼 셀형의 도금라인에서 Zn 조업후 Zn-Ni 조업전에 굴절롤 표면으로 염산으로 세척하여 굴절롤 표면의 금속입자를 제거하는 전처리단계; 및 Zn-Ni 조업시 금속입자 및 도금용액 유입방지 수단에 의해 굴절롤에 도금용액 및 Ni등 금속입자의 유입을 방지하는 단계;를 포함하여 구성되는 굴절롤 상의 금속 슬러지 발생 억제방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자는 굴절롤상의 Ni계 금속스러지 발생원인을 규명함으로서 그 발생을 근복적으로 방지하고자 연구한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

굴절롤 상에 생성되는 금속 스러지를 채취하여 성분을 분석한 결과 Ni과 Zn이 주성분이었다. 결정상을 엑스레이회절상으로 분석한 결과 금속 Ni이었으며 전자현미경 관찰결과 입도는 1~4천 ㎛에 이루기까지 다양하였다. 그러나, 자성분석을 한 결과 5emu/g으로서 순수한 Ni이 45emu/g을 나타내는 것을 고려하면 순수한 Ni 금속성분이 아님을 의미한다. 따라서 이를 열자기분석(Thermomagnetic analysis)을 수행하고 엑스레이 회절상으로 그 물질의 격자크기를 조사한 결과 Ni이 90% 이상 포함된 Ni-Zn 합금으로 판단되었다. 한편, 생성양상을 관찰한 결과 굴절롤상에서 제 1 도에 나타낸 것과 같이 균일하게 성장하는 것으로 나타남으로써 이의 생성원인이 전기화학적인 작용으로 성장하는 것으로 판단되었다. 그러나 현장에서 접지상태를 측정한 결과 접지상태는 양호하였으며 굴절롤(2)에는 원칙적으로 전기가 통하지 않게 설계되어 있다.

그러나 제 2 도에 나타낸 그림과 같은 원리를 도입하면 전기화학적인 요인의 작용이 가능하다. 이를 크게 두가지로 나누어 설명한다.

도금용액 : (Ni)

도금층 : (Zn)-Ni+Ni⁺²(도금용액)→Ni-(Zn)+Zn⁺²(1)

Zn 도금 : (Zn)

즉, 제 2 도에 나타낸 바와 같이 도금시 강판이 이동함에 따라 굴절롤에는 Ni이 포함된 도금용액이 유입된다. 또한 굴절롤에는 도금용액으로부터 Ni⁺²계 입자가 유입된다. 즉, 도금용액내에서 양극위에서 떨어져 나온 미세한 Ni계 금속입자가 미량존재하기 때문이다.이같이 도금용액으로부터(Ni) 입자가 유입되는 것 이외에도 굴절롤과 도금면의 마찰에 의하여 (Zn)-Ni 도금층이 굴절롤 위에서 이탈된다. 도한 Zn-Ni 도금을 하기 전에 순수(Zn) 도금을 하였기 때문에 굴절롤 위에는 미량의 Zn 도금층 입자가 축적되어 있게 된다. 이와 같이 강판을 따라 유입되는 Zn-Ni 도금액내의 Ni⁺²이온성분과 굴절롤 위에 축적되는 금속입자는 반응을 하게 된다.

즉, Zn 금속은 도금액의 Ni⁺²이온보다 전기화학적으로 비하기 때문에 무전해 치환반응(comentation reaction)이 진행되어 상기 (1)식과 같이 Ni이 석출하고 이에 따라 스러지는 Ni이 다량 함유된 채로 균일하게 성장된다.

둘째, 굴절롤 위에 축적되는 금속입자를 핵으로 하여 생성되는 누설전류에 의한 통전으로 도금용액과 강판간의 아래와 같은 전기화학적인 반응이다.

양극반응 : Zn-Ni→Zn⁺²+Ni⁺²+2e

음극반응 : Ni⁺²+Zn⁺²+2e→Ni-Zn

굴절롤은 고무재질이므로 통전이 되지 않고 비가동중에 접지 체크(check)를 하여도 접지상태는 양호하다. 그러나 제 3 도에서 나타낸 바와 같이 실제에 있어서 도금작업시 강판을 따라 전류가 누설될 가능성은 있다. 이때 전류가 흐른다는 것은 도금조(4)에서 강판(7)을 따라 전자가 이동한다는 것을 의미한다. 따라서 굴절롤(2) 위에서는 강판이 양극으로 대전된다는 것을 의미한다. 이때 굴절롤에 금속입자가 미량 축적하게 되면 이 입자에도 전류는 통하여 이 입자는 음극상태로 된다. 물론 이때 흐르는 전류는 누설전류로서 약전류이기 때문에 Zn⁺²이온처럼 전기적으로 비한 이온은 음극인 금속입자로 이동이 쉽지 않다. 그러나 Ni⁺²이온처럼 전기적으로 귀한 이온은 음극으로 작용하는 금속입자에 석출되면서 Ni이 다량함유된 Ni-Zn 합금이 된다. 즉, 굴절롤에 축적되는 금속입자가 핵으로 작용하여 도금액내의 Ni⁺²성분이 우선적으로 석출되면서 굴절롤위에 Ni계 금속스러지로 성장할 수 있다.

상기 2가지 경우에 미루어 볼때 굴절롤상에 발생하는 Ni계 금속스러지는 굴절롤상에 축적되는 금속입자와 도금액과의 무전해 치환반응 또는 미약한 누설전류에 기인된 국부적인 전지와 같은 전기화학적 반응에 기인한다고 볼 수 있다.

따라서 전기화학적인 반응의 원인이 되는 금속입자의 혼입과 Ni계 입자를 함유한 도금용액의 유입을 방지하면 굴절롤상의 Ni계 금속슬러지 생성은 억제할 수 있는 것이다.

본 발명에 있어서 금속입자의 굴절롤(2) 혼입 및 축적방지를 하기 위한 수단은 다음과 같다. Zn-Ni 조업전에 Zn 조업으로 굴절롤 표면에 미량 축적되어 있는 Zn 입자를 제거하여야 한다. 이 입자의 제거는 굴절롤에 염산을 반응시키면서 세척을 하면 쉽게 달성될 수 있다.

또한 도금용액내의 Ni 입자의 유입을 방지하기 위해서는 굴절롤 위에 제 3 도에 나타낸 바와 같은 압착롤(8)을 설치함으로써 입자의 유입을 방지할 수 있다. 또한 굴절롤 하부에 연마블록을 설치하여 혼입되는 금속입자를 기계적으로 신속히 제거함으로써 더 이상의 성장을 억제할 수 있다. 그러나 이 방법은 강판표면에 스크래치 발생 가능성이 높아지는 단점이 있다.

한편, 도금용액이 유입을 방지하기 위한 수단은 여러가지 방법으로 가능하다. 먼저 굴절롤 하부에 제 4 도에 도시된 바와 같은 세척용기(3)를 설치하여 조업중에 롤이 세척용기내의 물에 의하여 세척시킬 수 있다.

상기 세척용기(3)의 구조는 제 4 도에 나타낸 바와 같이 세척된 용액이 배출되도록 하는 배출구(110를 일정높이에 설치하고 반대방향의 투입구(10)를 통해 청정한 물을 다른 방향에서 투입함으로서 세척용기의 수주는 일정한 수위를 유지하여 롤의 일부가 잠기도록 하고 흘러넘쳐서 도금조(4)내에 유입되지 않도록 하는 것이 필요하다. 세척용액은 물이 바람직하며 염산, 황산, 질산등을 미량가하여 0-1% 정도의 산 농도를 유지하는 것이 좋다. 염산농도가 높으면 스러지 발생방지에는 유리하지만 너무 높으면 도금층이 용해되거나 도금층 색상이 저하하는 현상을 나타나게 된다. 염산의 작용은 미량 존재하는 금속입자뿐만 아니라 Fe(OH)₃, ZnCl₂·4Zn(OH)₂등 도금용액으로부터 혼입되는 클로이드성 스러지의 용해작용을 하기 때문에 청정한 롤 표면을 유지하여 Ni계 금속스러지의 생성억제 뿐만 아니라 이물묻음등의 결합을 방지하는 역할을 하게 된다. 세척용액의 온도는 30℃ 이상 60℃ 이하가 좋다. 그 이하나 그 이상에서는 롤과의 온도차 인한 줄무늬등이 나타날 수도 있기 때문이다. 세척용기의 사용은 조업중 지속적으로 사용하는 것이 좋다. 그러나 장시간 사용하면 굴절(2)을 따라 세척용액이 묻어 올라가는 현상(pick-up)으로 인하여 굴절(2) 표면에 부착된 물이 도금조에 유입되는 량에 증가하여 도금액의 농도가 저하된다. 따라서 사용시기를 간헐적으로 사용하는 방법을 하거나 물이 따라 올라가지 못하도록 굴절롤에 패드(14)등을 설치하면 다욱 좋은 효과를 거둘 수 있다.

이상과 같은 굴절롤(2) 하부에 세척용기(3) 설치하여 조업중 운영하는 방법 이외에도 도금용액의 굴절롤 혼입방지를 위하여서는 강판의 상방향 이동중에 도금면에 물을 분사할 수 있는 스프레이(6)를 설치하는 방법이나 굴절롤 상부에 압착롤(8)을 설치하여 도금용액의 혼입을 방지하는 방법 모두 효과가 있다. 또한 굴절롤 하부에 물을 분사하는 스프레이(13)를 설치하여 도금용액을 세척하는 방안도 도금용액의 세척에는 효과가 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 방법에 의하면 Zn-Ni 조업전의 Zn 작업으로 굴절롤 상부에 축적된 금속입자를 염산등으로 처리하여 제거하고 조업중 굴절롤위에 금속입자의 축적을 방지하며, 도금용액의 유입을 방지함으로써 Ni계 금속스러지 생성을 억제할 수 있다. 이에 따라 홈(Dent) 결함을 막을 수 있으며 스러지가 생성되지 않으므로 강판과 전도률의 압착이 잘 되도록 강한 장력(line tension)을 줄 수 있기 때문에 아아크 스폿(arc spot)등이 방지되고 조업속도가 증가되어 생산성을 증대시키는 효과가 있다. 또한 굴절롤 세척조건을 강화함으로써 Ni계 금속스러지의 생성억제 뿐만 아니라 다른 이물질의 혼입, 도금용액의 유입을 방지함으로써 이물묻음, 줄무늬등 각종 결함발생률을 낮추어 주는 효과가 있다. 또한 스러지 제거로 인한 조업변경(mode change) 시간이 단축되고 롤의 수명을 연장시키는 효과가 있다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 상세히 설명한다.

[실시예]

Zn 조업후 굴절롤(2)을 15% 염산으로 1시간 세척하여 롤 표면의 Zn 입자를 제거하는 전처리 단계를 실시한 롤과 전처리를 실시하지 않은 롤에 대하여 금속 스러지 발생양상을 조업중에 관찰하였다. 굴절로 하부에 세척용기를 설치하여 물 100ℓ를 채운 롤과 염산 0.5%에 농도의 수용액을 채운 롤, 세척용액을 담지 않은 롤등으로 구분하였다. 세척용기에 롤의 일부가 잠기도록 하여 조업중에 굴절롤을 세척하면서 금속스러지의 발생양상을 조사하였다. 하기 표 1에 작업조건과 금속 스러지 발생양상 및 도금강판 제조시 각종 결함발생양상을 관찰하여 나타내었다.

[표1]

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, Zn-Ni 작업전에 굴절롤은 사전 세척한 경우 Ni계 금속스러지 생성시간을 지연시키거나 발생을 방지하는 역할을 함을 알 수 있다. 또한 조업중 굴절롤에 혼입되는 도금용액을 세척한 결과 Ni계 금속스러지의 발생은 전혀 생기지 않거나 조업에 영향을 주지 않을 만큼 극미량 생성되었다. 또한 굴절롤의 세척용액을 0.5% HCI 용액으로 세척하면 Ni계 금속스러지 뿐아니라 도금용액에서 유입되는각종 콜로이드성 스러지의 용해작용이 수반되어 더욱 청정한 롤 상태를 유지할 수 있있다.

Claims

Zn 및 Zn-Ni 도금을 하는 래디얼 셀형의 도금라인에서 Zn 도금 조업후 Zn-Ni 도금 조업전에 굴절롤 표면을 염산으로 세척하여 굴절롤 표면의 금속입자를 제거하는 전처리 단계; 및 Zn-Ni 도금조업시 금속입자 및 도금용액 유입장지 수단에 의해 굴절롤에 도금용액 및 Ni 등 금속입자의 유입, 축적이나 성장을 방지하는 단계;를 포함하는 굴절롤 상의 금속스러지 발생 억제방법.
1 항에 있어서, 상기 금속입자. .및 도금용액 유입방지수단은 세척용기(3)이며, 세척용기(3)은 상기 굴절롤 하부에 위치하고, 내부의 세척액이 넘치지 않도록 같은 높이로 설치된 세척액 유입구(11)와 세척액 유출구(12)를 가짐을 특징으로 하는 방법.
2항에 있어서, 상기 세척용기(3)은 세척용기(3) 내의 세척액이 굴절롤을 따라 올라가서 않도록 고무패드(pad)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
2항에 있어서, 상기 세척용기(3)은 굴절롤(2) 상에 축적되는 금속입자를 신속히 제거하기 위한 연마블록(9)를 포함함을 특징으로 하는 방법.
1항에 있어서, 상기 금속입자 및 도금용액 유입방지수단은 스프레이(분무기)이며, 상기 분무기는 강판이 굴절롤에 도착하기전 강판과 굴절롤이 접하는 면에 대하여 세척액을 분무하거나 혹은 상기 세척용기(3)의 내부에서 상향(上向)으로 설치되어 상부의 굴절롤면에 대하여 세척액을 분무하게 되어 있음을 특징으로 하는 방법.
2항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척액은 물임을 특징으로 하는 방법.
2항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척액은 0-1% 농도의 산수용액임을 특징으로 하는 방법.
7항에 있어서, 상기 산은 염산, 황산, 질산으로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
2항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척액은 온도는 30℃~60℃ 범위임을 특징으로 하는 방법.
1항에 있어서, 상기 금속입자 및 도금용액 유입방지수단과 상기 굴절 상부에 설치된 압착롤(8)임을 특징으로 하는 방법.